JP6670120B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグの電極の消耗量を推定するエンジンの制御装置に関する。

従来、エンジンでは、シリンダヘッドに点火プラグが取り付けられており、点火プラグを火花放電させることにより、燃焼室内に流入した燃料（混合気）を着火させる。点火プラグは、軸中心に設けられた中心電極と、中心電極の側方から中心に向けて延在する側方電極とが設けられている。

点火プラグの電極は、火花放電により消耗するため、消耗量が所定量を超えるとメンテナンスが必要となる。例えば、特許文献１には、エンジン回転数やエンジン負荷からマップにより点火プラグの放電回数および放電電圧を特定し、特定した点火プラグの放電回数および放電電圧に基づいて、電極の消耗により変化する点火プラグの中心電極と側方電極のギャップ長さを推定する技術が開示されている。

特開２００９−１８０１５６号公報

近年、燃料が希薄な燃焼条件において、１回の燃焼行程で複数回の火花放電を行うマルチスパーク点火を行うエンジンが知られている。１回の火花放電のみを行うシングルスパーク点火に対し、マルチスパーク点火は、主放電の後に副放電を行う。主放電と副放電では電極の消耗量が異なることから、上述した特許文献１に記載の技術では、電極の消耗量の推定値に誤差が生じてしまう。

そこで、本発明は、電極の消耗量を精度よく推定することが可能な制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の、点火プラグが主放電を行うシングルスパーク点火、および、点火プラグが主放電と副放電を行うマルチスパーク点火を切り替えて燃料を点火させるエンジンの制御装置は、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、シングルスパーク点火およびマルチスパーク点火の主放電による点火プラグの電極の消耗量を導出する消耗量導出部と、マルチスパーク点火の副放電の回数およびエンジン負荷に電極の消耗量が対応付けられた副放電マップに基づいて、主放電による電極の消耗量と異なる副放電による電極の消耗量を導出し、主放電による電極の消耗量を補正する補正処理部と、を備えることを特徴とする。

補正された消耗量が閾値を超えると、メンテナンスが必要であることを報知させる報知制御部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、電極の消耗量を精度よく推定することができる。

エンジンの構成を示す図である。 点火プラグを説明するための説明図である。 ＥＣＵを説明するための機能ブロック図である。 シングルスパーク点火とマルチスパーク点火を説明するための説明図である。 車両の走行距離に対する電極の消耗量を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１の構成を示す概略図である。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

エンジン１は、シリンダボア２が形成されたシリンダブロック３、シリンダブロック３の上方に設けられたシリンダヘッド４を含んで構成されている。シリンダボア２内には、ピストン５が摺動可能に配置されており、ピストン５は、コンロッド６を介してクランクシャフト７に接続されている。そして、エンジン１では、シリンダボア２、シリンダヘッド４およびピストン５によって囲まれた空間が燃焼室８となる。なお、エンジン１は、図示しない車両に搭載される。

シリンダヘッド４には、吸気ポート９および排気ポート１０が燃焼室８とそれぞれ連通するように形成されているとともに、点火プラグ１１を配置するためのプラグホール１２が形成されている。

プラグホール１２は、シリンダヘッド４における燃焼室８の軸中心に沿って形成されており、燃焼室８と連通する。点火プラグ１１は、先端が燃焼室８内に位置するようにプラグホール１２に取り付けられる。

また、シリンダヘッド４には、吸気ポート９を開閉する吸気弁１３と、排気ポート１０を開閉する排気弁１４とが設けられている。吸気弁１３は、先端が吸気ポート９と燃焼室８との間に位置するようにシリンダヘッド４に配置され、不図示のカムの回転により移動して吸気ポート９を燃焼室８に対して連通および閉鎖させる。排気弁１４は、先端が排気ポート１０と燃焼室８との間に位置するようにシリンダヘッド４に配置され、不図示のカムの回転により移動して排気ポート１０を燃焼室８に対して連通および閉鎖させる。

エンジン１では、吸気ポート９を介して燃焼室８内に空気と燃料との混合気が流入した後、点火プラグ１１によって混合気が着火されることで混合気を燃焼させる。そして、混合気を燃焼させることで燃焼室８に生じた爆発圧力によりピストン５をシリンダボア２内で往復動させ、その往復動によりクランクシャフト７を回転駆動させる。

図２は、点火プラグ１１を説明するための説明図であり、点火プラグ１１のうち、燃焼室８側の先端を抽出して示す。図２に示すように、点火プラグ１１は、中心電極１１ａと側方電極１１ｂを備える。中心電極１１ａは、プラグ本体１１ｃの内部に挿通されるとともに、中心電極１１ａの先端部１１ｄが、プラグ本体１１ｃのうち、図２中、下側の下端面１１ｅから突出する。

側方電極１１ｂは、プラグ本体１１ｃの下端面１１ｅのうち、外周側に設けられ、プラグ本体１１ｃの軸方向に延在する軸方向延在部１１ｆと、軸方向延在部１１ｆからプラグ本体１１ｃの径方向内側に向かって延在する径方向延在部１１ｇを有する。径方向延在部１１ｇのうち、中心電極１１ａの先端部１１ｄと軸方向に対向する部位にチップ１１ｈが取り付けられている。

これら中心電極１１ａと側方電極１１ｂ（チップ１１ｈ）とは、所定の放電ギャップが形成されるように離隔して配置される。

そして、エンジン１のＥＣＵ１００（Engine Control Unit、制御装置）の制御により中心電極１１ａに電圧が印加されると、先端部１１ｄとチップ１１ｈとの隙間である放電ギャップに火花放電が生じ、空気と燃料の混合気が着火する。

図３は、ＥＣＵ１００を説明するための機能ブロック図である。ＥＣＵ１００は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、エンジン１を制御する。また、ＥＣＵ１００は、点火制御部１１０、消耗量導出部１１２、補正処理部１１４、表示制御部１１６（報知制御部）として機能する。

点火制御部１１０は、クランクセンサＳが検出したクランク角（クランクシャフト７の回転角度）を示すクランク角信号を受け、クランク角信号に基づき、所定のクランク角で火花放電するように、点火回路１２０に点火信号を送信する。ここで、点火信号には、主放電を遂行させる主放電信号と、副放電を遂行させる副放電信号が含まれる。主放電および副放電については後に詳述する。

点火回路１２０は、例えば、パワートランジスタ、１次コイル、２次コイルを有し、ＥＣＵ１００からの点火信号により、パワートランジスタがＯＮとなると、１次コイルにオルタネータやバッテリなどの電源電圧が印加されて電流が流れる。そして、パワートランジスタがＯＦＦとなると、１次コイルの電流が遮断されることで２次コイルに相互誘導による高電圧が生じる。この２次コイルの高電圧が、中心電極１１ａに印加されて、放電ギャップに火花放電が生じる。上記の点火プラグ１１の電極（チップ１１ｈなど）は、火花放電により消耗する。

また、点火制御部１１０は、点火処理を行う。点火制御部１１０が行う点火処理には、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火があり、燃料の燃焼条件に応じていずれかの点火処理に切り替えられる。例えば、点火制御部１１０は、燃料が希薄（リーン）な燃焼条件で、マルチスパーク点火の点火処理を行って燃料の着火の安定性を向上させ、それ以外の燃焼条件で、シングルスパーク点火の点火処理を行う。

火花放電には、主放電と副放電があり、シングルスパーク点火は、主放電を１回行い、マルチスパーク点火では、１回の主放電と１または複数回（例えば、２回）の副放電を行う。そのため、１回の点火処理において、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火では、電極の消耗量が異なる。

図４は、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火を説明するための説明図であり、図４（ａ）には、シングルスパーク点火におけるＥＣＵ１００からの点火信号を示し、図４（ｂ）には、マルチスパーク点火におけるＥＣＵ１００からの点火信号を示す。

図４に示すように、点火信号のうち、主放電を行う主放電信号Ａは、副放電を行う副放電信号Ｂよりも時間が長い。すなわち、主放電のための１次コイルへの印加時間は、副放電のための１次コイルへの印加時間よりも長い。そして、シングルスパーク点火の主放電とマルチスパーク点火の主放電では、１次コイルへの印加時間が大凡等しい。

また、副放電のための１次コイルへの印加時間（副放電信号Ｂ）は、主放電のための１次コイルへの印加時間（主放電信号Ａ）に対して例えば２５％程度となっている。そのため、副放電は主放電よりも１回の放電による電極の消耗量が少ない。

図３に戻って、消耗量導出部１１２は、エンジン回転数とエンジン負荷（点火プラグ１１の放電電圧）とに基づいて、シングルスパーク点火およびマルチスパーク点火の主放電による電極の消耗量を導出する。ここで、エンジン負荷は、例えば、スロットル開度などから導出される。

上記のように、主放電は、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火のいずれの場合でも１回行われることから、エンジン回転数によって、主放電の実施回数も特定される。また、主放電および副放電における電極の消耗量は、それぞれ、エンジン負荷（点火プラグ１１の放電電圧）の影響を受ける。エンジン負荷が高くなるほど、点火プラグ１１の放電電圧が高くなるため、エンジン負荷によって放電電圧が特定される。

そこで、例えば、エンジン回転数およびエンジン負荷に主放電による電極の消耗量が対応付けられた主放電マップが、ＥＣＵ１００のメモリに記憶されている。消耗量導出部１１２は、エンジン回転数およびエンジン負荷により、１回の点火処理毎の主放電による電極の消耗量を主放電マップから特定する。

補正処理部１１４は、マルチスパーク点火の副放電の回数とエンジン負荷（点火プラグ１１の放電電圧）とに基づいて、点火プラグ１１の消耗量を補正する。具体的に、補正処理部１１４は、点火回路１２０への点火信号のうち、１回の点火処理毎の副放電信号の回数を計数する。

ＥＣＵ１００のメモリには、副放電の回数およびエンジン負荷に、放電による電極の消耗量が対応付けられた副放電マップが記憶されている。補正処理部１１４は、副放電信号の計数値と、エンジン負荷により、１回の点火処理毎の副放電による電極の消耗量を副放電マップから特定する。

上記のように、副放電は、１次コイルへの印加処理の時間が、例えば、主放電の場合の２５％程度であることから、放電電圧も主放電に比べて低く、１回の放電による電極の消耗量も、主放電より少ない。そのため、副放電マップでは、同じ放電回数に相当する電極の消耗量が、主放電マップより少ない値となる。

そして、補正処理部１１４は、消耗量導出部１１２が特定した電極の消耗量について、副放電マップで特定した電極の消耗量を加算して補正する。こうして、補正によって副放電の影響を加味された電極の消耗量が、１回の点火処理毎に導出される。

表示制御部１１６は、導出された補正後の電極の消耗量を積算し、積算値が、予め設定された閾値を超えていないか判断する。積算値が閾値を超えていると、表示制御部１１６は、表示部１２２に、メンテナンスが必要である旨を表示させる。なお、表示部１２２は、エンジン１が搭載される車両内に設けられる。

図５は、車両の走行距離に対する電極の消耗量を示す図である。図５では、シングルスパーク点火のみで走行し続けた場合の電極の消耗量の推移を破線の凡例Ｘで示す。

電極の消耗量が閾値αになると、放電ギャップが開きすぎることから、点火プラグ１１の交換などのメンテナンスが必要となる。すなわち、シングルスパーク点火のみで走行し続けた場合、走行距離が距離Ｃに到達すると、点火プラグ１１のメンテナンスが必要となる。

また、図５中、一点鎖線の凡例Ｙで示すように、マルチスパーク点火も併用する場合、シングルスパーク点火のみ行う場合よりも電極の消耗が早くなる。そのため、マルチスパーク点火を行う場合、走行距離が距離Ｃよりも短い距離Ｄに到達したとき、点火プラグ１１のメンテナンスが必要となる。なお、凡例Ｙは、電極が最も早く消耗する運転条件を示すものとする。

ここで、例えば、車両の走行距離に基づいて点火プラグ１１のメンテナンスの要否を判断する場合、電極が最も早く消耗する凡例Ｙの場合に合わせて、距離Ｄに到達したときにメンテナンスが必要と判断することとなる。しかしながら、実際にはマルチスパーク点火の頻度が少なければ、閾値αに到達する総経距離が距離Ｄよりも長くなる。そのため、走行距離が距離Ｄとなった時点で一律にメンテナンスするようにした場合、閾値αに到達する前にメンテナンスするケースが生じ、メンテナンスコストが本来必要なコストよりも増大することが生じる。

本実施形態では、消耗量導出部１１２および補正処理部１１４が、シングルスパーク点火およびマルチスパーク点火による電極の消耗量を推定していることから、電極の消耗量が大凡閾値αとなったときにメンテナンスが必要と判断でき、メンテナンスコストの増大を回避できる。

また、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火の区別をつけず、点火プラグ１１の放電回数に基づいて電極の消耗量を推定すると、電極の消耗量が主放電と副放電とで異なる場合に、推定誤差が生じてしまう。本実施形態では、補正処理部１１４が、副放電による電極の消耗量を推定して、消耗量導出部１１２が導出した主放電による電極の消耗量を補正することから、電極の消耗量を精度よく推定することが可能となる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

例えば、上述した実施形態では、消耗量導出部１１２は、エンジン回転数に加え、点火プラグ１１の放電電圧に基づいて、電極の消耗量を導出し、補正処理部１１４は、副放電の回数に加え、点火プラグ１１の放電電圧に基づいて、電極の消耗量を補正する場合について説明した。しかし、点火プラグ１１の放電電圧を予め設定された値と見做して、電極の消耗量を導出してもよい。ただし、点火プラグ１１の放電電圧を加味して電極の消耗量を導出することで、一層精度よく電極の消耗量を推定することが可能となる。

また、上述した実施形態では、消耗量導出部１１２および補正処理部１１４は、マップ（主放電マップ、副放電マップ）によって、電極の消耗量を特定する場合について説明した。しかし、消耗量導出部１１２および補正処理部１１４が、予め設定された演算式によって電極の消耗量を導出してもよい。

また、上述した実施形態では、補正された消耗量が閾値を超えると、表示制御部１１６が、メンテナンスが必要である旨、表示部１２２に表示させる場合について説明したが、表示部１２２への表示処理は必須ではない。ただし、表示部１２２に表示させることで、ユーザが容易にメンテナンスの要否を把握できる。

また、上述した実施形態では、報知制御部として表示部１２２を制御する表示制御部１１６を例に挙げて説明したが、スピーカなどが、メンテナンスが必要であることを示す警告音を出力（報知）してもよい。

本発明は、点火プラグの電極の消耗量を推定するエンジンの制御装置に利用できる。

１ エンジン
１１ 点火プラグ
１００ ＥＣＵ（制御装置）
１１２ 消耗量導出部
１１４ 補正処理部
１１６ 表示制御部（報知制御部）

Claims (2)

1. 点火プラグが主放電を行うシングルスパーク点火、および、該点火プラグが主放電と副放電を行うマルチスパーク点火を切り替えて燃料を点火させるエンジンの制御装置であって、
   エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、前記シングルスパーク点火および前記マルチスパーク点火の前記主放電による前記点火プラグの電極の消耗量を導出する消耗量導出部と、
   前記マルチスパーク点火の前記副放電の回数および前記エンジン負荷に前記電極の消耗量が対応付けられた副放電マップに基づいて、前記主放電による前記電極の消耗量と異なる前記副放電による前記電極の消耗量を導出し、前記主放電による前記電極の消耗量を補正する補正処理部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 補正された前記消耗量が閾値を超えると、メンテナンスが必要であることを報知させる報知制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

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