WO2018131407A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の制御目標として与えられた目標ガス燃料比に制御場合の必要となる放電エネルギ量を正確に求めることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。　点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイル１６と、点火コイル１６に放電電圧を発生させる放電電圧発生部２９と、放電電圧発生部２９で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める点火制御手段２４を備え、点火制御手段２４は、気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御するのに必要となる最終放電エネルギ量を、外的な環境要因によって定まる気筒内の混合気の状態に対応して基本補正エネルギ量を補正して求める放電エネルギ補正手段２６～２８を備える。

Description

内燃機関の制御装置

　本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に点火コイルを利用して点火プラグに火花放電を発生して混合気に着火する火花点火式の内燃機関に使用される内燃機関の制御装置に関するものである。

　自動車の燃費性能を向上するためには種々の方法があるが、内燃機関の燃料消費量を低減することが重要である。燃料消費量の低減には、内燃機関の運転中に発生するポンプ損失、冷却損失、排気損失、といった各種損失の低減が有効であり、ポンプ損失、冷却損失の低減手段として、燃料と空気の比率を量論混合比（理論混合比）に比べて希薄にして燃焼させる希薄燃焼や、燃焼ガスの一部を吸気側に戻して燃料と空気の混合気を希釈するＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)ガスを活用した燃焼方式がある。以下では、希薄燃焼やＥＧＲガスを活用した燃焼方式をまとめて「希釈燃焼」と記載する。

　この希釈燃焼を用いると、希釈燃焼を用いない場合に比べて吸気管圧力を上げることができるので、内燃機関の負荷の低い条件でのポンプ損失の低減や、熱容量を増加させることで、混合気の燃焼温度を低下して冷却損失の低減を図ることができる。また、内燃機関の負荷の高い条件では、ＥＧＲガスを導入することによる自着火反応に至る反応進行が抑制されることで、異常燃焼の発生が抑制できる。これによって点火時期を最適時期に近づけるように進角することができるため、排気損失の低減ができるようになる。

　さて、燃料消費量を低減するためには、運転条件に応じて適切な混合気の希釈度（以下に示すガス燃料比）を設定する必要が有る。混合気の希釈度は、空気やＥＧＲガスからなる混合ガスの質量和と燃料の質量の比（ガス燃料比Ｇ／Ｆ）、空気と燃料の質量比（空燃比Ａ／Ｆ）、吸気ガス中のＥＧＲの割合（ＥＧＲ率）で評価することが多い。

　希釈度の大きな条件(希薄な混合気の状態)で失火を避けて燃焼を実現するためには、燃料の相対的な濃度が小さくなっているので、火花点火時に点火プラグから気筒内の混合気に供給する放電エネルギ量を増加させる必要が有る。また、希釈度の大きな条件で安定的な燃焼を実現するために、内燃機関の気筒内の混合気の乱流強度や流速を、従来に比べて増加させる必要がある。

　しかしながら、乱流強度や流速が大きくなると、点火プラグでの放電の吹き消え等の現象による失火発生の可能性が生じるため、併せて火花点火時に点火プラグから気筒内混合気に供給する放電エネルギ量を増加させる必要がある。

　点火プラグから気筒内の混合気に供給する放電エネルギ量を増加する手段として、例えば、特開２０１５－２００２８４号公報（特許文献1）に記載されている内燃機関用点火装置がある。この特許文献１は、点火プラグによる火花放電開始後に、一次側コイルの一部に電気的エネルギを追加投入し、２次側コイルに発生させる放電エネルギ量を増加させる点火装置を提案している。また、各種の外乱を考慮して放電エネルギ量の増加補正を行なう手段として、例えば、特開２０１５－１９４１２４号公報（特許文献２）に記載されている点火装置がある。この特許文献２は、外乱によって要求点火エネルギが変化すると放電エネルギ量を増加させる点火装置を提案している。

特開２０１５－２００２８４号公報 特開２０１５－１９４１２４号公報

　そして、特許文献１においては、１次側コイルの巻き線を工夫することで、点火コイルでの発熱を抑制し、１次側に投入できるエネルギ量を増加して放電エネルギを増加させることを開示している。また、特許文献２においては、要求放電エネルギに影響を与える現象が複数ある場合に、放電エネルギをどのように与えるかについての方法を開示している。

　しかしながら、これらの特許文献においては、外的な環境要因と実現すべき混合気の希釈度（目標ガス燃料比Ｇ/Ｆ）が与えられた場合の、放電エネルギの要求値の決定方法について考慮されていないものである。また、点火プラグの放電を行なうために必要となる電力のために消費される燃料消費量（機械的エネルギ消費量）が、希釈燃焼を実現することで得られる燃料低減量（エネルギ低減量）を上回る現象が生じる場合の対応策についても考慮されていないものである。したがって、これらの課題に対応する制御方法の立案が強く望まれている。

　本発明の第１の目的は、内燃機関の制御目標として与えられた目標ガス燃料比に制御する場合に、外的な環境要因を考慮して放電エネルギ量を正確に求めることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

　本発明の第２の目的は、希釈燃焼を実現することで得られる燃料低減量が点火プラグの放電を行なうために必要となる電力のために消費される燃料消費量を上回る時の放電エネルギ量を正確に求めることができる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の特徴は、点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイルと、点火コイルに放電電圧を発生させる放電電圧発生部と、放電電圧発生部で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める基本放電エネルギ算出手段を有する点火制御手段を備え、点火制御手段は、内燃機関の気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御するのに必要となる放電エネルギ量を、外的な環境要因によって定まる気筒内の混合気の状態に対応して、基本放電エネルギ算出手段で求められた基本放電エネルギ量を補正して求める放電エネルギ補正手段を備える、ところにある。

　本発明の第２の特徴は、点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイルと、点火コイルに放電電圧を発生させる放電電圧発生部と、放電電圧発生部で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める基本放電エネルギ算出手段を有する点火制御手段を備え、点火制御手段は、内燃機関の気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御することで得られる燃料低減量が、点火プラグでの放電を行なうために必要となる電力のために消費される燃料消費量を上回る場合は、基本放電エネルギ算出手段で求めた基本放電エネルギ量を増加補正する放電エネルギ補正手段を備える、ところにある。

　本発明によれば、外的な環境要因（外乱）を考慮した上で、目標とするガス燃料比Ｇ／Ｆに制御するために必要となる放電エネルギ量を正確に求めることができる。

　また、希釈燃焼による燃料低減量が点火プラグの放電を行なうために必要となる放電エネルギを得るために増加する燃料消費量を上回る場合に、放電エネルギ量を増加するので、希釈された混合気の燃焼を安定化させることができ、また、燃費性能を向上できるものである。

内燃機関のシステム構成を示す構成図である。 本発明が適用される内燃機関の制御装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施形態になる制御ブロック図である。 内燃機関のトルクと回転数に対応した放電エネルギを示す特性図である。 空気やＥＧＲガスからなる新規ガスの質量和と燃料の質量の比（ガス燃料比Ｇ/Ｆ）に対する電気エネルギ比の関係を示す特性図である。 有効ガス燃料比Ｇ／Ｆとエネルギ比の関係を示す特性図である。 空気の絶対湿度とエネルギ比の関係を示す特性図である。 冷却水温度とエネルギ比の関係を示す特性図である。 吸気温度とエネルギ比の関係を示す特性図である。 本発明の実施形態になる、図３に示す基本放電エネルギ算出部で実行する制御ステップを説明するための制御フローチャートである。 本発明の実施形態になる、図３に示す要求放電エネルギ算出部で実行する制御ステップを説明するための制御フローチャートである。 本発明の実施形態になる図３に示すエネルギ得失算出部で実行する制御ステップを説明するための制御フローチャートである。 本発明の実施形態になる図３に示す最終放電エネルギ算出部で実行する制御ステップを説明するための制御フローチャートである。 図１３に示す放電エネルギの決定を行なう制御ステップ（Ｓ４１）を説明するための制御フローチャートである。 ガス燃料比Ｇ／Ｆと燃料低減量の関係を示す特性図である。 本発明の実施形態に使用される点火コイルの構成を示す構成図である。 本発明の他の実施形態になる図３に示す補正放電エネルギ算出部で実行する制御ステップを説明するための制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態になる図３に示すエネルギ得失算出部で実行する制御ステップを説明するための制御フローチャートである。

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

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明するが、以下に示す実施形態に共通の構成を図１乃至図４を用いて説明する。

　図１は、自動車に使用される火花点火式内燃機関のシステム構成を示しており、ガソリン燃料を気筒内に直接噴射する筒内燃料噴射弁を備えている。

　内燃機関ＥＮＧは、火花点火燃焼を実施する自動車用の筒内噴射式内燃機関である。吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１と、吸気湿度検出手段である湿度センサ３と、吸気を過給するための過給機のコンプレッサ４ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ７と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル２が吸気管の各々の適宜位置に備えられている。

　ここで、湿度センサ３は相対湿度及び絶対湿度が検出可能なセンサである。また、内燃機関ＥＮＧには、各気筒のシリンダ１４の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタと記載する）１３と、点火エネルギを供給する点火装置（以下、点火コイル１６、点火プラグ１７）が気筒ごとに備えられている。また、気筒内に流入する混合気、または気筒内から排出する排気ガスを調整する可変バルブ５が、シリンダヘッドに備えられている。可変バルブ５を調整することにより、全気筒の吸気量および内部ＥＧＲ量を調整する。

　また、図示していないが燃料噴射装置１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によって燃料噴射装置１３と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。また、内燃機関のピストン位置を検知するためのクランク角度センサ１９が取り付けられている。クランク角度センサ１９の出力情報はＥＣＵ２０に送られる。

　更に、排気エネルギによって過給機のコンプレッサ４ａに回転力を与えるためのタービン４ｂと、タービンに流れる排気流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁１１と、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ９とが排気管１５の各々の適宜位置に備えられる。また、図示していないが内燃機関を巡る冷却水の温度を計測する温度センサ１８が備えられている。

　エアフローセンサ１、湿度センサ３、温度センサ１８と空燃比センサ９から得られる出力情報は、内燃機関を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１２から得られる出力情報がＥＣＵ２０に送られている。アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。

　ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力情報に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、内燃機関への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサの出力情報に基づいて、内燃機関の回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力情報から得られる内燃機関の運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等の内燃機関の主要な作動量を最適に演算する。

　ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火コイル１６に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。

　吸気管から吸気バルブを経てシリンダ１４内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、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１６から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げて内燃機関の駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管１５を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。

　このような内燃機関システムにおいて、次に本実施形態の詳細について説明する。図２は、本発明が適用される内燃機関の制御装置の構成を示す制御ブロックを示している。エアフローセンサ１からの空気量情報、湿度センサ３からの湿度情報、アクセル開度センサ１２からのアクセル踏込情報、クランク角センサ１９からの角度情報等の入力信号は、制御手段であるＥＣＵ２０の入力回路２１に入力される。但し、入力信号はこれらだけに限られるものではないので、適宜に追加して説明する。

　入力された各センサの入力信号は、入出力ポート２２内の入力ポートに送られる。入力ポート２２に送られた入力情報は、ＲＡＭ２３ｃに一時保管され、ＣＰＵ２３ａで、所定の制御プログラムにしたがって演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２３ｂに予め書き込まれている。

　制御プログラムにしたがって演算された内燃機関を制御する燃料噴射弁や点火コイルへの作動量を示す出力情報は、ＲＡＭ２３ｃに一時保管された後、入出力ポート２２内の出力ポートに送られ、夫々の駆動回路を経て燃料噴射弁や点火コイルへ送られる。尚、内燃機関にはこれら以外のアクチュエータも使用されているが、ここでは説明を省略する。

　本実施形態の場合は、駆動回路として点火制御部２４を示しており、点火制御部２４は、点火コイルへの通電時期や放電エネルギ量等を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に点火コイルへの通電時間や放電エネルギ量を制御するための点火制御部２４を備えているが、これに限るものではなく、点火制御部２４の一部、または、点火制御部２４の全てがＥＣＵ２０とは別の装置に実装されていても差し支えないものである。

　そして、ＥＣＵ２０は検出した空気量、クランク角、冷却水温、吸気温度、湿度等に応じて、点火プラグの放電エネルギを演算して適切なタイミング(通流時間や点火時期)に点火コイルへ通電して、気筒内の混合気に着火するものである。

　図３は、本発明の実施形態になる内燃機関の制御装置であるＥＣＵ２０内の点火制御部２４で実施される放電エネルギ制御の概要を示す制御ブロックである。

　基本放電エネルギ算出部２５は、アクセル開度センサ１２の出力情報から算出された要求トルクと、クランク角センサ１９の出力情報から算出された内燃機関の回転速度に基いて、基本電流エネルギ量と基本放電期間を算出する機能を備えている。基本放電エネルギ算出部で算出された基本放電エネルギ量と基本放電期間は、次段の要求放電エネルギ算出部２６に入力される。

　要求放電エネルギ算出部２６は、基本放電エネルギ算出部で算出された基本放電エネルギ量を、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ、冷却水温度、吸気温度、新気ガスの湿度等に基づいて補正して、要求放電エネルギ量を求める機能を備えている。ここで、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆは、新規ガス（空気とＥＧＲガス及び水蒸気等が混合された気体）の質量と燃料の質量の比である。要求放電エネルギ算出部２６で算出された要求放電エネルギ量は、次段のエネルギ得失算出部２７と、最終放電エネルギ算出部２８に入力される。

　エネルギ得失算出部２７は、要求放電エネルギ算出部で算出した要求放電エネルギ量を得るための電力に必要な燃料消費量（＝機械エネルギ消費量）の増加量と、混合気の濃度を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時の燃料低減量とから、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時の燃費の得失を算出する機能を備えている。このエネルギ得失算出部２７で得られる演算結果は、例えば、要求放電エネルギ量を補正する判断や、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを切り換える判断に使用されものであり、制御フラグとして設定される。

　最終放電エネルギ算出部２８は、要求放電エネルギ算出部２６で求められた要求放電エネルギ量を、エネルギ得失算出部２７で演算された制御フラグにしたがって補正して、最終放電エネルギ量を求めるものである。最終放電エネルギ算出部２８で算出された最終放電エネルギ量は、次段の放電エネルギ制御部２９に入力される。尚、ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御部３０には、最終放電エネルギ算出部２８から制御すべき目標ガス燃料比Ｇ／Ｆの情報が送られている。

　放電エネルギ制御部２９は、最終放電エネルギ量から点火コイルへの通電電流値、点火時期、通流時間、放電パターン等を制御して点火制御する機能を備えており、放電エネルギ制御部２９は点火コイルに一体化されている。尚、放電エネルギ制御部２９は点火制御部２４に含まれるように構成することもできる。

　また、ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御部３０は、最終放電エネルギ算出部２８から制御すべき目標ガス燃料比Ｇ／Ｆが送られてきており、この目標ガス燃料比Ｇ／Ｆにしたがってインジェクタ１３から噴射される燃料量を補正制御する機能を備えている。後述するように、エネルギ得失算出部２７で演算された制御フラグによって、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆが標準ガス燃料比Ｇ/Ｆ（例えば、理論混合気）か、或いはこれよりも新気ガス量が多いガス燃料比Ｇ／Ｆ（希薄混合気）に設定されるものである。

　本実施形態は図３に示す各制御ブロックを基本構成としており、以下、図３に示す各制御ブロックの詳細を説明する。ただ、その前に基本となる放電エネルギ量、及び外的な環境要因による影響を補正するための各種パラメータの補正値の求め方について説明する。

　図４は、内燃機関の運転状態に対応して作成したマップ上で基本放電エネルギ量を定める基本放電エネルギマップを示している。そして、内燃機関の出力が小さい状態から内燃機関の出力が大きい状態にかけて、基本放電エネルギ量は増加する方向にある。ただし、負荷（トルク）が低く、回転数が小さい条件では、気筒内の混合気の燃焼が不安定化しやすいため、特定の領域で基本放電エネルギが増加する特性とされている。ここで、基本放電エネルギ量のマップは基準温度Ｔｒｅｆ、乾燥空気の外気条件下で、実験やシミュレーションで構築したものである。尚、構築した図４に示す基本放電エネルギマップは、図２に示すＲＯＭ２３ｂに予め保存されている。

　図５は、内燃機関の運転条件（機関出力、機関回転数）を固定した条件において、横軸をガス燃料比Ｇ／Ｆとし、縦軸を「基本放電エネルギ量」と「目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる放電エネルギ量」との比である「放電エネルギ比」にしたマップである。この放電エネルギ比は、「目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる放電エネルギ量」を「基本放電エネルギ量」で除した値である。

　尚、図５では、放電エネルギ比としているが、これは「目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる放電エネルギ量」と「基本放電エネルギ量」の差としても差し支えないものである。

　そして、混合気の希釈度が大きい、つまりガス燃料比Ｇ／Ｆが大きくなるにつれて、要求される放電エネルギ量は増加するようになる。また、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆが大きくなって、気筒内の混合気の燃焼が不安定化する状態に近づくと要求放電エネルギ量は急激に増加するようになる。このように、混合気の目標希釈度（目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ）と放電エネルギの値は概ね正の相関性を有している。

　尚、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに対する要求放電エネルギの特性は、新規ガスが空気だけの場合と、空気とＥＧＲガスが混合された混合ガスの場合で異なるものである。一般的に、同じガス燃料比Ｇ／Ｆの条件であっても、新気ガスが空気だけの場合は、混合ガスがストイキ条件のＥＧＲガスの場合に比べて、要求される要求放電エネルギ量が少ないものである。

　これは、空気には酸素が含まれるため、酸素を含まないストイキ条件のＥＧＲガスよりも、燃料の燃焼反応性の低下が少ないことや、比熱が異なるため点火時期における温度が高くなるためである。尚、図５は特定の運転条件における特性であり、図２に示すＲＯＭ２３ｂには、複数の運転条件において同様の関係を定める放電エネルギ比マップを備えているものである。この放電エネルギ比マップも、実験やシミュレーションで求めたものである。

　図６は、内燃機関の運転条件（機関出力、機関回転数）を固定した条件において、図５と同様の「基本放電エネルギ量」と「目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる放電エネルギ量」との比である「放電エネルギ比」を示すマップである。この放電エネルギ比は、「目標ガス有効燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる放電エネルギ量」を「基本放電エネルギ量」で除した値である。ここで、有効ガス燃料比Ｇ／Ｆとは、新気ガスの組成(酸素、窒素、二酸化炭素等)の違いを考慮して計算する指標値である。

　例えば、空気とＥＧＲガスの混合ガスを考えた場合、有効ガス燃料比Ｇ／Ｆを「ＧｂＦｅｆｆ」とし、目標空燃比Ａ／Ｆを「ＡｂＦｔａｒ」とし、目標ＥＧＲ率を「ＥＧＲｔａｒ」、ＥＧＲに関する補正係数を「α」とすると、有効ガス燃料比Ｇ／Ｆは次の（１）式で計算できる。
ＧｂＦｅｆｆ＝ＡｂＦｔａｒ｛１＋αＥＧＲｔａｒ／（１－ＥＧＲｔａｒ）｝…（１）尚、図６では、放電エネルギ比としているが、図５でも説明したように「目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる放電エネルギ量」と「基本放電エネルギ量」の差としても差し支えないものである。

　そして、混合気の目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆが大きいと、要求される放電エネルギ量は増加する。また、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆが大きく、混合気の燃焼が不安定化する条件に近づくと、要求放電エネルギは急激に増加する。このように(１)式からわかるように、空気、ＥＧＲガス等のパラメータの影響を一つの指標値で扱うことができる。このため、それぞれのパラメータに対する放電エネルギの補正値をＥＣＵ２０に格納する場合に比べて、必要とするメモリ容量や、計算負荷を低減することができる。

　尚、図６は特定の運転条件における特性であり、図２に示すＲＯＭ２３ｂには、複数の運転条件において同様の関係を定める放電エネルギ比マップを備えているものである。この放電エネルギ比マップも、実験やシミュレーションで求めたものである。

　図７は、内燃機関の運転条件（機関出力、機関回転数）を固定した条件において、新気ガスの絶対湿度に対する放電エネルギ比の変化を示している。図７は、横軸を絶対湿度とし、縦軸を「絶対湿度０％での要求放電エネルギ量」を基準として「目標ガス燃料比Ｇ/Ｆの値が夫々「大」、「中」、「小」の場合の要求放電エネルギ量」との比である「放電エネルギ比」としたマップである。この放電エネルギ比は、「目標ガス有効燃料比Ｇ／Ｆを得るために必要となる放電エネルギ量」を「絶対湿度０％での要求放電エネルギ量」で除した値である。尚、図７においても、夫々の放電エネルギ量の差としても差し支えないものである。

　このように、新気ガス中の水分は、希釈ガスとして働くため、絶対湿度が高いほど、放電エネルギ量は増加する関係にある。したがって、ガス燃料比Ｇ／Ｆの条件によって、同じ湿度条件であっても要求放電エネルギ量は異なるものであり、ガス燃料比Ｇ／Ｆが大きいほど要求放電エネルギ量が大きくなる。図７は特定の運転条件における特性であり、図２に示すＲＯＭ２３ｂには、複数の運転条件において同様の関係を定める放電エネルギ比マップを備えているものである。この放電エネルギ比マップも、実験やシミュレーションで求めたものである。

　図８は、内燃機関の運転条件（機関出力、機関回転数）を固定した条件において、冷却水温に対する要求放電エネルギ量の変化を示している。図８は、横軸を冷却水温度とし、縦軸を「暖機状態での要求放電エネルギ量」を基準として、「目標ガス燃料比Ｇ/Ｆの値が夫々「大」、「中」、「小」の場合の要求放電エネルギ量」との比である「放電エネルギ比」としたマップである。この放電エネルギ比は、「目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを得るために必要となる放電エネルギ量」を「暖機状態での要求放電エネルギ量」で除した値である。尚、図８においても、夫々の放電エネルギ量の差としても差し支えないものである。ここで、上述の暖機状態は、概ね冷却水温が８０℃程度に達した状態を指すものである。

　冷却水温はシリンダ壁への冷却損失に影響を与え、冷却水温度が低いほど、放電中における火炎核から壁面への冷却損失が増加する。このため、冷却水温が低いほど要求放電エネルギ量は増加する関係にある。ガス燃料比Ｇ／Ｆの条件によって、同じ温度条件であっても要求放電エネルギ量は異なるものであり、ガス燃料比Ｇ／Ｆが大きいほど要求放電エネルギ量が大きくなる。図８は特定の運転条件における特性であり、図２に示すＲＯＭ２３ｂには、複数の運転条件において同様の関係を定める放電エネルギ比マップを備えているものである。この放電エネルギ比マップも、実験やシミュレーションで求めたものである。

　図９は、内燃機関の運転条件（機関出力、機関回転数）を固定した条件において、吸気温度に対する要求放電エネルギ量の変化を示している。図９では、横軸を吸気温度とし、縦軸を「標準大気条件での吸気温度の要求放電エネルギ量」を基準として、「目標ガス燃料比Ｇ/Ｆの値が夫々「大」、「中」、「小」の場合の要求放電エネルギ量」との比である「放電エネルギ比」としたマップである。この放電エネルギ比は、「目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを得るために必要となる放電エネルギ量」を「標準大気条件での吸気温度の要求放電エネルギ量」で除した値である。尚、図９においても、夫々の放電エネルギ量の差としても差し支えないものである。

　吸気温度は、周囲ガスへの冷却損失や、放電中の火炎核の成長、及び燃焼反応速度に影響を与える。具体的には、吸気温度が低いほど、冷却損失が増加し、また、火炎核の成長速度が低下するので発熱速度が低下する。このため、吸気温度が低いほど、要求放電エネルギ量は増加する傾向にある。ガス燃料比Ｇ／Ｆの条件によって、同じ吸気温度条件であっても要求放電エネルギ量は異なるものであり、ガス燃料比Ｇ／Ｆが大きいほど要求放電エネルギ量が大きくなる。図９は特定の運転条件における特性であり、図２に示すＲＯＭ２３ｂには、複数の運転条件において同様の関係を定める放電エネルギ比マップを備えているものである。この放電エネルギ比マップも、実験やシミュレーションで求めたものである。

　次に、図３に示す本実施形態の各制御ブロックの詳細を説明するが、基本的にはＥＣＵ２０に搭載された、マイクロコンピュータシステムの制御プログラムで実行される機能であるので、以下ではその制御フローチャートに基づき説明する。

　≪基本放電エネルギ算出部≫図１０は、図３の基本放電エネルギ算出部２５で実行される演算処理の制御フローを示している。

　［ステップＳ１０］ステップＳ１０においては、アクセル踏込量から決まる要求トルク及び内燃機関の回転数から基本放電エネルギ量を演算する。この制御ステップでの演算においては、図４に示すような内燃機関の回転数と内燃機関のトルクとで、予め定められた基本放電エネルギマップから求めることができる。基本放電エネルギ量が求まるとステップＳ１１に移行する。

　［ステップＳ１１］ステップＳ１１においては、要求トルク及び内燃機関の回転数から基本放電期間を決定する。この演算においても、基本放電エネルギ量を演算する方法と同様に、内燃機関の回転数と要求トルクとで、予め定められた基本放電期間マップから求めることができる。

　この制御フローで求められた基本放電エネルギ量と基本放電期間は、次段の要求放電エネルギ算出部に送られ、各種の外的な環境要因を表すパラメータ(外乱)に基づいて補正演算されて要求放電エネルギ量が算出される。

　≪要求放電エネルギ算出部≫図１１は、図３の要求放電エネルギ算出部２６で実行される演算処理の制御フローを示している。

　［ステップＳ２０］ステップＳ２０においては、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに対応する放電エネルギ補正値を決定する。これは、図５に示したような放電エネルギ比マップから得られた放電エネルギ比を利用して求めることができる。つまり、運転状態に対応して定められた放電エネルギ比マップから、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに対応した放電エネルギ比を求めればよく、この放電エネルギ比で基本放電エネルギ量を補正して、要求放電エネルギ量を求めるものである。

　尚、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆの代わりに、図６に示す目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに対応する放電エネルギ比マップを使用することも可能である。これについては図１７で説明する。また、図７～図９に示すような外的な環境要因である湿度、冷却水温度、吸気温度についても同様である。目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに対応する放電エネルギ比が求まるとステップＳ２１に移行する。

　［ステップＳ２１］ステップＳ２１においては、湿度センサで検出した新気ガスの湿度に対応する放電エネルギ補正値を決定する。これは、図７に示したような放電エネルギ比マップから得られた放電エネルギ比を利用して求めることができる。ここでは、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ毎の湿度に対応する放電エネルギ比から補正値を求めている。尚、マップの記憶容量を低減する場合は、複数のガス燃料比Ｇ／Ｆ毎のデータ間を補間することで、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ毎の間の補正値を求めることができる。湿度に対応する放電エネルギ比が求まるとステップＳ２２に移行する。

　［ステップＳ２２］ステップＳ２２においては、冷却水温度に対応する放電エネルギ補正値を決定する。これは、図８に示したような放電エネルギ比マップから得られた放電エネルギ比を利用して求めることができる。ここでも、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ毎の冷却水温度に対応する放電エネルギ比から補正値を求めている。また、ステップＳ２１の説明にあるように、マップの記憶容量を低減する場合は、複数のガス燃料比Ｇ／Ｆ毎のデータ間を補間することで、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ毎の間の補正値を求めることができる。冷却水温に対応する放電エネルギ比が求まるとステップＳ２３に移行する。

　［ステップＳ２３］ステップＳ２３においては、吸気温度温に対応する放電エネルギ補正値を決定する。これは、図９に示したような放電エネルギ比マップから得られた放電エネルギ比を利用して求めることができる。ここでは、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ毎の吸気温度に対応する放電エネルギ比から補正値を求めている。同様に、ステップＳ２１の説明にあるように、マップの記憶容量を低減する場合は、複数のガス燃料比Ｇ／Ｆ毎のデータ間を補間することで、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ毎の間の補正値を求めることができる。冷却水温に対応する放電エネルギ比が求まるとステップＳ２４に移行する。

　［ステップＳ２４］ステップＳ２４においては、ステップＳ２０～Ｓ２３で求めた夫々の補正値から要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）を決定する。ここで、ステップＳ２０～Ｓ２３では補正値が放電エネルギ比で与えられているので、基本放電エネルギ量と、これらの補正値を加算した総補正値の積で、要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）が求められている。尚、放電エネルギ比の代わりに、放電エネルギ比を求める夫々の放電エネルギ量の差分とした補正量の場合は、基本要求エネルギ量と、これらの補正量を加算した総補正量を加算して、要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）を求めることができる。

　このように、放電後の火炎核の形成に影響を与える外乱を考慮して要求放電エネルギ量を求めることができる。したがって、様々な条件で変化する目標ガス燃料比Ｇ／Ｆの状態であっても、安定燃焼を実現できる要求放電エネルギの設定ができるため、放電後の火炎核の形成の失敗による失火等の発生を抑制することができるようになる。

　この制御フローで求められた要求放電エネルギ量は、次段のエネルギ得失算出部２７、及び最終放電エネルギ算出部２８に送られる。

　≪エネルギ得失算出部≫図１２は、図３のエネルギ得失算出部２７で実行される演算処理の制御フローを示している。

　［ステップＳ３０］ステップＳ３０においては、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御する場合の燃料低減量ΔＦＣ１を算出する。目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御する場合の燃料低減量（ΔＦＣ１）は、図１５に示すような関係から決めることができる。燃料低減量ΔＦＣ１は運転条件や内燃機関の特性にも依存するが、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを増加(希薄方向)させることで燃料低減量は増加し、所定の目標ガス燃料比Ｇ／Ｆをこえると飽和する傾向にある。

　目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御する時の１時間当たりの燃料低減量（ＦＲ）［ｇ／ｋＷｈ］から、単位時間(１秒)当りの削減可能な燃料低減量（ΔＦＣ１）［ｇ／ｓ］は、内燃機関の出力（Ｗｅ）［Ｗ］とした時、以下の（２）式で与えられる。
ΔＦＣ１＝ＦＲ×Ｗｅ／３６００……（２）ここで、求められた燃料低減量Δ（ＦＣ１）は、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆから決まる燃料低減量となる。燃料低減量（ΔＦＣ１）が求まると次のステップＳ３１に移行する
　［ステップＳ３１］次にステップＳ３１においては、要求放電エネルギ量を得るために必要な燃料増加量（ΔＦＣ２）を算出する。機械効率を例えば、投入エネルギ量に対する点火のための放電エネルギ量の転換効率（コイル効率）ηｃｏ、内燃機関の熱効率ηｉ、ベルト伝達効率ηｔ、オルタネータ発電効率ηａ、バッテリ充電効率ηｃ、バッテリからの供給効率ηｓとしたとき、要求放電エネルギ量ＤＣＥＲ［Ｊ］を得るために一燃焼サイクル当りで必要とされるエネルギ消費量Ｑｃ［Ｊ］は、１回の放電当り以下の（３）式で与えられる。
Ｑｃ＝ＤＣＥＲ ×ηｓ×ηｃ×ηａ×ηｔ×ηｉ……（３）今、ガソリンの発熱量ｑｇ［Ｊ／ｇ］とすると、内燃機関の回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］とした場合、一気筒の放電によって、１秒間に消費される燃料増加量Δ（ＦＣ２）［ｇ／ｓ］は、以下の（４）式で与えられる。
ΔＦＣ２＝｛Ｎｅ×（Ｑｃ／ｑｇ）｝／１２０……（４）ここで、求められた燃料増加量Δ（ＦＣ２）は、上述した機械的効率から決まる機械的エネルギ消費量に対応する燃料増加量となる。燃料増加量（ΔＦＣ２）が求まると次のステップＳ３２に移行する。

　［ステップＳ３２］ステップＳ３２においては、ステップＳ３０求めた燃料低減量（ΔＦＣ１）と、ステップＳ３１求めた燃料増加量（ΔＦＣ２）の大小関係を比較する。そして、燃料低減量（ΔＦＣ１）が燃料増加量（ΔＦＣ２）に比べて大きい場合は、ステップ３３に移行する。一方、燃料増加量（ΔＦＣ２）が燃料低減量（ΔＦＣ１）に比べて大きい場合は、ステップＳ３４に移行する。

　このような判断を行なうのは、燃料低減量（ΔＦＣ１）が大きいと目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを大きくして燃費を向上することができ、燃料増加量（ΔＦＣ２）が大きいと放電エネルギ量を小さくし、これに合せて目標ガス燃料比Ｇ／Ｆも小さくして混合気を濃くし、失火を避けるようにするためである。これについては後述する。

　［ステップＳ３３、Ｓ３４］そして、上述の判断結果にしたがって、ステップＳ３３においては、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）を「ＯＮ」に設定し、ステップＳ３４では、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）を「ＯＦＦ」に設定する。

　以上の制御フローを実行することで、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した場合の燃料低減量と、要求放電エネルギ量を得るために必要な燃料増加量を比較して、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆで内燃機関を動作させた場合に、総合的な燃費低減が実現できるか否か判断することができる。

　これによって、最終的に目標ガス燃料比Ｇ／Ｆで内燃機関を動作するように移行することができる。このように、総合的に燃費低減が実現できるときだけ、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを大きくした制御を実施することができ、燃費性能の向上を図ることができるようになる。この制御フローで求められた得失結果は、次段の最終放電エネル算出部２８に送られる。

　≪最終放電エネルギ算出部≫図１３は、図３の最終放電エネルギ算出部２８で実行される演算処理の制御フローを示している。

　［ステップＳ４０］ステップＳ４０においては、新気ガスの吸気温度、湿度等に基づいて基本放電エネルギ算出部２５で求められた基本放電エネルギ量を補正して補正基本放電エネルギ量（ＭＦＤＥ）を決定する。この補正基本放電エネルギ量（ＭＦＤＥ）は、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに切り替えない場合の放電エネルギ量である。したがってこの補正演算では目標ガス燃料比Ｇ／Ｆによる補正は行わないものである。この補正基本放電エネルギ量（ＭＦＤＥ）が求まると、ステップＳ４１に移行する。

　［ステップＳ４１］ステップＳ４１においては、ステップＳ４０で求めた補正基本放電エネルギ量（ＭＦＤＥ）と、図１１のステップＳ２４で求めた要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）に基づき、点火コイルへのエネルギ投入量を決定する。この制御ステップＳ４１の詳細は、図１４に示している制御フローで説明する。ステップＳ４１の演算が終了するとステップＳ４２に移行する。

　［ステップＳ４２］ステップS４２においては、エネルギ損失算出部２７で求めた目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）が、「ＯＮ」か、或いは「ＯＦＦ」かの判断を実行する。目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）が「ＯＮ」の場合は、ステップＳ４３に移行し、ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）が「ＯＦＦ」の場合は、ステップＳ４４に移行する。

　［ステップＳ４３］目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）が「ＯＮ」の場合は、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆへの変更を行なうように設定する。これによって、混合気が希薄状態に制御されて燃費が向上されるようになる。

　［ステップＳ４４］一方、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）が「ＯＦＦ」の場合は、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆへの変更を実行しないので、ステップＳ４４においては、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを標準ガス燃料比Ｇ／Ｆ、例えば、理論空燃比に設定する。したがって、放電エネルギ量を低減しても着火できる環境とすることができる。

　次に、ステップＳ４１で実行される点火コイルへの放電エネルギ量の決定方法について、図１４を用いて詳細に説明する。

　［ステップＳ５０］ステップＳ５０においては、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）がＯＮかＯＦＦかを判断する。ＯＦＦの場合はステップＳ５５に移行し、ＯＮの場合は、ステップＳ５１に移行する。

　［ステップＳ５１］ステップＳ５１では、回転数に基づく放電期間（ＤＣＤＲ）の演算を実行する。定性的には回転数が高い場合は、ピストンの移動速度に合わせて気筒内の混合気の流動が強化されることで、放電中の再放電が生じて実質的な放電期間が短くなることや、点火に適切なピストン位置にピストンが存在する期間が回転数の増加と共に短くなることを考慮して、放電エネルギを供給する期間を決めている。

　定性的には、放電期間を回転数に応じて短くするように設定すれば良く、例えば、内燃機関の回転数１０００ｒｐｍにおける基準放電時間Ｔｒｅｆ［ｓｅｃ］をＥＣＵ２０のＲＯＭ２３ｂに記憶し、これを基準にして演算の対象となる回転数Ｎｅから以下の（５）式ように演算して放電期間（ＤＣＤＲ）を求めることができる。
ＤＣＤＲ＝（Ｔｒｅｆ×１０００）／Ｎｅ……（５）放電期間（ＤＣＤＲ）が求まるとステップＳ５２に移行する。

　［ステップＳ５２］
　ステップＳ５２においては、搭載されている点火コイル１６を用いて、放電期間（ＤＣＤＲ）と同じ期間内に、発生することができる最大放電エネルギ量（ＤＣＥＭ）を演算する。これは、搭載されている点火コイル１６の設計仕様から求めることができる。最大放電エネルギ量（ＤＣＥＭ）が求まるとステップＳ５３に移行する。

　［ステップＳ５３］ステップＳ５３においては、ステップＳ５２で求めた最大放電エネルギ量（ＤＣＥＭ）と、図１１のステップＳ２４で求めた要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）とを比較する。この制御ステップで、最大放電エネルギ量（ＤＣＥＭ）が大きいと判断されるとステップＳ５６に移行し、要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）が大きいと判断されるとステップＳ５４に移行する。

　［ステップＳ５４］ステップＳ５３での判定で、要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）が大きい場合は、要求放電エネルギ量による放電が実現できないことを示している。したがって、ステップＳ５４では、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）をＯＦＦに設定し直すようにしている。目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）をＯＦＦにするとステップＳ５５に移行する。

　［ステップＳ５５］ステップＳ５５においては、ステップＳ５０、及びステップＳ５４で目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御実施フラグ（ＣＦ＿ＧｂＦ）がＯＦＦとされているので、図１３のステップＳ４０で求めた補正基本放電エネルギ量（ＭＦＤＥ）を、最終放電エネルギ量として設定する。
この最終放電エネルギ量（＝補正基本放電エネルギ量）は、図１３のステップＳ４３で説明したように標準ガス燃料比Ｇ／Ｆに対応したものである。したがって、混合気の濃度が標準ガス燃料比Ｇ／Ｆに設定されているので、最終放電エネルギ量が小さくても着火することが可能である。この結果、失火が発生する可能性がある過大なガス燃料比Ｇ／Ｆにおける動作を避けることができる。補正基本放電エネルギ量（ＭＦＤＥ）が設定されるとステップＳ５７に移行する。

　［ステップＳ５６］ステップＳ５３で、要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）より最大放電エネルギ量（ＤＣＥＭ）が大きいと判断されると、要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）で放電することが可能と見做して、判断ステップＳ５６では、要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）を、最終放電エネルギ量として設定する。最終放電エネルギ量が設定されるステップＳ５７に移行する。

　［ステップＳ５７］ステップＳ５７においては、点火プラグでの放電後の放電エネルギの追加供給が必要か否かの判断するための放電可能エネルギ量（ＤＥＮＯ）を演算する。本制御テップでは、放電開始後の追加電流無しで、放電期間（ＤＣＤＲ）の間に放電可能な放電可能エネルギ量（ＤＥＮＯ）を演算する。放電可能エネルギ量（ＤＥＮＯ）は、点火コイルの設計仕様と、放電前の１次コイルに流す電流量及び放電期間（ＤＣＤＲ）から求めることができる。
放電可能エネルギ量（ＤＥＮＯ）の演算が完了するとステップＳ５８に移行する。

　尚、このような放電エネルギの追加ができる点火コイルの例を図１６に示している。通常の点火コイルは、放電前に1次側コイルに通電して電気エネルギを充填し、点火制御装置によって１次側コイルに流れる電流を遮断する。この結果、コイルを通過する磁束が変化し、２次側コイルに高い電圧が生じ、点火プラグ１７のプラグギャップに放電が生じるものである。

　一方、図１６に示す点火コイルは、１次側コイルが第１コイル１６ＰＡと、付加コイルである第２コイル１６ＰＢの２つのコイルで構成されており、例えば第１コイル１６ＰＡと第２コイル１６ＰＢの電流を遮断した後に、第２コイル１６ＰＢに形成される磁束を増加させるように追加電流を流すことで、２次側コイル１６Ｓに流れる電流を第２コイル１６ＰＢに追加電流を流さない場合に比べて、増加させることができる。

　［ステップＳ５８］ステップＳ５７で放電可能エネルギ量（ＤＥＮＯ）が求まると、ステップＳ５８では、追加電流無しで放電可能な放電可能エネルギ量（ＤＥＮＯ）と、最終放電エネルギ量である要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）を比較する。要求放電エネルギ（ＤＣＥＲ）の方が大きい場合は、ステップＳ５９に移行し、放電エネルギ（ＤＥＮＯ）の方が大きい場合は、ステップＳ６１に移行する。

　［ステップＳ５９］ステップＳ５９においては、点火コイルの２次側に発生させる目標電流値を決定する。ここでは、定常状態で想定される２次側の放電電圧Ｖｇと要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）、及び放電期間（ＤＣＤＲ）から、目標電流値（Ｉｔａｒ）を以下の（６）式の演算で決めることができる。
Ｉｔａｒ＝ＤＣＥＲ／（ＤＣＤＲ×Ｖｇ）……（６）目標電流値（Ｉｔａｒ）が求まるとステップＳ６０に移行する。

　［ステップＳ６０］ステップＳ６０においては、ステップＳ５９で求めた目標電流値（Ｉｔａｒ）を放電期間（ＤＣＤＲ）、またはこれ以上の期間に流せるように、図１６に示すような１次側コイル１６の第２コイル１６ＰＢの通電時間と追加電流パターン（時間変化）を決定する。この第２コイル１６ＰＢの通電時間と追加電流パターン（時間変化）が決定されるとエンドに抜けてこの制御フローを終了するものである。このように、本制御ステップでは、放電エネルギが回転数と正の相関を持つように追加電流の電流量を制御している。

　［ステップＳ６１、Ｓ６２］ステップＳ５８で要求放電エネルギ量（ＤＣＥＲ）が追加電流無しで放電可能な放電エネルギ量（ＤＥＮ０）よりも小さいと判断されているので、ステップＳ６１においては、追加電流無しで最終放電エネルギ量を得るため、放電前の１次コイルへの通電時間を演算する。放電前の電流通電時間の増加に応じて放電エネルギ量は増加する関係にあり、またこの関係はコイルの特性として実験的に決定ができ、かつ、これらの関係はＥＣＵ２０に予め保存することができる。その後、ステップＳ６２に進み、通電後に１次コイル側に通電する電流量を「０」とする。

　尚、ステップＳ５５で求めた最終放電エネルギ量としての補正基本放電エネルギ量（ＭＦＤＥ）もステップＳ６１と同じ手法で通電時間を算出されるものである。

　≪放電エネルギ制御部、Ｇ/Ｆ制御部≫
　図１３に示す制御フロー（＝最終放電エネルギ算出部２８）で求められた、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆの情報はＧ/Ｆ制御部３０に与えられ、インジェクタ１３からの燃料噴射量を制御して目標ガス燃料比Ｇ／Ｆが得られるようにする。同様に、最終放電エネルギ量の情報は放電エネルギ制御部に与えられ、点火コイルの一次側に流れる一次電流の通流時間や点火時期を制御する。

　以上のような制御プロセスを実行することで、内燃機関の回転数で変化する気筒内混合気の流動の影響を考慮して適切な放電期間を設定でき、また１次側コイルの一部に放電後に追加電流を通電することで、２次側コイルに発生させる電流量を適切に制御することができる。これによって、無駄な通電状態が是正されて、点火コイルの昇温による悪影響や、大電流が流れることによる点火プラグの消耗を抑制することができる防ぐことが出来る。

　次に本発明の第２の実施形態を説明するが、第１の実施形態と異なっている点は、パラメータを目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに対して、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに置き換えたことである。したがって、要求放電エネルギ算出部２６で実行される図１１に示す制御フロー、及びエネルギ得失算出部２７実行される図１２に示す制御フローが異なっているものであり、これ以外は第１の実施形態と同様である。以下、夫々の算出部の詳細について説明する。

　≪要求放電エネルギ算出部２６≫図１７には、図３の要求放電エネルギ算出部２６で実行される第２の制御フローを示している。

　［ステップＳ７０］ステップＳ７０においては、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆ、及び湿度から目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆを決定する。これは、湿度センサ３によって検出した湿度も含めてガス量として見做し、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆを達成した場合に気筒内に形成されるガス燃料比Ｇ／Ｆを評価し直して目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆとしたものである。

　目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆを「ＧｂＦｅｆｆ」とし、目標空燃比Ａ／Ｆを「ＡｂＦｔａｒ」とし、目標ＥＧＲ率を「ＥＧＲｔａｒ」、ＥＧＲに関する補正係数を「α」、絶対湿度を「ＡＨ」、湿度に関する補正係数を「β」とすると、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆは次の（７）式で計算できる。
ＧｂＦｅｆｆ＝ＡｂＦｔａｒ（１＋αＥＧＲｔａｒ／（１－ＥＧＲｔａｒ）＋βＡＨ）……（７）そして、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆが求まるとステップＳ７１に移行する。

　［ステップＳ７１］
　ステップＳ７１においては、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに対応する放電エネルギ補正値を決定する。これは、先に図６に示したような放電エネルギ比マップから得られた放電エネルギ比を利用して求めることができる。つまり、運転状態に対応して定められた放電エネルギ比マップから、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに対応した放電エネルギ比を求めればよく、この放電エネルギ比で基本放電エネルギ量を補正して、要求放電エネルギ量を求めるものである。放電エネルギ補正値が求まると次のステップに移行する。

　［ステップＳ７２］、［ステップＳ７３］、［ステップＳ７４］ステップＳ７２は図１１のステップＳ２２に対応し、ステップＳ７３は図１１のステップＳ２３に対応し、ステップＳ７４は図１１のステップＳ２４に対応しているので、説明は省略する。

　このように目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆを設定し、これに対応した放電エネルギ比を求めることで、目標ガス燃料比Ｇ／Ｆと湿度とに分けて設定していた放電エネルギ比マップを一つの放電エネルギ比マップに統合することができるため、ＥＣＵ２０のＲＯＭ２６ｄのメモリ容量を削減することができる。

　≪エネルギ得失算出部２７≫図１８には、図３のエネルギ得失算出部２７で実行される第２の制御フローを示している。

　［ステップＳ８０］ステップＳ８０においては、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御する場合の燃料低減量ΔＦＣ１を算出する。目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御する場合の燃料低減量（ΔＦＣ１）は、図１５に示すような関係から決めることができる。燃料低減量ΔＦＣ１は運転条件や内燃機関の特性にも依存するが、目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆを増加(希薄方向)させることで燃料低減量は増加し、所定の目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆをこえると飽和する傾向にある。

　目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御する時の１時間当たりの燃料低減量（ＦＲＥ）［ｇ／ｋＷｈ］から、単位時間(１秒)当りに削減可能な燃料低減量（ΔＦＣ１）［ｇ／ｓ］は、内燃機関の出力（Ｗｅ）［Ｗ］とした時、以下の（８）式で与えられる。
ΔＦＣ１＝ＦＲＥ×Ｗｅ／３６００……（８）燃料低減量（ΔＦＣ１）が求まると次のステップに移行する。

　［ステップＳ８１］、［ステップＳ８２］、［ステップＳ８３］、［ステップＳ８４］ステップＳ８１は図１２のステップＳ３１に対応し、ステップＳ８２は図１２のステップＳ３２に対応し、ステップＳ８３は図１２のステップＳ３３に対応し、ステップＳ８４は図１２のステップＳ３４に対応しているので、説明は省略する。

　このように、第１の実施形態の作用、効果に加えて、内燃機関の燃料低減量の演算に目標有効ガス燃料比Ｇ／Ｆを用いることで、第１の実施形態に比べてマップデータ等の低減を図ることができるようになる。

　以上の通り、本発明の第１の特徴によれば、点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイルと、点火コイルに放電電圧を発生させる放電電圧発生部と、放電電圧発生部で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める基本放電エネルギ算出手段を有する点火制御手段を備え、点火制御手段は、内燃機関の気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御するのに必要となる放電エネルギ量を、外的な環境要因によって定まる気筒内の混合気の状態に対応して、基本放電エネルギ算出手段で求められた基本放電エネルギ量を補正して求める放電エネルギ補正手段を備える、構成とした。

　これによれば、外的な環境要因（外乱）を考慮した上で、目標とするガス燃料比Ｇ／Ｆに制御するために必要となる放電エネルギ量を正確に求めることができる。

　また、本発明の第２の特徴によれば、点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイルと、点火コイルに放電電圧を発生させる放電電圧発生部と、放電電圧発生部で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める基本放電エネルギ算出手段を有する点火制御手段を備え、点火制御手段は、内燃機関の気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御することで得られる燃料低減量が、点火プラグでの放電を行なうために必要となる電力のために消費される燃料消費量を上回る場合は、基本放電エネルギ算出手段で求めた基本放電エネルギ量を増加補正する放電エネルギ補正手段を備える、構成とした。

　これによれば、希釈燃焼による燃料低減量が点火プラグの放電を行なうために必要となる放電エネルギを得るために増加する燃料消費量を上回る場合に、放電エネルギ量を増加するので、希釈された混合気の燃焼を安定化させることができ、また、燃費性能を向上できるものである。

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

　１…エアフローセンサ、２…電子制御スロットル、３…湿度センサ、４…過給機、４ａ…コンプレッサ、４ｂ…タービン、５…可変バルブ、６…吸気マニホールド、７…インタークーラ、９…空燃比センサ、１０…三元触媒、１１…ウェイストゲート弁、１２…アクセル開度センサ、１３…インジェクタ、１４…シリンダ、１５…排気管、１６…点火コイル、１７…点火プラグ、１８…冷却水温センサ、１９…クランク角センサ、２０…ＥＣＵ、２１…入力回路、２２…入出力ポート、２３ａ…ＣＰＵ、２３ｂ…ＲＯＭ、２３ｃ…ＲＡＭ、２４…点火制御部、２５…基本放電エネルギ算出部、２６…要求放電エネルギ算出部、２７…エネルギ得失算出部、２８…最終放電エネルギ算出部、２９…放電エネルギ制御部、３０…ガス燃料比Ｇ／Ｆ制御部。

Claims (9)

1. 　点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイルと、
   　前記点火コイルに放電電圧を発生させる放電電圧発生部と、
   　前記放電電圧発生部で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める基本放電エネルギ算出手段を有する点火制御手段を備え、
   　前記点火制御手段は、前記内燃機関の気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる放電エネルギ量を、外的な環境要因によって定まる前記気筒内の混合気の状態に対応して、前記基本放電エネルギ算出手段で求められた前記基本放電エネルギ量を補正して求める放電エネルギ補正手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 　点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイルと、
   　前記点火コイルに放電電圧を発生させる放電電圧発生部と、
   　前記放電電圧発生部で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める基本放電エネルギ算出手段を有する点火制御手段を備え、
   　前記点火制御手段は、前記内燃機関の気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御することで得られる燃料低減量が、前記点火プラグでの放電を行なうために必要となる電力のために消費される燃料消費量を上回る場合は、前記基本放電エネルギ算出手段で求めた前記基本放電エネルギ量を増加補正する放電エネルギ補正手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 　点火プラグに放電火花を発生させるための放電電圧を誘起する点火コイルと、
   　前記点火コイルに放電電圧を発生させる放電電圧発生部と、
   　前記放電電圧発生部で発生させる基本放電エネルギ量を内燃機関の運転条件に応じて定める基本放電エネルギ算出手段を有する点火制御手段を備え、
   　前記点火制御手段は、前記内燃機関の気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御した時に必要となる最終放電エネルギ量を、外的な環境要因によって定まる前記気筒内の混合気の状態に対応して、前記基本放電エネルギ算出手段で求められた前記基本放電エネルギ量を補正して求めると共に、前記気筒内の混合気を目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御することで得られる燃料低減量が、前記点火プラグでの放電を行なうために必要となる電力のために消費される燃料消費量を上回る場合は、補正された前記基本放電エネルギ量を増加補正して前記最終放電エネルギ量とする放電エネルギ補正手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 　請求項１或いは請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   　前記基本放電エネルギ算出手段は、前記内燃機関の回転数と要求トルクから前記基本放電エネルギ量を求めると共に、
   　前記放電エネルギ補正手段は少なくとも前記外的な環境要因として前記目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに基づいて前記基本放電エネルギ量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 　請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   　前記放電エネルギ補正手段は、前記基本放電エネルギ量を、前記目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに加えて、前記外的な環境要因として新気ガスの湿度、吸気温度、前記内燃機関の冷却水の少なくとも１つ以上に基づいて補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 　請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   　前記放電エネルギ補正手段によって前記基本放電エネルギ量が増加補正された場合、前記気筒内の混合気を量論混合比よりも希薄側の前記目標ガス燃料比Ｇ／Ｆに制御するガス燃料比制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 　請求項２或いは請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   　前記放電エネルギ補正手段によって、補正された前記基本放電エネルギ量が増加補正されない場合、前記気筒内の混合気を量論混合比に制御するガス燃料比制御手段を備えている
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 　請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
   　前記点火コイルの１次コイルには、２次コイルに放電電圧が発生した後に、前記２次コイルに発生する放電電流を増加させる追加電流が流される付加コイルが設けられており、
   　前記放電エネルギ補正手段は、前記内燃機関の回転数から定まる放電期間の間に追加電流を流さない場合の放電可能エネルギ量を求めると共に、前記最終放電エネルギ量が前記放電可能エネルギ量を超えない場合は、前記付加コイルに追加電流を流す制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 　請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   　前記目標ガス燃料比Ｇ／Ｆは、前記気筒内に吸入される空気及び排気ガス及び湿度を含む新気ガスと燃料から決められていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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