JP2015017562A - 点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆる「吹き消え」の発生及びこれに伴う点火エネルギのロスを、簡略な装置構成によって良好に抑制すること。【解決手段】制御部（３１９）は、点火放電（第一スイッチング素子（３１３）のオフにより開始される）中に、コンデンサ（３１７）から蓄積エネルギを放出させる（第三スイッチング素子（３１５）のオフ及び第二スイッチング素子（３１４）のオンにより行われる）ことで、一次巻線（３１１ａ）の直流電源（３１２）に接続された一端とは反対の他端側に一次電流を供給すべく、各スイッチング素子を制御する。特に、本発明においては、制御部は、点火プラグにおける誘導放電中に、第二スイッチング素子を、内燃機関の運転状態に応じたエネルギ連続投入時間の間オンとなるように、非断続的にオン動作させる。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の気筒内にて燃料混合気を点火するように設けられた点火プラグの、動作を制御するように構成された、点火制御装置に関し、特に、放電開始後のスイッチングにより、重畳的に電流を流して放電維持を図る補助電源を設けた点火装置に関するものである。

この種の装置において、燃料混合気の燃焼状態を良好なものにするために、いわゆる多重放電を行うように構成されたものが知られている。例えば、特開２００７−２３１９２７号公報には、１回の燃焼行程内にて複数回の放電を断続的に生じさせる構成が開示されている。一方、特開２０００−１９９４７０号公報には、放電時間の長い多重放電特性を得るために、２つの点火コイルを並列に接続した構成が開示されている。

特開２０００−１９９４７０号公報 特開２００７−２３１９２７号公報

特開２００７−２３１９２７号公報に記載の構成のように、１回の燃焼行程内にて複数回の放電を断続的に生じさせる場合、当該行程内における点火放電の開始から終了までの間に、点火放電電流が繰り返しゼロとなる。すると、特に筒内のガス流速が大きい場合に、いわゆる「吹き消え」が生じ、点火エネルギがロスされるという問題が生じ得る。一方、特開２０００−１９９４７０号公報に記載のように、２つの点火コイルを並列に接続した構成においては、１回の燃焼行程内における点火放電の開始から終了までの間に点火放電電流が繰り返しゼロとなることはないものの、装置構成が複雑化し、装置サイズも大型化するという問題がある。また、かかる従来技術においては、点火に必要なエネルギを大きく上回る構成となることで、無駄な電力消費が発生するという問題もある。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。

本発明の点火制御装置（３０）は、点火プラグ（１９）の動作を制御するように構成されている。ここで、前記点火プラグは、内燃機関（１１）の気筒（１１ｂ）内にて燃料混合気を点火するように設けられている。本発明の点火制御装置は、イグニッションコイル（３１０）と、直流電源（３１１）と、第一スイッチング素子（３１２）と、第二スイッチング素子（３１３）と、第三スイッチング素子（３１４）と、エネルギ蓄積コイル（３１５）と、コンデンサ（３１６）と、制御部（３１９）と、を備えている。

前記イグニッションコイルは、一次巻線（３１０ａ）と、二次巻線（３１０ｂ）と、を備えている。このイグニッションコイルは、一次電流（前記一次巻線を通流する電流）の増減により、前記二次巻線にて二次電流が発生するように構成されている。前記一次巻線にて前記一次電流を通流させるように、前記一次巻線の一端側には、前記直流電源における非接地側出力端子が接続されている。また、前記二次巻線は、前記点火プラグに接続されている。

前記第一スイッチング素子は、第一制御端子（３１２Ｇ）と、第一電源側端子（３１２Ｃ）と、第一接地側端子（３１２Ｅ）と、を有している。この第一スイッチング素子は、半導体スイッチング素子であって、前記第一制御端子に入力された第一制御信号に基づいて、前記第一電源側端子と前記第一接地側端子との間の通電のオンオフを制御するように構成されている。この第一スイッチング素子においては、前記第一電源側端子は、前記一次巻線の他端側に接続されている。また、前記第一接地側端子は、接地側に接続されている。

前記第二スイッチング素子は、第二制御端子（３１３Ｇ）と、第二電源側端子（３１３Ｄ）と、第二接地側端子（３１３Ｓ）と、を有している。この第二スイッチング素子は、半導体スイッチング素子であって、前記第二制御端子に入力された第二制御信号に基づいて、前記第二電源側端子と前記第二接地側端子との間の通電のオンオフを制御するように構成されている。この第二スイッチング素子においては、前記第二接地側端子は、前記一次巻線の前記他端側に接続されている。

前記第三スイッチング素子は、第三制御端子（３１４Ｇ）と、第三電源側端子（３１４Ｃ）と、第三接地側端子（３１４Ｅ）と、を有している。この第三スイッチング素子は、半導体スイッチング素子であって、前記第三制御端子に入力された第三制御信号に基づいて、前記第三電源側端子と前記第三接地側端子との間の通電のオンオフを制御するように構成されている。この第三スイッチング素子においては、前記第三電源側端子は、前記第二スイッチング素子における前記第二電源側端子に接続されている。また、前記第三接地側端子は、前記接地側に接続されている。

前記エネルギ蓄積コイルは、前記第三スイッチング素子のオンによってエネルギを蓄積するように設けられたインダクタである。このエネルギ蓄積コイルは、前記直流電源における前記非接地側出力端子と前記第三スイッチング素子における前記第三電源側端子とを接続する電力ラインに介装されている。

前記コンデンサは、前記直流電源における前記非接地側出力端子と、前記接地側と、の間にて、前記エネルギ蓄積コイルと直列接続されている。このコンデンサは、前記第三スイッチング素子のオフによってエネルギを蓄積するように設けられている。

前記制御部は、前記第二スイッチング素子及び前記第三スイッチング素子を制御するように設けられている。具体的には、前記制御部は、前記点火プラグにおける点火放電（これは前記第一スイッチング素子のオフにより開始される）中に、前記コンデンサから蓄積エネルギを放出させる（これは前記第二スイッチング素子のオンにより行われる）ことで前記他端側から前記一次巻線に前記一次電流を供給すべく、前記各スイッチング素子を制御するようになっている。

特に、本発明においては、前記制御部は、前記点火放電中（典型的には誘導放電中）に、前記第二スイッチング素子を、エネルギ連続投入時間（前記内燃機関の運転状態に応じた所定時間）の間オンとなるように、非断続的にオン動作させるようになっている。

まず、かかる構成を有する本発明の前記点火制御装置における典型的な動作を説明すると、前記第一スイッチング素子のオン及び前記第二スイッチング素子のオフにより、前記一次巻線に前記一次電流が通流する。これにより、前記イグニッションコイルが充電される。一方、この間に、前記第三スイッチング素子がオンされることで、前記エネルギ蓄積コイルにエネルギが蓄積される。この蓄積エネルギは、前記第二スイッチング素子のオフ下で前記第三スイッチング素子をオフさせると、前記エネルギ蓄積コイルから放出され、前記コンデンサに蓄積される。

前記第一スイッチング素子がオフされると、それ以前まで前記一次巻線に通流していた前記一次電流が急激に遮断される。すると、前記イグニッションコイルの前記一次巻線に高電圧が発生し、かかる高電圧がさらに前記二次巻線で昇圧される。これにより、前記点火プラグにて高電圧が発生して、放電が発生する。このとき、前記二次巻線にて、大きな前記二次電流が生じる。このようにして、前記点火プラグにて前記点火放電が開始される。

ところで、周知の通り、前記点火放電の開始直後においては、いわゆる「容量放電」状態であり、その後いわゆる「誘導放電」状態となる。この誘導放電中は、前記二次電流（以下「放電電流」と称することがある）は、そのままでは（すなわち従来技術においては）時間経過とともに減少しゼロとなる。

この点、本発明の構成においては、前記点火放電（誘導放電）中に、前記第二スイッチング素子をオンすることで、前記コンデンサから蓄積エネルギが放出される。すると、前記コンデンサから放出されたエネルギは、前記一次巻線にて前記一次電流を通流させるべく、前記他端側から前記一次巻線に供給される。このエネルギの投入により、減少していく前記点火放電電流にエネルギが重畳され、前記点火放電（誘導放電）を維持可能な程度に良好に確保される。

ここで、前記点火放電（誘導放電）中の前記放電電流の通流状態は、前記第二スイッチング素子のオンオフによる、前記コンデンサからの蓄積エネルギの放出量の調整によって、適宜制御可能である。そこで、本発明の前記点火制御装置においては、前記制御部は、前記点火放電（誘導放電）中に、前記第二スイッチング素子を、前記エネルギ連続投入時間の間オンとなるように、非断続的にオン動作させる。具体的には、例えば、前記エネルギ連続投入時間の間前記第二スイッチング素子を連続的にオン動作させ、前記点火放電を高流速場でも持続させるよう前記コンデンサに蓄積されたエネルギを投入時間前半に集中して投入することで、二次電流波形が山なりに変化するような前記一次電流が、前記他端側から前記一次巻線に供給される。

このように、本発明の前記点火制御装置によれば、前記点火放電（誘導放電）を維持するためのエネルギ（前記一次電流）が、容易にかつ良好に前記一次巻線に供給される。すなわち、前記放電電流を増やすことができ、失火に繋がる吹き消えが生じない放電電流以上の放電電流を継続維持できるように、前記気筒内におけるガスの流動状態に対応して良好に制御される。

したがって、本発明によれば、「吹き消え」の発生及びこれに伴う点火エネルギのロスが、非断続的（継続的）にエネルギ投入を実施するため簡略な装置構成によって良好に抑制される。すなわち、本発明によれば、前記点火制御装置における体格や製造コストの増大を可及的に抑制しつつ、燃料混合気の燃焼状態を良好に安定化させることが可能となる。

特に、本発明においては、上述のように、前記一次巻線の前記他端側すなわち低圧側（接地側あるいは前記第一スイッチング素子側）から、エネルギが投入される。このため、高圧となる前記二次巻線側からエネルギを投入する場合よりも、より低圧でのエネルギ投入が可能となる。

この点、前記一次巻線の電源側（前記直流電源側すなわち前記一端側）から、前記第一スイッチング素子がオンしている間に前記直流電源の電圧よりも高い電圧でエネルギを投入すると、当該直流電源への流入電流等により、効率が悪くなる。これに対し、本発明によれば、上述のように、前記第一スイッチング素子のオフ中に前記一次巻線の低圧側からエネルギが投入されるため、放電中でのエネルギの重畳が可能となるとともに、もっとも容易且つ効率よくエネルギを前記一次巻線に投入することができるという優れた効果が奏される。

本発明の一実施形態の構成を備えたエンジンシステムの概略構成図。 図１に示されている点火制御装置の一実施形態における概略的な回路構成を示す図。 図２に示されている点火制御装置における一動作例を説明するためのタイムチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜エンジンシステムの構成＞
図１を参照すると、エンジンシステム１０は、火花点火式の内燃機関であるエンジン１１を備えている。エンジン１１の本体部を構成するエンジンブロック１１ａの内部には、気筒１１ｂ及びウォータージャケット１１ｃが形成されている。気筒１１ｂは、ピストン１２を往復移動可能に収容するように設けられている。ウォータージャケット１１ｃは、冷却液（冷却水ともいう）が通流可能な空間であって、気筒１１ｂの周囲を取り囲むように設けられている。

エンジンブロック１１ａの上部であるシリンダヘッドには、吸気ポート１３及び排気ポート１４が、気筒１１ｂと連通可能に形成されている。また、このシリンダヘッドには、吸気バルブ１５と、排気バルブ１６と、バルブ駆動機構１７と、が装着されている。吸気バルブ１５は、吸気ポート１３と気筒１１ｂとの連通状態を変更可能に設けられている。排気バルブ１６は、排気ポート１４と気筒１１ｂとの連通状態を変更可能に設けられている。バルブ駆動機構１７は、吸気バルブ１５及び排気バルブ１６を所定のタイミングで開閉動作させるように構成されている。

さらに、エンジンブロック１１ａには、インジェクタ１８及び点火プラグ１９が装着されている。本実施形態においては、インジェクタ１８は、気筒１１ｂ内に燃料を直接噴射するように設けられている。点火プラグ１９は、気筒１１ｂ内にて燃料混合気を点火するように設けられている。

エンジン１１には、給排気機構２０が接続されている。給排気機構２０には、吸気管２１（吸気マニホールド２１ａ及びサージタンク２１ｂを含む）、排気管２２、及びＥＧＲ通路２３（ＥＧＲはExhaust Gas Recirculationの略である）、の３種類のガス通路が設けられている。

吸気マニホールド２１ａは、吸気ポート１３に接続されている。サージタンク２１ｂは、吸気マニホールド２１ａよりも吸気通流方向における上流側に配置されている。排気管２２は、排気ポート１４に接続されている。

ＥＧＲ通路２３は、排気管２２とサージタンク２１ｂとを接続することで、排気管２２に排出された排気ガスの一部を吸気に導入可能に設けられている。ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲ制御バルブ２４が介装されている。ＥＧＲ制御バルブ２４は、その開度によってＥＧＲ率（気筒１１ｂ内に吸入される燃焼前のガスにおける排気ガスの混入割合）を制御可能に設けられている。

吸気管２１における、サージタンク２１ｂよりも吸気通流方向における上流側には、スロットルバルブ２５が介装されている。スロットルバルブ２５は、その開度が、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ２６の動作によって制御されるようになっている。また、吸気ポート１３の近傍には、スワール流やタンブル流を発生させるための気流制御バルブ２７が設けられている。

エンジンシステム１０には、点火制御装置３０が設けられている。点火制御装置３０は、点火プラグ１９の動作を制御する（すなわちエンジン１１における点火制御を行う）ように構成されている。この点火制御装置３０は、点火回路ユニット３１と、電子制御ユニット３２と、を備えている。

点火回路ユニット３１は、気筒１１ｂ内の燃料混合気に点火するための火花放電を点火プラグ１９にて発生させるように構成されている。電子制御ユニット３２は、いわゆるエンジンＥＣＵ（ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である）である。この電子制御ユニット３２は、回転速度センサ３３等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１１の運転状態（以下「エンジンパラメータ」と略称する。）に応じて、インジェクタ１８及び点火回路ユニット３１を含む各部の動作を制御するようになっている。

点火制御に関しては、電子制御ユニット３２は、取得したエンジンパラメータに基づいて、点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗを生成及び出力するようになっている。かかる点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗは、気筒１１ｂ内のガスの状態及び必要とされるエンジン１１の出力（これらはエンジンパラメータに応じて変化する）に応じた、最適な点火時期及び放電電流（点火放電電流）を規定するものである。なお、これらの信号についてはすでに公知あるいは周知であるので、これらの信号についてのこれ以上の詳細な説明については本明細書では省略する（必要に応じ、特開２００２−１６８１７０号公報（米国特許第６，５５７，５３７号明細書）等参照。但し、これらの公知あるいは周知技術文献においては、ＩＧｗは「多重期間信号」あるいは「放電区間信号」等と称されている。）。

回転速度センサ３３は、エンジン回転速度（エンジン回転数ともいう）Ｎｅを検出（取得）するためのセンサである。この回転速度センサ３３は、ピストン１２の往復運動に伴って回転する図示しないクランクシャフトの回転角度に応じたパルス状の出力を生じるように、エンジンブロック１１ａに装着されている。冷却水温センサ３４は、ウォータージャケット１１ｃ内を通流する冷却液の温度である冷却水温Ｔｗを検出（取得）するためのセンサであって、エンジンブロック１１ａに装着されている。

エアフローメータ３５は、吸入空気量Ｇａ（吸気管２１を通流して気筒１１ｂ内に導入される吸入空気の質量流量）を検出（取得）するためのセンサである。このエアフローメータ３５は、スロットルバルブ２５よりも吸気通流方向における上流側にて、吸気管２１に装着されている。吸気圧センサ３６は、吸気管２１内の圧力である吸気圧Ｐａを検出（取得）するためのセンサであって、サージタンク２１ｂに装着されている。

スロットル開度センサ３７は、スロットルバルブ２５の開度（スロットル開度ＴＨＡ）に対応する出力を生じるセンサであって、スロットルアクチュエータ２６に内蔵されている。アクセルポジションセンサ３８は、図示しないアクセルの操作量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）に対応する出力を生じるように設けられている。

＜点火制御装置の構成＞
図２を参照すると、点火回路ユニット３１は、イグニッションコイル３１０（一次巻線３１０ａ及び二次巻線３１０ｂを含む）と、直流電源３１１と、第一スイッチング素子３１２と、第二スイッチング素子３１３と、第三スイッチング素子３１４と、エネルギ蓄積コイル３１５と、コンデンサ３１６と、ダイオード３１７ａ，３１７ｂ及び３１７ｃと、一次電圧取得部３１８と、ドライバ回路３１９と、を備えている。

上述のように、イグニッションコイル３１０は、一次巻線３１０ａと二次巻線３１０ｂとを備えている。このイグニッションコイル３１０は、周知の通り、一次巻線３１０ａを通流する一次電流の増減により、二次巻線３１０ｂにて二次電流を発生させるように構成されている。

一次巻線３１０ａの一端である電源側端子（非接地側端子とも称し得る）側には、直流電源３１１における非接地側出力端子（具体的には＋端子）が接続されている。一方、一次巻線３１０ａの他端である低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、第一スイッチング素子３１２を介して、接地側に接続されている。すなわち、直流電源３１１は、第一スイッチング素子３１２がオンされたときに、一次巻線３１０ａにて電源側端子側から低電圧側端子側に向かう方向の一次電流を通流させるように設けられている。

二次巻線３１０ｂにおける電源側端子（非接地側端子とも称し得る）側は、ダイオード３１７ａを介して、一次巻線３１０ａにおける電源側端子側に接続されている。ダイオード３１７ａは、そのアノードが二次巻線３１０ｂにおける高電圧側端子側に接続されている。すなわち、このダイオード３１７ａは、一次巻線３１０ａにおける高電圧側端子側から二次巻線３１０ｂにおける高電圧側端子側に向かう方向の電流の通流を禁止しつつ、二次電流（放電電流）を点火プラグ１９から二次巻線３１０ｂに向かう（すなわち図中の電流Ｉ２が負の値となる）方向に規定するように設けられている。一方、二次巻線３１０ｂにおける低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、点火プラグ１９に接続されている。

第一スイッチング素子３１２は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴ（ＩＧＢＴはInsulated Gate Bipolar Transistorの略）であって、第一制御端子３１２Ｇと、第一電源側端子３１２Ｃと、第一接地側端子３１２Ｅと、を有している。この第一スイッチング素子３１２は、第一制御端子３１２Ｇに入力された第一制御信号ＩＧａに基づいて、第一電源側端子３１２Ｃと第一接地側端子３１２Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。本実施形態においては、第一電源側端子３１２Ｃは、一次巻線３１０ａにおける低電圧側端子側に接続されている。また、第一接地側端子３１２Ｅは、接地側に接続されている。

第二スイッチング素子３１３は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴはMetal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）であって、第二制御端子３１３Ｇと、第二電源側端子３１３Ｄと、第二接地側端子３１３Ｓと、を有している。この第二スイッチング素子３１３は、第二制御端子３１３Ｇに入力された第二制御信号ＩＧｂに基づいて、第二電源側端子３１３Ｄと第二接地側端子３１３Ｓとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。

本実施形態においては、第二接地側端子３１３Ｓは、ダイオード３１７ｂを介して、一次巻線３１０ａにおける低電圧側端子側に接続されている。ダイオード３１７ｂは、そのアノードが第二接地側端子３１３Ｓに接続されている。すなわち、このダイオード３１７ｂは、第二スイッチング素子３１３における第二接地側端子３１３Ｓから一次巻線３１０ａにおける低電圧側端子側に向かう方向の電流の通流を許容するように設けられている。

第三スイッチング素子３１４は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴであって、第三制御端子３１４Ｇと、第三電源側端子３１４Ｃと、第三接地側端子３１４Ｅと、を有している。この第三スイッチング素子３１４は、第三制御端子３１４Ｇに入力された第三制御信号ＩＧｃに基づいて、第三電源側端子３１４Ｃと第三接地側端子３１４Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。

本実施形態においては、第三電源側端子３１４Ｃは、ダイオード３１７ｃを介して、第二スイッチング素子３１３における第二電源側端子３１３Ｄに接続されている。ダイオード３１７ｃは、そのアノードが第三電源側端子３１４Ｃに接続されている。すなわち、このダイオード３１７ｃは、第三スイッチング素子３１４における第三電源側端子３１４Ｃから第二スイッチング素子３１３における第二電源側端子３１３Ｄに向かう方向の電流の通流を許容するように設けられている。また、第三スイッチング素子３１４における第三接地側端子３１４Ｅは、接地側に接続されている。

エネルギ蓄積コイル３１５は、直流電源３１１における上述の非接地側出力端子と第三スイッチング素子３１４における第三電源側端子３１４Ｃとを接続する電力ラインに介装されたインダクタである。このエネルギ蓄積コイル３１５は、第三スイッチング素子３１４のオンによってエネルギ（電磁エネルギ）を蓄積するとともに、この蓄積したエネルギを第三スイッチング素子３１４のオフによって放出するように設けられている。

コンデンサ３１６は、接地側と直流電源３１１における上述の非接地側出力端子との間にて、エネルギ蓄積コイル３１５と直列接続されている。すなわち、コンデンサ３１６は、エネルギ蓄積コイル３１５に対して、第三スイッチング素子３１４と並列接続されている。このコンデンサ３１６は、第三スイッチング素子３１４のオフによってエネルギ蓄積コイル３１５から放出されたエネルギを蓄積するように設けられている。

一次巻線３１０ａにおける低電圧側端子と、第一スイッチング素子３１２における第一電源側端子３１２Ｃと、の間の位置には、一次電圧取得部３１８が接続されている。一次電圧取得部３１８は、周知の電圧検出回路であって、一次電圧（一次巻線３１０ａの印加電圧）に対応する出力を生じるとともに当該出力をドライバ回路３１９に入力するようになっている。すなわち、一次電圧取得部３１８は、その出力に基づいてドライバ回路３１９にて一次電圧を取得可能に設けられており二次側電圧の検出に使用し火花吹き消えの前兆を検出することができる。吹き消えは火花長が長くなるため放電電圧が上昇しその電圧を一次コイル側で検出できる。

ドライバ回路３１９は、電子制御ユニット３２から出力されたエンジンパラメータ、点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗを受信するように、電子制御ユニット３２に接続されている。また、ドライバ回路３１９は、第一スイッチング素子３１２、第二スイッチング素子３１３、及び第三スイッチング素子３１４を制御するように、第一制御端子３１２Ｇ、第二制御端子３１３Ｇ及び第三制御端子３１４Ｇに接続されている。このドライバ回路３１９は、受信した点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗに基づいて、第一制御信号ＩＧａ、第二制御信号ＩＧｂ、及び第三制御信号ＩＧｃを、それぞれ第一制御端子３１２Ｇ、第二制御端子３１３Ｇ及び第三制御端子３１４Ｇに出力するように設けられている。

本発明の「制御部」を構成するドライバ回路３１９は、点火プラグ１９における点火放電（これは第一スイッチング素子３１２のオフにより開始される）中に、第三スイッチング素子３１４をオフ及び第二スイッチング素子３１３をオンすることで、コンデンサ３１６から蓄積エネルギを放出させるようになっている。すなわち、ドライバ回路３１９は、上述のように各スイッチング素子を制御することで、コンデンサ３１６からエネルギ（静電エネルギ）を放出させ、このエネルギを、一次巻線３１０ａにて一次電流を通流させるためのエネルギ（以下「投入エネルギ」という）として、点火放電（誘導放電）中に低電圧側端子側から一次巻線３１０ａに供給するようになっている。

本実施形態においては、ドライバ回路３１９は、一次電圧取得部３１８によって取得された一次電圧に基づいて、第二スイッチング素子３１３を制御するようになっている。具体的には、ドライバ回路３１９は、誘導放電中にて、一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えるまでは第二スイッチング素子３１３のオフを保持する一方で、一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えた場合には第二スイッチング素子３１３のオンを開始するようになっている。

特に、本実施形態においては、ドライバ回路３１９は、点火プラグ１９における誘導放電中に、第二スイッチング素子３１３を、エネルギ連続投入時間（エンジンパラメータすなわちエンジン１１の運転状態に応じた所定時間）の間オンとなるように、非断続的にオン動作させ、集中的にエネルギが投入されるようになっている。具体的には、ドライバ回路３１９は、低電圧側端子側から一次巻線３１０ａに供給される一次電流の波形が山なりに変化するように、一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えた時点から上述のエネルギ連続投入時間が経過するまでの間、第二スイッチング素子３１３を連続的にオン動作させるようになっている。

＜動作説明＞
以下、本実施形態の構成による動作（作用・効果）について説明する。図３のタイムチャートにおいて、「Ｖｄｃ」はコンデンサ３１６の電圧、「Ｖ１」は一次電圧、「Ｉ１」は一次電流、「Ｉ２」は二次電流、「Ｐ」は上述の投入エネルギ（コンデンサ３１６から放出されて一次巻線３１０ａに対してその低電圧側端子側から供給されるエネルギ）、をそれぞれ示す。

なお、図３中、一次電流「Ｉ１」及び二次電流「Ｉ２」のタイムチャートにおいては、図２にて矢印で示されている方向が正の値となるように示されているものとする。また、点火信号ＩＧｔ、エネルギ投入期間信号ＩＧｗ、第一制御信号ＩＧａ、第二制御信号ＩＧｂ、及び第三制御信号ＩＧｃは、図中上方に立ち上がった状態が「Ｈ」であり、下方に立ち下がった状態が「Ｌ」であるものとする。

電子制御ユニット３２は、回転速度センサ３３等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジンパラメータに応じて、インジェクタ１８及び点火回路ユニット３１を含む、エンジンシステム１０における各部の動作を制御する。ここで、点火制御について詳述すると、電子制御ユニット３２は、取得したエンジンパラメータに基づいて、点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗを生成する。そして、電子制御ユニット３２は、生成した点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗと、エンジンパラメータとを、ドライバ回路３１９に向けて出力する。

ドライバ回路３１９は、電子制御ユニット３２から出力された点火信号ＩＧｔ、エネルギ投入期間信号ＩＧｗ及びエンジンパラメータを受信すると、これらに基づいて、第一スイッチング素子３１２のオンオフを制御するための第一制御信号ＩＧａ、第二スイッチング素子３１３のオンオフを制御するための第二制御信号ＩＧｂ、及び第三スイッチング素子３１４のオンオフを制御するための第三制御信号ＩＧｃを出力する。

なお、本実施形態においては、第一制御信号ＩＧａは、点火信号ＩＧｔと同一である。このため、ドライバ回路３１９は、受信した点火信号ＩＧｔをそのまま第一スイッチング素子３１２における第一制御端子３１２Ｇに向けて出力する。

一方、第二制御信号ＩＧｂは、本実施形態においては、エネルギ投入期間信号ＩＧｗが立ち上がり且つ一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えた時点で立ち上げられ、これらの条件の成立中は連続的にオンされる。このため、ドライバ回路３１９は、受信したエンジンパラメータ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗと、一次電圧取得部３１８によって取得された一次電圧と、に基づいて、第二制御信号ＩＧｂを生成するとともに、かかる第二制御信号ＩＧｂを第二スイッチング素子３１３における第二制御端子３１３Ｇに向けて出力する。

また、ドライバ回路３１９は、受信した点火信号ＩＧｔ及びエンジンパラメータに基づいて第三制御信号ＩＧｃを生成するとともに、かかる第三制御信号ＩＧｃを第三スイッチング素子３１４における第三制御端子３１４Ｇに向けて出力する。なお、本実施形態においては、第三制御信号ＩＧｃは、点火信号ＩＧｔがＨレベルの間に繰り返し出力される、周期が一定の矩形波パルス状の信号である。この第三制御信号ＩＧｃのデューティ比は、時刻ｔ１〜ｔ２間で一定であって、エンジンパラメータに基づいて設定される。

以下、図１及び図２に加えて図３のタイムチャートを参照しつつ、本実施形態の構成による動作を、時系列に沿ってさらに詳細に説明する。まず、電子制御ユニット３２は、或る気筒１１ｂにおける所定クランク角にて、アクセル操作量ＡＣＣＰ等のエンジンパラメータを取得する。そして、電子制御ユニット３２は、取得したエンジンパラメータに基づいて、当該気筒１１ｂの今回の燃焼行程における点火時期を、図３における時刻ｔ１よりも前に決定する。これにより、今回の燃焼行程における点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗが生成される。

なお、本具体例においては、点火信号ＩＧｔの立ち上がりからエネルギ投入期間信号ＩＧｗの立ち上がりまで、すなわち、時刻ｔ２とｔ３との間の時間間隔は、エンジンパラメータに基づいて設定されるものとする。具体的には、時刻ｔ２とｔ３との間の時間間隔は、いわゆる「吹き消え」の発生が可及的に抑制されるように、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸入空気量Ｇａに基づいて、電子制御ユニット３２によって適宜（マップ等を用いて）設定される。

時刻ｔ１にて点火信号ＩＧｔがＨレベルに立ち上がると、これに対応して、第一制御信号ＩＧａがＨレベルに立ち上げられる。これにより、第一スイッチング素子３１２がオンされる（このときエネルギ投入期間信号ＩＧｗはＬレベルであるため第二スイッチング素子３１３はオフである）。すると、一次巻線３１０ａにおける一次電流の通流が開始する。これにより、イグニッションコイル３１０が充電される。

点火信号ＩＧｔがＨレベルに立ち上がっている間、矩形波パルス状の第三制御信号ＩＧｃが、第三スイッチング素子３１４における第三制御端子３１４Ｇに入力される。第三スイッチング素子３１４がオンされることで、エネルギ蓄積コイル３１５にエネルギが蓄積される。また、この蓄積エネルギは、第二スイッチング素子３１３のオフ下で第三スイッチング素子３１４をオフさせると、エネルギ蓄積コイル３１５から放出され、コンデンサ３１６に蓄積される。このようにして、第三スイッチング素子３１４のオンオフにより、エネルギ蓄積コイル３１５を介してコンデンサ３１６にエネルギが蓄積され、電圧Ｖｄｃがステップ状に上昇する。このような、コンデンサ３１６におけるエネルギの蓄積は、時刻ｔ２までに終了する。

その後、時刻ｔ２にて、第二スイッチング素子３１３及び第三スイッチング素子３１４がオフされた状態（オフが維持された状態）で、第一制御信号ＩＧａがＨレベルからＬレベルに立ち下げられることで、第一スイッチング素子３１２がオフされる。すると、それ以前まで一次巻線３１０ａに通流していた一次電流が、急激に遮断される。これにより、点火プラグ１９にて高電圧が発生して、放電が発生する。このとき、二次巻線３１０ｂにて、大きな二次電流（放電電流）が生じる。このようにして、点火プラグ１９にて点火放電が開始される。

ところで、周知の通り、時刻ｔ２にて点火放電が開始した直後においては、いわゆる「容量放電」状態であり、その後いわゆる「誘導放電」状態となる。この誘導放電中は、従来の放電制御においては（あるいはエネルギ投入期間信号ＩＧｗがＨレベルに立ち上げられることなくＬレベルのまま維持されるような運転条件においては）、時間経過とともにゼロに近づき、放電を維持できない程度まで減衰する（図中破線参照）。この場合の放電エネルギ（点火プラグ１９への印加エネルギ）の大きさは、図３における二次電流Ｉ２のタイムチャートにおける、破線で示された三角形の内側の面積に相当する。

特に、周知の通り、高負荷又は高回転運転条件（吸気圧Ｐａ：高、エンジン回転速度Ｎｅ：高、スロットル開度ＴＨＡ：大、ＥＧＲ率：高、空燃比：リーン）においては、気筒１１ｂ内の気流の流速やリーン化等により、「吹き消え」が生じやすい。このような、「吹き消え」が生じやすい状況においては、放電維持電圧（放電火花を維持するために必要な二次電圧）が上昇する。すなわち、このような状況においては、気筒１１ｂ内における気流による放電火花の伸長等によって放電維持電圧が上昇し、これに伴って放電電流が減衰することで、「吹き消え」が発生しやすくなる。

この点、上述のような「吹き消え」が生じやすい状況が生じると、これに呼応して二次電圧が上昇する。すると、一次電圧の上昇が、イグニッションコイル３１０における巻数比に応じて生じる。そこで、本実施形態においては、一次電圧取得部３１８による一次電圧の取得（モニタリング）が行われる。これにより、気筒１１ｂ内における「吹き消え」の発生しやすさを監視することができる。

また、本実施形態においては、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ３にて、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがＨレベルに立ち上げられる。そして、エネルギ投入期間信号ＩＧｗが立ち上がり且つ一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えるという条件の成立中は、第二制御信号ＩＧｂが連続的に立ち上げられる。すると、一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えた時点から上述のエネルギ連続投入時間が経過するまでの間（本具体例においては上述の時点からｔ４までの間）、第二スイッチング素子３１３が連続的にオン動作する。なお、図３においては、図示及び説明の簡略化のため、エネルギ投入期間信号ＩＧｗの立ち上がりと、第二制御信号ＩＧｂの立ち上がりとが、時刻ｔ３にて一致している例を示している。

第二スイッチング素子３１３がオンされることで、誘導放電中に、投入エネルギに起因する一次電流が通流する。すなわち、時刻ｔ２から上述の時点までの間で通流していた放電電流に対して、投入エネルギに起因する一次電流の通流に伴う追加分が重畳される。このような一次電流の重畳（追加）は、時刻ｔ４まで、第二スイッチング素子３１３がオンされている間行われる。これにより、誘導放電中の放電電流を増やすことが出来、点火放電を維持可能な程度に良好に確保することが可能になる。

なお、この場合の放電エネルギの大きさは、図３における二次電流Ｉ２のタイムチャートにおける、ｔ２−ｔ４間の面積（積分値）に相当する。すなわち、上述の投入エネルギは、ｔ２−ｔ４間の面積から、破線で示された点火コイル単独分の三角形の面積を差し引いた量に相当する。

ここで、上述の通り、高負荷又は高回転運転条件においては、「吹き消え」が生じやすい。一方、点火信号ＩＧｔがＨレベルに立ち上がっている時刻ｔ１−ｔ２間における、コンデンサ３１６におけるエネルギ蓄積状態は、第三制御信号ＩＧｃのオンデューティ比によって制御可能である。また、コンデンサ３１６における蓄積エネルギが大きいほど、第二スイッチング素子３１３がオンされたときの投入エネルギもまた大きくなる。

そこで、本実施形態においては、「吹き消え」が生じやすい高負荷又は高回転運転条件で且つ点火開始からの時間が経過するほど、第三制御信号ＩＧｃのデューティ比が高く設定される。これにより、エンジン１１の運転状態に合わせて、コンデンサ３１６におけるエネルギ蓄積量や投入エネルギ量を適切に設定することができ、「吹き消え」を抑制するとともに、省電力や無駄な火花エネルギによる点火プラグ１９の電極消耗を抑制することができる。

また、誘導放電中の放電電流の通流状態は、第二スイッチング素子３１３のオンオフによる、コンデンサ３１６からの蓄積エネルギの放出量の調整によって、適宜制御可能である。そこで、本実施形態の構成においては、上述のように、誘導放電中に、第二スイッチング素子３１３が、上述のエネルギ連続投入時間の間オンとなるように、非断続的にオン動作する。具体的には、エネルギ連続投入時間の間、第二スイッチング素子３１３が連続的にオン動作する。これにより、図３に示されているように、集中的にエネルギを投入することにより波形が山なりに変化するように、低電圧側端子側から一次巻線３１０ａに一次電流が供給される。

このように、本実施形態の構成においては、「吹き消え」が生じないように、放電電流の通流状態を、気筒１１ｂ内におけるガスの流動状態に対応して良好に制御することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、「吹き消え」の発生及びこれに伴う点火エネルギのロスが、簡略な装置構成によって良好に抑制される。すなわち、本実施形態によれば、点火制御装置３０（特に点火回路ユニット３１）における体格や製造コストの増大を可及的に抑制しつつ、燃料混合気の燃焼状態を良好に安定化させることが可能となる。

特に、本実施形態の構成においては、一次巻線３１０ａにおける低電圧端子側（第一スイッチング素子３１２側）からエネルギが投入される。このため、二次巻線３１０ｂ側からエネルギを投入する場合よりも、より低圧でのエネルギ投入が可能となる。

この点、一次巻線３１０ａの高電圧側端子から、直流電源３１１の出力電圧よりも高い電圧でエネルギを投入すると、当該直流電源３１１への流入電流等により、効率が悪くなる。これに対し、本実施形態の構成によれば、上述のように、一次巻線３１０ａにおける低電圧端子側からエネルギを投入するため、もっとも容易且つ効率よくエネルギを一次巻線３１０ａに投入することができるという優れた効果が奏される。

＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明は、上述の実施形態にて例示された具体的な構成に限定されない。すなわち、例えば、電子制御ユニット３２のうちの一部の機能ブロックが、ドライバ回路３１９と一体化され得る。あるいは、ドライバ回路３１９が、スイッチング素子毎に分割され得る。この場合、第一制御信号ＩＧａが点火信号ＩＧｔであるときは、ドライバ回路３１９を介することなく、点火信号ＩＧｔが電子制御ユニット３２から直接第一スイッチング素子３１２における第一制御端子３１２Ｇに出力されてもよい。

また、ＩＧａ信号とＩＧｃ信号とは、必ずしも立ち上がりタイミングを一致させる必要はない。例えば、ドライバ回路３１９にて、ＩＧｔ信号の立ち上がりと同期してＩＧｃ信号のみをまず作成及び出力し、少し遅れてＩＧａ信号を出力するようにしてもよい。すなわち、ＩＧａ信号をＩＧｃ信号よりも遅らせてもよい。これにより、コンデンサ３１６に蓄えるエネルギを増加させることができる。一方、ＩＧｃ信号をＩＧａ信号よりも遅らせてもよい。

本発明は、上述の実施形態にて例示された具体的な動作に限定されない。例えば、上述の具体例においては、「エネルギ連続投入時間」は、エンジンパラメータに基づいて設定されたエネルギ投入期間信号ＩＧｗと、誘導放電中に一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えたタイミングと、によって決定された。また、図３においては、エネルギ投入期間信号ＩＧｗの立ち上がりと、第二制御信号ＩＧｂの立ち上がりとが一致している。しかしながら、本発明は、かかる態様に限定されない。

すなわち、例えば、第二制御信号ＩＧｂの立ち上がりは、エネルギ投入期間信号ＩＧｗの立ち上がり（ｔ３）から遅延し得る。但し、上述のように、エネルギ投入期間信号ＩＧｗは、「吹き消え」が可及的に抑制されるように、エンジンパラメータに基づいて設定される。このため、図３に示されているように、エネルギ投入期間信号ＩＧｗの立ち上がりと、第二制御信号ＩＧｂの立ち上がりとは、多くの場合、実質的にほぼ一致する。

かかる観点からすれば、第二制御信号ＩＧｂは、エネルギ投入期間信号ＩＧｗと同一であってもよい。この場合、一次電圧取得部３１８は、省略され得る。すなわち、一次電圧取得部３１８による一次電圧の取得（モニタリング）を行うことなく、エンジンパラメータに応じて、第二スイッチング素子３１３のスイッチング制御（オンオフ制御）が行われてもよい。また、この場合、ドライバ回路３１９に代えて、あるいはこれとともに、電子制御ユニット３２が、本発明の「制御部」に相当することとなる。

本発明は、一次電圧が所定値Ｖｒｅｆを超えた時点から上述のエネルギ連続投入時間が経過するまでの間、第二スイッチング素子３１３が連続的にオン動作する、という態様に限定されない。すなわち、一次電圧が所定値Ｖｒｅｆよりも低くなった時点で、第二制御信号ＩＧｂが一旦立ち下げられてもよい。

この場合も含めて、第二スイッチング素子３１３のオン動作は、エネルギ投入期間信号ＩＧｗ内にて、複数回行われ得る。但し、この場合であっても、第二制御信号ＩＧｂは、いわゆるＰＷＭ制御信号とは異なる。よって、この場合であっても、第二スイッチング素子３１３のオン動作は、「非断続的」と言い得る。

また、エンジンパラメータに代えて、第二制御信号ＩＧｂや第三制御信号ＩＧｃの生成に利用可能な他の情報が、電子制御ユニット３２からドライバ回路３１９に向けて出力されてもよい。

一次巻線３１０ａにおける低電圧側端子側から投入エネルギを供給するための回路構成（第二スイッチング素子３１３における第二電源側端子３１３Ｄに接続される回路構成）は、上述の実施形態にて示された具体例に限定されない。すなわち、例えば、かかる回路構成は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータや、フォワード型コンバータであってもよい。あるいは、いわゆるハイブリッド車等に搭載される高電圧バッテリであってもよい。

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構成及びその均等物の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構成をも含む。

１１…エンジン、１１ｂ…気筒、１９…点火プラグ、３０…点火制御装置、３１…点火回路ユニット、３２…電子制御ユニット、３１０…イグニッションコイル、３１０ａ…一次巻線、３１０ｂ…二次巻線、３１１…直流電源、３１２…第一スイッチング素子、３１２Ｃ…第一電源側端子、３１２Ｅ…第一接地側端子、３１２Ｇ…第一制御端子、３１３…第二スイッチング素子、３１３Ｄ…第二電源側端子、３１３Ｇ…第二制御端子、３１３Ｓ…第二接地側端子、３１４…第三スイッチング素子、３１４Ｃ…第三電源側端子、３１４Ｅ…第三接地側端子、３１４Ｇ…第三制御端子、３１５…エネルギ蓄積コイル、３１６…コンデンサ、３１８…一次電圧取得部、３１９…ドライバ回路、ＩＧａ…第一制御信号、ＩＧｂ…第二制御信号、ＩＧｃ…第三制御信号、ＩＧｔ…点火信号、ＩＧｗ…エネルギ投入期間信号。

Claims (3)

1. 内燃機関（１１）の気筒（１１ｂ）内にて燃料混合気を点火するように設けられた点火プラグ（１９）の、動作を制御するように構成された、点火制御装置（３０）において、
   一次巻線（３１０ａ）と二次巻線（３１０ｂ）とを備えていて、前記一次巻線を通流する電流である一次電流の増減により、前記点火プラグに接続された前記二次巻線にて二次電流が発生するように構成された、イグニッションコイル（３１０）と、
   前記一次巻線にて前記一次電流を通流させるように、非接地側出力端子が前記一次巻線の一端側に接続された、直流電源（３１１）と、
   第一制御端子（３１２Ｇ）と第一電源側端子（３１２Ｃ）と第一接地側端子（３１２Ｅ）とを有していて前記第一制御端子に入力された第一制御信号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通電のオンオフを制御するように構成された半導体スイッチング素子であって、前記第一電源側端子が前記一次巻線の他端側に接続されるとともに前記第一接地側端子が接地側に接続された、第一スイッチング素子（３１２）と、
   第二制御端子（３１３Ｇ）と第二電源側端子（３１３Ｄ）と第二接地側端子（３１３Ｓ）とを有していて前記第二制御端子に入力された第二制御信号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通電のオンオフを制御するように構成された半導体スイッチング素子であって、前記第二接地側端子が前記一次巻線の前記他端側に接続された、第二スイッチング素子（３１３）と、
   第三制御端子（３１４Ｇ）と第三電源側端子（３１４Ｃ）と第三接地側端子（３１４Ｅ）とを有していて前記第三制御端子に入力された第三制御信号に基づいて前記第三電源側端子と前記第三接地側端子との間の通電のオンオフを制御するように構成された半導体スイッチング素子であって、前記第三電源側端子が前記第二スイッチング素子における前記第二電源側端子に接続されるとともに前記第三接地側端子が前記接地側に接続された、第三スイッチング素子（３１４）と、
   前記直流電源における前記非接地側出力端子と前記第三スイッチング素子における前記第三電源側端子とを接続する電力ラインに介装されたインダクタであって、前記第三スイッチング素子のオンによってエネルギを蓄積するように設けられた、エネルギ蓄積コイル（３１５）と、
   前記直流電源における前記非接地側出力端子と前記接地側との間にて前記エネルギ蓄積コイルと直列接続されていて、前記第三スイッチング素子のオフによってエネルギを蓄積するように設けられた、コンデンサ（３１６）と、
   前記第一スイッチング素子のオフにより開始された前記点火プラグにおける点火放電中に、前記第二スイッチング素子の非断続的オンにより前記コンデンサから蓄積エネルギを放出させることで、前記他端側から前記一次巻線に前記一次電流を供給すべく、前記第二スイッチング素子を制御するように設けられた、制御部（３１９）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記点火放電中に、前記第二スイッチング素子を、エネルギ投入時間の間、非断続的にオン動作させることを特徴とする、点火制御装置。
2. 前記制御部は、前記他端側から前記一次巻線に供給される前記一次電流の波形が山なりに変化するように、前記エネルギ投入時間の間前記第二スイッチング素子を非断続的にオン動作させることを特徴とする、請求項１に記載の点火制御装置。
3. 前記一次巻線の印加電圧である一次電圧を取得するように設けられた、一次電圧取得部（３１８）をさらに備え、
   前記制御部は、前記一次電圧取得部によって取得された前記一次電圧に基づいて、前記第二スイッチング素子を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の点火制御装置。

Images