JP7572246B2 - 燃焼制御システム及び燃焼制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼制御システム及び燃焼制御方法に関する。

自動車用エンジンは、ＣＯ_２削減のために高効率燃焼が求められている。高空気過剰率、高ＥＧＲ条件でのリーン燃焼は、熱効率向上のポテンシャルが高い。また、主燃焼室に取り付けた副燃焼室で燃焼した火炎を活用するジェット燃焼は、リーン条件で高速燃焼が可能であるため、現在、定置式の大型エンジンで実用化されている。一方、自動車等の排気量が２Ｌクラスのエンジンに対して、ジェット燃焼を適用するには、数ｃｃの微小空間である副燃焼室での燃焼を幅広い運転条件にて実現する必要がある。

特許文献１には、「内燃機関の制御装置は、副燃焼室の圧力を検出する圧力センサと、内燃機関の運転状態および検出された副燃焼室における圧力に応じて点火プラグの点火を制御する点火制御部とを備える」、「主燃焼室における点火タイミングのばらつきを抑制または解消する」と記載されている。

特開２０１８－１７８９６６号公報

ところで、特許文献１に開示された、副燃焼室に圧力センサを設ける方法では、副燃焼室と連通した場所に圧力センサを設ける必要があった。この場合、シリンダヘッドの改造および圧力センサの導入コストがかかるという課題があった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、副燃焼室に圧力センサを設けなくても、主燃焼室における燃焼状態を把握することを目的とする。

本発明に係る燃焼制御システムは、ピストンに面する主燃焼室と、主燃焼室に連通する副燃焼室と、副燃焼室の内部に取り付けられる点火プラグと、点火プラグの点火動作を制御する点火コイルと、燃料噴射装置が噴射する燃料と吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、主燃焼室及び副燃焼室で燃焼するシリンダと、を備えた内燃機関を制御するものである。この内燃機関制御装置は、１回の点火工程で点火コイルに対して、少なくとも１回出力する点火信号であって、予め設定されたインターバルが、点火プラグの点火時期から点火コイルの２次電流の放電が終了するまでの放電期間より長い場合に、混合気の燃焼に用いられる燃焼用の点火信号を出力した後、点火コイルの電気量変化タイミングの検出に用いられる検出用の点火信号を出力し、インターバルが放電期間未満である場合に、検出用を兼ねる燃焼用の点火信号を出力し、点火コイルに点火動作を行わせる動作制御部と、点火プラグが点火動作を開始して、点火プラグが副燃焼室の混合気に点火して、副燃焼室から主燃焼室に噴出した火炎が、主燃焼室から副燃焼室に吹き戻る期間に、点火プラグの放電による変化とは異なる、２次電流が変化するタイミングであって、点火プラグの放電開始から放電終了までの放電期間に２次電流に重畳されている直流成分を除き、放電期間における電気量変化検出期間に検出される２次電流の変化量が電流閾値を超えた回数が所定の回数以上であることが検出されたタイミングを電気量変化タイミングとして検出する電気量変化タイミング検出部と、検出用の点火信号、又は検出用を兼ねる燃焼用の点火信号が入力した点火コイルから電気量変化タイミング検出部が検出した電気量変化タイミングと、電気量変化タイミングに対して、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングの関係を示すグラフとに基づいて、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングを演算する燃焼タイミング演算部と、燃焼タイミング演算部によって演算された燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であるかを判断する燃焼タイミング判断部と、を備え、動作制御部は、燃焼タイミング判断部により燃焼タイミングが上死点後０～２０ｄｅｇの範囲外であると判断された場合に、点火タイミング、点火コイルのチャージ期間、目標Ａ／Ｆ、目標ＥＧＲ、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングのうちの、少なくともいずれか１つを、燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内になるように補正制御を実行する。
また、本発明に係る燃焼制御システムは、ピストンに面する主燃焼室と、主燃焼室に連通する副燃焼室と、副燃焼室の内部に取り付けられる点火プラグと、点火プラグの点火動作を制御する点火コイルと、燃料噴射装置が噴射する燃料と吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、主燃焼室及び副燃焼室で燃焼するシリンダと、を備えた内燃機関を制御するものである。この内燃機関制御装置は、点火コイルに点火信号を出力し、点火コイルに点火動作を行わせる動作制御部と、点火プラグが点火動作を開始して、点火プラグが副燃焼室の混合気に点火して、副燃焼室から主燃焼室に噴出した火炎が、主燃焼室から副燃焼室に吹き戻る期間に、点火プラグの放電による変化とは異なる、点火コイルの２次電流が変化するタイミングであって、点火プラグの放電開始から放電終了までの放電期間に２次電流に重畳されている直流成分を除き、放電期間における電気量変化検出期間に検出される２次電流の変化量が電流閾値を超えた回数が所定の回数以上であることが検出されたタイミングを点火コイルの電気量変化タイミングとして検出する電気量変化タイミング検出部と、電気量変化タイミング検出部が電気量変化タイミングを検出できなかった場合に、点火プラグの点火時期から２次電流の放電が終了するまでの放電期間を演算する放電期間演算部と、放電期間と、放電期間に対して、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングの関係を示すグラフとに基づいて、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングを演算する燃焼タイミング演算部と、燃焼タイミング演算部によって演算された燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であるかを判断する燃焼タイミング判断部と、を備え、動作制御部は、燃焼タイミング判断部により燃焼タイミングが上死点後０～２０ｄｅｇの範囲外であると判断された場合に、燃焼タイミング判断部により点火タイミング、点火コイルのチャージ期間、目標Ａ／Ｆ、目標ＥＧＲ、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングのうちの、少なくともいずれか１つを、燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内になるように補正制御を実行する。

本発明によれば、副燃焼室に圧力センサを設けなくても、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングが所定の範囲内であるかを判断し、主燃焼室の燃焼状態を把握することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係る燃焼制御システムの全体構成例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼制御システムの内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵのハードウェア構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る副燃焼室温度と、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）との関係を表すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係るシリンダヘッドを冷却する冷却水の温度と、副燃焼室温度との関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る点火コイルの構成例、並びに２次電流及び２次電圧の関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る火炎ジェットの変化の様子と、圧力差ΔＰの例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼タイミングの検出を説明するための第１の制御タイムチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る放電２次電流の電流変化タイミングを検出する方法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る放電２次電流の電流変化タイミングと、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼タイミングの検出を説明するための第２の制御タイムチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼制御システムで行われる内燃機関の燃焼制御方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係るＭＦＢ１０とＭＦＢ５０の関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る放電期間と、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る燃焼制御システムの内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃焼制御システムで行われる内燃機関の燃焼制御方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）の検出方法を説明するための第１の制御タイムチャートと、電流変化タイミングが検出された後に行われる点火信号の制御の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施の形態］
始めに、第１の実施の形態に係る燃焼制御システムの構成例及び動作例について、図１を参照して説明する。

＜点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンの構成例＞
図１は、燃焼制御システム１００の全体構成例を示す図である。エンジン１０は、自動車等のパワートレイン用エンジンの一例である。エンジン１０及びＥＣＵ１１により、内燃機関（エンジン１０）の燃焼を制御する燃焼制御システム１００が構成される。

本実施の形態では、点火プラグ１３に副燃焼室１６を形成する副室形成部材１４が取り付けられ、副室形成部材１４と一体となった点火プラグ１３がエンジン１０に取り付けられる構成で説明する。但し、本発明はこの構成に限定されず、副燃焼室１６を形成する副室形成部材１４がエンジン１０に取り付けられ、この副室形成部材１４に点火プラグ１３が取り付けられる構成であってもよい。これらのいずれの場合であっても図１を用いて説明する。

内燃機関（エンジン１０）は、ピストン（ピストン１）に面する主燃焼室（主燃焼室８）と、主燃焼室（主燃焼室８）に連通する副燃焼室（副燃焼室１６）と、副燃焼室（副燃焼室１６）の内部に取り付けられる点火プラグ（点火プラグ１３）と、を備える。また、内燃機関（エンジン１０）は、点火プラグ（点火プラグ１３）の点火動作を制御する点火コイル（点火コイル１２）と、燃料噴射装置（インジェクタ３）が噴射する燃料と吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、主燃焼室（主燃焼室８）及び副燃焼室（副燃焼室１６）で燃焼するシリンダ（シリンダ７）と、を備える。副燃焼室（副燃焼室１６）は、主燃焼室（主燃焼室８）から混合気を取り込む。点火プラグ１３に高電圧を印加する点火コイル１２は、点火プラグ１３のすぐ近くに設置され、点火プラグ１３に接続されている。

インテークマニホールド２１にはインジェクタ３が設けられている。インジェクタ３は、ＥＣＵ１１が出力する燃料噴射指令に従って燃料噴射を行う。インテークマニホールド２１から吸気される空気と、インジェクタ３から噴射された燃料とが混合された混合気は、主燃焼室８に供給される。この混合気は、エンジン１０のシリンダ７に設けられたピストン１が下降し、吸気バルブ４が開いた瞬間から主燃焼室８内に導入される。燃料の供給はポート噴射ではなく、主燃焼室８へ直接噴射する直噴インジェクタにより供給してもよい。また、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタが併用されてもよい。

上述したように本実施の形態に係る燃焼室として、副燃焼室１６と主燃焼室８が設けられる。副燃焼室１６は、主燃焼室８の吸気バルブ４と排気バルブ５の間に設置される。副燃焼室１６の先端に形成された複数の連通路１５は、副燃焼室１６と主燃焼室８とを連通する。主燃焼室８に供給された燃料と空気の混合気は、圧縮行程にてピストン１の上昇に伴い、連通路１５を通過して副燃焼室１６内に導入される。

燃焼行程では、吸気バルブ４が閉じており、ピストン１の上昇の過程で圧縮された混合気が点火プラグ１３の点火動作で点火される。このため、点火コイル１２、圧縮行程における上死点の直前付近にて、所定の点火タイミングで点火プラグ１３に高電圧を印加する。この高電圧の印加により、副燃焼室１６内で電極１７（接地電極及び中心電極）に発生した火花放電により混合気が点火され、混合気の燃焼が開始する。火花放電により副燃焼室１６内で生じた火炎は、連通路１５を通過して主燃焼室８に複数の火炎ジェットとして噴出し、主燃焼室８内の混合気を多点着火し、主燃焼が行われる。

火炎ジェットにより主燃焼室８内で燃焼した混合気は、急速に膨張する。そして、主燃焼室８内の圧力が上昇し、ピストン１を押し下げ、エンジントルクを発生させる。その後、排気行程にてピストン１が上昇し、排気バルブ５が開いた瞬間から排気ガスがエキゾーストマニホールド２２へ排出される。

＜燃焼制御システムの機能構成例＞
図２は、第１の実施の形態に係る燃焼制御システム１００の内部構成例を示すブロック図である。

点火コイル１２は、電気量変化タイミング検出部１２０を備える。
電気量変化タイミング検出部（電気量変化タイミング検出部１２０）は、点火プラグ（点火プラグ１３）が点火動作を開始してからの所定期間に、点火プラグ（点火プラグ１３）の放電による変化とは異なる変化である点火コイル（点火コイル１２）の電気量変化タイミングを検出する。本実施の形態では、電気量変化タイミング（電流変化タイミング）を、点火コイル（点火コイル１２）の２次電流が変化するタイミングとする。

ここで、点火コイル１２の電気量変化タイミング検出部１２０が２次電流の変化を検出するための検出回路について説明する。検出回路は、例えば、点火コイル１２に組み込まれたシャント抵抗によって構成される。そして、点火コイル１２は、シャント抵抗の両端における電圧変化を検出する。

電気量変化タイミング検出部１２０は、放電２次電流について、電流変化検出期間Ｔ（後述する図９を参照）内に所定周波数以上の振幅変化が電流閾値Ｉ（後述する図９を参照）以上となった電流変化が点火プラグ１３から入力した場合に、電流変化タイミングを検出できたものとしてフラグを立ち上げる。そして、電気量変化タイミング検出部１２０は、ＥＣＵ１１に向けて、特定の情報を示すパルス信号又はフラグを出力する。この特定の情報には、電気量変化タイミング検出部１２０が電流変化タイミングを検出できたことを示す情報、又は電流変化タイミングを検出できなかったことを示す情報のいずれかが含まれる。ＥＣＵ１１は、電気量変化タイミング検出部１２０から出力されるパルス又はフラグにより、電気量変化タイミング検出部１２０が電流変化タイミングを検出できたか否かを把握できる。

ＥＣＵ１１は、燃焼タイミング演算部１１１、燃焼タイミング判断部１１２及び動作制御部１１３を備える。

燃焼タイミング演算部（燃焼タイミング演算部１１１）は、電気量変化タイミング検出部（電気量変化タイミング検出部１２０）によって電気量変化タイミング（電流変化タイミング）が検出された場合に、電気量変化タイミング（電流変化タイミング）に基づいて、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングを演算する。この際、後述する図８と図１１に示すように、燃焼タイミング演算部（燃焼タイミング演算部１１１）は、検知用の点火信号、又は検知用を兼ねる燃焼用の点火信号が入力した点火コイル（点火コイル１２）から電気量変化タイミング検出部（電気量変化タイミング検出部１２０）が検出した電気量変化タイミング（電流変化タイミング）に基づいて燃焼タイミングを演算する。

このため、燃焼タイミング演算部１１１は、電気量変化タイミング検出部１２０から入力したパルス又はフラグ信号がどのクランクタイミングであるかを示すタイミング値を演算する。そして、燃焼タイミング演算部１１１は、演算したタイミング値に基づいて、燃焼タイミングの一例としてＭＦＢ５０を演算する。本実施の形態では、気筒内では、点火タイミングに従って混合気に点火が行われた後、燃焼が開始して筒内圧が上昇し、混合気の質量燃焼割合が５０％となる燃焼位相（以下、「ＭＦＢ（Mass Fraction Burned）５０」と呼ぶ）を経て、燃焼が終了する。以下の説明では、混合気が燃焼してＭＦＢ５０となったタイミングを、「燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）」と表記する。

燃焼タイミング判断部（燃焼タイミング判断部１１２）は、燃焼タイミング演算部（燃焼タイミング演算部１１１）によって演算された燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）が所定の範囲内であるかを判断する。本実施の形態では、後述する図８と図１１に示すように、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）が、圧縮行程におけるクランク角の上死点後の吹き戻り期間に含まれることを必要とする。主燃焼室（主燃焼室８）から副燃焼室（副燃焼室１６）に吹き戻る火炎の吹き戻り開始タイミングは、圧縮行程におけるクランク角の上死点後の吹き戻り期間に設定される。

動作制御部（動作制御部１１３）は、点火コイル（点火コイル１２）に点火信号を出力し、点火コイル（点火コイル１２）に点火動作を行わせる。１回の点火工程で動作制御部（動作制御部１１３）から点火コイル（点火コイル１２）に対して、点火信号が少なくとも１回出力される。この時、動作制御部（動作制御部１１３）は、予め設定されたインターバルが、点火プラグ（点火プラグ１３）の点火時期から２次電流の放電が終了するまでの放電期間より長い場合に、混合気の燃焼に用いられる燃焼用の点火信号を出力した後、電気量変化タイミング（電流変化タイミング）の検出に用いられる検知用の点火信号を出力する。一方、動作制御部（動作制御部１１３）は、インターバルが放電期間未満である場合に、動作制御部（動作制御部１１３）は、検知用を兼ねる燃焼用の点火信号を出力する。このような動作制御部１１３の詳細な処理の内容は、図８～図１１にて後述する。

動作制御部１１３から点火信号が入力した点火コイル（点火コイル１２）は、電気量変化タイミングが吹き戻り期間に含まれるように、２次電流を点火プラグ（点火プラグ１３）に通電する。

そして、燃焼タイミング判断部（燃焼タイミング判断部１１２）により燃焼タイミングが所定の範囲内でないと判断された場合に、動作制御部（動作制御部１１３）が点火タイミング、点火コイル（点火コイル１２）のチャージ期間、目標Ａ／Ｆ、目標ＥＧＲ、吸気バルブ（吸気バルブ４）の開閉タイミング、排気バルブ（排気バルブ５）の開閉タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングのうちの、少なくともいずれか１つを、燃焼タイミングが所定の範囲内になるように制御する。
燃焼タイミング演算部（燃焼タイミング演算部１１１）は、動作制御部（動作制御部１１３）による制御が行われた後、再び燃焼タイミングを演算する。
燃焼タイミング判断部（燃焼タイミング判断部１１２）は、再び燃焼タイミングが所定の範囲内であるかを判断する。
ここで、所定の範囲は、圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲とする。

＜ＥＣＵのハードウェア構成＞
次に、ＥＣＵ１１のハードウェア構成について説明する。ここでは、ＥＣＵ１１が備える計算機のハードウェア構成例を説明する。

図３は、ＥＣＵ１１のハードウェア構成例を示すブロック図である。
ＥＣＵ１１は、システムバス４６を介して相互に接続された、制御部４１、記憶部４２、及び入出力インターフェース４３を備える。制御部４１は、ＣＰＵ（central processing unit）４１ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）４１ｂ、及びＲＡＭ（Random Access Memory）４１ｃより構成されている。ＣＰＵ４１ａがＲＯＭ４１ｂに記憶された制御プログラムをＲＡＭ４１ｃにロードして実行することにより、図２に示したＥＣＵ１１の各機能が実現される。すなわち、制御部４１は、本実施の形態に係る燃焼制御システム１００の動作を制御するコンピューターの一例として用いられる。

記憶部４２は、半導体メモリ等からなる補助記憶装置である。例えば、記憶部４２には、制御プログラムで用いられる各種のパラメータ、変換テーブル、関係式、及び制御プログラムを実行して得られたデータなどが記録される。また、記憶部４２に制御プログラムが格納されていてもよい。

入出力インターフェース４３は、各センサや各アクチュエータと信号やデータの通信を行うインターフェースである。ＥＣＵ１１は、各センサの入出力信号を処理する図示しないＡ／Ｄ（Analog/digital）変換器、ドライバ回路等を備えている。入出力インターフェース４３がＡ／Ｄ変換器を兼ねてもよい。なお、プロセッサにＣＰＵを用いたが、ＭＰＵ（micro processing unit）等の他のプロセッサを用いてもよい。

＜副燃焼室の壁面温度が燃焼へ与える影響＞
自動車用に幅広く適用されているエンジン１０の排気量は１気筒の行程容積が３００～５００ｃｃであり、副燃焼室１６の内容積は数ｃｃのオーダである。そのため、副燃焼室１６の内容積に対する副燃焼室１６内の壁面表面積の比が大きくなり、副燃焼室１６の壁面温度（以下、「副燃焼室温度」と呼ぶ）が燃焼へ与える影響が大きくなる。そこで、副燃焼室温度が燃焼へ与える影響について、図４と図５を参照して説明する。

図４は、副燃焼室温度（壁面から数ｍｍの位置）と、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）との関係を表すグラフである。ここでは、点火タイミング及び回転数が一定の条件でエンジン１０が運転されたものとする。

副燃焼室温度が低ければ（例えば、５１℃）、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）は遅いが、副燃焼室温度が高くなるにつれて（例えば、５９℃、６３℃）、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）が早くなる。このように副燃焼室温度が変化すると、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）も変化する。このため、副燃焼室温度の変化が燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）に与える影響は大きいことが示される。

図５は、シリンダヘッド２０を冷却する冷却水の温度（以下、「水温」とも略記する）と、副燃焼室温度との関係を示す。図５には、点火タイミングが進角化された時のグラフが実線で表され、点火タイミングが遅角化された時のグラフが破線で表されている。

水温が低いと、副燃焼室１６における燃焼が遅いので、副燃焼室温度が上がりにくい。一方、水温が高くなると、副燃焼室温度が上がるが、ある一定値で副燃焼室温度が頭打ちとなる。この時、副燃焼室温度は、水温の影響を受けにくくなる。このように副燃焼室温度は、水温の変化と線形関係ではないことが図５から示される。また、水温が一定の場合においても、点火タイミングが進角化されているか、又は遅角化されているかによって副燃焼室温度が異なる特性を示す。

そこで、副燃焼室１６における燃焼を所定のタイミングに制御し、エンジン１０を高効率に運転するためには、副燃焼室温度を基にフィードバック制御する方法、又は燃焼状態を推定して、フィードバック制御する方法のうち、どちらかの方法を実施する必要がある。前者の副燃焼室温度を基にフィードバック制御する方法は、副燃焼室温度を検出するための温度センサを副燃焼室１６に設置するスペースを確保すること、及び温度センサを設置することによるコストアップにつながる。このため、本実施の形態では、後者の燃焼状態を推定して、フィードバック制御する方法を採用する。

また、燃焼室内に圧力センサを搭載し、燃焼室内で検出された圧力値に基づき、燃焼室内の燃焼状態を推定する手法はコストアップにつながりやすい。そこで、本実施の形態に係るＥＣＵ１１では、燃焼室内に圧力センサを追加しなくても、点火コイル１２から得られる情報を用いて燃焼状態を推定する手法を用いる。

図６は、点火コイル１２の構成例、並びに２次電流及び２次電圧の関係を示す図である。
図６の説明図（ａ）には、点火コイル１２の構成例が示される。

点火コイル１２は、電源１２１、１次コイル１２２、スイッチングデバイス１２３、及び２次コイル１２４と、を備える。
電源１２１は、１次コイル１２２に１次電流及び１次電圧を供給する。
スイッチングデバイス１２３は、ＥＣＵ１１（動作制御部１１３）から出力される点火信号のＯＮ又はＯＦＦに応じて１次コイル１２２の通電又は非通電を切り替える。
２次コイル１２４は、１次コイル１２２と並列に設置される。また、２次コイル１２４は、点火プラグ１３の電極に接続される。

１次コイル１２２への通電／非通電に応じて１次コイル１２２と２次コイル１２４との間で相互誘導が生じ、２次コイル１２４に高電圧（２次電圧）及び２次電流（図中にＩ（ｔ）と表す）が発生する。この２次電圧及び２次電流が点火プラグ１３に印加されて、点火プラグ１３の電極１７（図１を参照）で火花放電が発生し、初期火炎が形成される。以下の説明で、電極１７と総称される接地電極及び中心電極間を「電極間」と略記する。

なお、点火コイル１２は、一つ以上の１次コイル１２２、及び一つ以上の２次コイル１２４を設けた点火制御回路として構成してもよい。このような構成とした点火コイル１２に対して、本発明を適用することも可能である。

以上のように、本実施の形態に係る点火制御装置（ＥＣＵ１１）は、１次側に配置された１次コイル（１次コイル１２２）と、２次側に配置された２次コイル（２次コイル１２４）とを有する点火コイル（点火コイル１２）に入力される点火信号により、１次コイル１２２に流れる１次電流の通電及び遮断が制御され、１次電流が遮断されたことで２次コイル１２４に誘起された２次電圧及び２次電流が、２次コイル１２４に接続される点火プラグ１３に印加されて発生した火花放電により、混合気が気筒内の燃焼室（副燃焼室１６及び主燃焼室８）で点火されるエンジン１０の点火を制御する構成としている。

点火プラグ１３の電極間の抵抗により、火花放電時に点火コイル１２を流れる２次電流、及び２次電圧が変化する。その物理式（１）～（３）を下記に示す。

Ｌ・ｄＩ／ｄｔ＋Ｒｓｐ（ｔ）・Ｉ（ｔ）＝０ ・・・（１）
Ｉ（ｔ）＝Ｉ_０ｅｘｐ（－Ｒｓｐ（ｔ）／Ｌ・ｔ） ・・・（２）
Ｖ（ｔ）＝Ｒｓｐ（ｔ）・Ｉ（ｔ） ・・・（３）

２次コイル１２４のインダクタンスをＬ、点火プラグ１３の電極間の抵抗をＲｓｐ（ｔ）、点火コイル１２の２次電流をＩ（ｔ）、２次電流Ｉの初期値をＩ_０、２次電圧をＶ（ｔ）、２次電流の放電開始からの経過時間をｔとした場合、上記の式（１），（２），（３）が成立する。

図６の説明図（ｂ）には、点火コイル１２の放電時に時間変化する２次電流Ｉ（ｔ）の特性が示され、図６の説明図（ｃ）には、点火コイル１２の放電時に時間変化する２次電圧Ｖ（ｔ）の特性が示される。各図において、実線のグラフは、電極間の抵抗ＲｓｐがＲ［Ω］の場合の特性を表し、破線のグラフは、電極間の抵抗Ｒｓｐが２Ｒ［Ω］の場合の特性を表す。図６の説明図（ｂ）、（ｃ）に示す特性から、電極間の抵抗Ｒｓｐが変化すると、放電時における２次電流Ｉ（ｔ）と、２次電圧Ｖ（ｔ）の値が変化することが分かる。すなわち、電極間の抵抗Ｒｓｐの値が大きくなると、２次電流Ｉ（ｔ）と、２次電圧Ｖ（ｔ）の変化が急になる。

また、電極間の抵抗Ｒｓｐは、混合気のガス温度、圧力、組成、流速によって変化する。このため、副燃焼室１６内のガス温度、圧力、組成、流速が変化することで、点火コイル１２の２次電流Ｉ（ｔ）や２次電圧Ｖ（ｔ）が変化する。

次に、副燃焼室１６で形成された火炎ジェットが主燃焼室８に噴出した後、吹き戻る現象と、この時の副燃焼室１６の圧力Ｐｓと主燃焼室８の圧力Ｐｍの圧力差（ΔＰ＝Ｐｓ－Ｐｍ）の変化の様子について、説明する。

図７は、火炎ジェットの変化の様子と、圧力差ΔＰの例を示す図である。図７の下部には、クランク角度に対する圧力差ΔＰのグラフが示される。そして、図７の上部に示す火炎ジェットの変化の様子を示す説明図（ａ）～（ｃ）の符号が、圧力差ΔＰのグラフに付加される。なお、図中では、副燃焼室１６を「副室」と略記し、主燃焼室８を「主室」と略記する。また、説明図（ａ）～（ｃ）内に示す矢印は、火炎の伝播方向を表す。

図７の説明図（ａ）に示すように、ピストン１が上昇中に、点火プラグ１３による点火が行われる。そして、副燃焼室１６内に火炎が形成され、副燃焼室１６内を火炎が伝播する。この時、図７の下部のグラフより、圧力差ΔＰが正の値を示すことが分かる。

次に、図７の説明図（ｂ）に示すように、ピストン１が上死点を経て下降し始めるが、副燃焼室１６から主燃焼室８に火炎が噴出する。この時にも、図７の下部のグラフより、圧力差ΔＰが正の値を示すことが分かる。

次に、図７の説明図（ｃ）に示すように、主燃焼室８に噴出した火炎ジェットにより、主燃焼室８の混合気が燃焼し、ピストン１が下降する。そして、副燃焼室１６内の圧力が負圧になる。この時、図７の下部のグラフより、圧力差ΔＰが負の値を示すことが分かる。このため、主燃焼室８から副燃焼室１６へ火炎が吹き戻る現象が発生する。

図７の説明図（ｂ）から説明図（ｃ）に示すように、副燃焼室１６内における混合気の流動が大きく変化する。そして、点火プラグ１３の電極間の乱れが大きく変化すると共に、電極間の抵抗Ｒｓｐも変化する。

図７の説明図（ｃ）に示した吹き戻りのタイミングは、クランク角度が０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］の範囲に収まる。また、クランク角度が０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］の範囲より遅角化した場合は、既に膨張行程に入っているため、主燃焼室８から副燃焼室１６へ火炎が吹き戻ることはない。一方、クランク角度が０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］の範囲より進角化した場合は、エンジン１０内の圧力が高くなり過ぎるため、本実施の形態に係るエンジン制御の適用範囲外の条件となる。

＜燃焼タイミングの第１の検出方法＞
次に、圧力センサを用いずに燃焼タイミングを検出するための第１の方法について、図８を参照して説明する。
図８は、燃焼タイミングの検出を説明するための第１の制御タイムチャートである。図８の上から順に、点火信号、放電２次電流、放電２次電流の変化開始フラグ、燃焼割合の変化が示される。また、図８の横軸は時間を表す。

本実施の形態に係るＥＣＵ１１の動作制御部１１３は、２種類の点火信号（燃焼用点火信号及び検出用点火信号）を点火コイル１２に出力する。燃焼用の点火信号は、点火プラグ１３における混合気の燃焼に用いられる。検出用の点火信号は、電流変化タイミングの検出に用いられる。

燃焼用点火信号のパルス幅は、チャージ期間ｔ_ｃ１として表され、検出用点火信号のパルス幅は、チャージ期間ｔ_ｃ２として表される。チャージ期間ｔ_ｃ１，ｔ_ｃ２毎に、１次コイル１２２が通電される。

動作制御部１１３は、チャージ期間ｔ_ｃ１の経過後、燃焼用点火信号を立ち下げることで、点火プラグ１３における燃焼用の点火開始を制御する。点火プラグ１３では、放電期間ｔ_ｄ１にわたって電極間で放電される。また、ＥＣＵ１１は、チャージ期間ｔ_ｃ２ｂの経過後、検出用点火信号を立下げることで、点火プラグ１３における検出用の放電開始を制御する。点火プラグ１３では、放電期間ｔ_ｄ２にわたって電極間で放電される。

点火プラグ１３が点火動作を開始してからの所定期間（吹き戻り期間）に、点火プラグ１３の放電による変化とは異なる変化である点火コイル１２の電流変化タイミングが生じる。そこで、電気量変化タイミング検出部１２０は、点火プラグ１３からフィードバックされる検出用の電極間の放電時における放電２次電流の値に基づいて、放電２次電流の電流変化タイミングを検出する。クランク角度が０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］として表される火炎の吹き戻り期間には、主燃焼室８から副燃焼室１６に火炎が吹き戻るので、放電２次電流の値が激しく変化する。

ここで、放電２次電流の電流変化タイミングについて、図９を参照して説明する。
図９は、放電２次電流の電流変化タイミングを検出する方法を示す図である。

図９の上側には、点火コイル１２の放電開始後、点火コイル１２で発生した放電２次電流の変化の様子が示される。
図９の下側には、放電２次電流の所定周波数以上の変化が発生した期間で抽出された信号の様子が示される。

電気量変化タイミング検出部（電気量変化タイミング検出部１２０）は、図９の上側に示した点火プラグ（点火プラグ１３）の放電開始から放電終了までの放電期間に２次電流に重畳されている直流成分を除き、放電期間における電気量変化検出期間（電流変化検出期間Ｔ）以内に検出される２次電流の変化量が電流閾値（電流閾値Ｉ）を超えた回数が所定の回数以上であることを、電気量変化タイミング（電流変化タイミング）として検出する。ここで、所定期間は、点火プラグ（点火プラグ１３）が副燃焼室（副燃焼室１６）の混合気に点火して、副燃焼室（副燃焼室１６）から主燃焼室（主燃焼室８）に噴出した火炎が、主燃焼室（主燃焼室８）から副燃焼室（副燃焼室１６）に吹き戻る期間である。

ここで、放電２次電流の電流変化タイミングを検出する具体的な手段について説明する。
電気量変化タイミング検出部１２０は、例えば、シャント抵抗などを用いて、放電２次電流を０－５Ｖの信号に変換する。その際、電流閾値Ｉに相当する電圧値をデジタル信号のＨｉｇｈとＬｏｗの判定電圧値となるようシャント抵抗の値などを選定する。そして、電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化検出期間Ｔ以内に所定数のＨｉｇｈの数をカウントすると、放電２次電流の変化開始フラグを立てる。なお、電気量変化タイミング検出部１２０は、放電２次電流の電流変化タイミングを検出するための他の手段として、例えば、バンドパスフィルタを用いて特徴周波数の電流を検出してもよい。

再び、図８の説明に戻る。
点火コイル１２の電気量変化タイミング検出部１２０は、放電２次電流の電流変化タイミングを検出すると、放電２次電流の変化開始フラグをＥＣＵ１１に出力する。ＥＣＵ１１の燃焼タイミング演算部１１１は、点火コイル１２から入力した変化開始フラグを基に、ＭＦＢ５０タイミング（図中に「ＭＦＢ５０」と記載）を演算する。そして、ＥＣＵ１１の燃焼タイミング判断部１１２は、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）が吹き戻り期間に含まれるか判断し、動作制御部１１３は、電流変化タイミングが０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に収まるように、検出用点火信号のチャージ期間及び放電期間を制御する。

なお、図８に示した検出用点火信号は、ＥＣＵ１１がフィードバックを必要とするときだけ使用すればよい。このため、ＥＣＵ１１は、フィードバックが不要な間、検出用点火信号を点火コイル１２に出力しないことで、点火コイル１２における不要なエネルギを減らしたり、点火プラグ１３の電極の摩耗を抑制したりすることができる。

図１０は、放電２次電流の電流変化タイミングと、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）との関係を示すグラフである。図１０に示すグラフの横軸及び縦軸は、いずれもクランク角度［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］である。

電流変化タイミングと、ＭＦＢ５０のタイミングとの関係には直線性がある。このため、燃焼タイミング演算部１１１は、電流変化タイミングに基づいてＭＦＢ５０を演算することが可能である。また、図１０に示す電流変化タイミングと、ＭＦＢ５０のタイミングとの直線性を表す関係式は、回転数、トルク、ＥＧＲ率、空気過剰率に依存して変化する。そこで、図１０に示す直線性の関係式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）を構成する定数ａ，ｂの値は、回転数、トルク、ＥＧＲ率、空気過剰率毎に予めＥＣＵ１１内に保存される。

一般的な点火コイル１２を用いた場合、図８に示した第１の制御フローチャートにおいて燃焼用点火信号と検出用点火信号の間のインターバルｔｉは、燃焼用点火信号による放電期間ｔ_ｄ１以上の期間が必要となる。なぜなら燃焼用点火信号による放電が終了する前に、検出用点火信号による点火コイル１２へのチャージが始まる制御にすると、燃焼用点火信号による点火タイミングで燃焼を開始するための十分なエネルギを点火コイル１２に供給できず、燃焼が不安定となりやすいからである。そこで、インターバルｔｉを放電期間ｔ_ｄ１以上の期間とすることで、燃焼用点火信号による燃焼不安定を回避することができる。

＜燃焼タイミングの第２の検出方法＞
一般的に点火時の放電期間は数ｍｓオーダであり、エンジン１０の回転数やトルクの条件によって、インターバルｔｉが放電期間ｔ_ｄ１未満となるケースがある。例えば、ストイキ条件（ＥＧＲ率ゼロ）、高負荷運転時などの点火開始から燃焼が始まるまでの期間が短い条件がある。そこで、圧力センサを用いずに燃焼タイミングを検出するための第２の方法について、図１１を参照して説明する。

図１１は、燃焼タイミングの検出を説明するための第２の制御タイムチャートである。図１１の上から順に、点火信号、放電２次電流、放電２次電流の変化開始フラグ、燃焼割合の変化が示される。

第２の制御タイムチャートに示すように、燃焼用点火信号が検出用を兼ねる（図中では、「点火／検出用」と記載する）。この場合、火炎の吹き戻りタイミングが、放電期間ｔ_ｄ１の期間内となる。このため、電気量変化タイミング検出部１２０は、燃焼用点火信号の放電時に発生した放電２次電流の電流変化タイミングを検出する。こうすることで、放電２次電流の電流変化タイミングを、所定のクランク角度の範囲（０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）内にすることができる。

なお、放電２次電流の電流変化タイミングが所定のクランク角度である０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］の範囲外の場合であれば、動作制御部１１３が点火コイル１２のチャージ期間ｔ_ｃ１を調整する。動作制御部１１３は、チャージ期間ｔ_ｃ１を調整することにより、放電期間ｔ_ｄ１を増減し、電流変化タイミングを所定のクランク角度である０～２０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］の範囲内になるよう制御することが可能となる。

＜燃焼制御システムの動作例＞
図１２は、第１の実施の形態に係る燃焼制御システム１００で行われるエンジン１０の燃焼制御方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、ＥＣＵ１１が燃焼タイミングの第１又は第２の検出方法を用いて行うＭＦＢ５０の推定処理の一例について説明する。

始めに、ＥＣＵ１１の動作制御部１１３（図２を参照）は、現在の回転数、空気量、Ａ／Ｆ（空燃比）、ＥＧＲ率の各現在値を基に、下記の３つの制御を行う（Ｓ１）。
（１）マップ制御（点火タイミング、ｄｗｅｌｌ補正、燃料噴射タイミング、点火パルス幅（チャージ期間ｔ_ｃ１）、可変バルブ（ＶＴＣ）位相の制御）
（２）Ａ／Ｆフィードバック制御（空気量、燃料噴射タイミング、噴射パルスの制御）
（３）ＥＧＲ率制御（ＥＧＲバルブ開度の制御）
なお、エンジン１０に直噴インジェクタが搭載されている場合、ＥＣＵ１１は、噴射圧力や噴射回数についても制御する。

次に、ＥＣＵ１１の動作制御部１１３は、各補正制御を実施する（Ｓ２）。補正制御の対象として、下記の４つがある。
（１）点火タイミング補正、及びｄｗｅｌｌ補正
（２）目標Ａ／Ｆ補正
（３）ＥＧＲ率補正
（４）可変バルブ（ＶＴＣ）の位相補正

なお、本実施の形態に係る動作制御部１１３が行う主な制御は、ステップＳ１では（１）マップ制御、ステップＳ２では（１）点火タイミング補正、及びｄｗｅｌｌ補正である。他の制御及び補正は、必要に応じて行われる。

次に、動作制御部１１３は、燃焼用点火と検出用点火のインターバルｔｉが、燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１より長いか否かを判定する（Ｓ３）。動作制御部１１３は、点火コイル１２の２次電流若しくは２次電圧、又は点火コイル１２の１次電圧のいずれかの情報を用いて、放電期間ｔ_ｄ１を把握する。

インターバルｔｉが、燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１より長い場合（Ｓ３のＹＥＳ）、動作制御部１１３は、燃焼用点火信号に加えて、インターバルｔｉの後に検出用点火信号を点火コイル１２に出力する。上述したように燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１の途中で検出用信号のチャージが開始されると、検出用信号が正しくチャージされなくなるためである。そして、点火コイル１２では、燃焼用点火信号による放電が行われた後、検出用点火信号による放電が行われる。電気量変化タイミング検出部１２０は、図８に示した第１の制御タイムチャートに従って、検出用点火信号の放電期間ｔ_ｄ２における放電２次電流の電流変化タイミングを検出する（Ｓ４）。

一方、インターバルｔｉが、燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１以下である場合（Ｓ３のＮＯ）、動作制御部１１３は、検出用を兼ねる燃焼用の点火信号を点火コイル１２に出力する。そして、点火コイル１２では、燃焼用点火信号による放電だけが行われる。電気量変化タイミング検出部１２０は、図１１に示した第２の制御タイムチャートに従って、検出用を兼ねる燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１における放電２次電流の電流変化タイミングを検出する（Ｓ５）。

次に、燃焼タイミング演算部１１１は、ステップＳ４又はＳ５で検出された放電２次電流の電流変化タイミング、及び図１０に示した関係に基づいて、ＭＦＢ５０を推定する（Ｓ６）。そして、燃焼タイミング判断部１１２は、ＭＦＢ５０が目標タイミング内であるかを判定する（Ｓ７）。目標タイミングは、例えば、圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの間に設定され、ＭＦＢ５０が目標タイミング内であるとは、ＭＦＢ５０が圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であることを意味する。

推定されたＭＦＢ５０が目標タイミング内であれば（Ｓ７のＹＥＳ）、図１２のＭＦＢ５０の推定処理を呼び出した元の処理（不図示）にリターンされる。所定時間後、動作制御部１１３によるステップＳ１に示す制御が再び行われる。

一方、推定されたＭＦＢ５０が目標タイミング内でなければ（Ｓ７のＮＯ）、ステップＳ２に戻って、動作制御部１１３が再び補正制御を実行する。

ステップＳ７で判定されるＭＦＢ５０の目標タイミングは、上死点後０～２０ｄｅｇの間に設定される。そして、動作制御部１１３は、エンジン１０の回転数、要求トルク又は空気量によって、目標タイミングの値を制御する。具体的には、水温が低い際はＭＦＢ５０の目標タイミングが遅角側に設定され、触媒暖機のために燃焼を遅くする制御を実施する。また、高ＥＧＲ条件や高Ａ／Ｆ条件の場合、ＭＦＢ５０の目標タイミングは進角側に設定される。

また、高トルク条件ではノッキング回避のためにＭＦＢ５０の目標タイミングは遅角側に設定され、高回転条件時は進角側に設定される。そして、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）が上死点後０～２０ｄｅｇの範囲外の場合、動作制御部１１３は、ステップＳ２に示した補正制御を実施する。

また、推定されたＭＦＢ５０が目標タイミングよりも遅い場合、動作制御部１１３が燃焼を安定化するために、ステップＳ２で実施する補正制御は、点火タイミング進角化、点火ｄｗｅｌｌ補正（長放電時間）、Ａ／Ｆ小、ＥＧＲ率小の制御のいずれか１つ以上となる。
一方、ＭＦＢ５０が目標タイミングより早い場合、動作制御部１１３は、上記の逆の制御のいずれか１つ以上の制御を実施する。

以上説明した第１の実施の形態に係るＥＣＵ１１では、副燃焼室１６内の圧力を検出するための圧力センサを副燃焼室１６に追加して取り付けなくても、既にあるセンサから得られた情報と、各気筒に搭載された点火コイル１２の情報とに基づいて、ジェット燃焼の各気筒の燃焼タイミングを検出することが可能となる。そして、動作制御部１１３は、燃焼タイミング演算部１１１が演算した各気筒の燃焼タイミングに基づいて、点火タイミング等を制御することで、高効率に燃焼することが可能となる。

このようにＥＣＵ１１は、副燃焼室温度が変化した場合においても、副燃焼室温度や筒内の燃焼圧力を計測することなく、最適な燃焼タイミングを制御できる。この結果、ＥＣＵ１１は、ロバスト性の高い燃焼を低コストにて実現可能となる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
ところで、図１２に示した制御フローチャートにおいて、目標タイミングの判定に用いられる値は、ＭＦＢ５０ではなく、混合気の質量燃焼割合が１０％となる燃焼位相であるＭＦＢ１０としてもよい。この理由として、ジェット燃焼は火炎が噴出してから主燃焼が完了するまでの時間が短い高速燃焼であるが、ＭＦＢ１０であれば、燃焼初期の値であるので、気筒内における空気の流動などの影響を受けにくいためである。

図１３は、ＭＦＢ１０とＭＦＢ５０の関係を示すグラフである。
このグラフには、ＭＦＢ１０とＭＦＢ５０の関係に直線性があり、ＭＦＢ１０が増加すると共に、ＭＦＢ５０が増加することが示される。このため、図１２に示した制御フローチャートのステップＳ６にて、燃焼タイミング演算部１１１はＭＦＢ１０を推定し、ステップＳ７にて、燃焼タイミング判断部１１２はＭＦＢ１０が目標タイミング内であるか否かを判定してもよい。

また、点火コイル１２における２次電流の変化は、２次電圧の変化にも現れるので、電気量変化タイミング検出部１２０は、電気量の変化として２次電圧の変化を検出してもよい。また、２次電圧は電圧範囲が大きいことから、電気量変化タイミング検出部１２０は、電気量の変化として１次電圧の変化を検出してもよい。ＥＣＵ１１は、点火コイル１２で検出された２次電圧又は１次電圧の変化を示すパルス信号又はフラグに基づいて、燃焼タイミングを演算し、燃焼タイミングが目標タイミングの範囲内であるかを判断してもよい。

また、点火コイル１２に設けた電気量変化タイミング検出部１２０と同じ機能を有する検出部をＥＣＵ１１が備える構成としてもよい。

［第２の実施の形態］
上述した図８及び図１２に示した第１及び第２の制御フローチャートを用いても、電流変化が小さいため、電流変化タイミングを検出することが困難となる運転条件がある。具体的には低負荷条件や始動時などである。そこで、第２の実施の形態に係るＥＣＵは、電流変化タイミングを検出できない場合に、放電期間を用いてＭＦＢ５０を推定する。
本発明の第２の実施の形態に係るＥＣＵで行われるＭＦＢ５０の推定方法について、図１４～図１６を参照して説明する。

図１４は、放電期間ｔ_ｄ２と、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）との関係を示すグラフである。図１４の横軸は、検出用の点火信号が入力された点火コイル１２により点火プラグ１３が点火された時の放電期間ｔ_ｄ２を示し、縦軸は、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］を示す。

例えば、火炎の吹き戻りがなければ、点火プラグ１３のエネルギ消費が少ないので放電期間ｔ_ｄ２が長くなる。放電期間ｔ_ｄ２が長くなると、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）が遅くなる。逆に、火炎の吹き戻りがあると、点火プラグ１３のエネルギ消費が多くなるので、放電期間ｔ_ｄ２が短くなる。放電期間ｔ_ｄ２が短くなると、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）が早くなる。また、エンジン１０が高回転になるほど、グラフは左側に遷移する。

つまり、エンジン１０が高回転になるにつれて、放電期間ｔ_ｄ２が短くても、所定の燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）に達しやすくなる。しかし、エンジン１０の始動時は低回転であるものの、放電２次電流の変化がわずかであるので、電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化を検出できないことがある。そこで、図１５に示すＥＣＵ１１Ａは、放電期間ｔ_ｄ２を検出することで、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）を推定する。

このため、ＥＣＵ１１Ａは、図１４に示す放電期間ｔ_ｄ２と燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）の関係を運転条件毎にＲＯＭ４１ｂ又は記憶部４２（図３を参照）に保存しておく。燃焼タイミング演算部１１１は、この関係を用いることで放電期間ｔ_ｄ２から燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）を演算することが可能となる。

＜燃焼制御システムの構成例＞
図１５は、第２の実施の形態に係る燃焼制御システム１００の内部構成例を示すブロック図である。
ＥＣＵ１１Ａは、第１の実施の形態に係る燃焼タイミング演算部１１１、燃焼タイミング判断部１１２及び動作制御部１１３に加えて、放電期間演算部１１４を備える。

放電期間演算部（放電期間演算部１１４）は、電気量変化タイミング検出部（電気量変化タイミング検出部１２０）が電気量変化タイミング（電流変化タイミング）を検出できなかった場合に、点火プラグ（点火プラグ１３）の点火時期から２次電流の放電が終了するまでの放電期間を演算する。電気量変化タイミング検出部（電気量変化タイミング検出部１２０）が電気量変化タイミング（電流変化タイミング）を検出できなかったことは、放電期間演算部１１４は、電気量変化タイミング検出部１２０が電流変化タイミングを検出不能であったことを示す情報を受信することで把握される。

放電期間演算部（放電期間演算部１１４）は、予め設定されたインターバルが放電期間より長く、かつ電気量変化タイミング（電流変化タイミング）が検出されなかった場合に、点火コイル（点火コイル１２）に出力された検知用の点火信号に基づいて、放電期間を演算し、インターバルが放電期間未満である場合に、点火コイル（点火コイル１２）に出力された検知用を兼ねる燃焼用の点火信号に基づいて、放電期間を演算する。ここで、放電期間演算部（放電期間演算部１１４）は、２次電流の変化、又は点火コイル（点火コイル１２）の１次電圧若しくは２次電圧の変化のいずれか１つ以上に基づいて点火コイル（点火コイル１２）の放電期間を演算する。

燃焼タイミング演算部１１１は、電流変化タイミングを検出不能であったことを示す情報を受信すると、放電期間演算部１１４により演算された放電期間に基づいて燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）を演算する。以降の燃焼タイミング判断部１１２及び動作制御部１１３の処理は、第１の実施の形態に係る処理と同様である。

＜燃焼制御システムの動作例＞
図１６は、第２の実施の形態に係る燃焼制御システム１００で行われるエンジン１０の燃焼制御方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、第２の実施の形態に係るＥＣＵ１１Ａが燃焼タイミングの第１又は第２の検出方法を用いて行う、放電期間からＭＦＢ５０を推定する処理の一例について説明する。

図１６のステップＳ１１～Ｓ１３の処理は、図１２のステップＳ１～Ｓ３の処理と同様であるので、詳細な説明を省略する。

ステップＳ１３にて、インターバルｔｉが、燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１より長いと判定された場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、動作制御部１１３は、燃焼用点火信号に加えて、インターバルｔｉの後に検出用点火信号を点火コイル１２に出力する。点火コイル１２では、燃焼用点火信号による放電が行われた後、検出用点火信号による放電が行われる。電気量変化タイミング検出部１２０は、図８に示した第１の制御タイムチャートに従って、検出用点火信号の放電期間ｔ_ｄ２における放電２次電流の電流変化タイミングを検出するための処理を行う（Ｓ１４）。

次に、電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化タイミングを検出できたか否かを判定する（Ｓ１５）。電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化タイミングを検出できなかった場合（Ｓ１５のＮＯ）、電流変化タイミングを検出できなかったことを示すパルス信号又はフラグをＥＣＵ１１Ａに出力する。この場合、放電期間演算部１１４は、検出用点火信号の放電期間ｔ_ｄ２を検出し（Ｓ１６）、ステップＳ２０に進む。

一方、電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化タイミングを検出できた場合（Ｓ１５のＹＥＳ）、電流変化タイミングを検出できたことを示すパルス信号又はフラグをＥＣＵ１１Ａに出力し、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１３にて、インターバルｔｉが、燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１以下であると判定された場合（Ｓ１３のＮＯ）、動作制御部１１３は、検出用を兼ねる燃焼用の点火信号を点火コイル１２に出力する。そして、点火コイル１２では、燃焼用点火信号による放電だけが行われる。電気量変化タイミング検出部１２０は、図１１に示した第２の制御タイムチャートに従って、検出用を兼ねる燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１における放電２次電流の電流変化タイミングを検出するための処理を行う（Ｓ１７）。

次に、電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化タイミングを検出できたか否かを判定する（Ｓ１８）。電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化タイミングを検出できなかった場合（Ｓ１８のＮＯ）、電流変化タイミングを検出できなかったことを示すパルス信号又はフラグをＥＣＵ１１Ａに出力する。この場合、放電期間演算部１１４は、検出用を兼ねる燃焼用点火信号の放電期間ｔ_ｄ１を検出し（Ｓ１９）、ステップＳ２０に進む。

一方、電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化タイミングを検出できた場合（Ｓ１８のＹＥＳ）、電流変化タイミングを検出できたことを示すパルス信号又はフラグをＥＣＵ１１Ａに出力し、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１５のＹＥＳ判定、又はステップＳ１８のＹＥＳ判定の後、燃焼タイミング演算部１１１は、電気量変化タイミング検出部１２０により検出された放電２次電流の電流変化タイミングに基づいて、ＭＦＢ５０を推定する。あるいは、ステップＳ１６、又はステップＳ１９の後、燃焼タイミング演算部１１１は、放電期間演算部１１４により演算された放電期間に基づいて、ＭＦＢ５０を推定する（Ｓ２０）。

そして、燃焼タイミング判断部１１２は、推定されたＭＦＢ５０が目標タイミング内であるかを判定する（Ｓ２１）。推定されたＭＦＢ５０が目標タイミング内であれば（Ｓ２１のＹＥＳ）、図１６の推定処理を呼び出した元の処理（不図示）にリターンされる。所定時間後、動作制御部１１３によるステップＳ１１に示す制御が再び行われる。

一方、推定されたＭＦＢ５０が目標タイミング内でなければ（Ｓ２１のＮＯ）、ステップＳ１２に戻って、動作制御部１１３が再び補正制御を実行する。

以上説明した第２の実施の形態に係るＥＣＵ１１Ａでは、点火信号の電流変化タイミングが検出された場合に、検出された電流変化タイミングに基づいて燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）を推定する。一方、ＥＣＵ１１Ａは、点火信号の電流変化タイミングが検出されなかった場合、点火信号の放電期間を演算し、この放電期間に基づいて燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）を推定する。そして、ＥＣＵ１１Ａは、検出した各気筒の燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）に基づいて、点火タイミング等を制御することで、高効率に燃焼することが可能となる。

なお、図６に示したように、点火プラグ１３の電極間の抵抗Ｒｓｐの抵抗変化が大きくなると、２次電流の変化の傾きも大きくなるので、放電期間が短縮する物理特性がある。燃焼タイミング演算部１１１は、この物理特性を利用することで、放電期間演算部１１４が演算した放電期間に基づいて燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）を推定することも可能である。

＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係るＥＣＵ１１で行われる制御の例について、図１７を参照して説明する。
検出用点火信号のチャージ期間ｔ_ｃ２が大きいと放電期間ｔ_ｄ２が長くなるので、電気量変化タイミング検出部１２０は、電流変化タイミングが把握しやすいものの、点火コイル１２で無駄なエネルギが大きくなる。

このため、動作制御部（動作制御部１１３）は、電気量変化タイミング（電流変化タイミング）が検出される前に点火コイル（点火コイル１２）が通電される期間よりも、電気量変化タイミング検出部（電気量変化タイミング検出部１２０）が電気量変化タイミング（電流変化タイミング）を検出した後に、点火コイル（点火コイル１２）が通電される期間が短くなるように点火信号を出力する。例えば、電気量変化タイミング検出部１２０が電流変化タイミングを検出した後は、動作制御部１１３は、検出用点火信号のチャージ期間ｔ_ｃ２を短くする。

図１７は、燃焼タイミング（ＭＦＢ５０）の検出方法を説明するための第１の制御タイムチャートと、電流変化タイミングが検出された後に行われる点火信号の制御の例を示す図である。図１７の上側に示す第１の制御のタイムチャートは、図８に示した第１の制御のタイムチャートと同じであるため、詳細な説明を省略する。

図１７の下側には、検出用点火信号のチャージ期間ｔ_ｃ２と、検出用点火の放電期間ｔ_ｄ２との関係が示される。図中に白丸で示されるのは、検出用点火信号の初期状態を表す。そして、電気量変化タイミング検出部１２０により電流変化タイミングが検出された後は、動作制御部１１３がチャージ期間ｔ_ｃ２を短くする。この結果、放電期間ｔ_ｄ２も短くなる。

以上説明した第３の実施の形態に係るＥＣＵ１１では、電流変化タイミングが検出された後、検出用点火信号のチャージ期間ｔ_ｃ２を短くする。このため、ＥＣＵ１１は、電流変化タイミングが検出された後に点火コイル１２が消費する無駄なエネルギを小さくできる。

なお、本発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

８…主燃焼室、１０…エンジン、１１…ＥＣＵ、１２…点火コイル、１３…点火プラグ、１６…副燃焼室、１７…電極、４１…制御部、４２…記憶部、１００…燃焼制御システム、１１１…燃焼タイミング演算部、１１２…燃焼タイミング判断部、１１３…動作制御部、１１４…放電期間演算部、１２０…電気量変化タイミング検出部、１２２…１次コイル、１２４…２次コイル

Claims (8)

1. ピストンに面する主燃焼室と、前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記副燃焼室の内部に取り付けられる点火プラグと、前記点火プラグの点火動作を制御する点火コイルと、燃料噴射装置が噴射する燃料と吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、前記主燃焼室及び前記副燃焼室で燃焼するシリンダと、を備えた内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御システムにおいて、
   １回の点火工程で前記点火コイルに対して、少なくとも１回出力する点火信号であって、予め設定されたインターバルが、前記点火プラグの点火時期から前記点火コイルの２次電流の放電が終了するまでの放電期間より長い場合に、混合気の燃焼に用いられる燃焼用の前記点火信号を出力した後、前記点火コイルの電気量変化タイミングの検出に用いられる検出用の前記点火信号を出力し、前記インターバルが前記放電期間未満である場合に、検出用を兼ねる燃焼用の前記点火信号を出力し、前記点火コイルに前記点火動作を行わせる動作制御部と、
   前記点火プラグが前記点火動作を開始して、前記点火プラグが前記副燃焼室の前記混合気に点火して、前記副燃焼室から前記主燃焼室に噴出した火炎が、前記主燃焼室から前記副燃焼室に吹き戻る期間に、前記点火プラグの放電による変化とは異なる、前記２次電流が変化するタイミングであって、前記点火プラグの放電開始から放電終了までの放電期間に前記２次電流に重畳されている直流成分を除き、前記放電期間における電気量変化検出期間に検出される前記２次電流の変化量が電流閾値を超えた回数が所定の回数以上であることが検出されたタイミングを前記電気量変化タイミングとして検出する電気量変化タイミング検出部と、
   検出用の前記点火信号、又は検出用を兼ねる燃焼用の前記点火信号が入力した前記点火コイルから前記電気量変化タイミング検出部が検出した前記電気量変化タイミングと、前記電気量変化タイミングに対して、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングの関係を示すグラフとに基づいて、前記燃焼割合が所定値となる前記燃焼タイミングを演算する燃焼タイミング演算部と、
   前記燃焼タイミング演算部によって演算された前記燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であるかを判断する燃焼タイミング判断部と、を備え、
   前記動作制御部は、前記燃焼タイミング判断部により前記燃焼タイミングが上死点後０～２０ｄｅｇの範囲外であると判断された場合に、点火タイミング、前記点火コイルのチャージ期間、目標Ａ／Ｆ、目標ＥＧＲ、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングのうちの、少なくともいずれか１つを、前記燃焼タイミングが前記圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内になるように補正制御を実行する
   燃焼制御システム。
2. 前記主燃焼室から前記副燃焼室に吹き戻る前記火炎の吹き戻り開始タイミングは、圧縮行程におけるクランク角の上死点後の吹き戻り期間に設定され、
   前記動作制御部から前記点火信号が入力した前記点火コイルは、前記電気量変化タイミングが前記吹き戻り期間に含まれるように、前記２次電流を前記点火プラグに通電する
   請求項１に記載の燃焼制御システム。
3. ピストンに面する主燃焼室と、前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記副燃焼室の内部に取り付けられる点火プラグと、前記点火プラグの点火動作を制御する点火コイルと、燃料噴射装置が噴射する燃料と吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、前記主燃焼室及び前記副燃焼室で燃焼するシリンダと、を備えた内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御システムにおいて、
   前記点火コイルに点火信号を出力し、前記点火コイルに前記点火動作を行わせる動作制御部と、
   前記点火プラグが前記点火動作を開始して、前記点火プラグが前記副燃焼室の前記混合気に点火して、前記副燃焼室から前記主燃焼室に噴出した火炎が、前記主燃焼室から前記副燃焼室に吹き戻る期間に、前記点火プラグの放電による変化とは異なる、前記点火コイルの２次電流が変化するタイミングであって、前記点火プラグの放電開始から放電終了までの放電期間に前記２次電流に重畳されている直流成分を除き、前記放電期間における電気量変化検出期間に検出される前記２次電流の変化量が電流閾値を超えた回数が所定の回数以上であることが検出されたタイミングを前記点火コイルの電気量変化タイミングとして検出する電気量変化タイミング検出部と、
   前記電気量変化タイミング検出部が前記電気量変化タイミングを検出できなかった場合に、前記点火プラグの点火時期から前記２次電流の放電が終了するまでの放電期間を演算する放電期間演算部と、
   前記放電期間と、前記放電期間に対して、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングの関係を示すグラフとに基づいて、前記燃焼割合が所定値となる前記燃焼タイミングを演算する燃焼タイミング演算部と、
   前記燃焼タイミング演算部によって演算された前記燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であるかを判断する燃焼タイミング判断部と、を備え、
   前記動作制御部は、前記燃焼タイミング判断部により前記燃焼タイミングが上死点後０～２０ｄｅｇの範囲外であると判断された場合に、点火タイミング、前記点火コイルのチャージ期間、目標Ａ／Ｆ、目標ＥＧＲ、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングのうちの、少なくともいずれか１つを、前記燃焼タイミングが前記圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内になるように補正制御を実行する
   燃焼制御システム。
4. 前記放電期間演算部は、予め設定されたインターバルが前記放電期間より長く、かつ前記電気量変化タイミングが検出されなかった場合に、前記点火コイルに出力された検出用の前記点火信号に基づいて、前記放電期間を演算し、前記インターバルが前記放電期間未満である場合に、前記点火コイルに出力された検出用を兼ねる燃焼用の前記点火信号に基づいて、前記放電期間を演算する
   請求項３に記載の燃焼制御システム。
5. 前記放電期間演算部は、前記２次電流の変化、又は前記点火コイルの１次電圧若しくは２次電圧の変化のいずれか１つ以上に基づいて前記点火コイルの放電期間を演算する
   請求項４に記載の燃焼制御システム。
6. 前記燃焼タイミング演算部は、前記動作制御部による前記補正制御が行われた後、再び前記燃焼タイミングを演算し、
   前記燃焼タイミング判断部は、再び前記燃焼タイミングが前記圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であるかを判断し、
   前記動作制御部は、再び前記補正制御を実行する
   請求項１～５のいずれか一項に記載の燃焼制御システム。
7. ピストンに面する主燃焼室と、前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記副燃焼室の内部に取り付けられる点火プラグと、前記点火プラグの点火動作を制御する点火コイルと、燃料噴射装置が噴射する燃料と吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、前記主燃焼室及び前記副燃焼室で燃焼するシリンダと、を備えた内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御方法において、
   動作制御部が、１回の点火工程で前記点火コイルに対して、少なくとも１回出力する点火信号であって、予め設定されたインターバルが、前記点火プラグの点火時期から前記点火コイルの２次電流の放電が終了するまでの放電期間より長い場合に、混合気の燃焼に用いられる燃焼用の前記点火信号を出力した後、前記点火コイルの電気量変化タイミングの検出に用いられる検出用の前記点火信号を出力し、前記インターバルが前記放電期間未満である場合に、検出用を兼ねる燃焼用の前記点火信号を出力し、前記点火コイルに前記点火動作を行わせるステップと、
   前記点火プラグが前記点火動作を開始して、前記点火プラグが前記副燃焼室の前記混合気に点火して、前記副燃焼室から前記主燃焼室に噴出した火炎が、前記主燃焼室から前記副燃焼室に吹き戻る期間に、前記点火プラグの放電による変化とは異なる、前記点火コイルの２次電流が変化するタイミングであって、前記点火プラグの放電開始から放電終了までの放電期間に前記２次電流に重畳されている直流成分を除き、前記放電期間における電気量変化検出期間に検出される前記２次電流の変化量が電流閾値を超えた回数が所定の回数以上であることが検出されたタイミングを電気量変化タイミングとして検出するステップと、
   検出用の前記点火信号、又は検出用を兼ねる燃焼用の前記点火信号が入力した前記点火コイルから検出された前記電気量変化タイミングと、前記電気量変化タイミングに対して、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングの関係を示すグラフとに基づいて、前記燃焼割合が所定値となる前記燃焼タイミングを演算するステップと、
   前記燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であるかを判断するステップと、
   前記燃焼タイミングが上死点後０～２０ｄｅｇの範囲外であると判断された場合に、点火タイミング、前記点火コイルのチャージ期間、目標Ａ／Ｆ、目標ＥＧＲ、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングのうちの、少なくともいずれか１つを、前記燃焼タイミングが前記圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内になるように補正制御を実行するステップと、を含む
   燃焼制御方法。
8. ピストンに面する主燃焼室と、前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記副燃焼室の内部に取り付けられる点火プラグと、前記点火プラグの点火動作を制御する点火コイルと、燃料噴射装置が噴射する燃料と吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、前記主燃焼室及び前記副燃焼室で燃焼するシリンダと、を備えた内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御方法において、
   動作制御部が、前記点火コイルに点火信号を出力し、前記点火コイルに前記点火動作を行わせるステップと、
   前記点火プラグが前記点火動作を開始して、前記点火プラグが前記副燃焼室の前記混合気に点火して、前記副燃焼室から前記主燃焼室に噴出した火炎が、前記主燃焼室から前記副燃焼室に吹き戻る期間に、前記点火プラグの放電による変化とは異なる、前記点火コイルの２次電流が変化するタイミングであって、前記点火プラグの放電開始から放電終了までの放電期間に前記２次電流に重畳されている直流成分を除き、前記放電期間における電気量変化検出期間に検出される前記２次電流の変化量が電流閾値を超えた回数が所定の回数以上であることが検出されたタイミングを前記点火コイルの電気量変化タイミングとして検出するステップと、
   前記電気量変化タイミングを検出できなかった場合に、前記点火プラグの点火時期から前記２次電流の放電が終了するまでの放電期間を演算するステップと、
   前記放電期間と、前記放電期間に対して、燃焼割合が所定値となる燃焼タイミングの関係を示すグラフとに基づいて、前記燃焼割合が所定値となる前記燃焼タイミングを演算するステップと、
   前記燃焼タイミングが圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内であるかを判断するステップと、
   前記燃焼タイミングが上死点後０～２０ｄｅｇの範囲外であると判断された場合に、点火タイミング、前記点火コイルのチャージ期間、目標Ａ／Ｆ、目標ＥＧＲ、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミングのうちの、少なくともいずれか１つを、前記燃焼タイミングが前記圧縮行程における上死点後０～２０ｄｅｇの範囲内になるように補正制御を実行するステップと、を含む
   燃焼制御方法。

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