(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒毎に筒内に噴口を臨ませた燃料噴射弁を備え、圧縮行程で燃料噴射を行わせる運転条件をもつ直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置であって、
通常の点火時期における点火プラグの放電に加え、燃焼性の悪化が判定されたときに点火プラグの空放電を行わせるよう構成すると共に、
前記点火プラグの中心電極周囲のデポジットに沿って電流が流れる筒内ガス密度条件において前記空放電を行わせることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
各気筒毎に筒内に噴口を臨ませた燃料噴射弁を備え、圧縮行程で燃料噴射を行わせる運転条件をもつ直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置であって、
通常の点火時期における点火プラグの放電に加え、燃焼性の悪化が判定されたときに点火プラグの空放電を行わせるよう構成すると共に、
燃料を着火燃焼させずかつ筒内ガス密度が最も高い時期を機関運転条件に基づいて検出し、該検出した時期に前記空放電を行わせることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。
【請求項３】
前記空放電の時期を、圧縮行程での燃料噴射の直前とすることを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。
【請求項４】
通常の点火動作からの燃焼期間を機関運転条件に基づいて検出し、膨張行程中の前記燃焼期間が経過した直後を前記空放電の時期とすることを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。
【請求項５】
前記空放電を、機関のアイドル運転状態においてのみ行わせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。
【請求項６】
前記空放電の時期を、燃料カット状態での圧縮上死点付近とすることを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置に関し、詳しくは、点火プラグに付着したデポジットを空放電により燃焼させて、燃焼性（点火エネルギー）を回復させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直噴火花点火式内燃機関において、点火プラグに対するデポジットの付着により絶縁抵抗が低下すると、点火エネルギーが減少して失火発生の原因になるため、失火頻度等に基づいて燃焼性が悪化していると判定されたときに、点火制御対象の気筒の点火時期において点火制御対象の気筒以外の気筒の点火コイルユニットにも同時に点火信号を印加することで、混合気の着火燃焼に関与しない所謂空放電を行わせ、これにより、前記デポジットを燃焼させ、点火エネルギーを回復させるよう構成された点火制御装置があった（特開平９−３０３１８９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、点火制御対象の気筒以外の気筒の点火コイルユニットにも点火時期において同時に点火信号を印加する構成では、４気筒エンジンの場合に空放電を行わせる時期が、点火時期の１８０  °ＣＡ後（膨張行程後期），点火時期の３６０  °ＣＡ後（排気行程後期），点火時期の５４０  °ＣＡ後（吸気行程後期）になり、これらの空放電時期は、筒内ガス密度が比較的低い時期であるという共通の特性をもつことになる。
【０００４】
一方、点火プラグの放電電圧と筒内ガス密度との間には、図４に示すように、筒内ガス密度の低下に従って放電電圧が低下し、正規のギャップ間を火花が飛び易くなることが知られている。
【０００５】
即ち、従来の点火エネルギー回復のための空放電制御は、正規のギャップ間に火花が飛び易い条件下で空放電を行わせることになっており、中心電極の周囲の碍子上にデポジットが付着している場合であっても、中心電極と接地電極との間の正規のギャップ部分で火花が飛んで、前記デポジットを導通して接地電極へ漏洩する電流が少ないため、前記デポジットを効果的に燃焼させることができず、点火エネルギーの回復効果を十分に得ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、点火プラグの中心電極周囲の碍子上に付着したデポジットを空放電によって効果的に燃焼させ、燃焼性（点火エネルギー）の回復を確実に得られる直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、各気筒毎に筒内に噴口を臨ませた燃料噴射弁を備え、圧縮行程で燃料噴射を行わせる運転条件をもつ直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置であって、通常の点火時期における点火プラグの放電に加え、燃焼性の悪化が判定されたときに点火プラグの空放電を行わせるよう構成すると共に、前記点火プラグの中心電極周囲のデポジットに沿って電流が流れる筒内ガス密度条件において前記空放電を行わせる構成とした。
かかる構成によると、筒内ガス密度が高いときほど点火プラグの放電電圧が高くなり、放電電圧が高くなるほど正規のギャップ間に放電火花が飛び難くなるという特性があり、筒内ガス密度が高い条件下での空放電は、中心電極周囲のデポジットを介して流れる漏洩電流を多くすることになるので、デポジットに沿って電流が流れる筒内ガス密度条件において空放電を行わせることで、デポジットを効果的に燃焼させる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、各気筒毎に筒内に噴口を臨ませた燃料噴射弁を備え、圧縮行程で燃料噴射を行わせる運転条件をもつ直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置であって、通常の点火時期における点火プラグの放電に加え、燃焼性の悪化が判定されたときに点火プラグの空放電を行わせるよう構成すると共に、燃料を着火燃焼させずかつ筒内ガス密度が最も高い時期を機関運転条件に基づいて検出し、該検出した時期に前記空放電を行わせる構成とした。
かかる構成によると、筒内ガス密度が最も高くなる時期に空放電を行なわせることで、中心電極周囲のデポジットに沿って電流が確実に流れ、デポジットが効果的に燃焼する。
【０００９】
請求項３記載の発明では、前記空放電の時期を、圧縮行程での燃料噴射の直前とする構成とした。
かかる構成によると、圧縮行程中の燃料噴射の前であれば、放電が燃料の着火燃焼に関与せずに空放電になると共に、燃料噴射の直前として圧縮行程中のなるべく遅れた時期に空放電させる構成であれば、筒内ガス密度がなるべく高い条件下で空放電を行わせることになる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、通常の点火動作からの燃焼期間を機関運転条件に基づいて検出し、膨張行程中の前記燃焼期間が経過した直後を前記空放電の時期とする構成とした。
かかる構成によると、通常の点火動作後の燃焼期間が機関運転条件（機関負荷，機関回転速度）に応じて変化することに対応して、膨張行程中の空放電の時期が制御されるから、膨張行程中のなるべく筒内ガス密度が高い時期で、燃焼の後期まで残った未燃焼成分が点火プラグに付着してデポジットを生成する時期に空放電を行わせることができる。
【００１２】
請求項５記載の発明では、前記空放電を、機関のアイドル運転状態においてのみ行わせる構成とした。
かかる構成によると、圧縮行程中の燃料噴射の直前等の空放電の時期であっても、機関がアイドル運転状態でない場合には、空放電を行わせない。
【００１３】
機関のアイドル運転状態とは、点火プラグの温度が低い条件であって、点火プラグの温度が低いときほど放電電圧が高くなって、正規のギャップ間に放電火花が飛び難くなるので、アイドル運転状態で空放電を行わせれば、他の点火プラグの温度が高い運転状態に比してより効果的にデポジットが燃焼することになる。
【００１４】
請求項６記載の発明では、前記空放電の時期を、燃料カット状態での圧縮上死点付近とする構成とした。
かかる構成によると、減速燃料カット等の燃料噴射が停止される条件下では、最も筒内ガス密度が高くなる圧縮上死点付近において点火プラグの近傍に燃料が存在せず、圧縮上死点付近での点火プラグの放電動作は空放電となり、最も筒内ガス密度（放電電圧）が高い条件下で空放電が行われることになる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、空放電によって点火プラグの中心電極周囲のデポジットに沿って電流を確実に流し、デポジットを効果的に燃焼させることができるという効果がある。
【００１６】
請求項３記載の発明によると、圧縮行程中であって、かつ、なるべく上死点に近く、筒内ガス密度が最大限に高い条件下で空放電を行わせることができるという効果がある。
【００１７】
請求項４記載の発明によると、膨張行程中の燃焼期間を避けた最も筒内ガス密度が高い条件下で空放電を行わせることが可能になるという効果がある。
請求項５記載の発明によると、点火プラグの温度が低く放電電圧が高くなる条件でのみ空放電を行わせることで、より一層効果的にデポジットを燃焼させることができるという効果がある。
【００１８】
請求項６記載の発明によると、燃料カット状態で筒内ガス密度が最も高くなる上死点付近で空放電を行わせることができるという効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、直噴火花点火式内燃機関である４サイクル型の自動車用ガソリン機関の制御システムを示すブロック図である。
【００２０】
この図１において、各気筒毎に設けられる点火プラグ１には、各点火プラグ１毎にそれぞれ設けられた点火コイル２の二次側から個別に高電圧が印加されるようになっており、前記各点火コイル２の一次側への通電は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）３によって制御される。
【００２１】
前記ＥＣＵ３には、クランク角を検出するクランク角センサ４，気筒判別を行う気筒判別センサ５，スロットル弁（図示省略）の開度を検出するスロットルセンサ６からの検出信号が入力される。また、図示を省略したが、前記ＥＣＵ３には、上記各種センサの他、排気中の酸素濃度に基づいて燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比センサ，機関の吸入空気量を計測するエアフローメータ，機関の冷却水温度を検出する水温センサ等からの検出信号が入力される。
【００２２】
そして、前記ＥＣＵ３は、前記各種センサからの検出信号に基づいて燃料噴射時期及び燃料噴射量を演算し、該演算結果に応じて、筒内に噴口を臨ませて各気筒毎にそれぞれ設けられる燃料噴射弁１３に対して噴射弁駆動信号を出力し、燃料噴射を制御する。
【００２３】
具体的には、機関負荷，機関回転速度，水温，始動後時間などの機関運転状態に基づいて、目標空燃比を設定すると共に、吸気行程での燃料噴射による均質燃焼と圧縮行程での燃料噴射による成層燃焼とのいずれかを選択する。そして、前記目標空燃比に制御するための燃料噴射量を演算し、また、均質燃焼，成層燃焼の別に応じて噴射時期を演算し、前記噴射時期に前記燃料噴射量に相当するパルス幅の噴射弁駆動信号を、噴射時期となっている気筒の燃料噴射弁１３に対して出力する。
【００２４】
更に、前記ＥＣＵ３は、機関負荷，機関回転速度等に基づいて点火時期を演算し、該演算された点火時期に放電を行わせるべく、前記気筒判別センサ５により判定される点火制御対象の気筒の点火コイル２に対して点火信号を出力し、点火コイル２の一次側に対する通電を制御する。
【００２５】
ところで、圧縮行程で燃料噴射を行わせると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いために燃料の気化が不十分となって不完全燃焼が生じ、これによって、図５に示すように、未燃焼成分が点火プラグ１の中心電極７周囲の碍子８に付着してデポジット１０を生成する場合がある。前記デポジット１０は、点火プラグ１の絶縁抵抗を低下させて、中心電極７と接地電極９との間の正規の点火ギャップ間での放電を妨げ、これにより、点火エネルギーを低下させて失火を引き起こす要因となる。
【００２６】
そこで、前記ＥＣＵ３は、混合気の着火燃焼に関与しない点火プラグ１の放電、即ち、空放電を行わせることで、前記デポジット１０を燃焼させて、点火エネルギーの回復を図るよう構成されている。
【００２７】
ここで、前記空放電制御の第１の実施形態を、図２のフローチャートに従って説明する。
図２のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１では、圧縮行程にて燃料噴射が行われる成層燃焼条件であるか否かを判別し、成層燃焼条件であるときには、ステップＳ２へ進む。
【００２８】
ステップＳ２では、燃焼状態が悪化しているか否かを判定する。
前記燃焼状態の悪化は、公知の種々の手段を用いて判断することができ、例えば失火頻度が所定値以上になっている状態を燃焼状態の悪化状態として判定させることができる。また、成層燃焼条件が所定時間以上連続したときに、前記デポジット１０の生成による燃焼状態の悪化を推定しても良い。更に、図１に示したように、点火プラグ１の絶縁抵抗を検出する点火プラグ抵抗検出手段１２を設け、デポジット１０の生成による絶縁抵抗の減少を直接的に検出しても良い。
【００２９】
ステップＳ２で燃焼状態の悪化が判定されると、ステップＳ３へ進み、圧縮行程での燃料噴射が行われる直前に、同じ気筒で点火プラグ１による放電を行わせるべく、圧縮行程であって燃料噴射が行われる気筒の点火コイル２に対して点火信号を出力する。
【００３０】
燃料噴射が行われる直前に点火プラグ１による放電を行わせる構成であれば、点火プラグ１近傍に燃料が存在しないから、空放電となる。
前記燃料噴射が行われる直前の放電を行わせた後は、通常の点火時期において放電を行わせるべく、同じ点火コイル２に対して続けて点火信号を出力する。即ち、図３に示すように、噴射弁駆動信号ａが出力される圧縮行程の気筒において、噴射弁駆動信号ａに略同期した空放電のための点火信号ｃの後の同じ圧縮行程内において、燃料を着火燃焼させるための点火信号ｂが出力されることになる。
【００３１】
上記のようにして、通常の点火時期とは独立に空放電の時期を任意に制御する構成とし、然も、圧縮行程中で、かつ、燃料が点火プラグ１に到達する直前に空放電を行わせる構成とすれば、筒内ガス密度が最大限に高い条件下で空放電を行わせることができ、これによって、中心電極７の周囲のデポジット１０を効果的に燃焼させることができる。
【００３２】
図４に示すように、筒内ガス密度が高いときには、放電電圧が高くなって正規のギャップ間において火花が飛び難くなり、点火プラグ１の中心電極７の周囲の碍子８上にデポジットが付着している場合には、放電電流は正規のギャップ間を飛ばずに、図５に示すように、導電性のデポジット１０を介して接地電極９へと漏洩するか、又は、導電性のデポジット１０を介した後、正規のギャップよりも間隙の小さいハウジングポケット１１の奥で火花が飛ぶことになる。即ち、筒内ガス密度が高くなる圧縮行程のなるべく後の時期に空放電を行わせれば、中心電極７の周囲のデポジット１０に沿って電流が確実に流れ、デポジット１０を効果的に燃焼させることができるものである。
【００３３】
尚、圧縮行程中の空放電は、燃料噴射が行われることのない圧縮行程前半の固定されたタイミングで行わせても良いが、上記のように噴射弁駆動信号と同期をとれば、なるべく空放電の時期を遅らせて筒内ガス密度の最大限に高いときに空放電を行わせることができ、より確実にデポジット１０を燃焼させることができる。
【００３４】
ところで、図７に示すように、点火プラグ９の電極の温度が低いときほど放電電圧が高くなってギャップ間に火花が飛び難くなり、デポジット１０に沿って電流が流れ易くなるので、図６のフローチャートに示す第２の実施形態のように、前記図２のフローチャートに示した圧縮行程中の噴射直前の空放電を、点火プラグ１の電極温度が低くなる機関のアイドル運転時（低負荷，低回転時）に限って行わせるようにしても良い。
【００３５】
図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１１では、機関が所定のアイドル運転状態（低負荷，低回転状態）であるか否を判別し、アイドル運転状態であるときにのみステップＳ１２以降へ進む。
【００３６】
そして、ステップＳ１２で成層燃焼条件であると判定され、かつ、ステップＳ１３で燃焼性の悪化が判定されたときに、ステップＳ１４へ進み、圧縮行程での燃料噴射直前において空放電を行わせる。
【００３７】
このようにアイドル運転時であって、かつ、筒内ガス密度が高い圧縮行程中の燃料噴射の直前に空放電を行わせれば、点火プラグ１の温度条件から放電電圧が高くなると共に、筒内ガス密度の条件から放電電圧が高くなるから、より一層正規ギャップ間に火花が飛び難くなり、空放電によりデポジットをより効果的に燃焼させることができる。
【００３８】
また、上記では、成層燃焼条件下の圧縮行程中であって、燃料が点火プラグ１に到達する直前に空放電を行わせる構成としたが、筒内ガス密度が高い条件として膨張行程中に空放電を行わせる構成としても良い。
【００３９】
第３の実施形態を示す図８のフローチャートにおいて、ステップＳ２１で成層燃焼条件であると判定され、かつ、ステップＳ２２で燃焼性の悪化が判定されると、ステップＳ２３へ進み、膨張行程内の燃焼期間直後に空放電を行わせる。
【００４０】
前記燃焼期間は、機関負荷，機関回転速度によって変化するので、通常の点火ｂから空放電ｃまでの期間ｄ（図９参照）を、図１０に示すように機関負荷，機関回転速度に応じたマップデータとして決定すれば良い。
【００４１】
上記のように点火時期とは独立に、燃焼期間の直後に空放電が行われるようにすれば、膨張行程中のなるべく早い時期、即ち、膨張行程中のなるべく筒内ガス密度（放電電圧）の高い時期に空放電を行わせることができ、空放電によるデポジットの燃焼を効果的に行わせることができる。
【００４２】
尚、上記の膨張行程における空放電も、アイドル運転時に限って行わせるようにしても良い。
ところで、上記第１，第２の実施形態では、噴射弁駆動信号に同期した点火信号の出力によって、燃料噴射が行われる直前に空放電を行わせる構成としたが、燃料噴射が停止される条件（燃料カット条件）であって噴射弁駆動信号が出力されない場合にも、通常に燃料噴射が行われる場合と同様にして空放電を行わせるべく、図１１のフローチャートに示す第４の実施形態に示すようにして、空放電を行わせると良い。
【００４３】
図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ３１では、スロットル弁全閉であって機関回転速度が所定速度以上であることなどを条件として行われる減速燃料カット時であるか否かを判別する。そして、燃料カット条件であれば、ステップＳ３２へ進んで、燃料カット条件に入る直前での圧縮行程中の噴射時期を記憶し、次のステップＳ３３では、燃料噴射を停止させる。
【００４４】
ステップＳ３４では、燃焼性の悪化状態であるか否かを判別し、燃焼性の悪化状態であれば、ステップＳ３５へ進み、前記記憶された噴射時期に同期して圧縮行程の気筒の点火コイル２に対して点火信号を出力することにより、空放電を行わせる。
【００４５】
ここで、前記噴射時期に同期した空放電の後の点火時期における放電も、燃料カット中であって点火プラグ１の近傍に燃料が存在しないので空放電となり、結果、１サイクル中に２回の空放電が行われることになる。
【００４６】
ところで、上記のような燃料カット中であれば、噴射時期や燃焼期間に制限されることなく、どのタイミングで放電を行わせても空放電となるから、図１２のフローチャートに示す第５の実施形態に示すように、燃料カット中であるときには、圧縮上死点付近で点火信号を出力して、空放電を最も筒内ガス密度の高い条件下で行わせることができる。
【００４７】
図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ４１では燃料カット条件が成立しているか否かを判別し、成立していればステップＳ４２へ進んで燃料噴射を停止させる。
【００４８】
更に、ステップＳ４３では、燃焼性が悪化しているか否かを判別し、燃焼性が悪化している場合には、ステップＳ４４へ進み、通常の点火時期での放電を停止させて、前記点火時期よりも更に遅れた圧縮上死点付近で点火信号を該当気筒に出力して、空放電を行わせる。尚、燃料カット時に、デポジットを燃焼させるための空放電用の点火時期を設定し、該点火時期に従った点火信号の出力によって圧縮上死点付近で空放電を行わせる構成としても良い。
【００４９】
圧縮上死点は、通常の噴射時期の後のタイミングであるが、燃料カットが行われる条件であるから、放電を行わせても空放電となる。然も、圧縮上死点付近であれば筒内ガス密度が高く、また、燃料カット条件下であれば、点火プラグ１の温度も低いから、放電電圧が高くなって、点火プラグ１の中心電極７周囲に付着したデポジットに放電電流を確実に流して、前記デポジットを効果的に燃焼させることができる。
【００５０】
尚、上記圧縮上死点付近での空放電と共に、その前の圧縮行程及び／又は膨張行程のなるべく圧縮上死点に近い時期においても空放電を行わせる構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における直噴火花点火式内燃機関の制御システムを示すブロック図。
【図２】空放電制御の第１の実施形態を示すフローチャート。
【図３】上記第１の実施形態における放電の様子を示すタイムチャート。
【図４】筒内ガス密度と放電電圧との相関を示す線図。
【図５】点火プラグの詳細な構造及びデポジットの付着状態を説明するための部分拡大図。
【図６】空放電制御の第２の実施形態を示すフローチャート。
【図７】電極温度と放電電圧との相関を示す線図。
【図８】空放電制御の第３の実施形態を示すフローチャート。
【図９】上記第３の実施形態における放電の様子を示すタイムチャート。
【図１０】上記第３の実施形態における空放電の時期を決定する期間ｄを求めるためのマップを示す線図。
【図１１】空放電制御の第４の実施形態を示すフローチャート。
【図１２】空放電制御の第５の実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１      点火プラグ
２      点火コイル
３      エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
４      クランク角センサ
５      気筒判別センサ
６      スロットルセンサ
７      中心電極
８      碍子
９      接地電極
１０      デポジット
１１      ハウジングポケット
１２      点火プラグ抵抗検出手段
１３      燃料噴射弁
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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