JP2023184033A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグの作動を制御するためのＥＣＵの処理負荷を軽減する。【解決手段】エンジンは、主燃焼室の内部の混合気を点火する主室点火プラグと、副燃焼室の内部の混合気を点火する副室点火プラグと、を有する。記憶部には、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた目標点火時期を表す先行点火マップと、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた主室点火プラグの点火時期と副室点火プラグの点火時期との間の目標位相差を表す位相差マップと、が記憶される。コントローラは、主室点火モードまたは副室点火モードが目標点火モードに決定されると、先行点火マップに基づく目標点火時期で点火プラグが点火し、位相差点火モードが目標点火モードに決定されると、先行点火マップに基づく目標点火時期で主室点火プラグが点火した後、位相差マップに基づく目標位相差の分だけ目標点火時期から遅角して副室プラグが点火するように点火プラグを制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、副燃焼室を有する内燃機関の制御装置に関する。

この種の装置として、従来、主燃焼室と副燃焼室とにそれぞれ点火プラグを設け、エンジンの運転状態に応じてこれら点火プラグの作動を制御するようにした装置が知られている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１記載の装置では、エンジン負荷が所定値以上かつエンジン回転数が所定値未満の高負荷低回転領域で、主燃焼室の点火プラグを点火し、エンジン負荷が所定値未満の低中負荷領域およびエンジン負荷が所定値以上かつエンジン回転数が所定値以上の高負荷高回転領域で、副燃焼室の点火プラグを点火する。特許文献２記載の装置では、エンジンの運転状態に応じて、主燃焼室の点火プラグの点火後に、位相差をもって副燃焼室の点火プラグを点火する。

特開２０２１－１１３５５１号公報 特許第４６０９３５７号公報

上記特許文献１記載の装置では、点火モードが、主燃焼室の点火プラグのみを点火するモードと、副燃焼室の点火プラグのみを点火するモードとに切り換えられ、上記特許文献２記載の装置では、点火モードが、主燃焼室の点火プラグと副燃焼室の点火プラグとを位相差をもって点火するモードに切り換えられる。これら３つのモードを運転状態に応じて切り換えるように構成すると、各モードに対応した主燃焼室用および副燃焼室用の複数の点火時期テーブルが必要となる。その結果、点火プラグの作動を制御するためのＥＣＵの処理負荷が増大して処理能力の高い高価なＥＣＵが必要となり、コストの増加を伴う。

本発明の一態様は、気筒内を往復動するピストンに面した主燃焼室と、噴孔を介して主燃焼室に連通する副燃焼室と、主燃焼室の内部の混合気を点火する第１点火部と、副燃焼室の内部の混合気を点火する第２点火部と、を有する内燃機関の制御装置であって、内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、内燃機関に作用する負荷を検出する負荷検出部と、内燃機関の回転数と内燃機関に作用する負荷と点火時期との関係を記憶する記憶部と、吸気行程から排気行程に至るクランク角の範囲において、記憶部に記憶された関係に基づき、回転数検出部により検出された回転数と負荷検出部により検出された負荷とに応じて、第１点火部のみが点火する第１点火モード、第２点火部のみが点火する第２点火モード、および第１点火部と第２点火部の双方が点火する第３点火モードのいずれかを目標点火モードに決定するとともに、目標点火モードで点火するように第１点火部および第２点火部を制御する制御部と、を備える。記憶部には、内燃機関の回転数と内燃機関に作用する負荷とに応じた目標点火時期を表す一次点火マップと、内燃機関の回転数と内燃機関に作用する負荷とに応じた第１点火部の点火時期と第２点火部の点火時期との間の目標位相差を表す二次点火マップと、が記憶される。制御部は、第１点火モードまたは第２点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部に記憶された一次点火マップに基づく目標点火時期で第１点火部または第２点火部が点火し、第３点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部に記憶された一次点火マップに基づく目標点火時期で第１点火部が点火した後、記憶部に記憶された二次点火マップに基づく目標位相差の分だけ目標点火時期から遅角して第２点火部が点火するように第１点火部および第２点火部を制御する。

本発明によれば、点火プラグの作動を制御するためのＥＣＵの処理負荷を軽減することができ、高価なＥＣＵを用いる必要がなく、安価に構成することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関としてのエンジンの要部構成を概略的に示す図。 図１の矢印II-II線に沿って切断した場合のエンジンの要部を示す図。 図１の要部拡大図。 本発明の実施形態の参考例としての目標点火時期を決定するための複数のマップを示す図。 点火モードごとの点火プラグの点火時期を模式的に示す図。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置における目標点火時期を決定するための複数のマップを示す図。 図５のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 図６の変形例を示す図。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作の一例を示す図。

以下、図１～図１０を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の一例であるエンジン１の要部構成を概略的に示す図である。エンジン１は、例えばガソリンを燃料として火花点火により混合気の燃焼を行うガソリンエンジンであり、動作周期の間に吸気、膨張、圧縮および排気の４つの行程を経る４ストロークエンジンである。吸気行程の開始から排気行程の終了までを、便宜上、エンジン１の燃焼行程の１サイクルまたは燃焼サイクルと称する。エンジン１は４気筒、６気筒、８気筒等、複数の気筒を有するが、図１には、単一の気筒の構成を示す。なお、各気筒の構成は互いに同一である。燃料は、アルコールを含む燃料であってもよい。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１１に形成された略円筒形状のシリンダ２と、シリンダ２の内壁に沿って摺動可能に配置されたピストン３と、ピストン３とシリンダヘッド１２との間に形成された燃焼室４と、を有する。ピストン３は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結され、シリンダ２内をピストン３が往復動することにより、クランクシャフト６が回転する。なお、ピストン３の上面は例えば凹凸状に形成されるが、図１では、便宜上、平坦面として示す。

シリンダヘッド１２には、吸気ポート１３と排気ポート１４とが設けられる。燃焼室４には、吸気ポート１３を介して吸気通路１５が連通する一方、排気ポート１４を介して排気通路１６が連通する。吸気ポート１３は吸気バルブ１７により開閉され、排気ポート１４は排気バルブ１８により開閉される。吸気バルブ１７の上流側の吸気通路１５には、スロットルバルブ１９が設けられ、スロットルバルブ１９により燃焼室４へ流れる吸気量が調整される。吸気バルブ１７と排気バルブ１８とは、不図示の動弁機構により、クランクシャフト６の回転に同期した所定のタイミングで開閉される。

シリンダヘッド１２には、燃焼室４に臨むようにインジェクタ７が装着される。インジェクタ７は、例えばシリンダブロック１１の側方かつ吸気バルブ１７の近傍に、先端の燃料噴射口を斜め下方に向けて配置される。インジェクタ７は、コントローラ（図５）からの指令により、吸気行程から圧縮行程にかけての範囲内で１回または複数回、燃焼室４内に燃料を噴射する。すなわち、インジェクタ７は、筒内噴射型の燃料噴射弁として構成される。なお、インジェクタ７の配置はこれに限らず、例えば吸気ポート１３に面してインジェクタ７を配置し、ポート噴射型の燃料噴射弁として構成してもよい。

図２は、吸気バルブ１７と排気バルブ１８の配置を概略的に示す図であり、シリンダ２を下方から見た図（図１の矢印II-II線に沿って切断した図）である。図２には、シリンダ２の中央を通り、互いに直交する一対の基準線Ｌ１，Ｌ２と、基準線Ｌ１，Ｌ２の交点を通って、基準線Ｌ１，Ｌ２に直交する軸線ＣＬ１と、が示される。さらに基準線Ｌ１上には、シリンダ２の中心線である軸線ＣＬ１と平行に、軸線ＣＬ２が示される。図２に示すように、吸気バルブ１７は、基準線Ｌ２の一方側に、基準線Ｌ１を挟んで一対設けられる。排気バルブ１８は、基準線Ｌ２の他方側に、基準線Ｌ１を挟んで一対設けられる。なお、吸気ポート１３と排気ポート１４も、吸気バルブ１７と排気バルブ１８に対応してそれぞれ一対設けられる。一対の排気バルブ１８間の距離は、一対の吸気バルブ１７間の距離よりも長い。図１のインジェクタ７は、基準線Ｌ１上（図２の領域Ａ１）に配置され、基準線Ｌ１に沿って吸気ポート側から排気ポート側へ燃料を噴射する。

図１，図２に示すように、シリンダヘッド１２の中央部には、吸気ポート１３と排気ポート１４との間において、ピストン３に向けてハウジング４５が突設される。図３は、ハウジング４５の周囲の構成を拡大して示す図１の要部拡大図である。図３に示すように、ハウジング４５は、軸線ＣＬ２を中心とした断面略Ｕ字状、より具体的には、突出側の先端部４６が略円弧状（例えば半円状ないしドーム状）に形成され、先端部４６は、軸線ＣＬ２を中心とした対称形状を呈する。なお、軸線ＣＬ２は、図１のシリンダ２の中心線（軸線ＣＬ１）からインジェクタ７の反対側にずれているが（図１）、軸線ＣＬ２が軸線ＣＬ１に一致するようにハウジング４５を設けてもよい。

ハウジング４５の先端部４６には、軸線ＣＬ２を中心として周方向等間隔に周方向複数の貫通孔、すなわち噴孔４７が開口される。噴孔４７は、軸線ＣＬ２からピストン３側かつ径方向外側に斜めに延在する軸線ＣＬ３に沿って放射状に開口される。なお、軸線ＣＬ２と軸線ＣＬ３とのなす角α１は、燃焼室壁に火炎ジェットが触れないような角度に設定することが好ましく、例えば３０°～６０°の範囲にある。

燃焼室４は、ハウジング４５により、ハウジング４５の外側の主燃焼室４１と、ハウジング４５の内側の副燃焼室４２とに分けられる。図１に示すように、インジェクタ７は主燃焼室４１に面して配置され、主燃焼室４１に燃料が噴射される。吸気ポート１３と排気ポート１４との間のシリンダヘッド１２の中央部、より具体的には、軸線ＣＬ２上には、点火プラグ８が設けられる。点火プラグ８は、先端の点火部が副燃焼室４２に面するようにその長手方向の中心線が例えば軸線ＣＬ２に沿って配置され、コントローラからの指定に応じて電気エネルギーにより点火部で火花を発生するように構成される。

インジェクタ７から主燃焼室４１に燃料が噴射されると、主燃焼室４１で空気と燃料との混合気が生成される。この混合気の一部は、周方向複数の噴孔４７を介して副燃焼室４２に流入し、点火プラグ８で点火されて燃焼する。副燃焼室４２で生成された燃焼ガスは、噴孔近傍の混合気を未燃ガスジェットとして主燃焼室４１に追いやった後、複数の噴孔４７からトーチ状の火炎ジェット４８として放射状に噴出し、主燃焼室４１の混合気を燃焼させる。膨張行程では、主燃焼室４１で燃焼した高温高圧の燃焼ガスによってピストン３が押し下げられ、クランクシャフト６が回転される。

図２に示すように、シリンダヘッド１２には、一対の排気バルブ１８の間に、より詳しくは基準線Ｌ１上に、さらに点火プラグ９が設けられる。点火プラグ９は、シリンダ２の中心線（軸線ＣＬ１）からシリンダ壁部までの中間地点（シリンダ半径の１／２の地点）ないしほぼ中間地点において、先端の点火部が主燃焼室４１に面するようにその長手方向の中心線が軸線ＣＬ２と平行に配置され、コントローラからの指定に応じて電気エネルギーにより点火部で火花を発生するように構成される。なお、シリンダ半径の１／２の地点よりも中心側またはシリンダ壁部側に、点火プラグ９を配置してもよい。インジェクタ７から主燃焼室４１に燃料が噴射された後、点火プラグ９が点火されると、主燃焼室４１で混合気が燃焼してピストン３が押し下げられ、クランクシャフト６が回転される。

このように本実施形態では、主燃焼室４１と副燃焼室４２とにそれぞれ点火プラグ８，９が設けられる。以下では、主燃焼室４１に設けられる点火プラグ９を主室点火プラグと呼び、副燃焼室４２に設けられる点火プラグ８を副室点火プラグと呼ぶことがある。点火プラグ８，９の作動はコントローラ（図６）により制御される。点火モードには、各燃焼サイクルで主室点火プラグ９のみが点火される主室点火モード、副室点火プラグ８のみが点火される副室点火モード、および主室点火プラグ９と副室点火プラグ８の双方が点火される位相差点火モードが含まれる。

位相差点火モードでは、同一の燃焼サイクルで、主室点火プラグ９が点火された後、クランク角が所定クランク角（所定位相差）だけ変化すると、副室点火プラグ８が点火される。このときの主室点火プラグ９の点火時期と副室点火プラグ８の点火時期との差は、クランクシャフト６の回転角度の差（クランク角差Δθ）によって表される。なお、クランク角差Δθを位相差とも呼ぶ。

副室点火プラグ８による燃焼は火炎ジェットによる急速燃焼であるため、副室点火プラグ８による混合気の燃焼速度は、主室点火プラグ９による燃焼速度よりも速い。したがって、位相差Δθが小さすぎると、主燃焼室４１における主室点火プラグ９の点火による火炎の伝播を、副室点火プラグ８の点火による火炎の伝播が追い越し、主室点火プラグ９の点火による効果が得られない。一方、位相差Δθが大きすぎると、主室点火プラグ９の点火によって混合気が十分に燃焼されるため、副室点火プラグ８の点火による火炎が主燃焼室４１に到達するとき、主燃焼室４１では混合気の未燃部分が残っておらず、副室点火プラグ８による急速燃焼の効果を生じさせることができない。この点を考慮し、位相差点火モードにおいて、主室点火プラグ９の点火による燃焼の効果と副室点火プラグ８の点火による燃焼の効果とを同時に得られるように、位相差点火モードの目標位相差Δθ１が設定される。

コントローラは、エンジン回転数やエンジン１に作用する負荷等のエンジン１の運転状態に応じて点火モードを決定し、点火モードに応じて、点火プラグ８，９に制御信号を出力する。これにより、運転状態に応じて、主室点火モード、副室点火モードおよび位相差点火モードの間で、点火モードが切り換えられる。より詳しくは、予めコントローラのメモリには、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた点火時期を示す複数のマップが記憶されており、これらマップを用いて、点火モードが切り換えられる。

図４は、本実施形態の参考例としての目標点火時期（目標クランク角）を決定するための複数のマップを示す図である。すなわち、予め点火モード（副室点火モード、位相差点火モード、主室点火モード）ごとに記憶された、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた副室点火プラグ８の目標点火時期を示すマップＭ１０，Ｍ２０，Ｍ３０と、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた主室点火プラグ９の目標点火時期を示すマップＭ１１，Ｍ２１，Ｍ３１とを示す図である。図５は、点火モードごとの点火プラグ８，９の点火時期を模式的に示す図である。なお、図５では、クランク角θの変化に伴う副室点火プラグ８の点火を〇印で、主室点火プラグ９の点火を△印でそれぞれ示す。図５は、本実施形態と参考例の両方の点火動作を示す。

図４に示すように、副室点火モードでは、マップＭ１０により主室点火プラグ９の休止が指令され、マップＭ１１により副室点火プラグ８の目標点火時期が算出される。位相差点火モードでは、マップＭ２０により主室点火プラグ９の目標点火時期が算出され、マップＭ２１により副室点火プラグ８の目標点火時期が算出される。主室点火モードでは、マップＭ３０により主室点火プラグ９の目標点火時期が算出され、マップＭ３１により副室点火プラグ８の休止が指令される。

図５に示すように、副室点火モードでは、マップＭ１０に従い主室点火プラグ９が休止され、マップＭ１１に従いクランク角θ１で副室点火プラグ８が点火される。クランク角θ１は、例えば最大トルクが得られる最適点火時期ＭＢＴである。位相差点火モードでは、マップＭ２０に従いクランク角θ２で主室点火プラグ９が点火され、その後、マップＭ２１に従いクランク角θ１で副室点火プラグ８が点火される。主室点火モードでは、マップＭ３０に従いクランク角θ２で主室点火プラグ９が点火され、マップＭ３１に従い副室点火プラグ８が休止される。

上述した参考例の構成では、予め点火モードごとに、主室点火プラグ９の点火時期を示す複数のマップＭ１０，Ｍ２０，Ｍ３０と副室点火プラグ８の点火時期を示す複数のマップＭ１１，Ｍ２１，Ｍ３１とが記憶され、これらマップを用いて点火プラグ８，９の作動が制御される。このため、メモリに記憶されるデータ量が増大するとともに、点火プラグ８，９の作動を制御するためのコントローラ（ＥＣＵ）の処理負荷が増大して処理能力の高い高価なＥＣＵが必要となり、コストの増加を伴う。そこで、本実施形態では、ＥＣＵの演算負荷を軽減して安価なＥＣＵを用いることが可能となるよう、以下のように内燃機関の制御装置を構成する。

図６は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置１００の要部構成を示すブロック図である。図６に示すように、内燃機関の制御装置１００は、コントローラ５０を中心として構成され、コントローラ５０にそれぞれ接続されたクランク角センサ５１と、吸気量センサ５２と、点火プラグ８，９とを有する。

クランク角センサ５１は、クランクシャフト６に設けられ、クランクシャフト６の回転に伴いパルス信号を出力するように構成される。コントローラ５０は、クランク角センサ５１からのパルス信号に基づいて、ピストン３の吸気行程開始時の上死点ＴＤＣの位置を基準としたクランクシャフト６の回転角度（クランク角）を特定するとともに、エンジン回転数を算出する。したがって、クランク角センサ５１は、エンジン回転数センサとしても機能する。以下では、便宜上、クランク角センサ５１がエンジン回転数を検出するものとして扱う。

吸気量センサ５２は、シリンダ２への吸入空気量を検出するセンサであり、例えば吸気通路１５（より具体的にはスロットルバルブの上流）に配置されたエアフロメータにより構成される。コントローラ５０は、吸気量センサ５２からの信号に基づいてインジェクタ７の目標噴射量を算出する。吸気量センサ５２により検出される吸気量は、エンジン１の出力トルクと相関関係を有する。したがって、吸気量センサ５２は、エンジン負荷を検出するセンサとしても機能する。なお、エンジン負荷（エンジン出力トルク）はコントローラ５０で演算されるものであるが、以下では、便宜上、吸気量センサ５２がエンジン負荷を検出するものとして扱う。

コントローラ５０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、ＣＰＵ等の演算部と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部と、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ５０は、機能的構成として、点火モード決定部５０Ａと、点火プラグ制御部５０Ｂと、記憶部５０Ｃとを有する。

記憶部５０Ｃには、予め目標点火時期を決定するための複数のマップが記憶される。図７は、記憶部５０Ｃに記憶される複数のマップを模式的に示す図である。図７に示すように、記憶部５０Ｃには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた一対のマップＭ１，Ｍ２が記憶される。より具体的には、点火プラグ８，９のうちの先行点火プラグの目標点火時期を示す先行点火マップＭ１と、点火プラグ８，９の点火時期の目標位相差Δθを示す位相差マップＭ２とが記憶される。

先行点火プラグとは、燃焼サイクルにおいて最初に点火される点火プラグであり、副室点火モードでは副室点火プラグ８が、主室点火プラグでは主室点火プラグ９が、位相差点火モードでは主室点火プラグ９が、先行点火プラグとなる。位相差マップＭ２には、少なくとも所定値（下限値）Δθ２以上かつ所定値（上限値）Δθ３以下の位相差Δθの範囲が含まれる。この範囲内の一部（Δθ２＜Δθ＜Δθ３）に、位相差点火モードにおける点火プラグ８，９の位相差Δθ１が含まれる。Δθ２は、位相差が小さすぎて主室点火プラグ９による点火の効果が得られない場合の位相差であり、例えば０度である。Δθ３は、位相差が大きすぎて副室点火プラグ８による点火の効果が得られない場合の位相差であり、例えば１５度である。

点火モード決定部５０Ａは、クランク角センサ５１により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、吸気量センサ５２により検出されたエンジン負荷Ｇとに応じて、副室点火モード、位相差点火モードおよび主室点火モードの中から目標点火モードを決定する。具体的には、まず、図７の位相差マップＭ２を用いて、目標位相差Δθを算出する。そして、目標位相差Δθが所定値Δθ２以下のとき、主室点火プラグ９の点火による燃焼の効果が得られないので、目標点火モードを副室点火モードに決定する。また、目標位相差Δθが所定値Δθ３以上のとき、副室点火プラグ８の点火による燃焼の効果が得られないので、目標点火モードを主室点火モードに決定する。一方、目標位相差Δθが所定値Δθ２より大きくかつ所定値Δθ３より小さいとき、目標点火モードを位相差点火モードに決定する。

点火プラグ制御部５０Ｂは、点火モード決定部５０Ａにより副室点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部５０Ｃに記憶された先行点火マップＭ１を用いて、先行点火プラグ（この場合は副室点火プラグ８）の目標点火時期θ１を算出する。そして、主室点火プラグ９が点火することなく、副室点火プラグ８が目標点火時期θ１で点火するように、点火プラグ８，９に制御信号を出力する。これにより点火モードが図５の副室点火モードとなる。

点火プラグ制御部５０Ｂは、点火モード決定部５０Ａにより主室点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部５０Ｃに記憶された先行点火マップＭ１を用いて、先行点火プラグ（この場合は主室点火プラグ９）の目標点火時期θ２を算出する。そして、副室点火プラグ８が点火することなく、主室点火プラグ９が目標点火時期θ２で点火するように、点火プラグ８，９に制御信号を出力する。これにより点火モードが図５の主室点火モードとなる。

点火プラグ制御部５０Ｂは、点火モード決定部５０Ａにより位相差点火モードが目標点火モードに決定されると、図７の先行点火マップＭ１を用いて、先行点火プラグ（この場合は主室点火プラグ９）の目標点火時期θ２を算出する。次いで、位相差マップＭ２を用いて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた主室点火プラグ９と副室点火プラグ８との間の目標位相差Δθ１を算出する。そして、主室点火プラグ９が目標点火時期θ２で点火した後、副室点火プラグ８がθ２から目標位相差Δθ１だけずれた点火時期θ１で点火するように、点火プラグ８，９に制御信号を出力する。これにより点火モードが図５の位相差点火モードとなる。

図８は、予め定められたプログラムに従い図６のコントローラ５０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、エンジン始動後に開始され、所定周期で繰り返される。図８に示すように、まず、ステップＳ１で、クランク角センサ５１と吸気量センサ５２とからの信号を読み込む。次いで、ステップＳ２で、ステップＳ１で読み込まれた信号に基づき、予め記憶された位相差マップＭ２を用いて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた目標位相差Δθを算出する。

次いで、ステップＳ３で、ステップＳ２で算出された目標位相差Δθが所定値Δθ２（例えば０度）以下であるか否かを判定する。ステップＳ３で肯定されるとステップＳ４に進み、予め記憶された先行点火マップＭ１を用いて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた目標点火時期θ１を算出する。そして、主室点火プラグ９が点火することなく副室点火プラグ８が目標点火時期θ１で点火するように点火プラグ８，９に制御信号を出力し、処理を終了する。

一方、ステップＳ３で否定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ステップＳ２で算出された目標位相差Δθが所定値Δθ３（例えば１５度）以上であるか否かを判定する。ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、予め記憶された先行点火マップＭ１を用いて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた目標点火時期θ２を算出する。そして、副室点火プラグ８が点火することなく主室点火プラグ９が目標点火時期θ２で点火するように点火プラグ８，９に制御信号を出力し、処理を終了する。

ステップＳ５で否定されるとステップＳ７に進む。ステップＳ７では、予め記憶された先行点火マップＭ１を用いて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた目標点火時期θ２を算出するとともに、予め記憶された位相差マップＭ２を用いて目標位相差Δθ１を算出する。そして、主室点火プラグ９が目標点火時期θ２で点火した後、θ２から目標位相差Δθ１だけずれたクランク角θ１で副室点火プラグ８が点火するように点火プラグ８，９に制御信号を出力し、処理を終了する。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置１００の動作をまとめると以下のようになる。本実施形態では、予め記憶された位相差マップＭ２を用いて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた点火モードが決定される。すなわち、位相差マップＭ２により求められる目標位相差Δθが所定値Δθ２以下であるとき、副室点火モードに、目標位相差Δθが所定値Δθ３以上のとき、主室点火モードに、目標位相差Δθが所定値Δθ２より大きくかつ所定値Δθ３より小さいとき、位相差点火モードに決定される（ステップＳ３～ステップＳ７）。これにより単一のマップＭ２により点火モードを決定することができ、構成が容易である。

この場合、副室点火モードは、エンジン１の熱効率が他の点火モードよりも高いが、その反面、燃焼騒音の点では他の点火モードよりも悪化する。この点を考慮し、位相差マップＭ２は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた最適な点火モードが設定されるように予め作成されて記憶される。位相差マップＭ２により決定される点火モードは、例えば以下のようになる。

エンジン回転数が所定値Ｎｅ１以上かつエンジン負荷が所定値Ｇ１以上の高回転高負荷時には、騒音よりも熱効率が優先され、点火モードは副室点火モードになる。エンジン回転数が所定値Ｎｅ１未満かつエンジン負荷が所定値Ｇ１未満の低回転低負荷時、およびエンジン回転数が所定値Ｎｅ１以上かつエンジン負荷が所定値Ｇ１未満の高回転低負荷時にも、騒音よりも熱効率が優先され、点火モードは副室点火モードになる。一方、エンジン回転数が所定値Ｎｅ１未満かつエンジン負荷が所定値Ｇ１以上の低回転高負荷時には、熱効率よりも騒音が優先され、点火モードは位相差点火モードまたは主室点火モードになる。なお、点火モードの決定のパターンは上述したものに限らない。

点火モードの決定後は、予め記憶された先行点火マップＭ１を用いて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた目標点火時期が決定される。すなわち、副室点火モードのときは、先行点火プラグは副室点火プラグ８であり、副室点火プラグ８が先行点火マップＭ１に基づき目標点火時期θ１で点火される。主室点火モードのときは、先行点火プラグは主室点火プラグ９であり、主室点火プラグ９が先行点火マップＭ１に基づき目標点火時期θ２で点火される。位相差点火モードのときも、先行点火プラグは主室点火プラグ９であり、主室点火プラグ９は先行点火マップＭ１に基づき目標点火時期θ２で点火される。さらに位相差点火モードのときは、位相差マップＭ２に基づきエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた位相差Δθが決定され、位相差Δθが目標位相差Δθ１となるように副室点火プラグ８が点火される。

このように本実施形態では、単一の位相差マップＭ２を用いて点火モードが決定されるとともに、異なる点火モードに対し共通の先行点火マップＭ１を用いて先行点火プラグの目標点火時期が決定される。これにより、一対のマップＭ１，Ｍ２を用いて３つの点火モードの目標点火時期を決定することができ、コントローラ５０の処理負荷を軽減できる。

ところで、エンジン１のノッキングが発生する場合には、ノッキングを抑制するように点火時期を遅角させる必要がある。図９は、図６の変形例を示す図であり、ノッキングの検出時に点火時期をリタードさせるように構成された内燃機関の制御装置１００の構成を示すブロック図である。図６と比較すると、図９では、ノッキングの発生を検出するノックセンサ５３がコントローラ５０に新たに接続され、クランク角センサ５１と吸気量センサ５２とノックセンサ５３とからの信号がコントローラ５０に入力される。

コントローラ５０は、ノックセンサ５３により例えば副室点火モードでノッキングの発生が検出されると、副室点火プラグ８の点火時期を遅角させ、主室点火モードでノッキングの発生が検出されると、主室点火プラグ９の点火時期を遅角させる。この場合には、先行点火マップＭ１により算出された目標点火時期θ１，θ２をリタード補正する。一方、ノックセンサ５３により位相差点火モードでノッキングの発生が検出されると、コントローラ５０は、位相差を目標位相差Δθ１に保ったまま、副室点火プラグ８の点火時期と主室点火プラグ９の点火時期の両方を遅角させる。

図１０は、位相差点火モードにおける点火プラグ８，９の遅角動作の一例を示す図である。図１０の点線は、ノッキングが発生する前の初期の点火時期であり、実線は、ノッキングが発生してリタード補正した後の点火時期である。図１０に示すように、ノッキング発生後の主室点火プラグ９の点火時期はθ２ａであり、副室点火プラグ８の点火時期はθ１ａである。θ１ａとθ２ａとの位相差は、ノッキングの前後で変わらず、Δθ１である。

これにより、ノッキング発生後は、コントローラ５０は、主室点火プラグ９と副室点火プラグ８の点火時期の位相差Δθを所定の目標位相差Δθ１に保ったまま、先行点火マップＭ１を用いて、主室点火プラグ９の点火時期をリタード補正するだけであり、これにより制御構成を簡素化できる。すなわち、リタード補正時には、先行点火マップＭ１を用いて主室点火プラグ９の補正値のみを算出するので、ＥＣＵの処理負荷を軽減できる。これに対し、図４の参考例のように、点火モード毎に主室点火プラグ９の点火時期と副室点火プラグ８の点火時期とを定める場合、位相差点火モードでノッキングが生じた場合に、マップＭ２０を用いて主室点火プラグ９をリタード補正するとともに、マップＭ２１を用いて副室点火プラグ８をリタード補正する必要があるため、制御構成が複雑となる。

なお、エンジン１のトルクを低減するようなトルクダウン制御において、エンジン１に作用するトルクを推定する必要があるとき、本実施形態によれば、位相差点火モードで、先行点火マップＭ１を用いて基本発生トルクを算出するとともに、位相差マップＭ２を用いてトルク補正を行えばよい。これにより、トルク推定を容易かつ精度よく行うことができ、その結果、ＥＣＵの処理負荷を軽減することができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）エンジン１は、シリンダ２（気筒）内を往復動するピストン３に面した主燃焼室４１と、噴孔４７を介して主燃焼室４１に連通する副燃焼室４２と、主燃焼室４１の内部の混合気を点火する主室点火プラグ９と、副燃焼室４２の内部の混合気を点火する副室点火プラグ８と、を有する（図１～図３）。内燃機関の制御装置１００は、エンジン１の回転数（エンジン回転数Ｎｅ）を検出するクランク角センサ５１と、エンジン１に作用する負荷（エンジン負荷Ｇ）を検出する吸気量センサ５２と、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇと点火時期との関係を記憶する記憶部５０Ｃと、吸気行程から排気行程に至るクランク角θの範囲（燃焼サイクル）において、記憶部５０Ｃに記憶された関係に基づき、クランク角センサ５１により検出されたエンジン回転数Ｎｅと吸気量センサ５２により検出されたエンジン負荷Ｇとに応じて、主室点火プラグ９のみが点火する主室点火モード、副室点火プラグ８のみが点火する副室点火モード、および主室点火プラグ９と副室点火プラグ８の双方が点火する位相差点火モードのいずれかを目標点火モードに決定するとともに、目標点火モードで点火するように主室点火プラグ９および副室点火プラグ８を制御するコントローラ５０と、を備える（図６）。記憶部５０Ｃには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた目標点火時期を表す先行点火マップＭ１（一次点火マップ）と、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｇとに応じた主室点火プラグ９の点火時期と副室点火プラグ８の点火時期との間の目標位相差を表す位相差マップＭ２と（二次点火マップ）と、が記憶される（図７）。コントローラ５０（点火プラグ制御部５０Ｂ）は、主室点火モードまたは副室点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部５０Ｃに記憶された先行点火マップに基づく目標点火時期で主室点火プラグ９または副室点火プラグ８が点火し、位相差点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部５０Ｃに記憶された先行点火マップに基づく目標点火時期θ２で主室点火プラグ９が点火した後、記憶部５０Ｃに記憶された位相差マップＭ２に基づく目標位相差Δθ１の分だけ目標点火時期θ２から遅角した目標点火時期θ１で副室点火プラグ８が点火するように点火プラグ８，９を制御する（図８）。

これにより、予め記憶部５０Ｃに記憶された先行点火マップＭ１と位相差マップＭ２とを用いて、主室点火モードと副室点火モードと位相差点火モードとの間で、エンジン１の運転状態に応じて点火モードを切り換えることができる。さらに、各点火モードで、エンジン１の運転状態に応じた最適な点火時期で点火プラグ８，９を点火することができる。このため、点火時期の作動を制御するためのコントローラ５０（ＥＣＵ）の処理負荷を軽減することができ、内燃機関の制御装置１００を安価に構成することができる。すなわち、点火モードごとに主室点火プラグ用の点火時期を示すマップと副室点火プラグ用の点火時期を示すマップを用いる場合（図４）、参照するマップが多数あるため、ＥＣＵの処理負荷が大きくなるが、本実施形態では、２つのマップＭ１，Ｍ２を参照するだけなので、ＥＣＵの処理負荷を軽減できる。

（２）コントローラ５０（点火モード決定部５０Ａ）は、記憶部５０Ｃに記憶された位相差マップＭ２に基づいて、クランク角センサ５１により検出されたエンジン回転数Ｎｅと吸気量センサ５２により検出されたエンジン負荷Ｇとに応じた目標位相差Δθを算出する。そして、目標位相差Δθが所定値Δθ３以上であるとき、主室点火モードを目標点火モードに決定し、目標位相差Δθが所定値Δθ３よりも小さい所定値Δθ２以下であるとき、副室点火モードを目標点火モードに決定し、目標位相差Δθが所定値Δθ２より大きくかつ所定値Δθ３より小さいとき、位相差点火モードを目標点火モードに決定する（図８）。位相差Δθが小さ過ぎると、主室点火プラグ９の点火による十分な燃焼効果を発揮できず、位相差Δθが大き過ぎると、副室点火プラグ８の点火による十分な燃焼効果を発揮できない。この点、本実施形態では、位相差ΔθがΔθ２＜Δθ＜Δθ３の場合にのみ、主室点火プラグ９と副室点火プラグ８を点火するので、点火プラグ８，９が無駄に点火されることを抑制できる。

（３）内燃機関の制御装置１００は、エンジン１におけるノッキングの発生（ノック状態）を検出するノックセンサ５３をさらに備える（図９）。コントローラ５０は、位相差点火モードが目標点火モードに決定されたときに、ノックセンサ５３によりノック状態が検出されると、主室点火プラグ９と副室点火プラグ８との間の位相差Δθをノック状態が検出される前の目標位相差Δθ１に維持したまま、主室点火プラグ９の点火時期が遅角するように（θ２→θ２ａ）、先行点火マップＭ１および位相差マップＭ２に基づき主室点火プラグ９および副室点火プラグ８を制御する（図１０）。これにより、ノッキングの発生を抑制するために点火時期をリタード補正するとき、コントローラ５０は、先行点火マップＭ１を用いて主室点火プラグ９の点火時期の補正値のみを算出すればよいので、リタード補正時の制御が容易である。

なお、上記実施形態では、インジェクタ７と副室点火プラグ８（第２点火部）と主室点火プラグ９（第１点火部）とを同一直線（基準線Ｌ１）上に配置したが、第１点火部と第２点火部の配置は上述したものに限らない。上記実施形態では、副室点火プラグ８をシリンダ２の中心線（軸線ＣＬ１）からずらして配置したが、シリンダ２の中心線上に配置してもよい。すなわち、シリンダ２の略中央部に配置されるのであれば、第２点火部の位置は上述したものに限らない。

上記実施形態では、クランク角センサ５１により内燃機関としてのエンジン１の回転数を検出するようにしたが、エンジン回転数と相関関係を有する他の物理量を検出するセンサを用いてエンジン回転数を検出してもよく、回転数検出部の構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、吸気量センサ５２によりエンジン１に作用する負荷を検出するようにしたが、エンジン負荷と相関関係を有する他の物理量を検出するセンサを用いてエンジン負荷を検出するようにしてもよく、負荷検出部の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、制御部としてのコントローラ５０が、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて、主室点火プラグ９のみが点火する主室点火モード（第１点火モード）と、副室点火プラグ８のみが点火する副室点火モード（第２点火モード）と、主室点火プラグ９と副室点火プラグ８の双方が点火する位相差点火モード（第３点火モード）とを切り換えるようにしたが、他のパラメータ（例えばエンジン温度）を考慮して、点火モードを切り換えるようにしてもよい。すなわち、エンジン１の低温始動時には副燃焼室４２の壁面温度が低下しており、燃焼が安定しない。そこで、エンジン１の温度（例えばシリンダブロックの温度）を検出し、検出された温度が所定値以下の場合には、点火モードを主室点火モードに決定してもよい。

上記実施形態では、コントローラ５０が、記憶部５０Ｃに記憶された位相差マップＭ２（二次点火マップ）に基づいて、点火モードを決定するようにした。すなわち、位相差マップを用いてエンジン回転数とエンジン負荷とに応じた目標位相差Δθを算出し、目標位相差Δθが所定値Δθ３（第１所定値）以上であるとき、主室点火モードを目標点火モードに決定し、目標位相差Δθが所定値Δθ２（第２所定値）以下であるとき、副室点火モードを目標点火モードに決定し、目標位相差Δθが所定値Δθ２より大きくかつ所定値Δθ３より小さいとき、位相差点火モードを目標点火モードに決定した。しかし、主室点火モードまたは副室点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部５０Ｃに記憶された先行点火マップＭ１（一次点火マップ）に基づく目標点火時期で主室点火プラグ９または副室点火プラグ８が点火し、位相差点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部５０Ｃに記憶された先行点火マップに基づく目標点火時期で主室点火プラグ９が点火した後、位相差マップＭ２（二次点火マップ）に基づく目標位相差Δθ１の分だけ目標点火時期から遅角して副室点火プラグ８が点火するように点火プラグ８，９を制御するのであれば、制御部の構成はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、ノックセンサ５３によりノッキングの発生した状態であるノック状態を検出するようにしたが、ノッキングの発生のおそれのあるノック状態を検出するようにしてもよく、ノック検出部の構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、コントローラ５０が、位相差点火モードにおいて、ノック状態が検出されると、点火プラグ８，９の間の位相差Δθをノック状態が検出される前の目標位相差Δθ１に維持したまま、主室点火プラグ９の点火時期が遅角するように、先行点火マップＭ１に基づき点火プラグ８，９を制御するようにしたが、点火時期を遅角させる例はこれに限らない。例えば、走行中に燃料カット条件が成立して燃料カットするとき、燃料カットの前後でトルクダウン要求が発生する場合にも、点火時期をリタードしてトルクダウンさせることがある。この場合にも同様に、コントローラ５０は、点火プラグ８，９間の位相差Δθを目標位相差Δθ１に維持したまま、主室点火プラグ９の点火時期が遅角するように、先行点火マップＭ１に基づき点火プラグ８，９を制御すればよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ エンジン、２ シリンダ、３ ピストン、４ 燃焼室、８ 副室点火プラグ、９ 主室点火プラグ、４１ 主燃焼室、４２ 副燃焼室、４７ 噴孔、５０ コントローラ、５０Ａ 点火モード決定部、５０Ｂ 点火プラグ制御部、５０Ｃ 記憶部、５１ クランク角センサ、５２ 吸気量センサ、５３ ノックセンサ、１００ 制御装置

Claims (3)

1. 気筒内を往復動するピストンに面した主燃焼室と、噴孔を介して前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記主燃焼室の内部の混合気を点火する第１点火部と、前記副燃焼室の内部の混合気を点火する第２点火部と、を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記内燃機関に作用する負荷を検出する負荷検出部と、
   前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に作用する負荷と点火時期との関係を記憶する記憶部と、
   吸気行程から排気行程に至るクランク角の範囲において、前記記憶部に記憶された前記関係に基づき、前記回転数検出部により検出された回転数と前記負荷検出部により検出された負荷とに応じて、前記第１点火部のみが点火する第１点火モード、前記第２点火部のみが点火する第２点火モード、および前記第１点火部と前記第２点火部の双方が点火する第３点火モードのいずれかを目標点火モードに決定するとともに、前記目標点火モードで点火するように前記第１点火部および前記第２点火部を制御する制御部と、を備え、
   前記記憶部には、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に作用する負荷とに応じた目標点火時期を表す一次点火マップと、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に作用する負荷とに応じた前記第１点火部の点火時期と前記第２点火部の点火時期との間の目標位相差を表す二次点火マップと、が記憶され、
   前記制御部は、前記第１点火モードまたは前記第２点火モードが前記目標点火モードに決定されると、前記記憶部に記憶された前記一次点火マップに基づく前記目標点火時期で前記第１点火部または前記第２点火部が点火し、前記第３点火モードが前記目標点火モードに決定されると、前記記憶部に記憶された前記一次点火マップに基づく前記目標点火時期で前記第１点火部が点火した後、前記記憶部に記憶された前記二次点火マップに基づく前記目標位相差の分だけ前記目標点火時期から遅角して前記第２点火部が点火するように前記第１点火部および前記第２点火部を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記二次点火マップに基づいて、前記回転数検出部により検出された回転数と前記負荷検出部により検出された負荷とに応じた前記目標位相差を算出し、前記目標位相差が第１所定値以上であるとき、前記第１点火モードを前記目標点火モードに決定し、前記目標位相差が前記第１所定値よりも小さい第２所定値以下であるとき、前記第２点火モードを前記目標点火モードに決定し、前記目標位相差が前記第２所定値より大きくかつ前記第１所定値より小さいとき、前記第３点火モードを前記目標点火モードに決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関におけるノッキングの発生または発生のおそれがあるノック状態を検出するノック検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第３点火モードが前記目標点火モードに決定されたときに、前記ノック検出部により前記ノック状態が検出されると、前記第１点火部と前記第２点火部との間の位相差を前記ノック状態が検出される前の前記目標位相差に維持したまま前記第１点火部の点火時期が遅角するように、前記一次点火マップおよび前記二次点火マップに基づき前記第１点火部および前記第２点火部を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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