(57)【要約】【課題】  吹き消えが発生した時期に応じて再放電の可否を適切に判別する点火装置を提供する。【解決手段】  点火装置は、点火スイッチにより一次電流を遮断し、二次電流による点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間において、エネルギを投入する。また、点火装置は、点火プラグによる放電開始後のエネルギ投入期間ＩＧＷに放電の吹き消えが発生したことを検出する吹き消え検出部を備えている。吹き消え後の再放電が可能な「第１領域」の時刻ｔｂｏにおいて二次電流Ｉ２が吹き消え検出電流閾値Ｉｂｏを下回ったとき、吹き消え検出部は、吹き消えが発生したと判定し、点火装置は、エネルギ投入部から点火コイルへのエネルギ投入を継続する。こうして、吹き消え後の再放電が可能な期間には、積極的に再放電を行い混合気へのエネルギ供給を継続することができる。【選択図】図４
2018048652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１３）の燃焼室（１７）において混合気に点火する点火プラグ（７）の動作を制御する点火装置（３０）であって、
直流電源（６）から供給される一次電流が流れる一次コイル（４１）、及び、前記点火プラグの電極に接続され、前記一次電流の通電及び遮断による二次電圧が発生し二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）と、
前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号（ＩＧＴ）にしたがって前記一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ（４５）と、
前記点火スイッチにより前記一次電流を遮断し、前記遮断による二次電圧で前記点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、エネルギを投入可能なエネルギ投入手段（５０）と、
前記点火プラグによる放電開始後、放電の吹き消えが発生したことを検出する吹き消え検出手段（４９）と、
を備え、
前記エネルギ投入期間の開始から前記点火プラグの吹き消え後の再放電が可能な時間領域である第１領域において、前記吹き消え検出手段によって吹き消えの発生が検出されたとき、前記エネルギ投入手段によるエネルギ投入を継続することを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記第１領域が経過した後の第２領域において、前記吹き消え検出手段によって吹き消えの発生が検出されたとき、前記エネルギ投入手段によるエネルギ投入を停止することを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記エネルギ投入期間に前記二次電流を検出する二次電流検出手段（４８）を備え、
前記吹き消え検出手段は、
前記二次電流の絶対値が所定の吹き消え検出電流閾値を下回ったとき、吹き消えが発生したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の点火装置。
【請求項４】
前記エネルギ投入手段は、前記一次コイルの接地側から前記二次電流と同じ極性で重畳的にエネルギを投入可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグの動作を制御する点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、点火プラグの電極間に放電を発生させ、混合気に着火させる内燃機関の点火装置が知られている。また、近年、燃費向上を図る希薄燃焼の内燃機関において、燃焼室内に強い気流を生じさせることにより燃焼性を向上させる技術が開発されている。このような内燃機関では、気流によって放電が引き伸ばされ、混合気への着火性が向上する。しかし気流が強いと、放電の吹き消えが発生し、その直後に再放電が生じる。そして、再放電の後、再度気流によって放電が吹き消えるといった現象が繰り返されるため、点火プラグの電極が消耗するという問題がある。
そこで、例えば特許文献１に開示された点火装置は、吹き消え発生後の再放電を禁止することで放電繰り返し現象の発生を回避し、点火プラグ電極の消耗を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１００８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非常に気流の強い環境下では、吹き消えの発生を避けることは困難である。特許文献１の従来技術では、吹き消えがどの時点で発生した場合にも必ず再放電を禁止するため、例えば吹き消え発生前に着火していない場合には、そのまま失火に至るおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、吹き消えが発生した時期に応じて再放電の可否を適切に判別する点火装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関の燃焼室において混合気に点火する点火プラグの動作を制御する点火装置であって、点火コイル、点火スイッチ、エネルギ投入手段、及び吹き消え検出手段を備える。
点火コイルは、直流電源から供給される一次電流が流れる一次コイル、及び、点火プラグの電極に接続され、一次電流の通電及び遮断、より詳しくは、通電に続く遮断による二次電圧が発生し二次電流が流れる二次コイルを有する。
点火スイッチは、一次コイルの直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号に従って一次電流の通電と遮断とを切り替える。
【０００７】
エネルギ投入手段は、点火スイッチにより一次電流を遮断し、遮断による二次電圧で点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、エネルギを投入可能である。好ましくは、エネルギ投入手段は、一次コイルの接地側から二次電流と同じ極性で重畳的にエネルギを投入可能である。
吹き消え検出手段は、点火プラグによる放電開始後、放電の「吹き消え」が発生したことを検出する。ここで、「検出」とは、直接的な検出に限らず、吹き消えに関連する情報に基づく間接的な推定を含む。
【０００８】
そして、本発明の点火装置は、エネルギ投入期間の開始から点火プラグの吹き消え後の再放電が可能な時間領域である「第１領域」において、吹き消え検出手段によって吹き消えの発生が検出されたとき、エネルギ投入手段によるエネルギ投入を継続することを特徴とする。
【０００９】
つまり本発明では、エネルギ投入期間を、開始時から所定の切替時までの「第１領域」と、切替時から終了時までの「第２領域」とに分けて扱う。第１領域では、点火コイルの誘導性エネルギが比較的多く残存しているため、点火プラグの吹き消え後の再放電が可能である。一方、第２領域では、点火コイルの誘導性エネルギがほとんど消費されており、一次コイルからエネルギを投入しても二次電圧が低いため放電にいたらず吹き消え後の再放電をすることができない。
そこで、第１領域において吹き消えの発生が検出されたとき、エネルギ投入手段によるエネルギ投入を継続する。これにより、吹き消え後の再放電が可能な期間には、積極的に再放電を行うことで混合気へのエネルギ供給を継続する。すなわち、第１領域で吹き消えが発生した場合は、点火プラグ電極の消耗抑制よりも着火性の確保を優先する。
【００１０】
また好ましくは、第２領域において吹き消えの発生が検出されたとき、エネルギ投入手段によるエネルギ投入を停止し無駄なエネルギ投入を回避することで、無駄な電力消費や点火プラグ電極の消耗を抑制することができる。
このように、吹き消えの発生時期に応じて再放電の可否を適切に判別し、着火性の確保と点火プラグ電極の消耗の抑制とを両立することができる。
【００１１】
さらに、本発明の点火装置は、エネルギ投入期間に二次電流を検出する二次電流検出手段を備え、吹き消え検出手段は、二次電流の絶対値が所定の吹き消え検出電流閾値を下回ったとき、吹き消えが発生したと判定することが好ましい。吹き消えが発生すると二次電流の絶対値が急激に低下することから、二次電流の絶対値を監視することで、吹き消えの発生を適切に検出することができる。
また、二次電流検出手段を備えることで、検出電流に基づくフィードバック制御により二次電流の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による点火装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態による点火装置の構成図。
【図３】図２の点火装置の基本動作を説明するタイムチャート。
【図４】第１領域で吹き消えが発生した場合の動作を説明するタイムチャート。
【図５】第２領域で吹き消えが発生した場合の動作を説明するタイムチャート。
【図６】（ａ）エンジン負荷と第１領域の期間との関係を示すマップ。（ｂ）エンジン回転数と第１領域の期間との関係を示すマップ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態による点火装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による点火装置は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。以下の実施形態の説明では、特許請求の範囲に記載の「内燃機関」を「エンジン」という。
【００１４】
［エンジンシステムの構成］
まず、エンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、エンジンシステム１０は火花点火式のエンジン１３を備えている。エンジン１３は、例えば４気筒等の多気筒エンジンであり、図１では１気筒の断面のみを図示する。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられている。
なお、図１のエンジンシステム１０は、ＥＧＲ（排気還流）システムを有していないものとする。或いは、ＥＧＲシステムを有している場合でも、本実施形態の特徴とは関連性が低いため、図示を省略する。さらに、排気通路に設けられる触媒の図示も省略する。
【００１５】
エンジン１３は、スロットル弁１４を通じて吸気マニホールド１５から供給される空気とインジェクタ１６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１７内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン１８を往復運動させる。このピストン１８の往復運動は、クランクシャフト１９により回転運動に変換されて出力される。燃焼ガスは、排気マニホールド２０等を通じて大気中に放出される。
【００１６】
燃焼室１７の入口であるシリンダヘッド２１の吸気ポートには吸気弁２２が設けられ、また燃焼室１７の出口であるシリンダヘッド２１の排気ポートには排気弁２３が設けられている。吸気弁２２及び排気弁２３は、バルブ駆動機構２４により開閉駆動される。吸気弁２２のバルブタイミングは、可変バルブ機構２５により調整される。
【００１７】
燃焼室１７の混合気の点火は、点火装置３０によって点火プラグ７の電極間に放電を発生させることにより行われる。点火装置３０は、電子制御ユニット３２の指令に基づき点火回路ユニット３１を動作させて点火コイル４０から点火プラグ７に高電圧を印加することにより、燃焼室１７で火花放電を発生させる。
点火プラグ７は、エンジン１３の燃焼室１７で所定のギャップを隔てて対向する一対の電極（図２参照）を有し、上記ギャップで絶縁破壊が生じるだけの高電圧が一対の電極間に印加されると放電を発生させる。以下の説明において、「高電圧」とは、点火プラグ７の一対の電極間で放電が発生し得るほどの電圧をいう。
【００１８】
電子制御ユニット３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート等からなるマイクロコンピュータによって構成されており、図中、「ＥＣＵ」と表す。
破線矢印で示すように、電子制御ユニット３２は、クランク位置センサ３５、カム位置センサ３６、水温センサ３７、スロットル開度センサ３８、及び吸気圧センサ３９等の各種センサからの検出信号が入力される。電子制御ユニット３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、実線矢印で示すように、スロットル弁１４、インジェクタ１６、及び点火回路ユニット３１等を駆動してエンジン１３の運転状態を制御する。
【００１９】
［点火装置の構成］
次に、点火装置３０の構成について図２を参照して説明する。
図２に示すように、点火装置３０は、点火コイル４０、点火回路ユニット３１、及び、電子制御ユニット３２を含む。
【００２０】
点火コイル４０は、一次コイル４１と二次コイル４２と整流素子４３とを有し、公知の昇圧トランスを構成している。
一次コイル４１は、一端が、一定の直流電圧を供給可能な「直流電源」としてのバッテリ６の正極に接続されており、他端が点火スイッチ４５を介して接地されている。以下、一次コイル４１のバッテリ６と反対側を「接地側」という。
二次コイル４２は、一次コイル４１と磁気的に結合されており、一端が点火プラグ７の一対の電極を介して接地されており、他端が整流素子４３及び二次電流検出抵抗４７を介して接地されている。
【００２１】
一次コイル４１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、一次電流Ｉ１の通電及び遮断によって発生し、二次コイル４２に流れる電流を二次電流Ｉ２という。図中に矢印で示すように、一次電流Ｉ１は、一次コイル４１から点火スイッチ４５に向かう方向の電流を正とし、二次電流Ｉ２は、二次コイル４２から点火プラグ７に向かう方向の電流を正とする。また、二次コイル４２の点火プラグ７側の電圧を二次電圧Ｖ２という。
整流素子４３は、ダイオードで構成されており、二次電流Ｉ２を整流する。
点火コイル４０は、一次コイル４１を流れる電流の変化に応じて電磁誘導の相互誘導作用により二次コイル４２に高電圧を発生させ、この高電圧を点火プラグ７に印加する。本実施形態では、１つの点火プラグ７に対し１つの点火コイル４０が設けられている。
【００２２】
点火回路ユニット３１は、点火スイッチ（イグナイタ）４５、エネルギ投入部５０、二次電流検出抵抗４７、二次電流検出回路４８を有している。また、点火回路ユニット３１は、本発明の特徴的構成である吹き消え検出部４９を有している。
【００２３】
点火スイッチ４５は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されており、コレクタが点火コイル４０の一次コイル４１の接地側に接続され、エミッタが接地され、ゲートが電子制御ユニット３２に接続されている。エミッタは、整流素子４６を介してコレクタに接続されている。
点火スイッチ４５は、ゲートに入力される点火信号ＩＧＴに応じてオンオフ動作する。詳しくは、点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にオンとなり、点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にオフとなる。一次コイル４１における一次電流Ｉ１は、点火スイッチ４５により点火信号ＩＧＴに従って通電及び遮断が切り替えられる。
【００２４】
「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部５０は、エネルギ蓄積コイル５２、充電スイッチ５３、充電スイッチ用ドライバ回路５４、及び整流素子５５から構成されるＤＣＤＣコンバータ５１、並びに、コンデンサ５６、放電スイッチ５７、放電スイッチ用ドライバ回路５８及び整流素子５９を有しており、エネルギを一次コイル４１の接地側に継続的に投入する。
【００２５】
ＤＣＤＣコンバータ５１は、バッテリ６の電圧を昇圧し、コンデンサ５６に供給する。
エネルギ蓄積コイル５２は、一端がバッテリ６に接続され、他端が充電スイッチ５３を介して接地されている。充電スイッチ５３は、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）で構成されており、ドレインがエネルギ蓄積コイル５２に接続され、ソースが接地され、ゲートがドライバ回路５４に接続されている。ドライバ回路５４は、充電スイッチ５３をオンオフ駆動可能である。
整流素子５５は、ダイオードで構成されており、コンデンサ５６からエネルギ蓄積コイル５２及び充電スイッチ５３側への電流の逆流を防止する。
【００２６】
充電スイッチ５３がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に誘起電流が流れ、電気エネルギが蓄積される。また、充電スイッチ５３がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に蓄積された電気エネルギがバッテリ６の直流電圧に重畳してコンデンサ５６側へ放出される。充電スイッチ５３がオンオフ動作を繰り返すことで、エネルギ蓄積コイル５２にてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、バッテリ電圧が昇圧される。
コンデンサ５６は、一方の電極が整流素子５５を介してエネルギ蓄積コイル５２の接地側に接続され、他方の電極が接地されている。コンデンサ５６は、ＤＣＤＣコンバータ５１によって昇圧された電圧を蓄電する。
【００２７】
放電スイッチ５７は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成されており、ドレインがコンデンサ５６に接続され、ソースが一次コイル４１の接地側に接続され、ゲートがドライバ回路５８に接続されている。ドライバ回路５８は、放電スイッチ５７をオンオフ駆動可能である。
整流素子５９は、ダイオードで構成されており、点火コイル４０からコンデンサ５６への電流の逆流を防止している。
なお、図２では１気筒に対する構成のみを示しているが、現実には、放電スイッチ５７以降の構成は気筒数分が並列して設けられており、放電スイッチ５７の手前で電流経路が気筒毎に分岐され、コンデンサ５６に蓄積されたエネルギが各経路に分配される。
【００２８】
二次電流検出回路４８は、燃焼室１７に設けられる二次電流検出抵抗４７の両端電圧に基づいて二次電流Ｉ２を検出する。そして、二次電流Ｉ２を目標値（以下「目標二次電流Ｉ２*」という。）に一致させようとするフィードバック制御により、放電スイッチ５７のオンデューティ比を演算し、ドライバ回路５８に指令する。
【００２９】
「吹き消え検出手段」としての吹き消え検出部４９は、点火プラグ７による放電の開始後、燃焼室１７内に発生する気流等によって放電の吹き消えが発生したことを検出する。特に本実施形態では、吹き消え検出部４９は、二次電流検出回路４８が検出した二次電流Ｉ２の値に基づいて吹き消えの発生を検出する。吹き消えの発生を検出した場合の動作については後述する。
以上が点火回路ユニット３１の構成である。
【００３０】
次に、電子制御ユニット３２は、クランク位置センサ３５等の各種センサから取得したエンジン１３の運転情報に基づいて、点火信号ＩＧＴ及びエネルギ投入期間信号ＩＧＷを生成し、点火回路ユニット３１に出力する。
点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ４５のゲート、及び、充電スイッチ用ドライバ回路５４に入力される。点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、オンとなる。ドライバ回路５４は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、充電スイッチ５３のゲートに対し、充電スイッチ５３をオンオフ制御する充電スイッチ信号ＳＷｃを繰り返し出力する。
【００３１】
エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、放電スイッチ用ドライバ回路５８に入力される。ドライバ回路５８は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが入力されている期間、放電スイッチ５７のゲートに対し、放電スイッチ５７をオンオフ制御する放電スイッチ信号ＳＷｄを繰り返し出力する。
また、ドライバ回路５８には、目標二次電流Ｉ２*を指示するための目標二次電流信号ＩＧＡが入力される。
【００３２】
［点火装置の作動］
次に、点火装置３０の作動について図３のタイムチャートを参照して説明する。図３のタイムチャートは、共通の時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、投入エネルギＰ、充電スイッチ信号ＳＷｃ、放電スイッチ信号ＳＷｄの時間変化を示している。
ここで、「コンデンサ電圧Ｖｄｃ」はコンデンサ５６に蓄電された電圧を意味する。また、「投入エネルギＰ」は、コンデンサ５６から放出され、一次コイル４１の低電圧側端子側から点火コイル４０に供給されるエネルギを意味し、１回の点火タイミング中における供給開始（最初の放電スイッチ信号ＳＷｄの立ち上がり）からの積算値を示す。
【００３３】
図３中、「一次電流Ｉ１」及び「二次電流Ｉ２」は、図２に示す矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。以下の説明において、負の電流の大小に言及する場合、「電流の絶対値」を基準として大小を表す。すなわち、負領域において、電流値が０［Ａ］から離れ絶対値が大きくなるほど「電流が増加又は上昇する」といい、０［Ａ］に近づき絶対値が小さくなるほど「電流が減少又は低下する」という。さらに、後述する図４、図５における二次電流Ｉ２と負の閾値との比較において、「二次電流Ｉ２が閾値を下回る」とは、「二次電流Ｉ２の絶対値が閾値を下回る」ことを意味する。
【００３４】
また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時刻ｔ３−ｔ４の期間を、同じ記号を用いて「エネルギ投入期間ＩＧＷ」といい、エネルギ投入期間ＩＧＷにおける二次電流Ｉ２の制御目標値を、「目標二次電流Ｉ２*」とする。目標二次電流Ｉ２*は、点火放電を良好に維持可能な程度の電流に設定される。
二次電流Ｉ２は、目標二次電流Ｉ２*を中間値とする制御範囲内で増加と減少とを繰り返す波状の波形となる。図３では、制御範囲の中間値を目標二次電流Ｉ２*として図示するが、制御範囲の最大値又は最小値を制御目標値としてもよい。
【００３５】
時刻ｔ１にて点火信号ＩＧＴがＨ（ハイ）レベルに立ち上がると、点火スイッチ４５がオンされる。このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはＬ（ロー）レベルであるため放電スイッチ５７はオフである。これにより、一次コイル４１における一次電流Ｉ１の通電が開始する。
【００３６】
また、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている間、矩形波パルス状の充電スイッチ信号ＳＷｃが、充電スイッチ５３のゲートに入力される。すると、充電スイッチ５３のオン後のオフ期間に、コンデンサ電圧Ｖｄｃがステップ状に上昇する。
このようにして、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている時刻ｔ１−ｔ２間に、点火コイル４０が充電されるとともに、ＤＣＤＣコンバータ５１の出力によってコンデンサ５６にエネルギが蓄積される。このエネルギの蓄積は、時刻ｔ２までに終了する。
このとき、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、すなわちコンデンサ５６のエネルギ蓄積量は、充電スイッチ信号ＳＷｃのオンデューティ比及びオンオフ回数によって制御可能である。
【００３７】
その後、時刻ｔ２にて点火信号ＩＧＴがＬレベルに立ち下げられ点火スイッチ４５がオフされると、それまで一次コイル４１に通電していた一次電流Ｉ１が急激に遮断される。すると、二次コイル４２に高電圧が発生し、点火プラグ７の電極間にて放電が発生することにより、二次電流（放電電流）が流れる。
時刻ｔ２で点火放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流Ｉ２は、破線で示すように、時間経過とともに０［Ａ］に近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電は終了する。このような放電による点火方式を「通常点火」という。
【００３８】
それに対し本実施形態では、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ３にエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＨレベルに立ち上げられ、充電スイッチ５３がオフの状態で放電スイッチ５７がオンされる。すると、コンデンサ５６の蓄積エネルギが放出され、一次コイル４１の接地側に投入される。これにより、点火放電中に、「投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１」が通電する。なお、投入エネルギＰは、時刻ｔ２までに蓄積されたコンデンサ電圧Ｖｄｃが高いほど大きくなる。
【００３９】
このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２−ｔ３間に通電していた二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が同じ極性で重畳される。この一次電流Ｉ１の重畳は、時刻ｔ３−ｔ４の間、放電スイッチ５７がオンされる毎に行われる。
すなわち、放電スイッチ信号ＳＷｄがオンになる毎に、コンデンサ５６の蓄積エネルギにより一次電流Ｉ１が順次追加され、これに対応して、二次電流Ｉ２が順次追加される。二次電流Ｉ２が所定値になると放電スイッチ５７がオフされ一次電流Ｉ１への重畳投入が停止し、Ｉ２が低下していき所定値になると再度放電スイッチ５７がオンされる。これにより、二次電流Ｉ２は、目標二次電流Ｉ２*に一致するように維持される。
時刻ｔ４でエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＬレベルに立ち下げられると、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンオフ動作が停止し、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２ともにゼロとなる。
【００４０】
このように、時刻ｔ２における点火放電の後、「一次コイル４１の接地側」から点火コイル４０にエネルギを投入する制御方式は、本出願人が開発したものである。以下、本明細書において、単に「エネルギ投入制御」という場合、この制御方式を意味する。
一方、周知の多重放電方式のように、一次コイル４１のバッテリ６側、或いは二次コイル４２の点火プラグ７と反対側から点火コイル４０にエネルギを投入する方式を包括して「従来のエネルギ投入制御」という。本出願人が開発したエネルギ投入制御では、従来の方式に比べ、低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、点火可能な状態を一定期間持続させることができる。
【００４１】
ここで、本実施形態の点火装置３０は、燃焼室１７内に強い気流を生じさせることにより燃焼性を向上させる希薄燃焼エンジンに適用されることを想定している。このようなエンジンでは、気流によって放電が引き伸ばされ、混合気への着火性が向上する。しかし気流が強いと、放電の吹き消えが発生するおそれがある。また、放電の吹き消え後、無駄な再放電を行うと、点火プラグ７の電極が消耗するという問題がある。
【００４２】
そこで、本実施形態の点火装置３０は、二次電流検出回路４８が検出した二次電流Ｉ２に基づいて、吹き消え検出部４９が吹き消えの発生を検出する。そして、吹き消えが発生した時期に応じて、エネルギ投入を継続して再放電を発生させるか、又は、エネルギ投入を停止して再放電を禁止するかを判定することを特徴とする。
【００４３】
次に、エネルギ投入期間ＩＧＷの間に放電の吹き消えが発生した場合の動作について、図４、図５を参照して説明する。図４、図５のタイムチャートの横軸における時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４は、図３で用いた記号を援用する。また、図４、図５の縦軸には、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、二次電流Ｉ２、二次電圧Ｖ２、及び一次電流Ｉ１を示す。エネルギ投入による二次電流Ｉ２（実線）に対し、通常点火による電流を破線で示す。
ここで、図４、図５では、二次電圧Ｖ２による放電が開始されたタイミングで二次電流Ｉ２が立ち上がることを表すため、図３に対し、時刻ｔ２と時刻ｔ３との時間間隔を誇張して示している。
【００４４】
図４、図５に示すように、エネルギ投入期間ＩＧＷは、投入期間の開始時刻ｔ３から所定の切替時刻ｔｘまでの「第１領域」、及び、切替時刻ｔｘから投入期間の終了時刻ｔ４までの「第２領域」の２つの時間領域に分けられる。
第１領域では、点火コイル４０の誘導性エネルギが比較的多く残存しているため、点火プラグ７の吹き消え後の再放電が可能である。一方、第２領域では、点火コイル４０の誘導性エネルギがほとんど消費されており、エネルギを投入しても高電圧にいたらず吹き消え後の再放電をすることができない。
【００４５】
図４に示すように、第１領域の時刻ｔｂｏにおいて二次電流Ｉ２が吹き消え検出電流閾値Ｉｂｏを下回ったとき、吹き消え検出部４９は、吹き消えが発生したと判定し、放電スイッチ用ドライバ回路５８の動作をそのまま維持する。したがって、エネルギ投入部５０から点火コイル４０へのエネルギ投入が継続される。このとき、点火コイル４０の誘導性エネルギは比較的多く残存しているため、二次電圧Ｖ２が瞬間的に立ち上がり、点火プラグ７の再放電が発生する。こうして、吹き消え後の再放電が可能な期間には、積極的に再放電を行い混合気へのエネルギ供給を継続する。
【００４６】
一方、図５では、吹き消えが発生しないときの波形を二点鎖線で示し、吹き消えが発生したときの波形を実線で示している。第２領域の時刻ｔｂｏにおいて二次電流Ｉ２が吹き消え検出電流閾値Ｉｂｏを下回ったとき、吹き消え検出部４９は、吹き消えが発生したと判定し、放電スイッチ用ドライバ回路５８の動作を停止させる。これにより、放電スイッチ５７がオンオフ動作を停止するため、エネルギ投入部５０から点火コイル４０へのエネルギ投入が停止される。
【００４７】
第２領域では、吹き消え後の再放電を行う程の誘導性エネルギが残っていない。仮に、このような状態で吹き消え発生後もエネルギ投入を継続すると、着火に結び付かない無駄な電力を消費することとなる。
そこで、本実施形態では、吹き消えの発生を検出した場合、エネルギ投入部５０からのエネルギ投入を停止し、再放電を回避する。
なお、吹き消え検出電流閾値Ｉｂｏは固定値としてもよく、エンジン１３の運転状態等に応じて可変としてもよい。
【００４８】
次に、第１領域の期間Ｔ、すなわち、エネルギ投入期間ＩＧＷの開始時刻ｔ３から切替時刻ｔｘまでの期間Ｔの設定について、図６のマップを参照して説明する。
第１領域の期間Ｔは、図６（ａ）に示すように、エンジン負荷が高いほど、また、図６（ｂ）に示すように、エンジン回転数が高いほど短く設定される。なぜならば、エンジン負荷又は回転数が高い状態ほど、再放電のために点火コイル４０に残っているエネルギがより多く必要となり、エネルギ投入開始後の再放電可能な期間が短くなるからである。
点火装置３０は、電子制御ユニット３２が取得したエンジンの負荷及び回転数の情報に基づいて第１領域の適正な期間Ｔを算出し、例えば次の燃焼サイクルから吹き消え判定の切替時刻ｔｘを変更するようにしてもよい。
【００４９】
（効果）
（１）本実施形態の点火装置３０は、点火プラグ７による放電開始後、放電の吹き消えが発生したことを検出する吹き消え検出部４９を備えており、吹き消え後の再放電を実施不能な第２領域において吹き消えの発生が検出されたとき、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入を停止する。これにより、無駄なエネルギ投入を回避することで、無駄な電力消費や点火プラグ電極の消耗を抑制することができる。
【００５０】
また、吹き消え後の再放電が可能な第１領域において吹き消えの発生が検出されたとき、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入を継続する。吹き消え後の再放電が可能な期間には、積極的に再放電を行い混合気へのエネルギ供給を継続することで、着火性を確保することができる。
このように、吹き消えの発生時期に応じて再放電の可否を適切に判別し、着火性の確保と点火プラグ電極の消耗の抑制とを両立することができる。
【００５１】
（２）本実施形態の点火装置３０は、エネルギ投入期間ＩＧＷに二次電流Ｉ２を検出する二次電流検出回路４８を備え、吹き消え検出部４９は、二次電流Ｉ２の絶対値が所定の吹き消え検出電流閾値Ｉｂｏを下回ったとき、吹き消えが発生したと判定する。吹き消えが発生すると二次電流Ｉ２の絶対値が急激に低下することから、二次電流Ｉ２の絶対値を監視することで、吹き消えの発生を適切に検出することができる。
また、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備えることで、検出電流に基づくフィードバック制御により、二次電流Ｉ２の実値を目標二次電流Ｉ２*に精度良く一致させることができる。
【００５２】
（３）本実施形態の点火装置３０は、エネルギ投入制御の方式として、ＤＣＤＣコンバータ５１で昇圧しコンデンサ５６に蓄電した投入エネルギを、一次コイル４１の接地側から投入する方式を採用している。これにより、多重放電等のエネルギ投入方式に比べ、低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、点火可能な状態を一定期間持続させることができる。
また、エネルギ投入期間ＩＧＷ中、二次電流Ｉ２は、常に負の値となり、交番電流を用いる他の方式のようにゼロクロスしないため、吹き消えの発生を防止することができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態のエネルギ投入部５０は、本出願人が開発した「一次コイルの接地側からエネルギ投入する方式」を採用している。この他、本発明の「エネルギ投入手段」として、エネルギ投入期間の途中でエネルギ投入を停止可能な方式であれば、従来の多重放電方式や特開２０１２−１６７６６５号公報に開示された「ＤＣＯ方式」等の方式を採用してもよい。
【００５４】
また、図２の構成の点火装置３０によるエネルギ投入制御は、図３に示すように、点火信号ＩＧＴのＨレベル中に充電スイッチ信号ＳＷｃをオンオフしてコンデンサ電圧Ｖｄｃを蓄積した後、エネルギ投入期間ＩＧＷに、一次コイル４１の接地側にエネルギを投入する方法に限らない。例えば、エネルギ投入期間ＩＧＷに、充電スイッチ信号ＳＷｃと放電スイッチ信号ＳＷｄとを交互にオンオフ制御することで、充電スイッチ信号ＳＷｃがオンのときエネルギ蓄積コイル５２が蓄積したエネルギを、その都度、一次コイル４１の接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサ５６を備えなくてもよい。
【００５５】
（イ）上記実施形態の吹き消え検出部４９は、二次電流検出回路４８が検出した二次電流Ｉ２が吹き消え検出電流閾値Ｉｂｏを下回ったとき、吹き消えが発生したと判定する。この他、本発明の「吹き消え検出手段」は、イオン電流等の他のパラメータに基づいて、吹き消えの発生を検出するようにしてもよい。
二次電流Ｉ２を吹き消え検出に用いず、且つ、二次電流Ｉ２をフィードバック制御しない（例えばフィードフォワード制御する）場合には、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備えなくてもよい。
【００５６】
（ウ）吹き消え検出部４９は、上記実施形態のように点火回路ユニット３１に含まれる構成に限らず、電子制御ユニット３２に含まれてもよい。また、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで構成されてもよい。
（エ）点火回路ユニット３１は、電子制御ユニット３２を収容するハウジング内に収容されるか、或いは点火コイル４０を収容するハウジング内に収容されてもよい。
点火スイッチ４５及びエネルギ投入部５０は別々のハウジング内に収容されてもよい。例えば、点火コイル４０を収容するハウジング内に点火スイッチ４５が収容され、電子制御ユニット３２を収容するハウジング内にエネルギ投入部５０が収容されてもよい。
【００５７】
（オ）点火スイッチは、ＩＧＢＴに限らず、比較的耐圧の高い他のスイッチング素子で構成されてもよい。また、充電スイッチ及び放電スイッチは、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他のスイッチング素子で構成されてもよい。
（カ）直流電源は、バッテリに限らず、例えば交流電源をスイッチングレギュレータ等によって安定化した直流安定化電源等で構成されてもよい。
【００５８】
（キ）上記実施形態では、エネルギ投入部５０は、ＤＣＤＣコンバータ５１によって、バッテリ６の電圧を昇圧している。その他、点火装置がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合には、主機バッテリの出力電圧をそのまま、或いは降圧して、投入エネルギとして用いてもよい。
【００５９】
（ク）電子制御ユニット３２は、主に点火装置３０を制御する部分の他に、上記実施形態の特徴とは比較的関連性の低い、エンジン１３全体の運転状態を制御する部分を含む。これらは一つのユニットとして構成されてもよく、或いは、信号線等によって互いに通信される別体のユニットとして構成されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１３  ・・・内燃機関、      １７  ・・・燃焼室、
３０  ・・・点火装置、
４０  ・・・点火コイル、
４１  ・・・一次コイル、    ４２  ・・・二次コイル、
４５  ・・・点火スイッチ、
４９  ・・・吹き消え検出部（吹き消え検出手段）、
５０  ・・・エネルギ投入部（エネルギ投入手段）、
６    ・・・バッテリ（直流電源）、
７    ・・・点火プラグ。
【図１】
2018048652.tif 000003
【図２】
2018048652.tif 000004
【図３】
2018048652.tif 000005
【図４】
2018048652.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018048652.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月2日(2018.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１３）の燃焼室（１７）において混合気に点火する点火プラグ（７）の動作を制御する点火装置（３０）であって、
直流電源（６）から供給される一次電流が流れる一次コイル（４１）、及び、前記点火プラグの電極に接続され、前記一次電流の通電及び遮断による二次電圧が発生し二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）と、
前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号（ＩＧＴ）にしたがって前記一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ（４５）と、
前記点火スイッチにより前記一次電流を遮断し、前記遮断による二次電圧で前記点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、エネルギを投入可能なエネルギ投入手段（５０）と、
前記点火プラグによる放電開始後、放電の吹き消えが発生したことを検出する吹き消え検出手段（４９）と、
を備え、
前記エネルギ投入期間の開始から前記点火プラグの吹き消え後の再放電が可能な時間領域である第１領域において、前記吹き消え検出手段によって吹き消えの発生が検出されたとき、前記エネルギ投入手段によるエネルギ投入を継続することを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記二次電流を検出する二次電流検出手段（４８）を備え、
前記エネルギ投入手段は、前記エネルギ投入期間において、前記二次電流検出手段によって検出された前記二次電流に基づいて前記一次コイルへのエネルギ投入を制御することを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記第１領域が経過した後の第２領域において、前記吹き消え検出手段によって吹き消えの発生が検出されたとき、前記エネルギ投入手段によるエネルギ投入を停止することを特徴とする請求項２に記載の点火装置。
【請求項４】
前記吹き消え検出手段は、
前記二次電流の絶対値が所定の吹き消え検出電流閾値を下回ったとき、吹き消えが発生したと判定することを特徴とする請求項２または３に記載の点火装置。
【請求項５】
前記エネルギ投入手段は、前記一次コイルの接地側から前記二次電流と同じ極性で重畳的にエネルギを投入可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また好ましくは、本発明の点火装置は、二次電流を検出する二次電流検出手段を備え、エネルギ投入手段は、エネルギ投入期間において、二次電流検出手段によって検出された二次電流に基づいて一次コイルへのエネルギ投入を制御する。そして、第２領域において吹き消えの発生が検出されたとき、エネルギ投入手段によるエネルギ投入を停止し無駄なエネルギ投入を回避することで、無駄な電力消費や点火プラグ電極の消耗を抑制することができる。
このように、吹き消えの発生時期に応じて再放電の可否を適切に判別し、着火性の確保と点火プラグ電極の消耗の抑制とを両立することができる。