JP7382019B2 - Spark plug wear estimation device and abnormality determination device - Google Patents
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Description
本発明は、点火プラグの摩耗量推定装置および異常判定装置に関するものである。 The present invention relates to a spark plug wear amount estimating device and an abnormality determining device.
混合気に着火して燃焼を行うエンジンには、点火プラグが設置されている。点火プラグは、燃焼室の内部に臨む一対の電極（中心電極及び接地電極）を有している。中心電極と接地電極とは、僅かな隙間（ギャップ）を隔てて対向している。これら電極間に所定の電圧を印加することで、これら電極間に放電が生じる。それによって、混合気中に火炎核が形成され、その火炎核が成長することで、混合気は点火される。 A spark plug is installed in an engine that ignites a mixture to cause combustion. A spark plug has a pair of electrodes (a center electrode and a ground electrode) that face the inside of a combustion chamber. The center electrode and the ground electrode face each other with a slight gap. By applying a predetermined voltage between these electrodes, a discharge is generated between these electrodes. As a result, a flame kernel is formed in the air-fuel mixture, and as the flame kernel grows, the air-fuel mixture is ignited.
中心電極及び接地電極は、放電によって摩耗する。摩耗が進むと、ギャップが大きくなり、それに伴って点火に必要な放電電圧も高くなる。放電電圧が過度に高くなると、電極間に印加される印加電圧が不足して失火が発生したり、印加電圧が点火プラグの耐久性を超えて点火プラグが破損したりするおそれがある。 The center electrode and ground electrode are worn out by discharge. As wear progresses, the gap becomes larger and the discharge voltage required for ignition increases accordingly. If the discharge voltage becomes too high, there is a risk that the applied voltage applied between the electrodes will be insufficient and a misfire will occur, or that the applied voltage will exceed the durability of the spark plug and damage the spark plug.
そのため、点火プラグは、定期的に交換が必要な消耗品となっている。そして、その交換タイミングは、一律に、所定の走行距離毎に設定されているのが一般的である。 Therefore, spark plugs are consumable items that need to be replaced regularly. Generally, the replacement timing is uniformly set for each predetermined mileage.
しかし、電極の摩耗量は、エンジンの運転状態によって変わる。そのため、実際に点火プラグを交換すべきタイミングは、ユーザの運転技術や嗜好に左右され、個々のエンジンで、ばらつきがある。 However, the amount of electrode wear varies depending on the operating conditions of the engine. Therefore, the timing at which spark plugs should actually be replaced depends on the user's driving skills and preferences, and varies from engine to engine.
それにより、点火プラグの交換タイミングは、通常、個々のエンジンのばらつきを考慮して、安全サイドに設定される。その結果、実際には点火プラグを交換すべきタイミングには達していないユーザが、点火プラグを交換する場合も発生する。 As a result, the spark plug replacement timing is usually set on the safe side, taking into account variations in individual engines. As a result, there may be cases where a user replaces the spark plug before it is actually time to replace the spark plug.
従って、個々のエンジンにおいて、その運転状態に応じた電極の摩耗量を計測し、点火プラグの交換タイミングを個別に判断することができれば、ばらつきがあっても適切なタイミングで交換できるので、好ましい。 Therefore, it would be preferable to measure the wear amount of the electrodes according to the operating conditions of each engine and to determine the timing for replacing the spark plugs individually, since the spark plugs can be replaced at the appropriate timing even if there are variations.
特許文献１には、一般の火花点火式エンジンにおいて、そのエンジンの運転状態に基づいて、摩耗した電極のギャップ長（ギャップの大きさ）を推定する方法が開示されている。特許文献１は、放電時間、筒内ガス密度、及び筒内ガス流速からなる、点火時における３つのパラメータから、ギャップ長の推定が可能であることを示すとともに、これらパラメータから、ギャップ長を求めることができる関係式を示している。
そして、特許文献１では、その関係式を用いてエンジンの運転中にギャップ長を推定し、予め設定された値以上になると、警告灯の点灯などにより、点火プラグの異常を報知している。
In
ところで、エンジンの中には、混合気を着火させる主点火よりも進角側（例えば吸気行程）において、混合気をあらかじめ活性化するための早期点火（先行点火とも称される）を行うものがある。すなわち、早期点火によっては、温度不足のために混合気の火炎伝播を実質的に生じさせないが、燃料成分が開裂されて過酸化水素やホルムアルデヒドが生成され、これらの成分から例えばＯＨラジカルが生成されて、混合気が活性化されることになる。この混合気があらかじめ活性化されることにより、その後に行われる主点火による着火を確実に行うことができ、また燃焼速度を速めることができる。 By the way, some engines perform early ignition (also called advance ignition) to pre-activate the air-fuel mixture on the advance side (for example, in the intake stroke) of the main ignition that ignites the air-fuel mixture. be. That is, although early ignition does not substantially cause flame propagation of the mixture due to insufficient temperature, it does cleave the fuel components to form hydrogen peroxide and formaldehyde, and from these components e.g. OH radicals are generated. The air-fuel mixture will be activated. By activating this air-fuel mixture in advance, ignition by the subsequent main ignition can be reliably performed and the combustion speed can be increased.
点火プラグ（の電極対）の摩耗量推定に際しては、従来は、早期点火１回あたりの摩耗量は、主点火１回あたりの摩耗量と同じか、あるいは早期点火は主点火よりも進角側であって筒内圧が主点火よりも低いタイミングでの点火であるために主点火１回あたりの摩耗量よりも小さくなる、という考えの下に行われていたのが実情である。 When estimating the amount of wear on a spark plug (electrode pair), conventionally, the amount of wear per early ignition is the same as the amount of wear per one main ignition, or the amount of wear due to early ignition is more advanced than the main ignition. However, the actual situation was that the ignition was performed at a timing when the cylinder pressure was lower than the main ignition, so the amount of wear would be smaller than the amount of wear per main ignition.
しかしながら、早期点火を実行した際の摩耗量を詳しく検証したところ、早期点火１回あたりの摩耗量は、主点火１回あたりの摩耗量よりも大きくなる、ということが判明した。このような原因を追求したところ、早期点火の際には、燃焼室内で排気側（排気ポート側）に向けて流れる大きな流速が生じている一方、この大きな流速の淀みが中心電極の側面に生じやすく、その結果中心電極の側面が虫食い状に摩耗する、ということを知得した。そして、虫食い状の摩耗部分から中心電極の全体に渡る摩耗が早期に進行する、ということを知得した。 However, a detailed examination of the amount of wear when performing early ignition revealed that the amount of wear per early ignition is greater than the amount of wear per one main ignition. When we investigated the cause of this, we found that during early ignition, a large flow velocity flows toward the exhaust side (exhaust port side) within the combustion chamber, but a stagnation of this large flow velocity occurs on the side of the center electrode. As a result, the side surface of the center electrode wears out in a moth-eaten pattern. They also learned that wear progresses quickly from the moth-eaten worn part to the entire center electrode.
本発明は以上のような知得に基づいてなされたもので、その第１の目的は、早期点火と主点火とを行う場合に、点火プラグの摩耗量を精度よく推定できるようにした点火プラグの摩耗量推定装置を提供することにある。 The present invention was made based on the knowledge as described above, and its first object is to provide a spark plug that enables accurate estimation of the wear amount of the spark plug when performing early ignition and main ignition. An object of the present invention is to provide a wear amount estimating device.
また、本発明の第２の目的は、上記点火プラグの摩耗量推定に結果に基づいて点火プラグの異常を精度よく判定できるようにした点火プラグの異常判定装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a spark plug abnormality determination device that can accurately determine the abnormality of a spark plug based on the results of estimating the wear amount of the spark plug.
前記第１の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、
往復動型エンジンにおける燃焼室の天井壁に配置されて、該燃焼室内の混合気を着火させる主点火よりも進角側において混合気を活性化させるための早期点火をエンジン運転領域における相対的に低速・低負荷域で行うようにした中心電極と接地電極とから構成される点火プラグの摩耗量推定装置であって、
前記低速・低負荷域における点火プラグの中心電極の早期点火１回あたりの摩耗量と主点火１回あたりの摩耗量とをそれぞれ推定する摩耗量推定手段と、
前記摩耗量推定手段で推定された点火プラグの早期点火１回あたりの中心電極の摩耗量と主点火１回あたりの中心電極の摩耗量とを積算して摩耗量積算値を取得する摩耗量積算手段と、
を備え、
前記摩耗量推定手段は、前記低速・低負荷域における点火プラグの中心電極の主点火１回あたりの摩耗量を、一定の放電の電流値をパラメータとする所定の計算式に基づいて算出することにより推定し、
前記摩耗量推定手段は、前記低速・低負荷域における点火プラグの中心電極の早期点火１回あたりの摩耗量を、前記一定の放電の電流値をパラメータとする前記所定の計算式に基づいて算出した値に対して所定量を加算することにより、主点火での中心電極の摩耗量よりも大きくなるように推定する、
ようにしてある（請求項１対応）。
In order to achieve the first objective, the present invention adopts the following solution method. That is,
It is arranged on the ceiling wall of the combustion chamber in a reciprocating engine, and is used to perform early ignition to activate the air-fuel mixture on the advance side of the main ignition that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, relative to the engine operating range. A spark plug wear amount estimating device comprising a center electrode and a ground electrode, which is configured to operate in a low speed and low load range,
Wear amount estimating means for estimating the wear amount per early ignition and the wear amount per main ignition of the center electrode of the spark plug in the low speed/low load range, respectively;
Wear amount integration that obtains a wear amount integrated value by integrating the amount of wear of the center electrode per one early ignition of the spark plug estimated by the wear amount estimating means and the amount of wear of the center electrode per one main ignition. means and
Equipped with
The wear amount estimating means calculates the wear amount of the center electrode of the spark plug per main ignition in the low speed/low load range based on a predetermined calculation formula using a constant discharge current value as a parameter. Estimated by
The wear amount estimating means calculates the wear amount per early ignition of the center electrode of the spark plug in the low speed/low load range based on the predetermined calculation formula using the constant discharge current value as a parameter. By adding a predetermined amount to the calculated value, the wear amount of the center electrode is estimated to be larger than the amount of wear of the center electrode during main ignition.
(corresponding to claim 1).
上記解決手法によれば、早期点火の方が主点火に比して点火１回あたりの摩耗量が大きいという知見に基づいて、点火プラグの摩耗量を精度よく推定することができる。 According to the above-mentioned solution method, the amount of wear of the spark plug can be estimated with high accuracy based on the knowledge that the amount of wear per ignition is greater in early ignition than in main ignition.
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、次のとおりである。 A preferred embodiment based on the above solution method is as follows.
前記摩耗量推定手段は、点火プラグの容量放電に基づく第１摩耗量推定手段と、点火プラグの誘導放電に基づく第２摩耗量推定手段と、を有し、
前記摩耗量推定手段は、前記早期点火１回あたりの摩耗量について、前記第１摩耗量推定手段により推定される摩耗量と前記第２摩耗量推定手段によって推定される摩耗量との加算値に対して、あらかじめ設定された一定値を加算した値として推定する、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、容量放電に基づく摩耗と誘導放電に基づく摩耗とを考慮して、精度よく摩耗量を推定することができる。また、早期点火については、主点火に比して点火１回あたりの摩耗量の増大分を一定値として、簡便かつ精度よく摩耗量を推定することができる。すなわち、早期点火の摩耗メカニズムは、前述のとおり主点火の摩耗メカニズムとは異なり、筒内のガス流動状態によって摩耗量が大きく変化する。そこで、実験により、あらかじめ早期点火１回あたりの摩耗量を調べ、この摩耗量増大分を一定値として加算することで、簡便かつ精度よく摩耗量を推定することができる。なお、エンジンの運転状態やエンジンの環境状態に応じて一定値を変化させてもよい。
The wear amount estimating means includes a first wear amount estimating means based on capacitive discharge of the spark plug, and a second wear amount estimating means based on the induced discharge of the spark plug,
The wear amount estimating means calculates the amount of wear per early ignition by adding up the amount of wear estimated by the first wear amount estimating means and the amount of wear estimated by the second wear amount estimating means. In contrast, it is estimated as a value obtained by adding a preset constant value.
(corresponding to claim 2). In this case, the amount of wear can be estimated with high accuracy by taking into account wear caused by capacitive discharge and wear caused by induced discharge. Further, regarding early ignition, the amount of wear can be estimated easily and accurately by setting the increase in the amount of wear per ignition as a constant value compared to the main ignition. That is, the wear mechanism for early ignition is different from the wear mechanism for main ignition as described above, and the amount of wear changes greatly depending on the gas flow state within the cylinder. Therefore, by examining the amount of wear per early ignition in advance through experiments and adding the increased amount of wear as a constant value, the amount of wear can be estimated easily and accurately. Note that the constant value may be changed depending on the operating state of the engine or the environmental state of the engine.
前記第２の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、
請求項１または請求項２に記載の点火プラグの摩耗量推定装置を備えた点火プラグの異常判定装置であって、
前記摩耗量積算手段で取得された摩耗量積算値に関する値に基づいて、点火プラグの異常の有無を判定する異常判定手段をさらに備えている、
ようにしてある。
In order to achieve the second objective, the present invention adopts the following solution method. That is,
A spark plug abnormality determination device comprising the spark plug wear amount estimating device according to
further comprising an abnormality determining means for determining whether or not there is an abnormality in the spark plug based on the value related to the wear amount cumulative value acquired by the wear amount integrating means;
It's like this.
上記解決手法によれば、精度よく推定された摩耗量の積算値に関する値に基づいて、点火プラグの異常の有無（つまり点火プラグの交換時期になったか否か）を精度よく判定できる。 According to the above-mentioned solution method, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the spark plug (that is, whether it is time to replace the spark plug) based on the value related to the integrated value of the amount of wear that is accurately estimated.
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、次のとおりである。 A preferred embodiment based on the above solution method is as follows.
前記異常判定手段は、前記摩耗量積算値があらかじめ設定された所定値以上のときに、点火プラグが異常であると判定する、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、摩耗量積算値そのものを有効に利用して、極力簡単な手法で異常判定を行う上で好ましいものとなる。 The abnormality determination means is configured to determine that the spark plug is abnormal when the cumulative wear amount value is equal to or greater than a predetermined value (corresponding to claim 4). In this case, it is preferable to effectively utilize the integrated value of wear amount itself to determine abnormality using a method as simple as possible.
前記異常判定手段は、前記摩耗量積算値に基づいて電極対のギャップ長に関する値を決定するギャップ長決定手段を有し、
前記異常判定手段は、前記ギャップ長決定手段によって決定されたギャップ長に関する値があらかじめ設定された所定値以上のときに、点火プラグが異常であると判定する、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、着火性に直接的に影響を与えることになるギャップ長に関する値に基づいて異常判定を行うので、異常判定を精度よく行う上で好ましいものとなる。
The abnormality determining means has a gap length determining means for determining a value regarding the gap length of the electrode pair based on the cumulative wear amount value,
The abnormality determining means determines that the spark plug is abnormal when a value related to the gap length determined by the gap length determining means is equal to or greater than a predetermined value.
(corresponding to claim 5). In this case, the abnormality determination is made based on the value related to the gap length, which directly affects the ignitability, which is preferable in terms of accurate abnormality determination.
前記異常判定手段は、前記摩耗量積算値に関する値が所定値以上のときに、点火プラグを通常時によりも着火性が悪くなる状態で判定用点火を実行させて、そのときの燃焼性があらかじめ設定された基準値よりも悪化しているときに、点火プラグが異常であると判定する、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、着火性を悪くした判定用点火時での燃焼性に基づいて、点火プラグの異常有無をさらに精度よく判定することができる。 The abnormality determination means is configured to cause the ignition plug to perform a determination ignition in a state where the ignition performance is worse than normal when the value related to the wear amount cumulative value is equal to or higher than a predetermined value, so that the flammability at that time is determined in advance. The spark plug is determined to be abnormal when it is worse than a set reference value (corresponding to claim 6). In this case, it is possible to more accurately determine whether or not there is an abnormality in the spark plug based on the combustibility at the time of ignition for determination with poor ignition performance.
前記主点火が、圧縮行程後期に行われ、
前記早期点火が、吸気行程で行われる、
ようにしてある（請求項７対応）。この場合、主点火を通常の点火時期としつつ、早期点火を燃焼室内圧力が極めて小さい状況でかつ主点火よりも十分に早い時期に行って、活性化された混合気が十分に燃焼室内に拡散された状態で主点火を行わせることができる。
The main ignition is performed in the latter half of the compression stroke,
the early ignition is performed during the intake stroke;
(corresponding to claim 7). In this case, while the main ignition is at the normal ignition timing, the early ignition is performed in a situation where the pressure in the combustion chamber is extremely low and at a sufficiently earlier stage than the main ignition, so that the activated air-fuel mixture is sufficiently diffused into the combustion chamber. The main ignition can be performed in the state where the
エンジンが、少なくとも一部の運転領域において、点火プラグによる着火によってＳＩ燃焼（拡散燃焼）が行われた後、燃焼室内に残っている未燃成分をＣＩ燃焼（自己着火による燃焼）させるＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンとされている、ようにしてある（請求項８対応）。この場合、着火性が問題となりやすいＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、早期点火を利用して着火性を十分に向上させることができる。特に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいては、圧縮比が極めて高く設定されていることから点火プラグの摩耗というものが問題となりやすいが、点火プラグの異常有無を精度よく判定できることから、点火プラグの交換を不必要に行うことを避けて、点火プラグの交換頻度を低減させる上で好ましいものとなる。 At least in some operating ranges, the engine performs SPCCI combustion, which performs CI combustion (combustion by self-ignition) of unburned components remaining in the combustion chamber after SI combustion (diffusion combustion) is performed by ignition by a spark plug. (corresponding to claim 8). In this case, in an engine that performs SPCCI combustion where ignitability is likely to be a problem, early ignition can be used to sufficiently improve ignitability. In particular, in engines that perform SPCCI combustion, the compression ratio is set extremely high, so wear of the spark plugs tends to be a problem, but since it is possible to accurately determine whether there is an abnormality in the spark plugs, it is recommended to replace the spark plugs. This is preferable in order to avoid unnecessary replacement and reduce the frequency of spark plug replacement.
早期点火が、前記ＳＰＣＣＩ燃焼が行われると共に、低回転・低負荷でかつ理論空燃比よりもリーンな空燃比での運転状態のときに実行される、ようにしてある（請求項９対応）。この場合、特に着火性が問題となる状況において、早期点火によって着火性を十分に向上させることができる。 The early ignition is performed when the SPCCI combustion is performed and the engine is operated at low rotation speed, low load, and an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (corresponding to claim 9). In this case, early ignition can sufficiently improve ignitability, especially in situations where ignitability is a problem.
早期点火の点火エネルギが、エンジンの運転状態にかかわらず一定とされている、ようにしてある（請求項１０対応）。この場合、早期点火の点火制御を簡単化する上で好ましいものとなる。なお、早期点火は、エンジン負荷が極めて小さい領域で行われることから、早期点火の点火エネルギを一定としてもなんら問題はないものである。 The ignition energy for early ignition is kept constant regardless of the operating state of the engine (corresponding to claim 10). In this case, it is preferable to simplify the ignition control for early ignition. Note that since early ignition is performed in a region where the engine load is extremely small, there is no problem even if the ignition energy for early ignition is constant.
早期点火が、前記ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる領域のうち、低回転・低負荷でかつ理論空燃比よりもリーンな空燃比での運転状態のときにのみ実行され、
早期点火の点火エネルギが、エンジンの運転状態にかかわらず一定とされている、
ようにしてある（請求項１１対応）。この場合、特に着火性が問題となる状況で早期点火を利用して着火性を十分に向上させつつ、早期点火の点火制御を簡単化する上で好ましいものとなる。
Early ignition is performed only in the region where the SPCCI combustion is performed, in an operating state at low rotation and low load and at an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio,
The ignition energy of early ignition is assumed to be constant regardless of the engine operating condition.
(corresponding to claim 11). In this case, it is preferable to use early ignition to sufficiently improve ignitability, especially in situations where ignitability is a problem, and to simplify ignition control for early ignition.
前記異常判定手段は、点火プラグが異常であると判定したときに、点火プラグの交換を促す旨の報知を乗員に対して行う、ようにしてある（請求項１２対応）。この場合、運転者は、点火プラグの交換時期になったことを適切なタイミングで容易に知ることができる。 When the abnormality determining means determines that the spark plug is abnormal, it is configured to notify the occupant that the spark plug should be replaced (corresponding to claim 12). In this case, the driver can easily know at an appropriate timing that it is time to replace the spark plug.
エンジンが、幾何学的圧縮比が１６以上の高圧縮比エンジンとされている、ようにしてある（請求項１３対応）。この場合、極めて高圧縮比であることから点火プラグの摩耗が問題となりやすいが、点火プラグの異常有無を精度よく判定できることから、点火プラグの交換を不必要に行うことを避けて、点火プラグの交換頻度を低減させる上で好ましいものとなる。 The engine is a high compression ratio engine with a geometric compression ratio of 16 or more (corresponding to claim 13). In this case, wear of the spark plug is likely to be a problem due to the extremely high compression ratio, but since it is possible to accurately determine whether there is an abnormality in the spark plug, it is possible to avoid replacing the spark plug unnecessarily. This is preferable in terms of reducing the frequency of replacement.
本発明によれば、点火プラグの摩耗量を精度よく推定することができる。また、精度よく推定された点火プラグの摩耗量の積算値に関する値に基づいて、点火プラグの異常有無を精度よく判定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately estimate the amount of wear of a spark plug. Furthermore, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the spark plug based on the value related to the integrated value of the amount of wear of the spark plug that is accurately estimated.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。以下の説明は、エンジン、点火プラグの電極対の摩耗量推定装置、および異常判定装置の一例である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. However, the following description is essentially just an example, and does not limit the present invention, its applications, or its uses. The following description is an example of an engine, a wear amount estimating device for a spark plug electrode pair, and an abnormality determining device.
図１～図３に、点火プラグの摩耗量推定装置および異常判定装置を適用したエンジン１を例示する。エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
1 to 3 illustrate an
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１（気筒）が形成されている。図１及び図２では、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。
The
各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。すなわち、燃焼室１７は、往復するピストンによって容積が変化するように筒内に区画されている。尚、「燃焼室」は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。
A
シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。
The lower surface of the
ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって***している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。
The upper surface of the
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定されている。例えば、エンジン１の幾何学的圧縮比は、一般的な火花点火式エンジンよりも高い、１６以上としてもよい。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式エンジンである。
The geometric compression ratio of the
しかし、このエンジン１は、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。エンジン１は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。
However, in this
エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度の低オクタン価燃料）においては、１４～１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度の高オクタン価燃料）においては、１５～１８としてもよい。
The geometric compression ratio of the
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２を有している。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
An
吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ－ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁２１の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。
An
シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２を有している。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。
The
排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、排気電動ＳＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁２２の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。
The
吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入することができる。内部ＥＧＲシステムは、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４によって構成されている。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ－ＶＴによって構成されるとは限らない。
The intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24 adjust the length of the overlap period in which both the
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃料噴射部の一例である。インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。図２に示すように、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致していてもよい。
An
インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。
Although detailed illustration is omitted, the
インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能である。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。
A
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、図２に示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。
A
点火プラグ２５には、着火装置２５１が電気的に接続（単に接続ともいう）されている。着火装置２５１（着火部の一例）は、バッテリ２５２に接続されていて、点火プラグ２５に電力を供給する（点火プラグ及び着火装置２５１の詳細については後述）。
An
エンジン１の一側面には吸気通路４０が連結されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。燃焼室１７に導入するガスは、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、新気を濾過する。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連結されている。
An
吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調節することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調節する。すなわち、スロットル弁４３は、各燃焼室１７の内部に供給する空気量を増減して調整する「空気調整部」を構成する。
A
吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入するガスを過給する。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。
A
過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の遮断及び連結を切り替えることによって、過給機４４はオンとオフとが切り替わる。
An electromagnetic clutch 45 is interposed between the
吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮されたガスを冷却する。インタークーラー４６は、例えば水冷式又は油冷式に構成してもよい。
An
吸気通路４０には、バイパス通路４７が連結されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに連結する。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調節する。
A
ＥＣＵ１０は、過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）に、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に導入される。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
The
過給機４４をオンにすると、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１０は、過給機４４をオンにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を連結したとき）に、エアバイパス弁４８の開度を調節する。過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に逆流する。ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入するガスの過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
When the
この構成例においては、過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８とによって、過給システム４９が構成されている。
In this configuration example, a supercharging
エンジン１は、燃焼室１７内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、図３に示すように、吸気通路４０に取り付けられたスワール弁５６を有している。スワール弁５６は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２との内の、セカンダリ通路４０２に配設されている。スワール弁５６は、セカンダリ通路４０２の断面を絞ることができる開度調節弁である。
The
スワール弁５６の開度が小さいと、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に多くかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に少ないから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する（図２の白抜きの矢印も
参照）。
When the opening degree of the
エンジン１の他側面には、排気通路５０が連結されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９に連結されている。
An
排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。
An exhaust gas purification system having a plurality of catalytic converters is disposed in the
吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が連結されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に連結されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流部に連結されている。ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流部に入る。
An
ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲ弁５４の開度を調節することによって、冷却した排気ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調節することができる。
A water-cooled
この構成例において、ＥＧＲシステム５５は、外部ＥＧＲシステムと、内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。外部ＥＧＲシステムは、内部ＥＧＲシステムよりも低温の排気ガスを、燃焼室１７に供給することができる。
In this configuration example, the
図４に示すように、点火プラグ２５は、燃焼室１７の内部に臨む一対の電極（電極対２５０）を有している。これら電極対２５０は、例えば、ニッケル合金、白金、イリジウム合金などの素材を用いて形成された、接地電極２５０ａ及び中心電極２５０ｂで構成されている。接地電極２５０ａと中心電極２５０ｂとは、互いに所定の大きさ（ギャップ長Ｇ）を有するギャップを隔てて対向している。
As shown in FIG. 4, the
これら電極対２５０に、点火エネルギーが付与（具体的には、高電圧が瞬間的に印加）されることで、電極対２５０の間で放電が生じる。それにより、火炎核が形成される。その火炎核が成長することで、燃焼室１７の内部に形成された混合気が点火される。
When ignition energy is applied to these electrode pairs 250 (specifically, high voltage is instantaneously applied), discharge occurs between the electrode pairs 250. A flame kernel is thereby formed. As the flame kernel grows, the air-fuel mixture formed inside the
ギャップ長Ｇが小さいと、接地電極２５０ａ及び中心電極２５０ｂにより、燃料熱が吸収され、火炎核の形成及び成長を阻害する（いわゆる冷却損失）。そのため、このエンジン１では、ギャップ長Ｇは、少なくとも０．５ｍｍ以上に設定されている（ギャップ長Ｇの初期値≧０．５ｍｍ）。
When the gap length G is small, fuel heat is absorbed by the
電極対２５０に電力を供給するために、点火プラグ２５に着火装置２５１が接続されている。着火装置２５１は、イグニッションコイル２５１ａ、イグナイタ２５１ｂ、放電電流計２５１ｃなどを有している。イグニッションコイル２５１ａは、一次コイル２５１ａ１、二次コイル２５１ａ２、コア２５１ａ３などで構成されていて、一次コイル２５１ａ１への通電時間（ドエル時間）に対応した電圧を電極対２５０に印加する。
An
一次コイル２５１ａ１の一端はバッテリ２５２に接続されている。一次コイル２５１ａ１の他端は、ＥＣＵ１０と接続されているイグナイタ２５１ｂを介して基準電位に接続（アース）されている。二次コイル２５１ａ２の一端は、図示しないディストリビュータ（各シリンダ１１の点火プラグ２５に電力を分配する装置）を介して、各点火プラグ２５（詳細には中心電極２５０ｂ）に接続されている。
One end of the primary coil 251a1 is connected to the
二次コイル２５１ａ２の他端は、ＥＣＵ１０と接続されている放電電流計２５１ｃを介して基準電位に接続（アース）されている。放電電流計２５１ｃは、二次コイル２５１ａ２を流れる電流の電流値を計測し、その信号をＥＣＵ１０に出力する。二次コイル２５１ａ２は、一次コイル２５１ａ１よりも、巻数が多く形成されている。イグナイタ２５１ｂは、ＥＣＵ１０から入力される信号に従って、一次コイル２５１ａ１にバッテリ２５２の電力が供給されるオン状態と、一次コイル２５１ａ１にバッテリ２５２の電力が供給されいオフ状態とを切り替える。
The other end of the secondary coil 251a2 is connected to a reference potential (earthed) via a
イグナイタ２５１ｂがオン状態になると、一次コイル２５１ａ１が通電され、イグニッションコイル２５１ａに磁界が形成される。その後、所定のタイミングで、イグナイタ２５１ｂがオフ状態になると、電磁誘導により、二次コイル２５１ａ２に、電流が流れて電圧が発生する。二次コイル２５１ａ２の巻数は一次コイル２５１ａ１の巻数よりも多いため、二次コイル２５１ａ２には高電圧が発生する。この高電圧が電極対２５０に印加されることにより、燃焼室１７の内部に形成された混合気が点火される。
When the
点火時期は、一次コイル２５１ａ１が通電されるタイミングによって定まる。また、電極対２５０に印加される電圧（印加電圧）の大きさは、一次コイル２５１ａ１への通電時間（ドエル時間）によって定まる。すなわち、印加電圧はドエル時間と相関関係にある。通常、安定した点火を行うために、印加電圧は、放電に要する電圧（放電電圧）よりも大きく設定される。
The ignition timing is determined by the timing at which the primary coil 251a1 is energized. Further, the magnitude of the voltage (applied voltage) applied to the
放電電圧は、ギャップ長Ｇと、点火時の燃焼室１７の内圧とに比例する。通常の制御ではギャップ長Ｇは一定値とみなされるため、着火装置２５１は、ＥＣＵ１０からの要求に応じて、点火時の燃焼室１７の内圧に対応した所定の電圧（要求電圧）を電極対２５０に印加する。
The discharge voltage is proportional to the gap length G and the internal pressure of the
具体的には、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ６の入力信号から得られる燃焼室１７の内圧、放電電流計２５１ｃの入力信号から得られる印加電圧などに基づいて、電極対２５０に印加すべき電圧（要求電圧）を設定する。このエンジン１では、要求電圧は、少なくとも１０ｋＶ以上となるように設定されている。
Specifically, the
それに対し、着火装置２５１は、設定された要求電圧に基づいて、放電可能な電圧が電極対２５０に印加されるように、ドエル時間を調整する。要求電圧が高い場合は、ドエル時間を長くし、要求電圧が低い場合は、ドエル時間を短くする。エンジン１が運転しているとき、イグニッションコイル２５１ａは、燃焼室１７の内部の状態、つまりは燃焼室１７の内圧に応じて設定される要求電圧に従って通電される。
In contrast, the
（ＥＣＵ）
エンジン１には、その運転を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）１０が備えられている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図５に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central ProcessingUnit：ＣＰＵ）１０ａと、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０ｂと、電気信号の入出力をする入出力バス１０ｃと、を備えている。ＥＣＵ１０は、「制御部」の一例である。
(ECU)
The
ＥＣＵ１０には、図１及び図５に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ１７が接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ１７は、信号をＥＣＵ１０に出力する。これらセンサＳＷ１～ＳＷ１７は、エンジン１の運転に関連する各種パラメータを計測する「計測部」の一例である。これらセンサＳＷ１～ＳＷ１７の内容を以下に示す。
As shown in FIGS. 1 and 5, various sensors SW1 to SW17 are connected to the
エアフローセンサＳＷ１：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を計測する。
Air flow sensor SW1: disposed downstream of the
第１吸気温度センサＳＷ２：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する。
First intake air temperature sensor SW2: disposed downstream of the
第１圧力センサＳＷ３：吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の連結位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を計測する。
First pressure sensor SW3: disposed downstream of the connection position of the
第２吸気温度センサＳＷ４：吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の連結位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を計測する。
Second intake air temperature sensor SW4: Disposed downstream of the
第２圧力センサＳＷ５：サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を計測する。
Second pressure sensor SW5: attached to the
筒内圧センサＳＷ６：各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力を計測する。
Cylinder pressure sensor SW6: attached to the
排気温度センサＳＷ７：排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を計測する。
Exhaust temperature sensor SW7: disposed in the
リニアＯ２センサＳＷ８：排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する。
Linear O2 sensor SW8: Disposed upstream of the upstream catalytic converter in the
ラムダＯ２センサＳＷ９：上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する。
Lambda O2 sensor SW9: Disposed downstream of the three-
水温センサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する。
Water temperature sensor SW10: attached to the
クランク角センサＳＷ１１：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する。
Crank angle sensor SW11: attached to the
アクセル開度センサＳＷ１２：アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する。 Accelerator opening sensor SW12: attached to the accelerator pedal mechanism and measures the accelerator opening corresponding to the operation amount of the accelerator pedal.
吸気カム角センサＳＷ１３：エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する。
Intake cam angle sensor SW13: attached to the
排気カム角センサＳＷ１４：エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する。
Exhaust cam angle sensor SW14: attached to the
ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５：ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を計測する。
EGR differential pressure sensor SW15: disposed in the
燃圧センサＳＷ１６：燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を計測する。
Fuel pressure sensor SW16: attached to the
第３吸気温度センサＳＷ１７：サージタンク４２に取り付けられかつ、サージタンク４２内のガスの温度、換言すると燃焼室１７に導入される吸気の温度を計測する。
Third intake air temperature sensor SW17: attached to the
着火装置２５１の放電電流計２５１ｃも、ＥＣＵ１０に信号を出力する。従って、計測部は、放電電流計２５１ｃも含む。
The
ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１～ＳＷ１７、及び放電電流計２５１ｃの信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０ｂに記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０ｂに記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。
The
ＥＣＵ１０は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３、排気電動Ｓ－ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、スワール弁５６、報知器５７、及び、着火装置２５１に出力する。なお、報知器５７は、搭乗者に警報等を知らせる機器であり、例えば、インストルメントパネルに表示されたランプなどが挙げられる。
The
図６は、エンジンの回転速度／負荷に応じた燃焼制御の相違を説明するための運転マップである。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１～Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とする。 FIG. 6 is an operation map for explaining differences in combustion control depending on engine speed/load. As shown in this figure, the operating range of the engine is roughly divided into four operating ranges A1 to A4 depending on the combustion form. They are respectively defined as a first operating area A1, a second operating area A2, a third operating area A3, and a fourth operating area A4.
第３運転領域Ａ３は、エンジン回転速度が第１速度Ｎ１未満となる極低速域である。第４運転領域Ａ４は、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３以上となる高速域である。第１運転領域Ａ１は、第３、第４運転領域Ａ３、Ａ４以外の速度域（低・中速領域）のうち負荷が比較的低い低速・低負荷の領域である。第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１、Ａ３、Ａ４以外の残余の領域である。 The third operating region A3 is an extremely low speed region in which the engine rotation speed is less than the first speed N1. The fourth operating range A4 is a high speed range where the engine rotational speed is equal to or higher than the third speed N3. The first operating range A1 is a low speed/low load range where the load is relatively low among speed ranges (low/medium speed ranges) other than the third and fourth operating ranges A3 and A4. The second operating range A2 is the remaining range other than the first, third, and fourth operating ranges A1, A3, and A4.
第１運転領域Ａ１は、図６の例によれば、第２運転領域Ａ２の内側に位置する略矩形状の領域とされ、第２運転領域Ａ２の下限速度である第１速度Ｎ１と、第２運転領域Ａ２の上限速度（第３速度Ｎ３）よりも低い第２速度Ｎ２と、エンジンの最低負荷よりも高い第１負荷Ｌ１と、第１負荷Ｌ１よりも高い第２負荷Ｌ２とに囲まれている。この第１運転領域Ａ１の上限負荷である第２負荷Ｌ２は、過給機３３が駆動される下限の負荷である第３負荷Ｌ３よりもやや低い値に設定されている。すなわち、第１運転領域Ａ１は、過給機３３による過給が行われる過給領域とは重複しないように設定されている。 According to the example of FIG. 6, the first operating area A1 is a substantially rectangular area located inside the second operating area A2, and has a first speed N1, which is the lower limit speed of the second operating area A2, and a first speed N1, which is the lower limit speed of the second operating area A2. The engine is surrounded by a second speed N2 that is lower than the upper limit speed (third speed N3) of the second operating region A2, a first load L1 that is higher than the minimum load of the engine, and a second load L2 that is higher than the first load L1. ing. The second load L2, which is the upper limit load of this first operating region A1, is set to a value slightly lower than the third load L3, which is the lower limit load at which the supercharger 33 is driven. That is, the first operating region A1 is set so as not to overlap with the supercharging region where supercharging by the supercharger 33 is performed.
以下、上記第１～第４運転領域Ａ１～Ａ４における燃焼制御の概要について説明する。 An overview of the combustion control in the first to fourth operating ranges A1 to A4 will be described below.
第１運転領域Ａ１：低速かつ低負荷の第１運転領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
First operating region A1: In the first operating region A1 of low speed and low load, partial compression ignition combustion (hereinafter referred to as SPCCI combustion), which is a combination of SI combustion and CI combustion, is performed. SI combustion is a type of combustion in which the air-fuel mixture is ignited by a spark generated from the spark plug 16, and the air-fuel mixture is forcibly combusted by flame propagation that spreads the combustion area from the ignition point to the surrounding area. CI combustion is a combustion form in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition in an environment where the temperature and pressure are sufficiently high due to compression of the
図７は、上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼が行われた場合の燃焼波形、つまりクランク角による熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。本図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼による熱発生とＣＩ燃焼による熱発生とがこの順に連続して発生する。このとき、ＣＩ燃焼の方が燃焼速度が速いという性質上、ＳＩ燃焼時よりもＣＩ燃焼時の方が熱発生の立ち上がりが急峻になる。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるタイミング（後述するθｃｉ）で現れる変曲点Ｘを有している。 FIG. 7 is a graph showing a combustion waveform when SPCCI combustion as described above is performed, that is, a change in the heat release rate (J/deg) depending on the crank angle. As shown in this figure, in SPCCI combustion, heat generation due to SI combustion and heat generation due to CI combustion occur successively in this order. At this time, due to the property that CI combustion has a faster combustion rate, the heat generation rises more steeply during CI combustion than during SI combustion. Therefore, the waveform of the heat release rate in SPCCI combustion has an inflection point X that appears at the timing of switching from SI combustion to CI combustion (θci described later).
上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼の具体的形態として、第１運転領域Ａ１では、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気を燃焼室１７内に形成しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御、言い換えるとλ＞１（λは空気過剰率）の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。このようなＡ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＰＣＭ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
As a specific form of SPCCI combustion as described above, in the first operating region A1, an A/F lean air-fuel mixture having an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio is formed in the
スロットル弁３２の開度は、理論空燃比相当の空気量よりも多くの空気が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるような比較的大きな値に設定される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、吸気通路４０を通じて燃焼室１７に導入される空気（新気）と、インジェクタ６から燃焼室１７に噴射される燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）の目標値が、理論空燃比（１４．７）よりも十分に大きい値に設定される。そして、この空燃比の目標値（目標空燃比）が実現されるようなスロットル弁３２の開度が都度決定され、その決定に従ってスロットル弁３２が制御される。
The opening degree of the throttle valve 32 is set to a relatively large value such that more air than the amount of air corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio is introduced into the
過給機３３は停止される。すなわち、第１運転領域Ａ１は、過給を要する負荷域の下限である第３負荷Ｌ３よりも低負荷側に位置するので、過給機４４による過給は不要である。そこで、第１運転領域Ａ１では、電磁クラッチ４５が解放されて過給機４４とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁４８が全開とされることにより、過給機４４による過給が停止される。
The supercharger 33 is stopped. That is, since the first operating region A1 is located on the lower load side than the third load L3, which is the lower limit of the load range that requires supercharging, supercharging by the
ここで、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要である。そこで、当実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼（ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼）による全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率に着目し、このＳＩ率が適正な値になるようにエンジンの各部を制御する。 In SPCCI combustion, which is a combination of SI combustion and CI combustion, it is important to control the ratio of SI combustion and CI combustion according to operating conditions. Therefore, in this embodiment, we focus on the SI rate, which is the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the total amount of heat generated by SPCCI combustion (SI combustion and CI combustion), and set the engine so that this SI rate becomes an appropriate value. control each part of the
上記ＳＩ率を説明する。図８において、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わる変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉをＣＩ燃焼の開始時期とする。この場合、ＳＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側の熱発生率の波形の面積Ｒ１に相当し、ＣＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２に相当するとみなすことができる。そして、上記ＳＩ率は、これら各面積Ｒ１、Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と定義することができる。 The above SI rate will be explained. In FIG. 8, the crank angle θci corresponding to the inflection point X where the combustion mode switches from SI combustion to CI combustion is defined as the start time of CI combustion. In this case, the amount of heat generated by SI combustion corresponds to the area R1 of the waveform of the heat release rate on the advanced side of the θci (start time of CI combustion), and the amount of heat generated by the CI combustion is more than the θci. It can be considered that this corresponds to the area R2 of the waveform of the heat generation rate located on the retarded side. The SI rate can be defined as R1/(R1+R2) using these areas R1 and R2.
ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる第１運転領域Ａ１では、上述したＳＩ率およびθｃｉが予め定められた目標値に一致するように、エンジンの各部が制御される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、エンジン負荷／回転速度が異なる種々の条件ごとに、ＳＩ率の目標値である目標ＳＩ率とθｃｉの目標値である目標θｃｉとがそれぞれ定められている。そして、インジェクタ６からの燃料の噴射量／噴射時期、点火プラグ２５による火花点火の時期（点火時期）、およびＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）といった複数の制御量が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な組合せとなるように制御される。なお、外部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち外部ＥＧＲガス（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス）が占める重量割合のことであり、内部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち内部ＥＧＲガス（内部ＥＧＲにより燃焼室６に残留する既燃ガス）が占める重量割合のことである。
In the first operating region A1 in which SPCCI combustion is performed, each part of the engine is controlled so that the above-mentioned SI rate and θci match predetermined target values. That is, in the first operating region A1, a target SI rate that is a target value of the SI rate and a target θci that is a target value of θci are determined for each of various conditions in which the engine load/rotational speed is different. Then, a plurality of control variables such as the fuel injection amount/injection timing from the
例えば、燃料の噴射量／噴射時期は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して予め定められたマップにより決定される。また、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率については、両ＥＧＲ率の主な影響因子である吸・排気弁２１、２２の開閉タイミング（オーバーラップ期間）と、ＥＧＲ弁５４の開度とが、やはり上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められたマップにより決定される。
For example, the fuel injection amount/injection timing is determined based on a predetermined map in consideration of the target SI rate and target θci. Regarding the external EGR rate and the internal EGR rate, the opening/closing timing (overlap period) of the intake/
ここで、当実施形態では、第１運転領域Ａ１における燃料の噴射パターンが、吸気行程中に複数回に分けて燃料を噴射するパターンとされる。例えば、図７に拡大して示す運転マップ中の運転ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３での噴射パターンは、それぞれ吸気行程中に３回の燃料噴射が実行するパターンに設定されている（図９に示す燃料噴射Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３参照）。第１運転領域Ａ１での燃料の噴射量／噴射時期は、このような分割噴射パターンの採用を前提に、その各回の燃料噴射の噴射量／噴射時期が、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮した値に予め定められている。 Here, in this embodiment, the fuel injection pattern in the first operating region A1 is a pattern in which fuel is injected multiple times during the intake stroke. For example, the injection patterns at driving points P1, P2, and P3 in the driving map shown enlarged in FIG. 7 are each set to a pattern in which three fuel injections are performed during the intake stroke (as shown in FIG. (See fuel injection F1, F2, F3). The fuel injection amount/injection timing in the first operating region A1 is based on the premise that such a split injection pattern is adopted, and the injection amount/injection timing of each fuel injection satisfies the above-mentioned target SI rate and target θci. It is predetermined to a value that is considered.
一方、点火プラグ２５による火花点火の時期（点火時期）は、所定のモデル式を用いた演算により、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られるような時期に決定される。 On the other hand, the timing of spark ignition by the spark plug 25 (ignition timing) is determined by calculation using a predetermined model formula to a timing at which the target SI rate and target θci can be obtained.
図９に示すように、当実施形態では、運転条件によっては、混合気を強制着火させるための通常の火花点火（以下、通常点火Ｓａあるいは主点火Ｓａという）に加えて、当該通常点火よりも所定量以上早いタイミングで火花を発生させる火花点火（以下、早期点火Ｓｂあるいは先行点火Ｓｂという）が実行されることがある。具体的に、このような特殊な態様による火花点火（早期点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａ）は、図７の運転ポイントＰ１を含む第１分割領域Ａ１１において実行される。第１分割領域Ａ１１は、第１運転領域Ａ１のうち回転速度が境界速度Ｎｘ以下でかつ負荷が境界負荷Ｌｘ以下の領域である。 As shown in FIG. 9, in this embodiment, depending on the operating conditions, in addition to normal spark ignition (hereinafter referred to as normal ignition Sa or main ignition Sa) for forcibly igniting the air-fuel mixture, Spark ignition (hereinafter referred to as early ignition Sb or advance ignition Sb) that generates a spark at a timing earlier than a predetermined amount may be performed. Specifically, spark ignition in such a special manner (early ignition Sb and normal ignition Sa) is performed in the first divided region A11 including the operating point P1 in FIG. The first divided region A11 is a region of the first operating region A1 in which the rotational speed is equal to or less than the boundary speed Nx and the load is equal to or less than the boundary load Lx.
図１０には、上記早期点火Ｓｂを行うために、着火装置２５１における一次コイル２５１ａに対する通電時間が符Ｗ１で示され、放電電流が符号Ｙ１で示される。同様に、通常点火Ｓａを行うために、着火装置２５１における一次コイル２５１ａに対する通電時間が符Ｗ２で示され、放電電流が符号Ｙ２で示される。
In FIG. 10, the energization time for the
一方、第１分割領域Ａ１１以外の他の分割領域、つまり境界速度Ｎｘよりも高速側の第３分割領域Ａ１３と、境界負荷Ｌｘよりも高負荷側の第２分割領域Ａ１２とでは、通常点火Ｓａのみが実行され、早期点火Ｓｂは実行されない。 On the other hand, in the other divided areas other than the first divided area A11, that is, the third divided area A13 on the higher side than the boundary speed Nx, and the second divided area A12 on the higher load side than the boundary load Lx, the normal ignition Sa ignition Sb is executed, and early ignition Sb is not executed.
詳細は後述するが、早期点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａが実行される第１分割領域Ａ１１において、上記モデル式を用いて決定されるのは通常点火Ｓａの時期である。一方、通常点火Ｓａのエネルギー、および早期点火Ｓｂの時期／エネルギーについては、負荷／回転速度に拠らず一定とされる。また、通常点火Ｓａのみが実行される第２・第３分割領域Ａ１２、Ａ１３において、上記モデル式を用いて決定されるのは通常点火Ｓａの時期であり、通常点火Ｓａのエネルギーについては負荷／回転速度に拠らず一定とされる。 Although details will be described later, in the first divided region A11 where early ignition Sb and normal ignition Sa are performed, the timing of normal ignition Sa is determined using the above model formula. On the other hand, the energy of the normal ignition Sa and the timing/energy of the early ignition Sb are constant regardless of the load/rotational speed. In addition, in the second and third divided regions A12 and A13 where only the normal ignition Sa is executed, the timing of the normal ignition Sa is determined using the above model formula, and the energy of the normal ignition Sa is determined by the load / It is assumed to be constant regardless of rotation speed.
図９のパターン（ｂ）に示すように、第２分割領域Ａ１２での通常点火Ｓａが近接した２本の矢印線で表されているのは、点火プラグ１６からの放電を一時的に中段する断続点火が通常点火Ｓａとして行われていることを示しており、早期点火Ｓｂが実行されていることを意味しない。この断続点火の際に、当初に行われる火花点火が通常点火あるいは主点火となり、遅れて点火される火花点火が追加点火となる。 As shown in the pattern (b) of FIG. 9, the normal ignition Sa in the second divided area A12, which is represented by two adjacent arrow lines, temporarily stops the discharge from the spark plug 16 in the middle stage. This indicates that intermittent ignition is performed as normal ignition Sa, and does not mean that early ignition Sb is performed. During this intermittent ignition, the spark ignition that occurs initially becomes the normal ignition or main ignition, and the spark ignition that is ignited later serves as the additional ignition.
図１１には、上記断続的な点火Ｓａを行うために、当初の点火用として着火装置２５１における一次コイル２５１ａに対する通電時間が符Ｗ３ａで示され、そのときの放電電流が符号Ｙ３ａで示される。そして、引き続く追加点火を行うために、着火装置２５１における一次コイル２５１ａに対する通電時間が符Ｗ３ｂで示され、そのときの放電電流が符号Ｙ３ｂで示される。
In FIG. 11, in order to perform the intermittent ignition Sa, the time period during which current is applied to the
以上のように、第１運転領域Ａ１では、予め定められたマップとモデル式を用いた演算とを組み合わせた方法により、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁２１、２２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５４の開度が、運転条件ごとに予め定められた適正なＳＩ率およびθｃｉ（目標ＳＩ率および目標θｃｉ）が得られる組合せとなるように制御される。
As described above, in the first operating region A1, the ignition timing, fuel injection amount/injection timing, and intake/
次に、第２運転領域Ａ２について説明する。 Next, the second operating region A2 will be explained.
第２運転領域Ａ２においても、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼により燃焼させる制御が実行される。ただし、第２運転領域Ａ２では、上記第１運転領域Ａ１のときと異なり、燃焼室１７内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比の近傍に設定されるとともに、点火プラグ２５による火花点火の回数が１燃焼サイクル当たり１回に制限される（主点火あるいは通常点火となるＳａのみで、断続点火もなし）。
Also in the second operating region A2, control is executed to combust the air-fuel mixture by SPCCI combustion. However, in the second operating region A2, unlike in the first operating region A1, the air-fuel ratio (A/F) in the
すなわち、第２運転領域Ａ２では、スロットル弁４３の開度が、理論空燃比相当の空気量が吸気通路４０を通じて燃焼室１７に導入されるような開度、つまり、燃焼室１７内の空気（新気）と燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）に略一致するような開度に設定される。言い換えると、第２運転領域Ａ２では、燃焼室１７内の空燃比が理論空燃比の近傍（λ≒１）となるストイキ環境下で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。
That is, in the second operating region A2, the opening degree of the
また、点火プラグ２５による火花点火は、圧縮上死点の近傍において、１燃焼サイクル当たり１回の頻度で実行される。すなわち、第２運転領域Ａ２では、圧縮上死点の近傍で混合気を強制着火させる通常の火花点火のみが実行され、上述した早期点火に相当するものは実行されない。
Further, spark ignition by the
ここで、第２運転領域Ａ２においても、上述した第１運転領域Ａ１のときと同様に、目標ＳＩ率および目標θｃｉが負荷／回転速度の条件ごとに定められている。燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁２１、２２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５４の開度は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値を予め定めたマップを用いて決定される。また、点火プラグ２５による点火時期については、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な点火時期が所定のモデル式を用いた演算により決定される。
Here, also in the second operating region A2, the target SI rate and target θci are determined for each load/rotational speed condition, as in the first operating region A1 described above. The fuel injection amount/injection timing, the opening/closing timing of the intake/
過給機４４は、エンジン負荷が第３負荷Ｌ３よりも高いか低いかに応じて駆動または停止される。すなわち、過給機４４は、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３負荷Ｌ３以上となる高負荷側の領域において駆動され、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３負荷Ｌ３未満となる低負荷側の領域において停止される。過給機４４が駆動される高負荷側の領域では、電磁クラッチ４５が締結されて過給機４４とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機４４による過給が実行される。このとき、吸気圧センサにより検出されるサージタンク４２内の圧力（過給圧）が、エンジン負荷／回転速度の条件ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁４８の開度が制御される。
The
次に、第３運転領域Ａ３および第４運転領域Ａ４について説明する。
第３運転領域Ａ３（極低速域）および第４運転領域Ａ４（高速域）では、混合気をＳＩ燃焼により燃焼させる制御が実行される。例えば、１燃焼サイクル中に噴射すべき燃料の全量がインジェクタ６から吸気行程中に噴射されるとともに、圧縮上死点の近傍で点火プラグ２５による火花点火が実行される。そして、この火花点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室１７内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
Next, the third operating area A3 and the fourth operating area A4 will be explained.
In the third operating range A3 (extremely low speed range) and the fourth operating range A4 (high speed range), control is performed to combust the air-fuel mixture by SI combustion. For example, the entire amount of fuel to be injected during one combustion cycle is injected from the
次に、点火プラグ２５が点火された際の中心電極２５０ｂの摩耗量の推定について説明する。まず、中心電極の摩耗は、容量放電による摩耗と誘導放電による摩耗となる。中心電極２５０ｂの摩耗量は、次の基本式（１）に基づいて算出される（推定される）。
Next, estimation of the amount of wear on the
基本式（１）において、括弧内の左項が容量放電による摩耗量（放電電流のピーク値に基づく第１摩耗量）に相当する。また、右項が、誘導放電による摩耗量（放電電流の積算値に基づく第２摩耗量）に相当する（式中のｉ＝電流値である）。ただし、容量放電に基づく摩耗量は、下限値が０とされる（マイナスの値とならない）。 In the basic formula (1), the left term in parentheses corresponds to the amount of wear due to capacitive discharge (the first amount of wear based on the peak value of the discharge current). Furthermore, the term on the right corresponds to the amount of wear due to induced discharge (the second amount of wear based on the integrated value of the discharge current) (i in the formula is the current value). However, the lower limit of the amount of wear based on capacitive discharge is 0 (it does not take a negative value).
上記基本式（１）で算出される摩耗量は、図９におけるパターンＰ１あるいはＰ３での主点火Ｓａについてのものとなる。算出される摩耗量の単位は、１０-10（１０のマイナス１０乗）×ｍｍ3（ミリ立法メートル）である。 The amount of wear calculated using the above basic formula (1) is for the main ignition Sa in pattern P1 or P3 in FIG. The unit of the calculated amount of wear is 10 −10 (10 to the power of minus 10)×mm 3 (millimeter cubic meter).
容量放電による中心電極２５０ｂの摩耗は、放電電流のピーク値に基づく値として把握することもできる。中心電極２５０ｂは、放電による電子放出によりエネルギ損失し、受熱量減少となり、相対的にエンジン負荷が大きい領域で摩耗を促進させる要因となる。
Wear of the
一方、中心電極２５０ｂの誘導放電による摩耗は、気体中のイオンが衝突することに伴うものであり、エンジン負荷に実質的に依存せず、エンジン負荷の広い範囲に渡って中心電極２５０ｂを摩耗させる要因となる。
On the other hand, wear of the
一方、図９のパターン（ａ）に示す早期点火Ｓｂについての中心電極２５０ｂの摩耗量は、基本式（１）で算出される摩耗量よりも大きい値とされる。具体的には、基本式（１）で算出される摩耗量に、所定の定数α分を加算した値の摩耗量とされる。
On the other hand, the wear amount of the
通常、早期点火Ｓｂが実行タイミングは、吸気行程中から圧縮行程の初期の範囲とされて、実質的に圧縮が行われない状態（つまりエンジン負荷が極めて小さい状態で行われることから、容量放電に伴う中心電極２５０ｂの摩耗は小さいものと考えられていた。しかしながら、実際には、早期点火Ｓｂを実行し続けると、中心電極２５０ｂは、図１２に示すように、その側面から摩耗が進行されて、側面が虫食い状になりつつ、先端部が丸まっていくように摩耗される。側面が虫食い状に摩耗されていくのに伴って、中心電極２５０ｂの先端面での摩耗も促進される。
Normally, early ignition Sb is performed in the range from the intake stroke to the early stage of the compression stroke, and is carried out when there is virtually no compression (that is, when the engine load is extremely small), so it is difficult to discharge the capacitance. The accompanying wear on the
早期点火Ｓｂによる中心電極２５０ｂの上述した摩耗は、早期点火Ｓｂが実行されるタイミングでは、燃焼室１７内から排気ガスが排気側（排気ポート側）へと高速で流れることに起因するものである、ということが判明した。図１３には、吸気行程上死点から燃焼室１７内でのガス流速が変化する状況を示したものである。図１３から明かなように、吸気行程上死点を少し超えたあたりから、ガス流速が極めて大きくなり、この大きな流速によって、中心電極２５０ｂのうち排気ポート側の側面に淀みを生じさせて、この淀み部分から摩耗を促進させることとなっていた。
The above-described wear of the
上述した理由から、早期点火Ｓｂを実行した際は、基本式（１）に基づく摩耗量に対して、一定値の摩耗量となるα分を加算するようにしてある。吸気行程から圧縮行程初期に渡ってはエンジン負荷が極めて小さい（事実上０）ことから、加算値αを一定値とすることができる。なお、摩耗量αを、例えばエンジン負荷やエンジン回転数に応じて変化させる可変値とすることもできる。 For the reasons mentioned above, when performing the early ignition Sb, α, which is a constant value of wear amount, is added to the wear amount based on basic formula (1). Since the engine load is extremely small (virtually 0) from the intake stroke to the early stage of the compression stroke, the additional value α can be set to a constant value. Note that the wear amount α can also be a variable value that is changed depending on, for example, the engine load and the engine rotation speed.
次に、図９パターン（ｂ）における断続点火による点火プラグ２５の摩耗について説明する。断続点火は、主点火Ｓａの当初の点火が実行された後、当初の点火による誘導放電が行われている途中でもって追加点火を行うものとなっている。
Next, wear of the
図１４に、この断続点火についての放電電流値が変化する状況が示される。図１４中、当初の点火（主点火）が符号Ｙ３ａで示され、追加点火が符号Ｙ３ｂで示される（図１０をも参照）。当初の点火Ｙ３ａにおいては、容量放電成分は、追加点火なしの場合と同じである。一方、追加点火Ｙ３ｂにおいては、当初の点火Ｙ３ａの誘導放電の途中で容量放電が行われることから、追加点火Ｙ３ｂにおける容量放電は小さいものとなり、事実上無視できものとなる。このため、追加点火Ｙ３ｂについては、容量放電に起因する電極２５０ａ、２５０ｂの摩耗量は０となるようにしてある。
FIG. 14 shows a situation in which the discharge current value changes regarding this intermittent ignition. In FIG. 14, the initial ignition (main ignition) is indicated by the symbol Y3a, and the additional ignition is indicated by the symbol Y3b (see also FIG. 10). At the initial ignition Y3a, the capacitive discharge component is the same as without additional ignition. On the other hand, in the additional ignition Y3b, since capacitive discharge occurs during the inductive discharge of the initial ignition Y3a, the capacitive discharge in the additional ignition Y3b is small and can be virtually ignored. Therefore, for the additional ignition Y3b, the amount of wear on the
次に、燃焼室１７内の流速（ガス流速）が、点火プラグ２５の電極２５０ａ、２５０ｂの摩耗に与える影響について説明する。まず、図１５は、燃焼室１７内の流速が所定値以下の小さいときの放電状況を示す。流速が小さいときは、容量放電は当初の１回のみとなる。
Next, the influence of the flow velocity (gas flow velocity) in the
一方、燃焼室１７内の流速が所定値を超えるような大きなときは、図１６に示すように、容量放電の再形成が起こり、容量放電が複数回に渡って生じることになる。すなわち、大きな流速によって放電途中で放電が途絶えた際に、再度の容量放電が発生することになる（放電パスの再形成）。
On the other hand, when the flow velocity in the
放電パス再形成のための２回目以降の容量放電は、１回目の容量放電に比して小さいものとなる。しかしながら、２回目以降の相対的に小さい容量放電であっても、特に高圧縮比のエンジンにおいては無視できないものとなる。接地電極２５０ａは、容量放電による摩耗の影響が大きいものである。
The second and subsequent capacitive discharges for re-forming the discharge path are smaller than the first capacitive discharges. However, even the second and subsequent relatively small capacity discharges cannot be ignored, especially in engines with high compression ratios. The
図１７に、流速の大小の相違に基づく接地電極２５０ａの摩耗量の相違を示す。圧縮比の小さい従来型のエンジンでは、流速の大小に伴う接地電極２５０ａの摩耗量の相違は、さほど大きな問題とはならない。しかしながら、高圧縮比エンジンでは、点火実行の再の燃焼室１７内の密度（エンジン負荷）が極めて大きくなるため、流速の大小によって接地電極２５０ａの摩耗量が大きく相違することとなる。
FIG. 17 shows the difference in the amount of wear of the
このため、燃焼室１７内の流速が小さいときは、接地電極２５０ａの摩耗量を次式（２）に基づいて推定するようにしてある。また、燃焼室１７内の流速が指定を超えるような大きなときは、次式（３）に基づいてその摩耗量を推定される。
Therefore, when the flow velocity in the
式（３）に基づいて算出される摩耗量の方が、式（２）に基づいて算出される摩耗量よりも大きな値とされる。なお、中心電極２５０ｂについては、前述した基本式（１）に基づいてその摩耗量が推定される。
The amount of wear calculated based on equation (3) is set to be a larger value than the amount of wear calculated based on equation (2). Note that the wear amount of the
図１８は、スワール弁５６の開度とスワール比との関係を示す。スワール弁５６の開度が小さいほど、スワール比が大きくなって、燃焼室１７内の流速が大きくされる。
FIG. 18 shows the relationship between the opening degree of the
図１９は、エンジンの運転状態を示すエンジン負荷とエンジン回転数とをパラメータとするスワール弁５６の開度設定例を示す。図１９中、Ｖ１～Ｖ５はスワール弁５６の開度を示す。Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５である。このスワール弁５６の開度Ｖ１～Ｖ５の設定は、吸気量確保や燃焼室向上等の観点から設定されている。実施形態では、Ｖ１は１２度程度、Ｖ２は２０度程度、Ｖ３は３０度程度、Ｖ４は４５度（半開）程度、Ｖ５は９０度（全開）とされている。
FIG. 19 shows an example of setting the opening degree of the
スワール弁５６の開度が、所定開度としての例えばＶ３以下のとき（つまり流速大のとき）は、接地電極２５０ａの摩耗量が式（３）に基づいて算出される。また、スワール弁５６の開度がＶ３を超えたとき（つまり流速小のとき）は、接地電極２５０ａの摩耗量が式（２）に基づいて算出される。
When the opening degree of the
図２０は、エンジン負荷をパラメータとして、中心電極２５０ｂの摩耗に与える要因をまとめて概略的に示すものである。誘導放電に基づく摩耗量および追加点火に基づく摩耗量は、エンジン負荷の広い範囲に渡ってほぼ一定である。容量放電に基づく摩耗量は、エンジン負荷が大きい範囲で、エンジン負荷が大きくなるほど大きくなる。早期点火に基づく摩耗量は、エンジン負荷の小さい範囲で一定値とされる。
FIG. 20 schematically shows the factors that affect the wear of the
図２１は、エンジン負荷をパラメータとして、接地電極２５０ａの摩耗に与える要因をまとめて概略的に示すものである。接地電極２５０ａの摩耗量は、エンジン負荷が大きい範囲で、エンジン負荷が大きくなるほど大きくなる。そして、燃焼室１７内の流速が大きいときは、流速が小さいときに比して、摩耗量がより大きくされる。
FIG. 21 schematically shows the factors that affect the wear of the
次に、図２２～図２４のフローチャートを参照しつつ、点火プラグ２５の電極２５０ａ、２５０ｂの摩耗量を推定する制御例について説明する。また、図２５のフローチャートを参照しつつ、推定された摩耗量に基づいて点火プラグ２５の異常の有無（交換の有無）を判定する制御例について説明する。なお、この制御例は、図１０に示すＥＣＵ１０による制御である。また、以下の説明でＱはステップを示す。
Next, a control example for estimating the wear amount of the
まず、図２２は、早期点火が実行されるときの摩耗量を推定する制御例を示す。この制御は、例えば１気筒についての点火が完了する毎に行われる（例えば点火完了直後における膨張行程の中期や後期に制御開始）。この図２２において、まずＱ１において、エンジン負荷、エンジン回転数、スワール弁５６の開度等の摩耗量推定に必要な信号が読み込まれる。Ｑ２では、エンジンの運転状態が、早期点火有りの場合であるか否かが判別される。
First, FIG. 22 shows an example of control for estimating the amount of wear when early ignition is performed. This control is performed, for example, every time the ignition for one cylinder is completed (for example, the control is started in the middle or late stage of the expansion stroke immediately after the ignition is completed). In FIG. 22, first, in Q1, signals necessary for estimating the amount of wear such as engine load, engine speed, and opening degree of the
Ｑ２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３において、早期点火分についての中心電極２５０ｂの摩耗量ＣＭ１が算出される（基本式（１）に一定値を加算した摩耗量の算出）。この後、Ｑ４において、主点火分についての中心電極２５０ｂの摩耗量ＣＭＭが算出される（基本式（１）に基づく摩耗量の算出）。
When the determination in Q2 is YES, in Q3, the wear amount CM1 of the
Ｑ４の後、Ｑ ５において、スワール弁５６の開度が所定開度（例えば３０度）以下であるか否かが判別される。このＱ５の判別でＹＥＳのとき、つまり燃焼室１７内の流速が大きいときは、Ｑ６において、早期点火分についての接地電極２５０ｂの摩耗量ＥＭ１が算出される（式（３）に基づく摩耗量の算出）。この後、Ｑ７において、
主点火分についての接地電極２５０ｂの摩耗量ＥＭＭが算出される（式（３）に基づく摩耗量の算出）。
After Q4, in Q5, it is determined whether the opening degree of the
The amount of wear EMM of the
Ｑ５の判別でＮＯのとき、つまり燃焼室１７内の流速が小さいときは、Ｑ８において、早期点火分についての接地電極２５０ｂの摩耗量ＥＭ１が算出される（式（２）に基づく摩耗量の算出）。この後、Ｑ９において、主点火分についての接地電極２５０ｂの摩耗量ＥＭＭが算出される（式（２）に基づく摩耗量の算出）。Ｑ６、Ｑ７を経る摩耗量の算出値は、Ｑ８、Ｑ９における摩耗量の算出値よりも大きい値となる。ただし、早期点火が実行されるときのエンジン負荷は小さいため、接地電極２５０ａの摩耗量が０とされることもある。
When the determination in Q5 is NO, that is, when the flow velocity in the
Ｑ７の後、あるいはＱ９の後は、Ｑ１０において、ＣＭ１、ＣＭＭ、ＥＭ１、ＥＭＭを加算して、今回の点火による総摩耗量ＭＦが算出される。Ｑ３、Ｑ６あるいはＱ８が、早期点火１回あたりの摩耗量を推定する手段に相当する。また、Ｑ４、Ｑ７あるいはＱ９が、主点火１回あたりの摩耗量を推定する手段に相当する。 After Q7 or after Q9, in Q10, CM1, CMM, EM1, and EMM are added to calculate the total wear amount MF due to the current ignition. Q3, Q6, or Q8 corresponds to means for estimating the amount of wear per early ignition. Further, Q4, Q7, or Q9 corresponds to means for estimating the amount of wear per main ignition.
前記Ｑ２の判別でＮＯのときは、図２３におけるＱ２１へ移行される。Ｑ２１では、エンジンの運転状態が、追加点火（断続点火）有りの場合であるか否かが判別される。 When the determination in Q2 is NO, the process moves to Q21 in FIG. In Q21, it is determined whether the operating state of the engine is with additional ignition (intermittent ignition).
Ｑ２１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２２において、追加点火分についての中心電極２５０ｂの摩耗量ＣＭ２が算出される（基本式（１）に基づく摩耗量の算出であるが、２回目以降の容量放電分については無視した摩耗量の算出）。この後、Ｑ２３において、主点火分についての中心電極２５０ｂの摩耗量ＣＭＭが算出される（基本式（１）に基づく摩耗量の算出）。
When the determination in Q21 is YES, in Q22, the amount of wear CM2 of the
Ｑ２３の後、Ｑ２４～Ｑ２８の処理が行われる。このＱ２４～Ｑ２８は、図２２のＱ５～Ｑ９に対応した処理なので、その重複した説明は省略する。なお、接地電極２５０ａの摩耗量は、追加点火分についてはＥＭ２とされる。
After Q23, the processes of Q24 to Q28 are performed. These Q24 to Q28 correspond to the processes Q5 to Q9 in FIG. 22, so a redundant explanation thereof will be omitted. Note that the wear amount of the
Ｑ２６の後、あるいはＱ２８の後は、Ｑ２９において、参照された各摩耗量ＣＭ２、ＣＭＭ、ＥＭ２、ＥＭＭを加算して、総摩耗量ＭＦが算出される（図２２のＱ１０対応）。Ｑ２２、Ｑ２５あるいはＱ２７が、追加点火１回あたりの摩耗量を推定する手段に相当する。また、Ｑ２３、Ｑ２６あるいはＱ２８が、主点火１回あたりの摩耗量を推定する手段に相当する。 After Q26 or after Q28, in Q29, the referenced wear amounts CM2, CMM, EM2, and EMM are added to calculate the total wear amount MF (corresponding to Q10 in FIG. 22). Q22, Q25, or Q27 corresponds to means for estimating the amount of wear per additional ignition. Furthermore, Q23, Q26, or Q28 corresponds to means for estimating the amount of wear per main ignition.
前記Ｑ２１の判別でＮＯのときは、図２４のＱ３１へ移行される。図２４の処理は、主点火のみ（断続点火なし）の場合であり、図９のパターン（ｃ）の場合に対応する。Ｑ３１では、中心電極２５０ｂについて、主点火用の摩耗量ＣＭＭが算出される（基本式（１）に基づく算出）。
When the determination in Q21 is NO, the process moves to Q31 in FIG. 24. The process in FIG. 24 is for only main ignition (no intermittent ignition), and corresponds to pattern (c) in FIG. In Q31, the wear amount CMM for main ignition is calculated for the
Ｑ３１の後、Ｑ３２において、スワール弁５６の開度が所定開度以下であるか否かが判別される。このＱ３２の判別でＹＥＳのとき、つまり燃焼室１７内の流速が大きいときは、Ｑ３３において、主点火分についての接地電極２５０ｂの摩耗量ＥＭＭが算出される（式（３）に基づく摩耗量の算出）。
After Q31, in Q32, it is determined whether the opening degree of the
Ｑ３２の判別でＮＯのとき、つまり燃焼室１７内の流速が小さいときは、Ｑ３４において、主点火分についての接地電極２５０ｂの摩耗量ＥＭＭが算出される（式（２）に基づく摩耗量の算出）。
When the determination in Q32 is NO, that is, when the flow velocity in the
Ｑ３３の後、あるいはＱ３４の後は、Ｑ３５において、算出された各摩耗量ＣＭＭ、とＥＭＭを加算して、総摩耗量ＭＦが算出される（図２２のＱ１０対応）。
Ｑ３１、Ｑ３３あるいはＱ３４が、主点火１回あたりの摩耗量を推定する手段に相当する。
After Q33 or after Q34, in Q35, the calculated wear amounts CMM and EMM are added to calculate the total wear amount MF (corresponding to Q10 in FIG. 22).
Q31, Q33, or Q34 corresponds to means for estimating the amount of wear per main ignition.
図２５は、図２２～図２４に示す処理によって算出された今回の総摩耗量ＭＦを積算した摩耗量積算値を算出して、算出された摩耗量積算値に関する値に基づいて点火プラグ２５の異常の有無を判定する処理である。
FIG. 25 shows how the
図２５の制御では、まず、Ｑ４１において、Ｑ１０、Ｑ２９あるいはＱ３５で算出された今回の総摩耗量ＭＦを、いままでに積算されている摩耗量積算値の前回値に加算することにより、今回の摩耗量積算値ＴＭＦが算出される。なお、摩耗量積算値は、点火プラグ２５が新品のときに０に初期化されているものである。
In the control shown in FIG. 25, first, in Q41, the current total wear amount MF calculated in Q10, Q29, or Q35 is added to the previous value of the wear amount integrated value that has been accumulated so far. A wear amount integrated value TMF is calculated. Note that the wear amount integrated value is initialized to 0 when the
Ｑ４２では、摩耗量積算値ＴＭＦに基づいて、中心電極２５０ｂと接地電極２５０ａの軸心方向間隔となるギャップ長方向での摩耗量に変換される。すなわち、摩耗量積算値ＴＭＦは、体積値として取得されることから、この体積値となる摩耗量積算値ＴＭＦを、中心電極２５０ａと接地電極２５０ｂのギャップ長方向の摩耗量の値に変換される。
In Q42, based on the wear amount integrated value TMF, it is converted into the amount of wear in the gap length direction, which is the axial distance between the
摩耗量積算値ＴＭＦのギャップ長への変換は、例えば、あらかじめ作成記憶されたテーブルに基づいて行うことができる。摩耗量積算値ＴＭＦとギャップ長方向での摩耗量との関係は、あらかじめ実験的に取得しておき、取得された結果をテーブルとして記憶しておけばよい。変換されたギャップ長方向の摩耗量は、当初のギャップ長を長くする方向の値となる。換言すれば、変換されたギャップ長方向の摩耗量を、当初の（新品時の）ギャップ長に加算することにより、現在のギャップ長が取得されることになる。 The wear amount integrated value TMF can be converted into a gap length, for example, based on a table created and stored in advance. The relationship between the wear amount integrated value TMF and the wear amount in the gap length direction may be obtained experimentally in advance, and the obtained results may be stored as a table. The converted wear amount in the gap length direction becomes a value in the direction of increasing the original gap length. In other words, the current gap length is obtained by adding the converted wear amount in the gap length direction to the original (when new) gap length.
Ｑ４３では、Ｑ４２で変換されたギャップ長方向の摩耗量ＧＡが、所定値以上であるか否かが判別される。このＱ４３の判別でＮＯのときは、Ｑ４４において、点火プラグ２５は正常であると判定される。
In Q43, it is determined whether the wear amount GA in the gap length direction converted in Q42 is greater than or equal to a predetermined value. When the determination in Q43 is NO, it is determined in Q44 that the
Ｑ４３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４５において、点火プラグ２５が異常であると判定される。この後、Ｑ４６において、点火プラグ２５を交換することを促す旨の放置が運転者に対して行われる。この報知は、ディスプレイに対して文字表示することにより行ったり、例えば点火プラグ２５の交換時期であることを示す表示を点灯（あるいは点滅）する等の視覚的な報知や、音声で報知する（聴覚的な報知で、例えばイグニッションスイッチをＯＮした直後の時点で音声報知）等のことができる。Ｑ４３～Ｑ４６が、摩耗量積算値に関する値に基づいて点火プラグ２５の異常の有無を判定する異常判定手段に相当する。
When the determination in Q43 is YES, it is determined in Q45 that the
ここで、Ｑ４３での判別で用いるＧＡとしては、初期時（新品時）のギャップ長に対して、ギャップ長方向の摩耗量積算値を加算した現在のギャップ長としてもよい。 Here, the GA used in the determination in Q43 may be the current gap length obtained by adding the cumulative wear amount in the gap length direction to the initial gap length (when new).
また、Ｑ４２でのギャップ長への変換に際しては、個々の電極２５０ｂ、２５０ａについての摩耗量積算値に基づいて行うこともできる。この場合、個々の電極２５０ｂ、２５０ａ毎にそのギャップ長方向での摩耗量に変換して、変換されたギャップ長方向での各摩耗量同士を加算することにより、ギャップ長方向の摩耗量ＧＡとすることもできる。また、Ｑ４２での判別は、摩耗量積算値に関連する値であれば適宜のものを用いることができるが、摩耗量積算値そのものを用いることもできる。
Further, the conversion to the gap length in Q42 can also be performed based on the wear amount integrated value for each
図２６は、点火プラグ２５の異常の有無判定を行うための別の制御例を示すものである。本実施形態では、ギャップ長方向の摩耗量が所定値以上となったときに、ただちに異常と判定することなく、着火性の悪い状態で点火を実行させて、そのとき燃焼状態が悪いとき（例えば筒内圧力が所定値未満のとき）にはじめて異常であると判定するようにしてある。
FIG. 26 shows another control example for determining whether or not there is an abnormality in the
図２５のフローチャートは、図１５のＱ４２以下の制御を示すものとなっている。すなわち、Ｑ４２に引き続くＱ５１において、図２５のＱ４２で変換されたギャップ長方向の摩耗量ＧＡが、所定値以上であるか否かが判別される。このＱ５１の判別でＮＯのときは、Ｑ５６において、点火プラグ２５は正常であると判定される。
The flowchart in FIG. 25 shows the control from Q42 in FIG. 15 onwards. That is, in Q51 following Q42, it is determined whether the wear amount GA in the gap length direction converted in Q42 of FIG. 25 is equal to or greater than a predetermined value. When the determination in Q51 is NO, it is determined in Q56 that the
Ｑ５１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５２において、筒内圧センサＳＷ６から入力される信号に基づいて筒内圧を検出し、その筒内圧検出値から判定用電圧値を算出する。すなわち、ＥＣＵ１０は、通常の制御に従い、検出した筒内圧から混合気を安定して点火するのに必要な印加電圧を求め、それに応じた要求電圧を取得する。通常の制御であれば、ＥＣＵ１０は、その要求電圧に対応した電圧が電極対２５０に印加されるようドエル時間を調整し、適切なタイミングで一次コイル２５１ａ１に通電する。
When the determination in Q51 is YES, in Q52, the cylinder pressure is detected based on the signal input from the cylinder pressure sensor SW6, and a determination voltage value is calculated from the detected cylinder pressure value. That is, the
それに対し、この異常判定制御では、現状よりも着火し難い状態を強制的に再現するために、ＥＣＵ１０は、取得した要求電圧に基づいて、その要求電圧よりも小さい所定の判定用電圧を算出する。判定用電圧の値は、一定値であってもよいし、要求電圧等に応じて変化させてもよい。
In contrast, in this abnormality determination control, in order to forcibly reproduce a state in which ignition is more difficult than the current state, the
Ｑ５２の後、Ｑ５３において、算出した判定用電圧に基づいて、判定用のドエル時間を算出する。判定用のドエル時間は、要求電圧に対応したドエル時間よりも短い。従って、一次コイル２５１ａ１に対する通電時間が相対的に短くなるので、それに伴って印加電圧も低下し、判定用電圧を電極対２５０に印加することができる。
After Q52, in Q53, a dwell time for determination is calculated based on the calculated voltage for determination. The dwell time for determination is shorter than the dwell time corresponding to the required voltage. Therefore, since the time for energizing the primary coil 251a1 becomes relatively short, the applied voltage also decreases accordingly, and the determination voltage can be applied to the
Ｑ５４においては、所定のタイミングで点火するように、着火装置２５１に信号を出力して点火プラグ２５を作動させる。それにより、電極対２５０に判定用電圧が印加され、燃焼室１７の内部に形成された混合気が点火される。
In Q54, a signal is output to the
Ｑ５５では、筒内圧センサＳＷ６から入力される信号に基づいて、そのときの点火による混合気の着火性を判定する。具体的には、筒内圧センサＳＷ６の検出値が、所定値（着火性基準値）未満であるか否かが判別される。なお、筒内圧センサに代えて、クランク角センサでもって着火性低下の判定を行うこともできる。 In Q55, the ignitability of the air-fuel mixture due to the current ignition is determined based on the signal input from the cylinder pressure sensor SW6. Specifically, it is determined whether the detected value of the cylinder pressure sensor SW6 is less than a predetermined value (ignitability reference value). Note that, instead of the cylinder pressure sensor, a crank angle sensor may be used to determine whether the ignition performance has decreased.
Ｑ５５の判別でＮＯのときは、Ｑ５６において、点火プラグ２５は正常であると判定される。現在の実ギャップ長は交換を要するほど大きくなっていないと判定される。
When the determination in Q55 is NO, it is determined in Q56 that the
Ｑ５５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５７において、現在の実ギャップ長が上限値に近接しており、間もなく着火性が急激に低下する、つまり点火プラグ２５は異常であると判定される。この後、Ｑ５８において、点火プラグ２５を交換することを促す報知が運転者に対して行われる。Ｑ５１～Ｑ５８が、摩耗量積算値に関する値に基づいて点火プラグ２５の異常の有無を判定する異常判定手段に相当する。
When the determination in Q55 is YES, it is determined in Q57 that the current actual gap length is close to the upper limit value and that the ignitability will soon decrease sharply, that is, the
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、次のようにすることもできる。早期点火は、吸気行程中の適宜の時期に行うことができ、また圧縮行程初期時（圧縮行程のクランク角を例えば３等分あるいは４等分した場合に、もっとも圧縮行程下死点に近いクランク角範囲）に行うこともできる。主点火の後に行われる追加点火の実行（開始）タイミングとしては、主点火による誘導放電の途中段階（主点火による誘導放電が終了される前）に行う場合と、主点火の終了後の場合（主点火による誘導放電が終了した後）とのいずれの場合をも含むものである。断続点火（追加点火）を行わないエンジンであってもよい。 Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and can be modified as appropriate within the scope of the claims. For example, you can do the following: Early ignition can be performed at an appropriate time during the intake stroke, or at the beginning of the compression stroke (for example, when the crank angle of the compression stroke is divided into three or four equal parts, the crank angle closest to the bottom dead center of the compression stroke angular range). The execution (start) timing of additional ignition after the main ignition is carried out in the middle of the induction discharge caused by the main ignition (before the induction discharge caused by the main ignition ends), and when it is carried out after the end of the main ignition ( (after the induction discharge caused by the main ignition has ended). The engine may also be an engine that does not perform intermittent ignition (additional ignition).
点火プラグ２５の異常有無の判定は、点火毎（主点火が１回行われる毎）に行うのではなく、主点火の点火回数が所定回数（例えば１０万回）となる毎に行うようにしてもよい（制御系の負担軽減）。ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことなく、ＳＩ燃焼のみを行うエンジンであってもよい（特に、圧縮比の高いエンジンに好適）。推定された摩耗量は、異常判定の制御に用いる場合に限らず、点火プラグ２５の印加電圧を決定するための制御に用いる等、適宜の用途に利用できる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
The determination of whether or not there is an abnormality in the
本発明は、早期点火を行うエンジンに適用して好適である。 The present invention is suitable for application to engines that perform early ignition.
１：エンジン本体
６：インジェクタ
１０：ＥＣＵ
１７：燃焼室
２５：点火プラグ
２５０：電極対
２５０ａ：接地電極
２５０ｂ；中心電極
２５１：着火装置
Ｓａ：主点火（追加点火なし－図９のパターン（ｃ））
Ｓａ：断続点火（主点火に追加点火あり－図９のパターン（ｂ））
Ｓｂ：早期点火（図９のパターン（ａ））
1: Engine body 6: Injector 10: ECU
17: Combustion chamber 25: Spark plug 250:
Sa: Intermittent ignition (main ignition plus additional ignition - pattern (b) in Figure 9)
Sb: Early ignition (pattern (a) in Figure 9)
Claims (13)
前記低速・低負荷域における点火プラグの中心電極の早期点火１回あたりの摩耗量と主点火１回あたりの摩耗量とをそれぞれ推定する摩耗量推定手段と、
前記摩耗量推定手段で推定された点火プラグの早期点火１回あたりの中心電極の摩耗量と主点火１回あたりの中心電極の摩耗量とを積算して摩耗量積算値を取得する摩耗量積算手段と、
を備え、
前記摩耗量推定手段は、前記低速・低負荷域における点火プラグの中心電極の主点火１回あたりの摩耗量を、一定の放電の電流値をパラメータとする所定の計算式に基づいて算出することにより推定し、
前記摩耗量推定手段は、前記低速・低負荷域における点火プラグの中心電極の早期点火１回あたりの摩耗量を、前記一定の放電の電流値をパラメータとする前記所定の計算式に基づいて算出した値に対して所定量を加算することにより、主点火での中心電極の摩耗量よりも大きくなるように推定する、
ことを特徴とする点火プラグの摩耗量推定装置。
It is arranged on the ceiling wall of the combustion chamber in a reciprocating engine, and is used to perform early ignition to activate the air-fuel mixture on the advance side of the main ignition that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, relative to the engine operating range. A spark plug wear amount estimating device comprising a center electrode and a ground electrode, which is configured to operate in a low speed and low load range,
Wear amount estimating means for estimating the wear amount per early ignition and the wear amount per main ignition of the center electrode of the spark plug in the low speed/low load range, respectively;
Wear amount integration that obtains a wear amount integrated value by integrating the amount of wear of the center electrode per one early ignition of the spark plug estimated by the wear amount estimating means and the amount of wear of the center electrode per one main ignition. means and
Equipped with
The wear amount estimating means calculates the wear amount of the center electrode of the spark plug per main ignition in the low speed/low load range based on a predetermined calculation formula using a constant discharge current value as a parameter. Estimated by
The wear amount estimating means calculates the wear amount per early ignition of the center electrode of the spark plug in the low speed/low load range based on the predetermined calculation formula using the constant discharge current value as a parameter. By adding a predetermined amount to the calculated value, the wear amount of the center electrode is estimated to be larger than the amount of wear of the center electrode during main ignition.
A spark plug wear estimation device characterized by:
前記摩耗量推定手段は、点火プラグの容量放電に基づく第１摩耗量推定手段と、点火プラグの誘導放電に基づく第２摩耗量推定手段と、を有し、
前記摩耗量推定手段は、前記早期点火１回あたりの摩耗量について、前記第１摩耗量推定手段により推定される摩耗量と前記第２摩耗量推定手段によって推定される摩耗量との加算値に対して、あらかじめ設定された一定値を加算した値として推定する、
ことを特徴とする点火プラグの摩耗量推定装置。 In claim 1,
The wear amount estimating means includes a first wear amount estimating means based on capacitive discharge of the spark plug, and a second wear amount estimating means based on the induced discharge of the spark plug,
The wear amount estimating means calculates the amount of wear per early ignition by adding up the amount of wear estimated by the first wear amount estimating means and the amount of wear estimated by the second wear amount estimating means. In contrast, it is estimated as a value obtained by adding a preset constant value.
A spark plug wear estimation device characterized by:
前記摩耗量積算手段で取得された摩耗量積算値に関する値に基づいて、点火プラグの異常の有無を判定する異常判定手段をさらに備えている、
ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 A spark plug abnormality determination device comprising the spark plug wear amount estimating device according to claim 1 or 2,
further comprising an abnormality determining means for determining whether or not there is an abnormality in the spark plug based on the value related to the wear amount cumulative value acquired by the wear amount integrating means;
A spark plug abnormality determination device characterized by:
前記異常判定手段は、前記摩耗量積算値があらかじめ設定された所定値以上のときに、点火プラグが異常であると判定する、ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In claim 3,
An abnormality determining device for a spark plug, wherein the abnormality determining means determines that the spark plug is abnormal when the integrated value of wear amount is equal to or greater than a predetermined value.
前記異常判定手段は、前記摩耗量積算値に基づいて電極対のギャップ長に関する値を決定するギャップ長決定手段を有し、
前記異常判定手段は、前記ギャップ長決定手段によって決定されたギャップ長に関する値があらかじめ設定された所定値以上のときに、点火プラグが異常であると判定する、
ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In claim 3,
The abnormality determining means has a gap length determining means for determining a value regarding the gap length of the electrode pair based on the cumulative wear amount value,
The abnormality determining means determines that the spark plug is abnormal when a value related to the gap length determined by the gap length determining means is equal to or greater than a predetermined value.
A spark plug abnormality determination device characterized by:
前記異常判定手段は、前記摩耗量積算値に関する値が所定値以上のときに、点火プラグを通常時によりも着火性が悪くなる状態で判定用点火を実行させて、そのときの燃焼性があらかじめ設定された基準値よりも悪化しているときに、点火プラグが異常であると判定する、ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In claim 3,
The abnormality determination means is configured to cause the ignition plug to perform a determination ignition in a state where the ignition performance is worse than normal when the value related to the wear amount cumulative value is equal to or higher than a predetermined value, so that the flammability at that time is determined in advance. An abnormality determination device for a spark plug, characterized in that the spark plug is determined to be abnormal when the condition is worse than a set reference value.
前記主点火が、圧縮行程後期に行われ、
前記早期点火が、吸気行程で行われる、
ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In any one of claims 3 to 6,
The main ignition is performed in the latter half of the compression stroke,
the early ignition is performed during the intake stroke;
A spark plug abnormality determination device characterized by:
エンジンが、少なくとも一部の運転領域において、点火プラグによる着火によってＳＩ燃焼（拡散燃焼）が行われた後、燃焼室内に残っている未燃成分をＣＩ燃焼（自己着火による燃焼）させるＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンとされている、ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In any one of claims 3 to 7,
At least in some operating ranges, the engine performs SPCCI combustion, which performs CI combustion (combustion by self-ignition) of unburned components remaining in the combustion chamber after SI combustion (diffusion combustion) is performed by ignition by a spark plug. A spark plug abnormality determination device characterized in that it is said to be an engine that performs.
早期点火が、前記ＳＰＣＣＩ燃焼が行われると共に、低回転・低負荷でかつ理論空燃比よりもリーンな空燃比での運転状態のときに実行される、ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In claim 8,
An abnormality determination device for a spark plug, characterized in that early ignition is performed when the SPCCI combustion is performed and the operating state is at low rotation speed, low load, and an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. .
早期点火の点火エネルギが、エンジンの運転状態にかかわらず一定とされている、ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In any one of claims 3 to 9,
A spark plug abnormality determination device characterized in that the ignition energy of early ignition is constant regardless of the operating state of the engine.
早期点火が、前記ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる領域のうち、低回転・低負荷でかつ理論空燃比よりもリーンな空燃比での運転状態のときにのみ実行され、
早期点火の点火エネルギが、エンジンの運転状態にかかわらず一定とされている、
ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In claim 8,
Early ignition is performed only in the region where the SPCCI combustion is performed, in an operating state at low rotation and low load and at an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio,
The ignition energy of early ignition is assumed to be constant regardless of the engine operating condition.
A spark plug abnormality determination device characterized by:
前記異常判定手段は、点火プラグが異常であると判定したときに、点火プラグの交換を促す旨の報知を乗員に対して行う、ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In any one of claims 3 to 11,
An apparatus for determining an abnormality in a spark plug, wherein the abnormality determining means, when determining that the spark plug is abnormal, notifies an occupant to prompt replacement of the spark plug.
エンジンが、幾何学的圧縮比が１６以上の高圧縮比エンジンとされている、ことを特徴とする点火プラグの異常判定装置。 In any one of claims 3 to 12,
An abnormality determination device for a spark plug, characterized in that the engine is a high compression ratio engine having a geometric compression ratio of 16 or more.
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