JP2015200280A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で燃焼室における混合気の燃焼状態を推定可能な制御装置を提供する。
【解決手段】電圧検出回路９５は、二次コイル５２と点火プラグ４０との間の電圧を検出可能である。制御部８１は、エンジンの燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」の後、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御し、かつ、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御し、このとき電圧検出回路９５により検出した電圧に対応する値である電圧値に基づき、燃焼室における混合気の燃焼状態を推定可能な「燃焼状態推定手段」を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、制御装置に関し、特に内燃機関の点火装置を制御する制御装置に関する。

従来、内燃機関の点火装置を制御し、燃焼室の混合気の点火を制御する制御装置が知られている。例えば、特許文献１に記載された制御装置では、燃焼室の圧力を検出する圧力センサからの信号に基づき、燃焼室における混合気の燃焼状態を推定し、推定した燃焼状態に応じて点火時期等の制御を行っている。

実開昭６２−５９７７２号公報

しかしながら、特許文献１の制御装置の場合、燃焼室における燃料の燃焼状態を推定するために、燃焼室に圧力センサを設ける必要である。そのため、コストが増大するおそれがある。また、圧力センサが故障した場合、燃焼状態を推定できなくなるおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で燃焼室における混合気の燃焼状態を推定可能な制御装置を提供することにある。

本発明は、点火プラグと点火コイルとイグナイタ部とエネルギ投入部とを備える点火装置を制御し、内燃機関の燃焼室の混合気の点火を制御可能な制御装置であって、制御部と電圧検出手段と燃焼状態推定手段とを備えている。ここで、点火プラグは、内燃機関の燃焼室に設けられ、放電することにより燃焼室の混合気に点火可能である。点火コイルは、一端が電源側に接続され他端が接地側に接続される一次コイル、および、一端が点火プラグに接続される二次コイルを有している。イグナイタ部は、一次コイルから接地側への電流の流れを許容または遮断可能に設けられている。エネルギ投入部は、点火コイルに対し電気エネルギを投入可能である。

制御部は、放電制御手段、エネルギ投入制御手段、通常点火制御手段および特定点火制御手段を有し、燃焼室の混合気の点火を制御可能である。
放電制御手段は、一次コイルから接地側への電流の流れを遮断するようイグナイタ部を制御することにより二次コイルに高電圧を生じさせ、点火プラグが放電するよう点火プラグを制御する。これにより、点火プラグが放電し、混合気に点火することができる。

エネルギ投入制御手段は、放電制御手段による点火プラグの制御開始後、点火コイルに対し電気エネルギを投入するようエネルギ投入部を制御する。これにより、放電制御手段の制御により生じた点火プラグの放電状態を維持することができる。そのため、混合気の着火性を向上することができる。
通常点火制御手段は、放電制御手段により点火プラグを制御することのみによって、燃焼室の混合気の点火を制御する。
特定点火制御手段は、放電制御手段により点火プラグを制御し、かつ、エネルギ投入制御手段によりエネルギ投入部を制御することによって、燃焼室の混合気の点火を制御する。
電圧検出手段は、二次コイルと点火プラグとの間の電圧を検出可能である。

燃焼状態推定手段は、内燃機関の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」の後、放電制御手段により点火プラグを制御し、かつ、エネルギ投入制御手段によりエネルギ投入部を制御し、このとき電圧検出手段により検出した電圧に対応する値である電圧値に基づき、燃焼室における混合気の燃焼状態を推定可能である。

このように、本発明では、燃焼室における混合気の燃焼状態を推定するために、例えば圧力センサ等の圧力検出手段を燃焼室に設ける必要がない。そのため、簡単な構成で燃焼状態を推定することができ、コストを低減することができる。また、圧力センサ等の圧力検出手段を燃焼室に設ける必要がないため、「圧力検出手段の故障により燃焼状態の推定ができなくなる」といった事態を招くことがない。

本発明の一実施形態による制御装置、および、これを適用したエンジンシステムを示す図。 本発明の一実施形態による制御装置の回路構成を示す図。 本発明の一実施形態の制御装置および点火装置の作動例を説明するための図。 本発明の一実施形態の制御装置による燃焼圧および燃焼速度の推定の仕方を説明するための図。 本発明の一実施形態による制御装置を適用したエンジンシステムのエンジンの燃焼行程における筒内圧とクランク角との関係を示す図。 本発明の一実施形態の制御装置による燃焼状態の推定の仕方を説明するための図。

以下、本発明の実施形態による制御装置を図面に基づき説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による制御装置を図１、２に示す。制御装置１０は、エンジンシステム１に適用され、エンジンシステム１を構成する各部を制御可能である。

エンジンシステム１は、内燃機関としてのエンジン２０、および、点火装置１１等を備えている。
エンジン２０は、例えばガソリンを燃料として駆動する予混合燃焼式の４気筒エンジンである。エンジン２０は、気筒２１、エンジンヘッド２２、吸気弁２５、排気弁２６、ピストン２７、クランクシャフト２９等を有している。

気筒２１は筒状に形成されている。本実施形態では、気筒２１は、エンジン２０に４つ形成されている。エンジンヘッド２２は、気筒２１の一端を塞ぐよう設けられている。エンジンヘッド２２には、気筒２１の内側空間に連通する吸気ポート２３および排気ポート２４が形成されている。
吸気弁２５は、吸気ポート２３と気筒２１の内側空間との間を開閉可能に設けられている。排気弁２６は、排気ポート２４と気筒２１の内側空間との間を開閉可能に設けられている。

ピストン２７は、気筒２１の内側で軸方向に往復移動可能に設けられている。気筒２１の内壁とエンジンヘッド２２とピストン２７とにより燃焼室２８が形成されている。燃料と空気とが混合した気体、すなわち、混合気が燃焼室２８で燃焼すると、燃焼室２８の容積が増大しピストン２７がエンジンヘッド２２とは反対側へ移動する。なお、燃焼室２８で混合気が燃焼するとき、燃焼ガスが生じる。

クランクシャフト２９は、ピストン２７の往復移動により回転可能に設けられている。燃焼室２８で燃料が燃焼し、気筒２１内でピストン２７が往復移動すると、クランクシャフト２９が回転し、クランクシャフト２９からトルクが出力される。クランクシャフト２９から出力されるトルクは、図示しない車両の車輪に伝達される。これにより、車両が走行する。

エンジンヘッド２２の吸気ポート２３には、吸気管３１が接続されている。吸気管３１の内側には、吸気通路３２が形成されている。吸気通路３２は、一端が大気に開放され、他端が吸気ポート２３に接続している。これにより、大気（空気）は、吸気通路３２および吸気ポート２３を経由して燃焼室２８に供給される。以下、適宜、大気側からエンジン２０の燃焼室２８に供給される空気を吸気という。

吸気通路３２には、スロットル弁２が設けられている。スロットル弁２は、アクチュエータ３により回転駆動されることで、吸気通路３２を開閉可能である。すなわち、スロットル弁２は、吸気通路３２を開閉することにより、燃焼室２８に供給する吸気の量を変更可能である。

吸気管３１のエンジンヘッド２２近傍には、燃料噴射弁４が設けられている。燃料噴射弁４は、燃料を吸気ポート２３に噴射可能である。これにより、燃料と吸気（空気）との混合気が燃焼室２８に供給される。燃料噴射弁４は、噴孔の開閉を制御されることにより、噴射する燃料の量を変更可能である。すなわち、燃料噴射弁４は、燃焼室２８に供給する燃料の量を変更可能である。

エンジンヘッド２２の排気ポート２４には、排気管３３が接続されている。排気管３３の内側には、排気通路３４が形成されている。排気通路３４は、一端が排気ポート２４に接続し、他端が大気に開放されている。これにより、燃焼室２８で生じた燃焼ガスを含む空気は、排気ポート２４および排気通路３４を経由して大気側に排出される。以下、適宜、エンジン２０の燃焼室２８から排出される、燃焼ガスを含む空気を排気という。本実施形態では、排気通路３４に三元触媒３５が設けられている。三元触媒３５は、排気中の炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物を酸化または還元することにより、大気側に排出される排気を浄化する。

本実施形態では、エンジンシステム１は、吸気管３１と排気管３３とを接続するＥＧＲ管３６を有している。ＥＧＲ管３６の内側には、ＥＧＲ通路３７が形成されている。ＥＧＲ通路３７は、排気通路３４と吸気通路３２とを連通している。これにより、排気通路３４の排気は、ＥＧＲ通路３７を経由して吸気通路３２に還流可能である。

ＥＧＲ管３６には、ＥＧＲ弁装置５が設けられている。ＥＧＲ弁装置５は、図示しないＥＧＲ弁によりＥＧＲ通路３７を開閉可能である。すなわち、ＥＧＲ弁装置５は、ＥＧＲ通路３７を開閉することにより、排気通路３４から吸気通路３２に還流される排気の量を変更可能である。

ここで、ＥＧＲ管３６およびＥＧＲ弁装置５は、エンジン２０の燃焼室２８から排出された排気を吸気とともに燃焼室２８に再び供給する排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムを構成している。排気を吸気とともに燃焼室２８に再び供給することにより、大気に排出される排気中の窒素酸化物の低減、および、燃費の向上等を図ることができる。
点火装置１１は、燃焼室２８に導入された混合気に点火するために設けられている。図２に示すように、点火装置１１は、点火プラグ４０、点火コイル５０、イグナイタ部６０、エネルギ投入部７０等を備えている。

点火プラグ４０は、４つの気筒２１のそれぞれに対応するよう４つ設けられている。点火プラグ４０は、放電部４１を有している。放電部４１は、中心電極４２および接地電極４３を有している。中心電極４２と接地電極４３とは、間に所定のギャップを形成している。点火プラグ４０は、放電部４１が燃焼室２８に露出するようエンジンヘッド２２に設けられている（図１参照）。接地電極４３は、エンジンヘッド２２に電気的に接続されている。すなわち、接地電極４３は接地されている。点火プラグ４０は、印加される電圧により放電部４１の中心電極４２と接地電極４３との間で放電し、燃焼室２８の混合気に点火可能である。

点火コイル５０は、４つの点火プラグ４０（気筒２１）のそれぞれに対応するよう４つ設けられている。点火コイル５０は、一端が点火プラグ４０の放電部４１とは反対側に接続するようエンジンヘッド２２に設けられている（図１参照）。点火コイル５０は、一次コイル５１、二次コイル５２、コア５３およびダイオード５４を有している（図２参照）。

一次コイル５１は、例えば銅線をコア５３に所定回数巻くことにより形成され、一端が電源１２の正極に接続されている。電源１２は、正極から十数Ｖ程度の電圧を出力可能な低圧バッテリであり、負極が接地（ボディアース）されている。一次コイル５１は、他端が接地されている。

二次コイル５２は、例えば銅線をコア５３に所定回数巻くことにより形成され、一端が点火プラグ４０の中心電極４２に接続され、他端が接地されている。ここで、二次コイル５２の巻回数は、一次コイル５１よりも多くなるよう設定されている。
コア５３は、例えば鉄等、透磁率が所定値以上の材料により形成されている。

ダイオード５４は、二次コイル５２に対し点火プラグ４０とは反対側に設けられている。ダイオード５４は、アノード側が二次コイル５２に接続し、カソード側が接地されるよう設けられている。これにより、二次コイル５２からダイオード５４を経由した接地側への電流の流れは許容され、接地側からダイオード５４を経由した二次コイル５２側への電流の流れは遮断されている。

イグナイタ部６０は、４つの点火コイル５０（気筒２１）のそれぞれに対応するよう４つ設けられている。イグナイタ部６０は、点火コイル５０の一次コイル５１に対し電源１２とは反対側に設けられている（図２参照）。イグナイタ部６０は、スイッチング素子６１およびダイオード６２を有している。

スイッチング素子６１は、本実施形態では、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。スイッチング素子６１は、コレクタが一次コイル５１に接続され、エミッタが接地されるようにして設けられている。スイッチング素子６１は、ゲートに入力される信号に基づき、オン状態またはオフ状態になるようスイッチング作動する。スイッチング素子６１は、オン状態のとき、一次コイル５１からスイッチング素子６１を経由した接地側への電流の流れを許容し、オフ状態のとき、一次コイル５１からスイッチング素子６１を経由した接地側への電流の流れを遮断する。

ダイオード６２は、アノード側がスイッチング素子６１のエミッタに接続、すなわち、接地されている。ダイオード６２は、カソード側がスイッチング素子６１のコレクタに接続、すなわち、一次コイル５１に接続されている。これにより、接地側からダイオード６２を経由した一次コイル５１側への電流の流れは許容され、一次コイル５１側からダイオード６２を経由した接地側への電流の流れは遮断されている。

イグナイタ部６０のスイッチング素子６１がオン状態のとき、電源１２からの電流は、点火コイル５０の一次コイル５１およびスイッチング素子６１を経由して接地側へ流れる。このとき、コア５３は磁化し磁気エネルギが蓄えられ、周囲に磁界が形成される。一次コイル５１を電流が流れているとき、スイッチング素子６１がオフ状態になると、一次コイル５１から接地側への電流の流れが遮断され、コア５３の周囲の磁界が変化し、自己誘導作用により一次コイル５１に数百Ｖ程度の電圧が生じる。このとき、磁気回路および磁束を共有する二次コイル５２にも数十ｋＶ程度の高電圧が生じる。このとき、二次コイル５２に生じる電圧は、一次コイル５１と二次コイル５２の巻回数に比例した大きさとなる。二次コイル５２に高電圧が生じると、点火プラグ４０の中心電極４２と接地電極４３との電位差が所定値以上になる。その結果、中心電極４２と接地電極４３との間で絶縁破壊が生じ、点火プラグ４０は、中心電極４２と接地電極４３との間で放電する。

以下、適宜、一次コイル５１に流れる電流を一次電流Ｉ１、二次コイル５２に流れる電流を二次電流Ｉ２、二次コイル５２の電圧を二次電圧Ｖ２という。また、電源１２側からイグナイタ部６０側へ向かう方向を一次電流Ｉ１の正方向とし、ダイオード５４側から点火プラグ４０側へ向かう方向を二次電流Ｉ２の正方向とする。また、二次コイル５２に正方向の二次電流Ｉ２が流れるときの二次電圧Ｖ２を正の電圧とする。
本実施形態では、点火プラグ４０が放電するとき、二次電圧Ｖ２は負の電圧であり、二次コイル５２には負方向の二次電流Ｉ２が流れる。

エネルギ投入部７０は、本実施形態では、４つの点火コイル５０に対し１つ設けられている。エネルギ投入部７０は、電源１２とイグナイタ部６０との間に一次コイル５１と並列に設けられている（図２参照）。エネルギ投入部７０は、コイル７１、スイッチング素子７２、７３、ダイオード７４、７５、コンデンサ７６、ドライバ回路７７、７８を有している。
コイル７１は、例えば銅線を所定回数巻くことにより形成され、一端が電源１２と一次コイル５１との間に接続するよう設けられている。

スイッチング素子７２、７３は、本実施形態では、電界効果トランジスタの一種のＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。スイッチング素子７２は、ドレインがコイル７１の他端に接続され、ソースが接地されるようにして設けられている。スイッチング素子７３は、ドレインがコイル７１とスイッチング素子７２との間に接続し、ソースが点火コイル５０の一次コイル５１とイグナイタ部６０との間に接続するよう設けられている。本実施形態では、スイッチング素子７３は、４つの点火コイル５０（気筒２１）のそれぞれに対応し４つ設けられている。

スイッチング素子７２、７３は、ゲートに入力される信号に基づき、オン状態またはオフ状態になるようスイッチング作動する。スイッチング素子７２は、オン状態のとき、コイル７１からスイッチング素子７２を経由した接地側への電流の流れを許容し、オフ状態のとき、コイル７１からスイッチング素子７２を経由した接地側への電流の流れを遮断する。スイッチング素子７３は、オン状態のとき、コイル７１およびスイッチング素子７２側からスイッチング素子７３を経由した一次コイル５１およびイグナイタ部６０側への電流の流れを許容し、オフ状態のとき、コイル７１およびスイッチング素子７２側からスイッチング素子７３を経由した一次コイル５１およびイグナイタ部６０側への電流の流れを遮断する。

ダイオード７４は、アノード側がコイル７１とスイッチング素子７２との間に接続し、カソード側がスイッチング素子７３のドレインに接続するよう設けられている。これにより、コイル７１およびスイッチング素子７２側からダイオード７４を経由したスイッチング素子７３側への電流の流れは許容され、スイッチング素子７３側からダイオード７４を経由したコイル７１およびスイッチング素子７２側への電流の流れは遮断されている。

ダイオード７５は、アノード側がスイッチング素子７３のソースに接続し、カソード側が一次コイル５１とイグナイタ部６０との間に接続するよう設けられている。これにより、スイッチング素子７３側からダイオード７５を経由した一次コイル５１およびイグナイタ部６０側への電流の流れは許容され、一次コイル５１およびイグナイタ部６０側からダイオード７５を経由したスイッチング素子７３側への電流の流れは遮断されている。本実施形態では、ダイオード７５は、４つのスイッチング素子７３のそれぞれに対応し４つ設けられている。
コンデンサ７６は、一端がダイオード７４とスイッチング素子７３との間に接続され、他端が接地されるよう設けられている。

ドライバ回路７７は、入力される信号に基づき、スイッチング素子７２のスイッチング作動に関するスイッチング信号ＳＷｃを生成し、生成したスイッチング信号ＳＷｃをスイッチング素子７２のゲートに出力する。ここで、スイッチング信号ＳＷｃは、オフ（Ｌｏ）またはオン（Ｈｉ）を示す信号である。スイッチング信号ＳＷｃがオフのとき、スイッチング素子７２はオフ状態になり、スイッチング信号ＳＷｃがオンのとき、スイッチング素子７２はオン状態になる。このように、スイッチング素子７２は、ドライバ回路７７から入力されるスイッチング信号ＳＷｃに基づき、スイッチング作動する。

ドライバ回路７８は、入力される信号に基づき、スイッチング素子７３のスイッチング作動に関するスイッチング信号ＳＷｄを生成し、生成したスイッチング信号ＳＷｄをスイッチング素子７３のゲートに出力する。ここで、スイッチング信号ＳＷｄは、オフ（Ｌｏ）またはオン（Ｈｉ）を示す信号である。スイッチング信号ＳＷｄがオフのとき、スイッチング素子７３はオフ状態になり、スイッチング信号ＳＷｄがオンのとき、スイッチング素子７３はオン状態になる。このように、スイッチング素子７３は、ドライバ回路７８から入力されるスイッチング信号ＳＷｄに基づき、スイッチング作動する。本実施形態では、ドライバ回路７８は、４つのスイッチング素子７３のそれぞれに対応し４つ設けられているが、これに限らない。

スイッチング素子７３がオフ状態でスイッチング素子７２がオン状態のとき、電源１２からの電流は、コイル７１およびスイッチング素子７２を経由して接地側へ流れる。このとき、コイル７１には電気エネルギが蓄えられる。コイル７１を電流が流れているとき、スイッチング素子７２がオフ状態になると、コイル７１から接地側への電流の流れが遮断される。これにより、コイル７１から電気エネルギが放出され、ダイオード７４を経由してコンデンサ７６に電気エネルギが供給される。そのため、スイッチング素子７３がオフ状態でスイッチング素子７２がオン状態またはオフ状態を交互に繰り返すようスイッチング作動すると、コイル７１からコンデンサ７６に電気エネルギが徐々に蓄積される。このとき、コンデンサ７６の一端側の電圧Ｖｄｃは、徐々に高くなる。コンデンサ７６に電気エネルギが蓄積された状態、かつ、イグナイタ部６０のスイッチング素子６１がオフ状態で、スイッチング素子７３がオン状態になると、コンデンサ７６の電気エネルギがスイッチング素子７３およびダイオード７５を経由して、対応する点火コイル５０の一次コイル５１に供給（投入）される。このように、エネルギ投入部７０は、電源１２からの電気エネルギをコンデンサ７６に蓄積し、点火コイル５０に対し投入可能である。本実施形態では、エネルギ投入部７０は、点火プラグ４０が放電するときに二次コイル５２に流れる二次電流Ｉ２の極性と同じ、すなわち、負方向の二次電流Ｉ２が重畳されるよう、点火コイル５０に対し電気エネルギを投入する。
本実施形態では、上述したイグナイタ部６０およびエネルギ投入部７０は、点火回路ユニット１３の筐体に収容されている（図２参照）。

図２に示すように、制御装置１０は、制御部８１、電流検出回路９１、電圧検出回路９５等を備えている。
制御部８１は、本実施形態では、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８０の筐体に収容されている。
制御部８１は、例えばマイコンであり、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、時間計測手段としてのタイマ、入出力手段としてのＩ／Ｏ等を有している。制御部８１は、車両の各部に設けられたセンサからの信号等に基づき、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い演算を行い、車両の各部の装置および機器の作動を制御することで、車両を統合的に制御可能である。

図１に示すように、本実施形態では、吸気管３１のスロットル弁２の近傍にスロットル開度センサ６が設けられている。スロットル開度センサ６は、吸気通路３２におけるスロットル弁２の開度を検出し、検出した開度に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、スロットル弁２の開度を検出することができる。

また、吸気管３１のスロットル弁２に対しエンジン２０とは反対側にエアフローメータ７が設けられている。エアフローメータ７は、吸気通路３２を流れる吸気の量、すなわち、エンジン２０の燃焼室２８に供給される吸気の量を検出し、検出した吸気の量に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、燃焼室２８に供給される吸気の量を検出することができる。

また、吸気管３１のスロットル弁２とエンジン２０との間のサージタンクに吸気圧センサ８が設けられている。吸気圧センサ８は、吸気通路３２を流れる吸気の圧力（吸気圧）を検出し、検出した圧力に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、吸気圧を検出することができる。

また、エンジンヘッド２２のカムシャフトの近傍にカムポジションセンサ９が設けられている。カムポジションセンサ９は、排気弁２６または吸気弁２５を開閉駆動するカムシャフトの回転位置を検出し、検出した回転位置に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、カムシャフトの回転位置を検出することができる。そのため、制御部８１は、カム角度の算出、および、気筒判別等を行うことができる。

また、エンジン２０には、クランクシャフト２９の近傍にクランクポジションセンサ１４が設けられている。クランクポジションセンサ１４は、クランクシャフト２９の回転位置を検出し、検出した回転位置に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、クランクシャフト２９の回転位置を検出することができる。そのため、制御部８１は、クランク角の算出、および、クランクシャフト２９の回転数、すなわち、エンジン２０の回転数の算出等を行うことができる。

また、エンジン２０には、気筒２１に水温センサ１５が設けられている。水温センサ１５は、気筒２１を冷却する冷却水の温度（水温）を検出し、検出した温度に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、冷却水の温度を検出することができる。

また、排気管３３のエンジン２０と三元触媒３５との間にＡ／Ｆセンサ１６が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１６は、排気通路３４を流れる排気中の酸素濃度と未燃焼ガス濃度とから、エンジン２０内の空燃比を検出し、検出した空燃比に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、エンジン２０内の空燃比を検出することができる。

また、排気管３３の三元触媒３５に対しエンジン２０とは反対側にＯ₂センサ１７が設けられている。Ｏ₂センサ１７は、大気中の酸素濃度と排気通路３４を流れる排気中の酸素濃度との差で発生する起電力から、エンジン２０内の空燃比が理論空燃比（ストイキオメトリ）に対し濃い（リッチ）状態か薄い（リーン）状態かを検出し、検出した状態に対応する信号（リッチ信号またはリーン信号）を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、エンジン２０内の空燃比が理論空燃比に対し濃い状態か薄い状態かを検出することができる。

また、電源１２には、電圧センサ１８が設けられている。電圧センサ１８は、電源１２の電圧を検出し、検出した電圧に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、電源１２の電圧を検出することができる。
なお、ＥＧＲ弁装置５は、ＥＧＲ通路３７におけるＥＧＲ弁の開度に相関する信号を制御部８１に出力する。これにより、制御部８１は、ＥＧＲ弁の開度を検出することができる。

制御部８１は、上述した各種センサからの信号等に基づき、点火プラグ４０および点火コイル５０を含む点火装置１１、スロットル弁２のアクチュエータ３、燃料噴射弁４、および、ＥＧＲ弁装置５等の作動を制御することで、エンジン２０の運転を制御することができる。

電流検出回路９１は、本実施形態では、点火回路ユニット１３の筐体に収容されている（図２参照）。点火回路ユニット１３には、抵抗９２が設けられている。抵抗９２は、一端が点火コイル５０のダイオード５４のカソード側に接続し、他端が接地されるよう設けられている。電流検出回路９１は、ダイオード５４と抵抗９２との間に接続するよう設けられている。これにより、電流検出回路９１は、ダイオード５４から接地側に流れる電流、すなわち、二次コイル５２を流れる二次電流Ｉ２を検出することができる。

電圧検出回路９５は、本実施形態では、点火回路ユニット１３の筐体に収容されている（図２参照）。点火回路ユニット１３には、抵抗９６、９７が設けられている。抵抗９６は、一端が二次コイル５２と点火プラグ４０との間に接続するよう設けられている。抵抗９７は、一端が抵抗９６の他端に接続し、他端が接地されるよう設けられている。電圧検出回路９５は、抵抗９６と抵抗９７との間に接続するよう設けられている。これにより、電圧検出回路９５は、二次コイル５２と点火プラグ４０との間の電圧、すなわち、二次コイル５２に生じる電圧である二次電圧Ｖ２を検出することができる。ここで、電圧検出回路９５は、特許請求の範囲における「電圧検出手段」に対応する。

次に、制御部８１による点火装置１１の制御、および、燃焼室２８の混合気の点火制御について説明する。
制御部８１は、一次コイル５１から接地側への電流の流れを遮断するようイグナイタ部６０を制御することにより二次コイル５２に高電圧を生じさせ、点火プラグ４０が放電するよう点火プラグ４０を制御する。具体的には、制御部８１は、点火信号ＩＧｔをイグナイタ部６０のスイッチング素子６１のゲートに出力することにより、点火プラグ４０を制御する。ここで、点火信号ＩＧｔは、オフ（Ｌｏ）またはオン（Ｈｉ）を示す信号である。点火信号ＩＧｔがオフのとき、スイッチング素子６１はオフ状態になり、一次コイル５１からスイッチング素子６１を経由した接地側への電流（一次電流Ｉ１）の流れは遮断される。一方、点火信号ＩＧｔがオンのとき、スイッチング素子６１はオン状態になり、一次コイル５１からスイッチング素子６１を経由した接地側への電流の流れは許容される。

点火信号ＩＧｔがオンからオフに変化すると、一次コイル５１を流れていた一次電流Ｉ１の流れが遮断され、二次コイル５２に高電圧が生じる。これにより、点火プラグ４０は、放電部４１の中心電極４２と接地電極４３との間で放電する。その結果、燃焼室２８の混合気に火がつく（着火する）。

このように、制御部８１は、点火信号ＩＧｔを生成しイグナイタ部６０のスイッチング素子６１に出力することにより、点火信号ＩＧｔのオンからオフへの立ち下りのタイミングで点火プラグ４０が放電するよう点火プラグ４０を制御可能である。ここで、制御部８１は、特許請求の範囲における「放電制御手段」に対応する。なお、点火信号ＩＧｔがオンからオフに立ち下がるタイミングを、「放電制御手段」による点火プラグ４０の制御開始時（制御期間の始期）とする。

また、制御部８１は、「放電制御手段」による点火プラグ４０の制御開始後、点火コイル５０に対し電気エネルギを投入するようエネルギ投入部７０を制御する。具体的には、制御部８１は、エネルギ投入期間信号ＩＧｗをドライバ回路７８に出力することによりスイッチング素子７３を制御することでエネルギ投入部７０を制御する。ここで、エネルギ投入期間信号ＩＧｗは、オフ（Ｌｏ）またはオン（Ｈｉ）を示す信号である。エネルギ投入期間信号ＩＧｗは、点火信号ＩＧｔがオンからオフに立ち下がった後、すなわち、「放電制御手段」による点火プラグ４０の制御開始後、オフからオンに立ち上がるよう生成される。

ドライバ回路７８は、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがオンの期間、スイッチング信号ＳＷｄをスイッチング素子７３のゲートに出力する。これにより、スイッチング素子７３は、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがオンの期間、オン状態またはオフ状態になるようスイッチング作動する。

スイッチング素子７３がオン状態のとき、コンデンサ７６に蓄積されていた電気エネルギがスイッチング素子７３およびダイオード７５を経由して点火コイル５０の一次コイル５１の接地側に投入される。ここで、制御部８１は、特許請求の範囲における「エネルギ投入制御手段」に対応する。

「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御し、点火コイル５０の一次コイル５１の接地側に電気エネルギを投入すると、点火コイル５０の二次コイル５２に誘導電流が生じる。この誘導電流は、「放電制御手段」の制御により生じた点火プラグ４０の放電状態を維持可能な電気エネルギに対応する。すなわち、「エネルギ投入部７０は、点火プラグ４０に対し電気エネルギを投入する」と考えることもできる。

本実施形態では、「エネルギ投入制御手段」は、電流検出回路９１により検出される二次電流Ｉ２の値をフィードバックすることにより、所定の電流値である電流狙い値ＩＧａに対応する電流が二次コイル５２を流れるよう、例えばスイッチング信号ＳＷｄのデューティー比（スイッチング周期に対するオン期間の割合）等を制御することによりエネルギ投入部７０を制御する。これにより、エネルギ投入部７０が点火コイル５０に電気エネルギを投入する期間、二次コイル５２には、概ね電流狙い値ＩＧａに対応する二次電流Ｉ２が流れる。

なお、制御部８１は、「エネルギ投入制御手段」により点火コイル５０に電気エネルギを投入するのに先立ち、ドライバ回路７７を経由してスイッチング素子７２を制御することにより、コンデンサ７６に電気エネルギを蓄積する。具体的には、ドライバ回路７７は、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがオンになる前の、例えば点火信号ＩＧｔがオンの期間等、スイッチング信号ＳＷｃをスイッチング素子７２のゲートに出力する。これにより、スイッチング素子７２は、例えば点火信号ＩＧｔがオンの期間、オン状態またはオフ状態になるようスイッチング作動する。その結果、コンデンサ７６に電気エネルギが蓄積される。

本実施形態では、制御部８１は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御することのみによって、燃焼室２８の混合気の点火を制御する「通常点火制御手段」を有している。「通常点火制御手段」による混合気の点火制御では、エネルギ投入部７０による点火コイル５０に対する電気エネルギの投入は行われないため、点火プラグ４０の放電は比較的短時間で終了する。よって、「通常点火制御手段」による混合気の点火制御は、燃焼室２８の混合気に火がつき（着火し）易い状況の場合に適している。

また、制御部８１は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御し、かつ、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御することによって、燃焼室２８の混合気の点火を制御する「特定点火制御手段」を有している。「特定点火制御手段」による混合気の点火制御では、エネルギ投入部７０による点火コイル５０に対する電気エネルギの投入が行われるため、点火プラグ４０の放電は比較的長時間持続する。よって、「特定点火制御手段」による混合気の点火制御は、燃焼室２８の混合気に火がつき（着火し）難い状況の場合に適している。

制御部８１は、例えばエンジン２０の運転状態や環境条件等に応じて燃焼室２８における混合気の点火し易さを判定し、判定結果に基づき、「通常制御手段」による混合気の点火制御と「特定点火制御手段」による混合気の点火制御とを切り替え可能である。
次に、制御部８１による、燃焼室２８における混合気の燃焼状態の推定について説明する。

本実施形態では、制御部８１は、エンジン２０の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」の後、および、「特定点火制御手段による点火制御」の後、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御し、かつ、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御し、このとき電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である電圧値に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼状態を推定する。ここで、制御部８１は、特許請求の範囲における「燃焼状態推定手段」に対応する。

具体的には、「燃焼状態推定手段」（制御部８１）は、エンジン２０の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」の後、および、「特定点火制御手段による点火制御」の後、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているとき電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である第１電圧値Ｖｄ１に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼時の圧力である燃焼圧を推定する。また、「燃焼状態推定手段」（制御部８１）は、エンジン２０の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」の後、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御しているとき電圧検出回路９５により検出した電圧に対応する値である第２電圧値Ｖｄ２に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼の速度である燃焼速度を推定する。

より具体的には、「燃焼状態推定手段」は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているときの第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値に基づき、燃焼圧を推定する。また、「燃焼状態推定手段」は、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御しているときの第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値と、第２電圧値Ｖｄ２の傾きとに基づき、燃焼速度を推定する。
そして、「燃焼状態推定手段」（制御部８１）は、推定した燃焼圧および燃焼速度に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼状態を推定する。

次に、制御装置１０、および、制御装置１０により制御される点火装置１１の作動例を図３に基づき説明する。この作動例では、制御部８１が「特定点火制御手段による点火制御」を行う場合の例を示す。
エンジン２０の圧縮行程において、時刻ｔ１で制御部８１が点火コイル５０の一次コイル５１への通電を開始すべきと判断すると、点火信号ＩＧｔがオンになる。これにより、一次コイル５１への通電（一次電流Ｉ１）が開始される。また、本実施形態では、エネルギ投入部７０のドライバ回路７７は、点火信号ＩＧｔがオンの期間（時刻ｔ１〜２）、オンまたはオフに変化するスイッチング信号ＳＷｃをスイッチング素子７２に出力する。そのため、スイッチング素子７２は、点火信号ＩＧｔがオンの期間、オン状態またはオフ状態になるようスイッチング作動する。これにより、コンデンサ７６に電気エネルギが蓄積される。

時刻ｔ２で制御部８１が混合気に点火すべきタイミング（「放電制御手段」により点火プラグ４０の制御を開始すべきタイミング）であると判断すると、点火信号ＩＧｔがオフになる。これにより、二次コイル５２には負の電圧である二次電圧Ｖ２が生じ、二次電圧Ｖ２の絶対値が時刻ｔ３で所定値以上になり、点火プラグ４０は、放電部４１の中心電極４２と接地電極４３との間で放電する。これにより、燃焼室２８の混合気に火がつく（着火する）。このとき、二次コイル５２には負方向の二次電流Ｉ２が流れ、二次電流Ｉ２の絶対値は、所定値以上になる。なお、時刻ｔ３で点火プラグ４０が放電すると、これに伴い、二次電圧Ｖ２の絶対値は、速やかに所定値以下になる。なお、点火プラグ４０が放電し混合気に点火する時刻ｔ３（点火時期）以降が、エンジン２０の燃焼行程に対応する。

「放電制御手段」による点火プラグ４０の制御が終了する時刻ｔ４で制御部８１がエネルギ投入期間信号ＩＧｗをオンにすると、エネルギ投入部７０のドライバ回路７８は、オンまたはオフに変化するスイッチング信号ＳＷｄをスイッチング素子７３に出力する。これにより、エネルギ投入部７０から点火コイル５０に対する電気エネルギの投入が開始される。スイッチング素子７３は、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがオンの期間（時刻ｔ４〜５）、オン状態またはオフ状態になるようスイッチング作動する。そのため、時刻ｔ４〜５の期間、エネルギ投入部７０から点火コイル５０に対し電気エネルギが投入される。これにより、点火プラグ４０が放電するときに二次コイル５２に流れる二次電流Ｉ２の極性と同じ、すなわち、負方向の二次電流Ｉ２が重畳される。その結果、時刻ｔ３で生じた点火プラグ４０の放電状態が維持される。

本実施形態では、「エネルギ投入制御手段」が、電流検出回路９１により検出される二次電流Ｉ２の値をフィードバックすることにより、電流狙い値ＩＧａに対応する電流が二次コイル５２を流れるようエネルギ投入部７０を制御するため、図３に示すように、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがオンの期間（時刻ｔ４〜５）、二次コイル５２には、概ね電流狙い値ＩＧａに対応する二次電流Ｉ２（平均値がＩＧａ）が流れる。

時刻ｔ５で制御部８１がエネルギ投入期間信号ＩＧｗをオフにすると、スイッチング素子７３のスイッチング作動が停止し、エネルギ投入部７０から点火コイル５０に対する電気エネルギの投入が停止する。これにより、時刻ｔ５で点火プラグ４０の放電が停止し、二次電流Ｉ２および二次電圧Ｖ２が０になる。
このように、制御部８１は、時刻ｔ２〜５の期間、「特定点火制御手段による点火制御」を行う。

「特定点火制御手段による点火制御」が終了する時刻ｔ５から所定期間経過後の時刻ｔ６で制御部８１が点火コイル５０の一次コイル５１への通電を開始すべきと判断すると、点火信号ＩＧｔがオンになる。これにより、一次コイル５１への通電（一次電流Ｉ１）が開始される。エネルギ投入部７０のドライバ回路７７は、点火信号ＩＧｔがオンの期間（時刻ｔ６〜７）、オンまたはオフに変化するスイッチング信号ＳＷｃをスイッチング素子７２に出力する。これにより、コンデンサ７６に電気エネルギが蓄積される。

時刻ｔ７で制御部８１が「放電制御手段」により点火プラグ４０の制御を開始すべきタイミングであると判断すると、点火信号ＩＧｔがオフになる。これにより、二次コイル５２には負の電圧である二次電圧Ｖ２が生じ、二次電圧Ｖ２の絶対値が時刻ｔ８で所定値以上になり、点火プラグ４０は、放電部４１の中心電極４２と接地電極４３との間で放電する。

ここで、本実施形態では、制御部８１が「放電制御手段」により点火プラグ４０の制御を開始すべきタイミングは、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に対応する角度から所定角度変位したとき（時刻ｔ７）に設定されている。

燃焼室２８の混合気は、時刻ｔ２〜５の「特定点火制御手段による点火制御」により燃焼を開始し、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に対応する角度から所定角度変位した時刻ｔ７、および、点火プラグ４０が放電を開始した時刻ｔ８では、燃焼の途中である。よって、時刻ｔ８で点火プラグ４０が放電しても、点火は生じない。すなわち、このときの点火プラグ４０の放電は、混合気の点火に寄与しない。

図５に実線で示すように、燃焼室２８における混合気の燃焼状態が「正常燃焼」の場合、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に対応する角度から所定角度変位したとき、燃焼室２８における混合気の燃焼時の圧力である燃焼圧、すなわち、気筒２１（燃焼室２８）内の圧力（筒内圧）は、所定値以上になる。筒内圧が大きい場合、点火プラグ４０が放電を開始するのに必要な二次電圧Ｖ２（ブレイク電圧）の絶対値は大きくなる。

そのため、図３に実線で示すように、燃焼状態が「正常燃焼」の場合、時刻ｔ８で点火プラグ４０が放電を開始するときの二次電圧Ｖ２の絶対値は、「特定点火制御手段」による「放電制御」時に点火プラグ４０が放電を開始するとき（時刻ｔ３）の二次電圧Ｖ２の絶対値より大きくなる。

一方、図５に破線で示すように、燃焼室２８における混合気の燃焼状態が「失火」の場合、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に対応する角度から所定角度変位したとき、筒内圧は、「正常状態」の場合より小さくなる。よって、図３に破線で示すように、燃焼状態が「失火」の場合、時刻ｔ８で点火プラグ４０が放電を開始するときの二次電圧Ｖ２（ブレイク電圧）の絶対値は、燃焼状態が「正常燃焼」の場合より小さくなる。

なお、図５に一点鎖線で示すように、燃焼室２８における混合気の燃焼状態が「緩慢燃焼」の場合、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に対応する角度から所定角度変位したとき、筒内圧は、「正常状態」の場合より小さく、「失火」の場合より大きくなる。

「放電制御手段」による点火プラグ４０の制御が終了する時刻ｔ９で制御部８１がエネルギ投入期間信号ＩＧｗをオンにすると、エネルギ投入部７０のドライバ回路７８は、オンまたはオフに変化するスイッチング信号ＳＷｄをスイッチング素子７３に出力する。これにより、エネルギ投入部７０から点火コイル５０に対する電気エネルギの投入が開始される。スイッチング素子７３は、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがオンの期間（時刻ｔ９〜１１）、オン状態またはオフ状態になるようスイッチング作動する。そのため、時刻ｔ９〜１１の期間、エネルギ投入部７０から点火コイル５０に対し電気エネルギが投入される。これにより、時刻ｔ８で生じた点火プラグ４０の放電状態が維持される。

図５に実線で示すように、燃焼室２８における混合気の燃焼状態が「正常燃焼」の場合、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に対応する角度から所定角度変位したとき、燃焼室２８における混合気の燃焼の速度である燃焼速度は、所定値以上になる。燃焼室２８における燃焼速度が大きい場合、点火プラグ４０が放電しているときの放電の経路（中心電極４２と接地電極４３との間における放電時の電子の通り道）は、長くなる。また、このときの二次電圧Ｖ２の絶対値の最大値、および、傾きの絶対値は、大きくなる。

そのため、燃焼状態が「正常燃焼」の場合、エネルギ投入部７０から点火コイル５０に対し電気エネルギを投入し点火プラグ４０の放電を維持しているとき（時刻ｔ９〜１１）の放電の経路は、「特定点火制御手段」による「エネルギ投入制御」時に点火プラグ４０の放電を維持しているとき（時刻ｔ４〜５）の経路より長くなる。また、図３に実線で示すように、燃焼状態が「正常燃焼」の場合、時刻ｔ９〜１１で点火プラグ４０の放電を維持しているときの二次電圧Ｖ２（放電維持電圧）の絶対値の最大値、および、傾きの絶対値は、「特定点火制御手段」による「エネルギ投入制御」時に点火プラグ４０の放電を維持しているとき（時刻ｔ４〜５）の二次電圧Ｖ２（放電維持電圧）の絶対値の最大値、および、傾きの絶対値より大きくなる。

一方、図５に破線で示すように、燃焼室２８における混合気の燃焼状態が「失火」の場合、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に対応する角度から所定角度変位したとき、燃焼室２８における混合気の燃焼速度は、「正常状態」の場合より小さくなる。よって、図３に破線で示すように、燃焼状態が「失火」の場合、時刻ｔ９〜１１で点火プラグ４０の放電を維持しているときの二次電圧Ｖ２（放電維持電圧）の絶対値の最大値、および、傾きの絶対値は、燃焼状態が「正常燃焼」の場合より小さくなる。

本実施形態では、図４に示すように、「燃焼状態推定手段」（制御部８１）は、エンジン２０の燃焼行程において、「特定点火制御手段による点火制御」（時刻ｔ２〜５）の後、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているとき（時刻ｔ７〜９）電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である第１電圧値Ｖｄ１に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼時の圧力である燃焼圧を推定する。

具体的には、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているとき（時刻ｔ７〜９）の第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値が大きい場合、燃焼圧は「大きい」と推定し、このときの第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値が小さい場合、燃焼圧は「小さい」と推定する。例えば、図４に実線で示すように、時刻ｔ７〜９の第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値が大きい（｜ａ４｜）場合、燃焼圧は「大きい」と推定する。一方、図４に破線で示すように、時刻ｔ７〜９の第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値が小さい（｜ａ３｜）場合、燃焼圧は「小さい」と推定する。

また、図４に示すように、「燃焼状態推定手段」（制御部８１）は、エンジン２０の燃焼行程において、「特定点火制御手段による点火制御」（時刻ｔ２〜５）の後、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御しているとき（時刻ｔ９〜１１）電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である第２電圧値Ｖｄ２に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼の速度である燃焼速度を推定する。

具体的には、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御しているとき（時刻ｔ９〜１１）の第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値が大きく、第２電圧値Ｖｄ２の傾きの絶対値が大きい場合、燃焼速度は「大きい」と推定し、このときの第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値が小さく、第２電圧値Ｖｄ２の傾きの絶対値が小さい場合、燃焼速度は「小さい」と推定する。例えば、図４に実線で示すように、時刻ｔ９〜１１の第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値が大きく（｜ａ２｜）、第２電圧値Ｖｄ２の傾きの絶対値が大きい（｜（ａ２−ａ１）／（ｔ１０−ｔ９）｜）場合、燃焼速度は「大きい」と推定する。一方、図４に破線で示すように、時刻ｔ９〜１１の第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値が小さく（｜ａ１｜）、第２電圧値Ｖｄ２の傾きの絶対値が小さい（｜（ａ１−ａ１）／（ｔ１０−ｔ９）｜）場合、燃焼速度は「小さい」と推定する。

そして、「燃焼状態推定手段」（制御部８１）は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているとき（時刻ｔ７〜９）、および、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御しているとき（時刻ｔ９〜１１）（推定期間）に推定した燃焼圧および燃焼速度に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼状態を推定する。

具体的には、図６に示すように、検出した第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値が大きいため燃焼圧は「大きい」と推定し、検出した第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値が大きく、算出した第２電圧値Ｖｄ２の傾きの絶対値が大きいため燃焼速度は「大きい」と推定した場合、燃焼室２８における混合気の燃焼状態は「正常燃焼」であると推定する。

一方、検出した第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値が小さいため燃焼圧は「小さい」と推定し、検出した第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値が大きく、算出した第２電圧値Ｖｄ２の傾きの絶対値が小さいため燃焼速度は「小さい」と推定した場合、燃焼室２８における混合気の燃焼状態は「緩慢燃焼または失火」であると推定する。

なお、本実施形態では、「燃焼状態推定手段」により燃焼室２８における混合気の燃焼状態を推定するとき、「エネルギ投入制御手段」が、電流検出回路９１により検出される二次電流Ｉ２の値をフィードバックすることにより、電流狙い値ＩＧａに対応する電流が二次コイル５２を流れるようエネルギ投入部７０を制御するため、図３に示すように、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがオンの期間（時刻ｔ９〜１１）、二次コイル５２には、概ね電流狙い値ＩＧａに対応する二次電流Ｉ２（平均値がＩＧａ）が流れる。

本実施形態では、制御部８１は、「燃焼状態推定手段」により推定した燃焼状態が「緩慢燃焼または失火」であった場合、電流狙い値ＩＧａを所定値以上の値に変更する。これにより、以降、「特定点火制御手段による点火制御」を行うときの「エネルギ投入制御」時の点火コイル５０に対し投入する電気エネルギが増大する。その結果、点火プラグ４０の放電状態をより良好に維持でき、燃焼室２８における燃焼状態を「正常燃焼」に近づけることができる。
また、本実施形態では、車両のイグニッションキーがオンの間、「通常点火制御手段による点火制御」および「特定点火制御手段による点火制御」を行う度に「燃焼状態推定手段」による燃焼状態の推定を行う。

なお、点火プラグ４０の放電部４１が消耗すると、中心電極４２と接地電極４３との間のギャップが大きくなる。中心電極４２と接地電極４３との間のギャップが大きくなると、点火プラグ４０が放電を開始するのに必要な二次電圧Ｖ２（ブレイク電圧）の絶対値は大きくなる。本実施形態では、制御部８１は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているとき電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値が所定値以上であった場合、点火プラグ４０の異常を検出する。制御部８１は、点火プラグ４０の異常を検出したとき、例えば、当該異常に関しダイアグ情報として記憶するとともに、車両の運転席の表示部に報知灯を点灯させたり報知音を発生させたりすることで「点火装置１１の点火プラグ４０に異常が生じていること」を運転者に報知可能である。

以上説明したように、（１）本実施形態では、制御部８１は、「放電制御手段」、「エネルギ投入制御手段」、「通常点火制御手段」および「特定点火制御手段」を有し、燃焼室２８の混合気の点火を制御可能である。
「放電制御手段」は、一次コイル５１から接地側への電流の流れを遮断するようイグナイタ部６０を制御することにより二次コイル５２に高電圧を生じさせ、点火プラグ４０が放電するよう点火プラグ４０を制御する。これにより、点火プラグ４０が放電し、混合気に点火することができる。

「エネルギ投入制御手段」は、「放電制御手段」による点火プラグ４０の制御開始後、点火コイル５０に対し電気エネルギを投入するようエネルギ投入部７０を制御する。これにより、「放電制御手段」の制御により生じた点火プラグ４０の放電状態を維持することができる。そのため、混合気の着火性を向上することができる。
「通常点火制御手段」は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御することのみによって、燃焼室２８の混合気の点火を制御する。

「特定点火制御手段」は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御し、かつ、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御することによって、燃焼室２８の混合気の点火を制御する。「特定点火制御手段」により点火制御を行うとき、「エネルギ投入制御手段」により点火プラグ４０の放電状態を維持できるため、混合気の着火性を向上することができる。
電圧検出回路９５は、二次コイル５２と点火プラグ４０との間の電圧を検出可能である。

制御部８１（「燃焼状態推定手段」）は、エンジン２０の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」の後、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御し、かつ、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御し、このとき電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である電圧値（第１電圧値Ｖｄ１、第２電圧値Ｖｄ２）に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼状態を推定可能である。

このように、本実施形態では、燃焼室２８における混合気の燃焼状態を推定するために、例えば圧力センサ等の圧力検出手段を燃焼室２８に設ける必要がない。そのため、簡単な構成で燃焼状態を推定することができ、コストを低減することができる。また、圧力センサ等の圧力検出手段を燃焼室２８に設ける必要がないため、「圧力検出手段の故障により燃焼状態の推定ができなくなる」といった事態を招くことがない。

また、（２）本実施形態では、エネルギ投入部７０は、一次コイル５１の接地側から点火コイル５０に対し電気エネルギを投入する。本実施形態は、点火装置１１（エネルギ投入部７０）の構成の一例を示すものである。本実施形態では、点火装置１１は、１つの点火プラグ４０に対し点火コイル５０を１つ備えている。エネルギ投入部７０が、一次コイル５１の接地側から点火コイル５０に対し電気エネルギを継続的に投入することにより、点火プラグ４０で生じた放電状態を所定期間（エネルギ投入期間）、維持することができる。

また、（３）本実施形態では、制御部８１（「燃焼状態推定手段」）は、エンジン２０の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」の後、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているとき電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である第１電圧値Ｖｄ１に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼時の圧力である燃焼圧を推定する。また、制御部８１（「燃焼状態推定手段」）は、エンジン２０の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」の後、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御しているとき電圧検出回路９５により検出した電圧（二次電圧Ｖ２）に対応する値である第２電圧値Ｖｄ２に基づき、燃焼室２８における混合気の燃焼の速度である燃焼速度を推定する。そして、制御部８１（「燃焼状態推定手段」）は、推定した燃焼圧および燃焼速度に基づき、燃焼室２８における燃焼状態を推定する。これは、燃焼室２８における燃焼状態の推定の仕方を具体的に示すものである。

また、（４）本実施形態では、制御部８１（「燃焼状態推定手段」）は、「放電制御手段」により点火プラグ４０を制御しているときの第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値に基づき、燃焼圧を推定する。これは、燃焼室２８における燃焼圧の推定の仕方を具体的に示すものである。

また、（５）本実施形態では、制御部８１（「燃焼状態推定手段」）は、「エネルギ投入制御手段」によりエネルギ投入部７０を制御しているときの第２電圧値Ｖｄ２の絶対値の最大値と、第２電圧値Ｖｄ２の傾きの絶対値とに基づき、燃焼速度を推定する。これは、燃焼室２８における燃焼速度の推定の仕方を具体的に示すものである。
このように、本実施形態では、第１電圧値Ｖｄ１および第２電圧値Ｖｄ２に基づき、燃焼室２８における燃焼圧および燃焼速度を推定する。そのため、燃焼室２８における燃焼状態を高精度に推定することができる。

また、（６）本実施形態では、「エネルギ投入制御手段」は、所定の電流値である電流狙い値ＩＧａに対応する電流が二次コイル５２を流れるようエネルギ投入部７０を制御する。これにより、エネルギ投入部７０が点火コイル５０に電気エネルギを投入する期間、二次コイル５２には、概ね電流狙い値ＩＧａに対応する二次電流Ｉ２が流れる。その結果、点火プラグ４０で生じた放電状態を所定期間（エネルギ投入期間）、安定して維持することができる。

また、本実施形態では、「燃焼状態推定手段」により燃焼室２８における混合気の燃焼状態を推定するとき、「エネルギ投入制御手段」が、電流検出回路９１により検出される二次電流Ｉ２の値をフィードバックすることにより、電流狙い値ＩＧａに対応する電流が二次コイル５２を流れるようエネルギ投入部７０を制御するため、燃焼室２８における燃焼速度をより高精度に推定することができる。したがって、燃焼室２８における燃焼状態をより高精度に推定することができる。

また、（７）本実施形態では、制御部８１は、「燃焼状態推定手段」により推定した燃焼状態が「緩慢燃焼または失火」であった場合、電流狙い値ＩＧａを所定値以上の値に変更する。これにより、以降、「特定点火制御手段による点火制御」を行うときの「エネルギ投入制御」時の点火コイル５０に対し投入する電気エネルギが増大する。その結果、点火プラグ４０の放電状態をより良好に維持でき、燃焼室２８における燃焼状態を「正常燃焼」に近づけることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、エンジン２０の燃焼行程において、「特定点火制御手段による点火制御」の後、「燃焼状態推定手段」による燃焼状態の推定を行う例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、エンジン２０の燃焼行程において、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」のいずれか一方の後にのみ、「燃焼状態推定手段」による燃焼状態の推定を行うこととしてもよい。

また、（８）本発明の他の実施形態では、制御部８１は、「燃焼状態推定手段」により推定した燃焼状態が「緩慢燃焼または失火」であった場合、燃焼室２８における空燃比が所定値以下になるようスロットル弁２および燃料噴射弁４を制御することとしてもよい。これにより、以降、燃焼室２８の混合気は火がつき（着火し）易い状態になり、燃焼室２８における燃焼状態を「正常燃焼」に近づけることができる。

また、（９）本発明の他の実施形態では、制御部８１は、「燃焼状態推定手段」により推定した燃焼状態が「緩慢燃焼または失火」であった場合、燃焼室２８に供給される吸気の量が所定値以下になるようスロットル弁２を制御することとしてもよい。これにより、エンジン２０の回転数を低減しつつ、車両を退避走行させることができる。

また、上述の実施形態では、車両のイグニッションキーがオンの間、「通常点火制御手段による点火制御」または「特定点火制御手段による点火制御」を行う度に「燃焼状態推定手段」による燃焼状態の推定を行う例を示した。これに対し、（１０）本発明の他の実施形態では、「燃焼状態推定手段」は、燃焼室２８における空燃比が所定値以上のとき、燃焼状態を推定することとしてもよい。このように、「燃焼状態推定手段」による燃焼状態の推定を、緩慢燃焼または失火が生じ易い「燃焼室２８における空燃比が所定値以上のとき」に限定することにより、燃焼状態を効果的に推定しつつ、燃焼状態推定に伴うエネルギ投入部７０による電気エネルギの消費を抑え、点火プラグ４０の放電部４１の消耗を抑制することができる。

また、（１１）本発明の他の実施形態では、「燃焼状態推定手段」は、燃焼室２８に還流される排気の吸気に対する割合であるＥＧＲ率が所定値以上のとき、燃焼状態を推定することとしてもよい。このように、「燃焼状態推定手段」による燃焼状態の推定を、緩慢燃焼または失火が生じ易い「ＥＧＲ率が所定値以上のとき」に限定することにより、燃焼状態を効果的に推定しつつ、燃焼状態推定に伴うエネルギ投入部７０による電気エネルギの消費を抑え、点火プラグ４０の放電部４１の消耗を抑制することができる。

また、（１２）本発明の他の実施形態では、「燃焼状態推定手段」は、燃焼室２８に供給される燃料のアルコール濃度が所定値以上のとき、燃焼状態を推定することとしてもよい。この場合、例えば、燃料のアルコール濃度を検出し、検出したアルコール濃度に相関する信号を制御部８１に出力する濃度センサを備えることが考えられる。このように、「燃焼状態推定手段」による燃焼状態の推定を、緩慢燃焼または失火が生じ易い「燃焼室２８に供給される燃料のアルコール濃度が所定値以上のとき」に限定することにより、例えばエンジン２０に供給する燃料としてガソリンとアルコールとの混合燃料であるフレックス燃料等を用いる場合においても、燃焼状態を効果的に推定しつつ、燃焼状態推定に伴うエネルギ投入部７０による電気エネルギの消費を抑え、点火プラグ４０の放電部４１の消耗を抑制することができる。

また、上述の実施形態では、１つの点火プラグに対し点火コイルを１つ備え、エネルギ投入部が一次コイルの接地側から点火コイルに対し電気エネルギを投入する点火装置に制御装置を適用する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば１つの点火プラグに対し点火コイルを複数備え、点火プラグの放電制御後にエネルギ投入部から複数の点火コイルに対し電気エネルギを継続的に投入することにより点火プラグの放電状態を維持可能な点火装置に制御装置を適用することもできる。

また、上述の実施形態では、「エネルギ投入制御手段」が、二次電流Ｉ２の値をフィードバックすることにより、所定の電流値である電流狙い値ＩＧａに対応する電流が二次コイル５２を流れるようエネルギ投入部７０を制御する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、「エネルギ投入制御手段」は、二次電流Ｉ２の値をフィードバックせず、電流狙い値ＩＧａに対応する電流が二次コイル５２を流れるようエネルギ投入部７０を制御しなくてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、制御部８１は、「燃焼状態推定手段」により推定した燃焼状態が「緩慢燃焼または失火」であった場合、電流狙い値ＩＧａを所定値以上の値に変更しないこととしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、制御部８１は、第１電圧値Ｖｄ１の絶対値の最大値に基づき点火プラグ４０の異常を検出しないこととしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、エネルギ投入部７０は、コンデンサ７６を備えない構成であってもよい。コンデンサ７６を備えない構成であっても、スイッチング素子７２、７３を適宜スイッチング作動させることにより、点火コイルに対し電気エネルギを投入することができる。

また、本発明の他の実施形態では、エネルギ投入部は、例えば、電源１２とは別の高圧の電源からの電気エネルギを点火コイルに対し投入可能な部位であってもよい。この場合、上述の実施形態と比べ、エネルギ投入部を構成する部材の点数を削減することができる。

また、本発明の他の実施形態では、イグナイタ部６０のスイッチング素子６１は、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴやトランジスタ等、他の半導体スイッチング素子により構成してもよい。また、ＭＯＳＦＥＴは一般に寄生ダイオードを有するため、スイッチング素子６１をＭＯＳＦＥＴにより構成する場合、ダイオード６２を省略することができる。
また、本発明の他の実施形態では、エネルギ投入部７０のスイッチング素子７２、７３は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴやトランジスタ等、他の半導体スイッチング素子により構成してもよい。

また、上述の実施形態では、イグナイタ部６０を点火回路ユニット１３の筐体に収容する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、イグナイタ部６０を、点火回路ユニット１３の筐体に収容せず、点火コイル５０の近傍に設けることとしてもよい。
また、上述の実施形態では、電流検出回路９１および電圧検出回路９５を、点火回路ユニット１３の筐体に収容する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、電流検出回路９１または電圧検出回路９５の少なくとも一方を、ＥＣＵ８０の筐体に収容することとしてもよい。また、ＥＣＵ８０の制御部８１は、電流検出回路９１または電圧検出回路９５の少なくとも一方を含むこととしてもよい。
また、本発明の制御装置は、排気再循環（ＥＧＲ）システムを備えないエンジンシステムの点火装置に適用することもできる。

また、上述の実施形態では、点火プラグの放電時、点火コイルの二次コイルに負方向の二次電流が流れる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、点火プラグの放電時、点火コイルの二次コイルに正方向の二次電流が流れる構成であってもよい。
また、上述の実施形態では、エネルギ投入部が、負方向の二次電流が重畳されるよう点火コイルに対し電気エネルギを投入する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、エネルギ投入部は、正方向の二次電流が重畳されるよう点火コイルに対し電気エネルギを投入する構成であってもよい。

また、本発明の制御装置は、４気筒の内燃機関に限らず、気筒数が４以外の内燃機関の点火装置に適用することもできる。
また、本発明の制御装置は、各気筒に点火コイル、点火プラグを１つずつ備える内燃機関に限らず、各気筒に点火コイルまたは点火プラグを複数備える内燃機関の点火装置に適用することもできる。
また、本発明の制御装置は、予混合燃焼式の内燃機関に限らず、直噴式の内燃機関の点火装置に適用することもできる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０ ・・・制御装置
１１ ・・・点火装置
１２ ・・・電源
２０ ・・・エンジン（内燃機関）
２８ ・・・燃焼室
４０ ・・・点火プラグ
５０ ・・・点火コイル
５１ ・・・一次コイル
５２ ・・・二次コイル
６０ ・・・イグナイタ部
７０ ・・・エネルギ投入部
８１ ・・・制御部（放電制御手段、エネルギ投入制御手段、通常点火制御手段、特定点火制御手段、燃焼状態推定手段）
９５ ・・・電圧検出回路（電圧検出手段）

Claims (12)

1. 内燃機関（２０）の燃焼室（２８）に設けられ、放電することにより前記燃焼室の混合気に点火可能な点火プラグ（４０）と、
   一端が電源（１２）側に接続され他端が接地側に接続される一次コイル（５１）、および、一端が前記点火プラグに接続される二次コイル（５２）を有する点火コイル（５０）と、
   前記一次コイルから接地側への電流の流れを許容または遮断可能に設けられるイグナイタ部（６０）と、
   前記点火コイルに対し電気エネルギを投入可能なエネルギ投入部（７０）と、を備える点火装置（１１）を制御し、前記燃焼室の混合気の点火を制御可能な制御装置（１０）であって、
   前記一次コイルから接地側への電流の流れを遮断するよう前記イグナイタ部を制御することにより前記二次コイルに高電圧を生じさせ、前記点火プラグが放電するよう前記点火プラグを制御する放電制御手段（８１）、
   前記放電制御手段による前記点火プラグの制御開始後、前記点火コイルに対し電気エネルギを投入するよう前記エネルギ投入部を制御するエネルギ投入制御手段（８１）、
   前記放電制御手段により前記点火プラグを制御することのみによって、前記燃焼室の混合気の点火を制御する通常点火制御手段（８１）、および、
   前記放電制御手段により前記点火プラグを制御し、かつ、前記エネルギ投入制御手段により前記エネルギ投入部を制御することによって、前記燃焼室の混合気の点火を制御する特定点火制御手段（８１）を有し、
   前記燃焼室の混合気の点火を制御可能な制御部（８１）と、
   前記二次コイルと前記点火プラグとの間の電圧を検出可能な電圧検出手段（９５）と、
   前記内燃機関の燃焼行程において、「前記通常点火制御手段による点火制御」または「前記特定点火制御手段による点火制御」の後、前記放電制御手段により前記点火プラグを制御し、かつ、前記エネルギ投入制御手段により前記エネルギ投入部を制御し、このとき前記電圧検出手段により検出した電圧に対応する値である電圧値（Ｖｄ１、Ｖｄ２）に基づき、前記燃焼室における混合気の燃焼状態を推定可能な燃焼状態推定手段（８１）と、
   を備える制御装置。
2. 前記エネルギ投入部は、前記一次コイルの接地側から前記点火コイルに対し電気エネルギを投入することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記燃焼状態推定手段は、
   前記内燃機関の燃焼行程において、「前記通常点火制御手段による点火制御」または「前記特定点火制御手段による点火制御」の後、
   前記放電制御手段により前記点火プラグを制御しているとき前記電圧検出手段により検出した電圧に対応する値である第１電圧値（Ｖｄ１）に基づき、前記燃焼室における混合気の燃焼時の圧力である燃焼圧を推定し、
   前記エネルギ投入制御手段により前記エネルギ投入部を制御しているとき前記電圧検出手段により検出した電圧に対応する値である第２電圧値（Ｖｄ２）に基づき、前記燃焼室における混合気の燃焼の速度である燃焼速度を推定し、
   推定した前記燃焼圧および前記燃焼速度に基づき、前記燃焼状態を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記燃焼状態推定手段は、前記放電制御手段により前記点火プラグを制御しているときの前記第１電圧値の絶対値の最大値に基づき、前記燃焼圧を推定することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記燃焼状態推定手段は、前記エネルギ投入制御手段により前記エネルギ投入部を制御しているときの前記第２電圧値の絶対値の最大値と、前記第２電圧値の傾きの絶対値とに基づき、前記燃焼速度を推定することを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
6. 前記エネルギ投入制御手段は、所定の電流値である電流狙い値（ＩＧａ）に対応する電流が前記二次コイルを流れるよう前記エネルギ投入部を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記制御部は、前記燃焼状態推定手段により推定した前記燃焼状態が緩慢燃焼または失火であった場合、前記電流狙い値を前記所定の電流値以上の値に変更することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
8. 前記制御部は、
   前記燃焼室に供給する吸気の量を変更可能なスロットル弁（２）、および、前記燃焼室に供給する燃料の量を変更可能な燃料噴射弁（４）を制御可能であり、
   前記燃焼状態推定手段により推定した前記燃焼状態が緩慢燃焼または失火であった場合、前記燃焼室における空燃比が所定値以下になるよう前記スロットル弁および前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御装置。
9. 前記制御部は、
   前記燃焼室に供給する吸気の量を変更可能なスロットル弁（２）を制御可能であり、
   前記燃焼状態推定手段により推定した前記燃焼状態が緩慢燃焼または失火であった場合、前記燃焼室に供給される吸気の量が所定値以下になるよう前記スロットル弁を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御装置。
10. 前記燃焼状態推定手段は、前記燃焼室における空燃比が所定値以上のとき、前記燃焼状態を推定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御装置。
11. 前記燃焼状態推定手段は、前記燃焼室に還流される排気の吸気に対する割合であるＥＧＲ率が所定値以上のとき、前記燃焼状態を推定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の制御装置。
12. 前記燃焼状態推定手段は、前記燃焼室に供給される燃料のアルコール濃度が所定値以上のとき、前記燃焼状態を推定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の制御装置。

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