(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイル（１０ａ）及び２次コイル（１０ｂ）を有する点火コイル（１０）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次コイルに流れる２次電流により内燃機関の気筒内において一対の対向電極（３１，３２）間に放電火花を生じさせる点火プラグ（３０）と、を備える内燃機関に適用され、
前記対向電極間における放電状況の時系列変化を示す放電パラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記２次電流の要求値が所定値以上であるか否かを判定し、前記要求値が前記所定値以上であることを条件に、前記放電パラメータの単位時間当たりの変化量に基づいて、前記対向電極間の放電経路の一部又は全てが消失した経路消失が生じたことを判定する経路消失判定部と、
前記対向電極間の放電の開始から前記経路消失が発生したと判定されるまでの経過時間を算出する時間算出部と、
前記経過時間に基づいて前記気筒内の気流の流速を算出する流速算出部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置（２０）。
【請求項２】
前記内燃機関の負荷を算出する負荷算出部を備え、
前記流速算出部は、前記負荷と前記経過時間とに基づいて前記流速を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記流速算出部は、前記放電の開始から所定時間が経過するまでに、前記経路消失が生じない場合は、前記流速の算出を行わない請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記経路消失判定部は、前記経路消失が生じた場合に、その経路消失が、前記放電経路の一部が消失したことに伴う放電短絡に起因するものか、前記放電経路の全てが消失したことに伴う放電切れに起因するものかを判定する種別判定部を有し、
前記流速算出部は、前記経路消失が、前記放電短絡に起因するものか、前記放電切れに起因するものかを加味して、前記流速を算出する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記種別判定部は、前記放電パラメータの時系列変化の態様として前記放電短絡の発生時の態様と前記放電切れの発生時の態様とのいずれが生じたかを判定し、その判定に基づいて、前記経路消失が、前記放電短絡に起因するものか、前記放電切れに起因するものかを判定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
運転条件に応じた基本流速を取得する基本流速取得部と、
前記流速算出部により算出された前記流速が、前記基本流速よりも遅い場合は、点火時期を進角側に補正し、前記基本流速よりも速い場合は、点火時期を遅角側に補正する点火時期補正部と、
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制御装置。
【請求項７】
前記気筒内の気流を制御する気流制御バルブ（２１）を備える内燃機関に適用され、
運転条件に応じた基本流速を取得する基本流速取得部と、
前記流速算出部により算出された前記流速が、前記基本流速よりも遅い場合は、前記気流制御バルブを制御することにより前記気流を強め、前記基本流速よりも速い場合は、前記気流制御バルブを制御することにより前記気流を弱める気流制御部と、
を備える請求項１乃至６のいずれか１項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】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、希薄燃焼が行われる内燃機関において燃焼性の向上を図るべく、気筒内における気流の強化が図られている。例えば、タンブル流やスワール流などの渦流を気筒内で生じさせるようにしている。この場合、燃焼速度の向上が可能となるものの、気筒内の気流の流速が大きくなることで、点火プラグの対向電極間の放電火花が消失し、燃焼状態が悪化することが懸念される。このため、気筒内の気流の流速を計測し、その計測結果に基づいて燃焼状態を改善することが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のものでは、点火プラグの中心電極と接地電極との間にプラズマ状態を形成させ、その状態下において中心電極を流れる電流と接地電極を流れる電流との差に基づいて、気筒内におけるガスの流速を計測するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４１９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、接地電極を流れる電流を測定するための電流計や、プラズマ状態を形成させるためのパルス発生回路を設ける必要がある。そのため、点火制御システムの構成が複雑になり、その複雑化にともない流速計測の信頼性が低下することや製造コストが増大するといったことが懸念される。
【０００６】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、点火制御システムの構成が複雑化することを抑制しつつ、気筒内の気流の流速を適正に算出することができる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】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【０００８】
本発明における内燃機関の制御装置（２０）は、１次コイル（１０ａ）及び２次コイル（１０ｂ）を有する点火コイル（１０）と、１次コイルに流れる１次電流の遮断に伴い２次コイルに流れる２次電流により内燃機関の気筒内において一対の対向電極（３１，３２）間に放電火花を生じさせる点火プラグ（３０）と、を備え、対向電極間における放電状況の時系列変化を示す放電パラメータを取得するパラメータ取得部と、２次電流の要求値が所定値以上である場合において、放電パラメータの単位時間当たりの変化量に基づいて、対向電極間の放電経路の一部又は全てが消失した経路消失が生じたことを判定する経路消失判定部と、対向電極間の放電の開始から経路消失が発生したと判定されるまでの経過時間を算出する時間算出部と、経過時間に基づいて気筒内の気流の流速を算出する流速算出部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、点火プラグによる点火が行われる際には、点火プラグの対向電極間において絶縁破壊が生じ、その絶縁破壊に続いて対向電極間に放電経路が形成される。ここで、気筒内に気流が生じていると、気流の影響で放電経路が気流の下流側に流され、放電経路が気流下流側に伸びた状態で放電経路の消失が生じることが考えられる。この場合、放電経路の消失には以下の３通りの形態がある。
（１）放電経路の中途部分が相互に短絡することにより放電短絡の一部が消失する「放電短絡」。
（２）放電経路が途切れることにより放電経路の全てが一時的に消失し、その後再生される「放電切れ」。
（３）放電経路が途切れることにより放電経路の全てが消失し、その後、放電経路が伸びることなく絶縁破壊と経路消失が繰り返し生じる「吹き消え」。
【００１０】
このうち、放電短絡と放電切れは、２次電流の大きさに対する依存度が小さく気筒内の流速に応じて生じる。これに対し、吹き消えは、２次電流の大きさに依存して生じ、具体的には２次電流値が比較的小さい状況下で生じる。
【００１１】
本発明では、上記３通りの放電経路の消失のうち２次電流の大きさに対する依存度が小さく気筒内の流速に応じて生じる「放電短絡」と「放電切れ」とを検出対象とし、放電パラメータの変化に基づいてこれら事象による経路消失を検出するとともに、経路消失が生じるまでの経過時間に基づいて気筒内の流速を算出する。このとき、２次電流の要求値が所定値以上であることを条件にすることで、放電短絡、放電切れ及び吹き消えのうち、放電短絡又は放電切れに限定して経路消失が検出されるようになっている。以上により、点火制御システムの構成が複雑化することを抑制しつつ、気筒内の気流の流速を適正に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】点火制御システムの概略を示す構成図。
【図２】経路消失する際の放電火花の形状変化を示す図。
【図３】経路消失する際の２次電流値Ｉ２の波形変化を示す図。
【図４】流速算出の処理手順を示すフローチャート。
【図５】経過時間及びエンジン負荷と流速との関係を示す図。
【図６】経路消失する際の２次電流値Ｉ２の波形変化と２次電圧Ｖ２の波形変化とを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載ガソリンエンジンを対象として点火制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）からの点火指令に基づき点火プラグにて放電火花を発生させることとしている。先ずは、図１を用いて点火制御システムの概略構成を説明する。
【００１４】
図１において、点火コイル１０は、１次コイル１０ａと、１次コイル１０ａに磁気結合された２次コイル１０ｂとを備えている。１次コイル１０ａの両端のうち一端は、バッテリ１１の正極側、他端は電子制御式の開閉手段であるスイッチング素子１３の入出力端子を介して接地されている。なお、スイッチング素子１３としては、トランジスタや、ＭＯＳＦＥＴなどが用いられている。スイッチング素子１３のゲートは点火制御回路１４に接続されており、この点火制御回路１４によりスイッチング素子１３がオン／オフ制御されるようになっている。また、２次コイル１０ｂの両端のうち一端は、点火プラグ３０に接続され、他端は抵抗１７を介して接地されている。なお、抵抗１７による検出電圧は点火制御回路１４に入力される。
【００１５】
ＥＣＵ２０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ２０は、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することによってエンジンの運転状態に応じて燃料噴射や点火などの各種制御を行う。また、図示されていないエンジンの吸気通路には、気流制御バルブとしてタンブル制御バルブ２１が設けられ、ＥＣＵ２０は、運転条件（エンジン負荷、回転速度）に基づいて、気筒内のタンブル流を制御する。点火時期制御においてＥＣＵ２０は、エンジン回転速度やアクセル操作量などのエンジンの運転状態を表す運転状態情報を取得し、その運転状態情報に基づいて最適な点火時期を算出する。そして、その点火時期に応じて点火信号ＩＧｔを生成し、点火制御回路１４に出力する。
【００１６】
点火制御回路１４は、ＥＣＵ２０より入力する点火信号ＩＧｔがオン点火信号とされることでスイッチング素子１３をオンさせるための駆動信号ＩＧを出力し、スイッチング素子１３をオン状態にする。これにより、バッテリ１１による１次コイル１０ａへの通電が開始され、点火コイル１０に磁気エネルギーが蓄積される。
【００１７】
駆動信号ＩＧがオフ信号とされると、スイッチング素子１３はオフ状態となり、これにより２次コイル１０ｂの両端の極性が反転して、２次コイル１０ｂに点火エネルギーが発生する。この点火エネルギーによって、点火プラグ３０のギャップＧに高電圧（絶縁破壊電圧）が発生し、これにより絶縁破壊が引き起こされると、ギャップＧに放電火花が発生する。放電火花が発生する場合、ギャップＧに放電電流（２次電流Ｉ２）が流れて火炎核が発生する。そして、この火炎核が周囲の混合気に伝播することで燃焼が発生する。ところで、気筒内に気流が生じていると、放電火花が生じている放電経路が気流の下流側に流され、放電経路の消失が生じる。この場合、放電経路の消失には３通りの形態がある。
【００１８】
図２，図３を用いて、放電経路の消失する３通りの形態に説明する。図２の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ上記３通りの形態において、放電の開始から放電経路が消失する経路消失が発生するまでの放電火花の時間変化に対する形状変化を示している。図３の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ上記３通りの形態において、絶縁破壊が生じてから放電経路が消失するまでの２次電流値Ｉ２の時間変化に対する波形変化を示している。なお、図２の（ａ）〜（ｃ）の放電火花の形状変化がそれぞれ、図３の（ａ）〜（ｃ）の２次電流値Ｉ２の波形変化に対応している。
【００１９】
図２（ａ）では、まず、絶縁破壊が引き起こされギャップＧに放電火花が発生する。気筒内に気流が生じていると、気流の影響でその放電経路が気流下流側に伸びた状態になる。この後、放電経路の中途部分が相互に短絡すると放電経路の一部が消失し、いわゆる「放電短絡」が生じる。このとき、図３（ａ）に示すように、放電開始に伴い２次電流値Ｉ２は急増した後、徐々に減少する過程において放電短絡が生じることで一時的に２次電流値Ｉ２が急増する。なお、放電短絡が生じた後、２次電圧Ｖ２が高い状態では、放電短絡から放電経路の伸長と放電短絡とが再び生じる。
【００２０】
図２（ｂ）では、放電火花が発生した後、気筒内に生じている気流の影響でその放電経路が気流下流側に伸びた状態になる。この後、放電経路の伸び量が過大になり、放電経路が途切れると放電経路の全てが一時的に消失し、いわゆる「放電切れ」が生じる。このとき、図３（ｂ）に示すように、放電切れが生じることで２次電流値Ｉ２の急減とその直後の急増とが生じる。なお、放電切れが生じた後、２次電圧Ｖ２が高い状態では、放電火花が発生した後にその放電経路の伸長と放電切れが再び生じる。
【００２１】
図２（ｃ）では、２次電流値Ｉ２が低いことに起因して放電経路の消失が生じるものとなっている。つまり、気流により放電経路がさほど伸ばされていなくても、２次電流値Ｉ２が低い状態であれば、いわゆる「吹き消え」が生じる。この場合、吹き消えが生じるとその直後にギャップＧで電極間の絶縁破壊が生じ再び放電火花が発生する。このとき、図３（ｃ）に示すように、吹き消えが生じることで２次電流値Ｉ２の急減とその直後の急増とが繰り返し頻発する。
【００２２】
ここで、放電短絡と放電切れは２次電流値Ｉ２に対する依存度が小さく気筒内の流速に応じて生じる。これに対して、吹き消えは２次電流値Ｉ２に依存して生じ、具体的には２次電流値Ｉ２が比較的小さい状況下で生じると考えられる。すなわち、２次電流値Ｉ２が吹き消えの生じない大電流である場合、放電の開始から放電短絡及び放電切れが発生するまでの経過時間は２次電流値Ｉ２の大きさに依存せず一定であり、気筒内の流速に応じて変化すると考えられる。
【００２３】
このため、本実施形態では、上記３通りの放電経路の消失のうち２次電流値Ｉ２に対する依存度が小さく気筒内の流速に応じて生じる放電短絡と放電切れとを検出対象とし、２次電流値Ｉ２の変化に基づいてこれら事象による経路消失を判定するとともに、経路消失が生じるまでの経過時間に基づいて気筒内の流速を算出する。このとき、２次電流Ｉ２の要求値が所定値以上であることを条件にすることで、放電短絡、放電切れ及び吹き消えのうち、放電短絡又は放電切れによる経路消失を検出対象に限定している。
【００２４】
次に、ＥＣＵ２０により実施される気筒内の気流の流速算出の処理手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。本処理は、ＥＣＵ２０により、点火信号ＩＧｔのオンからオフへの立ち下げ後の所定期間において所定周期で繰り返し実施される。
【００２５】
まず、ステップＳ１１では、今回の点火における２次電流Ｉ２の要求値が閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。２次電流Ｉ２の要求値は、例えばエンジン運転状態に基づいて定められ、高負荷状態であるほど高い値に定められるようになっている。ここでは、エンジン負荷が所定値以上である場合に、２次電流Ｉ２の要求値が閾値Ｔｈ１以上であると判定する。
【００２６】
ステップＳ１２では、流速算出フラグが「１」であるか否かを判定する。流速算出フラグは、点火プラグ３０の放電開始後において気流の流速を算出するための算出期間を規定するためのフラグであり、流速算出フラグが「１」であることを条件に、気流の流速が算出される。
【００２７】
ステップＳ１２でＮＯである場合は、ステップＳ１３に進み、点火プラグ３０での点火放電が開始されたか否かを判定する。このとき、例えば、２次電流値Ｉ２を点火制御回路１４から入力し、２次電流値Ｉ２が所定値以上になったことに基づいて点火放電が開始されたことを判定する。ステップＳ１３でＹＥＳである場合は、流速算出フラグに「１」をセットして、本処理を終了する。
【００２８】
一方、ステップＳ１２でＹＥＳである場合は、ステップＳ１５に進み、２次電流値Ｉ２を取得する。続くステップＳ１６では、２次電流値Ｉ２が所定値以上になってからの時間（放電の開始からの時間）が所定時間（例えば、１ｍｓ）内であるか否かを判定する。ここで、所定時間は、２次電流値Ｉ２の減衰の速度に応じて定められており、２次電流値Ｉ２の減少に伴い吹き切れが発生しやすくなるまでの時間を所定時間として設定するとよい。
【００２９】
ステップＳ１６でＹＥＳである場合は、ステップＳ１７に進み、２次電流値Ｉ２の単位時間当たりの変化量ΔＩ２が閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判定する。例えば、２次電流値Ｉ２の今回値と前回値との差が閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ１７でＹＥＳである場合は、ステップＳ１８に進み、放電の開始から変化量ΔＩ２が閾値Ｔｈ２以上になることが判定されるまでの経過時間を算出する。
【００３０】
ステップＳ１９では、経過時間とエンジン負荷とに基づいて気筒内の気流の実流速を算出する。ここで、経過時間及びエンジン負荷と流速との関係を、図５を用いて説明する。図５において、経過時間が短いほど流速は大きい値に算出される。これは、気筒内の流速が大きいほど、経路消失が発生しやすいためである。また一方で、エンジン負荷が小さいほど流速は大きい値に算出される。これは、エンジン負荷が小さい、すなわち筒内充填空気量が小さい場合と、エンジン負荷が大きい、すなわち筒内充填吸気量が大きい場合とでは、気筒内における空気の充填密度の違いにより放電経路の消失のし易さが変わるためである。このため、エンジン負荷が大きい場合と小さい場合とで経路消失までの時間が同じであっても、エンジン負荷が小さい状況で放電経路の消失が行われた場合の方が気流の流速を大きくしている。
【００３１】
ステップＳ２０では、実流速に基づいて点火時期の補正値を算出する。詳しくは、エンジン運転状態（エンジン負荷、回転速度）に基づいて基本流速を算出し、その基本流速と、ステップＳ１９で算出した気筒の実流速との差に基づいて、気筒の点火時期補正値を算出する。このとき、基本流速に対して実流速が遅い場合には、点火時期を進角補正する点火時期補正値を算出し、基本流速に対して実流速が速い場合には、点火時期を遅角補正する点火時期補正値を算出する。一方、ステップＳ１６でＮＯである場合は、ステップＳ２１に進み、流速算出フラグを「０」にリセットし、本処理を終了する。
【００３２】
以上、詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００３３】
２次電流Ｉ２の大きさに対する依存度が小さく気筒内の流速に応じて生じる「放電短絡」と「放電切れ」とを検出対象とし、放電パラメータの変化に基づいてこれら事象による経路消失を検出するとともに、経路消失が生じるまでの経過時間に基づいて気筒内の流速を算出する構成にした。この場合、２次電流Ｉ２の要求値が所定値以上であることを条件にすることで、放電短絡、放電切れ及び吹き消えのうち、放電短絡又は放電切れに限定して経路消失が検出されるようになっている。このため、点火制御システムの構成が複雑化することを抑制しつつ、気筒内の気流の流速を適正に算出することができる。また、複雑化することを抑制することで、流速計測の信頼性低下や製造コストの増大を抑制することができる。
【００３４】
エンジン負荷と経路消失が生じるまでの経過時間とに基づいて気流の流速を算出する構成にした。このため、運転者のアクセル操作等により気筒内における空気の充填密度が都度変化する場合であっても、流速の算出精度が低下することを抑制することができる。
【００３５】
放電の開始から所定時間が経過するまでに経路消失が生じない場合は、流速を算出しない構成にした。このため、吹き消えに基づいて流速を算出することを抑制し、ひいては流速の算出精度が低下することを抑制することができる。
【００３６】
基本流速と気筒の実流速との差に基づいて、気筒における点火時期が補正される構成にした。このため、気筒内の気流の流速を加味して点火時期を適正に定めることができる。その結果、適正に燃焼を行わせることができる。
【００３７】
（他実施形態）
上記の実施形態を例えば次のように変更してもよい。
【００３８】
・放電パラメータの時系列変化の態様として放電短絡の発生時の態様と放電切れの発生時の態様とのいずれが生じたかを判定し、その判定に基づいて、経路消失が放電短絡に起因するもの（すなわち放電経路の一部が消失したもの）なのか放電切れに起因するもの（すなわち放電経路の全てが消失したもの）なのかを判定する構成にしてもよい。具体的には、図３に示すように、放電短絡が生じる場合の２次電流値Ｉ２の波形変化と、放電切れが生じる場合の２次電流値Ｉ２の波形変化とは異なるものとなっている。このため、この波形変化の違いに基づいて、上記判定を行う。また、図３に示すように、放電短絡が生じる周期と放電切れが生じる周期とは異なるものとなっている。このため、この周期の違いに基づいて上記判定を行うようにしてもよい。
【００３９】
経路消失が、放電短絡に起因するものか放電切れに起因するものかを加味して、流速を算出する構成にした。このため、経路消失の種別に応じて流速の算出精度を向上させることができる。
【００４０】
２次電流値Ｉ２の波形変化又は経路消失が生じる周期に基づいて経路消失の種別を判定する構成にした。このため、経路消失の種別を正確に判定することができ、ひいては経路消失の種別に応じて流速を正確に算出することができる。
【００４１】
・点火プラグ３０の放電開始後において放電短絡又は放電切れが繰り返し生じる場合に、放電短絡又は放電切れの発生間隔の時間に基づいて流速を算出することも可能である。この場合、放電短絡又は放電切れの発生間隔の時間が短いほど、気流の流速として大きい値が算出される。
【００４２】
・エンジンにおいて、２次電流Ｉ２の要求値が、常に吹き消え判定の閾値よりも大きくなる構成であってもよい。この場合、常に２次電流Ｉ２の要求値が所定値以上であることが満たされることとなる。そのため、図４のステップＳ１１の処理を省略してもよい。
【００４３】
・気筒内のタンブル流を制御するタンブル制御バルブ２１を備えるエンジンにおいて、エンジン運転条件（エンジン負荷、回転速度）に基づいて基本流速を算出し、その基本流速と放電の開始から経路消失が発生するまでの時間に基づいて算出された実流速との差に基づいて、タンブル流を制御する構成にしてもよい。このとき、基本流速に対して実流速が遅い場合には、タンブル流を強め、基本流速に対して実流速が速い場合には、タンブル流を弱める。
【００４４】
・各気筒内の気流の実流速を算出するとともに、その実流速に基づいて気筒毎に点火時期を補正、又はタンブル制御を実施する構成にしてもよい。この場合、気筒間の流速の差異を考慮でき、気筒間の燃焼変動を低減することができる。
【００４５】
基本流速と実流速との差に基づいて、気筒内における気流を制御する構成にした。この場合、点火プラグ３０の点火エネルギーや燃料噴霧のエネルギーと気流のエネルギーとのバランスを適切に維持することができ、燃焼状態を良好なものとすることができる。
【００４６】
・放電パラメータとして２次電圧Ｖ２を用いて放電経路の消失を判定する構成でもよい図６には、放電短絡が生じる場合における２次電流波形と２次電圧波形とを示す。図６では、放電開始後において２次電流Ｉ２の減少につれて２次電圧Ｖ２の増加が生じる。この場合、放電経路の伸びに合わせて２次電圧Ｖ２の増加が生じると考えられる。そして、放電短絡が生じると、２次電流Ｉ２の急変（急増）と共に２次電圧Ｖ２の急変（急減）が生じる。かかる場合において、放電開始後に２次電圧Ｖ２の急峻変化が生じるまでの経過時間（図６における破線間の時間）を算出し、その経過時間に基づいて気流の流速を算出するとよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…点火コイル、１０ａ…１次コイル、１０ｂ…２次コイル、２０…ＥＣＵ（制御装置）、３０…点火プラグ、３１…対向電極、３２…対向電極。
【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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