(57)【要約】【課題】  ＦＦＶ車両において、燃料中のアルコール濃度が変化した場合に着火性を向上させ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、二次電圧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、二次電流を同じ方向に且つ所定の目標値を維持するように発生させるためのエネルギを一次コイルの接地側に投入する。投入エネルギ設定手段は、アルコール濃度検出手段から取得したアルコール濃度の情報に基づいて、投入エネルギの制御値を設定する。具体的には、燃料中のアルコール濃度が高いほど、目標二次電流Ｉ２*を高く設定するか、又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。二次電流を交番させる従来技術のように電流がゼロクロスしないので、吹き消えの発生を防止することができ、アルコール濃度が高く霧化能力が低下した状態であっても良好な着火性を確保することができる。【選択図】図４
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【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、前記二次電圧による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、前記二次電流が同じ方向に流れるようにエネルギを投入するエネルギ投入手段（５０）と、
前記エネルギ投入手段による投入エネルギを設定する投入エネルギ設定手段（３３）と、
を備え、
前記投入エネルギ設定手段は、
燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段（３４）から取得したアルコール濃度の情報に基づいて、前記投入エネルギを設定することを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記エネルギ投入手段は、
前記二次電流を同じ方向に、且つ所定の目標値（Ｉ２*）を維持するように発生させるためのエネルギを前記一次コイルの接地側に投入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】
前記投入エネルギ設定手段は、
燃料中のアルコール濃度が高いほど、前記エネルギ投入手段による前記二次電流の目標値を高く設定するか、又は、前記エネルギ投入期間を長く設定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】
前記投入エネルギ設定手段は、
燃料中のアルコール濃度が所定の濃度閾値未満のとき、
前記エネルギ投入手段による前記二次電流の目標値又は前記エネルギ投入期間をゼロに設定することを特徴とする請求項３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、アルコール含有燃料を用いるフレキシブルフューエルビークル（以下、「ＦＦＶ車両」という）の内燃機関に適用される点火装置が知られている。例えば、特許文献１に開示されたエンジンシステムは、燃料中のアルコール濃度に応じて点火エネルギを調節する。また、特許文献２に開示された内燃機関の点火制御装置は、成分比率推定手段により推定された異種燃料成分の比率に基づいて、点火装置に点火エネルギを供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１５０９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２の装置では、トランジスタのオンオフ動作により、エネルギ蓄積コイルに発生し容量放電用コンデンサに蓄積された高電圧エネルギが一次コイルのバッテリ側に供給される。この構成では、一次電流ｉ１の増加及び減少を交互に繰り返すため、発生する二次電流ｉ２の向きは交互に反対向きになる。すなわち、二次電流ｉ２は、０［Ａ］を跨いで正方向の電流と負方向の電流とが交番する。以下、二次電流Ｉ２が０［Ａ］を跨いで方向が交替することを、「ゼロクロスする」という。また、特許文献１のエンジンシステムについても、点火エネルギの流れは特許文献２と同様であると考えられる。
【０００５】
このような点火装置では二次電流が交番しゼロクロスするため火花の強弱が繰り返され特にゼロ点付近で弱くなる。そのため、燃料中のアルコール濃度が比較的高い場合、着火が困難となり失火するおそれがある。
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、ＦＦＶ車両において、燃料中のアルコール濃度が変化した場合に着火性を向上させる点火装置を提供することにある。
【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、及び投入エネルギ設定手段を備える。
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、二次電圧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（ＩＧＷ）において、二次電流が同じ方向に流れるようにエネルギを投入する。この「同じ方向」とは、点火プラグに放電させるときに流れる「放電電流と同じ方向」の意味である。
特に本発明の好ましい態様のエネルギ投入手段は、二次電流を放電電流と同じ方向に、且つ所定の目標値（Ｉ２*）を維持するように発生させるためのエネルギを一次コイルの接地側に投入する。
ここで、「点火スイッチにより一次電流を遮断して発生させた二次電流による点火」を「通常点火」という。すなわち、本発明の好ましいエネルギ投入手段は、通常点火後のエネルギ投入期間に、エネルギを一次コイルの接地側に投入する。
また、二次電流を「所定の目標値を維持する」とは、厳密に一定値を維持するという意味に限らず、「所定の目標値を基準とした制御範囲内に収める」という意味を含む。
【０００８】
投入エネルギ設定手段は、エネルギ投入手段による投入エネルギを設定する。
そして、投入エネルギ設定手段は、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段から取得したアルコール濃度の情報に基づいて、投入エネルギを設定することを特徴とする。
ここで、アルコール濃度の「検出」には、例えば排気の空燃比に基づいてアルコール濃度を「推定」する場合を含む。
【０００９】
本発明の点火装置は、所定のエネルギ投入期間において、二次電流を「通常点火の放電電流と同じ方向に、且つ所定の目標値を維持するように」発生させるためのエネルギを一次コイルの接地側に投入する。つまり、二次電流がゼロクロスしないようにエネルギが投入される。
したがって、従来技術の点火装置のように、交番する二次電流がゼロ付近で火花が弱まることを回避することができる。よって、着火性を向上させることができる。
【００１０】
投入エネルギ設定手段は、具体的には、燃料中のアルコール濃度が高いほど、二次電流の目標値を高く設定するか、又は、エネルギ投入期間を長く設定する。
これにより、アルコール濃度に依存する混合燃料の霧化能力に応じて、適切な投入エネルギを設定することができる。したがって、アルコール濃度が高く霧化能力が低下した状態であっても、良好な着火性を確保することができる。
【００１１】
また、投入エネルギ設定手段は、燃料中のアルコール濃度が所定の濃度閾値未満のとき、二次電流の目標値又はエネルギ投入期間をゼロに設定し、エネルギ投入手段によるエネルギ投入を停止するようにしてもよい。
アルコール濃度が所定の濃度閾値未満の領域では通常点火によって十分に良好な着火が可能であるため、エネルギ投入制御を停止することで消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の各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】本発明の各実施形態による点火装置の構成図。
【図３】図２の点火装置によるエネルギ投入制御の作動を説明するタイムチャート。
【図４】第１実施形態の投入エネルギ制御による、エタノール濃度検出値と（ａ）目標二次電流Ｉ２*、（ｂ）エネルギ投入期間ＩＧＷとの関係を示すマップ。
【図５】図２の点火装置による通常点火の作動を説明するタイムチャート。
【図６】第２実施形態の投入エネルギ制御による、エタノール濃度検出値と（ａ）目標二次電流Ｉ２*、（ｂ）エネルギ投入期間ＩＧＷ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。
本発明の各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の点火制御部３３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。
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。
【００２３】
「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を有している。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
以上が点火回路ユニット３１の構成である。
【００２８】
次に、電子制御ユニット３２は、「投入エネルギ設定手段」としての点火制御部３３、及び「アルコール濃度検出手段」としてのアルコール濃度検出部３４を含む。なお、本実施形態における点火制御部３３は、投入エネルギの設定のみでなく点火信号ＩＧＴの生成等の制御機能全般を含むため、「点火制御部」という。
【００２９】
電子制御ユニット３２の点火制御部３３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。また、点火制御部３３は、アルコール濃度検出部３４から取得したアルコール濃度情報に基づいて、投入エネルギを設定することを特徴とする。
【００３０】
ここで、アルコール濃度検出部３４は燃料中のアルコール濃度を検出するものであり、その構成を問わない。例えば、混合燃料の導電率や静電容量等の物性に基づいて直接的にアルコール濃度を検出するものでもよく、或いは、特開２００９−１９７７７１号公報に開示された技術を用いて排気の空燃比に基づきアルコール濃度を推定するものでもよい。つまり、アルコール濃度検出部３４の「検出」には「推定」を含むものと解釈する。
【００３１】
また、アルコール濃度を検出するための全ての構成が電子制御ユニット３２中に設けられている必要はなく、アルコール濃度の情報を点火制御部３３に通信可能な部分が電子制御ユニット３２内にあればよい。或いは、少なくとも、アルコール濃度検出値の情報が、アルコール濃度検出部３４から通信線等を経由して点火制御部３３に通信可能に構成されていればよい。
【００３２】
点火制御部３３が生成した点火信号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。
【００３３】
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。
【００３４】
［点火装置の作動］
次に、点火装置３０によるエネルギ投入の作動について図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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。本実施形態では、波状の最大値と最小値との中間値を目標値とするが、他の実施形態では、波状の最大値又は最小値を目標値としてもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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に高い電圧が発生し、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Ｉ２（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。以下、電流について「ゼロ」と記載する場合、厳密な０［Ａ］に限らず、実質的に０［Ａ］と同等の微少電流範囲を含むものとする。
【００４２】
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、特許文献１、２の従来技術に用いられる方式では、一次コイル４１のバッテリ６側から点火コイル４０に流入する一次電流Ｉ１の通電及び遮断に伴って二次電流Ｉ２の方向が交番し、ゼロクロスする。そのため、二次電流Ｉ２がゼロ付近となったとき火花が弱くなり着火させることが困難となりやすい
【００４３】
それに対し、本出願人が開発したエネルギ投入制御では、通常点火後の所定のエネルギ投入期間ＩＧＷにおいて、二次電流Ｉ２を「同じ方向に、且つ所定の目標二次電流Ｉ２*を維持するように」発生させる。したがって、放電中に二次電流Ｉ２がゼロとなって着火できなくなることを回避することができるため、点火プラグ７の放電を安定して長く持続させることができる。また、点火コイル４０の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することができる。
【００４４】
ところで、エタノール等のアルコールを含む燃料を用いるＦＦＶ車両では、アルコールの蒸発温度がガソリンの蒸発温度よりも高いことにより、アルコール濃度が高いほど揮発性が低下し、燃焼室１７での霧化能力が低下する。したがって、ガソリン燃料を使用する場合に比べ、点火プラグ７の放電時に、燃焼室１７における燃料の霧化を促進する状態を形成することが望まれる。
【００４５】
そこで本実施形態の点火装置３０は、エネルギ投入制御を実施することで、アルコール含有燃料が霧化し着火しやすい状態を継続的に形成する。また、点火制御部３３がアルコール濃度検出部３４からアルコール濃度の情報を取得することで、アルコール濃度に応じて、エネルギ投入条件を適切に設定する。
【００４６】
次に、点火制御部３３によるエネルギ投入条件の具体的な設定に関して、実施形態毎に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるエネルギ投入条件の設定について、図４を参照して説明する。図４では、アルコール濃度として、エタノール濃度を例示する。
図４（ａ）に示すように、第１実施形態では、エタノール濃度検出値が０％から１００％の範囲にわたって、エタノール濃度が高いほど目標二次電流Ｉ２*を高く設定する。
或いは、図４（ｂ）に示すように、エタノール濃度検出値が０％から１００％の範囲にわたって、エタノール濃度が高いほどエネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。
【００４７】
こうすることで、エタノール濃度が高く霧化能力が低下した状態ほど放電を強くし、或いは放電可能時間を長く確保することができる。したがって、アルコール濃度に依存する混合燃料の霧化能力に応じて、適切な投入エネルギを設定することができる。なお、図４では、エタノール濃度に応じて目標二次電流Ｉ２*又はエネルギ投入期間ＩＧＷを直線状に変化させているが、これに限らず、ステップ状や曲線状に変化させてもよい。
【００４８】
ここで、目標二次電流Ｉ２*又はエネルギ投入期間ＩＧＷのいずれを変化させるかは、例えばエンジン１３の回転数及び負荷の条件によって、高回転、高負荷条件ではアルコール濃度が高いほど目標二次電流Ｉ２*を高くし、低回転、低負荷条件ではアルコール濃度が高いほどエネルギ投入期間ＩＧＷを長くするようにしてもよい。また、重み付けを考慮しつつ、目標二次電流Ｉ２*及びエネルギ投入期間ＩＧＷの両方を変化させてもよい。
【００４９】
さらに、アルコール濃度は車両の走行中に頻繁に変化するとは考えにくいため、アルコール濃度に応じて投入エネルギを設定する周期は、一般的なエンジン制御の制御周期よりも長くてもよいと考えられる。設定周期を長くすることで、電子制御ユニット３２の演算負荷を低減することができる。
【００５０】
（効果）
（１）本実施形態の点火装置３０の点火制御部３３は、アルコール濃度検出部３４から取得したアルコール濃度の情報に基づいて、投入エネルギの設定値として目標二次電流Ｉ２*及びエネルギ投入期間ＩＧＷを設定する。具体的には、アルコール濃度が高いほど、目標二次電流Ｉ２*を高く設定するか、又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。これにより、アルコール濃度に依存する混合燃料の霧化能力に応じて、適切な投入エネルギを設定することができる。したがって、アルコール濃度が高く霧化能力が低下した状態であっても、良好な着火性を確保することができる。
【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、交番電流を用いる特許文献１、２の従来技術の方式のようにゼロクロスしないため、火花が弱まることを回避することができる。よって、着火性を向上させることができる。
【００５２】
（３）本実施形態の点火装置３０は、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備え、二次電流Ｉ２をフィードバック制御するため、フィードフォワード制御に対し、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。したがって、点火制御部３３による投入エネルギの設定を適確に実行することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図５、図６を参照して説明する。図５、図６における各記号は、図３、図４で用いた記号を援用する。第２実施形態の点火装置の構成は、図２に示す第１実施形態の点火装置３０と同一であり、点火制御部３３による投入エネルギの設定の仕方のみが異なる。
図５のタイムチャートは、図３のエネルギ投入制御を実行しない場合の点火装置３０の作動を示す。
【００５４】
点火制御部３３は、点火信号ＩＧＴの出力期間中、充電スイッチ用ドライバ回路５４による充電スイッチ５３のオンオフ動作を停止する。また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷの出力期間中、放電スイッチ用ドライバ回路５８による放電スイッチ５７のオンオフ動作を停止する。これにより、コンデンサ電圧Ｖｄｃは蓄積されず、点火コイル４０へのエネルギ投入もされなくなる。したがって、一次電流Ｉ１の遮断によって発生する二次電流Ｉ２による「通常点火」のみが行われる。この状態は、目標二次電流Ｉ２*又はエネルギ投入期間ＩＧＷをゼロに設定した状態に相当する。
【００５５】
図６（ａ）に示すように、第２実施形態では、エタノール濃度検出値が所定の濃度閾値α未満の領域Ｉでは目標二次電流Ｉ２*をゼロで一定とし、通常点火を行う。一方、エタノール濃度検出値が濃度閾値α以上の領域ＩＩでは、第１実施形態の図４（ａ）と同様に、エタノール濃度が高いほど目標二次電流Ｉ２*を高く設定する。
或いは、図６（ｂ）に示すように、エタノール濃度検出値が所定の濃度閾値β未満の領域Ｉではエネルギ投入期間ＩＧＷをゼロで一定とし、通常点火を行う。一方、エタノール濃度検出値が濃度閾値β以上の領域ＩＩでは、第１実施形態の図４（ｂ）と同様に、エタノール濃度が高いほどエネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。
図６（ａ）の濃度閾値αと図６（ｂ）の濃度閾値βとは同じでもよく異なってもよい。
【００５６】
エタノール濃度検出値が濃度閾値α又はβ未満の領域Ｉでは、通常点火によって十分に良好な着火が可能であるため、エネルギ投入制御を停止することで消費電力を低減することができる。一方、エタノール濃度検出値が濃度閾値α又はβ以上の領域ＩＩでは、エタノール濃度に応じて目標二次電流Ｉ２*又はエネルギ投入期間ＩＧＷを変更することで、エタノール濃度が高い混合燃料を使用する場合に良好な着火性を確保することができる。
ここで、濃度閾値α、βは、例えばエンジン回転数、エンジン負荷、又は燃料温度等のパラメータにより、マップ等を用いて可変としてもよい。
【００５７】
また、図５のタイムチャートでは、放電スイッチ５７によるエネルギ投入を停止させると共に、充電スイッチ５３によるエネルギの蓄積を停止しているため、コンデンサ５６が過充電になることを防止することができる。ただし、コンデンサ５６の充電能力が十分に有る場合は、エネルギ投入の有無に関わらず、コンデンサ電圧Ｖｄｃを蓄積してもよい。これにより、エタノール濃度が急激に上昇した場合、蓄積したエネルギを迅速に投入することができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、１つの点火プラグ７に対応して点火コイル４０及び点火スイッチ４５が１つずつ設けられ、エネルギ投入部５０は、点火スイッチ４５のオフにより発生する放電中に電気エネルギを重畳的に投入することにより放電を持続させる。
これに対し、本発明の他の実施形態では、１つの点火プラグに対応して点火コイル及び点火スイッチが２つずつ設けられ、エネルギ投入部は、一方の点火スイッチのオフにより発生する放電が途絶えた後に一方の点火コイルを介して点火プラグに電気エネルギを投入することにより放電を発生させてもよい。また、エネルギ投入部は、他方の点火スイッチのオフにより発生する放電が途絶えた後に他方の点火コイルを介して点火プラグに電気エネルギを投入することにより放電を発生させてもよい。そして、上記放電を連続させることによって、放電を持続させてもよい。
【００５９】
また、他の実施形態では、１つの点火プラグに対応して点火コイル及び点火スイッチが２つずつ設けられ、一方の点火スイッチのオフにより発生する放電と、他方の点火スイッチのオフにより発生する放電とを連続させることによって、放電を持続させてもよい。このような形態の場合、他方の点火スイッチは、「エネルギ投入部」として機能する。
【００６０】
（イ）アルコール濃度検出手段により濃度が検出される「アルコール」は、エタノール（エチルアルコール）に限らず、メチルアルコール、ブチルアルコール等の脂肪族アルコール、又は、ベンジルアルコール等の芳香族アルコールであってもよい。
また、バイオ燃料の一種である脂肪酸メチルエステルは、化学式ではアルコール類ではないが、ＦＦＶ車両に用いられる異種燃料という本発明の趣旨に照らして、アルコールと均等なものとして解釈する。
【００６１】
（ウ）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。
【００６２】
（エ）二次電流Ｉ２の制御は、上記実施形態のように、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備え、二次電流Ｉ２をフィードバック制御する形態に限らない。例えば、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備えず、二次電流Ｉ２をフィードフォワード制御してもよい。
【００６３】
（オ）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。
【００６４】
（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。
【００６５】
（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。
【００６６】
（ク）電子制御ユニット３２は、点火制御部３３及びアルコール濃度検出部３４の機能部分が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】
【００６７】
１３  ・・・内燃機関、      １７  ・・・燃焼室、
３０  ・・・点火装置、
３３  ・・・点火制御部（投入エネルギ設定手段）、
３４  ・・・アルコール濃度検出部（アルコール濃度検出手段）、
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、
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】
2015200270.tif 000003
【図２】
2015200270.tif 000004
【図３】
2015200270.tif 000005
【図４】
2015200270.tif 000006
【図５】
2015200270.tif 000007
【図６】
2015200270.tif 000008