JP7270040B2 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用制御装置に関する。

近年、車両の燃費向上のため、理論空燃比よりも薄い混合気を燃焼して内燃機関を運転する技術や、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れて再度吸気させる技術などを導入した内燃機関の制御装置が開発されている。

この種の内燃機関の制御装置では、燃焼室における燃料や空気の量が理論値から乖離するため、点火プラグによる燃料への着火不良が生じやすくなる。そこで、燃焼室内のガス流速を高くすることで、点火プラグの電極間の流速を高くして放電路が長く形成されるようにすることで、放電路とガスの接触長さを長くして、着火不良を抑制する方法がある。
しかし、点火プラグの電極間の流速を高くすると、放電路の吹き消えとこれに伴う再放電の発生頻度が高くなる。再放電の際、容量放電による絶縁破壊が生じる。容量放電の電流密度は高いため、高電流による電極溶融が生じて、電極の消耗が促進されてしまう。

容量放電の発生頻度を低減して点火プラグの電極摩耗を抑制するためには、放電路が形成された後に十分な電流量で電流供給を続けることで、放電路をできるだけ長時間維持する必要がある。しかしながら、一般的に点火コイルは、放電開始から時間経過と共に内部エネルギーが低下し続けるため、次第に放電路の維持に必要な電流を供給できなくなる。
その結果、ガスの燃焼途中で放電路の維持ができなくなり、再放電が必要になってしまうという問題が生じる。

特許文献１には、主一次コイルと副一次コイルを有する点火コイルを用いて、主一次コイルにより点火プラグに放電火花を発生させた後に、点火プラグの放電に必要十分な時間を勘案して定めた重畳電流通電時間が経過するまでの間、副一次コイルにより電流を重畳させるようにした内燃機関の制御装置が開示されている。

特許第６３７５４５２号

特許文献１に開示されている技術では、燃焼状態に関わらず重畳電流通電時間が一定であるため、内燃機関のサイクル変動に応じて重畳電流通電時間を適切に調整できない。サイクル変動に対応できるようにするためには、過大なマージンを含めた重畳電流通電時間を設定する必要がある。しかしながら、このように重畳電流通電時間を設定すると、放電路の維持に必要な分を上回る重畳電流が流れてしまい、点火コイルの発熱や、点火プラグ電極の摩耗、エネルギー効率の低下などが問題となる。逆に、重畳電流通電時間のマージンを削減すると、点火コイル内部のエネルギーが低下することで、放電路を維持できなくなる可能性が生じる。

したがって、本発明は、上記の課題に着目してなされたもので、点火プラグによるガスへの着火不良を抑えつつ、内燃機関における点火プラグの電極摩耗を抑制することを目的とする。

本発明による内燃機関用制御装置は、内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部を備え、前記点火コイルは、１次側に配置された１次コイルと、２次側に配置された２次コイルと、を有し、前記点火制御部は、前記１次コイルに流れる１次電流に基づいて、前記２次コイルに第１誘起電流が流れるとともに、前記第１誘起電流に重畳して前記２次コイルに第２誘起電流が流れることで、前記点火コイルから第１の電気エネルギーが放出されるとともに、前記第１の電気エネルギーに重ねて第２の電気エネルギーが放出されるように、前記点火コイルの通電を制御し、前記第１誘起電流が所定の第１設定値以下となったときに前記第２誘起電流が遮断されることで、前記点火プラグ周囲のガス状態に基づいて変化するタイミングで、前記第２の電気エネルギーの放出を停止して前記点火プラグの放電が停止されるように、前記点火コイルの通電を制御する。

本発明によれば、点火プラグによるガスへの着火不良を抑えつつ、内燃機関における点火プラグの電極摩耗を抑制することができる。

実施の形態にかかる内燃機関及び内燃機機関の制御装置の要部構成を説明する図である。 点火プラグを説明する部分拡大図である。 実施の形態にかかる制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。 内燃機関の運転状態と点火プラグ周囲のガス流速との関係を説明する図である。 点火プラグの電極間における放電路と流速の関係を説明する図である。 従来の点火コイルを含む電気回路を説明する図である。 従来の放電制御における点火コイルへ入力される制御信号と出力の関係を説明するタイミングチャートの一例を示す図である。 第１の実施形態にかかる点火コイルを含む電気回路を説明する図である。 第１の実施形態にかかる放電制御における点火コイルへ入力される制御信号と出力の関係を説明するタイミングチャートの一例を示す図である。 第１の実施形態にかかる放電制御における点火コイルへ入力される制御信号と出力の関係を説明するタイミングチャートの別の一例を示す図である。 第１の実施形態にかかる点火コイルの制御方法を説明するフローチャートの一例である。 電極間のガス流速と第１設定値および第２設定値との関係を示すマップ情報の一例を示す図である。 第２の実施形態にかかる点火コイルを含む電気回路を説明する図である。 第２の実施形態にかかる点火コイルの制御方法を説明するフローチャートの一例である。 電極間のガス流速と点火信号のパルス幅との関係を示すマップ情報の一例を示す図である。 電極間のガス流速と点火信号の出力開始までの期間との関係を示すマップ情報の一例を示す図である。 第３の実施形態にかかる点火コイルを含む電気回路を説明する図である。

以下、本発明の実施形態にかかる内燃機関用制御装置を説明する。

以下、本発明の一実施形態にかかる内燃機関用制御装置の一態様である制御装置１を説明する。この実施の形態では、制御装置１により、４気筒の内燃機関１００の各気筒１５０に各々設けられた点火プラグ２００の放電（点火）を制御する場合を例示して説明する。
以下、実施の形態において、内燃機関１００の一部の構成又は全ての構成及び制御装置１の一部の構成又は全ての構成を組み合わせたものを、内燃機関１００の制御装置１と言う。

［内燃機関］
図１は、内燃機関１００及び内燃機関用点火装置の要部構成を説明する図である。
図２は、点火プラグ２００の電極２１０、２２０を説明する部分拡大図である。

内燃機関１００では、外部から吸引した空気はエアクリーナ１１０、吸気管１１１、吸気マニホールド１１２を通流し、吸気弁１５１が開くと各気筒１５０に流入する。各気筒１５０に流入する空気量は、スロットル弁１１３により調整され、スロットル弁１１３で調整された空気量は、流量センサ１１４により測定される。

スロットル弁１１３には、スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ１１３ａが設けられている。このスロットル開度センサ１１３ａで検出されたスロットル弁１１３の開度情報は、制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１に出力される。

なお、スロットル弁１１３は、電動機で駆動される電子スロットル弁が用いられるが、空気の流量を適切に調整できるものであれば、その他の方式によるものでもよい。

各気筒１５０に流入したガスの温度は、吸気温センサ１１５で検出される。

クランクシャフト１２３に取り付けられたリングギア１２０の径方向外側には、クランク角センサ１２１が設けられている。このクランク角センサ１２１により、クランクシャフト１２３の回転角度が検出される。実施の形態では、クランク角センサ１２１は、例えば１０°毎及び燃焼周期毎のクランクシャフト１２３の回転角度を検出する。

シリンダヘッドのウォータジャケット（図示せず）には、水温センサ１２２が設けられている。この水温センサ１２２により、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する。

また、車両には、アクセルペダル１２５の変位量（踏み込み量）を検出するアクセルポジションセンサ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ：ＡＰＳ）１２６が設けられている。このアクセルポジションセンサ１２６により、運転者の要求トルクを検出する。このアクセルポジションセンサ１２６で検出された運転者の要求トルクは、後述する制御装置１に出力される。制御装置１は、この要求トルクに基づいて、スロットル弁１１３を制御する。

燃料タンク１３０に貯留された燃料は、燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧された後、プレッシャレギュレータ１３２が設けられた燃料配管１３３を通流し、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４に誘導される。燃料ポンプ１３１から出力された燃料は、プレッシャレギュレータ１３２で所定の圧力に調整され、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４から各気筒１５０内に噴射される。プレッシャレギュレータ１３２で圧力調整された結果、余分な燃料は戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。

内燃機関１００のシリンダヘッド（図示せず）には、燃焼圧センサ（ＣｙｌｉｎｄｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＰＳ、筒内圧センサとも言う）１４０が設けられている。燃焼圧センサ１４０は、各気筒１５０内に設けられており、気筒１５０内の圧力（燃焼圧）を検出する。

燃焼圧センサ１４０は、圧電式又はゲージ式の圧力センサが用いられ、広い温度領域に渡って気筒１５０内の燃焼圧（筒内圧）を検出することができるようになっている。

各気筒１５０には、排気弁１５２と、燃焼後のガス（排気ガス）を気筒１５０の外側に排出する排気マニホールド１６０が取り付けられている。この排気マニホールド１６０の排気側には、三元触媒１６１が設けられている。排気弁１５２が開くと、気筒１５０から排気マニホールド１６０に排気ガスが排出される。この排気ガスは、排気マニホールド１６０を通って三元触媒１６１で浄化された後、大気に排出される。

三元触媒１６１の上流側には、上流側空燃比センサ１６２が設けられている。この上流側空燃比センサ１６２は、各気筒１５０から排出された排気ガスの空燃比を連続的に検出する。

また、三元触媒１６１の下流側には、下流側空燃比センサ１６３が設けられている。この下流側空燃比センサ１６３は、理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力する。実施の形態では、下流側空燃比センサ１６３は、例えばＯ２センサである。

また、各気筒１５０の上部には、点火プラグ２００が各々設けられている。点火プラグ２００の放電（点火）により、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に火花が着火し、気筒１５０内で爆発が起こり、ピストン１７０が押し下げられる。ピストン１７０が押し下げられることにより、クランクシャフト１２３が回転する。

点火プラグ２００には、点火プラグ２００に供給される電気エネルギー（電圧）を生成する点火コイル３００が接続されている。点火コイル３００で発生した電圧により、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じる（図２参照）。

図２に示すように、点火プラグ２００では、中心電極２１０は、絶縁体２３０により絶縁状態で支持されている。この中心電極２１０に所定の電圧（実施の形態では、例えば２０，０００Ｖ～４０，０００Ｖ）が印加される。

外側電極２２０は接地されている。中心電極２１０に所定の電圧が印加されると、中心電極２１０と外側電極２２０との間で放電（点火）が生じる。

なお、点火プラグ２００において、中心電極２１０と外側電極２２０との間に存在する気体（ガス）の状態や筒内圧によって、ガス成分の絶縁破壊を起こして放電（点火）が発生する電圧が変動する。この放電が発生する電圧を絶縁破壊電圧と言う。

点火プラグ２００の放電制御（点火制御）は、後述する制御装置１の点火制御部８３により行われる。

図１に戻って、前述したスロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、クランク角センサ１２１、アクセルポジションセンサ１２６、水温センサ１２２、燃焼圧センサ１４０等の各種センサからの出力信号は、制御装置１に出力される。制御装置１では、これら各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１００の運転状態を検出し、気筒１５０内に送出する空気量、燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。

［制御装置のハードウェア構成］
次に、制御装置１のハードウェアの全体構成を説明する。

図１に示すように、制御装置１は、アナログ入力部１０と、デジタル入力部２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３０と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０と、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６０と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポート７０と、出力回路８０と、を有する。

アナログ入力部１０には、スロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、アクセルポジションセンサ１２６、上流側空燃比センサ１６２、下流側空燃比センサ１６３、燃焼圧センサ１４０、水温センサ１２２等の各種センサからのアナログ出力信号が入力される。

アナログ入力部１０には、Ａ／Ｄ変換部３０が接続されている。アナログ入力部１０に入力された各種センサからのアナログ出力信号は、ノイズ除去等の信号処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換部３０でデジタル信号に変換され、ＲＡＭ４０に記憶される。

デジタル入力部２０には、クランク角センサ１２１からのデジタル出力信号が入力される。

デジタル入力部２０には、Ｉ／Ｏポート７０が接続されており、デジタル入力部２０に入力されたデジタル出力信号は、このＩ／Ｏポート７０を介してＲＡＭ４０に記憶される。

ＲＡＭ４０に記憶された各出力信号は、ＭＰＵ５０で演算処理される。

ＭＰＵ５０は、ＲＯＭ６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、ＲＡＭ４０に記憶された出力信号を、制御プログラムに従って演算処理する。ＭＰＵ５０は、制御プログラムに従って、内燃機関１００を駆動する各アクチュエータ（例えば、スロットル弁１１３、プレッシャレギュレータ１３２、点火プラグ２００等）の作動量を規定する制御値を算出し、ＲＡＭ４０に一時的に記憶する。

ＲＡＭ４０に記憶されたアクチュエータの作動量を規定する制御値は、Ｉ／Ｏポート７０を介して出力回路８０に出力される。

出力回路８０には、点火プラグ２００に印加する電圧を制御する点火制御部８３（図３参照）の機能などが設けられている。

［制御装置の機能ブロック］
次に、本発明の実施形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する。

図３は、本発明の一実施形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する機能ブロック図である。この制御装置１の各機能は、例えばＭＰＵ５０がＲＯＭ６０に記憶された制御プログラムを実行することで、出力回路８０で実現される。

図３に示すように、第１の実施形態にかかる制御装置１の出力回路８０は、全体制御部８１と、燃料噴射制御部８２と、点火制御部８３とを有する。

全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、燃焼圧センサ１４０（ＣＰＳ）に接続されており、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とを受け付ける。

全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とに基づいて、燃料噴射制御部８２と点火制御部８３の全体的な制御を行う。

燃料噴射制御部８２は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部８６と、に接続されており、気筒判別部８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。

また、燃料噴射制御部８２は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部８９と、に接続されており、吸気量計測部８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。

燃料噴射制御部８２は、受け付けた各情報に基づいて、燃料噴射弁１３４から噴射される燃料の噴射量と噴射時間（燃料噴射弁制御情報Ｓ９）を算出し、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて燃料噴射弁１３４を制御する。

点火制御部８３は、全体制御部８１のほか、気筒判別部８４と、角度情報生成部８５と、回転数情報生成部８６と、負荷情報生成部８８と、水温計測部８９とに接続されており、これらからの各情報を受け付ける。

点火制御部８３は、受け付けた各情報に基づいて、点火コイル３００の１次側コイル（図示せず）に通電する電流量（通電角）と、通電開始時間と、１次側コイルに通電した電流を遮断する時間（点火時間）とを算出する。

点火制御部８３は、算出した通電角と、通電開始時間と、点火時間とに基づいて、点火コイル３００の１次側コイルに点火信号ＳＡを出力することで、点火プラグ２００による放電制御（点火制御）を行う。

なお、少なくとも、点火制御部８３が点火信号ＳＡを用いて点火プラグ２００の点火制御を行う機能は、本発明の内燃機関用制御装置に相当する。

図４は、内燃機関１００の運転状態と点火プラグ２００周囲のガス流速との関係を説明する図である。図４に示すように、一般にはエンジン回転数や負荷が高いほど、気筒１５０内のガス流速が高くなり、点火プラグ２００周囲のガスも高流速になる。したがって、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間において、ガスが高速に流れることとなる。また、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われる内燃機関１００では、エンジン回転数と負荷の関係に応じて、例えば図４に示すようにＥＧＲ率が設定される。なお、ＥＧＲ率をより高く設定する高ＥＧＲ領域を拡大するほど、低燃費化や低排気化を実現できるが、点火プラグ２００において着火不良が生じやすくなる。

図５は、点火プラグ２００の電極間における放電路と流速の関係を説明する図である。
点火コイル３００において２次側コイルに高電圧が発生し、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に絶縁破壊が生じると、これらの電極間に流れる電流が一定値以下になるまでの間、点火プラグ２００の電極間に放電路が形成される。この放電路に可燃ガスが接触すると、火炎核が成長して燃焼に至る。放電路は、電極間のガス流れの影響を受けて移動するため、ガス流速が高いほど短時間で長い放電路を形成し、ガス流速が低いほど放電路が短くなる。図５（ａ）はガス流速が高いときの放電路２１１の例を示しており、図５（ｂ）はガス流速が低いときの放電路２１２の例を示している。

内燃機関１００が高ＥＧＲ率で運転される場合、可燃ガスが放電路と接触しても火炎核が成長する確率が下がるため、可燃ガスが放電路と接触する機会を増やす必要がある。前述のように、放電路はガスの絶縁を破壊して生成されるため、放電路の維持に必要な電流を一定とすれば、放電路の長さに応じた電力の出力が必要となる。このため、ガス流速が高い場合は、短時間で大きな電力を点火コイル３００から点火プラグ２００へ出力するように点火コイル３００の通電制御を行い、これにより図５（ａ）のような長い放電路２１１を形成することで、より広範な空間のガスと接触機会を得ることが好ましい。一方、ガス流速が低い場合は、小さな電力を長時間の間に点火コイル３００から点火プラグ２００へ出力し続けるように点火コイル３００の通電制御を行い、これにより図５（ｂ）のような短い放電路２１２の形成を維持することで、点火プラグ２００の電極付近を通過するガスとの接触機会をより長時間にわたって得ることが好ましい。

［従来の点火コイルの電気回路］
次に、本発明の実施形態を説明する前に、従来の点火コイルについて説明する。

図６は、本発明の比較例としての従来の点火コイル３００Ｃを含む電気回路４００Ｃを説明する図である。電気回路４００Ｃにおいて、点火コイル３００Ｃは、所定の巻き数で巻かれた１次側コイル３１０と、１次側コイル３１０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。

１次側コイル３１０の一端は、直流電源３３０に接続されている。これにより、１次側コイル３１０には、所定の電圧（例えば１２Ｖ）が印加される。

１次側コイル３１０の他端は、イグナイタ３４０に接続されており、イグナイタ３４０を介して接地されている。イグナイタ３４０には、トランジスタや電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが用いられる。

イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子は、点火制御部８３に接続されている。点火制御部８３から出力された点火信号ＳＡは、イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に入力される。イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に点火信号ＳＡが入力されると、イグナイタ３４０のコレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間が通電状態となり、コレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間に電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３４０を介して点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡが出力され、１次側コイル３１０に電流が流れて電力（電気エネルギー）が蓄積される。

点火制御部８３からの点火信号ＳＡの出力が停止して、１次側コイル３１０に流れる電流が遮断されると、１次側コイル３１０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。

点火信号ＳＡにより２次側コイル３２０に発生する高電圧が、点火プラグ２００（中心電極２１０）に印加されることで、点火プラグ２００の中心電極２１０と、外側電極２２０との間に電位差が発生する。この中心電極２１０と外側電極２２０との間に発生した電位差が、ガス（気筒１５０内の混合気）の絶縁破壊電圧Ｖｍ以上になると、ガス成分が絶縁破壊されて中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じ、燃料（混合気）への点火（着火）が行われる。

比較例では、点火制御部８３は、以上説明したような電気回路４００Ｃの動作により、点火信号ＳＡを用いて点火コイル３００Ａの通電を制御する。これにより、点火プラグ２００を制御するための点火制御を実施する。

［従来の点火コイルの放電制御］
次に、従来の点火コイルの放電制御について説明する。図７は、従来の放電制御における点火コイルへ入力される制御信号と出力の関係を説明するタイミングチャートの一例を示す図である。図７のタイミングチャートは、従来の点火コイル３００Ｃを用いてガスが高流速の場合に点火プラグ２００を放電させたときの一例である。図７では、点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡと、この点火信号ＳＡに応じて１次側コイル３１０に流れる１次電流Ｉ１、点火コイル３００Ｃに蓄積される電気エネルギーＥ、２次側コイル３２０に流れる２次電流Ｉ２、および２次側コイル３２０に発生する２次電圧Ｖ２との関係を示している。なお、２次電流Ｉ２と２次電圧Ｖ２の測定ポイントは、図６に示すように、点火プラグ２００と点火コイル３００Ｃの間としている。また、１次電流Ｉ１の測定ポイントは、直流電源３３０と点火コイル３００Ｃの間としている。

点火信号ＳＡがＨＩＧＨになると、イグナイタ３４０が１次側コイル３１０を通電し、１次電流Ｉ１が上昇する。１次側コイル３１０の通電中は、点火コイル３００Ｃ内の電気エネルギーＥが時間と共に上昇する。

その後、点火信号ＳＡがＬＯＷになると、イグナイタ３４０は１次側コイル３１０の通電を遮断する。これにより、２次側コイル３２０へ起電力が生じて、点火コイル３００Ｃから点火プラグ２００への電気エネルギーＥの供給が開始される。点火プラグ２００の電極間の絶縁が破壊されると、点火プラグ２００の放電が開始される。このような絶縁破壊を伴う点火プラグ２００の放電は、容量放電と呼ばれる。点火プラグ２００の放電開始後は、点火コイル３００Ｃ内の電気エネルギーＥが時間と共に減少し、点火プラグ２００の放電が維持される。このような絶縁破壊を伴わない点火プラグ２００の放電は、誘導放電と呼ばれる。

２次電流Ｉ２は、容量放電時に大きく上昇する。この容量放電による２次電流Ｉ２は短時間で終了する。点火プラグ２００の放電が開始されて電極間に放電路が形成されると、２次電流Ｉ２は急激に低下し、その後の誘導放電時には時間と共に減少する。放電路はガスの流れと共に伸長するため、時間経過と共に２次電圧Ｖ２が上昇する。このとき、点火プラグ２００の電極間に存在するガスの流速に応じて、放電路の維持に必要な２次電流Ｉ２の大きさが変化する。

２次電流Ｉ２が、放電路の維持に必要な最低値から、放電できなくなる最大値までの間になると、点火プラグ２００は放電路の吹き消えと再放電を繰り返す。このように放電路の吹き消えと再放電が繰り返される２次電流Ｉ２の範囲を、以下では「断続運転領域」と言う。すなわち、２次電流Ｉ２が断続運転領域に入ると、放電路を維持できなくなり、放電路がガス流れによって吹き消えることで、点火プラグ２００の放電が中断する。このとき、放電路が無くなっても点火コイル３００Ｃ内の電気エネルギーＥは残っているため、点火プラグ２００において容量放電を伴う再放電（リストライク）が発生する。図７の例では、初放電が１回と再放電３回となっており、容量放電回数は４回である。

点火コイル３００Ｃ内の電気エネルギーＥが減少すると、それに伴って２次電流Ｉ２も低下する。２次電流Ｉ２が放電できなくなる最大値以下になると、点火プラグ２００の放電が停止する。このように点火プラグ２００の放電が不可能となって停止する２次電流Ｉ２の範囲を、以下では「放電不可領域」と言う。

本発明では、図６で説明した点火コイル３００Ｃに替えて、１次側コイルを２つ有する点火コイル３００を採用し、この点火コイル３００に対して放電制御を行うことにより、容量放電回数を抑制した点火プラグ２００の放電を実現している。

［第１の実施形態：点火コイルの電気回路］
次に、本発明の第１の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する。

図８は、本発明の第１の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する図である。電気回路４００において、点火コイル３００は、所定の巻き数でそれぞれ巻かれた２種類の１次側コイル３１０、３６０と、１次側コイル３１０、３６０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。ここで、点火プラグ２００の点火時には、先に１次側コイル３１０からの電力が２次側コイル３２０に供給され、その電力に重ねて、１次側コイル３６０からの電力が２次側コイル３２０に供給される。そのため以下では、１次側コイル３１０を「主１次コイル」、１次側コイル３６０を「副１次コイル」とそれぞれ称する。また、主１次コイル３１０に流れる電流を「主１次電流」、１次副コイル３６０に流れる電流を「副１次電流」とそれぞれ称する。

主１次コイル３１０の一端は、直流電源３３０に接続されている。これにより、主１次コイル３１０には、所定の電圧（実施の形態では、例えば１２Ｖ）が印加される。

主１次コイル３１０の他端は、イグナイタ３４０に接続されており、イグナイタ３４０を介して接地されている。イグナイタ３４０には、トランジスタや電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが用いられる。

イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子は、点火制御部８３に接続されている。点火制御部８３から出力された点火信号ＳＡは、イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に入力される。イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に点火信号ＳＡが入力されると、イグナイタ３４０のコレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間が通電状態となり、コレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間に電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３４０を介して点火コイル３００の主１次コイル３１０に点火信号ＳＡが出力され、主１次コイル３１０に主１次電流が流れて電力（電気エネルギー）が蓄積される。

点火制御部８３からの点火信号ＳＡの出力が停止して、主１次コイル３１０に流れる主１次電流が遮断されると、主１次コイル３１０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。

副１次コイル３６０の一端は、主１次コイル３１０と共通で直流電源３３０に接続されている。これにより、副１次コイル３６０にも、所定の電圧（実施の形態では、例えば１２Ｖ）が印加される。

副１次コイル３６０の他端は、イグナイタ３５０に接続されており、イグナイタ３５０を介して接地されている。イグナイタ３５０には、トランジスタや電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが用いられる。

イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子は、点火制御部８３内に設けられた電流比較部３８０に接続されている。電流比較部３８０から出力された点火信号ＳＢは、イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子に入力される。イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子に点火信号ＳＢが入力されると、イグナイタ３５０のコレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間が点火信号ＳＢの電圧変化に応じた通電状態となり、コレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間に点火信号ＳＢの電圧変化に応じた電流が流れる。これにより、電流比較部３８０からイグナイタ３５０を介して点火コイル３００の副１次コイル３６０に点火信号ＳＢが出力され、副１次コイル３６０に副１次電流が流れて電力（電気エネルギー）が発生する。

電流比較部３８０からの点火信号ＳＢの出力が変化して、副１次コイル３６０に流れる副１次電流が変化すると、副１次コイル３６０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。

点火信号ＳＡにより２次側コイル３２０に発生する高電圧に、点火信号ＳＢにより２次側コイル３２０に発生する高電圧が加わって、点火プラグ２００（中心電極２１０）に印加されることで、点火プラグ２００の中心電極２１０と、外側電極２２０との間に電位差が発生する。この中心電極２１０と外側電極２２０との間に発生した電位差が、ガス（気筒１５０内の混合気）の絶縁破壊電圧Ｖｍ以上になると、ガス成分が絶縁破壊されて中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じ、燃料（混合気）への点火（着火）が行われる。

２次側コイル３２０と点火プラグ２００の間には、２次側コイル３２０に流れる２次電流を検知するための電流検知部３７０が設けられている。電流検知部３７０は、検知した２次電流値を電流比較部３８０へ送信する。

点火制御部８３は、前述の断続運転領域の下限値（放電不可領域の上限値）と、断続運転領域の上限値とを、閾値として作用する第１設定値および第２設定値として、電流比較部３８０に設定する。

電流比較部３８０は、設定された第２設定値と２次電流値を比較する。点火プラグ２００の放電開始後、２次電流値が第２設定値（断続運転領域の上限）以下になると、電流比較部３８０は、所定の期間だけイグナイタ３５０へ点火信号ＳＢを出力する。これにより、副１次コイル３６０からの電気エネルギーによる電流が、２次側コイル３２０に流れる２次電流において重畳される。

あるいは、主１次コイル３１０により２次側コイル３２０に流れる電流を推定し、その推定結果に基づいて、点火信号ＳＢの出力期間を調整してもよい。具体的には、例えば、点火信号ＳＢにより副１次コイル３６０へ流れる副１次電流を検知または推定し、その結果に基づいて、副１次コイル３６０により２次側コイル３２０に重畳して流れる電流を、副１次コイル３６０と２次側コイル３２０の巻き数比を用いて推定する。点火信号ＳＢの出力中において、電流検知部３７０で検知される２次電流には、主１次コイル３１０による電流と、副１次コイル３６０による重畳分の電流とが含まれている。そのため、検知した２次電流の値から副１次コイル３６０による重畳分の電流推定値を差し引くことで、主１次コイル３１０の電気エネルギーを基に出力された２次電流を推定できる。こうして推定した主１次コイル３１０による２次電流が第１設定値（放電不可領域の上限）以下になると、電流比較部３８０は、点火信号ＳＢの出力を停止し、副１次コイル３６０による重畳分の電流を遮断する。

点火制御部８３と電流比較部３８０は、以上説明したような電気回路４００の動作により、点火信号ＳＡとＳＢを用いて点火コイル３００の通電を制御する。これにより、点火プラグ２００を制御するための点火制御を実施する。

なお、電流比較部３８０は、点火制御部８３の内部に設けなくてもよい。すなわち、点火制御部８３と電流比較部３８０を別構成としてもよい。この場合、電流比較部３８０は、点火コイル３００の内部に設けてもよい。いずれの場合であっても、電流比較部３８０は点火制御部８３の制御に応じて動作するため、点火制御部８３が点火コイル３００の通電を制御すると言うことができる。

［第１の実施形態：点火コイルの放電制御］
次に、本発明の第１の実施形態にかかる点火コイルの放電制御について説明する。図９は、本発明の第１の実施形態にかかる放電制御における点火コイルへ入力される制御信号と出力の関係を説明するタイミングチャートの一例を示す図である。図９のタイミングチャートは、本実施形態の点火コイル３００を用いてガスが高流速の場合に点火プラグ２００を放電させたときの一例である。図９では、点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡと、この点火信号ＳＡに応じて主１次コイル３１０に流れる主１次電流Ｉ１と、電流比較部３８０から出力される点火信号ＳＢと、この点火信号ＳＢに応じて副１次コイル３６０に流れる副１次電流Ｉ３と、点火コイル３００に蓄積される電気エネルギーＥ、２次側コイル３２０に流れる２次電流Ｉ２、および２次側コイル３２０に発生する２次電圧Ｖ２との関係を示している。なお、２次電流Ｉ２と２次電圧Ｖ２は、図８に示すように、点火プラグ２００と点火コイル３００の間に設けられた電流検知部３７０により検知されたものである。また、主１次電流Ｉ１と副１次電流Ｉ３は、前述のように、電流比較部３８０によって推定されたものである。

点火信号ＳＡがＨＩＧＨになると、イグナイタ３４０が主１次コイル３１０を通電し、主１次電流Ｉ１が上昇する。主１次コイル３１０の通電中は、点火コイル３００内の電気エネルギーＥが時間と共に上昇する。

その後、点火信号ＳＡがＬＯＷになると、イグナイタ３４０は主１次コイル３１０の通電を遮断する。これにより、２次側コイル３２０へ起電力が生じて、点火コイル３００から点火プラグ２００への電気エネルギーＥの供給が開始される。点火プラグ２００の電極間の絶縁が破壊されると、点火プラグ２００の放電（容量放電）が開始される。点火プラグ２００の放電開始後は、点火コイル３００内の電気エネルギーＥが時間と共に減少し、点火プラグ２００の放電（誘導放電）が維持される。

２次電流Ｉ２は、容量放電時に大きく上昇する。この容量放電による２次電流Ｉ２は短時間で終了する。点火プラグ２００の放電が開始されて電極間に放電路が形成されると、２次電流Ｉ２は急激に低下し、その後の誘導放電時には時間と共に減少する。放電路はガスの流れと共に伸長するため、時間経過と共に２次電圧Ｖ２が上昇する。このとき、点火プラグ２００の電極間に存在するガスの流速に応じて、放電路の維持に必要な２次電流Ｉ２の大きさが変化する。

主１次コイル３１０による２次電流Ｉ２が、前述の第２設定値、すなわち断続運転領域の上限値になると、電流比較部３８０は、イグナイタ３５０へ点火信号ＳＢを出力する。
以下では、点火信号ＳＡがＬＯＷになってから点火信号ＳＢが出力されるまでの期間を、期間Ｐ１３と定義する。

電流比較部３８０がイグナイタ３５０へ点火信号ＳＢを出力している間、点火信号ＳＡにより２次側コイル３２０に発生する高電圧に、点火信号ＳＢにより２次側コイル３２０に発生する高電圧が加わる。この高電圧は点火プラグ２００（中心電極２１０）に印加される。その結果、２次電流Ｉ２が増加して、放電路の維持が継続される。このときの２次電流Ｉ２には、主１次コイル３１０により２次側コイル３２０に流れる電流（以下、「第１誘起電流」と言う）と、副１次コイル３６０により２次側コイル３２０に流れる電流（以下、「第２誘起電流」と言う）とが含まれる。

点火信号ＳＡがＯＦＦになって点火プラグ２００の放電が開始されてから、予め定めた所定の期間が経過すると、あるいは、前述のようにして推定された第１誘起電流が第１設定値、すなわち放電不可領域の上限値になると、電流比較部３８０は点火信号ＳＢをＯＦＦにする。この時点では、点火信号ＳＡによって点火コイル３００内に蓄積された電気エネルギーＥが十分に低下しており、点火コイル３００側の出力のみでは点火プラグ２００の放電が不可能となるため、点火信号ＳＢのＯＦＦと同時に、点火プラグ２００の放電が終了する。したがって、点火プラグ２００において容量放電を伴う再放電（リストライク）の発生が抑制される。図９の例では、初放電が１回と再放電１回となっており、容量放電回数は２回である。

図１０は、本発明の第１の実施形態にかかる放電制御における点火コイルへ入力される制御信号と出力の関係を説明するタイミングチャートの別の一例を示す図である。図１０のタイミングチャートは、本実施形態の点火コイル３００を用いてガスがさらに高流速の場合に点火プラグ２００を放電させたときの一例である。すなわち図１０では、図９の場合と比べて、ガス流速がより高く変化した場合のタイミングチャートの例を示している。

図１０の例では、ガス流速が高く変化したことに伴い、２次電圧Ｖ２の時間変化が大きくなるため、断続運転領域も拡張している。これに伴い、点火制御部８３において電流比較部３８０に設定される閾値（第２設定値）が上昇する。こうした閾値の上昇に伴い、点火信号ＳＢのＯＮ時期が前倒しとなるため、点火信号ＳＢのパルス幅も拡張されることが分かる。

［第１の実施形態：点火コイルの放電制御フロー］
次に、上記の放電制御を実施する際の点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法を説明する。図１１は、本発明の第１の実施形態にかかる点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法を説明するフローチャートの一例である。本実施形態において、点火制御部８３は、車両のイグニッションスイッチがＯＮされて内燃機関１００の電源が投入されると、図１１のフローチャートに従って点火コイル３００の制御を開始する。なお、図１１のフローチャートに示す処理は、内燃機関１００の１サイクル分の処理を表しており、点火制御部８３は各サイクルごとに図１１のフローチャートに示す処理を実施する。

ステップＳ１０１において、点火制御部８３は、内燃機関１００の運転条件を検出する。そして、検出した運転条件に基づいて、電流比較部３８０に設定する第１設定値および第２設定値を算出する。具体的には、例えば、予め電極間のガス流速ごとに定めた第１設定値および第２設定値をマップ情報として記憶しておき、このマップ情報に対して検出したエンジン回転数と推定負荷から推定した電極間のガス流速を代入することで、現在の内燃機関１００の運転状態に応じた第１設定値および第２設定値を得る。

図１２は、電極間のガス流速と第１設定値および第２設定値との関係を示すマップ情報の一例を示す図である。図１２（ａ）は、電極間のガス流速と第２設定値の関係を示している。図１２（ａ）に示すように、電極間のガス流速の上昇に伴い、リストライクが発生しやすくなるため、第２設定値を上昇させる必要がある。図１２（ｂ）は、電極間のガス流速と第１設定値の関係を示している。図１２（ｂ）に示すように、電極間のガス流速の上昇に伴い、電極間の抵抗値が大きくなり、再放電が可能な電圧が上昇するため、第１設定値を上昇させる必要がある。

点火制御部８３では、例えば図１２（ａ）、（ｂ）でそれぞれ示したような電極間のガス流速と第１設定値および第２設定値との関係をマップ情報として予め記憶しておき、これらのマップ情報を用いて、ステップＳ１０１の処理を実施することができる。

ステップＳ１０２において、点火制御部８３は、所定のタイミングで点火信号ＳＡの出力を開始し、その後、所定のタイミングで点火信号ＳＡの出力を停止する。これにより、点火コイル３００から点火プラグ２００に電気エネルギーＥの供給が開始され、点火プラグ２００の放電が開始されて、点火コイル３００に２次電流Ｉ２が流れる。

ステップＳ１０３において、点火制御部８３は、電流比較部３８０により、点火コイル３００に流れる２次電流Ｉ２を、ステップＳ１０１で設定した第２設定値と比較する。なお、本実施形態において、２次電流Ｉ２は電流検知部３７０により検知される。

ステップＳ１０４において、点火制御部８３は、ステップＳ１０３の比較において２次電流Ｉ２が第２設定値以下になったか否かを判定する。２次電流Ｉ２が第２設定値よりも大きければステップＳ１０３に戻り、２次電流Ｉ２と第２設定値の比較を続ける。２次電流Ｉ２が第２設定値以下になったらステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、点火制御部８３は、電流比較部３８０により、点火信号ＳＢの出力を開始する。

ステップＳ１０６において、点火制御部８３は、電流比較部３８０により、点火コイル３００において主１次コイル３１０により流れる２次側コイル３２０に流れる第１誘起電流を、ステップＳ１０１で設定した第１設定値と比較する。なお、第１誘起電流は、前述のように、副１次コイル３６０へ流れる副１次電流を検知または推定し、副１次コイル３６０と２次側コイル３２０の巻き数比に基づいて第２誘起電流を算出して２次電流Ｉ２から差し引くことで、推定することができる。

ステップＳ１０７において、点火制御部８３は、電流比較部３８０により、ステップＳ１０６の比較において第１誘起電流が第１設定値以下になったか否かを判定する。第１誘起電流が第１設定値よりも大きければステップＳ１０６に戻り、第１誘起電流と第１設定値の比較を続ける。第１誘起電流が第１設定値以下になったらステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、点火制御部８３は、電流比較部３８０からの点火信号ＳＢの出力を停止する。ステップＳ１０８で点火信号ＳＢの出力を停止したら、図１１のフローチャートによる点火コイル３００の制御を終了する。

なお、前述のように電流比較部３８０から所定の期間だけ点火信号ＳＢを出力する場合は、ステップＳ１０６、Ｓ１０７の処理を省略してもよい。この場合は、ステップＳ１０５で点火信号ＳＢの出力を開始してから所定時間後に、ステップＳ１０８を実施して点火信号ＳＢの出力を停止すればよい。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部８３を備える。点火制御部８３は、点火コイル３００から第１の電気エネルギー（主１次コイル３１０による電気エネルギー）が放出されるとともに、第１の電気エネルギーに重ねて第２の電気エネルギー（副１次コイル３６０による電気エネルギー）が放出されるように、点火コイル３００の通電を制御する。このとき、点火プラグ２００周囲のガス状態に基づいて変化するタイミングで、第２の電気エネルギーの放出を停止して点火プラグ２００の放電が停止されるように、点火コイル２００の通電を制御する。このようにしたので、点火プラグ２００によるガスへの着火不良を抑えつつ、内燃機関１００における点火プラグ３００の電極摩耗を抑制することができる。

（２）点火コイル３００は、１次側に配置された１次コイル３１０，３６０と、２次側に配置された２次コイル３２０とを有する。点火制御部８３は、１次コイル３１０，３６０に流れる１次電流に基づいて２次コイル３２０に第１誘起電流が流れるとともに、第１誘起電流が所定の第１設定値以下となったときに（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、第１誘起電流に重畳して２次コイル３２０に流れる第２誘起電流が遮断されるように、点火コイル３００の通電を制御する。このようにしたので、第１誘起電流に重ねて流れる第２誘起電流を適切なタイミングで遮断することができる。

（３）第１設定値は、点火プラグ２００の放電が不可能となる放電不可領域の２次コイル３２０の電流値（２次電流Ｉ２）に基づいて設定される。このようにしたので、点火プラグ２００におけるリストライクの発生を確実に抑制するように、第２誘起電流が遮断されるタイミングを定めることができる。

（４）点火制御部８３は、第１誘起電流が第１設定値よりも大きい所定の第２設定値以下となったときに（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、第２誘起電流が流れ始めるように、点火コイル３００の通電を制御する。このようにしたので、第１誘起電流に重ねて第２誘起電流が流れ始めるタイミングを適切に定めることができる。

（５）第２設定値は、点火プラグ２００の放電が中断してリストライクが発生する断続運転領域の２次コイル３２０の電流値（２次電流Ｉ２）に基づいて設定される。このようにしたので、点火プラグ２００におけるリストライクの発生を確実に抑制するように、第２誘起電流が流れ始めるタイミングを定めることができる。

（６）１次コイル３１０，３６０は、主１次コイル３１０および副１次コイル３６０を有する。点火制御部８３は、主１次コイル３１０の通電を遮断することで２次コイル３２０に第１誘起電流が流れるように、点火コイル３００の通電を制御する。また、副１次コイル３６０に通電することで２次コイル３２０に第２誘起電流が流れるように、点火コイル３００の通電を制御する。このようにしたので、主１次コイル３１０を用いて第１誘起電流を流すとともに、副１次コイル３６０を用いて第１誘起電流に重ねて第２誘起電流を流すことができる。

（７）点火制御部８３は、第１誘起電流が第１設定値以下となったときに（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、副１次コイル３６０の通電を遮断する。このようにしたので、第１誘起電流に重ねて流れる副１次コイル３６０による第２誘起電流を、適切なタイミングで遮断することができる。

［第２の実施形態：点火コイルの電気回路］
次に、本発明の第２の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００Ａを説明する。

図１３は、本発明の第２の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００Ａを説明する図である。本実施形態では、点火コイル３００は、第１の実施形態で説明した図８と同様の構成を有している。すなわち、本実施形態の点火コイル３００も、所定の巻き数でそれぞれ巻かれた２種類の１次側コイル３１０、３６０（主１次コイル３１０、副１次コイル３６０）と、１次側コイル３１０、３６０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。

本実施形態において、電気回路４００Ａは、第１の実施形態で説明した電気回路４００と比べて、電流検知部３７０および電流比較部３８０が省略されている点が異なっている。なお、本実施形態において、イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子は、点火制御部８３に接続されている。点火制御部８３は、イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子に対して、点火信号ＳＢを出力する。これにより、第１の実施形態と同様に、副１次コイル３６０に副１次電流が流れて電力（電気エネルギー）が発生する。

本実施形態では、点火信号ＳＢのＯＮ時期とＯＦＦ時期は、点火制御部８３により、点火信号ＳＡのＯＦＦ時期を起点として、内燃機関１００の運転状態に応じて予め定められた時期に設定される。

点火制御部８３は、以上説明したような電気回路４００Ａの動作により、点火信号ＳＡとＳＢを用いて点火コイル３００の通電を制御する。これにより、点火プラグ２００を制御するための点火制御を実施する。

［第２の実施形態：点火コイルの放電制御フロー］
次に、本発明の第２の実施形態にかかる点火コイルの放電制御を実施する際の点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法を説明する。図１４は、本発明の第２の実施形態にかかる点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法を説明するフローチャートの一例である。本実施形態において、点火制御部８３は、車両のイグニッションスイッチがＯＮされて内燃機関１００の電源が投入されると、図１４のフローチャートに従って点火コイル３００の制御を開始する。なお、図１４のフローチャートに示す処理は、内燃機関１００の１サイクル分の処理を表しており、点火制御部８３は各サイクルごとに図１４のフローチャートに示す処理を実施する。

ステップＳ２０１において、点火制御部８３は、内燃機関１００の運転条件を検出する。

ステップＳ２０２において、点火制御部８３は、ステップＳ２０１で検出した運転条件に基づいて、電極間のガス流速を推定する。具体的には、予め運転条件ごとに定めたガス流速のマップへ、ステップＳ２０１で検出したエンジン回転数と推定負荷を代入することで、電極間のガス流速の値を得る。

ステップＳ２０３において、点火制御部８３は、点火信号ＳＢのパルス幅の算出を行う。具体的には、例えば、予め電極間のガス流速ごとに定めた点火信号ＳＢのパルス幅をマップ情報として記憶しておき、このマップ情報に対してステップＳ２０２で推定したガス流速を代入することで、現在の内燃機関１００の運転状態に応じた点火信号ＳＢのパルス幅を得る。

図１５は、電極間のガス流速と点火信号ＳＢのパルス幅との関係を示すマップ情報の一例を示す図である。点火プラグ２００の電極間におけるガス流速が上昇すると、２次電圧Ｖ２の時間変化が大きくなるため、断続運転領域が拡張する。そのため、これに伴って、図１５に示すように点火信号ＳＢのパルス幅を拡張させる必要がある。

点火制御部８３では、例えば図１５で示したような電極間のガス流速と点火信号ＳＢのパルス幅との関係をマップ情報として予め記憶しておき、このマップ情報を用いて、ステップＳ２０３の処理を実施することができる。

図１４の説明に戻ると、ステップＳ２０４において、点火制御部８３は、点火信号ＳＡがＬＯＷになってから点火信号ＳＢが出力されるまでの期間Ｐ１３の算出を行う。具体的には、例えば、予め電極間のガス流速ごとに定めた期間Ｐ１３の値をマップ情報として記憶しておき、このマップ情報に対してステップＳ２０２で推定したガス流速を代入することで、現在の内燃機関１００の運転状態に応じた期間Ｐ１３を得る。

図１６は、電極間のガス流速と点火信号ＳＡがＬＯＷになってから点火信号ＳＢが出力されるまでの期間Ｐ１３との関係を示すマップ情報の一例を示す図である。点火プラグ２００の電極間におけるガス流速が上昇すると、２次電圧Ｖ２の時間変化が大きくなるため、断続運転領域が拡張する。そのため、これに伴って、図１５に示すように期間Ｐ１３を短縮し、点火信号ＳＢのＯＮ軸を前倒しとする必要がある。

点火制御部８３では、例えば図１６で示したような電極間のガス流速と点火信号ＳＢの出力開始までの期間Ｐ１３との関係をマップ情報として予め記憶しておき、このマップ情報を用いて、ステップＳ２０４の処理を実施することができる。

図１４の説明に戻ると、ステップＳ２０５において、点火制御部８３は、ステップＳ２０３で算出した点火信号ＳＢのパルス幅と、ステップＳ２０４で算出した点火信号ＳＢの出力開始までの期間Ｐ１３とを、それぞれ設定する。具体的には、例えば、点火制御部８３に設けられた不図示の記憶領域へこれらの算出値を記録することで、ステップＳ２０６以降の処理においてこれら算出値が反映されるようにする。

ステップＳ２０６において、点火制御部８３は、所定のタイミングで点火信号ＳＡの出力を開始し、その後、所定のタイミングで点火信号ＳＡの出力を停止する。これにより、点火コイル３００から点火プラグ２００に電気エネルギーＥの供給が開始され、点火プラグ２００の放電が開始されて、点火コイル３００に２次電流Ｉ２が流れる。

ステップＳ２０７において、点火制御部８３は、ステップＳ２０６で点火信号ＳＡの出力を停止してからの経過時間が、ステップＳ２０５で設定した期間Ｐ１３に達したか否かを判定する。点火信号ＳＡの出力を停止してから期間Ｐ１３を未経過の場合はステップＳ２０７に留まり、期間Ｐ１３を経過したらステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８において、点火制御部８３は、ステップＳ２０５で設定したパルス幅で点火信号ＳＢを出力する。すなわち、点火信号ＳＢの出力開始後、設定したパルス幅の期間が経過したら、点火信号ＳＢの出力を停止する。ステップＳ２０８で点火信号ＳＢの出力を停止したら、図１４のフローチャートによる点火コイル３００の制御を終了する。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、点火制御部８３は、点火コイル３００から第１の電気エネルギー（主１次コイル３１０による電気エネルギー）が放出されるとともに、第１の電気エネルギーに重ねて第２の電気エネルギー（副１次コイル３６０による電気エネルギー）が放出されるように、点火コイル３００の通電を制御する。このとき、点火プラグ２００周囲のガス状態に基づいて変化するタイミングで、第２の電気エネルギーの放出を停止して点火プラグ２００の放電が停止されるように、点火コイル３００の通電を制御する。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、点火プラグ２００によるガスへの着火不良を抑えつつ、内燃機関１００における点火プラグ２００の電極摩耗を抑制することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、点火制御部８３の動作を確認する方法について説明する。

図１７は、本発明の第３の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００Ｂを説明する図である。本実施形態において、電気回路４００Ｂは、第１の実施形態で説明した電気回路４００と比べて、点火コイル３００と点火プラグ２００の間に雑音防止用の抵抗３９０が接続されている点が異なっている。なお、点火プラグ２００と直列に接続されていれば、抵抗３９０はどこに接続されていてもよい。

本実施形態では、点火制御部８３は、第１の実施形態で説明したのと同様の動作を行う。すなわち、点火制御部８３は電流比較部３８０を有しており、点火信号ＳＡを出力するとともに、電流比較部３８０を用いて点火信号ＳＢを出力する。これにより、主１次コイル３１０に流れる主１次電流に基づいて２次側コイル３２０に第１誘起電流が流れるとともに、第１誘起電流が断続運転領域の上限に相当する第２設定値以下となったときに、副１次コイル３１０に流れる副１次電流に基づいて、第１誘起電流に重畳して２次側コイル３２０に第２誘起電流が流れるように、点火コイル３００の通電を制御する。また、第１誘起電流が放電不可領域の上限に相当する第１設定値以下となったときに、第２誘起電流が遮断されるように、点火コイル３００の通電を制御する。

本実施形態において、点火制御部８３の動作は、次のようにして確認できる。初めに、抵抗３９０を所定の抵抗値に設定し、内燃機関１００を運転状態として、点火制御部８３から点火信号ＳＡ、ＳＢを出力して点火プラグ２００を放電させる。そして、このときの２次電流Ｉ２の時間変化を測定する。

次に、抵抗３９０の抵抗値を上記とは異なる値に設定することで、２次電流Ｉ２の降下速度を変化させ、この状態で内燃機関１００を運転状態として、点火制御部８３から点火信号ＳＡ、ＳＢを出力して点火プラグ２００を放電させる。そして、このときの２次電流Ｉ２の時間変化を測定する。

以上説明したようにして、異なる抵抗値で測定された２次電流Ｉ２の時間変化をそれぞれ測定したら、これらの測定結果を比較する。その結果、抵抗３９０の抵抗値が変化しても、２次電流Ｉ２において点火信号ＳＢにより流れる電流成分、すなわち第１誘起電流に重畳して２次側コイル３２０に流れる第２誘起電流が遮断されるときの電流値が一定であれば、点火制御部８３が前述の第１設定値に基づいて、点火信号ＳＢの出力を停止するタイミングを定めていることを確認できる。すなわち、点火制御部８３は、抵抗３９０の抵抗値の変化に応じて、第２誘起電流が遮断されるときの点火プラグ２００の電流が一定となるように、第２誘起電流が遮断されるタイミングを変化させていることが分かる。したがって、点火制御部８３が所望の動作を実施していることを確認できる。

また、同様の手法により、抵抗３９０の抵抗値が変化しても、２次電流Ｉ２において点火信号ＳＢにより第１誘起電流に重畳して２次側コイル３２０に第２誘起電流が流れ始めるときの電流値が一定であれば、点火制御部８３が前述の第２設定値に基づいて、点火信号ＳＢの出力を開始するタイミングを定めていることを確認できる。すなわち、点火制御部８３は、抵抗３９０の抵抗値の変化に応じて、第２誘起電流が流れ始めるときの点火プラグ２００の電流が一定となるように、第２誘起電流が流れ始めるタイミングを変化させていることが分かる。したがって、点火制御部８３が所望の動作を実施していることを確認できる。

本実施形態では、以上説明した手法により、点火制御部８３の動作を確認することができる。

なお、以上説明した第３の実施形態では、第１の実施形態で説明した電気回路４００に抵抗３９０を追加した電気回路４００Ｂを用いて、第１の実施形態で説明した点火制御部８３の動作を確認する場合の例を説明したが、第２の実施形態についても同様の手法により、点火制御部８３の動作を確認することが可能である。すなわち、第２の実施形態で説明した電気回路４００Ａに抵抗３９０を追加し、上記のような手法を用いることで、点火制御部８３が所望の動作を実施していることを確認できる。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、２次コイル３２０と点火プラグ２００の間には、所定の抵抗値を有する抵抗３９０が接続されている。点火制御部８３は、抵抗３９０の抵抗値の変化に応じて、第２誘起電流が遮断されるときの点火プラグ２００の電流が一定となるように、第２誘起電流が遮断されるタイミングを変化させる。また、抵抗３９０の抵抗値の変化に応じて、第２誘起電流が流れ始めるときの点火プラグ２００の電流が一定となるように、第２誘起電流が流れ始めるタイミングを変化させる。このようにしたので、点火制御部８３が所望の動作を行っていることを確認できる。

なお、以上説明した各実施形態において、図３で説明した制御装置１の各機能構成は、前述のようにＭＰＵ５０で実行されるソフトウェアにより実現してもよいし、あるいはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現してもよい。また、これらを混在して使用してもよい。

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１：制御装置、１０：アナログ入力部、２０：デジタル入力部、３０：Ａ／Ｄ変換部、４０：ＲＡＭ、５０：ＭＰＵ、６０：ＲＯＭ、７０：Ｉ／Ｏポート、８０：出力回路、８１：全体制御部、８２：燃料噴射制御部、８３：点火制御部、８４：気筒判別部、８５：角度情報生成部、８６：回転数情報生成部、８７：吸気量計測部、８８：負荷情報生成部、８９：水温計測部、１００：内燃機関、１１０：エアクリーナ、１１１：吸気管、１１２：吸気マニホールド、１１３：スロットル弁、１１３ａ：スロットル開度センサ、１１４：流量センサ、１１５：吸気温センサ、１２０：リングギア、１２１：クランク角センサ、１２２：水温センサ、１２３：クランクシャフト、１２５：アクセルペダル、１２６：アクセルポジションセンサ、１３０：燃料タンク、１３１：燃料ポンプ、１３２：プレッシャレギュレータ、１３３：燃料配管、１３４：燃料噴射弁、１４０：燃焼圧センサ、１５０：気筒、１５１：吸気弁、１５２：排気弁、１６０：排気マニホールド、１６１：三元触媒、１６２：上流側空燃比センサ、１６３：下流側空燃比センサ、１７０：ピストン、２００：点火プラグ、２１０：中心電極、２２０：外側電極、２３０：絶縁体、３００，３００Ｃ：点火コイル、３１０：主１次コイル、３２０：２次側コイル、３３０：直流電源、３４０，３５０：イグナイタ、３６０：副１次コイル、３７０：電流検知部、３８０：電流比較部、３９０：抵抗、４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ：電気回路

Claims (8)

1. 内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部を備え、
   前記点火コイルは、１次側に配置された１次コイルと、２次側に配置された２次コイルと、を有し、
   前記点火制御部は、
   前記１次コイルに流れる１次電流に基づいて、前記２次コイルに第１誘起電流が流れるとともに、前記第１誘起電流に重畳して前記２次コイルに第２誘起電流が流れることで、前記点火コイルから第１の電気エネルギーが放出されるとともに、前記第１の電気エネルギーに重ねて第２の電気エネルギーが放出されるように、前記点火コイルの通電を制御し、
   前記第１誘起電流が所定の第１設定値以下となったときに前記第２誘起電流が遮断されることで、前記点火プラグ周囲のガス状態に基づいて変化するタイミングで、前記第２の電気エネルギーの放出を停止して前記点火プラグの放電が停止されるように、前記点火コイルの通電を制御する内燃機関用制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記第１設定値は、前記点火プラグの放電が不可能となる放電不可領域の前記２次コイルの電流値に基づいて設定される内燃機関用制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火制御部は、前記第１誘起電流が前記第１設定値よりも大きい所定の第２設定値以下となったときに前記第２誘起電流が流れ始めるように、前記点火コイルの通電を制御する内燃機関用制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記第２設定値は、前記点火プラグの放電が中断してリストライクが発生する断続運転領域の前記２次コイルの電流値に基づいて設定される内燃機関用制御装置。
5. 請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記１次コイルは、主１次コイルおよび副１次コイルを有し、
   前記点火制御部は、
   前記主１次コイルの通電を遮断することで前記２次コイルに前記第１誘起電流が流れるように、前記点火コイルの通電を制御し、
   前記副１次コイルに通電することで前記２次コイルに前記第２誘起電流が流れるように、前記点火コイルの通電を制御する内燃機関用制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火制御部は、前記第１誘起電流が前記第１設定値以下となったときに、前記副１次コイルの通電を遮断する内燃機関用制御装置。
7. 請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記２次コイルと前記点火プラグの間には、所定の抵抗値を有する抵抗が接続されており、
   前記点火制御部は、前記抵抗値の変化に応じて、前記第２誘起電流が遮断されるときの前記点火プラグの電流が一定となるように、前記第２誘起電流が遮断されるタイミングを変化させる内燃機関用制御装置。
8. 請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記２次コイルと前記点火プラグの間には、所定の抵抗値を有する抵抗が接続されており、
   前記点火制御部は、前記抵抗値の変化に応じて、前記第２誘起電流が流れ始めるときの前記点火プラグの電流が一定となるように、前記第２誘起電流が流れ始めるタイミングを変化させる内燃機関用制御装置。

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