WO2016185928A1 - 点火装置 - Google Patents

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internal combustion
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ignition device
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俊 杉田
竹田　俊一
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present invention relates to an ignition device used for an internal combustion engine.
  • an ignition device for an internal combustion engine includes an ignition coil having a primary coil and a secondary coil, and an ignition plug connected to the secondary coil, by electromagnetic induction accompanying on / off of energization to the primary coil, It is well known that a spark plug is generated by applying energy to a spark plug.
  • the amount of energy input to the ignition plug is substantially uniformly determined by the specification of the ignition coil. For this reason, depending on the driving conditions, excessive energy is input, and such uniform energy input contributes to the deterioration of fuel consumption. Thus, there is a need for an ignition device that can improve fuel efficiency by varying the amount of energy input.
  • Japanese Patent No. 3791364 discloses the following ignition timing control device. That is, the ignition timing control device ensures sufficient ignition energy by making the advance angle limiter that regulates the maximum value of the ignition timing advance amount larger than in the non-transient state in the transient state including when the internal combustion engine is started. To do. However, in this ignition timing control device, the specification of the ignition coil remains the factor that determines the amount of energy input, and it is considered that the ignition timing control device does not contribute much to the improvement of fuel consumption.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve fuel efficiency by changing the amount of energy input to the ignition plug in an ignition device for an internal combustion engine.
  • the ignition device of the present invention includes an ignition coil having a primary coil and a secondary coil, and an ignition plug connected to the secondary coil, and energy is supplied to the ignition plug by electromagnetic induction accompanying on / off of energization to the primary coil. This is used to generate a spark discharge and is for an internal combustion engine.
  • the ignition device includes the following first and second circuits and a control unit.
  • the first circuit turns on and off the energization of the primary coil to cause the spark plug to start spark discharge.
  • the second circuit energizes the primary coil in the direction opposite to the energization direction by the first circuit during the spark discharge started by the operation of the first circuit, thereby energizing the secondary coil. Maintaining the same direction as the start of the operation, energy is continuously supplied to the spark plug, and the spark discharge is continued.
  • the control unit controls the operation of the second circuit.
  • control unit calculates a target value for the amount of energy input to the spark plug based on the in-cylinder flow rate that is the flow rate in the cylinder of the internal combustion engine, the in-cylinder pressure that is the pressure in the cylinder of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio.
  • the command value of the secondary current which is the energization amount of the secondary coil, is calculated based on the in-cylinder flow velocity, and the operation of the second circuit is performed according to the target value of the energy input amount and the command value of the secondary current. Control.
  • the target value of the energy input based on the in-cylinder flow velocity, the in-cylinder pressure, and the air-fuel ratio, it becomes possible to control the energy input according to the operating state of the internal combustion engine. Further, by calculating the command value of the secondary current based on the in-cylinder flow velocity, the secondary current can be controlled so that the spark discharge does not blow out. For this reason, in an ignition device for an internal combustion engine, the amount of energy input to the spark plug can be varied to improve fuel efficiency.
  • blow-off is a phenomenon in which a spark discharge is generated again because the path of the spark discharge is stretched and cut by the air flow.
  • energy is not only wasted, but the burden on the spark plug also increases. Therefore, the occurrence of blowout is considered undesirable in terms of both reducing fuel consumption and extending the life of the spark plug. It has been.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram including an ignition device and an internal combustion engine (Example).
  • FIG. It is a time chart which shows the operation
  • the ignition device 1 includes an ignition coil 4 having a primary coil 2 and a secondary coil 3, and an ignition plug 5 connected to the secondary coil 3, and is ignited by electromagnetic induction accompanying on / off of energization to the primary coil 2. Energy is input to the plug 5 to generate a spark discharge.
  • the ignition device 1 is mounted on an internal combustion engine 6 for running a vehicle and ignites an air-fuel mixture in the cylinder 7 at a predetermined ignition timing.
  • the spark plug 5 has a well-known structure, and includes a center electrode connected to one end of the secondary coil 3 and a ground electrode grounded through a cylinder head of the internal combustion engine 6 or the like. Spark discharge is generated between the center electrode and the ground electrode by the energy generated in the secondary coil 3.
  • the internal combustion engine 6 is, for example, a port injection type having an injector 9 for injecting fuel into the intake port 8, and further capable of lean combustion, such as tumble flow or swirl flow in the cylinder 7. It is provided so that a swirling flow of the air-fuel mixture occurs.
  • the ignition device 1 will be described in detail.
  • the ignition device 1 includes the following first and second circuits 11 and 12 and a control unit 13.
  • the first circuit 11 turns on and off energization of the primary coil 2 to cause the spark plug 5 to start spark discharge.
  • the second circuit 12 energizes the primary coil 2 in a direction opposite to the energization direction by the first circuit 11 during the spark discharge started by the operation of the first circuit 11, thereby The energization is maintained in the same direction as the start of the operation of the first circuit 11 and energy is continuously supplied to the spark plug 5 to continue the spark discharge.
  • the control unit 13 is a part that controls the operation of the first and second circuits 11 and 12, and includes a next electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU 14), a driver 15, and the like.
  • ECU 14 next electronic control unit
  • the ECU 11 is the center of control for the internal combustion engine 6, and outputs various signals such as an ignition signal IGt and a discharge continuation signal IGw to control energization to the primary coil 2, thereby controlling the primary coil 2.
  • the electric energy induced in the secondary coil 3 is controlled by controlling the energization of the spark plug 5 to control the spark discharge of the spark plug 5 (the ignition signal IGt and the discharge continuation signal IGw will be described later).
  • the ECU 14 receives signals from various sensors that are mounted on the vehicle and detect parameters indicating the operating state and control state of the internal combustion engine 6.
  • the ECU 14 also includes an input circuit that processes the input signal, a CPU that performs control processing and arithmetic processing related to the control of the internal combustion engine 6 based on the input signal, and data and programs necessary for control of the internal combustion engine 6.
  • Various memories that are stored and held, an output circuit that outputs signals necessary for controlling the internal combustion engine 6 based on the processing results of the CPU, and the like are provided.
  • the various sensors that output a signal to the ECU 14 include, for example, a rotational speed sensor 17 that detects the rotational speed of the internal combustion engine 6, an intake pressure sensor 18 that detects the pressure of intake air taken into the internal combustion engine 6, and An air-fuel ratio sensor 19 for detecting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture;
  • the ECU 14 executes ignition control and fuel injection control in the internal combustion engine 6 based on the detected values of parameters obtained from these sensors.
  • the first circuit 11 connects the positive electrode of the battery 21 and one terminal of the primary coil 2, and connects the other terminal of the primary coil 2 to the ground, and connects the other terminal of the primary coil 2.
  • the switch for starting discharge (hereinafter referred to as the first switch 22) is arranged on the ground side (low potential side).
  • the first circuit 11 causes the primary coil 2 to store energy by turning on and off the first switch 22 and generates a high voltage in the secondary coil 3 using the energy stored in the primary coil 2.
  • the spark plug 5 is caused to start spark discharge.
  • the spark discharge generated by the operation of the first circuit 11 may be referred to as main ignition.
  • the energizing direction of the primary coil 2 (that is, the direction of the primary current) is positive in the direction from the battery 21 toward the first switch 22.
  • the first circuit 11 applies the voltage of the battery 21 to the primary coil 2 by turning on the first switch 22 during a period in which the ignition signal IGt is given from the ECU 14, thereby adding a positive primary. A current is applied to cause the primary coil 2 to store magnetic energy. Thereafter, when the first switch 22 is turned off, the first circuit 11 generates a high voltage in the secondary coil 3 by electromagnetic induction to cause main ignition.
  • the first switch 22 is a power transistor, a MOS transistor, a thyristor, or the like.
  • the ignition signal IGt is a signal for instructing a period during which energy is stored in the primary coil 2 in the first circuit 11 and an ignition start timing.
  • the second circuit 12 is connected to the first circuit 11 between the primary coil 2 and the first switch 22, and switches on and off the power supply from the booster circuit 23 to the primary coil 2 (hereinafter referred to as a second circuit 12).
  • This is configured by arranging the switch 24).
  • the booster circuit 23 boosts the voltage of the battery 21 and stores it in the capacitor 26 during a period when the ignition signal IGt is given from the ECU 14. More specifically, the booster circuit 23 includes a capacitor 26, a choke coil 27, a booster switch 28, a booster driver 29, and a diode 30.
  • the one end of the choke coil 27 is connected to the positive electrode of the battery 21, and the energization state of the choke coil 27 is interrupted by the boost switch 28.
  • the step-up driver 29 supplies a control signal to the step-up switch 28 to turn the step-up switch 28 on and off.
  • the magnetic energy generated in the choke coil 27 by the ON / OFF operation of the boost switch 28 is stored as electrical energy by the capacitor 26.
  • the booster driver 29 is provided so as to repeatedly turn on and off the booster switch 28 at a predetermined period during a period when the ignition signal IGt is given from the ECU 14.
  • the diode 30 prevents the energy stored in the capacitor 26 from flowing back to the choke coil 27 side.
  • the boost switch 28 is, for example, a MOS transistor.
  • the second circuit 12 includes the following second switch 24 and diode 31.
  • the second switch 24 is, for example, a MOS transistor, and turns on / off the input of energy stored in the capacitor 26 to the primary coil 2 from the minus side.
  • the diode 31 prevents a reverse current from flowing from the primary coil 2 to the second switch 24. Then, the second switch 24 is turned on by a control signal supplied from the driver 15, thereby supplying energy from the booster circuit 23 to the negative side of the primary coil 2.
  • the driver 15 controls the energy supplied from the capacitor 26 to the primary coil 2 by turning on and off the second switch 24 during the period when the discharge continuation signal IGw is given, so that the secondary coil 3 is energized.
  • the current is controlled (hereinafter, the driver 15 is referred to as an energy input driver 15).
  • the discharge continuation signal IGw is a signal for instructing a period during which the spark discharge generated as the main ignition is continued. More specifically, the second switch 24 is repeatedly turned on and off to generate a primary coil from the booster circuit 23. 2 is a signal for instructing a period during which energy is input.
  • the second circuit 12 energizes the primary coil 2 in the direction opposite to the energization direction (current flow direction) by the first circuit 11 during the spark discharge started by the operation of the first circuit 11.
  • the secondary current is maintained in the same direction as started by the operation of the first circuit 11, and energy is continuously supplied to the spark plug 5 to continue the spark discharge.
  • the spark discharge following the main ignition by the operation of the second circuit 12 may be referred to as a continuous spark discharge.
  • the energy input driver 15 receives a current command signal IGa which is a signal indicating a command value of the secondary current from the ECU 14, and controls the secondary current based on the current command signal IGa.
  • a current command signal IGa which is a signal indicating a command value of the secondary current from the ECU 14, and controls the secondary current based on the current command signal IGa.
  • one end of the secondary coil 3 is connected to the center electrode of the spark plug 5 as described above, and the other end of the secondary coil 3 is a secondary voltage that is a voltage generated in the secondary coil 3, and 2 It is connected to an F / B circuit 32 that detects the next current and feeds it back to the control unit 13.
  • the other end of the secondary coil 3 is connected to the F / B circuit 32 via a diode 34 that limits the direction of the secondary current to one direction.
  • the F / B circuit 32 is connected to a shunt resistor 33 for detecting a secondary current.
  • the energy input driver 15 controls on / off of the second switch 24 based on the detected value of the secondary current fed back and the command value of the secondary current grasped based on the current command signal IGa. That is, for example, the energy input driver 15 sets the upper and lower thresholds for the detected value of the secondary current based on the command value, and starts outputting the control signal according to the comparison result between the detected value and the upper and lower thresholds. To stop or stop. More specifically, the energy input driver 15 stops the output of the control signal when the detected value of the secondary current becomes larger than the upper limit, and outputs the control signal when the detected value of the secondary current becomes smaller than the lower limit. To start.
  • the first and second circuits 11 and 12, the F / B circuit 32, and the energy input driver 15 are accommodated in one case as the ignition circuit unit 36, and the ignition plug 5, the ignition coil 4, and the ignition circuit unit 36 are arranged.
  • the ignition circuit unit 36 and the ignition plug 5, the ignition coil 4, and the ignition circuit unit 36 are arranged.
  • IGt represents the input state of the ignition signal IGt as high / low
  • IGw represents the input state of the discharge continuation signal IGw as high / low
  • I1” and V1 represent primary current (current value flowing through the primary coil 2) and primary voltage (voltage value applied to the primary coil 2)
  • I2” and V2 Represents a secondary current (a current value flowing through the secondary coil 3) and a secondary voltage (a voltage value applied to the secondary coil 3).
  • Vdc represents the energy stored in the capacitor 26 as a voltage value.
  • the first switch 22 When the ignition signal IGt switches from low to high (see time t01), during the period when the ignition signal IGt is high, the first switch 22 is kept on and positive primary current flows, and the primary coil 2 flows. Energy is stored. Further, the boost switch 28 is repeatedly turned on and off, and the boosted energy is stored in the capacitor 26.
  • the first switch 22 is turned off and the primary coil 2 is de-energized. Thereby, a high voltage is generated in the secondary coil 3 by electromagnetic induction, and main ignition is generated in the spark plug 5.
  • the secondary current attenuates in a substantially triangular wave shape (see the dotted line I2). Then, the discharge continuation signal IGw switches from low to high before the secondary current reaches the lower limit threshold (see time t03).
  • the second switch 24 When the discharge continuation signal IGw is switched from low to high, the second switch 24 is controlled to be turned on and off, and the energy stored in the capacitor 26 is sequentially input to the negative side of the primary coil 2 so that the primary current is 1 It flows from the secondary coil 2 toward the positive electrode of the battery 21. More specifically, each time the second switch 24 is turned on, a primary current from the primary coil 2 toward the positive electrode of the battery 21 is added, and the primary current increases to the negative side (time t03 to time t03). (See t04.)
  • the ECU 14 stores the target value E * of the energy input amount by the second circuit 12 per combustion cycle and the command value I * of the secondary current. Then, the ECU 14 calculates the energy input period ⁇ by the second circuit 12 based on the target value E * and the command value I *, and maintains the output of the discharge continuation signal IGw during the period determined as the energy input period ⁇ . To do.
  • the ECU 14 as the control unit 3 sets a target based on the in-cylinder flow velocity v that is the flow velocity in the cylinder 7 of the internal combustion engine 6, the in-cylinder pressure P that is the pressure in the cylinder 7 of the internal combustion engine 6, and the air-fuel ratio AFR. While calculating the value E *, the command value I * of the secondary current is calculated based on the in-cylinder flow velocity v. Then, the ECU 14 controls the operation of the second circuit 12 according to the target value E * and the command value I *.
  • the ECU 14 calculates the command value I * and the target value E * by the following formulas 1 and 2, respectively.
  • I * a ⁇ v (a is a constant)
  • E * b.v + c.P + d.AFR (b, c, d are constants)
  • the ECU 14 calculates the command value I * by estimating the in-cylinder flow velocity v based on the detected value of the rotation speed obtained from the rotation speed sensor 17 and applying the estimated value of the in-cylinder flow velocity v to Equation 1.
  • the in-cylinder pressure P is estimated based on the detected value of the intake pressure obtained from the intake pressure sensor 18, and the estimated value of the in-cylinder pressure P is applied to Equation 2 to calculate the target value E *.
  • the ECU 14 functions as an injection amount command unit that calculates a command value of the amount of fuel injected and supplied from the injector 9. Further, the ECU 14 functions as an intake air amount detection unit that estimates the intake air amount that is the flow rate of the intake air taken into the internal combustion engine based on the detected value of the intake air pressure obtained from the intake pressure sensor 18.
  • the ECU 14 determines whether the operation state of the internal combustion engine 6 is in a steady state or a transient state based on one of the detected value of the intake pressure obtained from the intake pressure sensor 18 and the detected value of the rotational speed obtained from the rotational speed sensor 17. It is determined that either one is present.
  • the ECU 14 determines that the operating state of the internal combustion engine 6 is in a transient state, the ECU 14 estimates the air-fuel ratio using the injection amount command value and the intake air amount estimation value.
  • step S1 it is determined whether or not the operating state of the internal combustion engine is in a transient state. This determination is made based on one of the detected value of the intake pressure obtained from the intake pressure sensor 18 or the detected value of the rotational speed obtained from the rotational speed sensor 17 as described above.
  • the threshold values ⁇ 1 and ⁇ 2 are set for the time change rate of the intake pressure and the time change rate of the rotation speed, respectively, and the time change rate of the intake pressure becomes larger than ⁇ 1.
  • the time change rate of the rotational speed becomes larger than ⁇ 2, it is determined that the state is in a transient state (YES), and the process proceeds to step S2.
  • the time change rate of the intake pressure is smaller than ⁇ 1 and the time change rate of the rotational speed is smaller than ⁇ 2 it is determined that there is not a transient state but a steady state (NO), and the process proceeds to step S5.
  • step S2 the in-cylinder flow velocity v, the in-cylinder pressure P and the air-fuel ratio AFR are obtained, and the process proceeds to step S3.
  • the air-fuel ratio AFR is estimated using the command value for the injection amount and the detected value for the intake amount.
  • step S3 the target value E * of the energy input amount by the second circuit 12 and the command value I * of the secondary current are calculated.
  • the target value E * and the command value I * are calculated by the formulas 1 and 2 using the in-cylinder flow velocity v, the in-cylinder pressure P, and the air-fuel ratio AFR, and the calculated target value E *.
  • the energy input period ⁇ is calculated using the command value I *.
  • step S4 until the energy input period ⁇ elapses (NO), the energy input by the second circuit 12 is continued and the spark discharge is maintained.
  • step S5 the detected value obtained from the air-fuel ratio sensor 19 is set to the numerical value of the air-fuel ratio AFR.
  • steps S6 and S7 the same processes as in steps S3 and S4 are performed. If it is determined in step S7 that the energy input period ⁇ has elapsed (YES), the process proceeds to step S8, where It is determined whether or not various constants a to d are updated. More specifically, a difference ⁇ between the target value E * calculated by Formula 2 and the actual value of the energy input is calculated, and it is determined whether or not the difference ⁇ is smaller than a predetermined threshold value ⁇ 3.
  • the process proceeds to step S9, and the constants a to d are updated.
  • the constants a to d are updated, for example, by initially setting the constants a to d to be large so that the energy input period ⁇ becomes large and gradually decreasing the constants a to d.
  • the time change rate of the intake pressure and the time change rate of the rotational speed are both larger than the respective threshold values ⁇ 1 and ⁇ 2, and it is determined in step S1 that the operating state is a transient state, and steps S2 to S4. Based on the above, ignition control is performed. Eventually, a transition is made to a steady state of P2 where the intake pressure is greater than P1 and N2 where the rotational speed is greater than N1, and the energy input is stabilized at E2 which is greater than E1. During this time, the time change rate of the intake pressure and the time change rate of the rotational speed are both smaller than the respective threshold values ⁇ 1 and ⁇ 2, and it is determined in step S1 that the operating state is a steady state, and steps S5 to S9. Based on the above, ignition control is performed.
  • the ECU 14 calculates the target value E * of the energy input amount to the spark plug 5 based on the in-cylinder flow velocity v, the in-cylinder pressure P, and the air-fuel ratio AFR, and the in-cylinder flow velocity v.
  • the command value I * of the secondary current is calculated based on the above, and the operation of the second circuit 12 is controlled according to the target value E * and the command value I *.
  • the target value E * based on the in-cylinder flow velocity v, the in-cylinder pressure P, and the air-fuel ratio AFR, it becomes possible to control the amount of energy input according to the operating state of the internal combustion engine 6. Also, by calculating the command value I * based on the in-cylinder flow velocity v, the secondary current can be controlled so that the spark discharge does not blow out. For this reason, in the ignition device 1, the fuel consumption can be improved by making the amount of energy input to the spark plug 5 variable.
  • the ECU 14 calculates the command value I * by the above mathematical formula 1. Thereby, since a simple proportional expression can be used to prevent the spark discharge from being blown out, the calculation load of the ECU 14 can be reduced. Further, the ECU 14 calculates the target value E * by the above mathematical formula 2. Thereby, since a simple line format can be used to obtain the fuel consumption reduction effect, the calculation load of the ECU 14 can be reduced.
  • the ECU 14 calculates the command value I * by estimating the in-cylinder flow velocity v based on the detected value of the rotation speed obtained from the rotation speed sensor 17 and applying the estimated value of the in-cylinder flow velocity v to Equation 1.
  • the in-cylinder pressure P is estimated based on the detected value of the intake pressure obtained from the intake pressure sensor 18, and the estimated value of the in-cylinder pressure P is applied to Equation 2 to calculate the target value E *.
  • the existing sensor can be used to obtain the numerical values of the in-cylinder flow velocity v and the in-cylinder pressure P necessary for calculating the command value I * and the target value E *. Cost can be reduced.
  • the ECU 14 functions as an injection amount command unit that calculates a command value of the injection amount of the fuel supplied from the injector 9, and further estimates the intake amount based on the detected value of the intake pressure obtained from the intake pressure sensor 18. It functions as an intake air amount detection unit. Then, the ECU 14 estimates the air-fuel ratio AFR based on the command value for the injection amount and the estimated value for the intake amount. As a result, the numerical value of the air-fuel ratio AFR necessary for calculating the target value E * can be obtained earlier than that obtained from the air-fuel ratio sensor 19. For this reason, it is possible to execute control with a higher fuel consumption reduction effect with respect to the energy input amount.
  • the ECU 14 determines that the operating state of the internal combustion engine 6 is a transient state, the ECU 14 estimates the air-fuel ratio using the injection amount command value and the intake air amount estimation value. As a result, it is possible to execute control with a high fuel consumption reduction effect in a transient state where there is a high need for fuel consumption reduction. For this reason, the calculation load of ECU14 can be reduced by using the detected value obtained from the air-fuel ratio sensor 19 as a numerical value of the air-fuel ratio AFR in the steady state other than the transient state while enhancing the fuel consumption reduction effect.
  • the mode of the ignition device 1 is not limited to the embodiment, and various modifications can be considered.
  • the target value E * of the energy input amount is calculated by a linear primary expression (see Expression 1) of the in-cylinder flow velocity v, the in-cylinder pressure P, and the air-fuel ratio AFR.
  • the method for calculating the target value E * is not limited to such a mode.
  • any of the in-cylinder flow velocity v, the in-cylinder pressure P, and the air-fuel ratio AFR may be incorporated into the mathematical expression for obtaining the target value E * by a power. You may assemble in the form which does not contain either the internal pressure P or the air fuel ratio AFR.
  • the method of calculating the secondary current command value I * is not limited to the proportional expression of the in-cylinder flow velocity v.
  • the in-cylinder pressure P is estimated based on the detection value of the intake pressure sensor 18, but the in-cylinder pressure sensor that can directly detect the in-cylinder pressure P is attached to the internal combustion engine 6.
  • the detected value of the in-cylinder pressure sensor may be used as the numerical value of the in-cylinder pressure P.
  • the ignition device 1 may be applied to the internal combustion engine 6 using ethanol fuel or mixed fuel, and poor fuel is used.
  • the ignition device 1 may be applied to a possible internal combustion engine 6.
  • the ignitability can be improved by continuous spark discharge even in a combustion state different from lean combustion. Therefore, the present invention is not limited to the application to the internal combustion engine 6 capable of lean combustion, and the ignition device 1 may be used for the internal combustion engine 6 that does not perform lean combustion.
  • the ignition device 1 is used for the port injection type internal combustion engine 6 that injects fuel into the intake port 8.
  • the direct injection type internal combustion engine 6 that directly injects fuel into the cylinder 7 is ignited.
  • the apparatus 1 may be used.
  • the example in which the ignition device 1 is used in the internal combustion engine 6 that actively generates the swirling flow of the air-fuel mixture is disclosed.
  • the mechanism that positively generates the swirling flow in the cylinder 7. You may use for the internal combustion engine 6 which does not have.

Abstract

内燃機関の点火装置が提供される。点火装置はＥＣＵを有する。ＥＣＵは、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲに基づき点火プラグへのエネルギー投入量の目標値Ｅ＊を算出するとともに、筒内流速ｖに基づき２次電流の指令値Ｉ＊を算出し、目標値Ｅ＊および指令値Ｉ＊に応じて第２回路の動作を制御する。まず、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲに基づき目標値Ｅ＊を算出することで、内燃機関の運転状態に応じたエネルギー投入量の制御が可能になる。また、筒内流速ｖに基づき指令値Ｉ＊を算出することで、火花放電の吹き消えが発生しないように２次電流を制御することができる。このため、点火装置において、点火プラグへのエネルギー投入量を可変にして燃費を改善することができる。

Description

点火装置
　本発明は、内燃機関に用いられる点火装置に関する。
　従来から、内燃機関用の点火装置では、１次コイルおよび２次コイルを有する点火コイルと、２次コイルに接続する点火プラグとを備え、１次コイルへの通電のオンオフに伴う電磁誘導により、点火プラグにエネルギーを与えて火花放電を発生させるものが周知である。
　ところで、従来周知の点火装置では、点火プラグへのエネルギーの投入量は実質的に点火コイルの仕様により画一的に定まっている。このため、運転条件によっては、エネルギーが過剰に投入されてしまうので、このようなエネルギー投入量の画一化は燃費悪化の一因となっている。
　そこで、エネルギー投入量を可変にして燃費を改善することができる点火装置が求められている。
　特許第３７９１３６４号公報には、下記のような点火時期制御装置が開示されている。
　すなわち、点火時期制御装置は、内燃機関の始動時を含む過渡状態において、点火時期進角量の最大値を規制する進角リミッタを非過渡状態よりも大きくすることにより、点火エネルギーを充分に確保する。しかし、この点火時期制御装置では、点火コイルの仕様がエネルギー投入量を決定する要因であることに変わりはなく、燃費の改善にはさほど貢献しないものと考えられる。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関用の点火装置において、点火プラグへのエネルギー投入量を可変にして燃費を改善することにある。
　本願発明の点火装置は、１次コイルおよび２次コイルを有する点火コイルと、２次コイルに接続する点火プラグとを備え、１次コイルへの通電のオンオフに伴う電磁誘導により点火プラグにエネルギーを投入して火花放電を発生させるものであり、内燃機関用である。
　また、点火装置は、次の第１、第２回路および制御部を備える。まず、第１回路は、１次コイルへの通電をオンオフすることで、点火プラグに火花放電を開始させる。また、第２回路は、第１回路の動作によって開始した火花放電中に、第１回路による通電方向とは逆の方向に１次コイルに通電することで、２次コイルの通電を第１回路の動作で開始したのと同一方向に維持して点火プラグにエネルギーを投入し続け、火花放電を継続させる。さらに、制御部は、第２回路の動作を制御する。
　また、制御部は、内燃機関の気筒内の流速である筒内流速、内燃機関の気筒内の圧力である筒内圧力、および、空燃比に基づき点火プラグへのエネルギー投入量の目標値を算出するとともに、筒内流速に基づき２次コイルの通電量である２次電流の指令値を算出し、エネルギー投入量の目標値、および、２次電流の指令値に応じて第２回路の動作を制御する。
　まず、筒内流速、筒内圧力および空燃比に基づきエネルギー投入量の目標値を算出することで、内燃機関の運転状態に応じたエネルギー投入量の制御が可能になる。また、筒内流速に基づき２次電流の指令値を算出することで、火花放電の吹き消えが発生しないように２次電流を制御することができる。このため、内燃機関用の点火装置において、点火プラグへのエネルギー投入量を可変にして燃費を改善することができる。
　なお、吹き消えとは、気流により火花放電の経路が引き伸ばされて切れてしまい、再度、火花放電が発生する現象である。そして、吹き消えが発生すると、エネルギーが無駄に消費されるばかりでなく、点火プラグの負担も増すため、吹き消えの発生は、燃費低減および点火プラグの寿命延長の両方の面で好ましくないと考えられている。
点火装置の構成図である（実施例）。 点火装置および内燃機関を含む全体構成図である（実施例）。 点火装置の正常時の動作を示すタイムチャートである（実施例）。 点火装置の制御方法を示すフローチャートである（実施例）。 吸気圧、回転数およびエネルギー投入量の経時変化を示すタイムチャートである（実施例）。
　以下において、発明を実施するための形態を、実施例を用いて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
　〔実施例の構成〕
　図１および図２を参照して実施例の点火装置１を説明する。
　点火装置１は、１次コイル２および２次コイル３を有する点火コイル４と、２次コイル３に接続する点火プラグ５とを備え、１次コイル２への通電のオンオフに伴う電磁誘導により点火プラグ５にエネルギーを投入して火花放電を発生させるものである。また、点火装置１は、車両走行用の内燃機関６に搭載され、所定の点火時期に気筒７内の混合気に点火するものである。
　なお、点火プラグ５は、周知構造を有するものであり、２次コイル３の一端に接続される中心電極と、内燃機関６のシリンダヘッド等を介してアース接地される接地電極とを備え、２次コイル３に生じるエネルギーにより中心電極と接地電極との間で火花放電を生じさせる。
　また、内燃機関６は、例えば、吸気ポート８に燃料を噴射するインジェクタ９を有するポート噴射式であり、さらに希薄燃焼（リーンバーン）が可能であって気筒７内にタンブル流やスワール流等の混合気の旋回流が生じるように設けられている。
　以下、点火装置１について詳述する。
　点火装置１は、次の第１、第２回路１１、１２、および、制御部１３を備える。まず、第１回路１１は、１次コイル２への通電をオンオフすることで、点火プラグ５に火花放電を開始させる。また、第２回路１２は、第１回路１１の動作によって開始した火花放電中に、第１回路１１による通電方向とは逆の方向に１次コイル２に通電することで、２次コイル３の通電を第１回路１１の動作で開始したのと同一方向に維持して点火プラグ５にエネルギーを投入し続け、火花放電を継続させる。また、制御部１３は、第１、第２回路１１、１２の動作を制御する部分であり、次の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ１４と呼ぶ。）およびドライバ１５等により構成される。
　ここで、ＥＣＵ１１は、内燃機関６に対する制御の中枢を成すものであり、点火信号ＩＧｔおよび放電継続信号ＩＧｗ等の各種信号を出力して１次コイル２への通電を制御し、１次コイル２への通電を制御することで２次コイル３に誘導される電気エネルギーを操作して、点火プラグ５の火花放電を制御する（点火信号ＩＧｔおよび放電継続信号ＩＧｗについては後述する。）。
　なお、ＥＣＵ１４は、車両に搭載されて内燃機関６の運転状態や制御状態を示すパラメータを検出する各種センサから信号が入力される。また、ＥＣＵ１４は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき、内燃機関６の制御に関する制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、内燃機関６の制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき、内燃機関６の制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えて構成される。
　また、ＥＣＵ１４に信号を出力する各種センサとは、例えば、内燃機関６の回転数を検出する回転数センサ１７、内燃機関６に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ１８、および、混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１９等である。そして、ＥＣＵ１４は、これらセンサから得られるパラメータの検出値に基づき、内燃機関６における点火制御や燃料噴射制御を実行する。
　第１回路１１は、例えば、バッテリ２１の＋極と１次コイル２の一方の端子とを接続するとともに、１次コイル２の他方の端子をアースに接続し、１次コイル２の他方の端子のアース側（低電位側）に、放電開始用のスイッチ（以下、第１スイッチ２２と呼ぶ。）を配置することで構成されている。
　そして、第１回路１１は、第１スイッチ２２のオンオフにより、１次コイル２にエネルギーを蓄えさせるとともに、１次コイル２に蓄えたエネルギーを利用して２次コイル３に高電圧を発生させ、点火プラグ５に火花放電を開始させる。
　以下、第１回路１１の動作により発生した火花放電を主点火と呼ぶことがある。また、１次コイル２の通電方向（つまり１次電流の方向）は、バッテリ２１から第１スイッチ２２に向かう方向をプラスとする。
　より具体的に説明すると、第１回路１１は、ＥＣＵ１４から点火信号ＩＧｔが与えられる期間に第１スイッチ２２をオンすることで、１次コイル２にバッテリ２１の電圧を印加してプラスの１次電流を通電し、１次コイル２に磁気的なエネルギーを蓄えさせる。その後、第１回路１１は、第１スイッチ２２のオフにより、電磁誘導によって２次コイル３に高電圧を発生させ、主点火を生じさせる。
　なお、第１スイッチ２２は、パワートランジスタ、ＭＯＳ型トランジスタ、サイリスタ等である。また、点火信号ＩＧｔは、第１回路１１において１次コイル２にエネルギーを蓄えさせる期間および点火開始時期を指令する信号である。
　第２回路１２は、第１回路１１に対し１次コイル２と第１スイッチ２２との間に接続するとともに、昇圧回路２３から１次コイル２への電力供給をオンオフするスイッチ（以下、第２スイッチ２４と呼ぶ。）を配置することで構成されている。
　ここで、昇圧回路２３は、ＥＣＵ１４から点火信号ＩＧｔが与えられる期間においてバッテリ２１の電圧を昇圧してコンデンサ２６に蓄えるものである。より具体的に、昇圧回路２３は、コンデンサ２６、チョークコイル２７、昇圧スイッチ２８、昇圧ドライバ２９およびダイオード３０を備えて構成されている。
　チョークコイル２７は一端がバッテリ２１のプラス電極に接続され、昇圧スイッチ２８によりチョークコイル２７の通電状態が断続される。また、昇圧ドライバ２９は、昇圧スイッチ２８に制御信号を与えて昇圧スイッチ２８をオンオフさせるものである。そして、昇圧スイッチ２８のオンオフ動作により、チョークコイル２７に発生した磁気的なエネルギーを、コンデンサ２６で電気的なエネルギーとして蓄える。
　なお、昇圧ドライバ２９は、ＥＣＵ１４から点火信号ＩＧｔが与えられる期間において昇圧スイッチ２８を所定周期で繰り返しオンオフするように設けられている。また、ダイオード３０は、コンデンサ２６に蓄えたエネルギーがチョークコイル２７の側へ逆流するのを防ぐものである。さらに、昇圧スイッチ２８は、例えば、ＭＯＳ型トランジスタである。
　第２回路１２は、次の第２スイッチ２４およびダイオード３１を備えて構成される。ここで、第２スイッチ２４は、例えば、ＭＯＳ型トランジスタであり、コンデンサ２６に蓄えたエネルギーを１次コイル２にマイナス側から投入するのをオンオフするものである。また、ダイオード３１は、１次コイル２から第２スイッチ２４への電流の逆流を阻止するものである。そして、第２スイッチ２４は、ドライバ１５から与えられる制御信号によりオン動作することで、昇圧回路２３から１次コイル２のマイナス側にエネルギーを投入する。
　ドライバ１５は、放電継続信号ＩＧｗが与えられる期間において、第２スイッチ２４をオンオフさせてコンデンサ２６から１次コイル２に投入するエネルギーを制御することで、２次コイル３の通電量である２次電流を制御する（以下、ドライバ１５をエネルギー投入ドライバ１５と呼ぶ。）。ここで、放電継続信号ＩＧｗは、主点火として発生した火花放電を継続する期間を指令する信号であり、より具体的には、第２スイッチ２４にオンオフを繰り返させて昇圧回路２３から１次コイル２にエネルギーを投入する期間を指令する信号である。
　以上により、第２回路１２は、第１回路１１の動作によって開始した火花放電中に、第１回路１１による通電方向（電流の流れる方向）とは逆の方向に１次コイル２に通電することで、２次電流を第１回路１１の動作で開始したのと同一方向に維持して点火プラグ５にエネルギーを投入し続け、火花放電を継続させる。
　以下の説明では、第２回路１２の動作により主点火に続く火花放電を継続火花放電と呼ぶことがある。
　また、エネルギー投入ドライバ１５は、ＥＣＵ１４から２次電流の指令値を示す信号である電流指令信号ＩＧａが与えられ、電流指令信号ＩＧａに基づき２次電流を制御する。
　ここで、２次コイル３の一端は上述したように点火プラグ５の中心電極に接続し、２次コイル３の他端は、２次コイル３に発生する電圧である２次電圧、および、２次電流を検出して制御部１３にフィードバックするＦ／Ｂ回路３２に接続している。なお、２次コイル３の他端は、２次電流の方向を一方向に限定するダイオード３４を介してＦ／Ｂ回路３２に接続している。また、Ｆ／Ｂ回路３２には、２次電流を検出するためのシャント抵抗３３が接続している。
　そして、エネルギー投入ドライバ１５は、フィードバックされた２次電流の検出値と、電流指令信号ＩＧａに基づき把握される２次電流の指令値とに基づき、第２スイッチ２４のオンオフを制御する。すなわち、エネルギー投入ドライバ１５は、例えば、２次電流の検出値に対する上限下限の閾値を指令値に基づき設定し、検出値と上限、下限の閾値との比較結果に応じて制御信号の出力を開始したり、停止したりする。より具体的には、エネルギー投入ドライバ１５は、２次電流の検出値が上限よりも大きくなったら制御信号の出力を停止し、２次電流の検出値が下限よりも小さくなったら制御信号の出力を開始する。
　なお、第１、第２回路１１、１２、Ｆ／Ｂ回路３２およびエネルギー投入ドライバ１５は、点火回路ユニット３６として１つのケース内に収容配置され、点火プラグ５、点火コイル４および点火回路ユニット３６は、気筒７の数と同数設けられて気筒７毎に設置される（図２参照。）。
　次に、図３を参照して点火装置１の正常時の動作を説明する。
　なお、図３において、「ＩＧｔ」は点火信号ＩＧｔの入力状態をハイ／ローで表すものであり、「ＩＧｗ」は放電継続信号ＩＧｗの入力状態をハイ／ローで表すものである。また、「Ｉ１」、「Ｖ１」はそれぞれ１次電流（１次コイル２に流れる電流値）、１次電圧（１次コイル２に印加される電圧値）を表し、「Ｉ２」、「Ｖ２」はそれぞれ２次電流（２次コイル３に流れる電流値）、２次電圧（２次コイル３に印加される電圧値）を表す。さらに、「Ｖｄｃ」はコンデンサ２６に蓄えられるエネルギーを電圧値で表すものである。
　点火信号ＩＧｔがローからハイへ切り替わると（時間ｔ０１参照。）、点火信号ＩＧｔがハイの期間において、第１スイッチ２２がオン状態を維持してプラスの１次電流が流れ、１次コイル２にエネルギーが蓄えられる。また、昇圧スイッチ２８がオンオフを繰り返し、昇圧されたエネルギーがコンデンサ２６に蓄えられる。
　やがて、点火信号ＩＧｔがハイ（high level）からロー(low level)へ切り替わると（時間ｔ０２参照。）、第１スイッチ２２がオフされ、１次コイル２の通電が遮断される。これにより、電磁誘導によって２次コイル３に高電圧が発生し、点火プラグ５において主点火が発生する。
　点火プラグ５において主点火が発生した後、２次電流は略三角波形状で減衰する（Ｉ２の点線を参照。）。そして、２次電流が下限の閾値に到達する前に、放電継続信号ＩＧｗがローからハイへ切り替わる（時間ｔ０３参照。）。
　放電継続信号ＩＧｗがローからハイへ切り替わると、第２スイッチ２４がオンオフ制御されて、コンデンサ２６に蓄えられていたエネルギーが、１次コイル２のマイナス側に順次投入され、１次電流は、１次コイル２からバッテリ２１のプラス電極に向かって流れる。より具体的には、第２スイッチ２４がオンされる毎に１次コイル２からバッテリ２１のプラス電極に向かう１次電流が追加され、１次電流がマイナス側に増加していく（時間ｔ０３～ｔ０４参照。）。
　そして、１次電流が追加される毎に、主点火による２次電流と同方向の２次電流が２次コイル３に順次追加され、２次電流は上限下限の間に維持される。
　以上により、第２スイッチ２４をオンオフ制御することで、２次電流が火花放電を維持可能な程度に継続して流れる。その結果、放電継続信号ＩＧｗのオン状態が続くと、継続火花放電が点火プラグ５において維持される。
　なお、ＥＣＵ１４は、１燃焼サイクルあたりの第２回路１２によるエネルギー投入量の目標値Ｅ＊および２次電流の指令値Ｉ＊を記憶している。そして、ＥＣＵ１４は、目標値Ｅ＊および指令値Ｉ＊に基づき、第２回路１２によるエネルギーの投入期間τを算出し、エネルギーの投入期間τとして定められた期間において放電継続信号ＩＧｗの出力を維持する。
　〔実施例の特徴〕
　次に、実施例の特徴的な構成について説明する。
　まず、制御部３としてのＥＣＵ１４は、内燃機関６の気筒７内の流速である筒内流速ｖ、内燃機関６の気筒７内の圧力である筒内圧力Ｐ、および、空燃比ＡＦＲに基づき目標値Ｅ＊を算出するとともに、筒内流速ｖに基づき２次電流の指令値Ｉ＊を算出する。そして、ＥＣＵ１４は、目標値Ｅ＊および指令値Ｉ＊に応じて第２回路１２の動作を制御する。
　具体的には、ＥＣＵ１４は、指令値Ｉ＊、目標値Ｅ＊を、それぞれ下記の数式１、２により算出する。
　〔数式１〕Ｉ＊＝ａ・ｖ（ａは定数）
　〔数式２〕Ｅ＊＝ｂ・ｖ＋ｃ・Ｐ＋ｄ・ＡＦＲ（ｂ、ｃ、ｄは定数）
　また、ＥＣＵ１４は、回転数センサ１７から得られる回転数の検出値に基づき筒内流速ｖを推定するとともに、筒内流速ｖの推定値を数式１に当てはめることで指令値Ｉ＊を算出し、吸気圧センサ１８から得られる吸気圧の検出値に基づき筒内圧力Ｐを推定するとともに、筒内圧力Ｐの推定値を数式２に当てはめることで目標値Ｅ＊を算出する。
　ここで、ＥＣＵ１４は、燃料噴射制御を行うため、インジェクタ９から噴射供給される燃料の噴射量の指令値を算出する噴射量指令部として機能する。また、ＥＣＵ１４は、吸気圧センサ１８から得られる吸気圧の検出値に基づき、内燃機関に吸入される吸入空気の流量である吸気量を推定する吸気量検出部として機能する。
　さらに、ＥＣＵ１４は、吸気圧センサ１８から得られる吸気圧の検出値、または、回転数センサ１７から得られる回転数の検出値の一方に基づき、内燃機関６の運転状態が定常状態または過渡状態の何れか一方であることを判定する。そして、ＥＣＵ１４は、内燃機関６の運転状態が過渡状態であると判定した場合に、噴射量の指令値および吸気量の推定値を用いて空燃比を推定する。
　〔実施例の制御方法〕
　以下、ＥＣＵ１４による第２回路１２に対する制御を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
　まず、ステップＳ１で、内燃機関の運転状態が過渡状態であるか否かを判定する。この判定は、上記のとおり、吸気圧センサ１８から得られる吸気圧の検出値、または、回転数センサ１７から得られる回転数の検出値の一方に基づき行われる。
　より具体的には、例えば、吸気圧の時間変化率、回転数の時間変化率のそれぞれに対して閾値ε１、ε２が設定されており、吸気圧の時間変化率がε１よりも大きくなったとき、または、回転数の時間変化率がε２よりも大きくなったときに、過渡状態であるものと判定し（ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。また、吸気圧の時間変化率がε１よりも小さく、かつ、回転数の時間変化率がε２よりも小さいときに、過渡状態ではなく定常状態あるものと判定し（ＮＯ）、ステップＳ５に進む。
　ステップＳ２では、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲを求め、ステップＳ３に進む。なお、ステップＳ２では、噴射量の指令値および吸気量の検出値を用いて空燃比ＡＦＲを推定する。
　ステップＳ３では、第２回路１２によるエネルギー投入量の目標値Ｅ＊、２次電流の指令値Ｉ＊を算出する。このとき、上記のように、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲを用いて数式１、２により、目標値Ｅ＊、指令値Ｉ＊を算出し、さらに算出した目標値Ｅ＊、指令値Ｉ＊を用いてエネルギーの投入期間τを算出する。
　ステップＳ４では、エネルギーの投入期間τが経過するまで（ＮＯ）、第２回路１２によるエネルギーの投入を続けて火花放電を維持する。
　一方、ステップＳ５では、空燃比センサ１９から得られる検出値を空燃比ＡＦＲの数値とする。そして、ステップＳ６、Ｓ７では、それぞれステップＳ３、Ｓ４と同様の処理が行われ、ステップＳ７でエネルギーの投入期間τが経過したと判定した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、数式１、２の各種定数ａ～ｄを更新するか否かの判定を行う。より具体的には、数式２で算出した目標値Ｅ＊と、エネルギー投入量の現実値との差Δを算出し、差Δが所定の閾値ε３よりも小さいか否かを判定する。
　そして、差Δが閾値ε３よりも大きいときに（ＹＥＳ）、定数ａ～ｄを更新する必要があると判定してステップＳ９に進み、定数ａ～ｄを更新する。また、差Δが閾値ε３よりも小さいときには（ＮＯ）、定数ａ～ｄを更新せず、このフローを終了する。なお、定数ａ～ｄの更新は、例えば、当初、エネルギーの投入期間τが大きくなるように定数ａ～ｄを大き目に設定しておき、徐々に、定数ａ～ｄが小さくなるように行う。
　〔実施例の動作〕
　実施例の点火装置１の動作の一例を、図５を用いて説明する。
　例えば、吸気圧がＰ１、回転数がＮ１の定常状態において、エネルギー投入量がＥ１で点火制御が行われているものとする。この場合、図４のステップＳ１で運転状態が定常状態であると判定されるので、ステップＳ５～Ｓ９に基づき点火制御が行われる。このような状態で、乗員の加速操作が行われ、吸気圧、回転数およびエネルギー投入量が上昇を開始したものとする（時間ｔ１参照。）。
　この場合、吸気圧の時間変化率、回転数の時間変化率は、両方とも、それぞれの閾値ε１、ε２よりも大きくなり、ステップＳ１で運転状態が過渡状態であると判定され、ステップＳ２～Ｓ４に基づき点火制御が行われる。
　やがて、吸気圧がＰ１よりも大きいＰ２、回転数がＮ１よりも大きいＮ２の定常状態に移行し、エネルギー投入量がＥ１よりも大きいＥ２に安定する。この間に、吸気圧の時間変化率、回転数の時間変化率は、両方とも、それぞれの閾値ε１、ε２よりも小さくなり、ステップＳ１で運転状態が定常状態であると判定され、ステップＳ５～Ｓ９に基づき点火制御が行われる。
　〔実施例の効果〕
　実施例の点火装置１によれば、ＥＣＵ１４は、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲに基づき点火プラグ５へのエネルギー投入量の目標値Ｅ＊を算出するとともに、筒内流速ｖに基づき２次電流の指令値Ｉ＊を算出し、目標値Ｅ＊および指令値Ｉ＊に応じて第２回路１２の動作を制御する。
　まず、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲに基づき目標値Ｅ＊を算出することで、内燃機関６の運転状態に応じたエネルギー投入量の制御が可能になる。また、筒内流速ｖに基づき指令値Ｉ＊を算出することで、火花放電の吹き消えが発生しないように２次電流を制御することができる。このため、点火装置１において、点火プラグ５へのエネルギー投入量を可変にして燃費を改善することができる。
　また、ＥＣＵ１４は指令値Ｉ＊を上記の数式１により算出する。
　これにより、火花放電の吹き消えを防止するのに、簡易な比例式を用いることができるので、ＥＣＵ１４の演算負荷を低減することができる。
　さらに、ＥＣＵ１４は目標値Ｅ＊を上記の数式２により算出する。
　これにより、燃費低減効果を得るのに、簡易な線形式を用いることができるので、ＥＣＵ１４の演算負荷を低減することができる。
　また、ＥＣＵ１４は、回転数センサ１７から得られる回転数の検出値に基づき筒内流速ｖを推定するとともに、筒内流速ｖの推定値を数式１に当てはめることで指令値Ｉ＊を算出し、吸気圧センサ１８から得られる吸気圧の検出値に基づき筒内圧力Ｐを推定するとともに、筒内圧力Ｐの推定値を数式２に当てはめることで目標値Ｅ＊を算出する。これにより、指令値Ｉ＊や目標値Ｅ＊を算出するのに必要な筒内流速ｖや筒内圧力Ｐの数値を得るのに、既存のセンサを利用することができるので、点火装置１のコストを低減することができる。
　また、ＥＣＵ１４は、インジェクタ９から噴射供給される燃料の噴射量の指令値を算出する噴射量指令部として機能し、さらに、吸気圧センサ１８から得られる吸気圧の検出値に基づき吸気量を推定する吸気量検出部として機能する。そして、ＥＣＵ１４は、噴射量の指令値および吸気量の推定値に基づき空燃比ＡＦＲを推定する。これにより、目標値Ｅ＊を算出するのに必要な空燃比ＡＦＲの数値を、空燃比センサ１９から取得するよりも早期に得ることができる。このため、エネルギー投入量に関し、より燃費低減効果の高い制御を実行することができる。
　さらに、ＥＣＵ１４は、内燃機関６の運転状態が過渡状態であると判定した場合に、噴射量の指令値および吸気量の推定値を用いて空燃比を推定する。これにより、より燃費低減の必要性が高い過渡状態において、燃費低減効果の高い制御を実行することができる。このため、燃費低減効果を高めつつ、過渡状態以外の定常状態では、空燃比センサ１９から得られる検出値を空燃比ＡＦＲの数値として用いることで、ＥＣＵ１４の演算負荷を低減することができる。
　〔変形例〕
　点火装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。例えば、実施例の点火装置１によれば、エネルギー投入量の目標値Ｅ＊は、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲの線形１次式（数式１参照。）により算出されていたが、目標値Ｅ＊の算出方法は、このような態様に限定されない。例えば、目標値Ｅ＊を求める数式に、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲのいずれかをべき乗で組み入れてもよく、目標値Ｅ＊を求める数式を、筒内流速ｖ、筒内圧力Ｐおよび空燃比ＡＦＲのいずれかを含まない形で組み立ててもよい。同様に、２次電流の指令値Ｉ＊の算出方法も、筒内流速ｖの比例式に限定されない。
　また、実施例によれば、筒内圧力Ｐは吸気圧センサ１８の検出値に基づき推定されていたが、筒内圧力Ｐを直接的に検出することができる筒内圧センサを内燃機関６に装着し、筒内圧センサの検出値を筒内圧力Ｐの数値として利用してもよい。
　また、実施例では、ガソリン用の内燃機関６に点火装置１を用いる例を示したが、エタノール燃料や混合燃料を用いる内燃機関６に点火装置１を適用してもよく、粗悪燃料が用いられる可能性のある内燃機関６に点火装置１を適用してもよい。
　また、実施例では、希薄燃焼が可能な内燃機関６に点火装置１を用いる例を示したが、希薄燃焼とは異なる燃焼状態であっても継続火花放電によって着火性の向上を図ることができるため、希薄燃焼が可能な内燃機関６への適用に限定するものではなく、点火装置１を、希薄燃焼を行わない内燃機関６に用いてもよい。
　また、実施例では、吸気ポート８に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関６に点火装置１を用いる例を示したが、気筒７内に直接燃料を噴射する直噴式の内燃機関６に点火装置１を用いてもよい。
　さらに、実施例では、混合気の旋回流を気筒７内にて積極的に生じさせる内燃機関６に点火装置１を用いる例を開示したが、旋回流を気筒７内に積極的に生じさせる機構がない内燃機関６に用いてもよい。

Claims (7)

  1. 　１次コイル（２）および２次コイル（３）を有する点火コイル（４）と、前記２次コイルに接続する点火プラグ（５）とを備え、前記１次コイルへの通電のオンオフに伴う電磁誘導により前記点火プラグにエネルギーを投入して火花放電を発生させる内燃機関（６）用の点火装置（１）において、
    　前記１次コイルへの通電をオンオフすることで、前記点火プラグに火花放電を開始させる第１回路（１１）と、
    　この第１回路の動作によって開始した火花放電中に、前記第１回路による通電方向とは逆の方向に前記１次コイルに通電することで、前記２次コイルの通電を前記第１回路の動作で開始したのと同一方向に維持して前記点火プラグにエネルギーを投入し続け、火花放電を継続させる第２回路（１２）と、
    　この第２回路の動作を制御する制御部（１３、１４、１５）とを備え、
    　この制御部は、
    　前記内燃機関の気筒（７）内の流速である筒内流速（ｖ）、前記内燃機関の気筒内の圧力である筒内圧力（Ｐ）、および、空燃比（ＡＦＲ）に基づき前記点火プラグへのエネルギー投入量の目標値（Ｅ＊）を算出するとともに、前記筒内流速に基づき前記２次コイルの通電量である２次電流の指令値（Ｉ＊）を算出し、
    　前記エネルギー投入量の目標値、および、前記２次電流の指令値に応じて前記第２回路の動作を制御することを特徴とする点火装置。
  2. 　請求項１に記載の点火装置において、
    　前記制御部は、前記２次電流の指令値を下記の数式１により算出することを特徴とする点火装置。
    　〔数式１〕Ｉ＊＝ａ・ｖ（ａは定数）
  3. 　請求項１または請求項２に記載の点火装置において、
    　前記制御部は、前記エネルギー投入量の目標値を下記の数式２により算出することを特徴とする点火装置。
    　〔数式２〕Ｅ＊＝ｂ・ｖ＋ｃ・Ｐ＋ｄ・ＡＦＲ（ｂ、ｃ、ｄは定数）
  4. 　請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の点火装置において、
    　前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部（１７）を備え、
    　前記制御部は、前記回転数の検出値に基づき前記筒内流速を推定するとともに、前記筒内流速の推定値に基づき前記エネルギー投入量の目標値、および、前記２次電流の指令値を算出することを特徴とする点火装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の点火装置において、
    　前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸気圧検出部（１８）を備え、
    　前記制御部は、前記吸気圧の検出値に基づき前記筒内圧力を推定するとともに、前記筒内圧力の推定値に基づき前記エネルギー投入量の目標値を算出することを特徴とする点火装置。
  6. 　請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載の点火装置（１）において、
    　前記内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁（９）と、
    　この燃料噴射弁から噴射供給される燃料の噴射量の指令値を算出する噴射量指令部（１４）と、
    　前記内燃機関に吸入される吸入空気の流量を推定または検出する吸気量検出部（１４）とを備え、
    　前記制御部は、前記噴射量の指令値および前記吸気量の検出値に基づき前記空燃比を推定するとともに、前記空燃比の推定値に基づき前記エネルギー投入量の目標値を算出することを特徴とする点火装置。
  7. 　請求項６に記載の点火装置（１）において、
    　前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力、または、前記内燃機関の回転数の少なくとも一方を検出する検出部（１７、１８）を備え、
    　前記制御部は、
    　この検出部の検出値に基づき、前記内燃機関の運転状態が定常状態または過渡状態の何れか一方であることを判定し、
    　前記内燃機関の運転状態が前記過渡状態であると判定した場合に、前記噴射量の指令値および前記吸気量の検出値を用いて前記空燃比を推定することを特徴とする点火装置（１）。
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