JP6011459B2 - 点火制御装置 - Google Patents

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、点火制御装置に関する。

この種の装置において、燃料混合気の燃焼状態を安定化させるための構成を備えたものが、従来種々提案されている。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。また、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。さらに、特開平１１−１５９４２７号公報には、点火プラグに対して、点火コイルにおける二次コイルにて発生する電圧に加えて、当該二次コイルの低圧側に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータにて発生する補助電圧を印加可能な構成が開示されている。

特開平１１−１５９４２７号公報 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」が生じることで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、体格（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（体格）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。

また、特開平１１−１５９４２７号公報に記載のように、点火コイルの二次側に補助電圧を印加する構成においては、かかる補助電圧を印加するための回路に対して、高耐圧性が要求される。このため、かかる構成においても、体格やコスト面で問題がある。

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。すなわち、本発明の目的は、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な構成を提供することにある。

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（３１１）と、直流電源（３１２）と、第一スイッチング素子（３１３）と、第二スイッチング素子（３１４）と、第三スイッチング素子（３１５）と、エネルギ蓄積コイル（３１６）と、コンデンサ（３１７）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（３１１ａ）と、二次巻線（３１１ｂ）と、を備えている。前記二次巻線は、前記点火プラグに接続されている。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。また、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。

前記第一スイッチング素子は、第一制御端子（３１３Ｇ）と、第一電源側端子（３１３Ｃ）と、第一接地側端子（３１３Ｅ）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（３１４Ｇ）と、第二電源側端子（３１４Ｄ）と、第二接地側端子（３１４Ｓ）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が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（３１５Ｇ）と、第三電源側端子（３１５Ｃ）と、第三接地側端子（３１５Ｅ）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る。この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とともに、この蓄積したエネルギを前記第三スイッチング素子のオフによって放出するように設けられている。

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前記エネルギ蓄積コイル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。

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、前記点火プラグの点火放電（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、前記第三スイッチング素子をオフ及び前記第二スイッチング素子をオンするようになっている。すなわち、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上述のように動作させることで、前記コンデンサから蓄積エネルギを放出させるとともに、この放出されたエネルギを、前記一次巻線にて前記一次電流を通流させるためのエネルギとして、前記他端側から前記一次巻線に供給すべく、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、前記第二制御信号におけるデューティ比を可変に設定す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。また、この蓄積エネルギは、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。

前記第二スイッチング素子及び前記第三スイッチング素子がオフされた状態で、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とで、前記点火プラグにて高電圧が発生して放電が発生し、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。これにより、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、前記点火プラグにて前記点火放電が開始した後は、前記二次電流（以下「放電電流」と称することがある）は、そのままでは時間経過とともにゼロに近づく。この点、本発明の構成においては、前記点火放電中に、前記第三スイッチング素子をオフ及び前記第二スイッチング素子をオンする（前記第三スイッチング素子のオフ下で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。これにより、前記放電電流が、前記点火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、前記第二制御信号におけるデューティ比（すなわち前記第二スイッチング素子のオンデューティ）を可変に設定する。例えば、前記制御部は、前記二次電流（前記放電電流）を所定値以上に保持すべく、前記内燃機関の運転状態に応じて前記デューティ比を設定する。具体的には、例えば、前記制御部は、時間経過とともに前記デューティ比を増加させる。この場合、前記制御部は、時間経過に伴う前記デューティ比の増加率を可変に設定してもよい。

かかる構成を備えた、本発明の前記点火制御装置によれば、前記放電電流の通流状態を、いわゆる「吹き消え」が生じないように、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することが可能となる。したがって、本発明によれば、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、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、前記一次巻線の高圧側（前記直流電源側すなわち前記一端側）から、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、前記一次巻線の低圧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概略的な回路図。 図２に示されている点火制御装置の動作説明のためのマップ。 図２に示されている点火制御装置の動作説明のためのタイムチャート。 図２に示されている点火制御装置の動作説明の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３１１（一次巻線３１１ａ及び二次巻線３１１ｂを含む）と、直流電源３１２と、第一スイッチング素子３１３と、第二スイッチング素子３１４と、第三スイッチング素子３１５と、エネルギ蓄積コイル３１６と、コンデンサ３１７と、ダイオード３１８ａ，３１８ｂ及び３１８ｃ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３１１は、一次巻線３１１ａと二次巻線３１１ｂとを備えている。このイグニッションコイル３１１は、周知の通り、一次巻線３１１ａを通流する一次電流の増減により、二次巻線３１１ｂ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３１１ａの一端である高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側には、直流電源３１２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３１１ａ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３１３を介して、接地側に接続されている。すなわち、直流電源３１２は、第一スイッチング素子３１３がオンされたときに、一次巻線３１１ａにて高電圧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３１１ｂにおける高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側は、ダイオード３１８ａを介して、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側に接続されている。ダイオード３１８ａは、そのアノードが二次巻線３１１ｂ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３１８ａは、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側から二次巻線３１１ｂ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３１１ｂ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３１１ｂ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３１３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３１３Ｇと、第一電源側端子３１３Ｃと、第一接地側端子３１３Ｅと、を有している。この第一スイッチング素子３１３は、第一制御端子３１３Ｇ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３１３Ｃと第一接地側端子３１３Ｅ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３１３Ｃは、一次巻線３１１ａ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３１３Ｅは、接地側に接続されている。

第二スイッチング素子３１４は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴはMetal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）であって、第二制御端子３１４Ｇと、第二電源側端子３１４Ｄと、第二接地側端子３１４Ｓと、を有している。この第二スイッチング素子３１４は、第二制御端子３１４Ｇ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３１４Ｄと第二接地側端子３１４Ｓ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３１４Ｓは、ダイオード３１８ｂを介して、一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に接続されている。ダイオード３１８ｂは、そのアノードが第二接地側端子３１４Ｓに接続されている。すなわち、このダイオード３１８ｂは、第二スイッチング素子３１４における第二接地側端子３１４Ｓから一次巻線３１１ａ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３１５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３１５Ｇと、第三電源側端子３１５Ｃと、第三接地側端子３１５Ｅと、を有している。この第三スイッチング素子３１５は、第三制御端子３１５Ｇ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３１５Ｃと第三接地側端子３１５Ｅ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３１５Ｃは、ダイオード３１８ｃを介して、第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄに接続されている。ダイオード３１８ｃは、そのアノードが第三電源側端子３１５Ｃに接続されている。すなわち、このダイオード３１８ｃは、第三スイッチング素子３１５における第三電源側端子３１５Ｃから第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄ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３１５における第三接地側端子３１５Ｅは、接地側に接続されている。

エネルギ蓄積コイル３１６は、直流電源３１２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３１５における第三電源側端子３１５Ｃ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３１６は、第三スイッチング素子３１５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３１５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３１７は、接地側と直流電源３１２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３１６と直列接続されている。すなわち、コンデンサ３１７は、エネルギ蓄積コイル３１６に対して、第三スイッチング素子３１５と並列接続されている。このコンデンサ３１７は、第三スイッチング素子３１５のオフによってエネルギ蓄積コイル３１６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。

本発明の「制御部」を構成するドライバ回路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３１３、第二スイッチング素子３１４、及び第三スイッチング素子３１５を制御するように、第一制御端子３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇ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３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇに出力するように設けられている。

具体的には、ドライバ回路３１９は、点火プラグ１９の点火放電（これは第一スイッチング素子３１３のオフにより開始される）中に、第三スイッチング素子３１５をオフ及び第二スイッチング素子３１４をオンすることで、コンデンサ３１７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３１７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３１１ａ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、低電圧側端子側から一次巻線３１１ａに供給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、第三制御信号ＩＧｃにおけるデューティ比を、エンジンパラメータに応じて可変に設定するようになっている。すなわち、ドライバ回路３１９は、エンジンパラメータに応じた第三スイッチング素子３１５のオンデューティの設定によって、コンデンサ３１７におけるエネルギ（静電エネルギ）の蓄積量を可変に制御するようになっている。

また、本実施形態においては、ドライバ回路３１９は、第二制御信号ＩＧｂにおけるデューティ比を、エンジンパラメータに応じて可変に設定するようになっている。すなわち、ドライバ回路３１９は、エンジンパラメータに応じた第二スイッチング素子３１４のオンデューティの設定によって、コンデンサ３１７から一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側へのエネルギ供給量を可変に制御するようになっている。

具体的には、本実施形態においては、ドライバ回路３１９は、気筒１１ｂ内の流速増加に伴う吹き消えが発生しないよう放電電流を所定値以上に保持すべく、第二制御信号ＩＧｂにおけるデューティ比を１燃焼サイクル中における時間経過とともに増加させるようになっている。また、ドライバ回路３１９は、図３に示されているマップ（ルックアップテーブル）を用いることで、エンジンパラメータである吸気圧Ｐａ及びエンジン回転数Ｎｅに応じて、１燃焼サイクル中における時間経過に伴うデューティ比の増加率ΔＤＵＴＹを可変に設定す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４及び図５のタイムチャートにおいて、「Ｖｄｃ」はコンデンサ３１７の電圧、「Ｉ１」は一次電流、「Ｉ２」は二次電流をそれぞれ示す。

なお、図中、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３１３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３１４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３１５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３１３における第一制御端子３１３Ｇに向けて出力する。

一方、第二制御信号ＩＧｂ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、図３に示されているマップと、に基づいて生成されるものである。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、図３に示されているマップと、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３１４における第二制御端子３１４Ｇに向けて出力する。

ここで、図４に示されているように、本実施形態においては、第二制御信号ＩＧｂは、エネルギ投入期間信号ＩＧｗ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。この第二制御信号ＩＧｂは、そのデューティ比が、時刻ｔ３〜ｔ４間における時間経過とともに、エンジンパラメータ（具体的には吸気圧Ｐａ及びエンジン回転数Ｎｅ）及び図３のマップに基づいて設定された増加率ΔＤＵＴＹで増加するように生成される。

また、第三制御信号ＩＧｃ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生成されるものである。このため、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３１５における第三制御端子３１５Ｇ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４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４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。

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３１３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３１４はオフである）。すると、一次巻線３１１ａ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３１１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３１５における第三制御端子３１５Ｇに入力される。第三スイッチング素子３１５がオンされることで、エネルギ蓄積コイル３１６にエネルギが蓄積される。また、この蓄積エネルギは、第三スイッチング素子３１５をオフさせると、エネルギ蓄積コイル３１６から放出され、コンデンサ３１７に蓄積される。このようにして、第三スイッチング素子３１５のオンオフにより、エネルギ蓄積コイル３１６を介してコンデンサ３１７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３１７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３１３がオフされると、それ以前まで一次巻線３１１ａに通流していた一次電流が急激に遮断される。すると、イグニッションコイル３１１が放電し、二次巻線３１１ｂにて、大きな二次電流である放電電流が生じる。これにより、点火プラグ１９にて点火放電が開始する。

時刻ｔ２にて点火放電が開始した後は、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）、破線で示されたように推移する。この場合、放電電流は、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。これにより、点火放電が終了する。なお、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４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。

この点、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。これに対応して、第三スイッチング素子３１５のオフ（第三制御信号ＩＧｃ＝Ｌレベル）下で、第二スイッチング素子３１４がオンされる（第二制御信号ＩＧｂ＝Ｈレベル）。すると、コンデンサ３１７の蓄積エネルギが当該コンデンサ３１７から放出され、上述の投入エネルギが、一次巻線３１１ａに対してその低電圧側端子側から供給される。これにより、点火放電（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−ｔ３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ｔ３以降（ｔ４まで）、第二スイッチング素子３１４がオンされる毎に行われる。すなわち、図４に示されているように、第二制御信号ＩＧｂが立ち上がる毎に、コンデンサ３１７の蓄積エネルギにより一次電流（Ｉ１）が順次追加され、これに対応して、放電電流（Ｉ２）が順次追加される。この場合の放電エネルギの大きさは、図４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、破線で示された三角形の面積を差し引いた量に相当する。

このように、本実施形態においては、かかる投入エネルギにより、放電電流を、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、本具体例においては、時刻ｔ２とｔ３との間の時間間隔は、いわゆる「吹き消え」が生じないように、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により適宜（マップ等を用いて）設定されるものとする。

ところで、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、いわゆる「吹き消え」が気筒１１ｂ内の気流の流速やリーン化などにより生じやすい。この点、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３１７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３１７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３１４がオンされる毎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（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）でか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３１７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。なお、図５は、「吹き消え」が生じにくい低負荷又は低回転運転条件における、第三制御信号ＩＧｃのデューティ比が図４よりも低い場合を示している。

また、上述のように、点火放電中の放電電流の通流状態は、第二スイッチング素子３１４のオンオフによる、コンデンサ３１７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、本実施形態においては、第二制御信号ＩＧｂにおけるデューティ比が可変に設定される。具体的には、時間経過とともにデューティ比が増加率ΔＤＵＴＹ（高負荷又は高回転運転条件になるほど大きく設定される）で増加するように、第二制御信号ＩＧｂが生成される。これにより、図４に示されているように、放電電流が、所定値Ｉ２ｔｈ以上に保持される。

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３１１ａにおける低電圧端子側（第一スイッチング素子３１３側）からエネルギが投入される。このため、二次巻線３１１ｂ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３１１ａの高電圧側端子から、直流電源３１２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３１２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３１１ａ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３１１ａ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３１３における第一制御端子３１３Ｇに出力されてもよい。

また、ＩＧａ信号とＩＧｃ信号とは、必ずしも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３１７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、ΔＤＵＴＹは、吸気圧Ｐａ及びエンジン回転数Ｎｅのうちのいずれか一方に基づいて設定されてもよい。また、ΔＤＵＴＹは、吸気圧Ｐａ、エンジン回転速度Ｎｅ、スロットル開度ＴＨＡ、ＥＧＲ率、空燃比、吸入空気量Ｇａ、アクセル操作量ＡＣＣＰ、等の多数のエンジンパラメータのうちから、任意に選択されたものに基づいて設定されてもよい。

第二制御信号ＩＧｂのデューティ比は、１燃焼サイクル中（具体的には時刻ｔ３〜ｔ４間）で一定であってもよい。この場合、かかるデューティ比は、上述の具体例と同様に、エンジンパラメータに基づいて設定される。この場合の、エンジンパラメータに基づくデューティ比ＤＵＴＹの設定は、図３の「ΔＤＵＴＹマップ」と同様の「ＤＵＴＹマップ」を用いて行われる。

また、△ＤＵＴＹは、増加方向だけでなく、減算方向も含んでいてもよい。すなわち、第二制御信号ＩＧｂのデューティ比は、１燃焼サイクル中にて、増加したり減少したりするように設定されてもよい。これにより、運転状態に応じた最適な（すなわち吹き消えが生じにくい）投入エネルギのパターンを実現することが可能になる。

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。

上述の実施形態にて例示した第三制御信号ＩＧｃのデューティ制御に代えて、あるいはこれとともに、エネルギ投入期間信号ＩＧｗの波形（図３等におけるｔ３の立ち上りタイミング及び／又はｔ３−ｔ４の間の期間）の制御によって、投入エネルギを可変としてもよい。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。

一次巻線３１１ａ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３１４における第二電源側端子３１４Ｄ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、３１１…イグニッションコイル、３１１ａ…一次巻線、３１１ｂ…二次巻線、３１２…直流電源、３１３…第一スイッチング素子、３１３Ｃ…第一電源側端子、３１３Ｅ…第一接地側端子、３１３Ｇ…第一制御端子、３１４…第二スイッチング素子、３１４Ｄ…第二電源側端子、３１４Ｇ…第二制御端子、３１４Ｓ…第二接地側端子、３１５…第三スイッチング素子、３１５Ｃ…第三電源側端子、３１５Ｅ…第三接地側端子、３１５Ｇ…第三制御端子、３１６…エネルギ蓄積コイル、３１７…コンデンサ、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 (6)

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（３１１ａ）と二次巻線（３１１ｂ）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（３１１）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（３１２）と、
   第一制御端子（３１３Ｇ）と第一電源側端子（３１３Ｃ）と第一接地側端子（３１３Ｅ）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（３１３）と、
   第二制御端子（３１４Ｇ）と第二電源側端子（３１４Ｄ）と第二接地側端子（３１４Ｓ）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（３１４）と、
   第三制御端子（３１５Ｇ）と第三電源側端子（３１５Ｃ）と第三接地側端子（３１５Ｅ）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（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、エネルギを前記第三スイッチング素子のオンによって蓄積するとともに当該第三スイッチング素子のオフによって放出するように設けられた、エネルギ蓄積コイル（３１６）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前記エネルギ蓄積コイルから放出されたエネルギを蓄積するように設けられた、コンデンサ（３１７）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の点火放電中に、前記第三スイッチング素子をオフ及び前記第二スイッチング素子をオンすることで、エネルギを前記コンデンサから放出させて前記一次巻線にて前記一次電流を通流させるために前記他端側から前記一次巻線に供給すべく、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た、制御部（３１９）と、
   を備え、
   前記制御部は、前記第二制御信号におけるデューティ比を可変に設定することを特徴とする、点火制御装置。
2. 前記制御部は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記デューティ比を設定することを特徴とする、請求項１に記載の点火制御装置。
3. 前記内燃機関の運転状態は、少なくとも機関回転数を含むことを特徴とする、請求項２に記載の点火制御装置。
4. 前記制御部は、前記デューティ比を、１燃焼サイクル中において可変に設定することを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の点火制御装置。
5. 前記制御部は、時間経過とともに前記デューティ比を増加させることを特徴とする、請求項４に記載の点火制御装置。
6. 前記制御部は、時間経過に伴う前記デューティ比の増加率を可変に設定することを特徴とする、請求項５に記載の点火制御装置。

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