(57)【要約】【課題】燃焼状態の改善と燃費の低減を実現すること。【解決手段】エンジン１０において、点火プラグ２７には点火装置２８より高電圧が印加されてプラグ対向電極間に放電火花が発生する。これにより、気筒内に導入した燃料が燃焼に供される。ＥＣＵ４０は、点火時期での放電開始後にその放電継続時間を可変設定する手段を具備する。ＥＣＵ４０は、エンジン１０の燃焼状態を検出し、燃焼悪化が検出された際、点火プラグ２７による放電継続時間を延長する。これにより、点火プラグ２７の対向電極付近において温度上昇が促され、着火性が向上する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火装置より高電圧を印加して点火プラグの対向電極間に放電火花を発生させ、燃焼室内に導入した燃料を燃焼させるようにした内燃機関点火システムに適用される内燃機関の制御装置において、
前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段と、
内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段とを備え、
前記点火制御手段は、点火時期での放電開始後にその放電の継続時間を可変設定する手段を具備し、前記燃焼状態検出手段により燃焼悪化が検出された際、前記放電の継続時間を延長することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記点火制御手段は、筒内温度に応じて放電の継続時間を可変設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記点火制御手段は、筒内ガス流動の状態に応じて放電の継続時間を可変設定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
放電の継続時間延長に制限を設けることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記点火制御手段は、１回の燃焼行程につき点火プラグによる放電を断続的に繰り返し実行する手段を更に具備し、放電の継続時間が延長された第１放電に引き続き、小刻みに放電を繰り返す第２放電を実施することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記点火制御手段は、筒内ガス流動の状態に応じて前記第２放電の実施期間を可変設定することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の内燃機関の制御装置において、その都度の内燃機関の運転状態に応じて、第１放電のみからなる点火形態、又は第１放電及び第２放電からなる点火形態を選択的に実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記点火装置は、点火の都度、放電火花発生のための電気エネルギを蓄えると共に該電気エネルギの放出により高電圧を点火プラグに印加するものであり、前記点火制御手段は、放電の継続時間延長に際しそれに相応して前記点火装置に事前に蓄えられる電気エネルギを増大させることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記点火制御手段は、放電の継続時間延長に際し、点火時期を遅角させることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
点火装置より高電圧を印加して点火プラグの対向電極間に放電火花を発生させ、燃焼室内に導入した燃料を燃焼させるようにした内燃機関点火システムに適用される内燃機関の制御装置において、
前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段を備え、該点火制御手段は、電極付近温度を上昇させるべく放電開始直後における放電の継続時間を延長する第１の燃焼改善手段と、該第１の燃焼改善手段の実施に引き続き、昇温後の電極付近温度を保持すべく１回の燃焼行程につき点火プラグによる放電を断続的に繰り返し実行する第２の燃焼改善手段とを具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を更に備え、前記燃焼状態検出手段により燃焼悪化が検出された際、前記点火制御手段は、前記第１の燃焼改善手段及び前記第２の燃焼改善手段により燃焼改善を実施することを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の内燃機関の制御装置において、前記点火制御手段は、その都度の内燃機関の運転状態に応じて、第１の燃焼改善手段のみ実施するか、又は第１の燃焼改善手段及び第２の燃焼改善手段の両方を実施するかを選択することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の回転変動量を算出し、その回転変動量に基づいて燃焼状態を検出することを特徴とする請求項１乃至９，１１の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の燃焼室内の圧力変動量を算出し、その圧力変動量に基づいて燃焼状態を検出することを特徴とする請求項１乃至９，１１の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
前記燃焼状態検出手段に代えて、内燃機関の運転領域毎に燃焼状態データを規定しておき該燃焼状態データを用いて燃焼状態を推定する手段を備え、燃焼悪化が推定された時に燃焼改善の処理を実施することを特徴とする請求項１乃至９，１１の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
吸気バルブの開閉動作条件を可変に調整して吸入空気量を制御するための可変動弁機構を有する内燃機関に適用され、吸入空気量を制限する方向で吸気バルブの開閉動作条件を設定して前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火花点火式の内燃機関にあっては、点火コイル等からなる点火装置より点火プラグに高電圧が印加され、それに伴って点火プラグの対向電極間に放電火花が発生する。そして、この放電火花の発生により、燃焼室内に導入された燃料が燃焼される。かかる場合において、点火プラグの電極付近温度が低いと、燃料の着火性が低下し、燃焼安定性が損なわれることが指摘されている。
【０００３】
そこで従来より、吸入空気や潤滑油を加熱し、こうした熱量増加により燃焼安定性の改善を図ることが検討されている。しかしながら、実際の内燃機関では、定常運転のみではなく低回転軽負荷から高回転高負荷まであらゆる運転領域を瞬時に移動しなくてはならず、気体や液体でのエネルギ供給では追従性に問題があった。
【０００４】
また、燃焼改善技術として、１回の燃焼行程内で複数回の放電を断続的に繰り返して実施する、いわゆる多重放電技術が提案されている。例えば特許文献１の技術では、多重放電を実施する内燃機関において、燃焼室内でのガス流動を強くした際に放電間隔を短縮するようにしており、これにより放電経路を制限し、着火性の向上を図るようにしていた。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２７４４２５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１では、点火プラグの電極付近温度が低く初期着火が不安定となる場合に燃焼状態の悪化を招くおそれがあり、十分な燃焼改善対策がなされているものではなかった。特に、極低回転、無低負荷（アイドル）の運転状態にあっては、着火前のプラグ電極付近温度が低く、燃焼悪化を招く可能性が多分に考えられる。燃焼悪化が生じると、排気エミッションの悪化や燃費の悪化を招くおそれもあり、適正なる燃焼改善対策が望まれている。
【０００７】
近年では、ポンピングロス低減や混合気のミキシング改善を図るべく、可変動弁機構の適用により吸気バルブの開閉動作条件を調整し、吸気バルブのリフト量を少なくしたり、閉弁時期を早めたりして吸入空気量制御を実施するものがあり、この際、吸入空気量が制限されることから実圧縮比が低下する。さらに、各種ロスが低減されることで、同一出力時に必要な発生トルクが低減されることも実圧縮比の低下を助長する。この実圧縮比の低下により、点火プラグの電極付近温度が低下して燃焼安定性が悪化することも知られている。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼状態の改善と燃費の低減を実現することができる内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段と、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段とを備え、前記点火制御手段は、点火時期での放電開始後にその放電の継続時間を可変設定する手段を具備し、前記燃焼状態検出手段により燃焼悪化が検出された際、前記放電の継続時間を延長する。
【００１０】
要するに、点火プラグによる放電開始後においてその放電の継続時間を延長することで、点火プラグの対向電極付近において温度上昇が促される。この場合、点火プラグの対向電極付近が着火可能な温度にまで確実に上昇することから、燃焼反応が活発化され、火炎核の形成が良好に行われる。その結果、燃焼状態が悪化している場合にあっても着火性が向上し、燃焼状態の改善と燃費の低減が実現できる。
【００１１】
放電延長の手法としては、請求項２に記載したように、筒内温度に応じて放電の継続時間を可変設定すると良い。筒内温度に代えて、点火プラグの電極付近温度であっても良い。具体的には、筒内温度（電極付近温度）が低いほど放電の継続時間を延長する。或いは、請求項３に記載したように、筒内ガス流動の状態に応じて放電の継続時間を可変設定すると良い。具体的には、筒内ガス流動が強いほど放電の継続時間を延長する。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、放電の継続時間延長に制限を設けている。この場合、放電の継続時間を無用に延長することが抑制でき、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止等を図ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、前記点火制御手段は、１回の燃焼行程につき点火プラグによる放電を断続的に繰り返し実行する手段を更に具備し、放電の継続時間が延長された第１放電に引き続き、小刻みに放電を繰り返す第２放電を実施する。本請求項５によれば、小刻みな放電を繰り返し実施することで、点火プラグの電極付近温度が保持される。これにより、拡散燃焼が促進される。つまり、第１放電に引き続いて第２放電を実施することで、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが実現でき、より一層適正に燃焼状態の改善を図ることができる。
【００１４】
請求項６に記載したように、前記点火制御手段は、筒内ガス流動の状態に応じて前記第２放電の実施期間を可変設定すると良く、より具体的には、筒内ガス流動が強いほど第２放電の実施期間を延長する。ここで、第２放電の実施期間を可変設定することは放電の繰り返し回数を可変設定することでもあり、第２放電の実施期間を延長することは放電の繰り返し回数を増やすことでもある。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、その都度の内燃機関の運転状態に応じて、第１放電のみからなる点火形態、又は第１放電及び第２放電からなる点火形態を選択的に実施する。つまり、燃焼状態が悪化している場合において、燃焼改善の観点から見ると第１放電及び第２放電を共に実施するのが望ましいが、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止の観点から見ると放電は少ない方が望ましい。前記の通り内燃機関の運転状態に応じて点火形態を選択すれば、燃焼改善効果に加え、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止といった効果がバランス良く得られるようになる。なお、燃焼悪化の程度に応じて前記各点火形態の選択をすれば良く、燃焼改善が比較的容易であれば第１放電のみからなる点火形態を選択し、燃焼改善が比較的困難であれば（すなわち、第１放電のみでは燃焼改善できないのであれば）第１放電及び第２放電からなる点火形態を選択する。
【００１６】
点火装置は、点火の都度、放電火花発生のための電気エネルギを蓄えると共に該電気エネルギの放出により高電圧を点火プラグに印加する。この点火装置を具備する点火システムにおいて、請求項８に記載したように、前記点火制御手段は、放電の継続時間延長に際しそれに相応して前記点火装置に事前に蓄えられる電気エネルギを増大させると良い。これにより、放電の継続時間を延長するための十分な放電エネルギが確保できる。
【００１７】
放電の継続時間を延長すると燃焼反応が活発化されることから、放電延長をしない場合と比べて燃焼速度が速くなる。つまり、点火時期での放電開始後、出力トルクのピーク点にいち早く達する。この場合、請求項９に記載したように、前記点火制御手段は、放電の継続時間延長に際し、点火時期を遅角させると良い。これにより、放電延長したとしても、所望とする出力トルクが最適時期に得られるようになる。なお、点火遅角量は、放電継続時間の長さ（放電延長の程度）に応じて設定されるのが望ましい。
【００１８】
一方、請求項１０に記載の発明では、前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段を備え、該点火制御手段は、電極付近温度を上昇させるべく放電開始直後における放電の継続時間を延長する第１の燃焼改善手段と、該第１の燃焼改善手段の実施に引き続き、昇温後の電極付近温度を保持すべく１回の燃焼行程につき点火プラグによる放電を断続的に繰り返し実行する第２の燃焼改善手段とを具備する。
【００１９】
本請求項１０によれば、点火プラグによる放電開始直後における放電の継続時間を延長することで、点火プラグの対向電極付近において温度上昇が促され、更にそれに引き続き、放電を繰り返し実施することで、点火プラグの電極付近温度が保持される。これにより、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが実現でき、燃焼状態の改善と燃費の低減が実現できる。
【００２０】
なお、請求項１０の発明においては、上述した請求項２〜請求項４，請求項６，請求項８，請求項９に記載の発明が適用できる。すなわち、
・筒内温度（電極付近温度）に応じて、第１の燃焼改善手段における放電の継続時間を可変設定すること。
・筒内ガス流動の状態に応じて、第１の燃焼改善手段における放電の継続時間を可変設定すること。
・第１の燃焼改善手段における放電の継続時間延長に制限を設けること。
・筒内ガス流動の状態に応じて、第２の燃焼改善手段における繰り返し放電の実施期間を可変設定すること。
・放電の継続時間延長に際しそれに相応して点火装置に事前に蓄えられる電気エネルギを増大させること。
・放電の継続時間延長に際し、点火時期を遅角させること。
が適用できる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明では、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を更に備え、前記燃焼状態検出手段により燃焼悪化が検出された際、前記点火制御手段は、前記第１の燃焼改善手段及び前記第２の燃焼改善手段により燃焼改善を実施する。これにより、燃焼状態が悪化している場合に燃焼改善を好適に実現することが可能となる。また、燃焼悪化に伴う必要時にのみ燃焼改善が実施されるため、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止等を図ることもできる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明では、前記点火制御手段は、その都度の内燃機関の運転状態に応じて、第１の燃焼改善手段のみ実施するか、又は第１の燃焼改善手段及び第２の燃焼改善手段の両方を実施するかを選択する。つまり、内燃機関の運転状態に応じて各燃焼改善手段を選択的に実施すれば、燃焼改善効果に加え、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止といった効果がバランス良く得られるようになる。なお、燃焼悪化の程度に応じて前記各燃焼改善手段を選択的に実施すれば良く、燃焼改善が比較的容易であれば第１の燃焼改善手段のみを選択して実施し、燃焼改善が比較的困難であれば（すなわち、第１の燃焼改善手段のみでは燃焼改善できないのであれば）第１の燃焼改善手段及び第２の燃焼改善手段を選択して実施する。
【００２３】
請求項１３に記載の発明では、前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の回転変動量を算出し、その回転変動量に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時には回転変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。本請求項１３によれば、燃焼悪化が適宜検出され、放電延長や繰り返し放電（多重放電）といった燃焼改善処理が適正に実施できる。
【００２４】
請求項１４に記載の発明では、前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の燃焼室内の圧力変動量を算出し、その圧力変動量に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時には筒内圧力変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。本請求項１４によれば、燃焼悪化が適宜検出され、放電延長や繰り返し放電（多重放電）といった燃焼改善処理が適正に実施できる。
【００２５】
請求項１５に記載の発明では、前記燃焼状態検出手段に代えて、内燃機関の運転領域毎に燃焼状態データを規定しておき該燃焼状態データを用いて燃焼状態を推定する手段を備え、燃焼悪化が推定された時に燃焼改善の処理を実施する。この場合、内燃機関の運転状態から燃焼悪化が生じるであろうと推定されると、放電延長や繰り返し放電（多重放電）といった燃焼改善処理が実施される。従って、燃焼悪化に対していち早く、或いは実際の燃焼悪化前に燃焼改善処理が実施できるようになる。
【００２６】
近年、吸気バルブの開閉動作条件（リフト量、開弁時期等）を可変に調整して吸入空気量を制御するための可変動弁機構を有する内燃機関が実用化されつつあり、この内燃機関にあっては、吸入空気量を制限する方向で吸気バルブの開閉動作条件が設定されて前記可変動弁機構が制御される。かかる場合、実圧縮比の低下などが生じることで燃焼状態が不安定になり、燃焼悪化を招くおそれが生じるが、請求項１６に記載したように、放電延長や繰り返し放電（多重放電）といった燃焼改善処理を前記吸気バルブの可変動弁機構に適用することにより、実圧縮比の低下などによって燃焼状態が不安定になる領域においても燃焼改善を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
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多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン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）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００２８】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１３が設けられている。エアフローメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【００２９】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。吸気バルブ２１及び排気バルブ２２にはそれぞれ可変動弁機構２５，２６が設けられている。これら可変動弁機構２５，２６は、各バルブ２１，２２のリフト量や開弁時期等のバルブ開閉動作条件を連続的に可変とすることができる構造を有し、その都度のアクセル開度やエンジン運転状態等に応じてバルブ開閉動作条件が適宜調整されるようになっている。かかる場合、特に吸気側の可変動弁機構２５によれば、燃焼室２３内への吸入空気量を吸気ポート（吸気入口）で直接制御することが可能となる。故に、可変動弁機構２５による吸入空気量制御を実施することにより、従来のスロットルバルブによる吸入空気量制御に比べて、スロットルバルブから燃焼室までの吸気系の応答遅れがなく吸入空気量制御の応答性が向上する。また、吸気通路をスロットルバルブで絞る必要がないため、ポンピングロスを低減して燃費を向上させることができる。可変動弁機構２５，２６の詳細な構成例については後述する。
【００３０】
なお、前記の通り本制御システムにあっては基本的に可変動弁機構２５による吸入空気量制御が実施され、スロットルバルブ１４による吸入空気量制御は実施されないが、補助的にスロットルバルブ１４による吸入空気量制御が実施される。また、燃料タンク内に発生した燃料蒸気（エバポガス）を吸気系に排出する際には吸気管１１に若干の負圧を発生させる必要がある。こうした理由から、スロットルバルブ１４も併設されている。
【００３１】
エンジン１１のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる点火装置２８を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００３２】
排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比又はリッチ／リーンを検出するための空燃比センサ３２（リニア空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３４が取り付けられている。
【００３３】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２７による点火時期を制御する。
【００３４】
ここで、図２を用いて吸気側の可変動弁機構２５の構成を説明する。なお、排気側の可変動弁機構２６は、吸気側の可変動弁機構２５と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【００３５】
図２に示すように、吸気バルブ２１の上端はスイングアーム５１に当接しており、吸気バルブ２１はスイングアーム５１の揺動に伴い図の上下方向にリフト動作する。スイングアーム５１にはほぼ中央部にローラ５２が設けられ、スイングアーム５１の上方にはローラ５２の外周面に接するようにして縦向きにリンクアーム５３が設けられている。リンクアーム５３は、偏心カム５６を一体に設けたコントロールシャフト５５により支持されており、カムシャフト５７の回転に応じて図の左右方向に揺動する。つまり、リンクアーム５３のほぼ中央部にはローラ５４が設けられており、そのローラ５４の外周面がカムシャフト５７に設けられたカム５８に当接している。なお、リンクアーム５３は、ローラ５４がカム５８に当接した状態で保持されるようリターンスプリング（図示せず）により付勢されている。かかる場合、カムシャフト５７が回転すると、カム５８の外周面形状（カムプロフィール）に追従してリンクアーム５３が左右に揺動する。ここで、リンクアーム５３の下端部には、通常時はスイングアーム５１から離れると共に、リンクアーム５３の揺動時にスイングアーム５１に接してこれを押圧する押圧部５３ａが設けられており、リンクアーム５３が揺動した際、押圧部５３ａによりスイングアーム５１が押圧される。これにより、スイングアーム５１が上下に揺動し、それに伴い吸気バルブ２１が開側にリフト動作する。
【００３６】
また、コントロールシャフト５５は、ステッピングモータ等のアクチュエータ（図示せず）により微小角度の回転が付与されるようになっており、コントロールシャフト５５に回転が付与されると、一体的に偏心カム５６が回転し、リンクアーム５３の支持点が少しずつ移動する。このとき、リンクアーム５３の支持点が移動すると、当該リンクアーム５３の揺動位置が変わり、その結果スイングアーム５１の押圧量が変化すると共にバルブリフト量が変化する。
【００３７】
具体的には、例えば、偏心カム５６と共にコントロールシャフト５５を図の時計回り方向に回転させると、偏心カム５６によりリンクアーム５３の上端部が右方へ押され、リンクアーム５３の押圧部５３ａがスイングアーム５１に近づくように移動する。この状態でカムシャフト５７が回転すると、スイングアーム５１の押圧量が大きくなり、吸気バルブ２１のリフト量が大きくなると共に、スイングアーム５１の押圧期間が長くなって吸気バルブ２１の開弁期間が長くなる。
【００３８】
コントロールシャフト５５の回転角度位置はステッピングモータ等によりリニアに調整できるため、前記回転角度位置を細密に制御することにより、吸気バルブ２１のリフト量や開弁期間といったバルブ開閉動作条件を連続的に可変とすることができる。この際、ＥＣＵ４０によって、その都度のアクセル開度やエンジン運転状態等に応じてコントロールシャフト５５の回転角度位置が制御されるようになっている。
【００３９】
本制御システムにおいて、ＥＣＵ４０は、「燃焼状態検出手段」と「点火制御手段」とを実現するものであり、特に点火制御手段としては、点火時期での放電開始後における放電の継続時間を延長する「第１放電」と、その第１放電に引き続き、１回の燃焼行程につき放電を断続的に繰り返す「第２放電」とを実施する。以下の説明では、第２放電を多重放電とも言う。第１放電は、電極付近温度を上昇させる目的で実施され、これが「第１の燃焼改善手段」に相当する。また、第２放電は、昇温後の電極付近温度を保持する目的で実施され、これが「第２の燃焼改善手段」に相当する。こうした点火形態を実現するための点火装置２８の構成を図３に示す。図３には便宜上、１気筒分の構成を示すが、実際にはエンジンの気筒数分の構成が設けられている。
【００４０】
図３において、直流電源であるバッテリ７１には、エネルギ蓄積コイル７２とトランジスタ７３とが直列に接続されており、エネルギ蓄積コイル７２にはトランジスタ７３のＯＮ時に電気エネルギが蓄えられる。ｉ０は当該コイル７２に流れる電流である。また、エネルギ蓄積コイル７２とトランジスタ７３との間にはダイオード７４を介してコンデンサ７５が接続されている。コンデンサ７５はエネルギ蓄積コイル７２に蓄えられた電気エネルギにより充電される。
【００４１】
点火コイル７６は一次側コイル７６ａと二次側コイル７６ｂとよりなり、一次側コイル７６ａの一端には前記コンデンサ７５が接続され、他端にはトランジスタ７７が接続されている。この場合、トランジスタ７７をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、エネルギ蓄積コイル７２やコンデンサ７５に蓄積された電気エネルギが順次放出され、一次側コイル７６ａに一次電流ｉ１が流れる。また、点火コイル７６の二次側コイル７６ｂには点火プラグ２７が接続されており、一次側コイル７６ａの通電時にはそれに伴い二次側コイル７６ｂに二次電流ｉ２が流れる。そして、点火コイル７６からの放電エネルギの供給（高電圧の印加）により点火プラグ２７に放電火花が発生する。
【００４２】
ＥＣＵ４０は、その時々のエンジン運転状態等に応じた最適な点火時期を算出し、その点火時期に基づいて放電区間信号ＩＧｗと点火信号ＩＧｔとを生成し駆動回路７８に対して出力する。駆動回路７８は、放電区間信号ＩＧｗと点火信号ＩＧｔとに基づいて駆動信号ＩＧ１，ＩＧ２を生成し、この駆動信号ＩＧ１，ＩＧ２をトランジスタ７３，７７に対してそれぞれ出力する。
【００４３】
前記点火装置２８による点火動作の概要を図４のタイムチャートを用いて説明する。図４では、点火時期直後の放電延長と、その後の多重放電とを引き続いて実施する事例を示しており、同図において、時間ｔ２〜ｔ３が放電延長の期間、時間ｔ３〜ｔ４が多重放電の期間である。図４には、放電区間信号ＩＧｗ、点火信号ＩＧｔ、駆動信号ＩＧ１，ＩＧ２による各トランジスタ７３，７７の動作、エネルギ蓄積コイル７２に流れる電流ｉ０、点火コイル７６の一次電流ｉ１、及び二次電流ｉ２を示す。
【００４４】
図４において、時間ｔ１〜ｔ２では、点火信号ＩＧｔがＨレベルに立ち上げられ、それを受けて駆動信号ＩＧ１がＨレベルに立ち上げられる。駆動信号ＩＧ１の立ち上げによりトランジスタ７３がＯＮされ、エネルギ蓄積コイル７２にエネルギが蓄積される。
【００４５】
点火時期である時間ｔ２では、点火信号ＩＧｔの立ち下げにより、駆動信号ＩＧ１，ＩＧ２がそれぞれＬレベル、Ｈレベルに操作され、トランジスタ７３がＯＦＦに、トランジスタ７７がＯＮに切り替えられる。これにより、エネルギ蓄積コイル７２及びコンデンサ７５のエネルギが同時に点火コイル７６の一次側コイル７６ａに供給され、二次側で高電圧が誘起されて点火プラグ２７に放電火花が発生する。ｔ２以降、点火プラグ２７での放電が開始される。時間ｔ２〜ｔ３では、トランジスタ７７がＯＮであるために点火コイル７６に磁気エネルギが蓄積される。
【００４６】
放電区間信号ＩＧｗは時間ｔ２〜ｔ４の期間でＨレベルとなり、この期間内でトランジスタ７３，７７が交互にＯＮ／ＯＦＦされることにより点火プラグ２７の多重放電が行われる。すなわち、トランジスタ７３がＯＮされるとエネルギ蓄積コイル７２に磁気エネルギが蓄積され、また、トランジスタ７３のＯＮに反転してトランジスタ７７がＯＦＦされると、点火コイル７６に蓄積された磁気エネルギが点火プラグ２７の放電エネルギとして放出される。その後、トランジスタ７３がＯＦＦされると、エネルギ蓄積コイル７２の磁気エネルギが点火プラグ２７の放電エネルギとして放出され、また、トランジスタ７３のＯＦＦに反転してトランジスタ７７がＯＮされると、再び点火コイル７６にエネルギが蓄積される。こうして、各トランジスタ７３，７７が交互にＯＮ／ＯＦＦされることにより、エネルギ蓄積コイル７２及び点火コイル７６のエネルギが交互に使われて点火プラグ２７の放電が繰り返される。その結果、放電区間内において点火プラグ２７の火花放電が継続される。なお、放電終了後に、トランジスタ７３がＯＮされてコンデンサ７５の充電が行われる。
【００４７】
次に、ＥＣＵ４０により実施される燃焼改善の処理手順を説明する。図５は、燃焼改善処理ルーチンを示すフローチャートであり、同処理は、クランク角信号の立ち上がりエッジを検出する都度（すなわち３０°ＣＡ毎に）ＥＣＵ４０により実行される。
【００４８】
図５において、先ずステップＳ１０１では、その都度のエンジン運転状態に基づいて燃焼状態の検出を実施する。燃焼状態の検出手法は、不完全着火や失火等による燃焼不安定な状態が検出できるものであれば、任意の手法が適用できるが、ここでは一例としてエンジンの回転変動量に基づく検出手法について開示する。図６のフローチャートにて説明すると、ステップＳ２０１では、クランク角信号を読み込み、ステップＳ２０２では、所定のクランク角間（本実施の形態では３０°ＣＡ）の経過時間Ｔ３０を読み込む。
【００４９】
その後、ステップＳ２０３では、燃焼行程における経過時間Ｔ３０の最大値と最小値とを算出し、それぞれＴ３０ＭＡＸ、Ｔ３０ＭＩＮとする。ステップＳ２０４では、気筒毎に最大値Ｔ３０ＭＡＸと最小値Ｔ３０ＭＩＮとの差分の今回値ΔＴ３０ｉ  を算出する。更に、ステップＳ２０５では、差分ΔＴ３０のなまし処理を実施する。すなわち、なまし定数ｋを用い、次の（１）式によりなまし後の差分ΔＴ３０を算出する。
ΔＴ３０＝ΔＴ３０＋ｋ×（ΔＴ３０ｉ  −ΔＴ３０）      …（１）
その後、ステップＳ２０６では、過去ｎ回分のデータを用いて差分ΔＴ３０の平均値ΔＴ３０ａｖｅ  を算出し、続くステップＳ２０７では、次の（２）式により回転変動量ＤＥＶを算出する。そして、元の図５の処理に戻る。
ＤＥＶ＝（ΔＴ３０−ΔＴ３０ａｖｅ  ）／ΔＴ３０ａｖｅ            …（２）
燃焼状態検出後（すなわち回転変動量ＤＥＶの算出後）、図５のステップＳ１０２では、燃焼状態の検出結果に基づいて燃焼悪化しているか否かを判別する。具体的には、図６の燃焼状態検出処理で算出した回転変動量ＤＥＶと所定の判定値とを比較し、回転変動量ＤＥＶが判定値よりも大きいか否かにより燃焼悪化を判別する。回転変動量ＤＥＶが判定値以下であり燃焼悪化していなければ、ステップＳ１０３に進み、通常の点火制御を実施する。
【００５０】
また、回転変動量ＤＥＶが判定値よりも大きく燃焼悪化していれば、ステップＳ１０４に進み、エンジン運転状態（エンジン回転数、負荷情報など）を読み込む。続くステップＳ１０５では、その時の燃焼悪化の状況が、放電開始直後における放電継続時間の延長（放電延長）、すなわち第１放電の実施だけで燃焼改善されるものか、又はその放電延長に引き続き多重放電、すなわち第２放電の実施を要するものかを判別する。このとき、エンジン運転状態と燃焼悪化の程度とは概ね対応しており、放電延長するか、又は放電延長＋多重放電するかをその都度のエンジン運転状態等に応じて判別する。本実施の形態では、予め用意したマップを用い、例えばエンジン回転数や、アクセル開度等の負荷情報をパラメータとして前記判別を実施する。なおこれ以外に、前記算出した回転変動量ＤＥＶを参照し、その程度に応じてステップＳ１０５の判別を実施することも可能である。
【００５１】
そして、放電延長だけで燃焼改善されると判別された場合（ステップＳ１０５がＹＥＳの場合）には、放電延長を行わせるべく、ステップＳ１０６で放電継続時間の設定を行う。このとき、例えば図７の関係を用い、基本的に筒内温度に基づいて放電継続時間を設定する。図７では、筒内温度が低いほど放電継続時間を延長するような関係が規定されている。筒内ガス流動の状態をパラメータとして加えて放電継続時間を設定することも可能であり、かかる場合には、筒内ガス流動が強いほど、放電継続時間を延長する。但し、点火コイル一次側のエネルギ蓄積量には制限があること、エンジン高回転域では放電継続中に圧縮上死点に至るおそれがあること等の理由から、放電継続時間の最大値（最大値ガード）を規定しておくのが望ましく、その最大値も各種条件により可変設定できるようにする。放電継続時間の最大値を制限することにより、放電継続時間を無用に延長することが抑制でき、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止を図ることができる。点火プラグ２７の電極付近温度が必要以上に上昇することも防止できる。
【００５２】
なお、筒内温度は、燃焼室２３内に設置した温度センサで計測するか、又は吸気温度や吸入空気量等のパラメータから推定する。筒内温度に代えて、点火プラグの電極付近温度としても良い。筒内ガス流動は、吸入空気の流れ（スワール、タンブル、スキッシュ）のバランス、吸気系に設けたスワール弁の位置（すなわちスワールの強さ）、吸入空気量などから推定する。ポート形状やピストン形状を考慮して筒内ガス流動を推定することも可能である。
【００５３】
その後、ステップＳ１０７では、点火時期を遅角側に補正する。すなわち、前記の如く放電延長の処理を施すと、燃焼速度が上がり、放電開始後において出力トルクのピーク点にいち早く達する。故に、燃焼速度の上昇を見込んで、放電継続時間（放電延長の程度）に応じて点火時期を遅角させる。
【００５４】
一方、ステップＳ１０５がＮＯの場合には、放電延長とそれに続く多重放電とを行わせるべく、ステップＳ１０８で放電継続時間の設定を行うと共に、ステップＳ１０９で多重放電期間の設定を行う。ステップＳ１０８では、前記ステップＳ１０６と同様に、例えば図７の関係を用い、筒内温度や筒内ガス流動に基づいて放電継続時間を設定すると良い。但しこの場合には、多重放電と組み合わせて放電延長が実施されるため、ステップＳ１０６の場合よりも短めに放電継続時間を設定するようにしても良い。また、ステップＳ１０９では、例えば図８の関係を用い、基本的に筒内ガス流動の状態に基づいて多重放電期間を設定する。図８では、筒内ガス流動が強いほど多重放電期間を延長するような関係が規定されている。但し、エンジンが高回転状態にある場合や点火時期が遅い場合には次の点火放電までの時間的な余裕がないことから、多重放電期間の最大値（最大値ガード）を規定しておくのが望ましく、その最大値も各種条件により可変設定できるようにする。
【００５５】
その後、ステップＳ１１０では、点火時期を遅角側に補正する。このとき、前記ステップＳ１０７と同様に、放電延長による燃焼速度の上昇を見込んで、放電継続時間（放電延長の程度）に応じて点火時期を遅角させる。
【００５６】
使用する点火プラグ２７の熱価や筒内形状により対向電極付近の温度変化が影響を受けるため、プラグ熱価や筒内形状に合わせて放電継続時間や多重放電期間を調整することが望ましい。これにより、必要以上のエネルギ消費を抑制することや、点火プラグ２７の電極磨耗を防止することが可能となる。なお、多重放電条件として、多重放電期間の他、個々の放電の間隔をエンジン運転状態に応じて可変に設定することも可能である。
【００５７】
前記図５の処理に則して図４のタイムチャートをあらためて説明する。図４のｔ２〜ｔ３が前記ステップＳ１０６，Ｓ１０８で設定した放電継続時間に相当し（但し、図４では多重放電を組み合わせており、正確にはステップＳ１０８の設定時間である）、図４のｔ３〜ｔ４が前記ステップＳ１０９で設定した多重放電期間に相当する。
【００５８】
図４のｔ２〜ｔ３の期間では、放電の延長化により継続的に放電火花が発生するため、点火プラグ２７の対向電極付近において温度上昇が促される。この場合、筒内温度が低いほど、又は筒内ガス流動が強いほど、放電継続時間（ｔ２〜ｔ３の期間）が延長される。点火プラグ２７の対向電極付近が着火可能な温度にまで確実に上昇することから、燃焼反応が活発化され、火炎核の形成が良好に行われる。なお、放電延長に際してはそれに相応して多くの電気エネルギが点火装置２８に蓄積できるよう、エネルギ蓄積の時間（ｔ１〜ｔ２の期間）も併せて延長されるようになっている。
【００５９】
その後、ｔ３〜ｔ４の期間では、小刻みな多重放電が繰り返し実施されることで、点火プラグ２７の電極付近温度が保持される。この場合、筒内ガス流動が強いほど多重放電期間（ｔ３〜ｔ４の期間）が延長される。仮に筒内ガス流動が強くても電極付近温度の低下が抑制され、拡散燃焼が促進される。つまり、放電延長とそれに引き続く多重放電とにより、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが実現でき、燃焼状態が大いに改善される。
【００６０】
図９はプラグ電極付近の温度変化の様子を示すタイムチャートであり、図中の点火信号は図４の駆動信号ＩＧ１に相当する。図９では、時間ｔ１１の放電開始に伴い電極付近温度が上昇し、放電延長及び多重放電により電極付近温度が高温レベル（着火温度以上）で維持される。故に、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが確実に実現できる。
【００６１】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００６２】
燃焼悪化が検出された際、放電開始直後の放電延長を実施するか、又はそれに引き続く多重放電を併せて実施することから、燃焼悪化の状態下にあっても着火性が向上し、燃焼状態の改善と燃費の低減が実現できる。
【００６３】
その都度の燃焼状態に応じて、燃焼改善処理の要否を判断し、更に燃焼改善処理に際しては放電延長か又は放電延長＋多重放電の何れかを選択的に実施するので、燃焼改善効果に加え、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止といった効果がバランス良く得られるようになる。
【００６４】
放電の継続時間延長に際しそれに相応して点火装置２８に事前に蓄えられる電気エネルギを増大させるようにしたので、放電の継続時間を延長するための十分な放電エネルギが確保できる。
【００６５】
放電の継続時間延長に際して点火時期を遅角させるようにしたので、放電延長したとしても、所望とする出力トルクが最適時期に得られるようになる。
【００６６】
吸入空気量を制限する方向で可変動弁機構２５によって吸入空気量制御が実施される場合、実圧縮比の低下などが生じることで燃焼状態が不安定になり、燃焼悪化を招くおそれが生じるが、上述した通り放電延長や多重放電といった燃焼改善処理を実施することにより、燃焼改善を実現することができる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００６８】
燃焼状態の検出手法として、エンジン１０の回転変動量に基づく検出手法に代えて、次の検出手法を用いても良い。
・燃焼室２３内の圧力変動量を算出し、その圧力変動量に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時には筒内圧力変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。筒内圧力は、シリンダブロックに設置した燃焼圧センサの検出値から算出されると良い。
・点火コイル二次側にイオン電流検出回路を設けて燃料の燃焼時に発生するイオン電流を計測し、そのイオン電流に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時にはイオン電流変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。
【００６９】
燃焼悪化を直接検出することに代えて、エンジン運転領域毎に燃焼状態データを規定しておき該燃焼状態データを用いて燃焼状態を推定するようにしても良い。燃焼悪化の推定パラメータとしては、エンジン回転数、アイドル状態、吸入空気量、吸入空気温度、エンジン水温、燃料噴射量、可変動弁機構２５，２６の動作状態、バッテリ電圧等々を用いる。この場合、各種の推定パラメータから燃焼悪化が生じるであろうと推定されると、放電延長や多重放電といった燃焼改善処理が実施される。従って、燃焼悪化に対していち早く、或いは実際の燃焼悪化前に燃焼改善処理が実施できるようになる。
【００７０】
前記実施の形態では、放電延長するか、又は放電延長＋多重放電するかをその都度のエンジン運転状態等に応じて判別したが（図５のステップＳ１０５）、これを変更する。例えば、燃焼悪化後において、放電延長している状態で再び燃焼悪化を判定し、放電延長しただけでは燃焼悪化が改善されていない場合に放電延長＋多重放電の点火形態に移行する構成としても良い。この場合、燃焼悪化に際し、通常放電→放電延長→放電延長＋多重放電の順に点火形態が切り替えられることとなる。
【００７１】
多重放電による点火技術は、それ自体以前より実用化されており、通常点火と多重点火とをエンジン運転領域に応じて切り替えるものも存在する。図１０には、通常点火及び多重点火の作動領域を示す。具体的には、全回転域の高負荷領域で通常点火ゾーンが設定され、１０００ｒｐｍ以上、中負荷までの領域で多重点火ゾーンが設定されている。また、本発明における放電延長＋多重放電の点火形態は、多重点火ゾーン内においてより低回転で且つ低負荷の領域（１０００ｒｐｍ以下、無負荷近傍）に設定されている。図１０の関係を用いることにより、通常点火、多重点火、放電延長＋多重放電といった各点火形態を適正に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの構成図である。
【図２】可変動弁機構の構成図である。
【図３】点火システムの構成を示す回路図である。
【図４】点火動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】燃焼改善処理を示すフローチャートである。
【図６】燃焼状態検出処理を示すフローチャートである。
【図７】放電継続時間を設定するための説明図である。
【図８】多重放電期間を設定するための説明図である。
【図９】電極付近温度の推移を示すタイムチャートである。
【図１０】各点火形態の作動領域を示す図である。
【符号の説明】
１０…エンジン、
２１…吸気バルブ、
２３…燃焼室、
２５…可変動弁機構、
２７…点火プラグ、
２８…点火装置、
４０…ＥＣＵ。
【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】
2004263612.tif 000009
【図８】
2004263612.tif 000010
【図９】
2004263612.tif 000011
【図１０】
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