JP7318125B2 - electronic controller - Google Patents

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    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00Other installations
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Description

本発明は、電子制御装置に関する。 The present invention relates to electronic control units.

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。 In recent years, in order to improve the fuel efficiency of vehicles, internal combustion engines that have introduced technology that burns a mixture that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to operate the internal combustion engine, and technology that takes in part of the exhaust gas after combustion and re-breathes it. has been developed.

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。
In this type of control device for an internal combustion engine, the amount of fuel and air in the combustion chamber deviates from the theoretical values, so that the spark plug is more likely to fail to ignite the fuel. Therefore, by increasing the gas flow velocity in the combustion chamber, the flow velocity between the electrodes of the spark plug is increased to form a long discharge path, thereby increasing the length of contact between the discharge path and the gas. There is a method for suppressing ignition failure.
However, if the flow velocity between the electrodes of the spark plug is increased, the blowout of the discharge path and the accompanying redischarge occur more frequently. During re-discharge, dielectric breakdown occurs due to capacitive discharge. Since the current density of the capacitive discharge is high, the electrode melts due to the high current, and wear of the electrode is accelerated.

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。
In order to reduce the frequency of capacitive discharge and suppress electrode wear of the spark plug, it is necessary to maintain the discharge path for as long as possible by continuing to supply a sufficient amount of current after the discharge path is formed. be. However, since the internal energy of the ignition coil generally continues to decrease with the passage of time from the start of discharge, it gradually becomes unable to supply the current required to maintain the discharge path.
As a result, there arises a problem that the discharge path cannot be maintained in the middle of gas combustion, and re-discharge becomes necessary.

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。 In Patent Document 1, an ignition coil having a main primary coil and a sub-primary coil is used, and after the main primary coil generates a discharge spark in the spark plug, it is determined in consideration of the necessary and sufficient time for the spark plug to discharge. A control device for an internal combustion engine is disclosed in which current is superimposed by an auxiliary primary coil until the superimposed current application time elapses.

特開2019-31911号公報JP 2019-31911 A

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。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the superimposed current application time is constant regardless of the combustion state, so the superimposed current application time cannot be appropriately adjusted according to cycle fluctuations of the internal combustion engine. In order to cope with cycle fluctuations, it is necessary to set the superimposed current conduction time including an excessive margin. However, when the superimposed current energization time is set in this way, the superimposed current that exceeds the amount necessary to maintain the discharge path flows, causing problems such as heat generation of the ignition coil, wear of the spark plug electrode, and deterioration of energy efficiency. Become. Conversely, if the margin of the superimposed current supply time is reduced, the energy inside the ignition coil will decrease, which may make it impossible to maintain the discharge path.

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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problem, and an object of the present invention is to suppress electrode wear of a spark plug in an internal combustion engine while suppressing poor ignition of gas by the spark plug.

本発明による電子制御装置は、1次側にそれぞれ配置された主1次コイルおよび副1次コイルと、2次側に配置された2次コイルとを備えた点火コイルの通電を制御するものであって、前記2次コイルに発生する2次電圧において、前記主1次コイルへの点火信号を送信した時点を起点にn番目(ただしnは自然数)の変曲点が生じるタイミングをn番目の変曲時点とし、n+1番目の変曲点が生じるタイミングをn+1番目の変曲時点としたとき、前記n番目の変曲時点と前記n+1番目の変曲時点との間に前記2次電圧が第1の所定値を超える場合に、前記副1次コイルへの点火信号を送信する。 An electronic control unit according to the present invention controls energization of an ignition coil having a main primary coil and a sub primary coil arranged on the primary side, respectively, and a secondary coil arranged on the secondary side. In the secondary voltage generated in the secondary coil, the timing at which the n-th (where n is a natural number) inflection point occurs from the point of time when the ignition signal is transmitted to the main primary coil is the n-th When the timing at which the (n+1)th inflection point occurs is the (n+1)th inflection point, the secondary voltage changes between the nth inflection point and the (n+1)th inflection point. If it exceeds a predetermined value of 1, it sends an ignition signal to the secondary primary coil.

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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode abrasion of the spark plug in an internal combustion engine can be suppressed, suppressing the ignition failure to gas by a spark plug.

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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining the main configuration of an internal combustion engine and a control device for the internal combustion engine according to an embodiment; 点火プラグを説明する部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view for explaining a spark plug; 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。It is a functional block diagram explaining the functional composition of the control device concerning an embodiment. 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。FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the operating state of the internal combustion engine and the gas flow velocity around the spark plug; 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。FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the discharge path between the electrodes of the ignition plug and the flow velocity; 従来の点火コイルを含む電気回路を説明する図である。It is a figure explaining the electric circuit containing the conventional ignition coil. 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。FIG. 5 is a diagram showing an example of a timing chart for explaining the relationship between a control signal input to an ignition coil and an output in conventional discharge control. 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。It is a figure explaining an electric circuit containing an ignition coil concerning a 1st embodiment. 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。FIG. 5 is a diagram showing an example of a timing chart for explaining the relationship between a control signal input to an ignition coil and an output in discharge control according to the first embodiment; 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。It is an example of the flowchart explaining the control method of the ignition coil concerning 1st Embodiment. 最小二乗法による近似線を基に次回の変曲周期を求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating|requiring the next inflection period based on the approximation line by the least-squares method.

以下、本発明の実施形態にかかる電子制御装置を説明する。 An electronic control device according to an embodiment of the present invention will be described below.

以下、本発明の一実施形態にかかる電子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。
A control device 1, which is one aspect of an electronic control device according to an embodiment of the present invention, will be described below. In this embodiment, a case where the control device 1 controls the discharge (ignition) of the spark plugs 200 provided in each cylinder 150 of the four-cylinder internal combustion engine 100 will be described as an example.
Hereinafter, in the embodiments, a combination of part or all of the configuration of the internal combustion engine 100 and part or all of the configuration of the control device 1 is referred to as the control device 1 for the internal combustion engine 100 .

[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。
[Internal combustion engine]
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of essential parts of an internal combustion engine 100 and an internal combustion engine ignition device.
FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating electrodes 210 and 220 of spark plug 200. As shown in FIG.

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。 In the internal combustion engine 100, air sucked from outside flows through an air cleaner 110, an intake pipe 111, and an intake manifold 112, and flows into each cylinder 150 when an intake valve 151 is opened. The amount of air flowing into each cylinder 150 is adjusted by throttle valve 113 , and the amount of air adjusted by throttle valve 113 is measured by flow rate sensor 114 .

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。 The throttle valve 113 is provided with a throttle opening sensor 113a for detecting the opening of the throttle. The opening degree information of the throttle valve 113 detected by the throttle opening degree sensor 113 a is output to a control unit (Electronic Control Unit: ECU) 1 .

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。 An electronic throttle valve driven by an electric motor is used as the throttle valve 113, but other methods may be used as long as the flow rate of air can be appropriately adjusted.

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。 The temperature of gas flowing into each cylinder 150 is detected by an intake air temperature sensor 115 .

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。 A crank angle sensor 121 is provided radially outside the ring gear 120 attached to the crankshaft 123 . The crank angle sensor 121 detects the rotation angle of the crankshaft 123 . In the embodiment, the crank angle sensor 121 detects the rotation angle of the crankshaft 123 every 10 degrees and every combustion cycle, for example.

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。 A water temperature sensor 122 is provided in the water jacket (not shown) of the cylinder head. This water temperature sensor 122 detects the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 100 .

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。 The vehicle is also provided with an accelerator position sensor (APS) 126 that detects the amount of displacement (depression amount) of an accelerator pedal 125 . This accelerator position sensor 126 detects the torque requested by the driver. The driver's requested torque detected by the accelerator position sensor 126 is output to the control device 1, which will be described later. The control device 1 controls the throttle valve 113 based on this required torque.

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。 Fuel stored in a fuel tank 130 is sucked and pressurized by a fuel pump 131 , flows through a fuel pipe 133 provided with a pressure regulator 132 , and is guided to a fuel injection valve (injector) 134 . Fuel output from the fuel pump 131 is adjusted to a predetermined pressure by a pressure regulator 132 and injected into each cylinder 150 from a fuel injection valve (injector) 134 . As a result of pressure regulation by pressure regulator 132, excess fuel is returned to fuel tank 130 via a return pipe (not shown).

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。 A cylinder head (not shown) of the internal combustion engine 100 is provided with a combustion pressure sensor (Cylinder Pressure Sensor: CPS, also called an in-cylinder pressure sensor) 140 . Combustion pressure sensor 140 is provided in each cylinder 150 and detects the pressure in cylinder 150 (combustion pressure).

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。 A piezoelectric or gauge pressure sensor is used as the combustion pressure sensor 140 so that the combustion pressure (in-cylinder pressure) in the cylinder 150 can be detected over a wide temperature range.

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。 Each cylinder 150 is provided with an exhaust valve 152 and an exhaust manifold 160 for discharging gas (exhaust gas) after combustion to the outside of the cylinder 150 . A three-way catalyst 161 is provided on the exhaust side of the exhaust manifold 160 . When exhaust valve 152 is opened, exhaust gas is discharged from cylinder 150 to exhaust manifold 160 . This exhaust gas passes through an exhaust manifold 160 and is purified by a three-way catalyst 161 before being discharged into the atmosphere.

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。 An upstream air-fuel ratio sensor 162 is provided upstream of the three-way catalyst 161 . This upstream air-fuel ratio sensor 162 continuously detects the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder 150 .

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。 A downstream side air-fuel ratio sensor 163 is provided downstream of the three-way catalyst 161 . This downstream air-fuel ratio sensor 163 outputs a switch-like detection signal near the theoretical air-fuel ratio. In an embodiment, downstream air-fuel ratio sensor 163 is, for example, an O2 sensor.

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。 A spark plug 200 is provided at the top of each cylinder 150 . Due to the discharge (ignition) of the spark plug 200, a spark is ignited in the mixture of air and fuel in the cylinder 150, causing an explosion in the cylinder 150 and pushing down the piston 170. As the piston 170 is pushed down, the crankshaft 123 rotates.

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)。 An ignition coil 300 that generates electrical energy (voltage) to be supplied to the ignition plug 200 is connected to the ignition plug 200 . The voltage generated by ignition coil 300 causes a discharge between center electrode 210 and outer electrode 220 of spark plug 200 (see FIG. 2).

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。 As shown in FIG. 2, in spark plug 200, center electrode 210 is supported by insulator 230 in an insulated state. A predetermined voltage (for example, 20,000 V to 40,000 V in this embodiment) is applied to the center electrode 210 .

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。 Outer electrode 220 is grounded. When a predetermined voltage is applied to center electrode 210 , discharge (ignition) occurs between center electrode 210 and outer electrode 220 .

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。 In the spark plug 200, the voltage at which discharge (ignition) occurs due to dielectric breakdown of the gas component varies depending on the state of the gas existing between the center electrode 210 and the outer electrode 220 and the internal pressure of the cylinder. . The voltage at which this discharge occurs is called dielectric breakdown voltage.

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。 Discharge control (ignition control) of the spark plug 200 is performed by an ignition control section 83 of the control device 1, which will be described later.

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。 Returning to FIG. 1, output signals from various sensors such as the throttle opening sensor 113a, the flow rate sensor 114, the crank angle sensor 121, the accelerator position sensor 126, the water temperature sensor 122, the combustion pressure sensor 140, etc. are sent to the control device 1. output. The control device 1 detects the operating state of the internal combustion engine 100 based on the output signals from these various sensors, and controls the amount of air sent into the cylinder 150, the amount of fuel injection, the ignition timing of the spark plug 200, and the like. .

[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。
[Hardware configuration of control device]
Next, the overall hardware configuration of the control device 1 will be described.

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。 As shown in FIG. 1, the control device 1 includes an analog input section 10, a digital input section 20, an A/D (Analog/Digital) conversion section 30, a RAM (Random Access Memory) 40, and an MPU (Micro- Processing Unit) 50 , ROM (Read Only Memory) 60 , I/O (Input/Output) port 70 , and output circuit 80 .

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。 The analog input unit 10 receives signals from various sensors such as a throttle opening sensor 113a, a flow rate sensor 114, an accelerator position sensor 126, an upstream air-fuel ratio sensor 162, a downstream air-fuel ratio sensor 163, a combustion pressure sensor 140, and a water temperature sensor 122. An analog output signal is input.

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。 An A/D conversion section 30 is connected to the analog input section 10 . Analog output signals from various sensors input to the analog input unit 10 are subjected to signal processing such as noise removal, then converted to digital signals by the A/D converter 30 and stored in the RAM 40 .

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。 A digital output signal from the crank angle sensor 121 is input to the digital input section 20 .

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。 An I/O port 70 is connected to the digital input section 20 , and a digital output signal input to the digital input section 20 is stored in the RAM 40 via this I/O port 70 .

RAM40に記憶された各出力信号は、MPU50で演算処理される。 Each output signal stored in the RAM 40 is arithmetically processed by the MPU 50 .

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。 By executing a control program (not shown) stored in the ROM 60, the MPU 50 arithmetically processes the output signal stored in the RAM 40 according to the control program. According to the control program, the MPU 50 calculates a control value that defines the operation amount of each actuator (for example, the throttle valve 113, the pressure regulator 132, the spark plug 200, etc.) that drives the internal combustion engine 100, and temporarily stores it in the RAM 40. .

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。 A control value that defines the actuation amount of the actuator stored in the RAM 40 is output to the output circuit 80 via the I/O port 70 .

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。 The output circuit 80 is provided with functions such as an ignition control section 83 (see FIG. 3) that controls the voltage applied to the spark plug 200 .

[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。
[Functional block of control device]
Next, the functional configuration of the control device 1 according to the embodiment of the invention will be described.

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。 FIG. 3 is a functional block diagram illustrating the functional configuration of the control device 1 according to one embodiment of the invention. Each function of the control device 1 is realized by the output circuit 80 by the MPU 50 executing a control program stored in the ROM 60, for example.

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。 As shown in FIG. 3 , the output circuit 80 of the control device 1 according to the first embodiment has a general control section 81 , a fuel injection control section 82 and an ignition control section 83 .

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。 The overall control unit 81 is connected to the accelerator position sensor 126 and the combustion pressure sensor 140 (CPS), and the required torque (acceleration signal S1) from the accelerator position sensor 126 and the output signal S2 from the combustion pressure sensor 140 are transmitted. accept.

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。 The overall control unit 81 controls the overall fuel injection control unit 82 and the ignition control unit 83 based on the required torque (acceleration signal S1) from the accelerator position sensor 126 and the output signal S2 from the combustion pressure sensor 140. I do.

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。 The fuel injection control unit 82 includes a cylinder discrimination unit 84 that discriminates each cylinder 150 of the internal combustion engine 100, an angle information generation unit 85 that measures the crank angle of the crankshaft 123, and a rotation speed information generation unit that measures the engine speed. 86, and transmits cylinder identification information S3 from the cylinder identification unit 84, crank angle information S4 from the angle information generation unit 85, and engine speed information S5 from the rotation speed information generation unit 86. accept.

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。 The fuel injection control unit 82 also includes an intake air amount measurement unit 87 that measures the amount of air taken into the cylinder 150, a load information generation unit 88 that measures the engine load, and a temperature of the engine cooling water. The intake air amount information S6 from the intake air amount measuring unit 87, the engine load information S7 from the load information generating unit 88, and the cooling water temperature information S8 from the water temperature measuring unit 89 are connected to the water temperature measuring unit 89. , accept.

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。 The fuel injection control unit 82 calculates the injection amount and injection time (fuel injection valve control information S9) of the fuel injected from the fuel injection valve 134 based on the received information, and calculates the calculated injection amount and injection time of the fuel. It controls the fuel injection valve 134 based on time.

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。 The ignition control unit 83 is connected to the overall control unit 81 as well as the cylinder discrimination unit 84, the angle information generation unit 85, the rotation speed information generation unit 86, the load information generation unit 88, and the water temperature measurement unit 89. and accept each information from them.

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。 Based on the received information, the ignition control unit 83 controls the amount of current (energization angle) to be energized to the primary coil (not shown) of the ignition coil 300, the energization start time, and the amount of current to be energized to the primary coil. The time (ignition time) for interrupting the current is calculated.

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。 The ignition control unit 83 outputs an ignition signal SA to the primary coil of the ignition coil 300 based on the calculated energization angle, energization start time, and ignition time, thereby performing discharge control (ignition control) by the spark plug 200. control).

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、本発明の電子制御装置に相当する。 Note that at least the function of the ignition control unit 83 performing ignition control of the spark plug 200 using the ignition signal SA corresponds to the electronic control device of the present invention.

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。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the operating state of internal combustion engine 100 and the flow velocity of gas around spark plug 200. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, generally, the higher the engine speed and load, the higher the gas flow velocity in the cylinder 150 and the higher the flow velocity of the gas around the spark plug 200 . Therefore, gas flows at high speed between the center electrode 210 and the outer electrode 220 of the spark plug 200 . Also, in the internal combustion engine 100 in which exhaust gas recirculation (EGR) is performed, the EGR rate is set, for example, as shown in FIG. 4 according to the relationship between the engine speed and the load. As the high EGR region in which the EGR rate is set higher is expanded, lower fuel consumption and lower exhaust emissions can be achieved, but ignition failure in the spark plug 200 is more likely to occur.

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。
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the discharge path between the electrodes of the spark plug 200 and the flow velocity.
When a high voltage is generated in the secondary side coil of the ignition coil 300 and a dielectric breakdown occurs between the center electrode 210 and the outer electrode 220 of the spark plug 200, the current flowing between these electrodes decreases to a certain value or less. During this time, a discharge path is formed between the electrodes of spark plug 200 . When combustible gas comes into contact with this discharge path, a flame kernel grows and burns. Since the discharge path moves under the influence of the gas flow between the electrodes, the higher the gas flow rate, the shorter the discharge path is formed, and the lower the gas flow rate, the shorter the discharge path. FIG. 5(a) shows an example of the discharge path 211 when the gas flow velocity is high, and FIG. 5(b) shows an example of the discharge path 212 when the gas flow velocity is low.

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。 When the internal combustion engine 100 is operated at a high EGR rate, the flame kernel is less likely to grow even if the combustible gas comes into contact with the discharge path, so it is necessary to increase the chances of the combustible gas coming into contact with the discharge path. As described above, the discharge path is generated by breaking the gas insulation, so if the current required to maintain the discharge path is constant, it is necessary to output power corresponding to the length of the discharge path. Therefore, when the gas flow velocity is high, the energization control of the ignition coil 300 is performed so that a large amount of electric power is output from the ignition coil 300 to the spark plug 200 in a short time. By forming 211, it is preferable to obtain a wider space of gas and contact opportunities. On the other hand, when the gas flow velocity is low, the energization control of the ignition coil 300 is performed so that a small electric power is continuously output from the ignition coil 300 to the ignition plug 200 for a long period of time. By maintaining the formation of the discharge path 212, it is preferable to obtain contact opportunities with the gas passing near the electrodes of the spark plug 200 for a longer period of time.

[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。
[Electric circuit of conventional ignition coil]
Next, prior to describing embodiments of the present invention, a conventional ignition coil will be described.

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。 FIG. 6 is a diagram illustrating an electric circuit 400C including a conventional ignition coil 300C as a comparative example of the present invention. In the electric circuit 400C, the ignition coil 300C includes a primary coil 310 wound with a predetermined number of turns and a secondary coil 320 wound with a larger number of turns than the primary coil 310. be done.

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。 One end of the primary coil 310 is connected to the DC power supply 330 . Thereby, a predetermined voltage (for example, 12 V) is applied to the primary coil 310 .

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。 The other end of the primary coil 310 is connected to the igniter 340 and grounded via the igniter 340 . A transistor, a field effect transistor (FET), or the like is used for the igniter 340 .

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。 A base (B) terminal of the igniter 340 is connected to the ignition control section 83 . The ignition signal SA output from the ignition control section 83 is input to the base (B) terminal of the igniter 340 . When the ignition signal SA is input to the base (B) terminal of the igniter 340, the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal of the igniter 340 are energized, and the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal are electrically connected. current flows through As a result, the ignition signal SA is output from the ignition control unit 83 to the primary coil 310 of the ignition coil 300 via the igniter 340, current flows through the primary coil 310, and electric power (electrical energy) is accumulated.

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。 When the output of the ignition signal SA from the ignition control unit 83 is stopped and the current flowing through the primary coil 310 is interrupted, a high voltage corresponding to the turns ratio of the coil to the primary coil 310 is applied to the secondary coil. It occurs in coil 320 .

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。 A high voltage generated in the secondary coil 320 by the ignition signal SA is applied to the spark plug 200 (center electrode 210), thereby generating a potential difference between the center electrode 210 of the spark plug 200 and the outer electrode 220. do. When the potential difference generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 becomes equal to or higher than the dielectric breakdown voltage Vm of the gas (air mixture in the cylinder 150), the gas component breaks down and the center electrode 210 and the outer electrode 220 are separated. Discharge is generated between and ignition of the fuel (air-fuel mixture) is performed.

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。 In the comparative example, the ignition control section 83 controls energization of the ignition coil 300A using the ignition signal SA by the operation of the electric circuit 400C as described above. Thereby, ignition control for controlling the spark plug 200 is performed.

[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。
[Conventional discharge control of ignition coil]
Next, the discharge control of the conventional ignition coil will be described. FIG. 7 is a diagram showing an example of a timing chart for explaining the relationship between the control signal input to the ignition coil and the output in conventional discharge control. The timing chart of FIG. 7 is an example when the spark plug 200 is discharged when the conventional ignition coil 300C is used and the gas flows at a high velocity. In FIG. 7, the ignition signal SA output from the ignition control unit 83, the primary current I1 flowing through the primary side coil 310 in response to the ignition signal SA, the electric energy E accumulated in the ignition coil 300C, the secondary side The relationship between secondary current I2 flowing in coil 320 and secondary voltage V2 generated in secondary coil 320 is shown. The secondary current I2 and the secondary voltage V2 are measured at points between the ignition plug 200 and the ignition coil 300C, as shown in FIG. The measurement point of the primary current I1 is between the DC power supply 330 and the ignition coil 300C.

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。 When the ignition signal SA becomes HIGH, the igniter 340 energizes the primary coil 310 and the primary current I1 increases. While the primary coil 310 is energized, the electric energy E in the ignition coil 300C increases with time.

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。 After that, when the ignition signal SA becomes LOW, the igniter 340 cuts off the energization of the primary coil 310 . As a result, an electromotive force is generated in secondary coil 320, and supply of electric energy E from ignition coil 300C to spark plug 200 is started. When the insulation between the electrodes of spark plug 200 is broken, discharge of spark plug 200 is started. Discharge of spark plug 200 accompanied by such dielectric breakdown is called capacitive discharge. After the ignition plug 200 starts discharging, the electric energy E in the ignition coil 300C decreases with time, and the discharge of the ignition plug 200 is maintained. A discharge of the spark plug 200 without such dielectric breakdown is called an inductive discharge.

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が上昇し、これに伴って放電路の維持に必要な電気エネルギー(放電要求エネルギー)が上昇する。一方、点火コイル300Cから点火プラグ200へ供給される電気エネルギーEは、上記のように時間と共に減少する。その結果、放電要求エネルギーが点火コイル300Cからの供給エネルギーを上回ると、放電路が維持できなくなり、放電路の吹き消えが生じる。 The secondary current I2 rises significantly during capacity discharge. The secondary current I2 due to this capacitive discharge ends in a short period of time. When the discharge of the spark plug 200 is started and a discharge path is formed between the electrodes, the secondary current I2 drops sharply, and decreases with time during subsequent induction discharge. Since the discharge path expands along with the flow of gas, the secondary voltage V2 rises with the lapse of time, and along with this, the electrical energy required to maintain the discharge path (discharge required energy) rises. On the other hand, the electric energy E supplied from the ignition coil 300C to the ignition plug 200 decreases with time as described above. As a result, when the required discharge energy exceeds the energy supplied from the ignition coil 300C, the discharge path cannot be maintained and the discharge path blows out.

ここで、点火プラグ200の放電期間は1~2msec程度と短期間のため、放電期間中の電極間のガス流れはほぼ一定と見なせる。しかし、電極自体がガス流れに対する障害物となるため、電極下流にはカルマン渦が生じる。これにより、電極の下流側では、渦の剥離に伴うガス圧力変化が一定期間ごとに生じる。そして、このガス圧力変化は放電路を不安定にするため、放電路が吹き消えるきっかけとなる。よって、図7に示すように、2次電圧V2において放電開始点Aの後に、放電継続中のガス圧力変化を表す変曲点B,C,Dと、放電路の吹き消えを表す変曲点Eとは、一定期間ごとに発生する。つまり、2次電圧V2の変曲点の周期から、次回以降の変曲点のタイミングを推定し、2次電圧V2が一定以上となったときの次の変曲点のタイミングの推定結果から、そのタイミングに合わせて点火プラグ200へ追加の電気エネルギーEが供給されるようにすれば、放電路の吹き消えが生じる確率を低減できることになる。 Here, since the discharge period of the spark plug 200 is as short as about 1 to 2 msec, the gas flow between the electrodes during the discharge period can be regarded as substantially constant. However, since the electrode itself becomes an obstacle to the gas flow, a Karman vortex is generated downstream of the electrode. As a result, on the downstream side of the electrode, gas pressure changes associated with vortex separation occur at regular intervals. Since this gas pressure change destabilizes the discharge path, it causes the discharge path to blow out. Therefore, as shown in FIG. 7, after the discharge start point A at the secondary voltage V2, there are inflection points B, C, and D representing changes in the gas pressure during the continuation of the discharge, and inflection points representing blow-out of the discharge path. E occurs at regular intervals. That is, from the period of the inflection point of the secondary voltage V2, the timing of the inflection point after the next time is estimated, and from the estimation result of the timing of the next inflection point when the secondary voltage V2 reaches or exceeds a certain value, If the additional electrical energy E is supplied to the spark plug 200 in time with the timing, the probability of blowout of the discharge path can be reduced.

また、放電路の吹き消えが生じた時点で点火コイル300C内に電気エネルギーEがまだ十分に残っている場合は、点火プラグ200において、この電気エネルギーEを用いて電極間の最短距離で放電が再開される。その結果、図7に示すように、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とになる。放電再開時には電極間の絶縁破壊が生じるため、電極間に流れる2次電流I2が瞬間的に高電流となり、電極材の蒸発を引き起こす。特に気筒150内のガス流動が大きい場合は、放電路の伸長が早いため吹き消えが生じやすくなり、再放電の周期が短くなって再放電回数が増加する。これは電極材の蒸発量の増加を引き起こして電極寿命の低下の原因となるため、放電期間中の吹き消えをなるべく減らすことが望まれる。 Further, if sufficient electrical energy E still remains in the ignition coil 300C when the discharge path blows out, the spark plug 200 uses this electrical energy E to discharge at the shortest distance between the electrodes. resumed. As a result, as shown in FIG. 7, the spark plug 200 repeatedly blows out the discharge path and re-discharges. Since dielectric breakdown occurs between the electrodes when discharge is restarted, the secondary current I2 flowing between the electrodes momentarily becomes a high current, causing evaporation of the electrode material. In particular, when the gas flow in the cylinder 150 is large, the discharge path expands quickly, so blowing out tends to occur, and the cycle of re-discharge becomes shorter, resulting in an increase in the number of re-discharges. Since this causes an increase in the amount of evaporation of the electrode material and causes a decrease in the life of the electrode, it is desirable to reduce blowout during the discharge period as much as possible.

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。 In the present invention, instead of the ignition coil 300C described in FIG. 6, an ignition coil 300 having two primary coils is adopted, and discharge control is performed on this ignition coil 300, thereby suppressing the number of capacitive discharges. discharge of the ignition plug 200 is realized.

[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。
[First Embodiment: Electric Circuit of Ignition Coil]
Next, an electric circuit 400 including the ignition coil 300 according to the first embodiment of the invention will be described.

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。 FIG. 8 is a diagram illustrating an electric circuit 400 including the ignition coil 300 according to the first embodiment of the invention. In the electric circuit 400, the ignition coil 300 includes two types of primary coils 310 and 360 each wound with a predetermined number of turns, and a secondary coil 310 and 360 wound with a larger number of turns than the primary coils 310 and 360. and a coil 320 . Here, when the ignition plug 200 is ignited, the power from the primary coil 310 is first supplied to the secondary coil 320, and then the power from the primary coil 360 is supplied to the secondary coil 320 on top of that power. supplied to Therefore, hereinafter, primary coil 310 is referred to as "main primary coil", and primary coil 360 is referred to as "sub primary coil". Also, the current flowing through the main primary coil 310 is referred to as "main primary current", and the current flowing through the primary secondary coil 360 is referred to as "sub primary current".

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。 One end of the main primary coil 310 is connected to the DC power supply 330 . Thereby, a predetermined voltage (for example, 12 V in the embodiment) is applied to the main primary coil 310 .

主1次コイル310の他端は、主1次コイル310の導通状態を切り替えるためのスイッチ素子であるイグナイタ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。 The other end of the main primary coil 310 is connected to an igniter 340 that is a switch element for switching the conductive state of the main primary coil 310 and is grounded via the igniter 340 . A transistor, a field effect transistor (FET), or the like is used for the igniter 340 .

イグナイタ340のベース(B)端子は、点火制御部83内に設けられた点火信号出力部384に接続されている。点火信号出力部384は、イグナイタ340のオンオフを制御するための信号として、点火信号SAを出力する。点火信号出力部384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がオンされてコレクタ(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。 A base (B) terminal of the igniter 340 is connected to an ignition signal output section 384 provided in the ignition control section 83 . The ignition signal output unit 384 outputs an ignition signal SA as a signal for controlling on/off of the igniter 340 . The ignition signal SA output from the ignition signal output section 384 is input to the base (B) terminal of the igniter 340 . When the ignition signal SA is input to the base (B) terminal of the igniter 340, the igniter 340 is turned on, and the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal are energized. ) current flows between the terminals. As a result, the ignition signal SA is output from the ignition control unit 83 to the main primary coil 310 of the ignition coil 300 via the igniter 340, the main primary current flows through the main primary coil 310, and electric power (electrical energy) is accumulated. be done.

点火信号出力部384からの点火信号SAの出力が停止してイグナイタ340がオフされることで、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。 When the output of the ignition signal SA from the ignition signal output unit 384 is stopped and the igniter 340 is turned off, the main primary current flowing through the main primary coil 310 is interrupted. A high voltage corresponding to the turns ratio is generated in the secondary coil 320 .

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。 One end of the sub primary coil 360 is connected to the DC power supply 330 in common with the main primary coil 310 . As a result, a predetermined voltage (eg, 12 V in the embodiment) is applied to the sub primary coil 360 as well.

副1次コイル360の他端は、副1次コイル360の導通状態を切り替えるためのスイッチ素子であるイグナイタ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。 The other end of the sub primary coil 360 is connected to an igniter 350 that is a switch element for switching the conductive state of the sub primary coil 360 and is grounded via the igniter 350 . A transistor, a field effect transistor (FET), or the like is used for the igniter 350 .

イグナイタ350のベース(B)端子は、点火制御部83内に設けられた点火信号出力部384に接続されている。点火信号出力部384は、イグナイタ350のオンオフを制御するための信号として、点火信号SBを出力する。点火信号出力部384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がオンされてコレクタ(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、点火制御部83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。 A base (B) terminal of the igniter 350 is connected to an ignition signal output section 384 provided in the ignition control section 83 . The ignition signal output unit 384 outputs an ignition signal SB as a signal for controlling on/off of the igniter 350 . The ignition signal SB output from the ignition signal output section 384 is input to the base (B) terminal of the igniter 350 . When the ignition signal SB is input to the base (B) terminal of the igniter 350, the igniter 350 is turned on, and the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal are energized according to the voltage change of the ignition signal SB. A current corresponding to the voltage change of the ignition signal SB flows between the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal. As a result, the ignition signal SB is output from the ignition control unit 83 to the secondary primary coil 360 of the ignition coil 300 via the igniter 350, and the secondary primary current flows through the secondary primary coil 360 to generate electric power (electrical energy). do.

点火信号出力部384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。 When the output of the ignition signal SB from the ignition signal output unit 384 changes and the sub primary current flowing through the sub primary coil 360 changes, the high voltage corresponding to the turns ratio of the coil with respect to the sub primary coil 360 changes to 2. It occurs in the secondary coil 320 .

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。 The high voltage generated in the secondary coil 320 by the ignition signal SA is added to the high voltage generated in the secondary coil 320 by the ignition signal SB. A potential difference is generated between the center electrode 210 of the plug 200 and the outer electrode 220 . When the potential difference generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 becomes equal to or higher than the dielectric breakdown voltage Vm of the gas (air mixture in the cylinder 150), the gas component breaks down and the center electrode 210 and the outer electrode 220 are separated. Discharge is generated between and ignition of the fuel (air-fuel mixture) is performed.

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次電圧V2を検知するための電圧検知部370が設けられている。電圧検知部370は、検知した2次電圧値を、点火制御部83内に設けられた変曲点検知部381および点火信号出力部384へ送信する。 A voltage detection unit 370 for detecting a secondary voltage V2 flowing through the secondary coil 320 is provided between the secondary coil 320 and the spark plug 200 . Voltage detection unit 370 transmits the detected secondary voltage value to inflection point detection unit 381 and ignition signal output unit 384 provided in ignition control unit 83 .

点火制御部83には、変曲点検知部381、算出部382、予測部383および点火信号出力部384が設けられている。これらは、点火制御部83の機能としてそれぞれ実現されるものであり、図1、図3で説明したように、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において実現される。 The ignition control section 83 is provided with an inflection point detection section 381 , a calculation section 382 , a prediction section 383 and an ignition signal output section 384 . These are implemented as functions of the ignition control unit 83, and as described with reference to FIGS. be done.

変曲点検知部381は、電圧検知部370が検知した2次電圧V2の微分値を計算し、この微分値が所定の閾値を超えた場合に、そのときの2次電圧V2の値を変曲点として検知する。変曲点検知部381には、点火制御部83において予め記憶された閾値情報が入力される。この閾値情報に基づいて、変曲点検知部381が変曲点を検知する際の閾値が設定される。 The inflection point detection unit 381 calculates a differential value of the secondary voltage V2 detected by the voltage detection unit 370, and changes the value of the secondary voltage V2 at that time when the differential value exceeds a predetermined threshold. Detect as an inflection point. Threshold information stored in advance in the ignition control unit 83 is input to the inflection point detection unit 381 . Based on this threshold information, a threshold is set when the inflection point detection unit 381 detects an inflection point.

算出部382は、変曲点検知部381が検知した変曲点の周期を算出する。ここでは、前述のように2次電圧V2において、カルマン渦の剥離によるガス圧力変化に応じた変曲点が一定期間ごとに発生するものとして、変曲点の周期を算出する。例えば、点火信号出力部384から主1次コイル310への点火信号SAが送信された時点を起点として、k番目(ただしkは自然数)の変曲点と次のk+1番目の変曲点との時間間隔を測定し、この時間間隔から変曲点の周期を算出する。 The calculator 382 calculates the period of the inflection points detected by the inflection point detector 381 . Here, as described above, in the secondary voltage V2, the cycle of the inflection point is calculated assuming that the inflection point corresponding to the gas pressure change caused by the separation of the Karman vortices occurs at regular intervals. For example, starting from the time when the ignition signal SA is transmitted from the ignition signal output unit 384 to the main primary coil 310, the k-th (where k is a natural number) inflection point and the next k+1-th inflection point The time interval is measured and the period of inflection points is calculated from this time interval.

予測部383は、算出部382が算出した変曲点の周期に基づいて、2次電圧V2において次回以降の変曲点が生じる時点を予測する。具体的には、最後に変曲点が検知された時点から変曲点の周期を経過した時点を、次の変曲点のタイミングとして予測する。 Based on the cycle of the inflection points calculated by the calculation unit 382, the prediction unit 383 predicts the next and subsequent inflection points in the secondary voltage V2. Specifically, the timing of the next inflection point is predicted to be the time when the cycle of the inflection point has passed since the time when the last inflection point was detected.

点火信号出力部384は、点火信号SA,SBの出力制御を行う。点火信号SAの場合、点火信号出力部384は、内燃機関100の状態に応じて出力制御を行う。すなわち前述のように、クランク角、エンジン回転数、エンジン負荷、冷却水温度等に基づいて、点火コイル300の通電角、通電開始時間、点火時間等を算出し、これらの算出結果を用いて、点火信号SAの出力タイミングを決定する。一方、点火信号SBの場合、点火信号出力部384は、予測部383による次の変曲点の予測結果と、電圧検知部370が検知した2次電圧V2とを用いて出力制御を行う。なお、点火信号SBの具体的な出力制御方法については後述する。 The ignition signal output section 384 controls the output of the ignition signals SA and SB. In the case of the ignition signal SA, the ignition signal output section 384 performs output control according to the state of the internal combustion engine 100 . That is, as described above, the energization angle of the ignition coil 300, the energization start time, the ignition time, etc. are calculated based on the crank angle, engine speed, engine load, cooling water temperature, etc., and using these calculation results, It determines the output timing of the ignition signal SA. On the other hand, in the case of the ignition signal SB, the ignition signal output section 384 performs output control using the prediction result of the next inflection point by the prediction section 383 and the secondary voltage V2 detected by the voltage detection section 370 . A specific output control method for the ignition signal SB will be described later.

点火制御部83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。 The ignition control unit 83 controls energization of the ignition coil 300 using the ignition signals SA and SB by the operation of the electric circuit 400 as described above. Thereby, ignition control for controlling the spark plug 200 is performed.

なお、点火信号出力部384において、点火信号SAの出力制御を行う部分と、点火信号SBの出力制御を行う部分とを別構成としてもよい。この場合、点火信号SBの出力制御を行う部分は、点火制御部83の内部に設けなくてもよい。いずれの場合であっても、当該部分は点火制御部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。 In the ignition signal output section 384, the part that controls the output of the ignition signal SA and the part that controls the output of the ignition signal SB may be configured separately. In this case, the portion that controls the output of the ignition signal SB may not be provided inside the ignition control section 83 . In either case, since the relevant portion operates according to the control of the ignition control section 83, it can be said that the ignition control section 83 controls the energization of the ignition coil 300. FIG.

[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、点火信号出力部384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、点火信号出力部384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、2次側コイル320に発生する2次電圧V2、および2次電圧V2の微分値dV2/dtとの関係を示している。なお、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圧検知部370により検知されたものである。また、2次電圧V2の微分値dV2/dtは、前述のように、変曲点検知部381によって計算されたものである。
[First Embodiment: Ignition Coil Discharge Control]
Next, discharge control of the ignition coil according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of a timing chart explaining the relationship between the control signal input to the ignition coil and the output in the discharge control according to the first embodiment of the present invention. The timing chart of FIG. 9 is an example when the spark plug 200 is discharged when the ignition coil 300 of the present embodiment is used and the gas flows at a high velocity. FIG. 9 shows an ignition signal SA output from the ignition signal output section 384, a main primary current I1 flowing through the main primary coil 310 in response to the ignition signal SA, and an ignition signal output from the ignition signal output section 384. SB, the sub primary current I3 flowing through the sub primary coil 360 in response to the ignition signal SB, the electrical energy E accumulated in the ignition coil 300, the secondary current I2 flowing through the secondary coil 320, and the secondary side It shows the relationship between the secondary voltage V2 generated in the coil 320 and the differential value dV2/dt of the secondary voltage V2. The secondary voltage V2 is detected by a voltage detector 370 provided between the ignition plug 200 and the ignition coil 300, as shown in FIG. Also, the differential value dV2/dt of the secondary voltage V2 is calculated by the inflection point detector 381 as described above.

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。 When the ignition signal SA becomes HIGH, the igniter 340 energizes the main primary coil 310 and the main primary current I1 increases. While the main primary coil 310 is energized, the electric energy E in the ignition coil 300 increases with time.

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。 After that, when the ignition signal SA becomes LOW, the igniter 340 cuts off the energization of the main primary coil 310 . As a result, an electromotive force is generated in secondary coil 320, and supply of electrical energy E from ignition coil 300 to spark plug 200 is started. When the insulation between the electrodes of spark plug 200 is broken, discharge (capacitive discharge) of spark plug 200 is started. After the ignition plug 200 starts discharging, the electric energy E in the ignition coil 300 decreases with time, and the discharge (induction discharge) of the ignition plug 200 is maintained.

2次電流I2および2次電圧V2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および2次電圧V2の上昇は、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と2次電圧V2はそれぞれ急激に低下する。その後の誘導放電時には、2次電流I2は時間と共に減少する。一方、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。 Secondary current I2 and secondary voltage V2 rise significantly during capacity discharge. The increase in secondary current I2 and secondary voltage V2 due to this capacity discharge ends in a short period of time. When spark plug 200 starts to discharge and a discharge path is formed between the electrodes, secondary current I2 and secondary voltage V2 drop sharply. During the subsequent inductive discharge, the secondary current I2 decreases with time. On the other hand, since the discharge path expands with the gas flow, the secondary voltage V2 increases with time.

点火信号SAがHIGHからLOWになって容量放電が開始された後、2次電圧V2の微分値dV2/dtが予め設定された所定の閾値dV2/dt_th以上になると、変曲点検知部381は、その時点での2次電圧V2の値を変曲点として検知する。これにより、2次電圧V2の値が放電開始点Aの経過後に閾値dV2/dt_th以上となるたびに、変曲点B,C,D,E,Fが順次検知される。 After the ignition signal SA changes from HIGH to LOW and capacity discharge is started, when the differential value dV2/dt of the secondary voltage V2 becomes equal to or greater than a predetermined threshold dV2/dt_th set in advance, the inflection point detection unit 381 , the value of the secondary voltage V2 at that time is detected as an inflection point. As a result, each time the value of the secondary voltage V2 becomes equal to or greater than the threshold dV2/dt_th after the discharge start point A has passed, the inflection points B, C, D, E, and F are sequentially detected.

変曲点検知部381によって2次電圧V2の変曲点B,Cが検知されると、算出部382は、変曲点Bから変曲点Cまでの時間間隔T1を算出し、この時間間隔T1を2次電圧V2の変曲周期Tとする。予測部383は、算出部382で求められた変曲周期T=T1を用いて、2次電圧V2の次の変曲点のタイミングを予測する。すなわち、変曲点Cから変曲周期T1を経過した時点で、2次電圧V2において次の変曲点Dが生じるものと推定する。 When the inflection points B and C of the secondary voltage V2 are detected by the inflection point detection unit 381, the calculation unit 382 calculates the time interval T1 from the inflection point B to the inflection point C, and determines the time interval T1 from the inflection point B to the inflection point C. Let T1 be the inflection period T of the secondary voltage V2. The prediction unit 383 uses the inflection period T=T1 obtained by the calculation unit 382 to predict the timing of the next inflection point of the secondary voltage V2. That is, it is estimated that the next inflection point D occurs in the secondary voltage V2 when the inflection period T1 has passed from the inflection point C. FIG.

同様に、変曲点検知部381によって変曲点Dが検知されると、算出部382は、変曲点Cから変曲点Dまでの時間間隔T2を算出し、この時間間隔T2を用いて2次電圧V2の変曲周期Tを更新する。予測部383は、算出部382で求められた変曲周期T=T2を用いて、2次電圧V2の次の変曲点のタイミングを予測する。すなわち、変曲点Dから変曲周期T2を経過した時点で、2次電圧V2において次の変曲点Eが生じるものと推定する。 Similarly, when the inflection point D is detected by the inflection point detection unit 381, the calculation unit 382 calculates the time interval T2 from the inflection point C to the inflection point D, and uses this time interval T2. The inflection period T of the secondary voltage V2 is updated. The prediction unit 383 uses the inflection period T=T2 obtained by the calculation unit 382 to predict the timing of the next inflection point of the secondary voltage V2. That is, it is estimated that the next inflection point E occurs in the secondary voltage V2 when the inflection period T2 has passed from the inflection point D.

変曲点Dと変曲点Eの間で2次電圧V2の値が所定の閾値V2_thを超えると、点火信号出力部384は、直近の変曲点(ここでは変曲点D)の発生時点を基準に、少なくとも次の変曲点Eを含む期間内に点火信号SBが出力されるように、点火信号SBの送信タイミングを決定する。すなわち、変曲点Dと次の変曲点Eとの間でイグナイタ350をオンにし、変曲点E以降でイグナイタ350をオフにするように、点火信号SBをHIGHとLOWにそれぞれ変化させるタイミングを決定する。 When the value of the secondary voltage V2 exceeds a predetermined threshold value V2_th between the inflection point D and the inflection point E, the ignition signal output unit 384 detects the occurrence time of the most recent inflection point (here, the inflection point D). , the transmission timing of the ignition signal SB is determined so that the ignition signal SB is output within a period including at least the next inflection point E. That is, the ignition signal SB is changed to HIGH and LOW so that the igniter 350 is turned on between the inflection point D and the next inflection point E, and the igniter 350 is turned off after the inflection point E. to decide.

具体的には、直近の変曲点を検知した時点をtnとすると、点火信号SBをHIGHに変化させるタイミング(重ね放電開始時点th)と、その後に点火信号SBをLOWに戻すタイミング(重ね放電終了時点tl)とは、例えば以下の式(1)、式(2)でそれぞれ表される。
th=tn+T-P ・・・(1)
tl=tn+T+p ・・・(2)
Specifically, if the time point at which the most recent inflection point is detected is tn, the timing for changing the ignition signal SB to HIGH (overlapping discharge start time th) and the timing for returning the ignition signal SB to LOW after that (overlapping discharge start time th) are determined. The end time tl) is represented by, for example, the following equations (1) and (2), respectively.
th=tn+TP (1)
tl=tn+T+p (2)

式(1)において、Pは副1次コイル360の通電時間を表している。この通電時間Pは、放電路の吹き消えを抑制するために副1次コイル360から点火プラグ200へ供給すべき電気エネルギー量や、副1次コイル360において蓄積可能な電気エネルギー量に応じて予め設定されている。また式(2)において、pは副1次コイル360に対する通電時間の余裕分を表している。この余裕分pは、次の変曲点のタイミングの予測結果と実際の変曲点との間にずれが生じても副1次コイル360の通電期間内に含まれるようにするため、予測部383における次の変曲点の予測精度に応じて予め設定されている。 In Equation (1), P represents the energization time of the sub primary coil 360 . This energization time P is set in advance according to the amount of electric energy to be supplied from the sub primary coil 360 to the ignition plug 200 in order to suppress blowout of the discharge path and the amount of electric energy that can be stored in the sub primary coil 360. is set. Also, in the expression (2), p represents the margin of the energization time for the sub primary coil 360 . This margin p is included in the energization period of the sub primary coil 360 even if there is a deviation between the prediction result of the timing of the next inflection point and the actual inflection point. It is preset according to the prediction accuracy of the next inflection point in H.383.

点火信号出力部384は、2次電圧V2の値が所定の閾値V2_thを超えると、その後に2次電流I2が低下して電極間の放電が停止するまで、上記の制御を繰り返す。これにより、変曲点E,Fに対して、上記のようにして決定した送信タイミングに従って点火信号SBがそれぞれ出力される。図9の点火信号SBにおいて、点G,Iは変曲点E,Fに対する重ね放電開始時点thをそれぞれ表し、これらは式(1)に基づいて決定される。また、点H,Jは変曲点E,Fに対する重ね放電終了時点thをそれぞれ表し、これらは式(2)に基づいて決定される。 When the value of the secondary voltage V2 exceeds the predetermined threshold value V2_th, the ignition signal output unit 384 repeats the above control until the secondary current I2 decreases and the discharge between the electrodes stops. As a result, the ignition signal SB is output to the inflection points E and F according to the transmission timing determined as described above. In the ignition signal SB of FIG. 9, points G and I represent superimposed discharge start times th with respect to inflection points E and F, respectively, which are determined based on equation (1). Also, points H and J represent overlapped discharge end times th with respect to inflection points E and F, respectively, which are determined based on equation (2).

点火信号出力部384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。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。なお、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。 While the ignition signal output unit 384 is outputting the ignition signal SB to the igniter 350, the high voltage generated in the secondary coil 320 by the ignition signal SB is added to the high voltage generated in the secondary coil 320 by the ignition signal SA. Join. This high voltage is applied to spark plug 200 (center electrode 210). As a result, the secondary current I2 increases to continue maintaining the discharge path. Therefore, occurrence of re-discharge (restrike) accompanied by capacitive discharge in spark plug 200 is suppressed. The secondary current I2 at this time includes the current flowing through the secondary coil 320 from the main primary coil 310 (hereinafter referred to as "first induced current") and the current flowing through the secondary coil from the sub primary coil 360. 320 (hereinafter referred to as "second induced current").

図9に示されるように、2次電圧V2の変曲点では電圧値の変化が小さいため、2次電圧V2の変化から変曲点を直接検出しようとしても、必要な検出感度が得られない場合がある。そこで本実施形態では、2次電圧V2を時間微分した微分値dV2/dtを算出し、この微分値を予め定めた閾値dV2/dt_thと比較することで、2次電圧V2の変曲点を検知するようにしている。ただし、時間微分は1階微分とは限らず、必要に応じて、2階微分や3階微分を用いても良い。なお、閾値dV2/dt_thに到達するまでに、周期を算出するために必要な変曲点を検知できなかった場合には、あらかじめ定義した規定値に基づき、副次コイルへの点火タイミングを決定しても良い。 As shown in FIG. 9, since the change in the voltage value is small at the inflection point of the secondary voltage V2, even if an attempt is made to directly detect the inflection point from the change in the secondary voltage V2, the necessary detection sensitivity cannot be obtained. Sometimes. Therefore, in the present embodiment, the differential value dV2/dt is calculated by time-differentiating the secondary voltage V2, and the inflection point of the secondary voltage V2 is detected by comparing this differential value with a predetermined threshold value dV2/dt_th. I am trying to However, the time differentiation is not limited to the first-order differentiation, and second-order differentiation and third-order differentiation may be used as necessary. If the inflection point necessary for calculating the period cannot be detected before the threshold value dV2/dt_th is reached, the ignition timing for the secondary coil is determined based on a predefined specified value. can be

[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10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10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10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10のフローチャートに示す処理を実施する。
[First Embodiment: Ignition Coil Discharge Control Flow]
Next, a method of controlling the ignition coil 300 by the ignition control unit 83 when performing the above discharge control will be described. FIG. 10 is an example of a flowchart illustrating a control method for the ignition coil 300 by the ignition control section 83 according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, when the ignition switch of the vehicle is turned on and the internal combustion engine 100 is powered on, the ignition control unit 83 starts controlling the ignition coil 300 according to the flowchart of FIG. The processing shown in the flowchart of FIG. 10 represents the processing for one cycle of the internal combustion engine 100, and the ignition control unit 83 performs the processing shown in the flowchart of FIG. 10 for each cycle.

ステップS201において、点火制御部83は、点火信号SAがHIGHからLOWに変化して点火プラグ200の放電が開始されると、点火信号SBの制御を行うために動作を開始する。 In step S201, when the ignition signal SA changes from HIGH to LOW and the spark plug 200 starts to discharge, the ignition control unit 83 starts operating to control the ignition signal SB.

ステップS202において、点火制御部83は、内部のメモリ変数iと変曲周期の初期値を設定する。ここでは、i=1、T=0を初期値としてそれぞれ設定する。 In step S202, the ignition control unit 83 sets an internal memory variable i and an initial value of the inflection period. Here, i=1 and T=0 are set as initial values.

ステップS203において、点火制御部83内の変曲点検知部381は、電圧検知部370が検知した2次電圧V2の時間微分dV2/dtを計算し、予め定めた閾値dV2/dt_thと比較する。その結果、微分値dV2/dtが閾値dV2/dt_thを超過した場合は、現時点での2次電圧V2の値を変曲点として検知し、ステップS204へ進む。一方、微分値dV2/dtが閾値dV2/dt_th以下であれば、変曲点を検知せずにステップS209へ遷移する。 In step S203, the inflection point detector 381 in the ignition controller 83 calculates the time differential dV2/dt of the secondary voltage V2 detected by the voltage detector 370, and compares it with a predetermined threshold value dV2/dt_th. As a result, when the differentiated value dV2/dt exceeds the threshold value dV2/dt_th, the current value of the secondary voltage V2 is detected as an inflection point, and the process proceeds to step S204. On the other hand, if the differential value dV2/dt is equal to or less than the threshold value dV2/dt_th, the process proceeds to step S209 without detecting an inflection point.

ステップS204において、点火制御部83は、現在の時刻を、点火プラグ200の放電開始からi番目の変曲点が生じたタイミングを表す変曲時点tiとして内部メモリに記録する。 In step S204, the ignition control unit 83 records the current time in the internal memory as an inflection point ti representing the timing at which the i-th inflection point occurs from the start of discharge of the spark plug 200. FIG.

ステップS205において、点火制御部83は、現在の変数iの値が2以上であるか否かを判定する。iが2以上であればステップS206へ進み、2未満の場合、すなわち初期値の1のままである場合はステップS208へ進む。 In step S205, the ignition control unit 83 determines whether or not the current value of the variable i is 2 or more. If i is 2 or more, the process proceeds to step S206, and if less than 2, i.e., if i remains at the initial value of 1, the process proceeds to step S208.

ステップS206において、点火制御部83内の算出部382は、前回の変曲点から今回の変曲点までの時間間隔を算出する。ここでは、前回のステップS204でi-1番目の変曲点に対して記録された変曲時点t(i-1)と、今回のステップS204でi番目の変曲点に対して記録された変曲時点tiとの差分を求め、この差分値をi-1番目の時間間隔T(i-1)とする。 In step S206, the calculator 382 in the ignition controller 83 calculates the time interval from the previous inflection point to the current inflection point. Here, the inflection time t(i-1) recorded for the i-1th inflection point in the previous step S204 and the i-th inflection point recorded for the i-th inflection point in this step S204 A difference from the inflection point ti is obtained, and this difference value is defined as the i-1 time interval T(i-1).

ステップS207において、点火制御部83内の予測部383は、ステップS206で算出されたi-1番目の時間間隔T(i-1)の値を、2次電圧V2の変曲周期Tとして内部メモリに記録する。これにより、2次電圧V2においてi+1番目以降の変曲点が生じるタイミングを予測する。 In step S207, the prediction unit 383 in the ignition control unit 83 stores the value of the i−1-th time interval T(i−1) calculated in step S206 as the inflection period T of the secondary voltage V2 in the internal memory. to record. Thus, the timing at which the (i+1)th and subsequent inflection points occur in the secondary voltage V2 is predicted.

ステップS208において、点火制御部83は、変数iへ1を加算する。 In step S208, the ignition control unit 83 adds 1 to the variable i.

ステップS209において、点火制御部83は、電圧検知部370により検知された現在の2次電圧V2の値を、予め定めた閾値V2_thと比較する。また、ステップS204で記録した直近の変曲時点tiに対して、tn=tiとして前述の式(1)、(2)をそれぞれ適用することにより、i番目の変曲点tiに対する重ね放電開始時点thと重ね放電終了時点tlを決定し、現在の時刻がこれらの間にあるか否かを判定する。その結果、2次電圧V2の値が閾値V2_th以上であり、かつ、現在の時刻が重ね放電開始時点thと重ね放電終了時点tlの間、すなわち重ね放電期間内にある場合は、ステップS210へ進む。一方、2次電圧V2の値が閾値V2_th未満であるか、または、現在の時刻が重ね放電期間外にある場合は、ステップS211へ進む。 In step S209, the ignition control unit 83 compares the current value of the secondary voltage V2 detected by the voltage detection unit 370 with a predetermined threshold value V2_th. Also, by applying the above-described formulas (1) and (2) with tn=ti to the most recent inflection point ti recorded in step S204, the overlapping discharge start time for the i-th inflection point ti th and the overlap discharge end time tl are determined, and it is determined whether or not the current time is between them. As a result, if the value of the secondary voltage V2 is equal to or greater than the threshold value V2_th and the current time is between the superimposed discharge start time th and the superimposed discharge end time tl, that is, within the superimposed discharge period, the process proceeds to step S210. . On the other hand, if the value of the secondary voltage V2 is less than the threshold value V2_th, or if the current time is outside the overlapping discharge period, the process proceeds to step S211.

ステップS210において、点火制御部83内の点火信号出力部384は、イグナイタ350へ出力する点火信号SBをHIGHにする。これにより、2次電圧V2の値が閾値V2_thを超えると、直近の変曲時点tiと次の変曲時点t(i+1)との間に、重ね放電開始時点thでイグナイタ350をオンにするように、副1次コイル360への点火信号SBを送信する。その後、ステップS203へ戻る。 In step S210, the ignition signal output section 384 in the ignition control section 83 makes the ignition signal SB output to the igniter 350 HIGH. As a result, when the value of the secondary voltage V2 exceeds the threshold value V2_th, the igniter 350 is turned on at the overlapping discharge start time th between the latest inflection time ti and the next inflection time t(i+1). , the ignition signal SB to the secondary primary coil 360 is transmitted. After that, the process returns to step S203.

ステップS211において、点火制御部83内の点火信号出力部384は、イグナイタ350へ出力する点火信号SBをLOWにする。これにより、次の変曲時点t(i+1)以降の重ね放電終了時点tlでイグナイタ350をオフにするように、副1次コイル360への点火信号SBを送信する。その後、ステップS203へ戻る。 In step S211, the ignition signal output section 384 in the ignition control section 83 sets the ignition signal SB to be output to the igniter 350 to LOW. As a result, the ignition signal SB to the sub primary coil 360 is transmitted so that the igniter 350 is turned off at the overlapping discharge end time tl after the next inflection time t(i+1). After that, the process returns to step S203.

ここで、上記ステップS209、S210では、2次電圧V2の値が閾値V2_th以上であるという条件と、現在の時刻が重ね放電期間内であるという条件の両方を満たしたときに、点火信号SBをHIGHにしている。したがって、重ね放電開始時点thよりも前に2次電圧V2の値が閾値V2_thを超えた場合には、重ね放電開始時点thで点火信号SBがHIGHにされ、これに応じてイグナイタ350がオンになることで、副1次コイル360から2次側コイル320への電気エネルギー供給が開始される。一方、重ね放電開始時点thよりも後に2次電圧V2の値が閾値V2_thを超えた場合には、2次電圧V2の値が閾値V2_thを超えた時点で点火信号SBがHIGHにされ、これに応じてイグナイタ350がオンになることで、副1次コイル360から2次側コイル320への電気エネルギー供給が開始される。したがってどちらの場合でも、次の変曲点に応じた適切なタイミングで、副1次コイル360から2次側コイル320への電気エネルギー供給を行うことができる。 Here, in steps S209 and S210, the ignition signal SB is output when both the condition that the value of the secondary voltage V2 is equal to or greater than the threshold V2_th and the condition that the current time is within the overlapping discharge period are satisfied. HIGH. Therefore, when the value of the secondary voltage V2 exceeds the threshold value V2_th before the superimposed discharge start time th, the ignition signal SB becomes HIGH at the superimposed discharge start time th, and the igniter 350 is turned on accordingly. As a result, the supply of electric energy from the secondary coil 360 to the secondary coil 320 is started. On the other hand, when the value of the secondary voltage V2 exceeds the threshold V2_th after the overlapping discharge start time th, the ignition signal SB is made HIGH at the time when the value of the secondary voltage V2 exceeds the threshold V2_th. When the igniter 350 is turned on in response, electric energy supply from the auxiliary primary coil 360 to the secondary coil 320 is started. Therefore, in either case, electric energy can be supplied from the secondary coil 360 to the secondary coil 320 at an appropriate timing according to the next inflection point.

なお、上記実施形態では、放電期間中の電極間のガス流速を一定と仮定して次回以降の変曲点のタイミングを推定し、点火信号SBの送信タイミングを決定していたが、内燃機関100の状態によっては、この仮定が成立しない場合がある。例えば、EGR率や空気希釈が大きくなると、燃焼速度の低下に合わせて点火時期を進角させる必要がある。この場合、放電期間中の筒内容積が比較的大きく、またガスの流動状態が高流動に保たれているため、短時間でのガス流速変化やガス流れの乱れが生じやすくなり、これに伴って2次電圧V2の変曲点の周期が一定に保たれなくなる。このように、ガスの流速変化や流れの乱れが無視できない場合には、これを考慮して、例えば以下のような方法で点火信号SBの送信タイミングを決定する必要がある。 In the above embodiment, the timing of the inflection point after the next time is estimated on the assumption that the gas flow velocity between the electrodes during the discharge period is constant, and the transmission timing of the ignition signal SB is determined. Depending on the state of , this assumption may not hold. For example, when the EGR rate or air dilution increases, it is necessary to advance the ignition timing in accordance with the decrease in combustion speed. In this case, the volume inside the cylinder during the discharge period is relatively large, and the gas flow state is maintained at a high flow rate. Therefore, the period of the inflection point of the secondary voltage V2 cannot be kept constant. In this way, when the change in gas flow velocity and turbulence in the flow cannot be ignored, it is necessary to determine the transmission timing of the ignition signal SB by, for example, the following method in consideration of this.

[流速変化への対応1]
点火制御部83内の算出部382において、過去に求めた変曲点ごとの変曲周期から、最小二乗法を用いて近似線を算出し、その近似線を基に次回の変曲周期を求める。具体的には、例えば図10のステップS206において、これまでに検知された1番目からn番目までの各変曲点に対して、図11の点501~507に示すような時間間隔Ti(i=1~n-1)の値が算出されていたとする。このような場合、最小二乗法により点501~507の関係性を近似した近似直線500を算出し、i=nのときに近似直線500上にある点508の値を、n番目の変曲点から次のn+1番目の変曲点までの変曲周期Tnとして求める。すなわち、2次電圧V2におけるk番目(ただしkはk<nを満たす自然数)の変曲点とk+1番目の変曲点との時間間隔を複数のkの値についてそれぞれ測定し、測定したkの値と各時間間隔との関係性を最小二乗法により求めて、その関係性から次の変曲周期Tを算出することができる。なお、本方法では短い演算周期の間に複雑な演算が必要になるため、最小二乗法には1次の相関を用いるのが適切である。
[Response to flow velocity change 1]
The calculation unit 382 in the ignition control unit 83 calculates an approximation line using the least squares method from the inflection period for each inflection point obtained in the past, and determines the next inflection period based on the approximation line. . Specifically, for example, in step S206 of FIG. 10, time intervals Ti(i = 1 to n-1) are calculated. In such a case, an approximate straight line 500 that approximates the relationship between points 501 to 507 is calculated by the method of least squares, and the value of point 508 on the approximate straight line 500 when i=n is the n-th inflection point. to the next (n+1)-th inflection point. That is, the time interval between the k-th (where k is a natural number satisfying k<n) and the k+1-th inflection point in the secondary voltage V2 is measured for a plurality of k values, and the measured k The relationship between the value and each time interval is obtained by the method of least squares, and the next inflection period T can be calculated from the relationship. Since this method requires complicated calculations in a short calculation cycle, it is appropriate to use a linear correlation for the least squares method.

[流速変化への対応2]
流速の変化が不規則な場合、上記の方法では次数が増えて演算負荷が高くなるため、実用的ではなくなる。このような場合には、過去に求めた変曲点ごとの変曲周期を加重平均することで、次回の変曲周期を求めることもできる。なお、本方法において加重平均する変曲周期のサンプル数が少ない場合には、各変曲周期の重み係数をサンプル数に合わせて変化させてもよい。例えば、サンプル数が2の場合、すなわち3番目までの変曲点を検知済みであり、算出部382がこれらの時間間隔を変曲周期T1,T2として算出済みである場合は、各変曲周期の重み係数を0.5とする。また、サンプル数が3の場合、すなわち4番目までの変曲点を検知済みであり、算出部382がこれらの時間間隔を変曲周期T1,T2,T3として算出済みである場合は、各変曲周期の重み係数を0.33にする。
さらに、各変曲周期の重み係数に差をつけてもよい。例えば、古い(順番が早い)変曲点の変曲周期ほど重み係数を小さくし、反対に新しい(順番が遅い)変曲点の変曲周期ほど重み係数を大きくすることができる。
[Response to flow velocity change 2]
If the flow velocity changes irregularly, the above method increases the number of orders and increases the computational load, making it impractical. In such a case, the next inflection period can be obtained by weighted averaging the inflection period for each inflection point obtained in the past. In this method, when the number of samples of the inflection period to be weighted and averaged is small, the weighting factor of each inflection period may be changed according to the number of samples. For example, if the number of samples is 2, that is, if up to three inflection points have already been detected, and the calculation unit 382 has already calculated these time intervals as inflection periods T1 and T2, each inflection period is set to 0.5. Further, when the number of samples is 3, that is, when up to four inflection points have already been detected and the calculation unit 382 has already calculated these time intervals as inflection periods T1, T2, and T3, each inflection point The weighting factor of the music cycle is set to 0.33.
Furthermore, a difference may be added to the weighting factor for each inflection period. For example, the inflection period of an older (earliest order) inflection point can be given a smaller weighting factor, and conversely, the weighting factor of a newer (slower order) inflection point can be given a larger weighting factor.

[流れの乱れへの対応1]
筒内流動のタンブル崩壊時には、電極間の流れの乱れが強くなり、電極起因以外の原因による2次電圧V2の変曲点が生じることがある。この場合、当該変曲点を変曲周期の算出対象から除外するために、点火制御部83内の算出部382において、変曲点検知部381が検知した各変曲点のうち、ステップS206で算出した直前の変曲点との時間間隔が予め定めた最小パルス幅(周期)未満の変曲点を、以降の処理対象から除外するようにしてもよい。なお、本方法では例えばデジタルフィルタを適用することができる。
[Response to flow turbulence 1]
When the in-cylinder flow tumble collapses, the turbulence of the flow between the electrodes becomes strong, and an inflection point of the secondary voltage V2 may occur due to a cause other than the electrode. In this case, in step S206, among the inflection points detected by the inflection point detection unit 381 in the calculation unit 382 in the ignition control unit 83, An inflection point whose time interval from the calculated immediately preceding inflection point is less than a predetermined minimum pulse width (period) may be excluded from subsequent processing. Note that, for example, a digital filter can be applied in this method.

[流れの乱れへの対応2]
また、デジタルフィルタの適用が困難な場合の簡易的な方法として、放電開始から予め定めた時間内または、予め定めた2次電圧V2、2次電流I2、3次電流I3、3次電圧V3(IGBTのVce)の範囲内では、変曲周期の算出結果に関わらず、点火信号SBを強制的にLowにしてもよい。このようにすれば、放電路の吹き消えが生じる可能性が低い状態での無駄なエネルギー消費を抑制することが可能になる。
[Response to flow turbulence 2]
Further, as a simple method when it is difficult to apply a digital filter, within a predetermined time from the start of discharge, or predetermined secondary voltage V2, secondary current I2, tertiary current I3, tertiary voltage V3 ( Within the range of Vce) of the IGBT, the ignition signal SB may be forcibly set to Low regardless of the calculation result of the inflection period. By doing so, it becomes possible to suppress wasteful energy consumption in a state in which the possibility of blowing out of the discharge path is low.

以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the embodiment of the present invention described above, the following effects are obtained.

(1)電子制御装置である制御装置1は、1次側にそれぞれ配置された主1次コイル310および副1次コイル360と、2次側に配置された2次コイル320とを備えた点火コイル300の通電を制御するものである。2次コイル320に発生する2次電圧V2において、主1次コイル310への点火信号SAを送信した時点を起点にn番目(ただしnは自然数)の変曲点が生じるタイミング(変曲点Dのタイミング)をn番目の変曲時点とし、n+1番目の変曲点が生じるタイミング(変曲点Eのタイミング)をn+1番目の変曲時点としたとき、n番目の変曲時点とn+1番目の変曲時点との間に2次電圧V2が第1の所定値(閾値V2_th)を超える場合に、副1次コイル360への点火信号SBを送信する。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200の電極摩耗を抑制することができる。また、運転状態によって変曲点の周期が変動するため、所定のタイミングで点火制御する場合に比べて種々の状態に対応することが可能であるとの利点もある。 (1) The control device 1, which is an electronic control device, has a main primary coil 310 and a sub primary coil 360 arranged on the primary side, respectively, and an ignition coil 320 arranged on the secondary side. It controls energization of the coil 300 . In the secondary voltage V2 generated in the secondary coil 320, the n-th (where n is a natural number) timing (inflection point D ) is the n-th point of inflection, and the timing at which the n+1-th point of inflection occurs (the timing of the point of inflection E) is the n+1-th point of inflection, the n-th point of inflection and the n+1-th point When the secondary voltage V2 exceeds a first predetermined value (threshold value V2_th) between the time of inflection and the inflection point, the ignition signal SB to the sub primary coil 360 is transmitted. Since this is done, it is possible to suppress electrode wear of the spark plug 200 in the internal combustion engine 100 while suppressing poor ignition of the gas by the spark plug 200 . In addition, since the period of the inflection point varies depending on the operating state, there is also the advantage that it is possible to cope with various states as compared with the case where ignition is controlled at a predetermined timing.

(2)副1次コイル360への点火信号SBは、副1次コイル360の一端に接続されるスイッチ素子であるイグナイタ350のオンオフを制御する信号である。制御装置1は、n番目の変曲時点とn+1番目の変曲時点との間でイグナイタ350をオンにし、n+1番目の変曲時点以降でイグナイタ350をオフにするように、副1次コイル360への点火信号を送信する。具体的には、2次電圧V2におけるk番目(ただしkはk<nを満たす自然数)の変曲点とk+1番目の変曲点から求めた変曲周期をTとし、副1次コイル360に対して予め定めた通電時間をPとしたとき、式(1)で表されるn番目の変曲時点tnからT-P経過後の時点を重ね放電開始時点thとして、この重ね放電開始時点thでイグナイタ350をオンにするように、副1次コイル360への点火信号SBを送信する(ステップS209、S210)。このようにしたので、2次電圧V2が一定以上となったときの次の変曲点のタイミングに合わせて、点火コイル300から点火プラグ200へ追加の電気エネルギーEが供給されるように、副1次コイル360に対する点火信号SBを送信することができる。したがって、電極の下流側において発生するカルマン渦の剥離に伴うガス圧力の周期的な変化による放電路の吹き消えが生じる確率を、効果的に低減することが可能となる。 (2) The ignition signal SB to the sub primary coil 360 is a signal for controlling on/off of the igniter 350 which is a switching element connected to one end of the sub primary coil 360 . The control device 1 turns on the igniter 350 between the n-th inflection point and the n+1-th inflection point, and turns off the igniter 350 after the n+1-th inflection point. to send an ignition signal to Specifically, T is the inflection period obtained from the k-th (where k is a natural number satisfying k<n) inflection point and the k+1-th inflection point in the secondary voltage V2, and the sub primary coil 360 On the other hand, when the predetermined energization time is P, the time after TP has passed from the n-th inflection time tn represented by Equation (1) is set as the superimposed discharge start time th, and this superimposed discharge start time th to turn on the igniter 350 at step S209, S210. Since this is done, additional electrical energy E is supplied from the ignition coil 300 to the spark plug 200 in time with the timing of the next inflection point when the secondary voltage V2 exceeds a certain level. An ignition signal SB to the primary coil 360 can be sent. Therefore, it is possible to effectively reduce the probability that the discharge path will blow out due to periodic changes in gas pressure associated with separation of Karman vortices generated downstream of the electrode.

(3)制御装置1は、変曲点検知部381と、算出部382と、予測部383とを備える。変曲点検知部381は、2次電圧V2の微分値dV2/dtが第2の所定値(閾値dV2/dt_th)を超えた場合に、2次電圧V2の変曲点として検知する(ステップS203)。算出部382は、変曲点検知部381が検知したk番目の変曲点とk+1番目の変曲点との時間間隔に基づいて、変曲周期Tを算出する(ステップS206)。予測部383は、算出部382が算出した変曲周期Tに基づいて、2次電圧V2においてk+2番目以降の変曲点が生じる時点を予測する(ステップS207)。このようにしたので、カルマン渦の剥離に伴うガス圧力の周期的な変化を反映して、次の変曲点のタイミングを確実に予測することができる。 (3) The control device 1 includes an inflection point detector 381 , a calculator 382 , and a predictor 383 . The inflection point detection unit 381 detects an inflection point of the secondary voltage V2 when the differential value dV2/dt of the secondary voltage V2 exceeds a second predetermined value (threshold dV2/dt_th) (step S203). ). The calculation unit 382 calculates the inflection period T based on the time interval between the kth inflection point and the k+1th inflection point detected by the inflection point detection unit 381 (step S206). Based on the inflection period T calculated by the calculation unit 382, the prediction unit 383 predicts the time points at which the k+2th and subsequent inflection points occur in the secondary voltage V2 (step S207). Since this is done, the timing of the next inflection point can be reliably predicted by reflecting the periodic change in the gas pressure that accompanies separation of the Karman vortices.

(4)算出部382は、複数のkの値について時間間隔をそれぞれ測定し、測定した各時間間隔に基づいて変曲周期Tを算出することができる。例えば、最小二乗法により求めたkの値と各時間間隔との関係性または各時間間隔の加重平均に基づいて、変曲周期Tを算出することができる。このようにすれば、ガスの流速変化や流れの乱れが無視できない場合であっても、副1次コイル360に対する点火信号SBの送信タイミングを適切に決定することができる。 (4) The calculator 382 can measure the time intervals for a plurality of k values and calculate the inflection period T based on each measured time interval. For example, the inflection period T can be calculated based on the relationship between the value of k obtained by the method of least squares and each time interval or the weighted average of each time interval. In this way, even if changes in gas flow velocity or turbulence in the flow cannot be ignored, the transmission timing of the ignition signal SB to the sub primary coil 360 can be appropriately determined.

(5)また算出部382は、変曲点検知部381が検知した複数の変曲点のうち、直前の変曲点との時間間隔が所定値未満の変曲点を除外して、変曲周期Tを算出することもできる。このようにすれば、電極間の流れの乱れが強くなり、電極起因以外の原因による2次電圧V2の変曲点が生じるような場合であっても、副1次コイル360に対する点火信号SBの送信タイミングを適切に決定することができる。 (5) The calculation unit 382 also excludes an inflection point whose time interval from the immediately preceding inflection point is less than a predetermined value from among the plurality of inflection points detected by the inflection point detection unit 381, The period T can also be calculated. In this way, even if the turbulence of the flow between the electrodes becomes strong and an inflection point of the secondary voltage V2 occurs due to a cause other than the electrodes, the ignition signal SB to the sub primary coil 360 is generated. The transmission timing can be appropriately determined.

(6)算出部382において変曲周期Tを算出する際には、k=n-1として、直近の変曲点とその前の変曲点との時間間隔から変曲周期Tを算出することができる。このようにすれば、気筒内での直近のガス状態を反映して、次の変曲点のタイミングに応じた変曲周期Tを容易かつ正確に算出することができる。 (6) When calculating the inflection period T in the calculation unit 382, k=n−1 and calculating the inflection period T from the time interval between the most recent inflection point and the previous inflection point. can be done. By doing so, it is possible to easily and accurately calculate the inflection period T according to the timing of the next inflection point, reflecting the most recent gas state in the cylinder.

(7)制御装置1は、2次電圧V2が重ね放電開始時点thよりも前に第1の所定値を超えた場合には、重ね放電開始時点thでイグナイタ350をオンにするように、副1次コイル360への点火信号SBを送信する(ステップS209、S210)。また、2次電圧V2が重ね放電開始時点thよりも後に第1の所定値を超えた場合には、2次電圧V2が第1の所定値を超えた時点でイグナイタ350をオンにするように、副1次コイル360への点火信号SBを送信する(ステップS209、S210)。このようにしたので、いずれの場合であっても、次の変曲点に応じた適切なタイミングで副1次コイル360から2次側コイル320への電気エネルギー供給を行うことができる。 (7) If the secondary voltage V2 exceeds the first predetermined value before the superimposed discharge start time th, the control device 1 turns on the igniter 350 at the superimposed discharge start time th. An ignition signal SB is transmitted to the primary coil 360 (steps S209, S210). Further, when the secondary voltage V2 exceeds the first predetermined value after the superimposed discharge start time th, the igniter 350 is turned on when the secondary voltage V2 exceeds the first predetermined value. , an ignition signal SB to the auxiliary primary coil 360 (steps S209, S210). Since it did in this way, even if it is any case, electric energy supply to the secondary side coil 320 from the sub primary coil 360 to the appropriate timing according to the next inflection point can be performed.

(8)制御装置1は、点火コイル300の2次側に発生する2次電圧V2における変曲点を検知し(ステップS203)、過去に変曲点を検知したタイミングに基づいて、次の変曲点のタイミングを予測する(ステップS207)。このようにしたので、カルマン渦の剥離に伴うガス圧力の周期的な変化を反映して、次の変曲点のタイミングを確実に予測することができる。 (8) The control device 1 detects an inflection point in the secondary voltage V2 generated on the secondary side of the ignition coil 300 (step S203), and determines the next inflection point based on the timing at which the inflection point was detected in the past. The timing of the curve point is predicted (step S207). Since this is done, the timing of the next inflection point can be reliably predicted by reflecting the periodic change in the gas pressure that accompanies separation of the Karman vortices.

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。 The embodiments and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired. Moreover, although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

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:電圧検知部、381:変曲点検知部、382:算出部、383:予測部、384:点火信号出力部、400,400C:電気回路 1: control device, 10: analog input section, 20: digital input section, 30: A/D conversion section, 40: RAM, 50: MPU, 60: ROM, 70: I/O port, 80: output circuit, 81 82: Fuel injection control unit 83: Ignition control unit 84: Cylinder determination unit 85: Angle information generation unit 86: Rotational speed information generation unit 87: Intake amount measurement unit 88: Load information Generation unit 89: Water temperature measurement unit 100: Internal combustion engine 110: Air cleaner 111: Intake pipe 112: Intake manifold 113: Throttle valve 113a: Throttle opening sensor 114: Flow rate sensor 115: Intake air temperature sensor , 120: ring gear, 121: crank angle sensor, 122: water temperature sensor, 123: crankshaft, 125: accelerator pedal, 126: accelerator position sensor, 130: fuel tank, 131: fuel pump, 132: pressure regulator, 133: Fuel pipe 134: Fuel injection valve 140: Combustion pressure sensor 150: Cylinder 151: Intake valve 152: Exhaust valve 160: Exhaust manifold 161: Three-way catalyst 162: Upstream air-fuel ratio sensor 163: Downstream air-fuel ratio sensor 170: Piston 200: Spark plug 210: Center electrode 220: Outer electrode 230: Insulator 300, 300C: Ignition coil 310: Main primary coil 320: Secondary coil , 330: DC power supply, 340, 350: igniter, 360: secondary primary coil, 370: voltage detection unit, 381: inflection point detection unit, 382: calculation unit, 383: prediction unit, 384: ignition signal output unit, 400, 400C: electric circuit

Claims (10)

1次側にそれぞれ配置された主1次コイルおよび副1次コイルと、2次側に配置された2次コイルとを備えた点火コイルの通電を制御する電子制御装置であって、
前記2次コイルに発生する2次電圧において、前記主1次コイルへの点火信号を送信した時点を起点にn番目(ただしnは自然数)の変曲点が生じるタイミングをn番目の変曲時点とし、n+1番目の変曲点が生じるタイミングをn+1番目の変曲時点としたとき、前記n番目の変曲時点と前記n+1番目の変曲時点との間に前記2次電圧が第1の所定値を超える場合に、前記副1次コイルへの点火信号を送信する電子制御装置。
An electronic control device for controlling energization of an ignition coil having a main primary coil and a sub primary coil arranged on the primary side and a secondary coil arranged on the secondary side,
In the secondary voltage generated in the secondary coil, the n-th inflection point is the timing at which the n-th (where n is a natural number) inflection point occurs from the point of time when the ignition signal to the main primary coil is transmitted. Assuming that the timing at which the (n+1)th inflection point occurs is the (n+1)th inflection point, the secondary voltage between the nth inflection point and the (n+1)th inflection point is the first predetermined An electronic controller that sends an ignition signal to the sub-primary coil when a value is exceeded.
請求項1に記載の電子制御装置において、
前記副1次コイルへの点火信号は、前記副1次コイルの一端に接続されるスイッチ素子のオンオフを制御する信号であり、
前記n番目の変曲時点と前記n+1番目の変曲時点との間で前記スイッチ素子をオンにし、前記n+1番目の変曲時点以降で前記スイッチ素子をオフにするように、前記副1次コイルへの点火信号を送信する電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 1,
The ignition signal to the sub primary coil is a signal for controlling on/off of a switch element connected to one end of the sub primary coil,
The auxiliary primary coil is turned on between the n-th inflection point and the n+1-th inflection point, and turned off after the n+1-th inflection point. electronic control unit that sends the ignition signal to
請求項2に記載の電子制御装置において、
前記2次電圧におけるk番目(ただしkはk<nを満たす自然数)の変曲点とk+1番目の変曲点から求めた変曲周期をTとし、前記副1次コイルに対して予め定めた通電時間をPとしたとき、前記n番目の変曲時点からT-P経過後の時点を重ね放電開始時点として、前記重ね放電開始時点で前記スイッチ素子をオンにするように、前記副1次コイルへの点火信号を送信する電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 2,
Let T be an inflection period obtained from the k-th (where k is a natural number satisfying k<n) inflection point and the k+1-th inflection point in the secondary voltage, and is predetermined for the sub primary coil Assuming that the energization time is P, the time point after TP has passed from the n-th inflection point is set as the overlapped discharge start point, and the secondary primary is turned on at the overlapped discharge start point. An electronic control unit that sends the ignition signal to the coil.
請求項3に記載の電子制御装置において、
前記2次電圧の微分値が第2の所定値を超えた場合に、前記2次電圧の変曲点として検知する変曲点検知部と、
前記変曲点検知部が検知した前記k番目の変曲点と前記k+1番目の変曲点との時間間隔に基づいて、前記変曲周期Tを算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記変曲周期Tに基づいて、前記2次電圧においてk+2番目以降の変曲点が生じる時点を予測する予測部と、を備える電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 3,
an inflection point detection unit that detects an inflection point of the secondary voltage when the differential value of the secondary voltage exceeds a second predetermined value;
a calculation unit that calculates the inflection period T based on the time interval between the k-th inflection point detected by the inflection point detection unit and the k+1-th inflection point;
an electronic control unit, comprising: a predicting unit that predicts a point in time at which a k+2-th or later inflection point occurs in the secondary voltage, based on the inflection period T calculated by the calculating unit.
請求項4に記載の電子制御装置において、
前記算出部は、複数のkの値について前記時間間隔をそれぞれ測定し、測定した各時間間隔に基づいて前記変曲周期Tを算出する電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 4,
The electronic control unit, wherein the calculator measures the time intervals for a plurality of values of k and calculates the inflection period T based on each of the measured time intervals.
請求項5に記載の電子制御装置において、
前記算出部は、最小二乗法により求めた前記kの値と各時間間隔との関係性または各時間間隔の加重平均に基づいて、前記変曲周期Tを算出する電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 5,
The calculator calculates the inflection period T based on the relationship between the k value obtained by the least squares method and each time interval or a weighted average of each time interval.
請求項4に記載の電子制御装置において、
前記算出部は、前記変曲点検知部が検知した複数の変曲点のうち、直前の変曲点との時間間隔が所定値未満の変曲点を除外して、前記変曲周期Tを算出する電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 4,
The calculation unit calculates the inflection period T by excluding an inflection point whose time interval from the immediately preceding inflection point is less than a predetermined value from among the plurality of inflection points detected by the inflection point detection unit. Electronic controller that calculates.
請求項3に記載の電子制御装置において、
k=n-1である電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 3,
An electronic controller with k=n−1.
請求項3に記載の電子制御装置において、
前記2次電圧が前記重ね放電開始時点よりも前に前記第1の所定値を超えた場合には、前記重ね放電開始時点で前記スイッチ素子をオンにするように、前記副1次コイルへの点火信号を送信し、
前記2次電圧が前記重ね放電開始時点よりも後に前記第1の所定値を超えた場合には、前記2次電圧が前記第1の所定値を超えた時点で前記スイッチ素子をオンにするように、前記副1次コイルへの点火信号を送信する電子制御装置。
In the electronic control device according to claim 3,
When the secondary voltage exceeds the first predetermined value before the start of the superimposed discharge, the switch element is turned on at the start of the superimposed discharge. send an ignition signal,
When the secondary voltage exceeds the first predetermined value after the start of the superimposed discharge, the switch element is turned on when the secondary voltage exceeds the first predetermined value. , an electronic control unit that transmits an ignition signal to the secondary primary coil.
点火コイルの2次側に発生する2次電圧における変曲点を検知し、
前回の前記変曲点を検知したタイミングと、今回の前記変曲点を検知したタイミングとに基づいて、前記変曲点の周期を算出し、
算出した前記変曲点の周期に基づいて、次の前記変曲点のタイミングを予測する電子制御装置。
Detecting an inflection point in the secondary voltage generated on the secondary side of the ignition coil,
calculating the period of the inflection point based on the timing at which the previous inflection point was detected and the timing at which the current inflection point was detected ;
An electronic control unit for predicting the timing of the next inflection point based on the calculated period of the inflection point.
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