JP6563699B2 - 点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火プラグへの電力供給を制御する点火制御装置に関する。

従来、内燃機関の点火プラグへの電力供給を制御する点火制御装置が知られている。点火制御装置は、一次コイルおよび二次コイルを有する点火コイルと、一次コイルの通電および遮断を切り替える点火スイッチなどを備えている。二次コイルは、一次コイルの通電に続く遮断により誘導された高電圧を点火プラグの電極に印加する。
特許文献１に記載の点火制御装置は、上記の構成に加え、点火プラグの放電開始から所定時間経過後に一次コイルに発生する電圧を所定値以下に制限する回路を備えている。これにより、燃焼室に供給された混合気の流れ（以下、「筒内気流」という）により点火プラグの放電が吹き消えた場合に、電極間で再放電が生じることが防がれるので、点火プラグの電極の消耗が抑制される。

特開２０１３−１９９４７０号公報

ところで、点火プラグに対する電力供給の制御において、空燃比がリーンの混合気に対する着火性を高めるためには、点火プラグの放電を一定時間継続することが好ましい。しかし、上述した特許文献１に記載の点火制御装置は、点火プラグの放電を一定時間継続する回路を備えていないので、空燃比がリーンの混合気に対する着火性を高めることが困難である。
そこで、発明者らは、点火プラグの放電を一定時間継続することが可能な点火制御装置を開発した。この点火制御装置は、放電開始後の一定時間、点火プラグの電極に流れる二次電流が制御目標値としての維持目標電流値に維持されるように、点火プラグへの電力供給を継続するものである。
さらに、この点火制御装置に関する発明者らの詳細な検討の結果、維持目標電流値を小さい値に設定すると、筒内気流が速い場合に放電の吹き消えが生じるおそれがあるという課題が見出された。一方、筒内気流による放電の吹き消えが生じないように維持目標電流値を大きい値に設定すると、点火プラグの電極の消耗、回路熱負荷の増大、消費電力の増加などが懸念されるという課題が見出された。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、点火プラグの放電の吹き消えを抑制すると共に、放電の吹き消え抑制に不要なエネルギの投入を抑制することの可能な点火制御装置を提供することを目的とする。

本発明の点火制御装置は、点火コイル、点火スイッチ、エネルギ投入部、電流値設定部、基準マップ、補正マップ、およびノッキング制御部を備える。点火コイルは、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て一次電流の通電及び遮断により誘導される二次電流が流れる二次コイルを有する。一次コイルの配線に接続される点火スイッチは、点火時期を指示する点火信号に従い一次電流の通電と遮断とを切り替える。エネルギ投入部は、点火プラグの電極に放電が発生した後の所定期間に、点火プラグの放電が継続するように一次コイルにエネルギを投入可能である。電流値設定部は、エネルギ投入部がエネルギを投入する際に点火プラグの電極に流れる二次電流の目標値としての維持目標電流値の絶対値を、筒内気流が速いほど大きい値に設定し、筒内気流が遅いほど小さい値に設定する。基準マップには、内燃機関の回転数および負荷に対応した基準点火時期および基準維持目標電流値が記憶されている。補正マップには、基準マップに記憶された基準点火時期および基準維持目標電流値を内燃機関の使用環境に応じて補正した点火時期および維持目標電流値が記憶されている。ノッキング制御部は、補正マップを用いて点火時期および維持目標電流値を設定する。そして、電流値設定部は、ノッキング制御部が設定した点火時期に対応する維持目標電流値を、燃焼室を流れる混合気の流速に応じて定め、補正マップに記憶する。
これにより、点火制御装置は、点火プラグの放電の吹き消えを抑制し、混合気への着火性を高めると共に、放電の吹き消え抑制に不要なエネルギの投入を抑制することが可能である。

本発明の一実施形態による点火制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。 一実施形態による点火制御装置の回路図である。 点火制御装置が備える基準マップの概念図である。 点火制御装置が備える補正マップの概念図である。 点火制御装置の基本動作を説明したタイムチャートである。 筒内気流の流速とクランク角との関係を示すグラフである。 筒内気流が遅い場合の二次電流の波形を示すグラフである。 筒内気流が速い場合の二次電流の波形を示すグラフである。 一次コイルに投入したエネルギと筒内気流の流速との関係を示すグラフである。 筒内気流の流速と維持目標電流値との関係を示すグラフである。 点火制御装置による補正マップ作成処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態による点火制御装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による点火制御装置１は、内燃機関２の燃焼室に供給される混合気に点火放電する点火プラグへの電力供給を制御するものである。以下の説明では、「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。
エンジンシステムは火花点火式のエンジン２を備えている。このエンジン２は多気筒エンジンであり、図１では１つの気筒３のみの断面を示している。以下に説明する構成は、図１で省略した他の気筒にも同様に設けられている。

エンジン２は、エアクリーナ４からスロットル弁５を介し吸気管６を通じて供給される空気と燃料噴射弁７から噴射される燃料との混合気を燃焼室８で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン９を気筒３内で往復運動させる。このピストン９の往復運動は、クランクシャフト１０により回転運動に変換されて出力される。燃焼室８で混合気が燃焼した排ガスは、排気管１１を通じて大気中に放出される。
排気管１１を流れる排ガスの一部は、排気再循環（以下「ＥＧＲ」という）通路１２に設けられたＥＧＲクーラ１３およびＥＧＲ弁１４を経由して、吸気管６に還流される。ＥＧＲ弁１４は、ＥＧＲ通路１２を開閉することにより、排気管１１から吸気管６に還流される排ガス量を変更する。
シリンダヘッド１５の吸気ポートには吸気弁１６が設けられる。また、シリンダヘッド１５の排気ポートには排気弁１７が設けられている。吸気弁１６の開閉機構１６１または排気弁１７の開閉機構１７１には、吸気弁１６または排気弁１７の開閉タイミングを変更可能なバルブタイミング調整装置１８が設けられている。

電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポートおよび出力ポートなどを備えたマイクロコンピュータによって構成されている。
ＥＣＵ２０には、空気流量計２１、回転角センサ２２および水温センサ２３などの検出センサの検出信号が入力される。ＥＣＵ２０は、種々の検出センサの検出信号に基づき、燃料噴射弁７、スロットル弁５、ＥＧＲ弁１４、バルブタイミング調整装置１８、および点火回路ユニット３０等を駆動し、エンジン２の運転状態を制御する。
ＥＣＵ２０の指令に基づいて点火回路ユニット３０が動作し、点火コイル４０から点火プラグ２４に高電圧が印加されると、点火プラグ２４は燃焼室８に露出する電極間で火花放電を発生する。

［点火制御装置の構成］
次に、点火制御装置１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、点火制御装置１は、ＥＣＵ２０、点火回路ユニット３０および点火コイル４０などを備え、点火プラグ２４への電力供給を制御する。

点火コイル４０は、一次コイル４１、二次コイル４２および整流素子４３などを有する昇圧トランスである。
一次コイル４１は、一端が直流電源としてのバッテリ２５の正極に接続され、他端が点火スイッチ３１を介して接地されている。なお、以下の説明において、一次コイル４１のバッテリ２５とは反対側を一次コイル４１の接地側という。
二次コイル４２は、一次コイル４１が巻かれた図示していない鉄心に巻かれている。二次コイル４２は、一端が点火プラグ２４の一方の電極に接続され、他端が整流素子４３を介して接地されている。また、点火プラグ２４の他方の電極は接地されている。即ち、二次コイル４２の他端と、点火プラグ２４の他方の電極とは、電気的に接続している。

点火コイル４０は、一次コイル４１への通電を遮断したときに相互誘導作用により二次コイル４２に発生する高電圧を点火プラグ２４に印加する。以下の説明において、一次コイル４１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、一次コイル４１の接地側の電圧を一次電圧Ｖ１という。また、二次コイル４２に流れる電流を二次電流Ｉ２といい、二次コイル４２の点火プラグ２４側の電圧を二次電圧Ｖ２という。

点火回路ユニット３０は、点火スイッチ３１、エネルギ投入部３２、一次電流電圧検出回路３３および二次電流検出回路３４などを備えている。
点火スイッチ３１は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下「ＩＧＢＴ」という）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ＥＣＵ２０に接続されている。点火スイッチ３１のコレクタは、整流素子３５を介してエミッタに接続されている。
点火スイッチ３１は、ＥＣＵ２０からゲートに入力される点火信号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。これにより、一次コイル４１に流れる一次電流Ｉ１の通電及び遮断が切り替えられる。

エネルギ投入部３２は、ＤＣＤＣコンバータ５０、コンデンサ３６、放電スイッチ３７、放電スイッチ用ドライバ回路３８および整流素子３９などを備えている。
ＤＣＤＣコンバータ５０は、エネルギ蓄積コイル５１、充電スイッチ５２、充電スイッチ用ドライバ回路５３および整流素子５４などを有している。ＤＣＤＣコンバータ５０は、バッテリ２５の電圧を昇圧し、コンデンサ３６に供給する。
エネルギ蓄積コイル５１は、一端がバッテリ２５に接続され、他端が充電スイッチ５２を介して接地されている。充電スイッチ５２は、例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（以下「ＭＯＳＦＥＴ」という）で構成されており、ドレインがエネルギ蓄積コイル５１に接続され、ソースが接地され、ゲートが充電スイッチ用ドライバ回路５３に接続されている。充電スイッチ用ドライバ回路５３は、充電スイッチ５２をオンオフ駆動可能である。
整流素子５４は、ダイオードで構成されており、コンデンサ３６からエネルギ蓄積コイル５１及び充電スイッチ５２側への電流の逆流を防止する。

充電スイッチ５２がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５１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５２がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５１に蓄積された電気エネルギがバッテリ２５の直流電圧に重畳してコンデンサ３６側へ放出される。充電スイッチ５２がオンオフ動作を繰り返すと、エネルギ蓄積コイル５１にてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、バッテリ２５電圧が昇圧される。
コンデンサ３６は、一方の電極が整流素子５４を介してエネルギ蓄積コイル５１と充電スイッチ５２との間の配線に接続され、他方の電極が接地されている。コンデンサ３６は、ＤＣＤＣコンバータ５０によって昇圧された電圧を蓄電する。

放電スイッチ３７は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成されており、ドレインがコンデンサ３６に接続され、ソースが一次コイル４１の接地側に接続され、ゲートが放電スイッチ用ドライバ回路３８に接続されている。放電スイッチ用ドライバ回路３８は、放電スイッチ３７をオンオフ駆動可能である。
整流素子３９は、ダイオードで構成されており、一次コイル４１からコンデンサ３６への電流の逆流を防止している。

一次電流電圧検出回路３３は、一次コイル４１に流れる一次電流Ｉ１、および、一次コイル４１の接地側の電圧を検出する。一次電流電圧検出回路３３が検出した一次電流Ｉ１および一次電圧Ｖ１は、ＥＣＵ２０に伝送される。
二次電流検出回路３４は、二次コイル４２に流れる二次電流Ｉ２を検出する。二次電流検出回路３４が検出した二次電流Ｉ２は、ＥＣＵ２０に伝送される。

ＥＣＵ２０は、空気流量計２１、回転角センサ２２および水温センサ２３等の各種センサから取得したエンジン２の運転情報に基づいて、点火信号ＩＧＴ、目標二次電流信号ＩＧＡ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３０に出力する。
点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ３１のゲートと、充電スイッチ用ドライバ回路５３に入力される。点火スイッチ３１は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、オンになる。充電スイッチ用ドライバ回路５３は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、充電スイッチ５２のゲートに対し、充電スイッチ５２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。この充電スイッチ信号ＳＷｃは、例えば、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。

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３８に入力される。この放電スイッチ用ドライバ回路３８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３７のゲートに対し、放電スイッチ３７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。

さらに、ＥＣＵ２０は、基準マップ２６、ノッキング制御部２７、補正マップ２８および電流値設定部２９などを有する。
図３に示すように、基準マップ２６には、種々のエンジン２の回転数及び負荷に応じた基準点火時期［ｄｅｇ］が全領域に記憶されている。図３の太枠ＮＥＴで示した領域には、斜線の上側に基準点火時期［ｄｅｇ］が示され、斜線の下側に基準維持目標電流値［ｍＡ］が示されている。太枠ＮＥＴで示した領域は、点火信号ＩＧＴに加えて目標二次電流信号ＩＧＡ及びエネルギ投入期間信号ＩＧＷが生成されエネルギ投入部３２が動作する領域である。なお、図３で示した数値はいずれも例示である。また、図３において「・」で示された箇所には、任意の数値が記憶されているものとする。
ＥＣＵ２０は、基準マップ２６を用いてエンジン２の運転状態を制御することが可能である。

ところで、エンジン２の運転中、エンジン２の温度、使用燃料の種類およびＥＧＲガス量等の運転環境の変化によって混合気の燃焼状態が変動する場合がある。この場合、ＥＣＵ２０はノッキング制御部２７として機能し、基準マップ２６に記憶された基準点火時期及び基準維持目標電流値を補正した補正マップ２８を用いてエンジン２の運転状態を制御することが可能である。

図４に示すように、補正マップ２８には、基準マップ２６において所定のエンジン２の回転数及び負荷に基づいて定められた所定の基準点火時期及び基準維持目標電流値に対し、それらを補正した点火時期及び維持目標電流値Ｉ２*が記憶されている。図４において、上段は、所定の基準点火時期［ｄｅｇ］から遅角または進角する時間［ｄｅｇ］が示されている。下段は、上段の点火時期に対応した維持目標電流値Ｉ２*［ｍＡ］が示されている。なお、図４で示された数値はいずれも例示である。また、図４において「・」で示された箇所は、任意の数値が入力されているか、または、数値が未入力状態であることを示している。

電流値設定部２９は、一次電流Ｉ１および一次電圧Ｖ１に基づき、点火プラグ２４の放電を良好に維持可能な維持目標電流値Ｉ２*を定める。この方法については後述する。電流値設定部２９は、一次電流Ｉ１および一次電圧Ｖ１に基づいて定めた維持目標電流値Ｉ２*を補正マップ２８に記憶する。

ＥＣＵ２０は、運転環境の変化によって燃焼状態が変動する場合、ノッキング制御部２７として機能し、補正マップ２８を用いて維持目標電流値Ｉ２*を設定する。
ＥＣＵ２０は、二次コイル４２に流れる二次電流Ｉ２が、維持目標電流値Ｉ２*を維持するためのフィードバック制御を行う。このフィードバック制御では、ＥＣＵ２０は、二次電流Ｉ２が維持目標電流値Ｉ２*より小さくならないようにするための目標二次電流信号ＩＧＡを生成し、放電スイッチ用ドライバ回路３８に出力する。
放電スイッチ用ドライバ回路３８は、目標二次電流信号ＩＧＡに基づき、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンデューティ比を決定する。この放電スイッチ信号ＳＷｄは、例えば、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。

［点火制御装置の作動］
次に、点火制御装置１の作動について図５のタイムチャートを参照して説明する。図５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とは、コンデンサ３６に蓄電された電圧を意味している。また、投入エネルギＰとは、コンデンサ３６から放出され、一次コイル４１の接地側端子から点火コイル４０に供給されるエネルギを意味しており、１回の点火タイミング中における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。

なお、図５の記載において、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している。以下の説明において、電流の大小に言及する場合、電流の絶対値をいうものとする。すなわち、負領域において、電流値が０［Ａ］から離れるほど電流が大きいといい、０［Ａ］に近づくほど電流が小さいという。

また、本実施形態では、二次電流Ｉ２の制御目標値としての維持目標電流値Ｉ２*は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されているｔ３−ｔ４の期間における二次電流Ｉ２の最小値である。なお、他の実施形態として、維持目標電流値Ｉ２*を、ｔ３−ｔ４の期間における二次電流Ｉ２の最大値と最小値との中間値に設定してもよい。

時刻ｔ１にて点火信号ＩＧＴがＨｉレベルに立ち上がると、点火スイッチ３１がオンされる。このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはＬｏレベルであるので放電スイッチ３７はオフされている。これにより、一次コイル４１に一次電流Ｉ１が通電される。

また、点火信号ＩＧＴがＨｉ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５２のゲートに入力される。これにより、充電スイッチ５２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Ｈｉレベルに立ち上がっているｔ１−ｔ２の期間に、点火コイル４０が充電されるとともに、ＤＣＤＣコンバータ５０の出力によってコンデンサ３６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。
なお、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、すなわちコンデンサ３６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Ｌｏレベルに立ち下げられ、点火スイッチ３１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。すると自己誘電作用により一次コイル４１に電圧が発生し、これと同時に磁気回路及び磁束を共有している二次コイル４２に相互誘導作用によって高電圧が発生し、点火プラグ２４の電極間にて放電が発生する。放電が発生すると、二次電流Ｉ２が流れる。
時刻ｔ２で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「通常点火」と称する。

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Ｈｉレベルに立ち上がることで、充電スイッチ５２がオフの状態で放電スイッチ３７がオンされる。これにより、コンデンサ３６に蓄積された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、放電中に一次電流Ｉ１が通電する。

このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２−ｔ３間に通電されていた二次電流Ｉ２に対し、一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分の二次電流Ｉ２が同じ極性で重畳される。この二次電流Ｉ２の重畳は、時刻ｔ３−ｔ４の間、放電スイッチ３７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３６に蓄積された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。この二次電流Ｉ２は、維持目標電流値Ｉ２*より小さくならないように制御される。
時刻ｔ４でエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＬＯレベルに立ち下がると、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ともにゼロになる。

このように、時刻ｔ２における放電の後、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を、本明細書において「エネルギ投入制御」という。
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２５側にエネルギを投入する方式、或いは二次コイル４２の点火プラグ２４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「従来の多重放電方式」という。上述した「エネルギ投入制御」は、「従来の多重放電方式」に比べ、一次コイル４１の接地側からエネルギを投入することにより、同じ極性の二次電流による放電が継続可能な最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、放電アークが途切れることなく維持される状態を一定期間持続させることができる。

［維持目標電流値Ｉ２*の設定］
次に、ＥＣＵ２０が電流値設定部２９として機能し、筒内気流の流速に応じて維持目標電流値Ｉ２*を設定する方法について説明する。
なお、以下の説明において、筒内気流の流速とは、点火プラグ２４の放電期間における電極近傍の平均流速をいうものとする。点火プラグ２４の電極近傍の平均流速が、放電の吹き消えに最も影響を与えるからである。

図６のグラフは、エンジン２の所定の回転数及び負荷において、筒内気流の流速とクランク角との関係を示している。
ピストン９が上死点から約−４５［ｄｅｇ］付近まで遅角するに従い、筒内気流の流速は速くなる。また、ピストン９が上死点より進角するに従い、筒内気流の流速は緩やかに遅くなる。そのため、エンジン２の所定の回転数及び負荷において、点火時期が変更されると、それに伴って筒内気流の流速は変化する。
電流値設定部２９は、このような筒内気流の流速の変化に対応して、維持目標電流値Ｉ２*を設定する。

図７は、筒内気流が比較的遅い場合の二次電流Ｉ２の波形を模式的に示したものである。一方、図８は、筒内気流が比較的速い場合の二次電流Ｉ２の波形を模式的に示したものである。なお、図７と図８では、維持目標電流値Ｉ２*が同じ値に設定されているものとする。
図７と図８において、破線の斜線で示した部分Ｂは、時刻ｔ２で放電が発生した際に二次コイル４２に蓄えられていたエネルギを表している。
また、図７と図８において、実線の斜線で示した部分Ｃは、ｔ３からｔ４の期間のエネルギ投入制御により二次コイル４２に追加されたエネルギを表している。

図７では、筒内気流が遅いので、放電の伸びる速度が遅い。そのため、放電の電路の電気抵抗の増加が少なく、オームの法則に基づき、二次電圧Ｖ２の上昇も小さいものとなる。したがって、図７において破線の斜線で示したように、時刻ｔ２で放電が発生した際に二次コイル４２に蓄えられていたエネルギは、エネルギ投入制御が終了する時刻ｔ４以降も残っている。この場合、図７において実線の斜線で示したように、エネルギ投入制御により二次コイル４２に追加されたエネルギは、比較的少ないものとなっている。

これに対し、図８では、筒内気流が速いので、放電の伸びる速度が速い。そのため、電路の電気抵抗の増加が大きく、オームの法則に基づき、二次電圧Ｖ２が早期に高くなる。したがって、図８において破線の斜線で示したように、時刻ｔ２において放電が発生した際に二次コイル４２に蓄えられていたエネルギは、早期に消費される。この場合、図８において実線の斜線で示したように、エネルギ投入制御により二次コイル４２に追加されたエネルギは、図７のものに比べて大きいものとなる。

図９のグラフは、エネルギ投入制御により一次コイル４１に投入したエネルギと、筒内気流の流速との関係を示したものである。
エネルギ投入制御により一次コイル４１に投入したエネルギは、筒内気流の流速に比例したものとなる。
そこで、図１０に示すように、電流値設定部２９は、筒内気流の流速が速いほど維持目標電流値Ｉ２*を大きい値に設定し、筒内気流の流速が遅いほど維持目標電流値Ｉ２*を小さい値に設定する。

筒内気流の流速が速い場合、その気流の影響で火花放電内の電子が拡散し、電子密度が小さくなり、吹き消えが生じやすくなる。この場合、維持目標電流値Ｉ２*を大きい値に設定すると、点火プラグ２４の電極から放出される電子密度が増加する。そのため、筒内気流の影響を受けて火花放電内の電子が拡散した場合でも、放電が吹き消える程度にまで火花放電内の電子密度が小さくなることが抑制される。したがって、電流値設定部２９は、筒内気流が速い場合、維持目標電流値Ｉ２*を大きくし、放電の吹き消えを抑制することが可能である。

一方、筒内気流の流速が遅い場合、その気流の影響が小さく火花放電内の電子の拡散が少ないので、吹き消えは生じにくい。この場合、維持目標電流値Ｉ２*を小さい値に設定すると、点火プラグ２４の電極から放出される電子密度が小さくなるが、放電が吹き消えるおそれは少ない。そのため、電流値設定部２９は、放電の吹き消えを抑制しつつ、放電に不要なエネルギの投入を抑制することが可能である。
このようにして、電流値設定部２９は、エネルギ投入制御によって一次コイル４１に投入したエネルギを検出することにより、筒内気流の流速の変化に応じた維持目標電流値Ｉ２*を設定することが可能である。

［点火制御装置による補正マップ作成処理］
続いて、点火制御装置１による補正マップ２８の作成処理について、図１１のフローチャートを参照して説明する。なお、図１１では、ステップを「Ｓ」と表示している。
この補正マップ２８の作成処理は、エンジン２の運転中に行われる。

ステップ１でＥＣＵ２０は、基準マップ２６に従い、エンジン２の回転数及び負荷に応じた基準点火時期及び基準維持目標電流値を検出する。
次に、ステップ２でＥＣＵ２０はノッキング制御部２７として機能し、エンジン２の温度、使用燃料の種類およびＥＧＲガス量等の運転環境の変化に応じて、基準マップ２６に記憶された基準点火時期を補正した補正マップ２８を用いて、最適な点火時期を設定する。この時点において、補正マップ２８には、ノッキング制御部２７が設定した点火時期に対応した点火時期は記憶されているが、維持目標電流値Ｉ２*は未入力状態であるとする。この場合、ＥＣＵ２０は、補正マップ２８に記憶された点火時期と、基準マップ２６に記憶された基準維持目標電流値を用いてエンジンを制御する。

ＥＣＵ２０は、その点火時期に応じた点火信号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３０に出力する。また、ＥＣＵ２０は、基準維持目標電流値に応じた目標二次電流信号ＩＧＡを生成し、放電スイッチ用ドライバ回路３８に出力する。放電スイッチ用ドライバ回路３８は、目標二次電流信号ＩＧＡに基づき、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンデューティ比を決定する。

続いて、ステップ３でＥＣＵ２０は電流値設定部２９として機能し、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが入力されている期間に一次コイル４１に投入されたエネルギを検出する。このエネルギは、一次電流Ｉ１と一次電圧Ｖ１との積をエネルギ投入期間信号ＩＧＷが入力されている時間で積分することで検出できる。
電流値設定部２９は、一次コイル４１に投入されたエネルギが大きいほど、維持目標電流値Ｉ２*を大きい値とする。一方、電流値設定部２９は、一次コイル４１に投入されたエネルギが小さいほど、維持目標電流値Ｉ２*を小さい値とする。電流値設定部２９は、そのように定めた維持目標電流値Ｉ２*を補正マップ２８に書き込む。
その後の点火制御において、ＥＣＵ２０は、ノッキング制御部２７が設定した点火時期に対応する維持目標電流値Ｉ２*が補正マップ２８に記憶されている場合、その補正マップ２８の維持目標電流値Ｉ２*に基づき目標二次電流信号ＩＧＡを生成する。

ステップ４でＥＣＵ２０は、エンジン２の所定の回転数及び負荷に応じた基準点火時期に対応して作成された補正マップ２８において、補正された全ての点火時期に対応した維持目標電流値Ｉ２*が補正マップ２８に記憶されたか否かを判定する。
全ての点火時期に対応した維持目標電流値Ｉ２*が補正マップ２８に記憶されていない場合、ＥＣＵ２０は、その記憶されていない運転状態のときに上述したステップ２からステップ４の処理を実行する。
一方、全ての点火時期に対応した維持目標電流値Ｉ２*が補正マップ２８に記憶された場合、ＥＣＵ２０は、補正マップ２８の作成処理を終了する。

［作用効果］
本実施形態の点火制御装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、電流値設定部２９は、維持目標電流値Ｉ２*を、筒内気流が速いほど大きい値に設定し、筒内気流が遅いほど小さい値に設定する。
これにより、維持目標電流値Ｉ２*を大きい値にすると、点火プラグ２４の電極間の火花放電において電極から放出される電子密度が増加する。そのため、流速が速い筒内気流の影響を受けて火花放電内の電子が拡散した場合でも、放電が吹き消える程度にまで火花放電内の電子密度が小さくなることが抑制される。したがって、点火制御装置１は、筒内気流が速いとき、放電の吹き消えを抑制することができる。

一方、電流値設定部２９が維持目標電流値Ｉ２*を小さい値にすると、点火プラグ２４の電極間の火花放電において電極から放出される電子密度が減少する。そのため、流速が遅い筒内気流の影響が小さく火花放電内の電子の拡散が少ない場合、放電の吹き消え抑制に不要なエネルギの投入を抑制することが可能である。
したがって、点火制御装置１は、維持目標電流値Ｉ２*を適切に設定することで、放電の吹き消えを抑制して混合気への着火性を高めると共に、放電の吹き消え抑制に不要なエネルギの投入を抑制することが可能である。その結果、点火制御装置１は、点火プラグ２４の電極の消耗を抑制し、回路熱負荷の増大を抑制し、消費電力を低減することができる。

（２）本実施形態では、電流値設定部２９は、エネルギ投入部３２が一次コイル４１に投入したエネルギが大きい運転状態のときほど、維持目標電流値Ｉ２*を大きい値に設定する。また、電流値設定部２９は、エネルギ投入部３２が一次コイル４１に投入したエネルギが小さい運転状態のときほど、維持目標電流値Ｉ２*を小さい値に設定する。
エネルギ投入部３２が一次コイル４１に投入したエネルギが大きいほど筒内気流が速いといえるので、電流値設定部２９はその運転状態の維持目標電流値Ｉ２*を大きい値に設定し、放電の吹き消えを抑制することが可能である。
一方、エネルギ投入部３２が一次コイル４１に投入したエネルギが小さいほど筒内気流が遅いといえるので、電流値設定部２９はその運転状態の維持目標電流値Ｉ２*を小さい値に設定し、放電の吹き消え抑制に不要なエネルギの損失を抑制することが可能である。

（３）本実施形態では、電流値設定部２９は、ノッキング制御部２７が設定した点火時期に対応する維持目標電流値Ｉ２*を、燃焼室８を流れる混合気の流速に応じて定め、補正マップ２８に記憶する。
これにより、点火制御装置１は、ノッキング制御部２７による点火時期の変更に追従した最適な維持目標電流値Ｉ２*の設定を、補正マップ２８を用いて行うことができる。

（４）本実施形態では、電流値設定部２９は、エンジン２の運転中に補正マップ２８を作成する。
これにより、点火制御装置１は、車両が使用されるエンジン２の運転環境に応じた維持目標電流値Ｉ２*を、補正マップ２８に記憶させることができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、エネルギ投入制御は、図５に示したように、点火信号ＩＧＴのＨｉ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、エネルギ投入期間に一次コイル４１の接地側にエネルギを投入した。これに対し、他の実施形態では、エネルギ投入制御は、エネルギ投入期間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により、充電スイッチ信号ＳＷｃがオンのときにエネルギ蓄積コイル５１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３６を備えなくてもよい。

（２）上述した実施形態では、ＥＣＵ２０は、二次電流検出回路３４により検出した二次電流Ｉ２が維持目標電流値Ｉ２*より小さくならないようにするフィードバック制御を行った。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ２０は、二次電流Ｉ２をフィードフォワード制御してもよい。

（３）上述した実施形態では、維持目標電流値Ｉ２*を二次電流Ｉ２の最小値として設定した。これに対し、他の実施形態では、維持目標電流値Ｉ２*を二次電流Ｉ２の最大値と最小値との中間値に設定してもよい。この場合、ＥＣＵは、二次電流Ｉ２を維持目標電流値Ｉ２*と一致させるための目標二次電流信号ＩＧＡを生成し、放電スイッチ用ドライバ回路３８に出力する。

（４）他の実施形態では、点火回路ユニット３０は、ＥＣＵ２０を収容するケースに収容するか、あるいは点火コイル４０を収容するケースに収容してもよい。
（５）他の実施形態では、点火スイッチ３１及びエネルギ投入部３２は、別々のケースに収容してもよい。例えば、点火コイル４０を収容するケースに点火スイッチ３１を収容し、また、ＥＣＵ２０を収容するケースにエネルギ投入部３２を収容してもよい。

（６）他の実施形態では、点火スイッチ３１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してもよい。また、充電スイッチ５２及び放電スイッチ３７は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他のスイッチング素子で構成してもよい。
（７）他の実施形態では、直流電源は、バッテリ２５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してもよい。

（８）上述した実施形態では、エネルギ投入部３２は、ＤＣＤＣコンバータ５０によって、バッテリ２５の電圧を昇圧した。これに対し、他の実施形態では、点火制御装置１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。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、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
８ ・・・燃焼室
２４・・・点火プラグ
２９・・・電流値設定部
３１・・・点火スイッチ
３２・・・エネルギ投入部
４０・・・点火コイル
４２・・・二次コイル
４１・・・一次コイル
Ｉ２*・・・維持目標電流値

Claims (3)

1. 内燃機関（２）の燃焼室（８）に供給される混合気に点火する点火プラグ（２４）への電力供給を制御する点火制御装置であって、
   直流電源（２５）から供給される一次電流（Ｉ１）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て前記一次コイルを流れる前記一次電流の通電及び遮断により誘導される二次電流（Ｉ２）が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）と、
   前記一次コイルの配線に接続され、点火時期を指示する点火信号（ＩＧＴ）に従い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（３１）と、
   前記点火スイッチによる前記一次電流の遮断により前記点火プラグの電極に放電が発生した後の所定期間、前記二次電流が制御目標値としての維持目標電流値（Ｉ２*）を維持するように前記一次コイルの接地側からエネルギを投入可能なエネルギ投入部（３２）と、
   前記維持目標電流値の絶対値を、前記燃焼室を流れる混合気の流速が速いほど大きい値に設定し、前記燃焼室を流れる混合気の流速が遅いほど小さい値に設定する電流値設定部（２９）と、
   前記内燃機関の回転数および負荷に対応した基準点火時期および基準維持目標電流値が記憶された基準マップ（２６）と、
   前記基準マップに記憶された前記基準点火時期および前記基準維持目標電流値を前記内燃機関の使用環境に応じて補正した前記点火時期および前記維持目標電流値が記憶された補正マップ（２８）と、
   前記補正マップを用いて前記点火時期および前記維持目標電流値を設定するノッキング制御部（２７）と、
   を備え、
   前記電流値設定部は、前記ノッキング制御部が設定した前記点火時期に対応する前記維持目標電流値を、前記燃焼室を流れる混合気の流速に応じて定め、前記補正マップに記憶する点火制御装置。
2. 前記電流値設定部は、
   前記エネルギ投入部が前記一次コイルに投入したエネルギが大きい運転状態のときほど、前記維持目標電流値の絶対値を大きい値に設定し、
   前記エネルギ投入部が前記一次コイルに投入したエネルギが小さい運転状態のときほど、前記維持目標電流値の絶対値を小さい値に設定する請求項１に記載の点火制御装置。
3. 前記電流値設定部は、前記内燃機関の運転中に前記補正マップを作成する請求項１または２に記載の点火制御装置。

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