JP7316457B2 - 点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火制御装置に関する。

近年、車両の燃費向上のため、理論空燃比よりも希薄な混合気で運転する技術（超希薄燃焼）や、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れ、再度吸気させる技術（例えば、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation））などを取り入れた内燃機関の制御装置が開発されている。このような技術では、希薄な混合気を気筒内で十分に拡散させて点火プラグによる着火性を向上させる必要がある。その技術の一つとして、気筒内へ供給する空気に乱流（タンブル）を発生させるものがあった。

また、１次コイルに流れる１次電流を通電又は遮断することで２次コイルに２次電流（１次電流とは逆方向のマイナスの電流）を発生させて２次コイルに誘起された２次電圧が点火プラグに印加されて火花放電を起こす点火制御装置が知られている。この点火制御装置に関して、例えば、点火プラグの電極に高エネルギを印加するコイルや、１次コイルへの通電を重畳するコイル等の技術が提案されている。

しかし、前述のようなコイルを使用した場合、点火コイルが火花放電を発生する点火工程の後半には、混合気が乱流を起こしやすくなると共に、点火コイルの放電エネルギが低下する。この乱流により、点火プラグの電極間に生じる火花放電が吹き消え、再び火花放電が発生するといった、本来の仕様でない多重放電が引き起こされていた。このように火花放電が吹き消えた後、点火コイルに残った放電エネルギにより再度火花放電が発生する現象を「リストライク」と呼ぶ。リストライクが発生すると、点火プラグの電極間には容量（アーク）放電が発生し、点火プラグの電極が摩耗する。そして、１回の点火工程内で多重放電（複数回のリストライク）が発生すると点火プラグの電極摩耗が促進されてしまう。そこで、多重放電の発生時に点火プラグの電極摩耗を防ぐための技術として、以下の特許文献１に開示された技術が知られていた。

この特許文献１には、「点火プラグの火花放電を強制的に遮断する内燃機関用の点火装置において、火花放電遮断制御は、２次コイルに発生する２次電流が所望の値以下になると動作させる」と記載されている。

特開２０１５－１３２１７０号公報

特許文献１に開示された技術では、火花放電を発生させている最中に２次電流が所定値を下回った場合、１次コイルに２次電流と逆方向に通電するよう回路構成を切り替えることにより、多重放電が遮断される。しかしながら、この技術を用いるためには、従来の点火回路に比べて、２次電流の計測装置の追加、及び２次電流に応じて回路構成を切り替える部品の追加が必要である。このため、点火回路の部品点数が増え、製品コストが増加していた。

また、特許文献１に開示された技術と同様の挙動を、点火回路への部品追加無しで実現しようとする場合は、１次コイルへ再通電することが想定される。しかし、リストライクの発生有無を判断しなければ、リストライクが発生しない状況でも再通電することとなり、点火回路が不要なエネルギを消費する恐れがあった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、リストライクの発生による点火プラグの摩耗を抑制することを目的とする。

本発明は、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次コイルとを有する点火コイルに入力される点火信号により、１次コイルに流れる１次電流の通電及び遮断が制御され、１次電流が遮断されたことで２次コイルに誘起された２次電圧及び２次電流が、２次コイルに接続される点火プラグに印加されて発生した火花放電により、混合気が気筒内の燃焼室で点火される内燃機関の点火を制御する点火制御装置であり、１回の点火工程内で１次電流の再通電の開始時期及び終了時期を演算し、再通電の終了時期と、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出部が検出した筒内圧力により演算されるピーク２次電流及び２次電流傾きに基づいて演算される２次電流が予め設定されたリストライク発生閾値を超えるリストライク発生時期とを比較して再通電の実施有無を判定し、再通電の開始時期をリストライク発生時期に合わせる点火信号演算部と、点火工程内で少なくとも１回以上の火花放電を発生させるための点火信号を生成して点火コイルに出力した後、点火信号演算部により再通電を実施すると判定された場合に点火信号を生成して再通電の開始時期に点火信号を点火コイルに出力し、点火信号演算部により再通電を実施しないと判定された場合に点火信号を生成しない点火信号生成部と、を備える。

本発明によれば、点火制御装置に点火制御のための部品を追加しなくても、必要最小限のエネルギ消費でリストライクの発生を抑えるため、点火プラグの摩耗を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の全体構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るＥＣＵの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る点火信号演算部の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る点火コイルの構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る点火制御処理の例を示すフローチャートである。 図５のステップＳ１における点火時期１演算処理の一例を示すフローチャートである。 図５のステップＳ２における通電時間１演算処理の一例を示すフローチャートである。 図５のステップＳ３における通電２開始時期演算処理の一例を示すフローチャートである。 ピーク２次電流及び２次電流傾きの特性、並びに通電２開始時期、ピーク２次電流、２次電流傾き及びリストライク発生閾値の一例を示す図である。 図５のステップＳ４における点火時期２演算処理の一例を示すフローチャートである。 図５のステップＳ５における通電２実施有無判定処理の一例を示すフローチャートである。 図５のステップＳ６における点火信号生成処理の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態に係る通電２実施有無判定処理の一例を示すタイミングチャートである。 図１３における回転数１０００、２０００、４０００、６０００ｒｐｍでの点火時期１から上死点時期までの時間の一例を示す。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［一実施の形態］
始めに、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の一例について説明する。
図１は、内燃機関１００の全体構成例を示す図である。内燃機関１００は、理論空燃比よりも希薄な混合気で燃焼することが可能な超希薄燃焼や、ＥＧＲガスを吸気に取り込んだ混合気を燃焼するＥＧＲを採用した構成としている。

内燃機関１００が備える気筒１０１の頂部に燃焼室が形成される。この燃焼室には、点火電圧が印加される点火プラグ１０２、点火プラグ１０２へ点火電圧を印加する点火コイル１０３、燃料噴射弁１０４が設置されている。気筒１０１では、ピストン１０６がクランクシャフト１０７の回転角度に応じて上下することにより気筒１０１内部の圧力が変化する。そこで、筒内圧センサ１０５は、気筒１０１内部の圧力（筒内圧）を計測し、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１２３に筒内圧を出力する。クランク角センサ１０８は、クランクシャフト１０７の角回転度（クランク角）を計測し、ＥＣＵ１２３にクランク角を出力する。

吸気系を構成する吸気管１０９には、エアフローセンサ１１０、スロットル弁１１１、スロットルポジションセンサ１１２等が設置される。
エアフローセンサ１１０は、吸気管１０９から気筒１０１に吸入される空気の吸入空気量及び吸気温度を計測する。
スロットル弁１１１は、吸気管１０９に流入する空気量、及び吸気管１０９内の吸気管圧力を調整する。
スロットルポジションセンサ１１２は、スロットル弁１１１の開度を検出する。
そして、吸気管１０９内の空気は、吸気弁１１３が開くことによって燃焼室内に吸入される。

また、排気系を構成する排気管１１４には、触媒上流空燃比センサ１１５、排気ガス浄化触媒１１６、触媒下流空燃比センサ１１７等が設置される。
触媒上流空燃比センサ１１５は、空燃比検出器の一態様であって、排気ガス浄化触媒１１６の上流側にて排気ガスの空燃比を検出する。
排気ガス浄化触媒１１６は、排気ガスを浄化する触媒である。
触媒下流空燃比センサ１１７は、空燃比検出器の一態様であって、排気ガス浄化触媒１１６の下流側にて排気ガスの空燃比を検出する。
燃焼室で燃焼した排気ガスは、排気弁１１８が開くことによって燃焼室から排気管１１４に排出され、排気ガスの後処理が行われる。

ＥＧＲ管１１９は、排気管１１４と吸気管１０９に接続される。ＥＧＲ弁１２０が開くことによって、ＥＧＲ管１１９内の排気ガスが吸気管１０９へ還流される。ＥＧＲ流量センサ１２１は、吸気管１０９へ還流される排気ガスの流量（ＥＧＲ流量）を計測し、ＥＣＵ１２３にＥＧＲ流量を出力する。

また、内燃機関１００内には、水温センサ１２２が設置される。水温センサ１２２は、気筒１０１等を冷却する冷却水の水温を計測し、ＥＣＵ１２３に冷却水の水温を出力する。

これらの内燃機関１００に設置された各種のセンサおよびアクチュエータはＥＣＵ１２３と接続され、制御されている。ＥＣＵ１２３は、各種のセンサが計測した値に基づいて、アクチュエータの動作状況を管理する。このため、ＥＣＵ１２３は、内燃機関１００の動作を制御する内燃機関制御装置の一例として用いられる。ただし、本実施の形態では、特に点火プラグ１０２の点火時期を制御することに注目し、ＥＣＵ１２３が点火制御装置の一例として用いられるものとする。

また、上記の構成において、燃料噴射弁１０４は吸気管１０９内に設置してもよい。燃料噴射弁１０４を吸気管１０９内に設置した構成とすることで、ポート噴射式の内燃機関に本発明を適用することも可能となる。

＜ＥＣＵの構成例＞
図２は、ＥＣＵ１２３の構成例を示すブロック図である。
ＥＣＵ１２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、メモリ２０２、点火信号生成部２０４及び上死点検出部２０５を備える。ＥＣＵ１２３は、点火コイル１０３へ点火信号を送信することにより、点火プラグ１０２を制御している。

ＣＰＵ２０１は、メモリ２０２からプログラムを読み出し、このプログラムを実行することで、ＥＣＵ１２３内の各部の動作を制御する。メモリ２０２は、プログラムの実行に際して必要なデータを一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムが記憶されるＲＯＭ（Read Only Memory）等により構成されている。

ＣＰＵ２０１は、点火信号演算部２０３を備える。点火信号演算部２０３には、ＥＧＲ流量センサ１２１が計測したＥＧＲ流量、クランク角センサ１０８が計測したクランク角、筒内圧センサ１０５が計測した筒内圧、水温センサ１２２が計測した水温が入力する。
そして、点火信号演算部２０３は、各センサから入力した、ＥＧＲ流量、クランク角、筒内圧及び水温に加えて、メモリ２０２から読み出した各種の情報に基づいて点火信号を演算する。点火信号演算部２０３の詳細な内部構成及び処理については、後述する図３にて説明する。点火信号演算部２０３が演算した点火信号演算結果は、点火信号生成部２０４に出力される。

点火信号生成部２０４は、点火信号演算結果に基づいて点火信号を生成し、点火コイル１０３に点火信号を送信する。

ここで、点火制御装置（ＥＣＵ１２３）は、１回の点火工程内で１次電流の再通電の開始時期及び終了時期を演算し、再通電の終了時期と、２次電流が予め設定されたリストライク発生閾値を超えるリストライク発生時期とを比較して再通電の実施有無を判定し、再通電の開始時期をリストライク発生時期に合わせる点火信号演算部（点火信号演算部２０３）と、点火工程内で少なくとも１回以上の火花放電を発生させるための点火信号を生成して点火コイル１０３に出力した後、点火信号演算部２０３により再通電を実施すると判定された場合に点火信号を生成して再通電の開始時期に点火信号を点火コイル１０３に出力し、点火信号演算部２０３により再通電を実施しないと判定された場合に点火信号を生成しない点火信号生成部（点火信号生成部２０４）と、を備える。この点火信号演算部２０３は、リストライクの発生頻度が低下する時期を、点火プラグ１０２の電極間における混合気の流速が低減する時期であって、上死点の時期以降とする。

また、点火制御装置（ＥＣＵ１２３）は、気筒１０１内を運動するピストン１０６の上死点を検出する上死点検出部（上死点検出部２０５）を備える。上死点検出部２０５は、クランク角センサ１０８と、メモリ２０２に格納された情報により構成される。クランク角センサ１０８がクランクシャフト１０７のクランク角を検出すると、メモリ２０２に対して時系列にクランク角の値［ｄｅｇ］を書き込む。そして、上死点検出部２０５は、メモリ２０２から読み出したクランク角に基づいてピストン１０６の上死点を検出することが可能である。

＜点火信号演算部の構成例＞
図３は、点火信号演算部２０３の構成例を示すブロック図である。
点火信号演算部２０３は、点火時期１演算部３０１、通電時間１演算部３０２、通電２開始時期演算部３０３、点火時期２演算部３０４及び通電２実施有無判定部３０５を備える。点火信号演算部（点火信号演算部２０３）は、再通電の開始時期、再通電の終了時期、及び上死点の時期を、ピストン１０６の回転角度に基づいて演算する。

点火信号演算部（点火信号演算部２０３）が有する第１点火時期演算部（点火時期１演算部３０１）は、基本点火時期からリタード指令値を減じて、第１点火時期（点火時期１）を演算する。すなわち、点火時期１演算部３０１は、メモリ２０２に格納された基本点火時期、及びリタード指令値に基づいて点火時期１を演算する。点火時期１は、例えば、燃焼サイクルの最初（１回目）にＯＮされた点火信号がＯＦＦされる時期を表す。点火信号がＯＦＦされると、点火プラグ１０２の電極間に火花放電が発生し、混合気が点火される。なお、燃焼サイクルの最初（１回目）に点火信号がＯＮからＯＦＦされるまでに点火コイル１０３に通電される１次電流を「通電１」と呼ぶ。また、通電１が開始される時期を「通電１開始時期」と呼ぶ。通電１は、後述する実施有無が判定される再通電に対する１次電流を表しており、燃焼サイクルの最初（１回目）に限らず、２回目、３回目の場合もある。

点火信号演算部（点火信号演算部２０３）が有する第１通電時間演算部（通電時間１演算部３０２）は、基本通電時間、及び内燃機関（内燃機関１００）を冷却する冷却水の水温に基づいて、第１通電時間（通電時間１）を演算する。なお、第１通電時間演算部（通電時間１演算部３０２）は、基本通電時間、水温、及び燃焼後の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして排気管１１４から吸気管１０９に還流されるように接続されるＥＧＲ管１１９内のＥＧＲガスの流量に基づいて第１通電時間（通電時間１）を演算することが可能である。すなわち、通電時間１演算部３０２は、水温、ＥＧＲ流量、メモリ２０２に格納された基本通電時間から通電時間１を演算する。通電時間１は、通電１開始時期から点火時期１まで点火信号がＯＮされる時間を表す。

点火信号演算部（点火信号演算部２０３）が有する第２通電開始時期演算部（通電２開始時期演算部３０３）は、内燃機関（内燃機関１００）の回転数を検出する回転数検出部（クランク角センサ１０８）が検出した回転数と、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出部（筒内圧センサ１０５）が検出した筒内圧力と、実施有無が判定される再通電の前に通電された１次電流の遮断時期と、予め設定されたリストライク発生閾値とに基づいて、再通電の開始時期である第２通電開始時期（通電２開始時期）を演算する第２通電開始時期演算部（通電２開始時期演算部３０３）を有する。すなわち、通電２開始時期演算部３０３は、通電時間１演算部３０２により演算された通電時間１、クランク角、筒内圧、メモリ２０２に格納されたコイル設計情報及びリストライク発生閾値に基づいて、通電２開始時期を演算する。コイル設計情報は、リストライク発生閾値の算出に際して元となる情報である。点火時期２に合わせて点火コイル１０３に再通電される１次電流を「通電２」と呼ぶ。また、通電２が開始される時期を「通電２開始時期」と呼ぶ。

また、点火信号演算部（点火信号演算部２０３）が有する第２点火時期演算部（点火時期２演算部３０４）は、再通電が遮断されて発生する火花放電により混合気が点火される第２点火時期（点火時期２）を演算する。すなわち、点火時期２演算部３０４は、上死点検出部２０５により検出された上死点、メモリ２０２から読み出された流速低減余裕量に基づいて点火時期２を演算する。点火時期２は、点火時期１の次（２回目以降）にＯＮされた点火信号がＯＦＦされる時期を表す。この点火時期２は、通電２実施有無判定部３０５により補正される前の値であるため、「補正前点火時期２」とも呼ぶ。

また、点火信号演算部（点火信号演算部２０３）が有する再通電実施判定部（通電２実施有無判定部３０５）は、第２通電開始時期（通電２開始時期）及び第２点火時期（点火時期２）に基づいて、再通電の実施有無を判定して点火信号演算結果を出力する。すなわち、通電２実施有無判定部３０５は、通電２開始時期演算部３０３が演算した通電２開始時期と、点火時期２演算部３０４から入力した補正前点火時期２の補正値とに基づいて通電時間２を演算する。通電時間２は、点火時期２でＯＮされた点火信号がＯＦＦされるまでの時間を表す。そして、通電２実施有無判定部３０５は、通電２の実施有無を判定する。

点火時期１演算部３０１により演算した点火時期１、通電時間１演算部３０２により演算した通電時間１、点火時期２演算部３０４により演算した点火時期２、通電２実施有無判定部３０５により演算した通電時間２は、点火信号演算結果として点火信号を生成する点火信号生成部２０４に入力される。

点火信号生成部（点火信号生成部２０４）は、再通電の直前の点火時期である第１点火時期（点火時期１）、再通電の直前に通電される１次電流の第１通電時間（通電時間１）、第２点火時期（点火時期２）、及び点火信号演算結果に基づいて生成した点火信号を点火コイル（点火コイル１０３）に出力する。

＜点火コイルの構成例＞
図４は、点火コイル１０３の構成例を示す図である。

点火コイル１０３は、電源４０１と、１次コイル４０２と、スイッチングデバイス４０３と、２次コイル４０４とを備える。
電源４０１は、１次コイル４０２に１次電流及び１次電圧を供給する。
スイッチングデバイス４０３は、ＥＣＵ１２３（点火信号生成部２０４）から送信される点火信号のＯＮ又はＯＦＦに応じて１次コイル４０２の通電又は非通電を切り替える。
２次コイル４０４は、１次コイル４０２と並列に設置される。２次コイル４０４の一端は接地され、他端は点火プラグ１０２の電極に接続される。

１次コイル４０２への通電／非通電に応じて１次コイル４０２と２次コイル４０４との間で相互誘導が生じ、２次コイル４０４に高電圧（２次電圧）及び２次電流が発生する。
この２次電圧及び２次電流が点火プラグ１０２に印加されて、点火プラグ１０２の電極間で火花放電が発生する。

なお、点火コイル１０３は、一つ以上の１次コイル４０２、及び一つ以上の２次コイル４０４を設けた点火制御回路として構成してもよい。このような構成とした点火コイル１０３に対して、本発明を適用することも可能である。

以上のように、本実施の形態に係る点火制御装置（ＥＣＵ１２３）は、１次側に配置された１次コイル（１次コイル４０２）と、２次側に配置された２次コイル（２次コイル４０４）とを有する点火コイル（点火コイル１０３）に入力される点火信号により、１次コイル４０２に流れる１次電流の通電及び遮断が制御され、１次電流が遮断されたことで２次コイル４０４に誘起された２次電圧及び２次電流が、２次コイル４０４に接続される点火プラグ１０２に印加されて発生した火花放電により、混合気が気筒内の燃焼室で点火される内燃機関１００の点火を制御する構成としている。

このようにＥＣＵ１２３では、再通電の終了時期と、２次電流が予め設定されたリストライク発生閾値を超えるリストライク発生時期（例えば、上死点以降）との関係に基づいて再通電の実施有無が判定される。このため、ＥＣＵ１２３に２次電流の計測装置の追加、及び２次電流に応じて回路構成を切り替える部品の追加による製品コストの増加を抑えることができる。また、点火信号生成部２０４は、点火信号演算部２０３が再通電を実施しないと判定した場合に点火信号を生成しないので、再通電に伴う余計なエネルギ消費が抑えられる。点火信号生成部２０４は、点火信号演算部２０３が再通電を実施すると判定した場合にだけ点火信号を生成するので、必要最小限のエネルギ消費でリストライクの発生を抑制することができ、点火プラグ１０２の摩耗を低減することができる。

＜点火制御処理の例＞
次に、ＥＣＵ１２３で行われる点火制御処理の例について、図５～図１２を参照して説明する。
図５は、点火制御処理の例を示すフローチャートである。

始めに、点火時期１演算部３０１は、図６に示す制御フローに従い、点火時期１を演算する（Ｓ１）。
次に、通電時間１演算部３０２は、図７に示す制御フローに従い、通電時間１を演算する（Ｓ２）。

次に、通電２開始時期演算部３０３は、図８に示す制御フローに従い、通電２開始時期を演算する（Ｓ３）。
次に、点火時期２演算部３０４は、図１０に示す制御フローに従い、補正前点火時期２を演算する（Ｓ４）。

次に、通電２実施有無判定部３０５は、図１１に示す制御フローに従い、通電２の実施有無を判定し、通電時間２を演算する（Ｓ５）。
次に、点火信号生成部２０４は、図１２に示すタイミングチャートに従い、点火信号を生成する（Ｓ６）。

図６は、図５のステップＳ１における点火時期１演算処理の一例を示すフローチャートである。

始めに、点火時期１演算部３０１は、メモリ２０２から基本点火時期、リタード指令値を取得する（Ｓ１１）。

次に、点火時期１演算部３０１は、「点火時期１＝基本点火時期＋リタード指令値」の式を用いて点火時期１を演算し（Ｓ１２）、図５に処理を戻す。点火時期１演算部３０１は、予め内燃機関１００の仕様毎に設定した値を使用し、例えば、「基本点火時期＝上死点－所定進角量（１０ｄｅｇ等）」の式を用いて基本点火時期を設定する。また、点火時期１演算部３０１は、内燃機関１００の運転状態に応じて、基本点火時期からの遅角量をリタード指令値として設定する。

図７は、図５のステップＳ２における通電時間１演算処理の一例を示すフローチャートである。

始めに、通電時間１演算部３０２は、基本通電時間、水温、ＥＧＲ流量を取得する（Ｓ２１）。

次に、通電時間１演算部３０２は、「通電時間１＝基本通電時間－水温×水温係数＋ＥＧＲ流量×ＥＧＲ係数」の式を用いて通電時間１を演算し（Ｓ２２）、図５に処理を戻す。通電時間１演算部３０２は、予め内燃機関１００と点火コイル１０３の仕様毎に設定された値を基本通電時間として使用する。また、水温が低くなるほど火花放電が飛びにくくなるため、通電時間１演算部３０２は、水温が低くなるほど通電時間を長くするように水温係数を設定する。また、ＥＧＲ流量が多いほど火花放電を飛ばす際に高エネルギが必要となるため、通電時間１演算部３０２は、ＥＧＲ流量が多いほど通電時間を長くするようにＥＧＲ係数を設定する。

図８は、図５のステップＳ３における通電２開始時期演算処理の一例を示すフローチャートである。
図９は、ピーク２次電流及び２次電流傾きの特性、並びに通電２開始時期、ピーク２次電流、２次電流傾き及びリストライク発生閾値の一例を示す図である。図９（ａ）には、横軸を筒内圧、縦軸をピーク２次電流値としたグラフ９０１の例が示される。図９（ｂ）には、横軸を筒内圧、縦軸を２次電流傾きとしたグラフ９０２の例が示される。図９（ｃ）には、点火時期１ｔ９０３、ピーク２次電流９０４、２次電流傾き９０５、通電２開始時期ｔ９０７の例が示される。

始めに、通電２開始時期演算部３０３は、通電時間１、クランク角、筒内圧、コイル設計情報、リストライク発生閾値を取得する（Ｓ３１）。リストライク発生閾値は、通電２開始時期演算部３０３により予め算出された状態でメモリ２０２に格納されているが、ステップＳ３１の実行に合わせて算出されてもよい。

次に、通電２開始時期演算部３０３は、ピーク２次電流、２次電流傾きを演算する（Ｓ３２）。図９（ａ）のグラフ９０１は、筒内圧が高くなるにつれて、高かったピーク２次電流値が低くなるピーク２次電流値特性を表している。そこで、通電２開始時期演算部３０３は、筒内圧に応じたピーク２次電流値を予め計測しておき、演算する。

また、図９（ｂ）のグラフ９０２は、筒内圧が高くなるにつれて、なだらかだった２次電流傾きが急になる２次電流傾き特性を表している。そこで、通電２開始時期演算部３０３は、筒内圧に応じた２次電流傾きを予め計測しておき、演算する。

次に、通電２開始時期演算部３０３は、通電２開始時期を次式（１）によって演算し（Ｓ３３）、図５に処理を戻す。

通電２開始時期＝点火時期１ｔ９０３＋｛（ピーク２次電流９０４－リストライク発生閾値９０６）÷２次電流傾き９０５｝×時間角度変換係数・・・（１）

式（１）における時間角度変換係数は、例えば、４つの気筒１０１を有し、各気筒１０１が吸気、圧縮、燃焼、排気のサイクルを７２０ｄｅｇ毎に繰り返す内燃機関１００である場合は、次式（２）によって演算される。

時間角度変換係数＝（回転数［ｒｐｍ］×７２０［ｄｅｇ］）÷２×６０［ｓ］・・・（２）

図９（ｃ）の点火時期１ｔ９０３で２次コイル４０４に大きなピーク２次電流９０４が通電されると、点火コイル１０３の電極で放電が発生する。その後、２次電流傾き９０５に示すように一定の減少率で２次電流が減少していく。ここで、点火時期ｔ９０８まで放置すると、２次電流が０になる。しかし、リストライクが発生しやすくなる。

そこで、ＥＣＵ１２３は、予め２次コイル４０４の電流である２次電流を計測し、リストライクが頻発する２次電流の閾値をリストライク発生閾値９０６として設定する。点火信号演算部（点火信号演算部２０３）は、２次電流が予め設定されたリストライク発生閾値を超える時期をリストライク発生時期とし、再通電の開始時期をリストライク発生時期に合わせる。そして、ＥＣＵ１２３の点火信号生成部２０４は、２次電流の値がリストライク発生閾値９０６未満になる通電２開始時期ｔ９０７にて２次電流が０となるように点火信号を生成する。このため、リストライクの発生が抑えられる。

以上のように、第２通電開始時期演算部（通電２開始時期演算部３０３）は、第１通電時間（通電時間１）、内燃機関（内燃機関１００）の回転数、筒内圧力に基づいて、２次電流のピーク値、及びピーク値から減少する２次電流の傾きを演算し、第１点火時期（点火時期１）に対して、２次電流のピーク値、及び２次電流の傾き、及びリストライク発生閾値に基づいて演算した時間を加算して、第２通電開始時期（通電２開始時期）を演算する。そして、通電２開始時期演算部３０３は、リストライクが頻発する領域を避けるように通電２開始時期を設定することで、多重放電の発生を抑制して点火プラグ１０２の摩耗を低減することが可能となる。

図１０は、図５のステップＳ４における点火時期２演算処理の一例を示すフローチャートである。

始めに、点火時期２演算部３０４は、上死点検出部２０５から上死点を取得し、メモリ２０２等から流速低減余裕量を取得する（Ｓ４１）。上死点は予め内燃機関１００の仕様に基づいて上死点検出部２０５により設定される。また、流速低減余裕量は予め内燃機関１００の運転状態と上死点以降の流速又はリストライク発生頻度を計測した結果から、流速又はリストライク発生頻度が十分に低下する値を設定することが望ましい。

次に、点火時期２演算部３０４は、「点火時期２＝上死点＋流速低減余裕量」の式を用いて点火時期２を設定し（Ｓ４２）、図５に処理を戻す。

以上のように、本実施の形態に係る点火制御装置は、内燃機関１００の上死点を検出する上死点検出部２０５を備える。点火信号演算部２０３は、点火時期２を、少なくとも上死点以降に設定し、上死点以降は点火プラグ１０２の電極間の流速が低減することでリストライク頻度が低くなるため、点火プラグ１０２の摩耗を低減することができる。

図１１は、図５のステップＳ５における通電２実施有無判定処理の一例を示すフローチャートである。

始めに、通電２実施有無判定部３０５は、通電２開始時期演算部３０３から通電２開始時期を取得し、点火時期２演算部３０４から点火時期２を取得する（Ｓ５１）。

次に、通電２実施有無判定部３０５は、通電２開始時期が点火時期２よりも進角側であるか否かを判定する（Ｓ５２）。

通電２実施有無判定部３０５は、通電２開始時期が点火時期２よりも進角側であると判定した場合（Ｓ５２のＹＥＳ）、「通電時間２＝点火時期２－通電２開始時期」の式を用いて通電時間２を設定し（Ｓ５３）、図５に処理を戻す。

一方、通電２実施有無判定部３０５は、通電２開始時期が点火時期２よりも進角側でないと判定した場合（Ｓ５２のＮＯ）、通電時間２に０を設定し（Ｓ５４）、図５に処理を戻す。なお、通電２実施有無判定部３０５は、通電２開始時期＝点火時期２の場合にも、ステップＳ５４に進み、通電時間２に０を設定する。

以上のように、点火信号演算部（点火信号演算部２０３）は、再通電の終了時期よりもリストライク発生時期が進角側である場合に再通電を実施すると判定し、再通電の終了時期よりもリストライク発生時期が遅角側である場合に再通電を実施しないと判定する。このように再通電の実施有無が判定されるので、点火信号演算部２０３が再通電を実施すると判定した場合にだけ点火信号を生成する。ここで、通電２実施有無判定部３０５は、点火時期２よりも通電２開始時期が進角側である場合は再通電を実施する判定結果を点火信号生成部２０４に出力する。点火信号生成部２０４は、この判定結果に基づいて生成した点火信号を点火コイル１０３に出力するので、点火コイル１０３が点火プラグ１０２を点火することができる。このようにＥＣＵ１２３は、必要最小限のエネルギ消費でリストライクの発生を抑制することができ、点火プラグ１０２の摩耗を低減することができる。

また、通電２実施有無判定部３０５は、点火時期２よりも通電２開始時期が遅角側である場合は再通電を実施しない判定結果を点火信号生成部２０４に出力する。点火信号生成部２０４は、この判定結果に基づいて点火信号を生成しないので、点火コイル１０３が点火プラグ１０２を点火することはない。ここで、上死点以降に設定された通電２開始時期では点火プラグ１０２の電極間の流速が低減することでリストライクが発生しなくなるので、点火信号生成部２０４は点火信号を生成せず、点火コイル１０３が通電２を実施しない。このため、通電２に伴う点火コイル１０３での不要なエネルギ消費を抑制することができる。

図１２は、図５のステップＳ６における点火信号生成処理の一例を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートには、点火信号、１次電流、２次電流及び流速の様子が示される。なお、流速とは、点火プラグ１０２の電極間における混合気の流速を表す。

点火信号生成部２０４には、図５のステップＳ１～Ｓ５により生成された点火時期１、通電時間１、点火時期２、通電時間２が入力される。点火信号生成部２０４は、点火時期１を時間ｔ１２０２、通電時間１を時間ｔ１２０２－時間ｔ１２０１、点火時期２を時間ｔ１２０４、通電時間２を時間ｔ１２０４－時間ｔ１２０３となるように、点火信号を生成する。ここで、時間ｔ１２０１は、点火時期１に合わせて点火コイル１０３に通電される１次電流（通電１）の通電１開始時期を表す。また、時間ｔ１２０３は、１次電流（通電２）の通電２開始時期を表す。

以下、点火信号生成部２０４により行われる点火信号の生成処理について説明する。
時間ｔ１２０１（通電１開始時期）において、点火信号がＯＦＦからＯＮになると、１次コイル４０２への通電が開始される。１次コイル４０２への通電継続と共に、１次コイル４０２に流れる１次電流が増加し、１次コイル４０２と２次コイル４０４との間に形成される磁界が強くなっていく。

時間ｔ１２０２（点火時期１）において、点火信号がＯＮからＯＦＦになると、１次コイル４０２に通電される１次電流が０になる。１次電流が０になると同時に、１次コイル４０２と２次コイル４０４との間の相互誘導に伴い、２次コイル４０４に流れる２次電流が急増し、点火プラグ１０２から火花放電を発生させる。この２次電流は、時間ｔ１２０２後、時間経過と共に減少していく。

一般的に、時間ｔ１２０２は点火プラグ１０２の電極間の流速が大きいタイミングとなるように設定される。電極間の流速が大きいので、電極間で発生した火花放電が長く伸びることで燃焼成立性が高まる。よって、時間ｔ１２０２の付近では上死点手前で点火プラグ１０２の電極間の流速が最も大きい状態となる。その後、燃焼室内にてタンブル崩壊が発生することにより、点火プラグ１０２の電極間の流速は時間経過と共に減少していく。

時間ｔ１２０３（通電２開始時期）において、点火信号が再度ＯＦＦからＯＮとなり、１次コイル４０２に通電することで、１次コイル４０２に２次電流と逆向きの電流が流れ、２次電流が０となる。

ステップＳ３における通電２開始時期演算処理にて、通電２開始時期演算部３０３は、この時間ｔ１２０３の発生時期を、リストライク発生閾値以下である２次電流が、リストライク発生閾値を超える時間と一致させる。このように通電２開始時期演算部３０３が、時間ｔ１２０３の発生時期を調整することにより、リストライクの頻発を防ぎ、点火プラグ１０２の摩耗を抑制することができる。

また、時間ｔ１２０４（点火時期２）において、点火信号が再度ＯＮからＯＦＦになると、１次電流が０になると共に、２次電流が急増し、点火プラグ１０２から火花放電が発生する。しかし、時間ｔ１２０４はステップＳ４により上死点以降となって、タンブル崩壊が進んでおり、点火プラグ１０２の電極間の流速が減少している。このため、点火プラグ１０２の電極間に生じる火花放電が吹き消え、再び火花放電が発生するといった多重放電は発生せず、多重放電による点火プラグ１０２の摩耗も発生しない。

図１３は、本実施の形態に係る通電２実施有無判定処理の一例を示すタイミングチャートである。図１３に示す上死点時期ｔ１３０１は、上死点の時期を表す。図１３（ａ）は、点火時期１がＢＴＤＣ３０ｄｅｇである場合を表し、図１３（ｂ）は点火時期１がＢＴＤＣ１０ｄｅｇである場合を表し、図１３（ｃ）は点火時期１がＡＴＤＣ（After Top Dead Center）１０ｄｅｇである場合を表す。

図１４は、図１３における回転数１０００、２０００、４０００、６０００ｒｐｍでの点火時期１から上死点時期ｔ１３０１までの時間の一例を示す。例えば、図１３（ａ）では、点火時期１（ｔ１３０２）から上死点時期ｔ１３０１までの時間を表し、図１３（ｂ）では、点火時期１（ｔ１３０７）から上死点時期ｔ１３０１までの時間を表す。また、図１３（ｃ）では、点火時期１（ｔ１３１２）から上死点時期ｔ１３０１までの時間を表す。回転数が異なる場合、点火時期１（固定角）と上死点（固定角）間の時間が変化する。そこで、図１４より、低い回転数であれば、点火時期１から上死点時期ｔ１３０１までの時間が長く、高い回転数であれば、点火時期１から上死点時期ｔ１３０１までの時間が短くなることが示される。

図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、点火時期１及び回転数が異なる場合において、通電２実施有無判定部３０５が、通電２を実施するか否かを判定した結果を記載したタイミングチャートである。また、図１３（ａ）から図１３（ｃ）において、上死点時期ｔ１３０１は点火時期２に一致する。また、図１３（ａ）から図１３（ｃ）では、点火時期１から２次電流がリストライク発生閾値を下回るまでの時間が０．７ｍｓ、２次電流が０まで減少する時間が１．０ｍｓである場合を想定してタイミングチャートが記載される。

図１３（ａ）に示す点火時期１ｔ１３０２がＢＴＤＣ３０ｄｅｇである場合の通電２開始時期は、１０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３０３、２０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３０４、４０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３０５、６０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３０６で表される。

図１４のＢＴＤＣ３０ｄｅｇでの各回転数における点火時期１ｔ１３０２から上死点時期ｔ１３０１までの時間は、いずれもプラスである。また、図１３（ａ）に示すように、時期ｔ１３０３から時期ｔ１３０６は、上死点時期ｔ１３０１よりも進角側である。このため、通電２実施有無判定部３０５は、各通電２開始時期から上死点時期ｔ１３０１までの間、通電２を実施する。

図１３（ｂ）に示す点火時期１ｔ１３０７がＢＴＤＣ１０ｄｅｇである場合の通電２開始時期は、１０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３０８、２０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３０９、４０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３１０、６０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３１１で表される。

図１４のＢＴＤＣ１０ｄｅｇでの各回転数における点火時期１ｔ１３０７から上死点時期ｔ１３０１までの時間は、いずれもプラスである。また、図１３（ｂ）に示すように、時期ｔ１３０８、ｔ１３０９は、上死点時期ｔ１３０１よりも進角側である。このため、通電２実施有無判定部３０５は、図１１に示した通電２実施有無判定処理（ステップＳ５２のＹＥＳ）に基づき、各通電２開始時期から上死点時期ｔ１３０１までの間、通電２を実施する。一方、図１３（ｂ）より時期ｔ１３１０，ｔ１３１１は上死点時期ｔ１３０１よりも遅角側であることが示される。このため、通電２実施有無判定部３０５は、図１１に示した通電２実施有無判定処理（ステップＳ５２のＮＯ）に基づき、通電２を実施しない。

図１３（ｃ）に示す点火時期１ｔ１３１２がＡＴＤＣ１０ｄｅｇである場合を表す。通電２開始時期は、１０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３１３、２０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３１４、４０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３１５、６０００ｒｐｍの場合が時期ｔ１３１６で表される。

図１４のＡＴＤＣ１０ｄｅｇでの各回転数における点火時期１ｔ１３１２から上死点時期ｔ１３０１までの時間は、いずれもマイナスである。また、図１３（ｃ）に示すように、時期ｔ１３１３から時期ｔ１３１６は、上死点時期ｔ１３０１よりも遅角側であることが示される。このため、通電２実施有無判定部３０５は、図１１のフローチャートに基づき、通電２を実施しない。

以上の処理により、図１３（ａ）に示す時期ｔ１３０３から時期ｔ１３０６、図１３（ｂ）に示す時期ｔ１３０８、時期ｔ１３０９において、通電２実施有無判定部３０５は、１次コイル４０２へ通電することにより、多重放電の発生を抑制して点火プラグ１０２の摩耗を低減することが可能となる。

また、点火プラグ１０２の電極間の流速が低減することでリストライク頻度が低くなる上死点を通電２開始時期とすることにより、点火プラグ１０２の摩耗をさらに抑制することができる。また、図１３（ｂ）に示す時期ｔ１３１０、時期ｔ１３１１、図１３（ｃ）に示す時期ｔ１３１３から時期ｔ１３１６が通電２開始時期となった場合は、既に上死点時期ｔ１３０１を通過しており、点火プラグ１０２の電極間の流速が低減することでリストライク頻度が低くなっている。このため、通電２実施有無判定部３０５は、通電２を実施しないことで不要なエネルギ消費を抑制することができる。

以上説明した一実施の形態に係るＥＣＵ１２３では、内部処理により再通電の終了時期と、２次電流が予め設定されたリストライク発生閾値を超えるリストライク発生時期との関係に基づいて再通電の実施有無を判定する。このため、点火コイル１０３の動作を制御するための回路部品を追加して製品コストを増加させなくてもよい。また、再通電を実施すると判定された場合に、点火信号の生成が行われ、再通電を実施しないと判定された場合には、点火信号の生成が行われない。このように常に点火信号の生成が行われるわけではないので、必要最小限のエネルギ消費でリストライクの発生を抑制することができ、点火プラグ１０２の摩耗を低減することができる。

また、超希薄燃焼やＥＧＲを実施する場合でも、本実施の形態に係る再通電の実施有無の判定、及び点火信号の生成処理が行われるので、リストライクの発生を抑制し、さらに点火プラグ１０２の摩耗を抑制することが可能となる。このため、本実施の形態に係る技術は、点火プラグ１０２の長寿命化に寄与する。

なお、内燃機関１００は、ＥＧＲを実施しない構成としてもよい。

なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために内燃機関及び点火制御装置の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、本実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１００…内燃機関、１０２…点火プラグ、１０３…点火コイル、１０６…ピストン、１２３…ＥＣＵ、２０３…点火信号演算部、２０４…点火信号生成部、２０５…上死点検出部、３０１…点火時期１演算部、３０２…通電時間１演算部、３０３…通電２開始時期演算部、３０４…点火時期２演算部、３０５…通電２実施有無判定部、４０２…１次コイル、４０４…２次コイル

Claims (9)

1. 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次コイルとを有する点火コイルに入力される点火信号により、前記１次コイルに流れる１次電流の通電及び遮断が制御され、前記１次電流が遮断されたことで前記２次コイルに誘起された２次電圧及び２次電流が、前記２次コイルに接続される点火プラグに印加されて発生した火花放電により、混合気が気筒内の燃焼室で点火される内燃機関の点火を制御する点火制御装置において、
   １回の点火工程内で前記１次電流の再通電の開始時期及び終了時期を演算し、前記再通電の終了時期と、前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出部が検出した前記筒内圧力により演算されるピーク２次電流及び２次電流傾きに基づいて演算される前記２次電流が予め設定されたリストライク発生閾値を超えるリストライク発生時期とを比較して前記再通電の実施有無を判定し、前記再通電の開始時期を前記リストライク発生時期に合わせる点火信号演算部と、
   前記点火工程内で少なくとも１回以上の火花放電を発生させるための前記点火信号を生成して前記点火コイルに出力した後、前記点火信号演算部により前記再通電を実施すると判定された場合に前記点火信号を生成して前記再通電の開始時期に前記点火信号を前記点火コイルに出力し、前記点火信号演算部により前記再通電を実施しないと判定された場合に前記点火信号を生成しない点火信号生成部と、を備える
   点火制御装置。
2. 前記気筒内を運動するピストンの上死点を検出する上死点検出部を備える
   請求項１に記載の点火制御装置。
3. 前記点火信号演算部は、前記再通電の開始時期、前記再通電の終了時期、及び前記上死点の時期を、前記ピストンの回転角度に基づいて演算し、前記再通電の終了時期よりも前記リストライク発生時期が進角側である場合に前記再通電を実施すると判定し、前記再通電の終了時期よりも前記リストライク発生時期が遅角側である場合に前記再通電を実施しないと判定する
   請求項２に記載の点火制御装置。
4. 前記点火信号演算部は、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部が検出した前記回転数と、前記筒内圧力と、実施有無が判定される前記再通電の前に通電された前記１次電流の遮断時期と、前記リストライク発生閾値とに基づいて、前記再通電の開始時期である第２通電開始時期を演算する第２通電開始時期演算部を有する
   請求項３に記載の点火制御装置。
5. 前記点火信号演算部は、
   前記再通電が遮断されて発生する前記火花放電により前記混合気が点火される第２点火時期を演算する第２点火時期演算部と、
   前記第２通電開始時期及び前記第２点火時期に基づいて、前記再通電の実施有無を判定して点火信号演算結果を出力する再通電実施判定部と、を有し、
   前記点火信号生成部は、前記再通電の直前の点火時期である第１点火時期、前記再通電の直前に通電される前記１次電流の第１通電時間、前記第２点火時期、及び前記点火信号演算結果に基づいて生成した前記点火信号を前記点火コイルに出力する
   請求項４に記載の点火制御装置。
6. 前記第２通電開始時期演算部は、前記第１通電時間、前記内燃機関の回転数、前記筒内圧力に基づいて、前記２次電流のピーク値、及び前記ピーク値から減少する前記２次電流の傾きを演算し、前記第１点火時期に対して、前記２次電流のピーク値、及び前記２次電流の傾き、及び前記リストライク発生閾値に基づいて演算した時間を加算して、前記第２通電開始時期を演算する
   請求項５に記載の点火制御装置。
7. 前記点火信号演算部は、
   基本点火時期からリタード指令値を減じて、前記第１点火時期を演算する第１点火時期演算部と、
   基本通電時間、及び前記内燃機関を冷却する冷却水の水温に基づいて、前記第１通電時間を演算する第１通電時間演算部と、を有する
   請求項６に記載の点火制御装置。
8. 前記第１通電時間演算部は、前記基本通電時間、前記水温、及び燃焼後の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして排気管から吸気管に還流されるように接続されるＥＧＲ管内の前記ＥＧＲガスの流量に基づいて前記第１通電時間を演算する
   請求項７に記載の点火制御装置。
9. 前記内燃機関は、理論空燃比よりも希薄な混合気で超希薄燃焼する
   請求項８に記載の点火制御装置。