JP4089109B2

JP4089109B2 - 内燃機関の点火制御装置

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Publication number: JP4089109B2
Application number: JP33782199A
Authority: JP
Inventors: 哲也三輪; 千葉　　朋成
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001153016A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火制御装置に係り、特に１燃焼サイクル中に複数回の放電を繰り返す多重放電を実施する点火制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の１燃焼行程内で放電を複数回繰り返す、いわゆる多重放電を行うようにした点火制御装置が知られている。例えば、内燃機関の始動直後に、触媒コンバータの早期活性化を図るべく点火時期を遅延させる内燃機関の制御装置があり、こうして点火時期を遅延させると燃焼が不安定になり、内燃機関の回転変動が大きくなる。そこで、内燃機関の始動時に点火時期を遅角する際、放電を多重化し、内燃機関の燃焼を安定化することが考えられている。
【０００３】
多重放電を実現するには、例えば、ＥＣＵ内のマイクロコンピュータ等で生成される点火信号ＩＧｔにより点火コイルの一次側を一定周期で繰り返しオン／オフさせ、点火コイルの二次側で発生する高電圧により点火プラグを多重放電させる。
【０００４】
一方、近年注目されている筒内噴射式内燃機関では、燃焼室内で噴射された燃料が成層混合気となり、その成層混合気が点火プラグ周辺に流れ込むタイミングに合わせて点火プラグが点火される。この場合、成層混合気が点火プラグ近傍に到達するタイミングと、点火タイミングとが一致しないと、成層混合気が着火されず、失火の原因となる。そこで、筒内噴射式内燃機関において多重放電を実施し、成層混合気の着火性を向上させることが検討されている。
【０００５】
上記多重放電について、その概要を図１４のタイムチャートを用いてより詳細に説明する。図１４では一例として、ガソリン噴射式内燃機関についてその冷間始動時に点火時期が圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）１０°ＣＡに遅角され、その際、放電回数を５回とする多重放電が実施される事例を示す。各々の放電間隔と放電時間は固定であり、放電間隔を１ｍｓ、１回分の放電時間を０．４ｍｓとする。但し、最後（５回目）の放電時間は規定されず、成り行きでよい。機関回転数は１２００ｒｐｍであるとする。
【０００６】
図１４では、点火信号ＩＧｔの立ち下がり時に点火コイルの一次電流ｉ１が遮断され、このとき、二次電流ｉ２、二次側電圧Ｖ２が図示の如く発生する。また、多重放電が２回目、３回目、４回目と進むことにより、一次電流ｉ１、二次電流ｉ２、二次側電圧Ｖ２が図示の如く推移する。
【０００７】
この場合、二次電流ｉ２と二次側電圧Ｖ２との積がエネルギ密度に相当し、それは放電回数が増えるにつれて減少する。つまり、エネルギ密度と放電時間との積が放電エネルギ量であるから、放電が繰り返されていくほど、１回分の放電エネルギ量が低下することとなる。また、上記の如く放電エネルギが次第に低下するのに相反して、多重放電中の１回分の放電で所望の火炎核を生成するのに要する必要エネルギ量（図中斜線部分で示すエネルギ）は次第に上昇する。発明者らの実験によれば、図１４の条件で且つ混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を１７とした時、着火に必要な放電エネルギは、放電１回目では３．５ｍＪとなり、それが放電回数が増えるにつれて次第に上昇し、放電５回目では９．３ｍＪとなることが確認されている。因みに、放電１回目の必要なエネルギ密度は２２ｍＪ／ｍｓ、放電５回目の必要なエネルギ密度は２５ｍＪ／ｍｓである。
【０００８】
よって、放電回数が増えるのに従い、放電により発生するエネルギ量が必要エネルギ量よりも少なくなってしまい、多重放電の機能を果たさなくなるおそれがあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の理由から、火炎核の生成・成長に要する十分なエネルギを各放電時に投入するには、１回分の放電エネルギを十分大きくしなければならず、複数回の放電を繰り返すことを考慮すると大エネルギタイプの点火コイルが必要となる。それ故、点火コイルの大型化が強いられ、それが原因で点火装置の大型化やコストアップを招く。或いは、点火装置の大型化を回避するには、放電回数が制限されてしまうという問題を招く。
【００１０】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、多重放電の際に放電エネルギを効率良く投入し、ひいては点火装置の小型化を実現することができる内燃機関の点火制御装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
内燃機関の燃焼室内の圧力（筒内圧）は、ピストンの往復位置により変化し、圧縮上死点では当該圧力が最大となる。また、着火に必要な放電エネルギ量は、概ね燃焼室内の圧力（筒内圧）によって変動する。すなわち、燃焼室内の圧力が高いほど、混合気の持つエネルギが高くなり、着火するのに必要な投入エネルギが少なくて済む。本発明は、多重放電のそれぞれの放電が開始される時期で燃焼室内の圧力が異なることに着目し、その圧力に応じて着火に必要な時間だけ放電させ、エネルギを効率良く投入することを狙う。
【００１２】
そこで、請求項１に記載したように、多重放電に際し、内燃機関の燃焼室内の圧力の推移に従い、１燃焼サイクル中の各放電の時間を変更する。実際には、燃焼室内の圧力（筒内圧）が高いほど、放電時間を短くする。或いは、請求項２に記載したように、多重放電に際し、１燃焼サイクル中の各放電の時間を、放電のタイミングが圧縮上死点に近いほど、短くする。換言すれば、圧縮上死点から離れるほど（進角又は遅角するほど）、放電時間を長くする。
【００１３】
請求項１，２の発明によれば、多重放電時の各放電におけるエネルギ投入量が必要最小限で抑えられ、点火装置にて蓄積されるエネルギの消費量が適正に管理される。その結果、多重放電の際に放電エネルギを効率良く投入し、ひいては点火装置の小型化を実現することができる。また、本発明によれば、多重放電の放電回数が制限されるといった不都合も解消される。
【００１４】
特に請求項１０に記載したように、点火コイルの一次側の通電オン／オフを複数回繰り返して多重放電を実施する構成においては、点火コイルの小型化が実現できる。この場合、一次コイルの通電時間の設定により放電時間が制御されることとなる。
【００１５】
但し、上記の如く規定される放電時間は必要最小限の時間であり、内燃機関の燃焼の安定性を確保する観点で言えば、点火コイル等の蓄積エネルギに余裕があれば幾分長めの時間としても良い。また、多重放電の最後の放電時には、点火装置（点火コイル）に残っているエネルギを全て使っても良いため、放電時間を厳密に管理する必要はない。つまり、多重放電の最後の放電時間に関しては、少なくとも上記の如く筒内圧に応じて設定される時間よりも長ければよい。
【００１６】
上記請求項１，２では、燃焼室内の圧力、或いは圧縮上死点からの進角量又は遅角量に対応させて放電時間を変更することを要旨としたが、それ以外に請求項３に記載したように、単に、多重放電時に、１燃焼サイクル中の各放電の時間を変更することも本発明に含まれる。具体的には、請求項４に記載したように、放電時間を最短とする所定のガード値により放電時間の設定域を制限すると良い。この場合、放電時間の下限値を制限することで、燃焼に必要なエネルギが確実に得られ、燃焼の安定化を図ることができる。
【００１７】
一方、着火に必要な放電エネルギ量を決定する要因としては、上述した燃焼室内の圧力（筒内圧）の他に、内燃機関に供給される混合気の空燃比がある。例えば、混合気の空燃比がリーンであるほど、着火に必要な放電エネルギ量が増える傾向にある。そこで、請求項５に記載したように、内燃機関に供給される混合気がリーンであるほど、放電時間を長くするとよい。
【００１８】
また、より好適な多重放電を実現するには、多重放電の実施条件を適宜変更するのが望ましく、請求項６に記載したように、機関運転状態に応じて１燃焼サイクル中の放電回数を決定したり、請求項７に記載したように、機関運転状態に応じて各放電の間隔を決定したりすると良い。実際には、機関回転数、機関負荷、空燃比、点火時期、始動後の経過時間、等々の条件により放電回数や放電間隔を可変に設定することで、多重放電の効果を高めることが考えられる。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明では、機関始動時の点火遅角に合わせて多重放電を実施する。この場合、点火遅角が原因で不安定になりがちな内燃機関の燃焼状態を安定化させつつ、点火装置の放電エネルギを適正に管理することができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明では、筒内噴射式内燃機関の運転領域に応じて多重放電を実施する。この場合、多重放電の実施により着火性を改善しつつ、点火装置の放電エネルギを適正に管理することができる。実際には、機関回転数や負荷に応じて多重放電の実施領域を設定しておき、該設定した関係に基づいて多重放電の要否を判断すると良い。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態の装置は、車載内燃機関に適用される点火制御装置として実現される。内燃機関は、例えば火花点火式の４サイクル４気筒エンジンであり、電子制御装置（ＥＣＵ）によりその点火時期が制御される。特にその点火制御に際し、１燃焼サイクル中に複数回の放電を行う多重放電を実施することとし、その多重放電を好適に実施することのできる技術を以下に開示する。
【００２２】
図１は、本実施の形態におけるエンジン制御装置の概要を示す構成図である。図１において、エンジン１０の吸気ポートと排気ポートにはそれぞれ吸気管１１と排気管１２とが接続されている。吸気管１１には、図示しないアクセルペダルに連動するスロットル弁１３が設けられると共に、吸気管内圧力を検出するための吸気圧センサ１４が配設されている。スロットル弁１３の開度はスロットルセンサ１５により検出され、同センサ１５によればスロットル全閉の状態（アイドル状態）も併せて検出される。
【００２３】
エンジン１０の気筒を構成するシリンダ１６内にはピストン１７が配設されており、同ピストン１７は図示しないクランク軸の回転に伴い図の上下方向に往復動する。ピストン１７の上方には燃焼室１８が形成され、燃焼室１８は吸気弁１９及び排気弁２０を介して前記吸気管１１及び排気管１２に連通している。シリンダ１６（ウォータジャケット）には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ２１が配設されている。
【００２４】
排気管１２には三元触媒を有する触媒コンバータ２２が配設されている。触媒コンバータ２２の上流側には、限界電流式のＡ／Ｆセンサ２３が設けられており、このＡ／Ｆセンサ２３は、排ガス中の酸素濃度（或いは、未燃ガス中の一酸化炭素の濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する。なお、このＡ／Ｆセンサ２３に代えて、理論空燃比（ストイキ）を境にしてリッチ側とリーン側とで異なる電圧信号を出力するＯ2 センサを設けてもよい。
【００２５】
電磁駆動式のインジェクタ２４は、吸気マニホールドの各分岐管毎に１つずつ設けられ、図示しない燃料供給系から供給される燃料を、通電に伴いエンジン吸気ポートに噴射供給する。また、エンジン１０には、気筒毎に点火プラグ２５が配設されている。この場合、吸気管上流から供給される新気とインジェクタ２４による噴射燃料とがエンジン吸気ポートにて混合され、その混合気が吸気弁１９の開弁動作に伴い燃焼室１８内に流入する。燃焼室１８内に流入した混合気は、点火プラグ２５による点火火花にて着火され、燃焼に供される。
【００２６】
ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３１を主体に構成され、上述した吸気圧センサ１４、スロットルセンサ１５、水温センサ２１、Ａ／Ｆセンサ２３の検出信号を取り込む他、所定クランク角毎にパルス信号を出力する回転数センサ２６の検出信号を取り込む。マイコン３１は、こうして取り込んだエンジン運転状態を示す各種パラメータに基づいて最適なる燃料噴射量を演算し、それを噴射信号ＴＡＵとしてインジェクタ２４に出力する。また、マイコン３１は、同じく各種パラメータに基づいて最適なる点火時期を演算し、それを点火信号ＩＧｔとしてイグナイタ４１に出力する。
【００２７】
点火制御に関する構成をより詳しく説明する。マイコン３１から出力される点火信号ＩＧｔは、イグナイタ４１に内蔵されたパワートランジスタ４２のベース端子に入力される。パワートランジスタ４２のコレクタ端子には、点火コイル４３の一次コイル４４の一端が接続され、一次コイル４４の他端がバッテリに接続されている。また、点火コイル４３の二次コイル４５には点火プラグ２５が接続されている。
【００２８】
エンジン運転時には、点火信号ＩＧｔの立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ４２がオン／オフする。パワートランジスタ４２がオンすると、バッテリ電圧＋Ｂの印加に伴い、一次コイル４４に一次電流ｉ１が流れる。その後、パワートランジスタ４２をオフすると、一次コイル４４の一次電流ｉ１が遮断されて、二次コイル４５に高電圧（二次電流ｉ２）が誘導され、この高電圧により点火プラグ２５の電極間に点火火花が発生する。
【００２９】
また本実施の形態では、１燃焼サイクル中に複数回の放電を繰り返して多重放電を実施することとしており、この多重放電は、パワートランジスタ４２のオン／オフにより一次コイル４４の通電−遮断を繰り返すことで実現される。すなわち、一次コイル４４の通電時間と遮断時間とを制御することで多重放電が実施される。ここで、図３（ａ），（ｂ）は、通常時の点火信号ＩＧｔと、多重放電の際の点火信号ＩＧｔとを比較のために示す信号波形図であり、（ａ）の場合、１燃焼サイクル中に１個のパルス信号が出力されるのに対し、（ｂ）の場合、１燃焼サイクル中に複数個のパルス信号が出力される。
【００３０】
次に、マイコン３１により実現される点火制御について説明する。図２は、点火制御の概要を示すフローチャートである。かかる図２の処理は、所定周期（例えば１０ｍｓ毎）にマイコン３１により実行され、この処理が本発明の「点火制御手段」と「点火時期遅角手段」に該当する。本実施の形態では、エンジン１０の冷間始動時において点火時期を遅角側に制御することで触媒コンバータ２２の早期活性（触媒暖機）を図り、更には１燃焼サイクル中に複数回の点火動作を行わせる多重放電を行うことで点火時期の遅角制御時に発生しがちなトルク変動を抑制する。
【００３１】
図２において、先ずステップ１０１では、エンジン回転数Ｎｅ、吸気管圧力ＰＭ、エンジン水温Ｔｗなどを読み出し、続くステップ１０２では、今現在エンジン始動が完了しているか否かを判別する。例えばその時のエンジン回転数Ｎｅが４００ｒｐｍ以上であれば、始動完了の旨を判定する（ステップ１０２をＹＥＳとする）。
【００３２】
エンジン始動完了前であればステップ１０３に進み、予め設定された固定点火時期（例えばＢＴＤＣ５°ＣＡ）を所定のアドレスに格納し、このルーチンを一旦終了する。
【００３３】
また、エンジン始動完了後であればステップ１０４に進み、基本点火時期θＢＳＥを算出する。この場合、スロットルセンサ１５の出力に基づきアイドル運転時かどうかを判断し、アイドル時であれば、その時のエンジン回転数Ｎｅに応じて基本点火時期θＢＳＥを算出する。また、非アイドル時であれば、予め設定されているマップを用い、その時のエンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力ＰＭとに応じて基本点火時期θＢＳＥを算出する。このとき、概ね高回転域ほど進角側に基本点火時期θＢＳＥが設定される。なお、エンジン始動当初には通常、基本点火時期θＢＳＥは例えばＢＴＤＣ１０°ＣＡ付近に設定される。
【００３４】
その後、ステップ１０５では、触媒暖機の実施条件が成立するか否かを判別する。具体的には、
・エンジン回転数Ｎｅが４００〜２０００ｒｐｍであること、
・エンジン水温Ｔｗが０〜６０℃であること、
・車両におけるオートマチック式トランスミッションの変速位置がＰ又はＮレンジにあること（マニュアル式の場合はニュートラル位置にあること）、
・エンジン１０の始動完了後１５秒以内であること、
・各種フェイルが発生していないこと、
といった各種条件が全て成立すれば、触媒暖機の処理実行を許可する。但し、何れかが一つでも不成立であれば、触媒暖機の処理実行を禁止する。
【００３５】
触媒暖機の実施条件が成立すれば、後続のステップ１０６〜１０９にて触媒暖機に係る点火時期制御を実行し、不成立であれば、そのまま本ルーチンを終了する。
【００３６】
詳細には、ステップ１０６では、図４に示される特性図を用い、その時々のエンジン水温Ｔｗに応じて触媒暖機のための遅角補正値θＲＥを算出する。図４の特性図によれば、エンジン水温Ｔｗに応じて０〜２０°ＣＡの範囲で遅角補正値θＲＥが設定されるようになっている。より具体的には、Ｔｗ＝０〜２０℃では高Ｔｗほど遅角補正値θＲＥが大きくなり、Ｔｗ＝２０〜４０℃では遅角補正値θＲＥが一定値となり、Ｔｗ＝４０〜６０℃では高Ｔｗほど遅角補正値θＲＥが小さくなる。
【００３７】
その後、ステップ１０７では、前記算出した基本点火時期θＢＳＥから遅角補正値θＲＥを減算し（θｉｇ＝θＢＳＥ−θＲＥ）、その値を新たな点火時期として所定のアドレスに格納し、本ルーチンを終了する。
【００３８】
その後、ステップ１０８に進むと、多重放電での放電間隔と放電回数とを各種パラメータに応じて設定する。すなわち、多重放電では各点火の着火と各火炎の分散とを得ることが必須要件となり、これを前提に、その時々の燃焼条件に合わせて放電間隔又は放電回数を設定する。ここで、多重放電の放電間隔は０．５ｍｓ〜１．５ｍｓ間の値で、放電回数は２〜１０回の値で、各々可変に設定されるとよい。より詳細には、図５の（ａ），（ｂ）の少なくとも一方の関係を用い、横軸に示すエンジン回転数Ｎｅ（又はエンジン負荷）、点火時期（遅角補正値θＲＥ）といった各パラメータに応じて放電間隔を設定する。但し図５の（ａ），（ｂ）で設定される放電間隔が各々異なる場合、大きい方の値を選択する。また、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）の少なくとも一つの関係を用い、横軸に示すエンジン回転数Ｎｅ（又はエンジン負荷）、点火時期（遅角補正値θＲＥ）、放電間隔といった各パラメータに応じて放電回数を設定する。但し図６の（ａ）〜（ｃ）で設定される放電回数が各々異なる場合、多い方の値を選択する。エンジン負荷としては吸気管圧力ＰＭ或いは吸入空気量を用いればよい。
【００３９】
次に、ステップ１０９では、多重放電時における各々の放電時間を設定し、その後本処理を終了する。多重放電時における放電時間設定の詳細を以下に説明する。
【００４０】
クランク角度と筒内圧（燃焼室１８内の圧力）との関係は図７の通りであり、筒内圧は圧縮ＴＤＣ位置で最大値に達する。なお筒内圧が下降に転じた後、混合気が着火されて燃焼に供されることで、その燃焼圧により筒内圧が一旦上昇する。こうして筒内圧が変化する場合、圧縮ＴＤＣに近づくほど、すなわち筒内圧が高くなるほど、混合気の持つエネルギレベルが高くなり、着火に必要な放電エネルギ量が変化する。すなわち、図８に示されるように、筒内圧が最高となる圧縮ＴＤＣに近づくほど、着火に必要な放電エネルギ量を少なくすることができる。
【００４１】
また、混合気の空燃比がリーンであるほど、着火に必要な放電エネルギ量が増える傾向にある。図８中、Ａ／Ｆ＝１７、Ａ／Ｆ＝１６、Ａ／Ｆ＝１５を比較すると、空燃比がリーンであるほど必要となる放電エネルギ量が増えることが分かる。
【００４２】
そこで、上記の如く着火に必要な放電エネルギ量が変化することに着目して、多重放電時における各々の放電時間を適宜変更しつつ設定する。本実施の形態では、クランク角位置と必要な放電エネルギ量との関係を予め計測しておき、その関係に従い放電回数と放電時間との関係をパターン化しておく。
【００４３】
その一例として、点火時期＝ＡＴＤＣ１０°ＣＡ、Ｎｅ＝１２００ｒｐｍ、放電間隔＝１ｍｓ、放電回数＝５回の条件下では、放電１回目の時の筒内圧は１．０ＭＰａ、その後１ｍｓ毎に放電を繰り返すことで、放電５回目の筒内圧は０．４ＭＰａにまで低下する。この場合、最適な放電時間を図９の如く設定する。具体的な数値を示せば、
・Ａ／Ｆ＝１７の時、１回目〜５回目の放電時間を「０．１６〜０．３７ｍｓ」の範囲内で設定し、
・Ａ／Ｆ＝１６の時、１回目〜５回目の放電時間を「０．１２〜０．３２ｍｓ」の範囲内で設定し、
・Ａ／Ｆ＝１５の時、１回目〜５回目の放電時間を「０．０７〜０．２ｍｓ」の範囲内で設定する。
【００４４】
但し、これらの各数値は、着火エネルギを確保するのに要する必要最小限の放電時間を規定するものであり、エンジン１０の燃焼安定性を確保する観点で言えば、点火コイル４３等の蓄積エネルギに余裕があれば幾分長めの時間とするのが望ましい。
【００４５】
要するに図２のステップ１０９では、点火時期、放電間隔、放電回数、空燃比等の各種要因に基づき、各々の放電時間を決定する。このとき、圧縮ＴＤＣ後に多重放電を実施する場合は、放電を繰り返すのに従い概ね放電時間を徐々に長くする。
【００４６】
そして、マイコン３１は、上記の如く演算した点火時期、放電間隔、放電回数、放電時間に基づいて点火信号ＩＧｔを生成し、この点火信号ＩＧｔをイグナイタ４１に対して出力する。
【００４７】
図１０は、多重放電の動作を説明するためのタイムチャートであり、同図には点火時期をＡＴＤＣ１０°ＣＡとした時の事例を示す。
さて、点火信号ＩＧｔに従い放電は１回目から５回目まで繰り返し実行され、各放電において点火コイル４３の蓄積エネルギが放出される。この場合、各放電の時間は図のＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の如く、徐々に長くなるよう設定される。但し、多重放電の最後（５回目）の放電時には、点火コイル４３に残っているエネルギを全て使って良いため、その放電時間Ｔ５を厳密に管理する必要はない。つまり、多重放電の最後の放電時間Ｔ５に関しては、少なくとも上記の如く筒内圧に応じて設定される時間よりも長ければよく成り行きである。
【００４８】
同図によれば、各々の放電時におけるエネルギ量は、着火に必要なエネルギ量（図の斜線部分）を常に上回り、最後の放電時にも十分なエネルギが確保されていることとなる。このとき、過剰にエネルギが投入されることはなく、無駄なエネルギの投入が抑制される。
【００４９】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（イ）多重放電に際し、筒内圧の推移に追従させつつ放電のタイミングが圧縮ＴＤＣに近いほど放電時間を短くしたので、多重放電時の各放電におけるエネルギ投入量が必要最小限で抑えられ、点火コイル４３にて蓄積されるエネルギの消費量が適正に管理される。その結果、多重放電の際に放電エネルギを効率良く投入し、ひいては点火コイル４３の小型化を実現することができる。また、多重放電の放電回数が制限されるといった不都合も解消される。
【００５０】
（ロ）上述した筒内圧の他に混合気の空燃比をパラメータとして放電時間を決定し、混合気がリーンであるほど放電時間を長くするので、より一層精度の高い点火制御が実現できる。
【００５１】
（ハ）エンジン運転状態に応じて放電回数や放電間隔を決定することとしたので、その時々の運転状態に見合った最適な多重放電を実施することが可能となる。
【００５２】
（ニ）エンジン１０の冷間始動時における点火遅角制御に合わせて多重放電を実施する本実施の形態の装置によれば、触媒コンバータ２２の早期活性化が実現される他、点火遅角が原因で不安定になりがちなエンジン燃焼状態を安定化させつつ、点火コイル４３の放電エネルギが適正に管理されることとなる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、ポート噴射式エンジンの冷間始動時に、触媒コンバータの早期活性化を目的として点火遅角を行い、更にその時のトルク変動を抑えるべく多重放電を実施したが、本実施の形態では、筒内噴射式エンジンにて具体化し、当該エンジンの成層燃焼時において成層混合気を確実に着火して失火防止を図るべく多重放電を実施する。
【００５４】
エンジン制御装置の概要は前述の図１に従うこととし、また、筒内噴射式エンジンの構成は周知である。そのため、本実施の形態の装置について図示及び詳細な説明は省略するが、前記図１の構成との相違点として、エンジン１０では、高圧スワール型のインジェクタがエンジン吸気ポートの下側に取り付けられており、このインジェクタから高圧燃料が燃焼室内のピストン上面に向けて噴射される。ピストン上面には凹部が形成され、インジェクタからの燃料噴射流が凹部の内周面に沿って点火プラグ２５の発火部（先端部）に向けて案内される。
【００５５】
図１１は、本実施の形態における点火制御ルーチンを示すフローチャートであり、この処理が「点火制御手段」に該当する。本処理は、点火時期に達した時にマイコン３１により起動される。
【００５６】
先ずステップ２０１では、その時々のエンジン運転状態として、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（吸気管圧力ＰＭ）とを読み込み、次のステップ２０２では、現在のエンジン運転状態が多重放電領域にあるか否かを判別する。つまり、図１２に概念的に示す、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷とをパラメータとする放電領域マップを参照し、現在のエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷が共に所定値以下の領域であるか否かにより多重放電領域か否かを判定する。図１２では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷とが共に所定値以下の領域で多重放電領域が設定されている。
【００５７】
多重放電領域でなく単発放電領域と判別された場合、ステップ２０３に進み、放電は１回のみとして多重放電を行わない。すなわち、通常の一次電流ｉ１の遮断動作後にパワートランジスタ４２（図１参照）をオフ状態に維持し、多重放電を行わない。
【００５８】
また、多重放電領域にあると判別された場合は、ステップ２０４に進む。ステップ２０４では、多重放電時の各々の放電時間を設定する。この放電時間の設定では既述の通り、点火時期、放電間隔、放電回数、空燃比等の各種要因に基づき、各々の放電時間を決定する。このとき、筒内圧の推移に対応させつつ、圧縮ＴＤＣに近づくほど放電時間を短くする。
【００５９】
続くステップ２０５では、通常の一次電流ｉ１の遮断動作後に、パワートランジスタ４２を一定周期で繰り返しオン／オフさせて点火プラグ２５を多重放電させ、放電を繰り返し発生させる。その後、ステップ２０６では、所定の放電回数が終了したか否かを判別し、放電回数が所定回数になるまで、多重放電を続行する。ここで、放電回数は前記図２の処理と同様に、図６の関係に従って設定されるものであれば良い。
【００６０】
以上第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、多重放電の際に放電エネルギを効率良く投入し、ひいては点火コイル４３の小型化を実現することができる。また、多重放電の放電回数が制限されるといった不都合も解消される。特に、筒内噴射式エンジンにおいて、点火プラグ２５に濃いめの混合気（成層混合気）が到達するタイミングが少しずれたとしても、多重放電を行うことで確実に着火させ、失火を防止することができる。
【００６１】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、例えば前記図９等からも分かるように、空燃比が同じであれば、ＡＴＤＣ点火の場合に放電回数が多くなるほど（圧縮ＴＤＣから離れるほど）、多重放電時の放電時間をほぼ一様に長くしたが、この構成を変更する。例えば図１３のように、放電時間の下限値を予め定めておき、その下限値以上で放電時間を設定する。なお図１３には、ＡＴＤＣ点火の事例を示す。
【００６２】
要するに、筒内圧や圧縮ＴＤＣからの進角量又は遅角量に対応させて一様に放電時間を変更する以外に、放電時間を最短とする所定のガード値により放電時間の設定域を制限しても良い。この場合、放電時間の下限値を制限することで、燃焼に必要なエネルギが確実に得られ、燃焼の安定化を図ることができる。またこの場合、少なくとも圧縮ＴＤＣを含む所定のクランク角区間内において、筒内圧に関係なく放電時間を一定とする構成としても良い。
【００６３】
上記実施の形態では、点火時期、放電間隔、放電回数、空燃比等の各種要因に基づき、各々の放電時間を決定したが、この構成を変更する。概ね筒内圧の推移に従うよう、少なくとも点火時期と放電回数に応じて放電時間を決定するものであれば良い。
【００６４】
空燃比（Ａ／Ｆ）に応じて多重放電の放電時間を設定し、それをパターン化しておく旨を記載したが、各Ａ／Ｆのデータのうち、Ａ／Ｆ＝１７のデータのみを適用する。つまり、Ａ／Ｆ＝１５，１６，１７のデータのうち、Ａ／Ｆ＝１７が最も放電時間が長くなる。そのため、Ａ／Ｆ＝１７のデータを使えば、仮にＡ／Ｆが１７未満（Ａ／Ｆ＝１７よりもリッチ側）であっても十分な放電エネルギが投入できることとなる。
【００６５】
上記第２の実施の形態では、図１２で説明した通り、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷とをパラメータとして多重放電領域を設定し、多重放電の実施判定を行ったが、この構成を以下の如く変更する。
（１）エンジン回転数のみで多重放電領域を設定する。つまり、エンジン回転数が予め設定された設定回転数以下（低・中回転領域）では多重放電を実施し、設定回転数を超える高回転領域では多重放電を実施しない。この場合、高回転領域では、放電間隔が短く、点火プラグに成層混合気が到達するタイミングのずれが少なくなるという事情を考慮し、高回転領域での多重放電を中止する。
（２）エンジン負荷のみで多重放電領域を設定する。つまり、筒内噴射式ガソリンエンジンでは、エンジン負荷が高くなると燃焼が均質燃焼に切り換えられ、均質燃焼時には燃焼室内が均質な濃い混合気で満たされるため、混合気が点火プラグに到達するタイミングのばらつきが問題とならない。従って、均質燃焼時のように単発の放電で着火性能を確保できる負荷領域では多重放電を行わず、それ以下の負荷領域のみで多重放電を行うこととする。
（３）エンジン運転状態が成層燃焼域にあるか、或いは均質燃焼域にあるかに応じて多重放電又は単発放電を切り替える。この場合、成層燃焼域にあれば、多重放電を実施する。
【００６６】
上記実施の形態では、多重放電の実施に際し、図５及び図６の関係を用い、エンジン回転数、エンジン負荷、点火時期等に応じて放電間隔や放電回数を可変に設定したが、この構成を変更する。例えば、
・空燃比がリーンであるほど、放電間隔を短く、放電回数を多くする、
・エンジン始動後からの経過時間が長いほど、放電間隔を短く、放電回数を多くする、
といった条件を加える。或いは、放電間隔や放電回数の少なくとも一方を固定値としても良い。
【００６７】
本発明では、筒内圧（燃焼室内の圧力）に応じて放電時間を変更することを要旨とするため、経時変化等による筒内圧の変化時にはそれをモニタし、その変化に応じて放電時間を逐次補正するのが望ましい。つまり、経時変化に伴う筒内圧の変化が検出された時、それに見合う学習値を設定し、その学習値にて放電時間を補正する。例えば、筒内圧が減少側に変化した場合、正側の学習値を設定しておき、放電時間を長くする方向に補正すると良い。これにより、経時変化時にも多重放電を適正に実施することができる。
【００６８】
上記各実施の形態では、点火コイルに蓄積されたエネルギを放出して点火エネルギとしたが、他の構成でも良い。例えば、コンデンサに蓄積されたエネルギを放出して点火エネルギとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの点火制御装置の概要を示す構成図。
【図２】第１の実施の形態における点火制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】単発放電と多重放電の点火信号波形を示す図。
【図４】遅角補正値を設定するための図。
【図５】多重放電の放電間隔を設定するための図。
【図６】多重放電の放電回数を設定するための図。
【図７】クランク角度と筒内圧との関係を示す図。
【図８】クランク角度と放電エネルギ量との関係を示す図。
【図９】放電時間のパターン例を示す図。
【図１０】多重放電の動作説明のためのタイムチャート。
【図１１】第２の実施の形態における点火制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】単発放電領域と多重放電領域とを示す図。
【図１３】放電時間と放電回数との関係を示す図。
【図１４】従来技術における多重放電を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン（内燃機関）、２５…点火プラグ、３０…ＥＣＵ、３１…点火制御手段及び点火時期遅延手段を実現するマイコン、４３…点火コイル、４４…一次コイル、４５…二次コイル。

Claims

内燃機関に設けられる点火プラグと、点火時期に点火プラグより放電火花を発生させる点火装置と、内燃機関の１燃焼サイクル中に点火装置による放電を複数回繰り返して多重放電を実施する点火制御手段とを備える点火制御装置において、
前記点火制御手段は、多重放電に際し、内燃機関の燃焼室内の圧力の推移に従い、１燃焼サイクル中の各放電の時間を変更することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
内燃機関に設けられる点火プラグと、点火時期に点火プラグより放電火花を発生させる点火装置と、内燃機関の１燃焼サイクル中に点火装置による放電を複数回繰り返して多重放電を実施する点火制御手段とを備える点火制御装置において、
前記点火制御手段は、多重放電に際し、１燃焼サイクル中の各放電の時間を、放電のタイミングが圧縮上死点に近いほど、短くすることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
内燃機関に設けられる点火プラグと、点火時期に点火プラグより放電火花を発生させる点火装置と、内燃機関の１燃焼サイクル中に点火装置による放電を複数回繰り返して多重放電を実施する点火制御手段とを備える点火制御装置において、
前記点火制御手段は、多重放電時に、１燃焼サイクル中の各放電の時間を変更することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
請求項３に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記点火制御手段は、放電時間を最短とする所定のガード値により放電時間の設定域を制限する内燃機関の点火制御装置。
前記点火制御手段は、内燃機関に供給される混合気がリーンであるほど、放電時間を長くする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。
前記点火制御手段は、機関運転状態に応じて１燃焼サイクル中の放電回数を決定する請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。
前記点火制御手段は、機関運転状態に応じて各放電の間隔を決定する請求項１〜６の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。
内燃機関の冷間始動時に、点火時期を遅らせる点火時期遅角手段を備え、
前記点火制御手段は、機関始動時の点火遅角に合わせて多重放電を実施する請求項１〜７の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。
燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用される点火制御装置であり、
前記点火制御手段は、筒内噴射式内燃機関の運転領域に応じて多重放電を実施する請求項１〜７の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。
前記点火装置は、点火プラグより放電火花を発生させるための点火コイルを備え、点火制御手段は、内燃機関の１燃焼サイクル中に点火コイルの一次側の通電オン／オフを複数回繰り返して多重放電を実施する請求項１〜９の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。