WO2020235219A1 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

内燃機関用制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2020235219A1
WO2020235219A1 PCT/JP2020/013951 JP2020013951W WO2020235219A1 WO 2020235219 A1 WO2020235219 A1 WO 2020235219A1 JP 2020013951 W JP2020013951 W JP 2020013951W WO 2020235219 A1 WO2020235219 A1 WO 2020235219A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
primary
ignition
coil
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/013951
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
英一郎 大畠
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立オートモティブシステムズ株式会社 filed Critical 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority to JP2021520635A priority Critical patent/JP7130868B2/ja
Priority to US17/595,680 priority patent/US11802534B2/en
Priority to CN202080036354.5A priority patent/CN113825900B/zh
Publication of WO2020235219A1 publication Critical patent/WO2020235219A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/0407—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
    • F02P3/0414—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means using digital techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • 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
    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit
    • F02P5/1516—Digital data processing using one central computing unit with means relating to exhaust gas recirculation, e.g. turbo
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • 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
    • F02P15/08—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 multiple-spark ignition, i.e. ignition occurring simultaneously at different places in one engine cylinder or in two or more separate engine cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/32—Controlling fuel injection of the low pressure type
    • F02D41/34—Controlling fuel injection of the low pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • the amount of fuel and air in the combustion chamber deviates from the theoretical value, so that ignition failure of the fuel by the spark plug is likely to occur. Therefore, there is a method of suppressing ignition failure by extending the discharge path generated between the electrodes of the spark plug by increasing the discharge current of the spark plug.
  • the amount of charge and discharge of the ignition device increases, so that the amount of heat generated and the volume of the ignition device increase.
  • Patent Document 1 discloses a control device for an internal combustion engine in which two ignition coils are used to change the number of ignition coils to be operated according to the likelihood of ignition failure for each operating condition. ..
  • the gas flow velocity in the cylinder increases with the engine speed and filling rate.
  • the gas flow velocity is high, it is necessary to output a large amount of electric power in a short time to form a longer discharge path and increase the contact opportunity between the gas and the discharge path.
  • the discharge path cannot be lengthened. Therefore, it is necessary to output a small amount of electric power for a long time to form a short discharge path for a longer time and increase the contact opportunity between the gas and the discharge path.
  • Patent Document 1 since it is necessary to make ignition failure less likely to occur regardless of the flow velocity, a large amount of electric power is output for a long time, so that the calorific value and volume of the ignition device are suppressed. Can't.
  • an object of the present invention is to suppress power consumption, calorific value, and volume of an ignition device in an internal combustion engine while suppressing poor ignition of fuel by a spark plug. To do.
  • the control device for an internal combustion engine includes an ignition control unit that controls energization of an ignition coil that supplies electrical energy to an ignition plug that discharges in the cylinder of the internal combustion engine and ignites fuel. Is released so that the first electric energy is discharged from the ignition coil and the second electric energy that changes based on the gas state around the spark plug is discharged on top of the first electric energy. Controls the energization of the ignition coil.
  • the present invention it is possible to suppress the power consumption, calorific value and volume of the ignition device in the internal combustion engine while suppressing the ignition failure of the fuel by the spark plug.
  • control device for an internal combustion engine according to the embodiment of the present invention will be described.
  • control device 1 which is one aspect of the control device for an internal combustion engine according to the embodiment of the present invention will be described.
  • a case where the control device 1 controls the discharge (ignition) of the spark plug 200 provided in each cylinder 150 of the four-cylinder internal combustion engine 100 will be described as an example.
  • a combination of a partial configuration or all configurations of the internal combustion engine 100 and a partial configuration or all configurations of the control device 1 is referred to as a control device 1 of the internal combustion engine 100.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of an internal combustion engine 100 and an ignition device for an internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating electrodes 210 and 220 of the spark plug 200.
  • the air sucked from the outside passes through the air cleaner 110, the intake pipe 111, and the intake manifold 112, and flows into each cylinder 150 when the intake valve 151 is opened.
  • the amount of air flowing into each cylinder 150 is adjusted by the throttle valve 113, and the amount of air adjusted by the throttle valve 113 is measured by the flow rate sensor 114.
  • the throttle valve 113 is provided with a throttle opening sensor 113a that detects the opening of the throttle.
  • the opening degree information of the throttle valve 113 detected by the throttle opening degree sensor 113a is output to the control device (Electronic Control Unit: ECU) 1.
  • ECU Electronic Control Unit
  • An electronic throttle valve driven by an electric motor is used as the throttle valve 113, but other methods may be used as long as the air flow rate can be appropriately adjusted.
  • the temperature of the gas flowing into each cylinder 150 is detected by the intake air temperature sensor 115.
  • a crank angle sensor 121 is provided on the radial outer side of the ring gear 120 attached to the crankshaft 123.
  • the crank angle sensor 121 detects the rotation angle of the crankshaft 123.
  • the crank angle sensor 121 detects, for example, the rotation angle of the crankshaft 123 every 10 ° and every combustion cycle.
  • a water temperature sensor 122 is provided on the water jacket (not shown) of the cylinder head.
  • the water temperature sensor 122 detects the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 100.
  • the vehicle is provided with an accelerator position sensor (Accelerator Position Sensor: APS) 126 that detects the displacement amount (depression amount) of the accelerator pedal 125.
  • the accelerator position sensor 126 detects the torque required by the driver.
  • the required torque of the driver detected by the accelerator position sensor 126 is output to the control device 1 described later.
  • the control device 1 controls the throttle valve 113 based on the required torque.
  • the fuel stored in the fuel tank 130 is sucked and pressurized by the fuel pump 131, then flows through the fuel pipe 133 provided with the pressure regulator 132, and is guided to the fuel injection valve (injector) 134.
  • the fuel output from the fuel pump 131 is adjusted to a predetermined pressure by the pressure regulator 132, and is injected into each cylinder 150 from the fuel injection valve (injector) 134.
  • excess fuel is returned to the fuel tank 130 via a return pipe (not shown).
  • the cylinder head (not shown) of the internal combustion engine 100 is provided with a combustion pressure sensor (CylinderPressure Sensor: CPS, also referred to as an in-cylinder pressure sensor) 140.
  • the combustion pressure sensor 140 is provided in each cylinder 150 and detects the pressure (combustion pressure) in the cylinder 150.
  • a piezoelectric or gauge type pressure sensor is used as the combustion pressure sensor 140, and it is possible to detect the combustion pressure (in-cylinder pressure) in the cylinder 150 over a wide temperature range.
  • Each cylinder 150 is equipped with an exhaust valve 152 and an exhaust manifold 160 that exhausts the gas (exhaust gas) after combustion to the outside of the cylinder 150.
  • a three-way catalyst 161 is provided on the exhaust side of the exhaust manifold 160. When the exhaust valve 152 is opened, exhaust gas is discharged from the cylinder 150 to the exhaust manifold 160. This exhaust gas is purified by the three-way catalyst 161 through the exhaust manifold 160 and then discharged to the atmosphere.
  • An upstream air-fuel ratio sensor 162 is provided on the upstream side of the three-way catalyst 161.
  • the upstream air-fuel ratio sensor 162 continuously detects the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder 150.
  • a downstream air-fuel ratio sensor 163 is provided on the downstream side of the three-way catalyst 161.
  • the downstream air-fuel ratio sensor 163 outputs a switch-like detection signal in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio.
  • the downstream air-fuel ratio sensor 163 is, for example, an O2 sensor.
  • a spark plug 200 is provided above each cylinder 150. Due to the discharge (ignition) of the spark plug 200, a spark ignites in the air-fuel mixture in the cylinder 150, an explosion occurs in the cylinder 150, and the piston 170 is pushed down. When the piston 170 is pushed down, the crankshaft 123 rotates.
  • An ignition coil 300 that generates electrical energy (voltage) supplied to the spark plug 200 is connected to the spark plug 200.
  • the voltage generated by the ignition coil 300 causes an electric discharge between the center electrode 210 and the outer electrode 220 of the spark plug 200 (see FIG. 2).
  • the center electrode 210 is supported by the insulator 230 in an insulated state.
  • a predetermined voltage (for example, 20,000V to 40,000V in the embodiment) is applied to the center electrode 210.
  • the outer electrode 220 is grounded. When a predetermined voltage is applied to the center electrode 210, a discharge (ignition) occurs between the center electrode 210 and the outer electrode 220.
  • the voltage at which the gas component undergoes dielectric breakdown and discharge (ignition) occurs varies depending on the state of the gas (gas) existing between the center electrode 210 and the outer electrode 220 and the in-cylinder pressure. ..
  • the voltage at which this discharge occurs is called the breakdown voltage.
  • the discharge control (ignition control) of the spark plug 200 is performed by the ignition control unit 83 of the control device 1 described later.
  • output signals from various sensors such as the throttle opening sensor 113a, the flow rate sensor 114, the crank angle sensor 121, the accelerator position sensor 126, the water temperature sensor 122, and the combustion pressure sensor 140 described above are sent to the control device 1. It is output.
  • the control device 1 detects the operating state of the internal combustion engine 100 based on the output signals from these various sensors, and controls the amount of air sent into the cylinder 150, the fuel injection amount, the ignition timing of the spark plug 200, and the like. ..
  • the control device 1 includes an analog input unit 10, a digital input unit 20, an A / D (Analog / Digital) conversion unit 30, a RAM (Random Access Memory) 40, and an MPU (Micro-). It has a Processing Unit) 50, a ROM (Read Only Memory) 60, an I / O (Input / Output) port 70, and an output circuit 80.
  • the analog input unit 10 is provided with various sensors such as a throttle opening sensor 113a, a flow rate sensor 114, an accelerator position sensor 126, an upstream air fuel ratio sensor 162, a downstream air fuel ratio sensor 163, a combustion pressure sensor 140, and a water temperature sensor 122.
  • An analog output signal is input.
  • the A / D conversion unit 30 is connected to the analog input unit 10.
  • the analog output signals from various sensors input to the analog input unit 10 are converted into digital signals by the A / D conversion unit 30 after signal processing such as noise removal is performed, and stored in the RAM 40.
  • the digital output signal from the crank angle sensor 121 is input to the digital input unit 20.
  • An I / O port 70 is connected to the digital input unit 20, and the digital output signal input to the digital input unit 20 is stored in the RAM 40 via the I / O port 70.
  • Each output signal stored in the RAM 40 is arithmetically processed by the MPU 50.
  • the MPU 50 executes a control program (not shown) stored in the ROM 60 to perform arithmetic processing on the output signal stored in the RAM 40 according to the control program.
  • the MPU 50 calculates a control value that defines the operating amount of each actuator (for example, throttle valve 113, pressure regulator 132, spark plug 200, etc.) that drives the internal combustion engine 100 according to a control program, and temporarily stores it in the RAM 40. ..
  • the control value that defines the operating amount of the actuator stored in the RAM 40 is output to the output circuit 80 via the I / O port 70.
  • the output circuit 80 is provided with a function of an ignition control unit 83 (see FIG. 3) that controls the voltage applied to the spark plug 200.
  • control device functional block Next, the functional configuration of the control device 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 3 is a functional block diagram illustrating the functional configuration of the control device 1 according to the embodiment of the present invention.
  • Each function of the control device 1 is realized in the output circuit 80 by, for example, the MPU 50 executing a control program stored in the ROM 60.
  • the output circuit 80 of the control device 1 includes an overall control unit 81, a fuel injection control unit 82, and an ignition control unit 83.
  • the overall control unit 81 is connected to the accelerator position sensor 126 and the combustion pressure sensor 140 (CPS), and includes the required torque (acceleration signal S1) from the accelerator position sensor 126 and the output signal S2 from the combustion pressure sensor 140. Accept.
  • the overall control unit 81 controls the fuel injection control unit 82 and the ignition control unit 83 as a whole based on the required torque (acceleration signal S1) from the accelerator position sensor 126 and the output signal S2 from the combustion pressure sensor 140. I do.
  • the fuel injection control unit 82 includes a cylinder discrimination unit 84 that discriminates each cylinder 150 of the internal combustion engine 100, an angle information generation unit 85 that measures the crank angle of the crankshaft 123, and a rotation speed information generation unit that measures the engine speed.
  • the cylinder discrimination information S3 from the cylinder discrimination unit 84, the crank angle information S4 from the angle information generation unit 85, and the engine speed information S5 from the rotation speed information generation unit 86 are connected to the 86. Accept.
  • the fuel injection control unit 82 measures the temperature of the engine cooling water, the intake amount measurement unit 87 that measures the intake amount of the air taken into the cylinder 150, the load information generation unit 88 that measures the engine load, and the engine cooling water. Connected to the water temperature measuring unit 89, the intake air amount information S6 from the intake air amount measuring unit 87, the engine load information S7 from the load information generating unit 88, and the cooling water temperature information S8 from the water temperature measuring unit 89. , Accept.
  • the fuel injection control unit 82 calculates the injection amount and injection time of the fuel injected from the fuel injection valve 134 (fuel injection valve control information S9) based on each received information, and the calculated fuel injection amount and injection.
  • the fuel injection valve 134 is controlled based on the time.
  • the ignition control unit 83 is connected to the cylinder discrimination unit 84, the angle information generation unit 85, the rotation speed information generation unit 86, the load information generation unit 88, and the water temperature measurement unit 89. We accept each information from these.
  • the ignition control unit 83 energizes the primary side coil (not shown) of the ignition coil 300 based on the received information, the amount of current (energization angle), the energization start time, and the primary side coil. Calculate the energization end time to cut off the current.
  • the ignition coil 300 of the present embodiment has two types of primary coil as will be described later. Therefore, the ignition control unit 83 calculates the energization angle, the energization start time, and the energization end time for each of the two types of primary coil.
  • the ignition control unit 83 outputs ignition signals SA and SB to each of the primary coils of the ignition coil 300 based on the calculated energization angle, energization start time, and energization end time, respectively, so that the spark plug 200 Discharge control (ignition control) is performed by.
  • the function of the ignition control unit 83 to control the ignition of the spark plug 200 using the ignition signals SA and SB corresponds to the control device for an internal combustion engine of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an electric circuit 400 including an ignition coil 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the ignition coil 300 has two types of primary side coils 310 and 360 wound with a predetermined number of turns and a secondary side wound with a number of turns larger than the primary side coils 310 and 360. It is configured to include and include a coil 320.
  • the electric power from the primary coil 310 is first supplied to the secondary coil 320, and the electric power from the primary coil 360 is superimposed on the electric power to the secondary coil 320. Is supplied to.
  • the primary coil 310 will be referred to as a "primary main coil” and the primary coil 360 will be referred to as a "primary sub coil”. Further, the current flowing through the primary main coil 310 is referred to as “primary main current”, and the current flowing through the primary sub coil 360 is referred to as "primary subcurrent”.
  • One end of the primary main coil 310 is connected to the DC power supply 330.
  • a predetermined voltage for example, 12V in the embodiment
  • the other end of the primary main coil 310 is connected to the igniter 340 and is grounded via the igniter 340.
  • a transistor, a field effect transistor (FET), or the like is used for the igniter 340.
  • the base (B) terminal of the igniter 340 is connected to the ignition control unit 83.
  • the ignition signal SA output from the ignition control unit 83 is input to the base (B) terminal of the igniter 340.
  • the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal of the igniter 340 are energized, and between the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal.
  • the ignition signal SA is output from the ignition control unit 83 to the primary main coil 310 of the ignition coil 300 via the igniter 340, the primary main current flows through the primary main coil 310, and electric power (electrical energy) is accumulated. Will be done.
  • One end of the primary sub coil 360 is connected to the DC power supply 330 in common with the primary main coil 310.
  • a predetermined voltage for example, 12V in the embodiment
  • the other end of the primary sub coil 360 is connected to the igniter 350 and is grounded via the igniter 350.
  • a transistor, a field effect transistor (FET), or the like is used as the igniter 350.
  • the base (B) terminal of the igniter 350 is connected to the ignition control unit 83.
  • the ignition signal SB output from the ignition control unit 83 is input to the base (B) terminal of the igniter 350.
  • the collector (C) terminal and the emitter (E) terminal of the igniter 350 are energized according to the voltage change of the ignition signal SB, and the collector (C) ) A current flows between the terminal and the emitter (E) terminal according to the voltage change of the ignition signal SB.
  • the ignition signal SB is output from the ignition control unit 83 to the primary sub coil 360 of the ignition coil 300 via the igniter 350, and the primary sub current flows through the primary sub coil 360 to generate electric power (electrical energy). To do.
  • the high voltage generated in the secondary coil 320 by the ignition signal SA is added to the high voltage generated in the secondary coil 320 by the ignition signal SB and applied to the spark plug 200 (center electrode 210) to ignite.
  • a potential difference is generated between the center electrode 210 of the plug 200 and the outer electrode 220.
  • Vm dielectric breakdown voltage of the gas (air-fuel mixture in the cylinder 150)
  • the gas component is dielectrically broken down to the center electrode 210 and the outer electrode 220.
  • a discharge occurs between the two, and the fuel (air-fuel mixture) is ignited (ignited).
  • the ignition control unit 83 controls the energization of the ignition coil 300 by using the ignition signals SA and SB by the operation of the electric circuit 400 as described above. As a result, ignition control for controlling the spark plug 200 is performed.
  • the ignition control unit 83 controls the energization of the primary main coil 310 and the primary sub coil 360 by outputting the ignition signals SA and SB to the igniters 340 and 350, respectively.
  • the gas state around the spark plug 200 in the cylinder 150 is estimated, and based on the estimated gas state, electric energy is released from the primary main coil 310 to the secondary coil 320, and the electricity is discharged.
  • the energization of the primary main coil 310 and the primary sub coil 360 is controlled so that the electric energy is discharged from the primary sub coil 360 to the secondary coil 320 in addition to the energy.
  • overlapping discharge control such energization control (hereinafter, referred to as overlapping discharge control) by the ignition control unit 83 will be described.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the operating state of the internal combustion engine 100 and the gas flow velocity around the spark plug 200.
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • the EGR rate is set, for example, as shown in FIG. 5, according to the relationship between the engine speed and the load. It should be noted that the larger the high EGR region in which the EGR rate is set higher, the lower the fuel consumption and the lower the exhaust gas, but the ignition failure is likely to occur in the spark plug 200.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the discharge path and the flow velocity between the electrodes of the spark plug 200.
  • a high voltage is generated in the secondary side coil 320 in the spark plug 300 and dielectric breakdown occurs between the center electrode 210 and the outer electrode 220 of the spark plug 200, until the current flowing between these electrodes falls below a certain value.
  • a discharge path is formed between the electrodes of the spark plug 200.
  • flame nuclei grow and burn. Since the discharge path moves under the influence of the gas flow between the electrodes, the higher the gas flow velocity, the longer the discharge path is formed in a short time, and the lower the gas flow velocity, the shorter the discharge path.
  • FIG. 6A shows an example of the discharge path 211 when the gas flow velocity is high
  • FIG. 6B shows an example of the discharge path 212 when the gas flow velocity is low.
  • the probability that the flame nucleus grows even if the combustible gas comes into contact with the discharge path decreases, so it is necessary to increase the chance that the combustible gas comes into contact with the discharge path.
  • the discharge path is generated by breaking the insulation of the gas, if the current required to maintain the discharge path is constant, it is necessary to output electric power according to the length of the discharge path. Therefore, when the gas flow velocity is high, the ignition coil 300 is energized so as to output a large amount of electric power from the ignition coil 300 to the spark plug 200 in a short time, whereby a long discharge path as shown in FIG. 6A is performed.
  • the ignition coil 300 is energized so as to continue to output a small amount of electric power from the ignition coil 300 to the spark plug 200 for a long period of time, whereby the short power as shown in FIG.
  • the discharge path 212 it is preferable to obtain a contact opportunity with the gas passing near the electrode of the spark plug 200 for a longer period of time.
  • the ignition coil 300 having the primary main coil 310 and the primary sub coil 360 described with reference to FIG. 4 is adopted, and the ignition coil 300 is subjected to overlapping discharge control using the above-mentioned ignition signals SA and SB. By performing the above, the discharge of the spark plug 200 as described above is realized.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a change in the outputable power of the ignition coil 300 depending on the presence or absence of overlapping discharge.
  • FIG. 7 (a) shows the relationship between the output waveform of the ignition signal SA, the output possible power of the ignition coil 300, and the power required for gas combustion in the case of no overlapping discharge
  • FIG. 7 (b) shows the relationship between the overlapping discharges. The relationship between the output waveforms of the ignition signals SA and SB, the outputable power of the ignition coil 300, and the power required for gas combustion in the case of discharge is shown.
  • the primary main coil 310 is charged with electric energy, so that as shown in FIGS. 7A and 7B, 1
  • the outputable power 71 of the ignition coil 300 by the secondary main coil 310 gradually increases.
  • the primary main current flows through the primary main coil 310 due to a constant voltage supplied from the power source, heat is generated according to the energization time.
  • the electric energy charged in the primary main coil 310 is released, and the power supply to the spark plug 200 is started via the secondary coil 320.
  • the power available to be output by the primary main coil 310 decreases as the amount of charge in the primary main coil 310 decreases.
  • the electric energy corresponding to the magnitude of the primary auxiliary current flowing through the primary auxiliary coil 360 is transmitted from the primary auxiliary coil 360. It is discharged and power is supplied to the spark plug 200 via the secondary coil 320.
  • the outputable power 71 of the primary main coil 310 and the outputable power 72 of the ignition coil 300 by the primary subcoil 360 are overlapped, and the total power of these is ignited. It is supplied to the plug 200.
  • FIGS. 7A and 7B show the electric power for dielectric breakdown
  • FIG. 74 shows the electric power required to maintain the discharge path when the gas has a high flow velocity
  • FIG. 75 shows the electric power required for maintaining the discharge path when the gas has a low flow velocity. The power required to maintain the discharge path in each case is shown.
  • both the figures 74 and 75 are within the range of the combined output powers 71 and 72, and the necessary power can be supplied at both the high flow velocity and the low flow velocity.
  • the power efficiency is large because the difference between the discharge power of the ignition coil 300 and the power required for forming and maintaining the discharge path between the electrodes of the spark plug 200 is large. Is low.
  • the ignition control unit 83 estimates the gas state around the spark plug 200 in the cylinder 150, and the ignition signal SA is based on the estimated gas state.
  • the output time, the output time of the ignition signal SB, and the output timing are changed.
  • the electric energy from the primary main coil 310 is released from the ignition coil 300, and the electric energy from the primary sub coil 360 that changes based on the gas state around the spark plug 200 is the electricity from the primary main coil 310.
  • the energization of the ignition coil 300 is controlled so that it is released in combination with the energy.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the first overlapping discharge control.
  • FIG. 8A shows the relationship between the output waveforms of the ignition signals SA and SB, the output possible power of the ignition coil 300, and the power required for combustion of the gas when the gas flow velocity is low and the gas flow velocity is low.
  • ) Indicates the relationship between the output waveforms of the ignition signals SA and SB, the output possible power of the ignition coil 300, and the power required for combustion of the gas when the gas flow velocity is high and the flow velocity is high.
  • the ignition timing is retarded because it is necessary to correct the phase of the center of gravity of combustion as the combustion speed increases. Due to the retardation of the ignition timing, the volume of the combustion chamber at the ignition timing is reduced, so that the gas in the cylinder 150 has a low flow velocity. Therefore, in this case, as shown in FIG. 8A, the power for dielectric breakdown shown in FIG. 73 and the power required for maintaining the discharge path at the low flow velocity shown in FIG. 75 are supplied to the ignition coil. It is necessary to supply from 300 to the spark plug 200.
  • the ignition signal SB is output following the output of the ignition signal SA when the flow velocity is low.
  • a part of the figure 75 extends beyond the combined output powers 71 and 72. Therefore, the discharge path cannot be maintained for a required period at a low flow velocity, and there is a possibility that poor combustion of gas may occur.
  • the ignition timing is advanced because it is necessary to correct the phase of the center of gravity of combustion due to a decrease in combustion speed.
  • the advance angle of the ignition timing With the advance angle of the ignition timing, the volume of the combustion chamber at the ignition timing increases, so that the gas in the cylinder 150 has a high flow velocity. Therefore, in this case, as shown in FIG. 8B, the power for dielectric breakdown shown in FIG. 73 and the power required for maintaining the discharge path at a high flow velocity shown in FIG. 74 are supplied to the ignition coil. It is necessary to supply from 300 to the spark plug 200.
  • a phase difference is provided between the ignition signal SA and the ignition signal SB, and after the timing corresponding to the phase difference from the output of the ignition signal SA.
  • the ignition signal SB is output.
  • a part of the figure 74 extends beyond the combined output powers 71 and 72. Therefore, a long discharge path cannot be formed at a high flow velocity, and there is a possibility that poor combustion of gas may occur.
  • the first overlapping discharge control it is possible to improve the power efficiency when the gas flow velocity is low, but it is possible to sufficiently form the discharge path at both the low flow velocity and the high flow velocity. Can not. Further, the signal output time of the ignition signal SA and the ignition signal SB is different due to the difference in the gas flow velocity. Therefore, it is necessary to take measures against heat generation of the ignition coil 300 in accordance with the condition of the longer signal output time, and the hardware efficiency is lowered.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the second overlapping discharge control.
  • FIG. 9A shows the relationship between the output waveforms of the ignition signals SA and SB, the output possible power of the ignition coil 300, and the power required for combustion of the gas when the gas flow velocity is low and the gas flow velocity is low.
  • ) Indicates the relationship between the output waveforms of the ignition signals SA and SB, the output possible power of the ignition coil 300, and the power required for combustion of the gas when the gas flow velocity is high and the flow velocity is high.
  • the primary sub-coil 360 has 1
  • the primary secondary current is controlled by adjusting the output time and output timing of the ignition signal SB so as to shorten the period in which the secondary secondary current flows. Further, the output time of the ignition signal SA is adjusted to control the primary main current so that the period during which the primary main current flows through the primary main coil 310 becomes longer as the gas flow velocity around the spark plug 200 becomes faster.
  • the primary main current and the primary sub-current are controlled so that the period during which the primary sub-current flows through the primary sub coil 360 is equal to or less than the discharge period of the primary main coil 310.
  • the difference between the discharge power of the ignition coil 300 and the power required for forming and maintaining the discharge path between the electrodes of the spark plug 200 is reduced in both low flow speed and high flow speed, and the power efficiency is improved.
  • the discharge path can be sufficiently formed.
  • the signal output time in which the ignition signal SA and the ignition signal SB are combined that is, the period during which the primary main current flows through the primary main coil 310 and the primary current
  • the primary main current and the primary secondary current are controlled so that the total with the period during which the primary secondary current flows through the auxiliary coil 360 is constant.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the gas flow velocity between the electrodes and the set values of the ignition signals SA and SB in the second overlapping discharge control.
  • FIG. 10A shows the relationship between the gas flow velocity and the charging time of the primary main coil 310.
  • the ignition control unit 83 sets the output time of the ignition signal SA so that the charging time of the primary main coil 310 becomes longer as the gas flow velocity between the electrodes becomes faster. Further, when compared at the same gas flow velocity, the output time of the ignition signal SA is set so that the higher the EGR rate, the longer the charging time of the primary main coil 310.
  • FIG. 10B shows the relationship between the gas flow velocity and the stacking discharge time of the primary subcoil 360.
  • the ignition control unit 83 ignites so that the faster the gas flow velocity between the electrodes, the shorter the overlapping discharge time of the primary sub coil 360 during the discharge of the primary main coil 310.
  • the output time of the ignition signal SB is set so that the higher the EGR rate, the longer the stacking discharge time of the primary subcoil 360.
  • FIG. 10 (c) shows the relationship between the gas flow velocity and the phase difference between the discharge start times of the primary main coil 310 and the primary sub coil 360.
  • the ignition control unit 83 has a phase difference between the discharge start time of the primary main coil 310 and the discharge start time of the primary sub coil 360 as the gas flow velocity between the electrodes increases. Is shortened, and the output timing between the ignition signals SA and SB is set so that the timing at which the primary auxiliary coil 360 is discharged is earlier.
  • the power required for ignition that changes according to the gas flow velocity between the electrodes can be obtained. It is possible to supply a small amount of excess or deficiency of electric power from the ignition coil 300 to the spark plug 200.
  • any one of the ignition signals SA and SB may be selectively set according to the gas flow velocity between the electrodes in the second overlapping discharge control as described above.
  • the ignition signal SB may be set so that the period during which the primary subcurrent flows through the primary subcoil 360 is constant, and the timing is advanced as the gas flow velocity around the spark plug 200 is faster.
  • the ignition signal SB may be set so that the timing at which the primary subcurrent flows through the primary subcoil 360 is constant and the period is shortened as the gas flow velocity around the spark plug 200 is faster. In this way, it is possible to supply electric power adjusted within a certain range from the ignition coil 300 to the spark plug 200 with respect to the electric power required for ignition that changes according to the gas flow velocity between the electrodes.
  • FIG. 11 is an example of a flowchart illustrating a method of controlling the ignition coil 300 by the ignition control unit 83 according to the embodiment of the present invention.
  • the ignition control unit 83 starts controlling the ignition coil 300 according to the flowchart of FIG.
  • the process shown in the flowchart of FIG. 11 represents the process for one cycle of the internal combustion engine 100, and the ignition control unit 83 executes the process shown in the flowchart of FIG. 11 for each cycle.
  • step S201 the ignition control unit 83 detects the operating conditions of the internal combustion engine 100 and estimates the gas flow velocity and the EGR rate. Specifically, for example, the values of the gas flow velocity and the EGR rate determined in advance for each operating condition are stored as map information, and the detected engine speed and estimated load are substituted for this map information. The values of the gas flow velocity and the EGR rate according to the current operating state of the internal combustion engine 100 are obtained.
  • step S202 the ignition control unit 83 calculates the coil charging period. Specifically, for example, the relationship between the gas flow velocity and the charging time of the primary main coil 310 as shown in FIG. 10A is stored as map information, and the flow velocity obtained in step S201 is stored in this map information. And the EGR rate are substituted to obtain the value of the charging time of the primary main coil 310.
  • step S203 the ignition control unit 83 calculates the overlapping discharge period. Specifically, for example, the relationship between the gas flow velocity as shown in FIG. 10B and the overlapping discharge time of the primary auxiliary coil 360 is stored as map information, and this map information is obtained in step S201. By substituting the flow velocity and the EGR rate, the value of the stacking discharge time by the primary auxiliary coil 360 is obtained.
  • step S204 the ignition control unit 83 calculates the phase difference.
  • the relationship between the gas flow velocity as shown in FIG. 10 (c) and the phase difference between the discharge start times of the primary main coil 310 and the primary sub coil 360 is stored as map information.
  • step S205 the ignition control unit 83 sets the calculated value. Specifically, by recording each value of the coil charging period, the overlapping discharge period, and the phase difference calculated in steps S202 to S204 in the storage area of the ignition control unit 83, these calculated values will be used in the ignition control from the next time onward. Ignition signals SA and SB that reflect the above are output. After setting each calculated value in step S205, the control of the ignition coil 300 according to the flowchart of FIG. 11 is terminated.
  • the control device 1 for an internal combustion engine is an ignition control unit 83 that controls energization of an ignition coil 300 that supplies electrical energy to a spark plug 200 that discharges in the cylinder 150 of the internal combustion engine 100 to ignite fuel.
  • the first electric energy is emitted from the ignition coil 300, and the second electric energy that changes based on the gas state around the spark plug 200 is emitted superimposed on the first electric energy.
  • the energization of the ignition coil 300 is controlled. Since this is done, it is possible to suppress the power consumption, the amount of heat generated, and the volume of the ignition coil 300 in the internal combustion engine 100 while suppressing the ignition failure of the fuel by the spark plug 200.
  • the ignition coil 300 has a primary main coil 310 and a primary sub coil 360 arranged on the primary side, respectively, and a secondary coil 320 arranged on the secondary side.
  • the ignition control unit 83 controls the primary main current flowing through the primary main coil 310, and also controls the primary secondary current flowing through the primary sub coil 360 based on the gas state around the spark plug 200. Specifically, in the ignition control unit 83, the faster the flow velocity of the gas around the spark plug 200, the earlier the timing at which the primary sub-current flows through the primary sub-coil 360, and the primary sub-current flows through the primary sub-coil 360.
  • the primary secondary current is controlled so as to shorten the flow period.
  • the ignition control unit 83 controls the primary main current so that the faster the flow velocity of the gas around the spark plug 200, the longer the period during which the primary main current flows through the primary main coil 310. Since this is done, the difference between the discharge power of the ignition coil 300 and the power required for forming and maintaining the discharge path between the electrodes of the spark plug 200 is reduced in both low flow speed and high flow speed to reduce the power efficiency. While improving, the discharge path can be sufficiently formed.
  • the ignition control unit 83 has a period during which the primary main current flows through the primary main coil 310 and a period during which the primary subcurrent flows through the primary subcoil 360 even if the flow velocity of the gas around the spark plug 200 changes.
  • the primary main current and the primary subcurrent are controlled so that the sum of and is constant. Since this is done, it is sufficient to take measures against heat generation of the ignition coil 300 under the same conditions regardless of the gas flow velocity, so that the hardware efficiency can be improved.
  • the ignition control unit 83 controls the primary main current and the primary sub-current so that the period during which the primary sub-current flows through the primary sub coil 360 is equal to or less than the discharge period of the primary main coil 310. Is preferable. By doing so, the period of overlapping discharge by the primary sub-coil 360 can be limited to the required amount, so that power saving can be achieved.
  • the ignition control unit 83 increases the period during which the primary main current flows through the primary main coil 310 and the period during which the primary subcurrent flows through the primary subcoil 360 as the EGR ratio of the internal combustion engine 100 increases.
  • the primary main current and the primary secondary current are controlled.
  • the primary subcurrent is controlled so that the timing at which the primary subcurrent flows through the primary subcoil 360 becomes constant.
  • the optimum electric power corresponding to the EGR rate can be supplied from the ignition coil 300 to the spark plug 200.
  • each functional configuration of the control device 1 described with reference to FIG. 3 may be realized by software executed by the MPU 50 as described above, or may be realized by FPGA (Field-Programmable Gate Array). It may be realized by hardware such as. Further, these may be mixed and used.
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • Control device 10: Analog input unit, 20: Digital input unit, 30: A / D conversion unit, 40: RAM, 50: MPU, 60: ROM, 70: I / O port, 80: Output circuit, 81 : Overall control unit, 82: Fuel injection control unit, 83: Ignition control unit, 84: Cylinder discrimination unit, 85: Angle information generation unit, 86: Rotation speed information generation unit, 87: Intake amount measurement unit, 88: Load information Generation unit, 89: Water temperature measurement unit, 100: Internal combustion engine, 110: Air cleaner, 111: Intake pipe, 112: Intake manifold, 113: Throttle valve, 113a: Throttle opening sensor, 114: Flow sensor, 115: Intake temperature sensor , 120: Ring gear, 121: Crank angle sensor, 122: Water temperature sensor, 123: Crankshaft, 125: Accelerator pedal, 126: Accelerator position sensor, 130: Fuel tank, 131: Fuel pump, 132:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

点火プラグによる燃料への着火不良を抑えつつ、内燃機関における点火装置の消費電力と発熱量と容積を抑制する。そのため、内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部を備える。点火制御部は、点火コイル３００から第１の電気エネルギーが放出されるとともに、点火プラグ２００周囲のガス状態に基づいて変化する第２の電気エネルギーが第１の電気エネルギーに重ねて放出されるように、点火コイル３００の通電を制御する。

Description

内燃機関用制御装置
　本発明は、内燃機関用制御装置に関する。
　近年、車両の燃費向上のため、理論空燃比よりも薄い混合気を燃焼して内燃機関を運転する技術や、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れて再度吸気させる技術などを導入した内燃機関の制御装置が開発されている。
　この種の内燃機関の制御装置では、燃焼室における燃料や空気の量が理論値から乖離するため、点火プラグによる燃料への着火不良が生じやすくなる。そこで、点火プラグの放電電流を増大することで、点火プラグの電極間に生じる放電路を延長して、着火不良を抑制する方法がある。しかし、点火プラグの放電電流を増大させるためには点火装置の充放電量が増大するため、点火装置の発熱量や容積が大きくなってしまう。
　特許文献１には、点火コイル２個を用いて、運転条件ごとの着火不良の生じやすさに応じて、動作させる点火コイルの個数を変化させるようにした内燃機関の制御装置が開示されている。
国際公開第２０１７／０１０３１０号
　一般に、シリンダ内のガス流速はエンジン回転数や充填率と共に高くなる。ガス流速が高い場合、短時間に多くの電力を出力することでより長い放電路が形成して、ガスと放電路の接触機会を増大する必要がある。ガス流速が低い場合、放電路を長くできないため、長時間に少ない電力を出力することで、より長時間の短い放電路が形成して、ガスと放電路の接触機会を増大する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、流速に関わらず着火不良を生じにくくする必要があるために、長時間に多くの電力を出力するため、点火装置の発熱量や容積を抑制することができない。
　したがって、本発明は、上記の課題に着目してなされたもので、点火プラグによる燃料への着火不良を抑えつつ、内燃機関における点火装置の消費電力と発熱量と容積を抑制することを目的とする。
　本発明による内燃機関用制御装置は、内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部を備え、前記点火制御部は、前記点火コイルから第１の電気エネルギーが放出されるとともに、前記点火プラグ周囲のガス状態に基づいて変化する第２の電気エネルギーが前記第１の電気エネルギーに重ねて放出されるように、前記点火コイルの通電を制御する。
　本発明によれば、点火プラグによる燃料への着火不良を抑えつつ、内燃機関における点火装置の消費電力と発熱量と容積を抑制することができる。
実施の形態にかかる内燃機関及び内燃機機関の制御装置の要部構成を説明する図である。 点火プラグを説明する部分拡大図である。 実施の形態にかかる制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態にかかる点火コイルを含む電気回路を説明する図である。 内燃機関の運転状態と点火プラグ周囲のガス流速との関係を説明する図である。 点火プラグの電極間における放電路と流速の関係を説明する図である。 重ね放電の有無による点火コイルの出力可能電力の変化を説明する図である。 第１の重ね放電制御を説明する図である。 第２の重ね放電制御を説明する図である。 第２の重ね放電制御における電極間のガス流速と点火信号の設定値との関係を説明する図である。 点火コイルの制御方法を説明するフローチャートの一例である。
　以下、本発明の実施形態にかかる内燃機関用制御装置を説明する。
　以下、本発明の一実施形態にかかる内燃機関用制御装置の一態様である制御装置１を説明する。この実施の形態では、制御装置１により、４気筒の内燃機関１００の各気筒１５０に各々設けられた点火プラグ２００の放電（点火）を制御する場合を例示して説明する。
　以下、実施の形態において、内燃機関１００の一部の構成又は全ての構成及び制御装置１の一部の構成又は全ての構成を組み合わせたものを、内燃機関１００の制御装置１と言う。
［内燃機関］
　図１は、内燃機関１００及び内燃機関用点火装置の要部構成を説明する図である。
　図２は、点火プラグ２００の電極２１０、２２０を説明する部分拡大図である。
　内燃機関１００では、外部から吸引した空気はエアクリーナ１１０、吸気管１１１、吸気マニホールド１１２を通流し、吸気弁１５１が開くと各気筒１５０に流入する。各気筒１５０に流入する空気量は、スロットル弁１１３により調整され、スロットル弁１１３で調整された空気量は、流量センサ１１４により測定される。
　スロットル弁１１３には、スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ１１３ａが設けられている。このスロットル開度センサ１１３ａで検出されたスロットル弁１１３の開度情報は、制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１に出力される。
　なお、スロットル弁１１３は、電動機で駆動される電子スロットル弁が用いられるが、空気の流量を適切に調整できるものであれば、その他の方式によるものでもよい。
　各気筒１５０に流入したガスの温度は、吸気温センサ１１５で検出される。
　クランクシャフト１２３に取り付けられたリングギア１２０の径方向外側には、クランク角センサ１２１が設けられている。このクランク角センサ１２１により、クランクシャフト１２３の回転角度が検出される。実施の形態では、クランク角センサ１２１は、例えば１０°毎及び燃焼周期毎のクランクシャフト１２３の回転角度を検出する。
　シリンダヘッドのウォータジャケット（図示せず）には、水温センサ１２２が設けられている。この水温センサ１２２により、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する。
　また、車両には、アクセルペダル１２５の変位量（踏み込み量）を検出するアクセルポジションセンサ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｏｒ：ＡＰＳ）１２６が設けられている。このアクセルポジションセンサ１２６により、運転者の要求トルクを検出する。このアクセルポジションセンサ１２６で検出された運転者の要求トルクは、後述する制御装置１に出力される。制御装置１は、この要求トルクに基づいて、スロットル弁１１３を制御する。
　燃料タンク１３０に貯留された燃料は、燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧された後、プレッシャレギュレータ１３２が設けられた燃料配管１３３を通流し、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４に誘導される。燃料ポンプ１３１から出力された燃料は、プレッシャレギュレータ１３２で所定の圧力に調整され、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４から各気筒１５０内に噴射される。プレッシャレギュレータ１３２で圧力調整された結果、余分な燃料は戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。
　内燃機関１００のシリンダヘッド（図示せず）には、燃焼圧センサ（ＣｙｌｉｎｄｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＰＳ、筒内圧センサとも言う）１４０が設けられている。燃焼圧センサ１４０は、各気筒１５０内に設けられており、気筒１５０内の圧力（燃焼圧）を検出する。
　燃焼圧センサ１４０は、圧電式又はゲージ式の圧力センサが用いられ、広い温度領域に渡って気筒１５０内の燃焼圧（筒内圧）を検出することができるようになっている。
　各気筒１５０には、排気弁１５２と、燃焼後のガス（排気ガス）を気筒１５０の外側に排出する排気マニホールド１６０が取り付けられている。この排気マニホールド１６０の排気側には、三元触媒１６１が設けられている。排気弁１５２が開くと、気筒１５０から排気マニホールド１６０に排気ガスが排出される。この排気ガスは、排気マニホールド１６０を通って三元触媒１６１で浄化された後、大気に排出される。
　三元触媒１６１の上流側には、上流側空燃比センサ１６２が設けられている。この上流側空燃比センサ１６２は、各気筒１５０から排出された排気ガスの空燃比を連続的に検出する。
　また、三元触媒１６１の下流側には、下流側空燃比センサ１６３が設けられている。この下流側空燃比センサ１６３は、理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力する。実施の形態では、下流側空燃比センサ１６３は、例えばＯ２センサである。
　また、各気筒１５０の上部には、点火プラグ２００が各々設けられている。点火プラグ２００の放電（点火）により、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に火花が着火し、気筒１５０内で爆発が起こり、ピストン１７０が押し下げられる。ピストン１７０が押し下げられることにより、クランクシャフト１２３が回転する。
　点火プラグ２００には、点火プラグ２００に供給される電気エネルギー（電圧）を生成する点火コイル３００が接続されている。点火コイル３００で発生した電圧により、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じる（図２参照）。
　図２に示すように、点火プラグ２００では、中心電極２１０は、絶縁体２３０により絶縁状態で支持されている。この中心電極２１０に所定の電圧（実施の形態では、例えば２０，０００Ｖ～４０，０００Ｖ）が印加される。
　外側電極２２０は接地されている。中心電極２１０に所定の電圧が印加されると、中心電極２１０と外側電極２２０との間で放電（点火）が生じる。
　なお、点火プラグ２００において、中心電極２１０と外側電極２２０との間に存在する気体（ガス）の状態や筒内圧によって、ガス成分の絶縁破壊を起こして放電（点火）が発生する電圧が変動する。この放電が発生する電圧を絶縁破壊電圧と言う。
　点火プラグ２００の放電制御（点火制御）は、後述する制御装置１の点火制御部８３により行われる。
　図１に戻って、前述したスロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、クランク角センサ１２１、アクセルポジションセンサ１２６、水温センサ１２２、燃焼圧センサ１４０等の各種センサからの出力信号は、制御装置１に出力される。制御装置１では、これら各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１００の運転状態を検出し、気筒１５０内に送出する空気量、燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。
［制御装置のハードウェア構成］
　次に、制御装置１のハードウェアの全体構成を説明する。
　図１に示すように、制御装置１は、アナログ入力部１０と、デジタル入力部２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３０と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）４０と、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）５０と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）６０と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポート７０と、出力回路８０と、を有する。
　アナログ入力部１０には、スロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、アクセルポジションセンサ１２６、上流側空燃比センサ１６２、下流側空燃比センサ１６３、燃焼圧センサ１４０、水温センサ１２２等の各種センサからのアナログ出力信号が入力される。
　アナログ入力部１０には、Ａ／Ｄ変換部３０が接続されている。アナログ入力部１０に入力された各種センサからのアナログ出力信号は、ノイズ除去等の信号処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換部３０でデジタル信号に変換され、ＲＡＭ４０に記憶される。
　デジタル入力部２０には、クランク角センサ１２１からのデジタル出力信号が入力される。
　デジタル入力部２０には、Ｉ／Ｏポート７０が接続されており、デジタル入力部２０に入力されたデジタル出力信号は、このＩ／Ｏポート７０を介してＲＡＭ４０に記憶される。
　ＲＡＭ４０に記憶された各出力信号は、ＭＰＵ５０で演算処理される。
　ＭＰＵ５０は、ＲＯＭ６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、ＲＡＭ４０に記憶された出力信号を、制御プログラムに従って演算処理する。ＭＰＵ５０は、制御プログラムに従って、内燃機関１００を駆動する各アクチュエータ（例えば、スロットル弁１１３、プレッシャレギュレータ１３２、点火プラグ２００等）の作動量を規定する制御値を算出し、ＲＡＭ４０に一時的に記憶する。
　ＲＡＭ４０に記憶されたアクチュエータの作動量を規定する制御値は、Ｉ／Ｏポート７０を介して出力回路８０に出力される。
　出力回路８０には、点火プラグ２００に印加する電圧を制御する点火制御部８３（図３参照）の機能などが設けられている。
［制御装置の機能ブロック］
　次に、本発明の実施形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する。
　図３は、本発明の一実施形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する機能ブロック図である。この制御装置１の各機能は、例えばＭＰＵ５０がＲＯＭ６０に記憶された制御プログラムを実行することで、出力回路８０で実現される。
　図３に示すように、第１の実施形態にかかる制御装置１の出力回路８０は、全体制御部８１と、燃料噴射制御部８２と、点火制御部８３とを有する。
　全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、燃焼圧センサ１４０（ＣＰＳ）に接続されており、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とを受け付ける。
　全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とに基づいて、燃料噴射制御部８２と点火制御部８３の全体的な制御を行う。
　燃料噴射制御部８２は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部８６と、に接続されており、気筒判別部８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。
　また、燃料噴射制御部８２は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部８９と、に接続されており、吸気量計測部８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。
　燃料噴射制御部８２は、受け付けた各情報に基づいて、燃料噴射弁１３４から噴射される燃料の噴射量と噴射時間（燃料噴射弁制御情報Ｓ９）を算出し、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて燃料噴射弁１３４を制御する。
　点火制御部８３は、全体制御部８１のほか、気筒判別部８４と、角度情報生成部８５と、回転数情報生成部８６と、負荷情報生成部８８と、水温計測部８９とに接続されており、これらからの各情報を受け付ける。
　点火制御部８３は、受け付けた各情報に基づいて、点火コイル３００の１次側コイル（図示せず）に通電する電流量（通電角）と、通電開始時間と、１次側コイルに通電した電流を遮断する通電終了時間とを算出する。ここで、本実施形態の点火コイル３００は、後述するように２種類の１次側コイルを有している。そのため、点火制御部８３は、この２種類の１次側コイルの各々について、通電角、通電開始時間、通電終了時間を算出する。
　点火制御部８３は、算出した通電角と、通電開始時間と、通電終了時間とに基づいて、点火コイル３００の各１次側コイルに点火信号ＳＡ、ＳＢをそれぞれ出力することで、点火プラグ２００による放電制御（点火制御）を行う。
　なお、少なくとも、点火制御部８３が点火信号ＳＡ、ＳＢを用いて点火プラグ２００の点火制御を行う機能は、本発明の内燃機関用制御装置に相当する。
［点火コイルの電気回路］
　次に、本発明の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する。
　図４は、本発明の一実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する図である。電気回路４００において、点火コイル３００は、所定の巻き数でそれぞれ巻かれた２種類の１次側コイル３１０、３６０と、１次側コイル３１０、３６０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。ここで、点火プラグ２００の点火時には、先に１次側コイル３１０からの電力が２次側コイル３２０に供給され、その電力に重ねて、１次側コイル３６０からの電力が２次側コイル３２０に供給される。
そのため以下では、１次側コイル３１０を「１次主コイル」、１次側コイル３６０を「１次副コイル」とそれぞれ称する。また、１次主コイル３１０に流れる電流を「１次主電流」、１次副コイル３６０に流れる電流を「１次副電流」とそれぞれ称する。
　１次主コイル３１０の一端は、直流電源３３０に接続されている。これにより、１次主コイル３１０には、所定の電圧（実施の形態では、例えば１２Ｖ）が印加される。
　１次主コイル３１０の他端は、イグナイタ３４０に接続されており、イグナイタ３４０を介して接地されている。イグナイタ３４０には、トランジスタや電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが用いられる。
　イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子は、点火制御部８３に接続されている。点火制御部８３から出力された点火信号ＳＡは、イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に入力される。イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に点火信号ＳＡが入力されると、イグナイタ３４０のコレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間が通電状態となり、コレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間に電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３４０を介して点火コイル３００の１次主コイル３１０に点火信号ＳＡが出力され、１次主コイル３１０に１次主電流が流れて電力（電気エネルギー）が蓄積される。
　点火制御部８３からの点火信号ＳＡの出力が停止して、１次主コイル３１０に流れる１次主電流が遮断されると、１次主コイル３１０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。
　１次副コイル３６０の一端は、１次主コイル３１０と共通で直流電源３３０に接続されている。これにより、１次副コイル３６０にも、所定の電圧（実施の形態では、例えば１２Ｖ）が印加される。
　１次副コイル３６０の他端は、イグナイタ３５０に接続されており、イグナイタ３５０を介して接地されている。イグナイタ３５０には、トランジスタや電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが用いられる。
　イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子は、点火制御部８３に接続されている。点火制御部８３から出力された点火信号ＳＢは、イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子に入力される。イグナイタ３５０のベース（Ｂ）端子に点火信号ＳＢが入力されると、イグナイタ３５０のコレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間が点火信号ＳＢの電圧変化に応じた通電状態となり、コレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間に点火信号ＳＢの電圧変化に応じた電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３５０を介して点火コイル３００の１次副コイル３６０に点火信号ＳＢが出力され、１次副コイル３６０に１次副電流が流れて電力（電気エネルギー）が発生する。
　点火制御部８３からの点火信号ＳＢの出力が変化して、１次副コイル３６０に流れる１次副電流が変化すると、１次副コイル３６０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。
　点火信号ＳＡにより２次側コイル３２０に発生する高電圧に、点火信号ＳＢにより２次側コイル３２０に発生する高電圧が加わって、点火プラグ２００（中心電極２１０）に印加されることで、点火プラグ２００の中心電極２１０と、外側電極２２０との間に電位差が発生する。この中心電極２１０と外側電極２２０との間に発生した電位差が、ガス（気筒１５０内の混合気）の絶縁破壊電圧Ｖｍ以上になると、ガス成分が絶縁破壊されて中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じ、燃料（混合気）への点火（着火）が行われる。
　点火制御部８３は、以上説明したような電気回路４００の動作により、点火信号ＳＡとＳＢを用いて点火コイル３００の通電を制御する。これにより、点火プラグ２００を制御するための点火制御を実施する。
［点火コイルの通電制御］
　次に、本発明の一実施形態に係る点火コイル３００の通電制御について説明する。点火制御部８３は、イグナイタ３４０、３５０に点火信号ＳＡ、ＳＢをそれぞれ出力することで、１次主コイル３１０、１次副コイル３６０の通電制御を行う。この通電制御では、気筒１５０内における点火プラグ２００周囲のガス状態を推定し、推定したガス状態に基づいて、１次主コイル３１０から２次側コイル３２０へ電気エネルギーが放出されるとともに、その電気エネルギーに重ねて、１次副コイル３６０から２次側コイル３２０へ電気エネルギーが放出されるように、１次主コイル３１０および１次副コイル３６０の通電を制御する。以下では、このような点火制御部８３による通電制御（以下、重ね放電制御と称する）について説明する。
　図５は、内燃機関１００の運転状態と点火プラグ２００周囲のガス流速との関係を説明する図である。図５に示すように、一般にはエンジン回転数や負荷が高いほど、気筒１５０内のガス流速が高くなり、点火プラグ２００周囲のガスも高流速になる。したがって、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間において、ガスが高速に流れることとなる。また、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われる内燃機関１００では、エンジン回転数と負荷の関係に応じて、例えば図５に示すようにＥＧＲ率が設定される。なお、ＥＧＲ率をより高く設定する高ＥＧＲ領域を拡大するほど、低燃費化や低排気化を実現できるが、点火プラグ２００において着火不良が生じやすくなる。
　図６は、点火プラグ２００の電極間における放電路と流速の関係を説明する図である。
点火コイル３００において２次側コイル３２０に高電圧が発生し、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に絶縁破壊が生じると、これらの電極間に流れる電流が一定値以下になるまでの間、点火プラグ２００の電極間に放電路が形成される。この放電路に可燃ガスが接触すると、火炎核が成長して燃焼に至る。放電路は、電極間のガス流れの影響を受けて移動するため、ガス流速が高いほど短時間で長い放電路を形成し、ガス流速が低いほど放電路が短くなる。図６（ａ）はガス流速が高いときの放電路２１１の例を示しており、図６（ｂ）はガス流速が低いときの放電路２１２の例を示している。
　内燃機関１００が高ＥＧＲ率で運転される場合、可燃ガスが放電路と接触しても火炎核が成長する確率が下がるため、可燃ガスが放電路と接触する機会を増やす必要がある。前述のように、放電路はガスの絶縁を破壊して生成されるため、放電路の維持に必要な電流を一定とすれば、放電路の長さに応じた電力の出力が必要となる。このため、ガス流速が高い場合は、短時間で大きな電力を点火コイル３００から点火プラグ２００へ出力するように点火コイル３００の通電制御を行い、これにより図６（ａ）のような長い放電路２１１を形成することで、より広範な空間のガスと接触機会を得ることが好ましい。一方、ガス流速が低い場合は、小さな電力を長時間の間に点火コイル３００から点火プラグ２００へ出力し続けるように点火コイル３００の通電制御を行い、これにより図６（ｂ）のような短い放電路２１２の形成を維持することで、点火プラグ２００の電極付近を通過するガスとの接触機会をより長時間にわたって得ることが好ましい。
　本実施形態では、図４で説明した１次主コイル３１０および１次副コイル３６０を有する点火コイル３００を採用し、この点火コイル３００に対して前述の点火信号ＳＡ、ＳＢを用いた重ね放電制御を行うことにより、上記のような点火プラグ２００の放電を実現している。
　図７は、重ね放電の有無による点火コイル３００の出力可能電力の変化を説明する図である。図７（ａ）は、重ね放電なしの場合における点火信号ＳＡの出力波形、点火コイル３００の出力可能電力およびガスの燃焼に必要な電力の関係を示しており、図７（ｂ）は、重ね放電ありの場合における点火信号ＳＡ、ＳＢの出力波形、点火コイル３００の出力可能電力およびガスの燃焼に必要な電力の関係を示している。
　先に述べた通り、点火制御部８３から点火信号ＳＡの出力中には、１次主コイル３１０に電気エネルギーが充電されることで、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、１次主コイル３１０による点火コイル３００の出力可能電力７１が次第に上昇する。このとき１次主コイル３１０には、電源から供給される一定の電圧により１次主電流が流れるため、その通電時間に応じた発熱が生じる。点火信号ＳＡの出力が終了すると、それまで１次主コイル３１０に充電された電気エネルギーが放出され、２次側コイル３２０を介して点火プラグ２００への電力供給が開始される。これにより、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、１次主コイル３１０内の充電量減少とともに、１次主コイル３１０による出力可能電力７１が減少していく。
　また、重ね放電ありの場合には、点火制御部８３から点火信号ＳＢの出力中には、１次副コイル３６０に流れる１次副電流の大きさに応じた電気エネルギーが１次副コイル３６０から放出され、２次側コイル３２０を介して点火プラグ２００への電力供給が行われる。これにより、図７（ｂ）に示すように、１次主コイル３１０による出力可能電力７１と、１次副コイル３６０による点火コイル３００の出力可能電力７２とが重ねられ、これらの合計電力が点火プラグ２００に供給される。
　点火プラグ２００の放電がガスの燃焼を引き起こすためには、絶縁破壊のための電力と、放電路の維持のための電力との２つが主に必要となる。放電路の維持に必要な電力は、前述のように電極間のガス流速によって異なり、ガス流速が高い場合は短時間で大きな電力が、ガス流速が低い場合は長時間の電力がそれぞれ必要となる。図７（ａ）、（ｂ）において、図形７３は絶縁破壊のための電力を、図形７４はガスが高流速の場合に放電路の維持に必要な電力を、図形７５はガスが低流速の場合に放電路の維持に必要な電力をそれぞれ示している。
　図７（ａ）に示す例では、図形７４、７５がいずれも出力可能電力７１をはみ出しており、高流速と低流速の双方で必要な電力を供給できていないことが分かる。そのため、点火プラグ２００の放電途中で、放電路を維持できずに放電路が短絡してしまう。その結果、放電路の距離や維持時間の不足により、放電路とガスとの接触機会の不足が生じてしまい、ガスの燃焼不良が発生する。１次主コイル３１０からの出力可能電力７１のみでこれを解決するためには、充電量確保のために大きな１次主コイル３１０が必要となるが、充電時間が増加して点火コイル３００の発熱が増大するという課題がある。
　一方、図７（ｂ）に示す例では、図形７４、７５の双方が出力可能電力７１、７２を合わせた範囲内となっており、高流速と低流速の双方で必要な電力を供給可能なことが分かる。すなわち、２種類の１次側コイル（１次主コイル３１０および１次副コイル３６０）を用いた重ね放電を行うことで、高流速、低流速いずれの場合でも、内燃機関１００における燃焼不良の発生を抑制することができる。さらに、こうした重ね放電は点火コイル３００に制御基板を追加することで実現可能なため、１次主コイル３１０の充電量を増加させる場合と比べて、点火コイル３００の容積増加を抑えられる。
　ただし、図７（ｂ）の例では、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの出力時間がそれぞれｔ＝６となっており、これらを合計した信号出力時間はΣｔ＝１２である。これは、図７（ａ）の点火信号ＳＡの出力時間と比べて倍になっている。このように、図７（ｂ）に示した重ね放電では、点火コイル３００の放電電力と、点火プラグ２００の電極間における放電路の形成および維持に必要な電力との差が大きいため、電力効率が低くなっている。
　そこで本実施形態では、重ね放電における電力効率を向上するために、点火制御部８３において、気筒１５０内における点火プラグ２００周囲のガス状態を推定し、推定したガス状態に基づいて、点火信号ＳＡの出力時間や、点火信号ＳＢの出力時間および出力タイミングを変化させる。これにより、点火コイル３００から１次主コイル３１０による電気エネルギーが放出されるとともに、点火プラグ２００周囲のガス状態に基づいて変化する１次副コイル３６０による電気エネルギーが、１次主コイル３１０による電気エネルギーに重ねて放出されるように、点火コイル３００の通電を制御する。
［第１の重ね放電制御］
　次に、本発明の一実施形態に係る第１の重ね放電制御について説明する。第１の重ね放電制御では、点火プラグ２００周囲のガス流速に基づいて、点火信号ＳＢの出力時間および出力タイミングを以下のように変化させる。
　図８は、第１の重ね放電制御を説明する図である。図８（ａ）は、ガス流速が低い低流速時における点火信号ＳＡ、ＳＢの出力波形、点火コイル３００の出力可能電力およびガスの燃焼に必要な電力の関係を示しており、図８（ｂ）は、ガス流速が高い高流速時における点火信号ＳＡ、ＳＢの出力波形、点火コイル３００の出力可能電力およびガスの燃焼に必要な電力の関係を示している。
　一般に、内燃機関１００を低ＥＧＲ率で運転する場合、燃焼速度の上昇に伴う燃焼重心の位相を補正する必要から、点火時期を遅角する。この点火時期の遅角に伴い、点火時期における燃焼室容積が縮小するため、気筒１５０内のガスは低流速となる。したがってこの場合には、図８（ａ）のように、図形７３で示される絶縁破壊のための電力と、図形７５で示される低流速での放電路の維持に必要な電力とを、点火コイル３００から点火プラグ２００へ供給する必要がある。
　第１の重ね放電制御では、低流速時には図８（ａ）に示すように、点火信号ＳＡの出力に続けて点火信号ＳＢを出力する。このとき、図７（ｂ）の場合と比べて、点火信号ＳＢの出力時間をｔ＝２と短くすることで、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの出力時間を合計した信号出力時間をΣｔ＝８として、電力効率の改善を図るようにしている。しかしながら、図８（ａ）では図形７５の一部が出力可能電力７１、７２を合わせた範囲をはみ出している。そのため、低流速時に必要な期間だけ放電路を維持することができずに、ガスの燃焼不良が発生してしまうおそれがある。
　また一般に、内燃機関１００を高ＥＧＲ率で運転する場合、燃焼速度の低下に伴う燃焼重心の位相を補正する必要から、点火時期を進角する。この点火時期の進角に伴い、点火時期における燃焼室容積が拡大するため、気筒１５０内のガスは高流速となる。したがってこの場合には、図８（ｂ）のように、図形７３で示される絶縁破壊のための電力と、図形７４で示される高流速での放電路の維持に必要な電力とを、点火コイル３００から点火プラグ２００へ供給する必要がある。
　第１の重ね放電制御では、高流速時には図８（ｂ）に示すように、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの間に位相差を設けて、点火信号ＳＡの出力から位相差に応じたタイミング後に点火信号ＳＢを出力する。このとき、図７（ｂ）の場合と比べて、位相差の分だけ点火信号ＳＢの出力時間をｔ＝４と短くすることで、電力効率の改善を図るようにしている。しかしながら、図８（ｂ）では図形７４の一部が出力可能電力７１、７２を合わせた範囲をはみ出している。そのため、高流速時に長い放電路を形成することができずに、ガスの燃焼不良が発生してしまうおそれがある。さらに、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの出力時間を合計した信号出力時間はΣｔ＝１０であり、図８（ａ）の信号出力時間Σｔ＝８よりも大きくなっている。
　以上説明したように、第１の重ね放電制御では、ガス流速が低い場合には電力効率を向上することが可能であるが、低流速時、高流速時ともに放電路を十分に形成することができない。また、ガス流速の違いにより、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢを合わせた信号出力時間が異なる。そのため、信号出力時間が長い方の条件に合わせて点火コイル３００の発熱対策が設計上必要となり、ハードウェア効率が低下する。
［第２の重ね放電制御］
　次に、本発明の一実施形態に係る第２の重ね放電制御について説明する。第２の重ね放電制御では、点火プラグ２００周囲のガス流速に基づいて、点火信号ＳＡの出力時間と、点火信号ＳＢの出力時間および出力タイミングとを以下のように変化させる。
　図９は、第２の重ね放電制御を説明する図である。図９（ａ）は、ガス流速が低い低流速時における点火信号ＳＡ、ＳＢの出力波形、点火コイル３００の出力可能電力およびガスの燃焼に必要な電力の関係を示しており、図９（ｂ）は、ガス流速が高い高流速時における点火信号ＳＡ、ＳＢの出力波形、点火コイル３００の出力可能電力およびガスの燃焼に必要な電力の関係を示している。
　第２の重ね放電制御では、低流速時には図９（ａ）に示すように、点火信号ＳＡの出力時間をｔ＝４と短くするとともに、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの間に位相差を設けて、点火信号ＳＡの出力から位相差に応じたタイミング後に点火信号ＳＢを出力する。このときの点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの出力時間を合計した信号出力時間は、Σｔ＝８である。図９（ａ）では、図形７３、７５の双方が出力可能電力７１、７２を合わせた範囲内となっているため、低流速時に必要な期間だけ放電路を維持することができる。
　また、高流速時には図９（ｂ）に示すように、点火信号ＳＡの出力時間をｔ＝６とする一方で、点火信号ＳＢの出力時間をｔ＝２と短くする。そして、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの間の位相差を０とし、点火信号ＳＡの出力の直後に点火信号ＳＢを出力する。このときの点火信号ＳＡと点火信号ＳＢの出力時間を合計した信号出力時間は、低流速時と同じΣｔ＝８である。図９（ｂ）でも、図形７３、７４の双方が出力可能電力７１、７２を合わせた範囲内となっているため、高流速時に長い放電路を形成することができる。
　以上説明したように、第２の重ね放電制御では、点火プラグ２００周囲のガス流速が速いほど、１次副コイル３６０に１次副電流が流れるタイミングを早めるととともに、１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間を短くするように、点火信号ＳＢの出力時間および出力タイミングを調整して１次副電流を制御する。また、点火プラグ２００周囲のガス流速が速いほど、１次主コイル３１０に１次主電流が流れる期間を長くするように、点火信号ＳＡの出力時間を調整して１次主電流を制御する。このとき、１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間が１次主コイル３１０の放電期間以下となるように、１次主電流および１次副電流を制御することが好ましい。これにより、低流速時、高流速時ともに、点火コイル３００の放電電力と、点火プラグ２００の電極間における放電路の形成および維持に必要な電力との差を小さくして電力効率を向上しつつ、放電路を十分に形成することができる。
　さらに、第２の重ね放電制御では、ガス流速が変化しても、点火信号ＳＡと点火信号ＳＢを合わせた信号出力時間、すなわち、１次主コイル３１０に１次主電流が流れる期間と１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間との合計が一定となるように、１次主電流および１次副電流を制御する。これにより、ガス流速に関わらず同一条件での点火コイル３００の発熱対策で済むため、ハードウェア効率を向上させることができる。
　図１０は、第２の重ね放電制御における電極間のガス流速と点火信号ＳＡ、ＳＢの設定値との関係を説明する図である。
　図１０（ａ）は、ガス流速と１次主コイル３１０の充電時間との関係を示している。図１０（ａ）に示すように、点火制御部８３は、電極間のガス流速が速くなるほど、１次主コイル３１０の充電時間が長くなるように、点火信号ＳＡの出力時間を設定する。また、同じガス流速で比較した場合、ＥＧＲ率が高くなるほど、１次主コイル３１０の充電時間が長くなるように、点火信号ＳＡの出力時間を設定する。
　図１０（ｂ）は、ガス流速と１次副コイル３６０の重ね放電時間との関係を示している。図１０（ｂ）に示すように、点火制御部８３は、電極間のガス流速が速くなるほど、１次主コイル３１０の放電中における１次副コイル３６０の重ね放電時間が短くなるように、点火信号ＳＢの出力時間を設定する。また、同じガス流速で比較した場合、ＥＧＲ率が高くなるほど、１次副コイル３６０の重ね放電時間が長くなるように、点火信号ＳＢの出力時間を設定する。
　図１０（ｃ）は、ガス流速と１次主コイル３１０および１次副コイル３６０による放電開始時刻間の位相差との関係を示している。図１０（ｃ）に示すように、点火制御部８３は、電極間のガス流速が速くなるほど、１次主コイル３１０の放電開始時刻と１次副コイル３６０の放電開始時刻との間の位相差が短くなり、これによって１次副コイル３６０の放電が行われるタイミングが早くなるように、点火信号ＳＡ、ＳＢ間の出力タイミングを設定する。
　以上説明したように、電極間のガス流速に応じて点火信号ＳＡ、ＳＢの出力時間および出力タイミングをそれぞれ定めることで、電極間のガス流速に応じて変化する着火に必要な電力に対して、過不足の少ない電力を点火コイル３００から点火プラグ２００へ供給することが可能となる。
　なお、以上説明したような第２の重ね放電制御における電極間のガス流速に応じた点火信号ＳＡ、ＳＢの設定は、いずれか任意のものを選択的に実施してもよい。例えば、１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間を一定とし、点火プラグ２００周囲のガス流速が速いほどそのタイミングを早めるように、点火信号ＳＢを設定してもよい。あるいは、１次副コイル３６０に１次副電流が流れるタイミングを一定とし、点火プラグ２００周囲のガス流速が速いほどその期間を短くするように、点火信号ＳＢを設定してもよい。このようにすれば、電極間のガス流速に応じて変化する着火に必要な電力に対して、ある程度の範囲で調整された電力を点火コイル３００から点火プラグ２００へ供給することが可能となる。
［点火コイルの制御方法］
　次に、上記の第１、第２の重ね放電制御を実施する際の点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法を説明する。図１１は、本発明の一実施形態にかかる点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法を説明するフローチャートの一例である。本実施形態において、点火制御部８３は、車両のイグニッションスイッチがＯＮされて内燃機関１００の電源が投入されると、図１１のフローチャートに従って点火コイル３００の制御を開始する。なお、図１１のフローチャートに示す処理は、内燃機関１００の１サイクル分の処理を表しており、点火制御部８３は各サイクルごとに図１１のフローチャートに示す処理を実施する。
　ステップＳ２０１において、点火制御部８３は内燃機関１００の運転条件を検出し、ガスの流速とＥＧＲ率を推定する。具体的には、例えば、予め運転条件ごとに定めたガス流速およびＥＧＲ率の値をマップ情報として記憶しておき、このマップ情報に対して検出したエンジン回転数と推定負荷を代入することで、現在の内燃機関１００の運転状態に応じたガス流速とＥＧＲ率の値を得る。
　ステップＳ２０２において、点火制御部８３はコイル充電期間の算出を行う。具体的には、例えば、図１０（ａ）に示したようなガス流速と１次主コイル３１０の充電時間との関係をマップ情報として記憶しておき、このマップ情報にステップＳ２０１で得た流速とＥＧＲ率を代入することで、１次主コイル３１０の充電時間の値を得る。
　ステップＳ２０３において、点火制御部８３は重ね放電期間の算出を行う。具体的には、例えば、図１０（ｂ）に示したようなガス流速と１次副コイル３６０の重ね放電時間との関係をマップ情報として記憶しておき、このマップ情報にステップＳ２０１で得た流速とＥＧＲ率を代入することで、１次副コイル３６０による重ね放電時間の値を得る。
　ステップＳ２０４において、点火制御部８３は位相差の算出を行う。具体的には、例えば、図１０（ｃ）に示したようなガス流速と１次主コイル３１０および１次副コイル３６０による放電開始時刻間の位相差との関係をマップ情報として記憶しておき、このマップ情報にステップＳ２０１で得た流速とＥＧＲ率を代入することで、１次主コイル３１０の放電から１次副コイル３６０の放電までの位相差の値を得る。
　ステップＳ２０５において、点火制御部８３は算出値の設定を行う。具体的には、ステップＳ２０２～Ｓ２０４でそれぞれ算出したコイル充電期間、重ね放電期間および位相差の各値を点火制御部８３の記憶領域へ記録することで、次回以降の点火制御においてこれらの計算値が反映された点火信号ＳＡ、ＳＢが出力されるようにする。ステップＳ２０５で各算出値の設定を実施したら、図１１のフローチャートによる点火コイル３００の制御を終了する。
　以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部８３を備える。点火制御部８３は、点火コイル３００から第１の電気エネルギーが放出されるとともに、点火プラグ２００周囲のガス状態に基づいて変化する第２の電気エネルギーが第１の電気エネルギーに重ねて放出されるように、点火コイル３００の通電を制御する。このようにしたので、点火プラグ２００による燃料への着火不良を抑えつつ、内燃機関１００における点火コイル３００の消費電力と発熱量と容積を抑制することができる。
（２）点火コイル３００は、１次側にそれぞれ配置された１次主コイル３１０および１次副コイル３６０と、２次側に配置された２次コイル３２０とを有する。点火制御部８３は、１次主コイル３１０に流れる１次主電流を制御するとともに、点火プラグ２００周囲のガス状態に基づいて、１次副コイル３６０に流れる１次副電流を制御する。具体的には、点火制御部８３は、点火プラグ２００周囲のガスの流速が速いほど、１次副コイル３６０に１次副電流が流れるタイミングを早め、１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間を短くするように、１次副電流を制御する。また、点火制御部８３は、点火プラグ２００周囲のガスの流速が速いほど、１次主コイル３１０に１次主電流が流れる期間を長くするように、１次主電流を制御する。このようにしたので、低流速時、高流速時ともに、点火コイル３００の放電電力と、点火プラグ２００の電極間における放電路の形成および維持に必要な電力との差を小さくして電力効率を向上しつつ、放電路を十分に形成することができる。
（３）点火制御部８３は、点火プラグ２００周囲のガスの流速が変化しても、１次主コイル３１０に１次主電流が流れる期間と１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間との合計が一定となるように、１次主電流および１次副電流を制御する。このようにしたので、ガス流速に関わらず同一条件での点火コイル３００の発熱対策で済むため、ハードウェア効率を向上させることができる。
（４）点火制御部８３は、１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間が１次主コイル３１０の放電期間以下となるように、１次主電流および１次副電流を制御することが好ましい。このようにすれば、１次副コイル３６０による重ね放電の期間を必要な分だけとすることができるため、省電力化を図ることができる。
（５）点火制御部８３は、内燃機関１００のＥＧＲ率が高いほど、１次主コイル３１０に１次主電流が流れる期間および１次副コイル３６０に１次副電流が流れる期間を長くするように、１次主電流および１次副電流を制御する。このとき、内燃機関１００のＥＧＲ率が変化しても、１次副コイル３６０に１次副電流が流れるタイミングが一定となるように、１次副電流を制御する。このようにしたので、排気再循環が行われる内燃機関１００において、ＥＧＲ率に応じた最適な電力を点火コイル３００から点火プラグ２００へ供給することができる。
　なお、以上説明した実施形態において、図３で説明した制御装置１の各機能構成は、前述のようにＭＰＵ５０で実行されるソフトウェアにより実現してもよいし、あるいはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現してもよい。また、これらを混在して使用してもよい。
　以上説明した実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
　１：制御装置、１０：アナログ入力部、２０：デジタル入力部、３０：Ａ／Ｄ変換部、４０：ＲＡＭ、５０：ＭＰＵ、６０：ＲＯＭ、７０：Ｉ／Ｏポート、８０：出力回路、８１：全体制御部、８２：燃料噴射制御部、８３：点火制御部、８４：気筒判別部、８５：角度情報生成部、８６：回転数情報生成部、８７：吸気量計測部、８８：負荷情報生成部、８９：水温計測部、１００：内燃機関、１１０：エアクリーナ、１１１：吸気管、１１２：吸気マニホールド、１１３：スロットル弁、１１３ａ：スロットル開度センサ、１１４：流量センサ、１１５：吸気温センサ、１２０：リングギア、１２１：クランク角センサ、１２２：水温センサ、１２３：クランクシャフト、１２５：アクセルペダル、１２６：アクセルポジションセンサ、１３０：燃料タンク、１３１：燃料ポンプ、１３２：プレッシャレギュレータ、１３３：燃料配管、１３４：燃料噴射弁、１４０：燃焼圧センサ、１５０：気筒、１５１：吸気弁、１５２：排気弁、１６０：排気マニホールド、１６１：三元触媒、１６２：上流側空燃比センサ、１６３：下流側空燃比センサ、１７０：ピストン、２００：点火プラグ、２１０：中心電極、２２０：外側電極、２３０：絶縁体、３００：点火コイル、３１０：１次主コイル、３２０：２次側コイル、３３０：直流電源、３４０，３５０：イグナイタ、３６０：１次副コイル、４００：電気回路

Claims (9)

  1. 　内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部を備え、
    　前記点火制御部は、前記点火コイルから第１の電気エネルギーが放出されるとともに、前記点火プラグ周囲のガス状態に基づいて変化する第２の電気エネルギーが前記第１の電気エネルギーに重ねて放出されるように、前記点火コイルの通電を制御する内燃機関用制御装置。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火コイルは、１次側にそれぞれ配置された１次主コイルおよび１次副コイルと、２次側に配置された２次コイルと、を有し、
    　前記点火制御部は、前記１次主コイルに流れる１次主電流を制御するとともに、前記点火プラグ周囲のガス状態に基づいて、前記１次副コイルに流れる１次副電流を制御する内燃機関用制御装置。
  3. 　請求項２に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火制御部は、前記点火プラグ周囲のガスの流速が速いほど、前記１次副コイルに前記１次副電流が流れるタイミングを早めるように、前記１次副電流を制御する内燃機関用制御装置。
  4. 　請求項２または３に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火制御部は、前記点火プラグ周囲のガスの流速が速いほど、前記１次副コイルに前記１次副電流が流れる期間を短くするように、前記１次副電流を制御する内燃機関用制御装置。
  5. 　請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火制御部は、前記点火プラグ周囲のガスの流速が速いほど、前記１次主コイルに前記１次主電流が流れる期間を長くするように、前記１次主電流を制御する内燃機関用制御装置。
  6. 　請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火制御部は、前記点火プラグ周囲のガスの流速が変化しても、前記１次主コイルに前記１次主電流が流れる期間と前記１次副コイルに前記１次副電流が流れる期間との合計が一定となるように、前記１次主電流および前記１次副電流を制御する内燃機関用制御装置。
  7. 　請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火制御部は、前記１次副コイルに前記１次副電流が流れる期間が前記１次主コイルの放電期間以下となるように、前記１次主電流および前記１次副電流を制御する内燃機関用制御装置。
  8. 　請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火制御部は、前記内燃機関のＥＧＲ率が高いほど、前記１次主コイルに前記１次主電流が流れる期間および前記１次副コイルに前記１次副電流が流れる期間を長くするように、前記１次主電流および前記１次副電流を制御する内燃機関用制御装置。
  9. 　請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
    　前記点火制御部は、前記内燃機関のＥＧＲ率が変化しても、前記１次副コイルに前記１次副電流が流れるタイミングが一定となるように、前記１次副電流を制御する内燃機関用制御装置。
PCT/JP2020/013951 2019-05-23 2020-03-27 内燃機関用制御装置 WO2020235219A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021520635A JP7130868B2 (ja) 2019-05-23 2020-03-27 内燃機関用制御装置
US17/595,680 US11802534B2 (en) 2019-05-23 2020-03-27 Control device for internal combustion engine
CN202080036354.5A CN113825900B (zh) 2019-05-23 2020-03-27 内燃机用控制装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-097027 2019-05-23
JP2019097027 2019-05-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020235219A1 true WO2020235219A1 (ja) 2020-11-26

Family

ID=73458518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/013951 WO2020235219A1 (ja) 2019-05-23 2020-03-27 内燃機関用制御装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11802534B2 (ja)
JP (1) JP7130868B2 (ja)
CN (1) CN113825900B (ja)
WO (1) WO2020235219A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022269976A1 (ja) * 2021-06-21 2022-12-29 日立Astemo株式会社 内燃機関の制御装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023020229A (ja) * 2021-07-30 2023-02-09 マツダ株式会社 エンジンシステム
JP2023020228A (ja) * 2021-07-30 2023-02-09 マツダ株式会社 エンジンシステム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015014237A (ja) * 2013-07-04 2015-01-22 株式会社デンソー 点火装置
JP2017048713A (ja) * 2015-09-01 2017-03-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2018131407A1 (ja) * 2017-01-16 2018-07-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の制御装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5783258B2 (ja) * 2011-09-14 2015-09-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の点火制御装置
EP2947309A4 (en) * 2013-01-18 2016-07-06 Nissan Motor IGNITION DEVICE FOR A COMBUSTION ENGINE AND IGNITION PROCESS
US20160010616A1 (en) * 2013-01-23 2016-01-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ignition control apparatus for internal combustion engine (as amended)
EP3199798B1 (en) * 2013-04-11 2021-03-10 Denso Corporation Ignition control apparatus for internal combustion engine
KR101758605B1 (ko) * 2013-05-24 2017-07-17 가부시키가이샤 덴소 내연 기관의 점화 제어 장치
JP6471412B2 (ja) * 2014-04-10 2019-02-20 株式会社デンソー 制御装置
WO2015156371A1 (ja) * 2014-04-10 2015-10-15 株式会社デンソー 制御装置及び点火装置
JP2016211446A (ja) * 2015-05-11 2016-12-15 株式会社デンソー 内燃機関用点火装置
JP6476295B2 (ja) * 2015-07-15 2019-02-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 エンジン制御装置
JP6646523B2 (ja) * 2016-02-24 2020-02-14 株式会社Ｓｏｋｅｎ 点火制御装置
JP2018084209A (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 日立オートモティブシステムズ阪神株式会社 内燃機関用点火装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015014237A (ja) * 2013-07-04 2015-01-22 株式会社デンソー 点火装置
JP2017048713A (ja) * 2015-09-01 2017-03-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2018131407A1 (ja) * 2017-01-16 2018-07-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022269976A1 (ja) * 2021-06-21 2022-12-29 日立Astemo株式会社 内燃機関の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113825900B (zh) 2023-01-31
US11802534B2 (en) 2023-10-31
JPWO2020235219A1 (ja) 2020-11-26
JP7130868B2 (ja) 2022-09-05
CN113825900A (zh) 2021-12-21
US20220213857A1 (en) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020235219A1 (ja) 内燃機関用制御装置
WO2021106520A1 (ja) 内燃機関用制御装置
JP2019210827A (ja) 内燃機関用制御装置
JP4868242B2 (ja) 車両用エンジンの制御装置
JP6942885B2 (ja) 内燃機関用制御装置
JP6893997B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6906106B2 (ja) 内燃機関用制御装置
JP6931127B2 (ja) 内燃機関用制御装置
JP7077420B2 (ja) 内燃機関用制御装置
WO2020262098A1 (ja) 内燃機関用制御装置
WO2022123861A1 (ja) 内燃機関制御装置
JP7247364B2 (ja) 内燃機関用制御装置
WO2022018986A1 (ja) 電子制御装置
WO2021095456A1 (ja) 内燃機関用制御装置
WO2022180906A1 (ja) 筒内圧力検出方法、筒内圧センサ診断方法及び内燃機関制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20810726

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021520635

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20810726

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1