JP2018127909A - 点火制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】可燃混合気の燃焼状態をより精度良く推測し、必要に応じて点火プラグに再放電を実施させることで可燃混合気の燃焼状態を改善することが可能な点火制御システムを提供する。
【解決手段】点火プラグ（１９）に放電火花を発生させる放電発生制御を１燃焼サイクル中に１回、又は複数回実施させる一次電流制御部（３１４）と、二次電流を放電経路長で割ることで、放電火花のエネルギ密度の近似値としての近似エネルギ密度を逐次算出する近似エネルギ密度算出部（３１４）と、１燃焼サイクル中において一次電流の遮断を行わせた後の所定期間内に、近似エネルギ密度が所定値よりも大きいことを条件として、その時の放電経路長を積算することで積算値を算出する積算値算出部（３１４）と、を備え、一次電流制御部は、積算値算出部により算出された積算値が第一閾値よりも小さいことを条件として、放電発生制御を再度実施させる点火制御システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関に用いられる点火制御システムに関する。

近年、自動車用内燃機関での燃費を改善するため、希薄燃料の燃焼制御（リーンバーンエンジン）、又は、内燃機関の気筒へ可燃性混合気を還流させるＥＧＲに関する技術の検討が進められている。これらの技術にあっては、混合気に含まれる化石燃料を効果的に燃焼させる為の点火システムとして、内燃機関の点火タイミングで点火プラグが複数回連続的に放電を行なう多重点火方式が一部で採用されている。

この多重点火方式では、一点火サイクルに複数回の放電動作を実施する分だけ、点火プラグの電極消耗や、点火プラグに高電圧を供給する点火コイルの消費電力が増加するという問題があった。また、初回の放電で混合気を良好に着火することができた場合でも、不要に放電動作を繰り返すというエネルギー上の無駄もあった。この対策として、特許文献１には、容量性放電期間中において、点火コイルに印加される二次電圧の電圧ピークが判定閾値を超えた場合に、電圧ピークが判定閾値を超えた超過区間の累積時間又は超過区間における二次電圧の累積値を計測する。そして、計測した超過区間の累積時間又は超過区間における二次電圧の累積値に基づいて、混合気が燃焼状態にあるか、失火状態にあるかを判定する技術が開示されている。

特開２０１０−１３８８８０号公報

特許文献１には、容量性放電を実施中において、混合気が燃焼した場合と失火した場合とでは、混合気が燃焼した場合に検出された二次電圧の方が小さいことが記載されている。これは、点火プラグで生じた放電により混合気が着火することで燃焼イオンが生じ、点火プラグの電極間に該燃焼イオンが存在することで、点火プラグの電極間を二次電流が流れやすくなる。これにより、放電抵抗が低下し、それに伴って、点火プラグに印加される二次電圧が低下したと考えられる。

ところで、燃焼室内の気流の流速が高い高流動場では、混合気が着火することで生じる燃焼イオンが気流によって流され、点火プラグの電極間に存在する燃焼イオンが少なくなることが想定される。この状況では、放電抵抗がさほどに低下せず、それに伴い、点火プラグに印加される二次電圧がさほどに低下しない。この場合、特許文献１に記載の技術では、混合気が燃焼状態にあっても、点火プラグに印加される二次電圧は高い状態であるために、混合気が失火状態であると誤判定するおそれがある。この点で、混合気の燃焼状態を判定する判定制御には未だ改善の余地がある。

本発明は、上記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、可燃混合気の燃焼状態をより精度良く推測し、必要に応じて点火プラグに再放電を実施させることで可燃混合気の燃焼状態を改善することが可能な点火制御システムを提供することにある。

本発明は、点火制御システムであって、内燃機関の気筒内の可燃混合気に点火するための放電火花を一対の放電電極の間にて発生させる点火プラグと、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二次電圧を印加する点火コイルと、前記一次コイルに印加される一次電圧、及び、前記点火プラグに印加される二次電圧の少なくとも一方の電圧値を検出する電圧値検出部と、前記点火プラグに流れる二次電流を検出する二次電流検出部と、を備える前記内燃機関に適用され、前記一次コイルへ一次電流の導通を行わせた後に前記一次電流の遮断を行わせることで、前記点火プラグに前記放電火花を発生させる放電発生制御を１燃焼サイクル中に１回、又は複数回実施させる一次電流制御部と、前記電圧値検出部により検出された前記電圧値に基づいて、前記放電電極間に形成された前記放電火花の長さとしての放電経路長を逐次算出する放電経路長算出部と、前記二次電流検出部により検出された前記二次電流を、前記放電経路長算出部により算出された前記放電経路長で割ることで、前記放電火花の単位長さ当たりのエネルギであるエネルギ密度の近似値としての近似エネルギ密度を逐次算出する近似エネルギ密度算出部と、１燃焼サイクル中において前記一次電流の遮断を行わせた後の所定期間内に、前記近似エネルギ密度算出部により算出された前記近似エネルギ密度が所定値よりも大きいことを条件として、前記放電経路長算出部により算出されたその時の前記放電経路長を積算することで積算値を算出する積算値算出部と、を備え、前記一次電流制御部は、前記積算値算出部により算出された前記積算値が第一閾値よりも小さいことを条件として、前記放電発生制御を再度実施させる。

発明者は、二次電流と二次電圧との積により求められる放電エネルギを放電経路長で割ることにより算出される、放電火花のエネルギ密度が所定値よりも大きい放電火花は可燃混合気の燃焼に寄与しており、エネルギ密度が所定値よりも小さい放電火花は可燃混合気の燃焼にさほどに寄与していないことを発見した。また、点火プラグで放電が生じている放電期間中の二次電流の変動幅が２００〜０［ｍＡ］程度と大きいが、一方で、二次の誘導放電電圧(維持電圧)の変動幅は０．５〜１０［ｋＶ］程度と小さい。このことから、発明者は、電流が大きい火花の先頭部分での二次電圧の変動が緩やかであり（換言すれば、二次電圧の変動幅が小さく）、二次電流が放電エネルギの値の大きさを決める上でより支配的なパラメータであることを見出した。そして、この発見に伴い、二次電流を放電経路長で割ることにより算出された値は、放電火花のエネルギ密度を近似した値となることが分かった。また、放電火花のエネルギ密度が同じであれば、放電経路長が長いほど、放電火花の放電エネルギが大きくなるとともに放電火花の表面積が大きくなる関係にある。この関係から、放電経路長は、放電火花の放電エネルギの大きさを正確に反映したパラメータであることが分かった。以上より、点火プラグで生じている放電火花が可燃混合気の燃焼に寄与しているか否かは、近似エネルギ密度から推測することができ、ひいては、近似エネルギ密度が所定値よりも大きい放電火花の放電経路長の積算値に基づいて、可燃混合気の燃焼状態が良好であるか否かをより正確に推測することができることを発明者は見出した。

したがって、本点火制御システムには、近似エネルギ密度算出部が備わっており、二次電流検出部により検出された二次電流を放電経路長算出部により算出された放電経路長で割ることで、放電火花のエネルギ密度の近似値である近似エネルギ密度が逐次算出される。そして、１燃焼サイクル中において一次電流の遮断を行わせた後の所定期間内に、近似エネルギ密度算出部により算出された近似エネルギ密度が所定値よりも大きいことを条件として、放電経路長算出部により算出された放電経路長が積算されることで積算値が積算値算出部により算出される。つまり、算出された積算値は、所定期間内に可燃混合気の燃焼に寄与した放電火花の放電経路長の積算値である。

よって、所定期間中に積算された積算値が第一閾値よりも小さい場合には、可燃混合気の燃焼状態が良好ではないと推測することができるので、積算値算出部により算出された積算値が第一閾値よりも小さいことを条件として、一次電流制御部により放電発生制御が再度実施される。これにより、可燃混合気の燃焼状態を良好なものとすることができる。一方で、積算値算出部により算出された積算値が第一閾値よりも大きい場合には、可燃混合気の燃焼状態が良好であると推測することができる。このため、一次電流制御部による再度の放電発生制御が実施されないことで、点火プラグに対して不要にエネルギを費やすことを抑制することができる。また、エネルギ密度に代えて近似エネルギ密度を用いて本制御を実施することで、放電エネルギの算出工程を省くことができる（二次電流と二次電圧との積を算出する算出工程を省くことができると換言してもよい）。ひいては、本制御を実施する上で必要とする算出回路の簡素化を図ることができる。

本実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 図１に記載の点火回路ユニットの概略構成図である。 放電期間中における二次電流と二次電圧の時間変化を示したグラフである。 二次電圧と放電経路長との関係を示すグラフである。 時間経過に伴う、放電火花の近似エネルギ密度及び放電経路長の変化態様を示した図である。 本実施形態に係る点火制御回路が実施する制御フローチャートである。 本実施形態に係る燃焼状態判定制御の動作を示すタイムチャートである。 空燃比が増加することに伴うトルク変動率の変化を、一回放電した場合と二度放電した場合とで対比させたグラフである。 近似エネルギ密度の大きな放電経路長の積算値と可燃混合気の２％が燃焼するまでに経過したクランク角度との関係を示した図である。 二次電流を放電経路長で割った値がエネルギ密度に近似していることを示した図である。 一次電圧と二次電圧の関係を示した図である。 近似エネルギ密度の大きな放電経路長の積算値を算出する別の方法を示した図である。 別例に係る点火制御回路が実施する制御フローチャートである。 二度放電を生じさせた場合の放電間隔が及ぼす、ＥＧＲ量増大に伴うトルク変動率への影響を示した図である。

図１を参照すると、エンジンシステム１０は、火花点火式の多気筒内燃機関であるエンジン１１を備えている。なお、図１には、エンジン１１が備える複数気筒のうちの１気筒のみが例示されている。

このエンジンシステム１０は、エンジン１１の運転状態によって、混合気の空燃比を理論空燃比に対してリッチ側又はリーン側に変更制御する。例えば、エンジン１１の運転状態が低回転低負荷の運転領域内にある場合には、混合気の空燃比をリーン側に変更制御する。

エンジン１１の本体部を構成するエンジンブロック１１ａの内部には、燃焼室１１ｂ及びウォータージャケット１１ｃが形成されている。エンジンブロック１１ａは、ピストン１２を往復移動可能に収容するように設けられている。ウォータージャケット１１ｃは、冷却液（冷却水ともいう）が通流可能な空間であって、燃焼室１１ｂの周囲を取り囲むように設けられている。

エンジンブロック１１ａの上部であるシリンダヘッドには、吸気ポート１３及び排気ポート１４が、燃焼室１１ｂと連通可能に形成されている。また、シリンダヘッドには、吸気ポート１３と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための吸気バルブ１５と、排気ポート１４と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための排気バルブ１６と、吸気バルブ１５及び排気バルブ１６を所定のタイミングで開閉動作させるためのバルブ駆動機構１７と、が設けられている。

吸気ポート１３には、吸気マニホールド２１ａが接続されている。この吸気マニホールド２１ａには、燃料供給系から高圧燃料が供給される電磁駆動式のインジェクタ１８が備わっている。このインジェクタ１８は、通電に伴い吸気ポート１３へ向かって燃料を噴射するポート噴射式の燃料噴射弁である。

吸気マニホールド２１ａよりも吸気通流方向における上流側には、サージタンク２１ｂが配置されている。排気ポート１４には、排気管２２が接続されている。

ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路２３は、排気管２２とサージタンク２１ｂとを接続することで、排気管２２に排出された排出ガスの一部を吸気に導入可能に設けられている（以下、吸気に導入された排出ガスをＥＧＲガスと呼称）。ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲ制御バルブ２４が介装されている。ＥＧＲ制御バルブ２４は、その開度によってＥＧＲ率（燃焼室１１ｂ内に吸入される燃焼前のガスにおけるＥＧＲガスの混入割合）を制御可能に設けられている。このため、ＥＧＲ通路２３及びＥＧＲ制御バルブ２４は排気再循環機構に該当する。

吸気管２１における、サージタンク２１ｂよりも吸気通流方向における上流側には、スロットルバルブ２５が介装されている。スロットルバルブ２５は、その開度が、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ２６の動作によって制御されるようになっている。また、吸気ポート１３の近傍には、スワール流やタンブル流を発生させるための気流制御バルブ（気流生成部に該当）２７が設けられている。

排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒４１が設けられ、この触媒４１の上流側には排出ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ４０（リニアＡ／Ｆセンサ等）が設けられている。

エンジンシステム１０は、点火回路ユニット３１、電子制御ユニット３２等を備えている。

点火回路ユニット３１は、燃焼室１１ｂ内の燃料混合気に点火するための放電火花を点火プラグ１９にて発生させるように構成されている。電子制御ユニット３２は、いわゆるエンジンＥＣＵ（ＥＣＵはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔの略である）であって、クランク角センサ３３等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１１の運転状態（以下「エンジンパラメータ」と略称する。）に応じて、インジェクタ１８及び点火回路ユニット３１を含む各部の動作を制御するようになっている。

点火制御に関しては、電子制御ユニット３２は、取得したエンジンパラメータに基づいて、点火信号ＩＧｔを生成及び出力するようになっている。かかる点火信号ＩＧｔは、燃焼室１１ｂ内のガスの状態及び必要とされるエンジン１１の出力（これらはエンジンパラメータに応じて変化する）に応じた、最適な点火時期及び放電電流（点火放電電流）を規定するものである。

クランク角センサ３３は、エンジン１１の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するためのセンサである。このクランク角センサ３３は、エンジンブロック１１ａに装着されている。冷却水温センサ３４は、ウォータージャケット１１ｃ内を通流する冷却液の温度である冷却水温を検出（取得）するためのセンサであって、エンジンブロック１１ａに装着されている。

エアフローメータ３５は、吸入空気量（吸気管２１を通流して燃焼室１１ｂ内に導入される吸入空気の質量流量）を検出（取得）するためのセンサである。このエアフローメータ３５は、スロットルバルブ２５よりも吸気通流方向における上流側にて、吸気管２１に装着されている。吸気圧センサ３６は、吸気管２１内の圧力である吸気圧を検出（取得）するためのセンサであって、サージタンク２１ｂに装着されている。

スロットル開度センサ３７は、スロットルバルブ２５の開度（スロットル開度）に対応する出力を生じるセンサであって、スロットルアクチュエータ２６に内蔵されている。アクセルポジションセンサ３８は、アクセル操作量に対応する出力を生じるように設けられている。

＜点火回路ユニット周辺の構成＞
図２を参照すると、点火回路ユニット３１は、点火コイル３１１と、ＩＧＢＴ３１２（スイッチング素子に該当）と、電源部３１３と、点火制御回路３１４と、が設けられている。

点火コイル３１１は、一次コイル３１１Ａ、二次コイル３１１Ｂ及び鉄心３１１Ｃを備えている。一次コイル３１１Ａの第一端は、電源部３１３に接続されており、一次コイル３１１Ａの第二端は、ＩＧＢＴ３１２のコレクタ端子に接続されている。そして、ＩＧＢＴ３１２のエミッタ端子は接地側に接続されている。ＩＧＢＴ３１２の両端（コレクタ端子とエミッタ端子）には、ダイオード３１２ｄが並列に接続されている。

二次コイル３１１Ｂの第一端は、ダイオード３１６を介して、電流検出用経路Ｌ１と接続されている。この電流検出用経路Ｌ１には、二次電流検出用の抵抗体３１７が設けられている。抵抗体３１７の第一端はダイオード３１６を介して二次コイル３１１Ｂの第一端と接続され、抵抗体３１７の第二端は接地側に接続されている。抵抗体３１７には、後述する点火制御回路３１４が接続されている。ダイオード３１６は、接地側から抵抗３１７Ｂを介して二次コイル３１１Ｂにおける第二端側に向かう方向の電流の通流を禁止するとともに、二次電流（放電電流）Ｉ２を点火プラグ１９から二次コイル３１１Ｂに向かう方向に規定すべく、そのアノードが二次コイル３１１Ｂにおける第一端側に接続されている。

二次コイル３１１Ｂの第二端は、点火プラグ１９に接続されており、二次コイル３１１Ｂの第二端と点火プラグ１９を繋ぐ経路Ｌ２には、電圧検出用経路（電圧値検出部に該当）Ｌ３が接続されている。この電圧検出用経路Ｌ３には、電圧検出用の抵抗体３１８Ａ，３１８Ｂが備えられている。抵抗体３１８Ａの一端は、経路Ｌ２に接続され、他端は抵抗体３１８Ｂに接続されている。抵抗体３１８Ｂの一端は抵抗体３１８Ａに接続され、他端は接地側に接続されている。また抵抗体３１８Ａと抵抗体３１８Ｂとの間のノード（図番号を略す）は、後述する点火制御回路３１４に接続されている。このような電圧検出用経路Ｌ３によって、点火プラグ１９に印加される二次電圧Ｖ２が検出されるようになっている。

電子制御ユニット３２は、前述の通り取得したエンジンパラメータに基づいて点火信号ＩＧｔを生成している。そして、生成した点火信号ＩＧｔを点火制御回路３１４に送信する。点火制御回路３１４は、電子制御ユニット３２より受信した点火信号ＩＧｔに基づいて、ＩＧＢＴ３１２の開閉制御を行なうための駆動信号ＩＧをＩＧＢＴ３１２のゲート端子へ出力し、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を行わせる点火制御を実施する。この点火制御は、点火制御回路３１４を備える気筒内に設けられた点火プラグ１９を対象とした制御である。換言すれば、気筒毎に設けられた点火プラグ１９の点火制御は、同気筒に備わる点火制御回路３１４により実施される。

電子制御ユニット３２は、第一所定時間の経過後に点火信号ＩＧｔの出力を停止することで、点火制御回路３１４は駆動信号ＩＧをＩＧＢＴ３１２のゲート端子へ出力することを停止する。これにより、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通が遮断され、二次コイル３１１Ｂに高電圧が誘起し、点火プラグ１９の火花ギャップ部の気体が絶縁破壊することで、点火プラグ１９で放電火花が生じる。

点火制御回路３１４は、電圧検出用経路Ｌ３に印加される二次電圧Ｖ２を逐次検出し、検出した二次電圧Ｖ２に基づいて点火プラグ１９に生じている放電火花の放電経路長Ｌを算出する。また、電流検出用経路Ｌ１に流れる二次電流Ｉ２を逐次検出しており、検出した二次電流Ｉ２と算出した放電火花の放電経路長Ｌとに基づいて、近似エネルギ密度Ｄを算出する。よって、電流検出用経路Ｌ１及び点火制御回路３１４は、二次電流検出部に該当し、電圧検出用経路Ｌ３及び点火制御回路３１４は、電圧値検出部に該当する。また、点火制御回路３１４は、一次電流制御部と、放電経路長算出部と、近似エネルギ密度算出部と、積算値算出部と、に該当する。

従来は、点火プラグ１９に放電火花を生じさせることで、燃焼室１１ｂ内に存在する可燃混合気を燃焼させる際、可燃混合気の燃焼状態を点火プラグ１９に印加される二次電圧Ｖ２の変化に基づいて推測していた。具体的には、点火プラグ１９で生じる放電火花の二次電圧Ｖ２の電圧ピークが判定閾値を超えて下回った場合に、電圧ピークが判定閾値を超えた超過区間の累積時間又は超過区間における二次電圧Ｖ２の累積値を計測する。そして、計測した超過区間の累積時間又は超過区間における二次電圧Ｖ２の累積値に基づいて、可燃混合気が燃焼状態にあるか、失火状態にあるかを判定する。

ところで、本実施形態に係るエンジンシステム１０には、吸気ポート１３の近傍に気流制御バルブ２７が設けられており、均質希薄燃焼を行う場合には気流制御バルブ２７により燃焼室１１ｂ内にスワール流やタンブル流などの気流を生じさせ、タービュランス（乱れ）を誘発して燃焼速度を向上させる。このとき、燃焼室１１ｂ内の気流の速度が高くなるため、可燃混合気が着火することで生じる燃焼イオンが気流によって流され、点火プラグ１９の電極間に存在する燃焼イオンが少なくなることが想定される。この状況では、放電抵抗がさほどに低下せず、それに伴い、点火プラグ１９に印加される二次電圧Ｖ２がさほどに低下しない。したがって、仮に二次電圧Ｖ２に基づいて可燃混合気の燃焼状態を推測する場合、可燃混合気が燃焼状態にあっても、点火プラグ１９に印加される二次電圧Ｖ２は大きい状態であるために、可燃混合気が失火状態であると推測を誤るおそれがある。

この対策として、本実施形態では、放電火花の近似エネルギ密度Ｄと、放電火花の放電経路長Ｌと、に基づいて可燃混合気の燃焼状態を推測する。

発明者は、二次電流Ｉ２と二次電圧Ｖ２との積により求められる放電エネルギを放電経路長Ｌで割ることにより算出される、放電火花のエネルギ密度が所定値Ｔｈよりも大きい放電火花は可燃混合気の燃焼に寄与しており、放電火花のエネルギ密度が所定値Ｔｈよりも小さい放電火花は可燃混合気の燃焼にさほどに寄与していないことを発見した。また、図３に示すように、点火プラグ１９で放電が生じている放電期間中の二次電流Ｉ２の変動幅が大きい（２００〜０［ｍＡ］程度）ことに比較して、二次電圧Ｖ２の変動幅は小さい（０．５〜１０［ｋＶ］程度）。このことから、発明者は、電流値が大きい放電火花の先端部分での二次電圧の変動が緩やかであり（換言すれば、二次電圧の変動幅が小さく）、二次電流Ｉ２が放電エネルギの値の大きさを決める上でより支配的なパラメータであることを見出した。そして、この発見に伴い、二次電流Ｉ２を放電経路長Ｌで割ることにより算出された値は、放電火花のエネルギ密度を近似した値となることが分かった。また、放電火花のエネルギ密度が同じであれば、放電経路長Ｌが長いほど、放電火花の放電エネルギが大きくなるとともに放電火花の表面積が大きくなる関係にある。この関係から、放電経路長Ｌは、放電火花の放電エネルギの大きさを正確に反映したパラメータであることが分かった。

以上より、点火プラグ１９で生じている放電火花が可燃混合気の燃焼に寄与しているか否かは、近似エネルギ密度Ｄから推測することができる。また、近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きい放電火花の放電経路長Ｌは、可燃混合気の燃焼に寄与した（可燃混合気に対して燃焼するためのエネルギを与えた）放電火花の放電経路長Ｌと見做すことができる。よって、放電火花の放電経路長Ｌの積算値から、可燃混合気に対して与えた燃焼するためのエネルギの合算値を推定することができ、ひいては放電火花の放電経路長Ｌの積算値から可燃混合気の燃焼状態を精度高く判定することが可能となることを発明者は見出した。

この発見に基づき、本実施形態に係る点火制御回路３１４では、下記に記載の燃焼状態判定制御を実施する。燃焼状態判定制御では、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させてから所定期間内に、後述の算出方法で算出した近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きいことを条件として、その時の放電火花の放電経路長Ｌを積算する積算処理を実施する。そして、所定期間の経過時に積算処理により算出された放電火花の放電経路長Ｌの積算値に基づいて、後述の可燃混合気の燃焼状態判定処理を実施する。

本実施形態において、近似エネルギ密度Ｄは（１）式に記載されるように、二次電流Ｉ２を、放電火花の長さとしての放電経路長Ｌで割ることで算出している。

Ｄ＝Ｉ２÷Ｌ…（１）
放電経路長Ｌに関して、図４に記載されるように、二次電圧Ｖ２と、放電経路長Ｌとの関係が、自然対数により精度よく近似できることを発見した。このため、（２）式に記載されるように二次電圧Ｖ２の絶対値の自然対数値に基づいて、放電経路長Ｌを算出する。ａ，ｂは、二次電圧Ｖ２と放電経路長Ｌとの関係を適切に規定する定数である。

Ｌ＝ａ×ｌｎ（Ｖ２）＋ｂ…（２）
放電経路長Ｌは検出された二次電圧Ｖ２に基づいて逐次算出されており、近似エネルギ密度Ｄもまた、検出された二次電流Ｉ２と算出される放電経路長Ｌとに基づいて逐次算出されるものである。

燃焼状態判定制御を、図５を参照して説明する。図５には、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させることで、点火プラグ１９に放電火花が生じて以降の、放電火花の近似エネルギ密度Ｄと放電経路長Ｌとの時系列変化が示されている。

ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させてから所定期間内（時間ｔ１−ｔ３参照）において、近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも小さくなるまで（時間ｔ２参照）、算出されたその時の放電火花の放電経路長Ｌが積算される。近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きい放電火花の放電経路長Ｌの積算式は、（３）式に記載される通り、近似エネルギ密度Ｄを所定値Ｔｈで引いた値のステップ関数ｕと放電経路長Ｌとの積を積分することで求められる。

Ｖ＝∫Ｌ×ｕ（Ｄ−Ｔｈ）ｄｔ…（３）
所定期間の経過時には、燃焼状態判定処理を実施する。具体的には、積算処理にて算出された、近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きいことを条件としてその時の放電火花の放電経路長Ｌを積算した放電経路長Ｌの積算値（以降、近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値と呼称）が第一閾値よりも小さいか否かを判定する。積算された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さくないと判定した場合には、放電火花は可燃混合気の燃焼に十分寄与しており、それゆえに可燃混合気の燃焼状態は良好であると判断し、放電制御を終了する。一方で、積算された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さいと判定した場合には、可燃混合気の燃焼に放電火花は十分に寄与しておらず、可燃混合気の燃焼状態は悪いと判断し、再放電制御を実施する。

再放電制御では、まず駆動信号ＩＧを再度ＩＧＢＴ３１２のゲート端子に出力することで、点火プラグ１９で生じている放電火花を終了させる。これにより、電源部３１３から一次コイル３１１Ａにエネルギが供給される。そして、第二所定時間の経過後に、点火制御回路３１４はＩＧＢＴ３１２のゲート端子への駆動信号ＩＧの出力を停止し、点火プラグ１９に再放電を実施させる。なお、第二所定時間は、第一所定時間よりも短く設定される。これは、点火プラグ１９で生じている放電火花を終了させたときには、一次コイル３１１Ａには電力がまだ貯蓄されており、点火プラグ１９に再放電を生じさせるのに必要な電力が貯蓄されるまでの時間が短いことが想定されるためである。

本実施形態では、再放電制御が実施された場合にも可燃混合気の燃焼状態の判定を行う。再放電制御を実施することで、点火プラグ１９に再度生じた放電火花はそれまでに点火プラグ１９に生じていた放電火花により加熱された可燃混合気を継続して加熱することになる。このため、再放電制御が実施された場合において所定期間中に算出された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値は、１燃焼サイクル中において今までに算出された放電経路長Ｌの積算値に加えられる。これにより算出された合計値が第一閾値よりも小さい場合には、まだ可燃混合気の燃焼状態が良好ではないことが想定されるため、再放電制御を実施する。一方で、算出された総計値が第一閾値よりも小さくない場合には、可燃混合気の燃焼状態が良好となったことが想定されるため、再度の放電発生制御を実施しない。このような制御を実施することで、放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも大きくなるように制御することができ、また、可燃混合気の燃焼状態を良好なものとするために放電発生制御を実施する回数を必要最低限に留めることが可能となる。

ところで、燃焼室内の空燃比がリーンに偏るほど、可燃混合気は燃焼が困難である。よって、可燃混合気を良好に燃焼させるためには、近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きい放電火花をより長く生じさせる必要がある。したがって、点火制御回路３１４は、空燃比が大きい（リーン側に偏る）ほど、第一閾値を大きく設定する。また、本実施形態のようにＥＧＲ通路２３が設けられたエンジン１１では、そのＥＧＲ率が多いほど、燃焼室内におけるＥＧＲガスの占める割合は多くなるため、可燃混合気の燃焼が困難となる。ＥＧＲガスが多い場合、可燃混合気を良好に燃焼させるためには、近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きい放電火花をより長く生じさせる必要がある。よって、点火制御回路３１４は、ＥＧＲ率が大きいほど、第一閾値を大きく設定する。

一次電流Ｉ１を遮断することで点火プラグ１９に放電火花を生じさせた際、電圧検出用経路Ｌ３に印加される二次電圧Ｖ２及び電流検出用経路Ｌ１に流れる二次電流Ｉ２にノイズが生じることが想定される。ノイズが生じている期間は、算出される近似エネルギ密度Ｄ及び放電経路長Ｌに誤差が含まれることが考えられるため、この期間は上述の燃焼状態判定制御を実施しないことが好適である。これを考慮し、本実施形態では、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させた直後を始点として所定のマスク期間が設定されており、上記の所定期間はマスク期間を除いて設定される。

また、点火プラグ１９で放電火花が生じている期間が長くなると、燃焼室１１ｂ内の気流により放電火花は「Ｕ」字状に伸長する。このとき、向かい合う火花放電同士の距離が近距離となる箇所が存在すると、該箇所で火花放電同士が接合し、該箇所以降の放電火花の伸長部分が消失する放電短絡を生じることがある。放電短絡が生じた場合にも、二次電圧Ｖ２及び二次電流Ｉ２にノイズが生じることになるため、点火プラグ１９で生じる放電火花が短絡する確率が高まる期間と重ならないように、上記の所定期間が設定される。

本実施形態では、点火制御回路３１４により後述する図６に記載の燃焼状態判定制御を実施する。図６に示す燃焼状態判定制御は、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させることで開始される点火プラグ１９に放電を実施させる期間としての放電期間内において、点火制御回路３１４によって所定周期で繰り返し実施される。

まずステップＳ１００にて、現在がマスク期間内に含まれるか否かを判定する。現在がマスク期間内に含まれないと判定した場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、電圧検出用経路Ｌ３に印加される二次電圧Ｖ２を検出する。ステップＳ１２０では、電流検出用経路Ｌ１に流れる二次電流Ｉ２を検出する。

ステップＳ１３０では、二次電圧Ｖ２の絶対値の自然対数値に基づいて、放電経路長Ｌを算出する。ステップＳ１４０では、二次電流Ｉ２を放電経路長Ｌで割ることで、近似エネルギ密度Ｄを算出する。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で算出した近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きいか否かを判定する。近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きくないと判定した場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、後述のステップＳ１７０に進む。近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きいと判定した場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０では、ステップＳ１３０で算出した放電経路長Ｌを積算する。

ステップＳ１７０では、放電経路長Ｌを積算する所定期間が経過したか否かを判定する。所定期間内が経過したと判定した場合には（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、ステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、空燃比センサ４０により検出された空燃比や、ＥＧＲ制御バルブ２４の開度に基づいて算出されたＥＧＲ率から、第一閾値を設定する。ステップＳ１９０では、ステップＳ１６０で積算した放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さいか否かを判定する。放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さくないと判定した場合には（Ｓ１９０：ＮＯ）、ステップＳ２００に進み、可燃混合気の燃焼状態は良好であると判定して、本制御を終了する。放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さいと判定した場合には（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、ステップＳ２１０に進み、可燃混合気の燃焼状態は悪いと判定して、ステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、再放電制御を実施して、ステップＳ１００に戻る。

現在がマスク期間内に含まれると判定した場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、放電経路長Ｌを積算する所定期間が経過していないと判定した場合（Ｓ１７０：ＮＯ）、はステップＳ１００に戻る。

なお、再放電制御時に実施される燃焼状態判定制御は、その制御内容を一部変更する。具体的には、ステップＳ１９０の判定処理において、ステップＳ１６０で積算した放電経路長Ｌの積算値と、１燃焼サイクル中において今までに算出された放電経路長Ｌの積算値と、の合計値が第一閾値よりも小さいか否かを判定する判定処理に変更される。それ以外のステップは、初回放電時の燃焼状態判定制御のステップと同一である。

なお、ステップＳ１３０の処理は、放電経路長算出部としての処理に該当し、ステップＳ１４０の処理は、近似エネルギ密度算出部としての処理に該当し、ステップＳ１５０及びステップＳ１６０の処理は、積算値算出部としての処理に該当する。

次に、図７を参照して、本実施形態にかかる燃焼状態判定制御の態様を説明する。

図７において、「ＩＧ」はＩＧＢＴ３１２のゲート端子へ駆動信号ＩＧが出力されたか否かをハイ／ローで表すものである。「Ｉ１」は、一次コイル３１１Ａに流れる一次電流Ｉ１の値を表しており、「Ｖ１」は一次コイル３１１Ａに印加される一次電圧Ｖ１の値を表している。また「Ｖ２」は、点火プラグ１９に印加される二次電圧Ｖ２の値を表し、「Ｉ２」は点火プラグ１９に流れる二次電流Ｉ２の値を表している。

電子制御ユニット３２より点火信号ＩＧｔを受信した点火制御回路３１４により、ＩＧＢＴ３１２のゲート端子に駆動信号ＩＧが送信される（時間ｔ１０参照）。これにより、ＩＧＢＴ３１２は閉状態となり、一次電流Ｉ１が一次コイル３１１Ａへ流れる。そして、第一所定時間の経過後に電子制御ユニット３２から点火制御回路３１４への点火信号ＩＧｔの出力が停止されることで、それに伴って点火制御回路３１４によるＩＧＢＴ３１２のゲート端子への駆動信号ＩＧの出力が停止される（時間ｔ１１参照）。これにより、ＩＧＢＴ３１２は開状態となり、一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通が遮断され、二次コイル３１１Ｂに二次電圧Ｖ２が誘起し、点火プラグ１９の火花ギャップ部の気体が絶縁破壊することで、点火プラグ１９で放電火花が生じる。

点火プラグ１９で放電火花が生じてから（一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通が遮断されてから）、所定のマスク期間を経過するまで（時間ｔ１１−１２参照）は、近似エネルギ密度Ｄが算出されない。所定のマスク期間後に設けられる所定期間中（時間ｔ１２−ｔ１３参照）において、検出された二次電流Ｉ２を、検出された二次電圧Ｖ２に基づいて算出された放電火花の放電経路長Ｌで割ることで近似エネルギ密度Ｄが算出される。そして算出される近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きいことを条件として、そのときの放電火花の放電経路長Ｌが積算される。

所定期間の経過後（時間ｔ１３参照）、所定期間中に積算された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さいか否かが判定される。そして、所定期間中に積算された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さいと判定されたことで、点火制御回路３１４により再度ＩＧＢＴ３１２のゲート端子に駆動信号ＩＧが送信される（時間ｔ１４参照）。その後、第二所定時間が経過することでＩＧＢＴ３１２のゲート端子への駆動信号ＩＧの出力が停止される（時間ｔ１４−ｔ１５参照）。これにより、点火プラグ１９に再度放電火花が生じる。

再放電時も初回放電と同様、所定のマスク期間が設けられており、点火プラグ１９で放電火花が生じてから所定のマスク期間を経過するまで（時間ｔ１５−１６参照）は、近似エネルギ密度Ｄが算出されない。そして、所定のマスク期間後に設けられる所定期間中において、算出される近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きいことを条件として、そのときの放電火花の放電経路長Ｌが積算される（時間ｔ１６−１７参照）。所定期間の経過後（時間ｔ１７参照）、所定期間中に積算された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値と、１燃焼サイクル中において今までに算出された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値と、の合計値が第一閾値よりも小さいか否かが判定される。該合計値が第一閾値よりも小さくないと判定されたことで、再放電制御を実施せず、そのまま放電制御が終了される。

なお、時間ｔ１３−１４区間内において、一次電圧Ｖ１、二次電圧Ｖ２、及び二次電流Ｉ２が大きな変動を生じさせている。これは、点火プラグ１９で生じている放電火花が短絡したことで生じたものと考えられる。このように、放電短絡が生じると、一次電圧Ｖ１、二次電圧Ｖ２、及び二次電流Ｉ２に大きな変動が生じるため、所定期間の終点が放電短絡が生じる可能性が高まる期間よりも前に設定されることが好適である。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・所定期間内に算出された放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さいことを条件として、再放電制御が実施される。これにより、可燃混合気の燃焼状態を良好なものとすることができる。

実際に、再放電制御を実施することで可燃混合気の燃焼状態を改善されたことが図８及び図９に示されている。

図８は、燃焼室１１ｂ内の空燃比がリーン側に偏るほど、エンジン１１のトルク変動率がどれだけ変動したかについて、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合のデータと、点火プラグ１９に本実施形態により二度放電火花を生じさせた場合のデータと、を対比させている。図８から、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合、空燃比が大きくなるほど（空燃比がリーンに偏るほど）、トルク変動率が大きくなっていることが分かる。つまり、空燃比が大きくなるほど、エンジン１１が失火する頻度を増やしていることが示唆される。一方で、点火プラグ１９に本実施形態により二度放電火花を生じさせた場合、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合のデータと比較して、空燃比が大きくなったときのトルク変動率の変化を小さくすることができた。このことから、点火プラグ１９に本実施形態により二度放電火花を生じさせた場合の方が、エンジン１１が失火する頻度を低減させることができることが示唆された。

図９（ａ）は、燃焼室１１ｂ内の空燃比がリッチ側に偏った環境下において、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合と、点火プラグ１９に本実施形態により二度放電火花を生じさせた場合と、のデータを対比させている。図９（ｂ）は、図９（ａ）よりも燃焼室１１ｂ内の空燃比がリーン側に偏った環境下において、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合と、点火プラグ１９に本実施形態により二度放電火花を生じさせた場合と、のデータを対比させている。図９（ａ）、（ｂ）両方の縦軸には、点火時期から可燃混合気の質量のうち２％が燃焼するまでに経過したクランク角を示している。このため、縦軸の値が大きくなるほど、可燃混合気を燃焼させるまでの時間が長くかかり、放電期間内に可燃混合気を燃焼させることができず、失火する可能性が高い。

図９（ａ）のように、燃焼室１１ｂ内の空燃比がリッチ側に偏った環境下では、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合でも、点火プラグ１９に本実施形態により二度放電火花を生じさせた場合と同等の時間で、可燃混合気を燃焼させることが出来ている。しかし、図９（ｂ）のように、燃焼室１１ｂ内の空燃比がリーン側に偏った環境下において、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合のうち、特に近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が小さい放電火花では、可燃混合気を燃焼させるまでに多くの時間を費やす傾向にあった。つまり、点火プラグ１９に一度だけ放電火花を生じさせた場合でも、近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が大きい場合には、可燃混合気を良好に燃焼させることができ、その一方で、近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が小さい場合には、可燃混合気の燃焼状態が悪い傾向にあることが示唆された。

対して、燃焼室１１ｂ内の空燃比がリーン側に偏った環境下において点火プラグ１９に本実施形態により二度放電火花を生じさせた場合は、近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値を一度放電火花を生じさせた場合と比較して多くすることができるため、放電期間内に可燃混合気の燃焼状態を良好とすることができた。よって、本燃焼状態判定制御を実施することで、近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さいことを条件として再放電制御を実施することで、可燃混合気の燃焼状態を改善することができる。

また、所定期間内に算出された近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値が第一閾値よりも小さくない場合には、可燃混合気の燃焼状態が良好であると推測することができる。このため、再放電制御が実施されないことで、点火プラグ１９に対して不要にエネルギを費やすことを抑制することができる。

・図１０（ａ）は、点火時期から可燃混合気の質量のうち２％が燃焼するまでに算出されたエネルギ密度が所定値Ｔｈよりも大きいことを条件として、積算された放電火花の放電経路長Ｌの値を示したデータである。図１０（ｂ）は、点火時期から可燃混合気の質量のうち２％が燃焼するまでに算出された近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きいことを条件として、積算された放電火花の放電経路長Ｌの値を示したデータである。図１０（ａ）に示す結果と図１０（ｂ）に示す結果が概ね一致していることから、近似エネルギ密度Ｄは放電火花のエネルギ密度を好適に近似させることができた。なお、図１０（ａ），（ｂ）はともに、同等の環境下で試験したものである。

・エネルギ密度に代えて近似エネルギ密度Ｄを用いて本燃焼状態判定制御を実施することで、放電エネルギの算出工程を省くことができる（二次電流Ｉ２と二次電圧Ｖ２との積を算出する算出工程を省くことができると換言してもよい）。ひいては、本制御を実施する上で必要とする算出回路の簡素化を図ることができる。

・近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きい放電火花は、可燃混合気の燃焼に寄与していると考えられる。ただし、放電火花が面した可燃混合気の面積の合計（放電火花が熱を与えた可燃混合気の合計量）によって、可燃混合気の燃焼状態が異なる（例えば、与えた熱が大きいほど燃焼が促進される）。そこで、近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値を算出することで、可燃混合気が放電火花に面した面積の合計を把握することができ、ひいては可燃混合気の燃焼状態を推測することができる。

・（２）式に記載されるように二次電圧Ｖ２の絶対値の自然対数値に基づいて、放電経路長Ｌを算出することにより、これらの関係を予め定めたマップ等を用意する必要がなく、計算式により放電経路長Ｌを算出することができる。

・可燃混合気の空燃比が大きいほど第一閾値が大きく設定されることで、可燃混合気の燃焼状態をより精度高く推測することができる。

・ＥＧＲガスが多いほど第一閾値を大きく設定することで、可燃混合気の燃焼状態をより精度高く推測することができる。

・所定期間が、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させた直後の所定のマスク期間を除いて設定されることで、近似エネルギ密度Ｄの大きな放電経路長Ｌの積算値に含まれる誤差を少なくすることができる。

・本燃焼状態判定制御では、近似エネルギ密度Ｄが所定値Ｔｈよりも大きい状態の放電火花の放電経路長Ｌの積算値に基づいて可燃混合気の燃焼状態を推測している。したがって、燃焼室１１ｂ内の気体の流速が高い環境でも可燃混合気の燃焼状態の推測を誤ることを抑制する事ができる。

なお、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。

・上記実施形態において燃焼状態判定制御は、点火制御回路３１４により実施されていた。このことについて、燃焼状態判定制御を、電子制御ユニット３２が実施してもよいし、電子制御ユニット３２と点火制御回路３１４とが協働して実施してもよい。また、電子制御ユニット３２や点火制御回路３１４に限らない別の制御回路が実施してもよい。

・上記実施形態では、電圧検出用経路Ｌ３に印加される二次電圧Ｖ２を検出し、検出した二次電圧Ｖ２を用い放電経路長Ｌ及び近似エネルギ密度Ｄを算出していた。ところで、二次電圧Ｖ２と一次電圧Ｖ１は、符号が逆転しており、且つ、値の大きさに差異がある。しかし、図１１に示されるように、一次電圧Ｖ１の変化態様は二次電圧Ｖ２と同じような変化態様を取る傾向にあるため、一次電圧Ｖ１を二次電圧Ｖ２の代わりとしてもよい。具体的には、点火回路ユニット３１は、電圧検出用経路Ｌ３の代わりに一次コイル３１１Ａに印加される一次電圧Ｖ１を検出する電圧検出用経路を備える構成とし、検出した一次電圧Ｖ１を用いて放電経路長Ｌを算出してもよい。

・上記実施形態では、二次電流Ｉ２を放電経路長Ｌで割ることで近似エネルギ密度Ｄを算出していた。このことについて、例えば、二次電流Ｉ２にノイズ分の電流値を引き、その値を放電経路長Ｌで割ることで近似エネルギ密度Ｄを算出してもよい。あるいは、二次電流Ｉ２と、放電経路長Ｌと、近似エネルギ密度Ｄと、の関係を示すマップを予め作成しておき、マップを参照して、二次電流Ｉ２と、放電経路長Ｌと、から近似エネルギ密度Ｄを取得してもよい。

・上記実施形態では、（２）式に記載されるように二次電圧Ｖ２の絶対値の自然対数値に基づいて、放電経路長Ｌを算出していた。このことについて、二次電圧Ｖ２と放電経路長Ｌとの関係を予め定めたマップを用意し、検出された二次電圧Ｖ２からマップを参照して放電経路長Ｌを推測しても良い。

・上記実施形態では、点火制御回路３１４が、第一閾値を設定していた。このことについて、点火制御回路３１４が第一閾値を設定する必要はなく、例えば電子制御ユニット３２が第一閾値を設定してもよい。

・上記実施形態では、空燃比が大きい（リーン側に偏る）ほど、あるいは、ＥＧＲ率が大きいほど、可燃混合気の燃焼状態が良好か否かを判定する閾値としての第一閾値を大きく設定していた。このことについて、第一閾値は固定値であってもよい。

・上記実施形態では、再放電制御を実施した場合にも、本燃焼状態判定制御を実施していた。このことについて、再放電制御を実施した場合には、可燃混合気の燃焼状態は改善されたものとして、本燃焼状態判定制御は実施しないようにしてもよい。この場合、燃焼状態判定制御の実施頻度を低減する事ができ、点火制御回路３１４の負担の軽減を図ることが可能となる。

・上記実施形態では、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させた直後を始点として所定のマスク期間が設定されていた。このことについて、マスク期間を設定せず、ＩＧＢＴ３１２に一次コイル３１１Ａへ流れる一次電流Ｉ１の導通を遮断させた直後から所定期間を設定しても良い。

・上記実施形態に係る点火回路ユニット３１は、均質希薄燃焼を行う場合に、吸気ポート１３の近傍に設けられた気流制御バルブ２７により燃焼室１１ｂ内にスワール流やタンブル流などの気流を生じさせるエンジン１１に搭載されていた。このことについて、上記実施形態に係る点火回路ユニット３１は、必ずしも気流制御バルブ２７が設けられたエンジン１１に搭載される必要はない。

・上記実施形態及びでは、（３）式に基づいて放電経路長Ｌを算出していた。このことについて、必ずしも（３）式に基づいて放電経路長Ｌを算出する必要はない。例えば、図１２に記載されるように、所定期間中、第三所定時間（例えば０．０２ｍｓ）の経過ごとに点火プラグ１９で生じた放電火花の放電経路長Ｌを算出し、所定期間の経過時に第三所定時間の経過ごとに算出した放電経路長Ｌを全て加算し、放電経路長Ｌの積算値を算出してもよい。なお、図１２に記載のグラフについて、少なくとも所定期間中の放電火花は、近似エネルギ密度Ｄが第一閾値よりも高い状態であることを想定したものとなっている。

・気筒内の流速が高いことで点火プラグ１９に生じている放電火花が吹き消えたり、燃料が不完全燃焼することで生じるカーボンが点火プラグ１９の電極外周部に付着し、カーボンと点火プラグ１９の取り付け金具との間で奥飛び放電が生じたりすることで、所定期間を経過する前に点火プラグ１９に生じた放電火花が消える（放電終了）することがある。この場合、可燃混合気を十分に加熱する前に放電が終了することが想定され、可燃混合気の燃焼状態が良好ではない可能性が高い。この対策として、所定期間内において、電流検出用経路Ｌ１に流れる二次電流Ｉ２の絶対値が第二閾値よりも小さくなった場合に、再放電制御が直ちに実施される。

図１３は、図６のフローチャートの一部を変容したものである。すなわち、図６におけるステップＳ１７０に該当するステップＳ３７０の判定処理にてＮＯ判定だった場合に進むステップとして、新規にステップＳ４３０が追加される。

ステップＳ４３０では、ステップＳ１２０に該当するステップＳ３２０で検出された二次電流Ｉ２の絶対値が第二閾値よりも小さいか否かを判定する。二次電流Ｉ２の絶対値が第二閾値よりも小さくないと判定した場合には（Ｓ４３０：ＮＯ）、ステップＳ３００に戻る。二次電流Ｉ２の絶対値が第二閾値よりも小さいと判定した場合には（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、ステップＳ２２０に該当するステップＳ４２０に進む。

それ以外のステップについて、図５の各ステップＳ３００，３１０，３３０，３４０，３５０，３６０，３８０，３９０，４００，及び４１０の処理は、それぞれ、図１２の各ステップＳ１００，１１０，１３０，１４０，１５０，１６０，１８０，１９０，２００，及び２１０の処理と同一である。

これにより、仮に点火プラグ１９で生じている放電火花が所定期間内に消えても、直ちに再放電制御が実施されることで、点火プラグ１９に放電火花を再度生じさせることができる。ひいては、放電が終了してから再度放電火花が生じるまでの間隔を短縮することができる。図１４に記載されるように、二度放電を実施した場合の放電間隔がより短いほうが、ＥＧＲ率が高い環境下でもトルク変動率を少なくすることができる。これは、一度目に生じた放電火花で加熱した可燃混合気を、再放電制御により生じた二度目の放電火花で再度加熱することができたために、可燃混合気の着火性及び燃焼状態の悪化を抑制することができたのだと思料される。

本別例では、所定期間内において、電流検出用経路Ｌ１に流れる二次電流Ｉ２の絶対値が第二閾値よりも小さくなった場合に、再放電制御が直ちに実施されていた。このことについて、二次電流Ｉ２の絶対値に代えて、一次電圧Ｖ１の絶対値や二次電圧Ｖ２の絶対値，近似エネルギ密度Ｄに基づいて判定を行っても良い。具体的には、所定期間内において、一次電圧Ｖ１の絶対値または二次電圧Ｖ２の絶対値が０を識別するために設けられた第三閾値よりも小さくなった場合に、再放電制御が直ちに実施される構成としてもよい。あるいは、所定期間内において、近似エネルギ密度Ｄが第四閾値よりも小さくなった場合に、再放電制御が直ちに実施される構成としてもよい。

なお、所定値Ｔｈ、及び第一閾値〜第三閾値の関係は以下の通りである。所定値Ｔｈは、点火プラグ１９で生じている放電火花が可燃混合気の燃焼に寄与しているか否かを判定する為の閾値である。第一閾値は、放電火花は可燃混合気の燃焼に十分寄与しており、それゆえに可燃混合気の燃焼状態は良好であると、放電経路長Ｌに基づいて判定するための閾値である。第二閾値は、点火プラグ１９で生じている放電火花が所定期間内に消えたか否かを、二次電流Ｉ２の絶対値に基づいて判定するための閾値である。第三閾値は、点火プラグ１９で生じている放電火花が所定期間内に消えたか否かを、一次電圧Ｖ１の絶対値または二次電圧Ｖ２の絶対値に基づいて判定するための閾値である。第四閾値は、点火プラグ１９で生じている放電火花が所定期間内に消えたか否かを、近似エネルギ密度Ｄの絶対値に基づいて判定するための閾値である。このとき、点火プラグ１９で生じている放電火花が所定期間内に消えたと判定した場合には、再放電制御が直ちに実施されることから、第二閾値〜第四閾値は、いずれも再放電制御を直ちに実施すべきか否かを判定する閾値であると換言できる。したがって、第三閾値は、特許請求の範囲における第二閾値に該当する。

１１…エンジン、１９…点火プラグ、３１１…点火コイル、３１１Ａ…一次コイル、３１１Ｂ…二次コイル、３１４…点火制御回路、Ｌ１…電流検出用経路、Ｌ３…電圧検出用経路。

Claims (8)

1. 内燃機関（１１）の気筒内の可燃混合気に点火するための放電火花を一対の放電電極の間にて発生させる点火プラグ（１９）と、
   一次コイル（３１１Ａ）及び二次コイル（３１１Ｂ）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに二次電圧を印加する点火コイル（３１１）と、
   前記一次コイルに印加される一次電圧、及び、前記点火プラグに印加される二次電圧の少なくとも一方の電圧値を検出する電圧値検出部（Ｌ３，３１４）と、
   前記点火プラグに流れる二次電流を検出する二次電流検出部（Ｌ１，３１４）と、
   を備える前記内燃機関に適用され、
   前記一次コイルへ一次電流の導通を行わせた後に前記一次電流の遮断を行わせることで、前記点火プラグに前記放電火花を発生させる放電発生制御を１燃焼サイクル中に１回、又は複数回実施させる一次電流制御部（３１４）と、
   前記電圧値検出部により検出された前記電圧値に基づいて、前記放電電極間に形成された前記放電火花の長さとしての放電経路長を逐次算出する放電経路長算出部（３１４）と、
   前記二次電流検出部により検出された前記二次電流と、前記放電経路長算出部により算出された前記放電経路長とに基づいて、前記放電火花の単位長さ当たりのエネルギであるエネルギ密度の近似値としての近似エネルギ密度を逐次算出する近似エネルギ密度算出部（３１４）と、
   １燃焼サイクル中において前記一次電流の遮断を行わせた後の所定期間内に、前記近似エネルギ密度算出部により算出された前記近似エネルギ密度が所定値よりも大きいことを条件として、前記放電経路長算出部により算出されたその時の前記放電経路長を積算することで積算値を算出する積算値算出部（３１４）と、
   を備え、
   前記一次電流制御部は、前記積算値算出部により算出された前記積算値が第一閾値よりも小さいことを条件として、前記放電発生制御を再度実施させる点火制御システム。
2. 前記放電経路長算出部は、前記電圧値検出部により検出された前記電圧値の絶対値の自然対数値に基づいて、前記放電経路長を算出する請求項１に記載の点火制御システム。
3. 前記第一閾値は、前記可燃混合気の空燃比が大きいほど、大きく設定される請求項１又は２に記載の点火制御システム。
4. 前記内燃機関は、前記可燃混合気を燃焼させた排気を前記気筒内へ再循環させる排気再循環機構を備え、
   前記第一閾値は、前記排気の再循環量が多いほど、大きく設定される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点火制御システム。
5. 前記積算値算出部は、前記一次電流制御部により前記放電発生制御が再度実施された場合において、前記所定期間内における前記積算値を算出し、
   前記一次電流制御部は、１燃焼サイクル中において、今までに前記積算値算出部により積算された前記積算値に今回算出された積算値を加えた合計値が前記第一閾値よりも小さいことを条件として、前記放電発生制御を再度実施させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火制御システム。
6. 前記一次電流制御部は、前記所定期間内において、前記電圧値検出部により検出された前記電圧値の絶対値と、前記二次電流検出部により検出された前記二次電流の絶対値と、前記近似エネルギ密度算出部により算出された前記近似エネルギ密度とのうち、少なくとも一つの値が第二閾値よりも小さくなった場合に、前記放電発生制御を直ちに再度実施する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点火制御システム。
7. 前記所定期間は、前記一次電流を遮断した直後の所定のマスク期間を除いて設定される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の点火制御システム。
8. 前記内燃機関は、前記気筒内で気流を生じさせる気流生成部（２７）を備え、
   前記気筒内に均質かつ希薄な希薄混合気を生成し均質希薄燃焼を行う場合には、前記気流生成部により前記気筒内に前記気流を生じさせる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の点火制御システム。

Images