JP2014145306A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、流速が反転する時期に点火されることを回避して、燃焼安定性の低下を抑制することのできる内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】吸気弁を閉じてから点火時期前までの間の第１クランク角において点火プラグにスパークを発生させ、点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角流速を算出する。第１クランク角から点火時期前までの間の第２クランク角において点火プラグにスパークを発生させ、点火プラグ近傍を流れる気体の第２クランク角流速を算出する。第１クランク角と第１クランク角流速との組、および、第２クランク角と第２クランク角流速との組をそれぞれ検出点とした場合に、各検出点を通る方程式を求める。方程式を用いて流速の絶対値が所定値未満となる低流速クランク角範囲を算出する。点火時期が低流速クランク角範囲にある場合に、最終的な点火時期を低流速クランク角範囲外に設定する。
【選択図】図７

Description

この発明は、内燃機関の点火制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、気筒ごとに複数の点火プラグを備え、各気筒において中央点火プラグから順次、点火を行う内燃機関が知られている。この内燃機関の制御装置は、中央点火プラグに流れる２次電流又は中央点火プラグに印加される２次電圧を検出する機能と、検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が速いか否かを判定する機能を有している。

特開２００９−０１３８５０号公報

自動車への低燃費ニーズに対応するため過給リーン燃焼が注目されている。過給リーン燃焼では、超希薄混合気に対する着火性向上が重要な課題である。一般的に着火性向上には、着火時期における点火プラグ近傍の流速増加が有効であり、燃焼室内にタンブル流を生じさせることが知られている。タンブル流によりスパークが流され空間的に着火可能領域を拡大させることで着火性の向上を図るものである。

この度、発明者らの鋭意研究により、圧縮行程後半においてタンブル流の流れ方向が点火プラグ近傍で反転する現象（ωタンブル）が発見された。気流の流れ方向が反転する過程で流速が０になるため、流速が低い時期が生じる。この時期に点火時期が重なると、燃焼安定性が悪化し失火する可能性もある。

特許文献１の技術では、点火時期に点火プラグに印加される２次電圧等により、点火プラグ近傍の流速を推定することは可能であるが、この推定は点火後に可能なものであり、点火前に点火プラグ近傍の流速が反転する時期を予測する事はできない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、流速が反転する時期に点火されることを回避して、燃焼安定性の低下を抑制することのできる内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火制御装置であって、
内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグと、
点火時期を設定する点火時期設定手段と、
前記点火時期より前の複数のクランク角および前記点火時期において、前記点火プラグにスパークを発生させるスパーク発生手段と、
前記スパーク発生手段により、吸気弁を閉じてから前記点火時期より前までの間の第１クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角流速を算出する第１クランク角流速算出手段と、
前記スパーク発生手段により、前記第１クランク角から前記点火時期より前までの間の第２クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第２クランク角流速を算出する第２クランク角流速算出手段と、
前記第１クランク角と前記第１クランク角流速との組、および、前記第２クランク角と前記第２クランク角流速との組をそれぞれ検出点とした場合に、各検出点を通る方程式を求める方程式算出手段と、
前記方程式を用いて流速の絶対値が所定値未満となる低流速クランク角範囲を算出する低流速クランク角範囲算出手段と、
前記点火時期が前記低流速クランク角範囲にある場合に、前記点火時期設定手段により前記点火時期を前記低流速クランク角範囲外に再設定し、或いは、点火エネルギを増加させる点火設定手段と、を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、吸気行程から圧縮行程にかけて前記燃焼室内にタンブル流が形成される構造を有し、
前記点火プラグは、前記燃焼室の天井面中央部に配設された中央点火プラグであること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記天井面中央部よりも排気側の前記燃焼室に配設された排気側点火プラグと、
前記点火時期より前のクランク角および前記点火時期において、前記排気側点火プラグにスパークを発生させる排気側スパーク発生手段と、
前記排気側スパーク発生手段により、前記第１クランク角において前記排気側点火プラグにスパークを発生させ、前記排気側点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記排気側点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角排気側流速を算出する第１クランク角排気側流速算出手段と、
前記第１クランク角流速と前記第１クランク角排気側流速との流速差を算出する流速差算出手段と、
前記流速差が所定値未満である場合に、前記第２クランク角流速算出手段の実行を禁止し、かつ、前記排気側スパーク発生手段による前記点火時期におけるスパークの発生を禁止する禁止手段と、を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、圧縮行程後半においてタンブル流の流れ方向が点火プラグ近傍で反転する現象（ωタンブル）が生じた場合に、気流の流れ方向が反転することにより生じる低流速クランク角範囲を算出することができる。低流速クランク角範囲における点火時期を回避することで、燃焼安定性の低下を抑制することができる。

第２の発明によれば、中央点火プラグ近傍を流れるタンブル流の流れ方向が反転する場合であっても、流速が反転する時期に点火されることを回避して、燃焼安定性の低下を抑制することができる。

ωタンブルが発生している場合には、火炎伝播が吸気側に偏り易いところ、第３の発明によれば、流速差が所定値以上である場合には、ωタンブルが発生していると判断し、中央点火プラグと排気側点火プラグとの２点点火により、ωタンブルによる火炎伝播の吸気側への偏りを改善することができる。また、流速差が所定値未満である場合には、理想的なタンブル流であると判断し、中央点火プラグのみで点火することで好適な火炎伝播が得られる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。 本発明の実施の形態１における点火装置３８の構成を示す模式図である。 圧縮上死点近傍における理想的なタンブル流（Ａ）とωタンブル流（Ｂ）について比較説明するための図である。 中央点火プラグ２２位置における圧縮ＴＤＣ付近の流速特性を示す図である。 通常タンブル流について、図４の上死点前（ＢＴＤＣ）３０°点火を実施した場合の電気火花の様子を示す図である。 ωタンブル流について、図４の上死点前（ＢＴＤＣ）３０°点火を実施した場合の電気火花の様子を示す図である。 実施の形態１における特徴的制御について説明するための図である。 低回転および高回転の場合における圧縮ＴＤＣ近傍の状態を示す模式図である。 エンジン回転数に応じた流速検出用スパークタイミングの変化を示す図である。 実施の形態１における特徴的制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。 中央点火プラグ２２による１点点火の場合の火炎伝播について説明するための図である。 中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とによる２点点火の場合の火炎伝播について説明するための図である。 実施の形態２における特徴的制御について説明するための図である。 実施の形態２における特徴的制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 流速検知用スパークと点火用スパークの点火エネルギ制御概念図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも記載する。）１０を備えている。内燃機関１０は、火花点火式の４ストローク型レシプロエンジンである。また、内燃機関１０は、所定の運転領域（例えば低負荷領域）において希薄燃焼（リーン燃焼）運転を実現可能なエンジンである。好ましくは、過給機付きを備え、過給リーン燃焼を実現可能なエンジンである。

内燃機関１０は複数の気筒を有している。図１にはそのうちの１つの気筒１２の縦断面が示されている。気筒１２はシリンダブロック１３内に形成されている。気筒１２には、その内部を往復運動するピストン１４が取り付けられている。ピストン１４の往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ１６が取り付けられている。

シリンダブロック１３の上部には、シリンダヘッド１８が組み付けられている。シリンダヘッド１８の下面と気筒１２の内壁面とピストン１４の冠面で囲まれた空間により燃焼室２０が形成されている。シリンダヘッド１８には、燃焼室２０内に直接燃料を噴射するための直噴インジェクタ２１が取り付けられている。

また、シリンダヘッド１８には、火花点火式の中央点火プラグ２２が取り付けられている。中央点火プラグ２２の電極部は、燃焼室２０の天井壁中央部に突き出た状態で固定されている。

また、シリンダヘッド１８には、燃焼室２０に接続する吸気ポート２４と、排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２４の下流端には、吸気ポート２４と燃焼室２０との間を開閉する吸気バルブ２８が取り付けられている。排気ポート２６の上流端には、排気ポート２６と燃焼室２０との間を開閉する排気バルブ３０が設けられている。

吸気ポート２４の上流には吸気通路３２が接続されている。吸気通路３２には、電子制御式のスロットルバルブ（図示省略）が設けられている。スロットルバルブの上流には、過給機（図示省略）が設けられている。

（点火装置の構成）
図２は、内燃機関１０の点火装置３８の構成を示す模式図である。
内燃機関１０の点火装置３８は、中央点火プラグ２２を含む。中央点火プラグ２２は、点火コイル４０により２次電圧が印加されて、中央点火プラグ２２の電極部４１に点火火花（電気火花）を生じさせる。

中央点火プラグ２２の電極部４１は、燃焼室２０の天井面中央部から燃焼室２０内に突き出るように配設されている。電極部４１は、点火コイル４０の２次コイル４０ｃに接続されている中心電極４１ａと、シリンダヘッド１８に接地（アース）されている接地電極４１ｃとを有している。点火コイル４０の２次コイル４０ｃにより印加された２次電圧が、絶縁破壊に要求される電圧に達すると、中心電極４１ａと接地電極４１ｃとの間にある空隙、いわゆるプラグギャップに点火火花（電気火花）が生じる。

点火コイル４０は、１次コイル４０ａ、２次コイル４０ｃ、及び鉄芯４１ｂを有している。１次コイル４０ａの一端は、コンデンサ４２に接続されており、他端は、トランジスタ４３のコレクタに接続されている。一方、２次コイル４０ｃの一端は、中央点火プラグ２２の電極部４１の中心電極４１ａに接続されており、他端は、後述するＥＣＵ５０に接続されている。また、点火コイル４０の２次コイル４０ｃに発生する２次電圧（放電電圧）と、２次コイル４０ｃから中央点火プラグ２２の電極部４１に流れる２次電流を計測する計測器が設けられており、その計測値はＥＣＵ５０に入力される。

また、点火装置３８には、点火コイル４０の１次コイル４０ａに１次電流を流すため、１次電流の電気エネルギを蓄えるコンデンサ４２とコンデンサ４２を充電するエネルギ発生装置４４（電源を含む）と、点火コイル４０の１次電流を断続するトランジスタ４３が設けられている。エネルギ発生装置４４とトランジスタ４３は、ＥＣＵ５０により制御される。点火装置の構成は、例えば特開２００９−１３８５０号公報に開示されているように公知の内容であるため、詳細な説明は省略する。

また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したクランク角センサ１６、点火装置３８、計測器等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。

ＥＣＵ５０の出力部には、上述した直噴インジェクタ２１、中央点火プラグ２２、点火装置３８、スロットルバルブ等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。

（タンブル流）
次に、図３乃至図６を参照して、上述したシステムに生じるタンブル流について説明する。本実施形態のシステムでは、吸気行程から圧縮行程にかけて前記燃焼室内にタンブル流が形成される各部構造を有している。タンブル流の回転方向は、図１では時計回りであり、吸気バルブ２８から流入する気体が、中央点火プラグ２２近傍、排気バルブ３０側の筒内壁面、ピストン１４の冠面、吸気バルブ２８側の筒内壁面、中央点火プラグ２２近傍の順に流れる方向である。

この度、発明者らの鋭意研究により、上述のように燃焼室２０内にタンブル流が形成されるように設計された内燃機関１０において、圧縮行程後半でタンブル流の流れ方向が中央点火プラグ２２近傍で反転する現象（ωタンブル）が発見された。

図３は、圧縮上死点近傍における理想的なタンブル流（Ａ）とωタンブル流（Ｂ）について比較説明するための図である。図３は、燃焼室２０を吸気側から視た図である。
図３の（Ａ）に示すように理想的なタンブル流（以下、通常タンブル流と記載する。）におけるタンブル中心軸は、ピストン面に水平な軸であり、圧縮上死点（以下、上死点をＴＤＣとも記載する。）直前におけるせん断により乱れに変換されるまで気流方向は変わらない。これに対し、ωタンブル流では、（Ｂ）に示すようにタンブル中心軸が屈曲しており、中央断面のタンブル渦中心位置が（Ａ）に比して高くなる。その結果、タンブル流が圧縮される過程で中央点火プラグ２２近傍の気流方向が反転することとなる。タンブル流を形成するように各部構造が設計されても、必ずしも常に通常タンブル流が形成されるとは限らず、ωタンブル流が形成される場合がある。

次に、図４乃至図６を参照して、ωタンブルが形成されることによる問題点について説明する。

図４は、中央点火プラグ２２位置における圧縮ＴＤＣ付近の流速特性を示す図である。
線６０は、通常タンブル流の流速特性を示している。線６１は、タンブル流の流れ方向がプラグ近傍で反転したωタンブル流の流速特性を示している。通常タンブル流では、圧縮ＴＤＣ直前で、中央点火プラグ２２位置の流速が０に収束しているのに対し（線６０）、ωタンブル流では、通常タンブル流に比して早期に流速が０になり、その後流れ方向が反転している（線６１）。図４の（Ａ）に示すように、ωタンブル流が生じる場合でも、圧縮行程中盤までは中央点火プラグ２２近傍を吸気側から排気側への流れが存在するが、圧縮行程終盤では、（Ｂ）に示すように中央点火プラグ２２近傍を流れる流れ方向が反転し、ω状の流れを形成する。

図５、図６はそれぞれ、通常タンブル流とωタンブル流について、図４の上死点前（ＢＴＤＣ）３０°点火を実施した場合の電気火花の様子を示す図である。図４では、ＢＴＤＣ３０°がリーン燃焼時のＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）に相当している。図５に示す通常タンブル流では、点火時期直前において、スパークの伸張が大きく、方向も一定であるため着火が安定する。一方、図６に示すωタンブル流では、点火時期付近で流れが低下し流れ方向も反転する。スパークの伸張が小さく、方向も変化するため着火が不安定である。

そのため、常に通常タンブル流が形成されていることを想定して点火時期を設定するのでは、ωタンブル流が形成される場合に、点火時期が流れ方向が反転する時期に重なるケースに対応できず、燃焼安定性が悪化する問題が生じる。

［実施の形態１における特徴的制御］
（特徴的制御１）
そこで、本実施形態のシステムでは、点火時期に先立って、ωタンブル流が形成され流れ方向が反転する時期を含む流速が低い時期を予測し、この時期を回避した点火時期を設定することとした。

より具体的な特徴的制御の概要について図７を参照して説明する。なお、本明細書において、点火時期とは、筒内の混合気を燃焼させるため、圧縮上死点近傍で中央点火プラグ２２にスパークを発生させるクランク角であり、このスパークを点火用スパークと称する。また、中央点火プラグ２２近傍を流れる気体の流速を検出するため、点火時期に先立って発生させるスパークを流速検出用スパークと称し、点火用スパークと区別する。

図７は、ωタンブル流により流れ方向が反転する時期を予測し、この時期を回避して点火時期を設定する特徴的制御について説明するための図である。
本実施形態の制御では、点火時期（点火用スパーク発生時期）に先立って、第１クランク角ａと第２クランク角ｂの２つの検出点において流速検出用スパークを発生させる。その２次電圧（放電電圧）に基づいて各検出点における流速を検出し、これら２つの検出点を通る直線の式（１次関数）を求める。特にωタンブル流が生じる場合には、流速がクランク角に比例して下がっていく特徴があるため、その傾きから流速が０となるクランク角を予測することができる。そのため、求めた式より、流速が０となるクランク角及びその近傍の流速が低いクランク角範囲を算出することができる。点火時期（点火用スパーク発生時期）がこのクランク角範囲に設定されている場合には、このクランク角範囲を避けて点火時期を遅角側に再設定する。

（特徴的制御２）
また、本実施形態のシステムでは、流速検出用スパークタイミング（第１クランク角ａ及び第２クランク角ｂ）をエンジン回転数に応じて変更する。図８及び図９を参照して説明する。

図８の（Ａ）は、低回転の場合における圧縮ＴＤＣ近傍の状態を示す模式図である。圧縮ＴＤＣ近傍においてタンブル成分の上下流のせん断が発生し、乱れに変換される。図８の（Ｂ）は、高回転の場合における圧縮ＴＤＣ近傍の状態を示す模式図状態を示す模式図である。高回転の場合には、エンジン回転数の増加によりタンブル流速が高まるため、低回転の場合（Ａ）に比して、より圧縮上死点手前のクランク角で強いせん断が発生し、乱れへの変換タイミングが早まる。タンブル成分の乱れへの変換タイミングが早まることで、中央点火プラグ２２近傍の流速減衰が早まり、最終的に流速が０となるクランク角が進角化する。

図９は、エンジン回転数に応じた流速検出用スパークタイミングの変化を示す図である。図８で説明したように、エンジン回転数の増加に比例して、中央点火プラグ２２近傍の流速が０となるクランク角が進角化する。そこで、本実施形態のシステムでは、図９に示すように、エンジン回転数の増加に合わせて流速検出用スパークタイミングを進角化する。

（フローチャート）
図１０は、上述の特徴的制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。この制御ルーチンは気筒毎、サイクル毎に実行される。

ＥＣＵ５０には、運転条件（例えば、負荷率、エンジン回転数）に応じた点火時期（点火用スパーク発生時期）を定めた点火時期マップが記憶されている。点火時期として、例えば運転条件に応じたＭＢＴが記憶されている。本明細書では、説明容易のため点火時期を点火時期マップから取得するものとしているが、フィードバック補正等の計算結果を加味した計算値であっても良い。

図１０に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、運転条件に応じた点火時期を設定する（ステップＳ１００）。また、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数に基づいて流速検出用スパークを発生させるクランク角を設定する（ステップＳ１００）。本発明では、流速検出用スパークを２回発生させるため、第１クランク角と第２クランク角を設定する。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数と第１および第２クランク角との関係を定めた関係マップが記憶されている。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数に応じた第１および第２クランク角をこのマップから取得する。なお、第１および第２クランク角は、吸気バルブ２８が閉じてから点火時期より前までの間のクランク角であり、スパークを発生させても混合気に着火しないタイミングに設定される。上述した図９に示すように第１および第２クランク角はエンジン回転数が高いほど進角側に設定される。

次に、第１クランク角において、１回目の流速検出用スパークを発生させる（ステップＳ１１０）。ＥＣＵ５０は、流速検出用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力し、中央点火プラグ２２に印加される放電電圧（２次電圧）を検出する。ＥＣＵ５０は、この放電電圧に基づいてプラグ近傍を流れる気体の流速（第１クランク角流速）を算出する（ステップＳ１２０）。プラグギャップ間の気体の流速が高いほど、火花放電が伸ばされるため電気抵抗が増大し、より高い２次電圧（放電電圧）が必要となる。ＥＣＵ５０は、放電電圧と流速の関係を定めた関係マップを記憶しており、放電電圧に応じた流速をこの関係マップから取得する。なお、放電電圧は、運転条件（筒内圧、温度、空燃比等）の影響を受けるため、これらのパラメータを含めた詳細なマップを用いても良い。

次に、第２クランク角において、２回目の流速検出用スパークを発生させる（ステップＳ１３０）。ＥＣＵ５０は、流速検出用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力し、中央点火プラグ２２に印加される放電電圧（２次電圧）を検出する。ＥＣＵ５０は、この放電電圧に基づいてプラグ近傍を流れる気体の流速（第２クランク角流速）を算出する（ステップＳ１４０）。

第１クランク角と第１クランク角流速との組、および、第２クランク角と第２クランク角流速との組をそれぞれ検出点とし、各検出点を通る直線の式（一次関数）を求める（ステップＳ１５０）。ＥＣＵ５０は、直線の式を用いて、流速の絶対値が所定値未満となるクランク角範囲（低流速クランク角範囲）を算出する（ステップＳ１６０）。この低流速クランク角範囲は、流速が０になるクランク角を含む。

ＥＣＵ５０は、点火時期（点火用スパーク発生時期）が低流速クランク角範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。点火時期が低流速クランク角範囲内にあると判定される場合には、ＥＣＵ５０は、点火時期を低流速クランク範囲外に変更する（ステップＳ１８０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、最終的な点火時期を低流速クランク範囲よりも遅角側に再設定する。その後、ＥＣＵ５０は、最終的な点火時期に従って点火用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力する（ステップＳ１９０）。

一方、ステップＳ１７０において、点火時期が低流速クランク角範囲内にないと判定される場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１００において設定された点火時期に従って、点火用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力する（ステップＳ１９０）。

以上説明したように、図１０に示すルーチンによれば、燃焼室２０内にタンブル流が形成される内燃機関において、中央点火プラグ２２近傍で流れ方向が反転し、流速が０となるクランク角を含む低流速クランク角範囲を、点火時期よりも前に算出することができる。そのため、現サイクルにおいて、低流速クランク角範囲を避けて点火時期を設定することができ、燃焼性悪化を抑制することができる。その結果、リーン燃焼限界を高めることができ、リーン燃焼運転における燃費向上を図ることもできる。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態１では、流量計速用スパークと点火用スパークの点火エネルギに違いを設けていないが、これに限定されるものではない。図１６は、流速検知用スパークと点火用スパークの点火エネルギ制御概念図である。流速検知用スパークでは、コイルへのチャージ時間を短縮し、流速検知時における着火を回避すると共に、短いインターバルでの２回スパークを可能とする。一方、点火用スパークでは、流速検知用スパークよりもチャージ時間を増加させて確実な着火を実現する。このように流量計速用スパークの点火エネルギを点火用スパークの点火エネルギよりも低く設定することが好ましい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１では、最終的な点火時期を低流速クランク角範囲外に再設定することとしているが、これに限定されるものではない。点火エネルギを通常時よりも増大させることとしてもよい。具体的には、上記ステップＳ１８０における点火時期の再設定に替えて、点火用スパークのチャージ時間を通常時（ステップＳ１７０の判定条件が成立しない場合）よりも増加させるステップを加えることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、２つの検出点において流速を検出して方程式を求めることとしているが、これに限定されるものではない、例えば、３点以上の検出点において流速を検出し、これらの検出点を通る方程式（２次以上の関数）を求めることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。また、火花点火式のエンジンに限らず、圧縮自着火式のエンジンにも本発明を適用することができる。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

尚、上述した実施の形態１においては、中央点火プラグ２２が前記第１又は第２の発明における「点火プラグ」に、点火装置３８が前記第１の発明における「スパーク発生手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「点火時期設定手段」が、上記ステップＳ１００およびＳ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１クランク角流速算出手段」が、上記ステップＳ１３０およびＳ１４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２クランク角流速算出手段」が、上記ステップＳ１５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「方程式算出手段」が、上記ステップＳ１６０の処理を実行するおとにより前記第１の発明における「低流速クランク角範囲算出手段」が、上記ステップＳ１８０の処理を実行することにより前記第１の発目における「点火設定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図１１〜図１５を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図１５のルーチンを実行させることで実現することができる。

図１１は、本発明の実施の形態２に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。図１１に示すシステム構成は、排気側点火プラグ７０が追加されている点を除き図１と同様である。排気側点火プラグ７０は、燃焼室２０の天井面周辺部であって、天井面中央部に配置された中央点火プラグ２２よりも排気側に寄った位置に取り付けられている。また、点火装置３８は、図２に示す構成と同等の構成を排気側点火プラグ７０に関して備える。点火装置３８は、排気側点火プラグ７０の電極部に点火火花（電気火花）を生じさせ、ＥＣＵ５０は、排気側点火プラグ７０に流れる２次電流又は印加される２次電圧（放電電圧）を計測することができる。

［実施の形態２における特徴的制御］
図１２は、中央点火プラグ２２による１点点火の場合の火炎伝播について説明するための図である。上述したようにωタンブル流が生じる場合には、図１２の（Ａ）に示すように、点火時期において、中央点火プラグ２２近傍に排気側（ＥＸ側）から吸気側（ＩＮ側）への流れが存在する。そのため、中央点火プラグ２２による１点点火の場合には、（Ｂ）に示すように火炎伝播が吸気側に偏ることとなる。

図１３は、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とによる２点点火の場合の火炎伝播について説明するための図である。図１３の（Ｂ）に示すように、ωタンブル流が生じる場合に、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とで２点点火を実施することにより、火炎伝播の偏りを改善することができる。

そこで、実施の形態２のシステムでは、通常タンブル流が生じる場合には、中央点火プラグ２２のみによる１点点火を実施し、ωタンブル流が生じる場合には、実施の形態１の点火制御に加えて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とによる２点点火を実施することとした。

より具体的な制御の概要について図１４を参照して説明する。図１４は、実施の形態２において通常タンブルかωタンブルかを判定して、１点点火又は２点点火を実行する制御概要を説明するための図である。

実施の形態２では、まず、点火時期に先立って、第１クランク角ａにおいて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で１回目の流速検知用スパーク発生させる。これらの２次電圧（放電電圧）に基づいて各プラグ近傍の流速を検出し、その流速差を算出する。

流速差が所定値未満の場合には、通常タンブル流が生じていると判断する。通常タンブルの場合には、図１２で説明したような吸気側への火炎伝播の偏りは生じない。よって、通常タンブルの場合には、排気側点火プラグ７０による点火用スパークを禁止し、中央点火プラグ２２のみによる点火用スパークを発生させる。

一方、流速差が所定値以上である場合には、ωタンブル流が生じていると判断する。この場合、図１２で説明したような吸気側への火炎伝播の偏りが生じる。よって、ωタンブルの場合には、実施の形態１の点火制御に加えて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で点火用スパークを発生させる。

（フローチャート）
図１５は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。この制御ルーチンは気筒毎、サイクル毎に実行される。

ＥＣＵ５０には、運転条件（例えば、負荷率、エンジン回転数）に応じた点火時期（点火用スパーク発生時期）を定めた点火時期マップが記憶されている。点火時期として、例えば運転条件に応じたＭＢＴが記憶されている。本明細書では、説明容易のため点火時期を点火時期マップから取得するものとしているが、フィードバック補正等の計算結果を加味した計算値であっても良い。

図１５に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、運転条件に応じた点火時期（点火用スパーク発生時期）を設定する（ステップＳ１００）。また、エンジン回転数に基づいて流速検出用スパークを発生させるクランク角を設定する（ステップＳ１００）。これらの処理は実施の形態１で説明した内容と同様であるため説明は省略する。

次に、第１クランク角において、１回目の流速検出用スパークを発生させる（ステップＳ２１０）。ＥＣＵ５０は、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で流量検出用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力し、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０に印加される放電電圧（２次電圧）をそれぞれ検出する。ＥＣＵ５０は、これらの放電電圧に基づいて、中央点火プラグ２２近傍を流れる気体の流速（第１クランク角流速）と、排気側点火プラグ７０近傍を流れる気体の流速（第１クランク角排気側流速）を算出する（ステップＳ２２０）。例えば、ＥＣＵ５０は、実施の形態１のステップＳ１２０の処理と同様に、放電電圧と流速の関係を定めた関係マップを記憶しており、運転条件及び放電電圧に応じた流速をこのマップから取得する。

続いて、ＥＣＵ５０は、第１クランク角流速と第１クランク角排気側流速との流速差を算出する（ステップＳ２３０）。ＥＣＵ５０は、流速差が所定値未満であるか否を判定する（ステップＳ２４０）。所定値は適合により定めた値である。流速差が所定値未満である場合には、通常タンブル流であると判断し、ＥＣＵ５０は、排気側点火プラグ７０による点火用スパークを禁止し、中央点火プラグ２２のみで点火用スパークを実行する（ステップＳ２５０）。

一方、流速差が所定値以上である場合には、上述した実施の形態１のステップＳ１３０〜ステップＳ１８０と同様の処理を実行する。その後、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で点火用スパークを実行する（ステップＳ２６０）。

以上説明したように、図１５に示すルーチンによれば、通常タンブル流とωタンブル流のいずれが発生しているかを判断し、通常タンブル流の場合は中央点火プラグ２２による１点点火、ωタンブル流の場合は実施の形態１における点火制御に加えて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とによる２点点火を実施することができる。そのため、いずれの場合においても好適な火炎伝播が得られ、燃焼性悪化を抑制することができる。

尚、上述した実施の形態Ｘにおいては、排気側点火プラグ７０が前記第３の発明における「排気側点火プラグ」に、点火装置３８が前記第３の発明における「排気側スパーク発生手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２１０およびＳ２２０の処理を実行することにより前記第３の発明における「第１クランク角排気側流速算出手段」が、上記ステップＳ２３０の処理を実行することにより前記第３の発明における「流速差算出手段」が、上記ステップＳ２４０およびＳ２５０の処理を実行することにより前記第３の発明における「禁止手段」が、それぞれ実現されている。

１０ 内燃機関
１４ ピストン
１６ クランク角センサ
２０ 燃焼室
２１ 直噴インジェクタ
２２ 中央点火プラグ
２８ 吸気バルブ
３０ 排気バルブ
３８ 点火装置
４０ 点火コイル
５０ ＥＣＵ
７０ 排気側点火プラグ

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグと、
   点火時期を設定する点火時期設定手段と、
   前記点火時期より前の複数のクランク角および前記点火時期において、前記点火プラグにスパークを発生させるスパーク発生手段と、
   前記スパーク発生手段により、吸気弁を閉じてから前記点火時期より前までの間の第１クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角流速を算出する第１クランク角流速算出手段と、
   前記スパーク発生手段により、前記第１クランク角から前記点火時期より前までの間の第２クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第２クランク角流速を算出する第２クランク角流速算出手段と、
   前記第１クランク角と前記第１クランク角流速との組、および、前記第２クランク角と前記第２クランク角流速との組をそれぞれ検出点とした場合に、各検出点を通る方程式を求める方程式算出手段と、
   前記方程式を用いて流速の絶対値が所定値未満となる低流速クランク角範囲を算出する低流速クランク角範囲算出手段と、
   前記点火時期が前記低流速クランク角範囲にある場合に、前記点火時期設定手段により前記点火時期を前記低流速クランク角範囲外に再設定し、或いは、点火エネルギを増加させる点火設定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記内燃機関は、吸気行程から圧縮行程にかけて前記燃焼室内にタンブル流が形成される構造を有し、
   前記点火プラグは、前記燃焼室の天井面中央部に配設された中央点火プラグであること、を特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火制御装置。
3. 前記天井面中央部よりも排気側の前記燃焼室に配設された排気側点火プラグと、
   前記点火時期より前のクランク角および前記点火時期において、前記排気側点火プラグにスパークを発生させる排気側スパーク発生手段と、
   前記排気側スパーク発生手段により、前記第１クランク角において前記排気側点火プラグにスパークを発生させ、前記排気側点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記排気側点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角排気側流速を算出する第１クランク角排気側流速算出手段と、
   前記第１クランク角流速と前記第１クランク角排気側流速との流速差を算出する流速差算出手段と、
   前記流速差が所定値未満である場合に、前記第２クランク角流速算出手段の実行を禁止し、かつ、前記排気側スパーク発生手段による前記点火時期におけるスパークの発生を禁止する禁止手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の点火制御装置。

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