(57)【要約】【課題】より適切なる交換時期でプラグ交換を実施できる内燃機関の点火制御装置を提供する。【解決手段】対向電極４１，４２を有する点火プラグ４０が搭載された車載の内燃機関の点火制御装置は、車両運転時に内燃機関１０の負荷条件を記憶し、記憶した負荷条件の履歴に基づいて点火プラグの火花放電の発生に必要となる要求電圧を算出する。そして算出された要求電圧に基づいて点火プラグの交換時期を判定する。すなわち、点火制御装置は、負荷条件の履歴を加味して対向電極４１，４２の現在の電極間距離を算出し、算出された現在の電極間距離とその時々の内燃機関１０の運転状態とに基づいて要求電圧を算出する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向電極（４１，４２）を有する点火プラグ（４０）が搭載された車載の内燃機関の点火制御装置であって、
車両運転時において、前記内燃機関の負荷条件を記憶する負荷条件記憶手段と、
前記負荷条件記憶手段により記憶した前記負荷条件の履歴に基づいて前記点火プラグの火花放電の発生に必要となる要求電圧を算出する要求電圧算出手段と、
前記算出された要求電圧に基づいて前記点火プラグの交換時期を判定する交換時期判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
前記負荷条件の履歴を加味して前記対向電極の現在の電極間距離を算出する電極間距離算出手段（５０）を備え、
前記要求電圧算出手段は、前記電極間距離算出手段で算出された前記現在の電極間距離とその時々の前記内燃機関の運転状態とに基づいて前記要求電圧を算出する請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項３】
前記電極間距離算出手段は、前記負荷条件に基づいて単位時間ごとの前記電極間距離の変化量を算出する変化量算出手段（５１〜５３）と、前記電極間距離の変化量を積算する手段（５４）と、前記電極間距離の積算値を用いて、前記現在の電極間距離を算出する手段（５５）とを有している請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項４】
前記変化量算出手段は、前記負荷条件としての機関回転速度及び機関負荷と、前記電極間距離の変化量との関係を示す特性データを用いて、電極間距離の変化量を算出する請求項３に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項５】
前記特性データは、前記機関回転速度及び前記機関負荷に基づいて単位時間当たりの前記電極間距離の変化量を定めるマップである請求項４に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項６】
前記算出された要求電圧が前記点火プラグの耐圧以上の場合に、前記内燃機関の出力を制限する出力制限手段を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載される内燃機関の点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室内に火花放電を生じさせる点火プラグの電極は、火花放電の繰り返しによって次第に消耗し、その電極間距離が次第に長くなる。電極間距離が長くなると、電極間に火花放電を生じさせるために必要となる要求電圧が上昇し、要求電圧が点火プラグの耐圧を超えてしまうと、点火プラグの損傷に伴う不都合が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、点火プラグに対する要求電圧が点火プラグの耐圧を超えないように、要求電圧を推定することが行われている。例えば、特許文献１では、機関回転速度と機関負荷とに基づいて要求電圧（推定値）を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７４３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、点火プラグの電極の消耗は車両ごとに異なると考えられる。そのため、安全サイドに考えれば点火プラグの交換時期を短めに定めておくことが望ましい。しかしながら、ユーザごとに運転パターンが異なること等を考慮すると、既存の技術では適正な交換時期で点火プラグが交換されているとは言えないと考えられる。この場合、例えば点火プラグがまだ寿命でない、すなわち電極摩耗がさほど生じていない状況であるにもかかわらず、点火プラグの交換が促されるといった不都合が生じると考えられる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、より適切なる交換時期でプラグ交換を実施できる内燃機関の点火制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、対向電極を有する点火プラグが搭載された車載の内燃機関の点火制御装置であって、車両運転時において、内燃機関の負荷条件を記憶する負荷条件記憶手段と、負荷条件記憶手段により記憶した負荷条件の履歴に基づいて点火プラグの火花放電の発生に必要となる要求電圧を算出する要求電圧算出手段と、算出された要求電圧に基づいて点火プラグの交換時期を判定する交換時期判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、内燃機関の負荷条件の履歴に基づいて要求電圧を算出し、その要求電圧を用いてプラグ交換の実施時期を判定する。そのため、内燃機関の負荷条件の履歴の違いを考慮して、適切なる交換時期でのプラグ交換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関の概略図。
【図２】点火プラグの構造図。
【図３】電極の消耗量の算出のブロック図。
【図４】電極の消耗量算出のためのマップの説明図。
【図５】プラグ交換時期判定のフローチャート。
【図６】出力制限処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明にかかる内燃機関の点火制御装置について図面を参照しつつ説明する。なお、内燃機関はガソリンエンジン等であり、自動車等の車両の動力源として用いられる。
【００１１】
図１に示されるように、各気筒１１は、本体部を構成するエンジンブロックに形成されている。エンジンブロック上部のシリンダヘッドには、気筒１１に形成された燃焼室１１ａに連通可能に吸気ポート１３及び排気ポート１４が形成されている。またシリンダヘッドには、カム軸の回転に伴い開閉駆動される吸気弁１５と排気弁１６とが装着されている。
【００１２】
またエンジンブロックには、燃焼室１１ａに突出するように、インジェクタ１８と点火プラグ４０とが取り付けられている。インジェクタ１８から噴射された燃料が、点火プラグ４０の火花放電で燃焼すると、図示しないクランク軸が回転して機関回転速度ＮＥが上昇する。
【００１３】
ここで、図２を参照して点火プラグ４０の構造を説明すると、点火プラグ４０は、対向電極として中心電極４１と接地電極４２とを備えている。これらの各電極４１，４２は、所定の電極間距離を持つ放電ギャップＧを挟んで互いに対向している。点火プラグ４０において、中心電極４１と接地電極４２との間に火花放電を生じさせるために最低限必要となる電圧である要求電圧以上の電圧が印加されることにより、電極４１，４２間に火花放電が発生する。
【００１４】
図１において、内燃機関１０には、車両や内燃機関１０の制御に必要となる各種のセンサが設けられている。例えば、クランク軸の回転に同期した信号を出力する回転速度センサ３３、内燃機関１０の冷却水温を検出する水温センサ３４、吸気管内の圧力である吸気圧を検出する吸気圧センサ３６、吸入空気量を検出するエアフローセンサ３７、排気空燃比を検出する空燃比センサ３８、図示を略すアクセルペダルの踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３９などが含まれている。これらのセンサはＥＣＵ３０の入力側に接続されている。ＥＣＵ３０の出力側には、インジェクタ１８、点火プラグ４０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００１５】
ＥＣＵ３０は、Ａ／Ｄ変換部、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ（不揮発性メモリ）などを備えて構成されている。ＥＣＵ３０は、上記の各センサ検出された内燃機関１０のその時々の運転条件（負荷条件）に基づいて、ＲＯＭに記憶された各種プログラムをＣＰＵが実行することにより、各アクチュエータを駆動して、内燃機関１０の運転制御を行う。
【００１６】
具体的には、回転速度センサ３３の出力に基づいて機関回転速度ＮＥとクランク角とを検出する。また、機関回転速度ＮＥとエアフローセンサ３７で検出された吸入空気量とに基づいて機関負荷を算出する。またクランク角の検出値に基づいて燃料噴射時期、点火時期を決定する。そして吸入空気量及び機関負荷などに基づいて燃料噴射量を算出し、インジェクタ１８を駆動するとともに、点火プラグ４０を駆動して、中心電極４１と接地電極４２との間の放電ギャップＧに電圧を印加する。
【００１７】
ところで、点火プラグの電極は、火花放電の繰り返しによって次第に消耗し、その電極間距離が次第に長くなる。電極間距離が長くなると、電極間で火花放電が生じにくくなるため、火花放電を発生させるために必要となる要求電圧が上昇する。そして、要求電圧が上昇して点火プラグの耐圧を超えることがあると、点火プラグの損傷や、燃焼室内で適切な火花放電が発生しないことで燃料が適正に燃焼しなくなるなどの不都合が生じうる。
【００１８】
点火プラグの電極の消耗は、内燃機関の負荷条件の履歴に応じて変わる。すなわち高負荷条件での運転の頻度が高くなるほど電極の消耗が進行しやすく、要求電圧が耐圧を超えるようになると、点火プラグの損傷に伴う不都合が生じるおそれがある。そこで、プラグの交換時期を予め定めておく場合に、高負荷条件での運転頻度が高い場合を基準として、点火プラグの交換時期を設定しておくことで、要求電圧が耐圧を超えることに伴う不具合の発生を回避できる。しかし、一方で、低負荷条件での運転頻度が高い場合には、点火プラグが未だ寿命に達していない状態でプラグ交換が実施されることになり、点火プラグの使用期間が短くなる不都合が生じてしまう。
【００１９】
近年では、燃焼室に吸入される空気量を増大するために過給器が採用されたり、高圧縮比化が検討されたりするなど、点火プラグに火花放電を生じさせる点火時期での燃焼室の内圧が上昇する傾向にある。この場合、高負荷条件と低負荷条件とで内圧の差が拡大するため、負荷条件の違いによる点火プラグの電極の消耗度合の差が拡大する傾向がある。
【００２０】
そこで、本実施形態のＥＣＵ３０は、内燃機関１０の負荷条件の履歴に基づいて点火プラグ４０の火花放電の発生に必要となる要求電圧を算出（推定）する。そして要求電圧が点火プラグ４０の耐圧以上となる場合には、点火プラグ４０の交換時期である旨を通知する。このように内燃機関１０の負荷条件の履歴に基づいて、プラグ交換の時期を判定することで、より適切なる交換時期でのプラグ交換の実施が可能となる。
【００２１】
具体的には、内燃機関１０の負荷条件の履歴を反映して、点火プラグ４０の消耗量、つまり点火プラグ４０の電極間距離を算出し、その消耗量をプラグ交換時期の判定に使用する。すなわち高負荷条件の頻度が高くなるほど、点火プラグ４０の消耗量が多く、電極間距離が拡大することを利用して、プラグ交換時期の判定パラメータである要求電圧を算出する。
【００２２】
すなわち図３のブロック図に示されるように、ＥＣＵ３０のＲＯＭには、電極間距離の演算処理部５０が記憶されている。演算処理部５０は、機関回転速度ＮＥと機関負荷とを指標として、１燃焼当たりの放電ギャップＧの変化に関する重みづけ値を算出する演算マップ５１と、単位時間当たりの燃焼回数を算出する燃焼回数算出部５２と、演算マップ５１と燃焼回数算出部５２の出力を乗算する乗算部５３と、乗算部５３の演算結果である単位時間当たりの電極間距離の変化量を積算することにより、電極消耗量を算出する積算部５４と、積算部５４で算出した電極消耗量を用いて、現在の電極間距離を算出する電極間距離演算部５５と、を備えている。
【００２３】
なお演算マップ５１は、機関回転速度ＮＥと機関負荷の複数の組み合わせについて、電極間距離の変化量を実機等で計測することで、各々の重みづけ値が定められている。図４の演算マップ５１では、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷の各々が増加するほど、電極間距離の変化量が増大することに基づいて、重みづけ値が定められている。また、高負荷域となる図の領域Ａでは、点火時期が圧縮上死点（ＴＤＣ付近）に近づくほど電極間距離の変化量が増大することを考慮して重みづけ値が大きめの値となっている。この場合、同様の重みづけ値を有する複数の領域を設けることで、機関回転速度ＮＥと機関負荷の検出値の組み合わせがいずれの領域に属するかに応じて、重みづけ値が選択されるようになっている。
【００２４】
燃焼回数算出部５２は、内燃機関１０の気筒数（本実施形態では４気筒とする）に応じて単位時間当たりの燃焼回数を算出するものであり、内燃機関１０の負荷条件に応じて所定のパラメータが選択される。具体的には機関回転速度ＮＥ（ｒｐｍ）を単位時間（ここでは１秒）に換算し、かつ回転ごとの燃焼回数を乗算することで、燃焼回数を算出する。なお燃料カットやエンジンストールが生じる場合には、その状態を考慮して単位時間当たりの燃焼回数が設定される。
【００２５】
ＥＣＵ３０は、電極間距離の演算処理部５０を用いて、回転速度センサ３３で検出した機関回転速度ＮＥと、機関負荷とに基づいて、現在の電極間距離（推定値）を得る。そして、ＥＣＵ３０は、演算処理部５０で算出された現在の電極間距離と、その時々の内燃機関１０の運転条件とに基づいて要求電圧（推定値）を算出する。例えば、式（１）に示す演算式を用いて要求電圧を算出する。
要求電圧＝ベース値
＋Ｋ１×ＮＥ（ｒｐｍ）
＋Ｋ２×Ｐｍ（ｋＰａ）
−Ｋ３×ＳＡ（ＢＴＤＣ）
＋Ｋ４×λ
＋Ｋ５×Ｔｒｑ（Ｎｍ）
＋Ｋ６×Ｌ（ｍｍ）        …（１）
なお、式（１）において、ＮＥは機関回転速度、Ｐｍは吸気圧、ＳＡは点火時期、λは空気過剰率、Ｔｒｇはトルクであり、Ｌは現在の電極間距離である。なお、Ｋ１〜Ｋ６は内燃機関ごとに個別に設定される係数（パラメータ）である。ここで、要求電圧は、都度の機関回転速度ＮＥ、吸気圧Ｐｍ、トルクＴｒｑ、電極間距離Ｌが大きいほど、大きい値として算出される。また、空気過剰率λがリーンであるほど大きい値として算出される。さらには、要求電圧は、点火時期ＳＡがＴＤＣに対して進角側であるほど小さい値として算出される。
【００２６】
次に、図５を用いて点火プラグ４０の交換時期の判定処理を説明する。なお以下の処理は、図示を略す車両のイグニッションスイッチがオンとされ内燃機関１０が運転可能な状態で、１燃焼サイクル（例えば２０ｍｓサイクル）ごとに繰り返し実施する。なお点火プラグ４０の使用開始時（交換時）に、点火プラグ４０の電極間距離の初期値がＥＣＵ３０のフラッシュメモリに入力される。また初期状態では、後述するプラグ交換フラグはオフとされている。
【００２７】
図５において、ステップＳ１０でプラグ交換フラグがオフであるか否かを判定する。なおプラグ交換フラグは、後述の処理で要求電圧の推定値が点火プラグ４０の耐圧以上と判定した際にオンに切り替えられる。プラグ交換フラグがオフであり肯定判定した場合には、ステップＳ１１で、回転速度センサ３３の検出信号から機関回転速度ＮＥを取得する。ステップＳ１２では、機関負荷を取得する。例えば機関負荷として、アクセル開度センサ３９の検出信号からアクセル開度を取得する。
【００２８】
ステップＳ１３では、現在の電極間距離を算出する。具体的には、ステップＳ１１，Ｓ１２で取得した各パラメータを演算処理部５０の演算マップ５１（図４参照）に対応付けることにより、単位時間当たりの電極間距離の変化量を算出する。そして単位時間当たりの電極間距離の変化量を積算して、使用開始からの電極間距離の変化量を求める。そして点火プラグ４０の電極間距離の初期値に、電極間距離の変化量を加算することで、現在の電極間距離を算出する。
【００２９】
ステップＳ１４では、要求電圧を算出する。本実施形態では、ステップＳ１３で算出した現在の電極間距離と、各種センサで検出されるその時々の内燃機関１０の運転条件とを、式（１）の演算式に代入することで、要求電圧を算出する。
【００３０】
ステップＳ１５では、要求電圧が点火プラグ４０の耐圧以上であるか否かを判定する。なお点火プラグ４０の耐圧の情報は予めフラッシュメモリなどに記録されている。ステップＳ１５で要求電圧が耐圧未満と判定した場合には本処理を終了する。一方、要求電圧が耐圧以上と判定した場合には、ステップＳ１６で点火プラグ４０の交換時期フラグをオンにする。
【００３１】
ステップＳ１０で否定判定した場合、すなわちプラグ交換時期フラグがオンの場合には、ステップＳ１７に進み、点火プラグ４０のプラグ交換を促す通知を出力する。例えば、図示を略す車両のインパネ部などにプラグ交換の実施を促す表示をする。
【００３２】
なお、プラグ交換時期フラグがオンである場合には、図６に示す出力制限処理が実施される。具体的には、ステップＳ２１で、プラグ交換時期フラグがオフであるか否かを判定する。オフであり肯定判定した場合にはステップＳ２２で、通常処理を実施する。なお通常処理では、各種センサで検出される内燃機関１０の運転条件に基づき、通常のエンジン制御が実施される。ステップＳ２１で否定判定した場合には、ステップＳ２３で出力制限を実施する。例えば、アクセルペダルの踏み込み量に対して内燃機関１０の出力制限を実施する。具体的には、アクセル操作に対して目標トルクを制限したり、点火時期を遅角側に補正したり、機関回転速度ＮＥを制限したり、シフト制限を実施したりすることで要求電圧を制限する（下げる）。また、混合気の空燃比をリッチ化することで、要求電圧を制限するとよい。
【００３３】
このように、プラグ交換時期フラグがオンの際に、内燃機関の出力制限が実施されることで、点火プラグ４０の交換時期において、要求電圧の上昇を抑えることができる。この場合、プラグ交換が実施されるまでに点火プラグ４０の損傷を抑えることができる。
【００３４】
本発明によれば以下の優れた効果を奏することができる。
【００３５】
・点火プラグ４０の電極４１，４２の消耗は車両ごとに異なると考えられる。そのため、安全サイドに考えれば点火プラグ４０の交換時期を短めに定めておくことが望ましい。しかしながら、ユーザごとに運転パターンが異なること等を考慮すると、既存の技術では適正な交換時期で点火プラグ４０が交換されているとは言えないと考えられる。そこで内燃機関１０の負荷条件の履歴に基づいて要求電圧を算出し、その要求電圧を用いてプラグ交換の実施時期を判定する。この場合、内燃機関の負荷条件の履歴の違いを考慮して、適切なる交換時期でのプラグ交換の実施が可能となる。
【００３６】
・要求電圧の算出に際しては、負荷条件の履歴を加味して電極間距離を算出し、その電極間距離に対して都度の機関運転状態を反映して要求電圧を算出する構成とした。これにより、要求電圧を高精度に算出でき、ひいてはその要求電圧に基づくプラグ交換判定の精度を高めることができる。
【００３７】
・内燃機関１０のその時々の負荷条件に基づき電極間距離の変化量の積算値を算出し、その電極間距離の変化量の積算値を用いて、現在の電極間距離を算出できる。
【００３８】
・機関回転速度及び機関負荷と、電極間距離の変化量との関係を示す特性データを用いて、電極間距離の変化量を算出できる。
【００３９】
・要求電圧が点火プラグ４０の耐圧以上となり、点火プラグ４０が交換時期であると判定される場合に、内燃機関１０の出力が制限されることで、プラグ交換が実施されるまでの点火プラグ４０の損傷を抑えることができる。
【００４０】
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。
【００４１】
・気筒内に生じる気流の大きさを加味して演算マップ５１（特性データ）を定めてもよい。すなわち、気筒１１内の気流が強い場合には、火花放電が吹き消され、何回かの火花放電が断続的に発生する現象、すなわち吹き消えによる再放電が発生しやすい。なお再放電は、点火プラグ４０の放電エネルギが消費されるまで繰り返されるため、電極４１，４２の消耗は、再放電の回数が増えるほど増加する傾向がある。そこで、気筒内の気流の強さと再放電回数をパラメータとして、個々の燃焼サイクルにおける電極間距離の変化量を算出してもよい。例えば、図４の演算マップ５１で算出した電極間距離の変化量を、気流の強さと再放電回数をパラメータとした演算マップ５１に代入して、電極間距離の変化量が算出する。この場合、点火プラグ４０における再放電回数を考慮して、より精度よく電極の消耗量を推定することができる。
【００４２】
・都度の電極消耗量（電極間距離）に応じて、その電極消耗が予め定めた標準状態より早いこと等を通知する構成としてもよい。例えば、車両の走行距離や内燃機関１０の累積燃焼回数等に対応させて電極消耗の標準量を定めておく。そして、ＥＣＵ３０は、走行距離等に対して電極消耗が適正であると判断されれば、その旨をユーザに通知し、走行距離等に対して電極消耗が早いと判断されれば、やはりその旨をユーザに通知する。この場合、ユーザは意図せず過負荷運転をしている場合にそれを直させること等ができる。
【００４３】
・要求電圧の大きさを判定する判定値として複数の判定値を定めておいてもよい。具体的には、ＥＣＵ３０は、要求電圧が第１判定値（＜耐圧）に達した場合に、あと少しで要求電圧が耐圧に達すること、すなわちプラグ交換時期になることを通知し、その後、要求電圧が第２判定値（＝耐圧）に達した場合に、プラグ交換時期になったことを通知するとともに内燃機関のトルク制限を実施する。
【００４４】
・図５において、ステップＳ１３で算出された現在の電極間距離が所定未満の場合、すなわち電極の消耗が進行していない場合には、ステップＳ１５で要求電圧が耐圧以上であるか否かの判定処理が省略されてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０…内燃機関、４０…点火プラグ、４１…中心電極、４２…接地電極。
【図１】
2015218706.tif 000003
【図２】
2015218706.tif 000004
【図３】
2015218706.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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