(57)【要約】【課題】点火プラグの碍子の磨耗状態を推定することができる点火プラグの碍子磨耗量推定装置を提供する。また、点火プラグの碍子の磨耗状態に応じて適切な制御を実行することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ５０は、図２に示した情報を定めたマップを記憶している。これにより、ＥＣＵ５０は、機関回転数および機関負荷に基づいて、サブ放電頻度を知ることができる。現段階まで如何なる機関回転数よび機関負荷にて運転が行われていたかという運転履歴に照らせば、サブ放電電極６６の放電回数を知ることが可能となる。ＥＣＵ５０は、サブ放電回数と碍子磨耗量の関係を表す式に従って、碍子磨耗量Ｚを算出する処理を記憶している。【選択図】図１
2011220309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転領域に応じた点火プラグのメイン放電とサブ放電の割合の傾向である放電傾向を記憶した記憶手段と、
前記点火プラグが備えられた前記内燃機関の運転領域、前記点火プラグの点火回数、および前記放電傾向に基づいて、前記点火プラグの前記サブ放電による碍子磨耗量を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする点火プラグの磨耗量推定装置。
【請求項２】
前記点火プラグは、メイン放電電極と、少なくとも１つのサブ放電電極とを有し、
前記点火プラグの電極磨耗量を推定する電極磨耗量推定手段を備え、
前記推定手段が、
前記サブ放電の頻度を前記電極磨耗量推定手段で推定した電極磨耗量に基づき補正した値である補正後サブ放電頻度を算出する頻度補正手段と、
前記補正後サブ放電頻度に基づいて前記碍子磨耗量を推定する手段と、
を含むことを特徴とする特徴とする請求項１記載の点火プラグの磨耗量推定装置。
【請求項３】
前記点火プラグは、放電頻度の異なる２つ以上のサブ放電電極を有し、
前記電極磨耗量推定手段で推定した電極磨耗量に基づいて、前記２つ以上のサブ放電電極についての放電距離を推定する放電距離推定手段を備え、
前記頻度補正手段が、前記放電距離推定手段で推定した前記放電距離に基づいて、前記補正後サブ放電頻度を算出する手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の点火プラグの磨耗量推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項にかかる点火プラグの磨耗量推定装置と、
前記磨耗量推定装置で推定した碍子磨耗量に基づいて、前記点火プラグの碍子の磨耗を抑制すべきか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段で前記点火プラグの碍子の磨耗を抑制すべきと判定された場合に、前記内燃機関の要求出力と前記磨耗量推定装置の前記放電傾向とに基づいて、前記サブ放電が抑制されるように前記内燃機関の運転条件を変更する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記磨耗量推定装置で推定した前記碍子磨耗量に応じて前記点火プラグの碍子の磨耗が抑制される条件の側へと前記内燃機関の運転条件を変更するように前記内燃機関の機関出力を制限する手段を含むことを特徴とする請求項４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、点火プラグの磨耗量推定装置、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００１−２３７０４５号公報に開示されているように、複数種類の放電電極を備えた点火プラグが知られている。当該公報にかかる点火プラグは、通常の点火で使用するメイン放電電極と、プラグくすぶり時に使用するサブ放電電極とを備えている。この種の点火プラグには、例えば「くすぶり対策３極プラグ」と呼ばれるものがある。
【０００３】
上記公報においては、平行接地電極（メイン放電電極）若しくは補助接地電極（サブ放電電極）から中心電極までの距離（主気中ギャップ若しくはセミ沿面ギャップ）、及び補助接地電極の端面から絶縁碍子の側周面までの距離（セミ沿面碍子ギャップ）の関係が検討されている。当該公報は、当該距離を最適化することで、平行接地電極との間の主気中ギャップで火花放電を生じさせ、絶縁碍子表面がカーボンにより汚損されたいわゆる「くすぶり」の状態の時にのみセミ沿面ギャップでセミ沿面放電を生じさせることを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３７０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サブ放電電極との放電で放電経路の碍子表面が磨耗して碍子欠損に至るいわゆる「チャネリング」という問題がある。チャネリングが進行することで、碍子磨耗によるプラグ熱価低下の問題や、欠損した碍子がバルブを傷つけたり排気系で過給機のタービンに巻き込まれるなどしてエンジンにダメージを与えるといった問題がある。点火プラグの碍子の磨耗を正確に把握でき、チャネリングの進行状態を把握できれば、碍子の欠損の未然防止等のため的確な措置を取ることが可能となる。
【０００６】
チャネリングにおいては、サブ放電電極との放電で放電経路の碍子表面が磨耗し、碍子欠損に至る。サブ放電電極での放電は本来プラグくすぶり汚損時にのみ生じるべきものであるが、サブ放電電極において非くすぶり状態でも放電が生じることもある。サブ放電電極の放電が繰り返されることで放電経路の碍子の磨耗が進み、チャネリングが発生してしまう。碍子の消耗度合に応じて燃焼や放電に顕著な影響が表れるわけではなく、チャネリングの進行状態を把握することは容易ではない。
【０００７】
上記公報にかかる従来技術は、セミ沿面放電の頻度の適正化をはかることでチャネリングの抑制を図るものである。しかしながら、この従来技術によっては、内燃機関の運転に伴う点火プラグの碍子の磨耗状態を知ることはできず、チャネリングの進行状態を知ることができない。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、点火プラグの碍子の磨耗状態を推定することができる点火プラグの碍子磨耗量推定装置を提供することを目的とする。
また、この発明の他の目的は、点火プラグの碍子の磨耗状態に応じて適切な制御を実行することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、点火プラグの磨耗量推定装置であって、
内燃機関の運転領域に応じた点火プラグのメイン放電とサブ放電の割合の傾向である放電傾向を記憶した記憶手段と、
前記点火プラグが備えられた前記内燃機関の運転領域、前記点火プラグの点火回数、および前記放電傾向に基づいて、前記点火プラグの前記サブ放電による碍子磨耗量を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記点火プラグは、メイン放電電極と、少なくとも１つのサブ放電電極とを有し、
前記点火プラグの電極磨耗量を推定する電極磨耗量推定手段を備え、
前記推定手段が、
前記サブ放電の頻度を前記電極磨耗量推定手段で推定した電極磨耗量に基づき補正した値である補正後サブ放電頻度を算出する頻度補正手段と、
前記補正後サブ放電頻度に基づいて前記碍子磨耗量を推定する手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記点火プラグは、放電頻度の異なる２つ以上のサブ放電電極を有し、
前記電極磨耗量推定手段で推定した電極磨耗量に基づいて、前記２つ以上のサブ放電電極についての放電距離を推定する放電距離推定手段を備え、
前記頻度補正手段が、前記放電距離推定手段で推定した前記放電距離に基づいて、前記補正後サブ放電頻度を算出する手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、内燃機関の制御装置であって、
上記第１乃至３の発明のいずれか１つにかかる点火プラグの磨耗量推定装置と、
前記磨耗量推定装置で推定した碍子磨耗量に基づいて、前記点火プラグの碍子の磨耗を抑制すべきか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段で前記点火プラグの碍子の磨耗を抑制すべきと判定された場合に、前記内燃機関の要求出力と前記磨耗量推定装置の前記放電傾向とに基づいて、前記サブ放電が抑制されるように前記内燃機関の運転条件を変更する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明において、
前記制御手段は、前記磨耗量推定装置で推定した前記碍子磨耗量に応じて前記点火プラグの碍子の磨耗が抑制される条件の側へと前記内燃機関の運転条件を変更するように前記内燃機関の機関出力を制限する手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、碍子磨耗量を推定することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、電極磨耗量を考慮に入れることで、碍子磨耗量の推定精度を向上させることができる。
【００１６】
第３の発明によれば、複数のサブ放電電極において電極の磨耗により放電頻度のバランスが変わったときでも、碍子磨耗量の推定精度低下を抑制することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、点火プラグの碍子の磨耗状態に応じて、内燃機関の運転条件を変更することが可能となる。
【００１８】
第５の発明によれば、碍子磨耗量に応じて、内燃機関の出力制限措置を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】機関負荷および機関回転数に応じた、電極別の放電頻度割合分布を示す図である。
【図３】メイン放電電極の放電とサブ放電電極の放電とをそれぞれ模式的に示す図である。
【図４】サブ放電回数と碍子磨耗量の関係を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２において、碍子磨耗量と実施の形態２にかかる制御開始タイミングとの関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵが記憶する電極別の放電割合分布と等出力線の関係を説明するための図である
【図７】本発明の実施の形態２においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図８】碍子磨耗量と実施の形態３にかかる制御開始タイミングとの関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかるサブ放電頻度の補正の様子を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態５における放電距離とサブ放電との関係を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態５にかかる、点火プラグの構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５にかかる多極サブ放電電極プラグでの碍子磨耗量と放電頻度との関係を示した図である。
【図１４】点火プラグで放電が生じるときの放電電圧、２次電流値及び放電エネルギの時間的な変化を示す特性線図である。
【図１５】点火プラグの要求電圧と電極磨耗量との関係を示す特性図である。
【図１６】点火プラグの要求電圧と、点火時筒内圧との関係を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、ガソリンエンジン等からなる内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒１２には、ピストン１４の往復動作により拡大，縮小する燃焼室１６が設けられている。ピストン１４は、内燃機関１０の出力軸であるクランク軸１８に連結されている。
【００２１】
また、内燃機関１０は、各気筒１２に吸入空気を吸込む吸気通路２０と、各気筒１２から排気ガスを排出する排気通路２２とを備えている。吸気通路２０には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２４と、電子制御式のスロットルバルブ２６とが設けられている。スロットルバルブ２６は、アクセル開度等に基いてスロットルモータ２８により駆動され、吸入空気量を増減させる。各気筒１２には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁３０と、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ３２と、吸気通路２０を燃焼室１６に対して開，閉する吸気バルブ３４と、排気通路２２を燃焼室１６に対して開，閉する排気バルブ３６とが設けられている。
【００２２】
点火プラグ３２は、図３（ａ）に示すように、中心電極（メイン放電電極）６２、サブ放電電極６６、接地電極６４および碍子７０を備えている。メイン放電電極６２は通常の点火で用いることを目的とし、サブ放電電極６６はプラグくすぶり汚損時に用いることを目的として設けられている。メイン放電電極６２と接地電極６４は、所定の電極間距離をもつ放電ギャップを挟んで互いに対向している。点火プラグ３２は、中心電極と接地電極との間に要求電圧以上の電圧を印可することにより、これらの電極間に火花放電が生じる構成となっている。メイン放電電極６２とサブ放電電極６６を備える点火プラグの構成は公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００２３】
本実施の形態のシステムは、図１に示すように、クランク角センサ３８を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。クランク角センサ３８は、クランク軸１８の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ５０は、この出力に基いて機関回転数を検出したり、クランク角を検出することができる。
【００２４】
本実施形態にかかるシステムは、図示しない筒内圧センサあるいは内燃機関の運転状態（例えば機関回転数、吸入空気量、点火時期等）に基いて筒内圧を推定する構成としてもよい。筒内圧センサは、圧電素子や歪みゲージ等を用いた一般的な圧力センサにより構成され、燃焼室１６内の圧力（筒内圧）を検出するものを用いても良い。
【００２５】
センサ系統には、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサ（例えば内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルモータ２８、燃料噴射弁３０、点火プラグ３２等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、内燃機関の状態をセンサ系統により検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ３８の出力に基いて機関回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ２４により検出した吸入空気量と、機関回転数とに基いて機関負荷を算出する。機関負荷は、エアモデル等を利用して求めてもよい。クランク角の検出値に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定する。そして、吸入空気量、機関負荷等に基いて燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁３０を駆動すると共に、点火プラグ３２を駆動する。
【００２７】
［実施の形態１の動作］
以下、メイン放電電極６２の放電の頻度を「メイン放電頻度」とも称し、サブ放電電極６６の放電の頻度を「サブ放電頻度」とも称す。実施の形態１にかかる点火プラグの磨耗量推定装置によれば、運転負荷およびエンジン回転数からサブ放電電極６６の放電の割合を算出し、サブ放電電極６６の放電の割合と点火回数からサブ放電電極６６の放電回数を求めて、最終的に点火プラグ３２の碍子磨耗量を推定することができる。
【００２８】
図２は、機関負荷および機関回転数に応じた、電極別の放電頻度割合分布を示す図である。図中において、それぞれの運転領域に対応させて、メイン放電電極の放電頻度とサブ放電電極の放電頻度とを円グラフで記載している。以下、この放電頻度割合分布を、マップとして用いる意味で、「サブ放電頻度マップ」と称することがある。
【００２９】
図３（ａ）（ｂ）は、メイン放電電極６２の放電とサブ放電電極６６の放電とをそれぞれ模式的に示している。図１に示すように、機関負荷の上昇にともなって、非くすぶり時でもサブ放電電極６６の放電が発生する。図２のマップでは、低負荷域においてはエンジン回転数によらずメイン放電電極の放電頻度が１００％を占めるのに対し、高負荷側にいくほどサブ放電電極の放電頻度が占める割合が増加している。図２においては、便宜上、機関回転数を３つの領域に分けて３つの円グラフで表し、機関負荷を４段階に分けて４つの円グラフで表している。例えば、上から二段目の円グラフ、つまり、４段階に負荷域を区分けした場合における２番目に高い負荷域においては、ちょうど、メイン放電頻度とサブ放電頻度とが５０％ずつの割合になっている。
【００３０】
図２に示すように、サブ放電頻度には、運転領域に応じた一定の傾向がある。そこで、実施の形態１では、下記に述べるように、内燃機関１０の運転領域と放電頻度割合分布とに基づいてサブ放電頻度を求め、サブ放電による碍子磨耗状態を推定することにした。
【００３１】
実施の形態１において、ＥＣＵ５０は、上記図２に示した情報を定めたマップを記憶している。これにより、ＥＣＵ５０は、機関回転数および機関負荷を入力情報として、サブ放電頻度を算出することができる。現段階までの機関回転数や機関負荷などの運転履歴に照らせば、サブ放電電極６６の放電回数を知ることが可能となる。
【００３２】
下記の式（１）は、サブ放電回数と碍子磨耗量との関係を示す。Ｚは碍子磨耗量であり、ｘは点火回数であり、ｆ（ＮＥｎ、ＫＬｎ）は点火ｎ回目のサブ放電頻度であり、αは所定の係数である。ｆ（ＮＥｎ、ＫＬｎ）は、機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ｋｌから図２のマップを参照することにより算出したものである。αは、放電頻度と磨耗の換算係数であり、実験的に定めた値である。
【数１】
2011220309.tif 000003
ＥＣＵ５０は、上記の式（１）に従って、碍子磨耗量Ｚを算出する処理を記憶している。なお、図４は、サブ放電回数と碍子磨耗量の関係を説明するための図であり、サブ放電回数と碍子磨耗量の関係を示す直線を表している。
【００３３】
以上説明したように、実施の形態１にかかる点火プラグの磨耗量推定装置によれば、碍子磨耗量を推定することができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が図２のマップを記憶することで、前記第１の発明における「記憶手段」が、機関回転数Ｎｅ，機関負荷ｋｌ、点火回数、図２のマップから求めたサブ放電頻度に基づきＥＣＵ５０が式（１）に従って碍子磨耗量Ｚを算出することで、前記第１の発明における「推定手段」が、それぞれ実現されている。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる内燃機関の制御装置は、実施の形態１にかかる点火プラグの磨耗量推定装置の構成を有している。実施の形態２にかかる内燃機関の制御装置は、図１に示したハードウェア構成において、碍子磨耗量を考慮に入れて、必要に応じて、碍子７０の磨耗を抑制するように内燃機関１０の運転条件を変更する。
【００３６】
図５は、碍子磨耗量と実施の形態２にかかる制御開始タイミングとの関係を示す図である。実施の形態２においては、予め所定磨耗量Ｚａを定めておき、このＺａを超えるほどに碍子７０の碍子磨耗量が多くなった場合には、アクセル開度から算出される要求出力に応じて運転条件（機関回転数ＮＥ，機関負荷ＫＬ）に対応したサブ放電頻度マップ（図６）を利用して、サブ放電電極６６の放電が最小に抑えられるような運転条件を選択、決定する。これにより、碍子磨耗量の抑制という観点から運転条件の適正化を図り、碍子磨耗によるチャネリングの進行を遅らせることができる。すなわち、図５に模式的に示すように、破線（実施の形態２にかかる制御を行わない場合）から実線（実施の形態２にかかる制御適用時）へと、チャネリングの進行を遅延させることができる。
【００３７】
図６は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が記憶する電極別の放電割合分布と等出力線との関係を説明するための図である。図６に示す電極別の放電割合分布は機関負荷と機関回転数で規定されているため、内燃機関１０の等出力線と対応付けることができる。実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、図６に示す運転領域の放電割合分布と内燃機関１０の等出力線とを関連付け（対応付け）したマップ（或いは数式でもよい）を記憶しているものとする。
【００３８】
図７は、本発明の実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【００３９】
図７のルーチンでは、先ず、碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚａ以上であるか否かが判定される（ステップＳ１００）。このステップでは、実施の形態１にかかる点火プラグの磨耗量推定装置により碍子磨耗量Ｚを推定算出し、当該Ｚの値を所定値Ｚａと比較する。このステップでの条件成立が認められない場合には、今回のルーチンが終了する。
【００４０】
ステップＳ１００の条件成立が認められた場合には、実施の形態２にかかる碍子磨耗量の制限にかかる制御を開始する（ステップＳ１０２）。具体的には、先ず、点火プラグ交換インジケーターの点灯が行われる（Ｓ１０４）。碍子磨耗量が所定値Ｚａを超えていることから、点火プラグ３２の交換を促すためである。
【００４１】
また、要求出力Ｐｎの算出が行われる（ステップＳ１０６）。このステップでは、アクセル開度からＥＣＵ５０が要求出力Ｐｎを算出する。
【００４２】
次に、要求出力Ｐｎとサブ放電頻度マップ（図６）とから、最適な運転条件を導出する処理が実行される（ステップＳ１０８）。
なお、最適運転条件の導出は、下記の式（２）にかかるサブ放電回数因子Ｓを考慮することにより行ってもよい。
Ｓ＝ｆ（ＮＥ，ＫＬ）×ＮＥ  ・・・（２）
ｆ（ＮＥ，ＫＬ）は、図４のマップから求めることができるサブ放電頻度である。サブ放電回数因子Ｓは、サブ放電頻度に機関回転数ＮＥ（点火回数相当の数）を乗じたものである。このサブ放電回数因子Ｓが小さいほど、サブ放電が抑制されているものと考えることができる。
前述したように、実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、図６に示す運転領域の放電割合分布と内燃機関１０の等出力線とを関連付け（対応付け）したマップを記憶している。本ステップにおける運転条件の導出は、当該マップに照らして考えることができる。導出時の考え方としては、サブ放電頻度が少なくなるように、できるだけ低負荷側へと運転領域を移すという措置が考えられる。また、高負荷域においては、相対的に低回転側へと運転領域を移すことでサブ放電頻度を低下させることも考えられる。その一方で、要求出力Ｐｎを考慮から外すことはできないため、等出力線上においての適切な条件を探ることでサブ放電回数因子Ｓを可能な限り小さくすることのできる最適運転条件を決定することが好ましい。
【００４３】
次いで、ステップＳ１１０で導出した目標条件となるように、内燃機関１０の運転条件を変更する（ステップＳ１１０）。具体的には、スロットルＴＨの制御による負荷制御、トランスミッションＴＭの制御（変速線の変更）を行うことができる。なお、本ステップでトランスミッションＴＭの制御を行う場合には、ＥＣＵ５０側においてトランスミッションＴＭの変更が可能なように、内燃機関１０およびトランスミッションを含むシステムを構成しておくものとする。例えば、公知のオートマチックトランスミッションシステム等にかかる技術を適宜に利用すれば良い。なお、内燃機関１０を過給内燃機関として構成した場合には、ウェイストゲートバルブＷＧＶによる負荷制御を行っても良い。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４４】
以上の処理によれば、碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚａ以上となった場合に、点火プラグ３２の碍子７０の磨耗を抑制すべきであるとの判断を下し、碍子７０の磨耗が抑制されるように内燃機関１０の運転条件を変更することができる。これにより、点火プラグ３２の碍子７０の磨耗状態に応じて適切な制御を実行することが可能となる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が図７のルーチンにおけるステップＳ１００を実行することで、前記第４の発明における「判定手段」が、ＥＣＵ５０が図７のルーチンにおけるステップＳ１０６、Ｓ１０８およびＳ１１０を実行することで、前記第４の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００４６】
実施の形態３．
実施の形態３においては、碍子磨耗量Ｚに応じて、複数の段階に運転条件の変更を行う。図８は、碍子磨耗量と実施の形態３にかかる制御開始タイミングとの関係を示す図である。図８において、時間の経過とともに、碍子磨耗量Ｚが増加している。実施の形態３では、下記のように、碍子７０の磨耗の進行状態に応じて、異なる措置を取る。
【００４７】
（１）碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚａ未満である場合（Ｚ＜Ｚａ）
この場合には、内燃機関１０に対する実施の形態３にかかる特別の制御は行われない。碍子７０の磨耗が深刻化していないと判断できるからである。
【００４８】
（２）碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚａ以上かつ所定値Ｚｂ未満である場合（Ｚａ≦Ｚ＜Ｚｂ）
この場合には、実施の形態３においては、前述した実施の形態２にかかる制御と同様の措置、つまり、具体的には、図７にかかるステップＳ１０２〜Ｓ１１０の処理をＥＣＵ５０に実行させる。
【００４９】
（３）碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚｂ以上である場合（Ｚｂ≦Ｚ）
この場合には、図８に示すように、碍子磨耗量に応じて機関出力を制限する措置を取る。すなわち、放電頻度の高い領域を使わないように、機関出力に制限を課す。
また、実施の形態３においては、碍子磨耗量Ｚの増加に連動させて、機関出力の制限量を増加させることにする。
これにより、図８の破線（機関出力の抑制を行わない場合）から実線（実施の形態３にかかる機関出力抑制適用時）へと、チャネリングの進行を遅延させることができる。その結果、チャネリングによるエンジン破損を確実に防ぐことができる。
【００５０】
図９は、本発明の実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【００５１】
図９のルーチンでは、先ず、実施の形態２のステップＳ１００と同様に、碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚａ以上であるか否かが判定される（ステップＳ２００）。このステップでの条件成立が認められない場合には、今回のルーチンが終了する。
【００５２】
ステップＳ２００の条件成立が認められた場合には、実施の形態３にかかる碍子磨耗量の制限にかかる制御を開始する。具体的には、先ず、実施の形態２にかかるルーチンと同様に、点火プラグ交換インジケーターの点灯が行われる（Ｓ２０２）。
【００５３】
次に、実施の形態２にかかるルーチンと同様に、要求出力Ｐｎの算出が行われる（ステップＳ２０４）。このステップでは、アクセル開度からＥＣＵ５０が要求出力Ｐｎを算出する。
【００５４】
次に、実施の形態３においては、碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚｂ以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０６）。このステップでは、予め定められた、所定値Ｚａよりも大きな値Ｚｂを、碍子磨耗量Ｚと比較する。
【００５５】
ステップＳ２０６の条件成立が認められた場合には、Ｚに応じた最大許容出力Ｐｎｍａｘが算出される（ステップＳ２１２）。Ｐｎｍａｘは、予め実験的にあるいはシミュレーション等の手法を用いて決定し、Ｚの関数Ｐｎｍａｘ（Ｚ）としてＥＣＵ５０に記憶させておく。
【００５６】
続いて、要求出力Ｐｎが最大許容出力Ｐｎｍａｘ以上であるか否かが判定される（ステップＳ２１４）。
【００５７】
ステップＳ２１４の条件の成立が認められた場合には、処理はステップＳ２１６に移る。ステップＳ２１６では、要求出力Ｐｎに代えて最大許容出力Ｐｎｍａｘを用いて、実施の形態２にかかる図７のルーチンのステップＳ１０８の処理内容を実行する。これにより、現時点で許容できる機関出力を実現するうえで、最適な運転条件を導出することができる。
【００５８】
次いで、ステップＳ２１６で導出した運転条件を目標条件として、内燃機関１０の運転条件を変更する（ステップＳ２１８）。運転条件の変更は、具体的には、実施の形態２にかかる図７のルーチンのステップＳ１１０と同様に、スロットルＴＨの制御による負荷制御、トランスミッションＴＭの制御（変速線の変更）を行うことができる。内燃機関１０を過給内燃機関として構成した場合には、ウェイストゲートバルブＷＧＶによる負荷制御を行っても良い。その後、今回のルーチンが終了する。
【００５９】
一方、ステップＳ２０６の条件が否定された場合、または、ステップＳ２１４の条件が肯定された場合には、処理はステップＳ２０８に移る。ステップＳ２０６の条件が否定されているならば碍子磨耗量Ｚは機関出力制限が必要となるほどには進んでおらず、また、ステップＳ２１４の条件が肯定された場合には要求出力Ｐｎは最大許容出力Ｐｎｍａｘよりも小さいため要求を満たすことができる。よって、ステップＳ２０８では、要求出力Ｐｎとサブ放電頻度マップ（図６）とから、最適な運転条件を導出する処理が実行される。
【００６０】
次いで、ステップＳ２０８で導出した目標条件となるように、内燃機関１０の運転条件を変更する（ステップＳ２１０）。具体的には、その後、今回のルーチンが終了する。
【００６１】
以上の処理によれば、碍子磨耗量Ｚに応じて内燃機関１０の出力制限措置を取ることができる。また、碍子磨耗量Ｚの大きさに応じて３段階（Ｚ＜Ｚａ、Ｚａ≦Ｚ＜Ｚｂ、Ｚｂ≦Ｚ）の領域を定めて各領域で制御内容を相違させることにより、碍子磨耗量に合わせた適切な措置を取ることができる。
【００６２】
なお、実施の形態３では、碍子磨耗量Ｚの大きさを３段階に分けて各領域で制御内容を相違させ、碍子磨耗量Ｚが所定値Ｚｂ以上である場合（Ｚｂ≦Ｚ）にのみ出力制限した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。実施の形態２にかかる制御を用いずに、碍子磨耗量Ｚに応じた出力制限のみを単独で利用することができる。例えば、Ｚａ≦Ｚの段階で、碍子磨耗量Ｚに応じた出力制限を開始しても良い。
【００６３】
実施の形態４．
［実施の形態４の構成］
実施の形態４にかかるシステムは、実施の形態１にかかるシステムと同じ構成を含んでいる。さらに、実施の形態４にかかるシステムは、サブ放電電極の電極摩耗量を推定するための構成を備えるものとする。実施の形態４においては、以下に述べる「電極磨耗量算出処理」をＥＣＵ５０が実行することにより、電極磨耗量の推定値を算出する。
【００６４】
（電極磨耗量算出処理）
電極磨耗量算出処理は、筒内圧センサ等により検出した点火直前の筒内圧（点火時筒内圧）Ｐspk等に基いて、点火プラグ３２の電極磨耗量Ｘを算出する処理である。図１４は、点火プラグで放電が生じるときの放電電圧、２次電流値及び放電エネルギの時間的な変化を示す特性線図である。図１４に示すように、点火プラグの放電時には、瞬間的に大きな突入電流が流れる。このため、２次電流値は、定常的な電流値Ｉ0に対して突入電流の分だけ増大し、これに伴って放電エネルギも瞬間的に上昇する。本実施の形態では、プラグの要求電圧に基いて電極の磨耗量を推定する構成としている。
【００６５】
図１５は、点火プラグの要求電圧と電極磨耗量との関係を示す特性図である。この図に示すデータは、例えば何種類かの機関回転数（rpm）と機関負荷(負荷率kl%)の組合わせについて、実機等で計測することにより得ることができる。図１５に示すように、要求電圧と電極磨耗量との間には強い相関があり、この相関は、例えば特性線Ｌpのような一次関数により表すことができる。なお、図１５に示すデータでは、要求電圧に相当するパラメータとして、例えば要求電圧に点火回数を乗算したものを使用している。また、プラグの要求電圧とは、電極間で放電が生じるのに必要な最小の電圧値として定義される。さらに、電極磨耗量とは、中心電極と接地電極のうち少なくとも一方が磨耗することにより電極間距離Ｌが拡大した量として定義される。
【００６６】
一方、図１６は、点火プラグの要求電圧と、点火時筒内圧との関係を示す特性線図である。両者の関係は、例えばパッシェンの法則において電極間距離Ｌを一定とすれば、図１６に示すように一次関数で表すことができる。即ち、プラグの要求電圧Ｖrは、点火時筒内圧Ｐspk、電極間距離Ｌ及び所定の定数Ｋ，βに基いて、下記（３）式のように表すことができる。なお、定数Ｋは、図１６中に示す特性線の傾きに対応しており、定数βは、この特性線の切片に対応している。
【００６７】
Ｖr＝Ｋ*Ｌ*Ｐspk＋β      ・・・（３）
【００６８】
このように、（３）式によれば、点火時筒内圧Ｐspkとプラグの要求電圧Ｖrとの関係を得ることができる。また、要求電圧Ｖrと電極磨耗量Ｘとの関係は、図１５中に示す特性線Ｌpにより得ることができる。そこで、本実施の形態では、特性線Ｌpの傾きとして定義される電圧磨耗相関パラメータＰと、（３）式に示す一次関数と、点火時筒内圧Ｐspkとに基いて、電極磨耗量Ｘを算出する構成としている。なお、電圧磨耗相関パラメータＰは、実験等により得られる一定値である。
【００６９】
次に、電極磨耗量Ｘの算出方法について具体的に説明する。以下の説明において、電極磨耗量Ｘtは、任意の時点ｔにおける電極磨耗量Ｘの値を表し、磨耗増分ΔＸiは、内燃機関の各燃焼サイクルｉでそれぞれ生じる電極の磨耗量を表すものとする。また、電極間距離Ｌi及び点火時筒内圧Ｐspkiは、それぞれ各燃焼サイクルｉにおける電極間距離Ｌ及び点火時筒内圧Ｐspkの値を表すものとする。
【００７０】
まず、個々の燃焼サイクルにおける磨耗増分ΔＸiと要求電圧Ｖriとの関係は、前述の電圧磨耗相関パラメータＰを用いて下記（４）式のように表すことができる。
【００７１】
ΔＸi＝Ｐ*Ｖri        ・・・（４）
【００７２】
任意の時点ｔの電極磨耗量Ｘtは、個々の燃焼サイクルで生じる磨耗増分ΔＸiを、点火プラグの作動時間（初期状態から時点ｔまでの期間）にわたって積算したものと考えられる。従って、電極磨耗量Ｘtは、（４）式を初期状態（ｉ＝１）から時点ｔまで積算することにより、下記（３）式のように表すことができる。なお、下記（５）式の右辺では、各燃焼サイクルの要求電圧Ｖriを初期状態から時点ｔまで積算した要求電圧積算値ΣＶriと、電圧磨耗相関パラメータＰとを乗算している。
【００７３】
【数２】
2011220309.tif 000004
【００７４】
次に、要求電圧積算値ΣＶriの算出方法について説明する。各燃焼サイクルの要求電圧Ｖriは、（３）式に基いて下記（６）式のように表すことができる。
【００７５】
Ｖri＝Ｋ*Ｌi*Ｐspki＋β                  ・・・（６）
【００７６】
また、（６）式中に含まれる最新の燃焼サイクルｉの電極間距離Ｌiは、電極間距離Ｌの初期値Ｌ0と、前回の燃焼サイクル（ｉ−１）に相当する時点で算出された電極磨耗量Ｘi-1とに基いて、下記（７）式のように算出される。
【００７７】
Ｌi＝Ｌ0＋Ｘi-1      ・・・（７）
【００７８】
この（７）式を（６）式に代入することより、下記（８）式を得ることができる。
【００７９】
Ｖri＝Ｋ*(Ｌ0＋Ｘi-1)*Ｐspki＋β        ・・・（８）
【００８０】
従って、本実施の形態によれば、燃焼サイクル毎に点火時筒内圧Ｐspkiを検出し、この検出値に基いて（８）式により要求電圧Ｖriを算出することができる。そして、要求電圧Ｖriを積算した要求電圧積算値ΣＶriと、電圧磨耗相関パラメータＰとを乗算することにより、任意の時点ｔの電極磨耗量Ｘtをリアルタイムに算出することができる。なお、上記演算において、電圧磨耗相関パラメータＰ、定数Ｋ，β及び電極間距離Ｌの初期値Ｌ0は、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００８１】
［実施の形態４にかかる動作］
メイン放電電極６２およびサブ放電電極６６は、点火回数を重ねるごとに、電極自体が消耗する。これにより、サブ放電電極の放電距離（以下、「サブ放電距離」）とメイン放電電極の放電距離（以下、「メイン放電距離」）とのバランスが変化し、サブ放電頻度も変化する。そこで、実施の形態４においては、そのようなサブ放電頻度の変化を考慮に入れて、電極磨耗量算出処理により算出した電極磨耗量に基づいて、逐次的に、サブ放電頻度の情報を補正することにした。
【００８２】
図１０は、本発明の実施の形態４にかかるサブ放電頻度の補正の様子を説明するための図である。図１０（ａ）は、補正前の電極別の放電頻度割合分布、図１０（ｂ）は、補正後の電極別の放電頻度割合分布をそれぞれ示す。図１０においては、図中の上から２段目かつ右から１列目および２列目にかかる、２つの円グラフ９０、９２が、図１０（ａ）から図１０（ｂ）にかけて変化（サブ放電頻度の割合が増大）している。
【００８３】
このような補正を行うことによって、電極の磨耗量を反映させたサブ放電頻度に基づいて、実施の形態１乃至３にかかる各種制御を行うことができる。その結果、碍子磨耗量のより高精度な推定や、内燃機関１０の運転条件に対するより的確な変更を行うことができる。
【００８４】
なお、図１０（ａ）（ｂ）に示した補正の内容は、実施の形態４における具体的な形態であり、本発明におけるサブ放電頻度の補正はこれに限られるものではない。電極磨耗量に応じて放電距離が変化する点を考慮してサブ放電頻度の補正を行えばよい。補正演算の具体的手法にも限定はなく、例えば、電極磨耗量との間の相関を実験等により取得しておき、電極磨耗量に応じた補正係数を予めＥＣＵ５０に記憶しておくことにより行えばよい。
【００８５】
実施の形態５．
サブ放電電極が多極である場合には、単にサブ放電頻度を考慮するだけでなく、いずれのサブ放電電極で放電しているのかが、碍子の磨耗の進行状態に影響を及ぼす。どのサブ放電電極で放電しているかに応じて、放電経路が異なるためである。
【００８６】
そこで、実施の形態５では、複数のサブ放電電極のうち所定の電極について、所定の量だけ、放電距離を短めに設定する。そして、そのようなサブ放電電極の配置関係を前提にしたうえで、碍子磨耗量を考慮に入れることにより、実施の形態４にかかるサブ放電頻度変化の推定をさらに精度良く行うことにした。これにより、複数のサブ放電電極において電極の磨耗により放電頻度のバランスが変化する状況下においても、碍子磨耗量の推定精度を良好なものとすることができる。
【００８７】
また、それぞれのサブ放電電極の初期のサブ放電電極放電距離の差を把握しておくことによって、電極磨耗量が増大することに応じて、優先的に放電するサブ放電電極が当初のサブ放電電極から他のサブ放電電極へと変移することを予測することができる。これにより、サブ放電電極を複数備えるサブ多極プラグにおいても、碍子の磨耗状況を精度良く推定することができるようになる。
【００８８】
図１１は、本発明の実施の形態５における放電距離とサブ放電との関係を説明するための図である。実施の形態５では、初期状態において、サブ放電電極６６の放電距離は、サブ放電電極６８の放電距離よりも短い。このため、当初は、図１１（ａ）に示すように、放電距離の短いサブ放電電極６６でサブ放電が生ずる。
【００８９】
しかし、放電距離がサブ放電電極６６とサブ放電電極６８とで同程度となるほどにサブ放電電極６６の電極磨耗が進むと、図１１（ｂ）のようにサブ放電電極６８においてもサブ放電が起きるようになる。そうすると、サブ放電電極６６とサブ放電電極６８とで均等に放電が生じているものとして考えることができる。すなわち、それらのサブ放電頻度は、それぞれ５０％であると考えることができる。
【００９０】
図１２は、本発明の実施の形態５にかかる点火プラグの構成を示す平面図である。中心電極６２、碍子７０の周囲に、３つのサブ放電電極６６、６８、７２が設けられている。
【００９１】
なお、実施の形態５においては、便宜上、各サブ放電電極の放電距離を、「ＺＡ」、「ＺＢ」、「ＺＣ」と表すことにする。ＺＡは、サブ放電電極６６の放電距離である。ＺＢは、サブ放電電極６８の放電距離である。ＺＣは、サブ放電電極７２の放電距離である。実施の形態５においては、初期状態における放電距離はＺＡ＜ＺＢ＜ＺＣであるものとし、サブ放電電極６８が最も初期の放電距離が短い。
【００９２】
また、実施の形態５においては、便宜上、サブ放電電極６６の放電頻度を「ｆａ」とし、サブ放電電極６８の放電頻度を「ｆｂ」とし、サブ放電電極７２の放電頻度を「ｆｃ」と表すことにする。
【００９３】
図１３は、本発明の実施の形態５にかかる多極サブ放電電極プラグでの碍子磨耗量と放電頻度との関係を示した図である。横軸は時間である。
【００９４】
図１３において、先ず、区間Ａにおいては、最も放電距離の短いサブ放電電極６６（放電距離ＺＡ）において電極磨耗が進む。区間Ａでは、図１３の最上段に示すように、サブ放電電極６６の放電距離が徐々に増大していく。
【００９５】
区間Ａにおいて、放電頻度については、サブ放電電極６６のみで放電が起きるため、ｆｂ＝０、ｆｃ＝０、ｆａ＝ｆ（ＮＥ、ＫＬ）となる。区間Ａにおいては、図１３の区間Ａにおける碍子磨耗量ＺＡに示すように、サブ放電電極６６についてのみ碍子磨耗量が増加していく。
【００９６】
図１３において、区間Ａと区間Ｂの中間において、最も放電距離の短かかったサブ放電電極６６（放電距離ＺＡ）の電極磨耗が、サブ放電電極６８と同程度の放電距離（ＺＡ＝ＺＢ）となるまで進んでいる。区間Ｂに突入すると、サブ放電電極６６とともに、サブ放電電極６８についても、電極磨耗が進み始める。その結果、図１３の最上段の線グラフに示すように、サブ放電電極６６とともに、サブ放電電極６８についても、徐々に放電距離が増大していく。
【００９７】
区間Ｂにおいて、放電頻度については、サブ放電電極６６およびサブ放電電極６８で放電が起きるため、ｆｃ＝０、ｆａ＝ｆｂ＝ｆ（ＮＥ、ＫＬ）／２となる。区間Ｂにおいては、図１３の区間Ｂにおける碍子磨耗量ＺＡ、ＺＢに示すように、サブ放電電極６６、６８について碍子磨耗量が増加していく。
【００９８】
図１３において、区間Ｂと区間Ｃの中間において、サブ放電電極６６、６８の電極磨耗が、サブ放電電極７２と同程度の放電距離（ＺＡ＝ＺＢ＝ＺＣ）となるまで進んでいる。区間Ｃに突入すると、サブ放電電極６６、６８とともに、サブ放電電極７２についても電極磨耗が進み始める。その結果、図１３の最上段に示すように、サブ放電電極６６、６８、７２の全てについて、放電距離が徐々に増大していく。
【００９９】
区間Ｃにおいて、放電頻度については、サブ放電電極６６、６８、７２でそれぞれ放電が起きるため、ｆａ＝ｆｂ＝ｆｃ＝ｆ（ＮＥ、ＫＬ）／３となる。区間Ｃにおいては、図１３の区間Ｃにおける碍子磨耗量ＺＡ、ＺＢ、ＺＣに示すように、サブ放電電極６６、６８、７２の全てについて碍子磨耗量が増加していく。
【０１００】
実施の形態５においては、実施の形態４で述べた電極磨耗量算出処理を利用することで、電極磨耗量を把握できるようにしておくものとする。また、電極磨耗量（或いは放電距離）に応じて区間Ａ、Ｂ、Ｃを区分けしたマップ（判定値を用いた判定ルーチンでもよい）をＥＣＵ５０に記憶させておくものとする。
【０１０１】
実施の形態５における碍子摩耗量の推定は、下記の式（９）に基づいて行われる。なお、便宜上、添え字ｙには、サブ放電電極６６についてはＡ，サブ放電電極６８についてはＢ，サブ放電電極７２についてはＣを代入する。Ｚｙ（ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）は碍子磨耗量を意味し、ｘは点火回数である。ｆｙ（ＮＥｎ、ＫＬｎ）は、サブ放電電極ｙ（ｙ＝Ａ、ＢまたはＣ）における、サブ放電頻度マップに応じた、点火ｎ回目のサブ放電頻度である。ｆｙ（ＮＥｎ、ＫＬｎ）は、機関回転数Ｎｅおよび機関負荷ｋｌから図２のマップを参照することにより取得する。αは放電頻度と磨耗の換算係数であり、実施の形態１における式（１）と同様に、実験的に定めた所定値である。
【数３】
2011220309.tif 000005
【０１０２】
実施の形態５においては、区間Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて、碍子摩耗量を推定する式をＥＣＵ５０に記憶させておく。例えば、区間Ｂにおいては、サブ放電電極６６、６８で５０％ずつの割合でサブ放電が起きている。このことから、下記の式（１０）〜（１２）を用いて碍子摩耗量ＺＡ、ＺＢ、ＺＣを算出することができる。
【数４】
2011220309.tif 000006
【０１０３】
図１３の説明で述べたように、区間Ａではサブ放電電極６６のサブ放電が１００％、区間Ｂではサブ放電電極６６、６８で５０％ずつ、区間Ｃでは３つのサブ放電電極で均等に３分の１づつの頻度でサブ放電が起きるものと考えることができる。このような観点から、区間Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて、碍子摩耗量を推定する式をＥＣＵ５０に記憶させておけばよい。
【０１０４】
以上説明したように、実施の形態５によれば、サブ放電電極６６、６８、７２のそれぞれの初期状態における放電距離を特定しておき、電極磨耗量に応じてサブ放電頻度を切りかえることができる。実施の形態５によれば、初期の放電距離の大小関係および放電距離の差を予め決定している。このため、図１３の説明でも述べたように、電極磨耗量（或いは放電距離）が変化していく過程で、いずれのサブ放電電極でどの程度の電極磨耗が生じているのかを把握することができる。その結果、実施の形態５によれば、サブ多極プラグにおいて、電極磨耗量を考慮に入れながら、各サブ放電電極６６、６８，７２の碍子の磨耗状況（碍子摩耗量ＺＡ、ＺＢ、ＺＣ）を精度良く推定することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  ピストン
１６  燃焼室
１８  クランク軸
２０  吸気通路
２２  排気通路
２４  エアフローセンサ
２６  スロットルバルブ
２８  スロットルモータ
３０  燃料噴射弁
３２  点火プラグ
３４  吸気バルブ
３６  排気バルブ
３８  クランク角センサ
６２  メイン放電電極
６４  接地電極
６６、６８、７２  サブ放電電極
７０  碍子
【図１】
2011220309.tif 000007
【図２】
2011220309.tif 000008
【図３】
2011220309.tif 000009
【図４】
2011220309.tif 000010
【図５】
2011220309.tif 000011
【図６】
2011220309.tif 000012
【図７】
2011220309.tif 000013
【図８】
2011220309.tif 000014
【図９】
2011220309.tif 000015
【図１０】
2011220309.tif 000016
【図１１】
2011220309.tif 000017
【図１２】
2011220309.tif 000018
【図１３】
2011220309.tif 000019
【図１４】
2011220309.tif 000020
【図１５】
2011220309.tif 000021
【図１６】
2011220309.tif 000022