(57)【要約】【課題】高圧縮比化や過給化されることによって高圧となる環境下であっても確実に点火プラグを点火放電させ、失火を回避することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関（１）に設置された点火時期制御装置（２）は、ＥＣＵ（１０）により、吸入空気量と、吸気バルブ閉角に基づいて決定される吸気バルブ閉角補正値と、点火時期に基づいて決定される点火時期補正値とから要求電圧値を算出する。この要求電圧値と点火プラグ（８）の放電能力の上限である供給可能電圧値と比較する。要求電圧値が供給可能電圧値よりも高い場合は、点火時期を進角させる措置、吸気バルブの閉角（閉弁時期）を遅角させる措置、吸入空気量を低減する措置を行い、筒内圧を低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火時の筒内環境に基づいて点火に必要となる要求電圧値を算出する点火要求電圧値算出手段と、
点火装置が供給可能な供給可能電圧値と前記要求電圧とを比較した結果に基づいて点火時期と筒内圧との適合を行う制御手段を備えたことを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記点火要求電圧算出手段は、吸入空気量と、吸気バルブ閉角に基づいて決定される吸気バルブ閉角補正値と、点火時期に基づいて決定される点火時期補正値とから前記要求電圧値を算出することを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記供給可能電圧値を算出する供給可能電圧値算出手段を備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、筒内圧を低減させることを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、吸気バルブ閉角を遅角させることを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、吸入空気量を低減させることを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、可変バルブタイミング機構を作動させて、吸気バルブタイミングの閉弁時期を遅角させることを特徴とした内燃機関の点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に高圧縮比化が図られたり、過給が行われたりして筒内圧が高められた内燃機関における点火時期制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の点火時期制御装置として、特許文献１や特許文献２のような提案がされている。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関の始動時における点火時期を制御する内燃機関の点火時期制御装置が開示されている。具体的には、機関回転数が所定の切り換え回転数に満たない場合には、内燃機関の点火時期を予め設定した固定点火時期に制御し、機関回転数が所定の切り換え回転数以上である場合には、内燃機関の点火時期を、内燃機関の運転状態に基づいて演算した演算点火時期に制御する内燃機関の点火時期制御装置において、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、該バッテリ電圧検出手段の検出結果に基づいて、前記切り換え回転数を変更する切り換え回転数変更手段とを備えることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置が開示されている。また、バッテリ電圧検出手段に代えて又は併せて吸入空気温を検出する吸入空気温検出手段を備え、前記バッテリ電圧検出手段や前記吸入空気温検出手段の検出結果に基づいて、前記切り換え回転数を変更する切り換え回転数変更手段を備えた内燃機関の点火時期制御装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、可変バルブタイミング機構を有する内燃機関において実バルブタイミングが基本バルブタイミングよりずれた場合にそのずれに応じて点火時期を最適に制御する内燃機関の点火時期制御装置が開示されている。この内燃機関の点火時期制御装置では、バルブタイミング変位量ＶＴＤが遅角側にずれた場合、軽負荷域においては、内部ＥＧＲ量の減少に伴う燃焼速度の迅速化に対応すべく、点火時期を遅角側に補正し、また、高負荷域においては、実圧縮比の低下に伴う燃焼速度の遅延化に対応すべく、点火時期を進角側に補正する。一方、バルブタイミング変位量ＶＴＤが進角側にずれた場合、軽負荷域においては、内部ＥＧＲ量の増大に伴う燃焼速度の遅延化に対応すべく、点火時期を進角側に補正し、また、高負荷域においては、実圧縮比の上昇に伴う燃焼速度の迅速化に対応すべく、点火時期を遅角側に補正する。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１５８９９９号公報
【特許文献２】特開平９−２０９８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１及び特許文献２に開示された内燃機関の点火時期制御装置によれば、始動時における内燃機関の失火を有効に防止し、燃焼安定性の向上やノックの防止が図られている。
ところで、昨今の内燃機関では、高出力化、高効率化を図るべく、高圧縮比化や過給化が行われている。このように高圧縮比化や過給化が行われた内燃機関の筒内は非常に高圧となる。一方、筒内の混合気へ点火するために点火プラグに求められる電圧（要求電圧値）は、筒内の圧力と関係していることが知られている。すなわち、高圧縮比化、過給化による圧力上昇に伴って要求電圧も上昇する。
ところが、点火プラグで消費される点火エネルギは燃費向上の観点からは低減されることが望まれている。また、点火プラグが放電することができる電圧は所定の範囲内にある。すなわち、点火プラグを含む点火系は供給可能電圧値を有している。このため、要求電圧が点火系の有する供給可能電圧値を上回ると点火プラグは点火放電することができなくなり、失火を発生してしまう。
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１や特許文献２で開示されている内燃機関の点火時期制御装置は、内燃機関におけるこのような問題点を積極的に解消するものとはなっていない。
【０００８】
そこで、本発明は、高圧縮比化や過給化されることによって高圧となる環境下であっても確実に点火プラグを点火放電させ、失火を回避することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するための、本発明の内燃機関の点火時期制御装置は、点火時の筒内環境に基づいて点火に必要となる要求電圧値を算出する点火要求電圧値算出手段と、点火装置が供給可能な供給可能電圧値と前記要求電圧とを比較した結果に基づいて点火時期と筒内圧との適合を行う制御手段を備えたことを特徴としている（請求項１）。筒内環境に基づいて算出される要求電圧値が供給可能電圧値を下回り、失火が発生しない状態となるように点火時期と筒内圧とを調整する趣旨である。具体的には点火を行う時点で、要求電圧値が供給可能電圧値を下回っているように筒内の圧力又は点火の時期をコントロールする。
【００１０】
ここで、前記点火要求電圧算出手段は、吸入空気量と、吸気バルブ閉角に基づいて決定される吸気バルブ閉角補正値と、点火時期に基づいて決定される点火時期補正値とから前記要求電圧値を算出する構成とすることができる（請求項２）。筒内の環境に影響を与える吸入空気量、吸気バルブ閉角、点火時期を考慮して要求電圧を算出するものである。なお、内燃機関が可変バルブタイミング機構を備えている場合には、吸気バルブ閉角を可変とすることができる。
【００１１】
一方、供給可能電圧値も筒内の環境によって変化することがあることから、この供給可能電圧値を算出する供給可能電圧値算出手段を備えた構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、精密な制御を行うことができる。
【００１２】
要求電圧値を低減させるためには、点火時の筒内圧力を低減させればよい。そこで、このような内燃機関の点火時期制御装置では、前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、筒内圧を低減させる構成とすることができる（請求項４）。
【００１３】
例えば、前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、吸入バルブ閉角を遅角させる構成とすることができる（請求項５）。また、前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、吸入空気量を低減させる構成とすることもできる（請求項６）。さらに、前記制御手段は、前記要求電圧値が前記供給可能電圧値よりも大きいときに、可変バルブタイミング機構を作動させて、吸気バルブタイミングの閉弁時期を遅角させる構成とすることができる（請求項７）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、要求電圧値が供給可能電圧値を下回るように筒内環境、主として筒内圧を可変としたので高圧縮比化、過給化等により筒内圧が高くなる内燃機関における失火を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、内燃機関１に設置した状態の点火時期制御装置２の概略構成を示すブロック図である。内燃機関１は、シリンダ３の内部には、ピストン４が摺動自在に配設され、ピストン４の上部に燃焼室５が形成されている。この燃焼室５に通じる吸気通路には吸入空気量を制御するスロットルバルブ６とエアフロメータ７が配置されている。燃焼室５には点火プラグ８の先端部が挿入されている。また、内燃機関１のヘッド部には可変バルブタイミング機構９が組み込まれている。
【００１７】
スロットバルブ６、エアフロメータ７、可変バルブタイミング機構９は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０と接続されている。また、ＥＣＵ１０には点火コイル１１が接続されている。点火コイル１１には、点火プラグ８が接続されている。ここで、点火コイル１１には、イグナイタ１２から断続的に１次電流が供給されており、誘導起電力により高圧の２次電流を発生する。また、イグナイタ１２は、点火コイル１１に供給する１次電流を制御するパワートランジスタを内蔵する装置であり、ＥＣＵ１０から供給される点火信号に応じて、点火コイル１１に供給する１次電流を遮断すべく機能する。従って、内燃機関１の各気筒に配設された点火プラグ８には、ＥＣＵ１０から点火信号が発せられるタイミング毎に放電し、スパークが生ずる。
なお、ＥＣＵ１０は、本発明における点火要求電圧値算出手段、供給可能電圧値算出手段、制御手段の各機能を果たすものである。
【００１８】
可変バルブタイミング機構９はＥＣＵ１０の指令に基づき、吸気弁、排気弁の開閉作動特性を切り替える。
【００１９】
以上のように構成される点火制御装置１の動作につき、図２に示したフロー図を参照しつつ説明する。ＥＣＵ１０は、吸入空気量と、吸気バルブ閉角に基づいて決定される吸気バルブ閉角補正値と、点火時期に基づいて決定される点火時期補正値とから要求電圧値を算出する（ステップＳ０１）。要求電圧値とは筒内で着火するために点火プラグ８が求められる電圧値である。筒内の環境、特に筒内圧が高くなる程、要求電圧値は大きくなる。ここで、吸入空気量は一吸気動作当たりの吸入空気量を参照する。このため、ＥＣＵ１０は、エアフロメータ７から取得した値Ｇａを回転数Ｎｅで除した値を算出し、この値を吸入空気量として要求電圧値の算出に用いる。吸気バルブ閉角補正値は、吸気バルブの閉じるタイミングが筒内圧へ影響を及ぼすことを考慮して定められる補正値であり、図３に示す吸気バルブ閉角補正値に関するマップを参照することによって与えられる。吸気バルブタイミングは、可変バルブタイミング機構９によって運転状況に応じて所定範囲内で変更可能とされているが、吸気バルブ閉角補正値は、閉弁タイミングが進角しているほど値が大きく、最も遅角側としたときの値が最小値“１．０”となる。点火時期補正値は、点火プラグ８による点火のタイミングが筒内圧へ影響を及ぼすことを考慮して定められる補正値であり、図４に示す点火時期補正値に関するマップを参照することによって与えられる。点火時期補正値は、点火時期を進角させるほど小さく、上死点（ＴＤＣ）で点火したときが最大値“１．０”となる。ＥＣＵ１０は、これらの値を用いて要求電圧値を算出する（ステップＳ０１）。
【００２０】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ０２では、ステップＳ０１で算出した要求電圧値と点火プラグ８が発揮することができる電圧値である供給可能電圧値とを比較する。この供給可能電圧値は点火プラグ８の放電能力の上限であり、点火プラグ８が備える性能に依存するものである。但し、この供給可能電圧値も周囲の環境によって多少変化するものである。そこで、ＥＣＵ１０は、図５に示した供給可能電圧値に関するマップを参照してその時々の供給可能電圧値を算出する。供給可能電圧値は、図５に示したマップから明らかなようにエンジン回転数が高くなると小さくなる。これは、エンジン回転数が高くなると一般的に周囲の温度が上昇し、温度の上昇によって点火プラグ８の性能が低下することを考慮したものである。このようにして算出された供給可能電圧値と要求電圧値とを比較した結果、Ｙｅｓと判断されたとき、すなわち要求電圧値が供給可能電圧値を上回っているときはステップＳ０３へ進む。一方、Ｎｏと判断されたときは、点火プラグ８は放電することができるので、特別な措置は取られない（ＲＥＴＵＲＮ）。
【００２１】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ０３以後の処理によって点火時期と筒内圧との適合を行う。まず、ステップＳ０３では点火時期が最大進角の状態となっているか否かの判断を行う。ここで、最大進角は、ノックの発生等を考慮して内燃機関１の適正な運転が行われる範囲で最も進角させた状態であり、これ以上の進角は行われない。具体的には図６に示した点火最大進角量に関するマップに基づいて定められる。すなわち、エンジン回転数とエンジンの負荷との関係から進角量（ＢＴＤＣ）を２０ｄｅｇ．としたり２５ｄｅｇ．としたりする。ステップＳ０３でＮｏと判断された場合、すなわち、未だ点火時期が最大進角となっておらず、さらに進角させる余地がある場合にはステップＳ０４へ進み、点火時期を進角させる。点火進角制御を行うと、図７に示すように筒内圧Ｐが低い状態で点火プラグ８が放電することになるので点火時期での要求電圧値は低くなる。このようにステップＳ０４で点火時期を進角させた後は、再びステップＳ０１へ戻り、処理を繰り返す。
【００２２】
一方、ステップＳ０３でＹｅｓと判断されたとき、すなわち、点火時期が最大進角に達しており、これ以上の進角を行えないときはステップＳ０５へ進む。ステップＳ０５では点火時期を最大進角に固定する。その後、ステップＳ０６へ進む。ステップＳ０６では、吸気バルブの閉角が最小進角の状態にあるか否かの判断を行う。吸気バルブの閉角は進角側に設定されており、可変バルブタイミング機構９が作動することにより進角側の適正範囲内でタイミングを変更することが可能である。ステップＳ０６における処理は、その適正範囲内で吸気バルブの閉角が最小進角状態となっているか否かを判断するものである。ステップＳ０６でＮｏと判断されたときはステップＳ０７へ進み、吸気バルブの閉角を遅角させる。例えば、図８に示したようにＡ点から圧縮が始まる進角状態を、Ｂ点から圧縮が始まるように遅角側にシフトしてやれば筒内圧Ｐの上昇は遅れる。これは、図９に示したＰ−Ｖ線図からも明らかである。すなわち吸気バルブの閉角を遅角させると圧縮工程を示す線図Ｐ１は矢示ｙで示したように図中左側にシフトすることとなり、筒内圧Ｐの上昇は遅れる。このように吸気バルブ遅角制御を行うと筒内圧Ｐが低い状態で点火プラグ８が放電することになるので点火時期での要求電圧値は低くなる。このようにステップＳ０７で吸気バルブの閉角を遅角させた後は、再びステップＳ０１へ戻り、処理を繰り返す。なお、吸気バルブのタイミング制御はＥＣＵ１０が可変バルブタイミング機構９に指令を出すことによって行われる。
【００２３】
一方、ステップＳ０６でＮｏと判断されたときはステップＳ０８へ進む。ステップＳ０８ではＥＣＵ１０はスロットルバルブ６の閉じ方向の制御を行う。これは、筒内に導入される吸入空気量を低減させて筒内圧を低減させる措置である。これにより要求電圧値は低くなり、要求電圧値が供給可能電圧値よりも低くなるようにすることができる。
【００２４】
以上説明した制御を行うことにより吸入空気量、吸気バルブ閉角補正値、点火時期補正値が変化し、要求電圧値を上限値電圧値よりも低く制御することができる。この結果、点火プラグ８の失火を回避することができる。
【００２５】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。上記実施例では、点火時期を進角させる措置、吸気バルブの閉角（閉弁時期）を遅角させる措置、吸入空気量を低減する措置をこの順序で行うようにしているが、これらの措置をそれぞれ単独、又はいずれか二つを組み合わせて行うようにすることもできる。また、これらの措置の順序を入れ換えて行うようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】内燃機関に設置した状態の点火時期制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】点火時期制御装置における制御を示すフロー図である。
【図３】吸気バルブ閉角補正値に関するマップの一例である。
【図４】点火時期補正値に関するマップの一例である。
【図５】点火最大進角量に関するマップの一例である。
【図６】供給可能電圧値に関するマップの一例である。
【図７】点火進角制御を行うことによる点火時の圧力低減を説明する説明図である。
【図８】吸気バルブ遅角制御を行うことによる圧力上昇遅延の様子を説明する説明図である。
【図９】吸気バルブ遅角制御を行うことによる圧力上昇遅延の様子を説明するＰ−Ｖ線図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
２  点火時期制御装置
３  シリンダ
４  ピストン
５  燃焼室
６  スロットルバルブ
７  エアフロメータ
８  点火プラグ
９  可変バルブタイミング機構
１０  ＥＣＵ
１１  点火コイル
１２  イグナイタ
【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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【図８】
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【図９】
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