(57)【要約】【課題】  リーン燃焼条件とストイキ燃焼条件との切替頻度を低減しつつ燃焼条件の切替過渡期におけるトルクの変動を小さくする内燃機関の点火制御装置を提供する。【解決手段】  時刻ｔ１１において、ウェストゲートバルブの開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブの開度ＡＢｄが大きくなり始めると、空気量の減少及び放電時期の遅角側への移行によって小さくなるトルクを一定に保つため、燃料の噴射量を増加する。空気量の減少と噴射量の増加とによって空燃比ＡＦＲがリーン燃焼条件の空燃比ＡＦＲ１からストイキ燃焼条件の１４．５に変更されるとき、点火プラグの延長放電電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に減少する。これにより、特定の空燃比においてリーン燃焼条件から延長放電電流Ｉｄ及び延長放電時間ＥＴｉを０とする場合に比べ、リーン燃焼条件からストイキ燃焼条件への切り替えにおけるトルクの変動を小さくすることができる。【選択図】  図５
2015200267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）の燃焼室（１６）において放電により混合気に点火する点火プラグ（７）の動作を制御する内燃機関の点火制御装置（１）であって、
前記点火プラグの放電条件を変更可能な放電制御部（３０）と、
前記燃焼室における混合気の燃焼がリーン燃焼からストイキ燃焼、または、ストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替わるタイミングである切替タイミングを検出するタイミング検出手段（２７１、２８１）と、
を備え、
前記放電制御部は、前記燃焼室における混合気がリーン燃焼するとき、前記点火プラグの放電時間をストイキ燃焼のときの前記点火プラグの放電時間に比べ長くなるよう前記点火プラグを制御し、
前記放電制御部は、前記タイミング検出手段が前記切替タイミングを検出すると、リーン燃焼のときの放電条件及びストイキ燃焼のときの放電条件とは異なる放電条件によって前記点火プラグの動作を制御することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
前記放電制御部は、前記タイミング検出手段が前記切替タイミングを検出すると、前記点火プラグの放電電流の大きさ及び放電時間を段階的に増加または減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項３】
前記放電制御部は、
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って発生する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）に従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る前記一次電流の遮断によって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、放電を可能とするエネルギを前記点火コイルに継続的に投入するエネルギ投入手段（５０）と、
前記放電条件判定手段と電気的に接続し、前記エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する投入エネルギ制御手段（３３）と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項４】
前記エネルギ投入手段は、
第一制御端子、第一電源側端子、及び、前記一次コイルの他端に接続する第一接地側端子を有し、前記第一制御端子に入力された放電スイッチ信号（ＳＷｄ）に基づいて前記第一電源側端子と前記第一接地側端子との間のオンオフを制御する放電スイッチ（５７）と、
第二制御端子、前記第一電源側端子に接続する第二電源側端子、及び、接地されている第二接地側端子を有し、前記第二制御端子に入力された充電スイッチ信号（ＳＷｃ）に基づいて前記第二電源側端子と前記第二接地側端子との間のオンオフを制御する充電スイッチ（５３）と、
前記直流電源における非接地側出力端子と前記第二電源側端子とに接続するよう設けられ、前記充電スイッチのオンによってエネルギが蓄積されるエネルギ蓄積コイル（５２）と、
を有し、
前記投入エネルギ制御手段は、
前記充電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルにエネルギが蓄積されているとき前記点火スイッチのオフにより開始された前記点火プラグの放電中に前記充電スイッチのオフ及び前記放電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルからエネルギを放出し、前記一次コイルの他端側から前記一次コイルに一次電流を供給するよう前記放電スイッチ及び前記充電スイッチを制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の点火制御装置。
【請求項５】
前記放電制御部は、
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、前記点火プラグの電極に接続され前記一次電流の増減によって発生する二次電流が流れる二次コイルを有する複数の点火コイルと、
前記複数の点火コイルのそれぞれの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に従って前記一次電流の通電と遮断とを切り替える複数の点火スイッチと、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の点火制御装置。
【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内燃機関の点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の走行状況に応じて内燃機関の燃焼室における混合気の燃焼を理論空燃比より薄い混合気を燃焼するリーン燃焼または理論空燃比の混合気を燃焼するストイキ燃焼のいずれか一方に切り替える内燃機関の制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、リーン燃焼とストイキ燃焼との切替過渡期に発生する失火を予測し、当該予測に基づいて混合気の燃焼をストイキ燃焼に切り替える内燃機関の制御装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０４９６６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、混合気の燃焼条件として失火を防止するためストイキ燃焼条件を多く適用する。このため、ストイキ燃焼条件で燃焼する時間が相対的に長くなり燃費が悪化する。また、リーン燃焼条件とストイキ燃焼条件とを切り替える頻度が多くなると、リーン燃焼条件からストイキ燃焼条件またはストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件に切り替わる切替過渡期が存在するため、当該切替過渡期においては混合気の性状に合わせた燃焼条件によって混合気を燃焼することが難しく、出力されるトルクの変動が大きくなるおそれがある。
【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、リーン燃焼条件とストイキ燃焼条件との切替頻度を低減しつつ燃焼条件の切替過渡期におけるトルクの変動を小さくする内燃機関の点火制御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放電により混合気に点火する点火プラグの動作を制御する内燃機関の点火制御装置であって、放電制御部、及び、タイミング検出手段を備える。放電制御部は、点火プラグの放電条件を変更可能である。タイミング検出手段は、燃焼室における混合気の燃焼がリーン燃焼からストイキ燃焼、または、ストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替わるタイミングである切替タイミングを検出する。放電制御部は、燃焼室における混合気がリーン燃焼するとき、点火プラグの放電時間をストイキ燃焼のときの点火プラグの放電時間に比べ長くなるよう点火プラグを制御する。また、放電制御部は、タイミング検出手段が切替タイミングを検出すると、リーン燃焼のときの放電条件またはストイキ燃焼のときの放電条件とは異なる条件によって点火プラグの動作を制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明の内燃機関の点火制御装置では、点火プラグの放電条件を変更可能な放電制御部を備えている。放電制御部では、燃焼室における混合気がリーン燃焼するとき、点火プラグの放電時間をストイキ燃焼のときの点火プラグの放電時間に比べ長くなるよう点火プラグの動作を制御する。これにより、理論空燃比より薄いため点火しにくい混合気に継続して点火に必要なエネルギを供給し、リーン運転時の燃焼条件を適応可能な運転状態の範囲を広げることができる。したがって、これまでストイキ運転時の燃焼条件を適用していた運転状態をリーン燃焼条件で適用することができ、燃焼条件の切替頻度を低減することができる。
【０００８】
本発明の内燃機関の点火制御装置では、放電制御部は、タイミング検出手段が切替タイミングを検出すると、リーン燃焼のときの放電条件またはストイキ燃焼のときの放電条件とは異なる条件によって点火プラグの動作を制御する。これにより、リーン燃焼条件からストイキ燃焼条件、または、ストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件への切替過渡期に発生するトルクの変動を小さくするよう混合気を燃焼することができる。したがって、本発明の内燃機関の点火制御装置では、リーン燃焼条件を適用可能な範囲を広げることによってリーン燃焼条件とストイキ燃焼条件との切替頻度を低減しつつ、燃焼条件の切替過渡期に発生するトルクの変動を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置における放電制御部の基本動作のタイムチャートである。
【図４】一般的な内燃機関の点火制御装置における回転数及びトルクと運転条件との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置におけるストイキ運転からリーン運転に切り替わるときの各部の動作を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置におけるリーン運転からストイキ運転に切り替わるときの各部の動作を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態による内燃機関の点火制御装置におけるストイキ運転からリーン運転に切り替わるときの各部の動作を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態による内燃機関の点火制御装置におけるリーン運転からストイキ運転に切り替わるときの各部の動作を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態による内燃機関の点火制御装置におけるストイキ運転からリーン運転に切り替わるときの各部の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態による内燃機関の点火制御装置におけるリーン運転からストイキ運転に切り替わるときの各部の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態による内燃機関の点火制御装置を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による点「内燃機関の点火制御装置」としての点火制御装置１は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。点火制御装置１は、放電制御部３０、ウェストゲートバルブ開度センサ２７１、及び、エアバイパスバルブ開度センサ２８１などから構成されている。ウェストゲートバルブ開度センサ２７１及びエアバイパスバルブ開度センサ２８１は、特許請求の範囲に記載の「タイミング検出手段」に相当する。
【００１２】
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「内燃機関」としてのエンジン１１を備えている。エンジン１１は、例えば、４サイクル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。
【００１３】
エンジン１１は、エアクリーナ１２、スロットルバルブ１３を通じて吸気マニホールド１４から供給される空気とインジェクタ１５から噴射される燃料との混合気を燃焼室１６で燃焼させる。燃焼室１６での燃焼時の爆発力によってピストン１７を往復運動させる。ピストン１７の往復運動は、クランクシャフト１８によって、回転運動に変換されて出力される。燃焼室１６で燃焼した混合気の燃焼排ガスは、排気マニホールド２０などを通じて大気中に放出される。
【００１４】
吸気マニホールド１４と排気マニホールド２０との間には、ターボチャージャ２６が設けられている。ターボチャージャ２６は、センタハウジング２６１、センタハウジング２６１に挿通されるシャフト２６２、タービン２６３、コンプレッサ２６４などを有する。タービン２６３は、排気通路２０１に回転可能に設けられている。一方、コンプレッサ２６４は、吸気通路１４１のエアクリーナ１２とスロットルバルブ１３との間に回転可能に設けられている。シャフト２６２は、タービン２６３とコンプレッサ２６４とを連結している。排気通路２０１に燃焼排ガスが流れると、タービン２６３が回転する。これにより、コンプレッサ２６４が回転する。コンプレッサ２６４が回転すると、エアクリーナ１２を通じて供給される空気は、コンプレッサ２６４によって圧縮されエンジン１１に供給される。
【００１５】
排気マニホールド２０のタービン２６３が設けられている部位には、排気通路２０１からタービン２６３が設けられている部位を迂回するようウェスト通路２６５が形成されている。ウェスト通路２６５は、ウェストゲートバルブ２７によって連通または遮断される。ウェストゲートバルブ２７は、排気の一部を分流させ、タービン２６３への流量を調整する。
【００１６】
吸気マニホールド１４のコンプレッサ２６４が設けられている部位には、吸気通路１４１からコンプレッサ２６４が設けられている部位を迂回するようバイパス通路２６６が形成されている。バイパス通路２６６は、エアバイパスバルブ２８によって連通または遮断される。エアバイパスバルブ２８は、吸気の一部を分流させ、コンプレッサ２６４への流量を調整する。
【００１７】
燃焼室１６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が設けられている。また、燃焼室１６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及び排気弁２３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。
【００１８】
燃焼室１６の混合気の点火は、放電制御部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。放電制御部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を作動させて点火コイル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１６で火花放電を発生させる。
【００１９】
点火プラグ７は、燃焼室１６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）を有している。点火プラグ７が有するギャップにおいて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が発生する。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。
【００２０】
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いる。
電子制御ユニット３２は、破線矢印で示すように、ウェストゲートバルブ開度センサ２７１、エアバイパスバルブ開度センサ２８１、クランク角度センサ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、吸気量センサ３９など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、スロットルバルブ１３、インジェクタ１５、及び、点火回路ユニット３１などを駆動してエンジン１１の運転状態を制御する。
【００２１】
次に、放電制御部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、放電制御部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。
【００２２】
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いる。二次コイル４２の一端は点火プラグ７の一対の電極を介して接地されており、他端は整流素子４３及び二次電流検出抵抗４７を介して接地されている。
【００２３】
ここで、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の増減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。
【００２４】
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。
【００２５】
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る。点火コイル４０では、発生した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。
【００２６】
点火回路ユニット３１は、点火スイッチ（イグナイタ）４５、「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部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。
【００２７】
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）から構成されている。点火スイッチ４５のコレクタは、点火コイル４０の一次コイル４１の接地側に接続されている。点火スイッチ４５のエミッタは、接地されている。点火スイッチ４５のゲートは、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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）から構成されている。充電スイッチ５３のドレインは、エネルギ蓄積コイル５２に接続されている。充電スイッチ５３のソースは、接地されている。充電スイッチ５３のゲートは、充電スイッチ用ドライバ回路５４に接続されている。充電スイッチ用ドライバ回路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。
【００３０】
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ている。また、コンデンサ５６の他方の電極は、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。
【００３１】
放電スイッチ５７は、例えば、ＭＯＳＦＥＴで構成されている。放電スイッチ５７のドレインは、コンデンサ５６に接続されている。放電スイッチ５７のソースは、一次コイル４１の接地側に接続されている。放電スイッチ５７のゲートは、放電スイッチ用ドライバ回路５８に接続されている。放電スイッチ用ドライバ回路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、実際には、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いる。すなわち、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。
【００３２】
二次電流検出回路４８は、燃焼室１６に設けられる二次電流検出抵抗４７の両端の電圧に基づいて二次電流Ｉ２を検出する。その後、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、放電スイッチ用ドライバ回路５８に指令する。
【００３３】
電子制御ユニット３２は、「エネルギ制御手段」としての制御信号出力部３３を有する。
【００３４】
制御信号出力部３３は、ウェストゲートバルブ開度センサ２７１、エアバイパスバルブ開度センサ２８１などが出力する検出信号に基づいて、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。充電スイッチ用ドライバ回路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。
【００３５】
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、放電スイッチ用ドライバ回路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。
【００３６】
次に、放電制御部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。
【００３７】
また、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。
【００３８】
また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時刻ｔ３から時刻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、波状の最大値又は最小値を目標値としてもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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から時刻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。
【００４１】
その後、時刻ｔ２において点火信号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。放電が発生すると、二次コイル４２に二次電流Ｉ２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ＢＬ１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「通常放電」という。
【００４２】
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。放電スイッチ５７がオンされると、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。
【００４３】
このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２から時刻ｔ３の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から時刻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。これにより、実線ＳＬ１に示すように、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。
【００４４】
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、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、二次電流Ｉ２の極性を交番させることなく継続できるので混合気に点火可能な状態を一定期間持続させることができる。
【００４５】
ここで、図３の二次電流Ｉ２におけるタイムチャートにおいて、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間を放電延長時間ＥＴｉとする。また、当該放電延長時間ＥＴｉにおいて実線ＳＬ１に示されている実際の二次電流Ｉ２の値と破線ＢＬ１に示されている「通常点火」における二次電流Ｉ２の値との差を放電延長電流Ｉｄとする。
【００４６】
第１実施形態による点火制御装置１は、空燃比が１４．５となるストイキ燃焼によって回転運動を出力するストイキ運転と空燃比が１４．５より大きいリーン燃焼によって回転運動を出力するリーン運転との間でエンジン１１の運転状態が切り替わるときの点火プラグ７の放電制御に特徴がある。ここでは、図４〜６に基づいて点火制御装置１における運転状態の切替時の点火プラグ７の放電制御を説明する。
【００４７】
図４にエンジン１１の回転数と発生するトルクとの関係を示す特性図を示す。図４には、エンジン１１の回転数と発生するトルクとの関係において、リーン運転が実行される領域Ａ１とストイキ運転が実行される領域Ａ２との境界を破線ＢＬ２で示す。また、ストイキ運転の各回転数におけるエンジン１１の回転数及び発生するトルク上限値を実線ＳＬ２で示す。
【００４８】
エンジン１１では、エンジン１１の回転数が比較的低くかつトルクが比較的小さい領域において、リーン運転を実行するリーン燃焼条件によって混合気が燃焼される。リーン燃焼条件は空燃比が比較的大きいため、点火制御装置１では、放電延長電流Ｉｄがストイキ燃焼条件における放電延長電流Ｉｄより大きくなるよう、かつ、放電延長時間ＥＴｉがストイキ燃焼条件における放電延長時間ＥＴｉより長くなるよう点火プラグ７の放電を制御し、失火を防止する。すなわち、図４において、エンジン１１の運転状態が破線ＢＬ２を挟んでエンジン１１の回転数が比較的低くかつトルクが比較的小さい領域Ａ１とエンジン１１の回転数が比較的高いかもしくはトルクが比較的大きい領域Ａ２との間を破線ＢＬ３に沿って行き来するとき、点火プラグ７の放電延長電流Ｉｄの大きさ及び放電延長時間ＥＴｉをパラメータとして含む放電条件が変化する。
【００４９】
次に、図５、６に示すタイムチャートに基づいて、運転状態の切替時におけるエンジン１１の各パラメータの時間変化を説明する。図５、６に示すタイムチャートには、共通の時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、エンジン１１の回転数、エンジン１１が出力するトルク、エンジン１１の空燃比ＡＦＲ、点火プラグ７の放電時期、インジェクタ１５からの燃料の噴射量、吸気通路１４１を流れる空気量、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ、スロットルバルブ１３の開度ＴＨｄ、延長放電実行フラグ、放電延長電流Ｉｄ、放電延長時間ＥＴｉを示している。横軸の時間は、ピストン１７がエンジン１１内を２往復、すなわち、吸気、圧縮、膨張、排気の行程を１サイクルとして、その１サイクルを時間のスケールとして用いる。
【００５０】
最初に、図５に基づいて、エンジン１１の運転状態がリーン運転からストイキ運転に切り替わるときの点火制御装置１の作動状態を説明する。第１実施形態による点火制御装置１では、エンジン１１が１０サイクル分作動する間に空燃比ＡＦＲがリーン燃焼条件からストイキ燃焼条件に切り替わるよう設定されている。
【００５１】
時刻ｔ１０において、運転者が踏み込むアクセルポジションセンサが出力する信号に応じて、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄを変更する指令が電子制御ユニット３２に入力される。このとき、放電制御部３０では、延長放電実行フラグがオンされており、放電延長電流Ｉｄは、比較的大きい電流Ｉｄ１が流れている。また、放電延長時間ＥＴｉは、リーン燃焼条件における放電延長時間である時間Ｔｌが設定されている。なお、ストイキ燃焼条件における放電延長時間ＥＴｉは０である。また、電流Ｉｄ１や時間Ｔ１は、空燃比ＡＦＲの大きさやエンジン１１の燃焼条件によって変化する。
【００５２】
時刻ｔ１０から１０サイクル分後の時刻ｔ１１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄが大きくなり始める。なお、この「１０サイクル分」は、ウェストゲートバルブ２７、エアバイパスバルブ２８及びスロットルバルブ１３における変更指令が入力された後の変更遅れの一例であって、１０サイクルでなくてもよい。
時刻ｔ１１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄが大きくなり始めると、ウェスト通路２６５及びバイパス通路２６６を流れる気体の量が多くなり、空気量が空気量ＡＭ１から減少し始める。これにあわせてノッキングの発生を防止するため、放電時期は、角度ＤＴ１から遅角側に移行し始める。また、放電時期が遅角側に移行するとエンジン１１が発生するトルクが小さくなるため、噴射量を噴射量ＩＭ２から噴射量ＩＭ２より多い噴射量ＩＭ１に増加させ、トルクを一定に保つ。なお、空気量ＡＭ１、角度ＤＴ１や噴射量ＩＭ１、ＩＭ２は、空燃比ＡＦＲの大きさやエンジン１１の燃焼条件によって変化する。
【００５３】
時刻ｔ１１において値ＡＦＲ１であった空燃比ＡＦＲは、上述した空気量と噴射量との関係から時間の経過とともに減少し始める。
ここで、従来の点火制御装置では、例えば、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回ると、点火プラグ７の放電時間を延長するよう設定されている。このため、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回るタイミング、すなわち、時刻ｔ１０から１４サイクル分の時間が経過した時刻ｔ１２において、破線Ｌ１１に示すように、延長放電実行フラグがオフされる（図５の白抜き丸印Ｃ１１及び点線矢印Ｆ１１参照）。延長放電実行フラグがオフされると、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉは、通常のストイキ運転におけるマップに従って放電延長電流Ｉｄは０となり、放電延長時間ＥＴｉは０となる。また、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの間では、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉは、破線Ｌ１２、Ｌ１３のように制御され、通常のリーン運転におけるマップに従って変更されている。このため、エンジン１１の運転状態がリーン運転からストイキ運転に完全に切り替わる時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの間の切替過渡期において、窒素酸化物の発生量が増加したり大きなトルクの変動が発生したりする。
【００５４】
そこで、第１実施形態による点火制御装置１では、時刻ｔ１２を過ぎた後も延長放電実行フラグをオンしたまま、点火プラグ７を通常のリーン運転やストイキ運転におけるマップとは異なる放電条件で動作させる。
具体的には、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄに変更指令が入力された後これらの開度の実際の変更が始まる時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの間、延長放電実行フラグをオンしたまま、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に変化させる。さらに具体的には、時刻ｔ１２において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ１から電流Ｉｄ１に比べて小さい電流Ｉｄ２に変更する。また、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌより短い時間Ｔｔに変更する。その後、エンジン１１の運転状態が全てストイキ運転に切り替わる時刻ｔ１３において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ２から０に変更する。また、放電延長時間ＥＴｉを０に変更する。
【００５５】
次に、図６に基づいて、エンジン１１の運転状態がストイキ運転からリーン運転に切り替わるときの点火制御装置１の作動状態を説明する。第１実施形態による点火制御装置１では、エンジン１１が１０サイクル分作動する間に空燃比ＡＦＲがストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件に切り替わるよう設定されている。
【００５６】
時刻ｔ２０において、運転者が踏み込むアクセルポジションセンサが出力する信号に応じて、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄを変更する指令が電子制御ユニット３２に入力される。このとき、放電制御部３０では、延長放電実行フラグがオフされており、放電延長電流Ｉｄは、０である。また、放電延長時間ＥＴｉは、ストイキ燃焼条件における放電延長時間である０が設定されている。すなわち、時刻ｔ２０より前の段階では二次電流Ｉ２の時間変化は、図３の破線ＢＬ１のような波形を示している。
【００５７】
時刻ｔ２０から１０サイクル分後の時刻ｔ２１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄが小さくなり始める。時刻ｔ２１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄが小さくなり始めると、ウェスト通路２６５及びバイパス通路２６６を流れる気体の量が少なくなり、空気量が空気量ＡＭ２から増加し始める。これにあわせて、放電時期は、角度ＤＴ１に比べ小さい角度ＤＴ２から進角側に移行し始める。放電時期が進角側に移行し始めると、エンジン１１が発生するトルクが大きくなるため、噴射量を噴射量ＩＭ１から噴射量ＩＭ２に減少させ、トルクを一定に保つ。
【００５８】
時刻ｔ２１において１４．５であった空燃比ＡＦＲは、空気量と噴射量との関係から時間の経過とともに増加し始める。
ここで、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回ると点火プラグ７の放電時間の延長を解除するよう設定されている従来の点火制御装置では、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回るタイミング、すなわち、時刻ｔ２０から１６サイクル分の時間が経過した時刻ｔ２３において、破線Ｌ２１に示すように、延長放電実行フラグがオンされる（図６の白抜き丸印Ｃ２１及び点線矢印Ｆ２１参照）。延長放電実行フラグがオンされると、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉは、通常のストイキ運転におけるマップに従って破線Ｌ２２、Ｌ２３のように制御され、放電延長電流Ｉｄは電流Ｉｄ２より小さい電流Ｉｄ３に変更され、放電延長時間ＥＴｉは時間Ｔｌより短い時間に変更される。このため、エンジン１１の運転状態がストイキ運転からリーン運転に完全に切り替わる時刻ｔ２１から時刻ｔ２４までの間の切替過渡期において、窒素酸化物の発生量が増加したり大きなトルクの変動が発生したりする。
【００５９】
そこで、第１実施形態による点火制御装置１では、時刻ｔ２３より前に延長放電実行フラグをオンにし、点火プラグ７を通常のリーン運転やストイキ運転におけるマップとは異なる放電条件で動作させる。
具体的には、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄに変更指令が入力された後これらの開度の実際の変更が始まる時刻ｔ２１において延長放電実行フラグをオンし、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に変化させる。さらに具体的には、時刻ｔ２１において、放電延長電流Ｉｄを０から電流Ｉｄ２に変更する。次に、時刻ｔ２３より前の時刻ｔ２２において、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌより短い時間Ｔｔとする。次に、時刻ｔ２３において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ２から電流Ｉｄ１に変更し、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌに変更する。これにより、エンジン１１の運転状態が全てリーン運転に切り替わる時刻ｔ２４となる前に、放電延長電流Ｉｄは電流Ｉｄ１となり、放電延長時間ＥＴｉは時間Ｔｌとなる。
【００６０】
第１実施形態による点火制御装置１では、エンジン１１の運転状態がリーン運転のとき、点火プラグ７の放電時間をストイキ運転のときに比べ延長することによって、理論空燃比より薄い混合気を着火しやすくする。これにより、図４に示すエンジン１１の回転数とトルクとの関係において、これまでストイキ燃焼条件を適用していた運転状態にリーン燃焼条件を適用可能とし、リーン燃焼条件が適用可能な範囲を広げることができる。したがって、リーン燃焼条件とストイキ燃焼条件との切替頻度を低減することができる。
【００６１】
また、第１実施形態による点火制御装置１では、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄに応じて、リーン運転とストイキ運転との切替タイミングを検出する。放電制御部３０では、当該切替タイミングを検出すると、リーン燃焼条件からストイキ燃焼条件、または、ストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件に燃焼条件が変更される切替過渡期において点火プラグ７の放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを制御する。このとき、放電制御部３０は、当該切替過渡期において通常のリーン運転やストイキ運転におけるマップによって決定される条件とは異なる放電条件によって点火プラグ７を作動する。これにより、第１実施形態による点火制御装置１は、燃焼条件の切替過渡期における窒素酸化物の発生量を低減したりトルクの変動を小さくしたりすることができる。
【００６２】
また、放電制御部３０は、燃焼条件の切替過渡期における放電条件として、放電延長電流Ｉｄの大きさ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に変更する。これにより、燃焼条件の切替過渡期に発生するトルクの変動をさらに小さくすることができる。
【００６３】
第１実施形態による点火制御装置１では、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。
【００６４】
また、第１実施形態による点火制御装置１では、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。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図７、８に基づいて説明する。第２実施形態による内燃機関の点火制御装置は、リーン運転条件とストイキ運転条件との切替における放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉの時間変化が第１実施形態と異なる。第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６６】
第２実施形態による内燃機関の点火制御装置が適用されるエンジン１１の運転状態の切替時における各パラメータの時間変化を図７、８に示す。
【００６７】
最初に、図７に基づいて、エンジン１１の運転状態がリーン運転からストイキ運転に切り替わるときの第２実施形態による点火制御装置の作動状態を説明する。第２実施形態による点火制御装置では、エンジン１１が１サイクル分作動する間に空燃比ＡＦＲがリーン燃焼条件からストイキ燃焼条件に切り替わるよう設定されている。
【００６８】
時刻ｔ３０において、運転者が踏み込むアクセルポジションセンサが出力する信号に応じて、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄを変更する指令が電子制御ユニット３２に入力される。このとき、放電制御部３０では、延長放電実行フラグがオンされており、放電延長電流Ｉｄは、例えば、電流Ｉｄ１流れている。また、放電延長時間ＥＴｉは、リーン燃焼条件における放電延長時間ＥＴｉである時間Ｔｌが設定されている。
【００６９】
時刻ｔ３０から１０サイクル分後の時刻ｔ３１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ、スロットルバルブ１３の開度ＴＨｄが大きくなり始める。
時刻ｔ３１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄが大きくなり始めると、空気量が空気量ＡＭ１から減少し始める。空気量は、変化率が比較的小さいウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄによって決定されるため、変化率が比較的小さい。一方、噴射量は、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄやエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄに比べ応答性が高いため、１サイクル分の時間で噴射量を噴射量ＩＭ２から噴射量ＩＭ１を超える値に変更することができる。このとき、放電時期は、角度ＤＴ２よりさらに遅角側に移行し、空燃比ＡＦＲは、時刻ｔ３１から１サイクル分後の時刻ｔ３３において１４．５まで変化する。
【００７０】
空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回ると点火プラグ７が放電する時間を延長するよう設定されている従来の点火制御装置では、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回るタイミング、すなわち、時刻ｔ３１から１サイクル分に満たない時間が経過した時刻ｔ３２において、破線Ｌ３１に示すように、延長放電実行フラグがオフされる（図７の白抜き丸印Ｃ３１及び点線矢印Ｆ３１参照）。延長放電実行フラグがオフされると、放電延長電流Ｉｄは、破線Ｌ３２に示すように時刻ｔ３２において０となり、放電延長時間ＥＴｉは、破線Ｌ３３に示すように、時刻ｔ３２において０となる。このため、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉが急激に変化するため、エンジン１１の運転状態がリーン運転からストイキ運転に完全に切り替わる時刻ｔ３１から時刻ｔ３４までの間の切替過渡期において、特に大きなトルクの変動が発生する。
【００７１】
そこで、第２実施形態による点火制御装置では、時刻ｔ３２を過ぎた後も延長放電実行フラグをオンしたまま、点火プラグ７を通常のリーン運転やストイキ運転におけるマップとは異なる放電条件で動作させる。
具体的には、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄに変更指令が入力された後これらの開度の実際の変更が始まる時刻ｔ３１から時刻ｔ３４までの間、延長放電実行フラグをオンしたまま、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に変化させる。さらに具体的には、時刻ｔ３１から１サイクル後の時刻ｔ３３において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ１から電流Ｉｄ２に変更する。また、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌより短い時間Ｔｔとする。その後、エンジン１１の各パラメータが全てストイキ運転の条件に切り替わる時刻ｔ３４において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ２から０に変更する。また、放電延長時間ＥＴｉを０に変更する。
【００７２】
次に、図８に基づいて、エンジン１１の運転状態がストイキ運転からリーン運転に切り替わるときの第２実施形態による点火制御装置の作動状態を説明する。第２実施形態による点火制御装置では、エンジン１１が１サイクル分作動する間に空燃比ＡＦＲがストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件に切り替わるよう設定されている。
【００７３】
時刻ｔ４０において、運転者が踏み込むアクセルポジションセンサが出力する信号に応じて、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄを変更する指令が電子制御ユニット３２に入力される。このとき、放電制御部３０では、延長放電実行フラグがオフされており、放電延長電流Ｉｄは、０である。また、放電延長時間ＥＴｉは、ストイキ燃焼条件における放電延長時間ＥＴｉである０が設定されている。すなわち、時刻ｔ４０より前の段階では二次電流Ｉ２の時間変化は、図３の破線ＢＬ１のような波形を示している。
【００７４】
時刻ｔ４０から１０サイクル分後の時刻ｔ４１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄが小さくなり始める。時刻ｔ４１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄが小さくなり始めると、空気量が空気量ＡＭ２から増加し始める。このとき、エンジン１１ではストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件の切り替わりによるトルクの低下を防止するため、噴射量を噴射量ＩＭ１から増加させる。これにより、空燃比ＡＦＲは、１４．５を維持したままとなるが、噴射量の増加によるトルクの上昇を抑制するため、放電時期を角度ＤＴ２より遅角側に移行する。
【００７５】
ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄがさらに小さくなると、噴射量の増加及び放電時期の遅角側への移行によってもトルクが小さくなり始める（図８の時刻ｔ４２以降）。そこで、噴射量を減少しつつ放電時期を進角側に移行することによってトルクの変動を小さくする。これにより、１４．５であった空燃比ＡＦＲは、時刻ｔ４３において２０より大きくなる。
【００７６】
ここで、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回ると点火プラグ７の放電時間の延長を解除するよう設定されている従来の点火制御装置では、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回るタイミング、すなわち、時刻ｔ４３において、破線Ｌ４１に示すように、延長放電実行フラグがオンされる（図８の白抜き丸印Ｃ４１及び点線矢印Ｆ４１参照）。延長放電実行フラグがオンされると、放電延長電流Ｉｄは、破線Ｌ４２に示すように、０から電流Ｉｄ１に変更され、放電延長時間ＥＴｉは、破線Ｌ４３に示すように、０から時間Ｔｌに変更される。このため、時刻ｔ４１からエンジン１１の運転状態がストイキ運転からリーン運転に完全に切り替わる１０サイクル分後の時刻ｔ４４までの間の切替過渡期において、特に大きなトルクの変動が発生する。
【００７７】
そこで、第２実施形態による点火制御装置では、時刻ｔ４３より前に延長放電実行フラグをオンにし、点火プラグ７を通常のリーン運転やストイキ運転におけるマップとは異なる放電条件で動作させる。
具体的には、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄに変更指令が入力された後これらの開度の実際の変更が始まる時刻ｔ４１において延長放電実行フラグをオンし、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に変化させる。さらに具体的には、時刻ｔ４１において、放電延長電流Ｉｄを０から電流Ｉｄ２に変更し、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌより短い時間Ｔｔに変更する。次に、時刻ｔ４３において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ２から電流Ｉｄ１に変更し、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌに変更する。これにより、エンジン１１の各パラメータが全てリーン運転の条件に切り替わる時刻ｔ４４となる前に、放電延長電流Ｉｄは電流Ｉｄ１となり、放電延長時間ＥＴｉは時間Ｔｌとなる。
【００７８】
第２実施形態による点火制御装置では、１サイクル分の時間の間に空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ１から１４．５に変更されるとき、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回った場合でも延長放電実行フラグをオンしたまま、放電延長電流Ｉｄを所定の大きさに維持しつつ、放電時間を延長する。また、１サイクル分の時間の間に空燃比ＡＦＲが１４．５から値ＡＦＲ１に変更されるとき、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回る時刻より前に延長放電実行フラグをオンし、放電延長電流Ｉｄを所定の大きさとし、放電時間を延長する。これにより、リーン燃焼条件からストイキ燃焼条件、または、ストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件に燃焼条件が変更される切替過渡期において発生するトルクの変動を小さくすることができる。したがって、第２実施形態は、第１実施形態と同じ効果を奏し、特に、車両の急激な加速要求において発生するおそれがあるトルクの変動を小さくすることができる。
【００７９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図９、１０に基づいて説明する。第３実施形態による内燃機関の点火制御装置は、リーン運転条件とストイキ運転条件との切替における放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉの時間変化が第１実施形態と異なる。第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
第３実施形態による内燃機関の点火制御装置が適用されるエンジン１１の運転状態の切替時における各パラメータのタイムチャートを図９、１０に示す。
【００８１】
最初に、図９に基づいて、エンジン１１の運転状態がリーン運転からストイキ運転に切り替わるときの第３実施形態による点火制御装置の作動状態を説明する。第３実施形態による点火制御装置では、エンジン１１が５サイクル分作動する間に空燃比ＡＦＲがリーン燃焼条件からストイキ燃焼条件に切り替わるよう設定されている。
【００８２】
時刻ｔ５０において、運転者が踏み込むアクセルポジションセンサが出力する信号に応じて、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄを変更する指令が電子制御ユニット３２に入力される。このとき、放電制御部３０では、延長放電実行フラグがオンされており、放電延長電流Ｉｄは、例えば、電流Ｉｄ１流れている。また、放電延長時間ＥＴｉは、リーン燃焼条件における放電延長時間ＥＴｉである時間Ｔｌが設定されている。
【００８３】
時刻ｔ５０から１０サイクル分後の時刻ｔ５１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ、スロットルバルブ１３の開度ＴＨｄが大きくなり始める。
時刻ｔ５１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄが大きくなり始めると、空気量が空気量ＡＭ１から減少し始める。一方、噴射量は、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄに比べ応答性が高いため、５サイクル分の時間で噴射量を噴射量ＩＭ２から噴射量ＩＭ１を超える値に変更することができる。このとき、放電時期は、角度ＤＴ２よりさらに遅角側に移行しつつ、空燃比ＡＦＲは時刻ｔ５１から５サイクル分後の時刻ｔ５４までに１４．５まで変化する。
【００８４】
空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回ると点火プラグ７が放電する時間を延長するよう設定されている従来の点火制御装置では、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回るタイミング、すなわち、時刻ｔ５１から２サイクル分の時間が経過した時刻ｔ５２において、破線Ｌ５１に示すように、延長放電実行フラグがオフされる（図９の白抜き丸印Ｃ５１及び点線矢印Ｆ５１参照）。延長放電実行フラグがオフされると、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉは、通常のストイキ運転におけるマップに従って放電延長電流Ｉｄは０となり、放電延長時間ＥＴｉは０となる。また、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２までの間では、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉは、破線Ｌ５２、Ｌ５３のように制御され、通常のリーン運転におけるマップに従って変更されている。このため、時刻ｔ５１からエンジン１１の運転状態がリーン運転からストイキ運転に完全に切り替わる時刻ｔ５１から時刻ｔ５５までの間の切替過渡期において、窒素酸化物の発生量が増加したり大きなトルクの変動が発生したりする。
【００８５】
そこで、第３実施形態による点火制御装置では、時刻ｔ５２を過ぎた後も延長放電実行フラグをオンしたまま、点火プラグ７を通常のリーン運転やストイキ運転におけるマップとは異なる放電条件で動作させる。
具体的には、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄに変更指令が入力された後これらの開度の実際の変更が始まる時刻ｔ５１から時刻ｔ５５までの間、延長放電実行フラグをオンしたまま、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に変化させる。さらに具体的には、時刻ｔ５１から２サイクル後の時刻ｔ５２において、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌより短い時間Ｔｔとする。また、時刻ｔ５１から３サイクル後の時刻ｔ５３において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ１から電流Ｉｄ２に変更する。その後、エンジン１１の各パラメータが全てストイキ運転の条件に切り替わる時刻ｔ５５において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ２から０に変更する。また、放電延長時間ＥＴｉを０に変更する。
【００８６】
次に、図１０に基づいて、エンジン１１の運転状態がストイキ運転からリーン運転に切り替わるときの第３実施形態による点火制御装置の作動状態を説明する。第３実施形態による点火制御装置では、エンジン１１が５サイクル分作動する間に空燃比ＡＦＲがストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件に切り替わるよう設定されている。
【００８７】
時刻ｔ６０において、運転者が踏み込むアクセルポジションセンサが出力する信号に応じて、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄを変更する指令が電子制御ユニット３２に入力される。このとき、放電制御部３０では、延長放電実行フラグがオフされており、放電延長電流Ｉｄは、０［ｍＡ］である。また、放電延長時間ＥＴｉは、ストイキ燃焼条件における放電延長時間ＥＴｉである０が設定されているすなわち、時刻ｔ２０より前の段階では二次電流Ｉ２の時間変化は、図３の破線ＢＬ１のような波形を示している。
【００８８】
時刻ｔ６０から１０サイクル分後の時刻ｔ６１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄが小さくなり始める。時刻ｔ６１において、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄが小さくなり始めると、空気量が空気量ＡＭ２から増加し始める。このとき、エンジン１１ではストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件の切り替わりによるトルクの低下を防止するため、噴射量を噴射量ＩＭ１から増加させる。これにより、空燃比ＡＦＲは、１４．５を維持したままとなるが、噴射量の増加によるトルクの上昇を抑制するため、放電時期をより角度ＤＴ２よりさらに遅角側に移行する。
【００８９】
ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ及びエアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄがさらに小さくなると、噴射量の増加及び放電時期の遅角側への移行によってもトルクが小さくなり始める（図１０の時刻ｔ６２以降）。そこで、噴射量を減少しつつ放電時期を進角側に移行することによってトルクの変動を小さくする。これにより、１４．５であった空燃比ＡＦＲは、時刻ｔ６３において値ＡＦＲ２より大きくなる。
ここで、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回ると点火プラグ７が放電する時間の延長を解除するよう設定されている従来の点火制御装置では、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回るタイミング、すなわち、時刻ｔ６３において、破線Ｌ６１に示すように、延長放電実行フラグがオンされる（図１０の白抜き丸印Ｃ６１及び点線矢印Ｆ６１参照）。延長放電実行フラグがオンされると、放電延長電流Ｉｄは、破線Ｌ６２に示すように通常のリーン運転におけるマップに従って、電流Ｉｄ１となる。また、放電延長時間ＥＴｉは、破線Ｌ４３に示すように、通常のリーン運転におけるマップに従って、時間Ｔｌとなる。このため、時刻ｔ６１からエンジン１１の運転状態がリーン運転からストイキ運転に完全に切り替わる時刻ｔ６１から時刻ｔ６４までの間の切替過渡期において、窒素酸化物の発生量が増加したり大きなトルクの変動が発生したりする。
【００９０】
そこで、第３実施形態による点火制御装置では、時刻ｔ６３より前に延長放電実行フラグをオンにし、点火プラグ７を通常のリーン運転やストイキ運転におけるマップとは異なる放電条件で動作させる。
具体的には、ウェストゲートバルブ２７の開度ＷＧｄ、エアバイパスバルブ２８の開度ＡＢｄ及びスロットルバルブ１３の開度ＴＨｄに変更指令が入力された後これらの開度の実際の変更が始まる時刻ｔ６１において延長放電実行フラグをオンし、放電延長電流Ｉｄ及び放電延長時間ＥＴｉを段階的に変化させる。さらに具体的には、時刻ｔ６１において、放電延長電流Ｉｄを０から電流Ｉｄ２に変更し、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌより短い時間Ｔｔに変更する。次に、時刻ｔ６３において、放電延長電流Ｉｄを電流Ｉｄ２から電流Ｉｄ１に変更し、放電延長時間ＥＴｉを時間Ｔｌに変更する。これにより、エンジン１１の運転状態が全てリーン運転に切り替わる時刻ｔ６４となる前に、放電延長電流Ｉｄは電流Ｉｄ１となり、放電延長時間ＥＴｉは時間Ｔｌとなる。
【００９１】
第３実施形態による点火制御装置では、５サイクル分の時間の間に空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ１から１４．５に変更されるとき、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を下回った場合でも延長放電実行フラグをオンしたまま、放電延長電流Ｉｄを所定の大きさに維持しつつ、放電時間を延長する。また、５サイクル分の時間の間に空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ１から１４．５に変更されるとき、空燃比ＡＦＲが値ＡＦＲ２を上回る時刻より前に延長放電実行フラグをオンし、放電延長電流Ｉｄを所定の大きさとし、放電時間を延長する。これにより、第３実施形態は、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
【００９２】
（その他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、運転条件の切替過渡期において、延長放電電流及び放電延長時間を段階的に変更するとした、しかしながら、運転条件の切替過渡期におけるこれらの値の変更は段階的に変更する場合に限られない。通常のリーン燃焼条件やストイキ燃焼条件とは異なり、窒素酸化物の発生量の増加やトルクの変動が小さくなるよう制御されればよい。
【００９３】
また、上述の実施形態に示した延長放電電流及び放電延長時間の変更は、一例であって、この変更内容に限定されない。
【００９４】
（イ）上述の実施形態では、エンジンはターボチャージャを有しているとした。しかしながら、エンジンは、ターボチャージャを有していなくてもよい。
【００９５】
また、上述の実施形態では、特許請求の範囲に記載の「タイミング検出手段」は、ウェストゲートバルブ開度センサ及びエアバイパスバルブ開度センサであるとした。しかしながら、タイミング検出手段はこれに限定されない。燃焼室における混合気の燃焼条件がリーン燃焼条件からストイキ燃焼条件、または、ストイキ燃焼条件からリーン燃焼条件に切り替わるタイミングである切替タイミングを検出する手段であればよい。
【００９６】
（ウ）上述した実施形態では、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」における制御条件を放電時期に応じて点火プラグにおける放電時間を延長するとした。この他、二次電流又はエネルギ投入期間を可変制御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」等のエネルギ投入制御方式に対して、本発明を適用し、放電時期に応じて点火プラグにおける放電時間を延長するようにしてもよい。
【００９７】
また、放電制御部によるエネルギ投入制御は、図３に示すように、点火信号のＨレベル中に充電スイッチ信号をオンオフしてコンデンサ電圧を蓄積した後、エネルギ投入期間に、一次コイルの接地側にエネルギを投入する方法に限らない。例えば、エネルギ投入期間に、充電スイッチ信号と放電スイッチ信号とを交互にオンオフ制御することで、充電スイッチ信号がオンのときエネルギ蓄積コイルが蓄積したエネルギを、その都度、一次コイルの接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサを備えなくてもよい。
【００９８】
（エ）上述した実施形態では、二次電流検出抵抗及び二次電流検出回路を備え、二次電流をフィードバック制御するとした。しかしながら、二次電流の制御の方法は、これに限定されない。例えば、二次電流をフィードフォワード制御してもよい。
【００９９】
（オ）上述の実施形態では、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。
【０１００】
（カ）上述の実施形態では、直流電源は、バッテリであるとした。しかしながら、直流電源の種類はこれに限定されない。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。
【０１０１】
（キ）上記実施形態では、エネルギ投入部は、ＤＣＤＣコンバータによって、バッテリの電圧を昇圧しているとした。しかしながら、エネルギ投入部の種類はこれに限定されない。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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
１          ・・・点火制御装置（内燃機関の点火制御装置）、
７          ・・・点火プラグ、
１１        ・・・内燃機関、
１６        ・・・燃焼室、
２７１      ・・・ウェストゲートバルブ開度センサ（タイミング検出手段）、
２８１      ・・・エアバイパスバルブ開度センサ（タイミング検出手段）、
３０        ・・・放電制御部。
【図１】
2015200267.tif 000003
【図２】
2015200267.tif 000004
【図３】
2015200267.tif 000005
【図４】
2015200267.tif 000006
【図５】
2015200267.tif 000007
【図６】
2015200267.tif 000008
【図７】
2015200267.tif 000009
【図８】
2015200267.tif 000010
【図９】
2015200267.tif 000011
【図１０】
2015200267.tif 000012