JP6426365B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグの動作を制御する内燃機関の点火制御装置に関する。

従来、シリンダ内に主噴霧とは別にリード噴霧を行い、点火プラグによる着火を安定させる内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、二つの燃料噴射弁を備え、シリンダ内の混合気の流動状況に応じて当該二つの燃料噴射弁を使い分ける内燃機関が知られている。

特許第４０４９６６９号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関では、燃焼室の形状や点火プラグの位置によって二つの燃料噴射弁が設けられる位置が異なるため、製造コストが増大する。また、シリンダ内の混合気の流動が比較的強い高回転時には、二つの燃料噴射弁が噴射する燃料によって形成される混合気の分布が不均一となり混合気の着火性が低下する。このため、内燃機関の熱効率が低下する。

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、熱効率を向上する内燃機関の点火制御装置を提供することである。

本発明は、内燃機関（１２）の燃焼室（１６）における混合気の燃焼を制御する内燃機関の制御装置であって、放電により混合気に点火する点火プラグの放電状態を制御する放電制御部（３０）、内燃機関の運転状態を検出し内燃機関の運転状態に基づいて検出信号を出力する運転状態検出手段（３５，３４１）、及び、運転状態検出手段が出力する検出信号に基づいて内燃機関の排気系（２０）に設けられる触媒（１９）の温度が所定の温度より低いか否かを判定する触媒温度判定手段（３４）を備える。
放電制御部は、点火コイル（４０）、点火スイッチ（４５）、整流素子（４６）、エネルギ投入手段（５０）、及び、投入エネルギ制御手段（３３）を有する。点火コイルは、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、点火プラグの電極に接続され一次電流の通電及び遮断によって発生する放電電流としての二次電流が流れる二次コイル（４２）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（ＩＧＴ）に従って一次電流の通電と遮断とを切り替える。清流素子は、一次コイルの接地側に設けられ、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す。エネルギ投入手段は、点火スイッチによる一次電流の遮断によって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、放電を可能とするエネルギを点火コイルの接地側から継続的に投入する。投入エネルギ制御手段は、エネルギ投入手段と電気的に接続し、エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する。放電制御部は、触媒の温度が所定の温度より低いと触媒温度判定手段が判定すると、点火プラグの放電時間の通常の放電時間からの延長及び点火プラグの放電電流の同じ極性での増加の少なくとも一方を行う。

一般に、ピストンが圧縮上死点近傍の位置にあるとき、シリンダ内の混合気の流れは弱くなる。このため、点火プラグによる混合気への点火によって発生する火炎の伝播が燃焼室全体に広がらず、混合気の燃焼が不安定になるおそれがある。本発明の内燃機関の点火制御装置では、点火プラグの放電時期にピストンが圧縮工程における上死点近傍の位置にあるとき、点火プラグの放電時間を通常の放電時間より長くする。ここでいう「通常の放電時間」とは、内燃機関が圧縮上死点近傍以外で運転しているとき、点火プラグが混合気を点火するために放電する時間のことをいう。これにより、点火プラグは、流動が比較的弱い点火プラグ近傍の混合気の点火に必要なエネルギを混合気に供給し続け、混合気の着火性を向上させる。これにより、低回転時の内燃機関において流動が比較的弱い混合気を確実に着火し、かつ、火炎を燃焼室全体に伝播することができる。したがって、内燃機関の熱効率を向上することができる。

本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置の構成図である。 本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置における放電制御部の基本動作のタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による内燃機関の点火制御装置における放電時間の延長処理のフローチャートである。 一般的な内燃機関におけるクランクシャフトの角度と点火プラグ近傍における混合気の平均流速との関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態による内燃機関の点火制御装置における放電時間の延長処理のフローチャートである。 本発明の第２実施形態による内燃機関の点火制御装置における放電時期を説明する特性図である。 本発明のその他の実施形態による内燃機関の点火制御装置における点火プラグの放電時間を延長した状態を表す特性図である。

以下、本発明の複数の実施形態による内燃機関の点火制御装置を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による「内燃機関の点火制御装置」としての点火制御装置１は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。点火制御装置１は、放電制御部３０、「クランク角度検出手段」としてのクランク角度センサ３５、及び、「放電時期判定手段」としての放電時期判定部３４などから構成されている（図２参照）。

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「内燃機関」としてのエンジン１２を備えている。エンジン１２は、例えば、４サイクル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。

エンジン１２は、スロットル弁１３を通じて吸気マニホールド１４から供給される空気とインジェクタ１５から噴射される燃料との混合気を燃焼室１６で燃焼させる。エンジン１２では、燃焼室１６での燃焼時の爆発力によってピストン１７を往復運動させる。ピストン１７の往復運動は、クランクシャフト１８によって、回転運動に変換され出力される。燃焼室１６で燃焼した混合気の燃焼排ガスは、排気マニホールド２０などを通じて大気中に放出される。排気マニホールド２０には、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物などの化学物質を分解する触媒１９が設けられている。

排気マニホールド２０が有する排気通路２０１と吸気マニホールド１４が有する吸気通路１４１とは、排気還流管２６が形成する排気還流通路２６１によって連通する。排気還流管２６には、排気通路２０１と吸気通路１４１とを連通または遮断する排気還流弁２７が設けられている。

燃焼室１６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が設けられている。また、燃焼室１６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及び排気弁２３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１６の混合気の点火は、放電制御部３０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。放電制御部３０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を作動させ点火コイル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１６で火花放電を発生させる。

点火プラグ７は、燃焼室１６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）を有している。点火プラグ７が有するギャップにおいて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が発生する。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及び入出力ポートなどからなるマイクロコンピュータによって構成されている。
電子制御ユニット３２には、破線矢印で示すように、クランク角度センサ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、吸気量センサ３９など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１３、インジェクタ１５、及び、点火回路ユニット３１などを駆動してエンジン１２の運転状態を制御する。

次に、放電制御部３０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、放電制御部３０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の制御信号出力部３３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「非接地側出力端子」として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と接続する側とは反対側を「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いる。二次コイル４２の一端は点火プラグ７の一対の電極を介して接地されており、他端は整流素子４３及び二次電流検出抵抗４７を介して接地されている。

ここで、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の増減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る。点火コイル４０では、発生した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、「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部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）から構成されている。点火スイッチ４５のコレクタは、点火コイル４０の一次コイル４１の接地側に接続されている。点火スイッチ４５のエミッタは、接地されている。点火スイッチ４５のゲートは、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、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、並びに、整流素子５９を有している。

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）から構成されている。充電スイッチ５３の「第二電源側端子」としてのドレインは、エネルギ蓄積コイル５２に接続されている。充電スイッチ５３の「第二接地側端子」としてのソースは、接地されている。充電スイッチ５３の「第二制御端子」としてのゲートは、充電スイッチ用ドライバ回路５４に接続されている。充電スイッチ用ドライバ回路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ている。また、コンデンサ５６の他方の電極は、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で構成されている。放電スイッチ５７の「第一電源側端子」としてのドレインは、コンデンサ５６に接続されている。放電スイッチ５７の「第一接地側端子」としてのソースは、一次コイル４１の接地側に接続されている。放電スイッチ５７の「第一制御端子」としてのゲートは、放電スイッチ用ドライバ回路５８に接続されている。放電スイッチ用ドライバ回路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、実際には、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いる。すなわち、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１６に設けられる二次電流検出抵抗４７の両端の電圧に基づいて二次電流Ｉ２を検出する。その後、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、放電スイッチ用ドライバ回路５８に指令する。

電子制御ユニット３２は、放電時期判定部３４及び制御信号出力部３３を有する。

放電時期判定部３４は、クランク角度センサ３５や吸気量センサ３９などと電気的に接続している。放電時期判定部３４は、クランク角度センサ３５などのセンサから取得したエンジン１２の運転情報に基づいて点火プラグ７の放電時期、すなわち、放電開始タイミングと当該放電開始タイミングからの放電時間とを演算する。また、放電時期判定部３４は、決定した放電時期が所定の時期の範囲内であるか否かを判定し、当該判定に基づいて点火プラグ７の放電時期をエンジン１２の運転情報に基づいて演算した放電時期のままとするか、または、演算した放電時期を変更する。放電時期判定部３４は、演算又は変更された放電時期に応じた信号を制御信号出力部３３に出力する。放電時期判定部３４における放電時期の判定内容の詳細は、後述する。

制御信号出力部３３は、放電時期判定部３４が出力する信号に基づいて、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。
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。充電スイッチ用ドライバ回路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。

次に、放電制御部３０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、点火プラグ７における１回の放電における供給開始（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。

また、図３において、「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。

また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時刻ｔ３から時刻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、点火プラグ７における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、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から時刻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において点火信号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。放電が発生すると、二次コイル４２に二次電流Ｉ２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ＢＬ１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「通常放電」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。放電スイッチ５７がオンされると、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。

このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２から時刻ｔ３の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から時刻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が順次追加される。これに対応して、二次電流Ｉ２が順次追加される。これにより、実線ＳＬ１に示すように、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及び二次電流Ｉ２はゼロとなる。

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、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、二次電流Ｉ２の極性を交番させることなく継続できるので混合気に点火可能な状態を一定期間持続させることができる。

第１実施形態による点火制御装置１は、上述したように混合気に点火可能な状態を一定期間持続させる放電制御部３０、及び、放電時期判定部３４を備えていることに特徴がある。ここで、点火制御装置１による点火プラグ７の放電時間の延長処理について、図４のフローチャートに基づいて説明する。第１実施形態による点火制御装置１では、エンジン１２における吸気、圧縮、膨張及び排気の１サイクル毎に、図４に示すフローチャートに沿って点火プラグ７の放電時期を判定し、点火プラグ７の放電時間を制御する。

最初に、ステップ（以下、「Ｓ」とする）１０１において、クランク角度センサ３５や吸気量センサ３９が出力する検出信号に基づいて放電時期判定部３４が点火プラグ７の放電時期を演算する。また、放電時期判定部３４は、クランク角度センサ３５や吸気量センサ３９が出力する検出信号と事前に有しているマップとに基づいて点火プラグ７の放電時期を決定してもよい。

次に、Ｓ１０２において、点火プラグ７の放電時期にピストン１７が圧縮上死点近傍の位置にあるか否かを判定する。放電時期判定部３４は、クランク角度センサ３５が出力するクランク角信号によってピストン１７の位置を特定している。そこで、放電時期判定部３４では、Ｓ１０１において演算された点火プラグ７の放電時期にピストン１７が圧縮工程における上死点近傍の位置にあると判定された場合、Ｓ１０３に移行する。また、Ｓ１０１において演算された点火プラグ７の放電時期にピストン１７が圧縮工程における上死点近傍の位置でないと判定された場合、今回のサイクルにおける放電時間の延長処理を終了する。

次に、Ｓ１０３において、点火プラグ７の放電時間を延長する制御を行う。Ｓ１０３では、放電時期判定部３４は、点火プラグ７の放電時間を、エンジン１２が圧縮上死点近傍以外で運転しているとき点火プラグ７が燃焼室１６の混合気に点火するために放電する時間である通常の放電時間より長くするよう放電制御部３０に信号を出力する。放電制御部３０では、放電時期判定部３４が出力する信号に基づいて、充電スイッチ５３と放電スイッチ５７との切替によってエネルギ蓄積コイル５２から点火プラグ７の放電に必要なエネルギを同じ極性で重畳して点火コイル４０に供給する。これにより、点火プラグ７の放電が通常の放電時間に比べ延長され、放電が継続されている間、図３の実線ＳＬ１に示すように比較的長い時間（図３の時間Ｐ１）二次電流Ｉ２が流れる。
Ｓ１０３において、点火プラグ７の放電時間を延長した後、今回のサイクルにおける放電時間の延長処理を終了する。

次に、第１実施形態による点火制御装置１の効果について説明する。
図５に一般的なエンジンにおけるクランクシャフトの角度と点火プラグ近傍で測定した混合気の平均流速との関係を示す。図５では、横軸にクランクシャフトの角度を示し、縦軸に点火プラグ近傍における混合気の平均流速を示す。横軸においてクランクシャフトの角度が０度のとき、ピストンは圧縮工程における上死点に位置している。また、クランクシャフトの角度がマイナス側のとき、ピストンは圧縮工程において下死点から上死点に上昇している状態を示す。

図５に示す範囲においては、点火プラグ近傍の混合気の平均流速はクランクシャフトの角度がマイナス４５〜４０度において最も速くなることがわかる。一方、クランクシャフトの角度がマイナス４０度からプラス１５度になるにつれ点火プラグ近傍の混合気の平均流速は徐々に低下する。特許請求の範囲に記載の「内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍の位置にあると放電時期判定手段が判定する」位置は、例えば、点火プラグ近傍の混合気の平均流速が１０ｍ／ｓ以下となるときのピストンの位置、すなわち、図５より、クランクシャフトの角度がマイナス８度からプラス１５度までのピストンの位置を指す。

一般に、エンジンでは、高負荷時にノッキングなどの異常燃焼を防止するため、点火プラグの放電時期を遅角側に移行するよう制御されている。しかしながら、図５に示すように、遅角になるほど点火プラグ近傍の混合気の流速は低下するため、点火プラグの放電によって混合気に着火しても火炎が伝播しにくくなる。このため、着火した混合気の火炎が燃焼室全体に広がりにくくなる。これは、シリンダ内の流動として現在主流となっているタンブル流についても同様である。

そこで、第１実施形態による点火制御装置１では、点火プラグ７の放電時期がシリンダ内の流動が比較的弱い時期である圧縮上死点であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて点火プラグ７の放電時間を延長する。詳しくは、放電時期判定部３４は、ピストン１７が圧縮工程における上死点近傍の位置において点火プラグ７による混合気への点火が行われると判定したとき、点火プラグ７の放電時間を通常の放電時間より延長する。これにより、混合気に比較的大きなエネルギを与えることができるため、点火プラグ７近傍の混合気が燃焼しやすくなる。また、比較的長い時間にわたって混合気の点火に必要なエネルギを供給し続けるため、点火プラグ近傍の平均流速が低い場合であっても着火された混合気を燃焼室１６全体に伝播することができる。したがって、エンジン１２の熱効率を向上することができる。

また、第１実施形態による点火制御装置１では、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、混合気が着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の間、二次電流Ｉ２は、常に負の値となる。これにより、交番電流を用いる他の方式のようにゼロクロスしないため、吹き消えの発生を防止することができる。したがって、混合気の燃焼の安定性を確保することができる。

また、第１実施形態による点火制御装置１では、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備えている。これにより、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。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図６、７に基づいて説明する。第２実施形態による内燃機関の点火制御装置は、点火プラグの放電時間の延長処理が第１実施形態と異なる。第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態による内燃機関の点火制御装置において行われる点火プラグ７の放電時間の延長処理について、図６のフローチャートに基づいて説明する。

最初に、Ｓ２０１において、クランク角度センサ３５が出力するクランク角信号に基づいて、クランクシャフト１８の角速度、すなわち、エンジン１２の回転数を演算する。

次に、Ｓ２０２において、第１実施形態のＳ１０１と同様に、クランク角度センサ３５や吸気量センサ３９が出力する検出信号に基づいて放電時期判定部３４が点火プラグ７の放電時期を演算する。

次に、Ｓ２０３において、第１実施形態のＳ１０２と同様に、点火プラグ７の放電時期にピストン１７が圧縮上死点近傍の位置にあるか否かを判定する。放電時期判定部３４では、Ｓ２０２において演算された点火プラグ７の放電時期にピストン１７が圧縮工程における上死点近傍の位置にあると判定された場合、Ｓ２０４に移行する。また、Ｓ２０２において演算された点火プラグ７の放電時期にピストン１７が圧縮工程における上死点近傍の位置にないと判定された場合、今回のサイクルにおける放電時間の延長処理を終了する。

次に、Ｓ２０４において、点火プラグ７の放電時間を延長する制御を行う。放電時期判定部３４では、Ｓ２０１において演算されたエンジン１２の回転数に基づいて点火プラグ７の放電時期を設定可能な領域をマップとして有している。
図７は、第２実施形態による点火制御装置におけるエンジン１２の回転数と点火プラグ７の放電時期を設定可能な範囲との関係を示すマップである。図７には、点火プラグ７の放電時期を設定可能な範囲が二点鎖線ＢＬ２で囲まれる領域として示されている。なお、エンジン１２の全負荷時における回転数と点火プラグの放電時期との関係は、破線ＢＬ３で示されている。図７に示すように、第２実施形態による点火制御装置では、エンジンの回転数が低くなるにつれて、点火プラグ７の放電時期をより進角側に設定することができる。

Ｓ２０４では、放電時期判定部３４が出力する信号に基づいて点火プラグ７における放電開始タイミングを進角側にずらし、放電時間の延長制御を行う。Ｓ２０４において、点火プラグ７の放電時間を延長した後、今回のサイクルにおける放電時間の延長処理を終了する。

第２実施形態による点火制御装置では、エンジンの回転数が低くなるにつれて点火プラグ７の放電時期を設定可能な範囲を進角側に広げる。すなわち、点火プラグ７の放電開始タイミングを進角側に設定するとともに放電時間を通常の放電時間より延長する。これにより、シリンダ内の混合気の流動が比較的弱い段階においても点火プラグ７近傍の混合気の着火性を向上することができ、燃焼室１６のより広い範囲において混合気を燃焼しやすくする。したがって、第２実施形態は、第１実施形態と同じ効果を奏する。

（その他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、特許請求の範囲に記載の「内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍の位置にあると放電時期判定手段が判定する」位置は、点火プラグ近傍の混合気の平均流速が１０ｍ／ｓ以下となるときのピストンの位置、すなわち、図５より、クランクシャフトの角度がマイナス８度からプラス１５度までの間のときのピストンの位置を指すとした。しかしながら、「内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍にあると放電時期判定手段が判定する」場合は、これに限定されない。点火プラグ近傍の混合気の平均流速が１０ｍ／ｓより大きいときのピストンの位置であってもよいし、１０ｍ／ｓより小さいときのピストンの位置であってもよい。点火プラグ近傍の混合気の平均流速が比較的小さいとき、放電時期判定部が内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍にあると判定すればよい。

（イ）上述した実施形態では、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」における制御条件を放電時期に応じて点火プラグにおける放電時間を延長するとした。この他、二次電流又はエネルギ投入期間を可変制御可能な方式であれば、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、放電時期に応じて点火プラグにおける放電時間を延長するようにしてもよい。また、図８に示すように、二次電流の最大電流を通常（図８の破線ＢＬ４）より大きくなるよう実線ＳＬ２のように流し、二次電流が流れ始めてから減衰するまで時間Ｐ２を長くすることによって点火プラグの放電時間を延長してもよい。

また、放電制御部によるエネルギ投入制御は、図３に示すように、点火信号のＨレベル中に充電スイッチ信号をオンオフしてコンデンサ電圧を蓄積した後、エネルギ投入期間に、一次コイルの接地側にエネルギを投入する方法に限らない。例えば、エネルギ投入期間に、充電スイッチ信号と放電スイッチ信号とを交互にオンオフ制御することで、充電スイッチ信号がオンのときエネルギ蓄積コイルが蓄積したエネルギを、その都度、一次コイルの接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサを備えなくてもよい。

（ウ）上述した実施形態では、放電制御部は、二次電流検出抵抗及び二次電流検出回路を備え、二次電流をフィードバック制御するとした。しかしながら、二次電流の制御の方法は、これに限定されない。例えば、二次電流をフィードフォワード制御してもよい。

（エ）上述の実施形態では、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）上述の実施形態では、直流電源は、バッテリであるとした。しかしながら、直流電源の種類はこれに限定されない。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、エネルギ投入部は、ＤＣＤＣコンバータによって、バッテリの電圧を昇圧しているとした。しかしながら、エネルギ投入部の種類はこれに限定されない。放電制御部がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合、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。

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。

１ ・・・点火制御装置、
７ ・・・点火プラグ、
１２ ・・・エンジン（内燃機関）、
１６ ・・・燃焼室、
１７ ・・・ピストン、
３０ ・・・放電制御部、
３４ ・・・放電時期判定部（放電時期判定手段）、
３５ ・・・クランク角度センサ（クランク角度検出手段）。

Claims (4)

1. 内燃機関（１２）の燃焼室（１６）において放電により混合気に点火する点火プラグ（７）の動作を制御する内燃機関の点火制御装置（１）であって、
   前記点火プラグの放電時期を制御する放電制御部（３０）と、
   前記内燃機関のクランクシャフトの角度を検出し、検出した前記クランクシャフトの角度に応じたクランク角信号を出力するクランク角度検出手段（３５）と、
   前記クランク角度検出手段が出力するクランク角信号に基づいて、前記点火プラグの放電時期に前記内燃機関のピストン（１７）が圧縮上死点近傍の位置にあるか否かを判定する放電時期判定手段（３４）と、
   を備え、
   前記放電制御部は、
   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、前記点火プラグの電極に接続され前記一次電流の通電及び遮断によって発生する放電電流としての二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）、
   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）に従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）、
   前記一次コイルの接地側に設けられ、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す整流素子（４６）、
   前記点火スイッチによる前記一次電流の遮断によって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、放電を可能とするエネルギを前記点火コイルの接地側から継続的に投入するエネルギ投入手段（５０）、
   並びに、
   前記エネルギ投入手段と電気的に接続し、前記エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する投入エネルギ制御手段（３３）、
   を有し、
   前記放電制御部は、前記点火プラグの放電時期に前記内燃機関のピストン（１７）が圧縮上死点近傍の位置にあると前記放電時期判定手段が判定すると、前記点火プラグの放電時間を通常の放電時間より長くすることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記クランク角度検出手段が検出する前記クランクシャフトの角速度が相対的に小さいとき、前記放電制御部は、前記点火プラグの放電時期を設定可能な範囲を進角側に広げ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. 前記エネルギ投入手段は、
   第一制御端子、第一電源側端子、及び、前記一次コイルの他端に接続する第一接地側端子を有し、前記第一制御端子に入力された放電スイッチ信号（ＳＷｄ）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オンオフを制御する放電スイッチ（５７）と、
   第二制御端子、前記第一電源側端子に接続する第二電源側端子、及び、接地されている第二接地側端子を有し、前記第二制御端子に入力された充電スイッチ信号（ＳＷｃ）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オンオフを制御する充電スイッチ（５３）と、
   前記直流電源における非接地側出力端子と前記第二電源側端子とに接続するよう設けられ、前記充電スイッチのオンによってエネルギが蓄積されるエネルギ蓄積コイル（５２）と、
   を有し、
   前記投入エネルギ制御手段は、
   前記充電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルにエネルギが蓄積されているとき前記点火スイッチのオフにより開始された前記点火プラグの放電中に前記充電スイッチのオフ及び前記放電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルからエネルギを放出し、前記一次コイルの他端側から前記一次コイルに前記一次電流を供給するよう前記放電スイッチ及び前記充電スイッチを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の点火制御装置。
4. 前記放電制御部は、
   複数の前記点火コイルと、
   複数の前記点火コイルのそれぞれの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に基づいて前記一次電流の通電と遮断とを切り替える複数の前記点火スイッチと、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の点火制御装置。

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