(57)【要約】【課題】バッテリの電力消費を抑えつつ、点火プラグの状態に応じた点火制御を行うことができるエンジンの点火制御装置を提供する。【解決手段】１次コイル５１ａ及び２次コイル５１ｂを有する点火コイル５１と、１次コイル５１に流れる１次電流の遮断に伴い２次コイル５１ｂに誘起された２次電圧によりエンジン１１の気筒１１ｂ内において一対の対向電極４１，４２間に点火放電を生じさせる点火プラグ４０とを備える点火システムに適用され、点火プラグ４０の点火動作を制御するＥＣＵ３２は、エンジンの運転状態に基づいて１次コイル５１ａの１次電流の通電時間を設定するとともに、点火プラグ４０の劣化状態を示す劣化パラメータを取得する。そして、点火プラグ４０の劣化状態に基づいて通電時間を補正する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイル（５１ａ）及び２次コイル（５１ｂ）を有する点火コイル（５１）と、前記１次コイルに流れる１次電流の遮断に伴い前記２次コイルに誘起された２次電圧によりエンジン（１１）の気筒（１１ｂ）内において一対の対向電極（４１，４２）間に点火放電を生じさせる点火プラグ（４０）とを備える点火システムに適用され、前記点火プラグの点火動作を制御する点火制御装置であって、
前記エンジンの運転状態に基づいて前記１次コイルの１次電流の通電時間を設定する通電時間設定出手段と、
前記点火プラグの劣化状態を示す劣化パラメータを取得する劣化状態取得手段と、
前記点火プラグの劣化状態に基づいて前記通電時間を補正する通電時間補正手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記劣化状態取得手段は、前記劣化パラメータとして前記エンジンを搭載した車両の累積走行距離を取得するものであり、
前記通電時間補正手段は、前記車両の累積走行距離に基づいて前記１次コイルの通電時間を補正する請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記通電時間補正手段は、前記車両の累積走行距離の増加に伴い、前記１次コイルの通電時間が長くなるように前記通電時間を補正する請求項２に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項４】
前記車両の走行時における前記エンジンの負荷及び回転速度の少なくともいずれかのデータを含む走行パターン情報を取得する手段を備え、
前記通電時間補正手段は、前記車両の走行時における前記走行パターン情報に基づいて前記１次コイルの通電時間を補正する請求項２又は３に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項５】
前記通電時間補正手段は、前記点火プラグの劣化の程度が所定未満の場合における当該劣化の程度に対する前記通電時間の増加の比率である第１増加比率を、前記点火プラグの劣化の程度が所定以上の場合における当該劣化の程度に対する前記通電時間の増加の比率である第２増加比率よりも小さくするようにして、前記通電時間を補正する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエンジンの点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの点火制御装置は、直流電源に接続された１次コイルに１次電流を通電して点火コイルに磁気エネルギを蓄える。そして、１次電流を遮断した際に２次コイルに発生した高電圧を点火プラグの中心電極と接地電極との間のギャップに印加することで、点火プラグのギャップ間に火花放電を生じさせている。
【０００３】
この種のエンジンの点火制御装置において、エンジンの運転状態に応じて点火プラグの火花放電のエネルギを増減させる制御を行うものが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
点火プラグは、車両走行に伴い火花放電が繰り返されることで次第に劣化する。点火プラグが劣化すると、火花放電（点火プラグのギャップ間での絶縁破壊）に必要な電圧（以下、要求電圧と記す）が上昇するため、点火プラグのギャップ間に要求電圧の上昇を満たす高電圧を誘起させるためには、点火コイルに蓄えるエネルギ量を増加させる必要が生じる。しかし従来技術においては、点火プラグの劣化に伴う要求電圧の上昇については考慮されておらず、点火プラグが劣化した状態で、放電エネルギを減少させる制御が行われた際に、飛火ミス等の不具合が発生される懸念がある。
【０００６】
これを防ぐために、点火プラグの劣化に伴う要求電圧の上昇を見越して、点火コイルに蓄えられるエネルギ量を予め増大させておく（余裕を持たせておく）ことが想定される。すなわち点火プラグが劣化した際の要求電圧を満たす高電圧が常にギャップ間に印加されるようにすることが想定される。しかしこの場合には、点火プラグが劣化していない場合の燃費が低下する他、ギャップ間に誘起される電圧値が高くなることで、点火プラグの劣化が加速される懸念がある。
【０００７】
本発明は、バッテリの電力消費を抑えつつ、点火プラグの状態に応じた点火制御を行うことができるエンジンの点火制御装置を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明におけるエンジンの点火装置は、１次コイル及び２次コイルを有する点火コイルと、１次コイルに流れる１次電流の遮断に伴い２次コイルに誘起された２次電圧によりエンジンの気筒内において一対の対向電極間に点火放電を生じさせる点火プラグとを備える点火システムに適用され、前記点火プラグの点火動作を制御する点火制御装置であって、エンジンの運転状態に基づいて１次コイルの１次電流の通電時間を設定する通電時間設定出手段と、点火プラグの劣化状態を示す劣化パラメータを取得する劣化状態取得手段と、点火プラグの劣化状態に基づいて通電時間を補正する通電時間補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成では、点火プラグの劣化状態を検出し、点火プラグの劣化状態に応じて、１次コイルの通電時間を補正することで、点火プラグの劣化状態に応じて点火制御を適正に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジンシステムの概略構成図。
【図２】点火プラグの構造図。
【図３】点火制御ユニットの回路図。
【図４】通電時間演算処理のフローチャート。
【図５】走行距離補正係数の算出マップ。
【図６】変用例の走行距離補正係数の算出マップ。
【図７】変用例の走行距離補正係数の算出マップ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明にかかるエンジン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、エンジンは自動車等の車両の動力源として用いられる。
【００１２】
図１はエンジンシステムの構成図である。エンジンシステム１０は、火花点火式エンジンであるエンジン１１を備えている。エンジン１１の本体部を構成するエンジンブロック１１ａの内部には、気筒１１ｂが形成されている。気筒１１ｂは、ピストン１２を往復移動可能に収容するように設けられている。
【００１３】
エンジンブロック１１ａの上部であるシリンダヘッドＨ（図２参照）には、吸気ポート１３及び排気ポート１４が、気筒１１ｂと連通可能に形成されている。また、このシリンダヘッドＨには、吸気バルブ１５と排気バルブ１６とが装着されている。さらに、エンジンブロック１１ａには、インジェクタ１８及び点火プラグ４０が装着されている。点火プラグ４０は、気筒１１ｂ内にて燃料混合気を点火するように設けられている。
【００１４】
吸気管２１ａにおける、サージタンク２１ｂよりも吸気通流方向における上流側には、スロットルバルブ２５が設けられている。スロットルバルブ２５は、その開度が、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ２６の動作によって制御されるようになっている。
【００１５】
またエンジンシステム１０には、エンジン１１の運転状態を検出する各種センサが搭載されている。回転速度センサ３３は、ピストン１２の往復運動に伴って回転する図示しないクランクシャフトの回転角度に応じたパルス状の出力を生じる。冷却水温センサ３４は、エンジン１１の冷却液の温度である冷却水温Ｔｗを検出（取得）するためのセンサである。
【００１６】
エアフローメータ３５は、吸入空気量（吸気管２１ａを通流して気筒１１ｂ内に導入される吸入空気の質量流量）を検出（取得）するためのセンサである。吸気圧センサ３６は、吸気管２１ａ内の圧力である吸気圧を検出（取得）するためのセンサである。
【００１７】
車速センサ５４は図示を略す車両の車輪又はトランスミッションの出力軸に配設され、車両の走行速度を検出する。バッテリ電圧センサ５２ａは、バッテリ５２の端子間に接続され、バッテリ５２の電圧を検出する。
【００１８】
またエンジンシステム１０の点火制御ユニット３０は、気筒１１ｂ内の燃料混合気を点火するための火花放電を生じさせる点火プラグ４０と、点火プラグ４０の点火制御を実施するＥＣＵ３２とを備えている。図２に点火プラグ４０の構成図を示す。図３に点火制御ユニット３０の回路構成を示す。
【００１９】
図２に示されるように、点火プラグ４０は、略円柱状の中心電極４１と略Ｌ字型の接地電極４２とを有し、これらの電極４１，４２をエンジン１１の気筒１１ｂ（燃焼室）に突出させた状態でエンジン１１のシリンダヘッドＨに取り付けられている。中心電極４１は絶縁碍子４３によって保持されている。接地電極４２は、中心電極４１と対向する位置に配置され、ハウジング４４に溶接固定されている。これにより中心電極４１と接地電極４２の間にギャップＧを形成している（図３参照）。なお中心電極４１と接地電極４２との間は絶縁碍子４３で絶縁されている。ハウジング４４は金属体よりなり、点火プラグ４０がシリンダヘッドＨに取り付けられて、ハウジング４４及び接地電極４２の電位が接地電位とされている。
【００２０】
図３において、点火制御ユニット３０は、１次コイル５１ａと、１次コイル５１ａに磁気結合された２次コイル５１ｂとからなる点火コイル５１を備えている。２次コイル５１ｂの両端のうち一端は、低圧側経路Ｌ１を介してバッテリ５２の正極側、すなわち基準となる電位を有する部材に接続されている。２次コイル５１ｂの他端は、接続経路Ｌ２を介して中心電極４１に接続されている。バッテリ５２は例えば１２Ｖの鉛電池でありその負極側は接地されている。
【００２１】
１次コイル５１ａの両端のうち一端は、バッテリ５２の正極側に接続され、他端は電子制御式の開閉手段であるスイッチング素子５３の入出力端子を介して接地されている。本実施形態では、スイッチング素子５３として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。
【００２２】
図１において、ＥＣＵ３２は、上記の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１１の運転状態（以下「エンジンパラメータ」と略称する。）に応じて各種制御を行う。すなわち、ＥＣＵ３２は車速センサ５４による車速の検出結果の履歴に基づき車両の累積走行距離Ｄを算出する。またインジェクタ１８及び点火制御ユニット３０を含む各部の点火動作を制御したりする。
【００２３】
より具体的には、ＥＣＵ３２は点火制御として、エンジンパラメータに基づき点火信号ＩＧｔを生成するとともに、点火プラグ４０に放電火花を生じさせるべく、スイッチング素子５３の開閉制御端子（ゲート）に対して点火信号ＩＧｔを出力する。
【００２４】
またＥＣＵ３２は、スイッチング素子５３のゲートに入力される点火信号ＩＧｔがオン点火信号とされることでスイッチング素子５３をオン状態にする。これにより、バッテリ５２による１次コイル５１ａへの通電が開始され、点火コイル５１に磁気エネルギが蓄積される。
【００２５】
１次コイル５１ａの通電時間は、回転速度センサ３３で取得されるエンジン回転速度ＮＥと、バッテリ電圧センサ５２ａで検出されるバッテリ電圧ＶＢとに基づいて算出される。例えばＥＣＵ３２は、エンジン回転速度ＮＥとバッテリ電圧ＶＢとの２次元マップを用いて、１次コイル５１ａの通電時間を算出する。
【００２６】
１次コイル５１ａへの所定の通電時間での通電が完了され、点火信号ＩＧｔがオフ点火信号とされると、スイッチング素子５３はオフ状態となり、２次コイル５１ｂの両端の極性が反転して２次コイル５１ｂに高電圧が誘起され、点火プラグ４０の中心電極４１と接地電極４２との間隙であるギャップＧに高電圧Ｖ２が印加される。
【００２７】
ところで、点火プラグ４０は、車両走行に伴い火花放電が繰り返されることで次第に劣化し、これに伴いギャップＧに火花放電を生じさせるために必要な電圧である要求電圧が上昇する。すなわち、火花放電の繰り返しによって略円柱状の中心電極４１の角部分が次第に消耗すると、点火コイル５１に蓄えられたエネルギが中心電極４１の先端部分に集中しがたくなり、ギャップＧに火花放電を誘起させるために必要となる中心電極４１と接地電極４２との間の要求電圧が上昇する。
【００２８】
そこで、点火プラグ４０が交換時期となるまでギャップＧに誘起される電圧が要求電圧を満たすことができるように、点火コイル５１に蓄えられるエネルギ量を予め増大させておくことが想定される。しかし、この場合には点火プラグ４０が劣化していない状況下において、不要なエネルギ消費が生じ、燃費の低下に繋がる。またギャップＧに誘起される電圧が高くなることは、点火プラグ４０の劣化を加速させることに繋がる。
【００２９】
また、点火プラグ４０の劣化は車両の走行距離と相関があり、走行距離に比例して要求電圧が高くなる傾向がある。そこで本実施形態では車両の累積走行距離をパラメータとして、点火プラグ４０の劣化状態を求め、点火プラグ４０の劣化に伴う要求電圧の上昇に対応させて、１次コイル５１ａの通電時間が決定されるようにする。なお本実施形態で記す累積走行距離は、点火プラグ４０の新品状態からの総走行距離であるとする（例えばプラグ交換が実施されてからの総走行距離であるとする）。
【００３０】
図４に本実施形態に係る１次コイル５１ａの通電時間演算処理のフローチャートを示す。なお、図４の処理はエンジン１１が運転状態の際に繰り返し実施される。
【００３１】
まずステップＳ１１で、バッテリ電圧センサ５２ａの検出値からバッテリ電圧ＶＢを検出する。続くステップＳ１２では、回転速度センサ３３の検出信号から、エンジン回転速度ＮＥを検出する。続くステップＳ１３では、バッテリ電圧ＶＢとエンジン回転速度ＮＥとから、基本となる通電時間（以下、基本通電時間Ｔ０と記す）を算出する。例えばバッテリ電圧ＶＢとエンジン回転速度ＮＥの２次元マップを用いて基本通電時間Ｔ０を算出する。なお基本通電時間Ｔ０は、高負荷時における発熱量に対して点火コイル５１が許容可能な通電時間の最大値に設定されているとする。
【００３２】
続くステップＳ１４では、車速センサ５４の検出結果から算出された車両の累積走行距離Ｄを取得する。続くステップＳ１５では、車両の累積走行距離Ｄを用いて、走行距離の補正係数ｆＤを算出する。例えば、図５に示される走行距離の補正係数ｆＤの算出マップを用いて、補正係数ｆＤを算出する。なお図５の例では、点火プラグ４０の使用開始時（走行距離Ｄ０＝０）での補正係数ｆＤ＝αに設定されており、累積走行距離Ｄに応じて補正係数ｆＤがリニアに増加する例が示されている。
【００３３】
続くステップＳ１６では、補正後の通電時間を算出する（以下、補正通電時間Ｔ１と記す）。ここでは補正通電時間Ｔ１＝（基本通電時間Ｔ０）×（補正係数ｆＤ）として算出され、累積走行距離の増加に伴い１次コイル５１ａの通電時間が増加する。続くステップＳ１７では、ステップS１６で算出した補正通電時間Ｔ１に基づいて、点火信号ＩＧｔをセットする。例えば、補正通電時間Ｔ１をＥＣＵ３２の図示を略すタイマに出力して、１次コイル５１ａの通電開始時刻をセットする。
【００３４】
上記によれば以下の優れた効果を奏する。
【００３５】
・点火プラグ４０が劣化すると、火花放電を生じさせるための要求電圧が増加し、飛火ミス等の不具合が生じる可能性が高くなる。一方、これを回避するために、１次コイル５１ａに蓄えるエネルギ量を予め増加させるべく、１次コイル５１ａの通電時間を予め長くしておく場合には燃費の低下を招く。そこで、点火プラグ４０の劣化状態を検出し、点火プラグ４０の劣化状態に応じて、１次コイル５１ａの通電時間を補正する。この場合、点火プラグ４０の劣化状態に応じて点火制御を適正に実施することができる。
【００３６】
・点火プラグ４０の劣化は、車両の累積走行距離と相関がある。そこで車両の累積走行距離に応じて１次コイル５１ａの通電時間が補正されることで、点火プラグ４０の劣化状態に応じて、点火プラグ４０の点火制御を適正に実施することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
・中心電極４１の先端角部分の消耗は、点火コイル５１に蓄えられる点火エネルギが大きいほど生じやすくなると考えられる。また、その中心電極４１の先端部分の消耗は、点火プラグ４０の使用当初から生じるのではなく、車両の累積走行距離がある程度の距離になってから生じ始めると考えられる。この点、点火プラグ４０の劣化の程度が所定未満の場合における当該劣化の程度に対する通電時間の増加の比率である第１増加比率を、点火プラグ４０の劣化の程度が所定以上の場合における当該劣化の程度に対する通電時間の増加の比率である第２増加比率よりも小さくするようにして、通電時間を補正するようにしてもよい。
【００３９】
具体的には、図６の変形例に示すように、累積走行距離が所定値Ｋ１になるまでは、点火プラグ４０の劣化の程度が所定未満であるとし、累積走行距離に対する補正係数ｆＤの増加の比率をＲ１とする。また、累積走行距離が所定値Ｋ１になった後は、点火プラグ４０の劣化の程度が所定以上であるとし、累積走行距離に対する補正係数ｆＤの増加の比率をＲ２とする。この場合、これらＲ１，Ｒ２をＲ１＜Ｒ２とする。なお、累積走行距離が所定値Ｋ１になるまでの期間においては、累積走行距離に対する補正係数ｆＤの増加の比率を０（Ｒ１＝０）としてもよい。
【００４０】
また、図７の変用例に示されるように、累積走行距離が所定値Ｋ１になった後において、ｆＤを徐々に大きくすることに代えて、ｆＤ＝αよりも大きい所定値に変更する構成であってもよい。この場合、車両の累積走行距離が所定値Ｋ１になるまでは、点火プラグ４０の劣化（電極先端部分の消耗）の抑制を優先して点火制御を実施でき、総走行距離が所定値Ｋ１になった後は、点火プラグ４０の劣化に起因する点火不具合の抑制を優先して点火制御を実施できる。
【００４１】
以上のように、累積走行距離が短く点火プラグ４０の劣化が生じていない場合（劣化の程度が所定未満の場合）に、１次コイル５１ａの通電時間が抑えられるようにすることで、点火プラグ４０の劣化の進行を優先的に抑えることができる。一方、車両の累積走行距離が所定以上となり点火プラグ４０の劣化が生じている場合（劣化の程度が所定以上の場合）に、１次コイル５１ａの通電時間を増加させることで、点火プラグ４０に蓄えられるエネルギが増大されることで、点火プラグ４０の劣化に伴う不具合の発生を優先的に抑えることができる。これにより、燃費を抑えつつ点火プラグ４０の点火制御を適正に実施できる。
【００４２】
・上記では、エンジン回転速度ＮＥとバッテリ電圧ＶＢとに基づき１次コイル５１ａの基本通電時間を算出する例を示した。これ以外にも基本通電時間は固定値であってもよい。例えば、累積走行距離が所定以上と判定された際に、１次コイル５１ａの通電時間が一定量増加されてもよい。
【００４３】
・エンジン負荷が大きい走行パターンが繰り返される場合には、点火プラグ４０の劣化の進行が早まる傾向がある。すなわち、坂道走行（上り坂走行）や高速道路走行等の高負荷の走行パターンが繰り返されることにより、点火プラグ４０の劣化が加速されることが想定される。そこで、車両の走行パターンの履歴に応じて１次コイル５１ａの通電時間が設定されてもよい。例えば、車両の走行時におけるエンジン１１の負荷及び回転速度の少なくともいずれかのデータを含む走行パターンを取得する。そして取得した走行パターンの履歴に応じて補正係数ｆＤを算出する。例えば、高負荷の走行パターンが実施された度合いに応じて、図５の補正係数ｆＤのグラフの傾きを増大側に補正して、補正後のグラフを用いて、補正係数ｆＤを取得する。この場合、車両の走行パターンに応じた点火プラグ４０の劣化状態に応じて、点火制御をより適正に実施することができる。
【００４４】
・上記では点火プラグ４０の劣化状態を示す劣化パラメータとして、車両の累積走行距離を取得する例を示したが、これ以外にもエンジン１１が運転状態にある際の累積時間等が劣化パラメータとして取得されてもよい。
【００４５】
・車両の累積走行距離Ｄを計測するために周知のオドメータからの信号がＥＣＵ３２に入力される構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１１…エンジン、４１…中心電極、４０…点火プラグ、４２…接地電極、５１ａ…１次コイル、５１ｂ…２次コイル。
【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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