JP6908548B2 - 内燃機関制御装置 - 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。

環境保全と資源有効活用の観点から、自動車の更なる高効率化と排気清浄化が要求されている。高効率化の手段としては、内燃機関の高圧縮比化とダウンサイジングがある。高圧縮比化とダウンサイジングがされた内燃機関では、燃焼室内の圧力が上昇して混合気が高温化し、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（ＥＧＲ）、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。これら複数の制御方法が、1つの内燃機関において複合的に組み合わせて使用されることもある。

排気清浄化の観点において、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に悪影響を与えるので、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。上述したようなＥＧＲ制御やリーン燃焼制御が適用された内燃機関においては、燃焼室内の圧力の変動が大きく、また燃焼室内の気流の変化も大きいため、失火現象に対する対策が特に重要となる。

失火現象の抑制のため、例えば特許文献１では、内燃機関の運転条件などに基づいて、点火プラグの維持電流を適切に設定する技術が開示されている。しかし、この特許文献１の技術は、主に混合気の流速に応じて維持電流を設定するものであり、着火性能の向上のためには十分ではない。

特開２０１７−２７９１号公報

本発明の目的は、混合気への着火を良好に行って着火性能及び燃費性能を向上させた内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る内燃機関制御装置は、点火コイルと点火プラグを備えた内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、前記内燃機関の運転条件、又は前記点火プラグの点火に関連する物理量に基づいて、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の着火に必要なエネルギー量を算出する目標供給エネルギー算出部と、前記エネルギー量に従い、前記点火プラグに供給する電流の波形に関する電流波形データを生成する電流波形生成部と、前記電流波形データに従って前記点火プラグに供給する電力を制御する電力制御部とを備える。
また、本発明の第２の態様に係る内燃機関制御装置は、点火コイルと点火プラグを備えた内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、前記内燃機関の運転条件、又は前記点火プラグの点火に関連する物理量に基づいて、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の着火に必要なエネルギー量を算出するエネルギー算出部と、前記エネルギー算出部での算出結果に従い、前記点火プラグに供給する電流の波形に関する電流波形データを生成する電流波形生成部と、前記電流波形データに従って前記点火プラグに供給する電力を制御する電力制御部とを備える。前記電流波形生成部は、初期電流と、前記初期電流よりも大きい維持電流と、前記初期電流と前記維持電流との間での前記電流の単位時間当たりの変化の度合を示す電流変化率とを設定する。

本発明によれば、混合気への着火を良好に行って着火性能及び燃費性能を向上させた内燃機関の制御装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係る燃料噴射制御装置を備えた内燃機関の基本構成を示すブロック図である。 ＥＣＵ２００の構成を示す機能ブロック図である。 電流波形生成部２０７のより詳細な構成の一例を示すブロック図である。 最適な電流変化率Ｒ_ｃｃを設定することの意義について説明するグラフである。 異なる電流変化率Ｒ_ｃｃを有する電流パルスの特性の差を示すグラフである。 点火プラグ１０５の両電極の間の放電を示す概略図である。 目標供給エネルギー設定部２０６における目標供給エネルギーＥ_ｔａｒの設定の方法（動作）の例を説明する概念図である 点火プラグ１０５の周囲の混合気の流速が所定の値の場合における、初期電流ｉ_ｉｎｉと、点火プラグ１０５の放電路の伸び量との関係を示している。 点火コイル１０６の２次側コイル（図示せず）の２次電流や２次電圧の波形の例を示している。 放電路追従性Ｃと、他のファクターとの関係を示すグラフである。 加熱継続期間計算部２０７３での加熱継続期間Δｔ_Ｒの計算の方法を説明する概略図である。 電流変化率設定部２０７４での電流変化率Ｒ_ｃｃの設定の方法（動作）を説明する概略図である。 補正部２０７５での補正の手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態による電流パルス波形データ及び放電電流の例を説明するグラフである。 第１の実施の形態による電流パルス波形データ及び放電電流の例を説明するグラフである。 第１の実施の形態による電流パルス波形データ及び放電電流の例を説明するグラフである。 第２の実施の形態を説明する概略図である。 第３の実施の形態を説明する概略図である。

以下、添付図面を参照して本実施の形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施の形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

本実施の形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射制御装置を備えた内燃機関の基本構成を示している。

＜基本構成＞
図１に示すように、第１の実施の形態の制御対象としての内燃機関１００は、燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ２００と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３００とにより制御される。
内燃機関１００は、気筒（シリンダ）内にピストン１０１、吸気バルブ１０２、排気バルブ１０３を備えている。内燃機関１００は、一例としては、複数、例えば４個の気筒を有した内燃機関とすることができるが、図１は、複数の気筒のうちの１つの気筒のみを代表的に図示している。
ピストン１０１は、図示しないクランクシャフトが接続されている。クランクシャフト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１０１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。

シリンダヘッドには点火プラグ１０５と点火コイル１０６が備えられている。更に、シリンダヘッドには、シリンダ内の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０７が設けられている。図示は省略するが、シリンダのウォータジャケットには冷却水の水温センサが備えられていてもよい。

また、吸気バルブ１０２の上流側には、内燃機関１００に吸入される空気を導入するための吸気管１１０が設けられ、排気バルブ１０３の下流側には、シリンダから排出される排気ガスを排出するための排気管１１１が設けられている。
吸気管１１０には、吸気を冷却するインタークーラ１１２、アクセル開度に応じて吸気量を調節するスロットルバルブ１１３、吸気の流れを調節するためのサージタンク１１４、及び吸気流路の一部狭めて吸気流に乱れ（タンブル）を生じさせるタンブル制御バルブ（ＴＣＶ）１１５が設けられている。
また、排気管１１１は、排気通路１２１に連通されており、この排気通路１２１には、三元触媒１２３と、空燃比センサ１２４と、タービン１２５ｂとが設けられている。三元触媒１２３は、排気ガスを浄化するためのものであり、空燃比センサ１２４は、排気ガスの空燃比を検出するセンサである。また、タービン１２５ｂは、排気ガスのエネルギーを利用してコンプレッサ１２５ａを駆動するための駆動力を発生させる。

なお、排気通路１２１は、三元触媒１２３の下流側でＥＧＲ配管１２６に分岐されている。このＥＧＲ配管１２６は、排気ガスＥＧＲガスとして吸気側に還流（再循環）させるための配管である。ＥＧＲ配管１２６には、ＥＧＲを冷却するＥＧＲクーラ１２７と、ＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブ１２８と、ＥＧＲバルブ１２８の前後の圧力を計測する圧力センサ１３３が備えられている。また、排気通路１２１の更に下流には、三元触媒１２３とは別の三元触媒１２９が備えられている。

吸気管１１０は、コンプレッサ１２５ａの側において吸気通路１３０に連通されている。この吸気通路１３０には、空気流量を計測する質量流量計１３１と、吸気圧を調整する圧力調整バルブ１３２とが設けられている。前述のＥＧＲ配管１２６は、この吸気通路１３０に接続されている。また、吸気管１１０には、吸気側の混合ガス（吸気通路１３０から供給された吸入空気とＥＧＲガスとを混合させたガス）の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１３４が設けられている。

ＥＣＵ２００は、アクセル開度センサ３００の検出信号や各種センサ信号に基づいて要求トルクを演算する。ＥＣＵ２００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、圧力調整バルブ１３２の開度、スロットルバルブ１１３の開度、燃料噴射弁１０７の噴射パルス期間、点火プラグ１０５の点火時期、吸気バルブ１０２および排気バルブ１０３の開閉時期、ＥＧＲバルブ１２８の開度などの内燃機関１００の主要な作動量を演算する。

混合ガスは、インタークーラ１１２、吸気管１１０、サージタンク１１４、及びタンブルバルブ１１５を通り吸気バルブ１０２を経て燃焼室Ｒ１内に流入する。この混合ガスは、燃料が燃料噴射弁１０７から噴射され、燃焼室Ｒ１内に混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ１０５から発生される火花により着火・燃焼する。その混合器の燃焼による燃焼圧により、ピストン１０１が押し下げられ、内燃機関１００の駆動力となる。
燃焼後の排気ガスは、排気バルブ１０３、排気管１１１、タービン１２５ｂを経て三元触媒１２３に送られ、三元触媒１２３内でＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ成分が浄化された後、排気通路１２１を経て三元触媒１２９で再度浄化されて外部に排出される。

また、排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管１２６、ＥＧＲクーラ１２７、ＥＧＲバルブ１２８を経て吸気通路１３０に導入され、この導入領域で吸入空気とＥＧＲガスとが合流される。吸入空気とＥＧＲガスからなる混合ガスは、吸気管１１０等を通過して燃焼室Ｒ１に到達する。

図２は、第１の実施の形態のＥＣＵ２００の構成を、機能ブロック図により示している。
ＥＣＵ２００は、入力回路２０１、ＣＰＵ２０２、ＲＡＭ２０３、ＲＯＭ２０４、入出力ポート２０５、目標供給エネルギー設定部２０６、電流波形生成部２０７、各種駆動回路２０８〜２１３、及び電力制御部２１４から大略構成されている。

入力回路２０１は、各種センサから検出信号の入力を受けるインタフェース回路である。ＣＰＵ２０２は、ＥＣＵ２００の全体の制御を司る演算制御回路である。ＲＡＭ２０３は入出力される各種データを一時記憶するための記憶部である。ＲＯＭ２０４は、演算処理内容を記述した制御プログラムを記憶する。入出力ポート２０５は、入力回路２０１から入力される検出信号をＲＡＭ２０３を介して（一時記憶させた後）ＣＰＵ２０２に入力させるとともに、ＣＰＵ２０２、ＲＡＭ２０３、ＲＯＭ２０４から転送された信号を各種駆動回路２０８〜２１３に向けて出力する機能を有する。入力回路２０１に送られる検出信号のうち、アナログ信号で入力される検出信号は、入力回路２０１に設けられたＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタル信号に変換されてから入力される。

目標供給エネルギー設定部２０６は、内燃機関の与えられた運転条件、及び点火プラグ１０５の点火に関連する物理量に従い、点火プラグ１０５に供給すべきエネルギーの量としての目標供給エネルギーＥ_ｔａｒを設定する機能を有する。電流波形生成部２０７は、設定された目標供給エネルギーＥ_ｔａｒに従い、点火プラグ１０５に供給するパルス状の電流の波形に関する電流波形データを生成する機能を有する。

駆動回路２０８〜２１３は、一例として、圧力調整バルブ駆動回路２０８、スロットルバルブ駆動回路２０９、可変バルブ機構(ＶＴＣ)駆動回路２１０、噴射弁駆動回路２１１、点火信号出力回路２１２、及びＥＧＲバルブ駆動回路２１３を備える。圧力調整バルブ駆動回路２０８は、圧力調整バルブ１３２を駆動するアクチュエータである。また、スロットルバルブ駆動回路２０９は、スロットルバルブ１１３を駆動するアクチュエータである。ＶＴＣ駆動回路２１０は、吸気バルブ１０２及び排気バルブ１０３を駆動するアクチュエータ（弁駆動回路）である。噴射弁駆動回路２１１は、燃料噴射弁１０７を駆動するアクチュエータである。点火信号出力回路２１２は、点火プラグ１０５を点火させるための点火信号を出力する。ＥＧＲバルブ駆動回路２１３は、ＥＧＲバルブ１２８を駆動するアクチュエータ（弁駆動回路）である。また、電力制御部２１３は、電流波形生成部２０７で生成された電流波形データに従った電力を点火プラグ１０５に供給するための電流制御及び電圧制御を行う制御回路である。

＜電流波形生成部２０７＞
図３は、電流波形生成部２０７のより詳細な構成の一例を示すブロック図である。電流波形生成部２０７は、一例として、維持電流設定部２０７１、初期電流設定部２０７２、加熱継続期間計算部２０７３、電流変化率設定部２０７４、及び補正部２０７５を備えている。これにより、電流波形生成部２０７は、図３の右下に示すように、初期電流ｉ_ｉｎｉ、電流変化率Ｒ_ｃｃ、及び維持電流ｉ_ｔａｒを有する電流波形を生成するための電流波形データを生成する。初期電流ｉ_ｉｎｉは、電流パルス波形の立ち上がりにおける電流である。また、維持電流ｉ_ｔａｒは、当該電流パルス波形の少なくとも後段において維持され、電流上昇の目標値となる電流であり、初期電流ｉ_ｉｎｉよりも大きい電流である。また、電流変化率Ｒ_ｃｃは、初期電流ｉ_ｉｎｉから維持電流ｉ_ｔａｒへと電流値が増大する場合における電流の単位時間当たりの変化の度合（傾き）を表している。初期電流ｉ_ｉｎｉ、維持電流ｉ_ｔａｒ、電流変化率Ｒ_ｃｃが順次決定されることにより電流波形データが生成される。

維持電流設定部２０７１は、目標供給エネルギー設定部２０６で設定された目標供給エネルギーＥ_ｔａｒに従って、上述の維持電流ｉ_ｔａｒを設定する。
目標供給エネルギー設定部２０６は、前述のように、内燃機関１００に与えられた運転条件、及び点火プラグ１０５の点火に関連する物理量に従い、点火プラグ１０５に供給すべきエネルギーの量としての目標供給エネルギーＥ_ｔａｒを設定する機能を有する。ここでは、点火プラグ１０５の点火に関連する物理量として、点火プラグ１０５を通過する混合気の圧力に関する圧力情報、混合気の温度情報、混合気の組成情報、及び混合気の流速情報が入力される。これ以外の物理量が含まれていても良いし、その組み合わせは任意である。

初期電流設定部２０７２は、内燃機関１００に与えられた運転条件、及び点火プラグ１０５の点火に関連する物理量に従い、点火プラグ１０５に供給すべき電流パルスの初期値である初期電流ｉ_ｉｎｉを設定する機能を有する。

加熱継続期間計算部２０７３は、内燃機関１００に与えられた運転条件、点火プラグ１０５の点火に関連する物理量、及び維持電流設定部２０７１で設定された維持電流ｉ_ｔａｒに従い、電流パルス波形の立ち上がりから、維持電流ｉ_ｔａｒに達するまでの間の時間である加熱継続期間Δｔ_Ｒを計算する機能を有する。

電流変化率設定部２０７４は、維持電流設定部２０７１で設定された維持電流ｉ_ｔａｒ、初期電流設定部２０７２で設定された初期電流ｉ_ｉｎｉ、及び加熱継続期間計算部２０７３で計算された加熱継続期間Δｔ_Ｒに基づき、電流変化率Ｒ_ｃｃ＝ｄｉ／ｄｔを設定する。

補正部２０７５は、維持電流設定部２０７１で設定された維持電流ｉ_ｔａｒ、加熱継続期間計算部２０７３で計算された加熱継続期間Δｔ_Ｒ等により達成可能と予想されるエネルギーである達成可能エネルギーＥ_ｏを計算し、この達成可能エネルギーＥ_ｏと、前述の目標供給エネルギーＥ_ｔａｒとを比較する。そして、補正部２０７５は、この比較の結果に従い、維持電流ｉ_ｔａｒや電流変化率Ｒ_ｃｃなどの物理量を補正する。

本実施の形態の内燃機関制御装置は、点火プラグ１０５に与える電流を設定する場合に、適切な電流変化率Ｒ_ｃｃを設定することで、点火プラグ１０５の放電路の長さを確保するとともに、十分なギャップ間供給エネルギーを確保し、これにより、混合気への着火を良好に行って着火性能及び燃費性能を向上させることができる。

図４及び図５を参照して、最適な電流変化率Ｒ_ｃｃを設定することの意義について説明する。図４は、異なる電流変化率Ｒ_ｃｃを有する電流パルス波形の例と、それにより得られる各種物理量の変化を示すグラフであり、図５は、異なる電流変化率Ｒ_ｃｃを有する電流パルス（１）〜（３）の特性の差を示すグラフである。
図４の一番上のグラフは、点火プラグ１０５に流れる電流パルスの波形（１）〜（３）を示している。（１）は第１の比較例の電流パルス波形であり、電流変化率Ｒ_ｃｃが非常に大きい波形である。（３）は第２の比較例の電流パルス波形であり、電流変化率Ｒ_ｃｃが小さく、緩やかに維持電流ｉ_ｔａｒに到達する波形である。（２）が、第１の実施の形態で採用される電流パルス波形の一例である。

図６に示すように、点火プラグ１０５の両電極の間の放電路の長さは、両電極間の電圧や電流によって変化し、更に混合気の流速によって変化し得る。
図４の２番目のグラフに示すように、点火プラグ１０５の放電路の伸びは、（２）の波形が最も大きくなり得ることが判る。放電路の伸びが大きくなることにより、例えば燃焼室内の圧力が高い場合などにおいても、着火性能を維持することができる。（３）の波形では、初回の放電での放電路の伸びに電流の増加が追い付かず、小さい放電路の伸びの後再放電が発生してしまう。その結果、放電路の伸びは（１）、（２）の波形の半分程度となってしまい、好ましくない。

一方、図４の３番目のグラフに示すように、点火プラグ１０５のギャップ間電圧は、（１）の波形と（２）の波形とで殆ど差が無い。また、図４の一番下のグラフに示すように、点火プラグ１０５のギャップ間発生エネルギーに関しては、（２）の波形は、（１）の波形に比べ電流変化率が小さいにも拘わらず、（１）の波形と略同等である。図５に示すように、初回の放電における比較においても、（２）の波形は、放電路の伸びが（１）の波形よりも大きく、ギャップ間発生エネルギーに関しても、（１）の屁系と殆ど見劣りしない。このように、適切な大きさの電流変化率Ｒ_ｃｃを有する電流パルス波形を生成することで、ギャップ間発生エネルギーを確保しつつ、放電路の伸びを大きくすることができ、これにより混合気への着火を良好に行って着火性能及び燃費性能を向上させることができる。

＜目標供給エネルギー設定部２０６の動作＞
目標供給エネルギー設定部２０６における目標供給エネルギーＥ_ｔａｒの設定の方法（動作）の一例を説明する。
目標供給エネルギーＥ_ｔａｒは、混合気への自着火及び火炎核成長を実現するのに必要なエネルギーを定めた以下の理論式により定義することができる。

ただし、ρは混合気の密度、ｃ_ｐは比熱、Ｔ_ｔａｒは目標温度、Ｔ_ａｄｖは点火時期温度、Ｌは放電路の円筒径（電極径）、ｄは電極間距離、ｈは定数、Ｔ_ｐｌｕｇはプラグ温度、Ｅ_ＦＬは火炎成長エネルギーを示す。

目標供給エネルギー設定部２０６における目標供給エネルギーＥ_ｔａｒの設定の方法（動作）の別の例を図７を参照して説明する。目標供給エネルギーＥ_ｔａｒは、一例として、図７に示すような目標供給エネルギーマップに従って結成することができる。異なる空燃比又はＥＧＲ率毎に複数のマップが設けられており、個々のマップは、エンジン回転数と図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）との組み合わせ毎に規定された目標供給エネルギーＥ_ｔａｒのデータを有している。このマップによれば、空燃比又はＥＧＲ率が定まり、次いで回転数とＩＭＥＰが定まることにより、一意に目標供給エネルギーＴ_ｔａｒを決定することができる。

＜維持電流設定部２０７１の動作＞
次に、維持設定部２０７１での維持電流ｉ_ｔａｒの設定の方法（動作）の一例を説明する。
一例として、点火プラグ１０５の電極間電圧をＶ_ｇ、電極間距離をｄ、電極間の混合気の流速をｕ、内燃機関１００の気筒の圧力をｐ、ｃ_ｏ、α、βを定数とした場合、目標供給エネルギーＥ_ｔａｒと維持電流ｉ_ｔａｒは、次の式［数２］に示す関係を有する。目標供給エネルギーＥ_ｔａｒが決まると、この数式に従って維持電流ｉ_ｔａｒを定めることができる。

また、電極間電圧Ｖ_ｇ、電極間距離ｄ、電極間の混合気の流速ｕ、内燃機関１００の気筒の圧力ｐなどに従って放電路の伸び量は予測することができ、この放電路の伸び量に基づいて、維持電流ｉ_ｔａｒを定めることも可能である。

なお、この数式［数２］から分かるように、目標供給エネルギーＥ_ｔａｒが一定である場合においては、気筒の圧力ｐが小さいほど、維持電流ｉ_ｔａｒを小さい値に設定することができる。また、混合気の流速ｕが小さいほど、維持電流ｉ_ｔａｒを小さい値に設定することができる。また、目標供給エネルギー設定部２０６には、内燃機関の運転条件としてエンジン回転数を入力することもできる。この場合、維持電流設定部２０７１は、エンジン回転数が小さいほど、維持電流ｉ_ｔａｒを小さい値に設定することができる。
また、目標供給エネルギー設定部２０６には、内燃機関の運転条件としてタンブル制御バルブ１１５の開度を入力することできる。この場合、維持電流設定部２０７１は、タンブル制御バルブ１１５の開度が大きいほど、維持電流ｉ_ｔａｒを小さい値に設定することができる。更に、維持電流定部２０７１は、流速ｕ_ｓｐが小さいほど、維持電流ｉ_ｔａｒを小さい値に設定することができる。

＜初期電流設定部２０７２の動作＞
続いて、初期電流設定部２０７２での初期電流ｉ_ｉｎｉの設定の方法を、図８〜図１０を参照して説明する。図８は、点火プラグ１０５の周囲の混合気の流速が所定の値の場合における、初期電流ｉ_ｉｎｉと、点火プラグ１０５の放電路の伸び量との関係を示している。

この図８の例では、初期電流ｉ_ｉｎｉが小さい領域では、初期電流ｉ_ｉｎｉが増加するに従って放電路の伸び量も増加するが、初期電流ｉ_ｉｎｉがある値以上になると、放電路の伸び量は飽和する。このため、図８の例では、放電路の伸び量の飽和が見られない範囲において、他のファクターも考慮して初期電流ｉ_ｉｎｉを決定することができる。例えば、図９に示すように、点火コイル１０６の２次側コイル（図示せず）の２次電流や２次電圧の波形も考慮して、初期電流ｉ_ｉｎｉを決定することも可能である。また、初期電流ｉ_ｉｎｉは、放電路追従性Ｃも考慮しつつ決定することができる。放電路追従性Ｃとは、放電路の長さが、混合気の圧力の変化に追従して放電路の長さが変動する度合（しやすさ）を示した数値である。放電路追従性Ｃは、図１０に示すように、気筒の温度Ｔ、圧力ｐなどの関数として、例えば以下の式で表すことができる。

ここで、Ｃ_ｒｅｆは定数、ｕ_ｓｐは点火プラグ１０５の周囲の混合気の流速［ｍ／ｓ］、Ｔ_ｏは基準温度、Ｐｏは基準圧力である。

放電路追従性Ｃが大きい場合、初期電流ｉ_ｉｎｉも大きく設定することができ、放電路追従性Ｃが小さい場合、初期電流ｉ_ｉｎｉも小さく設定することができる。図１０に示すように、放電路追従性Ｃは、気筒の温度Ｔが大きいほど大きくなり、圧力ｐが大きいほど大きくなる。このため、初期電流設定部２０７２は、圧力ｐが小さいほど、初期電流ｉ_ｉｎｉを小さい値に設定することができる。また、エンジン回転数に関しても同様であり、初期電流設定部２０７２は、エンジン回転数が小さいほど、初期電流ｉ_ｉｎｉを小さい値に設定することができる。また、タンブル制御バルブ１１５の開度についても同様であり、初期電流設定部２０７２は、タンブル制御バルブ１１５の開度が大きいほど、初期電流ｉ_ｉｎｉを小さい値に設定することができる。更に、初期電流設定部２０７２は、流速ｕ_ｓｐが小さいほど、電流変化率Ｒ_ｃｃを小さい値に設定することができる。
また、上述の［数３］からも明らかなように、初期電流設定部２０７２は、点火プラグ１０５の周囲の流速が小さいほど、初期電流ｉ_ｉｎｉを小さい値に設定することができる。

＜加熱継続期間計算部２０７３の動作＞
次に、加熱継続期間計算部２０７３での加熱継続期間Δｔ_Ｒの計算の方法を、図１１を参照して説明する。前述の通り、加熱継続期間計算部２０７３は、内燃機関１００に与えられた運転条件、点火プラグ１０５の点火に関連する物理量に加え、維持電流設定部２０７１で設定された維持電流ｉ_ｔａｒもファクターとして加熱継続期間Δｔ_Ｒを計算する。具体的には、図１１に示すように、維持電流ｉ_ｔａｒから特定される放電路の伸び量Ｌ、エンジン回転数やタンブル制御バルブ１１５の開度から特定される点火プラグ１０５の周囲の流速ｕ_ｓｐ、及び温度や圧力の情報から特定される放電路追従性Ｃに基づいて、加熱継続期間Δｔ_Ｒは、次の式により特定される。

＜電流変化率設定部２０７４の動作＞
電流変化率設定部２０７４での電流変化率Ｒ_ｃｃの設定の方法（動作）を、図１２を参照して説明する。
電流変化率Ｒ_ｃｃは、図１２に示すように、加熱継続期間計算部２０７３で求められた加熱継続期間Δｔ_Ｒと、維持電流ｉ_ｔａｒ、及び初期電流ｉ_ｉｎｉとに基づいて、以下の式に基づいて決定することができる。

なお、電流変化率Ｒ_ｃｃは、維持電流i_ｔａｒと上記の関係にあるので、電流変化率設定部２０７４は、圧力ｐが大きいほど、電流変化率Ｒ_ｃｃを大きい値に設定することができる。また、電流変化率設定部２０７４は、気筒の温度Ｔが高いほど、電流変化率Ｒ_ｃｃを大きい値に設定することができる。また、電流変化率設定部２０７４は、エンジン回転数が大きいほど、電流変化率Ｒ_ｃｃを大きい値に設定することができる。加えて、電流変化率設定部２０７４は、タンブル制御バルブ１１５の開度が大きいほど、電流変化率Ｒ_ｃｃを小さい値に設定することができる。更に、電流変化率設定部２０７４は、流速ｕ_ｓｐが大きいほど、電流変化率Ｒ_ｃｃを小さい値に設定することができる。

また、電流変化率設定部２０７４は、電流変化率Ｒ_ｃｃを設定する場合において、点火プラグ１０５の放電路の伸び量が最大となる時点よりも前に、目標供給エネルギー算出部（２０６）により算出した目標供給エネルギー量Ｅ_ｔａｒに相当する電流及び電圧を点火プラグ１０５に供給するよう、電流変化率Ｒｃｃを設定することが好ましい。すなわち、点火プラグ１０５の放電路の伸び量が最大となる前に、目標供給エネルギー量Ｅｔａｒを点火プラグ１０５に流すように電流を制御するのが好ましい。このように電流変化率Ｒｃｃが設定されることにより、放電路の伸びを安定的に大きくすることができ、失火の発生を確実に防止することができる。電力制御部２１４は、この設定された電流波形データに従って電流を供給する。

＜補正部２０７５の動作＞
以上のようにして、目標供給エネルギーＥ_ｔａｒ、維持電流ｉ_ｔａｒ、初期電流ｉ_ｉｎｉ、加熱継続期間Δｔ_Ｒ、電流変化率Ｒ_ｃｃが得られたら、補正部２０７５において、得られた値の補正が行われる。

図１３は、補正部２０７５における補正の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１１では、設定された各種数値により達成可能なエネルギーである達成可能エネルギーＥ_ｏが計算される。一例として、達成可能エネルギーＥ_ｏは、Ｅ_ｏ＝Ｖ_ｇ×ｉ_ｔａｒ×Δｔ_Ｒにより計算し得る。

続いて、ステップＳ１２、Ｓ１３では、達成可能エネルギーＥ_ｏと、前述の目標供給エネルギーＥ_ｔａｒとを比較して、両者の大小関係を判定する。もし、Ｅｏ＝Ｅ_ｔａｒ（又はＥ_ｏ≒Ｅ_ｔａｒ）であれば、補正を行わず（ステップＳ１４）、補正部２０７５は、得られた数値をそのまま電流波形データとして出力する。

一方、Ｅ_ｏ＞Ｅ_ｔａｒである場合（Ｓ１２のＹｅｓ）、補正部２０７５は維持電流ｉ_ｔａｒに補正を行い、補正値ｉ_ｔａｒ’を新たな維持電流とする（ステップＳ１５）。補正値ｉ_ｔａｒ’は、例えばｉ_ｔａｒ’＝ｍａｘ（Ｉ_ｔａｒ×Ｅ_ｔａｒ／Ｅ_ｏ、ｉ_{ｌｉｍ，ｂ}）に設定される（ただし、ｉ_{ｌｉｍ，ｂ}は維持電流ｉ_ｔａｒの下限値である）。これにより、維持電流ｉ_ｔａｒはより低い値に補正され、達成可能エネルギーＥ_ｏも目標供給エネルギーＥ_ｔａｒと略等しい値に調整される。

Ｅ_ｏ＜Ｅ_ｔａｒである場合（Ｓ１３のＹｅｓ）、補正部２０７５は維持電流ｉ_ｔａｒに補正を行い、補正値ｉ_ｔａｒ’を新たな維持電流とする（ステップＳ１６）。補正値ｉ_ｔａｒ’は、例えばｉ_ｔａｒ’＝ｍｉｎ（Ｉ_ｔａｒ×Ｅ_ｔａｒ／Ｅ_ｏ、ｉ_{ｌｉｍ，ｕ}）に設定される（ただし、ｉ_{ｌｉｍ，ｕ}は維持電流ｉ_ｔａｒの上限値である）。これにより、維持電流ｉ_ｔａｒはより大きい値に補正され、達成可能エネルギーＥ_ｏも目標供給エネルギーＥ_ｔａｒと略等しい値に調整される。

ステップｓ１５又はＳ１６で維持電流ｉｔａｒの補正がなされると（ｉ_ｔａｒ→ｉ_ｔａｒ’）続いてステップＳ１７で電流変化率Ｒ_ｃｃの補正が行われる。ここでは、新たに得られた維持電流ｉｔａｒの補正値ｉ_ｔａｒ’を用いて、電流変化率Ｒ_ｃｃ’＝（ｉ_ｔａｒ’−ｉ_ｉｎｉ）／（ａ×Δｔ_Ｒ）が新たな電流変化率Ｒ_ｃｃとされる。
以上、補正部２０７５における補正の動作についての一例を説明した。上記の例では、維持電流ｉ_ｔａｒ及び電流変化率Ｒ_ｃｃについて補正を行う場合を説明したが、これに代えて、初期電流ｉ_ｉｎｉ、維持電流ｉ_ｔａｒ及び電流変化率Ｒ_ｃｃについて補正を行う構成を採用することも可能である。電流変化率Ｒ_ｃｃについてのみ補正を行うことも可能である。

図１４〜図１６に、この第１の実施の形態による電流パルス波形データ及び放電電流の例を説明する。なお、図１４〜図１６は、点火コイル１０６の１次側のコイルが、直列接続された第１コイルと第２コイルとからなり、放電電流は第１コイルに、重ね電流は第２コイルに印加される場合の動作を示している。

図１４は、エンジン回転速度が徐々に増加する場合の波形を示しており、図１５は、負荷が徐々に増大する場合の波形を示しており、図１６は、空燃比が変化する場合の波形を示している。
図１４は、エンジン回転速度が増加するのに従って、加熱継続期間Δｔ_Ｒが徐々に減っていく様子を示している。図１５は負荷が徐々に増加するのに従って、初期電流ｉ_ｉｎｉが徐々に増大する様子を示している。図１６は、空燃比が増加するに従って、維持電流ｉ_ｔａｒが増大していく様子を示している。

＜第１の実施の形態の効果＞
以上説明したように、第１の実施の形態の内燃機関制御装置によれば、目標供給エネルギー算出部２０６において、所定のファクターに基づいて、内燃機関の燃焼室において着火に必要なエネルギー量が算出され、電流波形生成部２０７において、このエネルギー量に従って点火プラグに供給する電流の波形に関するデータが生成される。そして、この電流波形データに従って電力制御部２１３において電力の制御がなされる。これによれば、点火プラグに供給する電流の波形が最適化され、混合気への着火を良好に行って着火性能及び燃費性能を向上させることができる。

[第２の実施の形態]
次に、第２の実施の形態に係る内燃機関制御装置を、図１７を参照して説明する。この第２の実施の形態の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるので（図１〜図３）、重複する説明は省略する。ただし、この第２の実施の形態では、目標供給エネルギー設定部２０６における目標供給エネルギーＥ_ｔａｒの設定の方法が第１の実施の形態とは異なっている。

この第２の実施の形態では、目標供給エネルギーＥ_ｔａｒを求めるために、基準供給エネルギーマップを備えている。基準供給エネルギーマップは、目標供給エネルギーＥ_ｔａｒを求める基準となる、基準供給エネルギーＥ_ｂａｓｅを求めるためのマップデータである。基準供給エネルギーマップは、エンジン回転数と図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）との組み合わせ毎に規定される基準供給エネルギーＥ_ｂａｓｅの値の集合であり、１組のエンジン回転数の値と図示平均有効圧の値とが決まると、１つの基準供給エネルギーＥ_{ｂａｓｅの}値が決定される。その後、目標供給エネルギーＥ_ｔａｒは、例えばこの基準供給エネルギーＥ_ｂａｓｅの値に、空燃比Ａ／Ｆ、ＥＧＲ率Ｙ_ＥＧＲ、及び点火時期温度ＴＡＤＶの関数Ｆの値を乗算した値として算出することができる。

[第３の実施の形態]
次に、第３の実施の形態に係る内燃機関制御装置を、図１８を参照して説明する。この第３の実施の形態の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるので（図１〜図３）、重複する説明は省略する。ただし、この第３の実施の形態では、維持電流設定部２０７１における維持電流ｉ_ｔａｒの設定の方法が第１の実施の形態とは異なっている。
この第３の実施の形態では、維持電流Ｉ_ｔａｒを求めるために、標準維持電流マップを備えている。標準維持電流マップは、標準電流ｉ_ｔａｒを求める基準となる、標準維持電流ｉ_ｂａｓｅを求めるためのマップデータである。標準維持電流マップは、例えば異なる空燃比又はＥＧＲ率毎に、異なるマップとされており、個々のマップは、エンジン回転数と図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）との組み合わせ毎に規定される標準維持電流ｉ_ｂａｓｅの値の集合である。１組のエンジン回転数の値と図示平均有効圧の値とが決まると、１つの標準維持電流ｉ_ａｓｅの値が決定される。その後、標準電流ｉ_ｔａｒは、例えばこの標準維持電流ｉ_ｂａｓｅの値に、所定の変数を乗算した値として算出することができる。

［その他］
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。

１００…内燃機関、 １０１…ピストン、 １０２…吸気バルブ、 １０３…排気バルブ、 １０５…点火プラグ、 １０６…点火コイル、 １０７…燃料噴射弁、 １１０…吸気管、 １１１…排気管、 １１２…インタークーラ、 １１３…スロットルバルブ、 １１４…サージタンク、 １１５…タンブル制御バルブ、 １２１…排気通路、 １２３、１２９…三元触媒、 １２４…空燃比センサ、 １２５ａ…コンプレッサ、 １２５ｂ…タービン、 １２６…ＥＧＲ配管、 １２７…ＥＧＲクーラ、 １２８…ＥＧＲバルブ、 １３０…吸気通路、 １３１…質量流量計、 １３２…圧力調整バルブ、 １３３…圧力センサ、 １３４…酸素濃度センサ、 ２０１…入力回路、 ２０５…入出力ポート、 ２０６…目標供給エネルギー設定部、 ２０７…電流波形生成部、 ２０８…圧力調整バルブ駆動回路、 ２０９…スロットルバルブ駆動回路、 ２１０…可変バルブ機構（ＶＴＣ）駆動回路、 ２１１…噴射弁駆動回路、 ２１２…点火信号出力回路、 ２１３…ＥＧＲバルブ駆動回路、 、２１４…電力制御部、 ３００…アクセル開度センサ。

Claims (21)

1. 点火コイルと点火プラグを備えた内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
   前記内燃機関の運転条件、又は前記点火プラグの点火に関連する物理量に基づいて、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の着火に必要なエネルギー量を算出する目標供給エネルギー算出部と、
   前記エネルギー量に従い、前記点火プラグに供給する電流の波形に関する電流波形データを生成する電流波形生成部と、
   前記電流波形データに従って前記点火プラグに供給する電力を制御する電力制御部と、
   前記電流波形生成部で設定した電流波形データにより必要なエネルギーを得られるか否かに従い、前記電流波形データを補正する補正部と
   を備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記電流波形生成部は、前記電流が維持電流に達する場合までの前記電流の単位時間当たりの変化の度合を示す電流変化率を設定する電流変化率設定部を更に備える、請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記電流波形生成部は、前記電流の初期値である初期電流を設定する初期電流設定部を更に備えた、請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記電流波形生成部は、前記電流の目標値である維持電流を設定する維持電流設定部を更に備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記電流波形生成部は、前記電流による加熱が継続される加熱継続期間を計算する加熱継続期間計算部を更に備える、請求項４に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記電力制御部は、前記点火プラグの放電路の伸び量が最大となる前に、前記目標供給エネルギー算出部により算出したエネルギー量を前記点火プラグに流すように電流を制御する、請求項１に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記物理量は前記内燃機関の気筒の圧力であり、
   前記電流変化率設定部は、前記気筒の圧力が大きいほど、前記電流変化率を大きい値に設定する、請求項２に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記物理量は前記内燃機関の気筒の温度であり、
   前記電流変化率設定部は、前記気筒の温度が高いほど、前記電流変化率を大きい値に設定する、請求項２に記載の内燃機関制御装置。
9. 前記内燃機関の運転条件はエンジン回転数であり、
   前記電流変化率設定部は、前記エンジン回転数が大きいほど、前記電流変化率を大きい値に設定する、請求項２に記載の内燃機関制御装置。
10. 前記内燃機関の運転条件はタンブル制御バルブの開度であり、
    前記電流変化率設定部は、前記タンブル制御バルブの開度が大きいほど、前記電流変化率を小さい値に設定する、請求項２に記載の内燃機関制御装置。
11. 前記内燃機関の運転条件は点火プラグ周囲の流速であり、
    前記電流変化率設定部は、前記流速が大きいほど、前記電流変化率を小さい値に設定する、請求項２に記載の内燃機関制御装置。
12. 前記物理量は気筒の圧力であり、
    前記初期電流設定部は、前記気筒の圧力が小さいほど、前記初期電流を小さい値に設定する、請求項３に記載の内燃機関制御装置。
13. 前記内燃機関の運転条件はエンジン回転数であり、
    前記初期電流設定部は、前記エンジン回転数が小さいほど、前記初期電流を小さい値に設定する、請求項３に記載の内燃機関制御装置。
14. 前記内燃機関の運転条件はタンブル制御バルブの開度であり、
    前記初期電流設定部は、前記タンブル制御バルブの開度が大きいほど、前記初期電流を小さい値に設定する、請求項３に記載の内燃機関制御装置。
15. 前記内燃機関の運転条件は点火プラグ周囲の流速であり、
    前記初期電流設定部は、前記点火プラグ周囲の流速が小さいほど、前記初期電流を小さい値に設定する、請求項３に記載の内燃機関制御装置。
16. 前記物理量は前記内燃機関の気筒の圧力であり、
    前記維持電流設定部は、前記気筒の圧力が小さいほど、前記維持電流を小さい値に設定する、請求項４に記載の内燃機関制御装置。
17. 前記内燃機関の運転条件はエンジン回転数であり、
    前記維持電流設定部は、前記エンジン回転数が小さいほど、前記維持電流を小さい値に設定する、請求項４に記載の内燃機関制御装置。
18. 前記内燃機関の運転条件はタンブル制御バルブの開度であり、
    前記維持電流設定部は、前記タンブル制御バルブの開度が大きいほど、前記維持電流を小さい値に設定する、請求項４に記載の内燃機関制御装置。
19. 前記内燃機関の運転条件は点火プラグ周囲の流速であり、
    前記維持電流設定部は、前記点火プラグ周囲の流速が小さいほど、前記維持電流を小さい値に設定する、請求項４に記載の内燃機関制御装置。
20. 点火コイルと点火プラグを備えた内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
    前記内燃機関の運転条件、又は前記点火プラグの点火に関連する物理量に基づいて、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の着火に必要なエネルギー量を算出するエネルギー算出部と、
    前記エネルギー算出部での算出結果に従い、前記点火プラグに供給する電流の波形に関する電流波形データを生成する電流波形生成部と、
    前記電流波形データに従って前記点火プラグに供給する電力を制御する電力制御部と
    前記電流波形生成部で設定した電流波形データにより必要なエネルギーを得られるか否かに従い、前記電流波形データを補正する補正部と
    を備え、
    前記電流波形生成部は、初期電流と、前記初期電流よりも大きい維持電流と、前記初期電流と前記維持電流との間での前記電流の単位時間当たりの変化の度合を示す電流変化率とを設定する
    ことを特徴とする内燃機関制御装置。
21. 前記電力制御部は、前記点火プラグの放電路の伸び量が最大となる前に、前記エネルギー算出部により算出したエネルギー量を前記点火プラグに流すように電流を制御する、請求項２０に記載の内燃機関制御装置。

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