(57)【要約】【課題】火花点火式内燃機関の始動時において、点火コイルの過剰な昇温を抑制しながら、混合気の良好な着火燃焼を実現する。【解決手段】電源電圧を点火コイルに印加して点火コイルに通電し、その後内燃機関の回転軸が点火タイミングに相当する角度に回転したことを検出したときに点火コイルへの通電を遮断し、これにより生じる誘導電圧を点火プラグの電極に印加してその電極間に放電を惹起する火花点火式の内燃機関を制御するものであって、内燃機関の始動時または内燃機関の回転速度が所定以下の低速時において、現在の電源電圧及び内燃機関の回転速度に応じて、火花点火のために点火コイルへの通電を開始する時点を調整する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を点火コイルに印加して点火コイルに通電し、その後内燃機関の回転軸が点火タイミングに相当する角度に回転したことを検出したときに点火コイルへの通電を遮断し、これにより生じる誘導電圧を点火プラグの電極に印加してその電極間に放電を惹起する火花点火式の内燃機関を制御するものであって、
内燃機関の始動時または内燃機関の回転速度が所定以下の低速時において、現在の電源電圧及び内燃機関の回転速度に応じて、火花点火のために点火コイルへの通電を開始する時点を調整する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施するまでの期間中、点火コイルへの通電を開始する時点を、内燃機関の回転軸がある所定の角度に回転した時点に固定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
点火コイルへの通電の開始後、上限時間が経過してもなお内燃機関の回転軸が点火タイミングに相当する角度に回転したことを検出できないとき、点火コイルへの通電を遮断することとし、
内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施した後の前記上限時間を、火花点火を所定回数実施するまでの期間中における前記上限時間よりも短く設定する請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される火花点火式内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式の内燃機関において、気筒に充填された混合気に点火するための点火プラグは、点火コイルにて発生する誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で絶縁破壊による放電を惹起する。
【０００３】
点火コイルに通電する電気回路上には、半導体スイッチング素子を有するイグナイタが設けられている。イグナイタの半導体スイッチを点弧する（ＯＮ状態（導通状態）とする）と、点火コイルの一次側に電流が流れる。一次側コイルを流れる一次電流は、半導体スイッチを点弧している間逓増する。その後、然るべき火花点火のタイミングにて半導体スイッチを消弧する（ＯＦＦ状態（非導通状態）とする）と、一次電流が遮断された瞬間の自己誘導作用により点火コイルの一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と磁気回路及び磁束を共有する二次側コイルにさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグの中心電極に印加されることで、中心電極と接地電極との間に放電が発生する。
【０００４】
停止していた内燃機関を始動するクランキング中や、始動直後の内燃機関の回転速度が低い状況では、点火コイルへの通電を開始する点弧時点、及びその通電を遮断する消弧時点を、内燃機関の回転軸であるクランクシャフトに付設されたクランク角センサ（エンジン回転センサ）の出力するパルス信号に完全に同期させている。具体的には、クランク角信号により示されるクランク角度（ＣＡ）に従い、対象の気筒の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前から当該気筒に付随する点火コイルへの通電を開始し、圧縮上死点にて同点火コイルへの通電を遮断、当該気筒における火花点火を実行している。
【０００５】
内燃機関の回転速度が低いと、クランクシャフトが３０°ＣＡ回転するのに要する時間が長くなる。ひいては、点火コイルに長時間通電し続けることになる。その帰結として、点火コイルが過剰に発熱し、点火コイルやその周辺の電気回路または素子に熱害をもたらす（接合用のはんだが溶損する、半導体スイッチが機能不全に陥る等）ことが懸念される。
【０００６】
このような問題を回避する手立てとしては、点火コイルの温度をセンシングし、異常な高温となったときに点火コイルへの通電を強制的に遮断する機能を実装することが考えられる（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００７】
しかしながら、点火コイルへの通電の強制遮断により、点火プラグで火花放電が起こるタイミングが、本来あるべき点火タイミングよりも進角化する。さすれば、混合気の着火燃焼が上手くゆかずに、内燃機関の始動遅延や始動不良を招くおそれが生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−３３５５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、火花点火式内燃機関の始動時において、点火コイルの過剰な昇温を抑制しながら、混合気の良好な着火燃焼を実現することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、電源電圧を点火コイルに印加して点火コイルに通電し、その後内燃機関の回転軸が点火タイミングに相当する角度に回転したことを検出したときに点火コイルへの通電を遮断し、これにより生じる誘導電圧を点火プラグの電極に印加してその電極間に放電を惹起する火花点火式の内燃機関を制御するものであって、内燃機関の始動時または内燃機関の回転速度が所定以下の低速時において、現在の電源電圧及び内燃機関の回転速度に応じて、火花点火のために点火コイルへの通電を開始する時点を調整する内燃機関の制御装置を構成した。なお、ここに言う「内燃機関の始動時」は、停止していた内燃機関の始動のためのクランキング中、及び／または、クランキングを完了した始動直後の時期を含む。
【００１１】
内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施するまでの期間中は、点火コイルへの通電を開始する時点を、内燃機関の回転軸がある所定の角度に回転した時点に固定してよい。
【００１２】
点火コイルへの通電の開始後、上限時間が経過してもなお内燃機関の回転軸が点火タイミングに相当する角度に回転したことを検出できないときには、点火コイルへの通電を遮断することが望ましい。その上で、点火コイルの昇温を適正に抑止するためには、内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施した後の前記上限時間は、火花点火を所定回数実施するまでの期間中における前記上限時間よりも短く設定することが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、火花点火式内燃機関の始動時において、点火コイルの過剰な昇温を抑制しながら、混合気の良好な着火燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における火花点火式内燃機関及びその制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関の点火装置の回路図。
【図３】同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
【図４】同実施形態の制御装置が実施する制御の内容を示すタイミング図。
【図５】同実施形態の制御装置が実施する制御の内容を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部にそれぞれ、点火プラグ１２を取り付けてある。
【００１６】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１７】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１８】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４を流れる排気の一部を吸気通路３に還流させて吸気に混交する外部ＥＧＲを実現するものである。この外部ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１９】
図２に、火花点火式内燃機関の点火装置の電気回路を例示する。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で放電を惹起するものである。点火コイル１４は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子１３１を有するイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００２０】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３の半導体スイッチ１３１が点弧して点火コイル１４の一次側１４１に電流が流れ、その直後の火花点火のタイミングで半導体スイッチ１３１が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側１４１に高電圧が発生する。そして、一次側１４１と二次側１４２とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側１４２にさらに高い誘導電圧が発生する。二次側１４２の誘導電圧は、１０ｋＶないし３０ｋＶに達する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で放電が起こる。
【００２１】
点火コイル１４の一次側コイル１４１は、半導体スイッチ１３１を介して車載の蓄電装置１６に接続する。この蓄電装置１６は、一次側コイル１４１に電圧を印加するための電源となる。蓄電装置１６は、バッテリ（鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ、その他）やキャパシタ等である。複数の種類の蓄電装置１６を組み合わせて車両に搭載することもあり得る。
【００２２】
半導体スイッチ１３１を点弧し、蓄電装置１６から供給される直流電圧を一次側コイル１４１に印加して通電を開始すると、一次側コイル１４１を含む一次側（低圧系）の回路を流れる一次電流は逓増する。蓄電装置１６及び一次側コイル１４１を含む一次側の電気回路をＲＬ直列回路と仮定すると、ｔ＝０時点にて直流電圧Ｅの印加を開始した場合の一次電流Ｉ（ｔ）は、
Ｉ（ｔ）≒｛１−ｅ−（Ｒ／Ｌ）ｔ｝Ｅ／Ｒ
となる。即ち、過渡現象として一次電流は逓増するが、その増加の速さは徐々に衰える。通電の開始から長大な時間が経過すると、一次電流はＥ／Ｒに飽和することとなる。但し、実際には、後述する電流制限機能が働くことで、一次側コイル１４１への通電を続けていても一次電流がそれ以上増加しなくなり、飽和値Ｅ／Ｒには必ずしも到達しない。
【００２３】
一次電流が必要十分に大きくなった状態で、ＥＣＵ０は、気筒１の点火タイミングに合わせて、当該気筒１に付随するイグナイタ１３の半導体スイッチ１３１を消弧し、当該気筒１に付随する点火コイル１４の一次側コイル１４１への通電を遮断する。それにより、同点火コイル１４にて発生する誘導電圧を、当該気筒１の点火プラグ１２の中心電極に印加し、以て点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間での絶縁破壊による放電を惹起する。
【００２４】
イグナイタ１３は、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能を有している。この電流制限機能は、今日普及している既製のイグナイタのそれと同様である。具体的には、制御回路１３２が、検出抵抗１３３を介して、一次電流を当該抵抗１３３の両端間電圧の形で恒常的に計測する。そして、その一次電流（抵抗１３３の両端間電圧）の大きさが規定値以下である間は半導体スイッチ１３１を点弧する一方、規定値を超えたときには半導体スイッチ１３１を消弧する。これにより、一次電流の大きさを規定値にクリップする。
【００２５】
また、イグナイタ１３には、例えばツェナーダイオード１３４を使用した一次電圧設定部を付設している。この一次電圧設定部は、半導体スイッチ１３１を高電圧から保護する目的で、点火コイル１４の一次側コイル１４１に誘導される一次電圧の大きさを所定値に抑制する役割を担う。半導体スイッチ１３１がＩＧＢＴである場合、電圧クランプ用のツェナーダイオード１３４はＩＧＢＴ１３１のコレクタ−ゲート間に介在し、そのアノードがＩＧＢＴ１３１のゲートに接続し、カソードがＩＧＢＴ１３１のコレクタに接続する。ツェナーダイオード１３４は、ＩＧＢＴ１３１を消弧することで点火コイル１４の一次側コイル１４１に誘起される一次電圧の大きさを、例えば３５０Ｖないし５００Ｖの範囲内のある値にクリップし、一次電圧がそれ以上大きく高まることを阻止する働きをする。
【００２６】
本実施形態にあって、内燃機関の点火装置は、各気筒１毎に、当該気筒１の点火プラグ１２に対して火花点火用の高電圧を供給するための点火コイル１４を一個ずつ有している。各気筒１毎の点火コイル１４はそれぞれ、一個の一次側コイル１４１と、一個の二次側コイル１４２とが対をなすものである。そして、その一次側コイル１４１と二次側コイル１４２とは、ダイオード１５を介して接続している。ダイオード１５は、二次側１４２からの逆流を防ぐノイズ防止用のものである。
【００２７】
因みに、本実施形態の内燃機関の点火装置は、その運転領域や環境条件等に応じて、一つの気筒１の一度のサイクル（４ストロークエンジンでは、吸気行程−圧縮行程−膨脹行程−排気行程の一連を一サイクルとする）中に、換言すれば気筒１における圧縮行程から膨脹行程に亘る期間に、二回以上の火花点火を実行するマルチ点火（マルチスパーク、多重放電）を実施することができる。マルチ点火における、点火プラグ１２の電極間で惹起される各回の放電は何れも、気筒１に充填された混合気即ち気筒１内に存在する燃料への点火を目的とする。マルチ点火は、メインとなる点火の直後に追加的な点火を実行することで、混合気の着火燃焼を補強し、失火の発生または燃焼の不安定化を防止することを企図している。マルチ点火により、吸気のＥＧＲ率を従来よりも高めることが可能となり、及び／または、従来であればＥＧＲを行い得なかった運転領域においてもＥＧＲを行うことが許容され、内燃機関の燃費性能の一層の向上やエミッションの良化を見込める。マルチ点火を実施可能な内燃機関の点火装置の一次側コイル１４１を流れる一次電流の増大の速度は、そうでない内燃機関の点火装置の一次側コイルを流れる一次電流の増大の速度よりも速い。
【００２８】
尤も、マルチ点火は常時実施するものではなく、例えば、内燃機関の始動時やアイドリング中等のＥＧＲバルブ２３を全閉しＥＧＲを行わないときには、一つの気筒１の一度のサイクル中にメインとなる一回目の火花点火のみを実行する。
【００２９】
点火コイル１４への通電やバルブ２３、３２、モータの駆動、その他車両に実装された電装系等への電力供給源となる発電機１７は、内燃機関のクランクシャフトからエンジントルクの供給を受けて発電し、その発電した電力を車載の蓄電装置１６に蓄電する。
【００３０】
発電機１７は、自動車用発電機として旧来より用いられているオルタネータであることもあれば、内燃機関のクランクシャフトまたは車両の車軸（そして、駆動輪）を駆動する電動機としての機能を兼ね備えたモータジェネレータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）であることもある。内燃機関と発電機１７とは、例えばベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動装置等を介して接続される。
【００３１】
発電機１７に付随するＩＣレギュレータまたはコントローラ１７１は、ＥＣＵ０から発される、発電機１７の出力電圧の目標値を指令する制御信号ｍを受け付ける。そして、その指令された目標電圧に蓄電装置１６の端子電圧（または、電装系に供給する電源電圧）を追従せしめるべく、半導体スイッチング素子をスイッチ動作させて励磁（界磁）巻線に印加する励磁電流の大きさを調節するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を実施する。発電機１７の出力電圧は、励磁巻線を流れる励磁電流が大きいほど大きくなる。
【００３２】
また、発電機１７は、車両の減速時に回生制動を行い、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収することもできる。ＥＣＵ０は、運転者によるアクセルペダルの踏込量が０または０に近い所定値以下となったとき、即ち内燃機関及び車両の減速が要求されているときに、発電機１７の励磁巻線を流れる励磁電流の上限値及び発電機１７の出力電圧を引き上げる制御信号ｍをＩＣレギュレータまたはコントローラ１７１に与える。
【００３３】
本実施形態の内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。なお、ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。
【００３４】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関の回転軸であるクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサ（エンジン回転センサ）から出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、車載の蓄電装置１６の端子電圧及び／または端子電流（特に、バッテリ電圧及び／またはバッテリ電流）を検出するセンサから出力される電圧／電流信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、各気筒１の吸気バルブを駆動する吸気カムシャフト及び／または排気バルブを駆動する排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、排気通路４を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｈ等が入力される。
【００３５】
クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇに関して補足すると、クランク角センサは、クランクシャフトに固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起が形成されている。典型的には、クランクシャフトが１０°回転する毎に、歯または突起が配置される。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度パルス信号を発信する。ＥＣＵ０は、このパルスをクランク角信号ｂとして受信する。
【００３６】
但し、クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータの歯または突起は、その一部が欠けている。例えば、十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目の欠歯部分、並びに三十五番目、三十六番目の欠歯部分という、大きく分けて二つの欠歯部分が存在する。欠歯部分はそれぞれ、クランクシャフトの特定の回転位相角に対応する。連続する欠歯部分が１８０°ＣＡ及び５４０°ＣＡに対応する場合、単独の欠歯部分は０°ＣＡ及び３６０°ＣＡに対応し、両者の間に約１８０°ＣＡの位相差が介在する。
【００３７】
そして、上記の欠歯部分に起因して、クランク角信号ｂのパルス列もまた一部が欠損する。この欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度（姿勢）、換言すれば各気筒１のピストンの現在位置を知ることが可能である。欠損した三十六番目のパルスの次の一番目のパルスのタイミングを０°ＣＡ（または、３６０°ＣＡ）とおくと、欠損した十八番目のパルスに続く十九番目のパルスのタイミングが１８０°ＣＡ（または、５４０°ＣＡ）ということになる。
【００３８】
カム角センサもまた、カムシャフトに固定されカムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、少なくともカムシャフトの一回転を気筒数で割った角度毎に、歯または突起が形成されている。三気筒エンジンの場合、カムシャフトが１２０°回転する毎に、歯または突起が配置される。カムシャフトは、巻掛伝動機構を介してクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転するもので、その回転速度はクランクシャフトの二分の一である。故に、上記の歯または突起は、クランク角度に換算すれば２４０°ＣＡ毎に配置されていることになる。加えて、ロータに、追加的なカム角信号ｇを発生させるための歯または突起が、２４０°ＣＡ毎の歯または突起の間に一つ設けられる。
【００３９】
カム角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度パルス信号を発信する。ＥＣＵ０は、このパルスをカム角信号ｇとして受信する。歯または突起に起因して発生する基本カム角信号ｇは、何れかの気筒１が所定の行程に至らんとすることを表す。吸気カムシャフトに付随するカム角センサが出力する基本カム角信号ｇは、各気筒１における圧縮上死点からあるクランク角度（例えば、３０°ＣＡ）進角したタイミングを示唆する。クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇをともに参照すれば、各気筒１の現在の行程を判別して知得できる。
【００４０】
追加の歯または突起に起因して発生する追加カム角信号ｇは、カムシャフトの特定の回転位相角に対応しており、各気筒１の行程を判別するための補助となる。
【００４１】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、発電機１７のＩＣレギュレータまたはコントローラ１７１に対して発電機１７を制御するための制御信号ｍ等を出力する。
【００４２】
ＥＣＵ０のプロセッサは、メモリに格納しているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気の量、新気の分圧及びＥＧＲガスの分圧を推算する。そして、それらに基づき、吸気量（新気量）に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、発電機１７の発電量（出力電圧）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｏを出力インタフェースを介して印加する。
【００４３】
また、ＥＣＵ０は、停止した内燃機関を始動（冷間始動だけでなく、アイドリングストップからの復帰をも含む）するに際して、クランクシャフトを駆動するための電動機（スタータまたはＩＳＧ）に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が完爆判定値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する。クランキングの終了条件となる完爆判定値は、内燃機関の温度等に応じて上下し得る。具体的には、内燃機関の冷却水温が低いほど高く設定する。
【００４４】
内燃機関の始動のためのクランキング中や、始動が完了してクランキングを終了した直後の時期においても、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇを参照して各気筒１の現在の行程を知得し、その行程に合わせて所要のタイミングでインジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を遂行することは言うまでもない。
【００４５】
従前の内燃機関の始動時の制御では、間もなく圧縮上死点を迎える気筒１に付随する点火コイル１４への通電を開始する時点、及びその通電を遮断する時点を、クランク角信号ｂのパルスに完全に同期させていた。より具体的に述べると、対象の気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前を示すパルス信号ｂをＥＣＵ０が受信した時点から一次側コイル１４１への通電を開始し、その３０°ＣＡ後の圧縮上死点を示すパルス信号ｂをＥＣＵ０が受信した時点で一次側コイル１４１への通電を遮断することで、当該気筒１に設置した点火プラグ１２における火花放電を惹起していた。
【００４６】
クランキング中や始動直後の時期は、内燃機関のクランクシャフトの回転速度が低い。そのような状況では、クランクシャフトが３０°ＣＡ回転するのに要する時間が長くなり、クランク角信号ｂを構成する各パルスの間隔も長くなる。単純にクランク角信号ｂのパルスに一次側コイル１４１への通電及び遮断を同期させると、一次電流が既に十分に大きくなっているにもかかわらず延々と一次側コイル１４１に通電し続けることとなり、一次側コイル１４１が過剰に昇温して熱害を招来する可能性が生じる。
【００４７】
そこで、本実施形態では、内燃機関の始動時、特にクランキング中及び／またはクランキングを終了した直後の時期において、現在の蓄電装置１６の端子電圧及びクランクシャフトの回転速度に応じて、火花点火のために点火コイルへの通電を開始する時点を調整し、以て必要な大きさの一次電流を確保しながら点火コイル１４の過熱を抑制するようにしている。
【００４８】
図３に、ＥＣＵ０が内燃機関の始動時にプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施するまでの期間（ステップＳ１）においては、従前通り、各気筒１の点火タイミング即ち対象の気筒１に付随する一次側コイル１４１への通電を遮断する時点を、当該気筒１の圧縮上死点またはその近傍に設定する。なおかつ、その点火タイミングに先立って同一次側コイル１４１への通電を開始する時点を、当該気筒１の圧縮上死点から所定のクランク角度分進角したタイミング、例えば圧縮上死点の３０°ＣＡ手前に設定する。
【００４９】
上に述べた「クランキングを開始してから火花点火を所定回数実施するまでの期間」は、クランクシャフトが二回転ないし四回転程度回転する長さに定める。クランキングを開始してから間もない当該期間中は、点火コイル１４の温度が高くないものと推測され、図４に示しているように、通電の開始時点を気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前に固定化することが許される。加えて、クランキングの開始直後は、クランクシャフトの回転が特に不安定であり、その回転速度が遅いだけでなく上下するので、通電の開始時点を気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前に固定するようにした方が、火花点火を確実に遂行できる。
【００５０】
そして、内燃機関のクランクシャフトが対象の気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前まで回転したことを示すクランク角信号ｂのパルスを受信したら（ステップＳ２）当該気筒１に付随する一次側コイル１４１への通電を開始し（ステップＳ３）、クランクシャフトが当該気筒１の圧縮上死点まで回転したことを示すクランク角信号ｂのパルスを受信したら（ステップＳ５）同一次側コイル１４１への通電を遮断する（ステップＳ７）。
【００５１】
但し、一次側コイル１４１への通電を開始してから上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１が経過したにもかかわらず、クランクシャフトが対象の気筒１の圧縮上死点まで回転したことを示すクランク角信号ｂを受信できない場合には（ステップＳ６）、一次側コイル１４１への通電を強制的に遮断する（ステップＳ７）。これは、エンジンストールやその他の要因により一次側コイル１４１への通電を遮断する機会が訪れずコイル１４１が過剰に昇温する不都合を避けるフェイルセーフの措置である。
【００５２】
上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１は、現在の蓄電装置１６の端子電圧、及び現在の内燃機関のクランクシャフトの回転速度に応じて増減調整する。傾向としては、現在の蓄電装置１６の端子電圧が高いほど上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１を短くし、また現在のクランクシャフトの回転速度が高いほど上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１を短くする。蓄電装置１６の端子電圧が高いほど一次側コイル１４１を流れる一次電流の増加の速度が速く、並びにクランクシャフトの回転速度が高いほど単位時間あたりの火花点火の回数が多くなって一次側コイル１４１の発熱量が増すからである。上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１は、この上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１を経過した時点が対象の気筒１の圧縮上死点後となるように設定する。
【００５３】
一次側コイル１４１に電圧を印加する電源の電圧である蓄電装置１６の端子電圧は、電圧／電流信号ｅを参照して知得できる。現在の蓄電装置１６の端子電圧は、所定の時間間隔（例えば、１６ミリ秒）で電圧／電流信号ｅをサンプリングして求める。今回サンプリングした信号値に基づく端子電圧をＶｂａｄｎ、直近の過去に算出した端子電圧をＶｂｎ−１とおくと、ノイズの影響を低減した現在の蓄電装置１６の端子電圧Ｖｂｎを、
Ｖｂｎ＝Ｖｂｎ−１＋（Ｖｂａｄｎ−Ｖｂｎ−１）×（１／２）
として算出することができる。これは、端子電圧のサンプリング値Ｖｂａｄｎの時系列をなまし処理（または、ローパスフィルタ処理、移動平均を算出）することに等しい。上式の右辺第二項の係数（１／２）は、（１／２）ないし（１／８）の範囲で調整しても構わない。なお、蓄電装置１６の端子電圧は、内燃機関のクランクシャフトを回転駆動するクランキング用の電動機の稼働により低落することがある。
【００５４】
現在のクランクシャフトの回転速度は、クランク角信号ｂのパルス列を参照して求める。具体的には、クランクシャフトが一定の角度（例えば、３０°ＣＡ）回転するのに要した時間の長さを、現在のクランクシャフトの回転速度を示唆する値として得る。あるいは、クランクシャフトが一定の角度回転するのに要した時間の長さを、過去の連続した所定回数（例えば、八回分、つまり合計で２４０°ＣＡ分）分取得し、その移動平均を現在のクランクシャフトの回転速度を示唆する値としてもよい。
【００５５】
ＥＣＵ０のメモリには予め、［蓄電装置１６の端子電圧，クランクシャフトの回転速度］と、上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の蓄電装置１６の端子電圧及びクランクシャフトの回転速度をキーとして当該マップを検索し、上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１を決定する（ステップＳ４）。
【００５６】
内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施した後の期間においては、各気筒１の点火タイミング即ち対象の気筒１に付随する一次側コイル１４１への通電を遮断する時点を、当該気筒１の圧縮上死点またはその近傍に設定する。一方で、その点火タイミングに先立って同一次側コイル１４１への通電を開始する時点を、現在の蓄電装置１６の端子電圧、及び現在の内燃機関のクランクシャフトの回転速度に応じて調整する。
【００５７】
クランキングを開始してからある程度の時間が経過し、点火コイル１４の温度が上昇していると推測される当該期間中、ＥＣＵ０は、図５に示すように、一次側コイル１４１への通電を開始する時点を、対象の気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前のタイミングよりも遅らせる。その遅延時間ｓｔａｉｇｔｄｌｙは、現在の蓄電装置１６の端子電圧が高いほど長くし、また現在のクランクシャフトの回転速度が低いほど長くする。このような処理により、火花点火のために必要十分な大きさの一次電流を一次側コイル１４１に流しながら、一次側コイル１４１の過熱を抑制することができる。
【００５８】
ＥＣＵ０のメモリには予め、［蓄電装置１６の端子電圧，クランクシャフトの回転速度］と、遅延時間ｓｔａｉｇｔｄｌｙとの関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の蓄電装置１６の端子電圧及びクランクシャフトの回転速度をキーとして当該マップを検索し、遅延時間ｓｔａｉｇｔｄｌｙを決定する（ステップＳ８）。
【００５９】
しかして、ＥＣＵ０は、内燃機関のクランクシャフトが対象の気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前まで回転したことを示すクランク角信号ｂのパルスを受信し、その後遅延時間ｓｔａｉｇｔｄｌｙが経過した時点で（ステップＳ９）当該気筒１に付随する一次側コイル１４１への通電を開始する（ステップＳ１０）。そして、クランクシャフトが当該気筒１の圧縮上死点まで回転したことを示すクランク角信号ｂのパルスを受信したら（ステップＳ１２）同一次側コイル１４１への通電を遮断する（ステップＳ７）。
【００６０】
但し、一次側コイル１４１への通電を開始してから上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２が経過したにもかかわらず、クランクシャフトが対象の気筒１の圧縮上死点まで回転したことを示すクランク角信号ｂを受信できない場合には（ステップＳ１３）、一次側コイル１４１への通電を強制的に遮断する（ステップＳ７）。
【００６１】
上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２は、現在の蓄電装置１６の端子電圧、及び現在の内燃機関のクランクシャフトの回転速度に応じて増減調整する。傾向としては、現在の蓄電装置１６の端子電圧が高いほど上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２を短くし、また現在のクランクシャフトの回転速度が高いほど上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２を短くする。上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２は、この上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２を経過した時点が対象の気筒１の圧縮上死点後となるように設定する。なお、蓄電装置１６の端子電圧及びクランクシャフトの回転速度が同等である場合、上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２は上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１よりも短くなる。
【００６２】
ＥＣＵ０のメモリには予め、［蓄電装置１６の端子電圧，クランクシャフトの回転速度］と、上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の蓄電装置１６の端子電圧及びクランクシャフトの回転速度をキーとして当該マップを検索し、上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２を決定する（ステップＳ１１）。
【００６３】
上述した一次側コイル１４１への通電制御、即ち、気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前から遅延時間ｓｔａｉｇｔｄｌｙが経過した時点での一次側コイル１４１への通電開始、及び一次側コイル１４１への通電時間の上限ｓｔａｉｇｔｍａｘ２の設定は、内燃機関の始動時のみならず、既に内燃機関が始動した後であっても、内燃機関の回転速度が所定以下である低速時において実施することができる。
【００６４】
本実施形態では、電源電圧を点火コイル１４（の一次側１４１）に印加して点火コイル１４（の一次側１４１）に通電し、その後内燃機関の回転軸が点火タイミングに相当する角度に回転したことを検出したときに点火コイルへ１４（の一次側１４１）の通電を遮断し、これにより（二次側１４２に）生じる誘導電圧を点火プラグ１２の電極に印加してその電極間に放電を惹起する火花点火式の内燃機関を制御するものであって、内燃機関の始動時または内燃機関の回転速度が所定以下の低速時において、現在の電源電圧及び内燃機関の回転速度に応じて、火花点火のために点火コイル１４（の一次側１４１）への通電を開始する時点を調整する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００６５】
本実施形態によれば、火花点火式内燃機関の始動時において、点火コイル１４の過剰な昇温を抑制しながら、混合気の良好な着火燃焼を実現でき、内燃機関の始動遅延や始動不良を避けることが可能である。内燃機関の始動時、その回転速度は遅く、マルチ点火を実施する必要もないことから、一次側コイル１４１を流れる一次電流を増大させる時間的な余裕が存在する。従って、このような処理を実行しても、点火プラグ１２における火花放電に支障を来すことはない。また、現在の蓄電装置１６の蓄電量を考慮に入れた上で、一次側コイル１４１への通電時間の長さを必要十分に確保することができる。一次側コイル１４１への通電を遮断する点火タイミングは、各気筒１の圧縮上死点に合わせるように固定化できる。
【００６６】
内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施するまでの期間中は、点火コイル１４（の一次側１４１）への通電を開始する時点を、内燃機関の回転軸がある所定の角度（例えば、対象の気筒１の圧縮上死点の３０°ＣＡ手前）に回転した時点に固定する。
【００６７】
点火コイル１４（の一次側１４１）への通電の開始後、上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１、ｓｔａｉｇｔｍａｘ２が経過してもなお内燃機関の回転軸が点火タイミングに相当する角度に回転したことを検出できないときには、点火コイル１４（の一次側１４１）への通電を遮断するフェイルセーフを実行する。内燃機関の始動のためのクランキングを開始してから火花点火を所定回数実施した後は、既に点火コイル１４の温度が上昇していると考えられるので、そのときの上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ２は、火花点火を所定回数実施するまでの期間中における上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１よりも短く設定する。
【００６８】
予期せぬエンジンストールが発生したとき、またはインジェクタ１１からの燃料噴射を中断する燃料カットにより内燃機関の回転を停止させようとするとき、点火装置による火花点火の実行を継続したままの状態で回転速度が低下してゆく。内燃機関の回転速度がある回転数以下まで減速すると、制御装置たるＥＣＵ０は、一次側コイル１４１への通電の開始時点及び遮断時点をクランク角信号ｂのパルスに同期させる制御へと移行する。結果、一次側コイル１４１に通電し続ける時間が長くなり、点火コイル１４が過熱するおそれが生じる。ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂのパルスを一定時間（例えば、３００ミリ秒の間）受信できないことを以て、エンジンストールに陥っていると判定する。だが、この判定を待っていると、点火コイル１４の発熱による熱害のリスクが高まる。対して、本実施形態では、上限時間ｓｔａｉｇｔｍａｘ１をエンジンストール判定のための一定時間よりも短く設定しているため、エンジンストール判定を待たずに一次側コイル１４１への通電を遮断でき、内燃機関の回転が停止しようとしている瞬間の点火コイル１４の過剰な発熱を適切に予防することができる。
【００６９】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、内燃機関の点火装置はマルチ点火を実施するものには限定されない。マルチ点火を実施しない点火装置にあっても、点火コイル１４の一次側コイル１４１の抵抗値が小さいと、一次電流のチャージに要する時間が短く、即ち一次電流の増加の速度が速く、内燃機関の回転速度が低回転であるときに点火コイル１４の過熱の問題が生起し得る。そのような内燃機関の点火装置の制御に、本発明を用いることが有効である。
【００７０】
上記実施形態における内燃機関はポート噴射式の自然吸気（Ｎａｔｕｒａｌ  Ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ）エンジンであったが、過給機が付帯するターボエンジンや、気筒１内に直接燃料を噴射する筒内噴射式（直噴）エンジンに対しても、本発明を適用することは当然に可能である。
【００７１】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、車両等に搭載される火花点火式内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１２…点火プラグ
１３…イグナイタ
１３１…半導体スイッチ
１４…点火コイル
１４１…一次側コイル
１４２…二次側コイル
ｂ…クランク角信号
ｅ…電圧／電流信号
ｉ…点火信号
【図１】
2020033925.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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