(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、サイクル間での筒内のガス流動のばらつきに依らずに点火プラグによる混合気の着火性を向上（安定）させることを目的とする。【解決手段】混合気に点火するための点火プラグ２８を備える。点火プラグ２８を振動させることによってプラグギャップに気体振動を与える一対の振動子５４を備える。点火プラグ２８の放電の実行中に振動子５４を駆動してプラグギャップに気体振動を与える。【選択図】図３
2014211126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気に点火するための点火プラグと、
前記点火プラグのプラグギャップに気体振動を与える気体振動付与手段と、
を備え、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記点火プラグの放電に伴って混合気が着火しなかった場合に、当該点火プラグの再放電を実行する再放電実行手段を更に備え、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグの放電に伴って混合気が着火しなかった場合に、前記再放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与え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。
【請求項３】
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグの放電の実行中に加え、前記点火プラグの放電終了後の所定期間に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
筒内圧を検出するための筒内圧センサを更に備え、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグによる点火時の筒内圧が、同一負荷条件における点火時の筒内圧の基準範囲よりも低い場合に、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグによる点火時の筒内温度が、同一負荷条件における点火時の筒内温度の基準範囲よりも低い場合に、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記気体振動付与手段は、始動時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記気体振動付与手段は、点火時期を所定値以上遅角させる点火時期の大幅遅角時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記気体振動付与手段は、所定量以上のＥＧＲガスの導入時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記気体振動付与手段は、リーンバーン運転時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、火花点火式内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、火花点火式内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置は、点火プラグに流れる２次電流（放電電流）または当該点火プラグに印加される２次電圧（放電電圧）を検出し、検出された２次電流または２次電圧に基づいて、筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するようにしている。そして、判定されたガス流動速度の大きさに基づいて多点点火を実施するか否かを切り替えることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０１３８５０号公報
【特許文献２】実開平３−０５９４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タンブル流などによる筒内のガス流動は、サイクル間で変動し得るものである。ガス流動が弱いことで点火時における点火プラグ周辺のガスの流速や乱れが低いサイクルでは、点火プラグの放電面積が小さくなるため、上記特許文献１に記載の技術のように多点点火を行ったとしても着火が起きない事態が生じ得る。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、サイクル間での筒内のガス流動のばらつきに依らずに点火プラグによる混合気の着火性を向上（安定）させることのできる内燃機関の制御装置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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
混合気に点火するための点火プラグと、
前記点火プラグのプラグギャップに気体振動を与える気体振動付与手段と、
を備え、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記点火プラグの放電に伴って混合気が着火しなかった場合に、当該点火プラグの再放電を実行する再放電実行手段を更に備え、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグの放電に伴って混合気が着火しなかった場合に、前記再放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグの放電の実行中に加え、前記点火プラグの放電終了後の所定期間に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
筒内圧を検出するための筒内圧センサを更に備え、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグによる点火時の筒内圧が、同一負荷条件における点火時の筒内圧の基準範囲よりも低い場合に、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記気体振動付与手段は、前記点火プラグによる点火時の筒内温度が、同一負荷条件における点火時の筒内温度の基準範囲よりも低い場合に、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記気体振動付与手段は、始動時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記気体振動付与手段は、点火時期を所定値以上遅角させる点火時期の大幅遅角時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記気体振動付与手段は、所定量以上のＥＧＲガスの導入時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【００１４】
また、第９の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記気体振動付与手段は、リーンバーン運転時において、前記点火プラグの放電の実行中に前記プラグギャップに気体振動を与えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、点火プラグの放電の実行中にプラグギャップに気体振動を与えることにより、放電時に電子を拡散させて放電面積を拡大させることができる。その結果、混合気に熱を与える面積が増えるので、サイクル間での筒内のガス流動のばらつきに依らずに点火プラグによる混合気の着火性を向上（安定）させることができる。
【００１６】
第２の発明によれば、１度の放電によっては着火が起きないサイクルにおいても、より確実に着火が起きるようにすることができる。
【００１７】
第３の発明によれば、点火プラグの放電終了後の所定期間にプラグギャップに気体振動を与えることにより、火炎面に乱れを与えることができる。その結果、火炎面の表面積を拡大させることができるので、火炎伝搬速度を高くすることができる。このように、本発明によれば、火炎の成長を促進することができるので、燃焼期間を短縮させることができる。
【００１８】
点火プラグによる点火時の筒内圧が、同一負荷条件における点火時の筒内圧の基準範囲よりも低い時は、混合気の着火性や燃焼性の良くない運転条件に該当するといえる。第４の発明によれば、そのような運転条件において、気体振動付与手段によるプラグギャップの気体振動が実行されるようになる。これにより、プラグギャップに気体振動を与える制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【００１９】
点火プラグによる点火時の筒内温度が、同一負荷条件における点火時の筒内温度の基準範囲よりも低い時は、混合気の着火性や燃焼性の良くない運転条件に該当するといえる。第５の発明によれば、そのような運転条件において、気体振動付与手段によるプラグギャップの気体振動が実行されるようになる。これにより、プラグギャップに気体振動を与える制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【００２０】
始動時は、混合気の着火性や燃焼性の良くない運転条件に該当するといえる。第６の発明によれば、そのような運転条件において、気体振動付与手段によるプラグギャップの気体振動が実行されるようになる。これにより、プラグギャップに気体振動を与える制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【００２１】
点火時期の大幅遅角時は、混合気の着火性や燃焼性の良くない運転条件に該当するといえる。第７の発明によれば、そのような運転条件において、気体振動付与手段によるプラグギャップの気体振動が実行されるようになる。これにより、プラグギャップに気体振動を与える制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【００２２】
所定値以上の大量のＥＧＲガスの導入時は、混合気の着火性や燃焼性の良くない運転条件に該当するといえる。第８の発明によれば、そのような運転条件において、気体振動付与手段によるプラグギャップの気体振動が実行されるようになる。これにより、プラグギャップに気体振動を与える制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【００２３】
リーンバーン運転時は、混合気の着火性や燃焼性の良くない運転条件に該当するといえる。第９の発明によれば、そのような運転条件において、気体振動付与手段によるプラグギャップの気体振動が実行されるようになる。これにより、プラグギャップに気体振動を与える制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示す点火プラグの具体的な構成を説明するための部分断面図である。
【図３】振動子によってプラグギャップに気体振動を与えることにより得られる効果を説明するための図である。
【図４】振動子を用いて点火プラグを振動させる時期を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】図６に示すルーチン中で用いる各種パラメータを算出するマップの傾向を表した図である。
【図８】本発明の実施の形態２における点火時の特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】図９に示すルーチン中で用いる各種パラメータを算出するマップの傾向を表した図である。
【図１１】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３における点火時の特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
実施の形態１．
先ず、図１〜図７を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関（ここでは、一例としてガソリンエンジンであるものとする）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
【００２６】
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。
【００２７】
コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。
【００２８】
内燃機関１０の各気筒には、筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２６が設けられている。更に、内燃機関１０は、各気筒内の筒内ガス（混合気）に点火するための点火プラグ２８を備えている。また、内燃機関１０は、スロットルバルブ２４よりも下流側の吸気通路１２と、排気通路１４とを接続するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路３０を備えている。ＥＧＲ通路３０における吸気通路１２側の接続口付近には、ＥＧＲ通路３０の開閉を担うＥＧＲバルブ３２が設けられている。このＥＧＲバルブ３２の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路３０を流れるＥＧＲガスの流量を変化させて、ＥＧＲ率を調整することができる。
【００２９】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ１８に加え、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ４２、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４４、筒内圧を検出するための筒内圧センサ４６、および、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ４８等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８およびＥＧＲバルブ３２等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサと所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、燃料噴射制御および点火制御などの所定のエンジン制御を行うものである。
【００３０】
［点火プラグの構成］
図２は、図１に示す点火プラグ２８の具体的な構成を説明するための部分断面図である。
図２に示すように、本実施形態の点火プラグ２８は、燃焼室５０内に突き出すように配置された中心電極２８ａと接地電極（放電電極）２８ｂとを備えている。接地電極２８ｂは、プラグギャップを介して中心電極２８ａと対向するように形成されている。中心電極２８ａには、端子金具（図示省略）を介して高電圧が印加される。
【００３１】
中心電極２８ａの外側には、中心電極２８ａの先端が露出した状態で当該中心電極２８ａを絶縁状態に保持する絶縁体である略円筒状の碍子２８ｃが配置されている。中心電極２８ａの近傍における碍子２８ｃの外周側には、略円筒状の主体金具２８ｄが配置されている。接地電極２８ｂは、主体金具２８ｄの端部に接合されている。
【００３２】
図２に示すように、シリンダヘッド５２には、点火プラグ２８を取り付けるためのプラグ穴部５２ａが形成されている。プラグ穴部５２ａには、主体金具２８ｄにおけるプラグ先端側の部位が挿入されている。この部位には、環状の突起部２８ｄ１が形成されている。そのうえで、この突起部２８ｄ１を両側から挟み込むようにして一対の環状の振動子５４がプラグ穴部５２ａの内部に配置されている。振動子５４としては、例えば、圧電セラミックスなどの圧電素子を用いることができる。
【００３３】
点火プラグ２８は、主体金具２８ｄが内部を貫通する締結具５６を用いて、シリンダヘッド５２に固定される。より具体的には、プラグ穴部５２ａの内部には、突起部２８ｄ１を挟み込むように配置された一対の振動子５４を、更に当該プラグ穴部５２ａの底部５２ａ１との間で挟み込むように、締結具５６の先端部５６ａが挿入されている。締結具５６の先端部５６ａの外周面には、ねじが切られており、これに対応するねじが切られたプラグ穴部５２ａの壁面に対して先端部５６ａを噛み合わせて締結具５６を締め付けていくことによって、図２に示す状態のように、点火プラグ２８がシリンダヘッド５２に固定される。
【００３４】
更に、図２に示すように、一対の振動子５４のそれぞれに対して電圧を印加して当該振動子５４を振動させるための発振回路５８が備えられている。発振回路５８は、ＥＣＵ４０により制御される。締結具５６の内周面と主体金具２８ｄとの間には、隙間が設けられており、シリンダヘッド５２に固定された締結具５６に対して、主体金具２８ｄを含む点火プラグ２８全体が締結具５６の内周面に沿って移動可能となっている。
【００３５】
以上のような構成によれば、一対の振動子５４に対して互いに逆位相となる高周波の電圧を印加することにより、点火プラグ２８をその中心軸線方向（図２の上下方向）に振動させることができる。より具体的には、燃焼室５０から遠い方（図２における上側）の振動子５４が伸びるように電圧を与える際には、燃焼室５０から近い方（図２における下側）の振動子５４が縮むように電圧を与え、逆に、燃焼室５０から遠い方の振動子５４が縮むように電圧を与える際には、燃焼室５０から近い方の振動子５４が伸びるように電圧を与えるようにする。これにより、点火プラグ２８をその中心軸線方向に振動させることができる。
【００３６】
［実施の形態１における点火時の特徴的な制御］
燃焼室５０の壁面はシリンダヘッド５２およびピストン（図示省略）等によって複雑な形状で構成されており、その壁面に沿ってガスが流動している。その結果、燃焼室５０内のガス流動は単純な層流によるものではなく、複雑に乱れた流れによるものとなっている。また、燃焼を由来とした吸排気脈動の変化、および吸排気系において発生するガス流量のばらつき等を原因として、燃焼室５０内の点火プラグ２８の周辺のガスの流速や乱れが大きく変化する。その結果、点火プラグ２８の周辺のガス流動が強い場合は、放電火花が流されることによって放電面積が増加するので、火が着き易くなり、また、火炎の成長が早くなり、燃焼期間が短縮される。逆に、点火プラグ２８の周辺（プラグギャップ）のガス流動が弱い場合は、放電面積が減少するので、火が着きにくくなり、また、燃焼期間が長くなり、失火が発生する場合もある。
【００３７】
内燃機関１０では、特にリーンバーン運転時に、燃焼改善を目的として、タンブル流などによって筒内のガス流動を積極的に与えて燃焼期間の短縮が図られる。このようなガス流動を与えることによってプラグギャップを流れるガスの流速が高くなるが、流速が高いがゆえにサイクル間での流速の変動が生じ易くなる。その結果として、上述したように、ガス流動が弱いことで点火時における点火プラグ２８の周辺のガスの流速が低いサイクルでは、放電火花が流されずに放電面積が減少するため、失火を含めて燃焼悪化が生じ得る。
【００３８】
図３は、振動子５４によってプラグギャップに気体振動を与えることにより得られる効果を説明するための図である。
図３（Ａ）は、振動子５４によって点火プラグ２８を振動させていない状態で点火プラグ２８の放電が行われた際の放電火花を表したものであり、この場合の放電火花は、一本の線状のものとなる。これに対し、図３（Ｂ）は、振動子５４によって点火プラグ２８を振動させている状態で点火プラグ２８の放電が行われた時のものである。
【００３９】
図３（Ｂ）に示すように、点火時（混合気への点火のための放電時）に点火プラグ２８を振動させることによって、プラグギャップに存在する気体（混合気）に対して気体振動を与えることができる。これにより、放電時に電子を拡散させて放電面積を拡大させることができる。その結果、混合気に熱を与える面積が増えるので、サイクル間での筒内のガス流動のばらつきに依らずに点火プラグ２８による混合気の着火性を向上（安定）させることができる。更には、ガス流動が弱い状況下において、着火遅れ期間が長くなるのを抑制することができるので、ガス流動のばらつきに伴う燃焼期間のばらつきを抑制することができる。
【００４０】
図４は、振動子５４を用いて点火プラグ２８を振動させる時期を説明するためのタイムチャートである。
本実施形態では、混合気の着火性（火の着き易さ）や燃焼性（燃焼進行の速さ）の良くない所定の運転条件が成立する場合に、点火プラグ２８の放電の実行中に、振動子５４を用いて点火プラグ２８を振動させることとしている。上記運転条件としては、例えば、始動時、点火時期の大幅遅角時、大量のＥＧＲガス導入時、およびリーンバーン運転時が該当する。
【００４１】
図４（Ｂ）に示すように、点火プラグ２８の放電が行われる場合には、点火プラグに通電する点火コイル（図示省略）の充電のために、所定の点火時期（放電開始時期）に先立って点火コイルへの通電が開始される。その後、点火時期が到来すると、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、放電が開始されるとともに振動子５４の駆動が開始される。振動子５４の駆動は、図４に示す例では、放電期間の全体に渡って実行される。更に、本実施形態では、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、放電終了後においても、所定期間（クランク角期間）に渡って振動子５４の駆動が実行される。点火プラグ２８の放電によって混合気に火が着いた場合には、図４（Ａ）に示すように、燃焼圧が上昇していき、発熱量としても上昇していく。
【００４２】
放電の実行中に振動子５４を駆動することによっては、図３を参照して既述したように、サイクル間での筒内のガス流動のばらつきに依らずに点火プラグ２８による混合気の着火性を向上（安定）させることができる。一方、放電終了後（直後）において振動子５４を駆動することによっては、次のような効果を奏することができる。すなわち、放電終了後にプラグギャップ周辺に気体振動を生じさせることによって、未燃焼領域に向かって伝搬していく火炎面に乱れを与えることができる。その結果、火炎面の表面積を拡大させること（すなわち、未燃混合気を反応させる面積を拡大させること）ができるので、火炎伝搬速度を高くすることができる。このように、火炎の成長を促進することができるので、燃焼期間を短縮させることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、上述したように、リーンバーン運転時などの混合気の着火性や燃焼性の良くない所定の運転条件が成立する場合に限って、点火プラグ２８の放電の実行中に、振動子５４を用いて点火プラグ２８を振動させることとしている。これにより、振動子５４の駆動制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【００４４】
図５は、点火時に振動子５４による点火プラグ２８の振動を行う運転条件を判定するために本実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、各気筒に対し、燃焼開始前の所定時期においてサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
【００４５】
図５に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、（冷間）始動時であるか否かを判定する（ステップ１００）。具体的には、機関温度（エンジン冷却水温度）が所定温度よりも低い始動開始後の所定期間がここでいう始動時に該当する。
【００４６】
上記ステップ１００において始動時ではないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、点火時期を所定値以上遅角させる点火時期の大幅遅角時であるか否かを判定する（ステップ１０２）。内燃機関１０の運転中には、排気通路１４に配置される触媒（図示省略）を暖機することなどを目的として、燃料噴射を複数回に分け、かつ、最終回に噴射される燃料を点火プラグ２８の周りに集めた状態で点火して燃焼させるようにすることによって、大きく点火時期を遅角させた状態での遅角燃焼（大幅遅角燃焼）を行う場合がある。本ステップ１０２では、そのような大幅遅角燃焼を行う運転条件であるか否かが判定される。
【００４７】
上記ステップ１０２において点火時期の大幅遅角時ではないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、所定量以上の大量のＥＧＲガスの導入時であるか否かを判定する（ステップ１０４）。ＥＣＵ４０には、大量のＥＧＲガスの導入を行う運転領域が記憶されており、本ステップ１０４では、現在の運転領域が、記憶された運転領域に該当するか否かが判断される。
【００４８】
上記ステップ１０４において上記ＥＧＲ導入時ではないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、理論空燃比よりもリーンな空燃比下でのリーンバーン運転時であるか否かを判定する（ステップ１０６）。ＥＣＵ４０には、リーンバーン運転を行う運転領域が記憶されており、本ステップ１０６では、現在の運転領域が、記憶された運転領域に該当するか否かが判断される。
【００４９】
上記ステップ１０６における判定が不成立となる場合、すなわち、現在の運転条件が始動時、点火時期の大幅遅角時、大量のＥＧＲガスの導入時、およびリーンバーン運転時の何れにも該当しないと判定された場合には、ＥＣＵ４０は、振動子５４を用いた点火プラグ２８の振動を実行しない（ステップ１０８）。一方、上記ステップ１００〜１０６により判定される運転条件の何れかが成立する場合には、ＥＣＵ４０は、後述する図６に示すルーチンによって特定される時期において、振動子５４を用いた点火プラグ２８の振動を実行する（ステップ１１０）。
【００５０】
図６は、上述した点火（放電）時期の設定、および振動子５４の駆動を行う時期の設定を実現するために本実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、上記図５に示すルーチンの実行に続いて、各気筒に対し、燃焼開始前の所定時期においてサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
【００５１】
図６に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、放電のための（上述した点火コイル）のコイル通電開始時期を設定する（ステップ２００）。具体的には、コイル通電開始時期は、所定の点火時期からコイル通電角度を引いて得た時期として設定される。
【００５２】
図７は、図６に示すルーチン中で用いる各種パラメータを算出するマップの傾向を表した図である。図７（Ａ）に示すように、点火時期は、負荷（トルク）とエンジン回転数とで規定される運転領域との関係で設定されている。点火時期は低回転かつ高負荷側の領域に向かうに従って遅角されるように設定されている。また、コイル通電角度（クランク角ベースの通電期間）は、図７（Ｂ）に示すように、エンジン回転数が高くなるにつれ、大きくなるように設定されている。ＥＣＵ４０には、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すような関係がマップとして記憶されており、本ステップ２００では、そのようなマップを参照して、現在の運転条件に応じた点火時期およびコイル通電角度が算出される。
【００５３】
次に、ＥＣＵ４０は、上記図５に示すルーチンの判定結果を利用して、現在の運転条件が、振動子５４を用いた点火プラグ２８の振動を実行する運転条件であるか否かを判定する（ステップ２０２）。その結果、本ステップ２０２の判定が成立する場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、振動子５４による振動開始時期を設定する（ステップ２０４）。具体的には、ここでは、振動開始時期は、点火時期と同じ時期に設定される。
【００５４】
次に、ＥＣＵ４０は、振動子５４による振動終了時期を設定する（ステップ２０６）。具体的には、振動終了時期は、点火時期に点火プラグ振動角度を加えて得た時期として設定される。点火プラグ振動角度は、振動子５４を駆動する期間（クランク角ベースの期間）に相当するものであり、図７（Ｃ）に示すように、エンジン回転数が高くなるにつれ、大きくなるように設定されている。ＥＣＵ４０には、図７（Ｃ）に示すような関係がマップとして記憶されており、本ステップ２０６では、そのようなマップを参照して、現在の運転条件に応じた点火プラグ振動角度が算出される。
【００５５】
一方、上記ステップ２０２の判定が不成立となると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、点火プラグ２８の振動のための振動開始時期および振動終了時期を設定しない（ステップ２０８）。
【００５６】
ところで、上述した実施の形態１においては、振動子５４の駆動を伴う点火（放電）を、混合気の着火性や燃焼性の良くない所定の運転条件において実行することとしている。そして、当該運転条件としては、リーンバーン運転時等の具体的な個別の運転条件が該当するものとしている。しかしながら、本発明においては、上記運転条件が成立するか否かの判定は、次のような判定手法に従って行われるものであってもよい。
【００５７】
すなわち、混合気の着火性や燃焼性の良くない上記運転条件としては、点火時の筒内温度が低い条件が含まれる。より具体的には、点火時の筒内温度が同一負荷（空気量）条件における点火時の（同一クランク角度での）筒内温度よりも低いサイクルにおいて、上記運転条件が成立する。圧縮行程における筒内温度は筒内圧に比例する。したがって、筒内圧センサ４６を備える内燃機関１０であれば、筒内圧センサ４６を用いて取得可能な点火時の筒内圧が、同一負荷条件における点火時の筒内圧の基準範囲（現在の負荷条件に応じた適正な筒内圧の範囲）よりも低い場合に、上記運転条件が成立したものと判断し、点火プラグ２８の放電の実行中にプラグギャップに気体振動を与えるようにしてもよい。また、筒内圧センサ４６を用いて取得した筒内圧を利用する手法に代え、筒内温度を推定する手段（筒内圧の推定値を用いて筒内温度を推定するものも含む）を備えるようにし、推定した点火時の筒内温度が、同一負荷条件の点火時の筒内温度の基準範囲よりも低い場合に、点火プラグ２８の放電の実行中にプラグギャップに気体振動を与えるようにしてもよい。
【００５８】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上記図５および図６に示すルーチンの処理に従って点火プラグ２８の放電の実行中に振動子５４を用いてプラグギャップに気体振動を与えることにより前記第１の発明における「気体振動付与手段」が実現されている。
【００５９】
実施の形態２．
次に、図８〜図１１を主に参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図５および図６に示すルーチンに代えて後述の図９および図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００６０】
［実施の形態２における点火時の特徴的な制御］
図８は、本発明の実施の形態２における点火時の特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。
図８（Ｂ）および（Ｄ）に示すように、本実施形態においても、混合気の着火性や燃焼性の良くない所定の運転条件（上述したリーンバーン運転時など）が成立する場合には、点火プラグ２８の放電の実行中に、振動子５４を用いて点火プラグ２８を振動させる制御が実行される。
【００６１】
更に、本実施形態では、１回目の放電が終了した後（直後）に、図８（Ｃ）に示すように、１回目の放電の実行に伴って混合気が着火したか否かを、燃焼時の筒内圧である燃焼圧を利用して算出する発熱量に基づいて判定するようにした。混合気の着火が正常に行われた場合であれば、図８（Ａ）中に実線で示すように、燃焼圧（発熱量）が所定の燃焼判定値よりも高くなる。これに対し、混合気の着火が正常に行われなかった場合には、図８（Ａ）中に点線で示すように、燃焼圧（発熱量）が燃焼判定値にまで上昇しない。
【００６２】
そこで、本実施形態では、上記の着火チェックによって混合気の着火が正常に行われなかったと判定した場合には、図８（Ｂ）に示すように、点火プラグ２８の再放電を実施するとともに、図８（Ｄ）に示すように、再放電の実行中に、振動子５４を駆動するようにした。更に、この２回目の放電（再放電）の実施に対しても、この再放電が終了した後（直後）に着火チェックが行われる。そして、この再放電に伴う着火が確認されなかった場合には、更なる再放電とともに振動子５４の駆動が行われる。本実施形態では、このような着火チェック、並びに、着火が起きなかった場合の再放電および振動子５４の駆動が、必要に応じて、所定の限度回数（例えば、初回の放電および振動を含めて５回まで）の範囲内で実行される。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態では、点火プラグ２８の放電が行われた場合には、放電に伴う着火の有無を判断したうえで、着火が起きなかった場合には再放電および振動子５４の駆動が実行される。これにより、１度の放電によっては着火が起きないサイクルにおいても、より確実に着火が起きるようにすることができ、燃焼悪化や失火を抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態においても、リーンバーン運転時などの混合気の着火性や燃焼性の良くない所定の運転条件が成立する場合に限って、点火プラグ２８の放電の実行中に、振動子５４を用いて点火プラグ２８を振動させることとしている。これにより、振動子５４の駆動制御を行う運転条件を効率的に設定できるようになる。
【００６５】
図９は、上述した点火（放電）時期の設定、振動子５４の駆動を行う時期の設定、および、振動子５４の駆動を伴う点火を行う所定の運転条件の判定を実現するために本実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、各気筒に対し、燃焼開始前の所定時期においてサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、本ルーチンは、混合気の着火性や燃焼性の良くない所定の運転条件の一例として、リーンバーン運転時を取り挙げたものである。ただし、他の上述した始動時等の運転条件に対しても、同様に、本ルーチンを類似するルーチンを実行するようにしてもよい。
【００６６】
図９に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、リーンバーン運転時であるか否かを判定する（ステップ３００）。その結果、リーンバーン運転時ではないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、振動子５４を用いずに通常の点火を行うモードを選択する（ステップ３０２）。次いで、ＥＣＵ４０は、この場合に用いる点火時期を所定のマップを参照して算出する（ステップ３０４）。
【００６７】
図１０は、図９に示すルーチン中で用いる各種パラメータを算出するマップの傾向を表した図である。図１０（Ａ）に示すように、点火時期は、理論空燃比下での運転時に用いられるものであり、負荷（トルク）とエンジン回転数とで規定される運転領域との関係で設定されている。点火時期は低回転かつ高負荷側の領域に向かうに従って遅角されるように設定されている。ＥＣＵ４０には、このような関係がマップとして記憶されており、本ステップ３０４では、そのようなマップを参照して、理論空燃比下での現在の運転条件に応じた点火時期が算出される。
【００６８】
一方、上記ステップ３００においてリーンバーン運転時であると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、以下のステップ３０６〜３１４において、振動子５４の駆動を伴う点火時期（以下、「点火・振動時期」と称する場合がある）を設定する。ここでは、状況次第で実施される可能性のある点火および振動の最大数である所定の限度回数（ここでは、５回）分の第１〜第５点火・振動時期が設定される。
【００６９】
より具体的には、ＥＣＵ４０は、先ず、第１点火・振動時期を所定のマップを参照して算出する（ステップ３０６）。図１０（Ｂ）に示すように、リーンバーン運転時に用いる点火時期は、所定のリーンバーン運転領域内において、低回転かつ高負荷側の領域に向かうに従って遅角されるように設定されている。ＥＣＵ４０には、このような関係がマップとして記憶されており、本ステップ３０６では、そのようなマップを参照して、リーン空燃比下での現在の運転条件に応じた第１点火・振動時期が算出される。
【００７０】
更に、ＥＣＵ４０は、１回の放電時間および着火チェック時間をそれぞれ１ｍｓとし、２ｍｓおきに、第２点火・振動時期を上記ステップ３０６において算出された点火時期から２ｍｓ後の時期として設定し（ステップ３０８）、第３点火・振動時期を上記点火時期から４ｍｓ後の時期として設定し（ステップ３１０）、第４点火・振動時期を上記点火時期から６ｍｓ後の時期として設定し（ステップ３１２）、第５点火・振動時期を上記点火時期から８ｍｓ後の時期として設定する（ステップ３１４）。
【００７１】
次に、ＥＣＵ４０は、１サイクル中において最大で５回となる振動子５４による振動を行う振動時間を所定のマップを参照して算出する（ステップ３１６）。図１０（Ｃ）に示すように、振動時間は、エンジン回転数が高くなるにつれ、長くなるように設定されている。ＥＣＵ４０には、このような関係がマップとして記憶されており、本ステップ３１６では、そのようなマップを参照して、振動時間が算出される。
【００７２】
図１１は、上述した点火（放電）、振動子５４の駆動、および着火チェックを実現するために本実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、上記図９に示すルーチンにおけるステップ３００の判定が成立した場合に起動され、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００７３】
図１１に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、現在のサイクルにおいて既に行った振動子５４の駆動を伴う点火（放電）の回数が、所定の限度回数（ここでは、５回）に達したか否かを判定する（ステップ４００）。その結果、振動子５４の駆動を伴う点火を既に５回行っている場合には、今回のサイクルにおける振動子５４の駆動を伴う点火の制御が終了される（ステップ４０２）。
【００７４】
一方、上記ステップ４００において振動子５４の駆動を伴う点火の実行回数が上限である５回に達していないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、現時点のクランク角度が圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）１０°以降であるか否かを判定する（ステップ４０４）。その結果、現時点のクランク角度がＡＴＤＣ１０°以降であると判定された場合には、今回のサイクルにおける振動子５４の駆動を伴う点火の制御が終了される（ステップ４０２）。振動子５４の駆動を伴う点火の実行時期が遅くなると、ピストンが下降して筒内圧が低下するため、このことを理由として混合気が着火しにくくなる。このため、本ステップ４０４の判定が成立する場合には、振動子５４の駆動を伴う点火を更に実施することが断念される。
【００７５】
一方、上記ステップ４０４において現時点のクランク角度が未だＡＴＤＣ１０°に達していないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、振動子５４の駆動を伴う点火の実行中であるか否かを判定する（ステップ４０６）。その結果、振動子５４の駆動を伴う点火の実行中であると判定された場合には、今回の制御周期における処理が速やかに終了される。一方、振動子５４の駆動を伴う点火の実行中ではないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、現時点が点火（放電）の終了から１ｍｓの時間（上記着火チェック時間）内であるか否かを判定する（ステップ４０８）。
【００７６】
上記ステップ４０８において現時点が点火の終了から１ｍｓの時間内であると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、燃焼圧に基づいて発熱量を算出し、算出した発熱量が所定の燃焼判定値（ここでは、１Ｊ）よりも大きいか否かを判定する（ステップ４１０）。本ステップ４１０の処理は、既述した着火チェックに相当する処理である。筒内圧センサ４６を用いて２つのクランク角度での筒内圧値が取得できれば、既知の関係式に従って、上記２つのクランク角度間での筒内の発熱量の変化量を算出することができる。このような手法を用いて、本ステップ４１０では、着火チェック時間内において発熱量が上記燃焼判定値を超えたか否かが判定される。尚、着火チェックの手法は、発熱量が所定の燃焼判定値を超えた場合に着火が起きていると判定するものに限られるものではない。すなわち、例えば、燃焼圧自体が所定の判定値を超えたか否かに基づいて判定するものであってもよく、或いは、点火プラグ２８をイオンプローブとして利用する公知の技術を利用して、着火に伴って流れるイオン電流の大きさを検知することによって行うものであってもよい。
【００７７】
上記ステップ４１０の判定が成立する場合、すなわち、着火が起きていることが確認された場合には、今回のサイクルにおける振動子５４の駆動を伴う点火の制御が終了される（ステップ４０２）。一方、上記ステップ４１０の判定が不成立となる場合、すなわち、振動子５４の駆動を伴う直近の点火では未だ混合気を着火させることができていない（着火不良が生じている）と判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、上記の限度回数の範囲内において上記図９に示すルーチンで設定された時期が到来した際に、振動子５４の駆動を伴う点火を同一サイクル中において更に実施する（ステップ４１２）。
【００７８】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記図９および図１１に示すルーチンの処理に従って点火プラグ２８の放電の実行中に振動子５４を用いてプラグギャップに気体振動を与えることにより前記第１の発明における「気体振動付与手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ４１０の判定が不成立となる場合に上記ステップ４１２の処理を実行することにより前記第２の発明における「再放電実行手段」が実現されている。
【００７９】
実施の形態３．
次に、図１２および図１３を主に参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図５および図６に示すルーチンに代えて後述の図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００８０】
［実施の形態３における点火時の特徴的な制御］
図１２は、本発明の実施の形態３における点火時の特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。
本実施形態は、振動子５４の駆動をなるべく減らすという思想に基づくものであり、上述した実施の形態２との相違点は、図１２（Ｂ）および（Ｄ）に示すように、初回の点火（放電）時には振動子５４の駆動を行わないというものである。
【００８１】
そのうえで、本実施形態においても、初回の放電が終了した後（直後）に、図１２（Ｃ）に示すように、初回の点火に対する着火チェックが実行される。図１２に示す例は、図１２（Ａ）に示すように、初回の放電によって着火が起きなかった場合のものである。したがって、初回の放電に対する着火チェックの実施後に、図１２（Ｂ）および（Ｄ）に示すように振動子５４の駆動を伴う点火（放電）が実施される。その後は、着火チェック、並びに、着火が起きなかった場合の再放電および振動子５４の駆動が、必要に応じて、所定の限度回数（例えば、初回の放電および振動を含めて５回まで）の範囲内で実行される。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態においても、上述した実施の形態２と同様に、点火プラグ２８の放電が行われた場合には、放電に伴う着火の有無を判断したうえで、着火が起きなかった場合には再放電および振動子５４の駆動が実行される。これにより、１度の放電によっては着火が起きないサイクルにおいても、より確実に着火が起きるようにすることができ、燃焼悪化や失火を抑制することができる。
【００８３】
図１３は、上述した点火（放電）、振動子５４の駆動、および着火チェックを実現するために本実施の形態３においてＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本実施形態においても、図１２を参照して上述した点火（放電）時期の設定、振動子５４の駆動を行う時期の設定、および、振動子５４の駆動を伴う点火を行う所定の運転条件の判定を実現するために、実施の形態２における図９に示すルーチンと類似するルーチンが実行されているものとする。ただし、本実施形態での処理は、初回の点火が振動子５４の駆動を伴わない点において図９に示すルーチンのステップ３０６の処理と相違する。また、本ルーチンは、このような図９に類似のルーチンにおいてステップ３００と同様の判定が成立した場合に起動され、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。ただし、本実施形態における着火チェック、および、着火不良と判定された場合における振動子５４の駆動を伴う再放電は、上記所定の運転条件が成立するか否かを問わずに行われるものであってもよい。また、図１３において、実施の形態２における図１１に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００８４】
図１３に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、現在のサイクルにおいてこれから実行される点火が初回であるか否かを判定する（ステップ５００）。その結果、初回の点火に該当する場合には、ＥＣＵ４０は、所定の点火時期において点火（放電）のみを実行する（振動子５４の駆動は行われない）（ステップ５０２）。
【００８５】
一方、上記ステップ５００において初回の点火ではないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、現在のサイクルにおいて既に行った点火（放電）の回数が所定の限度回数（ここでは、５回）に達したか否かを判定する（ステップ５０４）。その結果、点火を既に５回行っている場合には、今回のサイクルにおける点火の制御が終了される（ステップ５０６）。
【００８６】
一方、上記ステップ５０４において点火の実行回数が５回に達していないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、点火の実行中（２回目以降の点火であれば、振動子５４の駆動を伴う点火の実行中）であるか否かを判定する（ステップ５０８）。その結果、点火の実行中であると判定された場合には、今回の制御周期における処理が速やかに終了される。
【００８７】
一方、点火の実行中ではないと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、上記ステップ４０８において、現時点が点火（放電）の終了から１ｍｓの時間（上記着火チェック時間）内であるか否かを判定する。その結果、着火チェック時間内であれば、ＥＣＵ４０は、上記ステップ４１０の処理によって燃焼圧（発熱量）に基づいて着火チェックを実施する。次いで、着火チェックの結果に応じて、ＥＣＵ４０は、着火が起きていることが確認された場合には、今回のサイクルにおける点火の制御を終了し（ステップ４０２）、一方、直近の点火によって着火不良が生じていると判断した場合には、振動子５４の駆動を伴う点火を同一サイクル中において更に実施する（ステップ４１２）。
【００８８】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ４０が上記図１３に示すルーチンの処理に従って点火プラグ２８の放電の実行中に振動子５４を用いてプラグギャップに気体振動を与えることにより前記第１の発明における「気体振動付与手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態３においても、ＥＣＵ４０が上記ステップ４１０の判定が不成立となる場合に上記ステップ４１２の処理を実行することにより前記第２の発明における「再放電実行手段」が実現されている。
【００８９】
ところで、上述した実施の形態２および３においては、着火チェックによって着火不良が生じていると判断された場合には、所定の限度回数の範囲内で必要に応じて、再放電期間と同じクランク角期間だけ振動子５４を駆動させるようにしている。このような手法での振動子５４の駆動に代え、例えば、振動子５４の駆動を伴う点火を既に行ったにもかかわらず着火不良が生じる場合には、その後に行う振動子５４の駆動時間を前回よりも長く（放電期間よりも長く）してもよい。すなわち、振動子５４の駆動回数が増えるにつれ、振動子５４の駆動時間を長くしてもよい。
【００９０】
また、上述した実施の形態１〜３においては、図２に示すように点火プラグ２８自体を振動させることにより、プラグギャップに気体振動を付与可能な構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における気体振動付与手段は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、振動子自体の振動によって直接的にプラグギャップに気体振動を与えるものであってもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  エアクリーナ
１８  エアフローメータ
２０  ターボ過給機
２２  インタークーラ
２４  スロットルバルブ
２６  燃料噴射弁
２８  点火プラグ
２８ａ  点火プラグの中心電極
２８ｂ  点火プラグの接地電極
２８ｃ  点火プラグの碍子
２８ｄ  点火プラグの主体金具
２８ｄ１  点火プラグの主体金具の突起部
３０  ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲバルブ
４０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２  クランク角センサ
４４  空燃比センサ
４６  筒内圧センサ
４８  水温センサ
５０  燃焼室
５２  シリンダヘッド
５２ａ  シリンダヘッドのプラグ穴部
５２ａ１  シリンダヘッドのプラグ穴部の底部
５４  振動子
５６  締結具
５６ａ  締結具の先端部
５８  発振回路
【図１】
2014211126.tif 000003
【図２】
2014211126.tif 000004
【図３】
2014211126.tif 000005
【図４】
2014211126.tif 000006
【図５】
2014211126.tif 000007
【図６】
2014211126.tif 000008
【図７】
2014211126.tif 000009
【図８】
2014211126.tif 000010
【図９】
2014211126.tif 000011
【図１０】
2014211126.tif 000012
【図１１】
2014211126.tif 000013
【図１２】
2014211126.tif 000014
【図１３】
2014211126.tif 000015