WO2017029951A1 - 点火装置 - Google Patents

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ignition
humidity
spark discharge
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翔平 石田
竹田　俊一
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株式会社日本自動車部品総合研究所
株式会社デンソー
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    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
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    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/10—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having continuous electric sparks
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 describes an ignition device that reduces NOx by increasing the air-fuel ratio in a high humidity environment. However, since this ignition device raises the air-fuel ratio in a state where it is difficult to ignite due to high humidity and the flame is difficult to spread, there is a concern that blowout may occur.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ignition device capable of suppressing deterioration of combustion fluctuations in a high humidity environment.
  • 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, and an ignition plug by electromagnetic induction accompanying on / off of energization to the primary coil.
  • the spark is discharged by applying energy to the.
  • the ignition device further includes the following first circuit, second circuit, control unit, and humidity detection unit.
  • the first circuit starts spark discharge in the spark plug by turning on / off the energization of the primary coil.
  • the second circuit is energized from the negative side of the primary coil in a direction opposite to the energization direction by the first circuit, thereby energizing the secondary coil. Maintaining the same direction as started by the operation of the circuit, the energy is continuously supplied to the spark plug, and the spark discharge is continued.
  • the control unit controls the operation of the first circuit and the second circuit.
  • the humidity detector detects the humidity of the intake air taken into the internal combustion engine.
  • the control unit advances the spark discharge start timing by the first circuit and increases the amount of energy input to the spark plug by the second circuit according to the increase in the humidity of the intake air.
  • Accelerating ignition is facilitated by advancing the start timing of the spark discharge by the first circuit, and flame is easily spread by increasing the amount of energy input to the spark plug by the second circuit. For this reason, it is possible to compensate for the difficulty of ignition due to high humidity and the difficulty of spreading the flame, and it is possible to suppress the deterioration of combustion fluctuations in a high humidity environment.
  • the ignition device 1 of this embodiment will be described with reference to FIGS.
  • 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 supplied to the plug 5 to generate spark discharge in the air-fuel mixture.
  • the ignition device 1 is mounted on an internal combustion engine 6 for running a vehicle and ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber 7 at a predetermined ignition timing.
  • the spark plug 5 has a well-known structure, and includes a center electrode 8 connected to one end of the secondary coil 3 and a ground electrode 9 grounded via a cylinder head or the like of the internal combustion engine 6. Spark discharge is generated between the center electrode 8 and the ground electrode 9 by the energy generated in the next coil 3.
  • the internal combustion engine 6 is capable of, for example, lean combustion using gasoline as fuel, and is provided so that a swirling flow of an air-fuel mixture such as a tumble flow or a swirl flow is generated in the combustion chamber 7.
  • the ignition device 1 will be described in detail.
  • the ignition device 1 includes a first circuit 11, a second circuit 12, and a control unit 13.
  • the first circuit 11 causes the spark plug 5 to start spark discharge by turning on and off the energization of the primary coil 2.
  • the second circuit 12 energizes the secondary coil 3 by energizing 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. Maintaining the same direction as the start of the operation of one circuit 11, the energy is continuously supplied to the spark plug 5, and the spark discharge is continued.
  • the control unit 13 is a part that controls the operation of the first and second circuits 11 and 12, and includes an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 16, an input driver 17, and the like.
  • ECU electronice control unit
  • the ECU 16 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, which will be described later, to control energization to the primary coil 2 and to 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 ECU 16 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 16 stores an input circuit that processes an 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. And an output circuit for outputting signals necessary for controlling the internal combustion engine 6 based on the processing results of the CPU and the CPU.
  • the various sensors that output a signal to the ECU 16 include, for example, a rotation speed sensor 24 that detects the rotation speed of the internal combustion engine 6, an intake pressure sensor 25 that detects the pressure of intake air sucked into the internal combustion engine 6, and an air-fuel mixture An air-fuel ratio sensor 26 for detecting the air-fuel ratio of the engine.
  • the ECU 16 executes ignition control by the ignition device 1, fuel injection control by the fuel injection valve 27, and the like based on detected values of parameters obtained from these sensors.
  • the fuel injection valve 27 is provided in the intake passage 28, but a so-called direct injection type structure in which fuel is directly injected into the combustion chamber 7 may be employed.
  • the first circuit 11 has a first switch 31 for starting discharge disposed on the ground side (low potential side) of the other terminal of the primary coil 2.
  • the first switch 31 connects the positive electrode of the battery 30 to one terminal of the primary coil 2 and connects the other terminal of the primary coil 2 to the ground.
  • the first circuit 11 causes the primary coil 2 to store energy when the first switch 31 is turned on and off, and also uses the energy stored in the primary coil 2 to generate a high voltage in the secondary coil 3 so that the ignition plug 5 starts 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 30 toward the first switch 31.
  • the first circuit 11 turns on the first switch 31 during a period when the ignition signal IGt is given from the ECU 16, thereby applying the voltage of the battery 30 to the primary coil 2 to generate a positive primary current. Energize to cause the primary coil 2 to store magnetic energy. Thereafter, when the first switch 31 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 31 is an IGBT, 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 includes a second switch 34 that is disposed between the primary coil 2 and the first switch 31 and turns on / off the power supply from the booster circuit 33 to the primary coil 2.
  • the booster circuit 33 boosts the voltage of the battery 30 and stores it in the capacitor 36 during a period when the ignition signal IGt is given from the ECU 16.
  • the booster circuit 33 includes a capacitor 36, a choke coil 37, a boost switch 38, a boost driver 39, and a diode 40.
  • One end of the choke coil 37 is connected to the positive electrode of the battery 30, and the energization state of the choke coil 37 is interrupted by the boost switch 38.
  • the boost driver 39 gives a control signal to the boost switch 38 to turn the boost switch 38 on and off.
  • the boost switch 38 is, for example, a MOS transistor.
  • the capacitor 36 stores the magnetic energy generated in the choke coil 37 as electrical energy by the on / off operation of the boost switch 38.
  • the booster driver 39 is provided so as to repeatedly turn on and off the booster switch 38 at a predetermined period during a period when the ignition signal IGt is given from the ECU 16.
  • the diode 40 prevents the energy stored in the capacitor 36 from flowing back to the choke coil 37 side.
  • the second circuit 12 includes a diode 44 in addition to the second switch 34.
  • the second switch 34 is, for example, a MOS transistor, and turns on / off the input of energy stored in the capacitor 36 from the negative side of the primary coil 2.
  • the diode 44 prevents reverse current flow from the primary coil 2 to the second switch 34 side.
  • the second switch 34 is turned on by a control signal supplied from the making driver 17, and thereby inputs energy from the booster circuit 33 to the negative side of the primary coil 2.
  • the input driver 17 controls the energy supplied to the primary coil 2 from the capacitor 36 by turning on and off the second switch 34 during the period in which the discharge continuation signal IGw is given. Control the secondary current.
  • the discharge continuation signal IGw is a signal for instructing a period for continuing the spark discharge generated as the main ignition.
  • 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 generating the secondary current in the first circuit. 11 is maintained in the same direction as started by the operation of No. 11, and energy is continuously supplied to the spark plug 5 to continue the spark discharge.
  • the spark discharge that continues to the main ignition by the operation of the second circuit 12 may be referred to as a continuous spark discharge.
  • the input driver 17 controls the secondary current based on the current command signal IGa which is a signal indicating the command value of the secondary current supplied from the ECU 16.
  • One end of the secondary coil 3 is connected to the center electrode 8 of the spark plug 5 as described above, and the other end of the secondary coil 3 detects a secondary current generated in the secondary coil 3 and feeds it back to the control unit 13.
  • the other end of the secondary coil 3 is connected to the F / B circuit 46 via a diode 47 that limits the direction of the secondary current to one direction.
  • the F / B circuit 46 is connected to a shunt resistor 48 for detecting a secondary current.
  • the input driver 17 controls on / off of the second switch 34 based on the detected value of the secondary current fed back and the command value of the secondary current detected based on the current command signal IGa.
  • the input driver 17 sets, for example, upper and lower thresholds for the detected value of the secondary current based on the command value, and starts outputting a control signal according to the comparison result between the detected value and the upper and lower thresholds, Or stop. More specifically, the input driver 17 stops outputting the control signal when the detected value of the secondary current becomes larger than the upper limit, and starts outputting the control signal when the detected value of the secondary current becomes smaller than the lower limit. To do.
  • the first and second circuits 11 and 12, the F / B circuit 46, and the input driver 17 are grouped together as a circuit unit 49.
  • the ignition plug 5, the ignition coil 4, and the circuit unit 49 are installed in each cylinder.
  • 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
  • 1stSW represents the on / off state of the first switch 31
  • 2ndSW represents the on / off state of the second switch 34
  • BstSW represents the on / off state of the boost switch 38
  • VC represents the capacitor 36.
  • I1” represents a primary current (a current value flowing through the primary coil 2)
  • I2 represents a secondary current (a current value flowing through the secondary coil 3).
  • the first switch 31 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 31 is maintained in an on state, and a positive primary current flows, and energy is supplied to the primary coil 2. Is stored. While the charging voltage of the capacitor 36 is below a predetermined value, the boost switch 38 is repeatedly turned on and off, and the boosted energy is stored in the capacitor 36.
  • the first switch 31 When the ignition signal IGt switches from high to low (see time t02), the first switch 31 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. After the 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 34 When the discharge continuation signal IGw switches from low to high, the second switch 34 is controlled to be turned on / off, and the energy stored in the capacitor 36 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 pole of the battery 30. Specifically, each time the second switch 34 is turned on, a primary current from the primary coil 2 toward the positive pole of the battery 30 is added, and the primary current increases to the negative side (time t03 to t04). reference).
  • the ignition device 1 further includes a humidity detection unit (hereinafter referred to as a humidity sensor 50).
  • the humidity sensor 50 is provided in the intake passage 28 that guides the intake air to the internal combustion engine 6, detects the humidity of the intake air, and outputs a signal corresponding to the humidity of the intake air to the ECU 16 (see FIG. 2).
  • the control unit 13 Based on the humidity detection value of the humidity sensor 50, the control unit 13 selects two modes for controlling the start timing of spark discharge by the first circuit 11 and the amount of energy input to the spark plug 5 by the second circuit 12. Use properly.
  • One mode is a mode corresponding to a normal state, in which the start timing of spark discharge by the first circuit 11 is set as a predetermined time, and the amount of energy input to the spark plug 5 by the second circuit 12 is set as a predetermined amount (hereinafter referred to as a mode). Is called the normal mode).
  • the other mode is a mode corresponding to a high humidity state.
  • the start timing of the spark discharge by the first circuit 11 is advanced from the normal mode, and the amount of energy input to the spark plug 5 by the second circuit 12 is increased from the normal mode.
  • Mode hereinafter referred to as high humidity mode.
  • the solid line represents the time change of the secondary current in the high humidity mode
  • the dotted line represents the time change of the secondary current in the normal mode.
  • the command value of the secondary current is set equal in both the high humidity mode and the normal mode.
  • T02, T03, and T04 represent the signal switching time in the high humidity mode
  • t02, t03, and t04 represent the signal switching time in the low humidity mode.
  • T02 represents the time when the ignition signal IGt switches from high to low, and corresponds to t02 in FIG.
  • T03 represents the time for the discharge continuation signal IGw to switch from low to high
  • T04 represents the time for the discharge continuation signal IGw to switch from high to low, and corresponds to t04 in FIG.
  • t02 represents the time when the ignition signal IGt switches from high to low
  • t03 represents the time for the discharge continuation signal IGw to switch from low to high
  • t04 represents the time for the discharge continuation signal IGw to switch from high to low, and corresponds to t04 in FIG.
  • control unit 13 determines whether the state of the intake air is a high humidity state from the detection value of the humidity sensor 50. Whether or not the humidity state is high is determined by whether or not the detection value of the humidity sensor 50 exceeds a preset threshold value.
  • the control unit 13 executes the high humidity mode.
  • the high humidity mode is executed, the ignition device 1 starts spark discharge earlier than the normal mode (see time T02 and time t02), and the amount of energy input to the spark plug 5 increases from the normal mode. Since the command value of the secondary current is set equal in the high humidity mode and the normal mode, the increase in energy input is realized by extending the discharge duration (time T03 to T04, time t03 to t04). reference).
  • the control unit 13 executes the normal mode.
  • the control unit 13 advances the start timing of the spark discharge by the first circuit 11 and increases the energy to the spark plug 5 by the second circuit 12 as the humidity of the intake air increases. Increase the amount of input.
  • the control unit 13 increases the amount of energy input by controlling the operation of the second circuit 12 and extending the discharge duration. Thereby, the amount of energy input to the spark plug 5 can be increased without increasing the magnitude of the secondary current.
  • the period of continuous spark discharge can be expanded and contracted without increasing the magnitude of the secondary current by expanding and contracting the period of increasing the primary current to the minus side.
  • the secondary current in an ignition device that does not have the second circuit, when the discharge period is extended, the secondary current must be increased to cope with it, and the consumption of the spark plug inevitably increases. For this reason, compared with the ignition device which does not have a 2nd circuit, the ignition device 1 of the said Example can increase energy input, suppressing consumption of the spark plug 5.
  • the duration of the continuous spark discharge can be shortened, so that it is possible to quickly prepare for the next ignition.
  • the command value of the secondary current may be set large.
  • the amount of energy input to the spark plug 5 may be increased by increasing the magnitude of the secondary current and increasing the duration of the continuous spark discharge.
  • the high humidity mode and the normal mode are switched by the threshold determination, but the start timing of the spark discharge is advanced in proportion to the humidity detected value by the humidity sensor 14 and the energy to the spark plug 5 is increased.
  • the input amount may be increased.

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Abstract

点火装置１は、第１回路１１、第２回路１２、制御部１３、および、湿度センサ５０を備える。第１回路１１は、点火プラグ５に火花放電を開始させる。第２回路１２は、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、火花放電を継続させる。制御部１３は、第１回路１１および第２回路１２の動作を制御する。湿度センサ５０は、吸入空気の湿度を検出する。制御部１３は、吸入空気の湿度の増加に応じて、第１回路１１による火花放電の開始時期を早めるとともに、第２回路１２による点火プラグへのエネルギー投入量を増やす。このため、高湿度による着火しにくさ、火炎の広がりにくさを補うことができ、燃焼変動の悪化を抑制することができる。

Description

点火装置
　本発明は、内燃機関用の点火装置に関する。
　近年、低燃費化、低エミッション化等を図る目的で、天候等の周囲の環境に応じた高度な内燃機関制御が求められている。例えば、高湿度環境下においては、混合気は、熱容量増加により、着火しにくくなっており、着火しても火炎が広がりにくい状態となっている。この結果、燃焼変動が悪化しやすくなっており、その対策が望まれている。
　特許文献１には、高湿度環境下において、空燃比を高めることでＮＯｘを低減させる点火装置が記載されている。しかし、この点火装置は、高湿度によって着火しにくく、かつ、火炎が広がりにくい状態で空燃比を高めているため吹き消えの発生が懸念される。
特開平０６－２７２５９０号公報
　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、高湿度環境下において、燃焼変動の悪化を抑制することができる点火装置を提供することにある。
　本発明の内燃機関用の点火装置は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。この点火装置は、更に以下の第１回路、第２回路、制御部、及び湿度検出部を備える。
　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。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次コイルのマイナス側から通電することで、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。
　制御部は、第１回路および第２回路の動作を制御する。湿度検出部は、内燃機関に吸入される吸入空気の湿度を検出する。制御部は、吸入空気の湿度の増加に応じて、第１回路による火花放電の開始時期を早めるとともに、第２回路による点火プラグへのエネルギー投入量を増やす。
　第１回路による火花放電の開始時期を早めることで、着火が起こりやすくなり、第２回路による点火プラグへのエネルギー投入量を増やすことで、火炎が広がりやすくなる。このため、高湿度による着火しにくさ、火炎の広がりにくさを補うことができ、高湿度環境下において、燃焼変動の悪化を抑制することができる。
本発明の実施例の点火装置の構成図である。 上記点火装置を含む内燃機関の構成図である。 上記点火装置の動作を示すタイムチャートである。 上記点火装置の通常モードと高湿度モードにおける２次電流の時間変化を示す図である。 上記点火装置の通常モードと高湿度モードにおける２次電流の時間変化を示す図である。 上記点火装置の変形例の通常モードと高湿度モードにおける２次電流の時間変化を示す図である。
　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～図２を参照して本実施例の点火装置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混合気に火花放電を発生させる。点火装置１は、車両走行用の内燃機関６に搭載されるものであり、所定の点火時期に燃焼室７内の混合気に点火する。
　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８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９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８と接地電極９との間で火花放電を生じさせる。内燃機関６は、例えば、ガソリンを燃料とする希薄燃焼（リーンバーン）が可能であり、燃焼室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、第１回路１１、第２回路１２、および制御部１３を備える。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。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。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、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１６および投入ドライバ１７等により構成される。
　ＥＣＵ１６は、内燃機関６に対する制御の中枢を成すものであり、後述する点火信号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により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。
　ＥＣＵ１６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。ＥＣＵ１６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。
　ＥＣＵ１６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２４、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２５、および、混合気の空燃比を検出する空燃比センサ２６等である。ＥＣＵ１６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、点火装置１による点火制御、燃料噴射弁２７による燃料噴射制御等を実行する。なお、本実施例の点火装置１では、燃料噴射弁２７は吸気路２８に設けられているが、燃焼室７に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴式の構成となっていてもよい。
　第１回路１１は、１次コイル２の他方の端子のアース側（低電位側）に配置された、放電開始用の第１スイッチ３１を有する。この第１スイッチ３１はバッテリ３０のプラス極と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する。
　第１回路１１は、第１スイッチ３１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３０から第１スイッチ３１に向かう方向をプラスとする。
　より具体的には、第１回路１１はＥＣＵ１６から点火信号ＩＧｔが与えられる期間に第１スイッチ３１をオンすることで、１次コイル２にバッテリ３０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３１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。第１スイッチ３１は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ型トランジスタ、サイリスタ等である。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、１次コイル２と第１スイッチ３１との間に配置され、昇圧回路３３から１次コイル２への電力供給をオンオフする第２スイッチ３４を有する。昇圧回路３３は、ＥＣＵ１６から点火信号ＩＧｔが与えられる期間においてバッテリ３０の電圧を昇圧してコンデンサ３６に蓄えるものである。
　より具体的に、昇圧回路３３は、コンデンサ３６、チョークコイル３７、昇圧スイッチ３８、昇圧ドライバ３９、ダイオード４０を備えている。チョークコイル３７は一端がバッテリ３０のプラス極に接続され、昇圧スイッチ３８によりチョークコイル３７の通電状態が断続される。昇圧ドライバ３９は、昇圧スイッチ３８に制御信号を与えて昇圧スイッチ３８をオンオフさせるものである。昇圧スイッチ３８は、例えば、ＭＯＳ型トランジスタである。コンデンサ３６は、昇圧スイッチ３８のオンオフ動作により、チョークコイル３７に発生した磁気的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして蓄える。
　昇圧ドライバ３９は、ＥＣＵ１６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３８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４０は、コンデンサ３６に蓄えたエネルギーがチョークコイル３７の側へ逆流するのを防ぐものである。
　第２回路１２は、第２スイッチ３４に加え、ダイオード４４を備える。第２スイッチ３４は、例えば、ＭＯＳ型トランジスタであり、コンデンサ３６に蓄えるエネルギーを１次コイル２のマイナス側から投入するのをオンオフするものである。ダイオード４４は、１次コイル２から第２スイッチ３４側への電流の逆流を阻止するものである。第２スイッチ３４は、投入ドライバ１７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３３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。
　投入ドライバ１７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３４をオンオフさせてコンデンサ３６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。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させる期間を指令する信号である。
　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、第２回路１２の動作により主点火に継続する火花放電を継続火花放電と呼ぶことがある。
　投入ドライバ１７は、ＥＣＵ１６から供給される２次電流の指令値を示す信号である電流指令信号ＩＧａに基づき２次電流を制御する。２次コイル３の一端は先述したように点火プラグ５の中心電極８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４６に接続している。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４７を介してＦ／Ｂ回路４６に接続している。また、Ｆ／Ｂ回路４６には、２次電流を検出するためのシャント抵抗４８が接続している。
　投入ドライバ１７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に基づき検出される２次電流の指令値とに基づき、第２スイッチ３４のオンオフを制御する。投入ドライバ１７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、投入ドライバ１７は、２次電流の検出値が上限より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。
　第１、第２回路１１、１２、Ｆ／Ｂ回路４６および投入ドライバ１７は回路ユニット４９として１つにまとめられている。点火プラグ５、点火コイル４、および、回路ユニット４９は各気筒それぞれに設置されている。
　次に、図３を参照して点火装置１の動作を説明する。図３において、「ＩＧｔ」は点火信号ＩＧｔの入力状態をハイ／ローで表し、「ＩＧｗ」は放電継続信号ＩＧｗの入力状態をハイ／ローで表す。また、「１ｓｔＳＷ」は第１スイッチ３１のオンオフ状態を表し、「２ｎｄＳＷ」は第２スイッチ３４のオンオフ状態を表し、「ＢｓｔＳＷ」は昇圧スイッチ３８のオンオフ状態を表し、「ＶＣ」はコンデンサ３６の充電電圧を表す。また、「Ｉ１」は１次電流（１次コイル２に流れる電流値）を表し、「Ｉ２」は２次電流（２次コイル３に流れる電流値）を表す。
　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３１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。コンデンサ３６の充電電圧が所定値を下回る間、昇圧スイッチ３８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３６に蓄えられる。
　点火信号ＩＧｔがハイからローへ切り替わると（時間ｔ０２参照）、第１スイッチ３１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点線参照）。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３４がオンオフ制御されて、コンデンサ３６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３０の＋極に向かって流れる。具体的には、第２スイッチ３４がオンされる毎に１次コイル２からバッテリ３０の＋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）。
　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。上記したように第２スイッチ３４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。
　[実施例の特徴]
　実施例の特徴的な構成について説明する。
　実施例の点火装置１は、さらに、湿度検出部（以下、湿度センサ５０と呼ぶ）を備える。湿度センサ５０は、内燃機関６に吸入空気を導く吸気路２８に設けられ、吸入空気の湿度を検出し、ＥＣＵ１６に吸入空気の湿度に応じた信号を出力する（図２参照）。
　制御部１３は、湿度センサ５０の湿度の検出値に基づいて、第１回路１１による火花放電の開始時期、第２回路１２による点火プラグ５へのエネルギー投入量を制御するために２つのモードを使い分けている。一方のモードは、通常状態に対応するモードであり、第１回路１１による火花放電の開始時期を所定時期とし、第２回路１２による点火プラグ５へのエネルギー投入量を所定量とするモード（以下、通常モードと呼ぶ）である。
　他方のモードは、高湿度状態に対応するモードであり、第１回路１１による火花放電の開始時期を通常モードより早めるとともに、第２回路１２による点火プラグ５へのエネルギー投入量を通常モードより増やすモード（以下、高湿度モードと呼ぶ）である。
　[実施例の動作]
　実施例の動作について図４を用いて説明する。図中実線は高湿度モードにおける２次電流の時間変化を表し、点線は通常モードにおける２次電流の時間変化を表す。なお、ここでは高湿度モード、通常モードともに２次電流の指令値は等しく設定されている。また、Ｔ０２、Ｔ０３、Ｔ０４は、高湿度モードにおける信号の切り替わる時間を表しており、ｔ０２、ｔ０３、ｔ０４は、低湿度モードにおける信号の切り替わる時間を表している。
　より具体的には、Ｔ０２は点火信号ＩＧｔがハイからローに切り替わる時間を表しており、図３におけるｔ０２に対応している。Ｔ０３は放電継続信号ＩＧｗがローからハイに切り替わる時間を表しており、図３におけるｔ０３に対応している。Ｔ０４は放電継続信号ＩＧｗがハイからローに切り替わる時間を表しており、図３におけるｔ０４に対応している。
　同様にｔ０２は点火信号ＩＧｔがハイからローに切り替わるときを表しており、図３におけるｔ０２に対応している。ｔ０３」は放電継続信号ＩＧｗがローからハイに切り替わる時間を表しており、図３におけるｔ０３に対応している。ｔ０４は放電継続信号ＩＧｗがハイからローに切り替わる時間を表しており、図３におけるｔ０４に対応している。
　まず、制御部１３は、湿度センサ５０の検出値から吸入空気の状態が高湿度状態であるか否かを判定する。高湿度状態か否かの判定は、湿度センサ５０の検出値が予め設定された閾値を超えるか否かで判定される。
　高湿度状態であると判定した場合、制御部１３は、高湿度モードを実行する。高湿度モードが実行されると点火装置１は、通常モードより火花放電の開始時期が早まり（時間Ｔ０２、時間ｔ０２参照）、通常モードより点火プラグ５へのエネルギー投入量が増加する。高湿度モードと通常モードとで２次電流の指令値は等しく設定されているため、エネルギー投入量の増加は、放電継続期間を伸ばすことによって実現している（時間Ｔ０３～Ｔ０４、時間ｔ０３～ｔ０４参照）。
　なお、実施例においては、高湿度モード、通常モードともに２次電流の指令値は等しくなっているため、時間Ｔ０２～Ｔ０３の期間と時間ｔ０２～ｔ０３の期間とは略等しくなっている。一方、高湿度状態でないと判定された場合、制御部１３は、通常モードを実行する。
　〔実施例の効果〕
　実施例の点火装置１によれば、制御部１３は、吸入空気の湿度の増加に応じて、第１回路１１による火花放電の開始時期を早めるとともに、第２回路１２による点火プラグ５へのエネルギー投入量を増やす。
　これにより、第１回路１１による火花放電の開始時期を早めることで、着火が起こりやすくなり、第２回路１２による点火プラグ５へのエネルギー投入量を増やすことで、火炎が広がりやすくなる。このため、高湿度による着火しにくさ、火炎の広がりにくさを補うことができ、高湿度環境下において、燃焼変動の悪化を抑制することができる。
　実施例の点火装置１によれば、制御部１３は、第２回路１２の動作を制御して放電継続期間を伸ばすことで、エネルギー投入量を増やしている。これにより、２次電流の大きさを増やすことなく点火プラグ５へのエネルギー投入量を増やすことができる。
　すなわち、第２回路１２の存在により、１次電流をマイナス側に増加させる期間を伸縮させることで、２次電流の大きさを増加させずに継続火花放電の期間を伸縮させることができる。一方、第２回路を有さない点火装置においては、放電期間を伸ばす場合に２次電流を増加させることで対応せざるを得ず、点火プラグの消耗がどうしても大きくなってしまう。このため、第２回路を有さない点火装置に比して、上記実施例の点火装置１は点火プラグ５の消耗を抑制しつつ、エネルギー投入量を増やすことができる。
　［変形例］
　本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。上記実施例によれば、高湿度モードにおいて、放電継続期間を伸ばすことで点火プラグ５へのエネルギー投入量を増やしているが、図５Ａに示すように２次電流の大きさを増加させて、点火プラグ５へのエネルギー投入量を増やしてもよい。なお、図５Ａにおいて、継続火花放電の期間は、高湿度モードと通常モードで同一としている（時間Ｔ０３～Ｔ０４、時間ｔ０３～ｔ０４参照）。
　この変形例によれば、継続火花放電の期間を短縮することができるので、速やかに次の点火に備えることができる。なお、２次電流の大きさを増加させるには、２次電流の指令値を大きく設定すればよい。
　当然ではあるが、図５Ｂに示すように、２次電流の大きさを増加させ、且つ、継続火花放電の期間を増加させることで、点火プラグ５へのエネルギー投入量を増やしてもよい。
　上記実施例においては、閾値判定により高湿度モードと通常モードとを切り替えていたが、湿度センサ１４による湿度の検出値に比例して、火花放電の開始時期を早めるとともに、点火プラグ５へのエネルギー投入量を増やすようにしてもよい。
１　点火装置　２　１次コイル　３　２次コイル　４　点火コイル
５　点火プラグ　１１　第１回路　１２　第２回路　１３　制御部
５０　湿度センサ（湿度検出部）

Claims (3)

  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用の点火装置（１）であって、
    　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、
    　前記第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次コイルのマイナス側から通電することで、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、
    　前記第１回路および前記第２回路の動作を制御する制御部（１３）と、
    　内燃機関に吸入される吸入空気の湿度を検出する湿度検出部（５０）とを備え、
    　前記制御部は、前記吸入空気の湿度の増加に応じて、前記第１回路による火花放電の開始時期を早めるとともに、前記第２回路による前記点火プラグへのエネルギー投入量を増やす点火装置。
  2. 　前記制御部は、前記第２回路の動作を制御して放電継続期間を伸ばすことで、前記エネルギー投入量を増やす、請求項１に記載の点火装置。
  3. 　前記制御部は、前記第２回路の動作を制御して前記２次コイルへの通電量を増やすことで、前記エネルギー投入量を増やす、請求項１または請求項２に記載の点火装置。
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