JP2017110497A - 点火制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】くすぶりが生じても燃料の燃焼を実施することができ、その際の燃料の燃焼時に点火プラグの寿命を低下させることを抑制することができる点火制御システムを提供する。
【解決手段】点火プラグ（１６）と、一次コイル（１８Ａ）及び二次コイル（１８Ｂ）を具備する点火コイル（１８）と、電圧印加部（１７）と、スイッチング素子（１５）と、を備える点火制御システム（１０）であって、メイン点火信号送信部（３５、６１）と、点火プラグ及び二次コイルを含む回路に電圧共振を生じさせるための共振信号を送信する共振信号送信部（３３）と、メイン点火信号の送信後に、共振信号を合成して、スイッチング素子の駆動信号として送信する送信指令部（３４、５４）と、を備えることを特徴とする点火制御システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、点火プラグの放電を制御する制御システムに関する。

ガソリンエンジンはシリンダに点火プラグを装着しており、シリンダに吸入した混合気に点火プラグによって火花放電することで混合気を点火、燃焼させて動力を発生させている。

シリンダに吸入された混合気の濃度が高く、燃料と空気とが十分に混合されていない場合には燃料が不完全燃焼を起こしカーボンが発生する。このカーボンが点火プラグの中心電極外周部に付着すると次回の点火において、点火プラグの電極間ではなく、点火プラグの取り付け金具と付着したカーボンとの間で放電（奥飛び放電）が発生する。これにより、火花放電ギャップで放電が発生しなくなるので混合気を燃焼させることができなくなる。この状態をくすぶりと呼んでいる。そこで特許文献１では、くすぶりやすい運転条件において、点火後に多重放電を実施する。これにより、点火プラグがくすぶり状態であっても、点火プラグに多量の点火エネルギを供給し、点火プラグの電極付近に付着したカーボンを焼失させることで、くすぶりを解消する。

昭６２−１３５６６９号公報

しかしながら、点火プラグの電極間に多重放電を実施させることは、点火プラグの電極の消耗を促進させることに繋がり、ひいては点火プラグの寿命を低下させるおそれがある。

本発明は、上記両課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、くすぶりが生じても燃料の燃焼を実施できるとともに、カーボン清浄作用を備えることができ、更に、くすぶり時の燃焼時に点火プラグの寿命を低下させることを抑制することができる点火制御システムを提供することにある。

本発明は、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発生する点火プラグと、一次コイル及び二次コイルを具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイルと、所定の電圧を前記一次コイルに印加する電圧印加部と、前記電圧印加部から印加される前記所定の電圧により前記一次コイルへ流れる一次電流の導通及び遮断を、駆動信号に基づいて行うスイッチング素子と、を備える点火制御システムであって、前記スイッチング素子により前記一次電流を導通させた後に、前記スイッチング素子により前記一次電流を遮断させて、前記点火プラグにより火花放電可能な誘導電圧を前記二次コイルに発生させるメイン点火信号を送信するメイン点火信号送信部と、前記点火プラグ及び前記二次コイルを含む回路に電圧共振を生じさせるための共振信号を送信する共振信号送信部と、前記メイン点火信号送信部により送信された前記メイン点火信号の後に、前記共振信号送信部により送信された前記共振信号を合成して、前記スイッチング素子の前記駆動信号として送信する送信指令部と、を備えることを特徴とする。

スイッチング素子のスイッチング周波数を点火プラグと二次コイルとを含む回路に電圧共振を生じさせる周波数（共振周波数）に近づけることで、一次コイルに印加される電圧は増幅される。したがって、あるスイッチング周波数に基づいて一次コイルへの通電を制御するスイッチング素子のオン／オフを切り替え、それにより点火プラグに高電圧を生じさせる場合に、スイッチング周波数を共振周波数に設定することが有効である。この共振により、二次電圧を高くすることができる。しかし、各構成部品のバラツキや経時変化や点火プラグの交換などにより、共振周波数が変化する場合があり、この場合、送信される周波数の信号と共振周波数とのずれが大きくなり、このずれの大きさに応じて二次電圧が小さくなるため、点火プラグに高電圧が生じないおそれがある。

このため、本点火制御システムでは周波数調整部が備わっている。この周波数調整部により、共振周波数を含むように共振信号の周波数が調整される。そして、メイン点火信号送信部により送信されたメイン点火信号の後に、共振信号送信部により送信された共振信号を送信指令部により合成して、内燃機関の圧縮または燃焼行程においてスイッチング素子の駆動信号が送信される。したがって、構成部品のバラツキや経年変化や点火プラグの交換などにより共振周波数が変化する場合でも、その変化に対応して共振信号が調整されるため、点火プラグに所定の高い二次電圧を確保することが可能となる。ひいては、メイン点火の火花放電に続く共振信号による高い電圧印加が可能となる。また、くすぶりが生じ点火プラグの取り付け金具と付着したカーボンとの間で放電（奥飛び放電）が生じた場合を想定する。この場合でも、共振信号が合成された駆動信号に基づいてメイン点火信号に引き続きスイッチング素子が制御されることで、その後も二次コイルに二次電圧が印加されることになり、奥飛び放電が継続されることになる。奥飛び放電が継続されることで、未燃焼の燃料を燃焼させることができ、失火を抑制することが可能となる。また、このときに生じた燃料の燃焼により、点火プラグの電極付近に付着したカーボンを焼失させることができる（カーボン清浄作用）。さらに、奥飛び放電は点火プラグの電極間で放電を生じさせるものでないため、奥飛び放電中は点火プラグの電極の消耗を抑制する事が可能となり、ひいては点火プラグの寿命の低下を抑制する事が可能となる。

本実施形態に係る点火制御システムの概略構成図である。 点火プラグの電極間で生じる火花放電と奥飛び放電との違いを、二次電流、二次電圧、及び筒内圧により示した図である。 本実施形態に係る放電制御を、二次電流、二次電圧、及び筒内圧により示した図である。 共振周波数の検出方法（ａ）と、共振周波数の使用方法（ｂ）を示した図である。 本実施形態に係る共振周波数学習制御の処理手順を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る共振周波数学習制御により得られる効果を示した図である。 別例に係る点火制御システムの概略構成図である。 共振信号の周波数をスイープさせる制御概要を示した図である。 別例に係る点火制御システムの概略構成図である。

本実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示す点火制御システム１０は、点火コイル１８と、ＩＧＢＴ１５（スイッチング素子に該当）と、点火プラグ１６と、電源部１７（電圧印加部に該当）と、ＥＣＵ３０とが設けられている。

点火コイル１８は、一次コイル１８Ａ、二次コイル１８Ｂ及び鉄心１８Ｃを備えている。一次コイル１８Ａの第一端は、電源部１７に接続されており、一次コイル１８Ａの第二端は、ＩＧＢＴ（スイッチング素子に該当）１５のコレクタ端子に接続されている。そして、ＩＧＢＴ１５のエミッタ端子は、接地側に接続されている。一次コイル１８Ａの第二端とＩＧＢＴ１５のコレクタ端子とを繋ぐ経路Ｌ１には、電圧検出用経路Ｌ２が接続されている。

この電圧検出用経路Ｌ２には、電圧検出用の抵抗体１３，１４が備えられている。抵抗体１３の一端は、経路Ｌ１に接続され、他端は抵抗体１４に接続されている。抵抗体１４の一端は抵抗体１３に接続され、他端は接地側に接続されている。また抵抗体１３と抵抗体１４との間のノード（符号を略す）は、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０に接続されている。このような電圧検出用経路Ｌ２によって、一次コイル１８Ａに印加される一次電圧Ｖ１が検出されるようになっている。

二次コイル１８Ｂの第一端はグランド電位に接地されている。一方で、二次コイル１８Ｂの第二端は、点火プラグ１６に接続されている。

点火プラグ１６は、対向電極１６Ａと絶縁抵抗１６Ｂとを備え、また浮遊容量１６Ｃについて図示している。絶縁抵抗１６Ｂは、対向電極１６Ａの電極間の絶縁抵抗を等価的に示している。浮遊容量１６Ｃは、対向電極１６Ａとその周囲を囲む絶縁物と接地とにより形成される容量成分である。これら対向電極１６Ａと絶縁抵抗１６Ｂと浮遊容量１６Ｃとは、それぞれ点火コイル１８と並列になるように接続されている。

ＥＣＵ３０は、ＩＧｔ重畳信号制御部（送信指令部に該当）３４とメイン点火信号発生部（メイン点火信号送信部に該当）３５とを備えている。メイン点火信号発生部３５は、入力された情報に基づいてメイン点火信号Ｍを生成している。ＩＧｔ重畳信号制御部３４は、メイン点火信号発生部３５により生成されたメイン点火信号Ｍを受信し、点火信号ＩＧｔとしてＩＧＢＴ１５のゲート端子へ出力し、ＩＧＢＴ１５の通電および遮断を制御する。これにより、図２（ａ）に記載されるように大きな二次電流を点火プラグ１６に長い期間（Ｔａ１）流し、点火プラグ１６に火花放電を生じさせる。

この場合、筒内圧（燃焼室内の燃焼圧力）は、ピストンが圧縮上死点まで上昇するに伴って高くなる。図２（ａ）では、ピストンが圧縮上死点に到達することで、筒内圧が一つのピーク（第一ピーク）に達しているが、それとは別により大きなピーク（第二ピーク）がグラフに示されている。この第二ピークは、点火プラグ１６で生じた火花放電により燃料が燃焼し、爆発することで増大した圧力ピークである。この第二ピークの有無は、燃料が燃焼したか否かを判定する一つの指標になる。

点火プラグ１６に火花放電を生じさせ燃料の燃焼を試みる際、燃焼室内に吸入された混合気の濃度が高く、燃料と空気とが十分に混合されていないと、燃料が不完全燃焼を起こしカーボンが発生する。このカーボンが点火プラグ１６の中心電極外周部や碍子に付着すると点火プラグ１６の取り付け金具と中心電極間で、付着したカーボンを介して放電（奥飛び放電）が発生する。ひいては、奥飛び放電が生じることで噴射された燃料の着火や燃焼が阻害されるおそれがある。この状態をくすぶりと呼んでいる。このくすぶりにより発生した奥飛び放電について、図２（ｂ）に記載されるように二次電流の維持期間（Ｔａ２）が通常の火花放電（図２（ａ））時の二次電流の維持期間（Ｔａ１）と比較して短くなる。本実施形態では、空燃比をリーン側に制御して燃料を燃焼させるが、奥飛び放電が生じると二次電流の維持期間が短くなるために混合気を満足に燃焼させることができなくなり失火が発生する。なお、空燃比をリーン側に制御することについて、空燃比がストイキに制御されても燃焼室内にＥＧＲガスが導入されることで結果として燃焼室内がリーン環境に保たれる場合も含まれる。

失火が発生すると、不完全燃焼によるカーボンが発生するとともに、図２（ｂ）に記載される筒内圧を示すグラフのように、第二ピークが検出されておらず、内燃機関の失火が認められる。従来は、このくすぶりによる失火を未然に防止するために、点火プラグ１６の電極間で多重放電を実施するなど点火プラグ１６に多量の点火エネルギを供給し、燃焼状態を改善して、くすぶりを未然に解消していた。

しかしながら、点火プラグ１６の電極間に多量のエネルギを伴う多重放電を実施させることは、点火プラグ１６の電極の消耗を促進させることに繋がり、ひいては点火プラグ１６の寿命を低下させるおそれがある。この対策として、本実施形態では、くすぶり解消を目的とした点火プラグ１６の電極間での多重放電は実施せず、くすぶりが生じることで奥飛び放電が生じた場合に、その後も奥飛び放電が継続するように二次コイル１８Ｂに二次電圧を印加する。奥飛び放電を継続させることで、カーボンを焼失させるとともに、未燃焼の燃料を燃焼させることができ、失火を抑制することが可能となる。

奥飛び放電を継続させるために、一次コイル１８Ａに短い周期で電圧を断続的に印加する必要があることを考慮する必要がある。したがって、本実施形態では、図３に記載されるように、送信されたメイン点火信号Ｍの後にある電圧の周波数に設定された信号（共振信号Ｒ）が重畳するように点火信号ＩＧｔを送信することで、別途二次電圧を点火プラグ１６に印加させる。

このとき、メイン点火信号Ｍが送信された後に送信される信号の周波数を、点火プラグ１６が有する浮遊容量１６Ｃと二次コイル１８Ｂとで電圧共振を生じさせる周波数（共振周波数）に調整すると、一次コイル１８Ａに印加される一次電圧が増幅される。したがって、電源部１７から一次コイル１８Ａに印加される一次電圧を抑えるために、本実施形態では、メイン点火信号Ｍが送信された後に送信される信号（共振信号）の周波数を予め求めておいた共振周波数に調整し制御する。しかし、製品のバラツキや経時変化、点火プラグ１６の交換などにより、共振周波数が変化する場合がある。この場合、共振信号Ｒの周波数と共振周波数とのずれが大きくなり、二次電圧が小さくなることで、点火プラグ１６に奥飛び放電が生じないおそれがある。

よって、図１に示すように、本実施形態に係る点火制御システム１０では、共振信号Ｒの周波数を共振周波数にその都度または、例えば電源投入毎や一定時間毎に調整し、周波数が調整された共振信号ＲをＩＧｔ重畳信号制御部３４に出力する共振信号出力部３６を備えている。本実施形態において、共振信号出力部３６はＥＣＵ３０に含まれる。

共振信号出力部３６は、一次電圧検出部３１と、周波数学習部（周波数調整部に該当）３２と、共振信号発生部（共振信号送信部に該当）３３と、を備えている。一次電圧検出部３１は、電圧検出用経路Ｌ２に印加される一次電圧Ｖ１を検出する。このとき、点火プラグ１６の火花放電終了直後において点火コイル１８の二次側の浮遊容量に残った電荷がＬＣ共振し、振動減衰する。このＬＣ共振について、図４（ａ）に記載されるように、二次電圧からもＬＣ共振による振動減衰を検出できる一方で、一次電圧からもＬＣ共振による振動減衰を検出することが可能である。したがって、本実施形態において、周波数学習部３２は、ＬＣ共振時の周波数（共振周波数）を一次電圧検出部３１により検出された一次電圧Ｖ１の電圧波形を基に学習する。周波数学習部３２が共振信号発生部３３に、学習した共振周波数の共振信号Ｒを生成させる。そして、共振信号発生部３３は、生成した共振信号ＲをＩＧｔ重畳信号制御部３４に送信する。ＩＧｔ重畳信号制御部３４は、図４（ｂ）に記載されるように、メイン点火信号発生部３５により送信されたメイン点火信号Ｍの放電が終了してから所定時間後であり、かつ内燃機関の筒内圧が高い圧縮または燃焼行程で、共振信号発生部３３により送信された共振信号Ｒを重畳させ（メイン点火信号Ｍと共振信号Ｒとを合成し）、点火信号ＩＧｔとして内燃機関の圧縮または燃焼行程中にＩＧＢＴ１５のゲート端子へ出力する。なお、ＩＧｔ重畳信号制御部３４により共振信号Ｒが点火信号ＩＧｔに合成されるタイミングについて、周波数学習部３２により共振周波数が学習されたその燃焼行程時から共振信号Ｒが点火信号ＩＧｔに合成されるものとする。

点火プラグ１６は、大気圧などの低気圧環境においては１５〜３０ｋＶの電圧が印加されることで放電を開始する。しかし、共振信号Ｒを点火信号ＩＧｔに合成して送信する内燃機関の圧縮行程または燃焼行程では、ピストンの圧縮に伴って筒内圧が高くなり、点火プラグ１６の電極間での火花放電開始電圧もまた高くなる（数十ｋＶ程度が必要となる）。このため、内燃機関の圧縮行程又は燃焼行程において比較的高い電圧を点火プラグ１６に印加しても、点火プラグ１６の電極間では火花放電は発生する可能性は低い。一方で、付着したカーボン間は碍子が介在することによる低インピーダンス化やカーボン間の微少間隙効果などで、火花放電やコロナ放電を起こすことができ、この火花電流で、カーボンを焼失させることが可能となる。更には、メイン点火での電圧で奥飛びにいたらない場合でも、共振周波数での高電圧印加によるコロナ放電で付着したカーボンに放電電流を流すことができ、カーボンを焼失させることもできる。

本実施形態では、ＥＣＵ３０により後述する図５に記載の共振周波数学習制御を実行する。図５に示す共振周波数学習制御は、ＥＣＵ３０が電源オンしている期間中にＥＣＵ３０によって所定周期で繰り返し実行される。

車両が走行している期間などの短期間において、共振周波数が変化する可能性は低い。このため、車両システムの初回起動時に周波数学習部３２により共振周波数の学習が行われたら、以降は車両システムの終了まで学習した共振周波数が記憶される。よって、まず、ステップＳ１００にて、周波数学習部３２は車両システムの初回始動時（イグニッションオンした）か否かを判定する。車両システムの初回始動時ではなく、既に車両システムが始動済であるならば（Ｓ１００：ＮＯ）、共振周波数を既に学習しているとして、ステップＳ１６０に進む。

車両システムの初回始動時である場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、メイン点火信号発生部３５がＩＧｔ重畳信号制御部３４にメイン点火信号Ｍを送信し、ＩＧｔ重畳信号制御部３４は入力されたメイン点火信号Ｍに基づいて点火信号ＩＧｔを生成し、ＩＧＢＴ１５に生成した点火信号ＩＧｔを送信する。ＩＧＢＴ１５は点火信号ＩＧｔに基づいて制御されることで、点火プラグ１６に放電を開始させる。ステップＳ１２０では、一次電圧検出部３１が一次コイル１８Ａに印加される一次電圧を検出し、ステップＳ１３０にて、周波数学習部３２が一次電圧検出部３１により検出された一次電圧に基づいて、共振周波数を検出できたか否かを判定する。

共振周波数を検出できなかった場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、まだ点火プラグ１６で火花放電が生じているとして、ステップＳ１２０に戻り、再度一次電圧検出部３１は一次コイル１８Ａに印加される一次電圧を検出する。共振周波数を検出した場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に進み、周波数学習部３２はその共振周波数を記憶する。そして、ステップＳ１５０にて、周波数学習部３２は、記憶した共振周波数と同じ周波数の共振信号Ｒを共振信号発生部３３に生成させ、ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０では、ＩＧｔ重畳信号制御部３４が、メイン点火信号Ｍから所定時間経過後に共振信号Ｒが重畳するように、点火信号ＩＧｔに共振信号Ｒを合成する。そして、合成した点火信号ＩＧｔをＩＧＢＴ１５に送信する。

次に、図４を参照して、本実施形態にかかる共振周波数学習制御の態様を説明する。

車両システムの初回始動時に、メイン点火信号発生部３５により送信されたメイン点火信号Ｍに基づいてＩＧｔ重畳信号制御部３４により生成された点火信号ＩＧｔをＩＧＢＴ１５に送信することで、ＩＧＢＴ１５が制御される。これにより、点火プラグ１６に火花放電を発生させる。このとき、一次電圧検出部３１により検出された一次電圧Ｖ１の電圧波形から点火プラグ１６の火花放電終了直後において発生するＬＣ共振電圧が検出され（時間ｔ１−ｔ２参照）、その共振周波数が周波数学習部３２により記憶される。この共振周波数は車両システムが終了するまで記憶され制御される。なお、ＬＣ共振電圧はシステム部品で決まる個々の周波数であり、メイン点火信号Ｍにより生じる火花放電が終了した後にあらわれる、交番する無負荷電圧であり、この周期を測定することで求めることができる。

周波数学習部３２により、記憶された共振周波数と同じ周波数の共振信号Ｒを共振信号発生部３３に生成させ、共振信号発生部３３によりＩＧｔ重畳信号制御部３４に対して生成した共振信号Ｒが送信される。つまり、ＬＣ共振電圧が検出された期間（共振周波数の１周期に該当する期間）ｔ１〜ｔ２と共振信号Ｒの１周期に該当する期間ｔ３〜ｔ４は略同じ期間となるように設定される。この共振信号Ｒを受信した共振信号発生部３３により、メイン点火信号Ｍから所定時間経過後に共振信号Ｒが重畳されるように点火信号ＩＧｔに共振信号Ｒが合成されて、ＩＧＢＴ１５に対して合成された点火信号ＩＧｔが送信される。ＩＧＢＴ１５は共振信号Ｒに基づいてオン／オフを切り替え、図４（ｂ）に記載されるグラフのように点火プラグ１６に断続的に二次電圧が印加されることになる。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・周波数学習部３２により、共振信号発生部３３に学習した共振周波数と同じ周波数の共振信号Ｒを生成させる。そして、メイン点火信号発生部３５により送信されたメイン点火信号Ｍの所定時間経過後に、共振信号発生部３３により送信された共振信号Ｒが重畳するようにＩＧｔ重畳信号制御部３４により点火信号ＩＧｔが生成される。そして、ＩＧｔ重畳信号制御部３４により生成された点火信号ＩＧｔは、内燃機関の圧縮または燃焼行程においてＩＧＢＴ１５に送信される。したがって、システムのバラツキや経年変化、点火プラグ１６の交換などにより共振周波数が変化する場合でも、その変化に対応して共振信号Ｒが調整され、常に所定の二次電圧を確保することが可能となる。また、この共振信号Ｒは圧縮または燃焼行程において点火信号ＩＧｔに合成されて送信される為、比較的高い電圧を印加しても燃焼室内の圧力が高く、点火プラグ１６の対向電極１６Ａ間で火花放電が生じる可能性は低い。このため、点火プラグ１６に印加された電圧は中心電極と取り付け金具間の碍子に印加されることになる。よって、碍子にカーボンの付着がある場合にはカーボンを介してコロナ放電が発生し（奥飛び放電が発生し）、この放電によりカーボンを焼失させることができる。

また、メイン点火の電圧で奥飛び放電が生じた場合を想定する。この場合でも、共振信号Ｒが合成された点火信号ＩＧｔに基づいてＩＧＢＴ１５が制御されることで、メイン点火での火花放電終了後も二次コイル１８Ｂに二次電圧が印加される。奥飛び放電が生じる場合には付着したカーボンにより点火プラグ１６の中心電極と取り付け金具間のギャップが点火プラグ１６の電極間よりも等価的に狭くなっているため共振信号Ｒによる電圧で奥飛び放電が継続されることになる。奥飛び放電が継続されることで、未燃焼の燃料を燃焼させることができ、カーボンを焼失させるとともに失火を抑制することが可能となる。つまり、本点火制御システム１０では奥飛び放電による燃料の燃焼が可能である為、くすぶり防止用の多重放電を実施する必要がない。また、奥飛び放電は点火プラグ１６の対向電極１６Ａで放電を生じさせるものでないため、奥飛び放電中は点火プラグ１６の電極の消耗を抑制する事が可能となり、ひいては点火プラグ１６の寿命の低下を抑制する事が可能となる。

共振周波数での電圧印加を継続させることで、点火プラグ１６にくすぶりが生じていても内燃機関の失火を抑制できることについて、図６に比較試験結果を示す。試験はＪＩＳＤ１６０６のくすぶり汚損試験で実施し、９０秒間のアイドリング期間中における全点火回数に対する失火回数を失火率として求めている。また、各試験サイクル終了時点での絶縁抵抗をＪＩＳＢ８０３１にて計測したものである。図６では点火プラグ１６の絶縁抵抗値の試験サイクル数毎での変化（図６（ａ））と、その失火率の変化（図６（ｂ））を示している。メイン点火信号Ｍに基づいて点火プラグ１６の対向電極１６Ａに火花放電を生じさせただけの場合（通常）では、内燃機関の試験サイクル数を増やしていくたびに、燃料の不完全燃焼が生じることによって、点火プラグ１６にカーボンが付着し、絶縁抵抗値が低くなっていき（図６（ａ））失火も４サイクル目から発生している。これは、カーボンの付着により、点火プラグ１６の対向電極間の火花放電が奥飛び放電に変化し、内燃機関に失火が生じているものと推定される（図６（ｂ））。

一方で、メイン点火信号Ｍ送信後に共振信号Ｒを送信する本実施形態における制御では、サイクル初期から絶縁抵抗値が通常より低下している。これは共振信号Ｒによる高電圧により点火プラグ１６にカーボンが集塵され、絶縁抵抗値が低下しているものと推定される。また、絶縁抵抗が低下しても失火率が上昇しないのは、メイン点火に続く共振信号Ｒによる高電圧の繰り返しによって奥飛び放電が継続され点火にいたっているものと推定される。更に、５サイクル目以降で絶縁抵抗が回復している。これは、奥飛び放電が発生し、それを共振信号Ｒにより放電を持続させ燃料を燃焼させることを繰り返すことで、カーボンは焼失し絶縁抵抗値が回復しているものと推定される（図６（ａ））。また、内燃機関の失火率を見ても、失火していないことが認められ優れた効果を備えていることが確認できる（図６（ｂ））。したがって、本制御は点火プラグ１６にくすぶりが生じても安定して燃料を燃焼することができるとともに、点火プラグ１６の自己清浄作用を高めることができている。

・周波数学習部３２により、共振信号発生部３３に共振周波数と同じ周波数の共振信号Ｒを生成させる。これにより、共振周波数が個々の諸元のバラツキや経時変化で変化してもその都度共振信号Ｒを調整することが可能となるため、より確実にくすぶり対応の二次電圧を確保することが可能となる。

・車両システムの初回起動時に周波数学習部３２により共振周波数の学習が行われたら、以降は車両システムの終了まで学習した共振周波数が記憶される。これにより、車両システムの初回起動後において、周波数学習部３２の制御を簡便化することが可能となる。

・点火コイル１８や電源部１７を変更する必要がなく、ＩＧＢＴ１５への駆動信号を変更するだけで実現できる。

（その他の実施例）
上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・車両システムの初回起動時に共振周波数の学習を実施していたが、車両システムの電源投入後の初回の始動毎に実施しても良いし、毎始動毎に実施しても良い。更には、くすぶりが検出されたときや、ユーザによる学習実施指示などの所定の条件で実施してもよい。

・上記実施形態では、空燃比をリーン側に制御して燃料の燃焼を実施していた。このことについて、空燃比をリーン側に制御する場合に限る必要はなく、例えば空燃比をストイキに制御して共振信号Ｒでの電圧印加を実施してもよい。

・ＩＧｔ重畳信号制御部３４により共振信号Ｒが点火信号ＩＧｔに合成されるタイミングについて、周波数学習部３２により共振周波数が学習されたその燃焼行程時から、共振信号Ｒが点火信号ＩＧｔに合成されるものとしていた。このことについて、例えば周波数学習部３２により共振周波数が学習された燃焼行程の次の燃焼行程時から、学習した共振周波数と同じ周波数の共振信号Ｒが点火信号ＩＧｔに合成されるものとしてもよい。この場合、共振周波数が学習された燃焼行程時では、前回のシステム起動時に学習した共振周波数を継続して記憶しておき、その共振周波数を共振信号Ｒの周波数に設定する。

・上記実施形態では、点火プラグ１６が備える電極間で生じた火花放電により燃料が燃焼したか否かに関わらず、ＩＧｔ重畳信号制御部３４は点火信号ＩＧｔに共振信号Ｒを合成して送信していた。このことについて、内燃機関で燃料の燃焼が生じたか否かを判定する燃焼判定部をＥＣＵ３０に備えさせ、燃焼判定部により内燃機関で燃料の燃焼が生じていないことが判定されたことを条件として、ＩＧｔ重畳信号制御部３４は共振信号Ｒを合成した点火信号ＩＧｔを送信するとしてもよい。この場合、失火が生じた場合に限ってＩＧｔ重畳信号制御部３４により共振信号Ｒが点火信号ＩＧｔに合成されるので、点火プラグ１６にエネルギが供給される頻度を少なくすることができる。

・上記実施形態では、点火プラグ１６がくすぶり状態であるか否かに関わらず、ＩＧｔ重畳信号制御部３４は点火信号ＩＧｔに共振信号Ｒを合成して送信していた。このことについて、点火プラグ１６のくすぶり度合いを検出するくすぶり度合い検出部をＥＣＵ３０に備えさせる。そして、くすぶり度合い検出部により検出されたくすぶり度合いが所定度合いよりも大きいことがＩＧｔ重畳信号制御部３４により判定されたことを条件として、共振信号Ｒを点火信号ＩＧｔに合成するとしてもよい。この場合、奥飛び放電が生じる可能性が高い状況に限ってＩＧｔ重畳信号制御部３４により共振信号Ｒが点火信号ＩＧｔに合成されるので、点火プラグ１６にエネルギが供給される頻度を少なくできる。

・上記実施形態では、周波数学習部３２は共振周波数を学習し、共振信号発生部３３に学習した共振周波数と同じ周波数の共振信号Ｒを生成させていた。この共振信号Ｒの周波数について、調整する際の条件を更に追加してもよい。例えば、周波数学習部３２は、点火プラグ１６の対向電極１６Ａで圧縮または燃焼行程で火花放電を生じさせることが困難な二次電圧の振幅を生じさせる周波数を、予めもとめた共振周波数と発生二次電圧の関係から求め、共振信号Ｒの周波数を調整してもよい。つまり、共振信号Ｒにより発生させる二次電圧は、メイン点火信号Ｍにより発生させる点火プラグ１６の電極間での放電開始電圧よりも低くなる。点火プラグ１６の対向電極１６Ａで火花放電を生じさせることが困難な二次電圧の設定の仕方は、以下の通りである。大気圧中における点火プラグ１６の電極間での放電電圧を測定し、共振周波数での電圧印加を実施するときの筒内圧を使用してパッシェンの法則から圧力変化分で求めた電極間の放電開始電圧値よりも低い値に設定すればよい。

奥飛び放電は、前述の通り点火プラグ１６の取り付け金具と付着したカーボンとの間で放電する。この点火プラグ１６の取り付け金具と付着したカーボンとの間の距離は、点火プラグ１６の電極間よりも短い。したがって、奥飛び放電を継続させるために必要な電圧は、点火プラグ１６の対向電極１６Ａにて火花放電を生じさせるために必要な電圧よりも低い。よって、上記条件を満たす周波数の共振信号Ｒを送信することで、点火プラグ１６の対向電極１６Ａでは火花放電が生じず、奥飛び放電が生じるため、点火プラグ１６の電極消耗を抑制する事が可能となる。

本別例について、点火プラグ１６の対向電極１６Ａで火花放電を生じさせることが困難な二次電圧の振幅を１〜２ｋＶと設定する。二次電圧の振幅が１〜２ｋＶであれば、内燃機関の圧縮行程の燃焼から膨張行程の筒内圧において、くすぶりが問題となるカーボン付着量で奥飛び放電を起こさせることができ、且つ点火プラグ１６の対向電極１６Ａにて火花放電を生じさせない最小の二次電圧とすることができる。また、二次電圧の振幅を１〜２ｋＶと最小の二次電圧に設定することで、装置の小型化が可能となる。さらに、共振周波数での電圧印加時間をより長い時間設定することができ、着火性能を高めることが最小のエネルギで可能となる。

・上記実施形態では、周波数学習部３２は一次電圧検出部３１より検出された一次電圧の波形から共振周波数を検出していた。このことについて、二次コイル１８Ｂに印加される二次電圧を検出する二次電圧検出部を設け、二次電圧検出部により検出された二次電圧に基づいて共振周波数を検出してもよい。

・メイン点火信号発生部３５により送信されたメイン点火信号Ｍの所定時間経過後に、共振信号発生部３３により送信された共振信号Ｒを重畳させ、内燃機関の圧縮または燃焼行程中にＩＧＢＴ１５のゲート端子へ出力した。これに対して、メイン点火信号Ｍによる放電が終了した直後から、又はメイン点火信号Ｍによる放電が終了する前から、予め求めた共振信号Ｒを重畳させてもよい。

・上記実施形態では、周波数学習部３２は一次電圧検出部３１より検出された一次電圧の波形から共振周波数を学習し、共振信号発生部３３に学習した共振周波数と同じ周波数の共振信号Ｒを生成させていた。共振信号Ｒの周波数の調整は、この方法に限らない。例えば、予め二次コイル１８Ｂのインダクタンスと点火プラグ１６の浮遊容量の推定値（設計値）から共振周波数を求めておく。あるいは、予め実験等により、二次コイル１８Ｂと点火プラグ１６の浮遊容量との共振周波数を求めておく。そして、実際に燃料を燃焼させる際には、図７に記載される周波数スイープ部４１により周波数を高くする方向、又は低くする方向に、共振信号Ｒの周波数を時間経過毎に徐々に変化（スイープ）させながら共振信号Ｒを送信する（図８参照）。このとき、予め求めておいた共振周波数が含まれるように、周波数を所定範囲内でスイープさせる。より具体的には、所定範囲を５−１０ｋＨｚと設定する。これにより、点火プラグ１６の共振周波数が変化しても、スイープした周波数範囲内に共振周波数を含ませることができ、所定の二次電圧を確保することが可能となる。

本別例について、所定の周波数スイープ範囲を５−１０ｋＨｚと設定していたが、この範囲に限る必要はなく、例えば１−２０ｋＨｚなど、より広い範囲で周波数をスイープさせてもよい。

・上記実施形態では、共振信号発生部３３とＩＧｔ重畳信号制御部３４とメイン点火信号発生部３５とは、別々のモジュールで構成されていた。このことについて、共振信号発生部３３とＩＧｔ重畳信号制御部３４とメイン点火信号発生部３５とは、１つのモジュールで構成されていてもよい。

・上記実施形態において、共振信号出力部３６はＥＣＵ３０に含まれていた。このことについて、共振信号出力部３６及びは例えば図９に記載されるようにイグナイタ５０に含ませてもよい。この場合、ＥＣＵ３０はメイン点火信号Ｍに相当する点火信号ＩＧｔを送信するだけでよくなり、ＥＣＵ３０が実行する制御の簡易化を図ることが可能となる。

１０…点火制御システム、１６…点火プラグ、１８…点火コイル、１８Ａ…一次コイル、１８Ｂ…二次コイル、３２，５２…周波数学習部、３３，５３…共振信号発生部、３４，５４…ＩＧｔ重畳信号制御部、３５，６１…メイン点火信号発生部。

Claims (9)

1. 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発生する点火プラグ（１６）と、
   一次コイル（１８Ａ）及び二次コイル（１８Ｂ）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（１８）と、
   所定の電圧を前記一次コイルに印加する電圧印加部（１７）と、
   前記電圧印加部から印加される前記所定の電圧により前記一次コイルへ流れる一次電流の導通及び遮断を、駆動信号に基づいて行うスイッチング素子（１５）と、
   を備える点火制御システム（１０）であって、
   前記スイッチング素子により前記一次電流を導通させた後に、前記スイッチング素子により前記一次電流を遮断させて、前記点火プラグにより火花放電可能な誘導電圧を前記二次コイルに発生させるメイン点火信号を送信するメイン点火信号送信部（３５、６１）と、
   前記点火プラグ及び前記二次コイルを含む回路に電圧共振を生じさせるための共振信号を送信する共振信号送信部（３３、５３）と、
   前記メイン点火信号送信部により送信された前記メイン点火信号の後に、前記共振信号送信部により送信された前記共振信号を合成して、前記スイッチング素子の前記駆動信号として送信する送信指令部（３４、５４）を備える点火制御システム。
2. 前記共振信号送信部により送信される前記共振信号の周波数を、前記点火プラグ及び前記二次コイルを含む回路に電圧共振を生じさせる共振周波数を含むように調整する周波数調整部（３２、４０、５２）を備える請求項１に記載の点火制御システム。
3. 前記周波数調整部（４０）は、前記共振信号送信部により前記共振信号が送信される期間中、前記共振信号の前記周波数を前記共振周波数を含む所定範囲内でスイープさせる請求項２に記載の点火制御システム。
4. 前記所定範囲は、５〜１０ｋＨｚを含むように設定する請求項３に記載の点火制御システム。
5. 前記一次コイルに印加される一次電圧を検出する一次電圧検出部（３１、５１）を備え、
   前記周波数調整部（３２、５２）は、前記点火プラグの火花放電が停止することで生じる共振現象を前記一次電圧検出部より検出された前記一次電圧に基づいて検出し、検出された前記共振現象の前記共振周波数と同じ周波数に、前記共振信号送信部により送信される前記共振信号の周波数を調整する請求項２に記載の点火制御システム。
6. 前記周波数調整部は、車両システムの初回始動時に前記共振周波数の学習を行い、前記システムが終了するまで、前記学習した前記共振周波数に、前記共振信号送信部により送信される前記共振信号の周波数を調整する請求項５に記載の点火制御システム。
7. 前記送信指令部により送信された前記スイッチング素子の前記駆動信号に合成された前記共振信号を起因として、前記点火プラグが備える電極間で前記火花放電を生じさせることが困難な電圧を前記点火プラグに印加させる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の点火制御システム。
8. 前記共振信号は前記内燃機関の圧縮または燃焼行程で出力する請求項１乃至７のいずれか1項に記載の点火制御システム。
9. 前記共振信号の周波数により変動する二次電圧の振幅は１〜２ｋＶである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の点火制御システム。

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