(57)【要約】【課題】触媒暖機時に失火の抑制とエミッション排出量の低減とを両立可能な内燃機関の点火制御装置を提供する。【解決手段】機関温度取得手段により取得された機関温度が所定値以下であり、かつ、燃焼変動量取得手段により取得された燃焼変動量が所定値Ｂ以下である場合には、複数の点火プラグのうち少なくとも１個の点火プラグを休止させる（ステップ１４０，１８０）。また、機関温度が所定値以下であり、かつ、燃焼変動量が所定値Ｂよりも大きい場合には、全ての点火プラグを作動させる。燃焼変動量が基準値Ａ以上所定値Ｂ以下である場合には、少なくとも１個の点火プラグを休止させる前に、点火プラグの点火エネルギを徐々に減少させる（ステップ１６０）。【選択図】図２
2007127073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に複数の点火プラグを備える内燃機関の点火制御装置であって、
機関温度を取得する機関温度取得手段と、
内燃機関の燃焼変動量を取得する燃焼変動量取得手段と、
前記点火プラグの点火数を制御する点火数制御手段とを備え、
前記点火数制御手段は、機関温度が所定値以下であり、かつ、燃焼変動量が所定値以下である場合に、少なくとも１個の点火プラグを休止させ、機関温度が所定値以下であり、かつ、燃焼変動量が所定値よりも大きい場合には全ての点火プラグを作動させるものであることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記点火プラグの点火エネルギを制御する点火エネルギ制御手段を更に備え、
前記点火エネルギ制御手段は、燃焼変動量が基準値以上所定値以下である場合に、前記点火数制御手段により少なくとも１個の点火プラグを休止させる前に、前記点火プラグの点火エネルギを徐々に減少させるものであることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記点火エネルギ制御手段は、複数の点火プラグのうち休止させる点火プラグの点火エネルギを徐々に減少させるものであることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒毎に複数の点火プラグを有する内燃機関の点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒毎に複数の点火プラグを備え、その点火数を内燃機関の運転状態に応じて制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、機関温度が低温の時には全点点火を行うことで、燃料の着火性能を向上させることができる。また、機関温度が高温の時には点火数を減少させることで、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１４１３３６号公報
【特許文献２】特開平６−１８５４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者の知見によれば、点火数を減少させることで、燃焼室内で燃焼する燃料量を少なくし、触媒手前の排気通路で燃焼する燃料量を多くすることができる。すなわち、燃料の後燃え割合を増加させることができる。これにより、触媒暖機を早期に完了させることができ、ＨＣ排出量を低減することができる。
【０００５】
しかしながら、使用する燃料や機関温度によっては、吸気ポートや燃焼室（ボア）への燃料付着量が増加してしまう場合がある。このような場合に、上記のように点火数を減少させると失火が生じてしまう可能性がある。失火が生じると、ドライバビリティの悪化を招来すると共に、エミッション排出量が大幅に増加する事態が生じ得る。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒暖機時に失火の抑制とエミッション排出量の低減とを両立可能な内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、気筒毎に複数の点火プラグを備える内燃機関の点火制御装置であって、
機関温度を取得する機関温度取得手段と、
内燃機関の燃焼変動量を取得する燃焼変動量取得手段と、
前記点火プラグの点火数を制御する点火数制御手段とを備え、
前記点火数制御手段は、機関温度が所定値以下であり、かつ、燃焼変動量が所定値以下である場合に、少なくとも１個の点火プラグを休止させ、機関温度が所定値以下であり、かつ、燃焼変動量が所定値よりも大きいで場合には全ての点火プラグを作動させるものであることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記点火プラグの点火エネルギを制御する点火エネルギ制御手段を更に備え、
前記点火エネルギ制御手段は、燃焼変動量が基準値以上所定値以下である場合に、前記点火数制御手段により少なくとも１個の点火プラグを休止させる前に、前記点火プラグの点火エネルギを徐々に減少させるものであることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記点火エネルギ制御手段は、複数の点火プラグのうち休止させる点火プラグの点火エネルギを徐々に減少させるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、燃焼変動量が少ない場合に点火数を減少させることで、点火数減少による失火の発生を抑制することができる。さらに、点火数を減少させることにより後燃え割合を増加させることができるため、触媒暖機を早期に完了させることができ、エミッション排出量を低減することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、点火プラグを休止させる際に、点火エネルギの減少量を少なくすることができるため、失火の発生をより抑制することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、休止させる点火プラグの点火エネルギを徐々に減少させることで、点火プラグを休止させる際により安定した燃焼状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
実施の形態．
［システムの構成］
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。本実施の形態のシステムは、内燃機関１を備えている。内燃機関１は、複数の気筒２を有している。図１には、複数気筒のうちの１気筒のみを示している。
【００１５】
内燃機関１は、内部にピストン４を有するシリンダブロック６を備えている。シリンダブロック６には、冷却水温を検出する冷却水温センサ７が設けられている。ピストン４は、クランク機構を介してクランクシャフト８と接続されている。クランクシャフト８の近傍には、クランク角センサ９が設けられている。クランク角センサ９は、クランクシャフト８の回転角度を検出するように構成されている。
【００１６】
シリンダブロック６の上部にはシリンダヘッド１０が組み付けられている。ピストン４上面からシリンダヘッド１０までの空間は燃焼室１２を形成している。シリンダヘッド１０には、燃焼室１２内に直接燃料を噴射するインジェクタ１４が設けられている。また、シリンダヘッド１０には、燃焼室１２内の混合気に点火する２つの点火プラグ１６，１８が設けられている。第１の点火プラグ１６は、燃焼室１２の上部に配置されている。第２の点火プラグ１８は、燃焼室１２の側壁に配置されている。
【００１７】
シリンダヘッド１０は、燃焼室１２と連通する吸気ポート２０を備えている。吸気ポート２０と燃焼室１２との接続部には吸気バルブ２２が設けられている。吸気ポート２０には、吸気通路２４が接続されている。吸気通路２４の途中にはサージタンク２６が設けられている。
【００１８】
サージタンク２６の上流にはスロットルバルブ２８が設けられている。スロットルバルブ２８は、スロットルモータ２９により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２８は、アクセル開度センサ３０により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２８の近傍には、スロットル開度センサ３１が設けられている。スロットル開度センサ３１は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。スロットルバルブ２８の上流には、エアフロメータ３２が設けられている。エアフロメータ３２は吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ３２の上流にはエアクリーナ３４が設けられている。
【００１９】
また、シリンダヘッド１０は、燃焼室１２と連通する排気ポート３６を備えている。排気ポート３６と燃焼室１２との接続部には排気バルブ３８が設けられている。排気ポート３６には排気通路４０が接続されている。排気通路４０には、排気ガスを浄化する触媒４２が設けられている。触媒４２の上流には、排気空燃比を検出する空燃比センサ４４が設けられている。また、触媒４２には、触媒床温を検出する触媒床温センサ４６が設けられている。
【００２０】
また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ１４、点火プラグ１６，１８、スロットルモータ２９等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、冷却水温センサ７、クランク角センサ９、アクセル開度センサ３０、スロットル開度センサ３１、エアフロメータ３２、空燃比センサ４４、触媒床温センサ４６等が接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射量制御や点火時期制御のような内燃機関全体の制御を実行する。
また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ６の出力に基づいて機関回転数NEを算出する。
また、ＥＣＵ６０は、運転状態に応じて点火数を制御する。
また、ＥＣＵ６０は、点火プラグ１６，１８に入力される電気信号を制御することで、点火プラグ１６，１８の点火時間及びエネルギ密度の少なくとも一方を制御する。これにより、点火プラグ１６，１８の点火エネルギが制御される。
【００２１】
［実施の形態の特徴］
始動時や冷間リーンバーン運転時において、触媒４２の暖機を行う必要がある。触媒４２の浄化性能を早期に確保するため、触媒の暖機を早期に完了させることが望ましい。
上記システムによれば、２つの点火プラグ１６，１８のうち何れかを休止させることで、すなわち、点火数を減少させることで、燃焼室１２内で燃焼する燃料量を少なくして、触媒４２手前の排気通路４０で燃焼する燃料量を多くすることができる。このように、燃料の後燃え割合を増加させることにより、ＨＣ排出量を低減することができ、触媒暖機を早期に完了させることができる。
【００２２】
ところで、使用する燃料や機関温度によっては、吸気ポート壁面や燃焼室壁面への燃料付着量が増加してしまう場合がある。このような場合に、点火数を減少させると、失火が生じてしまう可能性がある。失火が生じると、燃焼変動が大きくなるためドライバビリティが悪化すると共に、ＨＣ排出量が大幅に増大する事態が生じ得る。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、触媒暖機時において、燃焼変動量に基づいて点火数を制御する。具体的には、燃料変動量が小さい場合には、点火数を減少させても失火が生じないとみなして、即座に点火数を減少させる。また、燃焼変動量が大きい場合には、点火数を減少させると失火が生じるとみなして、点火数を減少させることなく、燃焼状態の悪化を防ぐ。さらに、燃焼変動量がその中間である場合には、点火数を即座に減少させると失火が生じる可能性があるとみなして、点火数を減少させる前に、点火エネルギを規定値まで徐々に減少させる。従って、触媒暖機中の点火数を制御する際、失火の発生を防止することができる。よって、触媒暖機を早期に終了させることができ、ＨＣ排出量を低減することができる。
【００２４】
［実施の形態における具体的処理］
図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図２に示すルーチンによれば、先ず、全ての点火プラグ１６，１８への点火、すなわち、多点点火（「全点点火」ともいう。）を実行する（ステップ１００）。次に、内燃機関の燃焼変動量を算出する（ステップ１１０）。このステップ１１０では、例えば、機関回転数NEの変動量が、燃焼変動量として算出される。
【００２５】
次に、触媒暖機制御を実行するか否かを判別する（ステップ１２０）。すなわち、点火数制御による触媒暖機を実行する必要があるか否かを判別する。このステップ１２０では、例えば、冷却水温センサ７から取り込んだ冷却水温が所定値以下であるという第１条件、触媒床温センサ４６から取り込んだ触媒床温が所定値以下であるという第２条件、及び、エアフロメータ３２の出力に基づいて算出した吸入空気量Gaの積算値が所定値以下であるという第３条件が、全て成立するか否かが判別される。ステップ１２０でこれらの第１〜第３条件が全て成立すると判別された場合には、触媒暖機制御を実行する必要があると判断される。この場合、ステップ１３０に移行する。
【００２６】
ステップ１３０では、上記ステップ１１０で算出された燃焼変動量が所定値Ａよりも小さいか否かを判別する。この所定値Ａは、点火数を減らしても、失火の発生を確実に回避できる場合を判定するための値である。このステップ１３０で燃焼変動量が所定値Ａよりも小さいと判別された場合には、燃焼状態が安定しているため、点火数を減らしても失火が発生する可能性が極めて低いと判断される。この場合、少なくとも１個以上の点火数を減らす（ステップ１４０）。
【００２７】
一方、ステップ１３０で燃焼変動量が所定値Ａ以上であると判別された場合には、燃焼変動量が所定値Ａ以上所定値Ｂ以下であるか否かを判別する（ステップ１５０）。この所定値Ｂは、点火数を減らすと、失火が発生する可能性が極めて高い場合を判定するための値である。このステップ１５０では、点火数を減らすと、失火が発生する可能性が極めて高いか、それとも、失火が発生する可能性が高くはないが、ある程度の可能性があるかが判別される。ステップ１５０で燃焼変動量が所定値Ａ以上所定値Ｂ以下であると判別された場合には、点火数を減らすと、失火が発生する可能性が高くはないが、ある程度可能性があると判断される。この場合、点火プラグ１６，１８の点火エネルギを徐々に減らす（ステップ１６０）。これにより、点火数を減らす際の点火エネルギの減少量を少なくすることができる。
【００２８】
次に、点火プラグ１６，１８の点火エネルギが規定値よりも小さいか否かを判別する（ステップ１７０）。この規定値は、点火数を減らす際の点火エネルギ減少量が少ないため、失火が発生する可能性が低い場合を判定するための値である。このステップ１７０では、点火数を減らしても失火が発生する可能性が低いレベルまで、点火エネルギが減少したか否かが判別される。すなわち、燃焼変動量が中程度である場合に、失火を発生させることなく点火数を減らすことが許容される点火エネルギまで減少したか否かが判別される。
【００２９】
ステップ１７０で点火エネルギが規定値よりも小さいと判別された場合には、点火エネルギが十分に減らされたため、点火数を減らしても、失火が発生する可能性が低いと判断される。この場合、少なくとも１個以上の点火数を減らす（ステップ１８０）。このステップ１８０では、点火数を減らすと共に、作動中の点火プラグの点火エネルギを、元の点火エネルギに戻す。
【００３０】
以上説明したように、図２に示すフローチャートによれば、触媒暖機時に、燃焼変動量が所定値Ａよりも小さい場合、つまり、燃焼変動量が非常に小さい場合には、即座に点火数が減じられる。これにより、後燃え割合を増加させることで、触媒暖機を早期に完了させることができ、ＨＣ排出量を減少させることができる。この場合、燃焼状態が良好であるために、点火数を減らしても確実に失火の発生が避けられる。
また、燃焼変動量が所定値Ａ以上所定値Ｂ以下である場合、つまり、燃焼変動量が中程度である場合には、即座に点火数を減じると点火エネルギの減少量が大きいため、失火が発生する可能性がある。よって、この場合、点火プラグ１６，１８の点火エネルギを既定値まで徐々に減じられた後、点火数が減じられる。これにより、点火数を減じることによる点火エネルギの減少量が少なくされるため、失火が発生する可能性を大幅に低下させることができる。よって、失火の発生を抑制しつつ、触媒暖機を早期に完了させることができ、ＨＣ排出量を減少させることができる。
また、燃焼変動量が所定値Ｂよりも大きい場合、つまり、燃焼変動量が非常に大きい場合には、点火数を減じることが禁止される。これにより、失火の発生を確実に防止することができ、失火によりＨＣ排出量が大幅に増加する事態を防止することができる。
【００３１】
ところで、本実施の形態では、燃焼変動値が所定値Ａ以上所定値Ｂ以下の場合に、２つの点火プラグ１６，１８の点火エネルギを徐々に減少させているが、何れか一方の点火プラグの点火エネルギだけを徐々に減少させてもよい。この場合、上記ステップ１８０のように、点火数を減じさせる際に、作動させる点火プラグの点火エネルギを元の点火エネルギに戻す必要がない。なお、１つの点火プラグの点火エネルギを減じる場合と、２つの点火プラグの点火エネルギを減じる場合とにおいて、全体の点火エネルギの減少速度が同程度になるようにする。
さらに、一方の点火プラグの点火エネルギだけを減少させる場合には、第２の点火プラグ１８の点火エネルギのみを減少させることが好適である。これにより、より安定した燃焼状態を確保することができ、失火に対するマージンを大きく確保することができる。
【００３２】
また、本実施の形態では２つの点火プラグ１６，１８の点火時期については特に限定していないが、２つの点火プラグ１６，１８の点火時期に位相差を設ける場合にも、本発明を適用することができる。この場合、筒内圧の上昇速度及びピーク値が低く抑えられるため、燃焼温度を低くすることができ、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
さらに、第２の点火プラグ１８による点火を先に行う方が、第１の点火プラグ１６による点火を先に行う場合よりも、燃焼室１２内における火炎伝播速度をより遅くすることができ、燃焼温度をより低くすることができるため、ＮＯｘ排出量をより低減することができる。これとは逆に、第１の点火プラグ１６による点火を先に行う方が、燃焼室１２内の燃料の燃焼割合を少なくすることができるため、ＨＣ排出量をより低減することができる。
よって、例えば、内燃機関の始動から数サイクルまでは、ＨＣ排出量の低減を優先して、第１の点火プラグ１６による点火を先に行い、数サイクル後からは、ＮＯｘ排出量の低減を優先して、第２の点火プラグ１８による点火を先に行うようにすることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では燃焼変動値として機関回転数NEの変動量を算出しているが、筒内圧（燃焼圧）の変動量を燃焼変動値として算出するようにしてもよい。この場合も、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、上述した点火数を減らす方法と、点火時期遅角とを併用して、後燃え割合を増加させるようにしてもよい。
【００３５】
また、本実施の形態では２つの点火プラグ１６，１８を備えた内燃機関について説明したが、３つ以上の点火プラグを備えた内燃機関に対しても本発明を適用することができる。
【００３６】
尚、本実施の形態においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１０の処理を実行することにより第１の発明における「燃焼変動量取得手段」が、ステップ１４０，１８０の処理を実行することにより第１の発明における「点火数制御手段」が、ステップ１６０の処理を実行することにより第２の発明における「点火エネルギ制御手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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】本発明の実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１    内燃機関
２    気筒
４    ピストン
６    シリンダブロック
７    冷却水温センサ
８    クランクシャフト
９    クランク角センサ
１０  シリンダヘッド
１２  燃焼室
１４  インジェクタ
１６  第１の点火プラグ
１８  第２の点火プラグ
２０  吸気ポート
２２  吸気バルブ
２４  吸気通路
２６  サージタンク
２８  スロットルバルブ
２９  スロットルモータ
３０  アクセル開度センサ
３１  スロットル開度センサ
３２  エアフロメータ
３４  エアクリーナ
３６  排気ポート
３８  排気バルブ
４０  排気通路
４２  触媒
４４  空燃比センサ
４６  触媒床温センサ
６０  ＥＣＵ
【図１】
2007127073.tif 000003
【図２】
2007127073.tif 000004