JP6527393B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は車両等に搭載される内燃機関の制御装置に係り、特に燃焼室内に形成された混合気を着火する点火機能を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。

現在の自動車は、環境保全と資源有効活用の観点から高効率化と排気清浄化を要求されている。高効率化のための手段は、内燃機関構造として高圧縮比化とダウンサイジングがあり、燃焼改善として排気循環燃焼とリーン燃焼があり、これらを複合的に備えた内燃機関の開発が進められている。

高圧縮比化はオットーサイクルの理論熱効率式に基づき排気損失を低減させ熱効率を向上させている。また、ダウンサイジングは、総排気量の低減により大排気量に比べ同一出力条件における空気の充填効率を増加させることで、スロットル弁の絞りを低減させてポンプ損失を低減することで熱効率を向上させている。

ところで、内燃機関においては混合気の着火に失敗して失火現象を生じることは、排気清浄化の観点から好ましいものではなく、この失火現象の対策が重要である。例えば、気筒内の混合気の流動によって点火プラグで発生する放電が吹き消え、これによって失火現象を生じることが知られている。そのため、例えば、特開２０１４−１７３５６０号公報(特許文献１)には、1つの燃焼サイクル中に気筒内の混合気への点火動作を複数回に亘って行うことができる内燃機関の制御装置が提案されている。

特許文献１においては、気筒内における混合気の筒内流動の強さを制御するための筒内流動制御装置と、筒内流動の強さを表す筒内流動パラメータを取得する筒内流動パラメータ取得手段と、取得された筒内流動パラメータと所定の閾値との比較結果に基づいて、筒内流動が強いか否かを判定する筒内流動判定手段と、筒内流動判定手段により筒内流動が強いと判定されたときに、1つの燃焼サイクル中の点火装置の点火動作の回数である点火回数を複数回に制御する多重点火制御を実行し、筒内流動が強くないと判定されたときに、点火回数を1回に制御する通常点火制御を実行する点火制御手段を備える内燃機関の制御装置が開示されている。

この特許文献１においては、燃焼室内の混合気の流動が大である時に点火回数を増加せしめ、点火プラグにおける放電の吹き消えを抑制することで失火を抑制できると述べている。

特開２０１４−１７３５６０号公報

ところで、上述したような高圧縮比化とダウンサイジングのアプローチは、燃焼室内の圧力上昇により混合気が高温化し、異常燃焼を誘発しやすい。このため、圧縮比を可変とする可変圧縮比制御、或いは異常燃焼を抑制するため排気ガスを還流する排気循環燃焼制御、或いは気筒内混合気を希薄にして燃焼するというリーン燃焼制御が適用される傾向にある。もちろん、これらを複合的に組み合わせることも可能である。

そして、本発明者等の検討によると、少なくとも可変圧縮比制御、排気循環燃焼制御、リーン燃焼制御等のいずれか、或いはこれらの組み合わせ制御を行う内燃機関においては、燃焼室内の混合気の状態が内燃機関の出力に応じて大きく変化するため、点火装置による点火不良が生じて失火現象が発生する課題があることが新たに判明した。尚、この失火現象は特許文献１で述べているようなメカニズムとは異なったものである。

つまり、圧縮比の増加、排気循環量の増加、リーン空燃比の増加により圧縮行程での燃焼室内圧力が増加し、この燃焼室内圧力の増加に応じて、点火プラグにおける絶縁破壊電圧と放電電圧が増加するようになり、点火装置を構成する点火コイルの蓄電エネルギーが低燃焼室圧力時に比べ早く消費されることで放電時間が短縮され、火炎核の成長が不足することで失火に至るものである。

しかしながら、特許文献１に記載されている技術は、混合気の流動によって点火における放電が吹き消えるのを対策するものである。このため、上述したような燃焼室内圧力によって失火を生じる現象に対して、特許文献１のように燃焼室内の混合気の流動に応じて点火動作回数を制御しても、燃焼室内圧力の影響による失火を有効に抑制することができないものである。

本発明の目的は、燃焼室内圧力が増加しても混合気への着火を良好に行って失火現象の発生を抑制することができる新規な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の基本的な特徴は、１サイクル中の点火装置による１回の点火動作において、点火装置への点火信号の通電を断続的に行い、しかも内燃機関の燃焼室内圧力に応じて通電回数を増減する制御を行なう、ところにある。尚、上述した点火動作の点火動作回数を増やすことももちろん可能である。

本発明によれば、点火信号の通電を断続することによって点火エネルギーが瞬間的に立ち上がるブレークダウンが生じ、燃焼室の圧力に応じてこの通電回数（即ち、ブレークダウンの回数）を制御(増減)すれば、燃焼室内圧力が増加しても放電を継続できる。これによって、放電時間が長くなって混合気への着火を確実に実行でき、失火現象の発生を抑制することができるようになる。

本発明が適用される内燃機関システムのシステム構成図である。 ＥＣＵの構成を示すシステムブロック図である。 アクセルペダル開度と内燃機関の回転数に基づく各種目標制御量の目標制御値算出ロジック図である。 アクセルペダル開度と内燃機関の回転数に対する目標トルクの特性図である。 目標トルクに対する目標圧縮比の特性を示す特性図である。 目標圧縮比に対する吸気弁の目標閉じ時期の特性を示す特性図である。 目標トルクに対する目標吸入空気量の特性を示す特性図である。 目標吸入空気量に対する目標スロットル開度の特性を示す特性図である。 目標トルクと内燃機関の回転数に対する目標空燃比の特性を示す特性図である。 目標空燃比と目標吸入空気量に対する目標噴射量の特性を示す特性図である。 目標トルクと内燃機関の回転数に対する目標ＥＧＲ量の特性を示す特性図である。 目標ＥＧＲ量に対する目標ＥＧＲ弁開度の特性を示す特性図である。 目標トルクと内燃機関の回転数に対する目標点火時期の特性を示す特性図である。 本発明の実施形態になる入力信号に基づく通電回数算出ロジック図である。 目標点火時期と燃焼室内圧力の特性を示す特性図である。 点火時期での燃焼室内圧力に基づく通電回数の特性を示す特性図である。 目標点火時期とイオン電流の特性を示す特性図である。 イオン電流と燃焼室内圧力推定量の特性を示す特性図である。 燃焼室内圧力推定量に基づく通電回数の特性を示す特性図である。 吸入空気量と空燃比に対する燃焼室内圧力推定量の特性を示す特性図である。 目標ＥＧＲ量と燃焼室内圧力推定量の特性を示す特性図である。 燃焼室内圧力推定量に基づく通電回数の特性を示す特性図である。 本発明の実施形態になる制御フローを示すフローチャート図である。 燃焼室内圧力センサを用いた点火時期圧力に基づく通電回数変更制御の例を説明する説明図である。 イオン電流センサを用いた燃焼室内圧力推定量に基づく通電回数変更制御の例を説明する説明図である。 吸入空気量と空燃比と目標ＥＧＲ量を用いた燃焼室内圧力推定量に基づく通電回数変更制御の例を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

以下、図１乃至図１６を用いて本発明の実施形態になる内燃機関の制御装置の構成及びその動作について説明する。

図1乃至図１６は、本実施形態による１回の点火動作において断続的に複数回の点火信号の通電動作が行われる点火装置と共に用いられ、複数回の通電を指令する点火制御を行う制御装置を示している。すなわち、点火装置による点火時期(点火前、或いは点火後)における燃焼室内圧力に応じて、１回の点火動作における点火信号の通電回数を設定するように点火制御を指令する制御装置を内燃機関に適用したシステム構成についての説明図である。

図1は本実施形態による内燃機関システムのシステム構成図である。内燃機関１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の内燃機関である。吸入空気量を計測するエアフロセンサ３と、吸気管圧力を調整するスロットル５と、吸入空気温度及び湿度検出器の一態様であって吸入空気の温度および湿度を計測する吸気温湿度センサ４と、吸気管内の面積を可変にするタンブル弁６が吸気管１１の各々の適宜位置に備えられている。

エアフロセンサ３は吸入空気圧力センサを代替としてもよい。また、内燃機関１００には燃焼室１７の中に燃料を噴射するインジェクタ７と、点火エネルギーを供給する点火プラグ１９が備えられ、燃焼室１７に流入する吸入空気と排出ガスを調整する可変動弁１２が内燃機関１００の各々の適宜位置に備えられている。可変動弁１２は吸気弁と排気弁の開いている期間、あるいは開閉時期を可変とすることが可能であり、吸気弁のみ可変動弁を備えても良い。また、吸気弁の閉じ時期を変更することにより実圧縮比が変更可能であり、燃焼室内圧力を可変とすることができる。

インジェクタ７と連結することで燃料を供給するコモンレール９と、このコモンレール９に燃料を圧送するための燃料ポンプ８と、この燃料ポンプ８に燃料を供給する燃料配管１０が内燃機関１００の各々の適宜位置に備えられている。また燃料圧力検出器の一態様であって燃料の圧力を計測する燃料圧力センサ２２がコモンレール９の適宜位置に備えられている。ここで燃料圧力センサ２２は燃料温度センサであってもよい。

点火プラグ１９は点火コイル２０と接続され、点火コイル２０によって点火エネルギーを制御される。ここで、点火コイル２０は１回の点火動作で複数回の点火信号が入力される点火装置である。点火コイル２０内部には複数のコイルが内蔵されている。あるいは点火コイル２０が２つ以上あっても良い。また点火コイル２０内部にはコントロールユニット(以下、ＥＣＵ１)と信号を受信、送信する回路が実装されても良い。尚、以下では、点火コイル２０、或いは点火コイル２０と点火プラグ１９を含めて点火装置として説明する場合もある。

更に、排気を浄化する三元触媒２３と、排気温検出器の一態様であって三元触媒２３の上流側にて排気の温度を計測する排気温センサ２４と、空燃比検出器の一態様であって三元触媒２３の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５と、吸気管１１へ連結される排気還流管２８とが排気管３１の各々の適宜位置に備えられている。

ここで、空燃比センサ２５は酸素濃度センサとしてもよい。また、排気還流率を調整するＥＧＲ弁２６と、還流ガス温度を検出する還流ガス温度検出器を備え、還流ガス温度を調整するＥＧＲクーラ２７が排気還流管２８の適宜位置に備えられている。また、ＥＧＲクーラ２７は還流ガス温度の温度調整を実施するための冷却水の出入口を有し、冷却水の流量を制御するための冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０が内燃機関１００の適宜位置に備えられている。

また、クランクシャフト１４はメインシャフトとサブシャフトにより構成され、サブシャフトはコネクティングロッドを介してピストン１３に連結されている。ここで、メインシャフトとサブシャフトの距離、或いはコネクティングロッドの長さは可変とする可変圧縮比機構を備えても良い。この可変圧縮比機構を備えることにより、ピストンのストローク量を変更することが可能となり、これによって燃焼室内圧力を可変とすることができる。

クランクシャフト１４には、クランクシャフト１４の角度及び回転速度及びピストン１３の移動速度を検出するためのクランク角センサ１５が備えられている。また、内燃機関１００には内燃機関１００の燃焼振動を加速度として検出するためのノックセンサ１６が備えられている。また燃焼室内部の圧力を検出する圧力センサ２１が内燃機関１００の適宜位置に備えられている。例えば、この圧力センサ２１は点火プラグ１９に内蔵されており、更には、圧力センサ２１は燃焼ガスのイオン量を検出するイオン電流センサであっても良い。また、内燃機関１００内部の冷却水温度を検出する冷却水温センサ１８が内燃機関１００の適宜位置に備えられている。

エアフロセンサ３、吸気温湿度センサ４、クランク角センサ１５、ノックセンサ１６、冷却水温センサ１８、圧力センサ２１、排気温センサ２４、空燃比センサ２５、還流ガス温度を調整するＥＧＲクーラ２７から得られる検出信号は、ＥＵＣ１に送られる。更に、アクセルペダル開度センサ２から得られる検出信号もＥＣＵ1に送られる。

アクセルペダル開度センサ２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセルペダル開度を検出する。ＥＣＵ１はアクセルペダル開度センサ２の出力信号に基づいて運転者の要求トルクを演算する。すなわち、アクセルペダル開度センサ２は内燃機関１００への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。

ＥＣＵ１はクランク角センサ１５の出力信号に基づいてクランクシャフト１４の角度及び回転速度及びピストン１３の移動速度を演算する。ＥＣＵ１は各種センサの出力から得られる内燃機関１００の運転状態に基づいてスロットル５の開度、タンブル弁６の開度、インジェクタ７の噴射信号、燃料ポンプ８の駆動信号、可変動弁１２の弁開閉時期、点火コイル２０の複数回の点火を指令する点火制御信号、ＥＧＲ弁２６の開度、冷却水制御として冷却水ポンプ２９と冷却水切替弁３０の駆動信号等の内燃機関１００の主要な作動量を適切に演算する。

ＥＣＵ１で演算されたスロットル開度はスロットル駆動信号としてスロットル５へ送られ、以下同様に、タンブル弁開度はタンブル弁駆動信号としてタンブル弁６へ送られ、噴射信号はインジェクタ開弁パルス信号に変換されインジェクタ7に送られ、点火信号は所定の点火時期で点火されるように点火制御信号として点火コイル２０に送られる。

ここで、この点火信号は、本実施形態では１回の点火動作において、断続的に通電できるように制御可能である。したがって、２回以上の通電信号を出力するが、もちろん通常通り1回の通電も実施可能であり、断続的に通電という意味は１回以上の通電を含むものである。この制御については後述する。

更に、ＥＣＵ１で演算された燃料ポンプ駆動信号は燃料ポンプ８へ送られ、弁開閉時期は可変動弁駆動信号として可変動弁１２へ送られ、ＥＧＲ弁開度はＥＧＲ弁駆動信号としてＥＧＲ弁２６へ送られ、冷却水制御信号は冷却水制御駆動信号として冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０へ送られる。また、ＥＣＵ１で演算された目標ストローク信号は可変圧縮比機構へ送られ、圧縮比が変更される。

吸気管１１から吸気弁を経て燃焼室１７内に流入した空気と、排気管３１からＥＧＲ弁２６とＥＧＲクーラ２７を経て再循環する再循環ガスとの混合気に対して、燃料が噴射されて可燃混合気を形成する。可燃混合気は所定の点火時期で点火コイル２０により点火エネルギーを供給された点火プラグ１９から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストン１３を押し下げて内燃機関１００の駆動力となる。爆発後の排気は排気管３１を経て三元触媒２３に送られ、排気成分は三元触媒２３内で浄化された後に排出される。

内燃機関１００は自動車に搭載されており、自動車の走行状態に関する情報はＥＣＵ１に送られる。また、ＥＣＵ１へは内燃機関を搭載する車体あるいは車輪に取り付けられた車速センサと、内燃機関を搭載する車体に取り付けられた変速機を制御するためのシフトレバーの位置を検出するシフトレバー位置センサとの信号が、直接、或いはＥＣＵ１とは異なる制御装置から入力されている。

図２は上述したＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図である。アクセルペダル開度センサ２、エアフロセンサ３、吸気温湿度センサ４、クランク角センサ１５、ノックセンサ１６、冷却水温センサ１８、圧力センサ２１、排気温センサ２４、空燃比センサ２５、ＥＧＲクーラに備えられた還流ガス温度検出器２７の検出信号は、ＥＣＵ１の入力回路５０ａに入力される。尚、入力信号はこれらの入力だけに限られないものである。

入力された各センサの入力信号は、入出力ポート５０ｂ内の入力ポートに送られる。入出力ポート５０bに送られた検出信号の値はＲＡＭ５０ｃに保管され、ＣＰＵ５０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ５０ｄに予め書き込まれている。この制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ５０ｃに保管された後、入出力ポート５０ｂの出力ポートに送られ各駆動回路を経てて各アクチュエータに送られる。

本実施形態の場合は駆動回路として、スロットル駆動回路５０ｆ、タンブル弁駆動回路５０ｇ、インジェクタ駆動回路５０ｈ、燃料ポンプ駆動回路５０ｉ、可変動弁駆動回路５０ｊ、可変圧縮比用のストローク駆動回路５０ｋ、点火信号出力回路５０ｌ、ＥＧＲ弁駆動回路５０ｍ、冷却水制御駆動回路５０ｎが設けられている。各駆動回路はスロットル５、タンブル弁６、インジェクタ７、燃料ポンプ８、可変動弁１２、ストローク調整機構（図示せず）、クランクシャフト１５、点火コイル２０、ＥＧＲ弁２６、冷却水ポンプ或いは冷却水流路切替弁３０を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ１内に駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく駆動回路のいずれかをＥＣＵ１内に備えるものであってもよい。

図３はアクセルペダル開度と内燃機関の回転数に基づいてピストンストローク、スロットル開度、燃料噴射量、ＥＧＲ量、点火時期等の目標制御量を求める目標制御値算出ロジック図である。

アクセルペダル開度ＡＰＯと内燃機関の回転数ＮＥが、目標トルク演算部ＴＴＲＱに入力され、目標トルクＴＲＧＴＲＱを演算する。目標トルクＴＲＧＴＲＱは目標圧縮比演算部ＴＧＣＲと、目標吸入空気量演算部ＴＡＩＲと、目標空燃比演算部ＴＧＡＦと、目標ＥＧＲ量演算部ＴＥＧＲと、目標点火時期演算部ＴＩＧＮに入力される。

目標圧縮比演算部ＴＧＣＲでは目標圧縮比ＴＲＧＣＲが演算され、これに基づいてピストン１３の目標ストロークＴＲＧＳＴＲを出力する。目標吸入空気量演算部ＴＡＩＲでは目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲが演算され、これに基づいて目標スロットル開度ＴＲＧＡＴＶを出力する。また、目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲは目標空燃比演算部ＴＧＡＦに入力される。

目標空燃比演算部ＴＧＡＦでは目標空燃比ＴＲＧＡＦが演算されると共に、「目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲ／目標空燃比ＴＲＧＡＦ＝目標噴射量ＴＲＧＱＦ」の式に基づき目標噴射量ＴＲＧＱＦを演算、出力する。目標ＥＧＲ量演算部ＴＥＧＲでは目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが演算され目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶを出力する。目標点火時期演算部ＴＩＧＮでは目標点火時期ＴＲＧＩＧＮが演算され出力される。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃはアクセルペダル開度と内燃機関の回転数に対する目標トルクの特性、目標トルクに対する目標圧縮比の特性、及び目標圧縮比に対する目標制御値(ここでは、目標吸気弁閉時期とピストンの目標ストローク)の特性を示す特性図である。

図４ＡのＺ軸は目標トルクＴＲＧＴＲＱを示し、Ｘ軸はアクセルペダル開度ＡＰＯを示し、Ｙ軸は内燃機関回転数ＮＥを示しており、アクセルペダル開度ＡＰＯと回転数ＮＥに対する目標トルクＴＲＧＴＲＱの特性を示している。アクセルペダル開度ＡＰＯの増加と回転数ＮＥの増加に応じて目標トルクＴＲＧＴＲＱは増加する特性である。

また、図４Ｂは目標圧縮比ＴＲＧＣＲと目標トルクＴＲＧＴＲＱの特性図を示しており、目標トルクＴＲＧＴＲＱが増加するのに伴い目標圧縮比ＴＲＧＣＲは小さくなる特性である。これにより目標トルクＴＲＧＴＲＱが小さい領域においてノッキングに対し点火時期の進角量の余力がある時、圧縮比を増加させることで熱効率の向上が得られ、かつ目標トルクＴＲＧＴＲＱが大きい領域においてノッキングに対し点火時期の余力が無い時、圧縮比を下げることで点火時期を進角させることができ熱効率の向上が得られる。

ここで目標圧縮比はこの特性に限るものではなく、一定、或いは増加させる特性とし、ノッキングに対し点火時期の余力を無くする方向に制御することで排気温度を上昇させ三元触媒の暖機運転を行うことで排気中のＨＣ、ＣＯ等を抑制しても良い。

図４Ｃの縦軸は目標吸気弁閉じ時期ＴＲＧＩＶＣと目標ストロークＴＲＧＳＴＲを示し、横軸はこの特性図から得られた目標圧縮比ＴＲＧＣＲを示している。目標圧縮比ＴＲＧＣＲが大となる領域では、目標吸気弁閉じ時期ＴＲＧＩＶＣを下死点（以下、ＢＤＣ）方向へ変更、或いは目標ストロークＴＲＧＳＴＲを大きくする方向へ変更する特性とする。目標吸気弁閉じ時期ＴＲＧＩＶＣをＢＤＣへ近付けることで実圧縮比が増加する。また目標ストロークＴＲＧＳＴＲを大きくすることでピストン位置がクランクシャフト側から燃焼室側へ移動することになり機械圧縮比が増加する。目標吸気弁閉じ時期ＴＲＧＩＶＣと目標ストロークＴＲＧＳＴＲを適宜位置へ変更することで機械圧縮比と実圧縮比を任意に増減できる。

また、本実施形態例では可変動弁、及びメインシャフトとサブシャフトの距離、あるいはコネクティングロッドの長さを可変とするストローク調整機構を備えるクランクシャフトを備える場合を示しているが、そのどちらか一方を備える内燃機関でも圧縮比を変更し燃焼室内圧力を可変とすることが可能である。

図５Ａ、図５Ｂは目標トルクに対する目標吸入空気量と、目標吸入空気量に対する目標スロットル開度の特性を示す特性図を示している。

図５Ａの縦軸は目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲを示し、横軸はこの特性図から得られた目標トルクＴＲＧＴＲＱを示している。目標トルクＴＲＧＴＲＱが増大すると、目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲを増大する特性を示している。

図５Ｂの目標スロットル開度ＴＲＧＡＴＶと目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲの関係を示しており、目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲの増大に伴い目標スロットル開度ＴＲＧＡＴＶは開き側へ制御する特性である。これより目標トルクＴＲＧＴＲＱの増大に伴う目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲの増大に対し、目標スロットル開度ＴＲＧＡＴＶを開くことで吸気管内における絞りを低減でき、目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲを満足できる。

図６Ａ、図６Ｂは目標トルクと回転数に対する目標空燃比と、目標空燃比と目標吸入空気量に対する目標噴射量の特性を示す特性図を示している。

図６Ａの縦軸は目標トルクＴＲＧＴＲＱであり、横軸は回転数ＮＥであり、目標トルクＴＲＧＴＲＱと回転数ＮＥに対する目標空燃比ＴＲＧＡＦの特性を示している。目標トルクＴＲＧＴＲＱの増大に伴い目標空燃比ＴＲＧＡＦはリーンとなる特性である。ここで、目標空燃比ＴＲＧＡＦの特性図はこの例に限るものではなく、全域をストイキ、或いはリーンとしても良い。

図６Ｂは目標空燃比ＴＲＧＡＦと目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲに基づく目標噴射量ＴＲＧＱＦの特性を示している。目標空燃比ＴＲＧＡＦのストイキ化と目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲの増大に応じて目標噴射量ＴＲＧＱＦは増大する特性である。

図7Ａ、図７Ｂは目標トルクと回転数に対する目標ＥＧＲ量と、目標ＥＧＲ量に対する目標ＥＧＲ弁開度の特性を示す特性図である。

図７Ａの縦軸は目標トルクＴＲＧＴＲＱであり、横軸は回転数ＮＥであり、目標トルクＴＲＧＴＲＱと回転数ＮＥに対する目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲの特性を示している。目標トルクＴＲＧＴＲＱの増減に伴い、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲは多い領域と少ない領域となる特性である。ここで、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲの特性図はこの例に限るものではなく、全域を一定値、或いは目標トルクＴＲＧＴＲＱの増大に応じて単調増加としても良いものである。

図７Ｂは目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶに基づく目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲとの特性を示している。目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲの増加に伴い、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶを開き方向へ制御する特性である。

図８は目標トルクＴＲＧＴＲＱと回転数ＮＥに対する目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの特性を示す特性図である。

図８の縦軸は目標トルクＴＲＧＴＲＱであり、横軸は回転数ＮＥであり、目標トルクＴＲＧＴＲＱと回転数ＮＥに対する目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの特性を示している。目標トルクＴＲＧＴＲＱの増大に伴い、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮは遅角する特性である。また回転数ＮＥの高回転化に伴い目標点火時期ＴＲＧＩＧＮは進角する特性である。ここで、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの特性図はこの例に限るものではなく、全域を一定値、或いは目標トルクＴＲＧＴＲＱの増大に応じて進角する特性としても良いものである。

このように、本実施形態になる内燃機関システムでは、圧縮比を可変とする可変圧縮比制御、或いは異常燃焼を抑制する排気循環燃焼制御、或いはリーン燃焼制御が単独で適用されるか、好ましくは、本実施形態のようにこれらが組み合わせられて適用されている。

ところで、本発明者等の検討によると、少なくとも可変圧縮比、排気循環燃焼、リーン燃焼等のいずれかを行う内燃機関においては、燃焼室内の混合気の状態が内燃機関の出力に応じて大きく変化するため、点火装置による点火不良が生じて失火現象が発生することが新たに判明した。

つまり、圧縮比の増加、排気循環量の増加、リーン空燃比の増加により圧縮行程での燃焼室内圧力が増加し、この燃焼室内圧力の増加に応じて、点火プラグにおける絶縁破壊電圧と放電電圧が増加するようになり、点火装置内の蓄電エネルギーが低燃焼室圧力時に比べ早く消費されることで放電時間が短縮され、火炎核の成長が不足することで失火に至るものである。したがって、この失火現象を抑制して排気浄化性能を向上することが強く要請されている。

そこで、本実施形態ではこの要請に応えるため、１サイクル中の点火装置による１回の点火動作において、点火装置への点火信号の通電を断続的に行い、しかも内燃機関の燃焼室内圧力に応じて通電回数を増減する制御を行なう構成を提案するものである。尚、通電の断続間隔は、点火プラグによる放電が継続できる間隔に設定されることはいうまでもない。

これによれば、点火信号の通電を断続することによって点火エネルギーが瞬間的に立ち上がるブレークダウンが生じ、燃焼室の圧力に応じてこの通電回数（即ち、ブレークダウンの回数）を制御(増減)すれば、燃焼室内圧力が増加しても放電時間が長くなって混合気への着火を確実に実行でき、失火現象の発生を抑制することができるようになる。その結果、燃費性能と排気性能を向上することができる。

以下、本実施形態の詳細について説明する。図９は本実施形態による点火信号の通電回数算出ロジック図である。

図９において、クランク角度ＣＡと、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮと、燃焼室内圧力Ｐは通電回数演算部ＴＩＧＮＴに入力される。また、イオン電流センサ信号ＩＯＮと、吸入空気量ＱＡと、空燃比ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲは燃焼室内圧力推定部ＴＰＥＳに入力され、推定燃焼室内圧力Ｐ*を演算して通電回数演算部ＴＩＧＮＴに入力される。ここで、燃焼室圧力センサを使用して燃焼室内圧力Ｐを直接検出して使用する方法と、推定燃焼室内圧力Ｐ*を推定して使用する方法があるが、どちらか一方を使用して燃焼室圧力を求めればよいものである。

ただ、燃焼室圧力センサの故障検知や出力異常検知を行う場合は、両方の方法で燃焼室内圧力を求め、推定燃焼圧Ｐ*を用いて燃焼室圧力センサの検出圧力を検証することで燃焼室圧力センサの故障や異常を判断することができる。

上述した入力値を用いて通電回数演算部ＴＩＧＮＴでは通電回数Ｎｐを演算して出力する。ここで、通電回数演算部ＴＩＧＮＴは、１回の点火動作に複数回の点火信号の通電を行う制御装置と共に用いられる。通電回数演算部ＴＩＧＮＴの通電回数Ｎｐは通電を指令する点火制御を行う制御装置で用いられ、点火装置の点火時期、つまり目標点火時期ＴＲＧＩＧＮにおいて、燃焼室内圧力に応じて1回の点火動作における点火信号の通電回数を設定するように多段通電制御を指令する制御装置となる。

これにより、燃焼室内圧力の変化に伴う点火プラグにおける絶縁破壊電圧と放電電圧の変化に伴う点火コイルの蓄電エネルギー要求量の変化に対応し、放電時間を最適に制御(増減)することができ、必要最小限の蓄電エネルギーを供給するようにできる。これによって必要最小限の蓄電エネルギーとすることにより、内燃機関システムの省エネルギー化と、燃焼室内の混合気が要求する蓄電エネルギーを過不足なく供給することができる。もちろん放電時間を充分確保できるので、失火現象を抑制して燃焼の高効率化を実現でき、更に燃費性能と排気性能の改善効果が得られるようになる。

本実施例では好ましくは、燃焼室内圧力を検出する手段、或いは燃焼室内圧力を推定する手段を有している。燃焼室内圧力を検出する手段は、燃焼室内圧力を直接検出する圧力センサであり、これによって燃焼室内圧力Ｐを直接的に検出することができる。

また、燃焼室内圧力を推定する手段は、燃焼室内圧力推定部ＴＰＥＳであり、（１）イオン電流センサのイオン電流信号ＩＯＮと、空燃比センサの信号ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを用いて燃焼室内圧力を推定することができ、或いは（２）吸入空気量センサの信号ＱＡと空燃比センサの信号ＡＦと目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを用いて燃焼室内圧力を推定することができる。

上記した燃焼室内圧力を検出する手段、或いは燃焼室内圧力を推定する手段によって、各気筒の点火時期付近(点火前、或いは点火後)における燃焼室内圧力を検出、或いは推定し、この検出、或いは推定された燃焼室内圧力は、通電回数演算部ＴＩＧＮＴに入力されて通電回数Ｎｐが演算されて出力される。

具体的には、本実施例では燃焼室内圧力Ｐを検出する圧力センサが備えられており、燃焼室内圧力Ｐが通電回数演算部ＴＩＧＮＴに入力される場合、クランク角度ＣＡと目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの同期をもって燃焼室内圧力Ｐを検出し、燃焼室内圧力Ｐに応じて通電回数演算部ＴＩＧＮＴでは通電回数Ｎｐを演算、出力するように構成することができる。

一方、燃焼室内圧力Ｐを検出する圧力センサが備えられておらず、燃焼室内圧力Ｐが通電回数演算部ＴＩＧＮＴに入力されない場合は、次のような方法で通電回数Ｎｐが求められる。

第１には、イオン電流信号ＩＯＮを検出するイオン電流センサが備えられている場合では、イオン電流信号ＩＯＮと、空燃比ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが燃焼室内圧力推定部ＴＰＥＳに入力され、イオン電流信号ＩＯＮと、空燃比ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを用いて所定の演算、或いは物理モデルを利用して燃焼室内圧力推定量Ｐ＊を推定し、推定された燃焼室内圧力Ｐ＊に応じて通電回数演算部ＴＩＧＮＴでは通電回数Ｎｐを演算、出力するように構成することができる。

第２には、圧力センサやイオン電流センサが備えられていない場合、吸入空気量ＱＡと、空燃比ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが燃焼室内圧力推定部ＴＰＥＳに入力され、吸入空気量ＱＡと、空燃比ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを用いて所定の演算、或いは物理モデルを利用して燃焼室内圧力推定量Ｐ＊を推定し、推定された燃焼室内圧力Ｐ＊に応じて通電回数演算部ＴＩＧＮＴでは通電回数Ｎｐを演算、出力するように構成することができる。

このように、燃焼室内圧力を検出する手段、或いは燃焼室内圧力を推定する手段によって燃焼室内圧力の変化を精確に、かつリアルタイムに検出、或いは推定可能となり、通電回数Ｎｐの最適化が可能となる。その結果、燃費性能と排気性能の改善効果が最大化できる。尚、通電回数演算部ＴＩＧＮＴによる通電回数Ｎｐの演算については後述する。

本実施例になる内燃機関の制御装置は、内燃機関出力が同一条件においても燃焼室内圧力Ｐを可変とすることが可能な可変圧縮比機構を備える可変圧縮比内燃機関に適用することが特に望ましい。なぜならば、吸入空気量と空燃比とＥＧＲ量が同一であっても実圧縮比、或いは機械圧縮比を可変調整する場合において、当然のことながら燃焼室内圧力が変化するためである。

可変圧縮比内燃機関においては、点火装置による点火時期における燃焼室内圧力に応じて点火信号の通電回数を設定することで、必要最小限の蓄電エネルギーとすることによる内燃機関システムの省エネルギー化と、燃焼室内の混合気が要求する蓄電エネルギーを過不足なく供給することによる燃焼の高効率化を実現でき、燃費性能と排気性能の改善効果が最大化する。

また、燃焼室内圧力を可変調整する可変圧縮比機構は、吸気弁の閉じ時期、或いはピストンのストローク量の変更により可変とする機構であり、吸気弁の閉じ時期、或いはピストンのストローク量の指令値は、図４Ｃの特性図に基づき与えられる。したがって、可変圧縮比内燃機関の圧縮比制御と、1回の点火動作に複数回の点火信号の通電が行なわれる点火装置と、燃焼室内圧力に応じた点火信号の通電回数の設定を行う制御装置を組み合わせて使用することで、適切な制御システムに統合することが可能となる。

次に、燃焼室内圧力の圧力センサによる検出方法と、燃焼室内圧力推定部ＴＰＥＳによる推定方法による通電回数Ｎｐの求め方の具体的な例について、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、図１２Ａ〜図１２Ｃを用いて説明する。

図１０Ａ、図１０Ｂは燃焼室内圧力センサを用いた点火時期圧力に基づく通電回数Ｎｐの特性を示す特性図である。

図１０Ａにおいて、縦軸は燃焼室内圧力Ｐを示し、横軸はクランク角度ＣＡを示している。正常に燃焼が行われた際には、上死点ＴＤＣ以降に燃焼室内圧力は最大値を示すことになる。また、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮは上死点ＴＤＣ以前に設定されている。目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの直前における燃焼室内圧力Ｐを点火時期圧力ＰＩＧＮにとして検出する。この場合、点火時期圧力ＰＩＧＮは目標点火時期ＴＲＧＩＧＮに近い時点の圧力である方が望ましい。検出された点火時期圧力ＰＩＧＮは通電回数演算部ＴＩＧＮＴに入力されて通電回数Ｎｐが設定される。

図１０Ｂにおいて、縦軸は通電回数Ｎｐを示し、横軸は点火時期圧力ＰＩＧＮを示している。点火時期圧力ＰＩＧＮが増大するのに伴い、通電回数Ｎｐは多く設定される特性である。これにより、通電回数Ｎｐが増加することで1行程中の点火装置（＝点火コイル）に蓄電されるエネルギーが増加し、かつ点火プラグから燃焼室内の混合気へとエネルギーが伝わる伝達効率が高い絶縁破壊現象を複数回与えることができるため、放電時間が長くなって火炎核の成長が促進され、失火の発生を抑制できるようになる。

また、正常に燃焼が行われない時、つまり目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの前に燃焼室内圧力Ｐが任意の閾値以上となった場合においては、通電回数Ｎｐを所定の一定回数に制限、或いは減少させても良いものである。これは燃焼室内圧力Ｐが任意の閾値以上である時、燃焼室内では点火時期前に燃焼が開始してしまう過早着火と呼ばれる現象が発生している場合であり、過早着火後の燃焼室内圧力値は非常に高い値を示すからである。過早着火が生じると内燃機関の破損を招くため、可能な限り燃焼反応を抑制する必要がある。このため、通電回数Ｎｐは所定の一定回数に制限、或いは減少させることで、混合気へ伝達されるエネルギーを低減させることは有効である。

図１１Ａ〜図１１Ｃは本実施形態によるイオン電流センサを用いた燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）に基づく通電回数Ｎｐの特性を示す特性図である。尚、イオン電流センサを用いる場合は燃焼後の燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）を用いるので、通電回数Ｎｐが反映されるのは次の行程の点火時期である。

図１１Ａにおいて、縦軸はイオン電流信号ＩＯＮを示し、横軸はクランク角度ＣＡを示している。正常に燃焼が行われた際には、上死点ＴＤＣ以降にイオン電流信号ＩＯＮは２つ、或いは３つの山形状の信号が現れる。ここでは２つの山形状のイオン電流信号ＩＯＮが得られる場合の方法について述べる。イオン電流信号ＩＯＮは上死点ＴＤＣ前、上死点ＴＤＣ後の２つの山形状の信号が現れる。ここで２つ目の山形状のイオン電流信号ＩＯＮの最大値をイオン電流ピークＩＭＡＸとして検出する。

図１１Ｂにおいて、縦軸は燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）を示し、横軸はイオン電流ピークＩＭＡＸを示している。ここで、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）はイオン電流ピークＩＭＡＸの検出時期ではなく、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮにおける燃焼室内圧力Ｐ＊（Ｉ）の推定値である。この推定値はイオン電流ピークＩＭＡＸをパラメータとした演算や物理モデルから求めることができる。

空燃比ＡＦがストイキ、かつ目標ＥＧＲ量が０である時、イオン電流ピークＩＭＡＸの増加に伴い燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）は増加する傾向を示すようになる。なぜなら、イオン電流ピークＩＭＡＸの増加は燃焼室内の燃焼温度の上昇と相関があるためである。

また、空燃比ＡＦがリーンに変化する、或いは目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが多くなる場合においては、イオン電流ピークＩＭＡＸの増加に伴う燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）の増加傾向は同一であるものの、その勾配が大きくなる。一例として空燃比ＡＦがリーンに変化した時の勾配は、空燃比ＡＦがストイキの時の勾配より大きい。

また、空燃比ＡＦがリーンであり目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが多くなる時の勾配は、空燃比ＡＦがリーン、かつ目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが０の時の勾配よりは大きい。なぜなら、空燃比がリーンになる時、或いはＥＧＲ量が増加するときには目標点火時期における混合気量が増加しており、燃焼室内圧力Ｐが高まるのに対してリーン、或いはＥＧＲ量増加は断熱火炎温度が低下するために燃焼温度が低下し、イオン発生量が減少するためである。

図１１Ｃにおいて、縦軸に通電回数Ｎｐを示し、横軸には燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）を示している。燃焼室内圧力推定量Ｐ＊(I)が増大するのに伴い、通電回数Ｎｐは多く設定される特性である。これにより、通電回数Ｎｐが増加することで1回の点火動作での点火コイルに蓄電されるエネルギーが増加し、かつ点火プラグから燃焼室内の混合気へとエネルギーが伝わる伝達効率が高い絶縁破壊現象を複数回与えることができるため、放電時間が長くなって火炎核の成長が促進され、失火の発生を抑制できる。

また、正常に燃焼が行われない時、つまり上述した２つのイオン電流信号に先行して３つ目の山形状のイオン電流信号ＩＯＮが検出される。３つ目の山形状信号のピーク値が任意の閾値以上となった場合においては、通電回数Ｎｐを所定の一定回数に制限、或いは減少させても良いものである。尚、３つ目の山形状の信号は目標点火時期ＴＲＧＩＧＮより以前に出現する。これは３つ目の山形状信号のピーク値が任意の閾値以上である時、燃焼室内では点火時期前に燃焼が開始してしまう過早着火と呼ばれる現象が発生している場合であり、過早着火後の燃焼室反応は目標点火時期ＴＲＧＩＧＮ以前に進行し３つ目の山形状のイオン電流信号ＩＯＮが増加するためである。過早着火が生じると内燃機関の破損を招くため、可能な限り燃焼反応を抑制する必要がある。このため、通電回数Ｎｐは所定の一定回数に制限、或いは減少させることで、混合気へ伝達されるエネルギーを低減させることは有効である。

図１２Ａ〜図１２Ｃは本実施形態による吸入空気量ＱＡと、空燃比ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを用いた燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）に基づく通電回数の特性を示す特性図である。尚、吸入空気量ＱＡと、空燃比ＡＦと、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを用いる場合は燃焼後の燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）を用いるので、通電回数Ｎｐが反映されるのは次の行程の点火時期である。

図１２Ａにおいて、縦軸は吸入空気量ＱＡを示し、横軸は空燃比ＡＦを示している。吸入空気量ＱＡの増加と空燃比ＡＦのリーン化は、混合気量を増加すると共に目標点火時期ＴＲＧＩＧＮにおける燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）を高める。

図１２Ｂにおいて、縦軸は燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）を示し、横軸は目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを示している。目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲの増加に伴い燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）は高まる特性である。目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが０であるとき、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）は燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）となる。

図１２Ｃにおいて、縦軸は通電回数Ｎｐを示し、横軸は燃焼室内圧力推定量Ｐ＊(ＡＥ)を示している。燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）の高まりに応じて通電回数Ｎｐは多く設定される特性とする。これにより燃焼室内圧力に応じた通電回数Ｎｐの設定が、燃焼室内に露出した圧力センサやイオン電流センサを備えなくても実施できるようになる。

図１３は本実施形態によるＥＣＵ１で実行される制御内容を示すフローチャートである。このフローチャートでは、図３に示すピストンストローク、スロットル開度、燃料噴射量、ＥＧＲ量、点火時期等の目標制御量を求める目標制御値算出ロジックと、図９に示す通電回数算出ロジックがＥＣＵ１によって所定の周期で繰り返し実行されるものである。

ステップＳ１０１において、アクセルペダル開度ＡＰＯ、内燃機関回転数ＮＥ、ＥＣＵ１内のＲＯＭに書き込まれた各種制御値などを読み込む。次にステップＳ１０２において、内燃機関１００に対する目標トルクＴＲＧＴＲＱを演算する。

ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２の演算結果に基づき目標圧縮比ＴＲＧＣＲ、目標吸入空気量ＴＲＧＡＩＲ、目標空燃比演算ＴＲＧＡＦ、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲ、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮを演算する。

次にステップＳ１０４において、ステップＳ１０３の演算結果に基づき、目標ストロークＴＲＧＳＴＲ、目標スロットル開度ＴＲＧＡＴＶ、目標噴射量ＴＲＧＱＦ、目標ＥＧＲ弁開度ＴＲＧＥＴＶ、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮを演算する。

次にステップＳ１０５において、クランク角度ＣＡ、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮ、燃焼室内圧力Ｐ、イオン電流信号ＩＯＮ、吸入空気量ＱＡ、空燃比ＡＦ、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲを読み込む。

次にステップＳ１０６において、燃焼室内圧力Ｐデータの有無を確認し、ＹＥＳである時はステップＳ１０８へ進み、ＮＯである時はステップＳ１０７へ進む。このステップは圧力センサの有無を判断しているものである。

ステップＳ１０６でＹＥＳと判断されると、次にステップＳ１０８では点火時期圧力ＰＩＧＮを読み込み、ステップＳ１０９では通電回数Ｎｐを演算する。通電回数Ｎｐが決定されると、この通電回数Ｎｐは図示しない点火制御装置に送られ、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの時点において、決定された通電回数Ｎｐで断続的に点火信号の通電が行われて点火が実行される。

ここで通電回数Ｎｐが設定されると、点火制御装置ではこの通電回数に対応して点火信号を点火コイルに断続的に流すが、この点火信号の断続間隔は点火プラグでの放電が継続できる間隔に設定されている。また、燃焼室内圧力が高いと点火プラグにおける絶縁破壊電圧と放電電圧が増加することにより点火コイルの蓄電エネルギーが早く消費される。したがって、燃焼室内圧力が高いほど点火信号の断続間隔を短くすることが有効である。

一方、ステップＳ１０６でＮＯと判断されると、ステップＳ１０７ではイオン電流信号ＩＯＮデータの有無を確認し、ＹＥＳである時はステップＳ１１０へ進み、ＮＯである時はステップＳ１１２へ進む。このステップはイオン電流センサの有無を判断しているものである。

ステップＳ１０７でＹＥＳと判断されると、ステップＳ１１０では燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）を演算する。またステップＳ１１１では通電回数Ｎｐを演算する。ステップＳ１０９と同様に、通電回数Ｎｐが決定されると、この通電回数Ｎｐは図示しない点火制御装置に送られ、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの時点において、決定された通電回数Ｎｐで断続的に点火信号の通電が行われて点火が実行される。そして、通電回数Ｎｐが設定されると、点火制御装置ではこの通電回数に対応して点火信号を点火コイルに断続的に流すが、この点火信号の断続間隔は点火プラグでの放電が継続できる間隔に設定されている。この場合、上述したように通電回数Ｎｐが反映されるのは次の行程の点火時期である。

一方、ステップＳ１０７でＮＯと判断されると、ステップＳ１１２では燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）を演算し、更に、ステップＳ１１３では燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）を演算する。そして、ステップＳ１１４では通電回数Ｎｐを演算する。ステップＳ１０９と同様に、通電回数Ｎｐが決定されると、この通電回数Ｎｐは図示しない点火制御装置に送られ、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの時点において、決定された通電回数Ｎｐで断続的に点火信号の通電が行われて点火が実行される。そして、通電回数Ｎｐが設定されると、点火制御装置ではこの通電回数に対応して点火信号を点火コイルに断続的に流すが、この点火信号の断続間隔は点火プラグでの放電が継続できる間隔に設定されている。この場合、上述したように通電回数Ｎｐが反映されるのは次の行程の点火時期である。

ここで、上述の説明では圧力センサやイオン電流センサの有無を判断して通電回数Ｎｐを算出しているが、圧力センサを有したシステム、イオン電流センサを有したシステム、圧力センサ、イオン電流センサを有しないシステム毎に、上述した個々の制御フローを採用しても良いことはいうまでもない。

圧力センサを有したシステムでは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ１０８，Ｓ１０９が実行される。尚、ステップＳ１０５では、クランク角度ＣＡ、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮ、燃焼室内圧力Ｐが読み込まれるものである。また、イオン電流センサを有したシステムでは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ１１０，Ｓ１１１が実行される。尚、ステップＳ１０５では、イオン電流信号ＩＯＮが読み込まれるものである。更に、圧力センサ、イオン電流センサを有しないシステムでは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ１１１２，Ｓ１１３、Ｓ１１４が実行される。尚、ステップＳ１０５では、吸入空気量ＱＡ、空燃比ＡＦ、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが読み込まれるものである。

このように、本実施例によれば、内燃機関の燃焼室内の圧力が高くなるに従い、１回の点火動作での点火信号の通電回数を多くする制御を行なうようにしている。これによって、点火信号の通電の断続を行うことで点火エネルギーが瞬間的に立ち上がるブレークダウンが生じ、燃焼室の圧力に応じてこの通電回数（即ち、ブレークダウンの回数）を制御(増減)すれば、燃焼室内圧力が増加しても放電時間を長くでき、混合気への着火を確実に行って失火現象の発生を抑制することができるようになる。

次に、本実施例の具体的な通電回数Ｎｐの変更動作を説明する。図１４は燃焼室内圧力センサを用いた点火時期圧力に基づく通電回数変更制御の例である。横軸は内燃機関の行程数を示しており、縦軸は上から順番に燃焼室内圧力Ｐ、点火時期圧力ＰＩＧＮ、通電回数Ｎｐ、点火装置の放電電流、放電電圧を示している。

今、内燃機関のクランクシャフトが回転している時、各行程において燃焼室内圧力Ｐは増減を繰り返し行う。この時の点火時期直前における燃焼室圧力ＰＩＧＮが各行程で検出される。通電回数Ｎｐは点火時期圧力ＰＩＧＮ検出後に即座に演算され、図１４では、行程の進行に合わせて通電回数Ｎｐ＝１、Ｎｐ＝１，Ｎｐ＝３、Ｎｐ＝３と変化している。この通電回数Ｎｐに基づく点火信号で点火装置は制御装置から制御され、１回の点火動作で放電電流は通電回数Ｎｐ分の増加を行い、点火装置の放電電圧は通電回数Ｎｐ分のスパイク的な増減を行うようになる。

このように目標点火時期ＴＲＧＩＧＮにおける燃焼室内圧力Ｐの増加に応じて、点火信号の通電回数Ｎｐを増減することができる。これによって、放電時間を制御できることになる。ここで制御装置から点火装置である点火コイルに送られる点火信号は通電信号であり、点火コイルから点火プラグへ送られる放電電流が流れている期間は放電、あるいは点火と称するものである。

このように、1回の点火動作における点火信号の通電回数Ｎｐの増加は、放電、或いは点火が持続する期間内で複数回の通電が行われるように設定される。点火装置の放電電流と放電電圧が示すように、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮから放電電流が０近傍に帰着するまでの放電が持続する期間内において、通電回数Ｎｐに対応して複数回に亘って放電電流が増減する。

図１５はイオン電流センサを用いた燃焼室内圧力推定量に基づく通電回数変更制御の例である。横軸は内燃機関の行程数を示しており、縦軸は上から順番にイオン電流信号Ｉｏｎ、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）、通電回数Ｎｐ、点火装置の放電電流、放電電圧を示している。

内燃機関のクランクシャフトが回転している時、各行程においてイオン電流信号ＩＯＮは増減を繰り返し行う。この時イオン電流ピークＩＭＡＸが燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）として検出される。通電回数Ｎｐは燃焼室内圧力推定量Ｐ＊(I)検出後に即座に演算されるが、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮ以後に燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）は検出されるため、次行程の点火時期に通電回数Ｎｐが反映される。図１５では、行程の進行に合わせて通電回数Ｎｐ＝１、Ｎｐ＝１，Ｎｐ＝１、Ｎｐ＝２と変化している。

この通電回数Ｎｐに基づき点火装置は制御装置から制御され、1回の点火動作で点火装置の放電電流は通電回数Ｎｐ分の増加を行い、放電電圧は通電回数Ｎｐ分のスパイク的な増減を行うようになる。これにより燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ｉ）に応じて、つまり目標点火時期ＴＲＧＩＧＮにおける燃焼室内圧力Ｐの増加に応じて、点火信号の通電回数Ｎｐを増加させることができる。

図１４と同様に、1回の点火動作における点火信号の通電回数Ｎｐの増加は、放電、或いは点火が持続する期間内で複数回の通電が行なわれるように設定される。点火装置の放電電流と放電電圧が示すように、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮから点火装置の放電電流が０近傍に帰着するまでの放電が持続する期間内において通電回数Ｎｐに対応して複数回に亘って放電電流が増減する。

図１６は吸入空気量と、空燃比と、目導ＥＧＲ量を用いた燃焼室内圧力推定量に基づく通電回数変更制御の例である。横軸は内燃機関の行程数を示しており、縦軸は上から順番に吸入空気量ＱＡ、空燃比ＡＦ、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲ、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）、通電回数Ｎｐを示している。内燃機関のクランクシャフトが回転している時、各行程において吸入空気量ＱＡ、空燃比ＡＦ、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲは検出される。

実線は吸入空気量ＱＡのみ変化した際の例を示しており、吸入空気量ＱＡが増加し、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）も増加する。ここで空燃比ＡＦは一定であり、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲも一定である。したがって、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）は燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）と等しい値となる。燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）に基づき通電回数Ｎｐは決められるが、通電回数Ｎｐは次行程においての点火制御に反映されるものである。

次に一点鎖線は空燃比ＡＦのみ変化した際の例を示しており、空燃比ＡＦがリーン方向に制御され、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）は増加する。ここで吸入空気量ＱＡと目標ＥＧＲ量TＲＧＥＧＲは一定であるため、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）は燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）と等しい値となる。燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）に基づき通電回数Ｎｐは決められるが、上の例と同様に通電回数Ｎｐは次行程においての点火制御に反映されるものである。

次に点線は目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲのみ変化した際の例を示しており、目標ＥＧＲ量ＴＲＧＥＧＲが増加する様制御されるが、吸入空気量ＱＡと空燃比ＡＦが一定であるため燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（Ａ）は一定となる。しかしながら、燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）は増加するので通電回数Ｎｐが増加する。燃焼室内圧力推定量Ｐ＊（ＡＥ）に基づき通電回数Ｎｐは決められるが、上の例と同様に通電回数Ｎｐは次行程においての点火制御に反映されるものである。

図１４、１５、１６に示した通り、本実施例は1回の点火動作で複数回の点火信号の通電が行われる点火装置と、複数回の点火信号の通電を指令する点火制御を行う制御装置を用い、点火装置の点火時期、つまり目標点火時期ＴＲＧＩＧＮにおける燃焼室内圧力に応じて、1回の点火動作における点火信号の通電回数を最適に設定するものである。

このように本実施例においては、点火装置への点火信号の通電を断続的に行い、しかも内燃機関の燃焼室内圧力に応じて点火信号の通電回数を増減する制御を行なうようにした。これによれば、点火信号の通電を断続することによって点火エネルギーが瞬間的に立ち上がるブレークダウンが生じ、燃焼室の圧力に応じてこの通電回数（即ち、ブレークダウンの回数）を制御(増減)すれば、燃焼室内圧力が増加しても放電時間が長くなって混合気への着火を確実に実行でき、失火現象の発生を抑制することができるようになる。その結果、燃費性能と排気性能を向上することができる。

また、燃焼室内圧力の変化に伴う点火プラグにおける絶縁破壊電圧と放電電圧の変化に伴う点火コイルの蓄電エネルギー要求量の変化に対応し、放電時間を最適に制御することができ、必要最小限の蓄電エネルギーを供給することができる。

これは必要最小限の蓄電エネルギーとすることにより内燃機関システムの省エネルギー化と、燃焼室内の混合気が要求する蓄電エネルギーを過不足無く供給することにより燃焼の高効率化を実現でき、燃費性能と排気性能の改善効果が得られる。

また、燃焼室内圧力Ｐの増加に応じて1回の点火動作における点火信号の通電回数Ｎｐを増加するように設定するので、通電回数Ｎｐが増加することで点火コイルに蓄電されるエネルギーが増加し、かつ点火プラグから燃焼室内の混合気へとエネルギーが伝わる伝達効率が高い絶縁破壊現象を複数回与えることができるため、火炎核の成長が促進され失火の発生を抑制できる。

燃焼室内圧力の増加に伴い点火プラグにおける絶縁破壊電圧と放電電圧の要求値は増加する。その際に点火コイルに対する蓄電エネルギー要求量が増加し放電時間が短縮する。本実施例を適用することで、燃焼室内の混合気の蓄電エネルギー要求の増加に対して、通電回数Ｎｐの増加が蓄電エネルギーの増加を促すことから、燃焼の高効率化を実現でき、燃費性能と排気性能の改善効果が得られる。

更に、1回の点火動作回数における点火信号の通電回数Ｎｐの増加は、放電が持続する期間内で複数回の通電が行われるように設定されている。このため、点火装置の放電電流と放電電圧が目標点火時期ＴＲＧＩＧＮから放電電流が０近傍に帰着するまで放電が持続する期間内において、複数回に亘って放電電流が増減する。これによって、放電の持続時間、つまり総放電時間が延長でき、放電途切れ期間が生じるのを抑制することで、火炎核の成長中に点火プラグからのエネルギー供給が継続される。その結果、火炎核を安定し成長させることが可能となり失火が抑制できる。

この効果はとりわけ回転数ＮＥが高くなるに従い増加する。なぜなら、回転数ＮＥが高まると点火プラグの電極間に流れる単位時間当たりの混合気流量が増加し、放電途切れ期間を与えた時に火炎核が吹き飛び消炎し易いためであり、総放電時間を延長できることが火炎核の点火プラグの電極からの離れ現象、つまり吹き飛びを抑制できるためである。

以上述べた通り本発明によれば、１サイクル中の点火装置による１回の点火動作において、点火装置への点火信号の通電を断続的に行い、しかも内燃機関の燃焼室内圧力に応じて通電回数を増減する制御を行なう構成とした。

これによれば、点火信号の通電を断続的に行うことによって点火エネルギーが瞬間的に立ち上がるブレークダウンが生じ、燃焼室の圧力に応じてこの通電回数（即ち、ブレークダウンの回数）を制御(増減)すれば、燃焼室内圧力が増加しても放電時間が長くなって混合気への着火を確実に実行でき、失火現象の発生を抑制することができるようになる。その結果、燃費性能と排気性能を向上することができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…ＥＣＵ、２…アクセルペダル開度センサ、３…エアフロセンサ、４…吸気温湿度センサ、５…スロットル、６…タンブル弁、７…インジェクタ、８…燃料ポンプ、９…コモンレール、１０…燃料配管、１１…吸気管、１２…可変吸気排気動弁、１３…ピストン、１４…クランクシャフト、１５…クランク角センサ、１６…ノックセンサ、１７…燃焼室、１８…冷却水温センサ、１９…点火プラグ、２０…点火装置（点火コイル、点火プラグ）、２１…圧力センサ、２２…排気管、２３…三元触媒２４…排気温センサ、２５…空燃比センサ 、２６…EGR弁、２７…EGRクーラ、２８…排気還流管、２９…冷却水ポンプ、３０…冷却水流路切替弁、１００…内燃機関。

Claims (8)

1. 燃焼室内の混合気に対して点火を行う点火装置を備えた内燃機関に使用され、前記点火装置に点火信号を供給して混合気の燃焼を制御する点火制御装置を備える内燃機関の制御装置であって，
   前記点火制御装置は、１サイクル中の前記点火装置による１回の点火動作において、前記点火装置への前記点火信号の通電を断続的に行い、しかも前記内燃機関の燃焼室の燃焼室内圧力に応じて前記点火信号の通電回数を増減する制御を行なうと共に、更に前記点火制御装置は、前記燃焼室内圧力が高いほど前記通電回数を多く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、
   前記点火装置への前記点火信号の断続間隔は、前記点火装置を構成する点火プラグによる放電が継続できる間隔に設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記点火装置への前記点火信号の断続間隔は、前記燃焼室内圧力が高いほど短くされることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記点火制御装置は、前記燃焼室の圧力を直接検出する圧力センサで検出される前記燃焼室内圧力、或いは前記内燃機関の動作状態を表す状態量から燃焼室内圧力推定手段によって推定される前記燃焼室内圧力を用いて前記通電回数を演算することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記燃焼室内圧力推定手段は、イオン電流センサで検出されたイオン電流、空燃比センサで検出された空燃比、目標ＥＧＲ量によって前記燃焼室内圧力を推定するか、或いは吸入空気量センサ出検出された空気量、空燃比センサで検出された空燃比、目標ＥＧＲ量によって前記燃焼室内圧力を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記点火制御装置による前記点火信号の前記通電回数の増加は、前記点火装置を構成する点火プラグの放電が継続する期間内で複数回の通電が行われるように設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 燃焼室内の混合気に対して点火を行う点火装置を備え、かつ前記燃焼室の圧縮圧力を可変調整できる機構を備えた内燃機関に使用され、前記点火装置に点火信号を供給して混合気の燃焼を制御する点火制御装置を備える内燃機関の制御装置であって，
   前記点火制御装置は、１サイクル中の前記点火装置による１回の点火動作において、前記点火装置への前記点火信号の通電を断続的に行い、しかも前記内燃機関の前記燃焼室の燃焼室内圧力に応じて前記点火信号の通電回数を増減する制御を行なうと共に、更に前記点火制御装置は、前記燃焼室内圧力が高いほど前記通電回数を多くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記燃焼室の圧縮圧力を可変調整できる機構は、吸気弁の閉じ時期、或いはピストンのストローク量を調整して前記燃焼室の圧縮圧力を可変調整することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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