JP6394037B2 - 点火制御システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関において混合気への点火を制御する点火制御システムに関する。

従来、燃料供給流路の燃料を加熱し、内燃機関の始動性を向上させる技術が知られている。例えば特許文献１に開示された燃料加熱装置は、高圧燃料ポンプから圧送された高圧燃料をインジェクタに供給する燃料レールの燃料を加熱する。
特にアルコール混合燃料を用いるフレキシブルフューエルビークル（以下、「ＦＦＶ車両」という）では、アルコールはガソリンに比べ同一温度での揮発性が低いため、着火性が悪い。そこで、燃料を加熱することで、低温時の始動性の向上を図っている。

特表２００８−５４２６２２号公報

特許文献１の従来技術は単に燃料を加熱するのみで、点火プラグの放電の条件を変えることにより着火性を向上させるものではない。そのため、例えば−１０℃以下の極低温でアルコール混合燃料を使用する場合、たとえ燃料供給流路の燃料を加熱したとしても、燃焼室での燃料の霧化及び着火性が悪く、内燃機関の始動が困難となるおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温での内燃機関の始動性を向上させる点火制御システムを提供することにある。

本発明は、内燃機関において混合気への点火を制御する点火制御システムであって、点火コイル、点火スイッチ、エネルギ投入手段、投入エネルギ設定手段、及び燃料加熱装置を備える。
点火コイルは、直流電源から供給される一次電流が流れる一次コイル、及び、点火プラグの電極に接続され、一次電流の通電及び遮断による二次電圧が発生し二次電流が流れる二次コイルを有する。
点火スイッチは、一次コイルの直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号に従って一次電流の通電と遮断とを切り替える。

エネルギ投入手段は、点火スイッチにより一次電流を遮断し、遮断による二次電圧で点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、一次コイル側から点火コイルにエネルギを投入可能である。好ましくは、エネルギ投入手段は、一次コイルの接地側から点火コイルに二次電流と同じ極性で重畳的にエネルギを投入可能である。
ここで、「点火スイッチにより一次電流を遮断して発生させた二次電流による点火」を「通常点火」という。すなわち、本発明のエネルギ投入手段は、通常点火後のエネルギ投入期間に、エネルギを投入する。
また、一次コイルの接地側には、接地に向かう電流を遮断し、接地から一次コイルの接地側に向かう電流を通流する整流素子が接続されている。

投入エネルギ設定手段は、エネルギ投入手段による投入エネルギを設定する。
燃料加熱装置は、内燃機関に供給される燃料が収容される燃料供給流路の燃料を加熱可能である。ここで、「燃料が収容される燃料供給流路」には、燃料を貯留する燃料タンクや燃料が圧送される燃料ポンプ、及び、それらを接続する配管等、内燃機関に供給される燃料が収容される流路のどの部分も含まれる。一例としては、各気筒のインジェクタに燃料を分配する燃料レールが燃料供給流路に相当する。
そして、投入エネルギ設定手段は、燃料加熱装置の燃料温度に応じて、投入エネルギを設定することを特徴とする。

本発明の点火制御システムは、低温時に燃料加熱装置において燃料を加熱すると共に、点火プラグの放電時に燃焼室における着火性を向上させるように積極的にエネルギ投入を行うことを特徴とする。
これにより、燃料温度が低く霧化能力が低下した状態であっても着火性を確保し、内燃機関を良好に始動させることができる。また、投入エネルギにより着火性を向上させるため、燃料加熱装置による加熱時間を短縮することができる。したがって、揮発性の低いアルコール混合燃料を極低温で使用する場合に特に効果がある。

投入エネルギ設定手段は、具体的には、燃料加熱装置の燃料温度が低いほど、二次電流の目標値を高く設定するか、かつ／又は、エネルギ投入期間を長く設定する。
これにより、燃料温度に依存する混合燃料の霧化能力に応じて、適切な投入エネルギを設定することができる。

また、投入エネルギ設定手段は、燃料加熱装置の燃料温度が所定の温度閾値を超えるとき、二次電流の目標値又はエネルギ投入期間を、温度閾値において不連続に変化させつつゼロに設定し、エネルギ投入手段によるエネルギ投入を停止する。
燃料加熱装置の燃料温度が所定の温度閾値を超える領域では通常点火によって十分に良好な着火が可能であるため、エネルギ投入制御を停止することで消費電力を低減することができる。

例えば、燃料加熱装置は、燃料を加熱可能な加熱手段、及び、燃料温度を検出する温度検出手段を有し、投入エネルギ設定手段は、温度検出手段が検出した燃料温度の検出値に応じて、投入エネルギを設定するとよい。

本発明の各実施形態による点火制御システムが適用されるエンジンシステムの概略構成図。 本発明の各実施形態による点火制御システムの構成図。 図２の点火制御システムによるエネルギ投入制御の作動を説明するタイムチャート。 第１実施形態の投入エネルギ制御による、（ａ）燃料温度、（ｂ）燃料加熱時間と目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷとの関係を示すマップ。 図２の点火制御システムによる通常点火の作動を説明するタイムチャート。 第２実施形態の投入エネルギ制御による、（ａ）燃料温度、（ｂ）燃料加熱時間と目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷとの関係を示すマップ。

以下、本発明の実施形態による点火制御システムを図面に基づいて説明する。
本発明の各実施形態による点火制御システムは、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。以下の実施形態の説明では、特許請求の範囲に記載の「内燃機関」を「エンジン」という。

［エンジンシステムの構成］
まず、エンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、エンジンシステム１０は火花点火式のエンジン１３を備えている。エンジン１３は、例えば４気筒等の多気筒エンジンであり、図１では１気筒の断面のみを図示する。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられている。
なお、図１のエンジンシステム１０は、ＥＧＲ（排気還流）システムを有していないものとする。或いは、ＥＧＲシステムを有している場合でも、本実施形態の特徴とは関連性が低いため、図示を省略する。さらに、排気通路に設けられる触媒の図示も省略する。

エンジン１３は、スロットル弁１４を通じて吸気マニホールド１５から供給される空気とインジェクタ１６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１７内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン１８を往復運動させる。このピストン１８の往復運動は、クランクシャフト１９により回転運動に変換されて出力される。燃焼ガスは、排気マニホールド２０等を通じて大気中に放出される。

燃焼室１７の入口であるシリンダヘッド２１の吸気ポートには吸気弁２２が設けられ、また燃焼室１７の出口であるシリンダヘッド２１の排気ポートには排気弁２３が設けられている。吸気弁２２及び排気弁２３は、バルブ駆動機構２４により開閉駆動される。吸気弁２２のバルブタイミングは、可変バルブ機構２５により調整される。

燃焼室１７の混合気の点火は、点火制御システム３００によって点火プラグ７の電極間に放電を発生させることにより行われる。点火制御システム３００は、電子制御ユニット３２の指令に基づき点火回路ユニット３１を動作させて点火コイル４０から点火プラグ７に高電圧を印加することにより、燃焼室１７で火花放電を発生させる。
点火プラグ７は、エンジン１３の燃焼室１７で所定のギャップを隔てて対向する一対の電極（図２参照）を有し、上記ギャップで絶縁破壊が生じるだけの高電圧が一対の電極間に印加されると放電を発生させる。以下の説明において、「高電圧」とは、点火プラグ７の一対の電極間で放電が発生し得るほどの電圧をいう。

電子制御ユニット３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート等からなるマイクロコンピュータによって構成されており、図中、「ＥＣＵ」と表す。
破線矢印で示すように、電子制御ユニット３２は、クランク位置センサ３５、カム位置センサ３６、水温センサ３７、スロットル開度センサ３８、及び吸気圧センサ３９等の各種センサからの検出信号が入力される。電子制御ユニット３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、実線矢印で示すように、スロットル弁１４、インジェクタ１６、及び点火回路ユニット３１等を駆動してエンジン１３の運転状態を制御する。

燃料加熱装置８０は、電子制御ユニット３２と通信しつつ、燃料供給流路８５の燃料を加熱する。燃料供給流路８５には、例えば、各気筒のインジェクタ１６に燃料を分配する燃料レールが相当する。その他、燃料を貯留する燃料タンクや燃料が圧送される燃料ポンプ、及び、それらを接続する配管等、エンジン１３に供給される燃料が収容される流路のどの部分を加熱対象としてもよい。なお、図中、燃料供給流路８５の上流側は具体的な構成を図示せず、破線で示している。

［点火制御システムの構成］
次に、点火制御システム３００の構成について図２を参照して説明する。
図２に示すように、点火制御システム３００は、点火コイル４０、点火回路ユニット３１、及び、電子制御ユニット３２、及び燃料加熱装置８０を含む。

点火コイル４０は、一次コイル４１と二次コイル４２と整流素子４３とを有し、公知の昇圧トランスを構成している。
一次コイル４１は、一端が、一定の直流電圧を供給可能な「直流電源」としてのバッテリ６の正極に接続されており、他端が点火スイッチ４５を介して接地されている。以下、一次コイル４１のバッテリ６と反対側を「接地側」という。
二次コイル４２は、一次コイル４１と磁気的に結合されており、一端が点火プラグ７の一対の電極を介して接地されており、他端が整流素子４３及び二次電流検出抵抗４７を介して接地されている。

一次コイル４１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、一次電流Ｉ１の通電及び遮断によって発生し、二次コイル４２に流れる電流を二次電流Ｉ２という。図中に矢印で示すように、一次電流Ｉ１は、一次コイル４１から点火スイッチ４５に向かう方向の電流を正とし、二次電流Ｉ２は、二次コイル４２から点火プラグ７に向かう方向の電流を正とする。また、二次コイル４２の点火プラグ７側の電圧を二次電圧Ｖ２という。
整流素子４３は、ダイオードで構成されており、二次電流Ｉ２を整流する。
点火コイル４０は、一次コイル４１を流れる電流の変化に応じて電磁誘導の相互誘導作用により二次コイル４２に高電圧を発生させ、この高電圧を点火プラグ７に印加する。本実施形態では、１つの点火プラグ７に対し１つの点火コイル４０が設けられている。

点火回路ユニット３１は、点火スイッチ（イグナイタ）４５、エネルギ投入部５０、二次電流検出抵抗４７、二次電流検出回路４８を有している。
点火スイッチ４５は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されており、コレクタが点火コイル４０の一次コイル４１の接地側に接続され、エミッタが接地され、ゲートが電子制御ユニット３２に接続されている。エミッタは、整流素子４６を介してコレクタに接続されている。
点火スイッチ４５は、ゲートに入力される点火信号ＩＧＴに応じてオンオフ動作する。詳しくは、点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にオンとなり、点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にオフとなる。一次コイル４１における一次電流Ｉ１は、点火スイッチ４５により点火信号ＩＧＴに従って通電及び遮断が切り替えられる。

「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部５０は、エネルギ蓄積コイル５２、充電スイッチ５３、充電スイッチ用ドライバ回路５４、及び整流素子５５から構成されるＤＣＤＣコンバータ５１、並びに、コンデンサ５６、放電スイッチ５７、放電スイッチ用ドライバ回路５８及び整流素子５９を有しており、エネルギを一次コイル４１の接地側に継続的に投入する。

ＤＣＤＣコンバータ５１は、バッテリ６の電圧を昇圧し、コンデンサ５６に供給する。
エネルギ蓄積コイル５２は、一端がバッテリ６に接続され、他端が充電スイッチ５３を介して接地されている。充電スイッチ５３は、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）で構成されており、ドレインがエネルギ蓄積コイル５２に接続され、ソースが接地され、ゲートがドライバ回路５４に接続されている。ドライバ回路５４は、充電スイッチ５３をオンオフ駆動可能である。
整流素子５５は、ダイオードで構成されており、コンデンサ５６からエネルギ蓄積コイル５２及び充電スイッチ５３側への電流の逆流を防止する。

充電スイッチ５３がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に誘起電流が流れ、電気エネルギが蓄積される。また、充電スイッチ５３がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に蓄積された電気エネルギがバッテリ６の直流電圧に重畳してコンデンサ５６側へ放出される。充電スイッチ５３がオンオフ動作を繰り返すことで、エネルギ蓄積コイル５２にてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、バッテリ電圧が昇圧される。
コンデンサ５６は、一方の電極が整流素子５５を介してエネルギ蓄積コイル５２の接地側に接続され、他方の電極が接地されている。コンデンサ５６は、ＤＣＤＣコンバータ５１によって昇圧された電圧を蓄電する。

放電スイッチ５７は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成されており、ドレインがコンデンサ５６に接続され、ソースが一次コイル４１の接地側に接続され、ゲートがドライバ回路５８に接続されている。ドライバ回路５８は、放電スイッチ５７をオンオフ駆動可能である。
整流素子５９は、ダイオードで構成されており、点火コイル４０からコンデンサ５６への電流の逆流を防止している。
なお、図２では１気筒に対する構成のみを示しているが、現実には、放電スイッチ５７以降の構成は気筒数分が並列して設けられており、放電スイッチ５７の手前で電流経路が気筒毎に分岐され、コンデンサ５６に蓄積されたエネルギが各経路に分配される。

二次電流検出回路４８は、燃焼室１７に設けられる二次電流検出抵抗４７の両端電圧に基づいて二次電流Ｉ２を検出する。そして、二次電流Ｉ２を目標値（以下「目標二次電流Ｉ２^*」という。）に一致させようとするフィードバック制御により、放電スイッチ５７のオンデューティ比を演算し、ドライバ回路５８に指令する。
以上が点火回路ユニット３１の構成である。

次に、電子制御ユニット３２は、「投入エネルギ設定手段」としての点火制御部３３を含む。なお、本実施形態における点火制御部３３は、投入エネルギの設定のみでなく点火信号ＩＧＴの生成等の制御機能全般を含むため、「点火制御部」という。
電子制御ユニット３２の点火制御部３３は、クランク位置センサ３５等の各種センサから取得したエンジン１３の運転情報に基づいて、点火信号ＩＧＴ及びエネルギ投入期間信号ＩＧＷを生成し、点火回路ユニット３１に出力する。また、点火制御部３３は、燃料加熱装置８０の燃料温度に応じて、投入エネルギを設定することを特徴とする。

点火制御部３３が生成した点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ４５のゲート、及び、充電スイッチ用ドライバ回路５４に入力される。点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、オンとなる。ドライバ回路５４は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、充電スイッチ５３のゲートに対し、充電スイッチ５３をオンオフ制御する充電スイッチ信号ＳＷｃを繰り返し出力する。

エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、放電スイッチ用ドライバ回路５８に入力される。ドライバ回路５８は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが入力されている期間、放電スイッチ５７のゲートに対し、放電スイッチ５７をオンオフ制御する放電スイッチ信号ＳＷｄを繰り返し出力する。
また、ドライバ回路５８には、目標二次電流Ｉ２^*を指示するための目標二次電流信号ＩＧＡが入力される。

燃料加熱装置８０は、「加熱手段」としてのヒータ８１、ヒータスイッチ８２、制御回路８３、及び、「温度検出手段」としての温度センサ８４を含む。
ヒータ８１は、例えば電熱線等の電気ヒータである。ヒータスイッチ８２は、例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子で構成されており、バッテリ６からヒータ８１への通電を開閉する。制御回路８３は、ヒータスイッチ８２のスイッチ動作を制御するヒータスイッチ信号ＳＷｈを出力する。

温度センサ８４は、サーミスタ、熱電対等で構成され、検出した燃料温度を電圧信号等として電子制御ユニット３２に出力する。
電子制御ユニット３２は、例えば温度センサ８４から取得した温度検出値に基づき、検出温度が目標温度に一致するようにＰＩ演算等によるフィードバック制御によって制御回路８３を介してヒータ８１への通電を制御する。或いは、フィードフォワード制御により通電等を制御してもよい。

［点火制御システムの作動］
次に、点火制御システム３００によるエネルギ投入の作動について図３のタイムチャートを参照して説明する。図３のタイムチャートは、共通の時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、投入エネルギＰ、充電スイッチ信号ＳＷｃ、放電スイッチ信号ＳＷｄの時間変化を示している。
ここで、「コンデンサ電圧Ｖｄｃ」はコンデンサ５６に蓄電された電圧を意味する。また、「投入エネルギＰ」は、コンデンサ５６から放出され、一次コイル４１の低電圧側端子側から点火コイル４０に供給されるエネルギを意味し、１回の点火タイミング中における供給開始（最初の放電スイッチ信号ＳＷｄの立ち上がり）からの積算値を示す。

図３中、「一次電流Ｉ１」及び「二次電流Ｉ２」は、図２に示す矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。以下の説明において、負の電流の大小に言及する場合、「電流の絶対値」を基準として大小を表す。すなわち、負領域において、電流値が０［Ａ］から離れ絶対値が大きくなるほど「電流が増加又は上昇する」といい、０［Ａ］に近づき絶対値が小さくなるほど「電流が減少又は低下する」という。

また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時刻ｔ３−ｔ４の期間における二次電流Ｉ２の制御目標値を、「目標二次電流Ｉ２^*」とする。目標二次電流Ｉ２^*は、点火放電を良好に維持可能な程度の電流に設定される。本実施形態では、波状の最大値と最小値との中間値を目標値とするが、他の実施形態では、波状の最大値又は最小値を目標値としてもよい。

時刻ｔ１にて点火信号ＩＧＴがＨ（ハイ）レベルに立ち上がると、点火スイッチ４５がオンされる。このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはＬ（ロー）レベルであるため放電スイッチ５７はオフである。これにより、一次コイル４１における一次電流Ｉ１の通電が開始する。

また、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている間、矩形波パルス状の充電スイッチ信号ＳＷｃが、充電スイッチ５３のゲートに入力される。すると、充電スイッチ５３のオン後のオフ期間に、コンデンサ電圧Ｖｄｃがステップ状に上昇する。
このようにして、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、点火コイル４０が充電されるとともに、ＤＣＤＣコンバータ５１の出力によってコンデンサ５６にエネルギが蓄積される。このエネルギの蓄積は、時刻ｔ２までに終了する。
このとき、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、すなわちコンデンサ５６のエネルギ蓄積量は、充電スイッチ信号ＳＷｃのオンデューティ比及びオンオフ回数によって制御可能である。

その後、時刻ｔ２にて点火信号ＩＧＴがＬレベルに立ち下げられ点火スイッチ４５がオフされると、それまで一次コイル４１に通電していた一次電流Ｉ１が急激に遮断される。すると、二次コイル４２に高電圧が発生し、点火プラグ７の電極間にて放電が発生することにより、二次電流Ｉ２（放電電流)が流れる。
時刻ｔ２で点火放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流Ｉ２は、破線で示すように、時間経過とともに０［Ａ］に近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電は終了する。このような放電による点火方式を「通常点火」という。

それに対し本実施形態では、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ３にエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＨレベルに立ち上げられ、充電スイッチ５３がオフの状態で放電スイッチ５７がオンされる。すると、コンデンサ５６の蓄積エネルギが放出され、一次コイル４１の接地側に投入される。これにより、点火放電中に、「投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１」が通電する。なお、投入エネルギＰは、時刻ｔ２までに蓄積されたコンデンサ電圧Ｖｄｃが高いほど大きくなる。

このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２−ｔ３間に通電していた二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が同じ極性で重畳される。この一次電流Ｉ１の重畳は、時刻ｔ３−ｔ４の間、放電スイッチ５７がオンされる毎に行われる。
すなわち、放電スイッチ信号ＳＷｄがオンになる毎に、コンデンサ５６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、二次電流Ｉ２が順次追加される。二次電流Ｉ２が所定値になると放電スイッチ５７がオフされ一次電流Ｉ１への重畳投入が停止し、Ｉ２が低下していき所定値になると再度放電スイッチ５７がオンされる。これにより、二次電流Ｉ２は、目標二次電流Ｉ２^*に一致するように維持される。
時刻ｔ４でエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＬレベルに立ち下げられると、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンオフ動作が停止し、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２ともにゼロとなる。以下、電流について「ゼロ」と記載する場合、厳密な０［Ａ］に限らず、実質的に０［Ａ］と同等の微少電流範囲を含むものとする。

このように、時刻ｔ２における点火放電の後、「一次コイル４１の接地側」から点火コイル４０にエネルギを投入する制御方式は、本出願人が開発したものである。以下、本明細書において、単に「エネルギ投入制御」という場合、この制御方式を意味する。
一方、周知の多重放電方式のように、一次コイル４１のバッテリ６側、或いは二次コイル４２の点火プラグ７と反対側から点火コイル４０にエネルギを投入する方式を包括して「従来のエネルギ投入制御」という。本出願人が開発したエネルギ投入制御では、従来の方式に比べ、低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、点火可能な状態を一定期間持続させることができる。

ところで、エタノール等のアルコールを含む燃料を用いるＦＦＶ車両では、アルコールの蒸発温度がガソリンの蒸発温度よりも高いことにより、揮発性が低下する。特に−１０℃以下の極低温でアルコール混合燃料を使用する場合、たとえ燃料加熱装置８０によって燃料供給流路８５の燃料を加熱したとしても、燃焼室１７での燃料の霧化及び着火性が低く、エンジン１３の始動が困難となるおそれがある。

そこで本実施形態の点火制御システム３００は、燃料加熱装置８０によって燃料を加熱することに加え、点火回路ユニット３１にてエネルギ投入制御を実施することで燃料の霧化を促進し、放電による火花が着火しやすい状態を継続的に形成する。また、このとき、点火制御部３３は、燃料加熱装置８０の燃料温度に応じて、投入エネルギを適切に設定する。

次に、点火制御部３３による投入エネルギの具体的な設定に関して、実施形態毎に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による投入エネルギの設定について、図４を参照して説明する。
ここで、エネルギ投入制御において目標二次電流Ｉ２^*を高くすることとエネルギ投入期間ＩＧＷを長くすることとは、放電を強くするか、放電の機会を増やすかという詳細な作用効果に違いはあるものの、「エネルギ投入をより増進させて火花着火性を高める」方向に変化させるという点で共通している。逆に、目標二次電流Ｉ２^*を低くすることとエネルギ投入期間ＩＧＷを短くすることとは、「エネルギ投入をより軽減する」方向に変化させるという点で共通している。

したがって、説明が重複することを避けるため、図４（ａ）、（ｂ）の縦軸において、目標二次電流Ｉ２^*とエネルギ投入期間ＩＧＷとを並列に記載する。ただし、当然ながら、電流及び期間の数値単位は全く別のものである。また、図４（ａ）、（ｂ）は、目標二次電流Ｉ２^*及びエネルギ投入期間ＩＧＷがいずれも右下がりの特性であるという傾向を示すに過ぎず、特性線の形状が厳密に一致していることを意味しない。

図４（ａ）に示す例では、点火制御部３３は、温度センサ８４による燃料温度の検出値を常に取得する。そして、第１実施形態では、燃料温度の全範囲にわたって、燃料温度が低いほど目標二次電流Ｉ２^*を高く、又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。
図４（ｂ）に示す例では、点火制御部３３は、加熱開始時点における燃料の初期温度を温度センサ８４から取得する。或いは、エンジン水温等の情報に基づいて燃料の初期温度を推定してもよい。また、ヒータ８１への通電時間、すなわち制御回路８３がヒータスイッチ８２をオンした時間から燃料加熱時間を算出し、燃料の初期温度及び燃料加熱時間に基づいて現在の燃料温度を推定する。そして、燃料加熱時間の全範囲にわたって、燃料加熱時間が短いほど目標二次電流Ｉ２^*を高く、又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。

この場合、燃料の初期温度が低くなると、一点鎖線で示す特性線は、同一の燃料加熱時間に対して目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷが大きくなる方向にオフセットする。一方、燃料の初期温度が高くなると、破線で示す特性線は、同一の燃料加熱時間に対して目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷが小さくなる方向にオフセットする。

こうすることで、燃料温度が低く霧化能力が低下した状態ほど放電を強くし、或いは放電可能時間を長く確保することができる。したがって、燃料温度に依存する混合燃料の霧化能力に応じて、適切な投入エネルギを設定することができる。なお、図４では、燃料温度又は燃料加熱時間に応じて目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷを直線状に変化させているが、これに限らず、ステップ状や曲線状に変化させてもよい。

ここで、目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷのいずれを変化させるかは、例えばエンジン１３の回転数及び負荷の条件によって、高回転、高負荷条件では燃料温度が低いほど目標二次電流Ｉ２^*を高くし、低回転、低負荷条件では燃料温度が低いほどエネルギ投入期間ＩＧＷを長くするようにしてもよい。また、重み付けを考慮しつつ、目標二次電流Ｉ２^*及びエネルギ投入期間ＩＧＷの両方を変化させてもよい。

（効果）
（１）本実施形態の点火制御システム３００は、低温時に燃料加熱装置８０において燃料を加熱すると共に、点火プラグ７の放電時に燃焼室１７における着火性を向上させるように積極的にエネルギ投入を行うことを特徴とする。
これにより、燃料温度が低く霧化能力が低下した状態であっても着火性を確保し、エンジン１３を良好に始動させることができる。また、投入エネルギにより着火性を向上させるため、燃料加熱装置８０による加熱時間を短縮することができる。したがって、揮発性の低いアルコール混合燃料を極低温で使用する場合に特に効果がある。

（２）本実施形態の点火制御部３３は、燃料加熱装置８０の燃料温度に応じて、投入エネルギの設定値として、目標二次電流Ｉ２^*及びエネルギ投入期間ＩＧＷを設定する。具体的には、燃料温度が低いほど、目標二次電流Ｉ２^*を高く設定するか、かつ／又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。
これにより、燃料温度に依存する混合燃料の霧化能力に応じて、適切な投入エネルギを設定することができる。

（３）本実施形態の点火制御システム３００は、エネルギ投入制御の方式として、ＤＣＤＣコンバータ５１で昇圧しコンデンサ５６に蓄電した投入エネルギを、一次コイル４１の接地側から投入する方式を採用している。これにより、多重放電等のエネルギ投入方式に比べ、低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、点火可能な状態を一定期間持続させることができる。
また、エネルギ投入期間ＩＧＷ中、二次電流Ｉ２は、常に負の値となりゼロクロスしないため、火花が消えることを回避することができる。よって、着火性を向上させることができる。

（４）本実施形態の点火制御システム３００は、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備え、二次電流Ｉ２をフィードバック制御するため、フィードフォワード制御に対し二次電流Ｉ２の実値を目標二次電流Ｉ２^*に精度良く一致させることができる。したがって、点火制御部３３による投入エネルギの設定を適確に実行することができる。

（５）本実施形態の点火制御システム３００の点火制御部３３は、温度センサ８４が検出した燃料温度の検出値、又は、燃料の初期温度及びヒータ８１の通電時間である燃料加熱時間に基づいて推定した燃料温度の推定値に応じて、投入エネルギを設定する。
温度センサ８４から燃料温度の検出値を取得する場合、推定演算が不要なので処理が単純になる。一方、初期温度を含めて燃料温度の検出値を用いず推定する場合には温度センサ８４を廃止することができる。また、温度センサ８４を設ける場合であっても、実際の温度変化に対して温度センサ８４の追従が遅れる場合、燃料温度を推定することで処理の応答性が向上する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図５、図６を参照して説明する。図５、図６における各記号は、図３、図４で用いた記号を援用する。第２実施形態の点火制御システムの構成は、図２に示す第１実施形態の点火制御システム３００と同一であり、点火制御部３３による投入エネルギの設定の仕方のみが異なる。
図５のタイムチャートは、図３のエネルギ投入制御を実行しない場合の点火制御システム３００の作動を示す。

点火制御部３３は、点火信号ＩＧＴの出力期間中、充電スイッチ用ドライバ回路５４による充電スイッチ５３のオンオフ動作を停止する。また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷの出力期間中、放電スイッチ用ドライバ回路５８による放電スイッチ５７のオンオフ動作を停止する。これにより、コンデンサ電圧Ｖｄｃは蓄積されず、点火コイル４０へのエネルギ投入もされなくなる。したがって、一次電流Ｉ１の遮断によって発生する二次電流Ｉ２による「通常点火」のみが行われる。この状態は、目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷをゼロに設定した状態に相当する。

図６（ａ）に示すように、第２実施形態では、燃料温度が所定の温度閾値Ｔαを超える領域Ｉでは目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷをゼロで一定とし、通常点火を行う。一方、燃料温度が温度閾値Ｔα以下の領域ＩＩでは、第１実施形態の図４（ａ）と同様に、燃料温度が低いほど目標二次電流Ｉ２^*を高く設定するか、又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。

或いは、図６（ｂ）に示すように、燃料加熱時間が所定の時間閾値Ｘを超える領域Ｉでは目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷをゼロで一定とし、通常点火を行う。一方、燃料加熱時間が時間閾値Ｘ以下の領域ＩＩでは、第１実施形態の図４（ｂ）と同様に、燃料加熱時間が短いほど目標二次電流Ｉ２^*を高く設定するか、又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを長く設定する。なお、時間閾値Ｘに相当する縦軸の値をＹとする。

この場合、燃料の初期温度が低くなると、一点鎖線で示す特性線は、同一の燃料加熱時間に対して目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷが大きくなる方向にオフセットし、時間閾値Ｘは長くなる。一方、燃料の初期温度が高くなると、破線で示す特性線は、同一の燃料加熱時間に対して目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷが小さくなる方向にオフセットし、時間閾値Ｘは短くなる。

燃料温度が温度閾値Ｔαを超える、又は、燃料加熱時間が時間閾値Ｘを超える領域Ｉでは、通常点火によって十分に良好な着火及び始動が可能であるため、エネルギ投入制御を停止することで消費電力を低減することができる。
一方、燃料温度が温度閾値Ｔα以下、又は、燃料加熱時間が時間閾値Ｘ以下の領域ＩＩでは、燃料温度又は燃料加熱時間に応じて目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷを変更することで、低温での始動時に良好な着火性を確保することができる。
ここで、温度閾値Ｔα、及び、ある初期温度に対応する時間閾値Ｘは、例えばエンジン回転数、エンジン負荷、又は燃料中のアルコール濃度等のパラメータにより、マップ等を用いて可変としてもよい。

また、図５のタイムチャートでは、放電スイッチ５７によるエネルギ投入を停止させると共に、充電スイッチ５３によるエネルギの蓄積を停止しているため、コンデンサ５６が過充電になることを防止することができる。ただし、コンデンサ５６の充電能力が十分に有る場合は、エネルギ投入の有無に関わらず、コンデンサ電圧Ｖｄｃを蓄積してもよい。これにより、燃料温度が急激に低下した場合、蓄積したエネルギを迅速に投入することができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、本出願人が開発した「一次コイルの接地側からエネルギ投入する方式」における設定値を燃料加熱装置８０の燃料温度に応じて設定している。この他、従来の多重放電方式や特開２０１２−１６７６６５号公報に開示された「ＤＣＯ方式」等のエネルギ投入制御方式に対して、本発明を適用し、燃料温度に基づいて投入エネルギを設定するようにしてもよい。より、具体的には放電持続時間を延ばして放電時間を延ばせばよいし、電源電圧を上げて二次電流を増加させてもよい。

また、図２の構成の点火制御システム３００によるエネルギ投入制御は、図３に示すように、点火信号ＩＧＴのＨレベル中に充電スイッチ信号ＳＷｃをオンオフしてコンデンサ電圧Ｖｄｃを蓄積した後、エネルギ投入期間ＩＧＷに、一次コイル４１の接地側にエネルギを投入する方法に限らない。例えば、エネルギ投入期間ＩＧＷに、充電スイッチ信号ＳＷｃと放電スイッチ信号ＳＷｄとを交互にオンオフ制御することで、充電スイッチ信号ＳＷｃがオンのときエネルギ蓄積コイル５２が蓄積したエネルギを、その都度、一次コイル４１の接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサ５６を備えなくてもよい。

（イ）二次電流Ｉ２の制御は、上記実施形態のように、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備え、二次電流Ｉ２をフィードバック制御する形態に限らない。例えば、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備えず、二次電流Ｉ２をフィードフォワード制御してもよい。

（ウ）点火回路ユニット３１は、電子制御ユニット３２を収容するハウジング内に収容されるか、或いは点火コイル４０を収容するハウジング内に収容されてもよい。
点火スイッチ４５及びエネルギ投入部５０は別々のハウジング内に収容されてもよい。例えば、点火コイル４０を収容するハウジング内に点火スイッチ４５が収容され、電子制御ユニット３２を収容するハウジング内にエネルギ投入部５０が収容されてもよい。

（エ）点火スイッチは、ＩＧＢＴに限らず、比較的耐圧の高い他のスイッチング素子で構成されてもよい。また、充電スイッチ及び放電スイッチは、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他のスイッチング素子で構成されてもよい。
（オ）直流電源は、バッテリに限らず、例えば交流電源をスイッチングレギュレータ等によって安定化した直流安定化電源等で構成されてもよい。

（カ）上記実施形態では、エネルギ投入部５０は、ＤＣＤＣコンバータ５１によって、バッテリ６の電圧を昇圧している。その他、点火装置がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合には、主機バッテリの出力電圧をそのまま、或いは降圧して、投入エネルギとして用いてもよい。
（キ）電子制御ユニット３２は、点火制御部３３及びその他の機能部分が一つのユニットとして構成されてもよく、或いは、信号線等によって互いに通信される別体のユニットとして構成されてもよい。

（ク）上記実施形態の図２では、ヒータ８１の電力源として、点火コイル４０に一次電流を供給するバッテリ６を共通に用いているが、ヒータ専用の電力源を用いてもよい。
また、加熱手段は、電気ヒータに限らず、エンジン１３の排熱を利用した排熱ヒータ等を用いてもよい。
（ケ）ヒータ８１への通電を開閉するヒータスイッチ８２は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子に限らず、機械式スイッチ等を用いてもよい。

（コ）上記第２実施形態では、燃料の初期温度とヒータ８１の通電時間である燃料加熱時間とから現在の燃料温度を推定する。この他、ヒータ８１の通電時間に代えて、例えばヒータ８１の消費電力等、ヒータ８１の出力を反映する情報に基づいて、現在の燃料温度を推定してもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１３ ・・・内燃機関、
３００・・・点火制御システム、
３３ ・・・点火制御部（投入エネルギ設定手段）、
４０ ・・・点火コイル、
４１ ・・・一次コイル、 ４２ ・・・二次コイル、
４５ ・・・点火スイッチ、
５０ ・・・エネルギ投入部（エネルギ投入手段）、
６ ・・・バッテリ（直流電源）、
７ ・・・点火プラグ、
８０ ・・・燃料加熱装置、
８５ ・・・燃料供給流路。

Claims (3)

1. 内燃機関（１３）において混合気への点火を制御する点火制御システム（３００）であって、
   直流電源（６）から供給される一次電流が流れる一次コイル（４１）、及び、点火プラグ（７）の電極に接続され、前記一次電流の通電及び遮断による二次電圧が発生し二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）と、
   前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号（ＩＧＴ）にしたがって前記一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ（４５）と、
   前記点火スイッチにより前記一次電流を遮断し、前記遮断による二次電圧で前記点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、前記一次コイル側から前記点火コイルにエネルギを投入可能なエネルギ投入手段（５０）と、
   前記エネルギ投入手段による投入エネルギを設定する投入エネルギ設定手段（３３）と、
   前記内燃機関に供給される燃料が収容される燃料供給流路（８５）の燃料を加熱可能な燃料加熱装置（８０）と、
   を備え、
   前記一次コイルの接地側には、接地に向かう電流を遮断し、接地から前記一次コイルの接地側に向かう電流を通流する整流素子（４６）が接続されており、
   前記投入エネルギ設定手段は、
   前記燃料加熱装置の燃料温度に応じて、前記燃料加熱装置の燃料温度が低いほど、前記二次電流の目標値を高く設定するか、かつ／又は、前記エネルギ投入期間を長く設定するように前記投入エネルギを設定し、
   前記燃料加熱装置の燃料温度が所定の温度閾値を超えるとき、
   前記二次電流の目標値又は前記エネルギ投入期間を、前記温度閾値において不連続に変化させつつゼロに設定することを特徴とする点火制御システム。
2. 前記燃料加熱装置は、燃料を加熱可能な加熱手段（８１）、及び、燃料温度を検出する温度検出手段（８４）を有し、
   前記投入エネルギ設定手段は、
   前記温度検出手段が検出した燃料温度の検出値に応じて、前記投入エネルギを設定することを特徴とする請求項１に記載の点火制御システム。
3. 前記エネルギ投入手段は、前記一次コイルの接地側から前記二次電流と同じ極性で重畳的に前記点火コイルにエネルギを投入可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の点火制御システム。

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