CN110300845B - 点火控制系统 - Google Patents

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Abstract

具备在1燃烧周期中实施1次或者多次使火花塞(19)产生放电火花的放电产生控制的一次电流控制部(314)，基于二次电流、与放电路径长度依次计算近似能量密度的近似能量密度计算部(314)，以及在1燃烧周期中在进行一次电流的切断后的规定期间内，将近似能量密度大于规定值作为条件，累计该时的放电路径长度来计算累计值的累计值计算部(314)，一次电流控制部将由累计值计算部计算出的累计值小于第一阈值作为条件，再次实施放电产生控制。

Description

点火控制系统
技术领域
本发明涉及内燃机中使用的点火控制系统。
背景技术
近年来，为了改善汽车用内燃机的油耗，推进了稀薄燃料的燃烧控制(稀燃发动机)，或者使可燃性混合气向内燃机的气缸回流的EGR相关的技术的研究。在这些技术中，作为使混合气中包含的化石燃料有效燃烧的点火系统，一部分采用了火花塞在内燃机的点火定时多次连续进行放电的多重点火方式。
在该多重点火方式中，伴随着在一个点火周期实施多次放电动作，存在火花塞的电极消耗、对火花塞供给高电压的点火线圈的功耗增加的问题。此外，即使在初次的放电中使混合气良好地点火，也存在不必要地反复放电动作这一能量上的浪费。作为其对策，在专利文献1中公开了下述技术，在电容放电期间中，在对点火线圈施加的二次电压的电压峰值超过判定阈值的情况下，对电压峰值超过判定阈值的超过区间的累积时间或者超过区间中的二次电压的累积值进行计测。并且，基于计测出的超过区间的累积时间或者超过区间中的二次电压的累积值，判断混合气处于燃烧状态还是缺火状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-138880号公报
发明内容
在专利文献1中记载了，在实施电容放电中，在混合气燃烧的情况与缺火的情况下，在混合气燃烧的情况下检测到的二次电压较小。这是因为，在火花塞产生的放电引起混合气点火，从而产生燃烧离子，在火花塞的电极间存在该燃烧离子，从而使二次电流容易在火花塞的电极间流动。由此，放电电阻降低，伴随于此，对火花塞施加的二次电压降低。
然而，在燃烧室内的气流的流速较高的高流动场中，设想混合气点火而产生的燃烧离子被气流吹走，在火花塞的电极间存在的燃烧离子变少。在该状况下，放电电阻降低得不多，伴随于此，对火花塞施加的二次电压鲜有降低。在该情况下，在专利文献1所记载的技术中，即使混合气处于燃烧状态，由于对火花塞施加的二次电压为较高的状态，有可能误判定为混合气处于缺火状态。在该点上，判定混合气的燃烧状态的判定控制还存在改善的空间。
本发明为了解决上述课题而做出，其主要目的在于，提供更高精度地推测可燃混合气的燃烧状态，能够根据需要使火花塞实施再放电从而改善可燃混合气的燃烧状态的点火控制系统。
本发明为点火控制系统，适用于内燃机，所述内燃机具备：火花塞，在一对放电电极之间产生用于对内燃机的气缸内的可燃混合气点火的放电火花；点火线圈，具备初级线圈以及次级线圈，通过所述次级线圈对所述火花塞施加二次电压；电压值检测部，检测对所述初级线圈施加的一次电压、以及对所述火花塞施加的二次电压的至少一方的电压值；以及二次电流检测部，检测在所述火花塞中流动的二次电流，所述点火控制系统具备：一次电流控制部，在1燃烧周期中实施1次或者多次通过在进行向所述初级线圈的一次电流的导通后、进行所述一次电流的切断，从而使所述火花塞产生所述放电火花的放电产生控制；放电路径长度计算部，基于由所述电压值检测部检测到的所述电压值，依次计算作为形成于所述放电电极间的所述放电火花的长度的放电路径长度；近似能量密度计算部，通过由所述二次电流检测部检测到的所述二次电流除以由所述放电路径长度计算部计算出的所述放电路径长度，依次计算作为所述放电火花的每单位长度的能量即能量密度的近似值的近似能量密度；以及累计值计算部，在1燃烧周期中在进行所述一次电流的切断后的规定期间内，将由所述近似能量密度计算部计算出的所述近似能量密度大于规定值作为条件，累计由所述放电路径长度计算部计算出的该时的所述放电路径长度来计算累计值，所述一次电流控制部将由所述累计值计算部计算出的所述累计值小于第一阈值作为条件，再次实施所述放电产生控制。
发明人发现了，通过由二次电流与二次电压的积求出的放电能量除以放电路径长度从而计算的放电火花的能量密度大于规定值的放电火花，有助于可燃混合气的燃烧，能量密度小于规定值的放电火花对可燃混合气的燃烧鲜有帮助。此外，在火花塞产生放电的放电期间中的二次电流的变动幅度较大，为200～0[mA]程度，另一方面，二次感应放电电压(维持电压)的变动幅度较小，为0.5～10[kV]程度。据此发明人发现了，电流较大的火花的前端部分中的二次电压的变动缓慢(换言之，二次电压的变动幅度较小)，二次电流在决定放电能量的值的大小上是更具支配性的参数。并且，伴随该发现得知，通过二次电流除以放电路径长度计算得出的值是近似放电火花的能量密度的值。此外，若放电火花的能量密度相同，则处于放电路径长度越长，放电火花的放电能量越大且放电火花的表面积越大的关系。根据该关系可知，放电路径长度是准确反映放电火花的放电能量的大小的参数。根据上述，发明人发现了能够根据近似能量密度推测在火花塞产生的放电火花是否有助于可燃混合气的燃烧，进而，基于近似能量密度大于规定值的放电火花的放电路径长度的累计值，能够更准确地推测可燃混合气的燃烧状态是否良好。
因此，本点火控制系统具备近似能量密度计算部，通过由二次电流检测部检测到的二次电流除以由放电路径长度计算部计算出的放电路径长度，依次计算作为放电火花的能量密度的近似值的近似能量密度。并且，在1燃烧周期中在进行一次电流的切断后的规定期间内，将由近似能量密度计算部计算出的近似能量密度大于规定值作为条件，由累计值计算部通过累计由放电路径长度计算部计算出的放电路径长度来计算累计值。换句话说，计算出的累计值是在规定期间内有助于可燃混合气的燃烧的放电火花的放电路径长度的累计值。
因此，在规定期间中累计得出的累计值小于第一阈值时，能够推测为可燃混合气的燃烧状态非良好，因此将由累计值计算部计算出的累计值小于第一阈值作为条件，由一次电流控制部再次实施放电产生控制。由此，能够使可燃混合气的燃烧状态良好。另一方面，在由累计值计算部计算出的累计值大于第一阈值时，能够推测为可燃混合气的燃烧状态良好。因此，通过一次电流控制部不实施再次的放电产生控制，从而对于火花塞能够抑制消耗不必要的能量。此外，通过使用近似能量密度代替能量密度来实施本控制，能够省去放电能量的计算工序(也可以说是能够省去计算二次电流与二次电压的积的计算工序)。进而能够实现在实施本控制上所需的计算电路的简单化。
附图说明
本发明涉及的上述目的及其他目的、特征及优点，通过参照附图及下述详细的记叙，而更加明确。附图为：
图1是本实施方式的发动机系统的概略结构图，
图2是图1记载的点火电路单元的概略结构图，
图3是表示放电期间中的二次电流与二次电压的时间变化的图表，
图4是表示二次电压与放电路径长度的关系的图表，
图5是表示随时间经过的放电火花的近似能量密度以及放电路径长度的变化形态的图，
图6是本实施方式的点火控制电路实施的控制流程图，
图7是表示本实施方式的燃烧状态判定控制的动作的时序图，
图8是在一次放电与二次放电的情况下对比随空燃比增加的扭矩变动率的变化的图表，
图9是表示近似能量密度较大的放电路径长度的累计值与到可燃混合气的2％燃烧为止经过的曲柄角度的关系的图，
图10是表示二次电流除以放电路径长度得到的值近似为能量密度的图，
图11是表示一次电压与二次电压的关系的图，
图12是表示计算近似能量密度较大的放电路径长度的累计值的其他方法的图，
图13是其他例的点火控制电路实施的控制流程图，
图14是表示产生二次放电时的放电间隔对伴随EGR量增大的扭矩变动率的影响的图。
具体实施方式
参照图1，发动机系统10具备作为火花点火式的多气缸内燃机的发动机11。另外，在图1中，仅例示出发动机11具备的多个气缸中的1个气缸。
该发动机系统10根据发动机11的运转状态，相对于理论空燃比向富侧或者贫侧对混合气的空燃比进行变更控制。例如，在发动机11的运转状态处于低旋转低负荷的运转区域内的情况下，向贫侧变更控制混合气的空燃比。
在构成发动机11的主体部的发动机体11a的内部，形成有燃烧室11b以及水套11c。发动机体11a以能够往复移动地收容活塞12的方式设置。水套11c是冷却液(也称作冷却水)能够流通的空间，以包围燃烧室11b的周围的方式设置。
吸气端口13以及排气端口14与燃烧室11b能够连通地形成于作为发动机体11a的上部的气缸头。此外，在气缸头设置有用于控制吸气端口13与燃烧室11b的连通状态的吸气阀15、用于控制排气端口14与燃烧室11b的连通状态的排气阀16、以及用于在规定的定时使吸气阀15以及排气阀16进行开闭动作的阀驱动机构17。
吸气端口13与吸气歧管21a连接。该吸气歧管21a具备从燃料供给系统供给高压燃料的电磁驱动式的喷油器18。该喷油器18是随着通电向吸气端口13喷射燃料的端口喷射式的燃料喷射阀。
在比吸气歧管21a更靠吸气流通方向上的上游侧，配置有稳压箱21b。排气端口14与排气管22连接。
EGR(Exhaust Gas Recirculation)通路23设置为，通过将排气管22与稳压箱21b连接，从而能够将排出到排气管22的废气的一部分导入吸气(以下，将导入吸气的废气称作EGR气体)。在EGR通路23夹设有EGR控制阀24。EGR控制阀24设置为能够根据其开度控制EGR率(吸入燃烧室11b内的燃烧前的气体中的EGR气体的混入比例)。因此，EGR通路23以及EGR控制阀24相当于排气再循环机构。
在吸气管21中的比稳压箱21b更靠吸气流通方向上的上游侧，夹设有节流阀25。节流阀25的开度受DC马达等的节流促动器26的动作控制。此外，在吸气端口13的附近设置有用于产生涡流、滚流的气流控制阀(相当于气流生成部)27。
在排气管22设置有用于净化废气中的CO、HC、NOx等的三元催化剂等的催化剂41，在该催化剂41的上游侧设置有用于将废气作为检测对象来检测混合气的空燃比的空燃比传感器40(线性A/F传感器等)。
发动机系统10具备点火电路单元31、电子控制单元32等。
点火电路单元31构成为使火花塞19产生用于对燃烧室11b内的燃料混合气点火的放电火花。电子控制单元32是所谓的发动机ECU(ECU是Electronic Control Unit的缩写)，根据基于曲柄角传感器33等的各种传感器的输出而取得的发动机11的运转状态(以下简称为“发动机参数”)，控制包括喷油器18以及点火电路单元31的各部的动作。
关于点火控制，电子控制单元32基于取得的发动机参数生成以及输出点火信号IGt。该点火信号IGt规定与燃烧室11b内的气体的状态以及所需的发动机11的输出(这些根据发动机参数而变化)相应的最佳的点火时期以及放电电流(点火放电电流)。
曲柄角传感器33是用于按发动机11的规定曲柄角(例如以30℃A周期)输出矩形状的曲柄角信号的传感器。该曲柄角传感器33安装于发动机体11a。冷却水温传感器34是用于检测(取得)在水套11c内流通的冷却液的温度即冷却水温的传感器，安装于发动机体11a。
气流计35是用于检测(取得)吸入空气量(在吸气管21中流通并导入燃烧室11b内的吸入空气的质量流量)的传感器。该气流计35在比节流阀25更靠吸气流通方向中的上游侧安装于吸气管21。吸气压传感器36是用于检测(取得)吸气管21内的压力即吸气压的传感器，安装于稳压箱21b。
节流阀开度传感器37是产生与节流阀25的开度(节流阀开度)对应的输出的传感器，内置于节流阀促动器26。加速器位置传感器38以产生与加速器操作量对应的输出的方式设置。
＜点火电路单元周边的构成＞
参照图2，点火电路单元31设置有点火线圈311、IGBT312(相当于开关元件)、电源部313、以及点火控制电路314。
点火线圈311具备初级线圈311A、次级线圈311B以及铁芯311C。初级线圈311A的第一端与电源部313连接，初级线圈311A的第二端与IGBT312的集电极端子连接。并且，IGBT312的发射极端子与接地侧连接。二极管312d以并联的方式与IGBT312的两端(集电极端子与发射极端子)连接。
次级线圈311B的第一端经由二极管316与电流检测用路径L1连接。在该电流检测用路径L1设置有二次电流检测用的电阻体317。电阻体317的第一端经由二极管316与次级线圈311B的第一端连接，电阻体317的第二端与接地侧连接。电阻体317连接有后述的点火控制电路314。二极管316禁止从接地侧经由电阻317B朝向次级线圈311B中的第二端侧的方向的电流的流通，并且为了将二次电流(放电电流)I2规定为从火花塞19朝向次级线圈311B的方向，其阳极与次级线圈311B中的第一端侧连接。
次级线圈311B的第二端与火花塞19连接，在将次级线圈311B的第二端与火花塞19相连的路径L2上连接有电压检测用路径(相当于电压值检测部)L3。该电压检测用路径L3具备电压检测用的电阻体318A、318B。电阻体318A的一端与路径L2连接，另一端与电阻体318B连接。电阻体318B的一端与电阻体318A连接，另一端与接地侧连接。此外电阻体318A与电阻体318B之间的节点(省略图标号)与后述的点火控制电路314连接。利用这样的电压检测用路径L3来检测对火花塞19施加的二次电压V2。
电子控制单元32如上所述基于取得的发动机参数生成点火信号IGt。并且，将生成的点火信号IGt向点火控制电路314发送。点火控制电路314基于由电子控制单元32接收到的点火信号IGt，向IGBT312的栅极端子输出用于进行IGBT312的开闭控制的驱动信号IG，实施使IGBT312进行流向初级线圈311A的一次电流I1的导通的点火控制。该点火控制是将设置于具备点火控制电路314的气缸内的火花塞19作为对象的控制。换言之，在每个气缸设置的火花塞19的点火控制由该气缸具备的点火控制电路314来实施。
电子控制单元32在第一规定时间经过后，停止点火信号IGt的输出，从而点火控制电路314停止向IGBT312的栅极端子输出驱动信号IG。由此，使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通，在次级线圈311B中感应出高电压，火花塞19的火花间隙部的气体的绝缘被破坏，从而在火花塞19产生放电火花。
点火控制电路314依次检测对电压检测用路径L3施加的二次电压V2，基于检测到的二次电压V2计算在火花塞19产生的放电火花的放电路径长度L。此外，依次检测在电流检测用路径L1中流动的二次电流I2，并基于检测到的二次电流I2与计算出的放电火花的放电路径长度L，计算近似能量密度D。因此，电流检测用路径L1以及点火控制电路314相当于二次电流检测部，电压检测用路径L3以及点火控制电路314相当于电压值检测部。此外，点火控制电路314相当于一次电流控制部、放电路径长度计算部、近似能量密度计算部、累计值计算部。
以往，在通过使火花塞19产生放电火花，从而使燃烧室11b内存在的可燃混合气燃烧时，基于对火花塞19施加的二次电压V2的变化推测可燃混合气的燃烧状态。具体而言，在火花塞19产生的放电火花的二次电压V2的电压峰值低于判定阈值时，对电压峰值超过判定阈值的超过区间的累积时间或者超过区间中的二次电压V2的累积值进行计测。并且，基于计测到的超过区间的累积时间或者超过区间中的二次电压V2的累积值，判定可燃混合气处于燃烧状态还是缺火状态。
然而，在本实施方式的发动机系统10中，在吸气端口13的附近设置气流控制阀27，在进行均质稀薄燃烧的情况下，通过气流控制阀27在燃烧室11b内产生涡流、滚流等的气流，引发紊流(扰动)来提高燃烧速度。此时，设想由于燃烧室11b内的气流的速度增高，因此可燃混合气点火而产生的燃烧离子被气流吹走，火花塞19的电极间存在的燃烧离子变少。在该状况下，放电电阻鲜有降低，伴随于此，对火花塞19施加的二次电压V2鲜有降低。因此，假设基于二次电压V2推测可燃混合气的燃烧状态时，即使可燃混合气处于燃烧状态，也由于对火花塞19施加的二次电压V2为较大的状态，因此可能误推测为可燃混合气处于缺火状态。
作为该对策，在本实施方式中，基于放电火花的近似能量密度D、以及放电火花的放电路径长度L推测可燃混合气的燃烧状态。
发明人发现了，通过由二次电流I2与二次电压V2的积求出的放电能量除以放电路径长度L计算得出的、放电火花的能量密度大于规定值Th的放电火花，有助于可燃混合气的燃烧，放电火花的能量密度小于规定值Th的放电火花对可燃混合气的燃烧帮助不大。此外，如图3所示，在火花塞19产生放电的放电期间中的二次电流I2的变动幅度较大(200～0[mA]程度)，与之相较二次电压V2的变动幅度较小(0.5～10[kV]程度)。据此发明人发现了，电流值较大的放电火花的前端部分中的二次电压的变动缓慢(换言之，二次电压的变动幅度较小)，二次电流I2在决定放电能量的值的大小方面是更具支配性的参数。并且，伴随该发现得知，通过二次电流I2除以放电路径长度L计算得出的值是近似放了电火花的能量密度的值。此外，若放电火花的能量密度相同，则处于放电路径长度L越长，放电火花的放电能量越大且放电火花的表面积越大的关系。根据该关系可知，放电路径长度L是准确反映放电火花的放电能量的大小的参数。
根据上述，能够根据近似能量密度D推测在火花塞19产生的放电火花是否有助于可燃混合气的燃烧。此外，近似能量密度D大于规定值Th的放电火花的放电路径长度L可看作有助于可燃混合气的燃烧(对可燃混合气给予用于燃烧的能量)的放电火花的放电路径长度L。因此，发明人发现了根据放电火花的放电路径长度L的累计值，能够推断对可燃混合气给予的用于燃烧的能量的合计值，进而根据放电火花的放电路径长度L的累计值能够高精度判定可燃混合气的燃烧状态。
基于该发现，在本实施方式的点火控制电路314中，实施下述记载的燃烧状态判定控制。在燃烧状态判定控制中，在从使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通起的规定期间内，将通过后述的计算方法计算出的近似能量密度D大于规定值Th作为条件，实施对此时的放电火花的放电路径长度L进行累计的累计处理。并且，基于在经过规定期间时通过累计处理计算出的放电火花的放电路径长度L的累计值，实施后述的可燃混合气的燃烧状态判定处理。
在本实施方式中，近似能量密度D如(1)式记载那样，通过二次电流I2除以作为放电火花的长度的放电路径长度L来计算。
D＝I2÷L…(1)
关于放电路径长度L，如图4中记载那样，发现了二次电压V2与放电路径长度L的关系能够通过自然对数高精度地近似。因此，如(2)式记载那样基于二次电压V2的绝对值的自然对数值，计算放电路径长度L。a、b是适当规定二次电压V2与放电路径长度L的关系的常量。
L＝a×ln(V2)+b…(2)
放电路径长度L基于检测到的二次电压V2被依次算出，近似能量密度D也基于检测到的二次电流I2与计算的放电路径长度L被依次算出。
参照图5说明燃烧状态判定控制。在图5中示出了，通过使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通而在火花塞19产生放电火花后的、放电火花的近似能量密度D与放电路径长度L的时间序列变化。
在从使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通起的规定期间内(参照时间t1－t3)，到近似能量密度D小于规定值Th为止，对计算出的此时的放电火花的放电路径长度L进行累计(参照时间t2)。近似能量密度D大于规定值Th的放电火花的放电路径长度L的累计式如(3)式记载，通过对近似能量密度D减去规定值Th得到的值的阶跃函数u与放电路径长度L的积进行积分来求出。
V＝∫L×u(D－Th)dt…(3)
在经过规定期间时，实施燃烧状态判定处理。具体而言，将通过累计处理计算出的近似能量密度D大于规定值Th作为条件，判定将此时的放电火花的放电路径长度L累计而得的放电路径长度L的累计值(以下，称作近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值)是否小于第一阈值。在判定为累计而得的近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值不小于第一阈值的情况下，放电火花足够有助于可燃混合气的燃烧，因此判断为可燃混合气的燃烧状态良好，结束放电控制。另一方面，在判定为累计而得的近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值小于第一阈值的情况下，可燃混合气的燃烧不足以帮助放电火花，判断为可燃混合气的燃烧状态较差，实施再放电控制。
在再放电控制中，首先通过再次向IGBT312的栅极端子输出驱动信号IG，从而结束在火花塞19产生的放电火花。由此，从电源部313向初级线圈311A供给能量。然后，在经过第二规定时间后，点火控制电路314停止向IGBT312的栅极端子的驱动信号IG的输出，使火花塞19实施再放电。另外，第二规定时间设定得比第一规定时间短。这是因为假设使在火花塞19产生的放电火花结束时，在初级线圈311A尚储存有电力，至储存使火花塞19产生再放电所需的电力为止的时间较短。
在本实施方式中，即使在实施再放电控制的情况下也进行可燃混合气的燃烧状态的判定。通过实施再放电控制，在火花塞19再次产生的放电火花继续对到此为止被火花塞19中产生的放电火花加热后的可燃混合气进行加热。因此，在实施了再放电控制的情况下，在规定期间中计算出的近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值与在1个燃烧周期中到目前为止计算出的放电路径长度L的累计值相加。由此计算出的合计值小于第一阈值时，假定为可燃混合气的燃烧状态尚未良好，因此实施再放电控制。另一方面，计算出的总计值不小于第一阈值时，假定为可燃混合气的燃烧状态变得良好，因此不实施再次的放电产生控制。通过实施这样的控制，能够进行控制以使放电路径长度L的累计值大于第一阈值，此外，能够将为了使可燃混合气的燃烧状态良好而实施放电产生控制的次数限制在必要最低限度。
然而，燃烧室内的空燃比越倾向稀薄，则可燃混合气越难以燃烧。因此，为了使可燃混合气良好地燃烧，需要更长时间地产生近似能量密度D大于规定值Th的放电火花。因此，空燃比越大(倾向贫侧)，则点火控制电路314越大地设定第一阈值。此外，如本实施方式那样在设置有EGR通路23的发动机11中，其EGR率越大，则燃烧室内中的EGR气体所占的比例越多，因此可燃混合气的燃烧变得困难。EGR气体较多时，为了使可燃混合气良好地燃烧，需要更长时间地产生近似能量密度D大于规定值Th的放电火花。因此，EGR率越大，则点火控制电路314越大地设定第一阈值。
假设在通过切断一次电流I1使火花塞19产生放电火花时，在对电压检测用路径L3施加的二次电压V2以及流过电流检测用路径L1的二次电流I2中产生噪声。认为在产生噪声的期间，计算的近似能量密度D以及放电路径长度L中包含误差，因此该期间不适宜实施上述的燃烧状态判定控制。考虑到该情况，在本实施方式中，将使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通紧之后作为起点，设定规定的掩蔽期间，上述的规定期间排除掩蔽期间地设定。
此外，若在火花塞19产生放电火花的期间变长，则由于燃烧室11b内的气流，放电火花呈“U”字状伸长。此时，若存在相互面向的火花放电彼此的距离较近的位置，则可能产生在该位置火花放电彼此接合，该位置以后的放电火花的伸长部分消失的放电短路。即使在产生放电短路的情况下，由于在二次电压V2以及二次电流I2产生噪声，因此以与在火花塞19产生的放电火花短路的概率增高的期间不重叠的方式，设定上述的规定期间。
在本实施方式中，通过点火控制电路314实施后述的图6所记载的燃烧状态判定控制。图6所示的燃烧状态判定控制在放电期间内通过点火控制电路314以规定周期反复实施，该放电期间是作为使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通而开始的使火花塞19实施放电的期间。
首先在步骤S100中，判定当前是否包含在掩蔽期间内。在判定为当前不包含在掩蔽期间内的情况下(S100：否)，进入步骤S110。
在步骤S110中，检测对电压检测用路径L3施加的二次电压V2。在步骤S120中，检测在电流检测用路径L1中流动的二次电流I2。
在步骤S130中，基于二次电压V2的绝对值的自然对数值，计算放电路径长度L。在步骤S140中，通过二次电流I2除以放电路径长度L，来计算近似能量密度D。
在步骤S150中，判定在步骤S140中计算出的近似能量密度D是否大于规定值Th。在判定为近似能量密度D不大于规定值Th的情况下(S150：否)，进入后述的步骤S170。在判定为近似能量密度D大于规定值Th的情况下(S150：是)，进入步骤S160。在步骤S160中，累计在步骤S130中计算出的放电路径长度L。
在步骤S170中，判定是否经过了累计放电路径长度L的规定期间。在判定为经过了规定期间内的情况下(S170：是)，进入步骤S180。在步骤S180中，根据由空燃比传感器40检测到的空燃比、基于EGR控制阀24的开度计算出的EGR率，设定第一阈值。在步骤S190中，判定在步骤S160中累计得出的放电路径长度L的累计值是否小于第一阈值。在判定为放电路径长度L的累计值不小于第一阈值的情况下(S190：否)，进入步骤S200，判定为可燃混合气的燃烧状态良好，结束本控制。在判定为放电路径长度L的累计值小于第一阈值的情况下(S190：是)，进入步骤S210，判定为可燃混合气的燃烧状态较差，进入步骤S220。在步骤S220中，实施再放电控制，返回步骤S100。
在判定为当前包含在掩蔽期间内的情况下(S100：是)、在判定为未经过对放电路径长度L进行累计的规定期间的情况下(S170：否)，返回步骤S100。
另外，关于在再放电控制时实施的燃烧状态判定控制，变更一部分其控制内容。具体而言，在步骤S190的判定处理中，变更为判定在步骤S160中累计得出的放电路径长度L的累计值、与在1燃烧周期中到目前为止计算出的放电路径长度L的累计值的合计值是否小于第一阈值的判定处理。除此以外的步骤与初次放电时的燃烧状态判定控制的步骤相同。
另外，步骤S130的处理相当于作为放电路径长度计算部的处理，步骤S140的处理相当于作为近似能量密度计算部的处理，步骤S150以及步骤S160的处理相当于作为累计值计算部的处理。
接下来，参照图7说明本实施方式的燃烧状态判定控制的方式。
在图7中，“IG”通过高/低表示是否向IGBT312的栅极端子输出了驱动信号IG。“I1”表示在初级线圈311A中流动的一次电流I1的值，“V1”表示对初级线圈311A施加的一次电压V1的值。此外“V2”表示对火花塞19施加的二次电压V2的值，“I2”表示在火花塞19中流动的二次电流I2的值。
通过从电子控制单元32接收到点火信号IGt的点火控制电路314，向IGBT312的栅极端子发送驱动信号IG(参照时间t10)。由此，IGBT312成为闭合状态，一次电流I1流向初级线圈311A。然后，通过在经过第一规定时间后停止从电子控制单元32向点火控制电路314的点火信号IGt的输出，伴随于此点火控制电路314向IGBT312的栅极端子的驱动信号IG的输出被停止(参照时间t11)。由此，IGBT312成为断开状态，流向初级线圈311A的一次电流I1的导通被切断，在次级线圈311B感应引起二次电压V2，火花塞19的火花间隙部的气体被绝缘破坏，从而在火花塞19产生放电火花。
在火花塞19产生放电火花起(流向初级线圈311A的一次电流I1的导通被切断起)至经过规定的掩蔽期间(参照时间t11－12)，不计算近似能量密度D。在设置于规定的掩蔽期间后的规定期间中(参照时间t12－t13)，通过检测到的二次电流I2除以基于检测到的二次电压V2而计算出的放电火花的放电路径长度L，来计算近似能量密度D。然后将计算的近似能量密度D大于规定值Th作为条件，累计该时的放电火花的放电路径长度L。
在经过规定期间后(参照时间t13)，判定在规定期间中累计得出的近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值是否小于第一阈值。然后，通过判定为在规定期间中累计得出的近似能量密度D较大的电路径长L的累计值小于第一阈值，由点火控制电路314再次向IGBT312的栅极端子发送驱动信号IG(参照时间t14)。之后，通过经过第二规定时间来停止向IGBT312的栅极端子的驱动信号IG的输出(参照时间t14－t15)。由此，在火花塞19再次产生放电火花。
再放电时也与初次放电相同，设置有规定的掩蔽期间，从在火花塞19产生放电火花起至经过规定的掩蔽期间(参照时间t15－16)，不计算近似能量密度D。然后，在设置于规定的掩蔽期间后的规定期间中，将计算的近似能量密度D大于规定值Th作为条件，累计该时的放电火花的放电路径长度L(参照时间t16－17)。经过规定期间后(参照时间t17)，判定在规定期间中累计得出的近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值、与1燃烧周期中到目前为止计算出的近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值的合计值是否小于第一阈值。通过判定为该合计值不小于第一阈值，不实施再放电控制，直接结束放电控制。
另外，在时间t13－14区间内，使一次电压V1、二次电压V2、以及二次电流I2产生了较大的变动。可认为这是由在火花塞19产生的放电火花短路而产生的现象。这样，若产生放电短路，则在一次电压V1、二次电压V2、以及二次电流I2产生较大的变动，因此规定期间的终点优选设定在放电短路产生的可能性增高的期间之前。
根据上述构成，本实施方式起到以下的效果。
将在规定期间内计算出的放电路径长度L的累计值小于第一阈值作为条件，实施再放电控制。由此，能够使可燃混合气的燃烧状态良好。
实际上，在图8以及图9中示出了通过实施再放电控制而改善了可燃混合气的燃烧状态。
图8对于燃烧室11b内的空燃比越倾向贫侧则发动机11的扭矩变动率变动多少，对比了使火花塞19仅产生一次放电火花情况下的数据、与使火花塞19根据本实施方式产生二次放电火花情况下的数据。根据图8可知，在使火花塞19仅产生一次放电火花的情况下，空燃比越变大(空燃比越倾向贫)，则扭矩变动率越大。换句话说，显示出空燃比越变大，则发动机11缺火的频次增加。另一方面，在使火花塞19根据本实施方式产生二次放电火花的情况下，与使火花塞19仅产生一次放电火花的情况下的数据相比，实现了减小空燃比变大时的扭矩变动率的变化。据此显示出，使火花塞19根据本实施方式产生二次放电火花一方，能够降低发动机11缺火的频次。
图9的(a)在燃烧室11b内的空燃比倾向富侧的环境下，对比了使火花塞19仅产生一次放电火花的情况、与使火花塞19根据本实施方式产生二次放电火花的情况的数据。图9的(b)在与图9的(a)相比燃烧室11b内的空燃比倾向贫侧的环境下，对比了使火花塞19仅产生一次放电火花的情况、与使火花塞19根据本实施方式产生二次放电火花的情况的数据。图9的(a)、(b)两方的纵轴表示，从点火时期起至经过可燃混合气的质量中的2％燃烧为止的曲柄角。因此，纵轴的值越大，则至使可燃混合气燃烧为止的时间越长，在放电期间内不能使可燃混合气燃烧、缺火的可能性越高。
如图9的(a)那样，在燃烧室11b内的空燃比倾向富侧的环境下，在使火花塞19仅产生一次放电火花的情况下，也能够以与使火花塞19根据本实施方式产生二次放电火花的情况同等的时间，使可燃混合气燃烧。然而，如图9的(b)那样，在燃烧室11b内的空燃比倾向贫侧的环境下，使火花塞19仅产生一次放电火花的情况中的、特别是近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值较小的放电火花，呈使可燃混合气燃烧为止花费较多的时间的趋势。换句话说，显示出了在使火花塞19仅产生一次放电火花的情况下，在近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值较大时，能够使可燃混合气良好地燃烧，另一方面，在近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值较小时，可燃混合气的燃烧状态呈较差的趋势。
相对于此，在燃烧室11b内的空燃比倾向贫侧的环境下使火花塞19根据本实施方式产生二次放电火花时，与产生一次放电火花式相比能够增大近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值，因此实现了在放电期间内使可燃混合气的燃烧状态良好。因此，通过实施本燃烧状态判定控制，通过将近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值小于第一阈值作为条件实施再放电控制，能够改善可燃混合气的燃烧状态。
此外，在规定期间内计算出的近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值不小于第一阈值的情况下，能够推测为可燃混合气的燃烧状态良好。因此，不实施再放电控制，从而对于火花塞19能够抑制消耗不必要的能量。
图10的(a)是表示将从点火时期起至可燃混合气的质量中的2％燃烧为止计算出的能量密度大于规定值Th作为条件，累计得出的放电火花的放电路径长度L的值的数据。图10的(b)是表示将从点火时期至可燃混合气的质量中的2％燃烧为止计算出的近似能量密度D大于规定值Th作为条件，累计得出的放电火花的放电路径长度L的值的数据。根据图10的(a)所示的结果与图10的(b)所示的结果大体一致可知，近似能量密度D能够将放电火花的能量密度适当近似。另外，图10的(a)、(b)均在同等的环境下进行试验。
通过使用近似能量密度D代替能量密度来实施本燃烧状态判定控制，能够省去放电能量的计算工序(也可以说是能够省去计算二次电流I2与二次电压V2的积的计算工序)。进而能够实现在实施本控制上所需的计算电路的简单化。
可认为近似能量密度D大于规定值Th的放电火花有助于可燃混合气的燃烧。但是，可燃混合气的燃烧状态由于面向放电火花的可燃混合气的面积的合计(放电火花给予热的可燃混合气的合计量)而不同(例如，给予的热越大越促进燃烧)。因此，通过计算近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值，能够掌握可燃混合气面向放电火花的面积的合计，进而能够推测可燃混合气的燃烧状态。
如(2)式记载那样，通过基于二次电压V2的绝对值的自然对数值，计算放电路径长度L，无需准备预先决定这些关系的映射等，能够通过计算式计算放电路径长度L。
通过可燃混合气的空燃比越大则越大地设定第一阈值，能够更高精度地推测可燃混合气的燃烧状态。
通过EGR气体越多则越大地设定第一阈值，能够更高精度地推测可燃混合气的燃烧状态。
通过排除使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通紧之后的规定的掩蔽期间来设定规定期间，能够减少近似能量密度D较大的放电路径长度L的累计值中包含的误差。
在本燃烧状态判定控制中，基于近似能量密度D大于规定值Th的状态的放电火花的放电路径长度L的累计值来推测可燃混合气的燃烧状态。因此，即使在燃烧室11b内的气体的流速较高的环境下，也能够抑制可燃混合气的燃烧状态的误推测。
另外，也能够如以下那样变更地实施上述实施方式。
在上述实施方式中，燃烧状态判定控制通过点火控制电路314来实施。对此，既可以由电子控制单元32实施燃烧状态判定控制，也可以电子控制单元32与点火控制电路314配合来实施。此外，不限于电子控制单元32或点火控制电路314，也可以由其他控制电路来实施。
在上述实施方式中，检测对电压检测用路径L3施加的二次电压V2，使用检测到的二次电压V2计算放电路径长度L以及近似能量密度D。另外，二次电压V2与一次电压V1的符号相反，且值的大小存在差异。然后，如图11所示，一次电压V1的变化形态呈现与二次电压V2相同的变化形态，因此也可以用一次电压V1代替二次电压V2。具体而言，点火电路单元31也可以采用具备检测对初级线圈311A施加的一次电压V1的电压检测用路径来代替电压检测用路径L3的构成，并使用检测到的一次电压V1来计算放电路径长度L。
在上述实施方式中，通过二次电流I2除以放电路径长度L来计算近似能量密度D。对此，例如也可以通过二次电流I2减去噪声的电流值，将其值除以放电路径长度L来计算近似能量密度D。或者，也可以预先制作表示二次电流I2、放电路径长度L、与近似能量密度D的关系的映射，参照映射，根据二次电流I2、与放电路径长度L取得近似能量密度D。
在上述实施方式中，如(2)式记载那样，基于二次电压V2的绝对值的自然对数值计算放电路径长度L。对此，也可以准备预先决定了二次电压V2与放电路径长度L的关系的映射，根据检测到的二次电压V2、参照映射推测放电路径长度L。
在上述实施方式中，点火控制电路314设定了第一阈值。对此，也可以是点火控制电路314无需设定第一阈值，例如由电子控制单元32设定第一阈值。
在上述实施方式中，空燃比越大(倾向贫侧)，或EGR率越大，则越大地设定作为判定可燃混合气的燃烧状态是否良好的阈值的第一阈值。对此，第一阈值也可以是固定值。
在上述实施方式中，在实施了再放电控制的情况下，也实施了本燃烧状态判定控制。对此，在实施了再放电控制的情况下，也可以认为可燃混合气的燃烧状态已被改善，不实施本燃烧状态判定控制。在该情况下，能够降低燃烧状态判定控制的实施频次，能够实现减轻点火控制电路314的负担。
在上述实施方式中，将使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通紧之后作为起点，设定了规定的掩蔽期间。对此，也可以不设定掩蔽期间，而是从使IGBT312切断流向初级线圈311A的一次电流I1的导通紧之后起设定规定期间。
上述实施方式的点火电路单元31在进行均质稀薄燃烧的情况下，搭载于通过设置于吸气端口13的附近的气流控制阀27在燃烧室11b内产生涡流、滚流等的气流的发动机11。对此，上述实施方式的点火电路单元31无需一定搭载于设置了气流控制阀27的发动机11。
在上述实施方式中，基于(3)式计算了放电路径长度L。对此，无需一定基于(3)式计算放电路径长度L。例如，也可以如图12记载那样，在规定期间中，每经过第三规定时间(例如0.02ms)计算在火花塞19产生的放电火花的放电路径长度L，在经过规定期间时将每经过第三规定时间计算出的放电路径长度L全部相加，来计算放电路径长度L的累计值。另外，关于图12记载的图表，假设至少规定期间中的放电火花处于近似能量密度D高于第一阈值的状态。
由于气缸内的流速较高而在火花塞19产生的放电火花被吹灭，或由于燃料不完全燃烧而产生的碳附着于火花塞19的电极外周部，在碳与火花塞19的安装配件之间产生内部放电，从而有可能在经过规定期间前在火花塞19产生的放电火花消失(放电结束)。在该情况下，假设在将可燃混合气充分加热前放电结束，可燃混合气的燃烧状态非良好的可能性较高。作为该对策，在规定期间内，在电流检测用路径L1中流动的二次电流I2的绝对值小于第二阈值时，立即实施再放电控制。
图13将图6的流程图的一部分进行了变更。即，作为在相当于图6中的步骤S170的步骤S370的判定处理中判定为否的情况下进入的步骤，新追加了步骤S430。
在步骤S430中，在相当于步骤S120的步骤S320中，判定检测到的二次电流I2的绝对值是否小于第二阈值。在判定为二次电流I2的绝对值不小于第二阈值的情况下(S430：否)，返回步骤S300。在判定为二次电流I2的绝对值小于第二阈值的情况下(S430：是)，进入相当于步骤S220的步骤S420。
对于除此以外的步骤，图13的各步骤S300、310、330、340、350、360、380、390、400、以及410的处理分别与图6的各步骤S100、110、130、140、150、160、180、190、200、以及210的处理相同。
由此，假使在火花塞19产生的放电火花在规定期间内消失，也立即实施再放电控制，从而能够使火花塞19再次产生放电火花。进而，能够缩短从放电结束起至再次产生放电火花的间隔。如图14记载那样，实施了二次放电时的放电间隔更短一方即使在EGR率较高的环境下也能够减少扭矩变动率。可以认为，这是由于被第一次产生的放电火花加热后的可燃混合气，能够被通过再放电控制而产生的第二次的放电火花再次加热，因此抑制了可燃混合气的点火性以及燃烧状态的恶化。
在本其他例中，在规定期间内，在电流检测用路径L1中流动的二次电流I2的绝对值小于第二阈值时，立即实施再放电控制。对此，也可以代替二次电流I2的绝对值，基于一次电压V1的绝对值或二次电压V2的绝对值、近似能量密度D进行判定。具体而言，也可以设为在规定期间内，在一次电压V1的绝对值或者二次电压V2的绝对值小于用于识别0而设置的第三阈值时立即实施再放电控制的构成。或者，也可以设为在规定期间内，在近似能量密度D小于第四阈值时立即实施再放电控制的构成。
另外，规定值Th、以及第一阈值～第三阈值的关系如以下所述。规定值Th是用于判定在火花塞19产生的放电火花是否有助于可燃混合气的燃烧的阈值。第一阈值是用来基于放电路径长度L判定放电火花足以有助于可燃混合气的燃烧，因此可燃混合气的燃烧状态良好的阈值。第二阈值是用于基于二次电流I2的绝对值判定在火花塞19产生的放电火花是否在规定期间内消失的阈值。第三阈值是用于基于一次电压V1的绝对值或者二次电压V2的绝对值判定在火花塞19产生的放电火花在规定期间内是否消失的阈值。第四阈值是用于基于近似能量密度D的绝对值判定在火花塞19产生的放电火花在规定期间内是否消失的阈值。此时，判定为在火花塞19产生的放电火花在规定期间内消失时，立即实施再放电控制，因此第二阈值～第四阈值均可以说是判定是否应立即实施再放电控制的阈值。因此，第三阈值相当于技术方案范围中的第二阈值。
本发明以实施例为基准进行了记叙，但应理解为本发明不限于该实施例及构造。本发明也包含各种变形例及均等范围内的变形。并且，各种组合、形态进而包含仅一要素、其以上或其以下的其他组合、形态也落入本发明的范畴及思想范围内。

Claims (8)

1.一种点火控制系统，适用于内燃机，所述内燃机具备：
火花塞(19)，在一对放电电极之间产生用于对内燃机(11)的气缸内的可燃混合气点火的放电火花；
点火线圈(311)，具备初级线圈(311A)以及次级线圈(311B)，通过所述次级线圈对所述火花塞施加二次电压；
电压值检测部(L3，314)，检测对所述初级线圈施加的一次电压、以及对所述火花塞施加的二次电压的至少一方的电压值；以及
二次电流检测部(L1，314)，检测在所述火花塞中流动的二次电流，
所述点火控制系统具备：
一次电流控制部(314)，在1燃烧周期中实施1次或者多次放电产生控制，该放电产生控制指的是，在进行了向所述初级线圈导通一次电流后，进行所述一次电流的切断，从而使所述火花塞产生所述放电火花；
放电路径长度计算部(314)，基于由所述电压值检测部检测到的所述电压值，依次计算作为形成于所述放电电极间的所述放电火花的长度的放电路径长度；
近似能量密度计算部(314)，基于由所述二次电流检测部检测到的所述二次电流、由所述放电路径长度计算部计算出的所述放电路径长度，依次计算作为所述放电火花的每单位长度的能量即能量密度的近似值的近似能量密度；以及
累计值计算部(314)，在1燃烧周期中在进行所述一次电流的切断后的规定期间内，将由所述近似能量密度计算部计算出的所述近似能量密度大于规定值作为条件，对由所述放电路径长度计算部计算出的此时的所述放电路径长度进行累计来计算累计值，
所述一次电流控制部将由所述累计值计算部计算出的所述累计值小于第一阈值作为条件，再次实施所述放电产生控制。
2.如权利要求1所述的点火控制系统，
所述放电路径长度计算部基于由所述电压值检测部检测到的所述电压值的绝对值的自然对数值，计算所述放电路径长度。
3.如权利要求1或2所述的点火控制系统，
所述可燃混合气的空燃比越大，越大地设定所述第一阈值。
4.如权利要求1或2所述的点火控制系统，
所述内燃机具备排气再循环机构，该排气再循环机构使所述可燃混合气燃烧后的排气向所述气缸内再循环，
所述排气的再循环量越多，越大地设定所述第一阈值。
5.如权利要求1或2所述的点火控制系统，
所述累计值计算部在由所述一次电流控制部再次实施了所述放电产生控制的情况下，计算所述规定期间内的所述累计值，
所述一次电流控制部在1燃烧周期中，将到目前为止由所述累计值计算部累计得出的所述累计值加上本次计算出的累计值后的合计值小于所述第一阈值作为条件，再次实施所述放电产生控制。
6.如权利要求1或2所述的点火控制系统，
所述一次电流控制部在所述规定期间内由所述二次电流检测部检测到的所述二次电流的绝对值小于第二阈值的情况下，或者在所述规定期间内由所述电压值检测部检测到的所述电压值的绝对值小于第三阈值的情况下，或者在所述规定期间内由所述近似能量密度计算部计算出的所述近似能量密度小于第四阈值的情况下，立即再次实施所述放电产生控制。
7.如权利要求1或2所述的点火控制系统，
所述规定期间设定为，排除了切断所述一次电流紧之后的规定的掩蔽期间。
8.如权利要求1或2所述的点火控制系统，
所述内燃机具备在所述气缸内产生气流的气流生成部(27)，
在所述气缸内生成均质且稀薄的稀薄混合气而进行均质稀薄燃烧的情况下，由所述气流生成部在所述气缸内产生所述气流。
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