(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火システムにおいて、
前記内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグと、
前記点火プラグに火花放電電圧を供給する点火コイルと、
前記点火コイルの一次コイルに直列に接続され、この一次コイルに通電される一次電流を制御信号により通電または遮断するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段に前記制御信号を与える点火制御手段と、
を備えた内燃機関の点火システムであって、
前記点火制御手段は、前記スイッチング手段に第１の制御信号を与えて前記点火コイルの二次コイルに前記火花放電電圧を発生させた後、所定時間経過後に、第２の制御信号を前記スイッチング手段に与えて前記一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、前記二次コイルに前記火花放電電圧を断続的に発生させ、
前記第２の制御信号により繰り返す前記スイッチング手段の通電および遮断は、米国自動車技術会規格ＳＡＥＪ９７３に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が０．７ｍSec.以上１．３ｍSec.以下の電源条件において、通電および遮断による１周期に対する通電時間の占める割合いが３０％以上７０％以下で、遮断時間が２００μSec.以下であることを特徴とする内燃機関の点火システム。
【請求項２】
前記第２の制御信号による前記一次電流の通電および遮断の繰り返し回数は、前記内燃機関の運転条件に応じて任意に設定されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火システム。
【請求項３】
層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火方法において、
内燃機関に取り付けられた点火プラグの火花放電に必要な第１の火花放電電圧を点火コイルからこの点火プラグに与えた後に、所定時間経過後、前記点火プラグの火花放電に必要な第２の火花放電電圧を前記点火コイルから断続的に複数回繰り返して前記点火プラグに与えることと、
前記第２の火花放電電圧を前記点火プラグに与える際の通電および遮断は、米国自動車技術会規格ＳＡＥＪ９７３に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が０．７ｍSec.以上１．３ｍSec.以下の電源条件において、通電および遮断による１周期に対する通電時間の占める割合いが３０％以上７０％以下で、遮断時間が２００μSec.以下であることとを特徴とする内燃機関の点火システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーンまたは層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火システムおよび点火方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、筒内噴射ガソリンエンジン等が実用化されたことに伴い、内燃機関の点火システムでは、例えば成層燃焼において、火花放電時の点火コイルによる誘導電流の持続時間を長めに設定している。これにより、確実な着火を可能にし、あらゆる運転条件に応じた成層燃焼を可能にしている。
【０００３】
このため、成層燃焼やリーン条件等の運転状態においては、火花放電時の点火コイルによる誘導電流の持続時間を長めに設定する必要から、点火コイルの二次コイルにより大きな放電エネルギーを蓄えることが要求される。具体的には、一般に二次コイルのインダクタンスを高めるため、コイルの巻回数を増加させる構成が採られている。
【０００４】
また、例えば特開平３−１３４３０号公報に開示される「内燃機関の点火装置」の如く、コンデンサを用いた容量放電式により点火装置を構成することによって、点火コイル自体を小型にする構成も考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次コイルの巻回数を増加させる構成を採ると、点火コイルの大型化を招くため、点火コイルによるエンジンルーム内の占有体積が増大し、内燃機関に付随する他の装置等の配置を困難にするという問題が生ずる。
【０００６】
また、コンデンサを用いた容量放電式により点火装置を構成したものでは、点火コイルを小型にするため、相互誘導係数を下げることが必要となり、その結果、昇圧コイルの前段に半導体式のＤＣ−ＤＣコンバータを設け中程度の高電圧に一旦昇圧する構成を採る必要が生ずる。そのため、▲１▼ＤＣ−ＤＣコンバータを設けること、▲２▼一次コイルのスイッチング手段としてサイリスタを用いること、および、▲３▼複数回の放電を行うためには２つのサイリスタを用いること、がそれぞれ必要となる。つまり、点火装置を構成する部品点数の増大を招くという新たな問題を生じる。
【０００７】
さらに、最近の内燃機関の点火システムでは、内燃機関のエンジンブロックに形成されるプラグホール内に収容可能な細長い円筒形状をなす点火コイルを、各点火プラグごとに搭載する傾向にある。そのため、点火コイルとして外径の小さいステックタイプのものを要求する市場ニーズに応え難いという問題もある。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、リーンまたは層状吸気状態による内燃機関の運転状況下において、点火コイルの体格を大型にすることなく、着火性を向上し得る内燃機関の点火システムおよび点火方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段・作用および発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１の内燃機関の点火システムでは、
層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火システムにおいて、
前記内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグと、
前記点火プラグに火花放電電圧を供給する点火コイルと、
前記点火コイルの一次コイルに直列に接続され、この一次コイルに通電される一次電流を制御信号により通電または遮断するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段に前記制御信号を与える点火制御手段と、
を備えた内燃機関の点火システムであって、
前記点火制御手段は、前記スイッチング手段に第１の制御信号を与えて前記点火コイルの二次コイルに前記火花放電電圧を発生させた後、所定時間経過後に、第２の制御信号を前記スイッチング手段に与えて前記一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、前記二次コイルに前記火花放電電圧を断続的に発生させ、
前記第２の制御信号により繰り返す前記スイッチング手段の通電および遮断は、米国自動車技術会規格ＳＡＥＪ９７３に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が０．７ｍSec.以上１．３ｍSec.以下の電源条件において、通電および遮断による１周期に対する通電時間の占める割合いが３０％以上７０％以下で、遮断時間が２００μSec.以下であることを技術的特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の内燃機関の点火システムでは、請求項１において、
前記第２の制御信号による前記一次電流の通電および遮断の繰り返し回数は、前記内燃機関の運転条件に応じて任意に設定されることを技術的特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項３の内燃機関の点火方法では、
層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火方法において、
内燃機関に取り付けられた点火プラグの火花放電に必要な第１の火花放電電圧を点火コイルからこの点火プラグに与えた後に、所定時間経過後、前記点火プラグの火花放電に必要な第２の火花放電電圧を前記点火コイルから断続的に複数回繰り返して前記点火プラグに与えることと、
前記第２の火花放電電圧を前記点火プラグに与える際の通電および遮断は、米国自動車技術会規格ＳＡＥＪ９７３に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が０．７ｍSec.以上１．３ｍSec.以下の電源条件において、通電および遮断による１周期に対する通電時間の占める割合いが３０％以上７０％以下で、遮断時間が２００μSec.以下であることとを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明では、点火制御手段は、スイッチング手段に第１の制御信号を与えて点火コイルの二次コイルに火花放電電圧を発生させた後、所定時間経過後に第２の制御信号をスイッチング手段に与えて一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、二次コイルに火花放電電圧を断続的に発生させる。これにより、第１の制御信号による火花放電電圧で点火プラグが火花放電した後、所定時間経過後に、さらに第２の制御信号による火花放電電圧により点火プラグが断続的に火花放電を繰り返すので、点火プラグの火花持続時間を延長することができる。
したがって、層状吸気状態（成層燃焼状態）の運転状態においても、点火プラグの火花持続時間を長めに設定することができる。そのため、層状吸気状態による内燃機関の運転状況下において、点火コイルの体格を大型にすることなく、着火性を向上し得る効果がある。
また、点火制御手段による第２の制御信号により繰り返すスイッチング手段の通電および遮断は、米国自動車技術会規格ＳＡＥＪ９７３に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が０．７ｍSec.以上１．３ｍSec.以下の電源条件において、通電および遮断による１周期に対する通電時間の占める割合いが３０％以上７０％以下で、遮断時間が２００μSec.以下である。これにより、通電時間が３０％未満になることにより生じ得る点火プラグ電極間のイオン不足状態を回避し、また通電時間が７０％を超えることにより生じ得る二次コイルのエネルギー不足状態を防止することができる。つまり、通電デューティ比が３０％以上７０％以下の場合に生じ得る放電不良を防止することができる。なお、好ましくは、通電および遮断による１周期に対する通電時間の占める割合いが４０％以上６０％以下で、遮断時間が１００μSec.以下であることが望ましい。
これにより、このような放電不良をより防止することができるので、同運転状況下において、一層確実に点火し得る効果がある。
【００１４】
請求項２の発明では、点火制御手段の第２の制御信号による一次電流の通電および遮断の繰り返し回数は、内燃機関の運転条件に応じて任意に設定される。これにより、内燃機関の運転条件に適した一次電流の通電および遮断の繰り返し回数を設定することができる。
したがって、請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果に加え、内燃機関の運転条件に適合した着火性を得られる効果がある。
【００１６】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用・効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の点火システムおよび点火方法の実施形態を各図に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関の点火システム（以下「点火システム」という。）は、主に、点火プラグ１０、点火コイル１２、エンジン制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）２０、スイッチング素子ＩＧ、バッテリBATTから構成されている。なお、本点火システムでは、以下説明するように、本発明の内燃機関の点火方法に基づいて、第１の火花放電電圧および第２の火花放電電圧を点火プラグ１０に与えている。
【００１８】
点火プラグ１０は、中心電極１０ａと接地電極１０ｂとを備えており、この両電極が内燃機関の気筒内に露出するように内燃機関に取り付けられている。そして、点火コイル１２から供給される火花放電用電圧が、中心電極１０ａおよび接地電極１０ｂに印加されることにより、両電極間で火花放電が行われる。
これにより、両電極間では、点火プラグ１０による火花放電後の燃焼等によりイオンが発生するため、火花放電後の両電極間は、このイオンを媒介にしたイオン電流が流れ得る状態になる。
【００１９】
点火コイル１２は、点火プラグ１０に火花放電電圧を供給するもので、例えば磁性体コアを中心に一次コイルＬ1 および二次コイルＬ2 が巻回され、この両コイルＬ1 、Ｌ2 の巻数比は所定値に設定され構成されている。
一次コイルＬ1 の一端側にはバッテリBATTのプラス端子が接続され、また一次コイルＬ1 の他端側には、点火制御手段２４を構成するスイッチング素子ＩＧを介してバッテリBATTのマイナス端子に接続されている。一方、点火コイル１２の二次コイルＬ2 の一端側には、点火プラグ１０の中心電極１０ａが接続され、二次コイルＬ2 の他端側にはアースを介して接地電極１０ｂが接続されている。
【００２０】
なお、二次コイルＬ2 の他端側とアースとの間に介在する抵抗Ｒは、点火プラグ１０による放電電流を測定するための測定用抵抗器で、本点火システムを構成する要素ではない。つまり、この抵抗Ｒを介して放電電流を流すことにより、電流量に比例して生じる電位差を放電電流として測定点αで測定するために必要となるものである。これにより、図２(A) 、(B) に示すような放電電流波形をオシロスコープ等により捉えることができる。
【００２１】
スイッチング素子ＩＧは、点火コイル１２の一次コイルＬ1 に直列に接続され、この一次コイルＬ1 に通電される一次電流を制御信号ＩＧＳ1 、ＩＧＳ2 により通電または遮断するものである。
具体的には、スイッチング素子ＩＧは例えばトランジスタにより構成され、コレクタ端子が一次コイルＬ1 の他端側に、エミッタ端子がアースに、それぞれ接続されている。そして、スイッチング素子ＩＧのベース端子には、制御信号ＩＧＳ1 等を出力するＥＣＵ２０の出力端子が接続されている。これにより、ＥＣＵ２０から第１制御信号ＩＧＳ1 等が出力されると、スイッチング素子ＩＧのエミッタ、コレクタ間が遮断状態から通電状態に移行するので、一次コイルＬ1 にバッテリBATTによる一次電流を通電することができる。
【００２２】
ＥＣＵ２０は、例えば主記憶装置、各レジスタ等を内蔵するマイクロコンピュータ、入出力インタフェース等からなるエンジン制御ユニットで、内燃機関に関連する各種電子制御一般を司るものある。本点火システムでは、ＥＣＵ２０は、前述したスイッチング素子ＩＧの通電／遮断時期等を制御するほか、内燃機関の運転状態を判別する運転状態判別手段の機能も有する。なお、これらの各処理は主記憶装置等に内蔵される所定の制御プログラムにより実行される。
【００２３】
ＥＣＵ２０から出力される第１制御信号ＩＧＳ1 は、点火プラグ１０に最初の火花放電をさせるために必要な火花放電電圧（第１の火花放電電圧）を点火コイル１２から点火プラグ１０に与えるためのものである。具体的には、スイッチング素子ＩＧのベース端子に第１制御信号ＩＧＳ1 を一定期間印加する。
【００２４】
この第１制御信号ＩＧＳ1 の印加により、スイッチング素子ＩＧのエミッタ、コレクタ間が当該期間中通電状態になるので、点火コイル１２の一次コイルＬ1 にバッテリBATTによる一次電流が通電され、一次コイルＬ1 にエネルギーが蓄えられる。そして、第１制御信号ＩＧＳ1 の終了によりスイッチング素子ＩＧのエミッタ、コレクタ間が遮断状態になるため、一次コイルＬ1 に蓄えられたエネルギーにより二次コイルＬ2 アース電位よりも低い負の高電圧、即ち火花放電電圧が誘起され、この誘起された火花放電電圧が点火プラグ１０に印加される。これにより、点火プラグ１０の中心電極１０ａと接地電極１０ｂとの間に形成される空間による絶縁が破れると、両電極間に火花放電が発生する。即ち、ブレークダウンが生じる。
【００２５】
ＥＣＵ２０から出力される第２制御信号ＩＧＳ2 は、第１制御信号ＩＧＳ1 の終了から所定時間ｔ0 の経過後に行われる。例えば所定時間ｔ0 は０．３ｍSec.に設定される。ここで、所定時間ｔ0 の経過を待つのは、第１制御信号ＩＧＳ1 により発生した火花放電を、両電極間に生じたイオンを媒介にして、できる限り持続させるためである。
【００２６】
ＥＣＵ２０から出力される第２制御信号ＩＧＳ2 は、一旦、火花放電した点火プラグ１０に再度の火花放電をさせるために必要な火花放電電圧（第２の火花放電電圧）を点火コイル１２から点火プラグ１０に与えるためのものである。具体的には、スイッチング素子ＩＧが通電および遮断を複数回繰り返す第２制御信号ＩＧＳ2 を一定期間印加する。
【００２７】
なお、この通電および遮断を繰り返す所定周期ｔ1 は、例えば２００μSec.に設定される。また第２制御信号ＩＧＳ2 を印加する一定期間は、通電および遮断を繰り返す回数により決定される（例えば所定周期ｔ1 が２００μSec.のものを１４回繰り返す場合は２．８ｍSec.になる。）。
【００２８】
この第２制御信号ＩＧＳ2 の印加により、スイッチング素子ＩＧのエミッタ、コレクタ間が当該期間中、所定周期ｔ1 で通電状態と遮断状態とを繰り返すことになるので、点火コイル１２の一次コイルＬ1 にバッテリBATTによる一次電流が断続的に通電される。つまり、この所定周期ｔ1 で、点火コイル１２の一次コイルＬ1 にエネルギーの蓄積と解放が繰り返される。そのため、点火コイル１２の二次コイルＬ2 にはこの所定周期ｔ1 に対応して火花放電電圧が誘起される。これにより、前述した第１制御信号ＩＧＳ1 による火花放電電圧（第１の火花放電電圧）よりも低い火花放電電圧（第２の放電電圧）が点火プラグ１０の両電極間に、断続的に繰り返し印加される。
【００２９】
このような第２の放電電圧が繰り返し印加されるときの点火プラグ１０の両電極間には、第１制御信号ＩＧＳ1 による最初の火花放電により生じたイオンが既に存在している。そのため、第２制御信号ＩＧＳ2 による第２の火花放電電圧が第１の火花放電電圧よりも低い電圧であっても、かかるイオンの存在する雰囲気中では、イオンを媒介にして両電極間に火花放電を発生させることができる。これにより、点火プラグ１０が断続的に火花放電を繰り返すことができる。
【００３０】
次に、本点火システムにより内燃機関の点火制御を行った実験結果を図２〜図６に基づいて説明する。
ここで、図２は、図１に示す測定点αにより放電電流、測定点βにより放電電圧、また圧力センサにより、点火プラグ１０の装着された気筒内の圧力（以下「筒内圧力」という。）を、それぞれオシロスコープで測定したものである。なお、横軸は０．５ｍSec.／div.である。
【００３１】
図２(A) に示す放電電圧、放電電流および筒内圧力は、上述したように、第１制御信号ＩＧＳ1 の終了から第２制御信号ＩＧＳ2 の開始までの間を待つ所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.に設定し、また第２制御信号ＩＧＳ2 による通電および遮断の繰り返し周期、即ち所定周期ｔ1 を２００μSec.に設定し、この繰り返しを１４回行ったものである。なお、所定周期ｔ1 内では、通電時間ｔ2 が１００μSec.、遮断時間ｔ3 が１００μSecにそれぞれ設定さている。
【００３２】
図２(A) に示すように、放電電圧波形と放電電流波形とから、まず第１制御信号ＩＧＳ1 と所定時間ｔ0 により最初の火花放電が発生していることがわかる。そして、所定時間ｔ0 の経過後に、第２制御信号ＩＧＳ2 により所定周期ｔ1 の通電および遮断が１４回行われ、これに対応して同周期ｔ1 ごとに２回目以降の火花放電が断続的に発生していることがわかる。
【００３３】
この結果、全体としての火花持続時間ｔ4 は、約３ｍSec.に延長されたことを確認した。また図２(A) からは、このような火花持続時間ｔ4 内の筒内圧力波形に変曲点が現れていることもわかるので、気筒内で着火したことも併せて確認している。
【００３４】
図２(B) に示す放電電圧、放電電流および筒内圧力は、図２(A) に示すものに対し、第２制御信号ＩＧＳ2 による所定周期ｔ1 を１００μSec.に設定し、この繰り返しを２８回行った点が異なるものである。なお、所定周期ｔ1 内では、通電時間ｔ2 が５０μSec.、遮断時間ｔ3 が５０μSecにそれぞれ設定さている。
【００３５】
図２(B) に示すように、図２(A) のものと同様、まず第１制御信号ＩＧＳ1 と所定時間ｔ0 により最初の火花放電が発生していることが放電電圧波形、放電電流波形からわかる。そして、所定時間ｔ0 の経過後に、第２制御信号ＩＧＳ2 により所定周期ｔ1 の通電および遮断が２８回行われ、これに対応して同周期ｔ1 ごとに２回目以降の火花放電が断続的に発生していることも、同様にわかる。
【００３６】
全体としての火花持続時間ｔ4 も、約３ｍSec.に延長されていることから、所定周期ｔ1 が１００μSec.に設定された範囲内では、同周期ｔ1 が２００μSec.に設定されたものと大差のないことが確認された。また図２(B) からも、火花持続時間ｔ4 内の筒内圧力波形に変曲点が現れていることから、気筒内で着火したことも併せて確認している。
【００３７】
なお、図３(A) は、コイルの巻回数を増加させることにより、火花持続時間ｔ5 を延ばした大型の点火コイルを用いた第１比較例である。このような大型の点火コイルによる点火システムによれば、二次コイルのインダクタンスの増加により１回の火花放電による火花持続時間ｔ5 を約２．５ｍSec.に延長することが可能となる反面、コイルの大型化により点火コイル自体の体積が増大してしまうという問題点が解消できない。
【００３８】
また、図３(B) は、コイルの巻回数を減少させることにより、点火コイルの小型化を図った第２比較例である。このような小型化した点火コイルによる点火システムによると、二次コイルのインダクタンスの減少によって、１回の火花放電による火花持続時間ｔ6 は、約０．８ｍSec.に留まる。そのため、蓄積エネルギーの減少により火花持続時間が短縮されてしまうという問題点を解消できない。
【００３９】
このような第１、第２比較例によるものと本点火システムとを比較すると、本点火システムでは、上述した図３から、点火コイル１０の体格を大型にすることなく、火花持続時間を延長できること、ひいては着火性を向上できることが明確にわかる。
【００４０】
次に、本点火システムによる着火性の向上をさらに明確に確認するため、気筒内のＡ／Ｆがリーンであるときの燃焼変動を測定した結果を図４に示す。
図４に示すように、気筒内のＡ／Ｆに対する図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率を、３Ｌ、６気筒の筒内噴射エンジンを用いて、次の(1) 〜(4) の４種類について測定した。
【００４１】
(1) 上述した本点火システムのうち図２(A) に対応するもので（所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を２００μSec.に設定）、図４中、黒三角印（▲）でプロットしたもの（火花持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００）である。
(2) 上述した本点火システムのうち図２(B) に対応するもので（所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を１００μSec.に設定）、図４中、白四角印（□）でプロットしたもの（火花持続０．３ｍSec.＋Ｓ５０）である。
(3) 上述した図３(A) に対応する第１比較例による大型の点火コイルを用いたもので、図４中、黒丸印（●）でプロットしたもの（火花持続２．５ｍSec.）である。
(4) 上述した図３(B) に対応する第２比較例による小型の点火コイルを用いたもので、図４中、白丸印（○）でプロットしたもの（火花持続０．８ｍSec.）である。
【００４２】
この測定では、火花持続時間から条件の良いもの、即ち●でプロットした第１比較例（火花持続２．５ｍSec.）により得られた特性曲線に、より近い特性をもつものほど、着火性が良好であることを示す。
そこで、本点火システムによる▲でプロットした火花持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００と、□でプロットした火花持続０．３ｍSec.＋Ｓ５０について検討すると、▲でプロットした火花持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００および□でプロットした火花持続０．３ｍSec.＋Ｓ５０の双方とも、気筒内のＡ／Ｆがリーン状態になっていてもほぼ同様に●でプロットした第１比較例の特性曲線に近い特性をもっていることが図４からわかる。
【００４３】
これに対し、○でプロットした第２比較例によるものは、Ａ／Ｆがリーン状態に近づくに従い、第１比較例の特性曲線からＩＭＥＰの変動率が増大する方向に向けて離れていく特性を採ることが図４からわかる。つまり、単に点火コイルの巻回数を減少させることにより体格を小型にしたものでは、着火性が劣化することを示している。この燃焼変動の測定から明かなように、本点火システムによると、点火コイル１２自体に体格を小型にしながらも、大型コイルと同等の着火性を得ることが可能となる。
【００４４】
次に、本点火システムによる着火性の向上を成層燃焼においても確認するため、成層状態における燃焼変動を測定した結果を図５および図６に示す。
図５(A) は、燃料の噴射タイミング（クランク角度）と点火タイミング（クランク角度）とを変えて得られるトルク値の大きさを測定し、その大きさが所定の範囲にあるものを等高線状に表したものである。
ここで、図５(A) においては、測定点Ａの位置する範囲が最もトルク値の大きな範囲で、この範囲から外側に向うに従いトルク値の大きさが順に小さくなる。そのため、測定点Ａに次いで測定点Ｃ、そして測定点Ｂの順番にトルク値が小さくなっていく。
【００４５】
なお、測定点Ａは、良好な燃焼状態が得られる燃料の噴射タイミングと点火タイミングの組み合わせである。また測定点Ｂは、第１比較例による大型の点火コイルを用いた点火システムであっても、良好な燃焼状態を得ることができない燃料の噴射タイミングと点火タイミングの組み合わせである。さらに測定点Ｃは、第１比較例による大型の点火コイルを用いた点火システムでは、良好な燃焼状態を得ることができるものの、第２比較例による小型の点火コイルを用いた点火システムでは、良好な燃焼状態を得ることができない燃料の噴射タイミングと点火タイミングの組み合わせである。
【００４６】
このような各測定点（Ａ〜Ｃ）において、気筒内のＡ／Ｆに対する図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率を、３Ｌ、６気筒の筒内噴射エンジンを用いて、次の(5) 〜(9) の５種類について測定したものを図５(B) に示す。なお、同図中、測定点Ａについては黒三角印（▲）、測定点Ｂについては黒四角印（■）、測定点Ｃについては白丸印（○）で、それぞれプロットした。
【００４７】
(5) 上述した図３(B) に対応する第２比較例による小型の点火コイルを用いたもので、図５(B) 中「持続０．８ｍＳ」の記載のあるものである。
(6) 上述した図３(A) に対応する第１比較例による大型の点火コイルを用いたもので、図５(B) 中「持続２．５ｍＳ」の記載のあるものである。
(7) 上述した本点火システムのうち、所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を４００μSec.に設定し、図５(B) 中「持続０．３ｍSec.＋Ｓ２００」の記載のあるものである。
(8) 上述した本点火システムのうち図２(A) に対応するもので（所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を２００μSec.に設定）、図５(B) 中「持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００」の記載のあるものである。
(9) 上述した本点火システムのうち図２(B) に対応するもので（所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を１００μSec.に設定）、図５(B) 中「持続０．３ｍSec.＋Ｓ５０」の記載のあるものである。
【００４８】
なお、(7) 〜(9) による本点火システムの場合は、いずれも、第２制御信号ＩＧＳ2 による所定周期ｔ1 の通電／遮断は、通電ｔ2 および遮断ｔ3 による１周期ｔ1 に対する通電時間ｔ2 の占める割合い、即ち通電時間のデューティ比が５０％に設定されている（図５(B) 参照）。
【００４９】
この測定では、いずれの測定点においても、図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率が小さいものほど、成層状態でも着火性が良好であることを示す。
本点火システムによるものは、所定周期ｔ1 が１００μSec.に設定された「持続０．３ｍSec.＋Ｓ５０」、および、所定周期ｔ1 が２００μSec.に設定された「持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００」では、いずれも第１比較例による大型の点火コイルを用いたものよりも、図指平均有効圧の変動率が小さく、しかも測定点Ｃにおけるバラツキが少ない。したがって、これらは、成層状態において、第１比較例によるものよりも着火性が良好であることが確認された。
なお、図示していないが、所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を８００μSec.に設定したものでは、良好な着火性は得られないことを確認している。
【００５０】
また、所定周期ｔ1 が４００μSec.に設定された「持続０．３ｍSec.＋Ｓ２００」によるものでも、各測定点（Ａ〜Ｃ）において第１比較例によるものとほぼ同等の図指平均有効圧の変動率に抑えられている。これにより、通電時間ｔ2 、遮断時間ｔ3 が、それぞれ２００μSec.に設定されたものでも、第１比較例による大型の点火コイルを用いたものと同等の着火性を得られることを確認できた。
【００５１】
図６に示す測定結果は、図５に示す測定条件と同様の条件下において、本点火システムによる所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を２００μSec.に設定したものの第２制御信号ＩＧＳ2 による通電時間のデューティ比を７０％、５０％、３０％にそれぞれ変化させた場合の図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率を測定したものである。なお、図５(A) に示す測定点Ａ〜Ｃは図６(A) における測定点Ｄ〜Ｆにそれぞれ対応する。
【００５２】
このような各測定点（Ｄ〜Ｆ）において、気筒内のＡ／Ｆに対する図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率を、３Ｌ、６気筒の筒内噴射エンジンを用いて、次の(10)〜(14)の５種類について測定したものを図６(B) に示す。なお、同図中、測定点Ｄについては黒三角印（▲）、測定点Ｅについては黒四角印（■）、測定点Ｆについては白丸印（○）で、それぞれプロットした。
【００５３】
(10)上述した図３(B) に対応する第２比較例による小型の点火コイルを用いたもので、図６(B) 中「持続０．８ｍＳ」の記載のあるものである。
(11)上述した図３(A) に対応する第１比較例による大型の点火コイルを用いたもので、図６(B) 中「持続２．５ｍＳ」の記載のあるものである。
(12)上述した本点火システムのうち、所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を２００μSec.、通電時間のデューティ比が３０％に設定し、図６(B) 中「持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００、Duty３０％」の記載のあるものである。
(13)上述した本点火システムのうち、所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を２００μSec.、通電時間のデューティ比が５０％に設定し、図６(B) 中「持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００、Duty５０％」の記載のあるものである。
(14)上述した本点火システムのうち、所定時間ｔ0 を０．３ｍSec.、所定周期ｔ1 を２００μSec.、通電時間のデューティ比が７０％に設定し、図６(B) 中「持続０．３ｍSec.＋Ｓ１００、Duty７０％」の記載のあるものである。
【００５４】
図６(B) に示すように、この測定結果から、通電時間のデューティ比が３０％以上７０％以下であれば、良好な着火性を得られることが確認された。なお、図示していなが、通電時間のデューティ比が３０％未満になると、図指平均有効圧の変動率が増大することも確認している。これは、通電時間が短すぎることより、点火コイル１２に蓄えられるエネルギーが不足し、火花放電電圧の発生能力が低下するためであると考えられる。また、通電時間のデューティ比が７０％を超えるても、図指平均有効圧の変動率が増大することも確認している。これは、遮断時間が長すぎることにより、点火プラグ１０の電極間に生じていたイオンが減少し、電極間の雰囲気が火花放電し難いものになったためであると考えられる。
【００５５】
以上説明したように、本点火システムによると、ＥＣＵ２０は、スイッチング素子ＩＧに第１制御信号ＩＧＳ1 を与えて点火コイル１２の二次コイルＬ2 に火花放電電圧を発生させた後、所定時間ｔ0 の経過後に第２制御信号ＩＧＳ2 をスイッチング素子ＩＧに与えて一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、二次コイルＬ2 に火花放電電圧を断続的に発生させる。これにより、第１制御信号ＩＧＳ1 による火花放電電圧で点火プラグ１０が火花放電した後、所定時間ｔ0 の経過後に、さらに第２制御信号ＩＧＳ2 による火花放電電圧により点火プラグ１０が断続的に火花放電を繰り返すので、点火プラグ１０の火花持続時間を延長することができる。したがって、成層燃焼やリーン条件等の運転状態においても、点火プラグ１０の火花持続時間を長めに設定することができる。そのため、リーンまたは層状吸気状態による内燃機関の運転状況下において、点火コイル１２の体格を大型にすることなく、着火性を向上し得る効果がある。
【００５６】
なお、上述したようにＥＣＵ２０には、内燃機関の運転状態を判別する運転状態判別手段の機能を有しているので、内燃機関の運転条件により、第２制御信号ＩＧＳ2 による一次電流の通電および遮断の繰り返し回数、即ち第２制御信号ＩＧＳ2 を印加する一定期間を可変するように制御しても良い。これにより、第２制御信号ＩＧＳ2 による通電／遮断の繰り返し回数を内燃機関の運転条件に適した値に設定することができる。したがって、内燃機関の運転条件に適合した着火性を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る点火システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る点火システムによる各信号および電圧波形を示すタイムチャートで、図２(A) は火花持続０．３ｍSec.の後に１００μSec.周期で通電／遮断を繰り返すもの、図２(B) は火花持続０．３ｍSec.の後に５０μSec.周期で通電／遮断を繰り返すものある。
【図３】比較例に係る点火システムによる各信号および電圧波形を示すタイムチャートで、図３(A) は大型の点火コイルを用いた第１比較例によるもの、図３(B) は小型の点火コイルを用いた第２比較例によるものである。
【図４】気筒内のＡ／Ｆに対する図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率を測定した結果を示す特性図である。
【図５】成層状態における内燃機関の燃焼変動を測定した特性図で、図５(A) は燃料の噴射タイミングと点火タイミングとを変えて得られる燃焼圧力値を測定したもの、図５(B) は図５(A) に示す測定点Ａ〜Ｃにおける図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率を測定したものである。
【図６】成層状態における内燃機関の燃焼変動を測定した特性図で、図６(A) は燃料の噴射タイミングと点火タイミングとを変えて得られる燃焼圧力値を測定したもの、図６(B) は図６(A) に示す測定点Ｄ〜Ｆにおける図指平均有効圧（ＩＭＥＰ）の変動率を測定したものである。
【符号の説明】
１０      点火プラグ
１０ａ    中心電極
１０ｂ    接地電極
１２      点火コイル
２０      ＥＣＵ（点火制御手段）
ＩＧ      スイッチング素子（スイッチング手段）
Ｌ1       一次コイル
Ｌ2       二次コイル
ＩＧＳ1   第１制御信号（第１の制御信号）
ＩＧＳ2   第２制御信号（第２の制御信号）
ｔ0       所定時間
ｔ1       所定周期
【図１】
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【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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