WO2023084573A1 - 内燃機関の点火装置、電子制御装置、及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関の点火装置、電子制御装置、及び内燃機関の制御方法 Download PDF

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英一郎 大畠
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日立Astemo株式会社
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    • 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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    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/05—Layout of circuits for control of the magnitude of the current in the ignition coil

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine ignition device, an electronic control device, and an internal combustion engine control method.
  • HC hydrocarbon
  • the unburned fuel vaporized after completion of combustion is discharged as hydrocarbons without being oxidized.
  • the second is that the amount of fuel vaporized by the ignition timing decreases, and the air-fuel ratio in the cylinder increases (the fuel becomes leaner). In this case, the amount of hydrocarbons increases due to increased misfires due to increased required ignition energy. Therefore, attempts have been made to reduce the amount of precious metals used in the exhaust catalyst and reduce the manufacturing cost of the exhaust catalyst by suppressing the generation of hydrocarbons during cold start.
  • Patent Document 1 discloses an ignition device for an internal combustion engine that prevents multiple ignition failures (extinguishing) at timings different from normal ignition timings in one combustion cycle of the internal combustion engine.
  • the power conversion amount of the ignition coil increases as the number of times of ignition increases, so the amount of heat generated by the ignition coil increases.
  • the ignition device for an internal combustion engine described in Patent Document 1 performs discharge twice or more for the purpose of ignition during one cycle of one cylinder in order to suppress overheating of the ignition coil due to an increase in the amount of heat generated. do. In this case, the length of time during which the ignition coil is energized is shortened compared to the case where the discharge is performed only once.
  • the internal combustion engine ignition device disclosed in Patent Document 1 shortens the length of time during which the ignition coil is energized when the multiple ignition permission condition that the temperature of the ignition coil is less than a predetermined value is established. As a result, the energization time of the main ignition, that is, the charging energy to the ignition coil is reduced compared to the case where the ignition is performed only once during one cycle. If the charging energy of the main ignition is reduced, ignition failure (extinguishing) occurs due to the fact that the insulation cannot be broken down during discharge or the required ignition energy is not reached. Therefore, in the internal combustion engine ignition device described in Patent Document 1, ignition failure (extinguishing) is likely to occur under the multi-ignition permission condition, making it difficult to suppress the generation of hydrocarbons.
  • the present invention aims at suppressing the generation of hydrocarbons during cold start of an internal combustion engine.
  • an ignition device provides an ignition coil that causes a spark plug to discharge in accordance with an ignition signal output from a control unit, and a temperature of the ignition coil that is predetermined. and an ignition signal cutoff circuit that cuts off the ignition signal when the temperature exceeds the first temperature.
  • the ignition signal includes a multiple ignition signal for preheating the spark plug and a main ignition signal having a different frequency from the multiple ignition signal and for igniting the air-fuel mixture by discharging the spark plug.
  • the ignition signal blocking circuit blocks multiple ignition signals of the ignition signals when the temperature of the ignition coil reaches a second temperature lower than the first temperature.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a basic configuration example of an internal combustion engine according to an embodiment; FIG. It is a partially enlarged view for explaining a spark plug according to one embodiment.
  • 1 is a functional block diagram illustrating the functional configuration of a control device for an internal combustion engine according to one embodiment; FIG. It is a figure explaining the relationship between the temperature of an electrode, a dielectric breakdown voltage, and an air-fuel ratio. It is a circuit diagram showing an example of an electric circuit containing an ignition coil. It is an example of a discharge waveform of multiple ignition.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the number of misfires and the amount of hydrocarbon emissions; FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number of misfires and environmental temperature; It is a figure which shows the relationship between hydrocarbons and environmental temperature.
  • FIG. 10 is a diagram showing transitions when performing multiple ignition and main ignition;
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the frequency of an ignition signal and the calorific value and ignitability.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the transition time and the temperature of the ignition coil with and without multiple ignition; It is a timing chart showing changes in temperature and HC concentration of a conventional ignition coil. It is a circuit diagram showing an example of an electric circuit containing an ignition coil concerning one embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the transition time and the temperature of the ignition coil with multiple ignition and with normal ignition according to one embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing transitions when performing multiple ignition and main ignition
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the frequency of an ignition signal and the calorific value and ignitability.
  • 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the calorific value and ignitability with respect to the frequency of the ignition signal according to one embodiment; 4 is a timing chart showing changes in ignition coil temperature and HC concentration according to the present invention. 4 is a flowchart showing multiple ignition switching processing according to one embodiment; It is a flow chart which shows fuel oil consumption change processing concerning one embodiment.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a basic configuration example of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • the internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 may have a single cylinder or multiple cylinders, but in the embodiment, the internal combustion engine 100 having four cylinders will be described as an example.
  • 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 113 a is output to a control device (Electronic Control Unit: ECU) 1 .
  • ECU Electronic Control Unit
  • an electronic throttle valve driven by an electric motor is applied as the throttle valve 113 .
  • any other method may be applied as long as it can appropriately adjust the air flow rate.
  • the temperature of the air that has flowed into each cylinder 150 is detected by the intake air temperature sensor 115 .
  • crank angle sensor 121 is provided radially outside the ring gear 120 attached to the crankshaft 123 .
  • Crank angle sensor 121 detects the rotation angle of crankshaft 123 .
  • the crank angle sensor 121 detects the rotation angle of the crankshaft 123 every 10 degrees and every combustion cycle.
  • a water temperature sensor 122 is provided in the water jacket (not shown) of the cylinder head.
  • a 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) 126 that detects the amount of displacement (depression amount) of the accelerator pedal 125 .
  • An accelerator position sensor 126 detects the torque requested by the driver.
  • the driver's requested torque detected by the accelerator position sensor 126 is output to the internal combustion engine control device 1, which will be described later.
  • the internal combustion engine control device 1 controls the throttle valve 113 based on this required torque.
  • the fuel stored in the fuel tank 130 is sucked and pressurized by the fuel pump 131 .
  • Fuel sucked and pressurized by the fuel pump 131 is adjusted to a predetermined pressure by a pressure regulator 132 provided in the fuel pipe 133 .
  • Fuel adjusted to a predetermined pressure is injected into each cylinder 150 from a fuel injection device (injector) 134 . Excess fuel after pressure regulation by the pressure regulator 132 is returned to the fuel tank 130 via a return pipe (not shown).
  • the control of the fuel injection device 134 is performed based on a fuel injection pulse (control signal) of a fuel injection control section 82 (see FIG. 3) of the internal combustion engine control device 1, which will be described later.
  • a cylinder head (not shown) of the internal combustion engine 100 is provided with a cylinder pressure sensor (also called a combustion pressure sensor) 140 .
  • the in-cylinder pressure sensor 140 is provided inside each cylinder 150 and detects the pressure (combustion pressure) inside the cylinder 150 .
  • a piezoelectric or gauge pressure sensor, for example, is applied to the in-cylinder pressure sensor 140 . As a result, the in-cylinder pressure in cylinder 150 can be detected over a wide temperature range.
  • An exhaust valve 152 and an exhaust manifold 160 are attached to each cylinder 150 .
  • exhaust valve 152 When exhaust valve 152 is opened, exhaust gas is discharged from cylinder 150 to exhaust manifold 160 .
  • the exhaust manifold 160 discharges 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 .
  • the three-way catalyst 161 purifies exhaust gas.
  • the exhaust gas purified by the three-way catalyst 161 is discharged to the atmosphere.
  • An upstream air-fuel ratio sensor 162 is provided upstream of the three-way catalyst 161 .
  • the upstream air-fuel ratio sensor 162 continuously (linearly) detects the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder 150 .
  • the upstream air-fuel ratio sensor 162 of this embodiment is a linear air-fuel ratio sensor.
  • a downstream side air-fuel ratio sensor 163 is provided downstream of the three-way catalyst 161 .
  • the downstream air-fuel ratio sensor 163 outputs a switch-like detection signal near the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the downstream air-fuel ratio sensor 163 of this embodiment is an O2 sensor.
  • a spark plug 200 is provided at the top of each cylinder 150 .
  • the spark plug 200 generates a spark by electric discharge (ignition), and the spark ignites the air-fuel mixture in the cylinder 150 . This causes an explosion in cylinder 150 and pushes down piston 170 . As the piston 170 is pushed down, the crankshaft 123 rotates.
  • An ignition coil 300 that generates electrical energy (voltage) to be supplied to the ignition plug 200 is connected to the ignition plug 200 .
  • Output signals from various sensors such as the throttle opening sensor 113a, the flow rate sensor 114, the crank angle sensor 121, the accelerator position sensor 126, the water temperature sensor 122, the in-cylinder pressure sensor 140, etc. device 1”).
  • the control device 1 detects the operating state of the internal combustion engine 100 based on output signals from these various sensors.
  • the control device 1 controls the amount of air sucked into the cylinder 150, the amount of fuel injected from the fuel injection device 134, the ignition timing of the spark plug 200, and the like.
  • spark plug 200 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view for explaining spark plug 200. As shown in FIG.
  • the spark plug 200 has a center electrode 210 and an outer electrode 220. As shown in FIG. Center electrode 210 is supported by a plug base (not shown) via insulator 230 . Thereby, the center electrode 210 is insulated. Outer electrode 220 is grounded.
  • a predetermined voltage for example, 20,000V to 40,000V
  • a predetermined voltage for example, 20,000V to 40,000V
  • discharge occurs between center electrode 210 and outer electrode 220 .
  • a spark generated by the discharge ignites the air-fuel mixture in the cylinder 150 .
  • the voltage at which electrical discharge (ignition) occurs due to dielectric breakdown of gas components in cylinder 150 depends on the state of the gas (air mixture in the cylinder) existing between center electrode 210 and outer electrode 220 and the state of cylinder 150. varies depending on the cylinder pressure. The voltage at which this discharge occurs is called dielectric breakdown voltage.
  • the discharge control (ignition control) of the spark plug 200 is performed by an ignition control section 83 (see FIG. 3) of the control device 1, which will be described later.
  • control device 1 includes an analog input section 10, a digital input section 20, an A/D (Analog/Digital) conversion section 30, a RAM (Random Access Memory) 40, and an MPU (Micro- Processing Unit) 50 , ROM (Read Only Memory) 60 , I/O (Input/Output) port 70 , and output circuit 80 .
  • analog input section 10 a digital input section 20
  • A/D (Analog/Digital) conversion section 30 a RAM (Random Access Memory) 40
  • MPU Micro- Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • I/O Input/Output
  • the analog input unit 10 receives signals from various sensors such as a throttle opening sensor 113a, a flow sensor 114, an accelerator position sensor 126, an upstream air-fuel ratio sensor 162, a downstream air-fuel ratio sensor 163, an in-cylinder pressure sensor 140, and a water temperature sensor 122. An analog output signal is input.
  • sensors such as a throttle opening sensor 113a, a flow sensor 114, an accelerator position sensor 126, an upstream air-fuel ratio sensor 162, a downstream air-fuel ratio sensor 163, an in-cylinder pressure sensor 140, and a water temperature sensor 122.
  • An analog output signal is input.
  • An A/D conversion section 30 is connected to the analog input section 10 .
  • Analog output signals from various sensors input to the analog input unit 10 are subjected to signal processing such as noise removal, and then converted to digital signals by the A/D conversion unit 30 .
  • the digital signal converted by the A/D converter 30 is stored in the RAM 40 .
  • a 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 section 20 .
  • a digital output signal input to the digital input section 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 By executing a control program (not shown) stored in the ROM 60, the MPU 50 processes the output signal stored in the RAM 40 according to the control program.
  • the MPU 50 calculates a control value that defines the actuation amount of each actuator (for example, the throttle valve 113, the pressure regulator 132, the spark plug 200, etc.) that drives the internal combustion engine 100 according to the control program, and temporarily stores the control value in the RAM 40. memorize.
  • a control value that defines the actuation amount of the actuator stored in the RAM 40 is output to the output circuit 80 via the I/O port 70 .
  • the output circuit 80 is provided with functions such as a general control section 81, a fuel injection control section 82, and an ignition control section 83 (see FIG. 3).
  • the overall control unit 81 performs overall control of the internal combustion engine based on output signals from various sensors (for example, the in-cylinder pressure sensor 140).
  • the fuel injection control unit 82 controls driving of a plunger rod (not shown) of the fuel injection device 134 .
  • the ignition control section 83 controls the voltage applied to the ignition plug 200 .
  • FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the functional configuration of the control device 1. As shown in FIG.
  • Each function of the control device 1 is realized as various functions in the output circuit 80 by the MPU 50 executing the control program stored in the ROM 60 .
  • Various functions of the output circuit 80 include, for example, control of the fuel injection device 134 by the fuel injection control section 82 and discharge control of the spark plug 200 by the ignition control section 83 .
  • the output circuit 80 of the control device 1 has a general control section 81, a fuel injection control section 82, and an ignition control section 83.
  • General control unit 81 is connected to accelerator position sensor 126 and in-cylinder pressure sensor 140 .
  • Overall control unit 81 receives the required torque (acceleration signal S1) from accelerator position sensor 126 and the output signal S2 from in-cylinder pressure sensor 140 .
  • the overall control unit 81 controls the fuel injection control unit 82 and the ignition control unit 83 based on the required torque (acceleration signal S1) from the accelerator position sensor 126 and the output signal S2 from the in-cylinder pressure sensor 140. control.
  • the fuel injection control unit 82 includes a cylinder discrimination unit 84 that discriminates each cylinder 150 of the internal combustion engine 100, an angle information generation unit 85 that measures the crank angle of the crankshaft 123, and a rotation speed information generation unit that measures the engine speed. 86 and .
  • Fuel injection control unit 82 receives cylinder identification information S3 from cylinder identification unit 84, crank angle information S4 from angle information generation unit 85, and engine speed information S5 from rotation speed information generation unit 86.
  • the fuel injection control unit 82 also includes an intake air amount measurement unit 87 that measures the amount of air taken into the cylinder 150, a load information generation unit 88 that measures the engine load, and a temperature of the engine cooling water. It is connected to the water temperature measurement part 89 and.
  • the fuel injection control unit 82 receives intake air amount information S6 from the intake air amount measuring unit 87, engine load information S7 from the load information generating unit 88, and cooling water temperature information S8 from the water temperature measuring unit 89.
  • the fuel injection control unit 82 calculates the injection amount and the injection time of the fuel injected from the fuel injection device 134 based on the received information. Then, the fuel injection control unit 82 transmits a fuel injection pulse S9 generated based on the calculated fuel injection amount and injection time to the fuel injection device 134 .
  • the ignition control unit 83 is connected not only to the overall control unit 81 but also to a cylinder discrimination unit 84, an angle information generation unit 85, a rotation speed information generation unit 86, a load information generation unit 88, and a water temperature measurement unit 89. and accept each information from them.
  • the ignition control unit 83 controls the amount of current to be energized to the primary coil 310 (see FIG. 5) of the ignition coil 300, the energization start time (energization angle), and the current to the primary coil 310. Calculate the time (ignition time) to cut off the applied current.
  • the ignition control unit 83 outputs an ignition signal SA to the primary coil 310 of the ignition coil 300 based on the calculated energization amount, energization start time, and ignition time, thereby controlling discharge by the spark plug 200 ( ignition control).
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the temperature of the spark plug electrode, the dielectric breakdown voltage, and the air-fuel ratio.
  • the dielectric breakdown voltage is constant (the output current of the ignition coil 300 is constant)
  • the dielectric breakdown voltage will be exceeded.
  • the amount of hydrocarbons (HC) generated during combustion increases due to the increased proportion of fuel in the air-fuel mixture.
  • the higher the temperature of the electrode of the spark plug 200 at cold start (see the thick arrow in FIG. 4), the lower the dielectric breakdown voltage for igniting the air-fuel mixture. ), the dielectric breakdown voltage can be exceeded. As a result, it is possible to reduce the generation of hydrocarbons when combusted. Therefore, in the internal combustion engine 100, it is preferable to raise the temperature of the electrode of the spark plug 200 before discharging (ignition) at cold start. As a result, the air-fuel ratio at cold start can be increased to suppress the generation of hydrocarbons (HC).
  • HC hydrocarbons
  • the air-fuel ratio for ignition at a predetermined dielectric breakdown voltage is P1.
  • the electrode temperature of spark plug 200 is high, the air-fuel ratio for ignition at a predetermined dielectric breakdown voltage is P2, which is larger than P1 (P2>P1). Therefore, the higher the electrode temperature of the spark plug 200, the leaner the fuel required for ignition and the less hydrocarbons (HC) generated by combustion.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an electric circuit including an ignition coil.
  • An electric circuit 500 shown in FIG. 5 has an ignition coil 300 .
  • Ignition coil 300 includes a primary coil 310 wound with a predetermined number of turns and a secondary coil 320 wound with a larger number of turns than primary coil 310 .
  • One end of the primary coil 310 is connected to the DC power supply 330 . Thereby, a predetermined voltage (for example, 12 V) is applied to the primary coil 310 .
  • the other end of the primary coil 310 is connected to a drain (D) terminal of an igniter (energization control circuit) 340 and grounded via the igniter 340 .
  • a transistor, a field effect transistor (FET), or the like is used for the igniter 340 .
  • a gate (G) terminal of the igniter 340 is connected to the ignition control section 83 via the temperature switch section 350 .
  • the temperature switch unit 350 is provided for the purpose of preventing damage to the ignition coil 300 due to overheating.
  • the temperature switch section 350 has a temperature detection section 351 . Temperature detector 351 detects the temperature of ignition coil 300 via igniter 340 .
  • the temperature switch unit 350 cuts off the ignition signal SA output from the ignition control unit 83 to the igniter 340 when the temperature detected by the temperature detection unit 351 reaches or exceeds a predetermined threshold value A (first temperature).
  • the temperature switch unit 350 cuts off the ignition signal SA, the energization of the primary coil 310 is stopped, so overheating of the igniter 340 can be avoided.
  • the ignition signal SA output from the ignition control unit 83 when the temperature detected by the temperature detection unit 351 is lower than the first temperature is input to the gate (G) terminal of the igniter 340 .
  • the ignition signal SA When the ignition signal SA is input to the gate (G) terminal of the igniter 340, the drain (D) terminal and the source (S) terminal of the igniter 340 are energized, and the voltage between the drain (D) terminal and the source (S) terminal is turned on. current flows through As a result, the ignition signal SA is output from the ignition control unit 83 to the primary coil 310 of the ignition coil 300 via the igniter 340 . As a result, a current flows through the primary coil 310 and electric power (electrical energy) is accumulated.
  • the high voltage generated in the secondary coil 320 is applied to the center electrode 210 (see FIG. 2) of the spark plug 200. Thereby, a potential difference is generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 of the spark plug 200 .
  • the potential difference generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 becomes equal to or higher than the dielectric breakdown voltage Vm of the gas (air mixture in the cylinder 150)
  • the gas component breaks down and the center electrode 210 and the outer electrode 220 are separated. Discharge occurs during As a result, the fuel (air-fuel mixture) is ignited.
  • the spark plug 200 and the electric circuit 500 with the ignition coil 300 correspond to the ignition engine according to the invention.
  • the discharge path generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 reaches a high temperature of several thousand degrees Celsius. Since the discharge path is in contact with the ambient gas and the electrodes 210,220, the exothermic energy of the discharge is distributed to the ambient gas and the electrodes 210,220. The exothermic energy distributed to the ambient gas heats the ambient gas and promotes ignition.
  • FIG. 6 is an example of discharge waveforms of multiple ignition.
  • multiple ignitions can be performed by adding a plurality of discharges by repeating ON and OFF of the ignition signal after the normal ignition timing discharge (discharge start). Multiple ignition by this additional discharge can be continued at least until the start of fuel injection.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the number of misfires and the amount of hydrocarbon emissions.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of misfires and the environmental temperature.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between hydrocarbons and ambient temperature.
  • misfire is the cause of hydrocarbon generation at cold start.
  • Misfire occurs when the flame kernel generated by ignition fails to grow and is extinguished. In order to grow the flame kernel, it is necessary to suppress the amount of heat transferred from the electric circuit and the flame kernel to the electrodes.
  • the temperature difference between the electric circuit and the flame kernel and the electrodes is reduced.
  • FIG. 10 is a diagram showing transitions when executing multiple ignition and main ignition.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing the relationship between the frequency of the ignition signal and the calorific value and ignitability.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing the relationship between transition time and ignition coil temperature with and without multiple ignition.
  • FIG. 13 is a timing chart showing changes in conventional ignition coil temperature and HC concentration.
  • the purpose of the multiple ignition performed in this embodiment is to preheat the electrode of the spark plug 200 before main ignition. Therefore, multiple ignitions are performed before the main ignition. Multiple ignition can also be called preheating ignition. As shown in FIG. 10, the main ignition can improve ignitability by increasing the ignition energy per discharge. On the other hand, preheating by multiple ignition can improve the electrode heating amount by increasing the ignition energy per unit time.
  • the multiple ignition requires the ignition signal SA to have a higher frequency than the main ignition. That is, the ignition control unit 83 (see FIG. 3) outputs a main ignition signal for executing main ignition and a multiple ignition signal for executing multiple ignition (preheating ignition). The multiple ignition signal has a higher frequency than the main ignition signal.
  • the temperature of ignition coil 300 reaches the upper limit of the heat-resistant temperature before warm-up is completed. Then, as shown in FIG. 13, when the temperature detected by the temperature detection unit 351 (see FIG. 5) reaches or exceeds a predetermined threshold value A (first temperature), the ignition control unit 83 outputs an ignition signal to the igniter 340. Cut off. This causes misfiring and increases hydrocarbon emissions.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing an example of an electric circuit including an ignition coil according to the invention.
  • an electric circuit 501 has an ignition coil 300 .
  • Ignition coil 300 includes a primary coil 310 wound with a predetermined number of turns and a secondary coil 320 wound with a larger number of turns than primary coil 310 .
  • One end of the primary coil 310 is connected to the DC power supply 330 . Thereby, a predetermined voltage (for example, 12 V) is applied to the primary coil 310 .
  • the other end of the primary coil 310 is connected to a drain (D) terminal of an igniter (energization control circuit) 340 and grounded via the igniter 340 .
  • a transistor, a field effect transistor (FET), or the like is used for the igniter 340 .
  • a gate (G) terminal of the igniter 340 is connected to the ignition control section 83 via the temperature switch section 360 or the temperature switch section 360 and the filter section 370 .
  • Filter unit 370 is, for example, a low-pass filter.
  • the filter section 370 passes the low frequency main ignition signal.
  • the filter unit 370 blocks the high frequency multiple ignition signal.
  • a frequency detection method for example, a determination method based on the pulse width counted by a counter circuit can be adopted. When this method is adopted, it is possible to reduce the influence of ignition noise because of digital processing.
  • the temperature switch section 360 is installed for the purpose of preventing damage to the ignition coil 300 due to overheating.
  • the temperature switch section 360 has a temperature detection section 351 .
  • the temperature switch unit 360 switches the connection destination according to the temperature range (low temperature range, medium temperature range, high temperature range) detected by the temperature detection unit 351 .
  • the temperature switch section 360 When the temperature is in the low temperature range, the temperature switch section 360 directly connects the ignition control section 83 and the igniter 340 . Thereby, the multiple ignition signal and the main ignition signal output from the ignition control section 83 are transmitted to the igniter 340 .
  • a high temperature range is a range above the above threshold A (first temperature). If the temperature is in the high temperature range, the temperature switch section 360 disconnects the ignition control section 83 and the igniter 340 . Accordingly, the multiple ignition signal and the main ignition signal output from the ignition control section 83 are not transmitted to the igniter 340 .
  • the intermediate temperature range is a range equal to or greater than a predetermined threshold B (second temperature) and less than a threshold A (first temperature).
  • a predetermined threshold B second temperature
  • a threshold A first temperature
  • the temperature switch section 360 connects the ignition control section 83 and the igniter 340 via the filter section 370 .
  • the high-frequency multiple ignition signal output from the ignition control section 83 is blocked by the filter section 370 .
  • the low-frequency main ignition signal output from the ignition control section 83 passes through the filter section 370 and is transmitted to the igniter 340 .
  • the temperature difference between the ignition coil and the ambient temperature is greater than in the low temperature range, so the cooling efficiency of the ignition coil increases. Therefore, when the temperature is detected by the temperature detection unit 351 and the main ignition and the multiple ignition (preheating ignition) are repeated until the medium temperature range equal to or higher than the threshold value B is reached, the temperature detection unit 351 is not provided and the estimated low temperature is The period during which multiple ignitions are performed can be longer than repeating main and multiple ignitions in a region. It should be noted that the low temperature range can be indirectly estimated from the engine water temperature, intake air temperature, ignition signal (energization amount), and the like.
  • the ignition signal SA main ignition signal only, or the main ignition signal and multiple points
  • the ignition control unit 83 A fire signal is input to the gate (G) terminal of the igniter 340 .
  • the ignition signal SA is input to the gate (G) terminal of the igniter 340, the drain (D) terminal and the source (S) terminal of the igniter 340 are energized, and the voltage between the drain (D) terminal and the source (S) terminal is turned on. current flows through
  • the ignition signal SA is output from the ignition control unit 83 to the primary coil 310 of the ignition coil 300 via the igniter 340 .
  • a current flows through the primary coil 310 and electric power (electrical energy) is accumulated.
  • the high voltage generated in the secondary coil 320 is applied to the center electrode 210 (see FIG. 2) of the spark plug 200. Thereby, a potential difference is generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 of the spark plug 200 .
  • the potential difference generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 becomes equal to or higher than the dielectric breakdown voltage Vm of the gas (air mixture in the cylinder 150)
  • the gas component breaks down and the center electrode 210 and the outer electrode 220 are separated. Discharge occurs during As a result, the fuel (air-fuel mixture) is ignited.
  • the spark plug 200 and the electric circuit 500 with the ignition coil 300 correspond to the ignition device according to the invention.
  • the discharge path generated between the center electrode 210 and the outer electrode 220 reaches a high temperature of several thousand degrees Celsius. Since the discharge path is in contact with the ambient gas and the electrodes 210,220, the exothermic energy of the discharge is distributed to the ambient gas and the electrodes 210,220. The exothermic energy distributed to the ambient gas heats the ambient gas and promotes ignition.
  • the ignition control section 83 has an energization control circuit 831 and an output monitor circuit 832.
  • the energization control circuit 831 controls the output of the ignition signal SA.
  • the output monitor circuit 832 detects the ignition signal SA output from the energization control circuit 831 and transmits the detection result to the energization control circuit 831 .
  • the energization control circuit 831 compares the commanded output value of the ignition signal SA with the detected value, which is the output result obtained from the output monitor circuit 832, and if the commanded output value and the detected value are different, the filter unit 370 performs multiple ignition. It is determined that the signal has been blocked. Then, the fuel injection control unit 82 (see FIG. 3) increases the fuel injection amount to compensate for the decrease in ignitability when the multiple ignition signal is interrupted.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram showing the relationship between transition time and ignition coil temperature with and without multiple ignition in the present invention.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram showing the relationship between the frequency of the ignition signal and the calorific value and ignitability in the present invention.
  • FIG. 17 is a timing chart showing changes in ignition coil temperature and HC concentration according to the present invention.
  • the amount of heat generated by ignition coil 300 is greater than that in normal ignition, so the temperature of ignition coil 300 reaches the upper limit of heat resistance temperature (threshold value A) in a short period of time. Therefore, if multiple ignition is continued during a cold start, the temperature of ignition coil 300 reaches the upper limit of the heat-resistant temperature (threshold value A) before warm-up is completed.
  • the ignition signal SA is cut off by the temperature switch section 360 (see FIG. 14), causing a misfire. As a result, a sufficient effect of suppressing hydrocarbons cannot be obtained. Also, when the temperature of the ignition coil 300 reaches the upper limit of the heat resistance temperature (threshold value A), the ignition coil 300 may be damaged or deteriorated.
  • a new threshold value B is set, and the temperature range equal to or greater than the threshold value B and less than the threshold value A is defined as an intermediate temperature range.
  • the temperature switch unit 360 selects a route through which the ignition signal SA passes through the filter unit 370 .
  • the filter unit 370 blocks the multiple ignition signal among the ignition signals SA and allows only the main ignition signal to pass. As a result, only the main ignition signal is transmitted to the igniter 340 and preheating of the spark plug 200 is stopped. Therefore, it is possible to suppress misfires and to suppress generation of hydrocarbons.
  • increasing the frequency of the ignition signal SA increases the amount of heat generated by the ignition coil 300, improving the ignitability of the air-fuel mixture.
  • the temperature detected by the temperature detection unit 351 becomes equal to or higher than the threshold value B (intermediate temperature range)
  • the calorific value of the ignition coil 300 and the ignitability of the air-fuel mixture temporarily decrease.
  • T be the fuel injection amount during normal operation, not during cold start.
  • the fuel injection amount is increased more than during normal operation in order to improve the ignitability of the air-fuel mixture.
  • this increase is a
  • the fuel injection amount at cold start is T+a.
  • ignitability can be maintained even if the fuel injection amount is reduced.
  • this amount of decrease is b
  • the fuel injection amount when performing multiple ignition is T+a ⁇ b.
  • the fuel injection amount is increased to T+a by increasing the amount of fuel that is reduced when multiple ignition is performed. This results in a slight increase in hydrocarbon generation (see FIG. 17).
  • misfiring can be prevented by setting the fuel injection amount to T+a, so that the production of hydrocarbons can be suppressed as a whole.
  • the amount of hydrocarbons emitted can be reduced by reducing the amount of fuel injected when performing multiple ignition from the amount of fuel injected when only main ignition is performed.
  • FIG. 18 is a flowchart showing an example of multiple ignition switching processing.
  • the ignition control unit 83 acquires the time that has elapsed since the engine was started. Then, the ignition control unit 83 determines whether or not the time that has elapsed since the engine was started is within a predetermined specified value (S110).
  • the predetermined specified value corresponds to the period until the warm-up described above is completed.
  • step S110 When it is determined in step S110 that the time that has elapsed since the start of the engine is not within the predetermined specified value (if the determination in S110 is NO), the ignition control unit 83 terminates the multiple ignition switching process (S120 ).
  • step S110 when it is determined in step S110 that the time that has elapsed since the engine was started is within the predetermined specified value (if the determination in S110 is YES), temperature switch section 360 detects temperature detected by temperature detection section 351. It is determined whether or not the temperature obtained (hereinafter referred to as "coil temperature”) is equal to or higher than a predetermined threshold value A (S130).
  • step S130 When it is determined in step S130 that the coil temperature is equal to or higher than the predetermined threshold value A (when S130 determines YES), the temperature switch section 360 selects a route for blocking the ignition signal SA (S140). As a result, the ignition signal SA output from the ignition control unit 83 is not transmitted to the igniter 340, and ignition by the spark plug 200 is stopped. After the process of step S140, the ignition control unit 83 shifts the process to step S110.
  • step S130 determines whether the coil temperature is equal to or higher than the predetermined threshold value A (NO in S130).
  • step 150 When it is determined in step 150 that the coil temperature is equal to or higher than the predetermined threshold value B (when S150 determines YES), the temperature switch section 360 selects the path through which the ignition signal SA passes through the filter section 370 ( S160). As a result, multiple ignition signals in the ignition signal SA are blocked by the filter section 370 and only the main ignition signal is transmitted to the igniter 340 . As a result, the spark plug 200 does not perform ignition for the purpose of preheating, but performs only main ignition. After the process of step S160, the ignition control unit 83 shifts the process to step S110.
  • step 150 when it is determined in step 150 that the coil temperature is not equal to or higher than the predetermined threshold value B (NO in S150), the temperature switch section 360 controls the igniter 340 without the ignition signal SA passing through the filter section 370. Select a route to be transmitted to (S170). Thereby, the multiple ignition signal and the main ignition signal in the ignition signal SA are transmitted to the igniter 340 . As a result, ignition for preheating and main ignition are performed at spark plug 200 . After the process of step S170, the ignition control unit 83 shifts the process to step S110.
  • FIG. 19 is a flowchart showing an example of fuel injection amount switching processing.
  • the fuel injection control unit 82 acquires the time that has elapsed since the engine was started. Then, the fuel injection control unit 82 determines whether or not the time that has elapsed since the engine was started is within a predetermined specified value (S210).
  • the predetermined specified value corresponds to the period until the warm-up described above is completed.
  • step S210 When it is determined in step S210 that the time that has elapsed since the engine was started is not within the predetermined specified value (if the determination in S210 is NO), the ignition control unit 83 terminates the fuel injection amount switching process (S220 ).
  • step S210 when it is determined in step S210 that the elapsed time from the engine start up to the present time is within the predetermined specified value (when S210 determines YES), the ignition control unit 83 controls the ignition including the multiple ignition signal. A signal SA is output (S230). Next, the ignition control section 83 determines whether or not the indicated output value of the ignition signal SA differs from the detected value obtained from the output monitor circuit 832 (S240).
  • step S240 When it is determined in step S240 that the command output value and the detected value of the ignition signal SA are different (when S240 determines YES), the fuel injection control unit 82 sets the fuel injection amount to the first fuel injection amount (S250 ).
  • the ignition control unit 83 determines that the filter unit 370 has blocked the multiple ignition signal when the indicated output value and the detected value of the ignition signal SA are different.
  • the ignition control unit 83 then sends cutoff information indicating that the multiple ignition signal has been cut off to the fuel injection control unit 82 .
  • the fuel injection control unit 82 receives the cutoff information, it detects that the command output value of the ignition signal SA differs from the detected value. After the process of step S250, the fuel injection control unit 82 shifts the process to step S210.
  • step S240 when it is determined in step S240 that the command output value of the ignition signal SA and the detected value match (when S240 determines NO), the fuel injection control unit 82 sets the fuel injection amount to the second fuel injection amount. (S260).
  • the ignition control unit 83 determines that the multiple ignition signal has been transmitted to the igniter 340 when the indicated output value and the detected value of the ignition signal SA match.
  • step S210 the fuel injection control unit 82 shifts the process to step S210.
  • the first fuel injection amount is the fuel injection amount when the multiple ignition signal is cut off during cold start.
  • the first fuel injection amount corresponds to T+a described above.
  • the second fuel injection amount is the fuel injection amount when the multiple ignition signal is transmitted to the igniter 340 during cold start.
  • the second fuel injection amount corresponds to T+a ⁇ b described above. Therefore, the second fuel injection amount is less than the first fuel injection amount.
  • the ignition device has the ignition coil 300 that causes the spark plug 200 to discharge in accordance with the ignition signal SA output from the ignition control unit 83 (control unit), and the temperature of the ignition coil 300 is A temperature switch section 360 (ignition signal cutoff circuit) that cuts off the ignition signal SA when the temperature exceeds a predetermined threshold value A (first temperature) is provided.
  • Ignition signal SA includes a multiple ignition signal for preheating spark plug 200 and a main ignition signal having a frequency different from that of the multiple ignition signal and for igniting the air-fuel mixture by discharging spark plug 200 .
  • the filter unit 370 (ignition signal blocking circuit) blocks multiple ignition signals among the ignition signals SA. As a result, it is possible to repeat multiple ignitions while suppressing misfires, thereby suppressing the generation of hydrocarbons.
  • the temperature switch section 360 switch section and the filter section 370 constitute an ignition signal blocking circuit according to the present invention.
  • the filter section 370 passes the main ignition signal and blocks the multiple ignition signal.
  • Temperature switch unit 360 selects a path for blocking ignition signal SA when ignition coil 300 is at or above threshold A (first temperature). Also, temperature switch section 360 selects a route through filter section 370 when ignition coil 300 reaches threshold value B (second temperature). Furthermore, the temperature switch section 360 selects a route that does not pass through the filter section 370 when the temperature is less than the threshold B. As a result, when the temperature of the ignition coil 300 reaches the threshold value B, multiple ignition signals can be cut off with a simple circuit configuration.
  • the temperature switch section 360 (switch section) has a temperature detection section 351 that detects the temperature of the ignition coil 300 .
  • the configuration of the ignition device can be made simpler than when the temperature detection section is provided separately from the temperature switch section 360 .
  • an existing temperature switch with a temperature detection unit can be applied, and cost reduction can be achieved.
  • control device 1 electronic control device
  • the control device 1 has an overall control section 81 (control section) that outputs an ignition signal SA to the ignition device described above.
  • the overall control unit 81 controls the fuel injection more than the case where the ignition plug 200 is caused to discharge in response to the multiple ignition signal and the main ignition signal. Increase quantity. As a result, it is possible to prevent misfiring when the multiple ignition signal is cut off, and to suppress the generation of hydrocarbons.
  • the overall control section 81 has an output monitor circuit 832 for detecting an output ignition signal and an energization control circuit 831 .
  • the energization control circuit 831 compares the detected value of the ignition signal SA detected by the output monitor circuit 832 with the indicated output value of the ignition signal SA, and the ignition device cuts off multiple ignition signals among the ignition signals SA. detect what has happened. As a result, it is not necessary to provide the ignition device with a detection section for detecting the ignition signal SA and a transmission section for transmitting the detection result to the overall control section 81 . As a result, the cost of the ignition device can be reduced.
  • control method for the internal combustion engine 100 having the ignition device described above includes a temperature detection step of detecting the temperature of the ignition coil 300 and a multiple ignition signal blocking step.
  • the multiple ignition signal cutoff step cuts off the multiple ignition signal among the ignition signals SA when the temperature of the ignition coil 300 reaches a threshold B (second temperature) lower than the threshold A (first temperature). .
  • a threshold B second temperature
  • A first temperature
  • the control method for the internal combustion engine 100 also includes a fuel correction step for increasing the fuel injection amount when the multiple ignition signal cutoff step is executed. As a result, it is possible to prevent misfiring when the multiple ignition signal is cut off, and to suppress the generation of hydrocarbons.
  • Load information generation unit 89 Water temperature measurement unit 100 Internal combustion engine 110 Air cleaner 111 Intake pipe 112 Intake manifold 113 Throttle valve 113a Throttle opening sensor 114 Flow rate sensor 115 Intake Air temperature sensor 120 Ring gear 121 Crank angle sensor 122 Water temperature sensor 123 Crankshaft 125 Accelerator pedal 126 Accelerator position sensor 130 Fuel tank 131 Fuel pump 132 Pressure regulator 133... fuel pipe, 134... fuel injection device, 140... in-cylinder pressure sensor, 150... cylinder, 151... intake valve, 152... exhaust valve, 160... exhaust manifold, 161... three-way catalyst, 162...
  • upstream air-fuel ratio sensor 163...Downstream air-fuel ratio sensor 170...Piston 200...Ignition plug 210...Center electrode 220...Outer electrode 230...Insulator 300...Ignition coil 310...Primary coil 320...Secondary coil 330 DC power supply 340 igniter 350, 360 temperature switch unit 351 temperature detection unit 370 filter unit 500, 501 electric circuit 831 energization control circuit 832 output monitor circuit

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Abstract

内燃機関の冷機始動時における炭化水素の発生を抑えることを目的とする。内燃機関の点火装置は、制御部から出力される点火信号に応じて点火プラグに放電を生じさせる点火コイルと、点火コイルの温度が予め定められた第１の温度以上になると、点火信号を遮断する点火信号遮断回路とを備える。点火信号は、点火プラグを予熱するための多重点火信号と、多重点火信号とは異なる周波数であり、点火プラグの放電により混合気に点火するための主点火信号とを有する。点火信号遮断回路は、点火コイルの温度が第１信号よりも低い第２の温度に達すると、点火信号のうちの多重点火信号を遮断する。

Description

内燃機関の点火装置、電子制御装置、及び内燃機関の制御方法
　本発明は、内燃機関の点火装置、電子制御装置、及び内燃機関の制御方法に関する。
　近年、排気ガス規制の強化に伴って、内燃機関における排気触媒（三元触媒）の性能向上が求められている。内燃機関の排気触媒では、プラチナなどの高価な貴金属が使用されている。そのため、排気ガス規制が強化されるに従って、排気性能向上のため多くの貴金属を使用する必要があり、排気触媒の製造コストが増加してしまう。
　この種の内燃機関では、温度が外気温よりも低い冷機始動時に多量の炭化水素（Hydrocarbon：ＨＣ）が発生する。冷機始動時に炭化水素が発生する要因は、主に２つある。１つ目は、筒内温度が低いことにより燃料の気化が遅れて生じる一部の未然燃料が燃焼完了後に気化することである。燃焼完了後に気化した未然燃料は、酸化されないまま炭化水素として排出される。２つ目は、点火時期までに気化される燃料が減り、筒内の空燃比が大きくなる（燃料が希薄化する）ことである。この場合は、要求点火エネルギーが増大して、失火が増えることにより、炭化水素が増える。そのため、冷機始動時の炭化水素の発生を抑えることにより、排気触媒で用いられる貴金属の量を減らし、排気触媒の製造コストを削減することが試みられている。
　しかしながら、内燃機関では、冷機始動時の点火装置（点火プラグ）の点火不良（消炎）を防止するため、冷機始動時の燃料の噴射量を多くする（筒内の空燃比を小さくする）制御が行われる。この結果、冷機始動時の炭化水素の発生量が増加し、排気触媒のコスト削減が困難になる。
　特許文献１には、内燃機関の１燃焼サイクルにおいて、通常の点火タイミングとは異なるタイミングで複数回の点火不良（消炎）を防止する内燃機関用点火装置が開示されている。このような内燃機関用点火装置においては、点火回数の増加に伴って点火コイルの電力変換量が増加するため、点火コイルの発熱量が増大する。
　特許文献１に記載された内燃機関用点火装置は、発熱量の増大に伴う点火コイルの過熱を抑制するために、一つの気筒の一度のサイクル中に点火を目的として二回以上の放電を実行する。この場合は、一回のみ放電を実行する場合と比較して、点火コイルに通電する時間の長さが短縮される。
特開２０２０－１６５３５２号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された内燃機関点火装置は、点火コイルの温度が所定値未満であるというマルチ点火許可条件が成立すると、点火コイルに通電する時間の長さが短縮される。これにより、主点火の通電時間、すなわち、点火コイルへの充電エネルギーは、一度のサイクル中に一回のみ点火を実行する場合よりも低減してしまう。主点火の充電エネルギーが低減されると、放電時に絶縁破壊できないことや、要求点火エネルギーへ達しないことなどによる、点火不良（消炎）が生じてしまう。そのため、特許文献１に記載された内燃機関点火装置は、マルチ点火許可条件時に点火不良（消炎）が発生し易くなり、炭化水素の発生を抑えることが困難になる。
　本発明は、上記の問題点を考慮し、内燃機関の冷機始動時における炭化水素の発生を抑えることを目的とする。
　上記課題を解決し、本目的を達成するため、本発明の点火装置は、制御部から出力される点火信号に応じて点火プラグに放電を生じさせる点火コイルと、点火コイルの温度が予め定められた第１の温度以上になると、点火信号を遮断する点火信号遮断回路と、を備える。点火信号は、点火プラグを予熱するための多重点火信号と、多重点火信号とは異なる周波数であり、点火プラグの放電により混合気に点火するための主点火信号と、を有する。点火信号遮断回路は、点火コイルの温度が第１の温度よりも低い第２の温度に達すると、点火信号のうちの多重点火信号を遮断する。
　本発明によれば、内燃機関の冷機始動時における炭化水素の発生を抑えることができる。
一実施形態に係る内燃機関の基本構成例を示す全体構成図である。 一実施形態に係る点火プラグを説明する部分拡大図である。 一実施形態に係る内燃機関の制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。 電極の温度と絶縁破壊電圧と空燃比との関係を説明する図である。 点火コイルを含む電気回路の一例を示す回路図である。 多重点火の放電波形例である。 失火回数と炭化水素排出量の関係を説明する図である。 失火回数と環境温度との関係を示す図である。 炭化水素と環境温度との関係を示す図である。 多重点火と主点火を実行する際の遷移を示す図である。 点火信号の周波数に対する発熱量と着火性の関係を示した概念図である。 多重点火ありの場合と多重点火無しの場合における遷移時間と点火コイルの温度の関係を示した概念図である。 従来の点火コイルの温度とＨＣ濃度の変化を示すタイミングチャートである。 一実施形態に係る点火コイルを含む電気回路の一例を示す回路図である。 一実施形態に係る多重点火ありの場合と通常点火の場合における遷移時間と点火コイルの温度の関係を示した概念図である。 一実施形態に係る点火信号の周波数に対する発熱量と着火性の関係を示した概念図である。 本発明の点火コイルの温度とＨＣ濃度の変化を示すタイミングチャートである。 一実施形態に係る多重点火切替処理を示すフローチャートである。 一実施形態に係る燃料噴射量切替処理を示すフローチャートである。
＜実施形態＞
　以下、実施の形態例にかかる内燃機関制御装置について説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
［内燃機関システム］
　まず、一実施形態に係る内燃機関システムの構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の基本構成例を示す全体構成図である。
　図１に示す内燃機関１００は、単気筒でも複数気筒を有するものでもよいが、実施形態では、４気筒を有する内燃機関１００を例示して説明する。
　図１に示すように、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を通流する。吸気マニホールド１１２を通った空気は、吸気弁１５１が開いたときに各気筒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により調整される。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。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。
　本実施形態では、スロットル弁１１３として、電動機で駆動される電子スロットル弁を適用する。しかし、本発明に係るスロットル弁としては、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を適用してもよい。
　各気筒１５０に流入した空気の温度は、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。クランク角センサ１２１は、クランクシャフト１２３の回転角度を検出する。本実施形態では、クランク角センサ１２１は、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。水温センサ１２２は、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）１２６が設けられている。アクセルポジションセンサ１２６は、運転者の要求トルクを検出する。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、後述する内燃機関制御装置１に出力される。内燃機関制御装置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る。燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧された燃料は、燃料配管１３３に設けられたプレッシャレギュレータ１３２で所定の圧力に調整される。そして、所定の圧力に調整された燃料は、燃料噴射装置（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で圧力調整された後の余分な燃料は、戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。
　燃料噴射装置１３４の制御は、後述する内燃機関制御装置１の燃料噴射制御部８２（図３参照）の燃料噴射パルス（制御信号）に基づいて行われる。
　内燃機関１００のシリンダヘッド（図示せず）には、筒内圧センサ（Cylinder Pressure Sensor、燃焼圧センサとも言う）１４０が設けられている。筒内圧センサ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。筒内圧センサ１４０は、例えば、圧電式又はゲージ式の圧力センサが適用されている。これにより、広い温度領域に渡って気筒１５０内の筒内圧を検出することができる。
　各気筒１５０には、排気弁１５２と、排気マニホールド１６０が取り付けられている。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。排気マニホールド１６０は、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の排気側には、三元触媒１６１が設けられている。三元触媒１６１は、排気ガスを浄化する。三元触媒１６１により浄化された排気ガスは、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。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（リニア）に検出する。本実施形態の上流側空燃比センサ１６２は、リニア空燃比センサである。
　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。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。本実施形態の下流側空燃比センサ１６３は、Ｏ２センサである。
　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は、放電（点火）により火花を発生させ、その火花が、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に着火する。これにより、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。
　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、筒内圧センサ１４０等の各種センサからの出力信号は、内燃機関制御装置１（以下、「制御装置１」とする）に出力される。制御装置１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の運転状態を検出する。そして、制御装置１は、気筒１５０内に吸引する空気量、燃料噴射装置１３４からの燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。
［点火プラグ］
　次に、点火プラグ２００について、図２を参照して説明する。
　図２は、点火プラグ２００を説明する部分拡大図である。
　図２に示すように、点火プラグ２００は、中心電極２１０と、外側電極２２０とを有している。中心電極２１０は、絶縁体２３０を介してプラグベース（不図示）に支持されている。これにより、中心電極２１０は、絶縁されている。外側電極２２０は接地されている。
　点火コイル３００（図１参照）において電圧が発生すると、中心電極２１０に所定の電圧（例えば２０，０００Ｖ～４０，０００Ｖ）が印加される。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。そして、放電により発生した火花が、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に着火する。
　なお、気筒１５０内におけるガス成分の絶縁破壊を起こして放電（点火）が発生する電圧は、中心電極２１０と外側電極２２０との間に存在する気体（気筒内の混合気）の状態や気筒１５０の筒内圧に応じて変動する。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（図３参照）により行われる。
［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、筒内圧センサ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る。そして、Ａ／Ｄ変換部３０により変換されたデジタル信号は、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が接続されている。デジタル入力部２０に入力されたデジタル出力信号は、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、その制御値を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、全体制御部８１、燃料噴射制御部８２、点火制御部８３などの機能が設けられている（図３参照）。全体制御部８１は、各種センサ（例えば、筒内圧センサ１４０）からの出力信号に基づいて内燃機関の全体制御を行う。燃料噴射制御部８２は、燃料噴射装置１３４のプランジャロッド（不図示）の駆動を制御する。点火制御部８３は、点火プラグ２００に印加する電圧を制御する。
［制御装置の機能ブロック］
　次に、制御装置１の機能構成を、図３を参照して説明する。
　図３は、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。
　制御装置１の各機能は、ＭＰＵ５０がＲＯＭ６０記憶された制御プログラムを実行することにより、出力回路８０における各種機能として実現される。出力回路８０における各種機能は、例えば、燃料噴射制御部８２による燃料噴射装置１３４の制御や、点火制御部８３による点火プラグ２００の放電制御がある。
　図３に示すように、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］
　全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、筒内圧センサ１４０に接続されている。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、筒内圧センサ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、筒内圧センサ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］
　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、に接続されている。燃料噴射制御部８２は、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、に接続されている。燃料噴射制御部８２は、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、燃料噴射装置１３４から噴射される燃料の噴射量と噴射時間を算出する。そして、燃料噴射制御部８２は、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて生成した燃料噴射パルスＳ９を燃料噴射装置１３４に送信する。
［点火制御部］
　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３１０（図５参照）に通電する電流量と、通電開始時間（通電角）と、１次側コイル３１０に通電した電流を遮断する時間（点火時間）を算出する。
　点火制御部８３は、算出した通電量と、通電開始時間と、点火時間とに基づいて、点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡを出力することで、点火プラグ２００による放電制御（点火制御）を行う。
［電極の温度と絶縁破壊電圧と空燃比］
　次に、点火プラグ２００の電極の温度と絶縁破壊電圧と空燃比との関係について、図４を参照して説明する。
　図４は、点火プラグの電極の温度と絶縁破壊電圧と空燃比との関係を説明する図である。
　内燃機関１００の冷機始動時において、点火プラグ２００の電極の温度が低くなるほど、着火に必要な空燃比を小さく（燃料を濃く）する必要がある。
　図４に示すように、内燃機関１００では、空燃比が大きく（燃料が薄く）なるほど、放電（点火）による混合気への着火がされ難くなる。したがって、空燃比が大きく（燃料が薄く）なるほど、混合気に着火させるための絶縁破壊電圧を高くする必要がある。
　たとえば、絶縁破壊電圧を一定（点火コイル３００の出力電流を一定）にした場合は、点火プラグ２００の電極の温度が低くなるほど、空燃比を小さく（燃料を濃く）しないと絶縁破壊電圧を越えることができない。その結果、内燃機関１００では、混合気における燃料の割合が多くなった分、燃焼した際の炭化水素（ＨＣ）の発生が多くなる。
　換言すれば、冷機始動時における点火プラグ２００の電極の温度を高くするほど（図４の太線矢印参照）混合気に着火させるための絶縁破壊電圧は低くなるので、空燃比を大きく（燃料を薄く）しても絶縁破壊電圧を越えることができる。その結果、燃焼した際の炭化水素の発生を少なくすることができる。そこで、内燃機関１００では、冷機始動時における点火プラグ２００の電極の温度を、放電（点火）前に高めておくようにするとよい。これにより、冷機始動時の空燃比を大きくして、炭化水素（ＨＣ）の発生を抑えることができる。
　図４に示すように、点火プラグ２００の電極温度が低い場合において、所定の絶縁破壊電圧で着火させるための空燃比はＰ１である。一方、点火プラグ２００の電極温度が高い場合において、所定の絶縁破壊電圧で着火させるための空燃比はＰ１よりも大きいＰ２となる（Ｐ２＞Ｐ１）。よって、点火プラグ２００の電極温度が高くなるほど、着火に必要な燃料を薄くすることができ、燃焼により発生する炭化水素（ＨＣ）が少なくなる。
［点火コイルを含む電気回路］
　次に、点火コイルを含む電気回路について、図５を参照して説明する。
　図５は、点火コイルを含む電気回路を説明する図である。
　図５に示す電気回路５００は、点火コイル３００を有している。点火コイル３００は、所定の巻き数で巻かれた１次側コイル３１０と、１次側コイル３１０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。
　１次側コイル３１０の一端は、直流電源３３０に接続されている。これにより、１次側コイル３１０には、所定の電圧（例えば１２Ｖ）が印加される。１次側コイル３１０の他端は、イグナイタ（通電制御回路）３４０のドレイン（Ｄ）端子に接続されており、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のゲート（Ｇ）端子は、温度スイッチ部３５０を介して点火制御部８３に接続されている。温度スイッチ部３５０は、点火コイル３００の過熱による破損防止を目的として設置されている。温度スイッチ部３５０は、温度検出部３５１を備えている。温度検出部３５１は、イグナイタ３４０を介して点火コイル３００の温度を検出する。温度スイッチ部３５０は、温度検出部３５１が検出した温度が予め定めた閾値Ａ（第１の温度）以上になると、点火制御部８３からイグナイタ３４０へ出力された点火信号ＳＡを遮断する。
　温度スイッチ部３５０が点火信号ＳＡを遮断すると、１次側コイル３１０への通電が停止するため、イグナイタ３４０の過熱を回避できる。温度検出部３５１が検出した温度が第１の温度未満の場合に点火制御部８３から出力された点火信号ＳＡは、イグナイタ３４０のゲート（Ｇ）端子に入力される。
　イグナイタ３４０のゲート（Ｇ）端子に点火信号ＳＡが入力されると、イグナイタ３４０のドレイン（Ｄ）端子とソース（Ｓ）端子間が通電状態となり、ドレイン（Ｄ）端子とソース（Ｓ）端子間に電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３４０を介して点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡが出力される。その結果、１次側コイル３１０に電流が流れて電力（電気エネルギー）が蓄積される。
　点火制御部８３からの点火信号ＳＡの出力が停止すると、１次側コイル３１０に流れる電流が遮断される。その結果、１次側コイル３１０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。
　２次側コイル３２０に発生する高電圧は、点火プラグ２００の中心電極２１０（図２参照）に印加される。これにより、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る。その結果、燃料（混合気）への点火（着火）が行われる。点火プラグ２００と、点火コイル３００を有する電気回路５００は、本発明に係る点火機関に対応する。
　中心電極２１０と外側電極２２０の間に発生する放電経路は、数千℃の高温となる。放電経路は、周囲ガスと電極２１０，２２０に接しているため、放電の発熱エネルギーは、周囲ガスと電極２１０，２２０へ分配される。そして、周囲ガスへ分配された分の発熱エネルギーは、周囲ガスを加熱して着火を促進する。
［多重点火の放電波形］
　次に、多重点火の放電波形について、図６を参照して説明する。
　図６は、多重点火の放電波形例である。
　図６に示すように、通常の点火時期の放電（放電開始）後に、点火信号のＯＮとＯＦＦを繰り返すことで、複数回の放電を追加して多重点火を行うことができる。この追加放電による多重点火は、少なくとも燃料噴射開始まで継続できる。
［空燃比と要求点火エネルギー］
　次に、失火回数と炭化水素排出量について、図７～図９を参照して説明する。
　図７は、失火回数と炭化水素排出量の関係を説明する図である。図８は、失火回数と環境温度との関係を示す図である。図９は、炭化水素と環境温度との関係を示す図である。
　図７に示すように、失火回数と炭化水素排出量の間には、１次元の相関関係がある。つまり、冷機始動における炭化水素の発生原因は、失火である。失火は、点火によって生成した火炎核が成長できず、消炎した際に生じる。火炎核を成長させるためには、電路や火炎核から電極へ伝わる熱量を抑制する必要がある。
　点火装置において多重点火を実行して、点火プラグ２００の電極を予め加熱しておくと、電路および火炎核と電極間の温度差が縮小する。その結果、電路や火炎核から電極へ伝わる熱量を抑制することができる。したがって、図８に示すように、環境温度が高いほど失火回数を低減することができる。そして、図９に示すように、環境温度が高いほど炭化水素排出量を低減することができる。
［点火信号の周波数と点火コイルの温度］
　次に、点火信号ＳＡの周波数と点火コイルの温度の関係について、図１０～図１３を参照して説明する。
　図１０は、多重点火と主点火を実行する際の遷移を示す図である。図１１は、点火信号の周波数に対する発熱量と着火性の関係を示した概念図である。図１２は、多重点火ありの場合と多重点火無しの場合における遷移時間と点火コイルの温度の関係を示した概念図である。図１３は、従来の点火コイルの温度とＨＣ濃度の変化を示すタイミングチャートである。
　本実施形態において実行する多重点火は、主点火前に点火プラグ２００の電極を予熱することが目的である。そのため、多重点火は、主点火の前に実施される。また、多重点火は、予熱点火とも言える。図１０に示すように、主点火は、１放電当たりの点火エネルギーを増やすことで、着火性を向上できる。一方、多重点火による予熱は、単位時間当たりの点火エネルギーを増やすことで電極加熱量を向上できる。
　点火プラグ２００における電極の予熱には、点火回数の制限はない。そのため、複数の点火を行うことで、点火コイル３００の電力変換量を増加できる。したがって、点火プラグ２００における電極の予熱には、多重点火制御が必要となる。そして、多重点火は、主点火と比べて、点火信号ＳＡの周波数を高くする必要がある。すなわち、点火制御部８３（図３参照）は、主点火を実行させるための主点火信号と、多重点火（予熱点火）を実行させるための多重点火信号を出力する。多重点火信号は、主点火信号よりも周波数が高い。
　図１１に示すように、点火信号の周波数を増やすと、点火プラグ２００における電極の発熱量が増える。その結果、点火プラグ２００の着火性が向上する。図１２に示すように、主点火のみの通常点火と比べて、多重点火（予熱点火）の発熱量は大きい。そのため、多重点火を行う場合は、点火コイル３００の温度が短時間で耐熱温度の上限に達してしまう。
　冷機始動における炭化水素を低減するためには、暖機が完了するまでの期間（例えば、６０秒程）に、多重点火を実行する必要がある。しかし、冷却始動時に多重点火を実行すると、暖機が完了するよりも前に点火コイル３００の温度が耐熱温度の上限に達してしまう。そして、図１３に示すように、温度検出部３５１（図５参照）が検出した温度が予め定めた閾値Ａ（第１の温度）以上になると、点火制御部８３からイグナイタ３４０への点火信号を遮断する。これにより、失火が発生して、炭化水素の排出量が増大する。
［点火コイルを含む電気回路］
　次に、本発明に係る点火コイルを含む電気回路について、図１４を参照して説明する。
　図１４は、本発明に係る点火コイルを含む電気回路の一例を示す回路図である。
　図１４に示すように、本発明に係る電気回路５０１は、点火コイル３００を有している。点火コイル３００は、所定の巻き数で巻かれた１次側コイル３１０と、１次側コイル３１０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。
　１次側コイル３１０の一端は、直流電源３３０に接続されている。これにより、１次側コイル３１０には、所定の電圧（例えば１２Ｖ）が印加される。１次側コイル３１０の他端は、イグナイタ（通電制御回路）３４０のドレイン（Ｄ）端子に接続されており、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のゲート（Ｇ）端子は、温度スイッチ部３６０又は温度スイッチ部３６０とフィルタ部３７０を介して点火制御部８３に接続されている。フィルタ部３７０は、例えば、ローパスフィルタである。フィルタ部３７０は、低周波である主点火信号を通過させる。そして、フィルタ部３７０は、高周波である多重点火信号を遮断する。
　周波数の検出方法としては、例えば、カウンタ回路でカウントしたパルス幅を基に判定する方法を採用することができる。この方法を採用する場合は、デジタル処理となるため、点火ノイズの影響を受け難くすることができる。
　温度スイッチ部３６０は、点火コイル３００の過熱による破損防止を目的として設置されている。温度スイッチ部３６０は、温度検出部３５１を備えている。温度スイッチ部３６０は、温度検出部３５１が検出した温度の領域（低温域、中温域、高温域）に応じて接続先を切り替える。
　低温域である場合に、温度スイッチ部３６０は、点火制御部８３とイグナイタ３４０を直結する。これにより、点火制御部８３から出力された多重点火信号及び主点火信号は、イグナイタ３４０へ伝達される。
　高温域は、上述した閾値Ａ（第１の温度）以上の領域である。高温域である場合に、温度スイッチ部３６０は、点火制御部８３とイグナイタ３４０の接続を切断する。これにより、点火制御部８３から出力された多重点火信号及び主点火信号は、イグナイタ３４０へ伝達されない。
　中温域は、予め定められた閾値Ｂ（第２の温度）以上閾値Ａ（第１の温度）未満の領域である。中温域である場合に、温度スイッチ部３６０は、フィルタ部３７０を介して点火制御部８３とイグナイタ３４０を接続する。これにより、点火制御部８３から出力された高周波である多重点火信号は、フィルタ部３７０によって遮断される。一方、点火制御部８３から出力された低周波である主点火信号は、フィルタ部３７０を通過して、イグナイタ３４０へ伝達される。
　中温域は、低温域と比べて、点火コイルと周囲温度との温度差が大きいため、点火コイルの冷却効率が上昇する。そのため、温度検出部３５１により温度を検出して、閾値Ｂ以上となる中温域に達するまで主点火と多重点火（予熱点火）を繰り返す場合は、温度検出部３５１を設けずに、推定した低温域で主点火と多重点火を繰り返すよりも、多重点火を実行する期間を長くすることができる。なお、低温域は、エンジンの水温や吸気温度と点火信号（通電量）などで間接的に推定することが可能である。
　温度検出部３５１によって検出した温度が、予め定めた閾値Ａ（第１の温度）未満の場合に、点火制御部８３から出力された点火信号ＳＡ（主点火信号のみ、又は主点火信号と多重点火信号）は、イグナイタ３４０のゲート（Ｇ）端子に入力される。イグナイタ３４０のゲート（Ｇ）端子に点火信号ＳＡが入力されると、イグナイタ３４０のドレイン（Ｄ）端子とソース（Ｓ）端子間が通電状態となり、ドレイン（Ｄ）端子とソース（Ｓ）端子間に電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３４０を介して点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡが出力される。その結果、１次側コイル３１０に電流が流れて電力（電気エネルギー）が蓄積される。
　点火制御部８３からの点火信号ＳＡの出力が停止すると、１次側コイル３１０に流れる電流が遮断される。その結果、１次側コイル３１０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。
　２次側コイル３２０に発生する高電圧は、点火プラグ２００の中心電極２１０（図２参照）に印加される。これにより、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る。その結果、燃料（混合気）への点火（着火）が行われる。点火プラグ２００と、点火コイル３００を有する電気回路５００は、本発明に係る点火装置に対応する。
　中心電極２１０と外側電極２２０の間に発生する放電経路は、数千℃の高温となる。放電経路は、周囲ガスと電極２１０，２２０に接しているため、放電の発熱エネルギーは、周囲ガスと電極２１０，２２０へ分配される。そして、周囲ガスへ分配された分の発熱エネルギーは、周囲ガスを加熱して着火を促進する。
　図１４に示すように、点火制御部８３は、通電制御回路８３１と、出力モニタ回路８３２とを有する。通電制御回路８３１は、点火信号ＳＡの出力を制御する。出力モニタ回路８３２は、通電制御回路８３１から出力された点火信号ＳＡを検出して、検出結果を通電制御回路８３１に送信する。
　通電制御回路８３１は、点火信号ＳＡの指示出力値と、出力モニタ回路８３２から得た出力結果である検出値を比較し、指示出力値と検出値が異なる場合に、フィルタ部３７０において多重点火信号が遮断されたと判定する。そして、燃料噴射制御部８２（図３参照）は、多重点火信号が遮断された場合に、着火性低下分を補うために燃料噴射量を増やす。
［多重点火制御のメカニズム］
　次に、多重点火制御のメカニズムについて、図１５～図１７を参照して説明する。
　図１５は、本発明における多重点火ありの場合と多重点火無しの場合における遷移時間と点火コイルの温度の関係を示した概念図である。図１６は、本発明における点火信号の周波数に対する発熱量と着火性の関係を示した概念図である。図１７は、本発明の点火コイルの温度とＨＣ濃度の変化を示すタイミングチャートである。
　上述したように、冷機始動では、炭化水素を低減するために、暖機が完了するまで（例えば、６０秒程度）多重点火を実行する必要がある。しかし、多重点火（予熱点火）は、通常点火と比べて点火コイル３００の発熱量が大きいため、短時間で点火コイル３００の温度が、耐熱温度の上限（閾値Ａ）に達する。したがって、冷機始動において多重点火を実行し続けると、暖機が完了する前に点火コイル３００の温度が耐熱温度の上限（閾値Ａ）に達してしまう。
　点火コイル３００の温度が耐熱温度の上限（閾値Ａ）に達すると、温度スイッチ部３６０（図１４参照）により点火信号ＳＡが遮断されて、失火が生じる。これにより、炭化水素の抑制効果を十分に得られない。また、点火コイル３００の温度が耐熱温度の上限（閾値Ａ）に達すると、点火コイル３００の破損や劣化が生じることがある。
　そこで、本実施形態では、新たに閾値Ｂを設定し、閾値Ｂ以上閾値Ａ未満を中温域とした。そして、温度検出部３５１で検出した温度が中温域である場合に、温度スイッチ部３６０は、点火信号ＳＡがフィルタ部３７０を通過する経路を選択する。フィルタ部３７０は、点火信号ＳＡのうちの多重点火信号を遮断し、主点火信号のみを通過させる。その結果、主点火信号のみがイグナイタ３４０に伝達され、点火プラグ２００の予熱が停止される。したがって、失火を抑制することができ、炭化水素の発生を抑制することができる。
　図１５に示すように、点火プラグ２００の予熱が停止されると、点火コイル３００は、その周囲との温度差があることで冷却される。これにより、温度検出部３５１で検出した温度が低温域に戻る。その結果、温度スイッチ部３６０は、点火信号ＳＡがフィルタ部３７０を通過しないでイグナイタ３４０に伝達される経路を選択する。したがって、図１７に示すように、失火を抑制しながら多重点火を繰り返すことができ、炭化水素の発生を抑制することができる。
　図１６に示すように、点火信号ＳＡの周波数を増やすと、点火コイル３００の発熱量が増えて、混合気の着火性が向上する。しかし、温度検出部３５１で検出した温度が閾値Ｂ以上（中温域）になると、主点火のみが実行されるため、一時的に点火コイル３００の発熱量と混合気の着火性が低下する。このとき、混合気の着火性が低下した分を補うために、燃料噴射量を増やすとよい。
　例えば、冷機始動時ではない通常時の燃料噴射量をＴとする。冷機始動時は、混合気の着火性を改善するために、通常時よりも燃料噴射量を増量する。この増量分をａとすると、冷機始動時の燃料噴射量は、Ｔ＋ａとなる。そして、冷機始動時に多重点火（予熱点火）を行うことにより、燃料噴射量を減量しても着火性を維持できる。この減量分をｂとすると、多重点火を実行する場合の燃料噴射量は、Ｔ＋ａ－ｂとなる。
　主点火のみが実行される場合は、多重点火が実行される場合に減量した分の燃料量を増やして、燃料噴射量をＴ＋ａにする。これにより、炭化水素の発生は微量で増加する（図１７参照）。しかし、燃料噴射量をＴ＋ａにすることで、失火を防げるため、全体として炭化水素の発生を抑制することができる。また、多重点火を実行する場合の燃料噴射量を、主点火のみが実行される場合の燃料噴射量から減量することにより、炭化水素の排出量を低減することができる。
［多重点火切替処理］
　次に、本実施形態に係る多重点火切替処理について、図１８を参照して説明する。
　図１８は、多重点火切替処理の例を示すフローチャートである。
　多重点火切替処理を開始すると、点火制御部８３（図３参照）は、エンジン始動から現在まで経過した時間を取得する。そして、点火制御部８３は、エンジン始動から現在まで経過した時間が、予め定めた規定値以内であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。予め定めた規定値は、上述した暖機が完了するまでの期間に相当する。
　ステップＳ１１０において、エンジン始動から現在まで経過した時間が、予め定めた規定値以内でないと判定したとき（Ｓ１１０がＮＯ判定の場合）、点火制御部８３は、多重点火切替処理を終了する（Ｓ１２０）。
　一方、ステップＳ１１０において、エンジン始動から現在まで経過した時間が、予め定めた規定値以内であると判定したとき（Ｓ１１０がＹＥＳ判定の場合）、温度スイッチ部３６０は、温度検出部３５１により検出された温度（以下、「コイル温度」とする）が予め定められた閾値Ａ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。
　ステップＳ１３０において、コイル温度が予め定められた閾値Ａ以上であると判定したとき（Ｓ１３０がＹＥＳ判定の場合）、温度スイッチ部３６０は、点火信号ＳＡを遮断する経路を選択する（Ｓ１４０）。これにより、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に伝達されず、点火プラグ２００による着火が停止される。ステップＳ１４０の処理後、点火制御部８３は、処理をステップＳ１１０に移す。
　一方、ステップＳ１３０において、コイル温度が予め定められた閾値Ａ以上でないと判定したとき（Ｓ１３０がＮＯ判定の場合）、温度スイッチ部３６０は、コイル温度が予め定められた閾値Ｂ以上であるか否かを判定する（Ｓ１５０）。
　ステップ１５０において、コイル温度が予め定められた閾値Ｂ以上であると判定したとき（Ｓ１５０がＹＥＳ判定の場合）、温度スイッチ部３６０は、点火信号ＳＡがフィルタ部３７０を通過する経路を選択する（Ｓ１６０）。これにより、点火信号ＳＡにおける多重点火信号がフィルタ部３７０によって遮断され、主点火信号のみがイグナイタ３４０に伝達される。その結果、点火プラグ２００では、予熱を目的とした点火が行われず、主点火のみが行われる。ステップＳ１６０の処理後、点火制御部８３は、処理をステップＳ１１０に移す。
　一方、ステップ１５０において、コイル温度が予め定められた閾値Ｂ以上でないと判定したとき（Ｓ１５０がＮＯ判定の場合）、温度スイッチ部３６０は、点火信号ＳＡがフィルタ部３７０を通過せずにイグナイタ３４０へ伝達される経路を選択する（Ｓ１７０）。これにより、点火信号ＳＡにおける多重点火信号及び主点火信号がイグナイタ３４０に伝達される。その結果、点火プラグ２００では、予熱を目的とした点火と、主点火とが行われる。ステップＳ１７０の処理後、点火制御部８３は、処理をステップＳ１１０に移す。
［燃料噴射量切替処理］
　次に、本実施形態に係る燃料噴射量切替処理について、図１９を参照して説明する。
　図１９は、燃料噴射量切替処理の例を示すフローチャートである。
　燃料噴射量切替処理を開始すると、燃料噴射制御部８２（図３参照）は、エンジン始動から現在まで経過した時間を取得する。そして、燃料噴射制御部８２は、エンジン始動から現在まで経過した時間が、予め定めた規定値以内であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。予め定めた規定値は、上述した暖機が完了するまでの期間に相当する。
　ステップＳ２１０において、エンジン始動から現在まで経過した時間が、予め定めた規定値以内でないと判定したとき（Ｓ２１０がＮＯ判定の場合）、点火制御部８３は、燃料噴射量切替処理を終了する（Ｓ２２０）。
　一方、ステップＳ２１０において、エンジン始動から現在まで経過した時間が、予め定めた規定値以内であると判定したとき（Ｓ２１０がＹＥＳ判定の場合）、点火制御部８３は、多重点火信号を含む点火信号ＳＡを出力する（Ｓ２３０）。次に、点火制御部８３は、点火信号ＳＡの指示出力値と、出力モニタ回路８３２から得た検出値が異なるか否かを判定する（Ｓ２４０）。
　ステップＳ２４０において、点火信号ＳＡの指示出力値と検出値が異なると判定したとき（Ｓ２４０がＹＥＳ判定の場合）、燃料噴射制御部８２は、燃料噴射量を第１燃料噴射量に設定する（Ｓ２５０）。点火制御部８３は、点火信号ＳＡの指示出力値と検出値が異なる場合に、フィルタ部３７０が多重点火信号を遮断したと判断する。そして、点火制御部８３は、多重点火信号が遮断されたことを示す遮断情報を燃料噴射制御部８２に送る。燃料噴射制御部８２は、遮断情報を受けた場合に、点火信号ＳＡの指示出力値と検出値が異なることを検知する。ステップＳ２５０の処理後、燃料噴射制御部８２は、処理をステップＳ２１０に移す。
　一方、ステップＳ２４０において、点火信号ＳＡの指示出力値と検出値が一致すると判定したとき（Ｓ２４０がＮＯ判定の場合）、燃料噴射制御部８２は、燃料噴射量を第２燃料噴射量に設定する（Ｓ２６０）。点火制御部８３は、点火信号ＳＡの指示出力値と検出値が一致する場合に、多重点火信号がイグナイタ３４０に伝達されたと判断する。ステップＳ２６０の処理後、燃料噴射制御部８２は、処理をステップＳ２１０に移す。
　第１燃料噴射量は、冷機始動時に多重点火信号が遮断された場合の燃料噴射量である。第１燃料噴射量は、上述したＴ＋ａに相当する。一方、第２燃料噴射量は、冷機始動時に多重点火信号がイグナイタ３４０に伝達された場合の燃料噴射量である。第２燃料噴射量は、上述したＴ＋ａ－ｂに相当する。したがって、第２燃料噴射量は、第１燃料噴射量よりも少ない。
　このように、本実施形態に係る点火装置は、点火制御部８３（制御部）から出力される点火信号ＳＡに応じて点火プラグ２００に放電を生じさせる点火コイル３００と、点火コイル３００の温度が予め定められた閾値Ａ（第１の温度）以上になると、点火信号ＳＡを遮断する温度スイッチ部３６０（点火信号遮断回路）とを備える。点火信号ＳＡは、点火プラグ２００を予熱するための多重点火信号と、多重点火信号とは異なる周波数であり、点火プラグ２００の放電により混合気に点火するための主点火信号とを有する。フィルタ部３７０（点火信号遮断回路）は、点火コイル３００の温度が閾値Ａよりも低い閾値Ｂ（第２の温度）に達すると、点火信号ＳＡのうちの多重点火信号を遮断する。これにより、失火を抑制しながら多重点火を繰り返すことができ、炭化水素の発生を抑制することができる。
　また、温度スイッチ部３６０（スイッチ部）とフィルタ部３７０は、本発明に係る点火信号遮断回路を構成する。フィルタ部３７０は、主点火信号を通過させ、多重点火信号を遮断する。温度スイッチ部３６０は、点火コイル３００が閾値Ａ（第１の温度）以上である場合に点火信号ＳＡを遮断する経路を選択する。また、温度スイッチ部３６０は、点火コイル３００が閾値Ｂ（第２の温度）に達した場合にフィルタ部３７０を通過する経路を選択する。さらに、温度スイッチ部３６０は、閾値Ｂ未満である場合にフィルタ部３７０を通過しない経路を選択する。これにより、点火コイル３００の温度が閾値Ｂに達したときに、簡単な回路構成で多重点火信号を遮断することができる。
　また、温度スイッチ部３６０（スイッチ部）は、点火コイル３００の温度を検出する温度検出部３５１を有する。これにより、温度検出部を温度スイッチ部３６０とは別に設ける場合よりも、点火装置を簡単な構成にすることができる。また、既存の温度検出部付きの温度スイッチを適用することができ、コスト削減を図ることができる。
　また、制御装置１（電子制御装置）は、上述の点火装置に点火信号ＳＡを出力する全体制御部８１（制御部）を有する。全体制御部８１は、点火装置が点火信号ＳＡのうちの多重点火信号を遮断した場合に、多重点火信号及び主点火信号に応じて点火プラグ２００に放電を生じさせる場合よりも、燃料噴射量を増加させる。これにより、多重点火信号を遮断しているときの失火を防ぐことができ、炭化水素の発生を抑制することができる。
　また、全体制御部８１（制御部）は、出力した点火信号を検出する出力モニタ回路８３２と、通電制御回路８３１とを有する。通電制御回路８３１は、出力モニタ回路８３２により検出された点火信号ＳＡの検出値と、点火信号ＳＡの指示出力値とを比較して、点火装置が点火信号ＳＡのうちの多重点火信号を遮断したことを検知する。これにより、点火信号ＳＡを検出する検出部と、その検出結果を全体制御部８１の送信する送信部を点火装置に設ける必要が無い。その結果、点火装置のコスト削減を図ることができる。
通電制御回路８３１
　また、上述の点火装置を備える内燃機関１００の制御方法は、点火コイル３００の温度を検出する温度検出ステップと、多重点火信号遮断ステップとを備える。多重点火信号遮断ステップは、点火コイル３００の温度が閾値Ａ（第１の温度）よりも低い閾値Ｂ（第２の温度）に達すると、点火信号ＳＡのうちの多重点火信号を遮断する。これにより、失火を抑制しながら多重点火を繰り返すことができ、炭化水素の発生を抑制することができる。
　また、内燃機関１００の制御方法は、多重点火信号遮断ステップが実行された場合に、燃料噴射量を増加させる燃料補正ステップを備える。これにより、多重点火信号を遮断しているときの失火を防ぐことができ、炭化水素の発生を抑制することができる。
　本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
　また、上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１…内燃機関制御装置、　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…燃料噴射装置、　１４０…筒内圧センサ、　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次側コイル、　３２０…２次側コイル、　３３０…直流電源、　３４０…イグナイタ、３５０，３６０…温度スイッチ部、　３５１…温度検出部、　３７０…フィルタ部　５００，５０１…電気回路、　８３１…通電制御回路、　８３２…出力モニタ回路

Claims (7)

  1. 　制御部から出力される点火信号に応じて点火プラグに放電を生じさせる点火コイルと、
    　前記点火コイルの温度が予め定められた第１の温度以上になると、前記点火信号を遮断する点火信号遮断回路と、を備え
    　前記点火信号は、前記点火プラグを予熱するための多重点火信号と、前記多重点火信号とは異なる周波数であり、前記点火プラグの放電により混合気に点火するための主点火信号と、を有し、
    　前記点火信号遮断回路は、前記点火コイルの温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度に達すると、前記点火信号のうちの前記多重点火信号を遮断する
    　内燃機関の点火装置。
  2. 　前記点火信号遮断回路は、
    　前記主点火信号を通過させ、前記多重点火信号を遮断するフィルタ部と、
    　前記点火コイルが前記第１の温度以上である場合に前記点火信号を遮断する経路を選択し、前記点火コイルが前記第２の温度に達した場合に前記フィルタ部を通過する経路を選択し、前記第２の温度未満である場合に前記フィルタ部を通過しない経路を選択するスイッチ部と、を有する
    　請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
  3. 　前記スイッチ部は、前記点火コイルの温度を検出する温度検出部を有する
    　請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
  4. 　点火装置に点火信号を出力する制御部を有する電子制御装置において、
    　前記点火装置は、
    　制御部から出力される点火信号に応じて点火プラグに放電を生じさせる点火コイルと、
    　前記点火コイルが予め定められた第１の温度以上になると、前記点火信号を遮断する点火信号遮断回路と、備え
    　前記点火信号は、前記点火プラグを予熱するための多重点火信号と、前記多重点火信号とは異なる周波数であり、前記点火プラグの放電により混合気に点火するための主点火信号と、を有し、
    　前記点火信号遮断回路は、前記第１の温度よりも低い第２の温度に達すると、前記点火信号のうちの前記多重点火信号を遮断し、
    　前記制御部は、前記点火装置が前記点火信号のうちの前記多重点火信号を遮断した場合に、前記多重点火信号及び前記主点火信号に応じて前記点火プラグに放電を生じさせる場合よりも、燃料噴射量を増加させる
    　電子制御装置。
  5. 　前記制御部は、
    　出力した点火信号を検出する出力モニタ回路と、
    　前記出力モニタ回路により検出された点火信号の検出値と、点火信号の指示出力値とを比較して、前記点火装置が前記点火信号のうちの前記多重点火信号を遮断したことを検知する通電制御回路と、を有する
    　請求項４記載の電子制御装置。
  6. 　制御部から出力される点火信号に応じて点火プラグに放電を生じさせる点火コイルと、前記点火コイルの温度が予め定められた第１の温度以上になると、前記点火信号を遮断する点火信号遮断回路と、備え、前記点火信号は、前記点火プラグを予熱するための多重点火信号と、前記多重点火信号とは異なる周波数であり、前記点火プラグの放電により混合気に点火するための主点火信号と、を有する点火装置を備える内燃機関の制御方法であって、
    　前記点火コイルの温度を検出する温度検出ステップと、
    　前記点火コイルの温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度に達すると、前記点火信号のうちの前記多重点火信号を遮断する多重点火信号遮断ステップと、を備える
    　内燃機関の制御方法。
  7. 　前記多重点火信号遮断ステップが実行された場合に、燃料噴射量を増加させる燃料補正ステップを備える
    　請求項６に記載の内燃機関の制御方法。
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