WO2014147795A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2014147795A1
WO2014147795A1 PCT/JP2013/058122 JP2013058122W WO2014147795A1 WO 2014147795 A1 WO2014147795 A1 WO 2014147795A1 JP 2013058122 W JP2013058122 W JP 2013058122W WO 2014147795 A1 WO2014147795 A1 WO 2014147795A1
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internal combustion
combustion engine
spark plug
ignition
cylinder
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PCT/JP2013/058122
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森　幸生
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トヨタ自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/121—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current by measuring spark voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine. Specifically, the present invention relates to a control device for a spark ignition type internal combustion engine.
  • Patent Document 1 since the magnitude of the discharge voltage of the spark plug is related to the ignitability to the air-fuel mixture, control is performed using the discharge voltage at the time of ignition as an index of the ignitability of the in-cylinder gas.
  • the discharge voltage at the time when the discharge is finished for the first time after the discharge of the spark plug is started is detected.
  • the absolute value of the detected discharge voltage is equal to or higher than a predetermined threshold voltage, it is determined that the ignitability of the gas is maintained even if the subsequent discharge is prohibited, and the subsequent discharge is prohibited.
  • the present invention has been made in view of the above points, and estimates a change in the flow rate of the in-cylinder gas before ignition of the internal combustion engine in a certain combustion cycle, and uses this to control the operation in the combustion cycle. It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine control apparatus improved so as to be able to be performed.
  • the first invention is a control device for an internal combustion engine, and includes a detection means, a control parameter setting means, and an operation amount determination means.
  • the internal combustion engine in the first invention is a spark ignition type internal combustion engine having an actuator in which the relationship between the operation amount of the actuator and the combustion state of the internal combustion engine is influenced by the flow rate of the in-cylinder gas.
  • the detecting means energizes the spark plug set in each cylinder of the internal combustion engine between the opening of the intake valve and the fuel injection, and detects a discharge voltage generated by energizing the spark plug.
  • the control parameter setting means sets the control parameter according to the detected discharge voltage.
  • the operation amount determining means determines the operation amount of the actuator using the control parameter.
  • control parameter in the first invention is a parameter related to the flow rate of the in-cylinder gas in the vicinity of the spark plug that changes with time.
  • the actuator in the first or second invention is an ignition plug
  • the operation amount is an operation amount related to the ignition timing of the ignition plug.
  • the manipulated variable determining means determines the manipulated variable so that the ignition timing is a timing at which the control parameter exceeds the reference value.
  • the manipulated variable determining means in the third aspect of the present invention is a case where the operating region of the internal combustion engine belongs to a knocking occurrence region that is predetermined as a region where knocking can occur, and the control parameter When the value exceeds the upper limit value of a predetermined range as a range in which knocking does not occur, the operation amount is determined according to the upper limit value.
  • the actuator according to any one of the first to fourth aspects is an in-cylinder injector that injects fuel into the cylinder of each cylinder of the internal combustion engine, and the operation amount is determined based on the fuel injection timing into the cylinder.
  • the operation amount is related to
  • the actuator according to any one of the first to fourth aspects is an in-cylinder injector that injects fuel into the cylinder of each cylinder of the internal combustion engine.
  • the operation amount is related to the fuel injection timing or the fuel injection interval.
  • the detecting means detects the discharge voltage a plurality of times by energizing the spark plug a plurality of times, and the control parameter setting means is detected The control parameter is set according to the discharge voltage for a plurality of times.
  • the operation amount of the actuator of the internal combustion engine is determined by the control parameter determined according to the discharge voltage detected at the timing before fuel injection during the intake stroke.
  • the discharge voltage of the spark plug is influenced by the flow rate of the in-cylinder gas in the vicinity of the spark plug.
  • the actuator in the first invention is an actuator in which the operation amount and the combustion state of the internal combustion engine are influenced by the flow rate of the in-cylinder gas. Therefore, by determining the operation amount of the actuator using the control parameter set according to the discharge voltage, the operation of the internal combustion engine can be controlled by the operation amount suitable for the flow rate of the in-cylinder gas in the cycle. , Combustion can be stabilized.
  • control parameter is a parameter related to the flow velocity that changes with time.
  • the ignition timing can be optimized. As a result, combustion can be stabilized, torque fluctuation can be suppressed, and the lean limit can be expanded.
  • the ignition timing is limited to a range where knocking does not occur. Therefore, the occurrence of knocking can be suppressed even in a region where knocking can occur.
  • the fifth or sixth invention it is possible to optimize the fuel injection timing and the injection interval in the case of split injection. Thereby, it is possible to optimize the flow rate of the cylinder gas at the ignition timing, improve the homogeneity of the mixture of the cylinder gas, and the like.
  • control parameter is set according to the discharge voltage for a plurality of times, it is possible to further optimize the operation amount of the actuator.
  • Embodiment 1 of this invention It is a schematic block diagram for demonstrating the system configuration
  • Embodiment 3 of this invention It is a figure for demonstrating the control in Embodiment 3 of this invention. It is a figure for demonstrating the control in Embodiment 4 of this invention. It is a schematic block diagram for demonstrating the system configuration
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • the system according to the first embodiment of the present invention includes an internal combustion engine 2.
  • the internal combustion engine 2 uses gasoline as a fuel, and can be preferably used as a power source of, for example, a vehicle.
  • the internal combustion engine 2 is an engine capable of lean burn operation at an air / fuel ratio leaner than the stoichiometric air / fuel ratio.
  • the internal combustion engine 2 actually includes a plurality of cylinders 10. The number of cylinders and the cylinder arrangement of the internal combustion engine 2 are not particularly limited.
  • Each cylinder 10 of the internal combustion engine 2 is provided with a piston 12, an intake valve 14, and an exhaust valve 16.
  • a spark plug 18 and an in-cylinder injector 20 are provided.
  • the spark plug 18 and the in-cylinder injector 20 are actuators for the internal combustion engine 2 that operate the internal combustion engine 2.
  • the amount of operation of these actuators affects the combustion state of the internal combustion engine 2, and the relationship between the amount of operation of these actuators and the combustion state of the internal combustion engine 2 is the gas in each cylinder 10 (hereinafter “in-cylinder gas”). (Also referred to as flow rate).
  • the in-cylinder injector 20 is provided so as to inject fuel directly into the cylinder, but instead of the in-cylinder injector 20, a port injection valve in which the internal combustion engine injects fuel into the intake port.
  • a variable valve mechanism 22 that can change the opening / closing timing of the intake valve 14 to an arbitrary opening / closing timing is provided.
  • An intake passage 24 is connected to the main body of the internal combustion engine 2 via an intake manifold, and an exhaust passage 26 is connected via an exhaust manifold.
  • crank angle sensor 28 for detecting the rotation angle of the crankshaft of the internal combustion engine 2, that is, a crank angle
  • an accelerator position sensor (not shown) for detecting a load command from the driver for the internal combustion engine 2.
  • various sensors such as an air flow meter (not shown) for detecting the intake air amount, and a control device 30 (ECU (Electronic Control Unit)).
  • the various sensors described above and the actuator of the internal combustion engine 2 are electrically connected to the control device 30.
  • the control device 30 controls the operation of the internal combustion engine 2 by driving each actuator based on information detected by each sensor.
  • the ignition plug 18 is connected to an ignition coil for generating a high voltage to be applied to the ignition plug 18.
  • the ignition coil has an iron core, and a primary coil and a secondary coil wound around the iron core.
  • the primary coil is connected to the power supply voltage and is connected to an igniter that receives a control signal from the control device 30 and switches between a state in which current is supplied to the primary coil and a state in which the current is interrupted.
  • the secondary coil is a coil having more turns than the primary coil, and is connected to the electrode of the spark plug 18.
  • the control executed by the control device 30 in the first embodiment includes detection of the discharge voltage when the spark plug 18 is energized, setting of control parameters according to the discharge voltage, and the amount of operation of the spark plug 18 using the control parameter. Control according to determination and operation amount is included.
  • the amount of operation with respect to the spark plug 18 is the ON / OFF switching timing of the current supply to the primary coil by the igniter or the time to turn on the current supply.
  • the control device 30 controls energization to the spark plug 18 by switching ON / OFF of the current supply to the primary coil by the igniter. Specifically, when the current to the primary coil is turned on, magnetic energy is stored in the primary coil, and then the current supply to the primary coil is turned off, thereby generating a high voltage on the secondary coil side and the spark plug 18 is energized.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a change in discharge voltage of arc discharge when the spark plug 18 is energized.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents voltage.
  • a solid line (a) shows a case where the flow rate of the in-cylinder gas in the spark plug 18 is fast
  • a broken line (b) shows a case where the flow rate is slow.
  • induction discharge voltage has a correlation with the flow rate of the in-cylinder gas in the ignition part of the spark plug 18.
  • the ignition portion at the tip of the ignition plug 18 and the vicinity thereof are also referred to as “near the ignition plug”. Further, when only “flow velocity” is described, it means “flow velocity of in-cylinder gas”.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the airflow in the cylinder according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A shows a case where the flow velocity peak near the spark plug in the intake stroke is relatively slow
  • FIG. 3B shows a case where the flow velocity peak is relatively fast.
  • A represents the center of the tumble flow generated in the cylinder.
  • the center A of the tumble flow is usually eccentric to the opposite side of the place where the flow speed of the tumble flow is high.
  • the in-cylinder airflow pattern (airflow direction, etc.) generated between the intake stroke and the compression stroke includes the shape of the intake port, the shape of the combustion chamber, the top surface of the piston, and the opening / closing timing of the intake valve 14 and the exhaust valve 16. It depends on various factors such as.
  • This air flow pattern can be specified by simulation and modeled.
  • the flow rate fluctuation of the in-cylinder gas flowing along this air flow pattern for each combustion cycle is generally determined by the position where the flow speed in the cylinder is high (the position opposite to the tumble center A). Therefore, if a position with a high flow velocity in the cylinder is specified, the subsequent flow velocity fluctuation in the cylinder can be estimated to some extent.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a change in the flow velocity in the vicinity of the spark plug in the first embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis represents the crank angle
  • the vertical axis represents the flow velocity.
  • a case where the peak of the flow velocity reaches a fast time in the vicinity of the spark plug in the order of the broken line (a), the solid line (b), and the solid line (c) is shown.
  • the change in the flow velocity in the vicinity of the spark plug is schematically shown, but the basic airflow pattern in the vicinity of the spark plug includes the shape of the intake port, the shape of the combustion chamber, the top surface of the piston, and the like. In addition, it depends on various factors such as the opening / closing timing of the intake valve 14 and the exhaust valve 16. Therefore, the flow rate change pattern (the waveform in FIG. 4) can also be specified and modeled for each internal combustion engine 2 by simulation or the like.
  • the flow velocity near the spark plug at a certain crank angle CA_1 is compared.
  • the crank angle CA_1 is a crank angle before the flow velocity peak of the pattern (dashed line (a)) in which the flow velocity peak reaches the vicinity of the spark plug earliest.
  • FIG. 4 shows that the flow velocity in the vicinity of the spark plug at the crank angle CA_1 increases in the order in which the flow velocity peak arrives earlier.
  • the induction discharge voltage of the spark plug 18 increases as the flow velocity near the spark plug increases. Therefore, the induced discharge voltage detected at the same crank angle CA_1 increases in the order of the flow velocity peak.
  • the flow velocity in the vicinity of the spark plug at that time can be known. Also, based on this, the delay occurring in the airflow pattern can be estimated, and in this combustion cycle, the flow velocity change in the vicinity of the ignition plug and the timing of the flow velocity peak of this combustion cycle can be known.
  • the change in flow velocity during the intake stroke also affects the compression stroke, and in the pattern where the flow velocity peak during the intake stroke is slow, the flow velocity peak is expected to be delayed during the compression stroke.
  • the slower the flow velocity peak in the intake stroke the slower the flow velocity peak in the compression stroke, and the faster the flow velocity peak in the intake stroke, the faster the flow velocity peak in the compression stroke.
  • the induction discharge voltage detected at the crank angle CA_1 of the intake stroke has a correlation with the change in the flow velocity of the cycle after the intake stroke, and the flow velocity near the spark plug in the compression stroke according to the induction discharge voltage, The peak of the flow velocity can be obtained.
  • the induced discharge voltage detected at the crank angle CA_1 of the intake stroke predicts the delay of the airflow pattern occurring in the current combustion cycle. Therefore, the flow velocity change between the intake stroke and the compression stroke is estimated to some extent. Is possible.
  • the induction discharge voltage at the crank angle CA_1 (predetermined timing) is detected, and the vicinity of the ignition plug at the time of ignition determined from the induction discharge voltage An estimated value of the flow velocity is set as a control parameter.
  • the induction discharge voltage at the crank angle CA_1 that is a predetermined timing and the ignition plug at the time of ignition are determined from the airflow pattern expected from the shape of the intake port and the like and the delay of the airflow pattern estimated from the induction discharge voltage.
  • the relationship with the flow velocity in the vicinity can be obtained in advance. Therefore, based on this relationship, a control parameter that is a flow velocity estimated value near the spark plug at the time of ignition is calculated according to the crank angle CA_1 induced discharge voltage.
  • the flow rate of the in-cylinder gas also varies depending on the operation state such as the load of the internal combustion engine 2, the intake air amount, the temperature, and the in-cylinder pressure. Therefore, specifically, the induction discharge voltage at the crank angle CA_1 and the ignition plug at the time of ignition are determined for each operation region specified from parameters relating to the operation state (that is, load, intake air amount, temperature, in-cylinder pressure, etc.). A relationship with the flow velocity in the vicinity is obtained, this relationship is determined as a map, and stored in the control device 30. During the operation of the internal combustion engine 2, based on this map, an estimated flow velocity value in the vicinity of the ignition plug at the time of ignition, which is a control parameter, is obtained according to the operation region and the induction discharge voltage.
  • parameters relating to the operation state that is, load, intake air amount, temperature, in-cylinder pressure, etc.
  • crank angle CA_1 which is the timing of induction discharge voltage detection in the intake stroke, may be earlier than the crank angle of the flow velocity peak of the air flow pattern in which the flow velocity peak reaches the vicinity of the spark plug most quickly in the intake stroke. desirable. Therefore, the crank angle CA_1 at the detection timing of the induction discharge voltage is set to a crank angle before the middle of the intake stroke.
  • the ignition plug 18 when the induction discharge voltage is detected, the ignition plug 18 is energized. In order to reliably prevent ignition of the fuel due to this energization, in the first embodiment, the ignition plug 18 is energized at a timing before fuel injection. That is, the crank angle CA_1 at the timing of induction discharge voltage detection is set to the crank angle before fuel injection.
  • the induction discharge voltage to be detected is a voltage during induction discharge that is discharge after capacitive discharge. Since the capacitive discharge is a discharge for a very short time, in the first embodiment, the crank angle CA_1 for detecting the induction discharge voltage is set immediately after the start of energization to the spark plug 18, but the crank angle at the detection timing. It is assumed that inductive discharge has started in CA_1.
  • the energization time to the spark plug 18 is increased so that the ignition energy is strengthened as the estimated flow rate value near the spark plug at the time of ignition is lower, that is, at the time of ignition. Control is performed to increase the time during which current is supplied to the primary coil.
  • the control parameter set according to the induction discharge voltage is an estimated flow velocity value near the spark plug at the time of ignition. Further, the operation amount determined using this control parameter is the energization time of the spark plug 18 to the primary coil.
  • the relationship between the estimated flow rate and the energization time is obtained in advance by experiments, simulations, etc., and can be determined as a map or the like.
  • the map is stored in the control device 30.
  • the energization time of the spark plug 18 is determined based on a map or the like according to the flow velocity estimated value obtained according to the induction discharge voltage.
  • FIG. 5 is a flowchart for illustrating a control routine executed by control device 30 in the first embodiment of the present invention.
  • the routine of FIG. 5 is repeatedly executed for each combustion cycle of each cylinder 10.
  • step S102 it is determined whether or not the calculation condition of the flow velocity estimation value is satisfied.
  • the calculation conditions in S102 are stored in the control device 30 in advance. Specific conditions are set as appropriate. For example, the internal combustion engine 2 is operating at a lean air-fuel ratio near a predetermined lean limit.
  • step S104 it is next determined whether or not the current crank angle has reached the crank angle CA_0 at the timing when the energization to the primary coil is turned on (S104). .
  • the crank angle CA_0 that is a criterion for determination is specified in advance based on the crank angle CA_1 at the time of detecting the induction discharge voltage and the energization time to the spark plug, and is stored in the control device 30. If it is not recognized in step S104 that the current crank angle CA has reached the crank angle CA_0, the current process ends.
  • step S104 when it is determined in step S104 that the current crank angle CA is the crank angle CA_0, energization to the primary coil is turned on, and energization to the primary coil is turned off after a predetermined energization time has elapsed. (S106).
  • the energization time is stored in the control device 30 in advance. When the energization of the primary coil is turned off, the energization of the spark plug 18 is started.
  • an estimated flow velocity value near the spark plug at the time of ignition is calculated according to the detected induction discharge voltage (S112).
  • This estimated flow velocity value is stored in advance in the control device 30 according to the induction discharge voltage detected in step S110 and the operation region specified according to the intake air amount, in-cylinder pressure, load, etc. in the current cycle. Is required according to the map.
  • the energization time to the spark plug 18 at the time of ignition is determined according to the estimated flow rate (S114).
  • the energization time according to step S112 is determined according to a map stored in advance in control device 30. Thereafter, the current process ends.
  • the flow velocity near the spark plug at the time of ignition is estimated by the above processing.
  • control for increasing the ignition energy at the time of ignition is performed.
  • variation can be reduced and a lean limit can be expanded.
  • the pattern of the flow rate change between the intake stroke and the compression stroke is not necessarily limited thereto.
  • the airflow pattern can be specified to some extent from the shape of the intake port and the like. Therefore, if the flow velocity in the vicinity of the spark plug at that time can be obtained according to the induced discharge voltage at a certain time (crank angle) in the intake stroke, the delay of the air flow pattern in the subsequent intake stroke and compression stroke is estimated. Can do. Therefore, the control of the first embodiment can be applied by obtaining the change in the air flow pattern between the intake stroke and the compression stroke by simulation or the like for each internal combustion engine or cylinder.
  • the estimated flow velocity estimated value of the ignition timing is calculated by predicting the delay of the peak of the flow velocity based on the estimated flow velocity in the vicinity of the spark plug and the flow velocity change pattern. did.
  • the calculation of the flow velocity estimated value is not limited to the calculation based on the modeled pattern. For example, when the flow velocity in the vicinity of the spark plug at a certain point before fuel injection is slow, it may be expected that the flow velocity is slow throughout the cycle.
  • the relationship between the estimated flow rate in the vicinity of the spark plug at the time of induction discharge voltage detection and the subsequent estimated flow rate is simply as the flow speed in the vicinity of the spark plug at the time of induction discharge voltage detection is slower, Thereafter, it may be estimated that the entire flow velocity becomes slower overall.
  • the relationship between the induction discharge voltage and the control parameter is such that the slower the flow rate at the time of detecting the induction discharge determined by the induction discharge voltage, the slower the flow rate indicated by the control parameter set according to the induction discharge voltage. It may be determined. The same applies to other embodiments.
  • control parameter is the estimated flow velocity value near the spark plug at the time of ignition.
  • the present invention is not limited to this. According to the present invention, it is possible to widely estimate changes in the in-cylinder gas airflow pattern in the same cycle by detecting the induction discharge voltage.
  • control parameter may be a value related to the flow rate of the in-cylinder gas that varies with time in the same combustion cycle in which the induction discharge voltage is detected. Therefore, for example, the control parameter does not need to use the estimated flow rate, and may be a parameter indicating a change related to the flow rate of the in-cylinder gas.
  • control parameter may be a parameter indicating a flow velocity estimated value or a change associated therewith at another timing of the compression stroke, not a flow velocity estimated value at ignition or a parameter related thereto.
  • control parameter is not limited to the flow velocity in the vicinity of the spark plug at a certain timing, and may be a parameter indicating a flow velocity estimated value in another portion or a change related thereto.
  • the relationship between the induction discharge voltage and the flow velocity peak near the ignition plug in the compression stroke can be obtained in advance, and the flow velocity peak can be obtained as a control parameter.
  • the matters related to the setting of the control parameters are the same when the present embodiment is applied to the following embodiments.
  • the present invention is not limited to this.
  • control for changing the number of ignitions such as re-discharge, may be performed. More specifically, when the control parameter determined in accordance with the induction discharge voltage does not exceed the limit value in the range where the reflow does not require re-discharge, that is, the estimated flow rate during re-ignition causes re-discharge.
  • the operation amount of the spark plug 18 can be set so that the spark plug is energized again.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention sets a control parameter related to the flow rate at the required timing, Accordingly, an operation amount of the actuator necessary for suppressing the combustion fluctuation may be determined.
  • a function corresponding to a change in flow velocity near the spark plug near the time of ignition is obtained. Then, the ignition plug operation amount related to the ignition timing is determined or the correction amount for the operation amount is determined so that the timing of ignition by ignition becomes the timing when the flow velocity becomes faster than the reference flow velocity or the timing when the flow velocity approaches the optimum flow velocity. And so on. This is the same when the present embodiment is applied to the following embodiments.
  • the interval may be determined.
  • the relationship between the control parameter and the operation amount of the in-cylinder injector 20 is that the divided injection interval is shortened in a cycle where the flow velocity at the time of fuel injection is fast, and the divided injection interval is increased in a cycle where the flow velocity is slow.
  • the flow rate at the time of fuel injection is divided into a plurality of regions, and the relationship between the control parameter and the operation amount related to the interval of the divided injection is set so that the injection interval becomes longer stepwise as the flow rate is slower May be.
  • the relationship between the control parameter and the operation amount may be set so that the interval between the divided injections is linearly shortened as the flow speed at the time of fuel injection is higher.
  • the relationship between the control parameter and the operation amount may be set so that the interval of the divided injection becomes longer than a predetermined value when the flow rate at the time of fuel injection is slower than the predetermined flow rate. This is the same when the embodiments of the present invention are applied to the following embodiments.
  • the present invention is not limited to this.
  • the ignition plug 18 is energized at the timing before fuel injection for detecting the induction discharge voltage.
  • the present invention is not limited to this.
  • the ignition plug 18 is energized at the timing after fuel injection. Also good. This is the same when the present embodiment is applied to the following embodiments.
  • a parameter that is a flow velocity estimated value in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is calculated according to the induced discharge voltage detected in the intake stroke, and the ignition flow is calculated according to the calculated flow velocity estimated value.
  • the case where the operation amount such as the energization time of the plug is determined has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the value of the induction discharge voltage or a value related thereto may be directly used as the control parameter set in the present invention.
  • the relationship between the control parameter and the operation amount such as the energization time of the spark plug is determined as a map or the like for each operation region, so that the spark plug can be controlled according to the detected induction discharge voltage. Can be determined. This is the same when the present embodiment is applied to the following embodiments.
  • the present invention is not limited to this.
  • the primary coil after energization of the primary coil is turned on at a certain timing, it may be turned off after a predetermined energization time, and the induction discharge voltage may be detected immediately after or after the predetermined time. It also controls the OFF timing of energization to the primary coil based on the crank angle, such as turning off energization to the primary coil at a certain crank angle CA_0 and then blocking the primary coil current at a certain crank angle CA_2. There may be. This is the same when the present embodiment is applied to the following embodiments.
  • FIG. The system of the second embodiment has the same configuration as the system of FIG.
  • the system according to the second embodiment differs from the system according to the first embodiment only in that, in addition to the control according to the first embodiment, the induction discharge voltage is detected twice to determine the control parameter relating to the change in the airflow in the intake stroke. Execute control.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the control in the second embodiment of the present invention, and is a diagram showing a change in the flow velocity in the vicinity of the spark plug 18 in the intake stroke.
  • the induction discharge voltage is detected twice during the intake stroke of one combustion cycle. Therefore, even if the airflow pattern (the waveform of the change in FIG. 6) varies due to the acceleration or deceleration of the airflow, the accuracy of the estimation of the flow velocity in the vicinity of the spark plug can be improved.
  • the two induction discharge voltage detection timings are set to the timing before fuel injection in the intake stroke.
  • the first induction discharge voltage is detected at timing CA_10 after the intake valve 14 is fully opened, and the second induction discharge voltage is detected at timing CA_20 after the intake valve is fully closed.
  • the ON / OFF timing of the current supply to the primary coil of the ignition coil is appropriately set so that the current supply to the primary coil is turned off immediately before detecting the induction discharge voltage.
  • the airflow pattern can be predicted in advance by the shape of the intake port. Also, based on this, it is possible to predict a flow rate change pattern in the vicinity of the spark plug due to acceleration / deceleration. Therefore, if the flow velocity in the vicinity of the spark plug at each crank angle CA_10, CA_20 is estimated by the two induction discharge voltages, the flow velocity in the vicinity of the spark plug is estimated after taking into account the change in the air flow pattern due to acceleration / deceleration. can do.
  • the relationship between the induced discharge voltage twice and the control parameter that is the estimated flow velocity value in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is obtained in advance for each operation region by experiments or the like. This relationship is determined as a map or the like and stored in the control device 30. In actual control, according to this map, an estimated flow velocity value in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is detected according to the twice induction discharge voltage. The obtained flow velocity estimated value is used to determine the operation amount of the spark plug 18 in order to control the ignition energy as in the first embodiment.
  • the induction discharge voltage is detected twice during the intake stroke, and the estimated flow velocity in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is obtained accordingly. Therefore, the flow velocity can be predicted with higher accuracy, and the lean limit can be expanded by suppressing fuel fluctuation.
  • the present invention is not limited to this, and a control parameter related to the flow rate of the in-cylinder gas that changes with time in the cycle may be determined based on two induction discharge voltages. Specifically, a flow velocity peak in the compression stroke or a parameter related thereto may be obtained as a control parameter, and control based on this may be performed. This is the same when the second embodiment is applied to other embodiments.
  • the detection timing of the induction discharge voltage is not limited to this.
  • the detection timing of the induction discharge voltage is preferably both before fuel injection.
  • a timing at which ignition does not occur due to energization according to the in-cylinder pressure or the like may be predicted, and energization may be performed at that timing. This is the same when the second embodiment is applied to other embodiments.
  • the present invention is not limited to this, and the induction discharge voltage may be detected a plurality of times during the intake stroke.
  • the detection accuracy of the flow velocity can be improved by further increasing the number of times of detecting the induction discharge voltage. This is the same when the second embodiment is applied to other embodiments.
  • Embodiment 3 The system of the third embodiment has the same configuration as the system of FIG.
  • the system of the third embodiment is different from the system of the first or second embodiment only in that the timing of fuel injection is controlled instead of the ignition energy control of the first or second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an outline of control in the third embodiment of the present invention. Also in the system of the third embodiment, the estimated flow velocity value in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is used as a control parameter. The setting of the estimated flow velocity value in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is performed in the same manner as in the first or second embodiment.
  • the fuel injection timing is set to the timing for accelerating the tumble flow. To do. That is, the injected fuel is injected at a timing along the tumble flow, thereby accelerating the tumble flow.
  • the fuel injection timing is set as the timing for decelerating the tumble flow as shown in FIG. That is, the fuel is injected at a timing such that the injected fuel collides with the tumble flow, thereby decelerating the tumble flow.
  • the tumble flow generated in the cylinder is determined for each internal combustion engine 2 depending on the shape of the intake port and the like.
  • the direction of fuel injection in the cylinder is also determined by the shape and installation direction of the in-cylinder injector 20. Therefore, the fuel injection timing for increasing the flow velocity along the tumble flow and the fuel injection timing for decreasing the flow velocity by colliding with the tumble flow can be specified for each cylinder.
  • control is performed to set the fuel injection timing and adjust the fuel injection timing so that the collision with the fuel becomes larger as the detected flow speed at ignition is made slower.
  • an estimated flow velocity value near the spark plug at the time of ignition is used as a control parameter set according to the induction discharge voltage.
  • the operation amount determined according to the control parameter is an operation amount for the in-cylinder injector 20 that determines the fuel injection timing from the in-cylinder injector 20.
  • the optimum relationship between the flow velocity estimation value, which is this control parameter, and the operation amount of the in-cylinder injector 20 is obtained by experiments, simulations, and the like. The obtained relationship is determined as a map and stored in the control device 30.
  • an induced discharge voltage due to energization of the ignition plug is detected, a control parameter is determined according to this, and an operation amount for the fuel injection timing corresponding to the control parameter is determined according to the map.
  • the fuel injection timing is controlled in accordance with the estimated flow rate in the vicinity of the spark plug at the time of ignition, thereby stabilizing the in-cylinder gas flow rate at the time of ignition. Can do. Therefore, it is not necessary to control the ignition plug to reinforce energy, re-discharge, or the like to suppress combustion fluctuations caused by flow velocity fluctuations. Thereby, wear of the spark plug 18 can be avoided.
  • Embodiment 4 The system of the fourth embodiment has the same configuration as the system of FIG. In the system according to the fourth embodiment, when the intake valve is controlled to be closed late after intake bottom dead center, control is performed to detect the flow velocity in the vicinity of the spark plug.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the control in the fourth embodiment of the present invention.
  • the valve closing time As shown in FIG. 8, when the intake valve 14 is closed late, when the intake valve 14 is closed or immediately before it (hereinafter, the time when the intake valve 14 is closed and immediately before is collectively referred to as “the valve closing time”). Is presumed that a flow is generated in the vicinity of the spark plug that flows backward to the intake port side. Therefore, it is considered that the flow velocity in the vicinity of the spark plug when the intake valve 14 is closed correlates with the flow velocity of the airflow flowing backward to the intake port side. Further, the flow velocity of the airflow that flows backward to the intake port side has a correlation with the amount of the air-fuel mixture flowing out to the intake port side.
  • the method for detecting the flow velocity near the spark plug is the same as in the first embodiment. That is, the ignition plug 18 is energized when the valve is closed, and the induced discharge voltage generated thereby is detected. The in-cylinder gas flow velocity generated in the vicinity of the spark plug is estimated according to the detected induction discharge voltage.
  • ⁇ ⁇ Fluctuations in the in-cylinder mixture amount are estimated according to the estimated reverse flow rate of the mixture.
  • the system of the fourth embodiment executes control such as optimizing the fuel injection amount in accordance with the fluctuation of the in-cylinder mixture amount. As a result, fuel consumption can be improved.
  • the induction discharge voltage when the valve is closed is detected, and the control parameter is obtained according to this.
  • This control parameter is a parameter related to the flow rate in the vicinity of the spark plug when the valve is closed or the in-cylinder mixture amount corresponding to this flow rate.
  • the relationship between the induction discharge voltage and the control parameter is obtained in advance by simulation or the like for each operation region, is determined as a map, and is stored in the control device 30.
  • the control parameter is calculated based on the induced discharge voltage.
  • the optimum relationship between the control parameter and the operation amount of the in-cylinder injector 20 is also set in advance, and the operation amount is determined according to the control parameter. By this operation amount, the fuel injection amount is controlled to an optimum amount corresponding to the air-fuel mixture amount flowing back into the cylinder.
  • system of the present invention may perform only the control according to the amount of air-fuel mixture flowing back described in the fourth embodiment, or the control described in the first to third embodiments and the present embodiment. It may be performed in combination with the control of the form 4.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the system according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the system of the fifth embodiment of the present invention is the same as the system of FIG. 1 except that a supercharger is combined with the system of FIG.
  • the system includes a supercharger 40.
  • the supercharger 40 is configured to be able to compress intake air by a compressor 42 installed in the middle of the intake passage 24.
  • the supercharger 40 may be a turbo-type supercharger, a mechanical supercharger, an electric supercharger, or any type.
  • a turbocharger may be provided with a mechanism for changing the flow rate of exhaust gas flowing into the exhaust turbine 44 or a rotation assist mechanism with an electric motor.
  • the system of the fifth embodiment obtains a control parameter related to the change of the flow velocity in the vicinity of the spark plug by the same method as the system of the first embodiment. In the fifth embodiment, this is used to correct the ignition timing to a timing at which the flow velocity becomes faster than the reference. Further, here, a limit is set for the determined ignition timing.
  • a function related to a change in flow velocity with respect to a crank angle in the vicinity of a spark plug near the time of ignition is obtained. Then, the operation amount of the spark plug 18 related to the ignition timing is determined or the correction amount for the operation amount is determined so that the timing of ignition by ignition becomes the timing when the flow velocity becomes faster than the reference flow velocity or approaches the optimum flow velocity. To do.
  • FIG. 10 is a diagram for describing control in the fifth embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis indicates the crank angle
  • the vertical axis indicates the flow velocity.
  • knocking may occur in a high load region where supercharging by the supercharger 40 is performed during lean burn operation. Knocking occurs because the flame is biased in the direction of the tumble flow due to supercharging, and self-ignition occurs in a region where flame propagation is slow.
  • the ignition timing when the internal combustion engine 2 is operated in an operation region where knocking may occur, the ignition timing is set so that ignition is performed at a flow rate that does not cause knocking due to bias due to flame propagation.
  • the flow velocity at which the occurrence of knocking is suppressed is defined as a flow velocity Y0.
  • the crank angles corresponding to the flow velocity Y0 are the limit times ⁇ and ⁇ .
  • the operation amount with respect to the spark plug 18 is limited so that the flow velocity in the vicinity of the spark plug at the ignition timing does not exceed the flow velocity Y0. That is, the ignition timing is limited before the limit timing ⁇ or after ⁇ .
  • the ignition timing is determined so that the ignition timing becomes the limit timing ⁇ .
  • the ignition timing is set to the limit timing ⁇ .
  • the induction discharge voltage is detected by energizing the spark plug 18 before fuel injection, as described in the first to third embodiments.
  • a control parameter that is a function corresponding to a change in flow velocity near the spark plug near the ignition time is obtained.
  • an operation amount related to the ignition timing is determined at a timing at which the flow velocity at the ignition timing becomes faster than the reference flow velocity according to the control parameter.
  • the control parameter at the set ignition timing exceeds a reference value determined as a range in which knocking does not occur
  • the operation amount is set so that the ignition timing is before the limit timing ⁇ or after ⁇ . Limited.
  • the reference value determined as a range in which knocking does not occur is the value of the control parameter corresponding to the flow velocity Y0.
  • the restriction timings ⁇ and ⁇ with respect to the ignition timing are crank angles at which the flow velocity in the vicinity of the spark plug becomes the flow velocity Y0. That is, the limiting times ⁇ and ⁇ are times when the control parameter of the current cycle based on the induction discharge voltage becomes the reference value, and are calculated for each cycle, thereby limiting the correction amount of the ignition timing.
  • the flow velocity Y0 in a range where knocking does not occur is obtained in advance for each internal combustion engine through experiments, simulations, and the like, and is stored in the control device 30. Further, the change in the flow rate of the current cycle is estimated by any of the methods described in the first to fourth embodiments. Therefore, in the specific control, the change in the flow velocity in the vicinity of the spark plug is estimated according to the induction discharge voltage, thereby obtaining the limiting timings ⁇ and ⁇ , and the corrected ignition timing is a period from the limiting timing ⁇ to ⁇ . The timing of correction is limited so that it does not occur.
  • the fifth embodiment by correcting the ignition timing according to the estimated flow velocity change, it is possible to reduce the fuel fluctuation due to the flow velocity change and suppress the torque fluctuation. Furthermore, by limiting the correction to the ignition timing, it is possible to suppress the occurrence of knocking due to the advance or retard correction of the ignition timing.
  • the present invention is not limited to this.
  • the control of setting the ignition timing is not included in the timing at which the flow rate increases according to the control parameter, and the cylinder has a high flow rate in the vicinity of the spark plug, such as when supercharging is being performed, and the flame propagation When bias occurs
  • the ignition timing may be determined to be an ignition timing that is not included in the period from the limit timings ⁇ to ⁇ obtained by the control parameter. Thereby, it is possible to ignite at a timing when the flow velocity in the vicinity of the spark plug is slow, and the occurrence of knocking can be suppressed.
  • control in the fifth embodiment has been described for the case where supercharging is performed in the lean burn operation.
  • control of the fifth embodiment is not limited to this, and can be applied, for example, when the engine is operated at an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio and knocking occurs in a high load region. This is the same when the fifth embodiment is applied to other embodiments.
  • 11 and 12 are diagrams for explaining an example in which ignition is performed twice according to the flow velocity in the vicinity of the spark plug in the fifth embodiment of the present invention.
  • the control may be performed so that the ignition is performed twice. Good.
  • the second ignition A2 is executed as shown in the right diagram of FIG.
  • the flame B2 can be generated even in a region where the flame propagation is slow.
  • region where a flame propagation is slow can be decreased and generation
  • production of knocking can be suppressed.
  • an estimated flow velocity value in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is obtained as a control parameter, and when it is determined that the control parameter is higher than the reference flow velocity value, the control is switched to twice ignition. This is realized by determining the operation amount for the spark plug 18.
  • the reference value here is appropriately set based on the upper limit value of the flow velocity in the region where the occurrence of knocking is predicted.
  • the explanation is based on the assumption of the bias of flame propagation due to the tumble flow.
  • swirl flow For example, when the flow velocity in the vicinity of the spark plug at the time of ignition is high, by performing the second ignition, as shown in FIG. 12, the region A1 in which the flame is generated by the first flame is generated by the first ignition. A flame can also be generated by the second ignition in the region A2 where the flame propagation is delayed due to the bias of the flame. As a result, the area where the flame propagation is slow can be reduced and the flame can be equalized. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of a situation in which the bore wall temperature is excessively increased locally and the bore is deformed or the oil consumption is increased.

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Abstract

　この発明において、内燃機関（２）の制御装置（３０）は、検出手段と、制御パラメータ設定手段と、操作量決定手段とを備える。この内燃機関（２）は、操作量と内燃機関（２）の燃焼状態との関係が、筒内ガスの流速によって影響されるアクチュエータ（１８、２０）を有する。検出手段は、吸気弁（１４）の開弁から燃料噴射までの間に、内燃機関（２）の点火プラグ（１８）に通電し、点火プラグ（１８）への通電により生じる放電電圧を検出する。制御パラメータ設定手段は、検出された放電電圧に応じて制御パラメータを設定する。操作量決定手段は、該制御パラメータを用いて、アクチュエータ（１８、２０）の操作量を決定する。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、内燃機関の制御装置に関する。具体的には、火花点火式内燃機関の制御装置に関するものである。
　例えば、特許文献１には、点火プラグの放電電圧の大きさが、混合気への点火性と関連することから、点火時の放電電圧を筒内ガスの点火性の指標として用いた制御を行う技術が開示されている。具体的に特許文献１では、点火プラグの放電が開始された後、初めてその放電が終了した時点における放電電圧を検出する。そして、検出された放電電圧の絶対値が所定の閾値電圧以上である場合に、その後の放電が禁止されてもガスの点火性は維持されると判断され、その後の放電が禁止される。
日本特開２０１２―１７７３１０号公報 日本特開２０１１―１９６２０８号公報 日本特開２００９－０１３８５０号公報
　ところで、内燃機関がリーン限界付近の空燃比で運転されるような場合、燃焼室内の燃料密度が小さくなるため、ガス流速等の筒内状態が燃焼に与える影響が大きくなる。このため、リーン限界付近での燃焼の安定化を図り、リーン限界を拡大するためには、点火直前のガス流速等の筒内状態を把握できることが望ましい。
　この点、上記特許文献１の技術では、あるサイクルでの点火開始後に、ガス点火性を維持できるかが判断され、それに基づき、その後の再放電の許可/禁止を判断する制御が行われる。しかし、この制御では、混合気の濃度と流速とを切り分けた判断を行うことができず、また、最初の点火直前の筒内ガスの流速等の筒内の状態を、そのサイクルの点火前の段階で把握することはできない。
　また再放電をする場合においても、一回目の放電を検知するまでの時間、及び検知した放電電圧に基づき流速を判断して、再放電を行うまでの時間により、再放電に遅れが生じることとなる。ここで例えば、流速が低く、一度目の放電で燃焼が十分開始しないようなサイクルでは、再放電によって燃焼が開始する。このような場合には、実際の点火時期が最適タイミングより遅れることとなり、トルクが低下することが考えられる。従って、内燃機関の点火前に、点火直前の筒内ガスの流速の変化を把握できるシステムの開発が望まれる。
　本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ある燃焼サイクルにおいて内燃機関の点火前に筒内ガスの流速変化を推定し、これを用いて、その燃焼サイクルでの運転に関する制御を行うことができるよう改良した内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
　第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、検出手段と、制御パラメータ設定手段と、操作量決定手段とを備える。第１の発明における内燃機関は、アクチュエータの操作量と内燃機関の燃焼状態との関係が、筒内ガスの流速によって影響されるアクチュエータを有する火花点火式内燃機関である。検出手段は、吸気弁の開弁から燃料噴射までの間に、内燃機関の各気筒に設定された点火プラグに通電し、点火プラグへの通電により生じる放電電圧を検出する。制御パラメータ設定手段は、検出された放電電圧に応じて制御パラメータを設定する。操作量決定手段は、該制御パラメータを用いて、アクチュエータの操作量を決定する。
　第２の発明は、第１の発明における制御パラメータを、時間に応じて変化する点火プラグ近傍の筒内ガスの流速に関連するパラメータとするものである。
　第３の発明は、第１又は第２の発明におけるアクチュエータを点火プラグとし、操作量を点火プラグの点火時期に関する操作量とするものである。第３の発明において、操作量決定手段は、点火時期が、制御パラメータが基準値を超える時期になるように、操作量を決定する。
　第４の発明は、第３の発明における操作量決定手段が、内燃機関の運転領域が、ノッキングが発生しうる領域として予め定められたノッキング発生領域に属する場合であって、かつ、制御パラメータの値が、ノッキングを発生させない範囲として予め定められた範囲の上限値を超える場合に、操作量を、上限値に応じて決定するものである。
　第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明におけるアクチュエータを、内燃機関の各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタとし、その操作量を、筒内への燃料噴射時期に関する操作量とするものである。
　第６の発明は、第１から第４のいずれかの発明におけるアクチュエータを、内燃機関の各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタとし、その操作量を筒内へ供給する燃料を、筒内インジェクタから分割して噴射する場合における、燃料噴射の噴射タイミング又は燃料の噴射間隔に関する操作量とするものである。
　第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、検出手段が、点火プラグへの複数回の通電により、放電電圧を複数回、検出し、制御パラメータ設定手段が、検出された複数回の放電電圧に応じて、制御パラメータを設定するものである。
　第１の発明によれば、吸気行程中の燃料噴射前のタイミングにおいて検出された放電電圧に応じて決定される制御パラメータにより、内燃機関のアクチュエータの操作量を決定する。ここで点火プラグの放電電圧は、点火プラグ近傍の筒内ガスの流速による影響を受ける。また、第１の発明におけるアクチュエータは操作量と内燃機関の燃焼状態とが筒内ガスの流速によって影響されるアクチュエータである。従って、放電電圧に応じて設定される制御パラメータを用いてアクチュエータの操作量が決定されることで、そのサイクルにおける筒内ガスの流速に適した操作量により内燃機関の運転を制御することができ、燃焼の安定化を図ることができる。
　第２の発明によれば、制御パラメータは、時間に応じて変化する流速に関連するパラメータである。これにより、燃料噴射前に検出された放電電圧に応じて、操作量決定に適したタイミングにおける制御パラメータが適宜設定される。
　第３の発明によれば、点火時期の最適化を計ることができる。これにより、燃焼の安定化を図り、トルク変動を抑制することができると共に、リーン限界を拡大することができる。
　第４の発明によれば、点火時期が、ノッキングが発生しない範囲となるように制限される。従って、ノッキングが発生しうる領域においてもノッキングの発生を抑制することができる。
　第５又は第６の発明によれば、燃料噴射タイミングや分割噴射の場合の噴射間隔の最適化を図ることができる。これにより、点火時期の筒内ガスの流速の最適化や、筒内ガスの混合気の均質性の向上等を図ることができる。
　第７の発明によれば、複数回の放電電圧に応じて制御パラメータが設定されるため、アクチュエータの操作量の更なる最適化を図ることができる。
本発明の実施の形態１としてのシステム構成を説明するための概略構成図である。 点火プラグ近傍の筒内ガスの流速と放電電圧の大きさとの関係について説明するための図である。 筒内の気流の変化について説明するための図である。 本発明の実施の形態１における吸気行程から圧縮行程の間の点火プラグ近傍の筒内ガスの流速の変化について説明するための図である。 本発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２における制御について説明するための図である。 本発明の実施の形態３における制御について説明するための図である。 本発明の実施の形態４における制御について説明するための図である。 本発明の実施の形態５としてのシステム構成を説明するための概略構成図である。 本発明の実施の形態５における制御について説明するための図である。 本発明の実施の形態５における他の制御の例について説明するための図である。 本発明の実施の形態５における他の制御の例について説明するための図である。
　以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
　図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１のシステムは、内燃機関２を備えている。この内燃機関２は、ガソリンを燃料とするものであり、例えば車両等の動力源として好ましく使用することができる。また、内燃機関２には理論空燃比よりリーンな空燃比でのリーンバーン運転が可能なエンジンである。図１では、内燃機関２の１つの気筒１０のみを図示しているが、実際には内燃機関２は複数の気筒１０を備えている。内燃機関２の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。
　内燃機関２の各気筒１０には、ピストン１２と、吸気弁１４と排気弁１６とが設けられている。また、点火プラグ１８と、筒内インジェクタ２０とが設けられている。点火プラグ１８及び筒内インジェクタ２０は、内燃機関２を動作させる内燃機関２のアクチュエータである。これらアクチュエータの操作量は、内燃機関２の燃焼状態に影響を与え、また、これらアクチュエータの操作量と内燃機関２の燃焼状態との関係は、各気筒１０内のガス（以下「筒内ガス」とも称する）の流速によって影響される。
　図示の構成では、筒内インジェクタ２０は、筒内に直接燃料を噴射するように設けられているが、筒内インジェクタ２０に替えて、内燃機関が、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁を有する構成であってもよい。このシステムには、吸気弁１４の開閉時期を任意の開閉時期に変更可能な可変動弁機構２２が設けられている。内燃機関２の本体には、吸気マニホールドを介して吸気通路２４が接続され、また、排気マニホールドを介して排気通路２６が接続されている。
　また、図１のシステムは、内燃機関２のクランク軸の回転角度、すなわちクランク角を検出するクランク角センサ２８、内燃機関２に対する運転者からの負荷指令を検出するためのアクセルポジションセンサ（図示せず）、吸入空気量を検出するエアフローメータ（図示せず）等の各種センサと、制御装置３０（ＥＣＵ(Electronic Control Unit)）とを更に備えている。上述した各種のセンサおよび内燃機関２のアクチュエータは、電気的に制御装置３０と接続されている。制御装置３０は、各センサにより検出した情報に基づいて各アクチュエータを駆動することにより、内燃機関２の運転を制御する。
　図示を省略するが、本実施の形態１において点火プラグ１８には、点火プラグ１８に印加する高電圧を発生するためのイグニッションコイルが接続されている。イグニッションコイルは、鉄心と、その鉄心に巻かれた一次コイルと二次コイルとを有している。一次コイルは、電源電圧に接続されるとともに、制御装置３０からの制御信号を受けて、一次コイルへ電流が供給されている状態と電流が遮断されている状態とを切り替えるイグナイタに接続されている。二次コイルは、一次コイルより巻数の多いコイルであり、点火プラグ１８の電極に接続されている。
　一次コイルに電流が流されると、その周囲に磁界が生じる。その後、スイッチがＯＦＦとされ一次コイルへの電流が遮断されると、一次コイルに電圧が発生すると共に、二次コイル側には高電圧が発生する。この高電圧が点火プラグ１８に通電し、点火プラグ１８でアーク放電が生じる。この放電はごく短時間持続される。
［実施の形態１の制御］
　本実施の形態１において制御装置３０が実行する制御には、点火プラグ１８通電時の放電電圧の検出と、放電電圧に応じた制御パラメータの設定及び、それを用いた点火プラグ１８の操作量の決定及び操作量に応じた制御とが含まれる。点火プラグ１８に対する操作量には、イグナイタによる一次コイルへの電流供給のＯＮ/ＯＦＦの切り替えのタイミング又は電流供給をＯＮとする時間である。
＜放電電圧検出と制御パラメータの設定について＞
　制御装置３０は、イグナイタにより一次コイルへの電流供給のＯＮ/ＯＦＦを切り替えることで、点火プラグ１８への通電を制御する。具体的に一次コイルへの電流をＯＮとすることで、一次コイルに磁気エネルギを蓄え、その後一次コイルへの電流供給をＯＦＦとすることで、二次コイル側に高電圧を発生させて点火プラグ１８への通電を行う。
　図２は、点火プラグ１８に通電した場合のアーク放電の放電電圧の変化について説明するための図である。図２において横軸は時間、縦軸は電圧を表している。また、実線（ａ）は点火プラグ１８部の筒内ガスの流速が速い場合であり、破線（ｂ）は流速が遅い場合の例を表している。
　図２に示されるように、点火プラグ１８への通電が開始されると、点火プラグ１８では大きな電圧である容量放電が生じた後、誘導放電が起こる。誘導放電の電圧（以下「誘導放電電圧」）の大きさは、点火プラグ１８の点火部における筒内ガスの流速と相関を有する。図２の実線（ａ）の場合と、破線（ｂ）の場合を比較すると、流速が速い場合（実線（ａ））の方が、流速が遅い場合（破線（ｂ））よりも大きくなっていることがわかる。従って、誘導放電電圧を検出することで、点火プラグ１８の点火部及びその付近の筒内ガスの流速を検知することができる。なお、以下の実施の形態において、点火プラグ１８の先端の点火部及びその付近を含めて「点火プラグ近傍」とも称する。また、単に「流速」とのみ言った場合に「筒内ガスの流速」を意味するものとする。
　図３は本発明の実施の形態１における筒内の気流の変化について説明するための図である。図３の（ａ）は吸気行程での点火プラグ近傍の流速ピークが比較的遅い場合を示し、（ｂ）は流速ピークが比較的速い場合を示している。図３において、Ａは筒内に発生しているタンブル流の中心を表している。タンブル流の中心Ａは通常、タンブル流の流速の速い場所の反対側に偏心している。
　吸気行程から圧縮行程までの間に生じる筒内の気流パターン（気流の方向など）は、吸気ポートの形状、燃焼室、ピストン頂面の形状等、及び、吸気弁１４，排気弁１６の開閉タイミング等の種々の要因によって決まるものである。この気流パターンはシミュレーション等により特定し、モデル化することが可能である。
　この気流パターンに沿って流れる筒内ガスの、燃焼サイクルごとの流速変動は、概ね、気筒内の流速の高い位置（タンブル中心Ａとは逆の位置）によって決まる。従って、気筒内の流速の高い位置が特定されれば、その後の筒内の流速変動をある程度、推定することができる。
　例えば、図３の（ａ）に示されるように、点火プラグ近傍での流速ピークが遅れている場合、この遅れは、圧縮行程においても影響し、圧縮行程でも点火プラグ近傍への流速ピーク到達は遅れ、点火時での流速は遅くなるものと予想される。一方、図３の（ｂ）に示されるように、点火プラグ近傍の流速が速い場合、圧縮行程にも影響し、圧縮行程でも点火プラグ近傍への流速ピークの到達は早く、点火時の点火プラグ近傍の流速は速いものと推定される。
　図４は、本発明の実施の形態１における、点火プラグ近傍の流速の変化について説明するための図である。また、図４において横軸はクランク角、縦軸は流速を表している。図４の例では、破線（ａ）、実線（ｂ）、実線（ｃ）の順に、点火プラグ近傍に流速のピークが速い時期に到達する場合を示している。
　図４に示される例では、点火プラグ近傍の流速の変化を模式化して表しているが、点火プラグ近傍の基本的な気流パターンは、吸気ポートの形状、燃焼室、ピストン頂面の形状等、及び、吸気弁１４，排気弁１６の開閉タイミング等の種々の要因によって決まるものである。従って、流速変化のパターン（図４の波形）も、内燃機関２ごとに、シミュレーション等により特定され、モデル化等することができる。
　例えば、図４において、あるクランク角CA_1における点火プラグ近傍の流速を比較する。ここでクランク角CA_1は、点火プラグ近傍に流速ピークが最も早く到達するパターン（破線（ａ））の流速ピークよりも前の、クランク角である。図４から、クランク角CA_1における点火プラグ近傍の流速は、流速ピークが早く到達する順に速くなっていることがわかる。また上述したように、点火プラグ近傍の流速が速い場合ほど、点火プラグ１８の誘導放電電圧は大きくなる。従って、同一クランク角CA_1で検出される誘導放電電圧は、流速ピークが早い順に高くなっている。
　このように同一クランク角CA_1で検出される誘導放電電圧を検出することで、その時点での点火プラグ近傍の流速を知ることができる。また、これに基づいて、気流パターンに生じている遅れを推定することができ、この燃焼サイクルにおいて、点火プラグ近傍における流速変化や、この燃焼サイクルの流速ピークのタイミングを知ることができる。
　図４に示されるように、吸気行程での流速変化は圧縮行程にも影響し、吸気行程での流速ピークが遅いパターンでは、圧縮行程でも流速ピークが遅れるものと予想される。つまり吸気行程の流速ピークが遅い場合ほど、圧縮行程でも流速ピークが遅くなり、吸気行程での流速ピークが早い場合ほど、圧縮行程でも流速ピークが早くなるものと考えられる。
　従って、吸気行程のクランク角CA_1で検出された誘導放電電圧は、吸気行程以降の、そのサイクルの流速変化とも相関を有し、誘導放電電圧に応じて圧縮行程での点火プラグ近傍の流速や、流速のピーク等を求めることができる。
　即ち、吸気行程のクランク角CA_1で検出された誘導放電電圧により、今回の燃焼サイクルに生じている、気流パターンの遅れが予測され、従って、吸気行程から圧縮行程の間の流速変化をある程度見積もることが可能となる。
　以上のような関係を利用して、本実施の形態１の具体的な制御では、クランク角CA_1（所定のタイミング）における誘導放電電圧を検出し、誘導放電電圧から求められる点火時における点火プラグ近傍の流速の推定値を、制御パラメータとして設定する。
　具体的には、吸気ポート等の形状から予想される気流パターンと、誘導放電電圧から推定される気流パターンの遅れとから、所定のタイミングであるクランク角CA_1における誘導放電電圧と点火時の点火プラグ近傍の流速との関係を予め求めておくことができる。従って、この関係に基づいて、クランク角CA_1誘導放電電圧に応じて点火時の点火プラグ近傍の流速推定値である制御パラメータを算出する。
　ここで筒内ガスの流速は、内燃機関２の負荷や吸入空気量、温度、及び筒内圧等の運転状態によっても変化する。従って、具体的には、運転状態に関するパラメータ（即ち、負荷や吸入空気量、温度、及び筒内圧等）から特定される運転領域ごとに、クランク角CA_1における誘導放電電圧と、点火時における点火プラグ近傍の流速との関係を求め、この関係をマップとして定め、制御装置３０に記憶しておく。内燃機関２の運転時には、このマップに基づいて、運転領域と誘導放電電圧とに応じて、制御パラメータである点火時の点火プラグ近傍の流速推定値が求められる。
　なお、吸気行程における誘導放電電圧検出のタイミングであるクランク角CA_1は、吸気行程において、点火プラグ近傍に流速ピークが最も早く到達する気流パターンの、流速ピークのクランク角よりも早いタイミングとなることが望ましい。従って、誘導放電電圧の検出タイミングのクランク角CA_1は、吸気行程の中間よりも前のクランク角に設定される。
　更に、誘導放電電圧の検出時には点火プラグ１８への通電が行われる。この通電による燃料への着火を確実に防止するため、本実施の形態１では、点火プラグ１８への通電を燃料噴射前のタイミングで行う。即ち、誘導放電電圧検出のタイミングのクランク角CA_１は、燃料噴射前のクランク角に設定する。
　また、上述したように、検出すべき誘導放電電圧は、容量放電後の放電である誘導放電中の電圧である。容量放電はごく短時間の間の放電であるため、本実施の形態１では、誘導放電電圧検出のクランク角CA_1を、点火プラグ１８への通電が開始後すぐとしているが、検出タイミングのクランク角CA_1においては誘導放電が開始しているものとする。
　また、流速変動が燃焼に与える影響は、特にリーン限界付近の空燃比で運転されている場合に大きくなる。従って、上記に説明した点火時の点火プラグ近傍の流速の推定の制御は、内燃機関２がリーン限界付近の所定の空燃比よりもリーン側の空燃比で運転されている場合にのみ実行する。
＜点火プラグの操作量決定について＞
　点火時の点火プラグ近傍における流速が低い場合、燃料への着火性が低くなることが予想される。従って、本実施の形態１では、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値が低速である場合ほど、点火エネルギが強化されるように、点火プラグ１８への通電時間を長くする、即ち、点火時に一次コイルに電流を供給しておく時間を長くする制御を実行する。
　具体的に、本実施の形態１のシステムにおいて、誘導放電電圧に応じて設定される制御パラメータは、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値である。また、この制御パラメータを用いて決定される操作量は、点火プラグ１８の一次コイルへの通電時間である。この流速推定値と通電時間との関係は、予め実験やシミュレーション等により求められ、マップ等として定めることができる。マップは制御装置３０に記憶しておく。内燃機関２の運転時には、誘導放電電圧に応じて求められた流速推定値に応じて、マップ等に基づいて、点火プラグ１８の通電時間が決定される。
［本実施の形態１の具体的な制御］
　図５は、本発明の実施の形態１において制御装置３０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図５のルーチンは各気筒１０の燃焼サイクルごとに繰り返し実行される。図５のルーチンでは、まずステップＳ１０２において、流速推定値の算出条件が満たされているか否かが判別される。Ｓ１０２における算出条件は、予め制御装置３０に記憶されている。具体的な条件は適宜設定されるものであるが、例えば内燃機関２が、所定のリーン限界付近のリーン空燃比で運転中であることなどが挙げられる。
　ステップＳ１０２において検出条件の成立が認められない場合には、今回の処理は終了する。一方、ステップＳ１０２において、算出条件の成立が認められると、次に、現在のクランク角が、一次コイルへの通電をONとするタイミングのクランク角CA_0となったか否かが判別される（Ｓ１０４）。ここで判定の基準となるクランク角CA_0は、誘導放電電圧の検出時のクランク角CA_1と、点火プラグへの通電時間とに基づいて予め特定され、制御装置３０に記憶されている。ステップＳ１０４において現在のクランク角CAが、クランク角CA_0となったことが認められない場合、今回の処理はこのまま終了する。
　一方、ステップＳ１０４において、現在のクランク角CAがクランク角CA_0であることが認められると、一次コイルへの通電がONとされ、所定の通電時間経過後、一次コイルへの通電はOFFとされる（Ｓ１０６）。通電時間は予め制御装置３０に記憶されている。一次コイルへの通電OFFにより、点火プラグ１８への通電が開始される。
　その後、ステップＳ１０８においてクランク角CAが、誘導放電電圧の検出時のクランク角CA_1となったことが認められるまでこの状態が維持され、ステップＳ１０８においてクランク角CAがクランク角CA_1となったことが認められると、誘導放電電圧が検出される（Ｓ１１０）。
　次に、検出された誘導放電電圧に応じて、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値が演算される（Ｓ１１２）。この流速推定値は、ステップＳ１１０において検出された誘導放電電圧と、今回のサイクルにおける吸入空気量、筒内圧、負荷等に応じて特定される運転領域とに応じて、予め制御装置３０に記憶されているマップに従って求められる。
　次に、流速推定値に応じて、点火時における点火プラグ１８への通電時間が決定される（Ｓ１１４）。ここでは、予め制御装置３０に記憶されたマップに従い、ステップＳ１１２に応じた通電時間が決定される。その後、今回の処理は終了する。
　以上の処理により本実施の形態１では点火時の点火プラグ近傍の流速が推定される。本実施の形態１では上記したように、点火時の点火プラグ近傍の流速が低いと予想される場合に、点火時の点火エネルギを増大する制御が行われる。これにより流速変動による燃焼変動を低減することができ、リーン限界を拡大することができる。
　なお、本実施の形態１においては、吸気行程での流速変化と圧縮行程での流速変化の例を図４に模式的に図示した。しかし、これは一例であり、必ずしも、吸気行程から圧縮行程の間の流速変化のパターンはこれに限られるものではない。しかしながら、上述したように、吸気ポート等の形状等から気流パターンはある程度特定することができる。従って、吸気行程におけるある時点（クランク角）の誘導放電電圧に応じて、その時点での点火プラグ近傍の流速を求めることができれば、その後の吸気行程、圧縮行程の気流パターンの遅れを推定することができる。従って、その内燃機関、あるいは気筒ごとに、吸気行程と圧縮行程の気流パターンの変化をシミュレーション等により求めることで、本実施の形態１の制御を適用することができる。
　また、本実施の形態１では、推定された点火プラグ近傍の流速と、流速変化のパターンとに基づき、流速がピークの遅れを予測することで、点火時期の流速推定値を算出する場合について説明した。しかしながら、本発明において流速推定値の算出は、モデル化されたパターンに基づくものに限られるものではない。例えば、燃料噴射前のある時点での点火プラグ近傍の流速が遅い場合に、そのサイクルでは、その後も全体に流速も遅いものと予想できる場合もある。このような場合には、誘導放電電圧検出時の点火プラグ近傍の流速推定値と、その後の流速推定値との関係は、単に、誘導放電電圧検出時の点火プラグ近傍の流速が遅い場合ほど、その後の全体の流速が全体に遅くなるものと推定されるようにしてもよい。つまり、誘導放電電圧によって求められる誘導放電検出時の流速が遅い場合ほど、その誘導放電電圧に応じて設定される制御パラメータが示す流速も遅くなるように、誘導放電電圧と制御パラメータとの関係に定められたものであってもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
　また、本実施の形態１では、制御パラメータを、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値とする場合について説明した。しかし本発明は、これに限られるものではない。本発明は、誘導放電電圧を検出することで、同一サイクルにおける筒内ガスの気流パターンの変化を広く推定することができるものである。
　従って、制御パラメータは、広く、誘導放電電圧を検出したのと同一の燃焼サイクルにおいて、時間に応じて変化する筒内ガスの流速に関連する値であればよい。従って、例えば、制御パラメータは、流速推定値を用いる必要はなく、筒内ガスの流速と関連した変化を示すパラメータとしてもよい。
　また、制御パラメータは、点火時の流速推定値又はそれと関連するパラメータではなく、圧縮行程の他のタイミングにおける、流速推定値又はそれと関連した変化を示すパラメータであってもよい。更に、制御パラメータは、あるタイミングにおける点火プラグ近傍の流速に限られるものではなく、他の部分における流速推定値又はそれと関連した変化を示すパラメータであってもよい。
　具体的に例えば、誘導放電電圧と、圧縮行程の点火プラグ近傍の流速ピークとの関係を予め求めておいて、制御パラメータとして流速ピークを求めることができる。このような制御パラメータの設定に関連する事項は、本実施の形態が以下の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また、本実施の形態では、点火時の流速推定値が遅い場合に、通電時間を長くして、点火エネルギを強化する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば点火時の流速推定値が遅い場合に、再放電を行うなど、点火回数を変化させる制御を行うこととしてもよい。より具体的に、誘導放電電圧に応じて決定される制御パラメータが、点火時の流速が再放電を要しない範囲の限界値を超えない場合に、つまり点火時の流速推定値が、再放電を要しない範囲の流速の下限値を超えていない場合に、点火プラグに再度通電するように、点火プラグ１８の操作量が設定することができる。このようにすることで、流速変化による燃焼の変動を抑制することができ、リーン限界付近での燃焼の安定化を図ると共に、リーン限界を拡大することができる。これは、本実施の形態が以下の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また、本実施の形態では点火時の流速推定値を算出し、これに応じて点火エネルギを強化する等の制御を行う場合について説明した。しかし本発明はこれに限られるものではない。本実施の形態の制御では、点火時に限らず圧縮行程中の筒内ガスの流速変化を広く推定することができることから、本発明は、必要なタイミングでの流速に関連する制御パラメータを設定し、それに応じて、燃焼変動抑制のために必要なアクチュエータの操作量を決定するものとすればよい。
　具体的に例えば、制御パラメータとして、点火時付近の点火プラグ近傍の流速変化に応じた関数を求める。そして、点火による着火のタイミングが、流速が基準流速より速くなるタイミング、又は最適な流速に近づくタイミングとなるように、点火時期に関する点火プラグの操作量を決定又はその操作量に対する補正量を決定するなどとしてもよい。これは、本実施の形態が以下の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また、例えば、制御パラメータとして、燃料噴射時の流速推定値又はこれに関連して変化するパラメータを算出し、操作量として、燃料を２回以上に分割して噴射させるものとする場合の燃料噴射の間隔を決定するものとしてもよい。この場合において、制御パラメータと筒内インジェクタ２０の操作量との関係は、燃料噴射時の流速が速いサイクルでは分割噴射の間隔が短くなり、流速が遅くなるサイクルでは、分割噴射の間隔が長くなるように設定する。このように、流速に応じて燃料噴射の間隔を制御することで、各サイクルの流速に応じた最適な間隔で燃料噴射を行うことができ、混合気の均質化を高めることができる。なお、ここの場合、燃料噴射時の流速を複数の領域に分け、流速が遅い領域ほど、噴射間隔が段階的に長くなるように、制御パラメータと分割噴射の間隔に関する操作量との関係を設定してもよい。また、燃料噴射時の流速が速い場合ほど、リニアに分割噴射の間隔が短くなるように、制御パラメータと操作量の関係が設定されていてもよい。あるいは、燃料噴射時の流速が所定の流速より遅い場合に、分割噴射の間隔を、所定より長くなるように、制御パラメータと操作量との関係が設定されていてもよい。これは、本発明の実施の形態が以下の実施の形態に適用される場合にも同様である。
　また、本実施の形態１では、誘導放電電圧の検出のため、燃料噴射前のタイミングで点火プラグ１８の通電を行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、筒内圧、吸気温度等から、燃料噴射後に点火プラグ１８への通電を行っても、その時点では着火しない運転条件であれば、燃料噴射後のタイミングで点火プラグへの通電を行うこととしてもよい。これは、本実施の形態が以下の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また、本実施の形態１では、吸気行程において検出された誘導放電電圧に応じて、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値であるパラメータを演算し、演算された流速推定値に応じて、点火プラグの通電時間等の操作量を決定する場合について説明した。しかし本発明はこれに限られるものではない。例えば、誘導放電電圧が検出されれば、点火時の点火プラグ近傍の流速が演算でき、これにより点火プラグの通電時間が演算できる。従って、本発明において設定される制御パラメータとして、誘導放電電圧の値又はこれに関連する値を直接用いるものであってもよい。実際の制御においては、運転領域ごとに、制御パラメータと、点火プラグとの通電時間等の操作量との関係をマップ等として定めておくことで、検出された誘導放電電圧に応じて、点火プラグの通電時間等を決定することができる。これは、本実施の形態が以下の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また点火プラグ１８のイグニッションコイルの一次コイルへの通電ONのタイミングや、誘導放電電圧の検出のタイミングをクランク角に基づいて判別する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、あるタイミングで一次コイルへの通電をONとしたあと、所定の通電時間後にOFFとし、その直後又は所定時間後に、誘導放電電圧を検出する制御としてもよい。また、あるクランク角CA_0において一次コイルへの通電をONとした後、あるクランク角CA_2において一次コイルの電流を遮断するなど、クランク角に基づいて一次コイルへの通電のOFFタイミングを制御するものであってもよい。これは、本実施の形態が以下の実施の形態に適用される場合も同様である。
実施の形態２．
　実施の形態２のシステムは、図１のシステムと同様の構成を有している。実施の形態２のシステムは、実施の形態１の制御に加え、誘導放電電圧を２回検出して吸気行程での気流の変化に関する制御パラメータを決定する点においてのみ実施の形態１のシステムと異なる制御を実行する。
　図６は本発明の実施の形態２における制御を説明するための図であり、吸気行程における点火プラグ１８付近の流速の変化を表す図である。図６に示されるように、本実施の形態２では、燃焼１サイクルの吸気行程の間に、誘導放電電圧を２回検出する。これにより気流の加速又は減速により気流パターン（図６の変化の波形）に変動が生じても、点火プラグ近傍の流速の推定の精度を向上させることができる。
　本実施の形態２において、２回の誘導放電電圧の検出タイミングは、いずれも吸気行程の燃料噴射前のタイミングに設定される。また、１回目の誘導放電電圧の検出は吸気弁１４の全開後のタイミングCA_10に行い、２回目の誘導放電電圧の検出は、吸気弁全閉後のタイミングCA_20とする。イグニッションコイルの一次コイルへの電流供給のON/OFFのタイミングは、それぞれ誘導放電電圧の検出の直前に、一次コイルへの電流供給がOFFされるように適宜設定されている。
　上述したように、気流パターンは吸気ポートの形状等によって、予め予測することができる。また、これに基づいて、加減速による点火プラグ近傍の流速変化のパターンも予測することができる。従って、２回の誘導放電電圧により、各クランク角CA_10、CA_20における点火プラグ近傍の流速が推定されれば、加減速による気流パターンの変化も踏まえた上で、その後の点火プラグ近傍の流速を推定することができる。
　本実施の形態２では、２度の誘導放電電圧と、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値である制御パラメータとの関係を、運転領域ごとに予め実験等により求める。この関係を、マップ等として定め、制御装置３０に記憶しておく。実際の制御においては、このマップに従い、２回の誘導放電電圧に応じて、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値が検出される。求められた流速推定値は、実施の形態１と同様に、点火エネルギの制御するため、点火プラグ１８の操作量の決定に用いられる。
　以上説明したように、本実施の形態２によれば、吸気行程中に２回誘導放電電圧が検出され、これに応じて点火時の点火プラグ近傍の流速推定値が求められる。従って、より高い精度で、流速を予測することができ、燃料変動を抑制してリーン限界を拡大させることができる。
　なお、本実施の形態２においても制御パラメータとして、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値を求める場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、２回の誘導放電電圧に基づいて、そのサイクルにおいて時間に伴い変化する筒内ガスの流速に関連する制御パラメータを決定するものとしてもよい。具体的には、制御パラメータとして、圧縮行程の流速ピーク又はこれに関連するパラメータを求め、これに基づく制御を行うなどとしてもよい。これは、本実施の形態２が他の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また、本実施の形態２では、２回の誘導放電電圧の検出のタイミングを吸気弁の全開後のクランク角CA_10と、吸気弁の全閉後のクランク角CA_20とする場合について説明した。しかし、本発明において、誘導放電電圧の検出タイミングはこれに限られるものではない。但し、実施の形態１と同様、点火プラグ１８への通電による着火を防止するため、誘導放電電圧の検出タイミングは２回とも、燃料噴射前であることが望ましい。但し、例えば、筒内圧等に応じて、通電により着火が起きないタイミング等を予測しておいて、そのタイミングで通電を行うようにしたものであってもよい。これは、本実施の形態２が他の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また、本実施の形態では２回の誘導放電電圧の検出を行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、吸気行程中に複数回、誘導放電電圧を検出してもよい。誘導放電電圧の検出回数を更に増やすことにより、流速の検出精度を向上させることができる。これは、本実施の形態２が他の実施の形態に適用される場合も同様である。
実施の形態３．
　実施の形態３のシステムは図１のシステムと同一の構成を有している。実施の形態３のシステムは、実施の形態１又は２の点火エネルギの制御に替えて、燃料噴射のタイミングの制御を行う点においてのみ実施の形態１又は２のシステムと異なる。
　図７は本発明の実施の形態３における制御の概要を説明するための模式図である。本実施の形態３のシステムにおいても、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値を制御パラメータとして用いる。点火時の点火プラグ近傍の流速推定値の設定については、実施の形態１又は２と同様に行う。
　実施の形態３では、点火時の点火プラグ近傍の流速が、基準となる流速より遅い場合には、図７の（ａ）に示されるように、燃料噴射時期を、タンブル流を加速させるタイミングとする。即ち、噴射された燃料がタンブル流に沿うタイミングで燃料を噴射させ、これによりタンブル流を加速する。
　一方、点火時の点火プラグ近傍の流速が基準となる流速より速い場合には、図７の（ｂ）に示すように、燃料噴射時期を、タンブル流を減速させるタイミングとする。即ち、噴射された燃料がタンブル流に衝突するようなタイミングで燃料を噴射させ、これによりタンブル流を減速させる。このような制御により、点火時の点火プラグ近傍の流速の変動を抑制させる。
　なお、筒内に発生するタンブル流は、吸気ポート等の形状等によって内燃機関２ごとに定まる。また筒内の燃料の噴射の方向も、筒内インジェクタ２０の形状や設置方向によって定まるものである。従って、タンブル流の流れに沿って、流速を早める燃料噴射時期と、タンブル流の流れに衝突させて、流速を遅くする燃料噴射時期とは、その気筒ごとに特定することができる。本実施の形態３では、検出された点火時の流速を遅くした場合ほど、燃料との衝突が大きくなるように、燃料噴射時期を設定し、燃料噴射時期を調整する制御が実行される。
　具体的な制御では、誘導放電電圧に応じて設定される制御パラメータとして、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値を用いる。また、制御パラメータに応じて決定される操作量は、筒内インジェクタ２０からの燃料噴射時期を決める筒内インジェクタ２０に対する操作量である。この制御パラメータである流速推定値と、筒内インジェクタ２０の操作量との最適な関係は、実験やシミュレーション等に求められる。求められた関係はマップとして定め、制御装置３０に記憶しておく。内燃機関２の運転時には、点火プラグの通電による誘導放電電圧が検出され、これに応じて制御パラメータが決定され、マップに従って、制御パラメータに応じた燃料噴射時期についての操作量が決定される。
　以上説明したように、本実施の形態３では、点火時の点火プラグ近傍の流速推定値に応じて、燃料噴射タイミングが制御され、これにより、点火時の筒内ガスの流速を安定化させることができる。従って、流速変動により生じる燃焼変動を抑えるための点火プラグのエネルギ強化等や再放電等の制御が不要となる。これにより点火プラグ１８の摩耗を回避することができる。
　実施の形態４．
　実施の形態４のシステムは図１のシステムと同一の構成を有する。本実施の形態４のシステムでは、吸気弁を、吸気下死点後に閉弁する遅閉じの制御を行っている場合に、点火プラグ近傍の流速を検出する制御を行う。
　図８は、本発明の実施の形態４における制御について説明するための模式図である。図８に示されるように、吸気弁１４が遅閉じとされる場合、吸気弁１４の閉弁時又はその直前（以下、閉弁時とその直前をまとめて「閉弁時」とも称する）には、点火プラグ近傍に吸気ポート側に逆流する流れが発生していると推測される。従って、吸気弁１４の閉弁時の点火プラグ近傍の流速は、吸気ポート側に逆流する気流の流速に相関すると考えられる。また、吸気ポート側に逆流する気流の流速は、吸気ポート側に流出する混合気の量に相関を有している。
　従って、吸気弁１４の閉弁時に検出される誘導放電電圧と吸気ポート側に流出する混合気の量との間には相関があり、吸気弁１４の閉弁時の誘導放電電圧に応じて、逆流した混合気量を見積もることができる。
　ここで、点火プラグ近傍の流速の検出手法は、実施の形態１と同様である。即ち、閉弁時に点火プラグ１８への通電を行い、これにより生じる誘導放電電圧を検出する。検出された誘導放電電圧に応じて、点火プラグ近傍に生じる筒内ガスの流速が推定される。
　推定された混合気の逆流量に応じて、筒内混合気量の変動が推定される。本実施の形態４のシステムは、筒内混合気量の変動に合わせて、燃料噴射量の最適化等を図るなどの制御を実行する。これにより燃費改善等を図ることができる。
　具体的な制御では、閉弁時の誘導放電電圧を検出し、これに応じて制御パラメータを求める。この制御パラメータは、閉弁時の点火プラグ近傍の流速又は、この流速に応じた筒内混合気量と関連するパラメータである。誘導放電電圧と制御パラメータとの関係は、運転領域ごとに予めシミュレーション等により求め、マップとして定め制御装置３０に記憶しておく。実際の内燃機関２の運転時においては、誘導放電電圧にもとづいて、制御パラメータが算出される。また、制御パラメータと、筒内インジェクタ２０の操作量との最適な関係についても、予め設定しておき、制御パラメータに応じて、操作量が決定される。この操作量により、燃料噴射量が、筒内に逆流した混合気量に応じた最適量に制御される。
　なお、本発明のシステムは、本実施の形態４に説明した逆流する混合気量に応じた制御のみを行うものであってもよいし、実施の形態１～３に説明した制御と、本実施の形態４の制御とを組み合わせて行うものであってもよい。
実施の形態５．
　図９は、本発明の実施の形態５のシステムについて説明するための模式図である。本発明の実施の形態５のシステムは、図１のシステムに過給機が組み合わせられたものである点を除き、図１のシステムと同一である。図９では、図１と同一部分には同一の符号を付している。図９に示されるように、このシステムは、過給機４０を備えている。過給機４０は、吸気通路２４の途中に設置されたコンプレッサ４２により吸入空気を圧縮可能に構成されている。過給機４０は、ターボ式過給機、機械式過給機、電動式過給機、いかなる方式のものでもよい。またターボ式過給機の場合は、排気タービン４４に流入する排気ガスの流速を変化させる機構を備えたものや、電気モータによる回転アシスト機構を備えたものであっても良い。
　本実施の形態５のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の手法により点火プラグ近傍の流速の変化に関連する制御パラメータを求める。また実施の形態５では、これを用いて点火時期を、流速が基準より速くなる時期に補正する。更に、ここでは、決定される点火時期について制限を設ける。
　まず、本実施の形態５では、制御パラメータとして、点火時付近の点火プラグ近傍の、クランク角に対する流速変化に関連する関数を求める。そして、点火による着火のタイミングが、流速が基準流速より速くなるタイミング、又は最適な流速に近づくタイミングとなるように、点火時期に関する点火プラグ１８の操作量を決定又はその操作量に対する補正量を決定する。
　これに対し、更に、下記のように制限を設ける。図１０は、本発明の実施の形態５における制御について説明するための図である。図１０において横軸はクランク角、縦軸は流速を示す。例えば、リーンバーン運転時に過給機４０による過給が行われる高負荷領域においては、ノッキングが発生する場合がある。ノッキングは、過給によりタンブル流の気流方向に火炎が偏り、火炎伝播の遅い領域で自着火するために発生する。
　そこで、実施の形態５のシステムでは、内燃機関２がノッキングが発生しうる運転領域で運転されている場合に、火炎伝播による偏りによるノッキングを発生しない程度の流速で、点火されるよう点火時期に制限を設ける。例えば、図１０において、ノッキングの発生が抑制される流速を流速Ｙ０とする。そして、流速Ｙ０に応じたクランク角は制限時期α、βである。本実施の形態５では、点火時期の点火プラグ近傍の流速が流速Ｙ０以上とならないように、点火プラグ１８に対する操作量を制限する。即ち、点火時期が、制限時期αより前、あるいはβより後に制限される。
　具体的に例えば、現在設定されている点火時期が現点火時期Ｘ１であり、今サイクルにおいて、制御パラメータに応じて決定されるべき点火時期が補正点火時期Ｘ２である場合であっても、点火時期の遅角は制御され、点火時期は制限時期αとなるようにその操作量が決定される。また、例えば、現在設定されている点火時期が現点火時期Ｘ３であり、今サイクルで制御パラメータに応じて決定されるべき点火時期が補正点か時期Ｘ４である場合であっても、点火時期の進角量は制限され、点火時期は制限時期βに設定される。
　実際の制御においては、実施の形態１～３において説明したのと同様に、燃料噴射前の点火プラグ１８への通電により誘導放電電圧が検出される。この誘導放電電圧に応じて、点火時付近の点火プラグ近傍の流速変化に応じた関数である制御パラメータを求める。まず、制御パラメータに応じて、点火時期における流速が、基準流速より速くなるタイミングに、点火時期に関連する操作量が決定される。更に、設定された点火時期における制御パラメータが、ノッキングを発生させない範囲として定められた基準値を超える場合に、点火時期は、制限時期αより前、あるいはβより後となるように、操作量が制限される。なお、ノッキングを発生させない範囲として定められた基準値は、流速Ｙ０に対応する制御パラメータの値である。
　また、点火時期に対する制限時期α、βは、点火プラグ近傍の流速が流速Ｙ０となるクランク角である。即ち、制限時期α、βは、誘導放電電圧に基づく今サイクルの制御パラメータが、基準値となる時期であり、そのサイクルごとに算出され、これにより点火時期の補正量が制限される。
　ノッキングを発生しない範囲の流速Ｙ０は、内燃機関ごとに実験やシミュレーション等により予め求められ、制御装置３０に記憶される。また、今サイクルの流速の変化は、実施の形態１～４に説明したいずれかの手法により推定される。従って、具体的な制御においては、誘導放電電圧に応じて点火プラグ近傍の流速の変化が推定され、これにより制限時期α、βが求められ、補正点火時期が、制限時期αからβまでの期間にならないように、補正の時期が制限される。
　以上説明したように、本実施の形態５では、推定される流速変化に応じて点火時期を補正することで、流速変化による燃料変動を低減し、トルク変動を抑制することができる。更に、点火時期に対する補正を制限することで、点火時期が進角又は遅角補正されることによるノッキングの発生を抑制することができる。
　なお、本実施の形態５では、ノッキングが発生しないよう点火時期の補正に対し制限を設ける場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、制御パラメータに応じて、流速が速くなるタイミングに点火時期を設定する制御を含まず、過給が行われている場合など、点火プラグ近傍での筒内ガスの流速が高く、火炎伝播に偏りが生じるような場合には、点火時期を、制御パラメータによって求められる制限時期αからβまでの期間に含まれない点火時期に決定するものであってもよい。これにより点火プラグ近傍での流速が遅いタイミングで点火させることができ、ノッキングの発生を抑制することができる。
　また、本実施の形態５における制御は、リーンバーン運転において過給が行われている場合について説明した。しかし、本実施の形態５の制御はこれに限るものではなく、例えば、理論空燃比近傍の空燃比で運転され、かつ高負荷の領域において、ノッキングが発生する場合等に適用することもできる。これは、実施の形態５が他の実施の形態に適用される場合も同様である。
　また、本実施の形態５においては、ノッキング抑制のため、推定された流速に応じて、点火時期を補正する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。図１１及び図１２は、本発明の実施の形態５において、点火プラグ近傍の流速に応じ、２回点火を行う場合の例について説明するための図である。
　図１１に示されるように、例えば、推定される点火時の点火プラグ近傍の流速が速く、火炎伝播に偏りが発生することが予測される場合に、２回点火を行うように制御してもよい。これにより、図１１の左図のように１回目の点火Ａ１による火炎Ｂ１が、矢印方向に偏ることが予想される場合に、図１１の右図のように、２回目の点火Ａ２を実行することで、火炎伝播の遅い領域にも火炎Ｂ２を生じさせることができる。これにより火炎伝播の遅い領域を少なくし、ノッキングの発生を抑制することができる。なお、具体的には、この制御は、制御パラメータとして点火時の点火プラグ近傍の流速推定値を求め、制御パラメータが基準となる流速値より高いと判別された場合に、２回点火に切り替えるよう、点火プラグ１８に対する操作量を決定するようにすることで実現される。ここでの基準値は、ノッキングの発生が予測される領域の流速の上限値に基づいて、適宜設定される。
　また、図１１ではタンブル流による火炎伝播の偏りを想定して説明した。しかし、スワール流にも同様に適用可能である。例えば、点火時の点火プラグ近傍の流速が高い場合、２回点火を行うことで、図１２に示されるように、１回目の火炎による火炎が生じている領域Ａ１に対し、１回目の点火による火炎の偏りにより火炎伝播が遅くなる領域Ａ２にも、２回目の点火により火炎を生じさせることができる。これにより火炎伝播の遅い領域を減少させて、火炎を均等化することができる。これにより、局所でボア壁温が上がりすぎ、ボアが変形したり、オイル消費等が増大したりするといった事態の発生を抑制することができる。
　　２　内燃機関
　　１０　気筒
　　１２　ピストン
　　１４　吸気弁
　　１６　排気弁
　　１８　点火プラグ
　　２０　筒内インジェクタ
　　２２　可変動弁機構
　　２４　吸気通路
　　２６　排気通路
　　２８　クランク角センサ
　　３０　制御装置
　　４０　過給機
　　４２　コンプレッサ
　　４４　排気タービン

Claims (7)

  1. 　内燃機関のアクチュエータであって、該アクチュエータの操作量と前記内燃機関の燃焼状態との関係が、筒内ガスの流速によって影響されるアクチュエータを有する火花点火式内燃機関を制御する制御装置であって、
    　吸気弁の開弁から燃料噴射までの間に、前記内燃機関の各気筒に設定された点火プラグに通電し、前記点火プラグへの通電により生じる放電電圧を検出する検出手段と、
    　前記放電電圧に応じて制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、
    　前記制御パラメータを用いて、前記アクチュエータの操作量を決定する操作量決定手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　前記制御パラメータは、時間に応じて変化する前記点火プラグ近傍の筒内ガスの流速に関連するパラメータであ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. 　前記アクチュエータは、前記点火プラグであり、
    　前記操作量は、前記点火プラグの点火時期に関する操作量であって、
    　前記操作量決定手段は、前記点火時期が、前記制御パラメータが基準値を超える時期になるように、前記操作量を決定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. 　前記操作量決定手段は、
    　前記内燃機関の運転領域が、ノッキングが発生しうる領域として予め定められたノッキング発生領域に属する場合であって、かつ、前記制御パラメータの値が、ノッキングを発生させない範囲として予め定められた範囲の上限値を超える場合、
    　前記操作量を、前記上限値に応じて決定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 　前記アクチュエータは、前記内燃機関の各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタであり、
    　前記操作量は、筒内への燃料噴射時期に関する操作量であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 　前記アクチュエータは、前記内燃機関の各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタであり、
    　前記操作量は、前記筒内へ供給する燃料を、前記筒内インジェクタから分割して噴射する場合における、燃料噴射の噴射タイミング又は燃料の噴射間隔に関する操作量であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 　前記検出手段は、前記点火プラグへの複数回の通電により、前記放電電圧を複数回、検出し、
    　前記制御パラメータ設定手段は、検出された複数回の前記放電電圧に応じて、前記制御パラメータを設定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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