(57)【要約】【課題】点火プラグの放電の電圧を簡素な構成で検出することの可能な点火制御装置を提供する。【解決手段】  点火プラグ７への電力供給を制御する点火制御装置３０は、点火プラグ７が放電を発生した後の所定のエネルギ投入期間に、点火プラグ７が放電を継続可能な所定電圧を、点火コイル４０の有する一次コイル４１に断続して印加する。この点火制御装置３０は、一次コイル４１に印加される一次電圧Ｖ１が昇圧されている期間に、その一次コイル４１に流れる一次電流Ｉ１に応じて、点火コイル４０の有する二次コイル４２から点火プラグ７に印加される二次電圧Ｖ２を検出する。これにより、点火制御装置３０は、二次電圧Ｖ２を直接検出するセンサを設けることなく、二次電圧Ｖ２を検出することが可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１３）の混合気に着火放電を行う点火プラグ（７）への電力供給を制御する点火制御装置（３０）において、
直流電源（６）から一次電流が供給される一次コイル（４１）、及び、前記一次コイルの通電及び遮断により励起された電圧を前記点火プラグに印加する二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）と、
前記内燃機関の点火要求に応じて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、
前記点火プラグが放電を発生した後の所定のエネルギ投入期間に、前記点火プラグが放電を継続可能な所定電圧を前記一次コイルに断続して印加するエネルギ投入手段（５０）と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記エネルギ投入期間を設定する期間設定手段（８１）と、
前記一次コイルに印加される一次電圧を検出する一次電圧センサ（４４１）と、
前記一次コイルに流れる一次電流を検出する一次電流センサ（４４）と、
前記エネルギ投入手段により一次電圧が昇圧されている期間に前記一次コイルに流れる一次電流に応じて、前記二次コイルから前記点火プラグに印加される二次電圧を検出する二次電圧検出手段（８２）と、を備えることを特徴とする点火制御装置。
【請求項２】
前記二次コイルに流れる二次電流を検出する二次電流センサ（４７）をさらに備え、
前記二次電圧検出手段は、前記エネルギ投入手段により一次電圧が昇圧されている期間の一次電圧、その期間の一次電流、及び、その期間の二次電流に応じて、二次電圧を検出することを特徴とする請求項１に記載の点火制御装置。
【請求項３】
前記エネルギ投入手段により一次電圧が昇圧されている期間の一次電圧をＶ１、その期間の一次電流をＩ１、その期間の二次電流をＩ２、及び、前記二次電圧検出手段が検出する二次電圧をＶ２とすると、
前記二次電圧検出手段は、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２に応じてＶ２を検出することを特徴とする請求項２に記載の点火制御装置。
【請求項４】
前記二次コイルに流れる二次電流を検出する二次電流センサと、
前記二次電流センサの検出値した二次電流が一定に保持されるように、前記エネルギ投入手段が前記一次コイルに所定電圧を印加するスイッチ（５７）をオン及びオフする時間を制御する二次電流保持手段（４８）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の点火制御装置。
【請求項５】
前記二次電圧検出手段が検出した二次電圧の上昇率が所定の上昇率より小さい場合、前記期間設定手段が設定した前記エネルギ投入期間を延長する期間延長手段（８３）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の点火制御装置。
【請求項６】
前記エネルギ投入手段、前記一次電圧センサ、前記一次電流センサ及び前記二次電流センサは、同一の回路基板に設けられることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグへの電力供給を制御する点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の混合気に着火放電を行う点火プラグへの電力供給を制御する点火制御装置が知られている。
特許文献１には、点火コイルから点火プラグに印加される電圧を検出し、その検出した電圧がエンジンの運転状態に基づいて設定された基準値よりも大きい場合に異常信号を出力する装置が記載されている。この装置は、点火プラグの電極間のギャップが大きくなるに従い点火プラグの放電に必要となる電圧が高くなることから、点火コイルから点火プラグに印加される電圧に基づいて点火プラグの劣化を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０６９７０号公報
【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に記載の装置は、点火コイルから点火プラグに印加される数十ｋＶの電圧を低下するための電圧変換器を備えている。したがって、この装置は、電圧変換器のコストが高くなると共に、体格が大型化することが懸念される。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、点火プラグの放電電圧を簡素な構成で検出することの可能な点火制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、点火プラグの放電発生後に点火コイルの有する一次コイルに所定電圧を断続して印加する点火制御装置において、その所定電圧が昇圧されている期間に一次コイルに流れる一次電流に応じて、点火プラグに印加される二次電圧を検出することを特徴とする。
これにより、点火制御装置は、二次電圧を直接検出するセンサを設けることなく、一次電圧を検出する一次電圧センサと、一次電流を検出する一次電流センサのみで二次電圧を検出する。一次電圧センサと一次電流センサは、二次電圧を直接検出するセンサに比べて、体格が小型のものを使用することが可能である。したがって、点火制御装置は、点火プラグが放電を継続する際の二次電圧を簡素な構成で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態による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】第１実施形態による点火制御装置の回路図である。
【図３】点火制御装置の基本動作を説明したタイムチャートである。
【図４】一次電圧、一次電流、二次電流、これらの計算値、及び二次電圧を示す実験データである。
【図５】一次電流と二次電圧の関係を示す実験データである。
【図６】一次電圧、一次電流及び二次電流の計算値と、二次電圧との関係を示す実験データである。
【図７】第１実施形態の点火制御装置が行う処理を説明したフローチャートである。
【図８】燃焼室の気流の速さとエネルギ投入期間との関係を示すグラフである。
【図９】第２実施形態の点火制御装置が行う処理を説明したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による点火制御装置は、内燃機関の混合気に着火放電を行う点火プラグへの電力供給を制御するものである。以下の説明では、特許請求の範囲に記載の「内燃機関」を「エンジン」という。
【０００８】
［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。
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している。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。
【０００９】
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燃料噴射弁１６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１７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。
【００１０】
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とスロットル弁１４との間に設けられた気流制御弁２４は、吸気ポートから燃焼室１７に導入される気流により燃焼室１７にタンブル流を形成可能である。
【００１１】
燃焼室１７の混合気の点火は、点火制御装置３０によって点火プラグ７の電極間に火花放電を発生させることにより行われる。点火制御装置３０は、制御装置（ＥＣＵ）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を生させる高電圧が一対の電極間に印加されると火花放電を発生する。以下の説明において、「高電圧」とは、点火プラグ７が一対の電極間に放電を発生し得る電圧をいう。
【００１２】
制御装置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。制御装置３２は、エンジンの各種センサ、並びに、図２に示す一次電圧センサ４４１、一次電流センサ４４及び二次電流センサ４７などから検出信号が入力される。制御装置３２は、上述したセンサからの検出信号に基づき、点火回路ユニット３１等を制御する。
【００１３】
［点火制御装置の構成］
次に、点火制御装置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、点火制御装置３０は、点火コイル４０、点火回路ユニット３１及び制御装置３２などを含み、点火プラグ７への電力供給を制御する。
点火コイル４０は、一次コイル４１、二次コイル４２及び整流素子４３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、他端が点火スイッチ４５を介して接地されている。なお、以下、一次コイル４１の反バッテリ側を「接地側」という。
二次コイル４２は、一次コイル４１と磁気回路を共有しており、一端が点火プラグ７の一対の電極を介して接地され、他端がバッテリ６に接続されている。即ち、二次コイル４２は、一端と他端とが閉回路を構成していればよい。
【００１４】
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。
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た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。
【００１５】
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、二次電流保持回路４８、一次電圧センサ４４１、一次電流センサ４４及び二次電流センサ４７等を有している。この点火回路ユニット３１は、同一の回路基板に設けることが可能である。
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、ゲートが制御装置３２に接続されている。コレクタは、整流素子４６を介してエミッタに接続されている。
点火スイッチ４５は、制御装置３２から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に流れる一次電流Ｉ１は、点火信号ＩＧＴに従い、点火スイッチ４５により通電及び遮断が切り替えられる。
【００１６】
「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部５０は、ＤＣＤＣコンバータ５１、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。
ＤＣＤＣコンバータ５１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から構成されている。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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と充電スイッチ５３との間の配線に接続され、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。
【００１９】
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、一次コイル４１からコンデンサ５６への電流の逆流を防止している。
【００２０】
一次電圧センサ４４１は一次コイル４１の電圧を検出し、一次電流センサ４４は一次コイル４１の電流を検出する。二次電流センサ４７は、二次コイル４２の二次電流Ｉ２を検出する。一次電圧センサ４４１、一次電流センサ４４及び二次電流センサ４７の信号は制御装置３２に入力される。
また、二次電流センサ４７の信号は、「二次電流保持手段」としての二次電流保持回路４８に入力される。二次電流保持回路４８は、二次電流Ｉ２を目標値（「維持目標電流値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決定し、ドライバ回路５８に指令する。
【００２１】
制御装置３２は、エンジンの負荷及び回転数等から定められる運転領域に応じて放電を良好に維持可能な程度の電流に維持目標電流値Ｉ２*を設定する。制御装置３２は、維持目標電流値Ｉ２*を指示するための目標二次電流信号ＩＧＡを生成し、二次電流保持回路４８を介してドライバ回路５８に出力する。
また、制御装置３２は、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、点火開示時期を定める点火信号ＩＧＴ、及び、エネルギ投入部５０から点火コイル４０にエネルギ投入を行うエネルギ投入期間を定めるエネルギ投入期間信号ＩＧＷを生成する。制御装置３２は、目標二次電流信号ＩＧＡ、点火信号ＩＧＴ及びエネルギ投入期間信号ＩＧＷを、点火回路ユニット３１に出力する。
【００２２】
点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ４５のゲートと、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。本実施形態では、充電スイッチ信号ＳＷｃは、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。
【００２３】
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。ドライバ回路５８は、二次電流保持回路４８から入力される目標二次電流信号ＩＧＡに基づき、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンデューティ比を変更する。本実施形態では、放電スイッチ信号ＳＷｄは、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。
【００２４】
［点火制御装置の作動］
次に、点火制御装置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。
【００２５】
図３の記載において、「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。
【００２６】
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、「維持目標電流値Ｉ２*」とする。維持目標電流値Ｉ２*は、エンジンの負荷及び回転数等から定められる運転領域に応じて放電を良好に維持可能な程度の電流値に設定される。本実施形態では、波形の最大値を目標値とするが、他の実施形態では、波形の最大値と最小値との中間値を目標値としてもよく、又は最小値を目標値としてもよい。
【００２７】
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ローレベルであるので放電スイッチ５７はオフされている。これにより、一次コイル４１に一次電流Ｉ１が通電される。
【００２８】
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。これにより、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。
なお、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。
【００２９】
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。すると自己誘電作用により一次コイル４１に電圧が発生し、これと同時に磁気回路及び磁束を共有している二次コイル４２に相互誘導作用によって高電圧が発生し、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。
【００３０】
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レベルに立ち上がることで、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。これにより、コンデンサ５６に蓄積された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、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が高いほど大きいものとなる。
【００３１】
このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２−ｔ３間に通電されていた二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギＰの投入による一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分の二次電流Ｉ２が同じ極性で重畳される。この二次電流Ｉ２の重畳は、時刻ｔ３−ｔ４の間、放電スイッチ５７がオンされるごとに行われる。
すなわち、放電スイッチ信号ＳＷｄがオンになるごとに、コンデンサ５６に蓄積されたエネルギにより一次電流Ｉ１が順次追加投入され、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、二次電流Ｉ２は、維持目標電流値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レベルに立ち下がると、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。
【００３２】
このように、時刻ｔ２における放電の後、「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を、本明細書において「エネルギ投入制御」という。
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側にエネルギを投入する方式、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「従来の多重放電方式」という。上述した「エネルギ投入制御」は、「従来の多重放電方式」に比べ、低電圧側からエネルギを投入することにより、放電が継続可能な最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、放電アークが維持される状態を一定期間持続させることができる。
【００３３】
［第１実施形態の特徴］
ところで、混合気をリーン燃焼する際、エンジン１３の燃焼サイクルごとのばらつきにより燃焼室１７内で発生するタンブル流が弱くなることがある。この場合、点火プラグ７の放電アークが気流によって伸ばされず、その伸長量が小さくなる。この放電アークの伸長量がエンジンの運転状態に応じて要求される要求量よりも小さいと、希薄混合気に対する着火性が悪化し、失火によりトルク変動率が増大する、又は燃焼悪化によりＮＯｘ排出量が増大する等の問題が発生するおそれがある。
【００３４】
放電アークの伸長量は、点火コイル４０の二次コイル４２から点火プラグ７の電極に印加される二次電圧Ｖ２により検出可能である。これは、点火プラグ７の電極に流れる二次電流Ｉ２を一定とした場合、点火プラグ７の放電アークの伸長量が大きくなる程、その放電アークの電路の抵抗が大きくなるので、それに伴って二次電圧Ｖ２が大きくなるからである。しかし、点火コイルから点火プラグ７に印加される二次電圧Ｖ２を直接検出する場合、体格の大きい高価な電圧変換器が必要になる。
【００３５】
そこで、第１実施形態の点火制御装置３０は、一次電圧を検出する一次電圧センサ４４１と、一次電流Ｉ１を検出する一次電流センサ４４と、二次電流Ｉ２を検出する二次電流センサ４７の信号により、点火プラグ７が放電を継続する際の二次電圧Ｖ２を検出することを特徴とする。これにより、点火制御装置３０は、二次電圧Ｖ２を簡素な構成で検出し、その二次電圧Ｖ２により放電アークの伸長量を検出することが可能である。
【００３６】
さらに、第１実施形態の点火制御装置３０は、点火プラグ７の放電アークの伸長量がエンジンの運転状態に応じて要求される要求量よりも小さいことを検出すると、点火プラグ７の放電の維持期間を延長することを特徴とする。これにより、放電アークを伸長させ、混合気への着火性を高めることが可能になる。したがって、点火制御装置３０は、燃焼サイクルのばらつきにより気流の弱いサイクルが生じたときでも、混合気に安定して着火することで、内燃機関のトルク変動を抑制することができる。また、点火制御装置３０は、安定した着火を得ることで、エミッションの排出を低減することができる。
【００３７】
以下、本実施形態の点火制御装置３０が、一次電流Ｉ１、又は、一次電圧Ｖ１と一次電流Ｉ１と二次電流Ｉ２の計算値（Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２）に基づいて、二次電圧Ｖ２を検出可能であることについて説明する。
図４は、エンジンの運転中に、点火プラグ７が放電を行った際の実験データである。図４では、共通の時間軸を横軸として、（Ａ）から（Ｅ）の順に、一次電圧Ｖ１、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、これらの計算値（Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２）、及び二次電圧Ｖ２を示している。なお、この実験において、点火プラグ７の電極が露出するエンジンの燃焼室１７には吸気ポートから流入する空気により気流が発生した条件である。また、この実験における二次電圧Ｖ２は、直接計測したものである。
【００３８】
時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、点火スイッチ４５がオンされ、時刻ｔ２で点火スイッチ４５がオフされる。これにより、図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、一次コイル４１に一次電流Ｉ１が通電され、時刻ｔ２を過ぎると一次電流Ｉ１は０になる。このとき、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ２で、一次コイル４１に、自己誘電作用により電圧が発生する。これと同時に、図４（Ｅ）に示すように二次コイル４２に相互誘導作用によって高電圧が発生し、点火プラグ７の電極間にて放電が発生する。これにより、図４（Ｃ）に示すように二次コイル４２に二次電流Ｉ２が流れる。
【００３９】
時刻ｔ２の直後、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが立ち上がり、エネルギ投入部５０の放電スイッチ５７がオン、オフされる。そのため、図４（Ａ）に示すように、放電スイッチ５７がオンの間、一次コイル４１に断続的に電圧が印加される。
このエネルギ投入部５０の放電スイッチ５７のオン、オフは、図４（Ｃ）に示す二次電流Ｉ２を維持目標電流値Ｉ２*（例えば−０．３Ａ）に一致させようとするフィードバック制御により行われる。
【００４０】
即ち、図４（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、放電スイッチ５７のオンにより、一次コイル４１に電圧が印加され、電磁誘導により二次電流Ｉ２が上昇する。次に二次電流Ｉ２が維持目標電流値Ｉ２*（例えば−０．３Ａ）になると、エネルギ投入部５０の放電スイッチ５７がオフされて、一次コイル４１の電圧が０となり、二次電流Ｉ２が低下する。次に二次電流Ｉ２が所定値（例えば−０．２Ａ）になると、再び放電スイッチ５７がオンされ、一次コイル４１に電圧が印加されて、二次電流Ｉ２が上昇する。エネルギ投入部５０は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが立ち上がっている時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、この動作を繰り返す。
時刻ｔ４でエネルギ投入期間信号ＩＧＷが立ち下がると、エネルギ投入部５０の放電スイッチ５７のオンオフ動作が停止する。
【００４１】
図４（Ｅ）の矢印Ｐに示したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、二次電圧Ｖ２は徐々に増加している。これは、気流により放電アークが伸長していることを示すものである。つまり、上述したフィードバック制御により二次電流Ｉ２が一定に保たれているので、放電アークの伸長により電路の抵抗が大きくなるに従い、二次電圧Ｖ２が増加するのである。
図４（Ｂ）の矢印Ｑに示したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、一次電流Ｉ１も、徐々に増加している。また、図４（Ｄ）の矢印Ｒに示したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値も、徐々に増加している。このことから、一次電流Ｉ１と、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値は、二次電圧Ｖ２と相関関係があると考えられる。
【００４２】
次に、一次電流Ｉ１と二次電圧Ｖ２との関係を図５に示し、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値と二次電圧Ｖ２との関係を図６に示す。
図５は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、エネルギ投入部５０の放電スイッチ５７がオンのときの一次電流Ｉ１と、二次電圧Ｖ２の値を複数回検出し、プロットしたものである。図５の実線Ｓに示すように、一次電流Ｉ１の値が大きいほど、二次電圧Ｖ２の値も大きい。したがって、点火制御装置３０は、二次電圧Ｖ２を直接検出することなく、一次電流Ｉ１に基づいて二次電圧Ｖ２を検出することが可能である。
【００４３】
図６は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、エネルギ投入部５０の放電スイッチ５７がオンのときのＶ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値と、二次電圧Ｖ２の値を複数回検出し、プロットしたものである。図６の実線Ｔに示すように、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値が大きいほど、絶対値としての二次電圧Ｖ２の値も大きい。したがって、点火制御装置３０は、二次電圧Ｖ２を直接検出することなく、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値に基づいて二次電圧Ｖ２を検出することが可能である。
【００４４】
なお、一次電流Ｉ１と二次電圧Ｖ２との関係よりも、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値と絶対値の二次電圧Ｖ２との関係の方が、比例関係により近いものになっている。そのため、点火制御装置３０は、一次電流Ｉ１に基づいて二次電圧Ｖ２を検出することも可能であるが、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値に基づいて二次電圧Ｖ２を検出することにより、その検出精度を高めることが可能である。
この第１実施形態の説明では、点火制御装置３０は、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値に基づいて二次電圧Ｖ２を検出する。
後に説明する第２実施形態では、点火制御装置３０は、一次電流Ｉ１に基づいて二次電圧Ｖ２を検出する。
【００４５】
本実施形態の点火制御装置３０が点火プラグ７への電力供給を行う際の処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、図７では、ステップを「Ｓ」と表示している。
また、以下の説明において、点火制御装置３０が有する制御装置３２は、期間設定手段８１、二次電圧検出手段８２、期間延長手段８３として機能する（図１参照）。
【００４６】
点火制御装置３０は、この処理をエンジン１３の運転の開始と共に実行する。
処理が開始されると、ステップ１０で制御装置３２は、エンジンの運転状態に応じて、目標二次電流信号ＩＧＡ、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。上述したように、目標二次電流信号ＩＧＡは、維持目標電流値Ｉ２*を定め、点火信号ＩＧＴは点火開示時期を定め、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはエネルギ投入期間を定めるものである。
なお、制御装置３２がエネルギ投入期間信号ＩＧＷを生成する際、制御装置３２は期間設定手段８１として機能する。
次にステップ１１で点火制御装置３０は、点火信号ＩＧＴに基づき点火プラグ７により点火放電を行い、目標二次電流信号ＩＧＡ及びエネルギ投入期間信号ＩＧＷに基づき放電を一定期間維持する。
【００４７】
ステップ１２からステップ１４で制御装置３２は、二次電圧検出手段８２として機能し、次の処理を行う。
まず、ステップ１２で制御装置３２は、一次電流センサ４４の出力から一次電流Ｉ１を検出し、一次電圧センサ４４１の出力から一次電圧Ｖ１を検出し、及び二次電流センサ４７の出力から二次電流Ｉ２を検出する。
続いてステップ１３で制御装置３２は、一次電圧Ｖ１が昇圧されている期間の一次電圧Ｖ１と、その期間の一次電流Ｉ１と、その期間の二次電流Ｉ２を、次の「式１」にて演算する。
Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２・・・（式１）
なお、制御装置３２は、一次電圧Ｖ１が昇圧されている期間の一次電圧Ｖ１、一次電流Ｉ１及び二次電流Ｉ２を検出する代わりに、エネルギ投入部５０の放電スイッチ５７がオンされている期間の一次電圧Ｖ１、一次電流Ｉ１及び二次電流Ｉ２を検出してもよい。
また、制御装置３２は、エネルギ投入期間中、一次電圧Ｖ１が昇圧されるごとに、上述した演算を継続して行う。
【００４８】
次にステップ１４で制御装置３２は、マップを参照し、上記の「式１」にて演算した値に対応する二次電圧Ｖ２を検出する。このマップは、図６で示した実線Ｔと同等のものであり、予め制御装置３２に記憶されているか、或いはエンジンの運転中に学習により制御装置３２に記憶される。
制御装置３２は、エネルギ投入期間中、一次電圧Ｖ１が昇圧されるごとに、継続して二次電圧Ｖ２の検出を行う。
【００４９】
ステップ１５で制御装置３２は、ステップ１４で検出した二次電圧Ｖ２の所定時間の上昇率を検出する。
続いてステップ１６で制御装置３２は、二次電圧Ｖ２の上昇率が基準電圧の上昇率よりも大きいか否かを判定する。ここで基準電圧の上昇率とは、エンジンの運転状態に応じて要求される放電アークの伸長量を確保可能な二次電圧Ｖ２の上昇率をいう。即ち、二次電圧Ｖ２の上昇率が、この基準電圧の上昇率を満たす場合、放電アークが混合気に着火燃焼させるために適正に伸長しているといえる。
一方、二次電圧Ｖ２の上昇率が基準電圧の上昇率を満たさない場合、例えば気流の速さが設定の範囲よりも遅いことなどの要因により、放電アークが十分に伸長していないといえる。
【００５０】
二次電圧Ｖ２の上昇率が基準上昇率と同じか、又は、それよりも大きい場合（ステップ１６：ＹＥＳ）、処理は終了する。
一方、二次電圧Ｖ２の上昇率が基準上昇率よりも小さい場合（ステップ１６：ＮＯ）、処理はステップ１７に移行する。
ステップ１７で制御装置３２は期間延長手段８３として機能し、ステップ１０で定めたエネルギ投入期間を延長し、エネルギ投入期間信号ＩＧＷの立ち下がりのタイミングを遅らす。なお、エネルギ投入期間を延長する時間は、一律の時間を設定しておいてもよく、或いは、二次電圧Ｖ２の上昇率に応じて延長する時間を変えてもよい。
エネルギ投入期間を延長した後、処理は一旦終了する。この処理は、エンジンの燃焼サイクル毎に繰り返し実行される。
【００５１】
次に、上述したステップ１４から処理終了迄の処理について、図８を参照して説明する。
図８（Ａ）は、燃焼室１７の気流が適正な速さの場合の二次電圧Ｖ２の時間変化を示し、図８（Ｂ）は、燃焼室１７の気流が設定よりも弱い場合の二次電圧Ｖ２の時間変化を示している。
図８（Ａ）において、ステップ１４の処理により検出した二次電圧Ｖ２の推移を破線Ｐ１に示し、基準電圧を一点鎖線Ｐ３に示す。
図８（Ｂ）において、ステップ１４の処理により検出した二次電圧Ｖ２の推移を破線Ｐ２に示し、基準電圧を一点鎖線Ｐ３に示す。
なお、基準電圧を示す一点鎖線Ｐ３は、図８（Ａ）と図８（Ｂ）で同一の傾斜角である。
【００５２】
図８（Ａ）では、二次電圧の推移を示す破線Ｐ１の上昇率は、基準電圧を示す一点鎖線Ｐ３の上昇率より僅かに大きい。そのため、気流が適正の範囲内にあり、放電アークが混合気に着火燃焼させるために適正に伸長しているといえる。したがって、エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、ステップ１０で定めた時刻ｔ４で立ち下がる。
【００５３】
一方、図８（Ｂ）では、二次電圧の推移を示す破線Ｐ２の上昇率は、基準電圧を示す一点鎖線Ｐ３の上昇率よりも小さい。そのため、気流が設定よりも弱く（遅く）、放電アークの伸長が短いと考えられる。この場合、制御装置３２は、エネルギ投入期間を延長し、エネルギ投入期間信号ＩＧＷの立ち下がりのタイミングを、時刻ｔ４から時刻ｔ５に遅らせる。
これにより、点火制御装置３０は、燃焼サイクルのばらつきにより気流の弱いサイクルが生じたときでも、混合気に安定して着火することで、エンジンのトルク変動を抑制することができる。また、点火制御装置３０は、安定した着火を得ることで、エミッションの排出を低減することができる。
【００５４】
［第１実施形態の作用効果］
第１実施形態の点火制御装置３０は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、点火制御装置３０は、点火プラグ７の放電発生後のエネルギ投入期間において、エネルギ投入部５０により一次コイルの電圧が昇圧されている期間の一次電圧Ｖ１、一次電流Ｉ１及び二次電流Ｉ２に応じて、二次電圧Ｖ２を検出する。
これにより、点火制御装置３０は、二次電圧Ｖ２を直接検出するセンサを設けることなく、二次電圧Ｖ２を検出する。一次電圧センサ４４１と一次電流センサ４４は、二次電圧Ｖ２を直接検出するセンサに比べて、体格が小型のものを使用することが可能である。したがって、点火制御装置３０は、エネルギ投入期間の二次電圧Ｖ２を簡素な構成で検出することができる。
また、点火制御装置３０は、一次電圧Ｖ１が昇圧されている期間の一次電流Ｉ１のみに応じて二次電圧Ｖ２を検出することに比べ、一次電圧Ｖ１、一次電流Ｉ１及び二次電流Ｉ２に応じて二次電圧Ｖ２を検出することで、その検出精度を高めることができる。
【００５５】
（２）第１実施形態では、制御装置３２は、二次電圧検出手段８２として機能し、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の計算値に応じて二次電圧Ｖ２を検出する。
これにより、点火制御装置３０は、Ｖ１×Ｉ１／Ｉ２の値と、Ｖ２の値との相関関係により、二次電圧Ｖ２を正確に検出することができる。
【００５６】
（３）第１実施形態では、二次電流保持回路４８は、二次電流センサ４７が検出値した二次電流Ｉ２が一定に保持されるように、エネルギ投入部５０の有する放電スイッチ５７のオン、オフを制御する。
これにより、エンジンの燃焼室１７の気流により点火プラグ７の放電アークが伸長する際、その放電アークの電路の抵抗の変化に応じて二次電流Ｉ２が一定に保持される。したがって、点火制御装置３０は、エネルギ投入期間に点火プラグ７の電極間の放電を最小限の電流値で維持することができる。
【００５７】
（４）第１実施形態では、制御装置３２は、期間延長手段８３として機能し、二次電圧Ｖ２の上昇率が所定の上昇率よりも小さい場合、当初設定したエネルギ投入期間を延長する。
二次電圧Ｖ２の上昇率が小さい場合、燃焼室１７の気流が弱く、放電アークの伸長量が目標とする伸長量よりも短いことが考えられる。この場合、エネルギ投入期間を延長することで、放電アークを伸長させることが可能である。したがって、点火制御装置３０は、燃焼サイクルのばらつきにより気流の弱いサイクルが生じたときでも、混合気に安定して着火することで、内燃機関のトルク変動を抑制することができる。また、点火制御装置３０は、安定した着火を得ることで、エミッションの排出を低減することができる。
【００５８】
（５）第１実施形態では、エネルギ投入部５０、一次電圧センサ４４１、一次電流センサ４４及び二次電流センサ４７は、点火回路ユニット３１内の同一の回路基板に設けられる。
一次電圧センサ４４１、一次電流センサ４４及び二次電流センサ４７は、二次電圧Ｖ２を直接検出するセンサに比べて、小型のものを使用することが可能である。そのため、これらのセンサとエネルギ投入部５０等を点火回路ユニット３１内の同一の回路基板に設けることで、製造コストを低減することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図９に示す。第２実施形態において上述した第１実施形態と実質的に同一の構成及び処理には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、点火制御装置３０は、一次電圧Ｖ１を検出する一次電圧センサ４４１の信号と、一次電流Ｉ１を検出する一次電流センサ４４の信号により、点火プラグ７が放電を継続する際の二次電圧Ｖ２を検出する。これにより、点火制御装置３０は、第１実施形態の構成よりも簡素な構成で二次電圧Ｖ２を検出し、その二次電圧Ｖ２により放電アークの伸長量を検出することが可能である。
【００６０】
以下、第２実施形態の点火制御装置３０が行う処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。
ステップ１０からステップ１１の処理は、第１実施形態で説明した処理と同一である。
ステップ１１の後、ステップ２０で制御装置３２は、二次電圧検出手段８２として機能し、一次電圧センサ４４１の出力から一次電圧Ｖ１を検出し、一次電流センサ４４の出力から一次電流Ｉ１を検出する。
このとき、制御装置３２は、エネルギ投入期間中、一次電圧Ｖ１が昇圧されるごとに、一次電流Ｉ１の検出を継続して行う。
なお、制御装置３２は、一次電圧Ｖ１が昇圧されている期間の一次電流Ｉ１を検出する代わりに、エネルギ投入部５０の放電スイッチ５７がオンされている期間の一次電流Ｉ１を検出してもよい。
【００６１】
次にステップ２１で制御装置３２は、マップを参照し、一次電圧Ｖ１が昇圧されている期間の一次電流Ｉ１に対する二次電圧Ｖ２を検出する。このマップは、図５で示した実線Ｓと同等のものであり、予め制御装置３２に記憶されているか、或いはエンジンの運転中に学習により制御装置３２に記憶される。
制御装置３２は、エネルギ投入期間中、一次電圧Ｖ１が昇圧されるごとに、継続して二次電圧Ｖ２の検出を行う。
これ以降、ステップ１５からステップ１７の処理は、第１実施形態で説明した処理と同一であるので、説明を省略する。
【００６２】
［第２実施形態の作用効果］
第２実施形態では、点火制御装置３０は、点火プラグ７の放電発生後のエネルギ投入期間において、エネルギ投入部５０により一次コイルの電圧が昇圧されている期間の一次電流Ｉ１に応じて、二次電圧Ｖ２を検出する。
これにより、点火制御装置３０は、二次電圧Ｖ２を直接検出するセンサを設けることなく、一次電圧センサ４４１と、一次電流センサ４４のみで二次電圧Ｖ２を検出する。したがって、点火制御装置３０は、エネルギ投入期間の二次電圧Ｖ２を、上述した第１実施形態の構成よりも簡素な構成で検出することができる。
【００６３】
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入制御は、図３に示したように、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、エネルギ投入期間に一次コイル４１の接地側にエネルギを投入した。これに対し、他の実施形態では、例えば、エネルギ投入期間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により、充電スイッチ信号ＳＷｃがオンのときに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。
【００６４】
（イ）上記実施形態では、二次電流保持回路４８は、二次電流センサ４７により検出した二次電流Ｉ２を維持目標電流値Ｉ２*に一致させるようとするフィードバック制御を行った。これに対し、他の実施形態では、例えば、二次電流保持回路４８を備えることなく、二次電流Ｉ２をフィードフォワード制御してもよい。
【００６５】
（ウ）他の実施形態では、点火回路ユニット３１は、制御装置３２を収容するケースに収容するか、あるいは点火コイル４０を収容するケースに収容してもよい。
（エ）他の実施形態では、点火スイッチ４５及びエネルギ投入部５０は、別々のケースに収容してもよい。例えば、点火コイル４０を収容するケースに点火スイッチ４５を収容し、また、制御装置３２を収容するケースにエネルギ投入部５０を収容してもよい。
【００６６】
（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してもよい。また、充電スイッチ５３及び放電スイッチ５７は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他のスイッチング素子で構成してもよい。
（カ）直流電源は、バッテリ６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してもよい。
【００６７】
（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の電圧を昇圧した。これに対し、他の実施形態では、点火制御装置３０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。
【００６８】
（ク）上記実施形態では、燃焼室１７内にタンブル流を形成可能なエンジン１３について説明した。これに対し、他の実施形態では、エンジンは、燃焼室にスワール流等の気流を形成するものであってもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、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】
【００６９】
７    ・・・点火プラグ
３０  ・・・点火制御装置
４０  ・・・点火コイル
４４  ・・・一次電流センサ
４４１・・・一次電圧センサ
４５  ・・・点火スイッチ
５０  ・・・エネルギ投入手段（エネルギ投入部）
８１  ・・・期間設定手段
８２  ・・・二次電圧検出手段
【図１】
2015200255.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015200255.tif 000009
【図８】
2015200255.tif 000010
【図９】
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