JP6081248B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火コイルの通電及び点火プラグの放電による混合気の点火動作を、１つの燃焼サイクル中に複数回、行うことが可能な点火装置を制御する内燃機関の点火制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の点火制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この点火制御装置では、内燃機関の回転数及び負荷などの運転状態を検出するとともに、検出された内燃機関の運転状態に応じて、点火プラグの放電時間（火花放電持続時間）を変化させる。具体的には、低負荷低回転運転時やリーンバーン運転時などの、混合気の燃焼性が低下するような運転状態では、点火コイルの通電時間を長くすることで、点火プラグの放電時間をより長く制御し、点火エネルギを増大させることによって、失火を抑制し、良好な燃焼性を確保するようにしている。

特開２００１−３２７５８号公報

上述したように、従来の点火制御装置では、混合気の燃焼性が低下するような内燃機関の運転状態において、点火プラグの放電期間がより長くなるように制御される。しかし、点火プラグの放電期間を単純に長くしても、必ずしも燃焼性の改善には結びつかず、後述するように、放電期間がある最適な期間のときに、リーン運転時や高ＥＧＲ運転時などにおいて高い燃焼性が得られることが判明した。

このため、従来の点火制御装置のように、混合気の燃焼性が低下するような内燃機関の運転状態において、点火コイルの通電時間を長くすることで、点火プラグの放電期間を延長しても、放電期間が最適な期間から外れた場合には、燃焼性の改善効果が乏しい状態で、点火エネルギが余分に消費される結果、点火プラグの摩耗が進行し、その寿命が短くなるとともに、消費電力が増大してしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、点火プラグの放電期間を燃焼に最適な期間に制御することによって、点火エネルギの要求を満たしながら、高いエネルギ効率で混合気の燃焼性を確保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を目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、点火コイル３１及び点火プラグ３２を有し、点火コイル３１の通電及び点火プラグ３２の放電による混合気の点火動作を、１つの燃焼サイクル中に複数回、行うことが可能な点火装置５を制御する内燃機関３の点火制御装置であって、内燃機関３の運転状態（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２０、アクセル開度センサ２１）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、点火装置５の目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤを設定する目標点火エネルギ設定手段（ＥＣＵ２、図６のステップ４）と、設定された目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが所定の第１しきい値ＥＩＧＲＥＦ１以下のときに、点火プラグ３２の放電の開始時から終了時までの期間である放電期間ＰＤＣＨを一定の所定期間（最適期間ＰＤＣＨＯＰＴ）に保持し、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第１しきい値ＥＩＧＲＥＦ１よりも大きいときに、放電期間ＰＤＣＨを所定期間よりも増加側に可変に制御する点火制御手段（ＥＣＵ２、図８〜図１１）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の点火装置５は、点火コイルの通電及び点火プラグの放電による混合気の点火動作を、１つの燃焼サイクル中に複数回、行うことが可能である。また、この点火制御装置によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて、点火装置５の目標点火エネルギを設定する。そして、設定された目標点火エネルギが所定の第１しきい値以下のときには、点火プラグの放電期間を一定の所定期間に保持するように制御する。一方、目標点火エネルギが第１しきい値よりも大きいときには、点火プラグの放電期間を所定期間よりも増加側に可変に制御する。なお、点火プラグの放電期間は、点火プラグの放電の開始時から終了時までの期間として定義される。

上述した構成は、本発明者によって見出された、以下に述べるような点火プラグの放電期間と混合気の燃焼性との関係に基づいている。図５は、点火プラグの放電期間と、混合気のリーン側の燃焼限界を表す限界空燃比（Ａ／Ｆ）又は限界ＥＧＲ率との関係を、互いに異なる３つの点火エネルギについて示したものである。同図に示すように、いずれの点火エネルギの場合にも、限界空燃比又は限界ＥＧＲ率は、放電期間がある値付近にあるときに最大値を示す。すなわち、点火エネルギの大きさにかかわらず、最良の燃焼性が得られる最適な放電期間が存在することが判明した。

本発明は、この知見に基づいており、上記のような最適な放電期間を所定期間として定めるとともに、目標点火エネルギが第１しきい値以下のときには、点火プラグの放電期間を所定期間に保持するように制御する。これにより、放電期間が最適な所定期間に保持されることによって、最良のエネルギ効率で混合気の燃焼性を確保することができる。また、目標点火エネルギが第１しきい値よりも大きいときには、放電期間を所定期間よりも増加側に可変制御するので、点火エネルギの要求を満たしながら、放電期間を最適な所定期間に近い値に制御することによって、高い燃焼性を維持することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の点火制御装置において、点火制御手段は、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第１しきい値ＥＩＧＲＥＦ１以下のときには、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが大きいほど、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが確保されるように点火コイル３１の通電電圧ＶＥＬＣをより増加させるとともに、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤにかかわらず、点火コイル３１の通電時間ＴＥＬＣを所定時間（最小時間ＴＥＬＣＭＩＮ）に保持し、かつ点火プラグ３２の放電回数ＮＤＣＨを所定回数ＮＤＣＨＲＥＦに保持することによって、放電期間ＰＤＣＨを所定期間に保持するように制御することを特徴とする。

点火装置の制御パラメータとして、点火コイルの通電電圧、通電時間及び点火プラグの放電回数を用いる場合、通電時間又は放電回数を変化させると、それに応じて点火プラグの放電期間が変化するのに対し、通電電圧を変化させても、放電期間には影響を及ぼさない。上記の構成によれば、放電期間に影響を及ぼさない通電電圧を、目標点火エネルギが確保されるように可変制御する一方、放電期間に影響を及ぼす通電時間及び放電回数については、それぞれの所定値に保持する。したがって、点火エネルギの要求を満たしながら、放電期間を最適な所定期間に安定して精度良く保持することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の点火制御装置において、第１しきい値ＥＩＧＲＥＦ１は、通電時間ＴＥＬＣが所定時間に設定され、放電回数ＮＤＣＨが所定回数ＮＤＣＨＲＥＦに設定され、かつ通電電圧ＶＥＬＣが所定の最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに設定されているときに、点火装置５から供給される点火エネルギであることを特徴とする。

この構成によれば、第１しきい値は、通電時間＝所定時間、放電回数＝所定回数で、通電電圧＝所定の最大電圧のときに点火装置から供給される点火エネルギに設定されている。したがって、目標点火エネルギが第１しきい値以下のときに、通電電圧を目標点火エネルギに応じて最大電圧まで増加させることができ、請求項２による作用を最大限に得ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の点火制御装置において、点火制御手段は、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第１しきい値ＥＩＧＲＥＦ１よりも大きいときには、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、放電期間ＰＤＣＨを所定期間から無段階に増加させる放電期間漸増制御を実行することを特徴とする。
また、請求項５に係る発明は、請求項２又は３に記載の内燃機関３の点火制御装置において、点火制御手段は、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第１しきい値ＥＩＧＲＥＦ１よりも大きいときには、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、放電期間ＰＤＣＨを所定期間から無段階に増加させる放電期間漸増制御を実行することを特徴とする。

この構成によれば、目標点火エネルギが第１しきい値よりも大きいときには、放電期間漸増制御を実行することにより、目標点火エネルギが増加するにつれて、放電期間を所定期間から無段階に増加するように制御する。これにより、目標点火エネルギが増加するのに対応して放電期間を所定期間に保持できない場合でも、放電期間を最適な所定期間に可能な限り近い値に制御でき、したがって、点火エネルギの要求を満たしながら、高い燃焼性を維持することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の点火制御装置において、点火制御手段は、放電期間漸増制御を実行する際に、通電電圧ＶＥＬＣを最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに保持し、かつ放電回数ＮＤＣＨを保持した状態で、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、通電時間ＴＥＬＣを所定時間から漸増させるとともに、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが所定の切替値（第１切替値ＥＩＧＳＷ１、第２切替値ＥＩＧＳＷ２）に達したときに、通電時間ＴＥＬＣを所定時間にリセットするとともに、放電回数ＮＤＣＨを１回、増加させ、所定の切替値は、漸増した通電時間ＴＥＬＣによって得られる放電期間ＰＤＣＨが、通電時間ＴＥＬＣが所定時間に設定され、かつ放電回数ＮＤＣＨが１回、増加したと仮定したときに得られる放電期間（初期値ＰＤＣＨ（ｎ＋１））に一致するときの点火エネルギに相当する値に設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、目標点火エネルギが第１しきい値よりも大きい場合に、請求項４による放電期間漸増制御を実行する際には、通電電圧を最大電圧に保持し、放電回数を保持した状態で、目標点火エネルギが増加するにつれて、通電時間を所定時間から漸増させる。これにより、点火エネルギの要求を満たしながら、放電期間を最適な所定期間から無段階に増加させることができる。

また、目標点火エネルギが所定の切替値に達したときには、通電時間を所定時間にリセットするとともに、放電回数を１回、増加させる。この切替値は、漸増した通電時間によって得られる放電期間が、通電時間が所定時間に設定され、かつ放電回数が１回、増加したと仮定したときに得られる放電期間に一致するときの点火エネルギに相当する値に設定されている。したがって、目標点火エネルギが切替値に達したときに、通電時間及び放電回数を上記のように切り替えることによって、この切替の前後においても、放電期間を段差なく連続させることができる。以上から、放電期間漸増制御を実行するに際し、点火エネルギの要求を満たしながら、放電期間漸増制御が実行される目標点火エネルギの領域の全体にわたって、放電期間を無段階に増加させることができ、請求項４による前述した作用を得ることができる。

請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の内燃機関３の点火制御装置において、点火制御手段は、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第１しきい値ＥＩＧＲＥＦ１よりも大きな所定の第２しきい値ＥＩＧＲＥＦ２よりも大きいときには、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤにかかわらず、通電電圧ＶＥＬＣを最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに保持し、かつ放電回数ＮＤＣＨを最大回数ＮＤＣＨＭＡＸに保持するとともに、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが大きいほど、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが確保されるように通電時間ＴＥＬＣを増加させることによって、放電期間ＰＤＣＨを無段階に増加させることを特徴とする。

この構成によれば、目標点火エネルギが所定の第２しきい値（＞第１しきい値）よりも大きいときには、通電電圧を最大電圧に保持し、放電回数を最大回数に保持するとともに、目標点火エネルギが確保されるように通電時間を増加させることによって、放電期間を無段階に増加させる。これにより、目標点火エネルギが大きい場合においても、点火エネルギの要求を満たしながら、放電期間を最適な所定期間に可能な限り近い値に制御することによって、高い燃焼性を維持することができる。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の内燃機関３の点火制御装置において、第２しきい値ＥＩＧＲＥＦ２は、通電電圧ＶＥＬＣが最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに設定され、放電回数ＮＤＣＨが最大回数ＮＤＣＨＭＡＸに設定され、かつ通電時間ＴＥＬＣが所定時間に設定されているときに、点火装置５から供給される点火エネルギであることを特徴とする。

この構成によれば、第２しきい値は、通電電圧＝最大電圧、放電回数＝最大回数で、通電時間＝所定時間のときに点火装置から供給される点火エネルギに設定されている。したがって、目標点火エネルギが、第１しきい値よりも大きく、第２しきい値以下のときに、通電電圧を最大電圧に保持し、放電回数及び通電時間を可変制御する、前述した請求項５による放電期間漸増制御を支障なく行えるとともに、目標点火エネルギが第２しきいよりも大きい場合の請求項６による放電期間漸増制御を、目標点火エネルギの増加に応じ、所定時間を初期値として通電時間を増加させることによって、円滑に行うことができる。

本発明を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 点火装置の回路構成を示す図である。 点火装置による点火動作を示す図である。 点火制御装置を示すブロック図である。 点火プラグの放電期間と混合気の燃焼性との関係を示す図である。 点火制御処理のメインフローである。 高回転時用の点火制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 第１実施形態による低回転時用の点火制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図８の処理において点火装置の（ｂ）通電電圧、（ｃ）放電回数、及び（ｄ）通電時間を算出するためのマップを、（ａ）放電期間とともに示す図である。 第２実施形態による低回転時用の点火制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図１０の処理において点火装置の（ｂ）通電電圧、（ｃ）放電回数、及び（ｄ）通電時間を算出するためのマップを、（ａ）放電期間とともに示す図である。 通電時間及び放電回数と放電期間との関係と、目標点火エネルギの切替値の設定方法を説明するための図である。 放電回数と放電電流の関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を示す。このエンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒のガソリンエンジンである。各気筒３ａ（１つのみ図示）のピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｄが形成されている。

各気筒３ａには、吸気ポート６ａと、吸気コレクタ部６ｂを有する吸気マニホルド６ｃを介して、吸気通路６が接続されるとともに、排気ポート７ａと、排気コレクタ部７ｂを有する排気マニホルド７ｃを介して、排気通路７が接続されている。吸気ポート６ａ及び排気ポート７ａにはそれぞれ、吸気弁８及び排気弁９が設けられている。

また、各気筒３ａには、吸気ポート６ａに向かって燃料を噴射する燃料噴射弁４（図４参照）が設けられている。燃料噴射弁４から噴射された燃料は、吸気通路６を介して供給される空気（新気）とともに気筒３ａに吸入され、それにより、燃焼室３ｄ内に混合気が生成される。

さらに、各気筒３ａには、燃焼室３ｄ内の混合気を点火するための点火装置５が設けられている。図２に示すように、点火装置５は、第１及び第２点火コイル３１Ａ、３１Ｂから成る一対の点火コイル３１と、燃焼室３ｄに臨む１つの点火プラグ３２を有している。第１及び第２点火コイル３１Ａ、３１Ｂとそれらに接続された回路の構成は、互いに同じである。

各点火コイル３１は、１次コイル３３及び２次コイル３４で構成されている。１次コイル３３の一端部は、コンデンサ３５と、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成されたコンバータ３６を介して、直流電源であるバッテリ３７に接続され、他端部は、スイッチ素子３８を介してアースされている。

コンバータ３６及びコンデンサ３５は、バッテリ３７と１次コイル３３の間に並列に接続されている。バッテリ３７の電圧は、コンバータ３６で昇圧された後、コンデンサ３５に出力され、それにより、コンデンサ３５が充電される。コンバータ３６による昇圧電圧は、ＥＣＵ２からの制御信号Ｓ１によって制御される。

スイッチ素子３８は、トランジスタやＭＯＳ−ＦＥＴなどで構成されており、そのオン／オフは、ＥＣＵ２からの通電信号Ｓ２によって制御される。また、点火コイル３１の２次コイル３４の一端部はアースされ、他端部は、点火プラグ３２に接続されている。

以上の構成により、スイッチ素子３８がオンされると、コンデンサ３５に蓄えられた電荷が点火コイル３１の１次コイル３３に流れることで、１次コイル３３が通電される。その後、スイッチ素子３８がオフされると、１次コイル３３の通電が遮断されることによって、１次コイル３３に放電電流が流れる。この放電電流によって２次コイル３４に誘起された高電圧が点火プラグ３２から火花放電され、混合気が点火される。

図３に示すように、上述した１次コイル３３の通電及び点火プラグ３２の放電は、第１及び第２点火コイル３１Ａ、３１Ｂによって、互い違いのタイミングで、繰り返し行われる。これにより、点火プラグ３２の放電を、その放電電流が途切れなく連続した状態で、１つの燃焼サイクル中に複数回（例えば最大１５回）行うことが可能である。

この場合、最初の放電の開始時から最後の放電の終了時（放電電流の収束時）までの放電期間ＰＤＣＨは、１次コイル３３の１回当たりの通電時間ＴＥＬＣと、点火プラグ３２の放電回数ＮＤＣＨに応じて定まる。また、放電によって供給される点火エネルギＥＩＧは、上記の２つのパラメータに加え、コンバータ３６で昇圧され、１次コイル３３に通電される電圧（以下「通電電圧」という）ＶＥＬＣに応じて定まり、これらの３つのパラメータは、ＥＣＵ２によって制御される。

図１に戻り、吸気通路６の吸気コレクタ部６ｂよりも上流側には、スロットル弁機構１０が設けられている。このスロットル弁機構１０は、吸気通路６内に配置された回動自在のスロットル弁１０ａと、スロットル弁１０ａを駆動するＴＨアクチュエータ１０ｂを有する。スロットル弁１０ａの開度は、ＴＨアクチュエータ１０ｂに供給される電流をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｄに吸入される吸気量（新気量）が調整される。

また、エンジン３には、燃焼室３ｄから排気通路７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして、吸気通路６に還流させるためのＥＧＲ装置１１が設けられている。ＥＧＲ装置１１は、ＥＧＲ通路１２と、ＥＧＲ通路１２の途中に設けられたＥＧＲ弁機構１３及びＥＧＲクーラ１４などで構成されている。ＥＧＲ通路１２は、排気通路７の排気コレクタ部７ｂと吸気通路６の吸気コレクタ部６ｂに接続されている。

ＥＧＲ弁機構１３は、ＥＧＲ通路１２内に配置されたＥＧＲ弁１３ａと、ＥＧＲ弁１３ａを駆動するＥＧＲアクチュエータ１３ｂを有する。ＥＧＲ弁１３ａのリフト量は、ＥＧＲアクチュエータ１３ｂに供給される電流をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、吸気通路６に還流するＥＧＲ量ＧＥＧＲが調整される。

エンジン３のクランクシャフトには、クランク角センサ２０が設けられている（図４参照）。クランク角センサ２０は、クランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角（例えば３０°）ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、図４に示すように、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２１から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が入力される。

さらに、吸気通路６のスロットル弁１０ａよりも上流側には、大気圧センサ２２及び吸気温センサ２３が設けられている。大気圧センサ２２は大気圧ＰＡを検出し、吸気温センサ２３は吸気通路６を流れる吸気の温度ＴＡを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。また、エンジン３のシリンダブロック３ｅには、エンジン３の冷却水の温度ＴＷを検出する水温センサ２４が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２０〜２４の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、エンジン３の吸気量、ＥＧＲ量、燃料噴射量及び点火動作などを制御するエンジン制御を実行する。本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標点火エネルギ設定手段、及び点火制御手段に相当する。

次に、図６を参照しながら、ＥＣＵ２で実行される、エンジン３の点火制御処理について説明する。本処理は、点火装置５の通電電圧ＶＥＬＣ、通電時間ＴＥＬＣ及び放電回数ＮＤＣＨを設定し、点火装置５を制御するものであり、所定の周期（例えば１秒）で繰り返し実行される。

本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、検出されたアクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３の要求トルクＴＲＱＣＭＤを算出する。このマップでは、要求トルクＴＲＱＣＭＤは、アクセル開度ＡＰにほぼ比例するように設定されている。

次に、算出された要求トルクＴＲＱＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、それぞれの所定のマップ（図示せず）を検索することなどによって、目標吸気量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤを算出する（ステップ２）。

また、要求トルクＴＲＱＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、それぞれの所定のマップ（図示せず）を検索することなどによって、燃料噴射量ＧＦＵＥＬ及び点火時期ＩＧを算出する（ステップ３）。

次に、点火装置５の目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤを算出する（ステップ４）。この目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤの算出は、例えば次のようにして行われる。まず、エンジン回転数ＮＥ、目標吸気量ＧＡＩＲＣＭＤ及び目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤに応じ、所定の三次元マップを検索することによって、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤの基本値ＥＩＧＢＡＳＥを算出する。図示しないが、この三次元マップでは、基本値ＥＩＧＢＡＳＥは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、目標吸気量ＧＡＩＲＣＭＤが大きいほど、また目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＣＭＤが大きいほど、点火に必要な電気エネルギが大きくなるため、より大きな値に設定されている。

そして、算出した基本値ＥＩＧＢＡＳＥを点火時期ＩＧに応じて補正することによって、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤを算出する。この場合、点火時期ＩＧが進角側にあるほど、点火に必要な電気エネルギが大きくなるため、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤはより大きな値に補正される。

次に、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＲＥＦよりも小さいか否かを判別する（ステップ５）。この答がＮＯのときには、エンジン３が高回転状態にあるとして、後述する高回転時用の点火制御を実行し（ステップ６）、本処理を終了する。一方、ステップ５の答がＹＥＳのときには、エンジン３が低回転状態にあるとして、後述する低回転時用の点火制御を実行し（ステップ７）、本処理を終了する。

次に、図７を参照しながら、上記ステップ６で実行される高回転時用の点火制御処理について説明する。本処理では、通電時間ＴＥＬＣを所定の最大時間ＴＥＬＣＭＡＸに設定する（ステップ１１）とともに、通電電圧ＶＥＬＣを所定の最小電圧ＶＥＬＣＭＩＮに設定する（ステップ１２）。

次に、図６のステップ４で設定された目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが、所定値ＥＩＧＲＥＦ以下であるか否を判別する（ステップ１３）。この答がＹＥＳで、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが比較的小さいときには、放電回数ＮＤＣＨを１回に設定し（ステップ１４）、本処理を終了する。一方、ステップ１３の答がＮＯで、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが比較的大きいときには、放電回数ＮＤＣＨを２回に設定し（ステップ１５）、本処理を終了する。

以上のように、高回転時用の点火制御では、放電回数ＮＤＣＨは、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤに応じて、１回又は２回という小さな回数に設定される。これは、エンジン３が高回転状態にあることから、放電期間が大きく制限されるためである。

次に、図８を参照しながら、図６のステップ７で実行される低回転時用の点火制御処理について説明する。本処理では、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤに応じ、図９に示すマップを用いて、点火コイル３１の通電電圧ＶＥＬＣ、通電時間ＴＥＬＣ及び点火プラグ３２の放電回数ＮＤＣＨが設定される。

本処理ではまず、ステップ２１において、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが所定の第１しきい値ＮＩＧＲＥＦ１以下であるか否かを判別する。この第１しきい値ＮＩＧＲＥＦ１は、通電時間ＴＥＬＣが所定の最小時間ＴＥＬＣＭＩＮに設定され、放電回数ＮＤＣＨが所定回数ＮＤＣＨＲＥＦに設定され、かつ通電電圧ＶＥＬＣが所定の最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに設定されているときに、点火装置５から供給される点火エネルギに設定されている。

上記ステップ２１の答がＹＥＳで、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが、第１しきい値ＮＩＧＲＥＦ１以下である第１領域にあるときには、これに相当する図９のマップの部分を用いて、上記３つのパラメータを設定する。具体的には、通電時間ＴＥＬＣを最小時間ＴＥＬＣＭＩＮに設定する（ステップ２２）とともに、放電回数ＮＤＣＨを所定回数ＮＤＣＨＲＥＦに設定する（ステップ２３）。また、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、通電電圧ＶＥＬＣを最小電圧ＶＥＬＣＭＩＮから漸増するように設定し（ステップ２４）、本処理を終了する。

以上のように、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第１領域にあるときには、放電期間ＰＤＣＨに影響を及ぼさない通電電圧ＴＥＬＣを、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが確保されるように可変制御する一方、放電期間ＰＤＣＨに影響を及ぼす通電時間ＴＥＬＣ及び放電回数ＮＤＣＨについては、それぞれの所定値に保持する。これにより、点火エネルギの要求を満たしながら、図９（ａ）に示すように、放電期間ＰＤＣＨを所定の最適期間ＰＤＣＨＯＰＴに精度良く保持でき、したがって、最良のエネルギ効率で混合気の燃焼性を確保することができる。

また、第１しきい値ＮＩＧＲＥＦ１が上述したように設定されているので、通電電圧ＶＥＬＣを目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤに応じて増加させる、第１領域における制御を、最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸまで行うことができ、それによる利点を最大限に得ることができる。

前記ステップ２１の答がＮＯのときには、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが、第１しきい値ＮＩＧＲＥＦ１よりも大きな所定の第２しきい値ＮＩＧＲＥＦ２以下であるか否かを判別する（ステップ２５）。この第２しきい値ＮＩＧＲＥＦ２は、通電電圧ＶＥＬＣが所定の最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに設定され、放電回数ＮＤＣＨが所定の最大回数ＮＤＣＨＭＡＸに設定され、かつ通電時間ＴＥＬＣが最小時間ＴＥＬＣＭＩＮに設定されているときに、点火装置５から供給される点火エネルギに設定されている。

上記ステップ２５の答がＹＥＳで、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが、第１しきい値ＮＩＧＲＥＦ１よりも大きく、第２しきい値ＮＩＧＲＥＦ２以下である第２領域にあるときには、これに相当する図９のマップの部分を用いて、３つのパラメータを設定する。具体的には、通電時間ＴＥＬＣを、第１領域の場合と同様、最小時間ＴＥＬＭＩＮに設定する（ステップ２６）とともに、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、放電回数ＮＤＣＨを、所定回数ＮＤＣＨＲＥＦから段階的に増加するように設定する（ステップ２７）。また、通電電圧ＶＥＬＣを最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸＩに設定し（ステップ２８）、本処理を終了する。

以上のように、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第２領域にあるときには、通電時間ＴＥＬＣを最小時間ＴＥＬＭＩＮに保持し、通電電圧ＶＥＬＣを最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸＩに保持する一方、放電回数ＮＤＣＨを、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、所定回数ＮＤＣＨＲＥＦから段階的に増加させる。これにより、点火エネルギの要求を満たしながら、図９（ａ）に示すように、放電期間ＰＤＣＨを最適期間ＰＤＣＨＯＰＴに比較的近い値に制御することによって、高い燃焼性を維持することができる。また、第２しきい値ＮＩＧＲＥＦ２が上述したように設定されているので、第２領域における制御を支障なく行うことができる。

また、前記ステップ２５の答がＮＯで、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第２しきい値ＮＩＧＲＥＦ２よりも大きな第３領域にあるときには、これに相当する図９のマップの部分を用いて、３つのパラメータを設定する。具体的には、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、通電時間ＴＥＬＣを、最小時間ＴＥＬＭＩＮから線形に増加するように設定する（ステップ２９）。また、放電回数ＮＤＣＨを最大回数ＮＤＣＨＭＡＸに設定する（ステップ３０）とともに、通電電圧ＶＥＬＣを、第２領域の場合と同様、最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに設定し（ステップ３１）、本処理を終了する。

以上のように、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第３領域にあるときには、通電電圧ＶＥＬＣを最大電圧ＶＥＬＣＭＡＸに保持し、放電回数ＮＤＣＨを最大回数ＮＤＣＨＭＡＸに保持する一方、通電時間ＴＥＬＣを、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、最小時間ＴＥＬＭＩＮから線形に増加させる。これにより、点火エネルギの要求を満たしながら、図９（ａ）に示すように、放電期間ＰＤＣＨを無段階に増加させ、最適期間ＰＤＣＨＯＰＴに比較的近い値にすることによって、高い燃焼性を維持することができる。また、第２しきい値ＮＩＧＲＥＦ２が上述したように設定されているので、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤの増加に応じ、最小時間ＴＥＬＣＭＩＮを初期値として通電時間ＴＥＬＣを増加させることによって、第３領域における制御を円滑に行うことができる。

上述した第１実施形態では、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが中間の第２領域にあるときには、通電時間ＴＥＬＣ及び通電電圧ＶＥＬＣを一定値に保持し、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤの増加に対して、放電回数ＮＤＣＨが段階的に増加される。このため、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤに対する点火エネルギの無駄が生じる（図９（ｃ）のハッチング部）。また、放電回数ＮＤＣＨの段階的な増加に伴って放電期間ＰＤＣＨも段階的に増加するため、エネルギ効率の無駄が生じる（図９（ａ）のハッチング部）。以下に説明する第２実施形態は、このような点火エネルギとエネルギ効率の無駄を除去するものである。

図１０及び図１１に示すように、第２実施形態は、第１実施形態と比較し、図１０のステップ２６Ａ及び２７Ａの実行内容、すなわち図１１のマップの第２領域における通電時間ＴＥＬＣ及び放電回数ＮＤＣＨの設定が異なるものである。

具体的には、このマップでは、通電時間ＴＥＬＣ及び放電回数ＮＤＣＨが以下のように設定されている。目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第２領域のうちの第１領域に近い部分にあるときには、放電回数ＮＤＣＨは、第１領域の場合と同様、所定回数ＮＤＣＨＲＥＦに設定され、通電時間ＴＥＬＣは、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、最小時間ＴＥＬＭＩＮから線形に増加する。これに伴い、点火エネルギが増加するとともに、放電期間ＰＤＣＨは、最適期間ＰＤＣＨＯＰＴから無段階に増加する。

また、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが所定の第１切替値ＥＩＧＳＷ１に等しいときに、放電回数ＮＤＣＨが所定回数ＮＤＣＨＲＥＦから１回、増加するとともに、通電時間ＴＥＬＣは最小時間ＴＥＬＭＩＮにリセットされる。この第１切替値ＥＩＧＳＷ１から目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、通電時間ＴＥＬＣは最小時間ＴＥＬＭＩＮから線形に増加する。これに伴い、放電期間ＰＤＣＨは無段階に増加する。さらに、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが所定の第２切替値ＥＩＧＳＷ２に等しいときに、放電回数ＮＤＣＨが１回、増加し、通電時間ＴＥＬＣは再び最小時間ＴＥＬＭＩＮにリセットされる。その後は、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが増加するにつれて、通電時間ＴＥＬＣが最小時間ＴＥＬＭＩＮから線形に増加し、それに伴い、放電期間ＰＤＣＨは無段階に増加する。

また、上記の第１及び第２切替値ＥＩＧＳＷ１、ＥＩＧＳＷ２は、以下のように設定されている。図１２は、通電時間ＴＥＬＣと放電期間ＰＤＣＨの関係を、放電回数ＮＤＣＨがｎ回とｎ＋１回の場合について示したものである。通電時間ＴＥＬＣが最小時間ＴＥＬＣＭＩＮから増加するにつれて、放電期間ＰＤＣＨは、ＮＤＣＨ＝ｎのときには、初期値ＰＩＮ（ｎ）から増加し、ＮＤＣＨ＝ｎ＋１のときには、より大きな初期値ＰＩＮ（ｎ＋１）から増加する。

同図に示すように、この初期値ＰＩＮ（ｎ＋１）に等しい放電時間ＰＤＣＨが得られる、ＮＤＣＨ＝ｎのときの通電時間ＴＥＬＣの値が、通電時間の切替値ＴＳＷｎ（ＴＳＷ１、ＴＳＷ２）として設定され、この切替値ＴＳＷｎに対応する点火エネルギに相当する値が、目標点火エネルギの切替値ＥＩＧＳＷｎとして設定されている（図１１参照）。

以上のように第１及び第２切替値ＥＩＧＳＷ１、ＥＩＧＳＷ２が設定されるとともに、前述したように、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤがこれらの切替値ＥＩＧＳＷ１，２に達したときにはそれぞれ、放電回数ＮＤＣＨが１回、増加され、通電時間ＴＥＬＣが最小時間ＴＥＬＭＩＮにリセットされる。その結果、放電期間ＰＤＣＨは、このような放電回数ＮＤＣＨ及び通電時間ＴＥＬＣの切替の前後においても段差なく連続し、したがって、第２領域の全体にわたり、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤに対して無段階に増加する。

以上のように、本実施形態によれば、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤが第２領域にあるときに、点火エネルギの要求を過不足なく満たしながら、目標点火エネルギＥＩＧＣＭＤの第２領域の全体にわたって、放電期間ＰＤＣＨを無段階に増加させることができる。これにより、第１実施形態における点火エネルギとその効率の無駄を除去でき、エネルギ効率をさらに高めることができる。

また、第１及び第２切替値ＥＩＧＳＷ１，２が前述したように設定される結果、その前後における放電期間ＰＤＣＨの連続性を保つことが可能な条件において最も早く、放電回数ＮＤＣＨが増加される。一方、図１３に示すように、放電期間ＰＤＣＨが同一の条件では、放電回数ＮＤＣＨが少ない場合には、同図に矢印Ａで示すような放電電流の落ち込みが生じやすく、それに起因する混合気の燃焼の吹き消えが発生するなど、燃焼性が低下しやすいことから、放電回数ＮＤＣＨはより多いことが好ましい。したがって、上述した切替により、放電回数ＮＤＣＨを最も早く増加させることによって、より良好な燃焼性を得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態に示した点火装置５は、一対の点火コイル３１Ａ、３１Ｂを有するタイプのものであるが、これに限らず、本発明は、単一の点火コイルを有する点火装置にも適用できる。このタイプの点火装置では、点火プラグの放電は、点火コイルの通電と交互に、間欠的に行われる。その場合、点火装置の放電期間は、放電の休止時間を含む、最初の放電の開始時から最後の放電の終了時までの時間として定義され、そのように定義された放電期間についても、最良の燃焼性が得られる最適な放電期間が存在することが確認されている。

また、実施形態では、通電時間ＴＥＬＣの所定時間として、その最小時間ＴＥＬＣＭＩＮを用いているが、適当な他の時間を用いてもよい。さらに、第２実施形態で示した、第１及び第２切替値ＥＩＧＳＷ１、ＥＩＧＳＷ２の設定手法は、あくまで例示であり、その切替の前後で放電期間ＰＤＣＨが連続する限り、他の設定手法を採用できる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

２ ＥＣＵ（目標点火エネルギ設定手段、点火制御手段）
３ 内燃機関
５ 点火装置
２０ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２１ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
３１ 点火コイル
３１Ａ 第１点火コイル
３１Ｂ 第２点火コイル
３２ 点火プラグ
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＡＰ アクセル開度（内燃機関の運転状態）
ＥＩＧＣＭＤ 目標点火エネルギ
ＥＩＧＲＥＦ１ 第１しきい値
ＥＩＧＲＥＦ２ 第２しきい値
ＥＩＧＳＷ１ 第１切替値（切替値）
ＥＩＧＳＷ２ 第２切替値（切替値）
ＰＤＣＨ 放電期間
ＰＤＣＨＯＰＴ 最適期間（所定期間）
ＰＤＣＨ（ｎ＋１）放電回数がｎ＋１回のときの放電期間の初期値（放電期間）
ＶＥＬＣ 点火コイルの通電電圧
ＶＥＬＣＭＡＸ 最大電圧
ＴＥＬＣ 点火コイルの通電時間
ＴＥＬＣＭＩＮ 最小時間（所定時間）
ＮＤＣＨ 点火プラグの放電回数
ＮＤＣＨＲＥＦ 所定回数

Claims (8)

1. 点火コイル及び点火プラグを有し、前記点火コイルの通電及び前記点火プラグの放電による混合気の点火動作を、１つの燃焼サイクル中に複数回、行うことが可能な点火装置を制御する内燃機関の点火制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記点火装置の目標点火エネルギを設定する目標点火エネルギ設定手段と、
   当該設定された目標点火エネルギが所定の第１しきい値以下のときに、前記点火プラグの放電の開始時から終了時までの期間である放電期間を一定の所定期間に保持し、前記目標点火エネルギが前記第１しきい値よりも大きいときに、前記放電期間を前記所定期間よりも増加側に可変に制御する点火制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記点火制御手段は、前記目標点火エネルギが前記第１しきい値以下のときには、当該目標点火エネルギが大きいほど、当該目標点火エネルギが確保されるように前記点火コイルの通電電圧をより増加させるとともに、前記目標点火エネルギにかかわらず、前記点火コイルの通電時間を所定時間に保持し、かつ前記点火プラグの放電回数を所定回数に保持することによって、前記放電期間を前記所定期間に保持するように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点火制御装置。
3. 前記第１しきい値は、前記通電時間が前記所定時間に設定され、前記放電回数が前記所定回数に設定され、かつ前記通電電圧が所定の最大電圧に設定されているときに、前記点火装置から供給される点火エネルギであることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置。
4. 前記点火制御手段は、前記目標点火エネルギが前記第１しきい値よりも大きいときには、前記目標点火エネルギが増加するにつれて、前記放電期間を前記所定期間から無段階に増加させる放電期間漸増制御を実行することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
5. 前記点火制御手段は、前記目標点火エネルギが前記第１しきい値よりも大きいときには、前記目標点火エネルギが増加するにつれて、前記放電期間を前記所定期間から無段階に増加させる放電期間漸増制御を実行することを特徴とする、請求項２又は３に記載の内燃機関の点火制御装置。
6. 前記点火制御手段は、前記放電期間漸増制御を実行する際に、前記通電電圧を前記最大電圧に保持し、かつ前記放電回数を保持した状態で、前記目標点火エネルギが増加するにつれて、前記通電時間を前記所定時間から漸増させるとともに、前記目標点火エネルギが所定の切替値に達したときに、前記通電時間を前記所定時間にリセットするとともに、前記放電回数を１回、増加させ、
   前記所定の切替値は、前記漸増した通電時間によって得られる前記放電期間が、前記通電時間が前記所定時間に設定され、かつ前記放電回数が１回、増加したと仮定したときに得られる前記放電期間に一致するときの点火エネルギに相当する値に設定されていることを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関の点火制御装置。
7. 前記点火制御手段は、前記目標点火エネルギが前記第１しきい値よりも大きな所定の第２しきい値よりも大きいときには、前記目標点火エネルギにかかわらず、前記通電電圧を前記最大電圧に保持し、かつ前記放電回数を最大回数に保持するとともに、前記目標点火エネルギが大きいほど、当該目標点火エネルギが確保されるように前記通電時間を増加させることによって、前記放電期間を無段階に増加させることを特徴とする、請求項５又は６に記載の内燃機関の点火制御装置。
8. 前記第２しきい値は、前記通電電圧が前記最大電圧に設定され、前記放電回数が前記最大回数に設定され、かつ前記通電時間が前記所定時間に設定されているときに、前記点火装置から供給される点火エネルギであることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関の点火制御装置。

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