JP6252324B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、理論空燃比よりも燃料が希薄な状態で燃焼させるリーン運転を行う内燃機関が知られている。例えば特許文献１では、失火の発生を回避するため、点火プラグの点火放電時間に応じ、リーン運転と、理論空燃比で燃焼させるストイキ運転とを切り替えている。

特許第４９３８４０４号公報

特許文献１では、失火の発生を回避するため、リーン運転領域においてもストイキ運転とすることがあるため、燃費が悪化する虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、失火を抑制するとともに、燃費を改善可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関システムを制御する。内燃機関システムは、点火装置を備え、燃焼により生じた排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室に供給可能である。
点火装置は、点火コイル、イグナイタ部、および、エネルギ投入部を有する。
点火コイルは、一次コイルおよび二次コイルを有する。一次コイルは、直流電源から供給される一次電流が流れる。二次コイルは、内燃機関の燃焼室において混合気に点火する点火プラグの電極に接続され、一次電流の通電および遮断によって発生する二次電圧が印加され二次電流が流れる。
イグナイタ部は、点火スイッチを有する。点火スイッチは、一次コイルの直流電源と反対側である接地側に接続され、一次電流の通電および遮断を切り替える。
エネルギ投入部は、点火スイッチにより一次電流を遮断し当該遮断による電圧で点火プラグにて放電が発生した後の所定のエネルギ投入期間において、エネルギを投入する。

内燃機関の制御装置は、異常判定手段と、点火方式決定手段と、Ｇ／Ｆ比決定手段と、を備える。
異常判定手段は、エネルギ投入部によるエネルギ投入が可能か否かを判定する。
点火方式決定手段は、異常判定手段による判定結果および内燃機関の動作点に基づき、点火方式を、通常点火、または、エネルギ投入点火とする。通常点火では、一次電流の遮断により生じるエネルギにより点火する。エネルギ投入点火では、一次電流の遮断によるエネルギに加え、エネルギ投入部からのエネルギ投入を行う。
Ｇ／Ｆ比決定手段は、異常判定手段による判定結果および動作点に基づき、燃焼室に供給される空気およびＥＧＲガスを含む気体である吸入ガスと燃料との比であるＧ／Ｆ比を決定する。

異常判定手段により、エネルギ投入部によるエネルギ投入ができないと判定された場合、点火方式決定手段は、動作点によらず点火方式をエネルギ投入を実施しない通常点火とし、Ｇ／Ｆ決定手段は、動作点がエネルギ投入部によるエネルギ投入ができる場合にエネルギ投入点火を行うエネルギ投入点火領域であるとき、エネルギ投入ができる場合とは異なるＧ／Ｆ比とする。

点火装置は、エネルギ投入部を備え、一次電流の遮断により通電される二次電流により点火プラグにて放電を発生させた後に、エネルギ投入部により点火状態を継続可能なエネルギを投入するので、失火を抑制することができる。
また、エネルギ投入部の故障等によりエネルギ投入ができなくなった場合、内燃機関の動作点によらず、点火方式を通常点火としている。また、エネルギ投入点火領域において、エネルギ投入点火に替えて通常点火とした場合における最適値になるようにＧ／Ｆ比を変更している。これにより、例えばＥＧＲ還流をしない場合と比較し、エネルギ投入部によるエネルギ投入ができなくなった場合において、燃費が向上し、排気中のＮＯｘ等の増加を抑制することができる。

本発明の第１実施形態によるエンジンシステムの構成を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態による点火装置の構成図である。 本発明の第１実施形態による点火装置の基本動作を説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態によるエネルギ投入部が正常である場合の駆動モードの切り替えを説明する説明図である。 本発明の第１実施形態によるエネルギ投入部が故障した場合の駆動モードの切り替えを説明する説明図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態によるエネルギ投入部が正常である場合の駆動モードの切り替えを説明する説明図である。 本発明の第２実施形態によるエンジン制御処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明による内燃機関の制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
［エンジンシステムの構成］
まず、エンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、内燃機関システムとしてのエンジンシステム１０は、火花点火式の内燃機関としてのエンジン１３、および、点火装置３０等を備える。
エンジン１３は、例えば４気筒等の多気筒エンジンであり、図１では１気筒の断面を示す。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられる。

エンジン１３は、スロットル弁１４を通じて吸気マニホールド１５から供給される空気とインジェクタ１６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１７内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン１８を往復運動させる。ピストン１８の往復運動は、クランクシャフト１９により回転運動に変換されて出力される。燃焼により生じた燃焼ガスは、排気マニホールド７０を経由して大気中に放出される。
すなわち本実施形態のエンジン１３は、所謂「ポート噴射エンジン」であるが、燃料を燃焼室１７に直接噴射する所謂「直噴エンジン」としてもよい。

排気マニホールド７０には、排気中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒７１が設けられる。触媒７１の上流側には、排気中の酸素濃度を検出するフロントＯ₂センサ７２が設けられる。また、触媒７１の下流側には、触媒７１により浄化された排気中の酸素濃度を検出するリアＯ₂センサ７３が設けられる。

本実施形態では、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気側に導入する排気還流装置（以下、「ＥＧＲ装置」という。）７５が設けられる。ＥＧＲ装置７５は、ＥＧＲ配管７６、および、ＥＧＲ弁７７を有する。ＥＧＲ配管７６は、排気マニホールド７０の触媒７１の上流側と、吸気マニホールド１５とを連通する。ＥＧＲ弁７７は、ＥＧＲ配管７６の途中に設けられ、ＥＧＲ弁７７の開度を調整することで、燃焼室１７に導入するＥＧＲガス量を調整する。

ここで、燃焼室１７に供給される混合気についてまとめておく。スロットル弁１４を経由して吸入される気体を「空気」、ＥＧＲ配管７６から供給される気体を「ＥＧＲガス」、吸気マニホールド１５とＥＧＲ配管７６との合流部における「空気」と「ＥＧＲガス」との混合気体を「吸入ガス」、「吸入ガス」にインジェクタ１６から噴射された「燃料」が混合されたものを「混合気」とする。
また、「空気」と「燃料」との比を「Ａ／Ｆ比」、「吸入ガス（すなわち、「空気」＋「ＥＧＲガス」）」と「燃料」との比を「Ｇ／Ｆ（Gas/Fuel）比」とする。また、「混合気」中の「ＥＧＲガス」の割合を「ＥＧＲ率」とする。

燃焼室１７の入口であるシリンダヘッド２１の吸気ポートには、吸気弁２２が設けられる。また、燃焼室１７の出口であるシリンダヘッド２１の排気ポートには、排気弁２３が設けられる。吸気弁２２および排気弁２３は、バルブ駆動機構２４により開閉駆動される。なお、吸気弁２２および排気弁２３の少なくとも一方のバルブ駆動機構２４にバルブタイミングを調整する可変バルブ機構を設けてもよい。

燃焼室１７の混合気への点火は、点火装置３０により行われる。具体的には、点火装置３０により点火プラグ７の電極間での放電による火花を発生させ、発生した火花により燃焼室１７の混合気に点火される。
点火プラグ７は、エンジン１３の燃焼室１７で所定のギャップを隔てて対向する一対の電極（図２参照）を有する。点火プラグ７の電極間に放電電圧が印加されると、電極間のギャップに放電が発生する。放電電圧とは、電極間の絶縁を破壊し、放電が発生しうる程度の高電圧をいう。

「内燃機関の制御装置」としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力ポート等からなるマイクロコンピュータにより構成され、クランク角センサ３５、カム角センサ３６、水温センサ３７、スロットル開度センサ３８、吸気圧センサ３９、フロントＯ₂センサ７２、および、リアＯ₂センサ７３等の各種センサからの信号が入力される。ＥＣＵ３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、スロットル弁１４、インジェクタ１６、ＥＧＲ弁７７、および、点火回路ユニット３１等を制御することで、エンジン１３の運転状態を制御する。

［点火装置の構成］
点火装置３０は、点火回路ユニット３１、および、点火コイル４０を備える。
図２に示すように、点火コイル４０は、一次コイル４１、二次コイル４２、および、整流素子４３を有し、公知の昇圧トランスを構成している。
一次コイル４１は、一端が直流電源としてのバッテリ６の正極に接続され、他端が点火スイッチ４５を経由して接地される。以下、一次コイル４１のバッテリ６と反対側を「接地側」或いは「低電圧側」という。
二次コイル４２は、一次コイル４１と磁気的に結合されており、一端が点火プラグ７の一対の電極を経由して接地され、他端が整流素子４３および二次電流検出抵抗４７を経由して接地される。

以下、一次コイル４１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、二次コイル４２に流れる電流を二次電流Ｉ２とする。また、図２中に矢印で示すように、一次電流Ｉ１は、一次コイル４１から点火スイッチ４５に向かう方向の電流を正とし、二次電流Ｉ２は、二次コイル４２から点火プラグ７に向かう方向の電流を正とする。また、二次コイル４２の点火プラグ７側の電圧を二次電圧Ｖ２という。
整流素子４３は、ダイオードで構成され、二次電流Ｉ２を整流する。
点火コイル４０は、一次コイル４１を流れる電流の変化に応じた電磁誘導の相互誘導作用により二次コイル４２に高電圧を発生させ、この高電圧を点火プラグ７に印加する。本実施形態では、１つの点火プラグ７に対し、１つの点火コイル４０が設けられる。

点火回路ユニット３１は、イグナイタ部４４、二次電流検出抵抗４７、エネルギ投入部５０、二次電流検出回路６１、および、異常判定部６２を有する。
イグナイタ部４４は、点火スイッチ４５、および、整流素子４６を有する。
点火スイッチ４５は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成され、コレクタが一次コイル４１の接地側に接続され、エミッタが接地され、ゲートがＥＣＵ３２に接続される。点火スイッチ４５のエミッタは、整流素子４６を経由して、コレクタに接続される。

点火スイッチ４５は、ゲートに入力される点火信号ＩＧＴに応じてオンオフが切り替えられる。詳しくは、点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にオンとなり、点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にオフとなる。一次電流Ｉ１は、点火スイッチ４５により点火信号ＩＧＴに従って導通および遮断が切り替えられる。

エネルギ投入部５０は、ＤＣＤＣコンバータ５１、コンデンサ５６、放電スイッチ５７、放電用ドライバ回路５８、および、整流素子５９を有する。
ＤＣＤＣコンバータ５１は、エネルギ蓄積コイル５２、充電スイッチ５３、充電用ドライバ回路５４、および、整流素子５５から構成され、バッテリ６の電圧を昇圧してコンデンサ５６に供給する。

エネルギ蓄積コイル５２は、一端がバッテリ６に接続され、他端が充電スイッチ５３を経由して接地される。
充電スイッチ５３は、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）で構成されており、ドレインがエネルギ蓄積コイル５２に接続され、ソースが接地され、ゲートが充電用ドライバ回路５４に接続される。充電用ドライバ回路５４は、充電スイッチ５３のオンオフを切り替える充電スイッチ信号ＳＷｃを充電スイッチ５３のゲートに出力する。

整流素子５５は、ダイオードで構成され、コンデンサ５６からエネルギ蓄積コイル５２および充電スイッチ５３側への電流の逆流を防止する。
コンデンサ５６は、正極が整流素子５５を経由してエネルギ蓄積コイル５２と充電スイッチ５３との接続点に接続され、負極が接地される。コンデンサ５６は、ＤＣＤＣコンバータ５１から供給された電荷を蓄える。

充電スイッチ５３のオンオフは、後述するエネルギ投入期間信号ＩＧＷがオフとなっている間に行われる。充電スイッチ５３がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に誘起電流が流れ、電気エネルギが蓄積される。また、充電スイッチ５３がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に蓄積された電気エネルギがバッテリ６の直流電圧に重畳してコンデンサ５６側に放出される。これにより、コンデンサ５６の電圧は比較的高い電圧（例えば、１００［Ｖ］から数百［Ｖ］）に昇圧され充電される。

放電スイッチ５７は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成され、ドレインがコンデンサ５６の正極側に接続され、ソースが一次コイル４１と点火スイッチ４５との間に接続され、ゲートが放電用ドライバ回路５８に接続される。放電用ドライバ回路５８は、放電スイッチ５７のオンオフを切り替える放電スイッチ信号ＳＷｄを放電スイッチ５７のゲートに出力する。
整流素子５９は、ダイオードで構成され、点火コイル４０からコンデンサ５６への電流の逆流を防止している。

なお、図２では１気筒に対応する構成を記載しているが、実際には放電スイッチ５７より下流側の構成は気筒数分が並列して設けられ、放電スイッチ５７の下流側に気筒毎に設けられる気筒分配スイッチのオンオフに応じ、コンデンサ５６に蓄えられたエネルギが各経路に分配される。

二次電流検出回路６１は、二次電流検出抵抗４７の両端電圧に基づき、二次電流Ｉ２を検出する。また、二次電流検出回路６１は、二次電流Ｉ２を目標二次電流Ｉ２^*に一致させようとするフィードバック制御により、放電スイッチ５７のオンデューティ比を求め、放電用ドライバ回路５８に指令信号を出力する。ここで、オンデューティ比は、目標二次電流Ｉ２^*を下回るとオンされＩ２^*を上回るとオフされる結果により決定される。
異常判定部６２は、検出された二次電流Ｉ２等に基づき、エネルギ投入部５０の異常を判定し、判定結果をＥＣＵ３２に出力する。以下適宜、なんらかの異常により、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができないことを「エネルギ投入部故障」といい、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が可能であることを「エネルギ投入部正常」という。

ＥＣＵ３２は、クランク角センサ３５等の各種センサから取得したエンジン１３の運転情報に基づき、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、および、目標二次電流信号ＩＧＡを生成し、点火回路ユニット３１に出力する。
点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ４５のゲート、および、充電用ドライバ回路５４に入力される。点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴがハイレベルである期間、オンとなる。充電用ドライバ回路５４は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、充電スイッチ５３のゲートに対し、充電スイッチ５３をオンオフ制御する充電スイッチ信号ＳＷｃを繰り返し出力する。

エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、放電用ドライバ回路５８に入力される。放電用ドライバ回路５８は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがハイレベルである期間、放電スイッチ５７のゲートに対し、放電スイッチ５７をオンオフ制御する放電スイッチ信号ＳＷｄを繰り返し出力する。本実施形態では、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがハイレベルである期間が、「エネルギ投入期間」に対応する。
目標二次電流信号ＩＧＡは、目標二次電流Ｉ２^*を指示するための信号であり、放電用ドライバ回路５８に入力される。

［点火装置の作動］
点火装置３０の作動について図３のタイムチャートを参照して説明する。図３のタイムチャートは、共通時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、投入エネルギＰ、充電スイッチ信号ＳＷｃ、放電スイッチ信号ＳＷｄを示している。
ここで、コンデンサ電圧Ｖｄｃは、コンデンサ５６の電圧を意味する。また、投入エネルギＰは、コンデンサ５６から放出され、一次コイル４１の接地側端子から点火コイル４０に供給されるエネルギを意味し、１回のエネルギ投入期間におけるエネルギ供給開始からの積算値を示す。なお、エネルギ投入期間におけるエネルギ供給開始タイミングは、最初の放電スイッチ信号ＳＷｄが立ち上がる時間ｔ３である。

一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２は、図２の矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。以下の説明において、負の電流の大小に言及する場合、電流の絶対値を基準として大小を表す。すなわち、負の電流については、電流値がゼロから離れ絶対値が大きくなるほど「電流が増加する（または上昇する）」といい、ゼロに近づき絶対値が小さくなるほど「電流が減少する（または低下する）」という。

また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時間ｔ３から時間ｔ４までの期間における二次電流Ｉ２の制御目標値を「目標二次電流Ｉ２^*」とする。目標二次電流Ｉ２^*は、点火状態を良好に維持可能な程度の値に設定される。本実施形態では、波状の最大値と最小値との中間値を目標値とするが、波状の最大値または最小値を目標値としてもよい。

図３中の時間ｔ１にて点火信号ＩＧＴがハイレベル（図３中では「Ｈ」で示す。）になると、点火スイッチ４５がオンされ、一次電流Ｉ１が一次コイル４１に通電され、時間の経過に伴って一次電流Ｉ１が増加する。これにより、点火信号ＩＧＴがハイレベルである時間ｔ１から時間ｔ２の間に、一次コイル４１には電磁エネルギが蓄積される。
このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはローレベル（図３中では「Ｌ」で示す。）であり、放電スイッチ５７はオフされている。

また、点火信号ＩＧＴがハイレベルである期間、矩形波パルス状の充電スイッチ信号ＳＷｃが充電スイッチ５３のゲートに入力される。すると、充電スイッチ５３のオン後のオフ期間に、コンデンサ電圧Ｖｄｃがステップ状に上昇し、コンデンサ５６が充電される。なお、コンデンサ５６の充電は、点火信号ＩＧＴの発信に同期して開始する必要は必ずしもなく、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが立ち上がる前に十分な電気エネルギが蓄積されていればよい。また、コンデンサ電圧Ｖｄｃ（すなわちコンデンサ５６のエネルギ蓄積量）は、充電スイッチ信号ＳＷｃのオンデューティ比およびオンオフ回数により制御可能である。

時間ｔ２において、点火信号ＩＧＴがローレベルとなり、点火スイッチ４５がオフされると、一次コイル４１に通電されていた一次電流Ｉ１が急激に遮断され、一次電流Ｉ１により形成されていた磁界が消失する。すると、一次コイル４１に形成されていた磁界を打ち消すように、二次コイル４２に磁界が誘導され、二次コイル４２に大きな二次電圧Ｖ２が生じる。二次電圧Ｖ２が放電電圧に達すると、点火プラグ７の電極間に火花放電が生じ、二次コイル４２に二次電流Ｉ２（放電電流）が流れる。これにより、燃焼室１７の混合気に点火される。

時間ｔ２において、火花放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流Ｉ２は、破線で示すように、時間経過とともにゼロに近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電が終了する。本実施形態では、一次電流Ｉ１の遮断により生じるエネルギにより点火する方式を「通常点火」という。通常点火では、火花放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない。

一方、時間ｔ２後のタイミングである時間ｔ３において、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがハイレベルになると、放電スイッチ信号ＳＷｄがハイレベルとなり、放電スイッチ５７がオンされる。充電スイッチ５３がオフの状態にて放電スイッチ５７がオンされると、コンデンサ５６に蓄えられていたエネルギが放出され、一次コイル４１の接地側に投入される。これにより、一次コイル４１には、投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１が通電される。投入エネルギＰにより一次コイル４１の接地側から一次電流Ｉ１が通電されると、通常点火により通電される二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギＰによる一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が同じ極性で重畳される。

時間ｔ３から時間ｔ４までの期間は、放電スイッチ信号ＳＷｄに応じ、放電スイッチ５７のオンオフが繰り返される。これにより、二次電流Ｉ２には、放電スイッチ５７がオンされる毎に、投入エネルギＰによる一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が重畳される。すなわち、放電スイッチ信号ＳＷｄがオンになる毎にコンデンサ５６の蓄積エネルギにより一次電流Ｉ１が順次追加され、これに対応して二次電流Ｉ２が順次追加される。これにより、二次電流Ｉ２は、目標二次電流Ｉ２^*を含む所定範囲内となるように制御される。ここで、エネルギ投入部５０から供給される投入エネルギＰによる一次電流Ｉ１についても、「直流電源から供給される一次電流」の概念に含まれるものとする。
時間ｔ４において、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがローレベルになると、放電スイッチ信号ＳＷｄがオフ信号となり、放電スイッチ５７のオンオフ作動が停止し、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２がゼロとなる。

本実施形態では、点火スイッチ４５のオフによる放電後、一次コイル４１の接地側（すなわち低電圧側）から点火コイル４０にエネルギを投入することにより、一次コイル４１のバッテリ６側または二次コイル４２の点火プラグ７と反対側から点火コイル４０にエネルギを投入する場合と比較し、最低限のエネルギを効率よく投入し、点火可能な状態を持続させることができる。
以下、一次コイル４１の接地側からエネルギの投入を行う点火方式を「エネルギ投入点火」という。

ここで、ＥＣＵ３２によるエンジン１３の運転条件の制御について説明する。エンジン１３の運転条件の制御に用いる後述の各種マップは、適合等により設定され、ＥＣＵ３２に記憶されている。
ＥＣＵ３２では、エンジン１３から出力すべき要求駆動パワーに応じ、エンジン１３の動作点（回転数およびトルク）を決定する。また、ＥＣＵ３２では、エンジン１３の動作点に応じ、Ａ／Ｆ比、ＥＧＲ率、および、点火方式を決定する。

エネルギ投入部正常時において、図４に示すマップを用い、エンジン１３の動作点に応じ、Ａ／Ｆ比、ＥＧＲ率、および、点火方式を決定する。図４では、エンジン１３の動作点が実線Ｌ１１よりも小さい領域を第１領域Ｒ１１、実線Ｌ１１と実線Ｌ１２との間の領域を第２領域Ｒ１２、全負荷を規定する実線ＬＦと実線Ｌ１２との間の領域を第３領域Ｒ１３とする。

エネルギ投入部正常時において、エンジン１３の動作点が第１領域Ｒ１１または第２領域Ｒ１２である場合、点火方式をエネルギ投入点火とする。以下、点火方式をエネルギ投入点火とする第１領域Ｒ１１および第２領域Ｒ１２を、「エネルギ投入点火領域」とする。また、第３領域Ｒ１３では、点火方式を通常点火とする。

エネルギ投入部正常時において、エンジン１３の動作点が第１領域Ｒ１１である場合、Ａ／Ｆ比をリーン状態とし、第１マップに基づいてＥＧＲ率を決定する。また、エンジン１３の動作点が第２領域Ｒ１２である場合、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、第２マップに基づいてＥＧＲ率を決定する。第１マップおよび第２マップは、エンジン１３の動作点と最適なＥＧＲ率とが関連づけられている。
エンジン１３の動作点が第３領域Ｒ１３である場合、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とする。また、ＥＧＲ率は、点火方式を通常点火としたときにトルク制約上より可能な量とする。なお、全負荷時には、ＥＧＲ率はゼロとなる。

例えばＤＣＤＣコンバータ５１の異常等により、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができなくなるエネルギ投入部故障が生じた場合、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができないので、動作点が実線ＬＦより小さい全領域において、点火方式は通常点火とする。
また、エネルギ投入部故障時において、図５に示すマップを用い、エンジン１３の動作点に応じ、Ａ／Ｆ比、および、ＥＧＲ率を決定する。

ここで、全領域において、ＥＧＲ率をゼロとすると、燃費が悪化する虞がある。
そこで本実施形態では、エネルギ投入部故障時において、エンジン１３の動作点が破線ＬＥより小さい故障第１領域ＲＥ１である場合、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、故障時マップに基づいてＥＧＲ率を決定する。ここで、エネルギ投入部故障時に、第１マップおよび第２マップとは異なる故障時マップに基づいてＥＧＲ率を決めることは、Ｇ／Ｆ比を変更している、と捉えることができる。
また、破線ＬＥと実線ＬＦとの間の故障第２領域ＲＥ２は、エネルギ投入部正常時における第３領域Ｒ１３と同様、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とする。また、ＥＧＲ率は、点火方式を通常点火としたときにトルク制約上より可能な量とする。

故障時マップは、点火方式が通常点火である場合におけるエンジン１３の動作点と最適なＥＧＲ率とが関連づけられている。また、故障時マップにより決定されるＥＧＲ率は、同一の動作点において第２マップにより決定されるＥＧＲ率以下である。
本実施形態では、故障第１領域ＲＥ１および故障第２領域ＲＥ２を規定する破線ＬＥは、図４中の実線Ｌ１２と同じとするが、異なっていてもよい。

ここで、エンジン制御処理を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。エンジン制御処理は、ＥＣＵ３２起動中において所定の間隔にて実行される。なお、図６にて説明する各処理は、ソフトウェアにより構成してもよいし、ハードウェアにより構成してもよい。
最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、異常判定部６２から出力される判定結果に基づき、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が可能か否かを判断する。エネルギ投入ができないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０８へ移行する。エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が可能であると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、エンジン１３の動作点がエネルギ投入点火領域であるか否かを判断する。エンジン１３の動作点がエネルギ投入領域ではないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、すなわちエンジン１３の動作点が図４中の実線Ｌ１２より大きい第３領域Ｒ１３である場合、Ｓ１０７へ移行する。エンジン１３の動作点がエネルギ投入領域であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、すなわちエンジン１３の動作点が実線Ｌ１２より小さい場合、Ｓ１０３へ移行する。
Ｓ１０３では、点火制御方式をエネルギ投入点火とする。

Ｓ１０４では、エンジン１３の動作点が第１領域Ｒ１１か否かを判断する。エンジン１３の動作点が第１領域Ｒ１１であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、すなわちエンジン１３の動作点が図４中の実線Ｌ１１より小さい場合、Ｓ１０５へ移行する。エンジン１３の動作点が第１領域Ｒ１１ではないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、すなわちエンジン１３の動作点が実線Ｌ１１とＬ１２との間の第２領域Ｒ１２である場合、Ｓ１０６へ移行する。

エンジン１３の動作点が第１領域Ｒ１１であるときに移行するＳ１０５では、Ａ／Ｆ比をリーン状態とする。また、ＥＧＲ率を第１マップに基づいて決定する。
エンジン１３の動作点が第２領域Ｒ１２であるときに移行するＳ１０６では、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とする。また、ＥＧＲ率を第２マップに基づいて決定する。
エンジン１３の動作点がエネルギ投入領域ではないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）に移行するＳ１０７では、点火制御方式を通常点火とし、Ｓ１１１へ移行する。

エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）に移行するＳ１０８では、点火制御方式を通常点火とする。
Ｓ１０９では、エンジン１３の動作点が故障第１領域ＲＥ１か否かを判断する。エンジン１３の動作点が故障第１領域ＲＥ１か否かを判断する。エンジン１３の動作点が故障第１領域ＲＥ１であると判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、すなわちエンジン１３の動作点が図５中の破線ＬＥより小さい場合、Ｓ１１０へ移行する。エンジン１３の動作点が故障第１領域ＲＥ１ではないと判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、すなわちエンジン１３の動作点が破線ＬＥより大きい故障第２領域ＲＥ２である場合、Ｓ１１１へ移行する。

Ｓ１１０では、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とする。また、ＥＧＲ率を故障時マップに基づいて決定する。
Ｓ１０７、または、Ｓ１０９にて否定判断された場合に移行するＳ１１１では、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とする。また、ＥＧＲ率は、点火方式を通常点火としたときにトルク制約上より可能な量とする。

本実施形態では、エネルギ投入部故障時には、故障時マップに基づいてＥＧＲ率を決定しているので、例えばＥＧＲ率をゼロとする場合と比較し、燃費を向上可能であるとともに、排気中のＮＯｘ等を低減することができる。

以上詳述したように、本実施形態のＥＣＵ３２は、エンジンシステム１０を制御する。エンジンシステム１０は、点火装置３０を備え、燃焼により生じた排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室１７に供給可能である。
点火装置３０は、点火コイル４０、イグナイタ部４４、および、エネルギ投入部５０を有する。
点火コイル４０は、一次コイル４１および二次コイル４２を有する。一次コイル４１は、バッテリ６から供給される一次電流Ｉ１が流れる。二次コイル４２は、エンジン１３の燃焼室１７において混合気に点火する点火プラグ７の電極に接続され、一次電流Ｉ１の通電および遮断によって発生する二次電圧Ｖ２が印加され二次電流Ｉ２が流れる。

イグナイタ部４４は、点火スイッチ４５を有する。点火スイッチ４５は、一次コイル４１のバッテリ６と反対側である接地側に接続され、一次電流Ｉ１の通電および遮断を切り替える。
エネルギ投入部５０は、点火スイッチ４５により一次電流Ｉ１を遮断し当該遮断による電圧で点火プラグ７にて放電が発生した後のエネルギ投入期間において、エネルギを投入する。

ＥＣＵ３２は、以下の処理を実行する。
ＥＣＵ３２は、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が可能か否かを判定し（図６中のＳ１０１）、異常判定結果およびエンジン１３の動作点に基づき、点火方式を、通常点火（Ｓ１０７またはＳ１０８）、または、エネルギ投入点火とする（Ｓ１０３）。通常点火は、一次電流Ｉ１の遮断により生じるエネルギにより点火する。エネルギ投入点火は、一次電流Ｉ１の遮断により生じるエネルギに加え、エネルギ投入部５０からのエネルギ投入を行う。詳細には、エネルギ投入部５０は、エネルギ投入期間において、点火状態を継続可能なエネルギを同じ放電電流の極性のままで投入する。

ＥＣＵ３２は、異常判定結果およびエンジン１３の動作点に基づき、燃焼室１７に供給される空気およびＥＧＲ装置７５により還流されるＥＧＲガスを含む気体である吸気ガスと燃料との比であるＧ／Ｆ比を決定する（Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０、Ｓ１１０）。
ＥＣＵ３２は、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができないと判定された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、エンジン１３の動作点によらず、点火方式を通常点火とする。また、ＥＣＵ３２は、動作点がエネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができるときにエネルギ投入点火を行うエネルギ投入点火領域であるとき、エネルギ投入ができる場合とは異なるＧ／Ｆ比とする。

本実施形態では、点火装置３０には、エネルギ投入部５０が設けられており、エネルギ投入部５０により、一次電流Ｉ１の遮断による電圧で点火プラグ７にて放電を発生させた後に、点火状態を継続可能なエネルギを投入するので、失火を抑制することができる。

また、エネルギ投入部５０の故障等によりエネルギ投入ができなくなった場合、エンジン１３の動作点によらず、点火方式を通常点火としている。また、エネルギ投入点火領域において、エネルギ投入点火に替えて通常点火とした場合における最適値となるように、Ｇ／Ｆ比を変更している。これにより、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができなくなった場合において、例えばＥＧＲ還流をしない場合と比較し、燃費が向上し、排気中のＮＯｘ等の増加を抑制することができる。

本実施形態では、エネルギ投入領域は、第１領域Ｒ１１、および、エンジン１３の回転数およびトルクの少なくとも一方が第１領域Ｒ１１より大きい領域である第２領域Ｒ１２から構成される。
ＥＣＵ３２は、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が可能である場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、動作点が第１領域Ｒ１１であるとき、燃焼室１７に供給される空気と燃料との比であるＡ／Ｆ比をリーン状態とし、吸入ガスにおけるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を第１マップに基づいて決定する（Ｓ１０５）。また、動作点が第２領域Ｒ１２であるとき、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、第１マップとは異なる第２マップに基づいてＥＧＲ率を決定する（Ｓ１０６）。
また、ＥＣＵ３２は、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができない場合、動作点がエネルギ投入点火領域であるとき、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、第１マップおよび第２マップとは異なる故障時マップに基づいてＥＧＲ率を決定する（Ｓ１１０）。

本実施形態では、エネルギ投入部正常時とエネルギ投入部故障時とで、異なるマップに基づいてＥＧＲ率を決定し、ＥＧＲガスの還流量を変更することでＧ／Ｆ比を変更している。これにより、エネルギ投入部故障時におけるＧ／Ｆ比を適切な値に制御することができる。
また、故障時マップにより決定されるＥＧＲ率は、同一の動作点において第２マップにより決定されるＥＧＲ率以下である。これにより、燃費がより向上し、ＮＯｘ等の増加をより適切に抑制することができる。
エネルギ投入部５０は、一次コイル４１の接地側から点火コイル４０にエネルギを投入する。これにより、一次コイル４１のバッテリ６側または二次コイル４２の点火プラグ７と反対側からエネルギを投入する場合と比較し、最低限のエネルギを効率よく投入することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ３２が「異常判定手段」、「点火方式決定手段」、および、「Ｇ／Ｆ比決定手段」を構成する。また、図６中のＳ１０１が「異常判定手段」の機能としての処理に対応し、Ｓ１０３、Ｓ１０７およびＳ１０８が「点火方式決定手段」の機能としての処理に対応し、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０、Ｓ１１１が「Ｇ／Ｆ比決定手段」の機能としての処理に対応する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による内燃機関の制御装置を図７および図８に基づいて説明する。本実施形態は、ＥＣＵ３２によるエンジン１３の運転条件の制御が異なっているので、この点を中心に説明し、全体構成等は上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、エンジン１３の低回転、低トルク領域においても、リーンバーン運転をせず、ストイキ運転とする。すなわち、図７に示すように、点火方式をエネルギ投入点火とする領域を１つのエネルギ投入点火領域Ｒ２１とする。また、エンジン１３の動作点がエネルギ投入点火領域Ｒ２１である場合、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、正常時マップに基づいてＥＧＲ率を決定する。

動作点が通常点火領域Ｒ２２である場合、上記実施形態の第３領域Ｒ１３と同様、点火方式を通常点火とし、Ａ／Ｆ比をストイキ状態する。また、ＥＧＲ率は、点火方式を通常点火としたときにトルク制約上可能な量とする。
なお、エネルギ投入点火領域Ｒ２１と通常点火領域Ｒ２２とを規定する実線Ｌ２１は、上記実施形態の実線Ｌ１２と同じであってもよいし、異なってもよい。
また、エネルギ投入部故障時における処理は、上記実施形態と同様である。故障時マップにより決定されるＥＧＲ率は、同一動作点において正常時マップにより決定されるＥＧＲ率以下である。

本実施形態のエンジン制御処理を図８に示すフローチャートに基づいて説明する。本実施形態のエンジン制御処理は、図６中のＳ１０４〜Ｓ１０６が省略されており、これに替えてＳ１１２が追加されている。
エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が可能であり（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、エンジン１３の動作点がエネルギ投入点火領域Ｒ２１であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０３に続いてＳ１１２へ移行する。
Ｓ１１２では、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、ＥＧＲ率を正常時マップに基づいて決定する。

本実施形態では、ＥＣＵ３２は、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が可能である場合（図８中のＳ１０１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、正常時マップに基づいてＥＧＲ率を決定する（Ｓ１１２）。また、ＥＣＵ３２は、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入ができない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、故障時マップに基づいてＥＧＲ率を決定する（Ｓ１１０）。
故障時マップにより決定されるＥＧＲ率は、同一の動作点において正常時マップにより決定されるＥＧＲ率以下である。
これにより、リーンバーンエンジン以外においても、本実施形態のエンジン制御処理を適用可能である。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、Ｓ１１０、Ｓ１１１、Ｓ１１２が「Ｇ／Ｆ決定手段」としての機能としての処理に対応する。

（他の実施形態）
（ア）ＥＧＲ装置
上記実施形態では、ＥＧＲ配管は、触媒の上流側と吸気マニホールドとを連通する。他の実施形態では、例えば触媒の下流側からＥＧＲガスを吸気側に還流する等、ＥＧＲ配管の取り回しは、どのように構成してもよい。
また上記実施形態では、ＥＧＲ装置により、燃焼により生じた排気の一部をＥＧＲガスとして吸気側に還流して燃焼室に供給する、所謂「外部ＥＧＲ」である。他の実施形態では、ＥＧＲ装置を省略し、排気弁の開閉駆動を制御することにより排気の一部を燃焼室に戻す、所謂「内部ＥＧＲ」としてもよい。

（イ）エネルギ投入点火
上記実施形態では、エネルギ投入点火は、点火状態を継続可能なエネルギを一次コイルの接地側から投入する。他の実施形態では、エネルギ投入点火は、点火状態を継続可能なエネルギを投入可能であればどのようなものであってもよく、従来の多重放電方式や、例えば特開２０１２−１６７６６５号公報に開示された「ＤＣＯ方式」としてもよい。例えば、ＤＣＯ方式を採用する場合、２つの点火コイルのうちの主放電を開始する方を「点火コイル」とみなし、主放電後の点火動作を「エネルギ投入部」とみなしてコイル電源を制御して二次電流を制御したり点火継続時間を制御したりすればよい。

（ウ）二次電流フィードバック制御
上記実施形態では、二次電流検出抵抗および二次電流検出回路を有し、二次電流に基づくフィードバック制御を行う。他の実施形態では、二次電流に基づくフィードバック制御は必ずしも行わなくてもよい。
（エ）異常検出部
上記実施形態では、ＥＣＵは、異常検出部から出力される判定結果に基づき、エネルギ投入部によるエネルギ投入が可能か否かを判定する。他の実施形態では、ＥＣＵが二次電流検出回路から二次電流Ｉ２を取得し、ＥＣＵ内部にて異常判定を行うように構成してもよい。

（オ）点火回路ユニット
点火回路ユニットは、電子制御ユニットを収容するハウジング内に収容してもよい。また、点火回路ユニットは、点火コイルを収容するハウジング内に収容してもよい。
点火スイッチおよびエネルギ投入部は、別々のハウジング内に収容してもよい。例えば、点火コイルを収容するハウジング内に点火スイッチが収容され、電子制御ユニットを収容するハウジング内にエネルギ投入部が収容されてもよい。

（カ）点火スイッチ、充電スイッチ、放電スイッチ
上記実施形態では、点火スイッチはＩＧＢＴにより構成される。他の実施形態では、点火スイッチは、ＩＧＢＴに限らず、比較的耐圧の高い他のスイッチング素子により構成してもよい。
また、上記実施形態では、充電スイッチおよび放電スイッチは、ＭＯＳＦＥＴで構成される。他の実施形態では、充電スイッチおよび放電スイッチの少なくとも一方は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ＩＧＢＴ等の他のスイッチング素子により構成してもよい。

（キ）直流電源
上記実施形態では、直流電源はバッテリにより構成される。他の実施形態では、直流電源は、バッテリに限らず、例えば交流電源をスイッチングレギュレータ等により安定化した直流安定化電源等により構成してもよい。
また、直流電源が、例えばハイブリッド車両や電気自動車の主機バッテリ等、出力電圧が高い場合、ＤＣＤＣコンバータを省略して出力電圧をそのまま用いたり、或いは、出力電圧を降圧して用いたりしてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

６・・・バッテリ（直流電源）
７・・・点火プラグ
１０・・・エンジンシステム（内燃機関システム）
１７・・・燃焼室
３０・・・点火装置
３２・・・ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
４０・・・点火コイル
４４・・・イグナイタ部
５０・・・エネルギ投入部

Claims (5)

1. 直流電源（６）から供給される一次電流が流れる一次コイル（４１）、および、内燃機関（１３）の燃焼室（１７）において混合気に点火する点火プラグ（７）の電極に接続され前記一次電流の通電および遮断によって発生する二次電圧が印加され二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）、
   前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され前記一次電流の通電および遮断を切り替える点火スイッチ（４５）を有するイグナイタ部（４４）、
   および、前記点火スイッチにより前記一次電流を遮断し当該遮断による電圧で前記点火プラグにて放電が発生した後のエネルギ投入期間において、エネルギを投入するエネルギ投入部（５０）、
   を有する点火装置（３０）を備え、燃焼により生じた排気の一部をＥＧＲガスとして前記燃焼室に供給可能な内燃機関システム（１０）を制御する内燃機関の制御装置（３２）であって、
   前記エネルギ投入部によるエネルギ投入が可能か否かを判定する異常判定手段（Ｓ１０１）と、
   前記異常判定手段による判定結果および前記内燃機関の回転数およびトルクである動作点に基づき、点火方式を、前記一次電流の遮断により生じるエネルギにより点火する通常点火、または、前記一次電流の遮断により生じるエネルギに加え前記エネルギ投入部からのエネルギ投入を行うエネルギ投入点火とする点火方式決定手段（Ｓ１０３、Ｓ１０７、Ｓ１０８）と、
   前記異常判定手段による判定結果、および、前記動作点に基づき、前記燃焼室に供給される空気および前記ＥＧＲガスを含む気体である吸入ガスと燃料との比であるＧ／Ｆ比を決定するＧ／Ｆ比決定手段（Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０、Ｓ１１１、Ｓ１１２）と、
   を備え、
   前記異常判定手段により前記エネルギ投入部によるエネルギ投入ができないと判定された場合、
   前記点火方式決定手段は、前記動作点によらず、前記点火方式を前記通常点火とし、
   前記Ｇ／Ｆ比決定手段は、前記動作点が前記エネルギ投入部によるエネルギ投入ができる場合にエネルギ投入点火を行うエネルギ投入点火領域であるとき、エネルギ投入ができる場合とは異なる前記Ｇ／Ｆ比とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記エネルギ投入点火領域は、第１領域、並びに、前記回転数および前記トルクの少なくとも一方が前記第１領域より大きい領域である第２領域から構成され、
   前記Ｇ／Ｆ比決定手段（Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０）は、
   前記エネルギ投入部によるエネルギ投入が可能である場合、
   前記動作点が前記第１領域であるとき、前記燃焼室に供給される空気と燃料との比であるＡ／Ｆ比をリーン状態とし、前記混合気における前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を第１マップに基づいて決定し、
   前記動作点が前記第２領域であるとき、前記Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、前記第１マップとは異なる第２マップに基づいて前記ＥＧＲ率を決定し、
   前記エネルギ投入部によるエネルギ投入ができない場合、
   前記動作点が前記エネルギ投入点火領域であるとき、前記Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、前記第１マップおよび前記第２マップとは異なる故障時マップに基づいて前記ＥＧＲ率を決定す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。
3. 前記故障時マップにより決定される前記ＥＧＲ率は、同一の前記動作点において前記第２マップにより決定される前記ＥＧＲ率以下であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記Ｇ／Ｆ比決定手段（Ｓ１１２）は、前記エネルギ投入点火領域において、
   前記エネルギ投入部によるエネルギ投入が可能である場合、前記燃焼室に供給される吸気と燃料との比であるＡ／Ｆ比をストイキ状態とし、正常時マップに基づいて前記混合気における前記ＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を決定し、
   前記エネルギ投入部によるエネルギ投入ができない場合、前記Ａ／Ｆ比をストイキ状態とし、故障時マップに基づいて前記ＥＧＲ率を決定し、
   前記故障時マップにより決定される前記ＥＧＲ率は、同一の前記動作点において前記正常時マップにより決定される前記ＥＧＲ率以下であ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。
5. 前記エネルギ投入部は、前記一次コイルの接地側から前記点火コイルにエネルギを投入することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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