(57)【要約】【課題】イグニッションコイルの劣化を招くことなく点火時期の変化にも対応することができる点火制御装置を提供する。【解決手段】スイッチを介してバッテリに接続される一次コイル４５ａと、点火プラグ４１に接続される二次コイル４５ｂとを備え、一次コイル４５ａへの通電の断続によって点火プラグ４１を点火するイグニッションコイル４５と、エンジンの運転状態に応じて点火プラグ４１を、遅角点火モード又は進角点火モードで点火する点火時期制御手段（ステップＳ４０，Ｓ５０，Ｓ１１０）と、排気浄化触媒３６が一部活性の状態であるか否かを判定する触媒活性判定手段（ステップＳ１０）と、排気浄化触媒３６が一部活性状態のときには、エンジンの運転状態にかかわらず、進角点火モードのタイミングで一次コイル４５ａへの通電を開始するコイル通電制御手段（ステップＳ２０，Ｓ３０）とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチを介してバッテリに接続される一次コイルと、点火プラグに接続される二次コイルとを備え、一次コイルへの通電の断続によって点火プラグを点火するイグニッションコイルと、
エンジンの運転状態に応じて点火プラグを、通常運転での点火時期よりも進角した点火時期で点火する進角点火モード又は通常運転での点火時期よりも遅角した点火時期で点火する遅角点火モードで点火する点火時期制御手段と、
排気浄化触媒が一部活性の状態であるか否かを判定する触媒活性判定手段と、
排気浄化触媒が一部活性状態のときには、エンジンの運転状態にかかわらず、前記進角点火モードのタイミングで前記一次コイルへの通電を開始するコイル通電制御手段と、
を有するエンジンの点火制御装置。
【請求項２】
前記遅角点火モードのときに、エンジンの運転状態に基づいて、前記点火プラグをカラ打ち点火できるか否かを判定するカラ打ち点火判定手段と、
カラ打ち点火できると判定したときに、前記点火プラグをカラ打ち点火するカラ打ち点火手段と、
を有し、
前記コイル通電制御手段は、カラ打ち点火した後に前記一次コイルへの通電を再開し、
前記点火時期制御手段は、前記遅角点火モードで点火プラグを点火する、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項３】
前記遅角点火モードのときに、エンジンの運転状態に基づいて、前記点火プラグをカラ打ち点火できるか否かを判定するカラ打ち点火判定手段を有し、
前記コイル通電制御手段は、カラ打ち点火できないときは前記一次コイルへの通電状態を維持する、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項４】
前記カラ打ち点火判定手段は、前記遅角点火モードでの一次コイル通電開始時期を過ぎたときにはカラ打ち点火できないと判定する、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項５】
前記カラ打ち点火判定手段は、燃料を噴射後はカラ打ち点火できないと判定する、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項６】
燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料を受け止め、前記燃料噴射弁付近に成層混合気を形成可能なキャビティを冠面に備えるピストンと、
を有し、
前記燃料噴射弁は、前記遅角点火モードのときには圧縮行程で燃料を噴射する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項７】
前記燃料噴射弁は、前記進角点火モードのときには吸気行程で燃料を噴射する、
ことを特徴とする請求項６に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項８】
燃焼室ルーフ面の略中央に配置され、燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の近傍に配置された点火プラグと、
を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエンジンの点火制御装置。
【請求項９】
前記点火プラグは、触媒の全体が活性化した後の成層運転時には、前記燃料噴射弁から噴射された燃料をピストンキャビティを介すことなく直接点火する、
を有することを特徴とする請求項８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】
この発明は、エンジンの点火を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路には、排ガスを浄化する触媒が設けられている。この触媒は活性温度以上の高温にならなければ排気浄化性能を発揮できない。そこで従来は触媒を早期に活性状態にするために、触媒の暖機中は点火時期を、通常の点火時期（ＭＢＴ（Minimmum Spark Advance for Best Torque；最大トルク最小進角点火時期））よりも遅角していた。
【特許文献１】特開平６−１４６９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような暖機途中では、触媒の排ガス浄化性能が不十分であるので、触媒が完全に活性するまでに時間がかかっても、エンジンから排出される未燃炭化水素（以下適宜「排出未燃ＨＣ」と略す）の排出量を減少させたほうが、車両全体として大気に排出される未燃ＨＣを減少できる可能性がある。発明者らによれば所定の運転条件下では、点火プラグの点火時期を、暖機後の点火時期よりも進角することで、エンジンから排出される未燃炭化水素などの排気成分を低減することができることが確認された。そこで発明者らはエンジンの運転状態によって、点火時期をＭＢＴよりも遅角するモード（以下「遅角点火モード」という）と、点火時期をＭＢＴよりも進角するモード（以下「進角点火モード」という）とを使い分けることによって、車両全体として大気に排出される未燃ＨＣを減少するようにした。
【０００４】
ところが点火時期を進角状態から遅角状態に変更する場合には、イグニッションコイルの充電が長すぎて発熱による劣化が生じる可能性がある。その反対に点火時期を遅角状態から進角状態に変更する場合には、イグニッションコイルの充電が間に合わない可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、イグニッションコイルの劣化を招くことなく点火時期の変化にも対応することができる点火制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、スイッチ（６１）を介してバッテリ（６２）に接続される一次コイル（４５ａ）と、点火プラグ（４１）に接続される二次コイル（４５ｂ）とを備え、一次コイル（４５ａ）への通電の断続によって点火プラグ（４１）を点火するイグニッションコイル（４５）と、エンジンの運転状態に応じて点火プラグ（４１）を、通常運転での点火時期よりも進角した点火時期で点火する進角点火モード又は通常運転での点火時期よりも遅角した点火時期で点火する遅角点火モードで点火する点火時期制御手段（ステップＳ４０，Ｓ５０，Ｓ１１０）と、排気浄化触媒（３６）が一部活性の状態であるか否かを判定する触媒活性判定手段（ステップＳ１０）と、排気浄化触媒（３６）が一部活性状態のときには、エンジンの運転状態にかかわらず、前記進角点火モードのタイミングで前記一次コイル（４５ａ）への通電を開始するコイル通電制御手段（ステップＳ２０，Ｓ３０）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジンの運転状態に応じて点火プラグを、遅角点火モード又は進角点火モードで点火するともに、排気浄化触媒が一部活性状態のときには、エンジンの運転状態にかかわらず、進角点火モードのタイミングで一次コイルへの通電を開始するようにしたので、点火時期を遅角状態から進角状態に変更する場合であっても、イグニッションコイルを十分に充電することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
図１は、本発明によるエンジンの点火制御装置の一実施形態を示す図である。
【００１１】
エンジン１は、筒内直噴タイプの火花点火式エンジンである。エンジン１は、燃焼室１１に吸気弁２２及び排気弁３２を介して吸気通路２１及び排気通路３１を接続する。吸気カム２３は吸気弁２２を開閉する。排気カム３３は排気弁３２を開閉する。
【００１２】
排気浄化触媒３６は触媒雰囲気が理論空燃比のときに窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を同時に浄化する三元触媒である。
【００１３】
空燃比センサ３４は、排気浄化触媒３６の上流に設けられ、排気浄化触媒３６に流入する排ガスの空燃比を検出する。
【００１４】
燃料噴射弁４２は、燃焼室１１の略中心付近であってエンジン前方側にオフセットかつ傾斜して配置される。燃料噴射弁４２はマルチホール噴射弁である。点火プラグ４１は、燃料噴射弁４２の反対側のエンジン後方側に傾斜して配置される。点火プラグ４１は、イグニッションコイル４５に接続され、高電圧を発生する。
【００１５】
ピストン１２は、冠面に上方から見て円形のキャビティが形成されている。
【００１６】
コントローラ５０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。なおコントローラ５０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。コントローラ５０は、エアフロメータ信号、アクセル開度信号、クランク角センサ信号、水温センサ１３の信号、空燃比センサ３４の信号、触媒温度センサ３５に基づいて燃料噴射弁４２の燃料噴射時期や点火プラグ４１の点火時期などを制御する。コントローラ５０の具体的な制御については後述する。
【００１７】
図２はイグニッションコイルについて説明する図である。
【００１８】
図２（Ａ）に示すように、イグニッションコイル４５は、一次コイル４５ａと、二次コイル４５ｂとを有する。一次コイル４５ａはスイッチ６１を介してバッテリ６２を接続する。二次コイル４５ｂは点火プラグ１２を接続する。
【００１９】
図２（Ｂ）に示すように、例えば時刻ｔ21でスイッチ６１を閉じて一次コイル４５ａに電流を流し、時刻ｔ22でスイッチ６１を開くと、一次コイル４５ａには自己誘導作用により起電力が誘起されると同時に、二次コイル４５ｂには相互誘導作用により起電力が誘起され、高電圧が発生する。
【００２０】
図３は、遅角点火モードにおける噴霧及び混合気挙動を示す図である。
【００２１】
遅角点火モードにおいては、圧縮行程後半（例えば50degBTDC程度）で燃料を噴射する（図３（Ａ））。すると噴射された燃料は、キャビティ底面に衝突し、さらにキャビティ側面に誘導され（図３（Ｂ））、燃焼室内を循環流動する（図３（Ｃ））。このような状態では上死点以降（例えば20degATDC程度）に点火時期を設定しても、安定した燃焼が得られる。また点火時期が遅角されることにより燃焼が緩慢になり、排気温度が上昇し、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）の排出が抑制される。
【００２２】
なお進角点火モードにおいては、吸気行程で燃料を噴射する。すると噴射された燃料は吸気ポートから吸入される空気と混合しながら燃焼室内に拡がり、圧縮行程後半には燃焼室内に均質な混合気が生成される。この場合の点火時期は、ＭＢＴよりも進角する（例えば40degBTDC程度）。これにより燃焼室内での燃焼期間が長くなり未燃ＨＣが少なくなる。
【００２３】
図４は、遅角点火モード及び進角点火モードにおけるエンジン負荷と空燃比、排出未燃ＨＣとの関係を示す図である。
【００２４】
負荷の上昇とともに、燃料噴射量が増加するため、遅角点火モード（圧縮行程噴射）では点火プラグ周りが過剰リッチとなり、スモークの発生が懸念される。そこで空燃比をリーン化する必要がある（図４（Ａ））。その結果、或る負荷以下では、進角点火モード（吸気行程噴射）のほうが未燃ＨＣの排出量が少なくなる（図４（Ｂ））。
【００２５】
そこで、負荷が低いときに遅角点火モード（圧縮行程噴射）とし、負荷が高いときに進角点火モード（吸気行程噴射）とする。
【００２６】
ここで本発明のポイントについて説明する。
【００２７】
発明者らの知見によれば、触媒が一部活性している状態では、エンジンの運転状態に応じて、遅角点火モードと、進角点火モードとを使い分けることによって、車両全体として大気に排出される未燃ＨＣを減少できる。ところが点火時期を遅角状態から進角状態に変更する場合には、イグニッションコイルの充電が間に合わない可能性がある。
【００２８】
そこで、本発明では、触媒が一部活性の状態のときは、遅角点火モード、進角点火モードにかかわらず、常に進角点火モードのタイミングでイグニッションコイルの一次コイルに通電を開始して充電するようにしたのである。
【００２９】
ところが、このように常に進角点火モードのタイミングでイグニッションコイルの一次コイルに通電を開始しては、イグニッションコイルの充電が長すぎて発熱による劣化が生じる可能性がある。そこで、遅角点火モードの場合には、一次コイル充電時間を確保できるか否かを判定し、確保できるときには、一旦、カラ打ち点火することでイグニッションコイルを保護するようにしたのである。
【００３０】
以下ではコントローラ５０の具体的な制御ロジックについて図５のフローチャートに沿って説明する。
【００３１】
ステップＳ１０において、コントローラ５０は触媒３６が一部活性状態（少なくとも一部の領域で活性化している状態）であるか否かを判定する。具体的には例えば触媒温度センサ３５で検出した触媒温度に基づいて判定したり、水温センサ１３で検出した水温に基づき、触媒状態を推定するようにすればよい。一部活性状態であればステップＳ２０へ処理を移行するが、一部活性状態でなければ処理を抜ける。
【００３２】
ステップＳ２０において、コントローラ５０は進角点火モードの一次コイル通電開始時期を過ぎたか否かを判定する。進角点火モードにおける点火時期は、あらかじめＲＯＭに格納されている特性マップに基づいて決定され、その点火時期で点火するための充電時間を確保するために必要な一次コイル通電開始時期も、あらかじめＲＯＭに格納されている特性マップに基づいて決定する。一次コイル通電開始時期を過ぎていればステップＳ３０へ処理を移行するが、過ぎていなければ処理を抜ける。
【００３３】
ステップＳ３０において、コントローラ５０はスイッチ６１を閉じて一次コイル４５ａへ通電する。
【００３４】
ステップＳ４０において、コントローラ５０は進角点火モードであるか否かを判定する。進角点火モードであればステップＳ５０へ処理を移行し、遅角点火モードであればステップＳ６０へ処理を移行する。
【００３５】
ステップＳ５０において、コントローラ５０は進角点火モードの点火時期で点火する。
【００３６】
ステップＳ６０において、コントローラ５０は遅角点火モードでの点火時期を算出する。この遅角点火モードにおける点火時期も、あらかじめＲＯＭに格納されている特性マップに基づいて決定される。
【００３７】
ステップＳ７０において、コントローラ５０は遅角点火モードでの一次コイル通電開始時期を過ぎたか否かを判定する。すなわち遅角点火モードでの点火時期で点火するための充電時間を確保するために必要な一次コイル通電開始時期を、あらかじめＲＯＭに格納されている特性マップに基づいて決定する。一次コイル通電開始時期を過ぎていなければステップＳ８０へ処理を移行し、過ぎていたらステップＳ１１０へ処理を移行する。
【００３８】
ステップＳ８０において、コントローラ５０は燃料を噴射したか否かを判定する。噴射前であればステップＳ９０へ処理を移行し、噴射後であればステップＳ１１０へ処理を移行する。
【００３９】
ステップＳ９０において、コントローラ５０は点火プラグで点火（カラ打ち点火）する。すなわち燃焼室内に燃料が噴射されていないので、点火プラグで点火しても爆発が生じず、カラ打ち点火となる。
【００４０】
ステップＳ１００において、コントローラ５０は遅角点火モードでの一次コイル通電開始時期から通電を再開する。
【００４１】
ステップＳ１１０において、コントローラ５０は遅角点火モードの点火時期で点火する。
【００４２】
図６は本制御を実施したときのタイムチャートである。なお図５のフローチャートとの対応が分かりやすくなるように、図５のステップ番号をＳ付けで併記して説明する。
【００４３】
進角点火モードのときは図６（Ａ）に示す通り以下のようになる。
【００４４】
時刻ｔ0で進角点火モードでの一次コイル通電開始時期を過ぎたら一次コイルを通電し、時刻ｔA1で進角点火モードの点火時期で点火する（Ｓ１０→Ｓ２０→Ｓ３０→Ｓ４０→Ｓ５０）。
【００４５】
遅角点火モードのときは、カラ打ち点火しない場合と、カラ打ち点火する場合とがある。初めに図６（Ｂ）を参照して、カラ打ちを実施しない場合について説明する。
【００４６】
時刻ｔ0で進角点火モードでの一次コイル通電開始時期を過ぎたら一次コイルを通電し（Ｓ１０→Ｓ２０→Ｓ３０）。そして時刻ｔB1のカラ打ち判断時期で、もうすでに燃料を噴射した後なので、遅角点火モードの正規の点火時期である時刻ｔB2で点火する（Ｓ６０→Ｓ７０→Ｓ８０→Ｓ１１０）。
【００４７】
続いて図６（Ｃ）を参照して、カラ打ち点火する場合について説明する。
【００４８】
時刻ｔ0で進角点火モードでの一次コイル通電開始時期を過ぎたら一次コイルを通電し（Ｓ１０→Ｓ２０→Ｓ３０）。そして時刻ｔC1のカラ打ち判断時期で、まだ燃料を噴射していないので、カラ打ち点火を行う（Ｓ６０→Ｓ７０→Ｓ８０→Ｓ９０）。そして遅角点火モードでの一次コイル通電開始時期である時刻ｔC2から一次コイルの通電を再開し、遅角点火モードの正規の点火時期である時刻ｔC3で点火する（Ｓ１００→Ｓ１１０）。
【００４９】
本実施形態によれば、触媒が一部活性の状態のときは、遅角点火モード、進角点火モードにかかわらず、常に進角点火モードでイグニッションコイルの一次コイルに通電を開始して充電するようにした。このようにしたので、点火時期を遅角状態から進角状態に変更する場合であっても、イグニッションコイルを十分に充電できるのである。
【００５０】
また、遅角点火モードであって、一次コイル充電時間を確保できるときは、一旦、カラ打ち点火するようにした。このようにすることで、イグニッションコイルの耐久性能が増すのである。
【００５１】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００５２】
例えば、図７に示すように、燃料噴射弁４２から噴射された燃料を、ピストンキャビティを介すことなく、点火プラグ４１で直接点火するエンジンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明によるエンジンの点火制御装置の一実施形態を示す図である。
【図２】イグニッションコイルについて説明する図である。
【図３】遅角点火モードにおける噴霧及び混合気挙動を示す図である。
【図４】遅角点火モード及び進角点火モードにおけるエンジン負荷と空燃比、排出未燃ＨＣとの関係を示す図である。
【図５】コントローラの具体的な制御ロジックについて示すフローチャートである。
【図６】本制御を実施したときのタイムチャートである。
【図７】燃料噴射弁から噴射された燃料に直接点火するエンジンを示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  エンジン
１１  燃焼室
３６  排気浄化触媒
４１  点火プラグ
４２  燃料噴射弁
４５  イグニッションコイル
４５ａ  一次コイル
４５ｂ  二次コイル
５０  コントローラ
６１  スイッチ
６２  バッテリ
ステップＳ１０  触媒活性判定手段
ステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ１００  コイル通電制御手段
ステップＳ４０，Ｓ５０，Ｓ１１０  点火時期制御手段
ステップＳ７０，Ｓ８０  カラ打ち点火判定手段
ステップＳ９０  カラ打ち点火手段
【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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