JP6392536B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室における混合気の燃焼を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関（以下、「エンジン」という）の始動直後から排気に含まれる有害物質を効率的に除去するため、排気系に設けられる触媒の温度を有害物質の除去に適した所定の温度まで上昇させる内燃機関の制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、内燃機関の冷却水の温度に基づいて点火プラグの放電時期を変更し、混合気の燃焼によって発生する熱（以下、「燃焼熱」という）を利用して触媒の温度を上昇させる内燃機関の制御装置が知られている。

特願平０６−００５３３４号広報

特許文献１に記載の内燃機関では、触媒の温度を上昇させるとき、排気弁が開く直前に混合気の燃焼をおこなうよう点火プラグの放電開始タイミングを遅角側に移行し、触媒の温度を所定の温度まで上昇させる時間を短くする。しかしながら、点火プラグの放電開始タイミングを遅角側に移行しすぎると、燃焼室における混合気の燃焼が不安定となるため、触媒の温度を上昇させる間、内燃機関が出力するトルクが大きく変動するおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気に含まれる有害物質を効率的に除去しつつ、トルクの変動を小さくする内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明は、内燃機関（１２）の燃焼室（１６）における混合気の燃焼を制御する内燃機関の制御装置であって、放電により混合気に点火する点火プラグの放電状態を制御する放電制御部（３０）、内燃機関の運転状態を検出し内燃機関の運転状態に基づいて検出信号を出力する運転状態検出手段（３５，３４１）、及び、運転状態検出手段が出力する検出信号に基づいて内燃機関の排気系（２０）に設けられる触媒（１９）の温度が所定の温度より低いか否かを判定する触媒温度判定手段（３４）を備える。
放電制御部は、点火コイル（４０）、点火スイッチ（４５）、整流素子（４６）、エネルギ投入手段（５０）、及び、投入エネルギ制御手段（３３）を有する。点火コイルは、直流電源（６）から供給される一次電流が流れる一次コイル（４１）、及び、点火プラグの電極に接続され一次電流の通電及び遮断によって発生する放電電流としての二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する。点火スイッチは、一次コイルの直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号（ＩＧＴ）に従って一次電流の通電と遮断とを切り替える。清流素子は、一次コイルの接地側に設けられ、接地に向かう電流を遮断し接地から一次コイルの接地側に向かう電流を通す。エネルギ投入手段は、点火スイッチによる一次電流の遮断によって点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、放電を可能とするエネルギを点火コイルの接地側から継続的に投入する。投入エネルギ制御手段は、エネルギ投入手段と電気的に接続し、エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する。放電制御部は、触媒の温度が所定の温度より低いと触媒温度判定手段が判定すると、点火プラグの放電時間の通常の放電時間からの延長及び点火プラグの放電電流の同じ極性での増加の少なくとも一方を行う。

本発明の内燃機関の制御装置では、運転状態検出手段が出力する検出信号に基づいて触媒温度判定手段が触媒の温度が所定の温度より低いと判定すると、点火プラグの放電時間を通常の放電時間から延長する制御、及び、点火プラグの放電電流を同じ極性で増加する制御の少なくとも一方の制御を行う。ここで、所定の温度とは、排気に含まれる有害物質などの除去対象物質を効率的に除去することが可能な温度、を指す。また、通常の放電時間とは、内燃機関が定常運転しているとき点火プラグが燃焼室の混合気に点火するため放電する時間、を指す。点火プラグの放電時間を通常の放電時間より長くすると、燃焼室の混合気が着火する確率を増やすことができる。また、放電電流を同じ極性で増加させると放電エネルギが大きくなり、混合気を確実に燃焼することができ、排気が有する燃焼熱を触媒に比較的多く伝えることができる。特に、より多くの熱を触媒に伝えるため点火プラグの点火開始タイミングを遅角側に移行するとき、失火しやすい膨張中の混合気を確実に燃焼することができる。これにより、混合気の燃焼熱を利用して触媒の温度を迅速に上昇させることができるため、排気に含まれる有害物質を内燃機関の始動後早期に効率的に除去するよう触媒を活性化することができる。また、失火しやすい膨張中の混合気を確実に燃焼することができるため、内燃機関が出力するトルクの変動を小さくすることができる。

本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置の構成図である。 本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置における放電制御部の基本動作のタイムチャートである。 本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置における触媒暖機処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置における定常運転制御及び触媒暖機制御の各部の動作を説明するタイムチャートである。 本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置における点火プラグの放電時期と排気温度及びトルク変動との関係を示す特性図である。 本発明のその他の実施形態による内燃機関の制御装置における点火プラグの放電時間を延長した状態を表す特性図である。

以下、本発明の実施形態による内燃機関の制御装置を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態による「内燃機関の制御装置」としてのエンジン制御装置１は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。エンジン制御装置１は、放電制御部３０、「運転状態検出手段」としてのクランク位置センサ３５、「運転状態検出手段」としての触媒温度センサ３４１、「触媒温度判定手段」としての触媒温度判定部３４、吸気ポート用インジェクタ１５、「直噴用燃料噴射弁」としての直噴用インジェクタ２６などから構成されている（図２参照）。

まず、エンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、エンジンシステム１０は、火花点火式の「内燃機関」としてのエンジン１２を備えている。エンジン１２は、例えば、４サイクルの多気筒エンジンであり、図１では１気筒の断面のみを図示する。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられている。

エンジン１２は、スロットル弁１３を通じて「吸気系」としての吸気マニホールド１４から供給される空気と吸気マニホールド１４に設けられている吸気ポート用インジェクタ１５及び燃焼室１６を形成するシリンダ１２１に設けられる直噴用インジェクタ２６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１６で燃焼させる。エンジン１２では、燃焼室１６での燃焼時の爆発力によってピストン１７を往復運動させる。ピストン１７の往復運動は、クランクシャフト１８によって、回転運動に変換され出力される。燃焼室１６で燃焼した混合気の燃焼排ガスである排気は、「排気系」としての排気マニホールド２０などを通じて大気中に放出される。排気マニホールド２０には、排気に含まれる窒素酸化物などの有害物質を除去対象物質として分解し排気中から除去する触媒１９が設けられている。

燃焼室１６の入口であるシリンダヘッド２１の吸気ポートには、吸気弁２２が設けられている。また、燃焼室１６の出口であるシリンダヘッド２１の排気ポートには排気弁２３が設けられている。吸気弁２２及び排気弁２３は、バルブ駆動機構２４により開閉駆動される。吸気弁２２のバルブタイミングは、可変バルブ機構２５により調整される。

燃焼室１６の混合気の点火は、放電制御部３０によって点火プラグ７の電極間に放電を発生させることにより行われる。放電制御部３０は、電子制御ユニット３２の指令に基づき点火回路ユニット３１を作動させ点火コイル４０から点火プラグ７に高電圧を印加することにより、燃焼室１６で火花放電を発生させる。

点火プラグ７は、燃焼室１６で所定のギャップを隔てて対向する一対の電極（図２参照）を有している。点火プラグ７が有するギャップにおいて絶縁破壊が生じるだけの高電圧が一対の電極間に印加されると放電が発生する。以下の説明において、「高電圧」とは、点火プラグ７の一対の電極間で放電が発生し得るほどの電圧をいう。

電子制御ユニット３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポートなどからなるマイクロコンピュータによって構成されている。
電子制御ユニット３２には、破線矢印で示すように、クランク位置センサ３５、カム位置センサ３６、水温センサ３７、スロットル開度センサ３８、吸気量センサ３９、触媒温度センサ３４１などの各種センサからの検出信号が入力される。電子制御ユニット３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、実線矢印で示すように、スロットル弁１３、吸気ポート用インジェクタ１５、直噴用インジェクタ２６、及び、点火回路ユニット３１などを駆動してエンジン１２の運転状態を制御する。

次に、放電制御部３０の構成について図２を参照して説明する。
図２に示すように、放電制御部３０は、点火コイル４０、点火回路ユニット３１、及び、電子制御ユニット３２の制御信号出力部３３を含む。

点火コイル４０は、一次コイル４１と二次コイル４２と整流素子４３とを有し、公知の昇圧トランスを構成している。
一次コイル４１は、一端が一定の直流電圧を供給可能な「直流電源」としてのバッテリ６の「非接地側出力端子」としての正極に接続されており、他端が点火スイッチ４５を介して接地されている。以下、一次コイル４１のバッテリ６と接続する側とは反対側を「接地側」という。
二次コイル４２は、一次コイル４１と磁気的に結合されている。二次コイル４２の一端は点火プラグ７の一対の電極を介して接地されており、他端は整流素子４３及び二次電流検出抵抗４７を介して接地されている。

ここで、一次コイル４１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、一次電流Ｉ１の増減によって発生し二次コイル４２に流れる電流を「放電電流」としての二次電流Ｉ２という。図中に矢印で示すように、一次電流Ｉ１は、一次コイル４１から点火スイッチ４５に向かう方向の電流を正とし、二次電流Ｉ２は、二次コイル４２から点火プラグ７に向かう方向の電流を正とする。また、二次コイル４２の点火プラグ７側の電圧を二次電圧Ｖ２という。

整流素子４３は、ダイオードで構成されており、二次電流Ｉ２を整流する。

点火コイル４０は、一次コイル４１を流れる電流の変化に応じて電磁誘導の相互誘導作用により二次コイル４２に高電圧を発生させる。点火コイル４０では、発生した高電圧を点火プラグ７に印加する。本実施形態では、１つの点火プラグ７に対し１つの点火コイル４０が設けられている。

点火回路ユニット３１は、点火スイッチ（イグナイタ）４５、「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部５０、二次電流検出抵抗４７、二次電流検出回路４８を有している。

点火スイッチ４５は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から構成されている。点火スイッチ４５のエミッタは、接地されている。点火スイッチ４５のコレクタは、点火コイル４０の一次コイル４１の接地側に接続されている。点火スイッチ４５のゲートは、電子制御ユニット３２に接続されている。エミッタは、整流素子４６を介してコレクタに接続されている。
点火スイッチ４５は、ゲートに入力される点火信号ＩＧＴに応じてオンオフ動作する。詳しくは、点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にオンとなり、点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にオフとなる。一次コイル４１における一次電流Ｉ１は、点火スイッチ４５により点火信号ＩＧＴに従って通電及び遮断が切り替えられる。

エネルギ投入部５０は、エネルギ蓄積コイル５２、充電スイッチ５３、充電スイッチ用ドライバ回路５４、及び、整流素子５５から構成されるＤＣＤＣコンバータ５１、コンデンサ５６、放電スイッチ５７、放電スイッチ用ドライバ回路５８、並びに、整流素子５９を有している。

ＤＣＤＣコンバータ５１は、バッテリ６の電圧を昇圧し、コンデンサ５６に供給する。
エネルギ蓄積コイル５２は、一端がバッテリ６に接続され、他端が充電スイッチ５３を介して接地されている。充電スイッチ５３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）から構成されている。充電スイッチ５３の「第二電源側端子」としてのドレインは、エネルギ蓄積コイル５２に接続されている。充電スイッチ５３の「第二接地側端子」としてのソースは、接地されている。充電スイッチ５３の「第二制御端子」としてのゲートは、充電スイッチ用ドライバ回路５４に接続されている。充電スイッチ用ドライバ回路５４は、充電スイッチ５３をオンオフ駆動可能である。
整流素子５５は、ダイオードで構成されており、コンデンサ５６からエネルギ蓄積コイル５２及び充電スイッチ５３側への電流の逆流を防止する。

充電スイッチ５３がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に誘起電流が流れ、電気エネルギが蓄積される。また、充電スイッチ５３がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に蓄積された電気エネルギがバッテリ６の直流電圧に重畳してコンデンサ５６側へ放出される。充電スイッチ５３がオンオフ動作を繰り返すことで、エネルギ蓄積コイル５２にてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、バッテリ電圧が昇圧される。
コンデンサ５６は、一方の電極が整流素子５５を介してエネルギ蓄積コイル５２の接地側に接続されている。また、コンデンサ５６の他方の電極は、接地されている。コンデンサ５６は、ＤＣＤＣコンバータ５１によって昇圧された電圧を蓄電する。

放電スイッチ５７は、例えば、ＭＯＳＦＥＴで構成されている。放電スイッチ５７の「第一電源側端子」としてのドレインは、コンデンサ５６に接続されている。放電スイッチ５７の「第一接地側端子」としてのソースは、一次コイル４１の接地側に接続されている。放電スイッチ５７の「第一制御端子」としてのゲートは、放電スイッチ用ドライバ回路５８に接続されている。放電スイッチ用ドライバ回路５８は、放電スイッチ５７をオンオフ駆動可能である。
整流素子５９は、ダイオードで構成されており、点火コイル４０からコンデンサ５６への電流の逆流を防止している。
なお、図２では１気筒に対する構成のみを示しているが、実際には、放電スイッチ５７以降の構成は気筒数分が並列して設けられている。すなわち、放電スイッチ５７の手前で電流経路が気筒毎に分岐され、コンデンサ５６に蓄積されたエネルギが各経路に分配される。

二次電流検出回路４８は、燃焼室１６に設けられる二次電流検出抵抗４７の両端の電圧に基づいて二次電流Ｉ２を検出する。その後、二次電流Ｉ２を目標値（以下「目標二次電流Ｉ２^*」という。）に一致させようとするフィードバック制御により、放電スイッチ５７のオンデューティ比を演算し、放電スイッチ用ドライバ回路５８に指令する。

電子制御ユニット３２は、触媒温度判定部３４、及び、制御信号出力部３３を有する。

触媒温度判定部３４は、クランク位置センサ３５が検出したエンジン１２の回転数や触媒温度センサ３４１が検出した触媒１９の温度などに基づいて、触媒１９の温度が所定の温度より低いか否かを判定する。触媒温度判定部３４は、判定結果に応じた判定信号を制御信号出力部３３に出力する。

制御信号出力部３３は、カム位置センサ３６などが出力する検出信号及び触媒温度判定部３４が出力する判定信号に基づいて、点火信号ＩＧＴ及びエネルギ投入期間信号ＩＧＷを生成し、点火回路ユニット３１に出力する。
点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ４５のゲート、及び、充電スイッチ用ドライバ回路５４に入力される。点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、オンとなる。充電スイッチ用ドライバ回路５４は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、充電スイッチ５３のゲートに対し、充電スイッチ５３をオンオフ制御する充電スイッチ信号ＳＷｃを繰り返し出力する。

エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、放電スイッチ用ドライバ回路５８に入力される。放電スイッチ用ドライバ回路５８は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが入力されている期間、放電スイッチ５７のゲートに対し、放電スイッチ５７をオンオフ制御する放電スイッチ信号ＳＷｄを繰り返し出力する。また、放電スイッチ用ドライバ回路５８には、目標二次電流Ｉ２^*を指示するための目標二次電流信号ＩＧＡが入力される。

また、制御信号出力部３３は、クランク位置センサ３５などの各種センサからの検出信号に基づいて、吸気ポート用インジェクタ１５及び直噴用インジェクタ２６による燃料の噴射時期を制御する。

次に、放電制御部３０の作動について図３のタイムチャートを参照して説明する。
図３のタイムチャートは、共通の時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、投入エネルギＰ、充電スイッチ信号ＳＷｃ、放電スイッチ信号ＳＷｄの時間変化を示している。
ここで、「コンデンサ電圧Ｖｄｃ」は、コンデンサ５６に蓄電された電圧を意味する。また、「投入エネルギＰ」は、コンデンサ５６から放出され一次コイル４１の低電圧側端子側から点火コイル４０に供給されるエネルギを意味し、点火プラグ７における１回の放電における供給開始（最初の放電スイッチ信号ＳＷｄの立ち上がり）からの積算値を示す。

また、図３において、「一次電流Ｉ１」及び「二次電流Ｉ２」は、図２に示す矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。

また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間における二次電流Ｉ２の制御目標値を「目標二次電流Ｉ２^*」とする。目標二次電流Ｉ２^*は、点火プラグ７における放電を良好に維持可能な程度の電流に設定される。本実施形態では、波状の最大値と最小値との中間値を目標値とするが、波状の最大値又は最小値を目標値としてもよい。

時刻ｔ１にて点火信号ＩＧＴがＨ（ハイ）レベルに立ち上がると、点火スイッチ４５がオンされる。このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはＬ（ロー）レベルであるため放電スイッチ５７はオフである。これにより、一次コイル４１における一次電流Ｉ１の通電が開始する。

また、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている間、矩形波パルス状の充電スイッチ信号ＳＷｃが、充電スイッチ５３のゲートに入力される。すると、充電スイッチ５３のオン後のオフ期間にコンデンサ電圧Ｖｄｃがステップ状に上昇する。
このようにして、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている時刻ｔ１から時刻ｔ２間に、点火コイル４０が充電されるとともに、ＤＣＤＣコンバータ５１の出力によってコンデンサ５６にエネルギが蓄積される。このエネルギの蓄積は、時刻ｔ２までに終了する。
このとき、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、すなわち、コンデンサ５６のエネルギ蓄積量は、充電スイッチ信号ＳＷｃのオンデューティ比及びオンオフ回数によって制御可能である。

その後、時刻ｔ２において点火信号ＩＧＴがＬレベルに立ち下げられ、点火スイッチ４５がオフされると、それまで一次コイル４１に通電していた一次電流Ｉ１が急激に遮断される。すると、二次コイル４２に高電圧が発生し、点火プラグ７の電極間にて放電が発生する。放電が発生すると、二次コイル４２に二次電流Ｉ２が流れる。
時刻ｔ２で点火放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流Ｉ２は、破線ＢＬ１で示すように、時間経過とともに０［Ａ］に近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電は終了する。このような放電による点火方式を「通常放電」という。

それに対し、本実施形態では、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ３にエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＨレベルに立ち上げられ、充電スイッチ５３がオフの状態で放電スイッチ５７がオンされる。放電スイッチ５７がオンされると、コンデンサ５６の蓄積エネルギが放出され、一次コイル４１の接地側に投入される。これにより、点火放電中に、投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１が通電する。

このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に通電していた二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が同じ極性で重畳される。この一次電流Ｉ１の重畳は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、放電スイッチ５７がオンされる毎に行われる。
すなわち、放電スイッチ信号ＳＷｄがオンになる毎に、コンデンサ５６の蓄積エネルギにより一次電流Ｉ１が順次追加される。これに対応して、二次電流Ｉ２が順次追加される。これにより、実線ＳＬ１に示すように、二次電流Ｉ２は、目標二次電流Ｉ２^*に一致するように維持される。
時刻ｔ４でエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＬレベルに立ち下げられると、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンオフ動作が停止し、一次電流Ｉ１及び二次電流Ｉ２はゼロとなる。

このように、時刻ｔ２における点火放電の後、一次コイル４１の接地側から点火コイル４０にエネルギを投入する制御方式は、周知の多重放電方式のように、一次コイル４１のバッテリ６側、或いは二次コイル４２の点火プラグ７と反対側から点火コイル４０にエネルギを投入する方式に比べ、低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、二次電流Ｉ２の極性を交番させることなく継続できるので混合気を点火可能な状態を一定期間持続させることができる。

第１実施形態によるエンジン制御装置１は、上述したように混合気を点火可能な状態を一定期間持続させることが可能な放電制御部３０、及び、触媒温度判定部３４を備えていることに特徴がある。ここで、エンジン制御装置１による触媒暖機処理について、図４のフローチャートに基づいて説明する。第１実施形態によるエンジン制御装置１では、エンジン１２における吸気、圧縮、膨張及び排気の一つの燃焼サイクル毎に、図４に示すフローチャートに沿って触媒１９の暖機制御が必要か否かを判定し、当該判定に基づいて点火プラグ７の放電状態としての放電時間、放電開始タイミング、及び、二次電流Ｉ２の大きさ、並びに、燃料の噴射時期を制御する。

最初に、ステップ（以下、「Ｓ」とする）１０１において、エンジン１２の運転状態を検出する。Ｓ１０１では、クランク位置センサ３５などが出力する検出信号に基づいてエンジン１２の運転状態を検出する。例えば、クランク位置センサ３５が出力するクランク角信号に基づいて、エンジン１２の回転数を事前に記憶しているマップから読み込む。また、触媒温度センサ３４１が出力する触媒温度信号に基づいて触媒１９の現在の温度を算出する。

次に、Ｓ１０２において、触媒１９の暖機制御が必要か否かを判定する。Ｓ１０１において算出された触媒１９の現在の温度が所定の温度、すなわち、排気に含まれる除去対象物質を効率的に除去することが可能な温度、より低いか否かを触媒温度判定部３４が判定する。Ｓ１０２では、エンジン１２の運転状態、例えば、エンジン１２がＳ１０１において読み込まれたエンジン１２の回転数が定常運転における回転数であるか否かも考慮して判定する。一実施形態によるエンジン制御装置１では、エンジン１２の回転数が定常運転における回転数であることを条件として触媒１９の温度が所定の温度より低いか否かを判定する。Ｓ１０２において、触媒１９の現在の温度が所定の温度より低いと判定されると、触媒１９の暖機制御が必要であるとしてＳ１０３に移行する。Ｓ１０２において、触媒１９の現在の温度が所定の温度と同じ、または、所定の温度より高いと判定されると、触媒１９の暖機制御は不要であるとして、Ｓ１０１に戻る。

次に、Ｓ１０３において、点火プラグ７の放電時間を延長する制御を行う。Ｓ１０３では、制御信号出力部３３は、点火プラグ７の放電時間を、エンジン１２が定常運転しているとき点火プラグ７が燃焼室１６の混合気に点火するため放電する時間である通常の放電時間より長くするようエネルギ投入期間信号ＩＧＷを出力する。点火回路ユニット３１は、充電スイッチ５３と放電スイッチ５７との切替によってエネルギ蓄積コイル５２から点火プラグ７の放電に必要なエネルギを同じ極性で重畳して点火コイル４０に供給する。これにより、点火プラグ７の放電が通常の放電時間に比べ延長され、放電が継続されている間、図３の実線ＳＬ１に示すように比較的長い時間（図３の時間Ｐ１）二次電流Ｉ２が流れる。

一実施形態による点火プラグ７の放電時間延長制御では、延長する放電時間は、Ｓ１０１において検出される触媒１９の現在の温度、及び、Ｓ１０４における点火プラグ７の放電開始タイミングの位置によって決定される。具体的には、触媒１９の温度が低ければ低いほど点火プラグ７の放電時間の長さは長くなる。また、点火プラグ７の放電開始タイミングが遅角側に移行すればするほど、点火プラグ７の放電時間の長さは長くなる。

次に、Ｓ１０４において、触媒１９の暖機制御を行う。Ｓ１０４における触媒１９の暖機制御について図５に基づいて説明する。
図５に、エンジン１２の定常運転制御及び触媒暖機制御のそれぞれにおけるエンジン１２の各部の動作のタイムチャートを示す。図５では、共通の横軸にクランクシャフト１８のクランク角（ピストン１７の位置）を示し、縦軸に上から吸気弁２２の開閉状態、排気弁２３の開閉状態、定常運転制御におけるエンジン１２の各部の動作及び燃焼室１６の圧力、触媒暖機制御におけるエンジン１２の各部の動作及び燃焼室１６の圧力を示している。定常運転制御及び触媒暖機制御におけるエンジン１２の各部の動作においては、吸気ポート用インジェクタ１５による吸気マニホールド１４内への燃料の噴射時期を「吸気マニホールド噴射時期」と示す。また、直噴用インジェクタ２６による燃焼室１６への燃料の噴射時期を「燃焼室噴射時期」と示す。また、点火プラグ７の放電時期を「放電時期」と示し、燃焼室１６の圧力を「燃焼室圧力」と示す。なお、燃焼室圧力は、点火プラグ７による放電によって燃焼室１６の混合気が点火する前後における圧力のみ示す。

横軸の時間は、一回の燃焼サイクルにおいてピストン１７が圧縮ＴＤＣの位置にあるときを０°とし、その後、当該一回の燃焼サイクルの次の燃焼サイクルにおいてピストン１７が圧縮ＴＤＣの位置にあるときを７２０°として説明する。また、図５において、当該次の燃焼サイクルにおいてピストン１７が圧縮ＴＤＣ後のＢＤＣの位置にあるときを当該一回の燃焼サイクルにおける圧縮ＴＤＣから９００°の位置にあるとする。

また、図５において、それぞれの噴射時期に示す実線矢印の長さは、それぞれの噴射時期における燃料の噴射時間を示す。一方、放電時期は、点火プラグ７の放電開始タイミングを示すものであって、点火プラグ７の放電時間を示すものではない。なお、触媒暖機制御における点火プラグ７の放電時間は、上述したように、Ｓ１０３における放電時間の延長によって、定常運転制御における点火プラグ７の放電時間より長くなるよう設定されている。

最初に、吸気弁２２及び排気弁２３の動作について説明する。
吸気弁２２は、実線矢印Ｖ２２が示すように、ピストン１７が１８０°から３６０°に移動する途中、すなわち、圧縮ＴＤＣ後のＢＤＣから排気ＴＤＣに移動する途中において開弁し、吸気マニホールド１４内の気体を燃焼室１６に導入する。その後、ピストン１７が５４０°から７２０°に移動する途中、すなわち、排気ＴＤＣ後のＢＤＣから次の圧縮ＴＤＣに移動する途中において閉弁する。
排気弁２３は、実線矢印Ｖ２３が示すように、ピストン１７が０°から１８０°に移動する途中、すなわち、圧縮ＴＤＣからＢＤＣに移動する途中において開弁し、燃焼排ガスを排気マニホールド２０に排出する。その後、ピストン１７が３６０°、すなわち、排気ＴＤＣの位置にあるとき閉弁する。

次に、定常運転制御における各部の動作及び燃焼室１６の圧力変化を説明する。
吸気ポート用インジェクタ１５は、ピストン１７が１８０°から３６０°に移動する途中であって、吸気弁２２が開弁する前に吸気マニホールド１４に燃料を噴射する（実線矢印ＩＪ１１）。また、直噴用インジェクタ２６は、ピストン１７が３６０°から５４０°に移動する途中であって、吸気弁２２が開弁しているとき、燃焼室１６に燃料を噴射する（実線矢印ＩＪ１２）。
吸気ポート用インジェクタ１５及び直噴用インジェクタ２６による燃料の噴射の後、点火プラグ７は、エンジン１２でのノッキングを回避しつつ出力が最大となるようピストン１７が６８０°から７２０°（圧縮ＴＤＣ）の位置にあるとき、放電を開始し、燃焼室１６の混合気を燃焼する（白抜き丸印ＳＰ１）。このとき、図５の曲線ＣＬ１に示すように、燃焼室１６の圧力は、放電開始タイミングから少し遅れた時刻において最大となる。

次に、触媒暖機制御における各部の動作及び燃焼室１６の圧力変化を定常運転制御における各部の動作及び燃焼室１６の圧力変化と比較しながら説明する。
吸気ポート用インジェクタ１５は、定常運転制御の場合と同じように、ピストン１７が１８０°から３６０°に移動する途中であって、吸気弁２２が開弁する前に吸気マニホールド１４に燃料を噴射する（実線矢印ＩＪ２１）。
一方、直噴用インジェクタ２６は、ピストン１７が５４０°から７２０°に移動する途中において、吸気弁２２が閉弁した後に燃焼室１６に燃料を噴射する（実線矢印ＩＪ２２）。すなわち、触媒暖機制御における直噴用インジェクタ２６の燃料の噴射時期は、定常運転制御における直噴用インジェクタ２６の燃料の噴射時期に比べ圧縮ＴＤＣ寄りに設定されている。
吸気ポート用インジェクタ１５及び直噴用インジェクタ２６による燃料の噴射の後、点火プラグ７は、７２０°から９００°に移動する途中に放電を開始し、燃焼室１６の混合気を燃焼する（白抜き丸印ＳＰ２）。すなわち、触媒暖機制御における点火プラグ７の放電開始タイミングは、定常運転制御における点火プラグ７の放電開始タイミングに比べ遅角側に設定されている。
Ｓ１０３における放電延長制御及びＳ１０４における触媒暖機制御によって、図５の曲線ＣＬ２に示すように、燃焼室１６の圧力は、圧縮ＴＤＣ直後に最大となった後一旦小さくなるが、点火プラグ７の放電開始によって７２０°から９００°に移動する途中に再び上昇する。

次に、Ｓ１０５において、触媒１９の暖機制御を終了するか否かを判定する。Ｓ１０５では、触媒１９の温度が所定の温度以上となっているか否かを触媒温度判定部３４が判定する。Ｓ１０５において、触媒１９の温度が所定の温度以上となっていると判定されると触媒１９の暖機制御を終了し、Ｓ１０６に移行する。Ｓ１０５において、触媒１９の温度が所定の温度より低いと判定されると、Ｓ１０２に戻る。

次に、Ｓ１０６において、エンジン１２を定常運転制御にする。これにより、エンジン制御装置１による触媒暖機処理を終了する。

一実施形態によるエンジン制御装置１では、触媒温度判定部３４は、触媒１９の温度が排気に含まれる除去対象物質を効率的に除去することが可能な温度より低いか否かを判定する。触媒１９の温度が排気に含まれる除去対象物質を効率的に除去することが可能な温度より低いとき、点火プラグ７の放電開始タイミングを遅角側に設定しつつ、点火プラグ７の放電時間を通常の放電時間より長くする。

図６（ａ）に、点火プラグの放電時期と排気温度との関係を示す。図６（ａ）では、横軸に点火プラグの放電時期を示し、縦軸に燃焼室から排出される排気の温度を示す。図６（ａ）の実線ＳＬ３に示すように、エンジンの燃焼においては点火プラグの放電時期が遅角側に設定されるほど排気温度が高くなる。このため、燃焼熱を利用して触媒を迅速に所定の温度とするためには、点火プラグの放電時期をできるだけ遅角側に設定することが望ましい。

しかしながら、点火プラグの放電時期を遅角側に設定しすぎると、膨張中の混合気を点火することになるため、失火しやすくなりエンジンが出力するトルクの変動が大きくなる。図６（ｂ）には、点火プラグの放電時期とトルク変動との関係を示す。ここで、縦軸に示すトルク変動とは、一定以上のトルクの変化が発生する頻度を示している。図６（ｂ）には、放電延長制御における点火プラグ７の放電時期とトルク変動との関係を実線ＳＬ４で示す。また、比較例として、前述の「通常放電」による点火プラグの放電を実行する放電通常制御における点火プラグの放電時期とトルク変動との関係を破線ＢＬ３で示す。なお、図６（ｂ）にはトルク変動の上限を破線ＢＬ０で示す。このトルク変動の上限を超える程度にトルク変動が大きくなると、エンジンを搭載する車両のドライバビリティが許容できない程度に悪化する。

図６（ｂ）に示すように、放電延長制御及び放電通常制御のいずれにおいても点火プラグ７の放電時期を遅角側に設定するにつれてトルク変動は大きくなる。このとき、放電延長制御は、放電通常制御に比べトルク変動の上限に到達する放電時期の位置をより遅角側に設けることができる。

一実施形態によるエンジン制御装置１では、エンジン１２の運転状態も考慮して触媒１９の現在の温度が所定の温度より低いと判定されると、触媒１９の暖機制御が必要であるとして点火プラグ７の放電時間を通常の放電時間より長くする。これにより、点火プラグ７は、燃焼室１６の混合気の点火に必要なエネルギを比較的長い時間供給し続けるため、混合気を確実に燃焼することができる。混合気が確実に燃焼すると、排気の流れに乗って燃焼熱が触媒１９に伝わり、触媒１９の温度を迅速に上昇させることができる。また、混合気を確実に燃焼することができるためエンジン１２が出力するトルクが比較的安定する。したがって、早期に所定の温度まで上昇する触媒１９によって排気に含まれる除去対象物質を効率的に除去し、混合気の不完全な燃焼によって発生するトルク変動を小さくすることができる。

また、一実施形態によるエンジン制御装置１では、触媒１９の温度が所定の温度より低いと判定されると、触媒暖機制御として点火プラグ７の放電時期を定常運転制御における点火プラグ７の放電時期に比べ遅角側に移行する。これにより、排気弁２３の開弁直前に混合気を燃焼させ、燃焼熱をできるだけ多く触媒１９に伝えることができる。このとき、点火プラグ７の放電開始タイミングを遅角側に移行すると、定常運転制御における点火プラグ７の放電時間では膨張中の混合気は失火しやすい。このため、混合気の燃焼が不安定になるおそれがある。
そこで、一実施形態によるエンジン制御装置１では、触媒暖機制御における点火プラグ７の放電時間をＳ１０４における点火プラグ７の遅角側への移行の大きさに応じて変更し、燃焼室１６における混合気の失火を防止する。したがって、エンジン制御装置１では、点火プラグ７の放電時期が遅角側に移行しても混合気を確実に燃焼し、トルク変動をさらに小さくすることができる。

また、一実施形態によるエンジン制御装置１では、触媒１９の温度が低ければ低いほど点火プラグ７の放電時間の長さは長くなる。さらに、二次電流Ｉ２を増加させ、放電エネルギを大きくすることができる。これにより、燃焼室１６の混合気を確実に燃焼し、燃焼熱を触媒１９に伝えることができる。したがって、触媒１９の温度をさらに迅速に上昇させることができる。

また、一実施形態によるエンジン制御装置１では、エネルギ投入制御の方式として、ＤＣＤＣコンバータ５１で昇圧しコンデンサ５６に蓄電した投入エネルギを一次コイル４１の接地側から投入するため、多重放電等のエネルギ投入方式に比べ、低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、混合気が点火可能な状態を一定期間持続させることができる。

また、エネルギ投入期間ＩＧＷの間、二次電流Ｉ２は、常に負の値となる。これにより、交番電流を用いる他の方式に比べゼロクロスしないため、吹き消えの発生を防止することができる。したがって、混合気を安定して燃焼することができる。

また、一実施形態によるエンジン制御装置１では、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備えている。これにより、二次電流Ｉ２をフィードバック制御するため、フィードフォワード制御に対し、二次電流Ｉ２の実値を目標二次電流Ｉ２^*に精度良く一致させることができる。

（その他の実施形態）
（ア）上述した実施形態では、触媒温度センサが出力する触媒温度信号及びクランク位置センサから取得したエンジンの運転状態に基づいて、触媒の現在の温度が所定の温度より低いか否かを判定するとした。しかしながら、「運転状態検出手段」は、これに限定されない。触媒温度判定部は、触媒温度センサが検出する値のみから触媒の現在の温度が所定の温度より低いか否かを判定してもよい。また、エンジン制御装置が触媒温度センサを備えていない場合、触媒温度判定部は、クランク位置センサが検出するエンジンの回転数を元にしてマップに基づいて触媒の現在の温度が所定の温度より低いか否かを判定してもよい。また、水温センサが出力するエンジンの冷却水の温度に基づいて触媒の現在の温度が所定の温度より低いか否かを判定してもよい。

（イ）上述した実施形態では、Ｓ１０２において触媒の現在の温度が所定の温度より低いと判定され、Ｓ１０３において点火プラグの放電時間を延長する制御を行うとき、二次電流が同じ極性で増加するよう点火プラグの放電に必要なエネルギを同じ極性で重畳して点火コイルに供給され、点火プラグの放電が通常の放電時間に比べ延長されるとした。しかしながら、Ｓ１０３における点火プラグの制御はこれに限定されない。放電時間を通常の放電時間から延長するだけでもよいし、放電電流を同じ極性で増加させるだけでもよい。

（ウ）上述した実施形態では、本出願人が開発した「一次コイルの接地側からエネルギ投入する方式」における制御条件を放電時期に応じて点火プラグにおける放電時間を延長するとした。この他、二次電流又はエネルギ投入期間を可変制御可能な方式であれば、従来の多重放電方式や特開２０１２−１６７６６５号公報に開示された「ＤＣＯ方式」等のエネルギ投入制御方式に対して、本発明を適用し、放電時期に応じて点火プラグにおける放電時間を延長するようにしてもよい。また、図７に示すように、二次電流の最大電流を通常（図７の破線ＢＬ２）より大きくなるよう、例えば、コイルに供給されるバッテリの電圧を高めて実線ＳＬ２のように流し、二次電流が流れ始めてから減衰するまで時間Ｐ２を長くすることによって点火プラグの放電時間を延長してもよい。

また、放電制御部によるエネルギ投入制御は、図３に示すように、点火信号のＨレベル中に充電スイッチ信号をオンオフしてコンデンサ電圧を蓄積した後、エネルギ投入期間に、一次コイルの接地側にエネルギを投入する方法に限らない。例えば、エネルギ投入期間に、充電スイッチ信号と放電スイッチ信号とを交互にオンオフ制御することで、充電スイッチ信号がオンのときエネルギ蓄積コイルが蓄積したエネルギを、その都度、一次コイルの接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサを備えなくてもよい。

（エ）上述した実施形態では、放電制御部は、二次電流検出抵抗及び二次電流検出回路を備え、二次電流をフィードバック制御するとした。しかしながら、二次電流の制御の方法は、これに限定されない。例えば、二次電流をフィードフォワード制御してもよい。

（オ）上述の実施形態では、点火スイッチは、ＩＧＢＴに限らず、比較的耐圧の高い他のスイッチング素子で構成されてもよい。また、充電スイッチ及び放電スイッチは、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他のスイッチング素子で構成されてもよい。

（カ）上述の実施形態では、直流電源は、バッテリであるとした。しかしながら、直流電源の種類はこれに限定されない。例えば、交流電源をスイッチングレギュレータ等によって安定化した直流安定化電源等で構成されてもよい。

（キ）上記実施形態では、エネルギ投入部は、ＤＣＤＣコンバータによって、バッテリの電圧を昇圧しているとした。しかしながら、エネルギ投入部の種類はこれに限定されない。放電制御部がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合、主機バッテリの出力電圧をそのまま、或いは降圧して、投入エネルギとして用いてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・エンジン制御装置（内燃機関の制御装置）、
１２ ・・・エンジン（内燃機関）、
１４ ・・・吸気マニホールド（吸気系）、
１６ ・・・燃焼室、
１９ ・・・触媒、
２０ ・・・排気マニホールド（排気系）、
３０ ・・・放電制御部、
３４ ・・・触媒温度判定部（触媒温度判定手段）、
３４１ ・・・触媒温度センサ（運転状態検出手段）、
３５ ・・・クランク位置センサ（運転状態検出手段）。

Claims (5)

1. 内燃機関（１２）の燃焼室（１６）における混合気の燃焼を制御する内燃機関の制御装置（１）であって、
   放電により混合気に点火する点火プラグの放電状態を制御する放電制御部（３０）と、
   前記内燃機関の運転状態を検出し、前記内燃機関の運転状態に基づいて検出信号を出力する運転状態検出手段（３５、３４１）と、
   前記運転状態検出手段が出力する信号に基づいて、前記内燃機関の排気系（２０）に設けられる触媒（１９）の温度が所定の温度より低いか否かを判定する触媒温度判定手段（３４）と、
   を備え、
   前記放電制御部は、
   直流電源（６）から供給される一次電流が流れる一次コイル（４１）、及び、前記点火プラグの電極に接続され前記一次電流の通電及び遮断によって発生する放電電流としての二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）、
   前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号（ＩＧＴ）に従って前記一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ（４５）、
   前記一次コイルの接地側に設けられ、接地に向かう電流を遮断し接地から前記一次コイルの接地側に向かう電流を通す整流素子（４６）、
   前記点火スイッチによる前記一次電流の遮断によって前記点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、放電を可能とするエネルギを前記点火コイルの接地側から継続的に投入するエネルギ投入手段（５０）、
   並びに、
   前記エネルギ投入手段と電気的に接続し、前記エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する投入エネルギ制御手段（３３）、
   を有し、
   前記放電制御部は、前記触媒の温度が所定の温度より低いと前記触媒温度判定手段が判定すると、前記点火プラグの放電時間の通常の放電時間からの延長及び放電電流の同じ極性での増加の少なくとも一方を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記エネルギ投入手段は、
   第一制御端子、第一電源側端子、及び、前記一次コイルの他端に接続する第一接地側端子を有し、前記第一制御端子に入力された放電スイッチ信号（ＳＷｄ）に基づいて前記第一電源側端子と前記第一接地側端子との間のオンオフを制御する放電スイッチ（５７）と、
   第二制御端子、前記第一電源側端子に接続する第二電源側端子、及び、接地されている第二接地側端子を有し、前記第二制御端子に入力された充電スイッチ信号（ＳＷｃ）に基づいて前記第二電源側端子と前記第二接地側端子との間のオンオフを制御する充電スイッチ（５３）と、
   前記直流電源における非接地側出力端子と前記第二電源側端子とに接続するよう設けられ、前記充電スイッチのオンによってエネルギが蓄積されるエネルギ蓄積コイル（５２）と、
   を有し、
   前記投入エネルギ制御手段は、
   前記充電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルにエネルギが蓄積されているとき前記点火スイッチのオフにより開始された前記点火プラグの放電中に前記充電スイッチのオフ及び前記放電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルからエネルギを放出し、前記一次コイルの他端側から前記一次コイルに前記一次電流を供給するよう前記放電スイッチ及び前記充電スイッチ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。
3. 前記放電制御部は、
   複数の前記点火コイルと、
   複数の前記点火コイルのそれぞれの前記一次コイルの前記接地側に接続され点火信号に従って前記一次電流の通電と遮断とを切り替える複数の前記点火スイッチと、
   を有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。
4. 前記放電制御部は、前記触媒の温度が所定の温度より低いと前記触媒温度判定手段が判定すると、前記点火プラグの放電開始タイミングを遅角側に移行することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃焼室に燃料を噴射する直噴用燃料噴射弁（２６）を備え、
   前記直噴用燃料噴射弁は、前記内燃機関のピストン（１７）が圧縮行程において下死点から上死点に移動するとき、前記燃焼室に燃料を噴射することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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