JP2021092226A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグに供給される放電エネルギを、筒内環境変化に応じて、放電期間の全域に亘って適正に制御すること。【解決手段】１次コイル２１及び２次コイル２２を有する点火コイル２と、火花ギャップＧに火花放電を発生する点火プラグＰと、火花放電中の通電動作を制御する点火制御部３とを備える内燃機関Ｅの点火制御装置１であって、燃焼室内に、火花ギャップＧの長さが異なる複数の点火プラグＰを併設すると共に、クランク角度検出部Ｓ１を備えており、点火制御部３は、内燃機関Ｅの運転状態に応じて放電開始時期及び放電期間を設定する放電時期設定部３１と、１燃焼サイクル中に火花放電を形成させる点火プラグＰを順次切り換えるプラグ切換部３５を有し、プラグ切換部３５は、検出されるクランク角度が上死点ＴＤＣに近いほど、火花ギャップＧの長さが短い点火プラグＰに火花放電を形成させる。【選択図】図１

Description

本発明は、火花点火式の内燃機関に用いられて点火を制御する点火制御装置に関する。

火花点火式の内燃機関は、気筒ごとに設けられる点火プラグに、点火コイルに蓄えられた点火エネルギを投入して火花放電させ、燃焼室内の混合気に点火する。点火制御装置は、一般に、運転状態に応じて点火コイルの１次コイルへの通電をオンオフ制御することで、電磁誘導により２次コイルに高電圧を発生させて、点火プラグの火花ギャップにおける放電を制御している。

近年、内燃機関の燃費改善のために、空燃比を理論空燃比よりもリーン側とする希薄燃焼（すなわち、リーンバーン）制御や、排ガスの一部を吸気側に還流させる排ガス再循環（すなわち、ＥＧＲ）制御が実施されている。これら制御時には、混合気中の燃料濃度が希薄となって着火性が低下することから、火花放電による着火を安定して実現する技術が要求される。

これに対し、着火性を向上させるために、点火プラグを多重放電させる点火方式が知られている。例えば、特許文献１に開示される点火制御装置は、内燃機関の１燃焼サイクル中に、１次コイルへの通電のオンオフを、一定の放電間隔で複数回繰り返して、着火機会を増加させている。また、各放電の時間を、燃焼室内の圧力（すなわち、筒内圧）の推移に追従させて、着火に必要なエネルギが投入されるようにしている。

また、複数の電源からエネルギを投入して、点火プラグを連続放電させる点火方式が提案されている。例えば、主電源による放電開始後に、昇圧回路を備える補助電源からエネルギを投入することにより、主電源によって開始した放電が維持されるように、１次コイルへのエネルギ供給を行うことができる。

特開２００１−１５３０１６号公報

特許文献１の点火方式は、具体的には、筒内圧が高いほど、各放電の時間が短くなるように設定している。例えば、圧縮上死点後の点火では、放電回数が増えるにつれて、各放電の時間を徐々に長くし、無駄なエネルギが消費されるのを抑制している。ところが、この点火方式では、エネルギ消費は抑制されるものの、放電回数が多くなるほど、点火コイルに蓄えられるエネルギが減少するので、ある放電回数又は放電期間を超えると、必要な放電エネルギが得られなくなる。

また、連続放電による点火方式は、放電形成後のエネルギ投入により、着火に必要な放電エネルギを維持できるが、放電期間中の環境変化に対応して、必要な放電エネルギを、過不足なく投入することは難しい。そのため、点火プラグへ投入されるエネルギが過剰となりやすく、エネルギ効率が低下するだけでなく、電極消耗により点火プラグの耐久性が低下するおそれがある。

特に、リーン空燃比又はＥＧＲ増量時のような希薄環境下では、着火性を向上させるために、放電期間が拡大される傾向にあるので、例えば、放電初期と後期とで筒内環境が異なると、着火に必要な放電エネルギ密度も変化する。このような場合にも、放電期間の全域で放電エネルギ密度を適正に制御することが望まれている。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、点火プラグに供給される放電エネルギを、内燃機関の筒内環境変化に応じて、放電期間の全域に亘って適正に制御し、着火性を高めると共に過剰なエネルギ供給を抑制して、エネルギ効率及び耐久性を向上させた点火制御装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
１次コイル（２１）及び２次コイル（２２）を有する点火コイル（２）と、
上記２次コイルに接続され、上記１次コイルへの通電のオンオフに伴う電磁誘導により、火花ギャップ（Ｇ）に火花放電を発生する点火プラグ（Ｐ）と、
上記１次コイルへの通電をオンオフすることにより、燃焼室内に火花放電を開始させると共に、火花放電中の通電動作を制御する点火制御部（３）と、を備える内燃機関（Ｅ）の点火制御装置（１）であって、
上記燃焼室内に、上記火花ギャップの長さ（ＧＡＰa、ＧＡＰb）が異なる複数の上記点火プラグ（ＰＡ、ＰＢ）を併設すると共に、上記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出部（Ｓ１）を備えており、
上記点火制御部は、上記内燃機関の運転状態に応じて放電開始時期及び放電期間を設定する放電時期設定部（３１）と、１燃焼サイクル中に火花放電を形成させる上記点火プラグを順次切り換えるプラグ切換部（３５）を有し、上記プラグ切換部は、検出されるクランク角度が上死点（ＴＤＣ）に近いほど、上記火花ギャップの長さが短い上記点火プラグに火花放電を形成させる、内燃機関の点火制御装置にある。

点火プラグの火花ギャップに発生する火花放電のエネルギは、内燃機関の燃焼室内の状態によって変化し、例えば、放電期間中の燃焼室内の圧力が異なると、着火に必要な放電エネルギ密度も変化する。そのため、上記一態様における点火制御部は、火花放電中に点火プラグの通電動作を行うと共に、プラグ切換部が、火花ギャップの長さが異なる複数の点火プラグを順次切り換える。さらに、燃焼室内の圧力に対応するクランク角度を用いて、上死点に近いほど、火花ギャップの長さが短い点火プラグを選択することで、１燃焼サイクルにおける圧力変化に応じて、着火に必要な放電エネルギ密度を適時変化させて最適に制御することができる。

したがって、例えば、希薄環境下でのエネルギ増加要求に応じて放電期間が長期化する場合でも、適正な放電エネルギ密度を維持することができる。その結果、火花ギャップに必要な放電エネルギを効果的に投入して、着火性を向上させると共に、点火プラグの電極消耗を抑制することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、点火プラグに供給される放電エネルギを、内燃機関の筒内環境変化に応じて、放電期間の全域に亘って適正に制御し、着火性を高めると共に過剰なエネルギ供給を抑制して、エネルギ効率及び耐久性を向上させることができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

参考形態１における、内燃機関の点火制御装置の回路構成図。 参考形態１における、点火制御装置を含む点火システムの全体構成図。 参考形態１における、エンジンのクランク角度と燃焼室内圧力及び空燃比ごとの必要放電エネルギ密度の関係を示す図。 参考形態１における、エンジンのクランク角度と放電エネルギ密度及び放電２次電流の関係を示す図。 参考形態１における、点火プラグに投入される放電エネルギと着火限界空燃比の関係を示す図。 参考形態１における、エンジンのクランク角度と放電エネルギ密度及び放電２次電流の関係の他の例を示す図。 参考形態１における、エンジンのクランク角度と放電エネルギ密度及び放電２次電流の関係の他の例を示す図。 参考形態１における、点火制御装置の点火制御部において実施される点火制御処理のタイムチャート図。 参考形態１における、点火制御装置の点火制御部において実施される放電２次電流の目標値と上限閾値及び下限閾値の算出処理のフローチャート図。 参考形態１における、エンジンの燃焼室内の気流速度と吹消電流との関係を示す図。 参考形態１における、エンジンのクランク角度と空燃比ごとの放電２次電流の目標値との関係を示す図。 参考形態１における、点火制御装置の点火制御部において実施される放電２次電流のフィードバック制御処理のフローチャート図。 参考形態２における、点火制御装置の点火制御部において実施される点火制御処理のタイムチャート図。 参考形態３における、エンジンの点火制御装置の回路構成図。 参考形態３における、点火制御装置の点火制御部において実施される点火制御処理のタイムチャート図。 参考形態３における、点火制御装置の点火制御部において実施される点火制御処理のフローチャート図。 実施形態１における、エンジンの点火制御装置の概略構成図。 実施形態１における、点火制御装置の点火プラグの電極間距離と放電経路長さの関係、放電経路長さと平均２次電圧及び平均エネルギ密度の関係を示す図。 実施形態１における、点火制御装置の点火制御部において実施される点火制御処理のタイムチャート図。 実施形態１における、点火制御装置の点火制御部において実施される点火制御処理のフローチャート図。

（参考形態１）
内燃機関の点火制御装置の基本構成を示す参考形態１について、図１〜図９を参照して説明する。
図１において、点火制御装置１は、車両用内燃機関に設けられる点火プラグＰの点火を制御する装置であり、１次コイル２１及び２次コイル２２を有する点火コイル２と、点火コイル２の２次コイル２２に接続される点火プラグＰと、点火プラグＰの点火動作を制御する点火制御部３とを備える。点火コイル２の１次コイル２１には、電源回路部１０が接続されており、点火プラグＰは、１次コイル２１への通電のオンオフに伴う電磁誘導により、火花ギャップＧに火花放電を発生する。点火制御部３は、１次コイル２１への通電をオンオフすることにより、火花放電を開始させると共に、火花放電開始後の通電動作を制御する。

電源回路部１０は、バッテリＢと点火用スイッチＴｒ1を有する主電源回路１１と、昇圧回路４と、補助電源回路５とから構成され、点火プラグＰの連続放電を可能とする。点火コイル２の１次コイル２１は、一端側がバッテリＢに接続され、他端側が点火用スイッチＴｒ1に接続されている。昇圧回路４は、昇圧用スイッチＴｒ2と、昇圧用ドライバ４０と、チョークコイル４１と、第１整流素子４２と、コンデンサ４３とを備える。補助電源回路５は、放電用スイッチＴｒ3と、第２整流素子５１と、補助用ドライバ５０とを備える。放電用スイッチＴｒ3は、１次コイル２１の他端側と点火用スイッチＴｒ1との間に接続される。

主電源回路１１は、点火用スイッチＴｒ1が、バッテリＢから１次コイル２１への通電経路を開閉する。昇圧回路４は、昇圧用スイッチＴｒ2のスイッチング動作により、チョークコイル４１に発生させたエネルギを、補助電源回路５のコンデンサ４３へ蓄積させる。補助電源回路５は、放電用スイッチＴｒ3のスイッチング動作により、コンデンサ４３から１次コイル２１への通電経路を開閉し、コンデンサ４３に蓄積されたエネルギを１次コイル２１へ供給する。

点火制御部３には、クランク角度検出部であるクランク角度センサＳ１、空燃比検出部である空燃比センサＳ２を含む各種センサからの検出信号が入力されている。点火制御部３は、これら検出信号から知られる内燃機関Ｅの運転状態に応じて、放電開始時期及び放電期間を設定する放電時期設定部３１と、クランク角度センサＳ１の検出信号に基づいて、放電期間における点火プラグＰへの通電電流である放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを設定する目標電流設定部３２を有している。

目標電流設定部３２は、クランク角度センサＳ１により検出されるクランク角度が、上死点ＴＤＣに近いほど、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtの絶対値が小さくなるように、目標値Ｉ２tgtを設定する。クランク角度が上死点ＴＤＣに近く、混合気が圧縮されるほど、混合気の持つエネルギが高い状態となるので、投入するエネルギをその分少なくすることができる。また、希薄燃焼時には、着火に必要な放電エネルギ密度が高くなるので、好適には、空燃比センサＳ２により検出される混合気中の燃料濃度が希薄であるほど、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtの絶対値を大きくするのがよい。

また、点火制御部３は、放電２次電流Ｉ２をフィードバック制御するための上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THLを設定するフィードバック制御部３３を有している。フィードバック制御部３３は、放電２次電流Ｉ２を上限閾値Ｉ２THH及び下限閾値Ｉ２THLを用いてフィードバック制御し、目標値Ｉ２tgtの近傍に維持する。このとき、火花放電の吹き消えを防止するために、放電２次電流Ｉ２が、放電の吹き消えが発生しない電流値（以下、吹消電流Ｉ２boと称する）を下回らないように、下限閾値Ｉ２THLを設定することが望ましい。

点火制御部３は、１燃焼サイクルにおける火花放電を制御するため、放電の開始に先立ち、放電時期設定部３１から点火用スイッチＴｒ1と昇圧用ドライバ４０に、点火信号ＩＧtを出力する。また、火花放電の開始後に火花放電を所定期間維持するため、補助用ドライバ５０に、放電維持信号ＩＧwを出力する。補助用ドライバ５０には、目標電流設定部３２から、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtに対応する目標２次電流信号ＩＧaが出力され、さらに、フィードバック制御部３３から、上限閾値Ｉ２THH、下限閾値Ｉ２THLに対応するフィードバック閾値信号が出力される。
点火制御部３の各部による制御の詳細については、後述する。

図２に点火システムの全体構成を示すように、内燃機関は、例えば、ＥＧＲ装置を備えるポート噴射式のガソリンエンジン（以下、エンジンと略称する）Ｅであり、点火プラグＰは、エンジンＥの気筒Ｅ１内に設けられる燃焼室１０１に臨んでいる。気筒Ｅ１の内側を往復動するピストン１０２に連結されるクランク軸１０３の近傍には、クランク角度に対応するクランクパルス信号を出力するクランク角度センサＳ１が設けられ、その検出結果は、エンジンＥの各部を制御するエンジン用電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）１００に入力される。点火制御部３は、ＥＣＵ１００の一部を構成している。

エンジンＥの燃焼室１０１には、スロットルバルブＴＨを介して吸気通路１０４に導入される空気と、燃料噴射弁ＩＮＪから噴射される燃料との混合気が導入される。燃焼室１０１と吸気通路１０４及び排気通路１０５の間には、それぞれ吸気バルブＶin及び排気バルブＶexが設けられ、吸気通路１０４と排気通路１０５とは、ＥＧＲバルブＶegrを備えるＥＧＲ通路１０６にて連結される。ＥＧＲ通路１０６の途中には、冷媒調量弁１０８を備えるＥＧＲクーラ１０７が設けられる。

吸気通路１０４には、吸入空気量センサＳ４、吸気圧・吸気温センサＳ５が、排気通路１０５には、空燃比センサＳ２が設けられる。燃焼室１０１の点火プラグＰの近傍には、気流速度検出部としての気流速度センサＳ３が、気筒Ｅ１壁には、エンジン水温センサＳ７が設けられる。また、ＥＧＲ通路１０６には、ＥＧＲガス圧力センサＳ７が、アクセルペダル１０９の近傍には、アクセル開度センサＳ８が設けられる。これらセンサＳ２〜Ｓ８の検出結果は、ＥＣＵ１００に入力される。

ＥＣＵ１００は、クランク角度センサＳ１を含む各種センサからの検出信号に基づいて、エンジンＥの運転状態を知り、最適なエンジン燃焼状態となるように、点火制御装置１を含むエンジン各部を制御する。具体的には、点火制御部３から指令信号を出力して点火コイル２を駆動すると共に、運転状態に応じた燃料噴射量及び燃料噴射時期で、燃料噴射弁ＩＮＪを駆動し、燃料噴射を制御する。また、スロットルバルブＴＨに連結されるＴＨアクチュエータや、ＥＧＲバルブＶegrのＥＧＲアクチュエータ、冷媒調量弁１０８を駆動し、目標空燃比等に応じて、吸入空気量、ＥＧＲ量を制御すると共に、ＥＧＲガスを冷却する冷媒量を制御する。

点火プラグＰは、中心電極と接地電極を備える公知の構成で、例えば、針状の電極チップを有する中心電極が平面状の接地電極と対向する構成とすることができる。燃焼室１０１内において、点火プラグＰは、軸方向（すなわち、図２の上下方向）における両電極の先端間の空間を、火花ギャップＧ（例えば、図１参照）としている。点火コイル２から供給されるエネルギにより、火花ギャップＧに絶縁破壊が生じると火花放電が生起し、周囲の混合気流によって側方へ伸びて、混合気への着火が促される。この放電伸び量は気流速度と相関するので、後述するように、気流速度の推定に利用してもよい。

以下に、点火制御装置１の構成について詳述する。図１において、点火コイル２は、１次コイル２１と２次コイル２２とを備えている。１次コイル２１と２次コイル２２はコアを介して磁気結合されており、１次コイル２１への通電後、１次電流Ｉ1が遮断されるときに、２次コイル２２に高い２次電圧Ｖ２が発生する。１次コイル２１は、両端のうちの一端が、バッテリＢの正極側に接続され、両端のうちの他端は、点火用スイッチＴｒ1を介して接地される。バッテリＢは、例えば、車載バッテリ等の直流電源であり、バッテリＢの負極側は接地されている。

２次コイル２２は、両端のうちの一端が、点火プラグＰに接続され、両端のうちの他端は、整流素子６１及び電流検出用のシャント抵抗６２を介して接地されている。整流素子６１はダイオードで構成され、アノード側が２次コイル２２に接続し、カソード側が接地されるように設けられて、２次コイル２２に流れる放電２次電流Ｉ２を整流している。整流素子６１及びシャント抵抗６２は、放電２次電流Ｉ２を検出するためのフィードバック回路６を構成している。シャント抵抗６２で検出される放電２次電流Ｉ２は電圧変換されて、点火制御部３へ入力されると共に、補助用ドライバ５０に入力されて、フィードバック制御部３３から出力される上限閾値Ｉ２THH、下限閾値Ｉ２THLを基に、フィードバック制御される。

主電源回路１１を構成する点火用スイッチＴｒ1には、公知のスイッチング素子、例えばＩＧＢＴ（すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のパワートランジスタが用いられる。点火用スイッチＴｒ1は、コレクタが１次コイル２１に接続され、エミッタが接地されており、ゲートへ入力される信号に基づきスイッチング動作する。コレクタ−エミッタ間には、整流素子１２が並列接続される。点火用スイッチＴｒ1がオン状態となったときは、１次コイル２１から接地側への電流の流れが許容され、オフ状態となったときは、１次コイル２１から接地側への電流の流れが遮断される。

昇圧回路４は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、バッテリ電圧を昇圧してコンデンサ４３を充電する。チョークコイル４１は、バッテリＢに対して１次コイル２１と並列に接続されており、コンデンサ４３は、昇圧用スイッチＴｒ2と第１整流素子４２を介して並列に接続されている。昇圧用スイッチＴｒ2には、公知のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ（すなわち、電界効果型トランジスタ）等のパワートランジスタが用いられる。昇圧用スイッチＴｒ2は、ドレインがチョークコイル４１に接続され、ソースが接地されており、ゲートへ入力される信号に基づきスイッチング動作する。

昇圧用スイッチＴｒ2は、昇圧用ドライバ４０からの入力信号により駆動されて、チョークコイル４１への電流の供給と遮断を所定の周期で切り換える。第１整流素子４２はダイオードで構成され、アノード側がチョークコイル４１と昇圧用スイッチＴｒ2の間に接続し、カソード側がコンデンサ４３に接続されて、チョークコイル４１からの電流を整流している。

補助電源回路５を構成する放電用スイッチＴｒ3は、公知のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ等のパワートランジスタであり、ドレインがチョークコイル４１と昇圧用スイッチＴｒ2の間に接続され、ソースが１次コイル２１と点火用スイッチＴｒ3との間に接続されている。放電用スイッチＴｒ3は、ゲートへ入力される信号に基づきスイッチング動作し、オン状態のとき、補助電源回路５から１次コイル２１側への電流の流れを許容し、オフ状態のとき、補助電源回路５から１次コイル２１側への電流の流れを遮断する。第２整流素子５１はダイオードで構成され、アノード側が放電用スイッチＴｒ3のソースに接続し、カソード側が１次コイル２１と点火用スイッチＴｒ1との間に接続されて、補助電源回路５から投入される電流を整流している。

放電用スイッチＴｒ3は、補助用ドライバ５０からの入力信号により駆動されて、コンデンサ４３から点火コイル２の１次コイル２１と点火用スイッチＴｒ1との接続点へのエネルギの投入と停止とを切り換える。これにより、補助電源回路５は、昇圧回路４によって昇圧されコンデンサ４３に蓄積されたエネルギを、１次コイル２１の接地側へ重畳的に投入することができる。すなわち、２次コイル２２に発生した２次電圧Ｖ２を点火プラグＰに印加して火花放電させ、その放電期間中に、さらに補助電源回路５からエネルギを投入して、必要に応じて、２次コイル２２から点火プラグＰに流れる放電２次電流Ｉ２を増加することができる。

点火制御部３において、放電時期設定部３１は、各種センサの検出結果から知られるエンジンＥの要求トルクやその他の運転状態に基づいて、基準となる放電エネルギを算出し、点火プラグＰに火花放電を開始させるために最適な放電開始時期及び放電期間を設定する。目標電流設定部３２は、放電期間中、点火プラグＰに過不足なく放電２次電流Ｉ２が流れるように、その目標値Ｉ２tgtを、燃焼室１０１内の状態に応じて設定し、随時更新する。フィードバック制御部３３は、放電２次電流Ｉ２が目標値Ｉ２tgtに維持されるように、目標値Ｉ２tgtに基づいて、フィードバック制御の閾値となる上限閾値Ｉ２THH及び下限閾値Ｉ２THLを設定し、随時更新する。

ここで、図３に示すように、エンジンＥの燃焼室１０１内の圧力は、クランク角度により変化する。すなわち、気筒Ｈ１内のピストン１０２（例えば、図２参照）の往復位置に応じて筒内圧が増減し、上死点ＴＤＣにて最大となる。また、着火に必要な放電エネルギ量は、概ね燃焼室１０１内の圧力によって決まり、単位時間あたりの放電エネルギ（以下、放電エネルギ密度と称する)は、上死点ＴＤＣにて最小となる。これは、クランク角度が上死点ＴＤＣに近く、混合気が圧縮されるほど、燃焼室１０１内の圧力が高く、混合気の持つエネルギが高い状態となるからであり、必要な放電エネルギ量は低下する。

一方、燃焼室１０１内の混合気の空燃比（例えば、図３中にＡ／Ｆ２０、２３、２８の場合を示す）によっても、必要な放電エネルギ密度は変動する。燃焼室１０１内の圧力が同じ場合には、混合気の燃料濃度が希薄であるほど、すなわち、空燃比が大きいほど、必要な放電エネルギ密度は高くなり、空燃比が小さいほど、必要な放電エネルギ密度は低下する。また、燃焼室１０１内の圧力が高いほど、空燃比の違いによる放電エネルギ密度の差が小さくなり、燃焼室１０１内の圧力が低下すると、放電エネルギ密度の差が大きくなる。これは、空燃比が小さくなり、混合気中の燃料濃度が増加することで、混合気への着火性が向上するからである。

したがって、燃焼室１０１内の圧力が高いほど、放電形成中の放電電圧が高くなり、また、空燃比が小さく混合気の密度が高くなることで，放電火花によって混合気に伝達されるエネルギ効率が大きくなるために、火炎形成しやすくなる。そこで、クランク角度によって変化する筒内圧に応じて、さらに、空燃比を考慮して、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを変化させることで、必要な放電エネルギ密度に制御することができる。

ここで、燃料濃度が希薄とは、燃焼室１０１内に形成する混合気において、燃料の占める割合が低いということであり、言い換えれば、燃料以外の作動ガスである新気、ＥＧＲガスの占める割合が高いということである。リーンバーン制御やＥＧＲ制御の際には、その制御量に応じて、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを設定することで、必要な放電エネルギ密度を過不足なく供給可能となる。

図４に示すように、放電期間中の放電エネルギ密度は、放電２次電流Ｉ２によって制御することができ、放電２次電流Ｉ２は、主電源回路１１による放電開始後の補助電源回路５からのエネルギ投入によって制御可能である。図示するように、点火時期が上死点ＴＤＣに対し進角側である場合には（すなわち、圧縮行程点火）、放電開始クランク角度ＣＡstから放電終了クランク角度ＣＡendまでの放電期間の後期ほど、必要な放電エネルギ密度（すなわち、図４中に点線で示す）が低下する。

したがって、放電２次電流Ｉ２が略一定の場合（すなわち、図４中に示す基準値）に対して、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを変化させることで、時々刻々と変化する、必要な放電エネルギ密度に近づけるように制御できる。ここで、放電２次電流Ｉ２は、負の電流であるので、以下、放電２次電流Ｉ２の大小は、絶対値を基準として表すものとする。例えば、図４の場合は、放電初期から徐々に、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを低下させることで、つまり、絶対値を小さくすることで、必要な放電エネルギ密度に追従させる。その結果、基準値による制御時に比べて、放電エネルギ量が大幅に低減し（すなわち、図４中に斜線で示す）、着火性を確保しつつ、無駄な放電エネルギの消費を抑制することができる。

なお、クランク角度検出部としてクランク角度センサＳ１の検出値を用いる代わりに、クランク角度と相関がある燃焼室１０１内の圧力を用いることもできる。その場合、放電２次電流Ｉ２は、１燃料サイクル中の燃焼室１０１内の圧力推移に応じて変化させることができる。燃焼室１０１内の圧力は、予め実験的に求めたエンジン回転数、吸気圧、吸気温、吸入空気量、吸排気バルブタイミング等と筒内圧推移との関係を用い、各種センサの検出結果から予測してもよく、あるいは、エンジンＥの気筒Ｅ１に圧力センサを設けて検出してもよい。また、空燃比検出部についても、空燃比センサＳ２の検出値を用いる代わりに、各種センサの検出結果からの予測値を用いることができる。図２に示したその他の各種センサについても、同様である。

ところで、希薄燃焼時には、燃焼室１０１内に生じる気流が高流速となり、火花放電の形成に大きく影響する。前述した放電の吹き消えは、放電２次電流Ｉ２と相関があり、放電２次電流Ｉ２が低下すると、放電の吹き消えが生じやすくなる。また、気流速度が速いほど、吹消電流Ｉ２boは高くなる。

したがって、フィードバック制御部３３にて、放電２次電流Ｉ２の上限閾値Ｉ２THH及び下限閾値Ｉ２THLを設定する際には、放電２次電流Ｉ２の低下による吹き消えが生じないように、下限閾値Ｉ２THLを、気流速度に応じた吹消電流Ｉ２bo以上とするのがよい。例えば、図４に示すように、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtが徐々に低下する場合には、放電初期には、目標値Ｉ２tgtに基づいて下限閾値Ｉ２THLが徐々に更新されるが、吹消電流Ｉ２boに達したら、それ以降は吹消電流Ｉ２boを維持するように、フィードバック制御されることになる。また、気流速度が速いほど、吹消電流Ｉ２boの絶対値が大きくなるように設定するとよい。

このように、１燃焼サイクル中において、放電２次電流Ｉ２が、気流速度に応じて設定された吹消電流Ｉ２boを下回らないように制御されるので、吹き消えの発生を抑制できる。また、クランク角度や空燃比の変化に応じて、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtが随時更新されるので、過剰な放電エネルギが投入されるのを抑制できる。これにより、良好な着火性を維持しつつ、必要な放電エネルギを効率よく供給できる。

図５に示すように、一般に、放電エネルギが大きくなるほど、着火可能な空燃比の限界値（すなわち、着火限界Ａ／Ｆ）は大きくなる。言い換えれば、放電エネルギが一定であるとき、着火限界Ａ／Ｆの値が大きいほど、着火性が良好でありエネルギ効率が高い。図示するように、基準値による制御時（図５中の基準値制御）に比べて、放電２次電流Ｉ２を目標値Ｉ２tgtに応じた制御（図５中のＩ２tgt制御）とすることで、全体に着火限界Ａ／Ｆが大きくなる方向へシフトしており、着火性が向上することがわかる。

ここで、燃焼室１０１内の気流速度は、気流速度センサＳ３を用いて検出してもよく、あるいは、放電伸びと放電２次電圧Ｖ２とが相関があることを利用して推定してもよい。気流によって火花ギャップＧに生じた放電が伸びると、火花ギャップＧの２次電圧Ｖ２が大きくなり、気流が速いほど放電伸びが大きくなるので、例えば、放電２次電圧Ｖ２の単位時間あたりの変化量から、気流速度を推定することができる。このように、気流速度センサＳ３による検出値や放電２次電圧Ｖ２を利用した推定値を用いると、サイクル毎、気筒毎の気流速度を速やかに算出して、フィードバック制御に反映させることができ、より望ましい。その他、エンジン回転数、吸気圧、吸気温、吸入空気量、吸排気バルブタイミング等をパラメータとし、予め実験的に求めたこれらパラメータと気流速度との関係式、あるいはマップを用いて、気流速度を予測してもよい。

なお、図４では、全放電期間において必要な放電エネルギ密度となるように、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを設定した場合を示しているが、図６、図７に示すように、放電期間の少なくとも一部について、放電エネルギ密度が低減されるように制御してもよい。図６に示す例では、必要な放電エネルギ密度との差が小さい放電期間の前半については、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを、基準値に設定し、放電期間の中期において徐々に目標値Ｉ２tgtを低減させて、必要な放電エネルギ密度に近づける。放電期間の後半には、必要な放電エネルギ密度との差がごく小さくなるので、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを所定の一定値に設定する。これにより、図５中に斜線で示すように、放電期間の中期から後半に向けて、供給される放電エネルギ量を低減することができる。

あるいは、図７に示すように、放電期間のうちの複数の期間、例えば、初期、中期、後期の一部について、必要な放電エネルギ密度となるように、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを、基準値よりも低減する。それ以外の期間は、基準値に設定される。この場合にも、上死点ＴＤＣに近いほど、すなわち初期から後期へ向けて、目標値Ｉ２tgtの絶対値が小さくなる。このようにしても、図６中に斜線で示すように、目標値Ｉ２tgtを基準値よりも低減させた期間に応じて、相当する放電エネルギ量を低減することができる。

次に、点火制御部３で実行される点火制御の基本動作を、図８のタイムチャートを参照しながら説明する。タイムチャートは、クランク角度を共通の横軸として、燃焼室１０１の圧力Ｐｃ、点火信号ＩＧt、放電維持信号ＩＧw、フィードバック信号（すなわち、図７中のＦ／Ｂ信号）ＳFB、放電スイッチ信号Ｓｄ、昇圧信号Ｓｃ、コンデンサ４３に蓄積される供給電圧Ｖｃ、１次電流Ｉ1、放電２次電流Ｉ２について、それぞれの時間変化を示している。ここでは、図４と同様に、圧縮行程点火の全放電期間において、必要な放電エネルギ密度となるように制御した場合を例示し、燃焼室１０１内の圧力Ｐｃは、上死点ＴＤＣへ向けて徐々に上昇している。

点火制御部３は、上記した各種センサの検出値から知られるエンジンＥの運転状態に応じて、点火信号ＩＧtを生成し、所定のタイミングで、昇圧回路４の昇圧用ドライバ４０及び点火用スイッチＴｒ1に出力する。また、放電維持信号ＩＧwを生成し、所定のタイミングで、補助電源回路５の補助用ドライバ５０に出力する。補助用ドライバ５０には、放電維持信号ＩＧwに先立つタイミングで、目標２次電流信号ＩＧaに基づくフィードバック閾値信号が出力され、これら信号に基づいて、フィードバック信号ＳFB及び放電スイッチ信号Ｓｄが出力される。

まず、放電期間に先立つクランク角度ＣＡ１にて、点火信号ＩＧtがハイレベル（すなわち、図中のＨｉ）に立ち上がると、点火信号ＩＧtがローレベル（すなわち、図中の０）に立ち下がる放電開始クランク角度ＣＡstまでの間、点火用スイッチＴｒ1がオンとなる。これにより、１次コイル２１に１次電流Ｉ１が通電される。

また、点火信号ＩＧtがハイレベルとなっている間に、昇圧用ドライバ４０から昇圧用スイッチＴｒ2に、パルス状の昇圧信号Ｓcが印加される。これにより、所定の期間、所定の周期で昇圧用スイッチＴｒ2のオンオフが切り換えられる。この所定の期間中、放電維持信号ＩＧwはローレベルであり、補助電源回路５は駆動されないので、コンデンサ４３に昇圧用スイッチＴｒ2のオンオフ回数に応じたエネルギが蓄積され、供給電圧Ｖcはステップ状に上昇する。

放電開始クランク角度ＣＡstにて点火信号ＩＧtがローレベルになると、点火用スイッチＴｒ1がオフとなり、１次コイル２１の１次電流Ｉ1が遮断される。このとき、１次コイル２１に自己誘電作用による１次電圧Ｖ１が発生し、２次コイル２２の２次電圧Ｖ２が上昇する。この２次電圧Ｖ２が、点火プラグＰの火花ギャップＧに印加されて、火花放電が発生すると、放電２次電流Ｉ２が流れる。

放電開始クランク角度ＣＡstにて点火信号ＩＧtがローレベルになると、放電維持信号ＩＧwがハイレベルに立ち上がる。補助用ドライバ５０は、放電維持信号ＩＧwがハイレベルとなっている間、放電２次電流Ｉ２の検出値に基づくフィードバック信号ＳFBと同期して、放電スイッチ信号Ｓｄを出力し、放電用スイッチＴｒ3をオンオフ駆動する。フィードバック信号ＳFBは、放電開始クランク角度ＣＡst以降の放電２次電流Ｉ２が０の間、及び、放電２次電流Ｉ２の絶対値が０から急増して上限閾値Ｉ２THHに達するまでの間、ハイレベルとなっている。

放電スイッチ信号Ｓｄは、放電維持信号ＩＧwとフィードバック信号ＳFBの両方がハイレベルになると、ハイレベルに立ち上がり、放電用スイッチＴｒ3をオンする。これにより、放電用スイッチＴｒ3を介して、１次コイル２１の接地側とコンデンサ４３の間の通電経路が開放され、１次コイル２１の１次電流Ｉ1が低下すると、補助電源回路５からのエネルギ供給が可能になる。これにより、１次コイル２１の接地側に、コンデンサ４３に蓄積されたエネルギが投入されて、１次コイル２１に１次電流Ｉ1が流れ、２次コイル２２の放電２次電流Ｉ２が重畳される。コンデンサ４３の供給電圧Ｖdcは、徐々に減少する。

フィードバック信号ＳFBは、放電２次電流Ｉ２が上限閾値Ｉ２THHに達すると、ローレベルに切り換わる。すると、放電スイッチ信号Ｓｄがローレベルになり、放電用スイッチＴｒ3をオフする。これにより、放電２次電流Ｉ２の絶対値が低下して、下限閾値Ｉ２THLに達すると、フィードバック信号ＳFBは、再びハイレベルに切り換わる。これを繰り返すことで、放電２次電流Ｉ２を、上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THLの間に制御することができる。

上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THLは、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtと共に周期的に更新される。クランク角度ＣＡが上死点ＴＤＣに近づき、燃焼室１０１内の圧力が上昇するにつれて、上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THLの絶対値は小さくなる。下限閾値Ｉ２THLが、所定の吹消電流Ｉ２boまで低下すると、それ以降は、吹消電流Ｉ２boが下限閾値Ｉ２THLとなるように、制御される。

その後、放電終了クランク角度ＣＡendにて、放電維持信号ＩＧwがローレベルになるまでの間、フィードバック信号ＳFBに基づいて、放電用スイッチＴｒ3のオンオフが切り換えられる。このようにして、所定の放電期間、過不足なくエネルギ供給がなされ、放電が維持される。

ここで、図９のフローチャートを用いて、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtとその上限閾値Ｉ２THH及び下限閾値Ｉ２THLの算出ルーチンの一例を説明する。図８において、放電２次電流算出ルーチンを開始すると、まず、ステップＳ１において、エンジンＥの運転状態を検出する。具体的には、上記図２に示した各種センサ、例えば、クランク角度センサＳ１の検出信号を基にエンジン回転数を算出し、吸入空気量センサＳ４、吸気圧・吸気温センサＳ５、エンジン水温センサＳ７の検出信号から、エンジンＥへの吸入空気量、吸気圧・吸気温、エンジン水温を読み込む。

ステップＳ２では、空燃比センサＳ２の検出信号から空燃比Ａ／Ｆを検出する。また、エンジンＥの運転状態から、点火プラグＰの放電開始時期と放電期間を決定し、対応する放電開始クランク角度ＣＡst、放電終了クランク角度ＣＡendを読み込む。例えば、エンジン回転数と、アクセル開度センサＳ９にて検出されるアクセル開度を用いて要求トルクを算出し、要求トルクに基づくエンジン負荷に対応するように、エンジン運転状態ごとに用意されたマップ等を参照して、最適な放電開始時期と放電期間を算出することができる。また、目標点火エネルギを算出し、基準となる放電エネルギ密度を算出することができる。空燃比Ａ／Ｆを、エンジンＥの運転状態に基づくマップ等を参照して、推定することもできる。放電開始クランク角度ＣＡst、放電終了クランク角度ＣＡendは、例えば、圧縮ＴＤＣ後クランク角度とする。

ステップＳ３では、気流速度センサＳ３の検出信号から気流速度を検出する。続くステップＳ４では、気流速度をパラメータとする吹消電流マップを読み込み、電流下限値Ｉ２minを、検出された気流速度に対応する吹消電流Ｉ２boに書き換える（すなわち、Ｉ２min＝Ｉ２bo）。図１０は、気流速度をパラメータとする吹消電流マップの一例で、両者はほぼ比例の関係にあり、気流速度が速くなるほど、吹消電流Ｉ２boの値を高くする。

次いで、ステップＳ５において、クランク角度センサＳ１の検出信号からクランク角度ＣＡを検出し、ステップＳ６において、クランク角度ＣＡが放電開始クランク角度ＣＡst以上か否かを判定する（すなわち、ＣＡ≧ＣＡst？）。ステップＳ６が肯定判定された場合は、ステップＳ７へ進み、否定判定された場合は、ステップＳ５へ戻る。

ステップＳ７では、検出された空燃比Ａ／Ｆ、クランク角度ＣＡに対応する目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）マップを読み込む。図１１は、空燃比Ａ／Ｆ、クランク角度ＣＡに対する目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）マップの一例であり、上死点ＴＤＣを挟んで遅角側又は進角側となるほど、また、空燃比Ａ／Ｆが大きくなるほど、目標値Ｉ２tgtを高くする。圧縮行程点火では、上死点ＴＤＣに対し進角側であるので、より進角側において目標値Ｉ２tgtが高くなる。

次いで、ステップＳ８において、目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）が電流下限値Ｉ２min以上か否かを判定する（すなわち、Ｉ２tgt≧Ｉ２min？）。ステップＳ８が肯定判定された場合は、ステップＳ９へ進み、否定判定された場合は、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ９では、下限閾値Ｉ２THLを目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）に書き換える（すなわち、Ｉ２THL＝Ｉ２tgt）。次いで、ステップＳ１１に進んで、上限閾値Ｉ２THHを下限閾値Ｉ２THL＋ａに書き換える（すなわち、Ｉ２THH＝Ｉ２THL＋ａ）。ここで、ａの値は、チャタリング等でスイッチ動作上、不具合が発生しない範囲で任意に設定することができる。ステップＳ１０では、下限閾値Ｉ２THLを電流下限値Ｉ２minに書き換えて（すなわち、Ｉ２THL＝Ｉ２min）、ステップＳ１１に進む。

その後、ステップＳ１２において、検出されたクランク角度ＣＡが放電終了クランク角度ＣＡend以上か否かを判定する（すなわち、ＣＡ≧ＣＡend？）。ステップＳ１２が肯定判定された場合は、本ルーチンを一旦終了し、否定判定された場合は、ステップＳ５へ戻る。

本ルーチンでは、下限閾値Ｉ２THLを、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）に設定し、所定の値ａを加算した上限閾値Ｉ２THHにするので、必要な放電エネルギ密度が確実に得られ、着火性を向上させる。下限閾値Ｉ２THLと上限閾値Ｉ２THHを、目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）の中央値となるように、設定することもできる。

このようにして設定された上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THLを用いて、図１２のフローチャートにより、点火プラグＰの放電２次電流Ｉ２を目標値Ｉ２tgtをフィードバック制御することができる。図１２において、放電制御ルーチンを開始すると、まず、ステップＳ２１において、クランク角度ＣＡが放電開始クランク角度ＣＡstとなったタイミングで、点火信号ＩＧｔがローレベルとなり、放電が開始される（すなわち、ＣＡ＝ＣＡst、ＩＧｔ＝０）。

ステップＳ２２では、放電維持信号ＩＧｗがハイレベルか否かを判定する（すなわち、ＩＧｗ＝Ｈｉ？）。ステップＳ２２が肯定判定された場合は、ステップＳ２３へ進み、放電２次電流Ｉ２を検出すると共に、下限閾値Ｉ２THLと上限閾値Ｉ２THHとを読み込む。次いで、ステップＳ２４へ進んで、検出された放電２次電流Ｉ２が下限閾値Ｉ２THL以上か否かを判定する（すなわち、Ｉ２≧Ｉ２THL？）。ステップＳ２４が肯定判定された場合は、ステップＳ２５へ進み、否定判定された場合は、ステップＳ２６へ進んで、放電用スイッチＴｒ3をオンした後（すなわち、放電用スイッチ信号Ｓｄ＝Ｈｉ）、ステップＳ２２へ戻る。

ステップＳ２５では、検出された放電２次電流Ｉ２が上限閾値Ｉ２THH以下か否かを判定する（すなわち、Ｉ２≦Ｉ２THH？）。ステップＳ２５が肯定判定された場合は、ステップＳ２２へ戻り、否定判定された場合は、ステップＳ２７へ進んで、放電用スイッチＴｒ3をオフした後（すなわち、放電用スイッチ信号Ｓｄ＝０）、ステップＳ２２へ戻る。

ステップＳ２２が否定判定された場合は、ステップＳ２８へ進んで、放電用スイッチＴｒ3をオフした後（すなわち、放電用スイッチ信号Ｓｄ＝０）、ステップＳ２９へ進んで、放電を終了し（すなわち、ＣＡ＝ＣＡend）、本ルーチンを終了する。

本ルーチンにより、放電維持信号ＩＧｔが出力されている間、下限閾値Ｉ２THLと上限閾値Ｉ２THHを随時更新しながら、検出された放電２次電流Ｉ２をフィードバック制御し、目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）の近傍に維持することができる。

（参考形態２）
参考形態２として図１３に示すタイムチャートについて、次に説明する。膨張行程点火の場合においても、同様にして、図９、図１２に示したフローチャートにより、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを算出し、上限閾値Ｉ２THH及び下限閾値Ｉ２THLに基づく放電制御を実行することができる。点火制御装置１の構成は、参考形態１と同様であり、説明を省略する。
なお、参考形態２以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

点火時期が上死点ＴＤＣに対し遅角側である膨張行程点火では、図９のステップＳ７で用いる目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）マップにおいて、遅角側ほど目標値Ｉ２tgtが高くなる。言い換えれば、放電開始クランク角度ＣＡstから放電終了クランク角度ＣＡendまでの放電期間において、上死点ＴＤＣに近い放電初期ほど、目標値Ｉ２tgtが低くなり、必要な放電エネルギ密度が低下する。そのため、図９のステップＳ８において、クランク角度ＣＡに対応する目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）が電流下限値Ｉ２min未満となると、ステップＳ１０において、下限閾値Ｉ２THLが電流下限値Ｉ２min、すなわち吹消電流Ｉ２boとなる。

したがって、図１３に示すように、放電開始クランク角度ＣＡstにおいて、１次電流Ｉ１が遮断されるのと同時に放電２次電流Ｉ２が急増する。その場合は、図９のステップＳ９において、下限閾値Ｉ２THLが目標値Ｉ２tgtとなる。そして、図１２のステップＳ２４、Ｓ２５において、検出される放電２次電流Ｉ２が下限閾値Ｉ２THL以上、上限閾値Ｉ２THH以上となるので、フィードバック信号ＳFBはローレベルに切り換わって、放電用スイッチＴｒ3はオンとならない。その後、放電２次電流Ｉ２が下限閾値Ｉ２THLを下回ると、放電用スイッチＴｒ3がオンとなり、以降、上限閾値Ｉ２THHとの間となるようにフィードバック制御される。

この場合も、放電２次電流Ｉ２が略一定の場合に対して、放電初期側の放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtが低くなることで、必要な放電エネルギ密度に近づけるように制御できる。その結果、基準値による制御時に比べて、放電エネルギ量が大幅に低減し着火性を確保しつつ、無駄な放電エネルギの消費を抑制して、電極消耗を抑制することができる。

（参考形態３）
参考形態３の点火制御装置１について、図１４〜図１６を参照しながら説明する。上記各参考形態では、点火コイル２へ電源回路部１０の主電源回路１１と補助電源回路５とから電源を供給する構成としたが、点火プラグＰへの連続放電が可能な点火方式であれば、どのように構成されていてもよい。例えば、点火プラグＰへの通電を、複数の並列配置された電源回路から行うようにしてもよい。

本形態では、電源回路部１０に複数の電源回路１３、１４を設けると共に、点火プラグＰに接続される複数の点火コイル２Ａ、２Ｂを設けて、点火プラグＰへの放電エネルギの供給を交互に行うようにする。電源回路部１０には電圧レギュレータ７が設けられ、第１点火コイル２Ａに接続される第１電源回路１３と第２点火コイル２Ｂに接続される第２電源回路１４に、それぞれ電圧レギュレータ７から電圧供給可能としている。

第１、第２点火コイル２Ａ、２Ｂは、それぞれ１次コイル２１ａ、２１ｂ、２次コイル２２ａ、２２ｂを備え、１次コイル２１ａ、２１ｂの一端側が電圧レギュレータ７のプラス端子に接続されている。１次コイル２１ａ、２１ｂの他端側は、それぞれ通電用スイッチＴｒ4、Ｔｒ5を介して接地されている。第１電源回路１３は、通電用スイッチＴｒ4が、電圧レギュレータ７から第１点火コイル２Ａの１次コイル２１ａへの通電経路を開閉し、第２電源回路１４は、通電用スイッチＴｒ5が、電圧レギュレータ７から第２点火コイル２Ｂの１次コイル２１ｂへの通電経路を開閉する。

電圧レギュレータ７は、例えば、公知のＤＣ−ＤＣコンバータであり、リレー７１を介してバッテリＢに接続されている。電圧レギュレータ７は、バッテリＢの直流電圧を、所望の供給電圧Ｖ１に昇圧し、第１、第２点火コイル２Ａ、２Ｂに供給する。電圧レギュレータ７のマイナス端子は接地されている。第１、第２点火コイル２Ａ、２Ｂの２次コイル２２ａ、２２ｂは、整流素子６１ａ、６１ｂを介して、点火プラグＰに接続されている。

点火制御部３は、上記各参考形態と同様に、放電開始時期及び放電期間を設定する放電時期設定部３１と、放電２次電流Ｉ２の目標値Ｉ２tgtを設定する目標電流設定部３２と、上限閾値Ｉ２THH及び下限閾値Ｉ２THLを設定するフィードバック制御部３３を有している。また、上記した各種センサＳ１〜Ｓ８の検出信号が入力されており、上記各参考形態と同様に、これら検出値に基づく各種信号を生成して、点火プラグＰの点火動作を制御する。以下、相違点を中心に説明する。

放電時期設定部３１は、各種センサＳ１〜Ｓ８の検出値から知られるエンジンＥの運転状態に応じて、点火を開始するための点火信号ＩＧＴa、ＩＧＴbを生成し、点火制御部３の一部を構成する通電用ドライバ３０に出力する。また、放電を維持するための放電維持信号ＩＧwが生成される。通電用ドライバ３０は、これら信号に基づく所定のタイミングで、通電信号ＳＷa、ＳＷbを交互に出力する。これにより、通電用スイッチＴｒ4、Ｔｒ5がオンオフ駆動されて、第１、第２点火コイル２Ａ、２Ｂが交互に通電される。電圧レギュレータ７の供給電圧Ｖ１は、内蔵される供給電圧検出部にて検出され、通電用ドライバ３０に出力される。

また、放電時期設定部３１により放電維持信号ＩＧwが生成され、目標電流設定部３２により、目標２次電流信号ＩＧaが、フィードバック制御部３３によりフィードバック閾値信号が、それぞれ生成される。これら各部の基本動作は、上記各参考形態と同様であり、説明を省略する。

通電用ドライバ３０には、供給電圧制御部３４が設けられる。本形態では、放電２次電流Ｉ２を、目標値Ｉ２tgtに基づく上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THLの間に制御するために、供給電圧Ｖ１を変化させる。供給電圧制御部３４は、フィードバック回路６から入力される放電２次電流Ｉ２と、電圧レギュレータ７から入力される供給電圧Ｖ１に基づいて、目標電圧Ｖreqを算出し、電圧レギュレータ７へ出力する。これにより、電圧レギュレータ７の供給電圧Ｖ１が、目標電圧Ｖreqとなるように制御される。

図１５のタイムチャートにより、供給電圧制御部３４を用いた放電２次電流Ｉ２制御の一例を示すように、まず、放電期間に先立つクランク角度ＣＡ１にて、点火信号ＩＧＴaがハイレベルに立ち上がると、ローレベルに立ち下がる放電開始クランク角度ＣＡstまでの間、通電信号ＳＷaが出力される。これにより、通電用スイッチＴｒ4がオンとなり、第１点火コイル２Ａの１次コイル２１ａに１次電流Ｉ１aが通電される。次いで、所定の期間τ／２後のクランク角度ＣＡ2にて、点火信号ＩＧＴbがハイレベルに立ち上がると、通電信号ＳＷbが出力される。これにより、通電用スイッチＴｒ5がオンとなり、第２点火コイル２Ｂの１次コイル２１ｂに１次電流Ｉ１aが通電される。

これに先立ち、電圧レギュレータ７の供給電圧Ｖ１は、バッテリＢより十分高い電圧に昇圧されている。放電開始クランク角度ＣＡstにて点火信号ＩＧＴaがローレベルになると、通電信号ＳＷaがローレベルとなり、通電用スイッチＴｒ4がオフとなって、１次コイル２１ａの１次電流Ｉ１aが遮断される。これに伴い２次コイル２２ａの２次電圧Ｖ２aが上昇し、点火プラグＰの火花ギャップＧに印加されて、放電２次電流Ｉ２が流れる。放電２次電流Ｉ２は、三角波状に流れて上限閾値Ｉ２THHの近傍に達した後、減衰する。

続いて、放電開始クランク角度ＣＡstから期間τ／２後に、点火信号ＩＧＴbがローレベルになると、通電信号ＳＷbがローレベルとなり、通電用スイッチＴｒ4がオフとなって、１次コイル２１ｂの１次電流Ｉ１bが遮断される。これに伴い２次コイル２２ｂの２次電圧Ｖ２bが上昇し、点火プラグＰの火花ギャップＧに印加される。すると、下限閾値Ｉ２THLの近傍まで低下していた放電２次電流Ｉ２が、再び上昇する。

放電維持信号ＩＧwが出力されている間は、周期τ、デューティ比τ／２にて、通電信号ＳＷaと通電信号ＳＷbが交互にオンオフされる。すなわち、通電信号ＳＷbがローレベルとなると、通電信号ＳＷaが再びハイレベルとなり、期間τ／２後に再びローレベルとなると、通電信号ＳＷbが再びハイレベルとなる。これを繰り返すことで、第１点火コイル２Ａと第２点火コイル２Ｂに交互に蓄えられたエネルギを、点火プラグＰに連続的に投入することができる。

この場合も、クランク角度センサＳ１で検出されるクランク角度ＣＡに応じて、目標値Ｉ２tgtに基づく上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THL目標値Ｉ２tgtが、随時更新される。また、フィードバック回路６から入力される放電２次電流Ｉ２の検出信号が、上限閾値Ｉ２THHと下限閾値Ｉ２THL目標値Ｉ２tgtの間に維持されるように、供給電圧Ｖ１の目標電圧Ｖreqが設定される。このとき、放電２次電流Ｉ２を検出するために、通電信号ＳＷaと通電信号ＳＷbのオンオフが切り換わり、放電２次電流Ｉ２が最小又は最大となるタイミングで、電流検出トリガ信号ＳＷL又は電流検出トリガ信号ＳＷHが出力される。

図１６のフローチャートに示すように、本形態における放電制御ルーチンを開始すると、まず、ステップＳ１０１において、点火信号ＩＧＴaがローレベルとなり、クランク角度ＣＡが放電開始クランク角度ＣＡstとなったタイミングで、放電が開始される（すなわち、ＣＡ＝ＣＡst）。

ステップＳ１０２では、放電維持信号ＩＧｗがハイレベルか否かを判定する（すなわち、ＩＧｗ＝Ｈｉ？）。ステップＳ１０２が肯定判定された場合は、ステップＳ１０３へ進み、電流検出トリガ信号ＳＷLがハイレベルか否かを判定する（すなわち、ＳＷL＝Ｈｉ？）。ステップＳ１０３が肯定判定された場合は、ステップＳ１０４へ進み、放電２次電流Ｉ２を検出する。次いで、ステップＳ１０４へ進み、検出した放電２次電流Ｉ２を最小電流Ｉ２Ｌとした後（すなわち、Ｉ２Ｌ＝Ｉ２）、ステップＳ１０２へ戻る。

ステップＳ１０３が否定判定された場合は、ステップＳ１０６へ進み、電流検出トリガ信号ＳＷHがハイレベルか否かを判定する（すなわち、ＳＷH＝Ｈｉ？）。ステップＳ１０６が肯定判定された場合は、ステップＳ１０７へ進み、放電２次電流Ｉ２を検出する。次いで、ステップＳ１０８へ進み、検出した放電２次電流Ｉ２を最大電流Ｉ２Ｈとした後（すなわち、Ｉ２Ｈ＝Ｉ２）、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０６が否定判定された場合は、ステップＳ１０２へ戻る。

ステップＳ１０９では、最小電流Ｉ２Ｌが下限閾値Ｉ２THL以上か否かを判定する（すなわち、Ｉ２Ｌ≧Ｉ２THL？）。ステップＳ１０９が肯定判定された場合は、ステップＳ１１０へ進み、最大電流Ｉ２Ｈが上限閾値Ｉ２THH以上か否かを判定する（すなわち、Ｉ２Ｈ≧Ｉ２THH？）。ステップＳ１１０が肯定判定された場合は、ステップＳ１１１へ進み、ステップＳ１１０が否定判定された場合は、ステップＳ１０２へ戻る。

ステップＳ１１１では、上限閾値Ｉ２THHと最大電流Ｉ２Ｈの差Ｉ２def（すなわち、Ｉ２def＝Ｉ２THH−Ｉ２Ｈ；Ｉ２def≦０）を算出し、ステップＳ１１３へ進む。また、ステップＳ１０９が否定判定された場合は、ステップＳ１１２へ進んで、下限閾値Ｉ２THLと最小電流Ｉ２Ｌの差Ｉ２def（すなわち、Ｉ２def＝Ｉ２THH−Ｉ２Ｌ；Ｉ２def≧０）を算出し、ステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１３では、算出した最小電流Ｉ２Ｌ又は最大電流Ｉ２Ｈとの差Ｉ２defが供給電圧Ｖ１の変化と相関があることを利用し、定数Ｃを用いて電圧変化幅Ｖ２defを算出する（すなわち、Ｖ２def＝Ｃ×Ｉ２def）。ステップＳ１１４では、電圧レギュレータ７に内蔵する供給電圧検出部の検出信号から、供給電圧Ｖ１を検出し、これらを基に、ステップＳ１１５にて、目標電圧Ｖreqを算出する（すなわち、Ｖreq＝Ｖ１＋Ｖdef）。ステップＳ１１６にて、目標電圧Ｖreqを電圧レギュレータ７に出力し、供給電圧Ｖ１を変更した後、ステップＳ１０２へ戻る。ステップＳ１０２が否定判定された場合は、ステップＳ１１７へ進んで、放電を終了し、本ルーチンを終了する。

本ルーチンにより、図１５のタイムチャートに示す最大電流Ｉ２Ｈが上限閾値Ｉ２THH以上となったとき、又は、最小電流Ｉ２Ｌが下限閾値Ｉ２THL以下となったときに、その差Ｉ２defに応じた目標電圧Ｖreqに供給電圧Ｖ１が変更される。これにより、放電２次電流Ｉ２を目標値Ｉ２tgt（ＣＡ）の近傍に維持することができる。

（実施形態１）
実施形態１の点火制御装置１について、図１７〜図２０を参照しながら説明する。上記各参考形態では、単一の点火プラグＰへ、電源回路部１０の複数の電源回路又は複数の点火コイル２から通電する構成としたが、本形態では、複数の点火プラグＰＡ、ＰＢを用い、それぞれに接続された複数の点火コイル２Ａ、２Ｂへ、順次、電源回路部１０から電源を供給する。この場合も、点火プラグＰＡ、ＰＢへの通電を、点火制御部３にて制御して、点火プラグＰＡ、ＰＢを連続的に放電することが可能になる。

本形態において、電源回路部１０の基本構成は、上記参考形態３と同様とすることができる。例えば、第１点火プラグＰＡに第１点火コイル２Ａを接続して、第１電源回路１３から通電し、第２点火プラグＰＢに第２点火コイル２Ｂを接続して、第２電源回路１４から通電する。この場合は、必ずしも電源回路部１０に電圧レギュレータ７に設ける必要はなく、例えば、バッテリＢと第１、第２点火コイル２Ａ、２Ｂとの間を、通電用スイッチＴｒ4、Ｔｒ5で開閉する構成とすることができる。

第１点火プラグＰＡと第２点火プラグＰＢは、先端電極部が燃焼室１０１内に位置するように、エンジンＥの吸気バルブＶinと排気バルブＶexの間に並設される。第１、第２点火プラグＰＡ、ＰＢは、先端電極部に形成される火花ギャップＧの長さが異なる以外は、同等の構造を有する。第１、第２点火プラグＰＡ、ＰＢは、それぞれ、先端に電極チップを有する中心電極Ｐ１と、平板状の接地電極Ｐ２とを有し、軸方向に対向する両電極の距離を、電極間距離ＧＡＰa、ＧＡＰbとしている。ここでは、第１点火プラグＰＡの電極間距離ＧＡＰaが、第２点火プラグＰＢの電極間距離ＧＡＰbより長くなるように形成される（すなわち、ＧＡＰa＞ＧＡＰb）。

点火制御部３は、上記参考形態３と同様に、放電時期設定部３１にて放電開始時期と放電期間を設定して、第１点火プラグＰＡと第２点火プラグＰＢの点火を開始するための点火信号ＩＧＴa、ＩＧＴbを生成し、第１点火コイル２Ａ、第２点火コイル２Ｂへの通電を制御する。また、１燃焼サイクル中に火花放電を形成させる点火プラグＰを順次切り換えるプラグ切換部３５を有する。プラグ切換部３５は、このとき、放電期間の前半に第１点火プラグＰＡによる点火を行い、後半に第２点火プラグＰＢによる点火を行って、放電エネルギの投入先を切り換えることで、放電エネルギ密度を制御する。

図１８の上段に示すように、第１、第２点火プラグＰＡ、ＰＢの電極Ｐ１、Ｐ２間に形成される火花ギャップＧに形成される放電は、燃焼室１０１内の気流（図中に矢印で示す）によって側方に流され、放電経路が引き伸ばされる。このとき、電極間距離ＧＡＰa、ＧＡＰbが長いと、放電の起点が広がるため放電経路が長くなる。図１８の下段に示すように、放電経路が長いほど、放電時の平均２次電圧は高くなるため、平均エネルギ密度が高くなる。

放電エネルギ密度は、第１、第２点火プラグＰＡ、ＰＢの放電時に流れる放電２次電流ＩＶ２と電極間に印加される２次電圧（以下、電極間電圧と称する）Ｖ２の積であり、上述したように、電極間距離ＧＡＰa、ＧＡＰbを変化させて、電極間電圧Ｖ２を変化させることができる。すなわち、電極間距離ＧＡＰaがより長い第１点火プラグＰＡは、放電エネルギ密度がより大きくなり、電極間距離ＧＡＰbがより短い第２点火プラグＰＢは、放電エネルギ密度がより小さくなる。このとき、上記各参考形態と同様に、クランク角度ＣＡが上死点ＴＤＣに近いほど、火花ギャップＧの長さが短くなるように、第１、第２点火プラグＰＡ、ＰＢを選択することで、放電エネルギ密度を制御することができる。

例えば、圧縮行程点火の場合には、図１９のタイムチャートに示すように、まず、点火信号ＩＧＴaを出力して、第１点火プラグＰＡに点火し、次いで、点火信号ＩＧＴbを出力して、第２点火プラグＰＢに点火することで、段階的に放電エネルギ密度を変化させることができる。すなわち、放電初期には、第１点火プラグＰＡを放電させることにより、電極間電圧Ｖ２を高くして、放電エネルギ密度を高くする。その後、第２点火プラグＰＡに切り換えると、電極間電圧Ｖ２が低くなるので、上死点ＴＤＣにより近くなる放電後期に、放電エネルギ密度が低くなる。これにより、必要な放電エネルギ密度の変化に対応させて、効果的に放電制御することができる。

具体的には、エンジンＥの運転条件に応じて、最適となる点火時期ＳＡ（すなわち、第１点火プラグＰＡの放電開始時期）を決定し、必要なコイル充電時間Ｔonに応じて、点火信号ＩＧＴaがハイレベルとなるクランク角度（例えば、図１９のＣＡaon〜ＣＡaend）を決定する。また、第１点火プラグＰＡの放電期間Ｔaspkに応じて、点火信号ＩＧＴbがハイレベルとなるクランク角度（例えば、図１９のＣＡbon〜ＣＡbend）を決定し、第１点火プラグＰＡから第２点火プラグＰＢへの切り換わりを制御する。

図２０にフローチャートに示すように、点火制御ルーチンを開始すると、ステップＳ２０１において、上記各参考形態と同様に、各種センサの検出信号からエンジンＥの運転状態、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧Ｐim、空燃比Ａ／Ｆを読み込む。次いで、ステップＳ２０２において、検出したエンジンＥの運転状態に基づくマップ値として、点火時期ＳＡ（ＣＡ）、コイル充電時間Ｔon（ｍｓ）を読み込む。点火時期ＳＡは、例えば、圧縮ＴＤＣクランク角度とする。

ステップＳ２０３では、点火信号ＩＧＴaの立ち下がり時期ＩＧＴaendを算出する。ここでは、立ち下がり時期ＩＧＴaend＝点火時期ＳＡとする。
また、ステップＳ２０４において、点火信号ＩＧＴaの立ち上がり時期ＩＧＴaonを、下記式１により算出する。
式１：ＩＧＴaon＝点火時期ＳＡ−Ｔon×Ｎｅ×３６０×Ｓ
式１中、Ｓは、時間−クランク角度のスケール変換係数である。

続いて、ステップＳ２０５において、点火信号ＩＧＴaの充電期間と放電期間Ｔaspk（ｍｓ）との関係を示すマップより、第１点火プラグＰＡの放電期間Ｔaspkを読み込む。ステップＳ２０６では、第１点火プラグＰＡの放電終了時期Ｔaend（ＣＡ）を、下記式２により算出する。
式２：Ｔaend＝点火時期ＳＡ＋Ｔaspk×Ｎｅ×３６０×Ｓ

その後、ステップＳ２０７において、点火信号ＩＧＴbの立ち下がり時期ＩＧＴbendを算出する。ここでは、立ち下がり時期ＩＧＴbend＝Ｔaendとする。ステップＳ２０８では、点火信号ＩＧＴbの立ち上がり時期ＩＧＴbonを、下記式３により算出する。
式３：ＩＧＴbon＝ＩＧＴbend−Ｔon×Ｎｅ×３６０×Ｓ

ステップＳ２０９では、クランク角度ＣＡmを検出し、次いで、ステップＳ２１０にて、検出されたクランク角度ＣＡmが、第１点火プラグＰＡの立ち上がり時期ＩＧＴaonと立ち下がり時期ＩＧＴaendの間にあるかを判定する（すなわち、ＩＧＴaon≦ＣＡm≦ＩＧＴaend？）。ステップＳ２１０が肯定判定された場合は、ステップＳ２１１へ進み、点火信号ＩＧＴaをハイレベルとして（すなわち、ＩＧＴa＝Ｈｉ）、ステップＳ２１２へ進む。

ステップＳ２１０が否定判定された場合も、ステップＳ２１２へ進む。これにより、立ち上がり時期ＩＧＴaonから立ち下がり時期ＩＧＴaendまでのコイル充電時間Ｔonの間、通電用スイッチＴｒ4がオンとなって、第１点火コイル２Ａの１次コイル２１ａに充電される。コイル充電時間Ｔon後に、通電用スイッチＴｒ4がオフとなると、図１９に示す点火時期ＳＡにおいて、第１点火プラグＰＡの電極間電圧Ｖ２が急増し、放電が開始される。

ステップＳ２１２では、検出されたクランク角度ＣＡmが、第２点火プラグＰＢの立ち上がり時期ＩＧＴbonと立ち下がり時期ＩＧＴbendの間にあるかを判定する（すなわち、ＩＧＴbon≦ＣＡm≦ＩＧＴbend？）。ステップＳ２１２が肯定判定された場合は、ステップＳ２１３へ進み、点火信号ＩＧＴbをハイレベルとして、ステップＳ２０９へ戻る。

ステップＳ２１２が否定判定されたら、本ルーチンを終了する。これにより、点火時期ＳＡ後の所定の立ち上がり時期ＩＧＴbonから立ち下がり時期ＩＧＴbendまでのコイル充電時間Ｔonの間、通電用スイッチＴｒ5がオンとなって、第２点火コイル２Ｂの１次コイル２１ｂに充電される。その後、図１９に示すクランク角度ＣＡbendにて、通電用スイッチＴｒ5がオフとなると、第２点火プラグＰＢの電極間電圧Ｖ２が急増する。

これにより、第１点火プラグＰＡの放電期間Ｔaspk後、速やかに第２点火プラグＰＢの放電が開始され、クランク角度ＣＡmに応じて、効率よく放電エネルギを投入できる。したがって、第１点火プラグＰＡと第２点火プラグＰＢを連続的に点火動作させて、火花放電を維持することができる。また、複数の点火プラグＰＡ、ＰＢを用いることで、プラグ１つあたりに投入するエネルギは分散されるため、各点火プラグＰＡ、ＰＢの電極消耗が低減でき、プラグ寿命を長期化できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。上記実施形態では、内燃機関として、ポート噴射式のガソリンエンジンを例示したが、例えば、筒内直接噴射式のガソリンエンジンであってもよい。また、車両用ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンや車両用以外の各種内燃機関に適用することもできる。点火プラグは、上記実施形態で例示した構成に限るものではなく、取り付けられる内燃機関に応じた任意の構成とすることができる。

Ｅ ガソリンエンジン（内燃機関）
Ｐ 点火プラグ
Ｇ 火花ギャップ
１ 点火制御装置
２ 点火コイル
３ 点火制御部
３１ 放電時期設定部
３５ プラグ切換部
Ｓ１ クランク角度センサ（クランク角度検出部）

Claims (1)

1. １次コイル（２１）及び２次コイル（２２）を有する点火コイル（２）と、
   上記２次コイルに接続され、上記１次コイルへの通電のオンオフに伴う電磁誘導により、火花ギャップ（Ｇ）に火花放電を発生する点火プラグ（Ｐ）と、
   上記１次コイルへの通電をオンオフすることにより、燃焼室内に火花放電を開始させると共に、火花放電中の通電動作を制御する点火制御部（３）と、を備える内燃機関（Ｅ）の点火制御装置（１）であって、
   上記燃焼室内に、上記火花ギャップの長さ（ＧＡＰa、ＧＡＰb）が異なる複数の上記点火プラグ（ＰＡ、ＰＢ）を併設すると共に、上記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出部（Ｓ１）を備えており、
   上記点火制御部は、上記内燃機関の運転状態に応じて放電開始時期及び放電期間を設定する放電時期設定部（３１）と、１燃焼サイクル中に火花放電を形成させる上記点火プラグを順次切り換えるプラグ切換部（３５）を有し、上記プラグ切換部は、検出されるクランク角度が上死点（ＴＤＣ）に近いほど、上記火花ギャップの長さが短い上記点火プラグに火花放電を形成させる、内燃機関の点火制御装置。

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