JP4613848B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火制御装置にかかり、特に１回の燃焼行程内で点火プラグに点火放電を複数回生じさせるものに関する。

火花点火式の内燃機関にあっては、点火コイル等からなる点火装置によって点火プラグに点火放電が発せられ、その点火放電により燃焼室に導入された燃料が燃焼に供される。ここで、燃焼状態を良好なものにするために１回の燃焼行程内で点火プラグに点火放電を複数回生じさせる、いわゆる多重放電技術が提案されている。この技術では、所定の多重放電期間の間、点火プラグにおいて点火放電を繰り返し生じさせるようにしている。

例えば、特許文献１では、容量放電型点火装置と多重放電点火装置とを組み合わせた点火装置が示されている。すなわち、バッテリとエネルギ蓄積コイルと第１のスイッチ手段とを直列に接続するとともに、エネルギ蓄積コイルと逆流防止手段と点火コイルの一次側コイルと第２のスイッチ手段とを直列に接続している。また、エネルギ蓄積コイルには逆流防止手段を介してコンデンサを接続し、点火コイルの二次側コイルには点火プラグを接続している。そして、かかる構成において、エネルギ蓄積コイル及びコンデンサを充電した後、エネルギ蓄積コイル及びコンデンサを放電させて、点火コイルを充電するとともに点火プラグに初回の点火放電を生じさせる。その後、第１及び第２のスイッチ手段を一定周期にて交互にオン／オフして、エネルギ蓄積コイルを充電するとともに点火コイルを放電させる一方、点火コイルを充電するとともにエネルギ蓄積コイルを放電させる。これにより、点火コイルの二次側に正逆両方向に電流を通電し、点火プラグに点火放電を繰り返し生じさせて多重放電を実施している。

しかしながら、近年のエンジンにおいては、燃焼状態を改善するために筒内流速を早くする等の改良が行われている場合があり、その場合、点火プラグ周辺のガスの流速が大きくなって点火放電を維持するために必要な電圧が大きくなる。また、空燃比のリーン化が進められた超リーンバーンエンジン等においては、点火プラグ周辺のガスの流速がより大きくなるため、点火プラグに大きな電流を流す必要がある。このような環境において特許文献１などの従来の点火装置では、必要とされる二次電流を確保することができないおそれがあった。
特許第２８１１７８１号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多重放電に際して点火プラグに流れる電流の大きさを確保することのできる内燃機関の点火制御装置を提供することである。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明では、点火コイルの二次側コイルに流れる二次電流を検出する電流検出手段を備え、多重放電に際し、電流検出手段により検出した二次電流が所定の電流判定値に達する度に、第１及び第２のスイッチ手段のオン／オフ切り替えを実施する。

本発明では、電源系の構成として少なくともエネルギ蓄積コイルと同エネルギ蓄積コイルに直列に接続された第１のスイッチ手段とが設けられ、点火コイルの一次側コイルにエネルギ蓄積コイルと第２のスイッチ手段とが接続されるとともに、同点火コイルの二次側コイルに点火プラグが接続されている。かかる構成において、第１及び第２のスイッチ手段を交互にオン／オフすることにより、エネルギ蓄積コイルの充電と放電とが繰り返し行われる。そして、そのエンジン蓄積コイルの充放電により二次側コイルに正逆両方向の二次電流が流れて多重放電が実施される。

ところで、近年のエンジンにおいては、燃焼状態を改善するために筒内流速を早くする等の改良が行われている場合があり、その場合、点火プラグ周辺のガスの流速が大きくなって点火放電を維持するために必要な電圧が大きくなる。また、空燃比のリーン化が進められた超リーンバーンエンジン等においては、点火プラグ周辺のガスの流速が大きく、点火プラグに大きな電流を流す必要がある。

本発明によれば、二次電流が所定の電流判定値に達する度に第１及び第２のスイッチ手段のオン／オフが切り替えられるため、二次電流を常に電流判定値以上に保つことができる。したがって、内燃機関が必要とする二次電流を継続して供給することができる。

また、請求項１に記載の発明では、内燃機関の筒内流速又はそれに相関する情報を取得し、電流判定値をその取得した流速情報に基づいて可変設定する。

多重放電に際して必要となる二次電流は点火プラグ近傍のガスの流速に依存するものである。したがって、筒内流速又はそれに相関する情報に基づいて電流判定値を設定すると良い。

ところで、一般に、筒内流速を直接取得することは困難である。そこで、請求項２に記載の発明では、内燃機関の運転状態情報を筒内流速情報とし、その運転状態情報に基づいて電流判定値を設定する構成としている。これは、筒内流速は内燃機関の回転速度や空燃比、筒内の充填効率等に依存するものであり、それらの内燃機関の運転状態に基づいて推測することができるためである。すなわち、請求項３に記載の発明のように、運転状態情報として内燃機関の回転速度を取得し、その回転速度に応じて電流判定値を設定する。内燃機関の回転速度が大きくなるにつれピストンの往復運動が速くなって筒内流速が大きくなる傾向にあるため、内燃機関の回転速度が大きいほど、電流判定値を大きく設定すると良い。また、請求項４に記載の発明のように、運転状態情報として空燃比のリーン度合いを取得し、その空燃比のリーン度合いに応じて電流判定値を設定する。燃料が着火しにくくなることへの対策として燃焼速度を向上させるべく筒内流速を大きくしているため、空燃比のリーン度合いが大きくなるほど、電流判定値を大きく設定すると良い。

ところで、空燃比のリーン化が進められた超リーンバーン等の筒内流速が大きくなる燃焼に際しては、点火放電を発生させるために必要な二次側コイルに発生する電圧や電流が大きくなる。しかしながら前述した点火制御装置の構成ではそのために必要な電気エネルギを供給することができない。そこで、請求項５に記載の発明のように、エネルギ蓄積コイル及び第１のスイッチ手段を有してなる電源系とは別に、点火コイルの一次側コイルと第２のスイッチ手段と直列に接続され、バッテリの電圧を昇圧して出力する電源手段を備える構成とするとよい。これにより、電源手段より電気エネルギが供給され、点火プラグに高電圧が印加されるとともに大きな電流が流れる。したがって、筒内流速が大きくなったとしても点火プラグに点火放電を発生させることができる。さらに、請求項６に記載の発明のように、エネルギ蓄積コイル及び第１のスイッチ手段を有してなる電源系とは別に、バッテリの電圧を昇圧して出力する電源手段を備え、この電源手段から一次側コイルに正逆両方向に電流を流すことを可能とするＨブリッジ回路を構成する。そして、多重放電に際し、二次電流が所定の電流判定値に達する度に、一次側コイルに流す電流の向きを切り替えるようにしても良い。ここで、Ｈブリッジ回路を構成したことにより、一次側コイルに一方向にのみ通電して点火コイルを充放電する場合に比べて通電電流のピーク値が半分で済み、点火コイルの発熱が抑えられる。

また、空燃比のリーン化が進められた超リーンバーン等の筒内流速が大きくなる燃焼に際しては、第１及び第２のスイッチ手段の切り替えに際して点火放電が生じにくくなり、点火放電を発生させるために、点火放電を維持する場合に比べ、二次側コイルにさらに大きな電圧が必要になる。そこで、請求項７に記載の発明のように、少なくとも容量放電用コンデンサとその容量放電用コンデンサを充電する充電手段とを備える構成とすると良い。かかる構成では、容量放電用コンデンサから比較的大きな電気エネルギが供給されるため、二次側コイルに大きな電圧が発生して点火プラグに点火放電を生じさせることができる。

（第1実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載ガソリンエンジンを対象として点火制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御システム（以下、ＥＣＵという）からの点火指令に基づき点火プラグに放電火花を生じさせることととしている。先ずは、図１を用いて点火制御システムの概略構成を説明する。

図１において、直流電源であるバッテリ１１には、エネルギ蓄積コイル１２とＩＧＢＴ１３とが直列に接続されており、エネルギ蓄積コイル１２にはＩＧＢＴ１３のオンのときに電気エネルギが蓄えられる。また、エネルギ蓄積コイル１２とＩＧＢＴ１３との間にはダイオード１４を介して容量放電用コンデンサ１５が接続されており、このコンデンサ１５はエネルギ蓄積コイル１２に蓄えられた電気エネルギにより充電される。

エンジンの気筒ごとに設けられる点火コイル２１は一次側コイル２１ａと二次側コイル２１ｂとよりなる。一次側コイル２１ａの一端には前記コンデンサ１５が接続され、他端にはＩＧＢＴ２２が接続されている。このＩＧＢＴ２２がオン／オフされることにより、エネルギ蓄積コイル１２やコンデンサ１５に蓄積された電気エネルギが放出され、一次側コイル２１ａに一次側電流Ｉ１が流れる。また、二次側コイル２１ｂの一端には点火プラグ２３が接続され、他端には電流検出用の抵抗２４が接続されている。一次側コイル２１ａの通電時にはそれに伴い二次側コイル２１ｂに二次側電流Ｉ２が流れ、点火コイル２１からの放電エネルギの供給（高電圧の印加）によって点火プラグ２３に点火放電が発生する。ここで、コンデンサ１５の充電電圧をＶｃとし、点火プラグ２３の端子間電圧をプラグ電圧Ｖｐとする。また、エネルギ蓄積コイル１２に流れる電流を充電電流Ｉｅとする。さらに、バッテリ１１から一次側コイル２１ａに流れる向きを正として、一次側コイル２１ａに流れる電流を一次側電流Ｉ１とし、二次側コイル２１ｂから点火プラグ２３に流れる向きを正として、二次側コイル２１ｂに流れる電流（プラグ電流）を二次側電流Ｉ２とする。

ＥＣＵ２０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することによってエンジンの各種運転状態を制御するものである。点火時期制御においてＥＣＵ２０は、エンジン回転速度やアクセル操作量などのエンジンの運転状態を表す運転状態情報を取得し、その運転状態情報に基づいて最適な点火時期を算出する。そして、その点火時期に応じて点火信号ＩＧｔを生成し、点火制御回路３０に出力する。また、本点火制御システムでは、燃焼状態を良好なものにするために１回の燃焼行程内で点火プラグ２３に点火放電を複数回生じさせる多重放電制御を実施する。このため、ＥＣＵ２０は、運転状態情報に基づいて点火放電を繰り返し生じさせる多重放電期間を算出する。そして、その多重放電期間を規定する多重期間信号ＩＧｗを生成し、点火制御回路３０に出力する。

点火制御回路３０は、ＥＣＵ２０より入力した点火信号ＩＧｔ及び多重期間信号ＩＧｗに基づきＩＧＢＴ１３，２２をそれぞれオン／オフをさせるための駆動信号ＩＧ１及びＩＧ２を出力する。詳しくは、点火信号ＩＧｔに従い、駆動信号ＩＧ１及びＩＧ２を出力してＩＧＢＴ１３，２２をそれぞれオン／オフし、点火時期にて点火放電を生じさせる。その後、多重期間信号ＩＧｗによる多重放電期間の間、ＩＧＢＴ１３，２２を繰り返しオン／オフし、点火放電を繰り返し生じさせる。

以下、多重放電を実施する際の点火動作の概要について、図２のタイムチャートを用いて説明する。図２では、点火時期としてタイミングｔ１１において初回の点火放電を生じさせ、多重放電期間としてタイミングｔ１１〜ｔ１４の間で放電を繰り返し生じさせている。ここでは、多重放電期間においてＩＧＢＴ１３，２２を一定の切替時間αごとにオン／オフする構成について説明する。

先ず点火時期前のタイミングｔ１０において点火信号ＩＧｔがＨレベルに立ち上げられると、それを受けてＩＧＢＴ１３がオンされ、充電電流Ｉｅが流れてエネルギ蓄積コイル１２が充電される。そして、点火時期であるタイミングｔ１１において点火信号ＩＧｔがＬレベルに立ち下げられると、ＩＧＢＴ１３がオフされる共にＩＧＢＴ２２がオンされる。これにより、エネルギ蓄積コイル１２及びコンデンサ１５から一次側コイル２１ａに電気エネルギが同時に供給される。これに伴い二次側コイル２１ｂに高電圧が誘起され、プラグ電圧Ｖｐとして点火プラグ２３に負の高電圧が印加される。この結果、点火プラグ２３に点火放電が発生し、負の向きに二次側電流Ｉ２が流れる。その後、ＩＧＢＴ２２がオンされている期間において、エネルギ蓄積コイル１２から電気エネルギが供給されることにより、点火プラグ２３に点火放電が発生し続けるとともに、一次側電流Ｉ１が流れて点火コイル２１が充電される。

また、タイミングｔ１１では多重期間信号ＩＧｗがＨレベルに立ち上げられている。このため、タイミングｔ１１以降ではＩＧＢＴ１３，２２が交互にオン／オフされ、点火プラグ２３において点火放電が繰り返し発せられる。すなわち、タイミングｔ１１から切替時間α経過後のタイミングｔ１２において、ＩＧＢＴ１３がオンされると共にＩＧＢＴ２２がオフされる。これにより、エネルギ蓄積コイル１２が再充電されるとともに、点火コイル２１の放電に伴って点火プラグ２３に正のプラグ電圧Ｖｐが印加される。この結果、点火プラグ２３に点火放電が発生し、正の向きに二次側電流Ｉ２が流れる。さらに切替時間αが経過してタイミングｔ１３になると、ＩＧＢＴ１３がオフされると共にＩＧＢＴ２２がオンされる。これにより、エネルギ蓄積コイル１２から電気エネルギが点火コイル２１に再び供給され、点火プラグ２３に点火放電が生じるとともに、点火コイル２１の再充電が行われる。

以後、多重期間信号ＩＧｗがＬレベルに立ち下げられるまで、ＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切替時間αごとに切り替えられ、点火プラグ２３に点火放電が繰り返し生じる。このとき、点火プラグ２３近傍のガスの流れによってプラグ電圧Ｖｐがばらつく。二次側電流Ｉ２はそのプラグ電圧Ｖｐの大きさに応じて変化しており、プラグ電圧Ｖｐが大きいほど早く減少している。なお、タイミングｔ１４において多重期間信号ＩＧｗがＬレベルに立ち下げられた後、ＩＧＢＴ１３が一時的にオンされてコンデンサ１５の充電が行われる。

さて、上述したようにＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフを一定の切替時間αごとに切り替える制御では、点火プラグ２３近傍のガスの流速が大きくなり、点火放電を生じさせるために必要なプラグ電圧Ｖｐが大きくなった場合（例えば０．５〜１．５ｋＶ程度）、二次側電流Ｉ２が点火放電を生じさせるために必要な電流値（例えば１０〜２０ｍＡ程度）を下回るおそれがある。そこで、本実施の形態では、多重放電に際して点火放電を生じさせるために必要な二次側電流Ｉ２の大きさとして放電維持電流Ｉｋを設定し、二次側電流Ｉ２が正側及び負側の放電維持電流＋Ｉｋ，−Ｉｋに達する度にＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフを切り替えるように点火制御回路３０を構成する。

ここで、放電維持電流Ｉｋはガスの流速νによって変化するものであり、図３に示すように、流速νが大きいほど放電維持電流Ｉｋは大きくなる傾向にある。このため、放電維持電流Ｉｋを流速νに応じて設定することが望ましい。しかしながら筒内のガスの流速νを直接検出することは困難であるため、次に説明するように流速νに相関するエンジンの運転状態情報に基づいて放電維持電流Ｉｋを設定する。

図４は流速νに相関するエンジンの運転状態情報と放電維持電流Ｉｋとの関係を示すものであり、図４（ａ）はエンジンの運転状態情報としてエンジン回転速度との関係を示し、図４（ｂ）はエンジンの運転状態情報として空燃比のリーン度合いとの関係を示している。すなわち、図４（ａ）に示すように、エンジン回転速度が小さいときには放電維持電流Ｉｋは小さく、エンジン回転速度が大きくなるにつれて放電維持電流Ｉｋは大きくなる。これは、エンジン回転速度が大きくなるにつれてピストンの往復運動が速くなって流速νが大きくなるためである。また、図４（ｂ）に示すように、空燃比のリーン度合いがある程度になるまでは放電維持電流Ｉｋはほぼ一定値であり、さらにリーンになるにつれて放電維持電流Ｉｋは大きくなる。これは、空燃比のリーン度合いが大きなリーンバーンにおいては、スワールやタンブルを生成することによりタービュランス（乱れ）を誘発して燃焼速度を向上させているため、空燃比がリーンになるほど流速νが大きくなることに起因する。

図５は、点火時期制御の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ２０にて所定の周期毎に実行される。先ず、ステップＳ１０１においてエンジン回転速度やアクセル操作量といったエンジン運転状態情報を取得する。続くステップＳ１０２では、その運転状態情報に基づき多重放電を実施するか否かを判定する。詳しくは、エンジンの運転状態が低回転・低負荷である場合などにおいて多重放電を実施すると判定する。

多重放電を実施する場合には、ステップＳ１０３に移行し、エンジン運転状態情報に基づき最適な点火時期及び多重放電期間を算出する。また、ステップＳ１０４においてエンジン運転状態情報に基づいて放電維持電流Ｉｋを算出する。そして、ステップＳ１０５では、点火時期及び多重放電期間に応じた点火信号ＩＧｔ及び多重期間信号ＩＧｗを生成し、点火制御回路３０に出力するとともに、放電維持電流Ｉｋの指令を点火制御回路３０に出力する。一方で、多重放電を実施しない場合には、ステップＳ１０５において点火時期を算出するとともに、ステップＳ１０６において点火信号ＩＧｔを生成して点火制御回路３０に出力する。

図６は、二次側電流Ｉ２に基づいてＩＧＢＴ１３，２２をオン／オフ制御する場合の点火動作の概要を示すタイムチャートである。図６では、点火時期としてタイミングｔ２１において初回の点火放電を生じさせ、多重放電期間としてタイミングｔ２１〜ｔ２３の間で点火放電を繰り返し生じさせることとしている。

先ず点火時期前のタイミングｔ２０〜ｔ２１の期間においては、点火信号ＩＧｔに応じてＩＧＢＴ１３がオンされ、充電電流Ｉｅが流れてエネルギ蓄積コイル１２が充電される。そして、点火時期であるタイミングｔ２１において、ＩＧＢＴ１３がオフされると共にＩＧＢＴ２２がオンされると、エネルギ蓄積コイル１２及びコンデンサ１５から電気エネルギが供給されて点火プラグ２３に初回の点火放電が発生し、負の向きに二次側電流Ｉ２が流れる。

その後、その点火プラグ２３における点火放電によって電気エネルギが消費されることにより、二次側電流Ｉ２が次第に小さくなる。このとき、回転速度や空燃比といったエンジンの運転状態情報に基づいて放電維持電流Ｉｋが設定されている。そしてタイミングｔ２２において二次側電流Ｉ２が負側の放電維持電流−Ｉｋに達すると、ＩＧＢＴ１３がオンされると共にＩＧＢＴ２２がオフされる。これにより、点火プラグ２３には点火コイル２１の放電に伴って点火放電が生じるとともに、エネルギ蓄積コイル１２が充電される。さらに、その後、再び二次側電流Ｉ２が減少し、タイミングｔ２３において、二次側電流Ｉ２が正側の放電維持電流＋Ｉｋに達すると、ＩＧＢＴ１３がオンされると共にＩＧＢＴ２２がオンされる。これにより、エネルギ蓄積コイル１２からの電気エネルギの供給により点火プラグ２３に点火放電が生じるとともに、点火コイル２１の充電が行われる。

以後、タイミングｔ３４において多重期間信号ＩＧｗがＬレベルに立ち下がるまで、二次側電流Ｉ２が正側及び負側の放電維持電流＋Ｉｋ，−Ｉｋに達する度にＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切り替えられ、点火プラグ２３に点火放電が繰り返し生じる。

以上詳述した実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

多重放電に際し、点火コイル２１の二次側コイル２１ｂに流れる二次側電流Ｉ２を検出し、その検出値が正側及び負側の放電維持電流＋Ｉｋ，−Ｉｋに達する度にＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフを切り替えるようにした。これにより、二次側電流Ｉ２が減少して正側及び負側の放電維持電流＋Ｉｋ，−Ｉｋになると、一次側電流Ｉ１が反転されて二次側電流Ｉ２が新たに供給され、二次側電流Ｉ２を放電維持電流Ｉｋ以上に維持することができる。

ここで、放電維持電流Ｉｋを筒内のガスの流速νに相関する情報に基づいて設定する構成としたことにより、流速νに応じて確保する二次側電流Ｉ２の大きさを調整することができる。したがって、流速νが大きくなったとしても点火放電に必要な二次側電流Ｉ２を好適に確保することができる。

（第２実施形態）
空燃比のリーン化が進められた超リーンバーンでは、点火放電を生じさせるために必要なプラグ電圧は２〜５ｋＶ程度、放電維持電流は５０〜１００ｍＡ程度になる。かかる場合、第１実施形態で示した点火制御システムでは、多重放電に際して点火プラグに点火放電を繰り返し生じさせるために必要な電気エネルギを供給することができないおそれがある。そこで本実施の形態では、バッテリ電圧を昇圧して出力する電源手段としてＤＣ／ＤＣコンバータを設け、このＤＣ／ＤＣコンバータより点火コイルに電気エネルギを供給して点火プラグに点火放電を生じさせる。

図７は、本実施の形態における点火制御システムの構成を示す図であり、第１の実施の形態において図１で使用した記号等をそのまま準用している。すなわち、バッテリ１１に出力電圧Ｖｄｃ（数１０〜１００Ｖ程度）のＤＣ／ＤＣコンバータ４１が接続されるとともに、そのＤＣ／ＤＣコンバータ４１が逆流防止用のダイオード４２を介して一次側コイル２１ａに直列に接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、インダクタ，トランジスタ，ダイオード，コンデンサからなる昇圧回路である。かかる構成においてＩＧＢＴ２２をオンすると、一次側コイル２１ａには、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力電圧Ｖｄｃが印加され、そのＤＣ／ＤＣコンバータ４１より電気エネルギが供給される。

図８は、上記点火制御システムの点火動作の概要を示すタイムチャートである。図８では、点火時期としてタイミングｔ３１において初回の点火放電を生じさせ、多重放電期間としてタイミングｔ３１〜ｔ３４の間で点火放電を繰り返し生じさせることとしている。

先ず点火時期前のタイミングｔ３０〜３１の期間においては、ＩＧＢＴ１３がオンされてエネルギ蓄積コイル１２が充電される。そして、点火時期であるタイミングｔ３１において、ＩＧＢＴ１３がオフされると共にＩＧＢＴ２２がオンされると、一次側コイル２１ａにはエネルギ蓄積コイル１２及びコンデンサ１５の他、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１から電気エネルギが供給される。これにより、点火プラグ２３には２ｋＶ以上のプラグ電圧Ｖｐが印加され、点火放電が生じて５０ｍＡ以上の二次側電流Ｉ２が流れる。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力電圧Ｖｄｃは、点火コイル２１への電気エネルギの供給に伴って次第に低下する。

その後、二次側電流Ｉ２が次第に低下し、タイミングｔ３２において負側の放電維持電流−Ｉｋに達すると、ＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切り替えられる。すると、点火コイル２１の放電に伴う電気エネルギの供給により点火プラグ２３に点火放電が生じる。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１では、その内部のコンデンサが充電され、出力電圧Ｖｄｃが回復する。そして、二次側電流Ｉ２が減少し、タイミングｔ３３において、二次側電流Ｉ２が正側の放電維持電流＋Ｉｋに達すると、ＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切り替えられる。これにより、再びエネルギ蓄積コイル１２及びＤＣ／ＤＣコンバータ４１から点火コイル２１に電気エネルギが供給されて、点火プラグ２３に点火放電が生じる。

以後、タイミングｔ３４において多重期間信号ＩＧｗがＬレベルに立ち下がるまで、二次側電流Ｉ２が正側及び負側の放電維持電流＋Ｉｋ，−Ｉｋに達する度にＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切り替えられ、点火プラグ２３に点火放電が繰り返し生じる。そして、タイミングｔ３４以降においてＤＣ／ＤＣコンバータ４１では、その内部のコンデンサの充電が行われ、出力電圧Ｖｄｃが元の電圧まで回復する。

以上詳述した実施の形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１より電気エネルギが供給されるため、点火プラグ２３近傍の流速νが大きくなったとしても、二次側電流Ｉ２を放電維持電流Ｉｋ以上に維持することができる。

（第３実施形態）
第２の実施の形態では、超リーンバーンに際して点火プラグに十分な電気エネルギを供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータを設けるとともにそのＤＣ／ＤＣコンバータより電気エネルギを供給するように構成したが、本実施の形態では次のように構成する。すなわち、バッテリ電圧を昇圧して出力する電源手段としてＤＣ／ＤＣコンバータを設け、そのＤＣ／ＤＣコンバータから点火コイルの一次側コイルに正逆両方向に電流を流すことを可能とするＨブリッジ回路を構成する。そして、そのＨブリッジ回路により一次側コイルに正逆両方向に電流を流すことにより点火放電に必要な電気エネルギを供給する。

図９は、本実施の形態における点火制御システムの構成を示す図であり、第１の実施の形態において図１で使用した記号等をそのまま準用している。すなわち、バッテリ１１に出力電圧Ｖｄｃ（数１０〜１００Ｖ程度）のＤＣ／ＤＣコンバータ５１が接続される。そして、一次側コイル２１ａは、トランジスタ５２又は５３のいずれかを介してそのＤＣ／ＤＣコンバータ５１に接続されるとともに、ＩＧＢＴ２２又は５４のいずれかを介して接地される。かかる構成においてトランジスタ５２及びＩＧＢＴ２２をオンすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１より経路Ｃ１にて電流が流れ、正の一次側電流Ｉ１が流れる。一方で、トランジスタ５３及びＩＧＢＴ５４をオンすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１より経路Ｃ２にて電流が流れ、負の一次側電流Ｉ２が流れる。

図１０は、上記点火制御システムの点火動作の概要を示すタイムチャートである。図１０では、点火時期としてタイミングｔ４１において初回の点火放電を生じさせ、多重放電期間としてタイミングｔ４１〜ｔ４４の間で点火放電を繰り返し生じさせることとしている。

先ず点火時期前のタイミングｔ４０〜４１の期間においては、ＩＧＢＴ１３がオンされてエネルギ蓄積コイル１２が充電される。そして、点火時期であるタイミングｔ４１において、ＩＧＢＴ１３がオフされると共にトランジスタ５２及びＩＧＢＴ２２がオンされると、一次側コイル２１ａにはエネルギ蓄積コイル１２及びコンデンサ１５から電気エネルギが供給される他、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１からも電気エネルギが供給される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１から経路Ｃ１にて電流が流れ、正の一次側電流Ｉ１が流れる。これにより、点火プラグ２３には２ｋＶ以上のプラグ電圧Ｖｐが印加され、点火放電が生じて５０ｍＡ以上の二次側電流Ｉ２が流れる。

その後、二次側電流Ｉ２が次第に低下し、タイミングｔ４２において負側の放電維持電流−Ｉｋに達すると、各スイッチ手段のオン／オフが切り替えられる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１から経路Ｃ２にて電流が流れ、負の一次側電流Ｉ１が流れる。これにより、点火コイル２１の放電に伴って点火プラグ２３に点火放電が発生する。さらに、その後、二次側電流Ｉ２が減少し、タイミングｔ４３において、二次側電流Ｉ２が正側の放電維持電流＋Ｉｋに達すると、各スイッチ手段のオン／オフが切り替えられる。これにより、エネルギ蓄積コイル１２及びＤＣ／ＤＣコンバータ５１から電気エネルギが供給されて点火プラグ２３に点火放電が発生する。

以後、タイミングｔ４４において多重期間信号ＩＧｗがＬレベルに立ち下がるまで、二次側電流Ｉ２が正側及び負側の放電維持電流＋Ｉｋ，−Ｉｋに達する度に各種スイッチ手段のオン／オフが切り替えられ、点火プラグ２３に点火放電が繰り返し生じる。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電圧Ｖｄｃは点火コイル２１への電気エネルギの供給に伴って次第に低下する。そして、タイミングｔ４４以降においてＤＣ／ＤＣコンバータ５１では、その内部のコンデンサの充電が行われ、出力電圧Ｖｄｃが元の電圧まで回復する。

以上詳述した実施の形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１より電気エネルギが供給されるため、点火プラグ２３近傍の流速νが大きくなったとしても、二次側電流Ｉ２を放電維持電流Ｉｋ以上に維持することができる。また、Ｈブリッジ回路を構成して一次側コイル２１ａに正逆両方向に一次側電流Ｉ１を流すようにしたことにより、一次側コイル２１ａに一方向にのみ一次側電流Ｉ１を通電して点火コイル２１を充放電する場合に比べ、その一次側電流Ｉ１のピーク値が半分で済む。このため、点火コイル２１の発熱を抑制することができる。

（第４実施形態）
超リーンバーンにおいては、流速が大きく点火放電が生じにくくなり、それぞれのスイッチ手段を切り替えて点火放電を生じさせる際に１０〜２０ｋＶ程度のプラグ電圧が必要になる。そこで、本実施の形態では、第２の実施の形態において点火コイルの一次側コイルに接続したＤＣ／ＤＣコンバータに加え、出力電圧が数１００Ｖ程度である再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータを設ける。そして、多重放電に際し、その再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータにより容量放電用コンデンサを逐次充電し、スイッチ手段の切り替え時において同容量放電用コンデンサからの電気エネルギの供給により点火放電を生じさせる。

図１１は、本実施の形態における点火制御システムの構成を示す図であり、第２の実施の形態において図７で使用した記号等をそのまま準用している。すなわち、バッテリ１１に出力電圧が数１００Ｖ程度である再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータ６１が接続されるとともに、その再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータ６１が逆流防止用のダイオード６２を介して一次側コイル２１ａに直列に接続される。

また、本実施の形態では、点火制御回路３０が図示を省略するがコンデンサ１５の充電電圧を検出する電圧検出手段を備える。そして、点火制御回路３０は、点火コイル２１の放電により点火プラグ２３に点火放電を生じさせている場合に、二次側電流Ｉ２が放電維持電流Ｉｋ以下であり、且つ前記電圧検出器により検出したコンデンサ１５の充電電圧が再点火に必要な大きさ（本実施の形態では２００Ｖ程度）以上になるとＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフを切り替える。

図１２は、上記点火制御システムの点火動作の概要を示すタイムチャートである。図１２では、点火時期としてタイミングｔ５１において初回の点火放電を生じさせ、多重放電期間としてタイミングｔ５１〜ｔ５４の間で点火放電を繰り返し生じさせることとしている。

先ず点火時期前のタイミングｔ５０〜５１の期間においては、ＩＧＢＴ１３がオンされてエネルギ蓄積コイル１２が充電される。そして、点火時期であるタイミングｔ５１において、ＩＧＢＴ１３がオフされると共にＩＧＢＴ２２がオンされると、一次側コイル２１ａにはエネルギ蓄積コイル１２及びコンデンサ１５の他、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１から電気エネルギが供給される。これにより、点火プラグ２３に１０ｋＶ以上のプラグ電圧Ｖｐが印加されて点火放電が生じるとともに、一次側電流Ｉ１が流れて点火コイル２１が充電される。

その後、二次側電流Ｉ２が次第に低下し、タイミングｔ５２において負側の放電維持電流−Ｉｋに達すると、ＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切り替えられる。これにより、十分に充電された点火コイル２１の放電に伴って点火プラグ２３に１０ｋＶ以上のプラグ電圧Ｖｐが印加され、再点火されつつ点火放電が生じる。また、このとき、再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータ６１によりコンデンサ１５が充電される。そして、その後二次側電流Ｉ２が減少して正側の放電維持電流＋Ｉｋに達すると、ＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切り替えられ、再びエネルギ蓄積コイル１２及び再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータ６１に再充電されたコンデンサ１５より電気エネルギが供給されて点火プラグ２３に再点火されつつ点火放電が生じる。

以後、タイミングｔ５４において多重期間信号ＩＧｗがＬレベルに立ち下がるまで、二次側電流Ｉ２が正側及び負側の放電維持電流＋Ｉｋ，−Ｉｋに達する度にＩＧＢＴ１３，２２のオン／オフが切り替えられ、点火プラグ２３に点火放電を伴って点火放電が繰り返し生じる。

以上詳述した実施の形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と並列に、再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を設けたことにより、多重放電に際して、コンデンサ１５の充電が行われ、このコンデンサ１５より電気エネルギが都度供給される。このため、点火プラグ２３近傍の流速νが大きくなったとしても、点火放電を確実に生じさせることができる。

ところで、本第４実施の形態では、第２の実施の形態における点火制御システムにおいて、再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を設けたが、これに限らない。第３の実施の形態における点火制御システムにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と並列に再点火用ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を設け、多重放電を実施する構成としてもよい。かかる構成であっても、コンデンサ１５の充放電が行われ、点火放電を確実に生じさせることができる。

なお、上記各実施の形態では、容量放電用コンデンサ１５を含む容量放電型点火回路（ＣＤＩ回路）により初回の点火放電を生じさせる構成としたが、これに限るものではなく、他に変更しても良い。ただし、その場合、第４の実施の形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ６１が容量放電用コンデンサを有する構成とする必要がある。

点火制御システムの概略を示す構成図である。 一定の切替時間にてＩＧＢＴのオン／オフを切り替える場合の点火動作を示すタイムチャートである。 流速と放電維持電流の関係を示す図である。 エンジンの運転状態情報と放電維持電流の関係を示す図である。 点火時期制御の処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態における点火動作の概要を示すタイムチャートである。 第２の実施の形態における点火制御システムの概略を示す構成図である。 第２の実施の形態における点火動作の概要を示すタイムチャートである。 第３の実施の形態における点火制御システムの概略を示す構成図である。 第３の実施の形態における点火動作の概要を示すタイムチャートである。 第４の実施の形態における点火制御システムの概略を示す構成図である。 第４の実施の形態における点火動作の概要を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１…バッテリ、１２…エネルギ蓄積コイル、１３…第１のスイッチ手段としてのＩＧＢＴ、２１…点火コイル２１ａ…一次側コイル、２１ｂ…二次側コイル、２２…第２のスイッチ手段としてのＩＧＢＴ、２３…点火プラグ、２４…電流検出手段としての抵抗、２０…ＥＣＵ、３０…点火制御回路。

Claims (7)

1. 電源系の構成として少なくともエネルギ蓄積コイルと該エネルギ蓄積コイルに直列に接続された第１のスイッチ手段とを備え、点火コイルの一次側コイルに前記エネルギ蓄積コイルと第２のスイッチ手段とを接続するとともに、同二次側コイルに点火プラグを接続し、前記第１及び第２のスイッチ手段を交互にオン／オフすることにより前記エネルギ蓄積コイルの充電と放電とを繰り返し行い、その充放電により二次側コイルに正逆両方向の二次電流を流して多重放電を実施する内燃機関点火制御装置において、
   前記点火コイルの二次側コイルを流れる二次電流を検出する電流検出手段と、
   前記多重放電に際し、前記電流検出手段により検出した電流値が所定の電流判定値に達する度に、前記第１及び第２のスイッチ手段のオン／オフ切り替えを実施する点火制御手段と、
   前記内燃機関の筒内流速又はそれに相関する情報を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得した流速情報に基づいて前記電流判定値を可変設定する設定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記取得手段は、前記流速情報として前記内燃機関の運転状態情報を取得し、
   前記設定手段は、前記取得した運転状態情報に基づいて前記電流判定値を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
3. 前記運転状態情報として前記内燃機関の回転速度を取得し、
   前記設定手段は、前記取得した回転速度に基づいて前記電流判定値を設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置。
4. 前記運転状態情報として空燃比のリーン度合いを取得し、
   前記設定手段は、前記取得した空燃比のリーン度合いに基づいて前記電流判定値を設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置。
5. 前記エネルギ蓄積コイル及び第１のスイッチ手段を有してなる電源系とは別に、前記点火コイルの一次側コイルと前記第２のスイッチ手段とに直列に接続され、バッテリの電圧を昇圧して出力する電源手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の点火制御装置。
6. 前記エネルギ蓄積コイル及び第１のスイッチ手段を有してなる電源系とは別に設けられ、バッテリの電圧を昇圧して出力する電源手段と、該電源手段から前記一次側コイルに正逆両方向に電流を流すことを可能とするＨブリッジ回路とを備え、前記点火制御手段は、前記多重放電に際し、前記電流検出手段により検出した電流値が所定の電流判定値に達する度に、前記一次側コイルに流す電流の向きを切り替えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の点火制御装置。
7. 前記電源手段と並列に接続され、少なくとも容量放電用コンデンサと該容量放電用コンデンサを充電する充電手段とを備えたことを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記載の内燃機関の点火制御装置。

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