JP5682315B2

JP5682315B2 - 点火装置

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Publication number: JP5682315B2
Application number: JP2011001181A
Authority: JP
Inventors: 岡部　伸一; 伸一岡部; 安藤　彰浩; 彰浩安藤; 明光杉浦
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: JP2012140924A; DE102012200088A1

Description

本発明は、点火プラグの放電により内燃機関を点火する燃焼サイクルを繰り返す点火装置に関する。

従来、各回の燃焼サイクル毎に、点火コイルから点火プラグへ電圧を印加することにより、内燃機関において火花放電を発生させる点火装置が、広く用いられている。こうした点火装置の一種として特許文献１には、内燃機関における燃焼圧（筒内圧）に応じて放電時間を変化させることにより、火花放電に必要な放電エネルギーを効率よく投入可能に構成した装置が、開示されている。

特開２００１−１５３０１６号公報

近年、内燃機関における混合気の流れは、内燃機関の高出力化や低燃費化に伴って、高速化する傾向にある。ここで、放電により生成される火花は、混合気の流れにより拡大し易く、その拡大量が限界を超えると、一旦切れた後、再度の放電により縮小した形で現出する。そのため、燃焼圧に応じて放電時間を変化させる特許文献１の手法では、再度の放電により火花が縮小した状態で放電エネルギーを上昇させても、燃焼速度は十分に高められ得ず、エネルギー効率の点において改善の余地があった。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エネルギー効率に優れた点火を達成する点火装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、点火プラグの放電により内燃機関を点火する燃焼サイクルを繰り返す点火装置であって、各回の燃焼サイクル毎に、点火プラグへ電圧を印加することにより、当該点火プラグに火花放電を発生させる主点火コイルと、各回の燃焼サイクル毎に、主点火コイルによる放電の開始から遅延時間が経過するのを待って、点火プラグへ電圧を印加することにより、放電電流を増大させる副点火コイルと、放電の開始から、放電により生成される火花が最大となるまでの時間に近付けて、遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、各回の燃焼サイクル毎に、内燃機関における混合気の燃焼時間を取得する燃焼時間取得手段とを、備え、遅延時間設定手段は、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼時間取得手段により取得された燃焼時間である今回燃焼時間に基づいて、次回の燃焼サイクルにおける遅延時間を設定する。

この発明によると、各回の燃焼サイクル毎に、主点火コイルから点火プラグへの電圧印加による放電の開始から遅延時間が経過するのを待って、副点火コイルから点火プラグへの電圧印加により放電電流が増大させられる。このとき遅延時間は、放電の開始から、放電により生成される火花が最大となるまでの時間に近付けて設定されるので、放電電流の増大により混合気に与えられる放電エネルギーの上昇は、火花が最大にまで近付いた状態で実現されることになる。ここで、混合気の流れによる拡大量が限界に達することで最大となった火花によれば、初期火炎による混合気の加熱エリアも最大となるので、最大火花に近い状態で放電エネルギーが上昇することによれば、混合気の燃焼速度が最大限に高められ得る。したがって、エネルギー効率に優れた点火を達成することが可能となるのである。

また、この発明のように、内燃機関における混合気の燃焼に関して各回の燃焼サイクル毎に取得される燃焼時間は、放電電流の増大による放電エネルギー上昇時に火花が拡大しているほど、短くなる。故に、今回の燃焼サイクルにて取得された燃焼時間である今回燃焼時間に基づくことによれば、放電開始から最大火花となるまでの時間に可及的に近付けた遅延時間を、予測的に設定できる。その結果、最大火花に近い状態で放電エネルギーが上昇して混合気の燃焼速度が最大限に高められ得るので、エネルギー効率に優れた点火の達成が可能となるのである。

請求項２に記載の発明によると、遅延時間設定手段は、前回の燃焼サイクルにおいて燃焼時間取得手段により取得された燃焼時間である前回燃焼時間よりも、今回燃焼時間が短い場合に、次回の燃焼サイクルにおける遅延時間を延長する一方、前回燃焼時間よりも今回燃焼時間が長い場合に、次回の燃焼サイクルにおける遅延時間を短縮する。この発明のように、前回の燃焼サイクルにて取得された燃焼時間である前回燃焼時間よりも、今回燃焼時間が短くなる間は、次回の燃焼サイクルにおいて遅延時間を延長することで、放電電流の増大による放電エネルギー上昇時にて火花の拡大量が増大することになる。一方、前回燃焼時間よりも今回燃焼時間が長くなった場合には、放電電流の増大による放電エネルギー上昇時に火花が限界を超えて縮小した状態にあるので、次回の燃焼サイクルにおいて遅延時間を短縮することで、当該上昇時にて火花の拡大量が限界以下にまで戻ることとなる。これらによれば、放電の開始から最大火花となるまでの時間に遅延時間が可及的に且つ確実に近付けられ得るので、最大火花に近い状態で放電エネルギーを上昇させて混合気の燃焼速度を最大限に高める効果が、確かなものとなる。故に、エネルギー効率に優れた点火を達成できるのである。

請求項３に記載の発明によると、燃焼時間取得手段は、今回の燃焼サイクルにおいて混合気の燃焼開始から燃焼終了までの期間のうち、燃焼開始からの熱発生量が当該期間中の全熱発生量の所定割合となる初期期間を、燃焼時間として取得する。この発明のように、今回の燃焼サイクルにおいて混合気の燃焼開始から燃焼終了までの期間のうち、燃焼開始からの熱発生量が当該期間中の全熱発生量の所定割合となる初期期間の長さは、火花の拡大量に応じた初期火炎による燃焼速度に大きく左右される。故に、そうした初期期間である今回燃焼時間に基づくことによれば、放電開始から最大火花となるまでの時間に可及的に近付けた遅延時間を、適確に設定できる。その結果、最大火花に近い状態で放電エネルギーが上昇して混合気の燃焼速度が最大限に高められ得るので、エネルギー効率に優れた点火の達成が可能となるのである。

請求項４に記載の発明によると、燃焼時間取得手段は、内燃機関における燃焼圧を検出する燃焼圧センサと、燃焼圧センサにより検出された燃焼圧に基づいて、各回の燃焼サイクル毎に燃焼時間を算出する燃焼時間算出回路とを、有する。この発明のように、内燃機関において燃焼圧センサにより検出される燃焼圧は、混合気の燃焼状態を表す物理量であるので、当該燃焼圧に基づいて各回の燃焼サイクル毎に算出される燃焼時間は、燃焼速度を正しく反映した値となる。故に、そうした燃焼時間である今回燃焼時間に基づくことで、放電開始から最大火花となるまでの時間に可及的に近付けた遅延時間を、適確に設定できる。その結果、最大火花に近い状態で放電エネルギーが上昇して混合気の燃焼速度が最大限に高められ得るので、エネルギー効率に優れた点火の達成が可能となるのである。

請求項５に記載の発明によると、遅延時間設定手段は、放電の開始から火花が最大となるまでの時間として、点火プラグにおける火花ギャップのサイズ並びに内燃機関における混合気の流速に基づいて予め予測される時間に、遅延時間を設定する。この発明において、放電の開始から最大火花となるまでの時間は、点火プラグにおける火花ギャップのサイズ並びに内燃機関における混合気の流速に、依存する。故に、火花ギャップサイズ及び混合気流速に基づいて予め予測的に設定される遅延時間は、放電開始から最大火花となるまでの実際の時間に、可及的に近付けられ得る。したがって、最大火花に近い状態で放電エネルギーを上昇させて混合気の燃焼速度を最大限に高めることができるので、エネルギー効率に優れた点火の達成が可能となるのである。

本発明の第一実施形態による点火装置を示す構成図である。本発明の第一実施形態による点火装置の電圧印加制御について説明するためのタイムチャートである。本発明の第一実施形態による点火装置の電圧印加制御について説明するための特性図である。本発明の第一実施形態による点火装置の電圧印加制御について説明するための模式図である。本発明の第一実施形態による点火装置の電圧印加制御について説明するためのフローチャートである。本発明の第一実施形態による点火装置の電圧印加制御について具体例を示すための模式図（ａ）及び表（ｂ）である。本発明の第一実施形態による点火装置の電圧印加制御の効果を説明するための特性図である。本発明の第二実施形態による点火装置の電圧印加制御について説明するためのフローチャートである。本発明の他の実施形態による点火装置の電圧印加制御について説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態による点火装置１を示している。点火装置１は、例えば自動車、二輪車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に搭載の内燃機関２に、適用される。点火装置１は、放電により当該内燃機関２を点火する燃焼サイクルを繰り返すために、放電に必要とされる放電エネルギーの投入を制御する。点火装置１は、点火プラグ１０、主点火コイル２０、副点火コイル３０、燃焼圧センサ４０及び点火制御回路５０を備えている。

点火プラグ１０は、例えばニッケルプラグ、白金プラグ、イリジウムプラグ等であり、内燃機関２の気筒２ａにおいて燃焼室２ｂ内に露出する中心電極１０ａ及び接地電極１０ｂを有している。点火プラグ１０は、電極１０ａ，１０ｂ間に形成の火花ギャップＧに火花放電を発生させることにより、燃焼室２ｂ内へ導入の未燃焼混合気に着火する。その結果、燃焼室２ｂ内の混合気に火炎が伝播して、一回の燃焼サイクルにおける当該混合気の燃焼が実現されることとなる。尚、点火プラグ１０については、点火装置１の一構成要素として内燃機関２に適用されるものであってもよいし、点火装置１とは別の製品として内燃機関２に適用されるものであってもよい。

主点火コイル２０は、一次コイル２２、二次コイル２４及びイグナイタ２６を有している。イグナイタ２６に接続される一次コイル２２に対して二次コイル２４は、高電圧を整流するダイオードＤを介して点火プラグ１０に接続されている。各回の燃焼サイクルにおいてイグナイタ２６は、点火制御回路５０からの入力信号に従って一次コイル２２への通電電流を遮断することにより、高電圧を二次コイル２４に誘導する。その結果、二次コイル２４から点火プラグ１０へと高電圧が印加されることで、火花ギャップＧに放電が発生することになる。

副点火コイル３０は、上記主点火コイル２０に準じた接続形態の一次コイル３２、二次コイル３４及びイグナイタ３６を有している。但し、各回の燃焼サイクルにおいて副点火コイル３０のイグナイタ３６は、点火制御回路５０からの入力信号に従って主点火コイル２０による放電の発生中に一次コイル３２への通電電流を遮断することにより、高電圧を二次コイル３４に誘導する。その結果、二次コイル３４から点火プラグ１０へと高電圧が印加されることで、火花ギャップＧに流れる放電電流が増大することになる。

燃焼圧センサ４０は、例えば静電容量式、圧電素子式等であり、内燃機関２の気筒２ａにおいて燃焼室２ｂ内での混合気の燃焼圧（筒内圧）Ｐを検出する。燃焼圧センサ４０は、検出した燃焼圧Ｐを表す信号を出力する。尚、燃焼圧センサ４０については、図１において点火プラグ１０と別体に配置されているが、点火プラグ１０に内蔵されるものであってもよい。

点火制御回路５０は、例えばマイクロコンピュータを主体に構成されてメモリ５２を有する電子回路であり、各点火コイル２０，３０のイグナイタ２６，３６及び燃焼圧センサ４０に接続されている。点火制御回路５０は、各点火コイル２０，３０の一次コイル２２，３２への通電を制御する点火制御信号を、燃焼圧センサ４０からの入力信号が表す燃焼圧Ｐに基づいて、各点火コイル２０，３０のイグナイタ２６，３６に出力する。その結果、各点火コイル２０，３０では、イグナイタ２６，３６に入力される点火制御信号に従った一次コイル２２，３２への通電遮断により、二次コイル２４，３４から点火プラグ１０へ高電圧が印加されて火花放電が発生することになる。そこで、以下では、点火制御回路５０から各点火コイル２０，３０のイグナイタ２６，３６に点火制御信号を出力することを、各点火コイル２０，３０の二次コイル２４，３４から点火プラグ１０への電圧印加を制御することとして、詳細に説明する。

第一実施形態の電圧印加制御では、各回の燃焼サイクル毎に、各点火コイル２０，３０から点火プラグ１０への電圧印加のタイミング及び継続時間を、図２に示すように制御する。具体的には、まず、主点火コイル２０から点火プラグ１０への電圧印加により放電を開始し、その開始時点ｔ０から遅延時間ＴＤが経過するのを待って、副点火コイル３０から点火プラグ１０への電圧印加を当該放電中に実行する。即ち、遅延時間ＴＤよりも長い主点火時間ＴＭ分、主点火コイル２０から点火プラグ１０への電圧印加を放電開始時点ｔ０より継続しつつ、副点火コイル３０から点火プラグ１０への電圧印加を当該遅延時間ＴＤの経過時点ｔ１より開始する。その結果、主点火時間ＴＭのうち遅延時間ＴＤの経過時点ｔ１以降にて、副点火コイル３０から点火プラグ１０への電圧印加が継続される補助点火時間ＴＡにおいては、各点火コイル２０，３０の二次電流Ｉｍ，Ｉａの総和分が放電電流Ｉｄとして火花ギャップＧに流れる。したがって、主点火時間ＴＭにおける放電電流Ｉｄは、遅延時間ＴＤ内よりも補助点火時間ＴＡにて増大することになり、それによって、燃焼室２ｂ内の混合気に与えられる放電エネルギーが上昇することになる。

ここで、第一実施形態の電圧印加制御では、主点火コイル２０から点火プラグ１０への電圧印加を開始した時点を、放電の開始時点ｔ０とする。また、第一実施形態の電圧印加制御では、二次電流Ｉｍ，Ｉａの最大ピーク（例えばＩｍ＝５０ｍＡ，Ｉａ＝８０ｍＡ）がそれぞれ時間ＴＭ，ＴＡ中に一回だけ現出するように、各点火コイル２０，３０から点火プラグ１０への電圧印加が制御される。さらに、第一実施形態の電圧印加制御において点火時間ＴＭ，ＴＡは、内燃機関２の仕様や点火プラグ１０の仕様等に応じて予め規定されるものであり、例えば主点火時間ＴＭについては１．５ｍｓ程度、また補助点火時間ＴＡについては０．２〜０．６ｍｓ程度に規定される。またさらに、第一実施形態の電圧印加制御において、副点火コイル３０による放電電流Ｉｄの増大を待つ遅延時間ＴＤは、各燃焼サイクル毎に、燃焼室２ｂ内での混合気の燃焼時間ＴＣに基づいて設定される。そこで以下では、まず、燃焼時間ＴＣと遅延時間ＴＤとの相関原理について説明する。

図３に示すように第一実施形態の電圧印加制御では、各回の燃焼サイクルにて混合気の燃焼開始から燃焼終了までの期間のうち、燃焼開始からの熱発生量Ｑが当該期間中の全熱発生量の所定割合Ｒとなる初期期間ＴＥを、燃焼時間ＴＣとして取得する。この燃焼時間ＴＣとしての初期期間ＴＥの取得は、各回の燃焼サイクル毎に、次のように行う。まず、燃焼圧センサ４０からの入力信号が表す燃焼圧Ｐに基づいて、燃焼室２ｂ内での熱発生率（図３（ａ）を参照）を逐次演算し、演算された熱発生率を燃焼開始からの時間で積分することにより、熱発生量Ｑを導出する。そして、燃焼開始から燃焼終了までの期間の熱発生量Ｑを全熱発生量として、当該全熱発生量に対する熱発生量Ｑの燃焼質量割合（図３（ｂ）を参照）が所定割合Ｒとなる初期期間ＴＥを、燃焼時間ＴＣに決定する。尚、燃焼時間ＴＣとしての初期期間ＴＥを定義する割合Ｒについては、燃焼室２ｂ内での混合気の燃焼速度に当該初期期間ＴＥの長さが大きく左右される期間の割合、例えば１０％程度に予め規定される。

かくの如く取得される燃焼時間ＴＣ（初期期間ＴＥ）については、図４に示すように、火花ギャップＧでの放電により生成される火花Ｓが、放電電流Ｉｄの増大による放電エネルギーの上昇時に混合気の流れに応じて拡大しているほど、短くなる。このように燃焼時間ＴＣが短くなるということは、投入される放電エネルギーに対して初期火炎の面積が大きくなって、燃焼室２ｂ内での混合気の燃焼速度が効率よく高められたことを意味する。そこで、第一実施形態の電圧印加制御では、放電電流Ｉｄの増大を待つための遅延時間ＴＤについて、放電開始時点ｔ０から火花Ｓが拡大量の限界により最大となるまでの最大火花時間ＴＭＡＸへと近付くよう、燃焼時間ＴＣに基づいて予測的に設定する。以下、最大火花時間ＴＭＡＸに遅延時間ＴＤを近付けて設定するための特徴的方法を、説明する。

図４に示すように火花Ｓは、放電開始時点ｔ０から時間が経過するほど拡大する傾向を示すが、その拡大量が限界を超えると、即ち放電開始時点ｔ０からの経過時間が最大火花時間ＴＭＡＸを超えると、一旦切れた後、再度の放電により縮小した形で現出する。ここで、放電電流Ｉｄの増大時と実質的に一致する遅延時間ＴＤの経過時点ｔ１に火花Ｓが拡大しているほど、初期火炎による混合気の加熱エリアが増大して燃焼速度が高められるので、上述したように燃焼時間ＴＣは短くなる。そこで、第一実施形態の電圧印加制御では、まず、前回の燃焼サイクルの燃焼時間ＴＣである前回燃焼時間ＴＣｌと、今回の燃焼サイクルの燃焼時間ＴＣである今回燃焼時間ＴＣｐとを対比する。その結果、前回燃焼時間ＴＣｌよりも今回燃焼時間ＴＣｐが短い場合、遅延時間ＴＤの経過時点ｔ１では火花Ｓの拡大量が限界に達していないとして、次回の燃焼サイクルでは遅延時間ＴＤを延長することで、当該時点ｔ１での火花Ｓの拡大量を増大させる。一方、前回燃焼時間ＴＣｌよりも今回燃焼時間ＴＣｐが長い場合、遅延時間ＴＤの経過時点ｔ１では火花Ｓが限界を超えて縮小しているとして、次回の燃焼サイクルでは遅延時間ＴＤを短縮することで、当該時点ｔ１での火花Ｓの拡大量を限界以下にまで戻す。このようにして延長又は短縮処理が施されることにより遅延時間ＴＤは、放電開始時点ｔ０から火花Ｓが最大となる最大火花時間ＴＭＡＸに対して、可及的に且つ確実に近付くこととなる。

以上より、第一実施形態の電圧印加制御では、最大火花時間ＴＭＡＸに遅延時間ＴＤを近付けて設定する上記特徴的方法を実現するように、図５に示す如き制御フローを点火制御回路５０が実行する。この制御フローは、内燃機関２の始動を指令するエンジンスイッチのオン指令等に応じて開始された後、内燃機関２の停止を指令するエンジンスイッチのオフ指令等に応じて終了する。

制御フローのＳ１０１では、燃焼サイクル番号ｎ及び遅延時間ＴＤを、それぞれ１及びＴＤ０に初期設定する。ここで特に、遅延時間ＴＤの初期値ＴＤ０としては、例えば図６に示すように予め選択された値を、採用する。具体的には、初期値ＴＤ０を設定するには、まず、放電開始時点ｔ０からの経過時間に応じた火花Ｓの拡大量を、火花ギャップＧのサイズδ及び燃焼室２ｂ内での混合気の流速Ｆｍとに基づき、算出する。その算出結果から、火花Ｓの拡大量が最大以下となり且つ放電電流Ｉｄの増大による放電エネルギーの上昇に有効な範囲（図６にグレースケールで示す範囲）を、次に導出する。そして、導出された有効範囲から、遅延時間ＴＤとして好適な範囲（図６に白抜き矢印で示す範囲）を予測し、当該好適範囲内の値を初期値ＴＤ０として選択するのである。尚、図６は、火花ギャップＧのサイズδを１ｍｍとした場合に、火花Ｓの拡大量が２〜１０ｍｍとなる有効範囲から、初期値ＴＤ０を選択するための好適範囲を０．１〜０．４ｍｓと予測した例につき、示している。

こうした初期設定後に実行される図５のＳ１０２では、主点火時間ＴＭの開始から、遅延時間ＴＤとして現在設定されている時間ＴＤ０を待って補助点火時間ＴＡを開始するように、１回目の燃焼サイクルを実行する。このとき第一実施形態では、燃焼圧センサ４０により検出された燃焼圧Ｐに基づく熱発生量Ｑを逐次導出する。

続くＳ１０３では、１回目の燃焼サイクル中に導出された熱発生量Ｑに基づいて、燃焼時間ＴＣである初期期間ＴＥを算出し、Ｓ１０８にて利用する前回燃焼時間ＴＣｌとしてメモリ５２に記憶する値を、当該算出期間ＴＥにより更新する。さらに続くＳ１０４では、遅延時間ＴＤを現在値ＴＤ０よりも時間ΔＴだけ延長する。ここで、時間ΔＴとしては、上述の如く予測される遅延時間ＴＤの好適範囲（図６参照）よりも十分に短く且つ初期期間ＴＥの変化が現出し得る長さに、予め規定される。

この後、Ｓ１０５では、燃焼サイクル番号ｎをインクリメントし、さらにＳ１０６では、主点火時間ＴＭの開始から、現在設定されている遅延時間ＴＤを待って補助点火時間ＴＡを開始するように、ｎ回目の燃焼サイクルを実行する。ここでＳ１０６では、Ｓ１０２と同様にして、燃焼圧Ｐに基づく熱発生量Ｑを逐次導出する。

続くＳ１０７では、ｎ回目の燃焼サイクル中に導出された熱発生量Ｑに基づいて、燃焼時間ＴＣである初期期間ＴＥを算出し、Ｓ１０８にて利用する今回燃焼時間ＴＣｐとしてメモリ５２に記憶する値を、当該算出期間ＴＥにより更新する。さらに続くＳ１０８では、現在メモリ５２に記憶されている前回燃焼時間ＴＣｌ及び今回燃焼時間ＴＣｐを対比して、前回燃焼時間ＴＣｌよりも今回燃焼時間ＴＣｐが短いか否かを判定する。

Ｓ１０８にて肯定判定が下された場合、即ち前回燃焼時間ＴＣｌよりも今回燃焼時間ＴＣｐが短い場合には、Ｓ１０９，Ｓ１１０を順次実行してＳ１０５へと戻る。ここでＳ１０９では、Ｓ１０４に準じて、遅延時間ＴＤを現在値よりも時間ΔＴだけ延長する。また続くＳ１１０では、現在メモリ５２に記憶されている今回燃焼時間ＴＣｐにより、同メモリ５２に記憶の前回燃焼時間ＴＣｌを更新する。

一方、Ｓ１０８にて否定判定が下された場合、即ち前回燃焼時間ＴＣｌよりも今回燃焼時間ＴＣｐが長い場合には、Ｓ１１１を実行してＳ１０５へと戻る。ここでＳ１１１では、Ｓ１０４，Ｓ１０９とは反対に、遅延時間ＴＤを現在値よりも時間ΔＴだけ短縮するのである。

このようにして第一実施形態の電圧印加制御を実現する制御フローによると、今回燃焼時間ＴＣｐが前回燃焼時間ＴＣｌよりも短い場合、次回の燃焼サイクルにて遅延時間ＴＤが延長されることで、放電電流Ｉｄの増大時における火花Ｓの拡大量が増大する。一方、今回燃焼時間ＴＣｐが前回燃焼時間ＴＣｌよりも長い場合、次回の燃焼サイクルにて遅延時間ＴＤを短縮することで、放電電流Ｉｄの増大時における火花Ｓの拡大量が限界以下にまで戻ることとなる。これらによれば、放電開始時点ｔ０から火花Ｓが最大となるまでの時間ＴＭＡＸに遅延時間ＴＤが確実に近付けられ得るので、火花Ｓ及びその加熱エリアが最大に近い状態で放電エネルギーを上昇させて燃焼速度を最大限に高めることにつき、確かな効果が得られる。

ここで具体例として、先述した図６の例の構成を実現する内燃機関２を可視化し、放電開始時点ｔ０から１．５ｍｓ後の火炎面積を二点のエンジン回転数（１０００ｒｐｍ及び３０００ｒｐｍ）にて調べた結果につき、図７に示す。尚、図７では、副点火コイル３０による放電電流Ｉｄの増大を放電開始時点ｔ０から遅延時間ＴＤ後に行った場合の火炎面積（分子）と、当該放電電流Ｉｄの増大を実行しなかった場合の火炎面積（分母）との比率を、火炎面積増大率として示している。この図７の結果から明らかなように、図６に例示した遅延時間ＴＤとしての好適範囲０．１〜０．４ｍｓでは、火炎面積増大率が大きくなる、即ち初期火炎による初期期間ＴＥの燃焼速度が高められ得ることが、分かる。したがって、こうした第一実施形態によれば、エネルギー効率に優れた点火を達成できるのである。

また、遅延時間ＴＤの設定に利用される燃焼時間ＴＣｐ，ＴＣｌについては、混合気の燃焼開始から燃焼終了までの期間のうち燃焼速度に左右される初期期間ＴＥであって、混合気の燃焼状態を表す燃焼圧Ｐに基づき取得の初期期間ＴＥとされる。故に、こうした初期期間ＴＥである燃焼時間ＴＣｐ，ＴＣｌに基づくことによれば、放電開始時点ｔ０から火花Ｓが最大となるまでの時間に可及的に近付けた遅延時間ＴＤを、適確に設定できるので、エネルギー効率に優れた点火の達成に大きく貢献可能となるのである。

尚、以上説明した第一実施形態では、制御フローのＳ１０１〜Ｓ１１１を実行する点火制御回路５０が特許請求の範囲に記載の「遅延時間設定手段」に相当し、制御フローのＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７を実行する点火制御回路５０が特許請求の範囲に記載の「燃焼時間取得手段」及び「燃焼時間算出回路」に相当している。

（第二実施形態）
図８に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。図８に示すように、第二実施形態の電圧印加制御を実現する制御フローでは、Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０７〜Ｓ１１１が実行されない。これにより、ｎ回目の燃焼サイクルを実行するＳ１０６では、第一実施形態と同様にして予め予測される遅延時間ＴＤの好適範囲（図６参照）内のうち、Ｓ１０１と同じ初期値ＴＤ０が、遅延時間ＴＤとして利用される。これにより第二実施形態では、燃焼圧センサ４０による燃焼圧Ｐの検出結果を遅延時間ＴＤの設定に利用してはいないので、点火装置１の構成要素として当該燃焼圧センサ４０を省いてもよい。

このようにして第二実施形態の電圧印加制御を実現する制御フローによると、遅延時間ＴＤとしては、火花ギャップＧのサイズδ及び混合気の流速Ｆｍに基づいて予測設定される値が、利用されることになる。ここで、火花ギャップＧのサイズδ及び混合気の流速Ｆｍは、放電開始時点ｔ０から火花Ｓが最大となるまでの時間ＴＭＡＸに相関する物理量であるので、それらサイズδ及び流速Ｆｍに基づく予測によれば、遅延時間ＴＤを実際の当該時間ＴＭＡＸに可及的に近付け得る。これにより、火花Ｓが最大に近い状態で放電エネルギーを上昇させて燃焼速度を最大限に高めることができるので、エネルギー効率に優れた点火の達成が可能となるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的には、燃焼室２ｂ内の混合気の燃焼状態として燃焼圧Ｐ以外の物理量を検出するセンサを、燃焼圧センサ４０の代わりに用いて、当該検出物理量に基づいて燃焼時間ＴＣ（初期期間ＴＥ）を点火制御回路５０により算出してもよい。また、図９に変形例を示すように、補助点火時間ＴＡ中に二次電流Ｉａの最大ピークが複数回現出するように、副点火コイル３０から点火プラグ１０への電圧印加を制御してもよいのである。

１点火装置、２内燃機関、２ａ気筒、２ｂ燃焼室、１０点火プラグ、１０ａ中心電極、１０ｂ接地電極、２０主点火コイル、２２，３２一次コイル、２４，３４二次コイル、２６，３６イグナイタ、３０副点火コイル、４０燃焼圧センサ、５０点火制御回路（遅延時間設定手段・燃焼時間取得手段・燃焼時間算出回路）、５２メモリ、Ｆｍ流速、Ｇ火花ギャップ、Ｉａ，Ｉｍ二次電流、Ｉｄ放電電流、Ｐ燃焼圧、Ｑ熱発生量、Ｒ割合、Ｓ火花、ＴＣ燃焼時間、ＴＣｌ前回燃焼時間、ＴＣｐ今回燃焼時間、ＴＤ遅延時間、ＴＥ初期期間、ＴＭＡＸ最大火花時間、δ 火花ギャップサイズ

Claims

点火プラグの放電により内燃機関を点火する燃焼サイクルを繰り返す点火装置であって、
各回の前記燃焼サイクル毎に、前記点火プラグへ電圧を印加することにより、当該点火プラグに火花放電を発生させる主点火コイルと、
各回の前記燃焼サイクル毎に、前記主点火コイルによる放電の開始から遅延時間が経過するのを待って、前記点火プラグへ電圧を印加することにより、放電電流を増大させる副点火コイルと、
放電の開始から、放電により生成される火花が最大となるまでの時間に近付けて、前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、
各回の前記燃焼サイクル毎に、前記内燃機関における混合気の燃焼時間を取得する燃焼時間取得手段とを、備え、
前記遅延時間設定手段は、今回の前記燃焼サイクルにおいて前記燃焼時間取得手段により取得された前記燃焼時間である今回燃焼時間に基づいて、次回の前記燃焼サイクルにおける前記遅延時間を設定することを特徴とする点火装置。
前記遅延時間設定手段は、
前回の前記燃焼サイクルにおいて前記燃焼時間取得手段により取得された前記燃焼時間である前回燃焼時間よりも、前記今回燃焼時間が短い場合に、次回の前記燃焼サイクルにおける前記遅延時間を延長する一方、
前記前回燃焼時間よりも前記今回燃焼時間が長い場合に、次回の前記燃焼サイクルにおける前記遅延時間を短縮することを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
前記燃焼時間取得手段は、今回の前記燃焼サイクルにおいて前記混合気の燃焼開始から燃焼終了までの期間のうち、前記燃焼開始からの熱発生量が当該期間中の全熱発生量の所定割合となる初期期間を、前記燃焼時間として取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
前記燃焼時間取得手段は、
前記内燃機関における燃焼圧を検出する燃焼圧センサと、
前記燃焼圧センサにより検出された前記燃焼圧に基づいて、各回の前記燃焼サイクル毎に前記燃焼時間を算出する燃焼時間算出回路とを、有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。
前記遅延時間設定手段は、放電の開始から前記火花が最大となるまでの時間として、前記点火プラグにおける火花ギャップのサイズ並びに前記内燃機関における混合気の流速に基づいて予め予測される時間に、前記遅延時間を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火装置。