(57)【要約】【課題】  本発明は、点火コイルが高温となった場合であっても、高ＥＧＲ率を維持したまま、失火や不完全燃焼を回避できる十分な点火エネルギーを供給可能なエンジンコントローラを提供することを目的とする。【解決手段】吸気管および排気管と連通するエンジンと、通電することにより前記エンジンに火花放電を生じさせる点火コイルと、を備えた車両システムで用いられるエンジンコントローラであって、前記エンジンの前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった場合に、前記点火コイルの温度が前記第１閾値未満である場合に比べて前記エンジンの回転数を低下させるＣＰＵを備えた。【選択図】  図７
2020097904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管および排気管と連通するエンジンと、
通電することにより前記エンジンに火花放電を生じさせる点火コイルと、
を備えた車両システムで用いられるエンジンコントローラであって、
前記エンジンの前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった場合に、前記点火コイルの温度が前記第１閾値未満である場合に比べて前記エンジンの回転数を低下させるＣＰＵを備えたエンジンコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンコントローラにおいて、
前記ＣＰＵは、
パルス信号に基づいて前記点火コイルに電圧を印加することで前記点火コイルに電流を供給し、かつ、前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった場合、前記点火コイルの温度が前記第１閾値未満である場合に比べて前記パルス信号の１回のオフ継続時間を長くするエンジンコントローラ。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンコントローラにおいて、
前記ＣＰＵは、
前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった後に前記第１閾値よりも小さい第２閾値以下となった場合、前記パルス信号の１回のオフ継続時間を短くするエンジンコントローラ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のエンジンコントローラにおいて、
前記車両システムは、ＥＧＲ弁の開度が制御されることで前記排気管の排気ガスの一部をＥＧＲ空気として前記吸気管に戻すＥＧＲ装置を有し、
前記ＣＰＵは、前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった場合、前記点火コイルの温度が前記第１閾値未満である場合に比べて前記ＥＧＲ装置を通過後のガスのＥＧＲ率が維持されるように前記ＥＧＲ弁を制御するエンジンコントローラ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のエンジンコントローラにおいて、
前記ＣＰＵは、前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった後に前記第１閾値よりも小さい第２閾値以下となった場合、前記点火コイルの温度が第１閾値以上の場合に比べて前記エンジンの回転数を増加させるエンジンコントローラ。
【請求項６】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のエンジンコントローラにおいて、
前記点火コイルの温度は、前記ＣＰＵが、点火信号と電源電圧値に基づいて推定した温度であるエンジンコントローラ。
【請求項７】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のエンジンコントローラにおいて、
前記車両システムは、前記エンジンにより駆動される発電用モータと、該発電用モータにより充電されるバッテリと、を有し、
前記ＣＰＵは、前記エンジンの前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった場合に低下させる前記エンジンの回転数の目標回転数を前記バッテリのＳＯＣに基づいて変化させるエンジンコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンコントローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の請求項１には、「エンジンと、該エンジンにより駆動されて発電する発電機と、該発電機による発電電力を充電するバッテリと、該バッテリの放電電力及び上記発電機による発電電力のうち少なくとも一方の電力で駆動される車両用の駆動モータとを有するシリーズハイブリッド車両」が開示されている。
【０００３】
一般に、車両駆動に用いるエンジンでは、アクセル開度等の車両操作によってエンジンに対する要求トルクが変化するため、エンジン回転数を一定に保つことが難しいが、シリーズハイブリッド車両に用いられるエンジンは車両駆動ではなく発電用モータを回すために用いるので、エンジン特性に応じた高効率かつ一定の要求トルクおよび回転数に設定することができるという特徴がある。
【０００４】
また、一般に、エンジンでは、吸気弁の開度が小さいと、吸入空気量が充分に供給されず吸気マニホールド内が負圧となりピストンが下がりにくくなるポンピングロスが発生してしまう。そして、ポンピングロスは、エンジンでの燃焼により生成した力でピストンを動かす際の抵抗となるので、エンジントルクを減少させてしまう。
【０００５】
このように、目標エンジントルクを実現できる充分な吸入空気量と燃料量であるにも関わらず、ポンピングロスが発生するとトルクが下がるため、目標トルクを実現できないことがある。そこで、ポンピングロスが発生した際、ポンピングロスによるトルク減少分を吸入空気量と燃料量を増やして生成エンジントルクを上げることでカバーし、目標トルクを実現する方法がある。しかし、この方法では、ポンピングロスによるトルク減少分のカバーにより余計な燃料量を消費するため燃費が悪化するという別の問題が発生する。
【０００６】
そこで、ポンピングロスの問題を解決しつつ、燃費向上を図るための装置としてＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。このＥＧＲ装置は、エンジンで発生する排気ガスの一部（ＥＧＲ空気）を吸入空気として戻し、再び燃焼に用いる装置である。
【０００７】
このＥＧＲ装置を備えることで、外部から取り込んだ新気ガスに加えＥＧＲガスが加わるので、エンジンの燃焼室へ供給される吸入空気量が増え、吸気マニホールド内の負圧が緩和されるためポンピングロスが減少し、ピストンが動きやすくなりエンジントルクが出やすくなる。
【０００８】
したがって、ＥＧＲ装置を用いることでポンピングロスによるトルク減少が緩和し、目標エンジントルクを実現するために余計な燃料を消費する必要がなくなり、燃費が向上する。
【０００９】
また、比熱が大きい二酸化炭素や水蒸気を含む排気ガスをＥＧＲ空気として再利用することで燃料温度が上昇しにくいので、エンジンの気筒内での燃焼温度が低下し、ＮＯｘの排出量を削減することができる。一方で、エンジンへの吸入空気量が増えると、燃料が混ざりにくく、酸素濃度が薄くなるので、燃焼しづらくなり、燃焼にはより多くの点火エネルギーが必要となる。
【００１０】
エンジン内での燃焼に必要な点火エネルギーは、エンジンが備える点火制御装置から供給される。この点火制御装置は、一般的に、一次コイルと、二次コイルと、イグナイタ（スイッチ素子）と、点火プラグを有する。エンジンコントローラからの点火制御信号に応じてイグナイタを制御することで、エンジン内での点火がコントロールされる。具体的には、点火制御信号がオンの時に一次コイルに電流を流し二次コイルに磁束を発生させる。その後、点火制御信号をオフとすることにより一次コイルに流れる一次電流を遮断することで、二次コイル内の磁束を大きく変化させ、電磁誘導により二次コイルに高電圧を生み出し、点火プラグへエネルギーを供給する。
【００１１】
ＥＧＲ空気を環流することで、点火に要する点火エネルギーが増加すると、点火コイルにはより多量の電流を流す必要があり、その電流により点火コイルの発熱量がより多くなると、点火コイル温度が限界温度を超えてしまい点火コイルが壊れる危険性がある。
【００１２】
このようにして点火コイルが破壊されるのを防止する方法として、特許文献２には、点火コイル内を流れる電流から点火コイル温度を推定し、点火コイル温度が所定値より高いと推定された場合には、一次電流を一時的または周期的に通電を停止させる（すなわち、一次電流の通電時間を短くする）ことで点火エネルギー量を制限し、温度上昇を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１７−０４７７８８号公報
【特許文献２】特開２００５−０４２６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献２のように、点火コイル温度が高温となった時に、一次電流の通電時間を短くすることでも、点火コイルの発熱を抑制し、点火コイル温度の上昇を防ぐことができるが、ＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいては、高ＥＧＲ率を維持したまま点火エネルギーを抑制すると、高ＥＧＲによりリーンとなった混合ガスが点火エネルギーの不足により失火または不完全燃焼となってしまうという問題が発生する。
【００１５】
高ＥＧＲ時の点火エネルギー不足による失火および不完全燃焼を防ぎ、完全燃焼とさせるためには、高ＥＧＲ率を保つように吸気弁とＥＧＲ弁の開度を調整しながらエンジンへの吸入空気量を増やし、かつ、燃料を増やすことで、燃焼室内の燃料と酸素の濃度を濃くし、燃焼しやすい混合ガスを作ることが考えられるが、点火コイル温度高温時に高ＥＧＲ率を保つと、燃費向上を目的として設定した高ＥＧＲ率が原因で、燃料を多く噴射し、却って燃費を悪化させてしまうという矛盾が生じ、高ＥＧＲ率が燃費向上に寄与しなくなる可能性がある問題が発生してしまう。
【００１６】
そこで、本発明は、点火コイルが高温となった場合であっても、高ＥＧＲ率を維持しつつ、失火や不完全燃焼を回避できる十分な点火エネルギーを供給可能なエンジンコントローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そこで、本発明は、吸気管および排気管と連通するエンジンと、通電することにより前記エンジンに火花放電を生じさせる点火コイルと、を備えた車両システムで用いられるエンジンコントローラであって、前記エンジンの前記点火コイルの温度が第１閾値以上となった場合に、前記点火コイルの温度が前記第１閾値未満である場合に比べて前記エンジンの回転数を低下させるＣＰＵを備えた。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、点火コイルが高温となった場合であっても、高ＥＧＲ率を維持しつつ、失火や不完全燃焼を回避できる十分な点火エネルギーを供給可能なエンジンコントローラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施例のエンジンコントローラを備えた車両の制御システムの概略構成図。
【図２】一実施例のエンジンシステムの構成図。
【図３】点火制御装置の構成図。
【図４】従来発明のエンジンコントローラの機能ブロック図。
【図５】点火コイルに流れる電流と点火コイル温度の関係を示したタイムチャート図。
【図６】本実施例のエンジンコントローラの構成図。
【図７】エンジン回転数に応じた点火間隔と点火コイル温度を示したタイムチャート図。
【図８】点火コイル温度推定部の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて、本発明の一実施例の具体的な構成とその動作について説明するが、本発明は以下の実施例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。
【００２１】
図１は、一実施例に係るエンジンコントローラ１１を備えた、車両の制御システムの概略構成図である。なお、以下では、エンジン１を発電にのみ用い、車輪駆動には常に駆動用モータ２ｂを用いる、いわゆるシリーズハイブリッド車両を例に本発明の詳細を説明するが、エンジン１を発電に用いるのであれば、エンジン１を車輪駆動にも用いるハイブリッド車両に対して本発明を適用してもよい。
【００２２】
図１に示すように、本実施例の車両は、エンジン１、発電用モータ２ａ、駆動用モータ２ｂ、発電側インバータ３ａ、駆動側インバータ３ｂ、バッテリ４、車輪５、各種のセンサ６（車速センサ６ａ、アクセル開度センサ６ｂ、勾配センサ６ｃ等）を備えており、また、車両の各部を制御するために、車両コントローラ１０、エンジンコントローラ１１、発電用モータコントローラ１２ａ、駆動用モータコントローラ１２ｂ、バッテリコントローラ１３を備えている。なお、これらのコントローラは、実際には、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えた計算機である。そして、補助記憶装置に記録されたデータベースを参照しながら、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、後述する各機能を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。また、これらのコントローラは、それぞれ独立した計算機としても良いし、一つの計算機で複数のコントローラの機能を実現する構成としてもよい。
【００２３】
発電用モータ２ａは、エンジン１により駆動される発電用のモータとして利用されるだけでなく、エンジン１の始動時には、バッテリ４に蓄えた電力により駆動され、クランキングにも利用される。さらに、加速時や登坂時のように、高い駆動トルクが必要となる場合は、バッテリ４に加え発電用モータ２ａからも駆動用の電力を供給し、駆動用モータ２ｂのトルク生成をアシストする。
【００２４】
発電用モータ２ａとバッテリ４の間に設置された発電側インバータ３ａは、エンジン１のクランキング時にはバッテリ４に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、また、バッテリ４の充電時や駆動用モータ２ｂのアシスト時には、発電用モータ２ａが発電した交流電力を直流電力に変換する。
【００２５】
駆動用モータ２ｂとバッテリ４の間に設置された駆動側インバータ３ｂは、バッテリ４に蓄えられた直流電力や発電側インバータ３ａから供給される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ２ｂへ供給する。交流電力の供給を受けた駆動用モータ２ｂは、車輪５を駆動する。また、回生動作時は、車輪５が駆動用モータ２ｂを駆動し、駆動用モータ２ｂが交流電力を発電し、駆動側インバータ３ｂが交流電力を直流電力に変換してバッテリ４を充電する。
【００２６】
車両コントローラ１０には、車速センサ６ａが検出した車速信号と、アクセル開度センサ６ｂが検出した運転者によるアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度信号）と、勾配センサ６ｃが検出した路面勾配θを示す勾配信号が入力されるとともに、バッテリコントローラ１３から、バッテリ４の充電状態（State Of Charge、以下「ＳＯＣ」と称する）、充電可能電力、放電可能電力、発電用モータ２ａの発電電力などが入力される。
【００２７】
また、車両コントローラ１０は、エンジン１の目標エンジン回転数や目標エンジン出力トルク、発電用モータ２ａの目標発電電力、駆動用モータ２ｂの目標駆動トルク等を算出し、それぞれを、エンジンコントローラ１１、発電用モータコントローラ１２ａ、駆動用モータコントローラ１２ｂへ出力する。
【００２８】
エンジンコントローラ１１は、車両コントローラ１０から入力された目標エンジン回転数や目標エンジン出力トルクを実現するように、図２に示すエンジンシステムの各部を制御する。なお、エンジンコントローラ１１によるエンジン１の制御の詳細は図４、図６等を用いて後述する。
【００２９】
発電用モータコントローラ１２ａは、車両コントローラ１０から入力された目標発電トルク（発電負荷）を実現するように、発電用モータ２ａの回転数や電圧などの状態に応じて、発電側インバータ３ａを制御する。
【００３０】
バッテリコントローラ１３は、バッテリ４の充放電される電流や電圧を基にＳＯＣを計算し、その計算結果を車両コントローラ１０へ出力する。バッテリコントローラ１３は更に、バッテリ４の温度や内部抵抗、ＳＯＣに応じて、バッテリ劣化状態ＳＯＨ（State Of Health）を算出した上で、バッテリ４の充電可能電力および放電可能電力を演算し、これらも車両コントローラ１０へ出力する。
【００３１】
駆動用モータコントローラ１２ｂは、車両コントローラ１０から入力された目標駆動トルクを実現するように、駆動用モータ２ｂの回転数や電圧などの状態に応じて、駆動側インバータ３ｂを制御する。
【００３２】
次に、図２を用いて、本実施例の車両のエンジンシステムを説明する。ここに示すように、本実施例のエンジンシステムは、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation）装置（以下、「ＥＧＲ装置」と称する。）を備えたエンジンシステムであり、ポンピングロスを減少させる等のために、ＥＧＲ空気を環流させているものとする。以下、エンジン１を起点に、本エンジンシステムの構成を略時計回りに説明する。
【００３３】
エンジン１の排気ガスの流路である排気管２０には、過給装置２１と排気ガス浄化用触媒２２が設置されている。過給装置２１は、排気ガス流を受けて回転するタービンと、このタービンの回転を伝達するシャフトと、タービンのトルクを利用して空気を圧縮するコンプレッサで構成されたターボチャージャであり、エンジン１に供給する吸入空気の密度を高くする過給作用を実現するものである。また、この過給装置２１のタービン側には、タービンをバイパスするウェストゲートバルブ２１ａが配置され、コンプレッサ側にはコンプレッサをバイパスするリサーキュレーションバルブ２１ｂが配置されている。
【００３４】
過給装置２１のタービンまたはウェストゲートバルブ２１ａを流出した排気ガスは、排気ガス浄化用触媒２２にて還元・酸化作用によって浄化される。ここで浄化された排気ガスは、その一部が排気ガス浄化用触媒２２の下流からＥＧＲ管２３に取り込まれ、ＥＧＲクーラ２４ａで冷却された後に過給装置２１の上流の吸気管２６に戻される。すなわち、エンジン１で発生した排気ガスの一部を、ＥＧＲ管２３を経由して吸気管２６に戻し、外部から新たに吸入された新規空気と混合した混合空気にしてエンジン１に供給できるようになっている。尚、ＥＧＲ管２３で環流させる排気ガス（ＥＧＲ空気）の流量は、ＥＧＲ弁装置２５の開度を制御することにより決定される。
【００３５】
このように、比熱が大きい二酸化炭素や水蒸気を含むＥＧＲ空気を利用することで、エンジン１内での燃料温度が上昇しにくくなるので、エンジン１内での混合ガスの燃焼温度が低下しＮＯｘの排出量を削減することができる。ただし、ＥＧＲ空気量が多いと空気中の燃料割合が相対的に減少し、空燃比が大きくリーン側になるので、失火が起きやすく、排気ガスに未燃ガス（ＨＣやＣＯ）が多く含まれることになる。よって、混合空気中の新規空気とＥＧＲ空気の割合を示すＥＧＲ率は、排気ガス中のＮＯｘと未燃ガスの両方が少なくなるような数値とするのが理想的である。
【００３６】
吸気管２６の入口に設置された空気流量センサ６ｄは、外部から新たに吸入される新規空気の流量を検出する。また、ＥＧＲ弁装置２５を跨ぐように設置された差圧センサ６ｅは、ＥＧＲ弁装置２５の上流圧、下流圧を測定し、その差圧から吸気管２６に流入するＥＧＲ空気量を検出する。なお、図示していないが、過給装置２１のコンプレッサとエンジン１の間には吸気圧センサが取り付けられており、吸気管２６内の圧力や、吸気弁装置２７下流の吸気マニホールド２８内の圧力を検出している。
【００３７】
吸気管２６からエンジン１に流れる新規空気とＥＧＲ空気の混合空気の流量は、ＥＧＲ弁装置２５や吸気弁装置２７の開度や、エンジン１の吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変位相バルブタイミング機構（以下、「可変バルブ装置２９」）により制御される。
【００３８】
エンジンコントローラ１１は、目標トルクを実現するように空気制御デバイス（過給装置２１、ＥＧＲ弁装置２５、吸気弁装置２７、可変バルブ装置２９）を制御するものであり、ＥＧＲ弁装置２５や吸気弁装置２７の開度や、可変バルブ装置２９の位相角度やリフト量を適切に制御することで、エンジン１に流入する混合空気のＥＧＲ率を制御している。また、エンジンコントローラ１１は、エンジン１に取り付けられた点火制御装置３０に点火信号を送信することで、エンジン１の気筒内での点火タイミングを制御する。
【００３９】
図３は、エンジン１に取り付けられた点火制御装置３０の詳細構成を示している。ここに示すように、点火制御装置３０は、点火コイル３１と、イグナイタ３２と、点火プラグ３３を有する。点火コイル３１は、一次コイル３１ａと二次コイル３１ｂからなり、一次コイル３１ａはイグナイタ３２と接続されており、二次コイル３１ｂは点火プラグ３３と接続されている。エンジンコントローラ１１からの点火信号はイグナイタ３２のスイッチング素子３２ａのベースに与えられ、一次コイル３１ａに流れる電流が制御される。スイッチング素子３２ａをオンにして一次コイル３１ａに一次電流を流すと、一次電流に伴って二次コイル３１ｂ内に磁束が発生する。その後、スイッチング素子３２ａをオフにし、一次電流を遮断することにより二次コイル３１ｂ内の磁束を急激に変化させ、それに伴った電磁誘導により二次コイル３１ｂに高電圧を発生させ、エンジン１の燃焼室の上部に取り付けられた点火プラグ３３に高電圧が伝わり、火花放電が発生して、混合空気と燃料を混合させた混合ガスに着火する。なお、図３では、一次コイル３１ａと二次コイル３１ｂを並列に配置した点火コイル３１を例示したが、他の構成の点火コイル３１を用いてもよい。
【００４０】
ここで、本実施例のエンジンコントローラ１１の詳細を説明する前に、従来のエンジンコントローラ１１の構成と、それによる点火制御装置３０の制御を、図４と図５を用いて説明する。
＜従来のエンジンコントローラ１１の構成＞
図４は、従来のエンジンコントローラ１１が有するＣＰＵ（Central Processing Unit）の機能ブロック図である。ここに示すように、従来のエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、目標トルク演算部１１ａと、空気制御演算部１１ｂと、燃料制御演算部１１ｃと、点火制御演算部１１ｄと、ＥＧＲ制御部１１ｅと、吸入空気制御部１１ｆと、燃料制御部１１ｇと、点火制御部１１ｈと、点火コイル温度監視部１１ｉと、を有する。
【００４１】
目標トルク演算部１１ａは、目標エンジン回転数とクランク角センサ値が入力され、これらに基づいてエンジン１の目標トルクを出力する。目標エンジン回転数は、車両コントローラ１０から入力され、クランク角センサ値は、エンジン１から入力される。また、目標トルク演算部１１ａは、クランク角センサ値から実エンジン回転数を演算する共に、実エンジン回転数と目標エンジン回転数の差分を求め、実エンジン回転数を目標エンジン回転数にするような目標トルクを算出する。ただし、目標トルクは水温等の情報により制限されることがある。なお、車両コントローラ１０からは目標エンジン回転数の形式ではなく、目標エンジン出力トルクの形式で指令を受けてもよく、その場合は、目標トルク演算部１１ａでは車両コントローラ１０からの目標エンジン出力トルクを水温等の情報により制限したトルクを目標トルクとして出力する。
【００４２】
空気制御演算部１１ｂは、目標トルク演算部１１ａが出力した目標トルクを達成するために必要な新規空気量を決定するとともに、決定した新規空気量と設定されたＥＧＲ率を用いて必要なＥＧＲ空気量を求める。
【００４３】
燃料制御演算部１１ｃは、空気制御演算部１１ｂが決定した空気量に対して適切な燃料噴射量を演算する。燃料量は新規空気量に対して決定するので、ＥＧＲ装置を用いる場合は、エンジン１への吸入空気量にＥＧＲ空気が含まれる分、混合ガスの空燃比はリーンとなる。
【００４４】
点火制御演算部１１ｄは、目標トルク演算部１１ａが決定した目標トルクを実現するための点火時期及び点火エネルギーを算出する。点火時期はエンジン１の状態等に応じても制御される。例えば、エンジン１内でノックが発生した場合に、燃焼室内の圧力を下げる目的で点火時期を遅らせる。点火エネルギーは空燃比などの燃焼状態や、後述する点火コイル温度監視部１１ｉの点火コイル保護指令等に応じて制御される。
【００４５】
ＥＧＲ制御部１１ｅは、空気制御演算部１１ｂが出力したＥＧＲ空気量を実現するようにＥＧＲ弁装置２５の開度を制御する。
【００４６】
吸入空気制御部１１ｆは、空気制御演算部１１ｂが出力した吸入空気量を実現するように吸気弁装置２７の開度を制御する。
【００４７】
燃料制御部１１ｇは、燃料制御演算部１１ｃが出力した燃料噴射量を実現するようエンジン１のインジェクタを制御する。
【００４８】
点火制御部１１ｈは、点火制御演算部１１ｄが出力した点火エネルギーと点火時期を実現するようにイグナイタ３２を制御する点火信号を生成する。
【００４９】
点火コイル温度監視部１１ｉは、入力された点火コイル温度Ｔｃを監視し、保護が必要な高温となった場合には、点火制御演算部１１ｄを介して点火制御部１１ｈに保護指令を出す。この保護指令を受けた点火制御部１１ｈは、点火信号のオン時間を短縮するなどして、点火コイル３１の発熱を抑制し、その温度を下げる。なお、ここでは、点火コイル温度Ｔｃは、点火コイル３１が備える温度センサにより観測されるものとする。
＜従来のタイムチャート図＞
図５は、図４のエンジンコントローラ１１のＣＰＵにより制御された、点火制御装置３０の点火コイル３１に流れる電流と点火コイル温度Ｔｃの関係を示したタイムチャート図である。図５（ａ）のように、エンジンコントローラ１１のＣＰＵが、点火信号を時刻ｔ１でオンにし、時刻ｔ２でオフにすると、図５（ｂ）、（ｃ）のように、点火制御装置３０の一次コイル３１ａ側では一次電流が増加し、それに伴い二次コイル３１ｂ側に磁束が発生する。そして、時刻ｔ２にて一次電流を遮断すると、図５（ｃ）、（ｄ）のように、一次電流起因の磁界の変化に伴った電磁誘導で二次コイル３１ｂに高電圧が発生し、二次コイル３１ｂに二次電流が流れる。一次電流または二次電流が流れている時刻ｔ１〜ｔ３の期間は、点火コイル３１が発熱するので、図５（ｅ）に示すように、点火コイル温度Ｔｃが上昇する。一方、二次電流が収束した時刻ｔ３から次に点火信号がオンになる時刻ｔ４までの期間は点火コイル３１に電流が流れず発熱しないので、熱が散逸され点火コイル温度Ｔｃが下がる。時刻ｔ４で点火信号が再びオンになると一次電流または二次電流が流れ点火コイル温度Ｔｃが上昇する。
【００５０】
このように、点火コイル３１の温度上昇は電流が流れる期間と略比例するので、点火信号のオン時間が長いと温度上昇が大きくなり、オン時間が短いと温度上昇は小さくなる傾向がある。このため、上述したように、図４のエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、点火信号のオン時間の長さを調節することで、点火コイル３１の温度を調節する。
【００５１】
しかしながら、上述したように、点火コイル３１の温度を下げるために、点火信号の温時間を短くすると、ＥＧＲ空気を環流する環境下では、十分な点火エネルギーを供給することができず、エンジン１内では失火や不完全燃焼が発生する場合がある。
＜本実施例のエンジンコントローラ１１＞
以下、ＥＧＲ空気を環流する環境下であっても、エンジン１内での失火や不完全燃焼の発生を抑制できる、本実施例のエンジンコントローラ１１のＣＰＵの詳細を、図４で説明した従来のものとの相違点を中心に説明する。
【００５２】
本実施例のエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、点火コイル３１が設定温度以上となった場合に、点火コイル温度監視部１１ｉで保護指令を生成し、その保護指令をトリガーとして、更なる温度上昇を抑制できるような点火信号を点火制御部１１ｈで生成する点で、図４のものと共通するが、保護期間中も高いＥＧＲ率が維持されているため、この環境下においても失火や不完全燃焼を回避できる点火信号を生成する点が、図４のものとは相違する。以下、高ＥＧＲ率の環境下であっても失火や不完全燃焼を回避しつつ、点火コイル温度Ｔｃの上昇を防ぐことができる、本実施例のエンジンコントローラ１１の具体例を、図６、図７を用いて説明する。なお、以下では、図４、図５との共通点は重複説明を省略する。
【００５３】
図６は、本実施例のエンジンコントローラ１１の機能ブロック図である。図４との違いは、エンジン回転数抑制部１１ｘを追加した点と、点火コイル温度監視部１１ｉの出力の入力先を点火制御演算部１１ｄではなくエンジン回転数抑制部１１ｘにした点である。
【００５４】
本実施例のエンジンコントローラ１１においても、点火コイル温度監視部１１ｉは、点火コイル温度Ｔｃが設定温度以上となった場合に保護指令を生成する。この保護指令はエンジン回転数抑制部１１ｘに入力され、保護指令を受けたエンジン回転数抑制部１１ｘは実エンジン回転数を下げるために抑制した目標エンジン回転数を設定する。これにより、目標トルク演算部１１ａ以降の各部では、車両コントローラ１０から入力された目標エンジン回転数そのものではなく、エンジン回転数抑制部１１ｘにより抑制された目標エンジン回転数に基づき、目標トルク、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期、点火エネルギー等を決定し、これらに基づく制御が実行される。
【００５５】
図７は、（ａ）点火信号、（ｂ）点火コイル温度Ｔｃ、（ｄ）ＥＧＲ率、（ｅ）目標エンジン回転数を、（ｃ）保護指令と共に示したタイムチャート図である。
【００５６】
時刻ｔ１からΔｔａの期間、点火信号をオンにし、点火コイル３１に一次電流を流すと、図５で説明したように、一次電流と二次電流により点火コイル温度Ｔｃが上昇する。Δｔａの経過後、点火信号をオフにすると、所定時間後に二次電流が流れ終わるので、点火コイル温度Ｔｃが下がり始める。その後、点火信号を再度オンにすると、点火コイル温度Ｔｃが再上昇し、時刻ｔ２で上閾値Ｔｔｈ１に達する。
【００５７】
この上閾値Ｔｔｈ１は、保護指令の生成の基準となる温度であり、点火コイル３１が直ちに破壊される限界温度に達することがないように余裕をもって設定する。例えば、点火コイル温度Ｔｃが上閾値Ｔｔｈ１である場合に、点火が更に一回起きても点火コイル温度Ｔｃが破壊に至る限界温度に到達しないような温度を上閾値Ｔｔｈ１として設定する。これにより、現在の点火コイル温度Ｔｃが上閾値Ｔｔｈ１以下である場合、点火を一回追加しただけでは、点火コイル温度Ｔｃが限界温度に到達することがないようにすることができる。
【００５８】
時刻ｔ２で点火コイル温度Ｔｃが上閾値Ｔｔｈ１に達すると、点火コイル温度監視部１１ｉは、点火コイル３１の保護指令を出力する。そして、この保護指令を受けたエンジン回転数抑制部１１ｘは、目標エンジン回転数を下げるとともに、この抑制された目標エンジン回転数を間接的に受けた点火制御部１１ｈは、次回以降の点火信号オフの時間Δｔｃを通常時のΔｔｂよりも長くする。
【００５９】
すなわち本実施例のエンジンコントローラ１１は、吸気管２６および排気管２０と連通するエンジン１と、通電することによりエンジン１に火花放電を生じさせる点火コイル３１と、ＥＧＲ弁２５の開度が制御されることで排気管２０の排気ガスの一部をＥＧＲ空気として吸気管２６に戻すＥＧＲ装置と、を備えた車両システムで用いられる。そしてエンジンコントローラ１１はエンジン１１の点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）以上となった場合に、点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）未満である場合に比べてエンジン１の回転数を低下させるＣＰＵを備えている。
【００６０】
またエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、図７（a）に示すパルス信号に基づいて点火コイル３１に電圧を印加することで点火コイル３１に電流を供給し、かつ、点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）以上となった場合、点火コイル３１の温度が第１閾値未満である場合に比べて前記パルス信号の１回のオフ継続時間を長くする。これにより、点火コイル３１の非発熱時間がより長くなるため、その間に点火コイル３１をより冷却することができる。
【００６１】
また車両システムは、ＥＧＲ弁２５の開度が制御されることで排気管２０の排気ガスの一部をＥＧＲ空気として吸気管２６に戻すＥＧＲ装置を有する。そしてエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）以上となった場合、点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）未満である場合に比べてＥＧＲ装置を通過後のガスのＥＧＲ率が維持されるようにＥＧＲ弁２５を制御する。なお、ＥＧＲ率は、ＥＧＲ空気流量／（外部から新たに吸入された新規空気流量＋ＥＧＲ空気流量）で求められる。
【００６２】
点火コイル温度Ｔｃが上閾値Ｔｔｈ１を超えた時刻ｔ２以降は、点火コイル温度Ｔｃが下閾値Ｔｔｈ２以下になるまで、ＥＧＲ率は維持しつつも、目標エンジン回転数を低く設定する。これにより点火コイル３１の冷却を強化するようにエンジンを動かすことが可能となる。
【００６３】
なお、点火信号オン時間Δｔａの長さは、保護指令の有無に拘わらず、目標エンジントルクに応じ、点火制御部１１ｈにて同様に決定されるため、エンジン１内での失火や不完全燃焼等が発生しやすい高いＥＧＲ率の環境下においても、失火などを防止できる十分な点火エネルギーを発生させることができる。
【００６４】
点火コイル３１の冷却を強化した結果、点火コイル温度Ｔｃが十分に下がり、時刻ｔ５で点火コイル温度Ｔｃが下閾値Ｔｔｈ２に達すると、点火コイル温度監視部１１ｉは、保護指令をオフにする。そして、保護指令オフを受けたエンジン回転数抑制部１１ｘは、目標エンジン回転数を元の値に戻し、次回の点火信号オフにする時刻ｔ６以降は点火コイル温度Ｔｃが上閾値Ｔｔｈ１に達しない限り、点火信号オフ時間を通常時のΔｔｂとしてエンジン１を動かす。つまりエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）以上となった後に第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）よりも小さい第２閾値（下閾値Ｔｔｈ２）以下となった場合、点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）以上の場合に比べてエンジン１の回転数を増加させる。またエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）以上となった後に第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）よりも小さい第２閾値（下閾値Ｔｔｈ２）以下となった場合、パルス信号の１回のオフ継続時間を短くする。
【００６５】
なお、点火コイル温度Ｔｃの上閾値Ｔｔｈ１と下閾値Ｔｔｈ２はエンジン回転数の過度な切り替えが発生しない程度の差を持たせることが望ましいが、上閾値Ｔｔｈ１と下閾値Ｔｔｈ２を同値としてもよい。すなわち、点火コイル温度Ｔｃが所定閾値Ｔｔｈの上下何れにあるかだけを基準として、点火信号オフ時間の長さを決定してもよい。
【００６６】
なお、以上では、点火コイル温度Ｔｃが上閾値Ｔｔｈ１に達した場合、目標エンジン回転数を下げることとしたが、必ずしも目標エンジン回転数を下げる必要はなく、目標エンジン回転数を変えることなく、点火信号オフ期間を長くしてもよい。
【００６７】
本実施例において車両システムは、エンジン１により駆動される発電用モータ２ａと、発電用モータ２ａにより充電されるバッテリ４と、を有するいわゆるハイブリッド車両であることが望ましい。この場合、バッテリ４により車両を駆動することができるため、本実施例のように点火コイル温度に基づいてエンジン回転数を低下しても車両駆動を継続することが可能である。このときエンジンコントローラ１１のＣＰＵは、エンジン１の点火コイル３１の温度が第１閾値（上閾値Ｔｔｈ１）以上となった場合に低下させるエンジンの回転数の目標回転数をバッテリ４のＳＯＣに基づいて変化させることが望ましい。つまり、ＳＯＣが高ければ発電の必要性が低いため、エンジン回転数の目標回転数を低く設定しても問題が無い。一方でＳＯＣが低ければ発電の必要性が高いため、ＳＯＣが高い場合に比べてエンジン回転数の目標回転数を高く設定する必要が生じる。
＜点火コイル温度推定部４０＞
図６では、エンジンコントローラ１１に、点火コイル３１の温度センサが検出した点火コイル温度Ｔｃが入力されるものとして説明したが、この場合、温度センサが必須となるため、本発明の実現の製造コストが増加するという問題がある。そのため、温度センサを用いずに本発明を実現できる、より低コストなシステムが望まれる。
【００６８】
以下、図８を用いて、温度センサを用いずに本実施例の構成を実現する際に有用な、点火コイル温度推定部４０を説明する。なお、この点火コイル温度推定部４０は、エンジンコントローラ１１に内蔵されることを想定しているが、エンジンコントローラ１１とは別に設けても良い。
【００６９】
図８に示すように、点火コイル温度推定部４０は、点火制御装置３０に入力されるものと同様の信号（点火信号、電源電圧値）に基づいて、点火コイル温度Ｔｃを推定するものであり、点火信号と電源電圧値から一次電流量を算出する一次電流算出部４０ａと、一次電流量から二次電流を算出する二次電流算出部４０ｂと、一次電流量から一次コイルの発熱量を算出する一次コイル発熱量算出部４０ｃと、二次電流量から二次コイルの発熱量を算出する二次コイル発熱量算出部４０ｄと、一次コイルの発熱量と二次コイルの発熱量から点火コイルの温度を算出する点火コイル温度算出部４０ｅと、を有する。
【００７０】
一次電流算出部４０ａは、電源電圧値と一次コイルが持つ特性から一次電流を求め、一次電流と点火信号のオン時間から一次電流量を算出する。二次電流算出部４０ｂは、一次電流量と二次コイルが持つ特性から二次電流量を算出する。二次電流は一次電流が遮断された際の磁束変化によって発生する誘導起電力が原因で流れる。さらに、磁束変化は一次電流から求められるので、二次電流は一次電流と二次コイルの巻き数から計算可能である。巻き数は不変なので、二次電流は一次電流から求まる。
【００７１】
一次コイル発熱量算出部４０ｃと二次コイル発熱量算出部４０ｄは、一次電流量と二次電流量および各コイルの特性から一次コイルと二次コイルの発熱量を算出する。点火コイル温度算出部４０ｅは一次コイルの発熱量と二次コイルの発熱量および発熱前の点火コイル温度から発熱後の点火コイルの温度を算出する。
【００７２】
流れた電流に対するコイルの発熱性や熱伝導性等は、コイル特有の特性であるので、適合テスト等で一次電流に対応した点火コイルの発熱量を決定しマップ化し、前記マップよりエンジン駆動中の点火コイルでの発熱量を見積もり、発熱量と熱伝導性から点火コイル温度を推定する。つまり上記において説明した点火コイル３１の温度は、エンジンコントローラ１１のＣＰＵが、点火信号と電源電圧値に基づいて推定した温度であることが望ましい。
【００７３】
以上で説明したエンジンコントローラにより、点火コイルが高温となった場合であっても、高ＥＧＲ率を維持したまま、失火や不完全燃焼を回避できる十分な点火エネルギーを供給可能なエンジンコントローラを提供することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…エンジン
２ａ…発電用モータ
２ｂ…駆動用モータ
３ａ…発電側インバータ
３ｂ…駆動側インバータ
４…バッテリ
５…車輪
６ａ…車速センサ
６ｂ…アクセル開度センサ
６ｃ…勾配センサ
６ｄ…空気量センサ
６ｅ…差圧センサ
１０…車両コントローラ
１１…エンジンコントローラ
１１ａ…目標トルク演算部
１１ｂ…空気制御演算部
１１ｃ…燃料制御演算部
１１ｄ…点火制御演算部
１１ｅ…ＥＧＲ制御部
１１ｆ…吸入空気制御部
１１ｇ…燃料制御部
１１ｈ…点火制御部
１１ｉ…点火コイル温度監視部
１１ｘ…エンジン回転数抑制部
１２ａ…発電用モータコントローラ
１２ｂ…駆動用モータコントローラ
１３…バッテリコントローラ
２０…排気管
２１…過給装置
２２…排気ガス浄化用触媒
２３…ＥＧＲ管
２４ａ…ＥＧＲクーラ
２４ｂ…インタクーラ
２５…ＥＧＲ弁装置
２６…吸気管
２７…吸気弁装置
２８…吸気マニホールド
２９…可変バルブ装置
３０…点火制御装置
３１…点火コイル
３１ａ…一次コイル
３１ｂ…二次コイル
３２…イグナイタ
３２ａ…スイッチング素子
３３…点火プラグ
４０…点火コイル温度推定部
４０ａ…一次電流算出部
４０ｂ…二次電流算出部
４０ｃ…一次コイル発熱量算出部
４０ｄ…二次コイル発熱量算出部
４０ｅ…点火コイル温度算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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