(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁と、
前記吸気通路において前記スロットル弁よりも下流に設けられ、閉方向に操作することで燃焼室内に吸気の旋回流を発生させる気流制御弁と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、
前記点火プラグに電圧を印加する点火コイルと、
点火プラグが火花放電するために必要な点火コイルの基本通電時間を、バッテリの電圧と内燃機関の回転速度とに関連付けて設定した常用マップと、バッテリの電圧と内燃機関の回転速度で特定されるマップ上の各区域において前記常用マップの基本通電時間よりも長い通電時間を設定した非常用マップと、を記憶した記憶手段と、
前記燃焼室内で混合気をリーン状態で燃焼させ、尚且つ、前記気流制御弁を閉方向に操作している状態から、前記気流制御弁を開方向に操作するときの前記内燃機関の負荷が特定負荷以上の場合、前記燃焼室内の混合気のリーン状態を緩和するように前記スロットル弁を閉方向に操作し、前記点火コイルへの通電時期を遅角すると共に、前記気流制御弁の開方向への操作に伴う吸気流量の変動が生じている間、前記常用マップから前記非常用マップに切り替えて前記点火コイルの基本通電時間を設定する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２０１２−６２８０６号公報）には、内燃機関の点火プラグにおける要求電圧が過度に高くなると、火花放電を適切に行うことが困難になり、点火プラグを作動させても燃焼室内の混合気に点火できず、失火が発生することが開示されている。特許文献１には、燃焼室内の圧力が高くなるほど当該要求電圧が上昇する傾向があるので、失火が発生し易くなることも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０６２８０６号公報
【特許文献２】特開２００１−１３２６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）を備える内燃機関においては、ＴＣＶの閉操作により燃焼室内に吸気の旋回流を発生させることができる。そのため、燃焼室内の混合気をリーンな状態で燃焼させ、尚且つ、内燃機関を高負荷運転させているような場合においても燃焼耐性を向上できるというメリットがある。しかし、このような高負荷運転状態でＴＣＶを開操作に切り替えると、燃焼耐性が悪化するためこれに対応するために点火遅角が必要になり一時的に点火時の筒内圧が上昇する。この点火遅角は燃焼耐性悪化に対応するための空燃比のリッチ化に起因しており、トルク上昇を抑制するための遅角、燃焼速度向上に伴うＭＢＴ点の変化に対応するための遅角である。またＴＣＶの開操作により瞬間的に多くの吸気が燃焼室内に流入することになるので、燃焼室内の圧力が過度に高くなる。これらの要因により上記要求電圧が上昇し、規定値を容易に超えてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、燃焼室内の混合気をリーンな状態で燃焼させ、尚且つ、内燃機関を高負荷運転させているような場合において、ＴＣＶを閉操作から開操作に切り替えるときの失火の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁と、
前記吸気通路において前記スロットル弁よりも下流に設けられ、閉方向に操作することで燃焼室内に吸気の旋回流を発生させる気流制御弁と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、
前記点火プラグに電圧を印加する点火コイルと、
点火プラグが火花放電するために必要な点火コイルの基本通電時間を、バッテリの電圧と内燃機関の回転速度とに関連付けて設定した常用マップと、バッテリの電圧と内燃機関の回転速度で特定されるマップ上の各区域において前記常用マップの基本通電時間よりも長い通電時間を設定した非常用マップと、を記憶した記憶手段と、
前記燃焼室内で混合気をリーン状態で燃焼させ、尚且つ、前記気流制御弁を閉方向に操作している状態から、前記気流制御弁を開方向に操作するときの前記内燃機関の負荷が特定負荷以上の場合、前記燃焼室内の混合気のリーン状態を緩和するように前記スロットル弁を閉方向に操作し、前記点火コイルへの通電時期を遅角すると共に、前記気流制御弁の開方向への操作に伴う吸気流量の変動が生じている間、前記常用マップから前記非常用マップに切り替えて前記点火コイルの基本通電時間を設定する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
燃焼室内で混合気をリーン状態で燃焼させ、尚且つ、気流制御弁を閉方向に操作している状態から、この気流制御弁を開方向に操作するときの内燃機関の負荷が特定負荷以上の場合、燃焼室内の圧力が過度に高くなって要求電圧が上昇する。この点、本発明によれば、気流制御弁の開方向への操作に伴う吸気流量の変動が生じている間、常用マップから非常用マップに切り替えて点火コイルの基本通電時間を設定できるので、失火が発生するのを良好に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。
【図２】通電時間マップ（ベースマップ）の一例を示す図である。
【図３】気流制御弁２４の操作に伴う燃焼速度の変化を説明するための図である。
【図４】燃焼速度の変化に伴うＭＢＴの移動を説明するための図である。
【図５】点火時期の遅角化に伴う点火時期での燃焼室１４内の圧力上昇を説明するための図である。
【図６】通電時間マップ（別マップ）の一例を示す図である。
【図７】実施の形態においてＥＣＵ５０が実行する制御の流れを説明するための図である。
【図８】実施の形態において、ＥＣＵ５０が実行する通電時間マップの変更ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両に搭載される火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒内には、ピストン１２の頂部側に燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００１０】
吸気通路１６には、電子制御式のスロットル弁２０が設けられている。スロットル弁２０よりも下流の吸気通路１６には、吸気ポート（図示しない）に燃料を噴射するインジェクタ２２と、気流制御弁（具体的にはＴＣＶ）２４が設けられている。気流制御弁２４は、回転軸（図示しない）を中心に回動することにより、吸気ポートの開口面積を可変とするものである。図１において、気流制御弁２４は、吸気ポート壁面に対して垂直に立った姿勢となり、吸気ポートの開口面積を最小とする状態（以下、「全閉状態」と称す）になっている。気流制御弁２４によって吸気ポート内の気流を制御することにより、燃焼室１４内に旋回流（タンブル流）が形成される。
【００１１】
内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内の混合気に点火するための点火プラグ２６が設けられている。点火プラグ２６は、点火プラグ２６に高電圧を印加する点火コイル２８に接続されている。また、各気筒には、吸気ポートおよび排気通路１８の排気ポート（図示しない）を開閉するための吸気弁３０および排気弁３２がそれぞれ設置されている。
【００１２】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵを有している。入出力インタフェースは、内燃機関１０および車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関１０が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＥＣＵ５０が信号を取り込むセンサには、クランク角度を検出するクランク角センサ３６、点火コイル２８に電力を供給するバッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサ３８、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４０、気流制御弁２４の下流を流れる吸気流量を検出する流量センサ４２が少なくとも含まれている。ＥＣＵ５０が操作信号を出すアクチュエータには、上述したスロットル弁２０、インジェクタ２２、気流制御弁２４、点火コイル２８が少なくとも含まれている。
【００１３】
本実施の形態では、ＥＣＵ５０により、点火プラグ２６の点火時期をＭＢＴ（Minimum advanced for Best Torque）に近付けるように点火コイル２８の通電時期が制御される。また、点火プラグ２６が火花放電するために必要な電圧（以下、「要求電圧」と称す）を満足するように、点火コイル２８の通電時間が制御される。
【００１４】
通電時間の制御では、要求電圧を満足するために、バッテリ電圧と内燃機関の回転速度を軸とし、点火コイルの通電時間を設定した通電時間マップ（図２参照）に基づいて点火コイル２８の通電時間が検索され、これにより点火プラグ２６の火花放電のための２次電圧が得られている。通電時間の検索に際しては、先ず、クランク角センサ３６とバッテリ電圧センサ３８のセンサ出力が通電時間マップに入力され、点火コイル２８の基本通電時間が設定される。続いて、補正値マップから検索された補正値に基づいて、この基本通電時間が補正される。この理由は、燃焼室内の圧力（具体的には、点火時期での燃焼室内の圧力）、目標空燃比等の要因で要求電圧が変化するためである。このような補正値マップは、例えば要因ごとに設定されており、通電時間マップと共にＥＣＵ５０に記憶されているものとする。
【００１５】
また、本実施の形態では、ＥＣＵ５０により、燃焼室１４内の混合気をリーンな状態で燃焼させるように内燃機関１０が制御される。但し、燃焼耐性が低下するような場合には、このリーン状態を緩和する目的で、スロットル弁２０が閉方向に操作される。また、本実施の形態では、リーン状態での燃焼が可能な運転領域（回転速度と負荷で特定される内燃機関の運転領域）を拡大する目的で、リーン領域内での運転中は基本的に、気流制御弁２４が全閉状態に制御される。
【００１６】
［実施の形態の特徴的制御］
ところで、リーン領域内でも負荷が高い場合、点火タイミングでの燃焼室１４内の圧力が高く、要求電圧も高い。そのため、このような状況下で吸気ポートの開口面積を最大とする状態（以下、「全開状態」と称す）とするように気流制御弁２４が操作されると、要求電圧が規定値を超えてしまうおそれがある。何故なら、気流制御弁２４を全閉状態から全開状態に切り替えると、燃焼耐性としては低下するためである。そのため、本実施の形態では、目標空燃比がストイキ側に変更されることになり、その結果として燃焼速度が増加してしまう（図３参照）。
【００１７】
また、燃焼速度が増加すれば、ＭＢＴが遅角側に移動するので、上述した通電時期の制御によって点火時期が遅角化されてＴＤＣに近づき、その結果、点火時期での燃焼室１４内の圧力が上昇してしまう（図４、図５参照）。そうすると、要求電圧が規定値、つまり、定常時の機能限界値を超えてしまい、点火コイル２８に通電しても燃焼室１４内の混合気に点火できない可能性がある。
【００１８】
そこで、本実施の形態では、気流制御弁２４を全閉状態から全開状態に切り替える場合、図２に示した通電時間マップとは別の通電時間マップを例外的に使用して、点火コイル２８の基本通電時間を設定する。この通電時間マップは、図２に示した通電時間マップに比べて各区域の基本通電時間が長めに設定されたものであり（図６参照）、ＥＣＵ５０に記憶されているものとする。従って、上述した気流制御弁２４の切り替えに際しても、要求電圧を満足する２次電圧が確保でき、失火が発生するのを回避できる。なお、以下の説明では、図２に示した通電時間マップを「ベースマップ」と称し、図６に示した通電時間マップを「別マップ」と称す。
【００１９】
図７は、本実施の形態においてＥＣＵ５０が実行する制御の流れを説明するための図である。気流制御弁２４を全閉状態から全開状態（ＴＣＶを閉から開）に切り替えると（図７（Ａ））、燃焼耐性の低下が予測されることから、目標空燃比がストイキ方向に変更され（図７（Ｂ））、この目標空燃比を実現すべくスロットル弁２０が閉方向に操作される（（図７（Ｃ））。また、目標空燃比の変更に伴い燃焼速度が増加するので、点火時期が遅角化される（図７（Ｄ））。また、気流制御弁２４を全閉状態から全開状態に切り替えると、気流制御弁２４付近を吸気が流れ易くなるので吸気流量が一時的に増加する（図７（Ｃ））。
【００２０】
点火時期の遅角化と吸気流量の一時的な増加によって、点火タイミングでの燃焼室１４内の圧力（点火時筒内圧）が上昇し（図７（Ｅ））、要求電圧が定常時の機能限界を超えることになる（図７（Ｆ））。但し、本実施の形態では、吸気流量が増加している間は別マップを使用するので、気流制御弁２４を切り替える前よりも通電時間（点火通電時期）が延長される（図７（Ｇ））。従って、気流制御弁２４を全閉状態から全開状態に切り替える場合においても、要求電圧を満足する２次電圧が確保できる。
【００２１】
［通電時間マップの変更手法］
図８は、本実施の形態において、ＥＣＵ５０が実行する通電時間マップの変更ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、内燃機関１０の運転領域がリーン領域内にあり、尚且つ、気流制御弁２４が全閉状態に制御されている間、定期的に実行されるものとする。
【００２２】
図８に示すルーチンでは、先ず、気流制御弁２４の開放要求の有無が判定される（ステップＳ１）、開放要求（つまり、気流制御弁２４を全閉状態から全開状態に切り替える要求）がある場合は内燃機関１０の負荷が特定負荷以上であるか否かが判定される（ステップＳ２）。ステップＳ２では、具体的に、アクセル開度センサ４０のセンサ値に基づいて内燃機関１０の負荷が検出され、検出負荷と、特定負荷（設定値）との比較がなされる。その結果、検出負荷が特定負荷以上であると判定された場合には、通電時間マップがベースマップから別マップに変更される（ステップＳ３）。
【００２３】
ステップＳ３に続いて、気流制御弁２４の下流を流れる吸気流量が特定空気流量に到達したか否かが判定される（ステップＳ４）。本ステップでは、具体的に、気流制御弁２４の切り替えによって一時的に増加した吸気流量が、切り替え直前の吸気流量（特定空気流量）まで低下したか否かが流量センサ４２のセンサ値の推移に基づいて判定される。その結果、吸気流量が特定空気流量に到達したと判定された場合には、通電時間マップが別マップからベースマップに戻される（ステップＳ５）。
【００２４】
以上、図８に示したルーチンによれば、上述した気流制御弁２４の切り替えに際して通電時間マップをベースマップと別マップの間で変更するので、要求電圧を満足する２次電圧が確保できる。よって、失火が発生するのを回避できる。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、ベースマップが本発明の「常用マップ」に、別マップが本発明の「非常用マップ」に、ＥＣＵ５０のメモリが本発明の「記憶手段」に、それぞれ相当している。
また、ＥＣＵ５０が図７で説明した制御を実行することにより本発明の「制御手段」が実現される。
【００２６】
ところで、上記実施の形態では気流制御弁２４がＴＣＶであることを前提に説明したが、気流制御弁２４はスワールコントロールバルブでもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０  内燃機関
１４  燃焼室
１６  吸気通路
２０  スロットル弁
２４  気流制御弁
２６  点火プラグ
２８  点火コイル
３６  クランク角センサ
３８  バッテリ電圧センサ
４０  アクセル開度センサ
４２  流量センサ
５０  ＥＣＵ
【図１】
0006485137.tif 000002
【図２】
0006485137.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006485137.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0006485137.tif 000008
【図８】
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