JP6095413B2 - 火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、火花点火式内燃機関を制御する制御装置に関する。

火花点火式内燃機関では、気筒に設けられた点火プラグによって燃焼室内の混合気に点火する。点火の際、点火プラグは、点火コイルにて発生する誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を発生させる。

点火コイルは、互いに磁気回路及び磁束を共有する一次側コイル及び二次側コイルの組であり、一次側コイルを流れる電流を遮断した瞬間に二次側コイルに高圧の誘導電圧を誘起するものである。それ故、火花点火に先んじて、一次側コイルに予めある大きさ以上の一次電流を流しておく必要がある。一次電流の通電／遮断の切り替えは、半導体スイッチング素子を用いたイグナイタを介して行う（例えば、下記特許文献１を参照）。

電源バッテリから供給される直流電圧を一次側コイルに印加して通電を開始すると、一次電流は逓増する。その増加の速さは時間の経過とともに衰えてゆき、究極的には、印加される直流電圧と回路内部の抵抗との比に応じた電流量に飽和することとなる。

点火プラグにおいて火花放電を惹起するために要求される誘導電圧、換言すれば遮断前の一次電流の大きさは、上記の飽和電流量よりも小さい。近時のイグナイタには、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能が実装されている。この種のイグナイタは、一次側コイルを流れる一次電流を恒常的にセンシングし、その一次電流の大きさが既定値以下である間は半導体スイッチを点弧する一方、既定値を超えたときには半導体スイッチを消弧することで、一次電流を既定値にクリップする（例えば、下記特許文献２を参照）。

特開２０１２−０８４４３２号公報 特開２００８−０４５５１４号公報

遮断前の一次電流の大きさが不足していると、一次電流の遮断後に二次側コイルに発生する誘導電圧が低くなり、混合気の着火及び燃焼に悪影響を及ぼす。よって、従来、一次電流を十分に増大させるべく、一次側コイルに通電する時間をコイルの発熱限界を超えない範囲でできるだけ長く設定することが通例であった。

このため、多くの場合、火花放電の直前期にはイグナイタの電流制限機能が働いている。一次側コイルに通電している時間のうち、イグナイタの電流制限機能が働く電流制限期間は、火花放電そのものには寄与せず、本来不要である。即ち、電流制限期間においては電気エネルギを浪費しており、その浪費が積み重なって燃費の低下につながっていた。

本発明は、点火コイルの一次側コイルへの通電時間を適正化し、不要なエネルギの浪費を抑制することを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、気筒に設けられた点火プラグによる火花点火に先んじた点火コイルの一次側コイルへの通電の際、その通電を開始してから、一次側コイルを流れる一次電流の大きさが点火プラグにおける火花放電を惹起するのに十分な値に到達するまでの所要時間を学習し、以後の点火の機会において、先に学習した所要時間に、現在の電源バッテリの状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値及びＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）率を表す指標値に基づいて定められる予備時間を加味した上、一次電流を遮断し火花点火を惹起するべき時点から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点を決定するものであり、バッテリが十分に充電されている場合に前記予備時間を０とし、さもなくば現在の電源バッテリの状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値及びＥＧＲ率を表す指標値に基づいて前記予備時間を定める火花点火式内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、点火コイルの一次側コイルへの通電時間を適正化でき、不要なエネルギの浪費を抑制することが可能である。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態における火花点火装置の回路図。 イグナイタの点弧から火花点火へと至る期間における、点火コイルの一次側コイルを流れる一次電流の推移を示す図。 内燃機関の気筒における燃焼圧及びイオン電流のそれぞれの推移を示す図。 イグナイタの点弧から火花点火へと至る期間における、点火信号及び点火プラグの電極を流れる電流信号のそれぞれの推移を示す図。 イグナイタの点弧から火花点火へと至る期間における、点火信号及び点火プラグの電極を流れる電流信号のそれぞれの推移を示す図。 イグナイタの点弧から火花点火へと至る期間における、点火信号及び点火プラグの電極を流れる電流信号のそれぞれの推移を示す図。 バッテリ電圧とこれに基づいて定められる予備時間との関係を示す図。 内燃機関の負荷とこれに基づいて定められる予備時間との関係を示す図。 内燃機関の負荷とこれに基づいて定められる予備時間との関係を示す図。 内燃機関の負荷とこれに基づいて定められる予備時間との関係を示す図。 ＥＧＲ率とこれに基づいて定められる予備時間との関係を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。

図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子１３１を包有するイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３の半導体スイッチ１３１が点弧して点火コイル１４の一次側に電流が流れ、その直後の火花点火のタイミングで半導体スイッチ１３１が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。二次側の誘導電圧は、１０ｋＶないし３０ｋＶに達する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。

点火コイル１４の一次側コイルは、半導体スイッチ１３１を介して車載の電源バッテリ１７に接続する。半導体スイッチ１３１を点弧し、バッテリ１７から供給される直流電圧を一次側コイルに印加して通電を開始すると、一次側コイルを流れる一次電流は逓増する。

図３に、一次側コイルへの通電開始後の一次電流の推移を例示する。図３中、電流制限機能が働かない場合を破線で描画し、電流制限機能が働く場合を鎖線で描画している（実線については、後述する）。バッテリ１７及び一次側コイルを含む電気回路をＲＬ直列回路と仮定すると、ｔ＝０時点にて直流電圧Ｅを印加した場合の一次電流Ｉ（ｔ）は、
Ｉ（ｔ）＝｛１−ｅ^-(R/L)t｝Ｅ／Ｒ
となる。即ち、過渡現象として一次電流は逓増するが、その増加の速さは徐々に衰える。十分に長い時間が経過すると、図３中の破線のように一次電流はＥ／Ｒに飽和する。

イグナイタ１３は、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能を有している。この電流制限機能は、今日普及している既製のイグナイタと同様である。具体的には、制御回路１３２が、検出抵抗１３３を介して、一次電流を当該抵抗１３３の両端間電圧の形で恒常的に計測する。そして、その一次電流（抵抗１３３の両端間電圧）の大きさが既定値以下である間は半導体スイッチ１３１を点弧する一方、既定値を超えたときには半導体スイッチ１３１を消弧する。これにより、一次電流を図３中の鎖線のように既定値にクリップする。

さらに、イグナイタ１３は、点火コイル１４またはイグナイタ１３自身の温度が閾値を超えるような異常発熱を感知した場合に、一次側コイルへの通電を強制的に遮断する機能をも有している。

ＥＣＵ０は、燃料の爆発燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、燃焼状態の判定を行う。

図２に示すように、本実施形態では、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１５と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１６とを備える。バイアス電源部１５は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１５１と、キャパシタ１５１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１５２と、電流阻止用のダイオード１５３、１５４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１５５とを含む。増幅部１６は、オペアンプに代表される電圧増幅器１６１を含む。

点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１５１が充電され、その後キャパシタ１５１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１５５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗１５５の両端間の電圧は、増幅部１６により増幅されてイオン電流信号ｈとしてＥＣＵ０に受信される。

図４に、正常燃焼における、イオン電流及び気筒１内の燃焼圧力（筒内圧）のそれぞれの推移を例示する。図４中、イオン電流を実線で示し、燃焼圧を破線で示している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯していることが多い。図１に示す外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、車載バッテリ１７の状態を表す指標値（バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ温度のうち少なくとも一つまたは全て）を検出するバッテリセンサから出力されるバッテリ状態信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力される電流信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射時期（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火時期、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、燃焼の際に点火プラグ１２の電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用して、点火コイル１４の一次側コイルへの通電時間、つまりはイグナイタ１３における半導体スイッチ１３１の点弧のタイミングを学習する学習制御を実施する。

図５ないし図７に、ＥＣＵ０からイグナイタ１３に与える点火信号ｉ、及びＥＣＵ０がイオン電流検出用の回路を介して取得する電流信号ｈの値の時系列の推移を示す。電流信号ｈは、点火プラグ１２の電極を流れる電流を表すものであり、点火プラグ１２の両電極間の抵抗の大きさを表すものでもある。

図５は、半導体スイッチ１３１の点弧のタイミングの学習を完了する前の段階における信号ｉ、ｈの推移を示すものである。ＥＣＵ０は、火花点火に先んじて半導体スイッチ１３１を点弧し、点火コイル１４の一次側コイルに通電する。そして、点弧の時点ｔ₀から十分な通電時間が経過した時点ｔ₁にて半導体スイッチ１３１を消弧し、点火コイル１４の一次側コイルへの通電を遮断する。

正常燃焼の場合の電流信号ｈは、半導体スイッチ１３１の消弧に伴い点火プラグ１２の両電極間に惹起される火花放電の期間を経過した時点ｔ₂の後に顕著に現れる、気筒１の燃焼室内に発生したイオン電流の信号を含むものとなる。より詳しくは、時点ｔ₂にてＬＣ共振による信号が現れ、その後に燃焼に起因したイオン電流信号が現れる。

半導体スイッチ１３１の点弧時には、スパイク状のノイズが発生して電流信号ｈに重畳される。また、半導体スイッチ１３１の消弧前のある時点ｔ₃から消弧の時点ｔ₁までの期間において、電流信号ｈが振動している。この振動は、イグナイタ１３の電流制限機能の働きによるものである。即ち、逓増する一次電流が時点ｔ₃にて規定値に到達し、その一次電流が規定値を超えるときに制御回路１３２が半導体スイッチ１３１を瞬断する（そして、一次電流が規定値以下になると半導体スイッチ１３１を再点弧する）動作を反復して行うことから、イオン電流検出用の回路に振動的なノイズが乗り、このノイズが電流信号ｈに重畳されるのである。

一次側コイルに通電している時間のうち、イグナイタの電流制限機能が働く時点ｔ₃から時点ｔ₁までの電流制限期間は、火花放電そのものに寄与せず、本来不要である。一次電流が規定値に達している以上、既に一次電流は点火プラグ１２による火花点火を行うために十分な誘導電圧を二次側コイルに誘起できる程度に大きくなっている。電流制限期間に一次側コイルへの通電を続けることにより消費される電気エネルギは、全くの無駄である。

そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、一次側コイルに通電を開始した後、一次側コイルを流れる一次電流の大きさが点火プラグ１２における火花放電を惹起するのに十分な値に到達する時点ｔ₃を学習する。そして、以後の点火の機会において、先に学習した時点ｔ₃を用いて、一次側コイルへの通電を開始する時点ｔ₀’を決定する。その狙いは、上記の電流制限期間をできる限り短くすることにある。

ＥＣＵ０は、一次側コイルへの通電中にイオン電流検出用の回路を介して取得される電流信号ｈを参照し、半導体スイッチ１３１の点弧時点ｔ₀から電流信号ｈが振動し始める時点ｔ₃までの経過時間を計測する。時点ｔ₀から時点ｔ₃までの経過時間は、一次電流の大きさが十分な値に達するまでに要する時間であると言える。

あるいは、電流信号ｈが振動する時点ｔ₃から時点ｔ₁までの電流制限期間の長さを計測してもよい。一次側コイルへの通電時間、即ち半導体スイッチ１３１の点弧の時点ｔ₀及び消弧の時点ｔ₁は、ＥＣＵ０にとって所与のものである。一次側コイルへの通電時間から電流制限期間の長さを減算すれば、一次電流の大きさが十分な値に達するまでに要する時間を得ることができる。

ＥＣＵ０は、計測した時点ｔ₃（時点ｔ₀から時点ｔ₃までの経過時間、または、時点ｔ₃から時点ｔ₁までの経過時間）を、学習値としてメモリに記憶保持する。言うまでもなく、時点ｔ₃は、一次電流の大きさが点火プラグ１２における火花放電を惹起するのに十分な値に到達するまでの所要時間を示唆している。

時点ｔ₃の学習は、広汎な運転領域［エンジン回転数，要求負荷］において実施することができる。加速の過渡期、減速の過渡期に限らず、運転領域が比較的変動せず安定している定常期においても、時点ｔ₃の学習を行う。

尤も、エンジン回転数が所定閾値を上回る高回転域では、時点ｔ₃を学習しないことが望ましい。高回転域では、各気筒１における膨張行程の頻度が高く、点火コイル１４の一次側コイルに通電している時間の（吸気、圧縮、膨張、排気の一サイクルに対する）割合が大きくなって、点火コイル１４が発熱する。点火コイル１４の温度が顕著に高くなると、イグナイタ１３が通電を強制的に遮断することになるが、このときに時点ｔ₃の学習を行うと、誤学習となってしまう。よって、高回転域では学習を行わない。

また、時点ｔ₃の学習は、内燃機関の暖機が完了している、即ち冷却水温が所定値以上であるという条件を満足している場合に限り実施する。一次側コイルを含む電気回路の抵抗は温度によって変動するため、暖機完了前に学習を行うと誤学習となるおそれがある。上掲の一次電流Ｉ（ｔ）の式に則して述べれば、抵抗Ｒが変化するとＩ（ｔ）も変化するということである。よって、内燃機関の暖機が完了していない段階では行わない。

時点ｔ₃の学習値を用いれば、電流制限期間を極小化する通電開始時点ｔ₀’を決定することが可能である。図６に、半導体スイッチ１３１の点弧のタイミングの学習を完了した後の段階において、後述する予備時間を加味しない理想的な通電開始時点ｔ₀’から半導体スイッチ１３１を点弧した場合の信号ｉ、ｈの推移を示す。ＥＣＵ０は、運転領域やノッキングの有無等に応じて設定する点火時期にタイミングを合わせて半導体スイッチ１３１を消弧することを前提として、その消弧時点ｔ₁の直前に一次側コイルを流れる一次電流が規定値近傍まで増大しているように、半導体スイッチの点弧時点ｔ₀’を決定する。

具体的には、ＥＣＵ０が、新たな点弧時点ｔ₀’から消弧時点ｔ₁までの経過時間が、過去の学習において計測した点弧時点ｔ₀から電流制限期間の開始時点ｔ₃までの経過時間にほぼ等しくなるように時点ｔ₀’を決定する。あるいは、過去の学習における点弧時点ｔ₀から新たな点弧時点ｔ₀’までの遷移の時間差が、過去の学習において計測した電流制限期間の長さ、即ち電流制限期間の開始時点ｔ₃から消弧時点ｔ₁までの経過時間にほぼ等しくなるように時点ｔ₀’を決定する。

さすれば、電流制限期間が最小となる。図３では、学習値ｔ₃によらない通電開始時点ｔ₀から半導体スイッチ１３１を点弧した場合の一次電流の推移を鎖線で描画し、学習値ｔ₃に基づく理想的な通電開始時点ｔ₀’から半導体スイッチ１３１を点弧した場合の一次電流の推移を実線で描画している。

但し、理想的な通電開始時点ｔ₀’から一次側コイルへの通電を開始することが、常に適切であるとは限らない。

まず、一次側コイルを流れる一次電流の逓増の速さが、そのときのバッテリ１７の充電量その他の状態如何によって変わる。上掲の一次電流Ｉ（ｔ）の式に則して述べれば、バッテリ電圧Ｅが変化するとＩ（ｔ）も変化するということである。バッテリ電圧が低い状況下で、理想的な通電開始時点ｔ₀’から半導体スイッチ１３１を点弧した場合、これを消弧する時点ｔ₁で一次電流が必要十分な大きさに到達せず、二次側コイルに十分な高電圧を誘起できない。

さらに、火花放電による混合気への着火のし易さや、混合気の燃焼の安定性は、そのときの内燃機関の負荷（出力）、吸気のＥＧＲ率等による影響を受ける。高負荷運転時は、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量が多く、点火時期における気筒１内の混合気の圧力及び密度が高いことから、点火プラグ１２の電極間で火花放電を惹起するためにより大きな印加電圧が要求される。

低負荷運転時は、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量が少なく、点火時期における気筒１内の混合気の圧力及び密度が低い。確実に着火燃焼させるには、火花放電の時間を長く延ばすことが望ましく、そのためには点火コイル１４にできるだけ大きな電気エネルギを蓄えておく必要がある。

加えて、混合気のＥＧＲ率が高い場合には、そもそも燃焼が不安定となりやすい。

何れにせよ、理想的な通電開始時点ｔ₀’から半導体スイッチ１３１を点弧すると、消弧時点ｔ₁での一次電流の大きさが不足するおそれがある。

故に、本実施形態では、過去に学習した所要時間に、現在の電源バッテリ１７の状態を表す指標値、現在の内燃機関の負荷を表す指標値、現在のＥＧＲ率を表す指標値に基づいて定められる予備時間を加味した上、点火時期即ち一次電流を遮断する時点ｔ₁から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点ｔ₀’’を決定することとしている。

図７に、予備時間を加味した通電開始時点ｔ₀’’から半導体スイッチ１３１を点弧した場合の信号ｉ、ｈの推移を示す。通電開始時点ｔ₀’’から理想の時点ｔ₀’までの経過時間が、ＥＣＵ０が定める予備時間である。この予備時間の分だけ、通電開始時点ｔ₀’’が早まり、一次側コイルに通電する時間が長くなり、半導体スイッチ１３１の消弧時点ｔ₁にて一次電流が不足するおそれが小さくなる。

バッテリ１７の状態を表す指標値の例としては、バッテリ１７の端子電圧が挙げられる。図８に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、現在のバッテリ電圧が低いほど、長い予備時間を設定する。バッテリ電圧に対する予備時間の変化率（特性曲線の勾配）は、バッテリ電圧が比較的高い領域では小さく、バッテリ電圧が比較的低い領域では大きい。これは、バッテリ電圧が低いほど、火花放電による着火に失敗する可能性が高いことによる。

内燃機関の負荷を表す指標値の例としては、サージタンク３３内圧力、アクセル開度、気筒１に充填される吸気量等が挙げられる。低負荷運転時の着火性を重視する（中高負荷では着火に失敗する可能性が低いと想定される）ならば、図９に示すように、現在のサージタンク内３３が低い（または、アクセル開度が小さい、吸気量が少ない）ほど、長い予備時間を設定する。翻って、高負荷運転時の着火性を重視する（低中負荷では着火に失敗する可能性が低いと想定される）ならば、図１０に示すように、現在のサージタンク内３３が高い（または、アクセル開度が大きい、吸気量が多い）ほど、長い予備時間を設定する。

低負荷運転時、高負荷運転時の双方を重視するならば、図１１に示すように、比較的低負荷の運転領域にてサージタンク内３３が低いほど長い予備時間を設定し、比較的高負荷の運転領域にてサージタンク内３３が高いほど長い予備時間を設定する。中負荷領域では、予備時間が最も短くなる。

ＥＧＲ率を表す指標値の例としては、ＥＣＵ０が演算している要求ＥＧＲ率や、ＥＧＲバルブ２３の開度等が挙げられる。図１２に示すように、ＥＣＵ０は、現在の要求ＥＧＲ率が高いほど（または、ＥＧＲバルブ２３の開度が大きいほど）、長い予備時間を設定する。

ＥＣＵ０が、上記の予備時間を加味して決定した点弧時点ｔ₀’’にて半導体スイッチ１３１を点弧することで、点火時期のタイミングに合わせた消弧時点ｔ₁にて、一次側コイルを流れる一次電流が規定値近傍まで増大している状態を実現できる。いわば、過去に学習した学習値ｔ₃に依拠する通電開始時点ｔ₀’を、刻々と変化し得るバッテリ１７や内燃機関の現況に応じて補正するフィードフォワード制御により、一次側コイルへの通電時間を最適化して、点火プラグ１２における火花放電及び混合気への着火を確実ならしめることができる。

しかも、図７に示しているように、無駄な通電時間である、一次電流が規定値にクリップされる電流制限期間（時点ｔ₃から時点ｔ₁まで）の長さを可及的に短縮することができ、エネルギの消費量を削減できる。

時点ｔ₃の学習、及び学習した時点ｔ₃を用いた半導体スイッチ１３１の点弧のタイミングｔ₀’’の制御は、気筒１毎に個別に行う。時点ｔ₃の学習値は気筒１毎に異なり、半導体スイッチ１３１の点弧のタイミングｔ₀’’もまた気筒１毎に異なり得る。

バッテリが十分に充電されている場合、内燃機関の状況によっては、予備時間が０となり、通電開始時点ｔ₀’’が理想の時点ｔ₀’に等しくなることもあり得る。

バッテリ１７の状態に基づく予備時間、内燃機関の負荷に基づく予備時間、ＥＧＲ率に基づく予備時間は、全てを加味して通電開始時点ｔ₀’’を決定してもよいし、これらのうちの一部のみを加味して通電開始時点ｔ₀’’を決定してもよい。

本実施形態では、燃焼の際に点火プラグ１２の電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用し、点火プラグ１２による火花点火に先んじた点火コイル１４の一次側コイルへの通電の際、その通電を開始してから、一次側コイルを流れる一次電流の大きさが点火プラグ１２における火花放電を惹起するのに十分な値に到達するまでの所要時間（学習値ｔ₃）を学習し、以後の点火の機会において、先に学習した所要時間に、現在の電源バッテリ１７の状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値またはＥＧＲ率を表す指標値の何れか少なくとも一つに基づいて定められる予備時間を加味した上、一次電流を遮断し火花点火を惹起するべき時点ｔ₁から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点ｔ₀’’を決定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、既に一次電流が火花放電を惹起するのに十分な大きさになっているにもかかわらず、一次側コイルに通電し続けることによる電気エネルギの浪費を低減することができる。ひいては、燃費の一層の向上に資する。

加えて、一次側コイルに通電を開始してから一次電流の大きさが十分な値に到達するまでに要する通電時間は、一次側コイルと接続しているバッテリ１７の充電状態如何によって変動し得る。また、火花放電による着火のし易さや燃焼の安定性は、そのときの内燃機関の負荷、ＥＧＲ率等による影響を受ける。一次側コイルへの通電開始時点ｔ₀’’を決定するにあたり、過去に学習した所要時間に、現在のバッテリの充電状態、機関負荷、ＥＧＲ率等に応じた予備時間を加味することで、着火及び燃焼の確実性が高まる。

さらには、上記の所要時間の学習を通じて、点火コイル１４の個体差または点火系の電気回路の個体差を吸収することができる。

点火コイル１４に通電している時間が短縮（電流制限期間が減少）することで、点火コイル１４の過加熱を抑制することにつながり、点火コイル１４を含む点火系の寿命の延長にも奏効する。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、ＥＣＵ０が、イオン電流検出用の回路を介して点火コイル１４の二次側コイルを流れる振動的な電流信号ｈを取得し、これを基に学習を行っていた。しかしながら、二次側コイルを流れる電流ｈを検出可能な回路であれば、燃焼の際に発生するイオン電流の検出を目的とした回路である必要はない。

これ以外に、一次側コイルを流れる一次電流の大きさを直接計測可能な回路を併設しておき、ＥＣＵ０がこの回路を介して一次電流を恒常的にサンプリング計測し、一次電流が火花放電を惹起するのに十分な規定値に到達するために要する所要時間（到達時点ｔ₃）を学習値として知得するものとしてもよい。

予備時間を定めるために参酌されるＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）は、内部ＥＧＲ率であることがあり、あるいは、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率とを総合したＥＧＲ率であることがある。内燃機関が、吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングを変化させることのできるＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）機構を備えたものである場合には、そのＶＶＴ機構により実現されるバルブタイミング、または吸気バルブと排気バルブとがともに開弁するバルブオーバラップ期間を、内部ＥＧＲ率を表す指標値とし、これが大きいほど長い予備時間を設定することが考えられる。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１２…点火プラグ
１３…イグナイタ
１４…点火コイル
１７…電源バッテリ
ｄ…バッテリ状態信号
ｉ…点火信号
ｈ…電流信号
ｔ₀’…学習した所要時間に基づいて決定される一次側コイルへの通電開始時点
ｔ₀’’…学習した所要時間に予備時間を加味したものに基づいて決定される一次側コイルへの通電開始時点
ｔ₃…一次電流の大きさが火花放電の惹起に十分な値まで増大する時点

Claims (1)

1. 気筒に設けられた点火プラグによる火花点火に先んじた点火コイルの一次側コイルへの通電の際、その通電を開始してから、一次側コイルを流れる一次電流の大きさが点火プラグにおける火花放電を惹起するのに十分な値に到達するまでの所要時間を学習し、
   以後の点火の機会において、先に学習した所要時間に、現在の電源バッテリの状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値及びＥＧＲ率を表す指標値に基づいて定められる予備時間を加味した上、一次電流を遮断し火花点火を惹起するべき時点から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点を決定するものであり、
   バッテリが十分に充電されている場合に前記予備時間を０とし、さもなくば現在の電源バッテリの状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値及びＥＧＲ率を表す指標値に基づいて前記予備時間を定める火花点火式内燃機関の制御装置。

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