(57)【要約】【課題】  過不足の無い最適な消費エネルギで目標の燃焼状態を実現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、点火放電を可能とするエネルギを点火コイルに継続的に投入する「エネルギ投入制御」を行う。燃焼状態判定回路は、燃焼状態検出器が検出（Ｓ０３）した燃焼圧Ｐを所定の閾値と比較することにより、燃焼状態を判定する。燃焼圧Ｐが第２閾値Ｐｔｈ２未満であり（Ｓ０６：ＮＯ）、現在のエネルギ投入条件に対し燃焼状態を改善する側に補正する余地があるとき（Ｓ０７：ＹＥＳ）、エネルギ投入期間ＩＧＷを延長、又は、目標二次電流Ｉ２*を上昇させる（Ｓ０８）。燃焼状態に応じてエネルギ投入制御の条件を補正することにより、過不足の無い最適な消費エネルギで目標の燃焼状態を実現することができる。【選択図】図７
2015200254.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、
前記燃焼室における燃焼状態を検出する燃焼状態検出器（７１）からの情報を取得し、当該情報に基づいて燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段（７２）と、
を備え、
前記投入エネルギ制御手段は、前記燃焼状態判定手段が判定した燃焼状態に応じて、前記投入エネルギの制御値を補正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、
前記一次コイルの接地側から前記点火コイルにエネルギを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】
前記投入エネルギ制御手段は、
前記投入エネルギの制御値の補正において、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記二次電流の目標値（Ｉ２*）、又は、前記エネルギ投入期間の少なくとも一方を補正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】
前記投入エネルギ制御手段は、
前記燃焼状態判定手段が判定した燃焼状態が、前記投入エネルギの制御値の補正によって目標の燃焼状態を実現不能な状態であると判断したとき、
前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御手段（３４）に対し、混合気の空燃比をリッチ側に変更するように指令す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。
【請求項５】
前記投入エネルギ制御手段は、
前記燃焼状態判定手段が判定した燃焼状態が、前記投入エネルギの制御値の補正又は前記空燃比の変更によって目標の燃焼状態を実現不能な状態であると判断したとき、
ダイアグ信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の点火装置。
【請求項６】
前記燃焼状態判定手段は、前記燃焼状態について複数の判定閾値を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項７】
前記燃焼状態判定手段は、前記燃焼室における燃焼圧に基づいて前記燃焼状態を判定することを特徴とする請求項１〜６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、内燃機関における失火の発生を回避する装置が知られている。例えば特許文献１に開示された内燃機関の制御装置は、点火プラグによる点火放電時間を計測し、この点火放電時間がリーン運転に必要となる点火放電時間の閾値より短いとき、ストイキ運転に切り替えることで失火を回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９３８４０４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１の従来技術では、失火を回避する手段としてストイキ運転、すなわち空燃比のリッチ化を行うため、燃料消費量が増加する。特に、外乱等によって一時的に放電時間が短くなったような場合にもストイキ運転を行うと、不必要に燃費が悪化するという問題がある。
【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、過不足の無い最適な消費エネルギで目標の燃焼状態を実現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、投入エネルギ制御手段及び燃焼状態判定手段を備える。
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、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。
投入エネルギ制御手段は、エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する。
燃焼状態判定手段は、燃焼室における燃焼状態を検出する燃焼状態検出器からの情報を取得し、当該情報に基づいて燃焼状態を判定する。
そして、投入エネルギ制御手段は、燃焼状態判定手段が判定した燃焼状態に応じて、投入エネルギの制御値を補正することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、燃焼状態検出器からの情報に基づいて判定した燃焼状態に応じて投入エネルギの制御値を補正することにより、過不足の無い最適な消費エネルギで目標の燃焼状態を実現することができる。したがって、不必要に燃料を消費することなく失火を回避しつつ、良好なドライバビリティを維持することができる。また、無駄なエネルギ投入によるプラグ電極の消耗を抑制することができる。
【０００９】
また、好ましくは、投入エネルギ制御手段は、投入エネルギの制御値の補正において、内燃機関の運転条件に応じて、「二次電流の目標値」、又は、「エネルギ投入期間」の少なくとも一方を補正する。
例えば、高回転かつ高負荷の条件では二次電流の目標値を上昇させ、低回転かつ低負荷の条件ではエネルギ投入期間を延長する。このように、運転条件に応じて補正する制御値を変えることで、より少ないエネルギで効果的な燃焼状態の改善が可能となる。
【００１０】
また、投入エネルギ制御手段は、燃焼状態判定手段が判定した燃焼状態が、「投入エネルギの制御値の補正によって目標の燃焼状態を実現不能な状態」であると判断したとき、内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御手段に対し、混合気の空燃比をリッチ側に変更するように指令することが好ましい。
これにより、点火装置によるエネルギ投入制御の条件調整に限らず、空燃比の変更によって、良好なドライバビリティを維持することができる。
【００１１】
さらに、投入エネルギ制御手段は、燃焼状態判定手段が判定した燃焼状態が、投入エネルギの制御値の補正又は空燃比の変更によって目標の燃焼状態を実現不能な状態であると判断したとき、ダイアグ信号を出力することが好ましい。
燃焼状態が異常であることをダイアグ信号により運転者に迅速に通知することで、早期の故障対応が可能となる。
【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】燃焼状態としての燃焼圧の波形図。
【図５】図２の点火装置において、（ａ）目標二次電流、（ｂ）エネルギ投入期間、      （ｃ）目標二次電流及びエネルギ投入期間を補正したときのタイムチャート。
【図６】エンジン回転数及びエンジン負荷と、補正する制御値との関係を示すマップ。
【図７】図２の点火装置による燃焼状態判定処理のフローチャート（１）。
【図８】図２の点火装置による燃焼状態判定処理のフローチャート（２）。
【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。図２に示すように、説明の便宜上、電子制御ユニット３２を機能的に点火制御部３３とエンジン制御部３４とに分けて扱う。ただし、これは、現実の物理的な区分や配置を意味するものではない。
点火制御部３３及びエンジン制御部３４は、特許請求の範囲に記載の「投入エネルギ制御手段」及び「内燃機関制御手段」に相当する。実施形態における点火制御部３３は、投入エネルギのみでなく点火信号ＩＧＴの生成の機能も含むため、「点火制御部」という。
【００１９】
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。
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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燃焼状態判定回路７２を有している。
【００２４】
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。
【００２５】
「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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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決定し、ドライバ回路５８に指令する。
【００３０】
「燃焼状態判定手段」としての燃焼状態判定回路７２は、燃焼室１７に設けられた燃焼状態検出器７１からの信号に基づいて燃焼状態を判定し、燃焼状態判定信号ＢＣＪを電子制御ユニット３２に出力する。燃焼状態判定に関する具体的な構成は、後述する。
以上が点火回路ユニット３１の構成である。
【００３１】
次に、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。
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、従来の多重放電方式などに比べ、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。
【００４２】
ところで、例えば高回転、高負荷領域におけるリーン燃焼状態での運転中に、運転状態の変化や温度等の環境条件の変化によって燃焼状態が変動する場合がある。このような燃焼状態の変化に対し、エネルギ投入制御の条件を常に一律とすると、燃焼状態が悪化した場合には、失火等によりドライバビリティが低下するおそれがある。逆に、燃焼状態が特に良好な場合、燃料消費量をさらに低減し、燃費をより向上させることができる可能性がある。
【００４３】
そこで、本実施形態の点火装置３０は、燃焼状態検出器７１が燃焼状態を反映する情報を検出し、その情報に基づいて燃焼状態判定回路７２が燃焼状態を判定する。そして、判定した燃焼状態に応じて、エネルギ投入部５０による「投入エネルギの制御値」、すなわちエネルギ投入制御の条件を適切に補正することを特徴とする。補正により更新された制御値は、原則として、判定を実施した次の燃焼サイクルから反映される。
また、エネルギ投入制御の条件を補正しても目標の燃焼状態を実現することが困難な場合には、電子制御ユニット３２のエンジン制御部３４からスロットル弁１４のアクチュエータ及びインジェクタ１６に信号を出力し、吸気量及び燃料噴射量を制御することで空燃比をリッチ化する。
さらに、空燃比を変更しても燃焼状態が改善しない場合にはダイアグ信号を出力する。
【００４４】
燃焼状態の検出方法として、具体的には次のような方法が考えられる。
（ａ）燃焼圧の変動を検出する。
（ｂ）クランク軸の回転変動を検出する。
（ｃ）イオン電流を検出する。
（ｄ）空燃比変動を検出する。
【００４５】
（ｅ）本実施形態のエネルギ投入制御において、二次電圧Ｖ２、二次電流Ｉ２及び二次電流Ｉ２のフィードバック量を検出する。二次電圧Ｖ２が高い場合、燃焼室１７の筒内圧が上昇しており、火花が伸長することを意味する。また、二次電流Ｉ２が低く、フィードバック量が大きい場合、流速が速いことを意味する。そのため、二次電圧Ｖ２が高く二次電流Ｉ２のフィードバック量が大きい場合は、正常燃焼と判断することができる。一方、二次電圧Ｖ２が低く二次電流Ｉ２のフィードバック量が無い場合は、失火しているか、燃焼が不十分であると判断することができる。
【００４６】
次に、燃焼室１７内に設けた燃焼状態検出器７１が検出した燃焼圧Ｐに基づき、燃焼状態判定回路７２が燃焼状態を判定する方法について、図４を参照しつつ詳しく説明する。
図４に示すように、燃焼圧に対して複数の閾値、例えば、第１閾値Ｐｔｈ１、第２閾値Ｐｔｈ２及び第３閾値Ｐｔｈ３の３つの閾値を設定する。
第１閾値Ｐｔｈ１は、燃焼圧Ｐがそれより低いとき、燃焼悪化の兆候があると判定する閾値である。第２閾値Ｐｔｈ２は、燃焼圧Ｐがそれより低いとき、エネルギ投入制御条件を補正する必要があると判定する閾値である。第３閾値Ｐｔｈ３は、燃焼圧Ｐがそれより低いとき、空燃比をリッチ化する必要があると判定する閾値である。
また、燃焼圧Ｐが第３閾値Ｐｔｈ３より低い場合は、破線で示すように失火が発生していると判定する。
【００４７】
投入エネルギの制御値の補正について、図５、図６を参照して説明する。図５において「ＩＧＷ」は、エネルギ投入期間「信号」ではなく、エネルギ投入「期間」を意味する。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に共通に、基本条件での二次電流の推移を二点鎖線で示す。この基本条件に対し、図５（ａ）に示す方法では、エネルギ投入期間ＩＧＷを変更せず、目標二次電流を基本値Ｉ２*から補正値ΔＩ２*上昇させ、更新値Ｉ２*’に補正する。
図５（ｂ）に示す方法では、目標二次電流Ｉ２*を変更せず、エネルギ投入期間を基本値ＩＧＷから補正値ΔＩＧＷ延長し、更新値ＩＧＷ’に補正する。
また、図５（ｃ）に示す方法では、目標二次電流を基本値Ｉ２*から補正値ΔＩ２*上昇させ、更新値Ｉ２*’に補正するとともに、エネルギ投入期間を基本値ＩＧＷから補正値ΔＩＧＷ延長し、更新値ＩＧＷ’に補正する。
【００４８】
目標二次電流Ｉ２*又はエネルギ投入期間ＩＧＷのいずれを補正するか、或いは両方を補正するかの選択は、エンジン１３の運転条件によって判断する。
図６に示すエンジン回転数−負荷（トルク）特性図において、全負荷は、低回転域で回転数の増加に伴って立ち上がり、中回転域で略一定値を保ち、高回転域で回転数の増加に伴って立ち下がるという山形の特性線を呈する。
【００４９】
ここで、リーン燃焼領域Ｌｂで燃焼状態が悪化した場合の改善に着目すると、図の右上側に相当する「高回転かつ高負荷条件」では、目標二次電流Ｉ２*を上昇させることで、放電を強くすることが好ましい。一方、図の左下側に相当する「低回転かつ低負荷条件」では、エネルギ投入期間ＩＧＷを延長することで、点火の機会を増やすことが好ましい。こうすることで、より少ないエネルギで効果的な燃焼改善が可能となる。
【００５０】
また、運転条件によって重み付け係数を掛けて、目標二次電流Ｉ２*及びエネルギ投入期間ＩＧＷの両方を補正してもよい。例えば、目標二次電流Ｉ２*及びエネルギ投入期間ＩＧＷに対し基準となる補正値を、それぞれΔＩ２*及びΔＩＧＷとすると、運転条件によって、下記のように補正することが考えられる。
高回転、高負荷のとき・・・０．８×ΔＩ２*、０．２×ΔＩＧＷ
低回転、低負荷のとき・・・０．２×ΔＩ２*、０．８×ΔＩＧＷ
【００５１】
次に、本実施形態による燃焼状態判定処理について、図７、図８のフローチャートを参照して説明する。図７、図８に示す一連の処理は、例えばエンジン１３の燃焼サイクルの所定回数毎の周期で実行される。また、この処理は原則として気筒毎に行う。ただし、構成を簡略化し、複数の気筒をグループとして制御してもよい。また、学習制御に反映させてもよい。
以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。
【００５２】
燃焼状態判定処理では、最初に、エネルギ投入制御が許可中であるか否か（Ｓ０１）、及び、エネルギ投入動作中であるか否か（Ｓ０２）を判定し、いずれかがＮＯであれば処理を終了する。エネルギ投入制御が許可中であり（Ｓ０１：ＹＥＳ）、且つ、エネルギ投入動作中である（Ｓ０２：ＹＥＳ）場合は、Ｓ０３で燃焼状態を検出する。
【００５３】
本実施形態の燃焼状態判定回路７２は、燃焼室１７における所定サイクルの平均燃焼圧Ｐを複数の判定閾値Ｐｔｈと比較することにより、エンジン１３の燃焼状態を判定する。図４に示すように、第１閾値Ｐｔｈ１、第２閾値Ｐｔｈ２及び第３閾値Ｐｔｈ３は、「Ｐｔｈ１＞Ｐｔｈ２＞Ｐｔｈ３」の関係に設定されており、以下のステップでは、高い方の閾値Ｐｔｈから順に燃焼圧Ｐと比較される。
「所定サイクルの平均燃焼圧Ｐ」とは、例えば最新点火から１０サイクル前まで遡った期間での平均値を採用する。
【００５４】
燃焼圧Ｐが第１閾値Ｐｔｈ１以上のとき（Ｓ０４：ＹＥＳ）、燃焼状態は十分に良好であり、現在のエネルギ投入条件に余裕があると判断し、Ｓ０５でエネルギ投入期間ＩＧＷを短縮、又は、目標二次電流Ｉ２*を低下させて処理を終了する。
燃焼圧Ｐが第１閾値Ｐｔｈ１未満、且つ第２閾値Ｐｔｈ２以上のとき（Ｓ０４：ＮＯ、Ｓ０６：ＹＥＳ）、燃焼状態は良好であり、現在のエネルギ投入条件は適当であると判断し、そのまま処理を終了する。
【００５５】
燃焼圧Ｐが第２閾値Ｐｔｈ２未満のとき（Ｓ０６：ＮＯ）、燃焼不良の状態であると判断する。続いてＳ０７では、現在のエネルギ投入条件に対し燃焼状態を改善する側に補正する余地があるか否か、具体的には、「エネルギ投入期間ＩＧＷが最大値ＩＧＷｍａｘより小さい、又は、目標二次電流Ｉ２*が最大値Ｉ２*ｍａｘより小さい」状態であるか否か判定する。
【００５６】
Ｓ０７でＹＥＳの場合、Ｓ０８でエネルギ投入期間ＩＧＷを延長、又は、目標二次電流Ｉ２*を上昇させて処理を終了する。
Ｓ０７でＮＯの場合、Ｓ０９で現在のエネルギ投入期間ＩＧＷ及び目標二次電流Ｉ２*を維持する。そして、燃焼圧Ｐが第３閾値Ｐｔｈ３以上のとき（Ｓ１０：ＹＥＳ）、燃焼状態は不良であるが、空燃比を変更するまでもないと判断し、そのまま処理を終了する。
以上のステップにおけるエネルギ投入期間ＩＧＷ又は目標二次電流Ｉ２*の更新値は、原則として、判定処理を実行した次の燃焼サイクルから適用される。
【００５７】
燃焼圧Ｐが第３閾値Ｐｔｈ３未満のとき（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ１１で、空燃比（図中、「Ａ／Ｆ」と記す。）をリッチ化可能であるか否か判定する。現在の空燃比がリッチ化可能な下限値（Ａ／Ｆｍｉｎ）より大きいとき（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｓ１２で、電子制御ユニット３２のエンジン制御部３４によって空燃比をリッチ化し、処理を終了する。
【００５８】
一方、現在の空燃比がリッチ化可能な下限値（Ａ／Ｆｍｉｎ）以下のとき（Ｓ１１：ＮＯ）、空燃比の変更によって燃焼状態を改善することは不能であると判断する。そして、現在の空燃比を維持しつつ（Ｓ１３）、燃焼状態が異常である旨のダイアグ信号を出力する（Ｓ１４）。具体的には、ウォーニングランプ等で運転者に異常を知らせることで、早期の故障対応が可能となる。
また、電子制御ユニット３２はエネルギ投入動作を停止し（Ｓ１５）、エネルギ投入制御を禁止（Ｓ１６）した上で処理を終了する。
【００５９】
（効果）
（１）本実施形態の点火装置３０は、燃焼状態検出器７１が検出した情報に基づいて燃焼状態を判定する燃焼状態判定回路７２を備えており、電子制御ユニット３２の点火制御部３３は、燃焼状態判定回路７２が判定した燃焼状態に応じて投入エネルギの制御値を補正する。これにより、過不足の無い最適な消費エネルギで目標の燃焼状態を実現することができる。したがって、不必要に燃料を消費することなく失火を回避しつつ、良好なドライバビリティを維持することができる。また、無駄なエネルギ投入によるプラグ電極の消耗を抑制することができる。
【００６０】
（２）点火制御部３３は、燃焼状態判定回路７２が判定した燃焼状態が、投入エネルギの制御値の補正によって目標の燃焼状態を実現不能な状態であると判断したとき、エンジン制御部３４に対し、混合気の空燃比をリッチ側に変更するように指令する。エンジン制御部３４は、スロットル弁１４の開度やインジェクタ１６の燃料噴射量を制御することで、空燃比をリッチ側に変更する。
これにより、点火装置３０によるエネルギ投入制御の条件調整に限らず、空燃比の変更によって、良好なドライバビリティを維持することができる。
【００６１】
（３）点火制御部３３は、燃焼状態判定回路７２が判定した燃焼状態が、投入エネルギの制御値の補正又は空燃比の変更によって目標の燃焼状態を実現不能な状態であると判断したとき、ダイアグ信号を出力する。燃焼状態が異常であることをダイアグ信号により運転者に迅速に通知することで、例えばディーラに行く等、早期の故障対応が可能となる。
【００６２】
（４）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。
【００６３】
（５）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。
【００６４】
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、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、燃焼状態に応じて補正している。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、燃焼状態に応じて投入エネルギの制御値、点火回数やコイル電源を変化させて点火エネルギを補正するようにしてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
（イ）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。
【００６７】
（ウ）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。
【００６８】
（エ）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。
（オ）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。
【００６９】
（カ）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。
【００７０】
（キ）電子制御ユニット３２は、点火制御部３３及びエンジン制御部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】
【００７１】
１３  ・・・内燃機関、      １７  ・・・燃焼室、
３０  ・・・点火装置、
３３  ・・・点火制御部（投入エネルギ制御手段）、
３４  ・・・エンジン制御部（内燃機関制御手段）、
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、
７１  ・・・燃焼状態検出器、
７２  ・・・燃焼状態判定回路（燃焼状態判定手段）。
【図１】
2015200254.tif 000003
【図２】
2015200254.tif 000004
【図３】
2015200254.tif 000005
【図４】
2015200254.tif 000006
【図５】
2015200254.tif 000007
【図６】
2015200254.tif 000008
【図７】
2015200254.tif 000009
【図８】
2015200254.tif 000010