WO2014112197A1 - 内燃機関の点火装置および点火方法 - Google Patents

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泰介 白石
一央 渡辺
岡本　慎一
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日産自動車株式会社
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    • F02P5/1516—Digital data processing using one central computing unit with means relating to exhaust gas recirculation, e.g. turbo

Definitions

  • the present invention relates to an ignition device and an ignition method for an internal combustion engine using an ignition coil including a primary coil and a secondary coil.
  • a primary discharge current is applied to the primary coil, and then the primary current is cut off at a predetermined ignition timing, thereby generating a high discharge voltage in the secondary coil and A discharge is generated between the electrodes of the connected spark plug.
  • the discharge voltage and discharge energy generated in the secondary coil basically correspond to the energization time to the primary coil.
  • Patent Document 1 discloses a technique for applying a superimposed voltage by another booster circuit to a spark plug in the discharge period after the ignition timing in order to increase the discharge period and obtain reliable ignition. In this case, after the discharge between the electrodes is started by the secondary voltage by the ignition coil, the discharge current is continued by the overlap voltage, and a larger amount of energy is given to the air-fuel mixture.
  • the energization time to the primary coil that affects the discharge energy is generally determined by the engine rotation speed, and the energization time becomes longer at lower speeds.
  • the energization time is lengthened in a high load region. It is disclosed that the energization time is shortened in the low load region.
  • Patent Document 2 merely discloses that the energization time to the primary coil is different between the high load region and the low load region, and there is no description regarding the temperature rise of the ignition unit.
  • An object of the present invention is to improve the ignition performance by supplying a superposed voltage while suppressing the temperature rise of the ignition unit.
  • the present invention provides an ignition device for an internal combustion engine in which a discharge voltage is generated between electrodes of an ignition plug connected to a secondary coil by passing and interrupting a primary current to the primary coil of the ignition coil.
  • a discharge voltage is generated between electrodes of an ignition plug connected to a secondary coil by passing and interrupting a primary current to the primary coil of the ignition coil.
  • an overlap voltage generation circuit for applying a overlap voltage in the same direction as the discharge voltage between the electrodes of the spark plug to continue the discharge current, and the overlap voltage generation circuit is in a specific engine operating condition. While supplying the superposed voltage, the energization time to the primary coil set in accordance with the engine rotational speed is made relatively shorter when the superposed voltage is supplied than when the superposed voltage is not supplied.
  • the temperature increase of the ignition unit is suppressed by shortening the energization time to the primary coil when the overlap voltage is supplied.
  • the energization time to the primary coil correlates with the discharge voltage and the discharge energy generated in the secondary coil, but when supplying the overlap voltage, the discharge current is continued by supplying the overlap voltage after the start of discharge. It is only necessary to secure a discharge voltage that causes dielectric breakdown between the electrodes of the spark plug.
  • the energization time to the primary coil is shortened only in the region on the high rotation side in the rotation speed / load region where the superimposed voltage is supplied. You may do it.
  • the ignition performance can be improved by supplying the overlap voltage, and at the same time, the excessive temperature rise of the ignition unit accompanying the supply of the overlap voltage can be avoided.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing an operation region in which EGR introduction and overlap voltage supply are performed in the second embodiment, where (A) is a characteristic diagram after warming up, and (B) is a characteristic diagram when not warming up.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing an operation region in which lean combustion and superimposed voltage supply are performed in the third embodiment, wherein (A) is a characteristic diagram after warming up, and (B) is a characteristic diagram when not warming up.
  • the flowchart of a 3rd Example Explanatory drawing of the structure of the internal combustion engine in a 4th Example.
  • FIG. 10 is a characteristic diagram showing an operation region in which mirror cycle combustion and superposed voltage supply are performed in the fourth embodiment, where (A) is a characteristic diagram after warming up, and (B) is a characteristic diagram when not warming up.
  • A is a characteristic diagram after warming up
  • B is a characteristic diagram when not warming up.
  • FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a system configuration of an internal combustion engine 1 provided with an ignition device according to the present invention, wherein a piston 3 is disposed in each of a plurality of cylinders 2 of the internal combustion engine 1, An intake port 5 that is opened and closed by the intake valve 4 and an exhaust port 7 that is opened and closed by the exhaust valve 6 are connected to each other.
  • a fuel injection valve 8 is provided for injecting and supplying fuel into the cylinder.
  • the fuel injection timing and fuel injection amount of the fuel injection valve 8 are controlled by an engine control unit (ECU) 10.
  • ECU engine control unit
  • a spark plug 9 is disposed at the center of the ceiling surface, for example.
  • the illustrated example is configured as an in-cylinder direct injection internal combustion engine, but a port injection configuration in which a fuel injection valve is disposed in the intake port 5 may be used.
  • the engine control unit 10 receives detection signals from a number of sensors such as an air flow meter 21 that detects the intake air amount, a crank angle sensor 22 that detects the engine speed, and a temperature sensor 23 that detects the coolant temperature. Has been.
  • the ignition plug 9 is connected to an ignition unit 11 that outputs a discharge voltage to the ignition plug 9 in response to an ignition signal from the engine control unit 10. Further, an overlap voltage control unit 12 is provided for controlling the overlap voltage by the ignition unit 11 in response to the overlap voltage request signal from the engine control unit 10.
  • the engine control unit 10, the ignition unit 11, and the overlap voltage control unit 12 are connected to an in-vehicle 14-volt battery 13.
  • the ignition unit 11 controls the ignition coil 15 including the primary coil 15a and the secondary coil 15b, and energization / cutoff of the primary current to the primary coil 15a of the ignition coil 15.
  • the ignition plug 16 is connected to the secondary coil 15 b of the ignition coil 15.
  • the ignition plug 15 is connected to the secondary coil 15 b of the ignition coil 15.
  • the overlap voltage generation circuit 17 boosts the voltage of the battery 13 to a predetermined overlap voltage, and then overlaps the spark plug 9 after starting the discharge of the spark plug 9 based on the control signal of the overlap voltage control unit 12. Output voltage.
  • the superimposed voltage generation circuit 17 generates a superimposed voltage in the direction of the same potential as the original discharge voltage generated between the electrodes of the spark plug 9 when the primary current to the primary coil 15a is interrupted.
  • FIG. 4 illustrates changes in the secondary current (discharge current) depending on the presence or absence of a superposed voltage.
  • the primary current primary coil energization signal
  • superposed voltage The waveforms of voltage and secondary current are collectively shown.
  • a primary current is passed through the primary coil 15a of the ignition coil 15 through the igniter 16 for a predetermined energization time TDWL.
  • a high discharge voltage is generated in the secondary coil 15b, and a discharge is generated between the electrodes of the spark plug 9 with dielectric breakdown of the air-fuel mixture.
  • the secondary current flowing between the electrodes decreases relatively abruptly in the form of a triangular wave with the passage of time from the start of discharge.
  • the supply of the overlap voltage is started almost simultaneously with the interruption of the primary current, and a constant overlap voltage is superimposed for a predetermined period.
  • the secondary current continues at a high level for a relatively long period from the start of discharge.
  • the overlap voltage is supplied in a region below a certain rotational speed Ne1 and below a certain load. This region corresponds to a region having relatively poor ignitability, and the ignitability is improved by supplying the overlap voltage. In the other regions on the high rotation side and the region on the high load side, the superimposed voltage is not supplied.
  • the energization time TDWL to the primary coil 15a is appropriately controlled according to whether or not the overlap voltage is supplied.
  • FIG. 6 shows a flowchart for switching the energization time TDWL.
  • step 1 the rotational speed and load of the internal combustion engine 1 are read.
  • step 2 the rotational speed and load are overlapped as shown in FIG. It is determined whether or not it is within the voltage supply region. If it is an operation region in which the superposed voltage is supplied, the energization time TDWLON for supplying the superposed voltage is selected as the energization time TDWL to the primary coil 15a (step 3). Then, the energization time TDWLOFF for the non-supplying of the overlap voltage is selected (step 4).
  • FIG. 7 shows the characteristics of the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage and the energization time TDWLOFF for not supplying the overlap voltage. As shown in the figure, these are all determined based on the rotational speed of the internal combustion engine 1, and basically have a characteristic that the higher the rotational speed, the shorter.
  • the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage is set to a characteristic shorter than the energization time TDWLOFF for not supplying the overlap voltage by a certain amount.
  • a table of energization time TDWLON for supplying superimposed voltage and a table of energizing time TDWLOFF for supplying no superimposed voltage may be provided individually, or Only the energization time TDWLOFF table for supplying the superimposed voltage may be provided, and the value read from the table may be corrected to obtain the energization time TDWLON for supplying the superimposed voltage.
  • the energization time TDWL to the primary coil 15a is relatively shortened, whereby the temperature rise of the ignition unit 11 accompanying the supply of the overlap voltage is suppressed.
  • the secondary current period and thus the discharge energy given to the mixture depends on the length of the energization time to the primary coil 15a.
  • the secondary current is continued by the overlap voltage, and a large discharge energy is given. Therefore, although the energization time that can cause dielectric breakdown is at least necessary, the energization time beyond that is not particularly necessary.
  • FIG. 8 shows another example of the characteristic of the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage.
  • the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage is not supplied with the overlap voltage. It is the same as the current energizing time TDWLOFF. That is, in the overlap voltage supply region, the energization time TDWLON is shorter than the energization time TDWLOFF for non-supply only in a region where the rotational speed is Ne2 or higher. This is because the temperature increase of the ignition unit 11 is not a problem in the low rotation side region.
  • an exhaust gas recirculation device 31 including an exhaust gas recirculation passage 32 and an exhaust gas recirculation control valve 33 from the exhaust system to the intake system is provided in order to improve the fuel consumption rate.
  • EGR recirculated exhaust gas
  • introduction of a relatively large amount of recirculated exhaust gas (EGR) into the combustion chamber can improve the fuel consumption rate by reducing pumping loss.
  • the ignitability by the spark plug 9 decreases. Therefore, in this embodiment, when the EGR is introduced, a superposed voltage is simultaneously supplied to ensure ignition performance.
  • EGR is introduced when the internal combustion engine 1 is not warmed up, the combustion becomes unstable. Therefore, when the engine temperature such as the coolant temperature detected by the temperature sensor 23 or the lubricating oil temperature detected by an oil temperature sensor (not shown) is less than a predetermined threshold (Tmin), the introduction of EGR is prohibited.
  • FIG. 10A shows an EGR introduction region (this simultaneously becomes a superimposed voltage supply region) in a warm-up state where the engine temperature (oil temperature) is equal to or higher than Tmin.
  • EGR introduction is performed and an overlap voltage is supplied in a region below a certain rotational speed and below a certain load. In other regions on the high rotation side and in the region on the high load side, introduction of EGR is prohibited and supply of the overlap voltage is not performed.
  • FIG. 10B shows an unwarmed state where the engine temperature is lower than Tmin. In this case, the introduction of EGR is prohibited regardless of the rotational speed and load, and the overvoltage is also supplied. Absent. That is, in the internal combustion engine 1 of this embodiment, the first combustion mode without EGR introduction and the second combustion mode with EGR introduction are switched based on the temperature condition of the internal combustion engine 1.
  • FIG. 11 shows a flowchart in the second embodiment.
  • step 11 the rotational speed, load and temperature (water temperature and oil temperature) of the internal combustion engine 1 are read.
  • step 12 the engine temperature is equal to or higher than the threshold value Tmin. It is determined whether or not. If it is equal to or greater than Tmin, it is determined in step 13 whether or not the rotation speed / load is within the EGR introduction region (overlapping voltage supply region) shown in FIG.
  • the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage is selected as the energization time TDWL to the primary coil 15a (step 14), and supply of the overlap voltage and introduction of EGR are executed (steps 15 and 16). ).
  • step 17 selects the energization time TDWLOFF for the non-supply of overlap voltage and supply of overlap voltage And EGR introduction is turned off (steps 18 and 19).
  • the characteristics of the energization time TDWLOFF for supplying no overlap voltage and the energization time TDWLON for supplying overlap voltage are the same as those shown in FIG. 7 or FIG. That is, it has a characteristic that basically, the higher the engine rotation speed, the shorter the time.
  • the overlap voltage supply is applied over the entire rotation speed of the overlap voltage supply area (EGR introduction area).
  • the energization time TDWLON is set to be shorter than the energization time TDWLOFF for when no overlap voltage is supplied. In the example of FIG.
  • the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage is shorter than the energization time TDWLOFF for not supplying the overlap voltage only in the high-rotation side region in the overlap voltage supply region (EGR introduction region). Is set.
  • a so-called external exhaust gas recirculation device including the exhaust gas recirculation passage 32 is used for introducing EGR.
  • the so-called internal exhaust gas control by controlling the valve overlap amount between the intake valve 4 and the exhaust valve 6 is used.
  • the present invention can be similarly applied when EGR introduction is performed by exhaust gas recirculation control.
  • FIG. 12 shows a lean combustion region (this simultaneously becomes a superimposed voltage supply region) in a warm-up state where the engine temperature (oil water temperature) is equal to or higher than Tmin.
  • the warm-up is completed, lean combustion is performed and an overlap voltage is supplied in a region below a certain rotational speed and below a certain load.
  • combustion is performed at the stoichiometric air-fuel ratio, and the overlap voltage is not supplied.
  • FIG. 12B shows an unwarmed state where the engine temperature is lower than Tmin.
  • lean combustion is prohibited regardless of the rotational speed and load, and combustion at the stoichiometric air-fuel ratio is performed.
  • no overlap voltage is supplied. That is, in the internal combustion engine 1 of this embodiment, based on the temperature condition of the internal combustion engine 1, a first combustion mode that performs combustion at the stoichiometric air-fuel ratio and a second combustion mode that performs lean combustion by stratified charge or the like Can be switched to.
  • FIG. 13 shows a flowchart in the third embodiment.
  • step 21 the rotational speed, load and temperature (water temperature and oil temperature) of the internal combustion engine 1 are read.
  • step 22 the engine temperature is equal to or higher than a threshold value Tmin. It is determined whether or not. If it is equal to or greater than Tmin, it is determined in step 23 whether or not the rotational speed / load is within the lean combustion region (superimposed voltage supply region) shown in FIG.
  • the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage is selected as the energization time TDWL to the primary coil 15a (step 24), and the overlap voltage supply and lean combustion are executed (steps 25 and 26). ).
  • step 27 If the engine temperature is lower than Tmin in step 22 and if it is determined that the engine is outside the lean combustion region in step 23, the process proceeds to step 27, the energization time TDWLOFF for supplying no overlap voltage is selected, and the overlap voltage is turned off. And combustion at stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric combustion) is executed (steps 28 and 29).
  • the characteristics of the energization time TDWLOFF for supplying no overlap voltage and the energization time TDWLON for supplying overlap voltage are the same as those shown in FIG. 7 or FIG.
  • the internal combustion engine 1 has a variable valve mechanism 41 that can change the closing timing of the intake valve 4. It has.
  • a so-called early closing mirror cycle in which the intake valve closing timing is greatly advanced from the bottom dead center or a so-called delay in which the intake valve closing timing is significantly retarded from the bottom dead center.
  • the fuel consumption rate can be improved by the mirror cycle combustion in the closed mirror cycle.
  • the overlap voltage is supplied simultaneously. This Miller cycle combustion also causes instability of combustion when the temperature of the internal combustion engine 1 is low and is not warmed up. Therefore, mirror cycle combustion and superposed voltage supply are not executed in the unwarmed state.
  • FIG. 15A shows a mirror cycle combustion region (which simultaneously becomes a superimposed voltage supply region) in a warm-up state in which the engine temperature (oil temperature) is equal to or higher than Tmin.
  • the mirror cycle combustion is performed and the superposed voltage is supplied in a region below a certain rotational speed and below a certain load.
  • non-mirror cycle combustion is performed with the intake valve closing timing near the bottom dead center, and no overlap voltage is supplied.
  • FIG. 15B shows an unwarmed state in which the engine temperature is lower than Tmin.
  • mirror cycle combustion is prohibited regardless of the rotational speed and load, and the intake valve closing timing falls to the bottom.
  • Non-mirror cycle combustion is performed near the point, and no superposition voltage is supplied. That is, in the internal combustion engine 1 of this embodiment, based on the temperature condition of the internal combustion engine 1, the first combustion mode in which normal combustion is performed with the intake valve close timing near the bottom dead center and the intake valve close timing are closed early. Or it switches to the 2nd combustion form which performs mirror cycle combustion by late closing.
  • FIG. 16 shows a flowchart in the fourth embodiment.
  • step 31 the rotational speed, load and temperature (water temperature and oil temperature) of the internal combustion engine 1 are read.
  • step 32 the engine temperature is equal to or higher than a threshold value Tmin. It is determined whether or not. If it is equal to or greater than Tmin, it is determined in step 33 whether or not the rotational speed and load are within the mirror cycle combustion region (superimposed voltage supply region) shown in FIG.
  • the energization time TDWLON for supplying the overlap voltage is selected as the energization time TDWL to the primary coil 15a (step 34), and the supply of the overlap voltage and mirror cycle combustion are executed (step 35). 36).
  • step 37 the energization time TDWLOFF for the non-supplying of the overlapping voltage is selected, and the overlapping voltage is set. While turning OFF, non-mirror cycle combustion is executed (steps 28 and 29).
  • the characteristics of the energization time TDWLOFF for supplying no overlap voltage and the energization time TDWLON for supplying overlap voltage are the same as those shown in FIG. 7 or FIG.

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Abstract

　点火ユニット（１１）は、点火プラグ（９）の電極間に放電電圧と同方向の重ね電圧を重畳する重ね電圧生成回路（１７）を有し、ある回転速度以下でかつある負荷以下の運転領域において、重ね電圧の供給を行う。一次コイル（１５ａ）への通電時間は、基本的に機関回転速度に応じて設定されるが、重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮは、重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦよりも短く設定される。従って、重ね電圧の供給に伴う点火ユニット（１１）の温度上昇が抑制される。

Description

内燃機関の点火装置および点火方法
　この発明は、一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルを用いた内燃機関の点火装置および点火方法に関する。
　点火コイルを用いた点火装置にあっては、一次コイルに一次電流を通電した後、所定の点火時期に一次電流を遮断することで、二次コイルに高い放電電圧を生成し、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電を生じさせる。二次コイルに生じる放電電圧ならびに放電エネルギは、基本的には一次コイルへの通電時間に応じたものとなる。
　特許文献１には、放電期間を長くして確実な着火を得るために、点火時期後の放電期間に重ねて、別の昇圧回路による重ね電圧を点火プラグに与える技術が開示されている。このものでは、点火コイルによる二次電圧によって電極間の放電が開始した後、重ね電圧によって放電電流が継続され、より大きなエネルギが混合気に与えられる。
　また、放電エネルギを左右する一次コイルへの通電時間は、一般には機関回転速度によって定められ、低速であるほど通電時間が長くなるが、特許文献２には、高負荷領域では通電時間を長くし、低負荷領域では通電時間を短くすることが開示されている。
　しかしながら、特許文献１に開示されているような重ね電圧の供給は、点火性能の上では有用であるが、点火コイルを含む点火ユニット内の重ね電圧生成回路の発熱により該ユニットが温度上昇する、という問題がある。特に、高回転領域において、点火ユニットの温度上昇が懸念され、従って、高回転領域では重ね電圧の供給を行うことができず、あるいは点火ユニットとして高い耐熱性を確保する必要が生じる。
　なお、特許文献２は、高負荷領域と低負荷領域とで一次コイルへの通電時間を異ならせることを開示しているに過ぎず、点火ユニットの温度上昇に関する記載はない。
特許第２５５４５６８号公報 特開２０１２－１３６９６５号公報
　本発明の目的は、点火ユニットの温度上昇を抑制しつつ重ね電圧の供給による点火性能の向上を図ることにある。
　この発明は、点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火装置において、上記二次コイルによる放電開始後に上記点火プラグの電極間に上記放電電圧と同方向の重ね電圧を加えて放電電流を継続させる重ね電圧生成回路を有し、特定の機関運転条件のときに上記重ね電圧生成回路による重ね電圧の供給を行うとともに、機関回転速度に応じて設定される一次コイルへの通電時間を、重ね電圧の非供給時に比べて重ね電圧の供給時には相対的に短くするようにしたものである。
　このように重ね電圧の供給時に一次コイルへの通電時間を短くすることで、点火ユニットの温度上昇が抑制される。一次コイルへの通電時間は、二次コイルに生じる放電電圧ならびに放電エネルギに相関するが、重ね電圧の供給を行う場合には、放電開始後は重ね電圧の供給によって放電電流が継続されるので、点火プラグの電極間で絶縁破壊が生じる放電電圧を確保できれば足りる。
　なお、点火ユニットの温度上昇は特に高回転領域で問題となるため、重ね電圧の供給を行う回転速度・負荷の領域の中で、高回転側の領域でのみ一次コイルへの通電時間を短くするようにしてもよい。
　この発明によれば、重ね電圧の供給によって点火性能の向上が図れると同時に、重ね電圧の供給に伴う点火ユニットの過度の温度上昇を回避することができる。
この発明の一実施例の点火装置を備えた内燃機関の構成説明図。 点火装置の構成を示す構成説明図。 その要部を示す構成説明図。 重ね電圧の非供給時および供給時における二次電圧等の波形図。 第１の実施例において重ね電圧の供給を行う運転領域を示した特性図。 第１の実施例のフローチャート。 重ね電圧供給時の一次コイルへの通電時間の特性を示す特性図。 重ね電圧供給時の一次コイルへの通電時間の特性の他の例を示す特性図。 第２の実施例における内燃機関の構成説明図。 第２の実施例においてＥＧＲ導入と重ね電圧供給とを行う運転領域を示した特性図であって、（Ａ）は暖機後の特性図、（Ｂ）は未暖機時の特性図。 第２の実施例のフローチャート。 第３の実施例においてリーン燃焼と重ね電圧供給とを行う運転領域を示した特性図であって、（Ａ）は暖機後の特性図、（Ｂ）は未暖機時の特性図。 第３の実施例のフローチャート。 第４の実施例における内燃機関の構成説明図。 第４の実施例においてミラーサイクル燃焼と重ね電圧供給とを行う運転領域を示した特性図であって、（Ａ）は暖機後の特性図、（Ｂ）は未暖機時の特性図。 第４の実施例のフローチャート。
　以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、この発明に係る点火装置を備えた内燃機関１のシステム構成を示す構成説明図であって、内燃機関１の複数のシリンダ２の各々には、ピストン３が配置されているとともに、吸気弁４によって開閉される吸気ポート５および排気弁６によって開閉される排気ポート７がそれぞれ接続されている。また、筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁８が配置されている。この燃料噴射弁８の燃料噴射時期および燃料噴射量は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０によって制御される。そして、上記燃料噴射弁８によって筒内に生成された混合気の点火を行うために、例えば天井面中央に点火プラグ９が配置されている。なお、図示例は、筒内直接噴射式内燃機関として構成されているが、吸気ポート５に燃料噴射弁を配置したポート噴射型の構成であってもよい。上記エンジンコントロールユニット１０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２１、機関回転速度を検出するクランク角センサ２２、冷却水温を検出する温度センサ２３、などの多数のセンサ類からの検出信号が入力されている。
　上記点火プラグ９には、エンジンコントロールユニット１０からの点火信号に応答して点火プラグ９に放電電圧を出力する点火ユニット１１が接続されている。また、エンジンコントロールユニット１０からの重ね電圧要求信号に応答して点火ユニット１１による重ね電圧を制御する重ね電圧制御ユニット１２が設けられている。これらのエンジンコントロールユニット１０、点火ユニット１１、および重ね電圧制御ユニット１２は、車載の１４ボルトのバッテリ１３に接続されている。
　上記点火ユニット１１は、図２，図３に詳細を示すように、一次コイル１５ａおよび二次コイル１５ｂを含む点火コイル１５と、この点火コイル１５の一次コイル１５ａに対する一次電流の通電・遮断を制御するイグナイタ１６と、昇圧回路を含む重ね電圧生成回路１７と、を含んでおり、上記点火コイル１５の二次コイル１５ｂに点火プラグ９が接続されている。重ね電圧生成回路１７は、バッテリ１３の電圧を所定の重ね電圧の電圧まで昇圧した上で、重ね電圧制御ユニット１２の制御信号に基づいて、点火プラグ９の放電開始後に該点火プラグ９に対し重ね電圧を出力する。なお、重ね電圧生成回路１７は、一次コイル１５ａへの一次電流遮断時に点火プラグ９の電極間に生じる本来の放電電圧と同じ電位の方向に重ね電圧を生成する。
　図４は、重ね電圧の有無による二次電流（放電電流）の変化を説明するものであり、重ね電圧の非供給時と供給時について、一次電流（一次コイル通電信号）、重ね電圧、二次電圧、二次電流、のそれぞれの波形をまとめて図示している。
　重ね電圧の非供給時には、一般的な点火装置と同様の作用となる。すなわち、点火コイル１５の一次コイル１５ａに、イグナイタ１６を介して所定の通電時間ＴＤＷＬの間、一次電流が通電される。この一次電流の遮断に伴って、二次コイル１５ｂには高い放電電圧が発生し、混合気の絶縁破壊を伴って点火プラグ９の電極間で放電が生じる。そして、電極間に流れる二次電流は、放電開始から時間経過に伴って三角波状に比較的急激に減少していく。
　これに対し、重ね電圧の供給時には、一次電流の遮断とほぼ同時に重ね電圧の供給が開始され、かつ所定の期間、一定の重ね電圧が重畳される。これにより、図示するように、放電開始から比較的長い期間、二次電流が高いレベルで継続する。
　本発明の第１の実施例においては、内燃機関１の負荷および回転速度から定まる運転領域によって、重ね電圧を供給するか否かが決定される。図５に示すように、ある回転速度Ｎｅ１以下でかつある負荷以下の領域において、重ね電圧が供給される。この領域は、比較的着火性が悪い領域に相当し、重ね電圧の供給によって、その着火性が改善される。それ以外の高回転側の領域および高負荷側の領域では、重ね電圧の供給は行わない。
　ここで、本実施例では、重ね電圧の供給に伴う点火ユニット１１の温度上昇を抑制するために、一次コイル１５ａへの通電時間ＴＤＷＬが重ね電圧の供給の有無に応じて適切に制御される。
　図６は、この通電時間ＴＤＷＬの切換を行うためのフローチャートを示しており、ステップ１で内燃機関１の回転速度と負荷とを読み込み、ステップ２でこの回転速度・負荷が図５に示した重ね電圧供給領域内であるか否かを判定する。重ね電圧の供給を行う運転領域であれば、一次コイル１５ａへの通電時間ＴＤＷＬとして重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮを選択し（ステップ３）、重ね電圧の供給を行わない運転領域であれば、重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦを選択する（ステップ４）。
　図７は、上記の重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮおよび重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦの特性を示している。図示するように、これらはいずれも内燃機関１の回転速度に基づいて決定され、基本的に、回転速度が高いほど短くなる特性を有している。そして、重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮは、重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦよりも一定量だけ短い特性に設定されている。なお、回転速度に対し値を割り付けたテーブルとして、重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮのテーブルと重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦのテーブルとを個々に具備していてもよく、あるいは、重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦのテーブルのみを具備し、ここから読み出した値を補正することで重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮを得るようにしてもよい。
　このように重ね電圧の供給時に一次コイル１５ａへの通電時間ＴＤＷＬを相対的に短くすることで、重ね電圧の供給に伴う点火ユニット１１の温度上昇が抑制される。なお、図４に示したように、重ね電圧の供給を行わない場合は、二次電流の期間ひいては混合気に与えられる放電エネルギは一次コイル１５ａへの通電時間の長さに依存するが、重ね電圧の供給を行う場合には、重ね電圧によって二次電流が継続され、大きな放電エネルギが与えられる。従って、絶縁破壊を生じ得る通電時間は最低限必要であるものの、それ以上の通電時間は特に必要がない。一方、重ね電圧の供給を行わないときには、一次コイル１５ａへの通電時間ＴＤＷＬが相対的に長く与えられることとなり、放電エネルギが大となる。従って、本実施例では、点火ユニット１１の温度上昇を回避しつつ機関運転領域の全域で高い点火性能が得られる。
　また、図８は、重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮの特性の他の例を示している。図示するように、この例では、回転速度・負荷が重ね電圧供給領域内であっても、ある回転速度Ｎｅ２よりも低い低回転領域では、重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮは重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦと同一である。つまり、重ね電圧供給領域の中で、回転速度がＮｅ２以上の領域でのみ通電時間ＴＤＷＬＯＮが非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦよりも短くなる。これは、低回転側の領域では、点火ユニット１１の温度上昇がそれほど問題とならないことを考慮したものである。
　次に、図９～図１１に基づいて、本発明の第２の実施例を説明する。この実施例では、図９に示すように、燃料消費率の向上のために、排気系から吸気系に至る排気還流通路３２および排気還流制御弁３３を含む排気還流装置３１を備えている。当業者には知られているように、燃焼室内に比較的大量の還流排気（ＥＧＲ）の導入を行うことで、ポンピングロスの低減などによる燃料消費率の向上が得られるが、その反面、ＥＧＲ導入に伴い、点火プラグ９による着火性が低下する。そこで、本実施例では、ＥＧＲ導入時に、点火性能確保のために、同時に重ね電圧の供給を行う。また、内燃機関１の未暖機時にＥＧＲ導入を行うと、燃焼が不安定化する。従って、温度センサ２３によって検出される冷却水温あるいは図示しない油温センサによって検出される潤滑油温などの機関温度が所定の閾値（Ｔｍｉｎ）未満の場合は、ＥＧＲ導入が禁止される。
　図１０の（Ａ）は、機関温度（油水温）がＴｍｉｎ以上の暖機状態におけるＥＧＲ導入領域（これは同時に重ね電圧供給領域となる）を示しており、図示するように、内燃機関１の暖機が完了した状態では、ある回転速度以下でかつある負荷以下の領域において、ＥＧＲ導入が行われ、かつ重ね電圧の供給が行われる。それ以外の高回転側の領域および高負荷側の領域では、ＥＧＲ導入は禁止され、かつ重ね電圧の供給も行われない。
　図１０の（Ｂ）は、機関温度がＴｍｉｎ未満の未暖機状態を示しており、この場合には、回転速度・負荷によらずにＥＧＲ導入が禁止され、かつ重ね電圧の供給も行われない。つまり、この実施例の内燃機関１においては、内燃機関１の温度条件に基づき、ＥＧＲ導入を伴わない第１の燃焼形態とＥＧＲ導入を伴う第２の燃焼形態とに切り換えられる。
　図１１は、この第２の実施例におけるフローチャートを示しており、ステップ１１で内燃機関１の回転速度、負荷および温度（水温や油温）を読み込み、ステップ１２で機関温度が閾値Ｔｍｉｎ以上であるか否かを判定する。Ｔｍｉｎ以上であれば、ステップ１３で、回転速度・負荷が図１０（Ａ）に示したＥＧＲ導入領域（重ね電圧供給領域）内であるか否かを判定する。ＥＧＲ導入領域であれば、一次コイル１５ａへの通電時間ＴＤＷＬとして重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮを選択し（ステップ１４）、かつ重ね電圧の供給とＥＧＲ導入とを実行する（ステップ１５，１６）。
　ステップ１２で機関温度がＴｍｉｎ未満の場合、ならびにステップ１３でＥＧＲ導入領域外と判定した場合には、ステップ１７へ進み、重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦを選択し、かつ重ね電圧の供給およびＥＧＲ導入をＯＦＦとする（ステップ１８，１９）。
　重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦおよび重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮの特性は、図７あるいは図８に示したものと同様である。すなわち、基本的には機関回転速度が高いほど短い時間となる特性を有し、図７の例では、重ね電圧供給領域（ＥＧＲ導入領域）の回転速度の全域に亘って重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮが重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦよりも短く設定される。また図８の例では、重ね電圧供給領域（ＥＧＲ導入領域）の中の高回転側の領域のみで、重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮが重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦよりも短く設定される。
　なお、上記の第２の実施例では、ＥＧＲ導入のために、排気還流通路３２を含むいわゆる外部排気還流装置を用いているが、吸気弁４と排気弁６のバルブオーバラップ量制御によるいわゆる内部排気還流制御によってＥＧＲ導入を行う場合にも、本発明は同様に適用可能である。
　次に、図１２，図１３に基づいて、本発明の第３の実施例を説明する。この実施例は、燃料消費率の向上のために、空燃比を大きくしたリーン燃焼を行うものである。このリーン燃焼においても、燃料消費率が向上する反面、点火プラグ９による着火性が低下する。そのため、本実施例では、同時に重ね電圧の供給を行う。そして、このリーン燃焼も、内燃機関１の温度が低い未暖機状態では、燃焼の不安定化を招来する。そのため、未暖機状態では、リーン燃焼および重ね電圧供給は実行されない。
　図１２の（Ａ）は、機関温度（油水温）がＴｍｉｎ以上の暖機状態におけるリーン燃焼領域（これは同時に重ね電圧供給領域となる）を示しており、図示するように、内燃機関１の暖機が完了した状態では、ある回転速度以下でかつある負荷以下の領域において、リーン燃焼となり、かつ重ね電圧の供給が行われる。それ以外の高回転側の領域および高負荷側の領域では、理論空燃比での燃焼が行われ、かつ重ね電圧は供給されない。
　図１２の（Ｂ）は、機関温度がＴｍｉｎ未満の未暖機状態を示しており、この場合には、回転速度・負荷によらずにリーン燃焼が禁止されて理論空燃比での燃焼となり、かつ重ね電圧の供給も行われない。つまり、この実施例の内燃機関１においては、内燃機関１の温度条件に基づき、理論空燃比での燃焼を行う第１の燃焼形態と層状給気などによりリーン燃焼を行う第２の燃焼形態とに切り換えられる。
　図１３は、この第３の実施例におけるフローチャートを示しており、ステップ２１で内燃機関１の回転速度、負荷および温度（水温や油温）を読み込み、ステップ２２で機関温度が閾値Ｔｍｉｎ以上であるか否かを判定する。Ｔｍｉｎ以上であれば、ステップ２３で、回転速度・負荷が図１２（Ａ）に示したリーン燃焼領域（重ね電圧供給領域）内であるか否かを判定する。リーン燃焼領域であれば、一次コイル１５ａへの通電時間ＴＤＷＬとして重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮを選択し（ステップ２４）、かつ重ね電圧の供給とリーン燃焼とを実行する（ステップ２５，２６）。
　ステップ２２で機関温度がＴｍｉｎ未満の場合、ならびにステップ２３でリーン燃焼領域外と判定した場合には、ステップ２７へ進み、重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦを選択し、かつ重ね電圧をＯＦＦとするとともに、理論空燃比での燃焼（ストイキ燃焼）を実行する（ステップ２８，２９）。
　重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦおよび重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮの特性は、図７あるいは図８に示したものと同様である。
　次に、図１４～図１６に基づいて、本発明の第４の実施例を説明する。この実施例は、燃料消費率の向上のために、ミラーサイクル燃焼を行うものであり、図１４に示すように、内燃機関１は、吸気弁４の閉時期を変更可能な可変動弁機構４１を備えている。当業者に知られているように、吸気弁閉時期を下死点よりも大幅に進角させたいわゆる早閉じミラーサイクルもしくは吸気弁閉時期を下死点よりも大幅に遅角させたいわゆる遅閉じミラーサイクルとしたミラーサイクル燃焼によって、燃料消費率の向上が図れる。その反面、点火プラグ９による着火性が低下するので、本実施例では、同時に重ね電圧の供給を行う。そして、このミラーサイクル燃焼も、内燃機関１の温度が低い未暖機状態では、燃焼の不安定化を招来する。そのため、未暖機状態では、ミラーサイクル燃焼および重ね電圧供給は実行されない。
　図１５の（Ａ）は、機関温度（油水温）がＴｍｉｎ以上の暖機状態におけるミラーサイクル燃焼領域（これは同時に重ね電圧供給領域となる）を示しており、図示するように、内燃機関１の暖機が完了した状態では、ある回転速度以下でかつある負荷以下の領域において、ミラーサイクル燃焼となり、かつ重ね電圧の供給が行われる。それ以外の高回転側の領域および高負荷側の領域では、吸気弁閉時期を下死点近傍とした非ミラーサイクル燃焼が行われ、かつ重ね電圧は供給されない。
　図１５の（Ｂ）は、機関温度がＴｍｉｎ未満の未暖機状態を示しており、この場合には、回転速度・負荷によらずにミラーサイクル燃焼が禁止されて吸気弁閉時期を下死点近傍とした非ミラーサイクル燃焼となり、かつ重ね電圧の供給も行われない。つまり、この実施例の内燃機関１においては、内燃機関１の温度条件に基づき、吸気弁閉時期を下死点近傍とした通常の燃焼を行う第１の燃焼形態と吸気弁閉時期の早閉じもしくは遅閉じによるミラーサイクル燃焼を行う第２の燃焼形態とに切り換えられる。
　図１６は、この第４の実施例におけるフローチャートを示しており、ステップ３１で内燃機関１の回転速度、負荷および温度（水温や油温）を読み込み、ステップ３２で機関温度が閾値Ｔｍｉｎ以上であるか否かを判定する。Ｔｍｉｎ以上であれば、ステップ３３で、回転速度・負荷が図１５（Ａ）に示したミラーサイクル燃焼領域（重ね電圧供給領域）内であるか否かを判定する。ミラーサイクル燃焼領域であれば、一次コイル１５ａへの通電時間ＴＤＷＬとして重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮを選択し（ステップ３４）、かつ重ね電圧の供給とミラーサイクル燃焼とを実行する（ステップ３５，３６）。
　ステップ３２で機関温度がＴｍｉｎ未満の場合、ならびにステップ３３でミラーサイクル燃焼領域外と判定した場合には、ステップ３７へ進み、重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦを選択し、かつ重ね電圧をＯＦＦとするとともに、非ミラーサイクル燃焼を実行する（ステップ２８，２９）。
　重ね電圧非供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＦＦおよび重ね電圧供給時用の通電時間ＴＤＷＬＯＮの特性は、図７あるいは図８に示したものと同様である。

Claims (6)

  1. 　点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火装置において、
    　上記二次コイルによる放電開始後に上記点火プラグの電極間に上記放電電圧と同方向の重ね電圧を加えて放電電流を継続させる重ね電圧生成回路を有し、
    　特定の機関運転条件のときに上記重ね電圧生成回路による重ね電圧の供給を行うとともに、
    　機関回転速度に応じて設定される一次コイルへの通電時間を、重ね電圧の非供給時に比べて重ね電圧の供給時には相対的に短くする、内燃機関の点火装置。
  2. 　重ね電圧の供給を行う回転速度・負荷の領域の中で、高回転側の領域でのみ一次コイルへの通電時間を短くし、低回転側の領域では重ね電圧の非供給時と同じ通電時間とする、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
  3. 　上記内燃機関が、同一の回転速度・負荷において、所定の切換条件に基づき、第１の燃焼形態と、この第１の燃焼形態よりも着火性が悪化する第２の燃焼形態と、に切り換えられる構成であり、
    　上記第２の燃焼形態のときに重ね電圧の供給を行う、請求項１または２に記載の内燃機関の点火装置。
  4. 　上記第２の燃焼形態は、ＥＧＲ導入を伴う燃焼、リーン燃焼、ミラーサイクル燃焼のいずれかである、請求項３に記載の内燃機関の点火装置。
  5. 　上記切換条件は、内燃機関の温度条件である、請求項３または４に記載の内燃機関の点火装置。
  6. 　点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火方法において、
    　特定の機関運転条件のときに、上記二次コイルによる放電開始後に上記点火プラグの電極間に上記放電電圧と同方向の重ね電圧を加えて放電電流を継続させるようにするとともに、
    　機関回転速度に応じて設定される一次コイルへの通電時間を、重ね電圧の非供給時に比べて重ね電圧の供給時には相対的に短くする、内燃機関の点火方法。
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