(57)【要約】【課題】比較的簡易な構成でありながら、好適に要求放電電圧を低減する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、気筒内へ燃料を直接噴射する筒内噴射式の燃料噴射弁（２０８）と、噴射される燃料に点火する点火プラグ（２０７）とを備える内燃機関を制御する。そして特に、当該内燃機関の運転中に点火プラグ（２０７）の要求放電電圧を推定する推定手段（１００）と、推定された要求放電電圧が規定電圧値（Ｖｓ）を上回る場合には、気筒内における空気の流動である筒内流動（５３１）を抑制するように、燃料噴射弁（２０８）の噴射態様を制御する噴射制御手段（１００）とを備える。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ燃料を直接噴射する筒内噴射式の燃料噴射弁と、前記噴射される燃料に点火する点火プラグとを備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
当該内燃機関の運転中に前記点火プラグの要求放電電圧を推定する推定手段と、
前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、前記気筒内における空気の流動である筒内流動を抑制するように、前記燃料噴射弁の噴射態様を制御する噴射制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記噴射制御手段は、前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、上回らない場合に比べて、前記燃料の噴射量に対する噴射回数を増加させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記噴射制御手段は、前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、上回らない場合に比べて、前記燃料の噴射時期を進角させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記噴射制御手段は、前記噴射される燃料が前記気筒内を上下するピストンの頭部に衝突し、前記筒内流動に対向した方向に反射されるように、前記燃料の噴射時期を進角させる
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記噴射制御手段は、前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、上回らない場合に比べて、前記燃料の噴射圧力を減少させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば筒内噴射式の内燃機関において、点火プラグの要求放電電圧を低減するための内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関では、例えば高負荷領域になると、点火プラグの火花放電に必要な要求電圧（以下、「要求放電電圧」ともいう）が上昇する。即ち、絶縁破壊抵抗が上昇する。かかる電圧を点火プラグに印加すると、点火プラグの点火電極において正常に点火しない虞や、碍子やコードから機関本体に電流がリークする虞がある。
【０００３】
かかる不具合に対処するため、以下の特許文献１及び特許文献２に記載の技術が開示されているものの、夫々以下の通り改善の余地がある。
【０００４】
特許文献１には、燃料噴射が停止している気筒について、点火プラグの通電時間を所定値以下にし、或いは点火時期を変更する技術が提案されている。しかしながら、この技術では、燃料噴射中の気筒に対する要求放電電圧の抑制についてまでは開示されていない。
【０００５】
特許文献２には、点火プラグの要求放電電圧が所定値以上の場合には、ガス燃料と液体燃料とを併用する技術が提案されている。しかしながら、この技術では、２系統の燃料供給路が必要となるため、構造が複雑になる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１４７０７３号公報
【特許文献２】特開２００７−２７０７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な構成でありながら、好適に要求放電電圧を低減することが可能な内燃機関の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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒内へ燃料を直接噴射する筒内噴射式の燃料噴射弁と、前記噴射される燃料に点火する点火プラグとを備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、当該内燃機関の運転中に前記点火プラグの要求放電電圧を推定する推定手段と、前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、前記気筒内における空気の流動である筒内流動を抑制するように、前記燃料噴射弁の噴射態様を制御する噴射制御手段とを備える。
【０００９】
この構成によれば、燃料噴射弁の噴射態様を制御することによって、筒内流動が抑制される。筒内流動が弱まるほど、早めに点火しなければ目的トルクが得られない。それゆえ、点火時期が進角されて圧縮上死点（Ｂｅｆｏｒｅ  Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ：ＢＴＤＣ）から離れる。そうすると、点火時の気筒内圧力が下がるので、要求放電電圧を低下させることができる。
【００１０】
なお、この構成において、「要求放電電圧（Ｖｒ）」は、点火プラグによって点火するために要求される放電電圧であり、例えば、点火時の気筒内圧力を推定し、その値と要求放電電圧との所定の相関関係に基づいて推定することができる。かかる要求放電電圧の推定値は、点火プラグのプラグギャップや、Ａ／Ｆ等に応じて適宜補正することが好ましい。「規定電圧値」とは、点火プラグの点火電極において正常に点火しない虞や、碍子やコードから機関本体に電流がリークする虞があるとして、実験やシミュレーションによって予め定められた、要求放電電圧の下限値である。かかる規定電圧値はフィードバック的に修正されてもよい。「筒内流動」とは、気筒内における空気の流動であり、典型的には燃料の噴射方向（例えば、気筒内において縦方向に流れるタンブル流動（すなわち縦渦）である。「筒内流動を抑制する」とは、気筒内における空気の流動を抑制することであり、筒内流動を弱めることのみならず、必要以上に強めないことを意味する。「燃料噴射弁の噴射態様を制御する」とは、燃料の噴射時期、噴射方式（例えば、マルチ噴射かシングル噴射か）、あるいは噴射圧力を変化させることを示すが、筒内流動を抑制することが可能な限り特にその方式を限定する趣旨ではない。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記噴射制御手段は、前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、上回らない場合に比べて、前記燃料の噴射量に対する噴射回数を増加させる。
【００１２】
この態様によると、噴射回数を増加させるほどに、各回の噴霧の貫徹力が、噴射回数の増加前に比べて弱まるので、筒内流動を強めることができなくなる。すなわち、噴射回数が１回のときにくらべて、筒内流動が抑制される。したがって、要求放電電圧を相対的に低下させることができる。なお、噴射回数の上限は、燃料噴射弁による最小噴射量、すなわちダイナミックレンジによって定まる。また、噴射回数を増加しすぎると、点火プラグの劣化が早まり、燃費の悪化につながるため好ましくない。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記噴射制御手段は、前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、上回らない場合に比べて、前記燃料の噴射時期を進角させる。
【００１４】
この態様によると、燃料の噴射時期を、噴射された燃料が気筒内流動を弱めるような時期に進角させることにより、要求放電電圧を低下させることができる。なお、「燃料の噴射時期」は、実験やシミュレーションにより要求放電電圧を低減するのに適した時期である。
【００１５】
このように燃料の噴射時期を制御する態様では、前記噴射制御手段は、前記噴射される燃料が前記気筒内を上下するピストンの頭部に衝突し、前記筒内流動に対向した方向に反射されるように、前記燃料の噴射時期を進角させてもよい。
【００１６】
この態様によると、噴射した燃料が筒内流動に対向した方向に反射されるので、筒内流動を弱めることができ、もって要求放電電圧を低下させることができる。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記噴射制御手段は、前記推定された要求放電電圧が規定電圧値を上回る場合には、上回らない場合に比べて、前記燃料の噴射圧力を減少させる。
【００１８】
この態様によると、噴霧の貫徹力が、燃料の噴射圧力を減少させない場合に比べて弱まるので、筒内流動を必要以上に強めないで済む。これにより、要求放電電圧を必要以上に増加させないで済む。
【００１９】
本発明の作用及び他の利得は、次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、発明を実施するための最良の形態として本発明の一実施形態を、図面に基いて詳細に説明する。
【００２１】
（１）第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る制御装置が適用されている内燃機関２００の模式的な断面図である。
【００２２】
図１に示すように、この内燃機関２００は、クランク角が７２０度回転する毎に吸気、圧縮、燃焼及び排気の各行程を迎える４サイクル運転を行うように構成されたピストン往復動型４サイクル内燃機関である。内燃機関２００は、主に、燃焼に供する吸気を取り込むための吸気管２０６と、点火プラグ２０７及び筒内噴射式の燃料噴射弁２０７を備えた気筒２０１と、燃焼に伴う排気を排出するための排気管２１０から構成されており、個々の動作は電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００２３】
吸気管２０６の管路乃至その周辺には、以下のような装置が備わる。クリーナ２１１は、外部から吸入される空気（すなわち、吸入空気）を浄化する。吸入空気流量センサ１０３は、吸入空気量Ｇａを測定する。吸入空気温度センサ２１３は吸入空気温度Ｔａを検出する。スロットルバルブ２１４は、吸入空気流量を調節する。スロットルポジションセンサ２１５は、スロットルバルブ２１４の開度を検出する。アクセルポジションセンサ２１６は、運転者によるアクセルペダル２２６の踏み込み量を検出する。スロットルバルブモータ２１７は、検出される踏み込み量に基いてスロットルバルブ２１４を開閉駆動する。吸気管圧力センサ１０９は、吸気管２０６における吸気管圧力Ｐｉｎを検出する。タンブル制御弁２２０は、吸気管２０６の通路を分割する仕切板の一端に設けられておりその開閉動作により燃焼室５３内にタンブル流動（言い換えれば、縦渦流動）５３１を形成する。吸気弁２０８は、吸入行程において開弁され、その他の圧縮、燃焼、及び排気行程において閉弁され、燃焼室５３内に吸気を適宜導く。燃焼室５３内に導かれた吸気は、上述のように、タンブル流動５３１となる。吸気カム角センサ１０２は、吸気弁２０８を開閉させる吸気カムシャフト２０８の回転角（以下、吸気カム角Ｃａｇとも称する）を検出する。可変動弁装置１０は、いわゆるＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ−ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ：ＶＶＴ）であり、吸気弁２０３や排気弁２０４の開閉弁時期やリフト量等を変更可能である。
【００２４】
気筒２０１の内部乃至その周辺には、以下のような装置が備わる。燃料噴射弁２０７は、筒内噴射式であり、例えば圧縮行程後半において気筒２０１内に燃料を直接的に噴射することで、可燃の混合ガスを形成する。このとき噴射される燃料の量は、内燃機関２０の機関負荷と回転数Ｎｅとに基づいて定まり、且つ、空燃比を理論空燃比と一致させるために必要な所定量である。燃料噴射弁２０７は、例えば、気筒２０１の吸気弁２０８側の上端部から斜め下に向かって燃料を噴射する。噴射された燃料は、吸気とともに混合ガスを形成する。噴射された燃料の噴霧５３２の移動方向は、典型的には、タンブル流動５３１と同様に、燃焼室５３内において縦方向の成分を有する。それゆえ、噴射された燃料の噴霧５３２が、タンブル流動５３１を強めたり、弱めたりすることになる（詳しくは、図１２、図１５、図１８を参照して後述する）。燃料は、ガソリンその他の噴射可能な液体燃料であり、燃料タンク２２３に貯蔵されており、フィルタ２２４を通過して燃料噴射弁２０７へと供給される。なお、燃料タンク２２３には、燃料残量を検出するための燃料センサ２２５が設置されている。点火プラグ２０２は、燃焼室５３の上部において電極が燃焼室５３内に臨むようにして配置されており、点火電極に要求放電電圧が印加されると火花を飛ばす。これにより、混合ガスが燃焼する。燃焼室５３は、気筒２０１の内部において、ピストン２０３よりも上側の空間をいう。ピストン２０３は、燃焼室５３での燃焼に伴い、気筒２０１の内部を往復運動する。つまり、燃焼室５３の容積や、気筒２０１内の圧力はピストン２０３の位置に応じて変化する。気筒内圧力センサ１０１は、気筒２０１内の圧力Ｐａを検出する。ピストン２０３の往復運動は、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換され、これが当該内燃機関２００の出力となる。クランク角センサ１０５は、クランクシャフト２０５の回転をクランク角ＣＡとして検出する。冷却水温センサ１０７は、内燃機関２００の冷却水温度Ｗｔを検出する。ノックセンサ２１９は内燃機関２００のノック強度を検出する。
【００２５】
排気管２１０の管路乃至その周辺には、以下のような装置が備わる。排気弁２０９は、排気行程において開弁され、その他の圧縮、燃焼、及び吸入行程において閉弁され、燃焼室５３内から排気を適宜排出する。排気再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）装置２２９は、排気の一部を、ＥＧＲ管２２８を介して吸気管２０６に環流させる。この環流量（即ち、ＥＧＲ量）は、ＥＧＲ管２２８に管路に設置されたＥＧＲ弁２２７の開度に応じて調整される。ＥＧＲ弁開度センサ１０８は、ＥＧＲ弁２２７の開度乃至ＥＧＲ量を検出する。排気Ａ／Ｆセンサ１０６は、三元触媒装置２２２の上流側に配設され、排気Ａ／Ｆを検出する。三元触媒装置２２２は、排気中の炭化水素、一酸化炭素及び窒素酸化物を夫々浄化する。
【００２６】
ＥＣＵ１００は、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、制御プログラムを格納した読み出し専用メモリ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＯＭ）及び各種データを格納する随時書き込み読み出しメモリ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等を中心とした論理演算回路として構成され、各種センサから入力信号を受ける入力ポートと、各種アクチュエータに制御信号を送る出力ポートとに、バスを介して接続されている。
【００２７】
図２は、ＥＣＵ１００の入出力のうち、本実施形態において特に必要なものを抜粋して示すブロック図である。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態では特に、ＥＣＵ１００の入力ポートには、気筒内圧力センサ１０１からの気筒内圧力Ｐａ、吸気カム角センサ１０２からの吸気カム角Ｃａｇ、吸入空気流量センサ１０３からの吸入空気量Ｇａ、吸入空気温度センサ２１３からの吸入空気温度Ｔａ、クランク角センサ１０５からのクランク角ＣＡ、排気Ａ／Ｆセンサ１０６からの排気Ａ／Ｆ、冷却水温センサ１０７からの冷却水温度Ｗｔ、ＥＧＲ弁開度センサ１０８からのＥＧＲ量、及び吸気管圧力センサ１０９からの吸気管圧力Ｐｉｎのうち、少なくとも要求放電電圧の推定値Ｖｒの算出に要するものが入力される（なお、図５のステップＳ３１を参照のこと）。これらは、ＥＣＵ１００のＲＡＭに記憶される。ＥＣＵ１００のＲＡＭにはその他に、点火プラグ２０７における放電エネルギの総和Σｅや、点火プラグ２０７のプラグ位置Ｈｐ、或いは要求放電電圧の推定値Ｖｒを補正するための補正用マップが記録されている（なお、具体的なマップは、図８及び図９を参照）。そして、ＥＣＵ１００の出力ポートからは、燃料噴射弁２０８に対する制御信号が出力される。この制御信号に従い、燃料噴射弁２０８は、任意の噴射回数Ｎｉに分けて、任意の噴射時期Ａｉｎｊに、任意の噴射圧力Ｐで、所定量の燃料を噴射することができる。言い換えれば、燃料の噴射回数Ｎｉ、噴射時期Ａｉｎｊ、及び噴射圧力Ｐといった、燃料噴射弁２０７の噴射態様はＥＣＵ１００によって変更可能である。
【００２９】
ここで、上述した点火プラグ２０７においては、以下の耐電性の問題が生じ得る。これについて図３を参照して詳述する。
【００３０】
図３は、点火時期と要求放電電圧との関係を示す特性図である。
【００３１】
近年のガソリンエンジンは、燃焼の改善が進み燃焼が早いため、点火時期が遅角されている。ところが、図３に示すように、点火時期が遅角されて圧縮上死点ＢＴＤＣに近づくほど、筒内圧力が高い時期に点火し、要求放電電圧も高くなる。要求放電電圧は、点火時の気筒内圧力に比例する（言い換えれば、絶縁破壊抵抗は筒内圧力に比例する）からである。更に、高負荷時には、低負荷時に比べて吸入空気量が増える。このため、点火時の気筒内圧力が高くなり、要求放電電圧は一層高くなる。更に、厳しい燃費規制に対応するために、燃費向上を狙い、高圧縮比化が進んでいる。このため、点火時の気筒内圧力が高くなり、要求放電電圧は一層高くなる。その結果、要求放電電圧が規定電圧値Ｖｓ（例えば、点火プラグ２０７の碍子等の耐電圧）を超えると、点火プラグ２０７の点火電極において正常に点火しない虞や、碍子やコードから機関本体に電流がリークする虞がある。
【００３２】
そこで、要求放電電圧が規定電圧値Ｖｓを超え得る領域では、要求放電電圧を抑制することが重要である。以下に、その抑制手法について詳述する。
【００３３】
図４は、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置によって実行されるメインルーチンを示すフローチャートである。
【００３４】
図４に示すように、内燃機関２００の機関負荷が、比較的高負荷領域にあるとする（ステップＳ１）。この場合、要求放電電圧が規定電圧値Ｖｓを超え得る虞があるので、ＥＣＵ１００は、要求放電電圧の推定値Ｖｒ［ｋＶ］の算出要求を出す（ステップＳ２）。この要求を受けて、要求放電電圧の推定に必要な各種センサ値がＥＣＵ１００に入力され、要求放電電圧の推定値Ｖｒが算出される（ステップＳ３）。そして、算出された要求放電電圧の推定値Ｖｒが、規定電圧値Ｖｓを超えるか否かが判定される（ステップＳ４）。ここで、要求放電電圧の推定値Ｖｒが、規定電圧値Ｖｓを超えないなら（ステップＳ４：Ｎｏ）、現状の噴射方式を維持すればよい。しかし、規定電圧値Ｖｓを超えるのであれば（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１００によって燃料噴射弁２０７の噴射態様を変更することによって、要求放電電圧の抑制処理を行う（ステップＳ５）。これにより、点火プラグ２０７の正常な点火が確保され、電流リークの問題も解消される。
【００３５】
以降では、上述の要求放電電圧の推定値Ｖｒの算出処理（ステップＳ３）、及び要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンについて詳述する。
【００３６】
図５は、第１実施形態に係る、要求放電電圧の推定値Ｖｒの算出処理（ステップＳ３）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００３７】
図５において、先ず、下記［１］〜［３］の何れか処理によって、点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａを算出する（ステップＳ３１）。
【００３８】
処理［１］は、気筒内圧力センサ１０１や図６に示すマップを利用する処理である。そこで予め、ＥＣＵ１００は、ＲＡＭに、図６に示すマップを記憶しておく。ここで、図６は、クランク角ＣＡと気筒内圧力Ｐａとの関係を示す特性図である。図６に示すマップは、Ｌ３、Ｌ２、及びＬ１というように負荷に応じて異なる。そこでまず、圧縮行程にある特定のクランク角ＣＡ（例えば、９０［ｄｅｇＢＴＤＣ］）における気筒内圧力Ｐａを計測し、その計測点を含むマップを選択する。図６の場合には、マップＬ２が選択される。選択されたマップにおいて、点火時期に対応する気筒内圧力を読み取ることで、点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａが得られる。
【００３９】
処理［２］は、吸気管圧力センサ１０９等を利用する処理である。具体的には、
式「Ｐｓａ＝Ｐｉｎ・（Ｖｉｖｃ／Ｖｓａ）Ｋ」を用いて、点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａを算出する。ただし、
Ｐｓａ：点火時の気筒内圧力の推定値［ｋＰａ．ａｂｓ］
Ｐｉｎ：吸気管圧力［ｋＰａ．ａｂｓ］
Ｖｉｖｃ：吸気弁閉じ時の燃焼室容積［ｃｃ］
Ｖｓａ：点火時の燃焼室容積［ｃｃ］
Ｋ：比熱比（＝１．３２）
である。ここで、図７は、（ａ）吸気弁閉じ時の燃焼室容積Ｖｉｎｃ、及び（ｂ）点火時の燃焼室容積Ｖｓａを夫々示す、気筒２０１の断面図である。吸気弁閉じ時と点火時とでは、ピストン２０３の位置が異なり、燃焼室容積も異なる。そこで各時期におけるクランク角ＣＡを計測し、その計測値からピストン２０３の位置を算出することで各各燃焼室容積を特定できる。
【００４０】
処理［３］は、吸入空気流量センサ１０３等を利用する処理である。具体的には、
式「Ｐｓａ＝２０．３×１０５×Ｇａ・Ｒ・Ｔａ・（Ｖｉｖｃ／Ｖｓａ）Ｋ×（Ｖｉｖｃ・Ｍａｉｒ・Ｎｅ）−１」を用いて、点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａを算出する。ただし、
Ｇａ：吸入空気流量［ｇ／ｓ］
Ｒ  ：気体定数［ａｔｍ・Ｌ／ｍｏｌ／Ｋ］（＝０．０８２）
Ｔａ：吸入空気温度［Ｋ］  
Ｍａｉｒ：大気の平均分子量［ｇ／ｍｏｌ］（＝２８．９９６）
Ｎｅ：機関回転数［ｒｐｍ］
である。吸入空気流量Ｇａ、吸入空気温度Ｔａ、及び機関回転数Ｎｅは都度計測し、気体定数Ｒ、及び大気の平均分子量Ｍａｉｒは、ＥＣＵ１００がＲＡＭに予め記憶しておくとよい。
【００４１】
上述のように［１］〜［３］のうち何れかの処理によって、点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａを算出したら、これに応じた標準的な点火プラグ２０７の要求放電電圧（以下、基本要求放電電圧Ｖｒ＿１と称する〉を求めることができる（ステップＳ３２）。
【００４２】
図８の（ａ）は、点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａと基本要求放電電圧Ｖｒ＿１との関係を示す特性図である。図８（ａ）からもわかるように、基本要求放電電圧Ｖｒ＿１は点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａと相関関係を有しており、
式「Ｖｒ＿１＝  Ｐｓａ  ×α＋β」を用いて算出できる。ただし、
α：Ｐｓａと要求放電電圧との相関係数［ｋＶ／ＭＰａ］（ｅｘ．  ７．０２）
β：Ｐｓａと要求放電電圧との相関係数［ｋＶ］（ｅｘ．  ９．０３）
である。図８（ａ）において、相関係数α及びβはそれぞれ傾きと切片に相当する。これらは、ＥＣＵ１００がＲＡＭに予め記憶しておくとよい。
【００４３】
ところで、基木要求放電電圧Ｖｒ＿１は、センサの出力から単純に求めた要求放電電圧であり、点火プラグ２０７の劣化度合い（以下、プラグギャップＧａｐとも称する）なども考慮した第２の要求放電電圧（以下、劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ＿２と称する）を算出することが好ましい。劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ＿２は、
式「Ｖｒ＿２＝Ｖｒ＿１  ＋  Ｖｇａｐ」を用いて算出できる（ステップＳ３３）。ただし、
Ｖｇａｐ：プラグギャップに伴う要求放電電圧の増加量［ｋＶ］
である。ここで、図８（ｂ）に放電エネルギの総和ΣｅとプラグギャップＧａｐ、及びプラグギャップに伴う要求放電電圧の増加量Ｖｇａｐの各々との関係を示す。図８（ｂ）に示すように、要求放電電圧の増加量Ｖｇａｐは、放電エネルギ総和Σｅと略比例の関係にある。また、プラグギャップＧａｐも、放電エネルギ総和Σｅと略比例の関係にある。そうすると、ＥＣＵ１００が、放電エネルギ総和Σｅを監視し続けることによって、要求放電電圧の増加量Ｖｇａｐも特定できる。なお、放電エネルギの総和Σｅに代えて、走行距離を用いることも可能である。
【００４４】
上記のように求めた劣化考慮の放電電圧Ｖｒ＿２を要求放電電圧の推定値として採用してもよいが、内燃機関２００の状態は負荷に応じて変化しており、これに伴って点火プラグ２０７の要求放電電圧も変化する。よって、内燃機関２００の状態をより詳細に確認し、これに応じて補正を加えることで、より適正な要求放電電圧の推定値Ｖｒを算出できる。
【００４５】
図９は、要求放電電圧Ｖｒ２に加えるのが好ましい補正項目例をまとめて示した図である。より詳しくは、図９（ａ）は排気空燃比Ａ／Ｆに応じた補正係数Ｋａ／ｆを示した特性図であり、図９（ｂ）は冷却水温Ｗｔに応じた補正係数Ｋｗｔを示した特性図であり、図９（ｃ）はＥＧＲ量に応じた補正係数Ｋｅｇｒを示した特性図であり、図９（ｄ）は機関回転数Ｎｅに応じた補正係数Ｋｎｅを示した特性図であり、図９（ｅ）は点火プラグ位置Ｈｐに応じた補正係数Ｋｈｐを示した特性図であり、図９（ｆ）は点火プラグ位置Ｈｐを示す燃焼室５３の上面図である。
【００４６】
ここで、図９（ａ）は、補正係数Ｋａ／ｆが排気空燃比Ａ／Ｆに対して２次比例的な関係を有すること、及び排気空燃比Ａ／Ｆが１２付近のときに補正係数Ｋａ／ｆが極小となることを示す。図９（ｂ）は、補正係数Ｋｗｔが、冷却水温Ｗｔに対して１次比例的に増加することを示す。図９（ｃ）は、補正係数Ｋｅｇｒが、ＥＧＲ量に対して１次比例的に増加することを示す。図９（ｄ）は、補正係数Ｋｎｅが、機関回転数Ｎｅに対して１次比例的に増加することを示す。図９（ｅ）及び図（ｆ）は、点火プラグ位置Ｈｐが燃焼室５３の中心位置Ｈｐ０から側部位置Ｈｐ１に移行するにつれて補正係数Ｋｈｐが１次比例的に増加することを示す。
【００４７】
よって、各計測値に対応する補正係数を夫々特定し、
式「Ｖｒ＝Ｋａ／ｆ・Ｋｅｇｒ・Ｋｗｔ・Ｋｎｅ・Ｋｈｐ・Ｖｒ２」を用いて、より適正な要求放電電圧の推定値Ｖｒを算出できる（ステップＳ３４）。
【００４８】
ただし、要求精度が許容する限りにおいて、上記各補正係数を全て考慮することまでは要さず、放電電圧Ｖｒ＿１やＶｒ＿２をそのまま採用してもよい。
【００４９】
次に、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンについて詳述する。本実施形態においては特に、燃料の所定噴射量に対する噴射回数Ｎｉを増加することで、要求放電電圧の抑制を図る。
【００５０】
図１０は、第１実施形態に係る、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００５１】
図１０において、先ず、ＥＣＵ１００は、ＲＡＭに記憶された現在の噴射回数Ｎｉが、その上限値Ｎｉ＿ｍａｘを超えていないかを判定する（ステップＳ５１１）。なお、噴射回数の上限値Ｎｉ＿ｍａｘは、燃料噴射弁２０８のダイナミックレンジによって定まる最小噴射量により規定される値である。
【００５２】
ここで、噴射回数Ｎｉが上限値Ｎｉ＿ｍａｘを超えている場合（ステップＳ５１１：Ｎｏ）、運転者にプラグの交換を要求し（ステップＳ５１４）、本処理を終える。
【００５３】
他方で、現在の噴射回数Ｎｉが、その上限値Ｎｉ＿ｍａｘを超えていない場合には（ステップＳ５１１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１００は、噴射回数Ｎｉを、１回〜数回増やす（ステップＳ５１２）。或いは、シングル噴射からマルチ噴射に切り換える。既にマルチ噴射である場合、噴射回数Ｎｉを上限値Ｎｉ＿ｍａｘの範囲内で増す。
【００５４】
図１１は、（ａ）噴射回数Ｎｉの増加前に係るタンブル流動５３１、及び（ｂ）噴射回数Ｎｉの増加後に係るタンブル流動５３１を示す気筒２０１の断面図である。
【００５５】
図１１（ａ）に示すように、噴射回数Ｎｉが１回の場合、或いはシングル噴射の場合には、噴霧５３２の貫徹力が強いため、タンブル流動５３１の増強度合が大きい。一方で、噴射回数Ｎｉを上げた場合、或いはマルチ噴射の場合には、噴霧５３２は分割され、個々の貫徹力が弱まるので、タンブル流動５３１の増強度合が小さくなる。タンブル流動５３１の増強度合いが弱まるほど、早めに点火しなければ目的トルクが得られない。それゆえ、点火時期を進角させることが好ましい。
【００５６】
図１２は、噴射回数Ｎｉに応じた燃料噴射終了時期と点火時期との関係を示す特性図である。
【００５７】
図１２には、噴射回数Ｎｉを増やすほど、燃料噴射終了時期が遅角し、点火時期が進角する様子が示されている。
【００５８】
このように、タンブル流動５３１の抑制に応じて点火時期は進角側に切り替えられる（ステップＳ５１３）。その結果、点火時の気筒内圧力が下がるので、要求放電電圧を低下させることができる（図３も参照のこと）。
【００５９】
（２）第２実施形態
次に、第２実施形態に係る内燃機関２００の制御装置について説明する。第２実施形態は、特に、燃料噴射時期Ａｉｎｊの進角により、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）を実現する。その基本構成及び動作処理は、図１から図９と同様でよいので、同一の構成については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を適宜省略する。
【００６０】
図１３は、第２実施形態に係る、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００６１】
図１３において、先ず、ＥＣＵ１００は、ＲＡＭに記憶された現在の燃料噴射時期Ａｉｎｊが、タンブル流動５３１を抑制させるために適した最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒ  となっているか否かを判定する（ステップＳ５２１）。
【００６２】
ここで、現在の燃料噴射時期Ａｉｎｊが、既に最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒとなっている場合（ステップＳ５２１：Ｎｏ）、運転者にプラグの交換を要求し（ステップＳ５２４）、本処理を終える。
【００６３】
他方で、現在の燃料噴射時期Ａｉｎｊが、最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒとなっていない場合には（ステップＳ５２１：Ｙｅｓ）、その時期に切り替える（ステップＳ５２２）。そうすると、タンブル流動５３１が好適に抑制される。
【００６４】
それに応じて点火時期は進角側に切り替えられる（ステップＳ５２３）。その結果、点火時の気筒内圧力が下がるので、要求放電電圧を低下させることができる。
【００６５】
ここで、上述の最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒについて、図１４及び図１５を参照して説明を加える。
【００６６】
図１４は、（ａ）燃料噴射時期Ａｉｎｊが最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒではない場合のタンブル流動５３１、及び（ｂ）燃料噴射時期Ａｉｎｊが最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒである場合のタンブル流動５３１を示す気筒２０１の断面図である。
【００６７】
図１４（ａ）に示すように、通常は、燃料噴射時期Ａｉｎｊが最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒではない場合、タンブル流動５３１は、同方向に噴射された噴霧５３２により増強されてしまう。ところが、図１４（ｂ）に示すように、燃料噴射時期Ａｉｎｊを所定量だけ進角させて最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒとすると、それに応じてピストン２０３位置が上昇する。そうすると、噴霧５３２が気筒２０１の内壁よりも先にピストン２０３の頭部に衝突し、噴霧５３２は気筒２０１のヘッド方向に巻き上がり、タンブル流動５３１と対向する流れになる。このためタンブル流動５３１は抑制される。
【００６８】
図１５は、燃料噴射時期Ａｉｎｊに対する点火時期を示す特性図である。
【００６９】
図１５においては、タンブル流動５３１を抑制させるために適した最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒは、約２７０〜２９０［ｄｅｇＢＴＤＣ］である。燃料噴射時期Ａｉｎｊをかかる時期に設定することで、要求放電電圧を低下させることができる。
【００７０】
（３）第３実施形態
次に、第３実施形態に係る内燃機関２００の制御装置について説明する。第３実施形態は、特に、燃料噴射圧力Ｐの低減により、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）を実現する。その基本構成及び動作処理は、図１から図９と同様でよいので、同一の構成については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を適宜省略する。
【００７１】
図１６は、第３実施形態に係る、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００７２】
図１６において、先ず、ＥＣＵ１００は、ＲＡＭに記憶された現在の燃料噴射圧力Ｐが、その下限値Ｐｍｉｎよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５３１）。なお、燃料噴射圧力の下限値Ｐｍｉｎは、当該圧力の低下に伴い燃料噴射終了時期が遅くなった結果、逆に点火時期の遅角を生じさせないような圧力の下限値として、実験やシミュレーションによって予め定められる値である。
【００７３】
ここで、現在の燃料噴射圧力Ｐが、その下限値Ｐｍｉｎ以下の場合（ステップＳ５３１：Ｎｏ）、運転者にプラグの交換を要求し（ステップＳ５３４）、本処理を終える。
【００７４】
他方で、現在の燃料噴射圧力Ｐが、その下限値Ｐｍｉｎよりも大きい場合（ステップＳ５３１：Ｙｅｓ）、燃料噴射圧力Ｐを、所定の増減ステップＰｓｔｅｐだけ低減する（ステップＳ５３２）。そうすると、タンブル流動５３１を必要以上に強めないで済む。
【００７５】
それに応じて点火時期は進角側に切り替えられる（ステップＳ５３３）。その結果、点火時の気筒内圧力が下がるので、要求放電電圧を低下させることができる。
【００７６】
ここで、上述の燃料噴射圧力Ｐとタンブル流動５３１との関係について、図１７及び図１８を参照して説明を加える。
【００７７】
図１７は、（ａ）燃料噴射圧力Ｐの低減前に係るタンブル流動５３１、及び（ｂ）燃料噴射圧力Ｐの低減後に係るタンブル流動５３１を示す気筒２０１の断面図である。
【００７８】
図１７（ａ）に示すように、燃料噴射圧力Ｐの低減前では、タンブル流動５３１は、同方向に噴射された噴霧５３２により増強されてしまう。ところが、図１７（ｂ）に示すように、燃料噴射圧力Ｐを低減すれば、タンブル流動５３１を必要以上に強めないで済むことになる。
【００７９】
図１８は、燃料噴射圧力Ｐと、点火時期との関係を示す特性図である。
【００８０】
図１８に示すように、燃料噴射圧力Ｐを低減すると、タンブル流動５３１の増強効果が弱まり、点火時期は進角する。これにより、要求放電電圧を低下させることができる。
【００８１】
尚、上述した各実施形態において、「燃料噴射弁２０８」が本発明に係る「燃料噴射弁」の一例であり、「点火プラグ２０７」が本発明に係る「点火プラグ」の一例であり、要求放電電圧の推定値Ｖｒの算出処理（ステップＳ３）を実行する「ＥＣＵ１００」が本発明に係る「推定手段」の一例であり、「要求放電電圧の推定値Ｖｒ」が本発明に係る「推定手段」によって推定される「要求放電電圧」の一例であり、「規定電圧値Ｖｓ」が本発明に係る「規定電圧値」の一例であり、「タンブル流動５３１」が本発明に係る「筒内流動」の一例であり、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）を実行する「ＥＣＵ１００」が本発明に係る「噴射制御手段」の一例であり、「噴射回数Ｎｉ、燃料噴射時期Ａｉｎｊ、燃料噴射時期Ａｉｎｊ」が本発明に係る「燃料噴射弁の噴射態様」の一例である。
【００８２】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置も又、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１実施形態に係る制御装置が適用されている内燃機関２００の模式的な断面図である。
【図２】ＥＣＵ１００の入出力のうち、本実施形態において特に必要なものを抜粋して示すブロック図である。
【図３】点火時期と要求放電電圧との関係を示す特性図である。
【図４】第１実施形態に係る内燃機関の制御装置によって実行されるメインルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係る、要求放電電圧の推定値Ｖｒの算出処理（ステップＳ３）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】クランク角ＣＡと気筒内圧力Ｐａとの関係を示す特性図である。
【図７】（ａ）吸気弁閉じ時の燃焼室容積Ｖｉｎｃ、及び（ｂ）点火時の燃焼室容積Ｖｓａを夫々示す、気筒２０１の断面図である。
【図８】（ａ）点火時の気筒内圧力の推定値Ｐｓａと基本要求放電電圧Ｖｒ＿１との関係、（ｂ）放電エネルギの総和ΣｅとプラグギャップＧａｐ、及びプラグギャップに伴う要求放電電圧の増加量Ｖｇａｐの各々との関係を夫々示す特性図である。
【図９】（ａ）排気空燃比Ａ／Ｆに応じた補正係数Ｋａ／ｆ、（ｂ）冷却水温Ｗｔに応じた補正係数Ｋｗｔ、（ｃ）ＥＧＲ量に応じた補正係数Ｋｅｇｒ、（ｄ）機関回転数Ｎｅに応じた補正係数Ｋｎｅ、及び（ｅ）点火プラグ位置Ｈｐに応じた補正係数Ｋｈｐを夫々示した特性図と、（ｆ）点火プラグ位置Ｈｐを示す燃焼室５３の上面図である。
【図１０】第１実施形態に係る、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）噴射回数Ｎｉの増加前に係るタンブル流動５３１、及び（ｂ）噴射回数Ｎｉの増加後に係るタンブル流動５３１を示す気筒２０１の断面図である。
【図１２】噴射回数Ｎｉに応じた燃料噴射終了時期と点火時期との関係を示す特性図である。
【図１３】第２実施形態に係る、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】（ａ）燃料噴射時期Ａｉｎｊが最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒではない場合のタンブル流動５３１、及び（ｂ）燃料噴射時期Ａｉｎｊが最適燃料噴射時期Ａｉｎｊ＿ｔａｒである場合のタンブル流動５３１を示す気筒２０１の断面図である。
【図１５】燃料噴射時期Ａｉｎｊに対する点火時期を示す特性図である。
【図１６】第３実施形態に係る、要求放電電圧の抑制処理（ステップＳ５）のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】（ａ）燃料噴射圧力Ｐの低減前に係るタンブル流動５３１、及び（ｂ）燃料噴射圧力Ｐの低減後に係るタンブル流動５３１を示す気筒２０１の断面図である。
【図１８】燃料噴射圧力Ｐと、点火時期との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８４】
２００…内燃機関、２０６…吸気管、２１０…排気管、２０８…燃料噴射弁、２０７…点火プラグ、１００…ＥＣＵ、５３１…タンブル流動
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2009191767.tif 000019
【図１８】
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