JP6324432B2 - 内燃機関の点火制御装置および点火制御方法 - Google Patents

内燃機関の点火制御装置および点火制御方法 Download PDF

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Description

この発明は、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火する内燃機関の点火制御装置および点火制御方法に関する。
近年、環境保全や燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界においても、これらの問題への対応が急務となっている。これらの問題に対応するための技術として、排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を利用してポンピング損失を低減することで、燃料消費量を飛躍的に改善するものが知られている。
しかしながら、排気である既燃ガスは不燃性であり、かつ空気に対して熱容量が大きいので、ＥＧＲによって既燃ガスを燃焼室へ大量に再吸入すると、可燃混合気の着火性や燃焼性が悪化するという課題があった。
そこで、このような課題を解決するために、２つのコイル対を用いてより長く火花放電を維持させることで、可燃混合気の着火性を安定させるとともに、安定した火炎核を形成できるようになり、可燃混合気の燃焼性を安定させることができる内燃機関の点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この内燃機関の点火装置では、第１１次コイルの通電によって発生する放電の開始から終了までの第１放電期間と、第２１次コイルの通電によって発生する放電の開始から終了までの第２放電期間とが一部において重複し、第１放電期間の始期が第２放電期間の始期よりも前であり、かつ第１および第２放電期間の重複放電期間が設定重複期間となるように、第１および第２点火信号が生成される。
また、設定重複期間は、第１放電期間、吹き消えが発生しない放電電流値の最小値である吹き消え閾値、および第１放電期間の始期における放電電流値である最小ピーク値に応じて、吹き消えが発生しない範囲でピーク放電電流が最小となるように設定される。
この内燃機関の点火装置によれば、より長く火花放電を維持させ、可燃混合気の着火性や燃焼性を安定させることで、ＥＧＲによって既燃ガスを燃焼室へ大量に導入することを可能とし、ポンピング損失を低減して、燃料消費量を改善することが期待される。
特開２０１５−１２９４６５号公報
特許文献１に記載の内燃機関の点火装置は、各気筒に設けられた点火プラグに火花放電を発生させる駆動回路が２つのコイル対を備え、各コイル対は、１次コイルおよび２次コイルを鉄心に巻回することで構成されている。また、１次コイルには、スイッチング素子としてのトランジスタが接続されている。
ここで、エンジン制御装置から各コイル対のそれぞれに点火信号が出力され、点火信号のオン時にトランジスタがオンすると、１次コイルに１次電流が供給される。その後、点火信号のオフ時にトランジスタがオフすると、２次コイルの両端に高電圧が発生し、点火プラグの電極間において火花放電が発生する。以下、エンジン制御装置をＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と称する。
このとき、各点火信号は、それぞれ１燃焼サイクル毎に若干の時間差をもって出力され、最初の点火信号のオフ時点から放電が開始されて、２次コイル電流が流れ、点火プラグ電極間の放電電流は、２次コイル電流の和となる。
しかしながら、最初の点火信号のオフ時点において、他方のコイル対の点火信号がオン状態である場合には、他方のコイル対のインピーダンスが低く、点火プラグに供給されるエネルギーの一部が漏洩する恐れがある。そのため、火花放電を発生させるために高い電圧が必要とされる高圧力条件下において、絶縁破壊できない場合があり、エンジン失火を引き起こすという問題がある。
また、エネルギーの漏洩を防止するために、点火プラグと２次コイルとの間に、２次コイルの逆流を防止する高圧ダイオードとしてアバランシェダイオードを接続する場合には、耐圧の高い高性能なものを用いる必要があり、コストが高くなるという問題もある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、各点火信号がそれぞれ１燃焼サイクル毎に若干の時間差をもって出力される場合であっても、低コストでエンジン失火の発生を防止することができる内燃機関の点火制御装置および点火制御方法を得ることを目的とする。
この発明に係る内燃機関の点火制御装置は、間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を間隙に発生する点火プラグと、１次コイルおよび２次コイルの組を複数有し、１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を第１電極に印加する点火コイルと、１回の点火工程内で複数の１次コイルをそれぞれ駆動する際、最初の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流に対して時間差をもって他の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断するときに、当該他の１次コイルに流れる１次電流を一旦通電停止させるとともに、通電停止期間経過後に、当該他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させる制御部と、を備えたものである。
また、この発明に係る内燃機関の点火制御方法は、間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を間隙に発生する点火プラグと、１次コイルおよび２次コイルの組を複数有し、１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を第１電極に印加する点火コイルと、を備えた内燃機関で実現される点火制御方法であって、１回の点火工程内で複数の１次コイルをそれぞれ駆動する際、最初の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流に対して時間差をもって他の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断するときに、当該他の１次コイルに流れる１次電流を一旦通電停止させるステップと、通電停止期間経過後に、当該他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させるステップと、を有するものである。
この発明に係る内燃機関の点火制御装置および点火制御方法によれば、１回の点火工程内で複数の１次コイルをそれぞれ駆動する際、最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断するときに、他の１次コイルに流れる１次電流が一旦通電停止されるとともに、通電停止期間経過後に、他の１次コイルに流れる１次電流が再通電される。
そのため、各点火信号がそれぞれ１燃焼サイクル毎に若干の時間差をもって出力される場合であっても、低コストでエンジン失火の発生を防止することができる。
この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 図２に示した２次電圧の一部を拡大して示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の点火制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態４に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４に係る内燃機関の点火制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態５に係る内燃機関の点火制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
以下、この発明に係る内燃機関の点火制御装置および点火制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。図１において、内燃機関の各気筒には、点火コイル２に接続された点火プラグ１が設けられている。なお、図１では、１つの気筒を抜粋して示している。
点火プラグ１は、火花放電を行うための点火電圧が印加される第１電極と、この第１電極に対して間隙を介して対向し、接地電位に維持される第２電極とを有している。また、点火プラグ１は、これらの電極間に点火コイル２の点火電圧が印加されることにより、火花放電を発生し、燃焼室内の可燃混合気に点火または着火して、これを燃焼させる。以下、点火または着火を、単に点火と称する。
点火コイル２は、点火プラグ１と機械的に一体に固定されており、バッテリからなる電源に一端が接続された１次コイル２１ａおよび１次コイル２１ａに磁気鉄心を介して結合された２次コイル２２ａと、電源に一端が接続された１次コイル２１ｂおよび１次コイル２１ｂに磁気鉄心を介して結合された２次コイル２２ｂとからなる２つのコイル対を有している。
また、各コイル対の１次コイル２１ａ、２１ｂの他端は、それぞれスイッチング素子としてのパワートランジスタ２５０ａ、２５０ｂが接続されている。また、各コイル対の２次コイル２２ａ、２２ｂの一端は、バッテリからなる電源に接続され、他端は、それぞれ２次コイル２２ａ、２２ｂの逆流を防止するアバランシェダイオード２７０ａ、２７０ｂを介して、点火プラグ１の第１電極に接続されている。
制御部であるＥＣＵ３は、クランク角センサ３０１や吸気圧センサ３０２、水温センサ３０３といった各種センサの出力を取得し、各種センサからの情報に基づいて内燃機関の運転状態を判断し、燃料や点火等に関する各種制御を行う。また、各コイル対は、ＥＣＵ３からそれぞれパワートランジスタ２５０ａ、２５０ｂを動作させる点火信号ＩＧ１、ＩＧ２を受け取る。
次に、図２を参照しながら、上記構成の内燃機関の点火制御装置の具体的な動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火制御装置の動作を示すタイミングチャートである。図２において、横軸は時刻を示しているが、クランク角であってもよい。
まず、ＥＣＵ３は、各種センサからの情報に基づいて内燃機関の運転状態を判断し、点火コイル２内の２つのコイル対を動作させる時刻Ｔ０、Ｔ１のタイミングで点火信号ＩＧ１、ＩＧ２を出力する。ここで、２つのコイル対を動作させるタイミングを、Ｔ１＞Ｔ０と若干の時間差をもたせることで、より長く火花放電を維持させることができる。
時刻Ｔ０において、最初の点火信号ＩＧ１がハイレベルの状態になると、点火コイル２内の２つのコイル対のうち、１次コイル２１ａに１次電流が流れることでエネルギーの蓄積を開始する。
続いて、点火信号ＩＧ１がハイレベルからローレベルへと切り替わる時刻Ｔ２のタイミングで２次コイル２２ａに負の高電圧である２次電圧Ｖ２が生成され、点火プラグ１へ供給される。以下、ハイレベルを「Ｈレベル」と称し、ローレベルを「Ｌレベル」と称する。
一方、時刻Ｔ１において、他方のコイル対の点火信号ＩＧ２がＨレベルの状態になると、１次コイル２１ｂに１次電流が流れることでエネルギーの蓄積を開始する。このとき、特許文献１に示された点火制御では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ５まで連続的に点火信号ＩＧ２がＨレベルの状態になる。
この場合には、最初の点火信号ＩＧ１がＨレベルからＬレベルになる時刻Ｔ２において、他方のコイル対の点火信号ＩＧ２がＨレベルであるため、他方のコイル対の２次コイル２２ｂのインピーダンスが低くなる。
ここで、図３を参照しながら、時刻Ｔ２における点火プラグ１に供給される負の高電圧生成開始から、時刻Ｔ３における本発明の絶縁破壊および時刻Ｔ３’における従来技術の絶縁破壊までの２次電圧Ｖ２の変化について説明する。図３は、図２に示した２次電圧の一部を拡大して示す説明図である。図３において、横軸は時刻を示しているが、クランク角であってもよい。
内燃機関の運転状態が、火花放電を発生させるために高い電圧が必要とされる高圧力条件である場合には、２次コイル２２ｂに接続されたアバランシェダイオード２７０ｂから、点火プラグ１に供給されるエネルギーの一部が漏洩することがある。
このとき、上述したように、他方のコイル対の２次コイル２２ｂのインピーダンスが低くなると、図３の破線のように、２次電圧Ｖ２の立ち下がりが、エネルギー漏洩なし時に比べて遅くなる。そのため、高圧力条件下で絶縁破壊できない場合には、エンジン失火を引き起こしてしまう。
そこで、この発明の実施の形態１では、図２に示されるように、最初の点火信号ＩＧ１がＨレベルからＬレベルになる時刻Ｔ２において、他方のコイル対の点火信号ＩＧ２も一旦ＨレベルからＬレベルとする。すなわち、点火信号ＩＧ１、ＩＧ２がＨレベルからＬレベルへと切り替わる時刻Ｔ２のタイミングで、２次コイル２２ｂからも負の高電圧である２次電圧が生成され、点火プラグ１へ供給される。
これにより、２次コイル２２ｂに接続されたアバランシェダイオード２７０ｂから、点火プラグ１に供給されるエネルギーの一部が漏洩することがなくなる。そのため、絶縁破壊ができなくなることを防止し、エンジン失火を引き起こしてしまうことを防止できる。また、アバランシェダイオード２７０ａ、２７０ｂとして、耐圧の高い高性能なものを用いる必要がない。
なお、点火信号ＩＧ２を一旦Ｌレベルとする通電停止期間Ｔｂは、ＥＣＵ３で判断される内燃機関の運転状態に基づいて設定される。具体的には、通電停止期間Ｔｂは、あらかじめ実験から得られる値が基準期間として設定される。
特に、火花放電を発生させるために高い電圧が必要とされる高圧力条件下では、時刻Ｔ２における負の高電圧生成開始から、時刻Ｔ３における絶縁破壊までの時間も長くなる。そのため、この場合には、点火信号ＩＧ２をＬレベルとする通電停止期間Ｔｂを、基準期間よりも長く設定する必要がある。ここでは、あらかじめ実験から得られる値に余裕度を考慮した数十〜数百μｓレベルの値を設定すればよい。
また、時刻Ｔ３における絶縁破壊後、再度点火信号ＩＧ２をＨレベルとする時刻Ｔ４までの、点火信号ＩＧ１、ＩＧ２の両方がＬレベルである期間は、各コイル対から放電２次電流Ｉ２ａ、Ｉ２ｂが供給されるため、点火信号ＩＧ１のみＬレベルの場合に比べて長くなる。しかしながら、運転状態に応じて最適な値が設定されるため、不必要に放電２次電流Ｉ２を供給することなく、点火プラグ１の摩耗を抑制することができる。
再度点火信号ＩＧ２をＨレベルとする時刻Ｔ４後、従来の点火装置であれば、点火信号ＩＧ２のＨレベル期間Ｔｏｎ２が、点火信号ＩＧ１と同じＨレベル期間Ｔｏｎ１になるように、時刻Ｔ５で点火信号ＩＧ２をＬレベルとする。これに対して、この発明の実施の形態１では、点火信号ＩＧ２を一旦Ｌレベルとする通電停止期間Ｔｂに基づいて、点火信号ＩＧ２をＨレベルとする再通電期間を設定する。
上述したように、火花放電を発生させるために高い電圧が必要とされる高圧力条件下では、時刻Ｔ２における負の高電圧生成開始から、時刻Ｔ３における絶縁破壊までの時間も長く設定されるが、１次コイル２１ｂに１次電流が流れることで蓄積したエネルギーを消費する量も多い。
そこで、通電停止期間Ｔｂに消費されるエネルギー分を補えるように、点火信号ＩＧ２をＨレベルとする期間Ｔｏｎ２を、Ｔｏｆｓ分長めに、すなわちＴｏｎ２＋Ｔｏｆｓに設定し、時刻Ｔ６で点火信号ＩＧ２をＬレベルとする。これにより、実際の火花放電時間が所望の火花放電時間から短くなってしまい、不安定燃焼となってしまうことを防止することができる。
点火信号ＩＧ２をＬレベルとする時刻Ｔ６後、２次コイル２２ｂからも放電２次電流Ｉ２ｂが供給されるため、放電２次電流Ｉ２ａ、Ｉ２ｂの和で表される、点火プラグ１に供給される放電２次電流Ｉ２は大きくなる。
その後、時刻Ｔ７において、１次コイル２１ａに１次電流が流れることで蓄積したエネルギーを全て消費し、２次コイル２２ａから供給される放電２次電流Ｉ２ａが０となる。また、時刻Ｔ８において、１次コイル２１ｂに１次電流が流れることで蓄積したエネルギーを全て消費し、２次コイル２２ｂから供給される放電２次電流Ｉ２ｂも０となり、点火プラグ１に供給される放電２次電流Ｉ２は、０となって火花放電が終了する。
以上のように、実施の形態１によれば、１回の点火工程内で複数の１次コイルをそれぞれ駆動する際、最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断するときに、他の１次コイルに流れる１次電流が一旦通電停止されるとともに、通電停止期間経過後に、他の１次コイルに流れる１次電流が再通電される。
そのため、各点火信号がそれぞれ１燃焼サイクル毎に若干の時間差をもって出力される場合であっても、エンジン失火の発生を防止することができる。
また、耐圧の高い高性能なアバランシェダイオードを用いる必要がなく、コストを低減することができる。
その結果、この内燃機関の点火制御装置を用いることにより、より長く火花放電を維持させ、可燃混合気の着火性や燃焼性を安定させることで、ＥＧＲによって既燃ガスを燃焼室へ大量に導入することを可能とし、ポンピング損失を低減して、燃料消費量を改善することができる。
また、制御部は、内燃機関の運転状態に基づいて、他の１次コイルに流れる１次電流を一旦通電停止させる通電停止期間を設定し、特に、内燃機関の運転状態が、火花放電を発生させるための高電圧が必要とされる高圧力条件である場合には、通電停止期間を基準期間よりも長く設定する。そのため、不必要に放電２次電流を供給することなく、点火プラグの摩耗を抑制することができる。
また、制御部は、通電停止期間に応じて、他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させる再通電期間を設定する。そのため、実際の火花放電時間が所望の火花放電時間から短くなってしまい、不安定燃焼となってしまうことを防止することができる。
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。図４において、点火コイル２は、２次コイル２２ａから供給される放電２次電流Ｉ２ａを検出する２次電流検出回路２８０を備えている。その他の構成は、上記実施の形態１で示した図１と同様なので、説明を省略する。
２次電流検出回路２８０は、検出した２次電流出力Ｖｉ２をＥＣＵ３に入力し、ＥＣＵ３は、２次電流出力Ｖｉ２の値に基づいて、１次コイル２１ｂに流れる１次電流を再通電させる。また、２次電流検出回路２８０の一端は、２次コイル２２ａに接続され、もう一端は接地される。
以下、図２を参照しながら、上記構成の内燃機関の点火制御装置の具体的な動作について説明する。上記実施の形態１で説明したように、時刻Ｔ３において絶縁破壊が発生し、２次コイル２２ａから放電２次電流Ｉ２ａが点火プラグ１に供給される。
このとき、ＥＣＵ３は、２次電流出力Ｖｉ２から、放電２次電流Ｉ２ａが例えば−５０ｍＡに設定された閾値を下回ったか否かを判定し、下回った場合に、点火信号ＩＧ２をＬレベルからＨレベルとし、１次コイル２１ｂを再通電させる。
これにより、絶縁破壊が発生した時刻Ｔ３直後に１次コイル２１ｂを再通電させることができるため、２次コイル２２ｂから供給される放電２次電流Ｉ２ｂの供給期間が短くなり、点火プラグ１に供給される放電２次電流Ｉ２が大きくなる時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間も短くすることができる。
以上のように、実施の形態２によれば、制御部は、最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断した後に、２次電流検出回路で検出された電流に基づいて、他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させる。そのため、不必要に大きい放電２次電流を供給することなく、点火プラグの摩耗を抑制することができる。
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。図５において、点火コイル２は、２次コイル２２ｂにイオン電流検出回路２４０を備えている。その他の構成は、上記実施の形態１で示した図１と同様なので、説明を省略する。
イオン電流検出回路２４０は、点火プラグ１の第１電極と第２電極との間に数百Ｖ程度バイアス電圧を印加して、燃焼室内の可燃混合気が燃焼したときに発生するイオン量に基づき流れるイオン電流と、点火プラグ１の第１電極と第２電極との間の絶縁抵抗値が低下する点火プラグ燻り時に発生するリーク電流とを検出する。なお、点火プラグ燻り時には、点火プラグ１に、図５に破線で示すリーク経路１２が形成されている。
点火コイル２内に設けられたイオン電流検出回路２４０は、２次コイル２２ｂの低圧側に接続されたバイアス回路、すなわちコンデンサ２４２と、コンデンサ２４２とグランドとの間に挿入されたダイオード２４３と、コンデンサ２４２に並列接続された電圧制限用のツェナーダイオード２４４とを含んでいる。
コンデンサ２４２およびツェナーダイオード２４４は、２次コイル２２ｂの低圧側とグランドとの間に挿入されて、放電２次電流Ｉ２ｂの発生時に、コンデンサ２４２にバイアス電圧を充電するための充電経路を構成している。このバイアス電圧は、イオン電流検出用の電源として機能し、検出されたイオン電流は、イオン電流整形回路２４１により逓倍処理等が実行される。
ＥＣＵ３は、イオン電流整形回路２４１から出力されたイオン（リーク）電流ＩＯＮを取得する。また、ＥＣＵ３は、電流信号を電圧信号に変換し、ＡＤ変換器を介して、マイクロコンピュータで処理するための信号に変換する。なお、イオン電流整形回路２４１の出力は、高周波の信号も含むため、ＡＤ変換サンプリングレートは、数〜数十μｓ程度と高速に設定するほうがよい。
また、ＥＣＵ３は、変換された電圧信号を処理し、点火プラグ１に、絶縁抵抗値の低下によるリークが発生しているか否かを判定する。ここで、点火プラグ１にリークが発生した場合、上述した図３の破線のように、２次電圧Ｖ２の立ち下がりが、リークが発生していないエネルギー漏洩なし時に比べて遅くなる。
よって、時刻Ｔ２における負の高電圧生成開始から、時刻Ｔ３’における絶縁破壊までの時間も長くなる。そのため、この場合には、時刻Ｔ２から点火信号ＩＧ２を一旦Ｌレベルとする通電停止期間Ｔｂを、基準期間よりも長く設定する必要がある。
以下、図６を参照しながら、上記構成の内燃機関の点火制御装置の具体的な動作について説明する。上記実施の形態１で説明したように、ＥＣＵ３は、各種センサからの情報に基づいて内燃機関の運転状態を判断し、点火コイル２内の２つのコイル対を動作させるタイミングを、Ｔ１＞Ｔ０と若干の時間差を持たせた点火信号ＩＧ１、ＩＧ２を出力する。
時刻Ｔ１において、点火信号ＩＧ２がＨレベルの状態になると、点火コイル２内の２つのコイル対のうち、イオン電流検出回路２４０を備えた方の１次コイル２１ｂに１次電流が流れることでエネルギーの蓄積を開始する。このとき、１次電流が時刻Ｔ１から流れ始めて漸次増大する。また、この１次電流に応じて、２次コイル２２ｂに誘導電圧としての２次電圧が発生し漸次減少する。
なお、点火信号ＩＧ２がＨレベルになる時刻Ｔ１で２次コイルに発生する２次電圧を、以下「点火信号オン時の誘導電圧」と称する。この点火信号オン時の誘導電圧は、通常、最大１［ｋＶ］程度の値である。また、この点火信号オン時の誘導電圧が点火プラグ１に印加されているので、点火プラグ１にリークが発生しているときは、形成されたリーク経路１２にリーク電流ＩＬが流れ、このリーク電流ＩＬがイオン電流検出回路２４０により検出されることになる。
ここで、点火プラグ１の絶縁抵抗値は、次式により推定することができる。
点火プラグ１の絶縁抵抗値＝点火信号オン時の誘導電圧／リーク電流ＩＬ
例えば、点火信号ＩＧ２がＨレベルになる時刻Ｔ１から数百μｓのＯＮノイズマスク期間後の点火信号オン時の誘導電圧と、リーク電流ＩＬの値とから点火プラグ１の絶縁抵抗値を算出する。なお、点火信号オン時の誘導電圧は、あらかじめ実験から得られる値である。
また、点火信号ＩＧ２を一旦Ｌレベルとする通電停止期間Ｔｂは、例えば、あらかじめ実験から得られる点火プラグ１の絶縁抵抗値と、時刻Ｔ２における負の高電圧生成開始から最大絶縁破壊電圧４０ｋＶに達するまでの時間Ｔｖｂとの関係から得られる値に余裕度を考慮した数十〜数百μｓレベルの値を設定すればよい。
以上のように、実施の形態３によれば、制御部は、イオン電流検出回路で検出されたイオン電流に基づいて点火プラグのリーク状態を検出し、点火プラグにリークが検出された場合に、通電停止期間を基準期間よりも長く設定する。具体的には、制御部は、点火プラグのリーク状態に基づいて、１次電流を一旦通電停止させる通電停止期間を設定する。そのため、点火プラグにリークが発生することを考慮して、不必要に大きい放電２次電流を供給することなく、点火プラグの摩耗を抑制することができる。
また、この発明の実施の形態３を、上記実施の形態１で述べた内燃機関の運転状態、特に、内燃機関の運転状態が、火花放電を発生させるための高電圧が必要とされる高圧力条件に基づいて、１次電流を一旦通電停止させる通電停止期間Ｔｂを設定する方法と組み合わせてもよい。
例えば、点火プラグ１の絶縁抵抗値と、時刻Ｔ２における負の高電圧生成開始から各絶縁破壊電圧０〜４０ｋＶに達するまでの時間Ｔｖｂと、運転状態と絶縁破壊電圧との関係とをあらかじめ実験で把握しておけば、一層不必要に大きい放電２次電流を投入することなく、点火プラグの摩耗を抑制することができる。
また、イオン電流検出回路２４０を設けたので、図６の時刻Ｔ８以降において、燃焼に伴うイオン電流を検出することができ、ＥＧＲにより可燃混合気の着火性、燃焼性が悪化したときの失火の検出を行うこともできる。
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係る内燃機関の点火制御装置を示す構成図である。図７において、点火コイル２は、２次コイル２２ａから供給される放電２次電流Ｉ２ａを検出する２次電流検出回路２８０を備え、２次コイル２２ｂにイオン電流検出回路２４０を備えている。すなわち、図７は、図４と図５とを併せた構成を有している。その他の構成は、上記実施の形態１で示した図１と同様なので、説明を省略する。
ＥＣＵ３は、２次電流検出回路２８０から出力された２次電流出力Ｖｉ２とイオン電流検出回路２４０から出力されたイオン電流ＩＯＮとを取得する。なお、この発明の実施の形態４では、２次電流検出回路２８０およびイオン電流検出回路２４０の両方を備える構成としたが、何れか一方のみであってもよい。
以下、図８を参照しながら、上記構成の内燃機関の点火制御装置の具体的な動作について説明する。上記実施の形態１で説明したように、時刻Ｔ３において絶縁破壊が発生し、２次コイル２２ａから放電２次電流Ｉ２ａが点火プラグ１に供給される。
このとき、上記実施の形態２で説明したように、ＥＣＵ３は、２次電流出力Ｖｉ２から、放電２次電流Ｉ２ａが例えば−５０ｍＡに設定された閾値を下回ったか否かを判定し、下回った場合に、点火信号ＩＧ２をＬレベルからＨレベルとし、１次コイル２１ｂを再通電させる。
その後、時刻Ｔ６において、点火信号ＩＧ２をＬレベルとし、２次コイル２２ｂからも放電２次電流Ｉ２ｂが供給されるようになるが、図中に破線で示す波形のように、この時刻Ｔ６以前の時刻Ｔｃにおいて、一旦火花放電が終了することがある。この要因としては、点火プラグ１の摩耗や燃焼室内の流動大による火花放電維持電圧の上昇が考えられる。
火花放電維持電圧が上昇すると、その分点火コイル２のエネルギーが消費されやすくなるため、火花放電維持期間が短くなる。そのため、一旦火花放電が終了してしまうことになるが、より長い火花放電時間を要求されている運転状態では、燃焼不安定となる恐れがある。
そこで、ＥＣＵ３は、点火信号ＩＧ２をＬレベルとする時刻Ｔ６以前に、放電２次電流Ｉ２ａが例えば０ｍＡに設定された閾値以上となったか否かを判定し、放電２次電流Ｉ２ａが閾値以上である場合に、火花放電維持が途切れたと判定する。
または、ＥＣＵ３は、点火信号ＩＧ２をＬレベルとする時刻Ｔ６以前に、イオン電流ＩＯＮが例えば１０μＡに設定された閾値以上となったか否かを判定し、イオン電流ＩＯＮが閾値以上である場合に、火花放電維持が途切れたと判定する。
また、時刻Ｔｃにおいて、火花放電が終了すると、点火コイル２の２次コイル２２ｂのインダクタンスや２次コイル側の浮遊容量、コンデンサ２４２のＬＣ共振によるノイズ電流が発生する。このＬＣ共振によるノイズ電流は、イオン電流検出回路２４０に流れるため、正方向の電流のみが放電終了ノイズ電流として検出される。
その後、時刻Ｔ６まで燃焼イオン電流が検出される。よって、時刻Ｔ６以前にイオン電流ＩＯＮが所定値以上となったかどうかを判定することで、火花放電維持が途切れたかどうかを判定することができる。
ＥＣＵ３は、火花放電維持が途切れたと判定したとき、次の自点火行程において、まずは、点火信号ＩＧ１を時刻Ｔ０でＨレベルにしてから、点火信号ＩＧ２を時刻Ｔ１でＨレベルとするまでの期間Ｔｄを、上記実施の形態１〜３で示した若干の時間差である標準時間差よりも短くする。これにより、時刻Ｔ６が時刻Ｔｃに近づくため、Ｔ６＜Ｔｃとすれば、火花放電維持の途切れを防ぐことができる。
一方、点火信号ＩＧ２がＨレベルになる時刻Ｔ１から、点火信号ＩＧ２がＬレベルになる時刻Ｔ２までの期間は、長くなることになる。よって、１次コイル２１ｂに１次電流が流れる量および時間が増加するため、点火コイル２が前の自点火行程に比べ、発熱しやすくなる。
そこで、点火信号ＩＧ２を一旦Ｌレベルとする通電停止期間Ｔｂを長く設定することが考えられ得る。また、時刻Ｔ３において、１次コイル２１ａに流れる１次電流と時刻Ｔ６において１次コイル２１ｂに流れる１次電流とが同じレベルになるように、通電停止期間Ｔｂを設定してもよい。また、低回転の運転状態等で、点火コイル２の発熱限界まで余裕があるときは、点火信号ＩＧ１、ＩＧ２のオン時間を長く設定してもよい。
以上のように、実施の形態４によれば、制御部は、２次電流検出回路およびイオン電流検出回路の少なくとも一方からの出力に基づいて、最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断した後の点火プラグの火花放電維持状態を検出し、火花放電維持の途切れが検出された場合には、次の自点火行程において、最初の１次コイルに流れる１次電流を通電してから、他の１次コイルに流れる１次電流を通電するまでの期間を標準時間差よりも短く設定するとともに、通電停止期間を基準期間よりも長く設定する。
そのため、点火プラグの摩耗や燃焼室内の流動大による火花放電維持電圧の上昇が発生した場合であっても、連続して火花放電維持の途切れが発生することを防止することができ、連続して燃焼不安定となることを防止することができる。
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、図２に示したように、点火コイル２内の２つのコイル対を動作させるタイミングを、Ｔ１＞Ｔ０と若干の時間差を持たせることで、より長く火花放電を維持させた。
ここで、さらに、図９に示されるように、点火信号ＩＧ２がＬレベルになる時刻Ｔ６において、再度点火信号ＩＧ１をＨレベルとし、時刻Ｔ７で再度点火信号ＩＧ２をＨレベルとする交互点火動作をさせて、より長く火花放電を維持させてもよい。
以上のように、実施の形態５によれば、可燃混合気の着火性を安定させるとともに、より安定した火炎核を形成できるようになり、燃焼性をより安定させることができる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１ 点火プラグ、２ 点火コイル、３ ＥＣＵ（制御部）、１２ リーク経路、２１ａ、２１ｂ １次コイル、２２ａ、２２ｂ ２次コイル、２４０ イオン電流検出回路、２４１ イオン電流整形回路、２４２ コンデンサ、２４３ ダイオード、２４４ ツェナーダイオード、２５０ａ、２５０ｂ パワートランジスタ、２７０ａ、２７０ｂ アバランシェダイオード、２８０ ２次電流検出回路、３０１ クランク角センサ、３０２ 吸気圧センサ、３０３ 水温センサ。

Claims (8)

  1. 間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を前記間隙に発生する点火プラグと、
    １次コイルおよび２次コイルの組を複数有し、前記１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、前記２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を前記第１電極に印加する点火コイルと、
    １回の点火工程内で複数の前記１次コイルをそれぞれ駆動する際、最初の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流に対して時間差をもって他の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断するときに、当該他の１次コイルに流れる１次電流を一旦通電停止させるとともに、通電停止期間経過後に、当該他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させる制御部と、
    を備えた内燃機関の点火制御装置。
  2. 前記制御部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、他の１次コイルに流れる１次電流を一旦通電停止させる前記通電停止期間を設定する
    請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
  3. 前記制御部は、前記内燃機関の運転状態が、前記火花放電を発生させるための高電圧が必要とされる高圧力条件である場合には、前記通電停止期間を基準期間よりも長く設定する
    請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置。
  4. 前記点火コイルは、最初の１次電流が遮断される１次コイルと結合した２次コイルに流れる電流を検出する２次電流検出回路を備え、
    前記制御部は、最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断した後に、前記２次電流検出回路で検出された電流に基づいて、他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させる
    請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
  5. 前記点火コイルは、前記火花放電により前記燃焼室内の可燃混合気が燃焼したときに、前記燃焼室内に発生するイオン量に応じて流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路を備え、
    前記制御部は、前記イオン電流検出回路で検出されたイオン電流に基づいて前記点火プラグのリーク状態を検出し、前記点火プラグにリークが検出された場合に、前記通電停止期間を基準期間よりも長く設定する
    請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。
  6. 前記点火コイルは、最初の１次電流が遮断される１次コイルと結合した２次コイルに流れる電流を検出する２次電流検出回路、および前記火花放電により前記燃焼室内の可燃混合気が燃焼したときに、前記燃焼室内に発生するイオン量に応じて流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路の少なくとも一方を備え、
    前記制御部は、前記２次電流検出回路および前記イオン電流検出回路の少なくとも一方からの出力に基づいて、最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断した後の前記点火プラグの火花放電維持状態を検出し、火花放電維持の途切れが検出された場合には、次の自点火行程において、最初の１次コイルに流れる１次電流を通電してから、他の１次コイルに流れる１次電流を通電するまでの期間を標準時間差よりも短く設定するとともに、前記通電停止期間を基準期間よりも長く設定する
    請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
  7. 前記制御部は、前記通電停止期間に応じて、他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させる再通電期間を設定する
    請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の内燃機関の点火制御装置。
  8. 間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を前記間隙に発生する点火プラグと、
    １次コイルおよび２次コイルの組を複数有し、前記１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、前記２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を前記第１電極に印加する点火コイルと、
    を備えた内燃機関で実現される点火制御方法であって、
    １回の点火工程内で複数の前記１次コイルをそれぞれ駆動する際、
    最初の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流に対して時間差をもって他の１次コイルに１次電流が流れるようにし、当該最初の１次コイルに流れる１次電流を遮断するときに、当該他の１次コイルに流れる１次電流を一旦通電停止させるステップと、
    通電停止期間経過後に、当該他の１次コイルに流れる１次電流を再通電させるステップと、
    を有する内燃機関の点火制御方法。
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