JP5859060B2

JP5859060B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5859060B2
Application number: JP2014096633A
Authority: JP
Inventors: 棚谷　公彦; 公彦棚谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-05-08
Also published as: JP2015214896A; DE102014223612B4; US9512792B2; US20150322900A1; DE102014223612A1

Description

この発明は、自動車等の車両に搭載される内燃機関の制御装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界に於いてもこれらへの対応が急務となっている。この対応の一例として、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation：以下、ＥＧＲと称する）を利用し内燃機関のポンピング損失を低減することにより燃料消費量を飛躍的に改善する技術が存在する。

ところが、内燃機関の排気である既燃ガスは、不燃性であり、且つ空気に対し熱容量が大きいため、ＥＧＲにより内燃機関が既燃ガスを大量に再吸入すると、燃料の着火性、燃焼性が低下するという課題がある。

従来、この課題の解決策の一つとして、大きなエネルギーの火花放電を点火装置に発生させるようにした内燃機関の制御装置が提案されている。この従来の装置によれば、燃料への着火性を安定させると共に、より安定した火炎核を形成できるようになり、燃焼性をより安定させることができる。

このような従来の内燃機関の制御装置に用いられる、大きなエネルギーの火花放電を発生させる点火装置として、点火プラグに電気的に接続されて燃焼室内に電界を生成する電界発生回路を備え、高電圧により点火プラグに生じる火花放電と生成された電界とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火するようにした点火装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示された従来の点火装置を用いることで、通常の点火コイルを備えた点火装置を用いる場合に比べて点火プラグのギャップに、より強い、大きなエネルギーの火花放電を発生させ、火炎核により多くのエネルギー注入し、より安定した火炎核を形成させることができるようになる。従って、例えば前述したＥＧＲにより既燃ガスを内燃機関に多く投入しても安定燃焼を得られるようになり、より積極的にＥＧＲを活用してポンピング損失を低減することができ、燃料消費量を飛躍的に改善できる内燃機関を得ることができる。

特開２０１１−０９９４１０号公報

特許文献１に開示された点火装置を用い、より積極的にＥＧＲを活用して多くの既燃ガスを投入するようにした内燃機関の制御装置に於いて、特許文献１に開示された点火装置が故障した場合には、安定した着火、燃焼を得られなくなり、内燃機関の動作が不安定になり、排出ガスの成分が悪化し、環境負荷物質の排出量が増加してしまうという課題が存在する。

この発明は、前述のような従来の内燃機関の制御装置に於ける課題を解決するためになされたものであって、点火装置が故障した場合でも内燃機関の動作が不安定になることを防止し、排出ガスの成分の悪化を防ぎ、環境負荷物質の排出量が増加することを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明による内燃機関の制御装置は、
間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、前記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、
高電圧を発生し、前記発生した高電圧を前記第１の電極に供給して前記間隙に前記火花放電を発生させて前記間隙に導電経路を形成させる導電経路生成ユニットと、
前記間隙に形成された火花放電による導電経路にエネルギーを供給するエネルギー供給ユニットと、
前記エネルギー供給ユニットから前記点火プラグの前記間隙へ前記エネルギーが正常に供給されているか否かを判定する診断ユニットと、
ＥＧＲバルブの開度を制御して前記内燃機関の既燃ガスの少なくとも一部分を前記燃焼室内へ再循環させる再循環量を制御するＥＧＲユニットと、
少なくとも前記内燃機関と前記エネルギー供給ユニットと前記ＥＧＲユニットとを制御する制御ユニットと、
を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記エネルギー供給ユニットは、
バッテリの直流電圧を所定の直流電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された直流電圧に基づく直流電気エネルギーを交流電気エネルギーに変換するＤＣ／ＡＣコンバータとを備え、
前記診断ユニットは、
前記エネルギー供給ユニットが前記導電経路に供給するエネルギーを検出しそのピーク値を保持するピークホールド検出器と、前記検出されたエネルギーを積分する積分器とを備え、
前記ピーク値に対する閾値が、第４の閾値＞第１の閾値＞第２の閾値として設定され、前記積分の値に対する閾値が、第５の閾値＞第６の閾値として設定されており、
前記保持されたピーク値が、前記第２の閾値より小さいときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が不足であると判定し、
前記保持されたピーク値が、前記第４の閾値以上であるときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が過剰であると判定し、
前記保持されたピーク値が、前記第１の閾値以上であり前記第４の閾値より小さいときであって前記積分の値が前記第６の閾値より小さいときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が不足であると判定し、
前記保持されたピーク値が、前記第１の閾値以上であり前記第４の閾値より小さいときであって前記積分の値が前記第５の閾値以上のときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が過剰であると判定するように構成され、
前記制御ユニットは、
前記診断ユニットが前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が不足であると判定したとき、又は、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が過剰であると判定したときは、前記エネルギー供給ユニットをシャットダウンすると共に前記ＥＧＲバルブを閉じるように前記ＥＧＲユニットを制御するように構成されている、
ことを特徴とする。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、点火プラグを含む点火装置が故障した場合でも内燃機関の運転が不安定になることを防ぐことができると共に、環境負荷物質の排出量増加を防ぐことができる。

この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の構成を概念的に示す構成図である。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の別の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の構成を具体的に示すブロック図である。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、火花放電強化電流の波形とそのピークホールド値を示す説明図である。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、火花放電強化電流の波形とその積分値を示す説明図である。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、診断ユニットの動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、点火コイルの１次側電圧の波形を示す説明図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置は、ＥＧＲバルブを開き、ポンピング損失を低減することで機関の運転高率を高めつつ、多量の既燃ガスが燃焼室内に入り込むことで発生する着火性の低下及び燃焼性の低下を、高エネルギー点火により防止するようにした内燃機関の制御装置を提供するものである。以下の説明では、内燃機関として、自動車用のエンジンを例に説明する。

図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の構成を概念的に示す構成図である。図１に於いて、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置は、間隙を介して対向する中心電極としての第１の電極１０１ａと、接地電位にあるＧＮＤ電極としての第２の電極１０１ｂとを備え、前述の間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグ１０１と、高電圧を発生し、発生した高電圧を第１の電極１０１ａに供給して前記間隙に火花放電を発生させ、前記間隙に導電経路を形成させる導電経路生成ユニットとしての点火コイル１０２と、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙に形成された火花放電による導電経路にエネルギーを追加供給するエネルギー供給ユニット１０３と、エネルギー供給ユニット１０３から点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙へエネルギーが供給されているか否かを診断する診断ユニット１０６と、内燃機関（図示せず）のＥＧＲ量を制御するＥＧＲユニット１０４と、エネルギー供給ユニット１０３の動作とＥＧＲユニット１０４の動作と内燃機関の動作を制御するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する）としての制御ユニット１０５と、により構成されている。診断ユニット１０６は、制御ユニット１０５内に設けられた後述の診断処理ユニット４０８を主体として構成されている。

制御ユニット１０５は、診断ユニット１０６の診断結果に応じてＥＧＲユニット１０４を制御し、ＥＧＲの供給量を制御する。図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。制御ユニット１０５は、例えば、図２のフローチャートに示すように、ステップＳ２０１において、診断ユニット１０６が、エネルギー供給ユニット１０３からエネルギーを正常に供給していないと判断すると（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２へと進み、制御ユニット１０５はＥＧＲユニット１０４を制御して、燃焼室１０７内部に供給されるＥＧＲ量を減量する。

一方、ステップＳ２０１において、診断ユニット１０６が、エネルギー供給ユニット１０３からエネルギーを正常に供給していると判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０３へと進み、制御ユニット１０５はＥＧＲユニット１０４を制御して、燃焼室１０７内部に供給されるＥＧＲ量を維持する。

図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の別の動作を示すフローチャートである。前述の図２のフローチャートに示す動作とは別に、図３のフローチャートに示すように、ステップＳ３０１において、診断ユニット１０６が、エネルギー供給ユニット１０３からエネルギーを正常に供給しているとＹＥＳ判定を行うと、ステップＳ３０２へと進み、制御ユニット１０５はＥＧＲユニット１０４を制御して、燃焼室１０７内部に供給されるＥＧＲ量を増量する。

一方、ステップＳ３０１において、診断ユニット１０６が、エネルギー供給ユニット１０３からエネルギーを正常に供給していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ３０３へと進み、制御ユニット１０５はＥＧＲユニット１０４を制御して、燃焼室１０７内部に供給されるＥＧＲ量を維持する。

図４は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の構成を具体的に示すブロック図であって、図１に示す符号と同一符号は、夫々図１と同一部分を示す。符号１０２は、図１では「導電経路生成ユニット」として図示しているが、図４では導電経路生成ユニットの具体的構成である「点火コイル」として図示している。また、符号１０４は、図１では「ＥＧＲユニット」として図示しているが、図４ではＥＧＲユニットの具体的構成である「ＥＧＲバルブ」として図示している。

図４に於いて、制御ユニット１０５は、前述したようにＥＣＵ内に設けられており、診断ユニット１０６の主体を構成する診断処理ユニット４０６と、積分器４０７と、ピークホールド検出器４０８を含む。診断処理ユニット４０８は、ＥＣＵのマイクロコンピュータにより構成されている。

エネルギー供給ユニット１０３は、車両に搭載されたバッテリ４０１からの直流電力を所望の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４０２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０２からの直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ４０３と、ＤＣ／ＡＣコンバータ４０３の出力側に接続されたカレントトランス４０５とを含んでいる。リレー４０９は、安全のため、エネルギー供給ユニット１０３への電力供給をストップさせる等のシャットダウン処理を実施するための具体的手段であって、その動作については後述する。バンドパスフィルタＢＰＦ４０４は、エネルギー供給ユニット１０３の交流エネルギーのうち所定の周波数の交流エネルギーを点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａに供給する。

次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作について説明する。一般に、車両の低速走行時等のように運転者がアクセルを踏み込んでいない、つまりスロットル弁の開度が小さい場合の運転状態では、吸気時のポンピング損失が大きくなり、内燃機関の運転効率が低下することから、結果として燃料の消費量が多くなってしまう。これに対してこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置は、内燃機関のポンピング損失を軽減し、不要な燃料の消費を抑制するため、制御装ユニット１０５は、ＥＧＲバルブ１０４を開くように指示する。ＥＧＲバルブ１０４を開くと、スロットルを介して取り込んだ空気に加え、ＥＧＲバルブ１０４を介して既燃ガスも吸気側から内燃機関の燃焼室１０７へ入り込むことができるので、ポンピング損失を軽減することができる。

しかしながら、燃焼室１０７内における既燃ガスの割合が大きくなると、燃料への着火性低下、着火後の燃焼性低下を引き起こすので、これを防止するため、制御ユニット１０５は、点火コイル１０２とエネルギー供給装置１０３を以下のように動作させて火花放電を強化する。

即ち、図１及び図４において、エネルギー供給ユニット１０３は、先ず、バッテリ４０１の直流電圧、例えば１４［Ｖ］、を取り込んで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０２にて、例えば１００［Ｖ］の直流電圧へ昇圧する。次に、エネルギー供給ユニットは、制御ユニット１０５からの指示を受けて、１４［Ｖ］から１００［Ｖ］へ昇圧された直流の電気エネルギーをＤＣ／ＡＣインバータ４０３により交流の電気エネルギーに変換し、その変換した交流の電気エネルギーをカレンントトランス４０５、及びバンドドパスフィルタ４０４を介して、点火プラグ１０１へ供給する。

但し、エネルギー供給ユニット１０３が生成する交流の電気エネルギーだけでは、通常は、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙に火花放電を生成できないように構成されている。つまり、前述の間隙に火花放電が発生していない状況下では、エネルギー供給ユニット１０３が生成する交流の電気エネルギーだけでは、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙に火花放電を生成できないように構成されている。

カレンントトランス４０５は、エネルギー供給ユニット１０３からの交流の電気エネルギーのうち、電流の成分を検出する。カレントトランス４０５により検出された電流信号は、ピークホールド検出器４０６、積分器４０７を介して制御ユニット１０５へ取り込まれる。診断ユニット１０６は、制御ユニット１０５に取り込まれた電流信号に基づいて、エネルギー供給ユニット１０３から交流の電気エネルギーが正常に出力されているかを診断する。尚、その診断動作、診断結果に基づいた処置については後述する。

前述の動作と同時期に制御ユニット１０５から指示を受けた点火コイル１０２は、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙に火花放電を発生させるための電気エネルギーを生成し、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａへ供給する。

点火コイル１０２からの電気エネルギーにより、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙に火花放電が発生すると、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙のインピーダンスが低下し、エネルギー供給ユニット１０３が生成する交流の電気エネルギーは、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙に形成された火花放電の経路に供給されるようになる。従って、点火コイル１０２の電気エネルギーにより生成される前述の間隙に生成された火花放電に、エネルギー供給ユニット１０３が生成する交流の電気エネルギーが追加されるので、火花放電を強化することができる。

エネルギー供給ユニット１０３が生成する交流の電気エネルギーの追加により火花放電が強化されると、内燃機関の燃焼室１０７内における既燃ガスの割合が多くても、燃焼性の低下を引き起こさず、かつ安定した火炎核を形成できるようになり、着火後の燃焼性低下を抑えることができるようになる。従って、ポンピングロスを低減することができるようになり、不要な燃料の消費を抑制することができるようになる。

以上述べたように、内縁機関の燃焼室１０７内に於ける既燃ガスの割合が多い状況下で、つまり、ＥＧＲバルブ１０４を開いてポンピング損失を軽減している状況下で、安定した着火、及び安定した燃焼を得るためには、火花放電の強化が必須であり、仮に、そのような火花放電の強化ができていなければ、前述のような着火性の低下を引き起こし、内燃機関の動作が不安定になり、未燃ガスを排出し、内燃機関の停止を引き起こしてしまう。

このようなトラブルを防止するため、制御ユニット１０５は、火花放電が強化されているか否かを、カレントトランス４０５を介して取り込んだ電流信号を用いて診断し、以下のベル適切な対処をとるように構成されている。

図５Ａは、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、火花放電強化電流の波形とそのピークホールド値（以下、Ｐ／Ｈ値と称する）を示す説明図、図５Ｂは、火花放電強化電流の波形Ｉとその積分値を示す説明図である。図６は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、診断ユニットの動作を示すフローチャートである。以下、診断ユニット１０６による具体的な診断動作と対処について、図５に示す説明図、及び図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

図６に於いて、制御ユニット１０５は、ステップＳ６０１にてカレントトランス４０５により検出された電流信号を取り込む。取り込んだ電流信号は交流の信号であるので、ステップＳ６０２では、整流器を通して、例えば、正の信号成分のみを取り出す。

次に、ステップＳ６０３において、整流器により整流された信号のＰ／Ｈ値をピークホールド検出器４０６により取り出す。次にステップＳ６０４へと進み、Ｐ／Ｈ値が第１の閾値１より小さいか否かを判定する。ステップＳ６０４での判定の結果がＹＥＳ、つまり、Ｐ／Ｈ値が第１の閾値１よりも小さければステップＳ６０５へと進み、Ｐ／Ｈ値が第２の閾値２より小さいか否かを判定する。

Ｓ６０５での判定の結果がＹＥＳであれば、ステップＳ６０６へ進み、エネルギー供給ユニット１０３から点火プラグ１０１への電気エネルギーの供給不足、若しくは電気エネルギーを供給していないと判断する。

ステップＳ６０６に於いて、エネルギー供給ユニット１０３から点火プラグ１０１への電気エネルギーの供給不足、若しくは電気エネルギーを供給していないと判断されるということは、制御ユニット１０５からの指示通りのエネルギーが点火プラグ１０１に供給されていない状態であり、エネルギー供給ユニットの異常が考えられるので、安全のため、エネルギー供給ユニット１０３への電力供給をストップする等のシャットダウン処理を、次のステップＳ６０７に於いて実施する。即ち、制御ユニット１０５からの指示によりバッテリ４０１とエネルギー供給ユニット１０３との間に接続されたリレー４０９を動作させ、エネルギー供給ユニット１０３への電力の供給をストップさせる。

ステップＳ６０７でのシャットダウン処理の後、ステップＳ６０８により、警報ランプ（Malfunction Indicator Lamp：以下、ＭＩＬと称する）を点灯し、運転者へシステムの異常を知らせた後、燃焼が安定化するまでＥＧＲバルブ１０４を閉じる処理を次のステップＳ６０９にて行う。

図７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、点火コイルの１次側電圧の波形を示す説明図である。前述のステップＳ６０５に於いて、Ｐ／Ｈ値が第２の閾値２以上であるとＮＯ判定した場合には、ステップＳ６１０へと進み、図７に示す点火コイル１０２の１次電圧（以下、Ｖ１と称する）７０１の負のピークレベル（以下、Ｖ１ｐと称する）７０２を取込む。Ｖ１ｐ７０２は、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙に火花放電を発生させるための電圧値に比例した値である。従って、Ｖ１ｐ７０２の値を確認することで点火コイル１０２が所望の動作を行っているか否かを判断することができる。

即ち、ステップＳ６１１に於いて、点火コイル１０２のＶ１の負のピークレベルであるＶ１ｐが所定の第３の閾値３よりも大きい（絶対値としては小さい）か否かを判定し、その判定結果がＹＥＳ、即ち、Ｖ１ｐの絶対値が第３の閾値３より小さいと判定すれば、ステップＳ６１２に於いて、点火コイル１０２から所望の電気エネルギーが点火プラグ１０１へと供給されておらず、火花放電を発生していない、即ち、点火コイル１０２に何らかの異常をきたしていると判断し、ステップ６０８にてＭＩＬを点灯させ、ステップＳ６０９に進んでＥＧＲバルブを閉じる。

Ｓ６１１での判定の結果がＮＯ、即ち、Ｖ１ｐの絶対値が第３の閾値３以上であると判定されれば、ステップＳ６１３に進んで、点火コイル１０２は所望の動作を行っているが火花放電を形成できなかった、即ち、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の間隙が規定値以上に拡大してしまっている等の点火プラグ１０１に異常が発生していると判断し、ステップＳ６０８にてＭＩＬを点灯させ、ステップＳ６０９に進んでＥＧＲバルブを閉じる。

一方、ステップＳ６０４での判定の結果、Ｐ／Ｈ値が第１の閾値１以上であると判定されたとき（ＮＯ）は、ステップＳ６１４へと進み、Ｐ／Ｈ値が第４の閾値４より小さいか否かの判定を行う。Ｐ／Ｈ値が第４の閾値４以上であるときは、制御ユニット１０５からの指示値以上のエネルギーがエネルギー供給ユニット１０３から出力されている状態であって、エネルギー供給ユニット１０３が故障している状態であると考えられる。従って、この状態が続くと、エネルギー供給ユニット１０３により重大な故障が発生する可能性があり、又、過剰なエネルギーが火花放電経路に流れ込むことにより、点火プラグ１０１の中心電極である第１の電極１０１ａとＧＮＤ電極である第２の電極１０１ｂの溶融による傷損や摩耗による劣化を引き起こす可能性がある。

従って、ステップＳ６１４での判定の結果、Ｐ／Ｈ値が第４の閾値４以上であるとＮＯ判定したときは、ステップＳ６１５に進み、制御ユニット１０５は、エネルギー供給ユニット１０３が故障しており、過剰なエネルギーが点火プラグ１０１に供給されていると判断し、ステップＳ６０７に進んでエネルギー供給ユニット１０３をシャットダウンさせ、ステップＳ６０８にてＭＩＬを点灯させ、ステップＳ６０９にてＥＧＲバルブを閉じる。

一方、ステップＳ６１４に於いて、ＹＥＳの判定結果、つまりＰ／Ｈ値が第１の閾値１と第４の閾４値との間にあり、制御ユニット１０５の指示通りの電流レベルを出力していると判定すれば、次のステップＳ６１６にてカレントトランス４０５の出力の積分値を積分器４０７により取得する。

次に、ステップＳ６１７へと進み、ステップＳ６１６で取得したカレントトランス４０５の出力の積分値が第５の閾値５より小さいか否かの判定を行う。ステップＳ６１７に於いて、カレントトランス４０５の出力の積分値が第５の閾値５以上であるとＮＯ判定したときは、所望のレベルの電流が火花放電経路に供給されてはいるが、その供給期間が制御装置１０５により指示された期間を超過していると判断することができる。つまり、この場合、過剰なエネルギーがエネルギー供給ユニット１０３から出力されており、火花放電経路に過剰なエネルギーの供給が行われている状態であると考えられ、前述のようにエネルギー供給ユニット１０３により重大な故障を引き起こす、若しくは点火プラグ１０１の中心電極である第１の電極１０１ａとＧＮＤ電極である第２の電極１０１ｂの過剰な劣化を引き起こす可能性がある。

従って、ステップＳ６１７に於いてＮＯ判定されれば、ステップＳ６１５へと進んでエネルギーの過剰供給と判断し、ステップＳ６０７にてエネルギー供給ユニット１０３をシャットダウンし、ステップＳ６０８にてＭＩＬを点灯させ、そしてステップＳ６０９にてＥＧＲバルブ１０４を閉じる。

一方、ステップＳ６１７に於いて、ＹＥＳ判定、つまり、カレントトランス４０５の出力の積分値が第５の閾値５より小さいと判定されれば、ステップＳ６１８へと進み、カレントトランス４０５の出力の積分値が第６の閾値より小さいか否かの判定を行う。ステップＳ６１８に於いて、カレントトランス４０５の出力の積分値が第６の閾値６より小さいか積分値が閾値６より小さいとのＹＥＳ判定されたときは、制御ユニット１０５からの指示通りのレベルの電流が火花放電経路に注入されているが、その注入期間が制御ユニット１０５からの指示よりも短い状態であることを示す。この状態も、エネルギー供給ユニット１０３の異常が疑われる。即ち、ステップＳ６１８に於いてＹＥＳの判定結果となれば、エネルギー供給ユニット１０３の異常によるエネルギー供給不足であると判断し、ステップ６０７にてエネルギー供給ユニット１０３をシャットダウンし、ステップＳ６０８にてＭＩＬを点灯させ、ステップＳ６０９にてＥＧＲバルブ１０４を閉じる。

ステップＳ６１８に於いてＮＯ判定の結果を得た場合は、カレントトランス４０５の出力の積分値が第５の閾値６と第６の閾値５との間にあることを示している状態であり、制御装置１０５の指示通りのレベルの電流が制御装置１０５の指示通りの期間出力されている状態、つまりエネルギー供給装置１０３を含め全体のシステムが正常な状態であると判断することができる。

システムが正常に動作しているのであれば、ＥＧＲバルブ１０４を開いて、内燃機関のポンピング損失を低減している状態であっても安定した燃焼を得ることができるので、ステップ６２０に於いてＥＧＲバルブ１０４の開度を所望の状態を維持する、若しくは最適な状態までＥＧＲバルブ１０４を開く。以上のようにして診断ユニット１０６による診断のフローを終了する。

以上述べたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いては、動作の説明をわかりやすくするために、制御ユニット１０５と、エネルギー供給ユニット１０３と、点火コイル１０２が別々に構成されているものとして説明したが、エネルギー供給ユニット１０３をＥＣＵである制御ユニット１０５の内部に配置しても良いし、又、エネルギー供給ユニット１０３と点火コイル１０２を一体化して、同一のパッケージ内に配置しても良い。

前述の第１の閾値１と、第２の閾値２と、第４の閾値４と、Ｐ／Ｈ値との大小関係は、図５Ａに示すとおりである。又、前述の第５の閾値５と、第６の閾値６と、火花放電強化電流の積分値との大小関係は、図５Ｂに示すとおりである。更に、点火コイル１０２のＶ１の負のピークレベルであるＶ１ｐと第３の閾値３との関係は、図７に示すとおりである。

更に、以上述べたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いては、動作の説明をわかりやすくするために、リレー４０９とＢＰＦ４０４が夫々独立して構成されているものとして記載したが、リレー４０９等の安全停止装置を、エネルギー供給ユニット１０３の内部に配置しても良く、又、ＢＰＦ４０４を、エネルギー供給ユニット１０３の内部に配置しても良い。又、点火コイル１０２とＢＰＦ４０４を同一のパッケージ内に配置しても良い。更に、図４に示す構成に於いて、同一のパッケージ内に配置する構成部分を状況に応じて自由に決めればよいのは勿論である。

以上述べたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置によれば、前述のように、火花放電を強化することで、ＥＧＲバルブを開いて内燃機関のポンピング損失を低減しつつ、内燃機関の燃焼室内の既燃ガスの割合が増加しても安定した燃焼を得ることができるので、内燃機関の燃料消費量を削減することが可能となり、ＣＯ２の排出量を大きく削減、環境保全に貢献することができる。又、火花放電が強化されていることを診断し、火花放電が強化されていない場合には、すみやかにＥＧＲバルブを閉じ、燃焼不安定になることによる未燃ガスの流出や排出ガスの悪化を防止することができ、従って環境保全に貢献することができる。

尚、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の変形例として、導電経路生成ユニット１０２は、電流を流すことで磁束を発生し磁束エネルギーを蓄積する１次コイルと、この１次コイルと磁気結合され前記蓄積した磁束エネルギーを解放することにより所定の高電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイルにより構成され、前記２次コイルは、前記点火プラグ１０１に前記高電圧を供給するための高圧ターミナルに一端が接続され、前記診断ユニット１０６は、エネルギー供給ユニット１０３が供給するエネルギーを検出するエネルギー検出ユニットと、前記蓄積した磁束エネルギーを解放するとき前記１次コイルの両端に発生する１次電圧を検出する１次電圧検出ユニットとを備え、エネルギー検出ユニットが検出したエネルギーと１次電圧検出ユニットが検出した１次電圧とに基づいて、エネルギー供給ユニット１０３の動作状態と前記点火プラグの動作状態と前記点火コイルの動作状態とのうちの少なくとも一つを診断するように構成してもよい。

又、エネルギー供給ユニット１０３は、自身の機能を停止させることができる機能停止ユニットを備え、制御ユニット１０５は、診断ユニット１０６がエネルギー供給ユニット１０３から点火プラグ１０１の間隙に形成された導電経路へエネルギーが正常に供給されていないと判定したとき、エネルギー供給ユニット１０３の機能を停止させるように、前記機能停止ユニットを制御するように構成してもよい。

この発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関を利用する自動車、二輪車、船外機、その他特殊機械等にも搭載され、内燃機関の効率を安全に高めることができるようになるので、燃料枯渇問題、環境保全に役立つものである。

尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０１点火プラグ、１０１ａ第１の電極、１０１ｂ第２の電極、１０２導電経路生成ユニット（点火コイル）、１０３エネルギー供給ユニット、１０４ＥＧＲユニット（ＥＧＲバルブ）、１０５制御ユニット、１０６診断ユニット、１０７燃焼室、４０１バッテリ、４０２ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０３ＤＣ／ＡＣコンバータ、４０４バンドパスフィルタ、４０５カレントトランス、４０６ピークホールド検出器、４０７積分器、４０８診断処理ユニット。

Claims

間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、前記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、
高電圧を発生し、前記発生した高電圧を前記第１の電極に供給して前記間隙に前記火花放電を発生させて前記間隙に導電経路を形成させる導電経路生成ユニットと、
前記間隙に形成された火花放電による導電経路にエネルギーを供給するエネルギー供給ユニットと、
前記エネルギー供給ユニットから前記点火プラグの前記間隙へ前記エネルギーが正常に供給されているか否かを判定する診断ユニットと、
ＥＧＲバルブの開度を制御して前記内燃機関の既燃ガスの少なくとも一部分を前記燃焼室内へ再循環させる再循環量を制御するＥＧＲユニットと、
少なくとも前記内燃機関と前記エネルギー供給ユニットと前記ＥＧＲユニットとを制御する制御ユニットと、
を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記エネルギー供給ユニットは、
バッテリの直流電圧を所定の直流電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された直流電圧に基づく直流電気エネルギーを交流電気エネルギーに変換するＤＣ／ＡＣコンバータとを備え、
前記診断ユニットは、
前記エネルギー供給ユニットが前記導電経路に供給するエネルギーを検出しそのピーク値を保持するピークホールド検出器と、前記検出されたエネルギーを積分する積分器とを備え、
前記ピーク値に対する閾値が、第４の閾値＞第１の閾値＞第２の閾値として設定され、前記積分の値に対する閾値が、第５の閾値＞第６の閾値として設定されており、
前記保持されたピーク値が、前記第２の閾値より小さいときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が不足であると判定し、
前記保持されたピーク値が、前記第４の閾値以上であるときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が過剰であると判定し、
前記保持されたピーク値が、前記第１の閾値以上であり前記第４の閾値より小さいときであって前記積分の値が前記第６の閾値より小さいときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が不足であると判定し、
前記保持されたピーク値が、前記第１の閾値以上であり前記第４の閾値より小さいときであって前記積分の値が前記第５の閾値以上のときは、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が過剰であると判定するように構成され、
前記制御ユニットは、
前記診断ユニットが前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が不足であると判定したとき、又は、前記エネルギー供給ユニットによる前記エネルギーの供給が過剰であると判定したときは、前記エネルギー供給ユニットをシャットダウンすると共に前記ＥＧＲバルブを閉じるように前記ＥＧＲユニットを制御するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記診断ユニットが、前記エネルギー供給ユニットから前記導電経路へエネルギーが正常に供給されていないと判定したときは、
前記制御ユニットは、前記エネルギー供給ユニットから前記導電経路にエネルギーを正常に供給しているときより前記再循環させる前記既燃ガスの量を削減するように、前記ＥＧＲユニットを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記診断ユニットが、前記エネルギー供給ユニットから前記導電経路へエネルギーが正常に供給されていると判定したときは、
前記制御ユニットは、前記エネルギー供給ユニットから前記火花放電による導電経路にエネルギーを正常に供給していないときより前記再循環させる前記既燃ガスの量を増大するように、前記ＥＧＲユニットを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記エネルギー供給ユニットにより前記導電経路に供給される前記エネルギーは、交流の電気エネルギーである、
ことを特徴とする、請求項１から３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記エネルギー供給ユニットにより前記導電経路に供給される前記エネルギーは、前記ＤＣ／ＡＣコンバータから出力される交流の電気エネルギーである、
ことを特徴とする、請求項１から４のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記導電経路生成ユニットは、電流を流すことで磁束を発生し磁束エネルギーを蓄積する１次コイルと、前記１次コイルと磁気結合され前記蓄積した磁束エネルギーを解放することにより所定の高電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイルにより構成され、
前記２次コイルは、前記点火プラグに前記高電圧を供給するための高圧ターミナルに一端が接続され、
前記診断ユニットは、
前記エネルギー供給ユニットが供給する前記エネルギーを検出するエネルギー検出ユニットと、前記蓄積した磁束エネルギーを解放するとき前記１次コイルの両端に発生する１次電圧を検出する１次電圧検出ユニットとを備え、
前記１次電圧に対する閾値として第３の閾値が設定されており、
前記保持されたピーク値が、前記第１の閾値より小さく前記第２の閾値以上であると判定されたときであって前記１次電圧が前記第３の閾値以下であるときは、前記点火プラグが異常であると判定し、
前記保持されたピーク値が、前記第１の閾値より小さく前記第２の閾値以上であると判定されたときであって前記１次電圧が前記第３の閾値より大きいときは、前記点火コイルが異常であると判定し
前記制御ユニットは、
前記診断ユニットが前記点火プラグが異常であると判定したとき、又は、前記点火コイルが異常であると判定したときは、警報を発生させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から５のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記エネルギー供給ユニットと、前記制御ユニットは、同一のパッケージ内に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から６のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記エネルギー供給ユニットと、前点火コイルは、同一のパッケージ内に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から７のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。