JP2023051338A - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温プラズマプラグに掛かる負荷を低減して高寿命化を実現することができる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグ２０と、外気温又は内燃機関１，１Ｂの状態を示す温度を測定するセンサ３２，３２Ａ,３２Ｂと、を有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関１，１Ｂの制御装置１０，１０Ｂであって、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加する電圧印加部１３と、電圧印加部１３を制御する制御部１２と、を備え、制御部１２は、内燃機関１，１Ｂの始動時に、温度センサ３２，３２Ａ，３２Ｂが測定した温度が所定値未満の場合、内燃機関１，１Ｂの状態を示す温度が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧が高くなるように電圧印加部１３を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法に関する。

近年、モビリティーからのＣＯ_２排出量の削減は急務であり、内燃機関を駆動するために、サトウキビ等の植物を発酵して製造されたカーボンニュートラル燃料を用いる方法が、ブラジルをはじめとする多くの諸外国で推進されている。カーボンニュートラル燃料は、アルコール類からなる燃料や、アルコールとガソリンとの混合燃料等であり、低温環境下において、揮発性を有するガソリンと比べ着火性に劣ることが知られている。カーボンニュートラル燃料の着火性の低さは、ユーザーがカーボンニュートラル燃料を敬遠する理由の一つである。カーボンニュートラル燃料を低温環境下で着火する手段として、近年低温プラズマプラグを用いて、シリンダ内にプラズマを発生させてそれを起点として混合気を爆発させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－８４７４７号公報

低温プラズマプラグでプラズマを発生させるためには約２０ｋＶ以上の電圧を印加する必要がある。このような高電圧を電源から低温プラズマプラグに印加すると、プラグコードが接続される端子と主体金具との間に設けられた碍子部近傍で短絡が生じる所謂フラッシュオーバー現象が発生しやすくなる。このフラッシュオーバー現象の発生を抑制するために、低温プラズマプラグの碍子部には、絶縁性のプラグキャップが設けられている。また、フラッシュオーバー現象の発生を効果的に防止するためには、短絡の経路となる碍子部を絶縁材で隙間なく覆うことが求められることから、絶縁材の材料としてゴムなどの有機系材料が用いられることが多い。しかし、有機系材料などの絶縁材からなるプラグキャップは、低温プラズマプラグに電圧が印加されるたびに少しずつ劣化し、また、その印加電圧が大きいほど劣化が進み、絶縁性低下が懸念される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であり、低温プラズマプラグに掛かる負荷を低減して高寿命化を実現することができる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法は、以下の構成を採用した。
（１）この発明の一態様に係る内燃機関の制御装置は、低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグを有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関の制御装置であって、外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度を検知する温度センサと、前記低温プラズマプラグに電圧を印加する電圧印加部と、前記内燃機関の始動時における前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す前記内燃機関の状態を示す温度を測定し、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が所定値未満の場合、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が低いほど前記低温プラズマプラグに印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部を制御する制御部と、を備える。

（２）上記（１）の態様において、前記混合気は、ガソリンとアルコールとを含むアルコール混合燃料および空気の混合気であり、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が所定値未満のとき、前記制御部は、前記混合気におけるアルコール燃料の比率を理論空燃比よりも高くし、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が所定値以上のとき、前記制御部は、前記低温プラズマプラグに印加する電圧を、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が所定値未満のときの印加電圧よりも低くする。

（３）上記（１）の態様において、内燃機関は、火花点火式の火花点火プラグをさらに備え、制御装置は、前記火花点火プラグに電圧を印加する点火コイルをさらに備え、前記混合気は、ガソリンとアルコールとを含むアルコール混合燃料および空気の混合気であり、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が所定値未満のとき、前記制御部は、前記火花点火プラグを作動するように前記点火コイルを制御する。

（４）上記（１）から（３）のいずれかの態様において、前記所定値は、０℃以上１５℃以下の範囲内の温度である。

（５）上記（１）から（４）のいずれかの態様において、前記外気温として、前記内燃機関のシリンダ内に供給される吸入空気の温度を検知する吸気温度センサを備え、前記制御部は、前記吸気温度センサで検知された吸気温度が所定値未満の場合、前記吸気温度が低いほど前記低温プラズマプラグに印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部を制御する。

（６）上記（１）から（４）のいずれかの態様において、前記内燃機関の状態を示す温度として、前記内燃機関に供給されるオイルの温度を検知する油温センサを備え、前記制御部は、前記油温センサで検知された油温が所定値未満の場合、前記油温が低いほど前記低温プラズマプラグに印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部を制御する。

（７）上記（１）から（４）のいずれかの態様において、前記内燃機関の状態を示す温度として、前記内燃機関に供給される冷却水の温度を検知する水温センサを備え、前記制御部は、前記水温センサで検知された水温が所定値未満の場合、前記水温が低いほど前記低温プラズマプラグに印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部を制御する。

（８）この発明の一態様に係る内燃機関の制御装置は、低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグを有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関の制御装置であって、前記低温プラズマプラグに電圧を印加する電圧印加部と、始動時の第１クランキングにおいて、前記低温プラズマプラグに第１電圧を印加し、前記第１電圧で前記内燃機関が始動しているか否か判定し、且つ第１電圧で前記内燃機関が始動していない場合に、第１電圧よりも高い第２電圧を前記低温プラズマプラグに印加するように前記電圧印加部を制御する制御部と、を備える。

（９）上記（８）の態様において、前記制御部は、前記第２電圧で前記内燃機関が始動しているか否かを判定し、前記第２電圧で前記内燃機関が始動していない場合に、前記第２電圧よりも高い第３電圧を前記低温プラズマプラグに印加する。

（１０）上記（８）または（９）の態様において、前記制御部は、前記第１クランキングの後の第２クランキングにおいて、前記第１クランキングにおける印加電圧の最大値よりも高い第４電圧を前記低温プラズマプラグに印加する。

（１１）上記（１０）の態様において、前記制御部は、前記第２クランキングにおいて、前記第４電圧で前記内燃機関が始動していない場合に、第４電圧よりも高い第５電圧を前記低温プラズマプラグに印加するように前記電圧印加部を制御する。

（１２）上記（１０）の態様において、前記制御部は、前記第１クランキングの終了から次のクランキングの開始までの時間を測定し、前記時間が所定値未満である場合には、当該クランキングを第２クランキングと判断して前記第４電圧を前記低温プラズマプラグに印加し、前記時間が所定値以上である場合には、当該クランキングを前記第１クランキングと判断して前記第１電圧を前記低温プラズマプラグに印加する。

（１３）上記（８）～（１２）の態様において、内燃機関は、火花点火式の火花点火プラグをさらに備え、制御装置は、前記火花点火プラグに電圧を印加する点火コイルをさらに備え、前記第１クランキングにおいて、前記制御部は、前記火花点火プラグを作動するように前記点火コイルを制御し、前記火花点火プラグの作動により前記内燃機関が始動しているか否か判定し、前記火花点火プラグの作動により前記内燃機関が始動していない場合に、前記低温プラズマプラグに前記第１電圧を印加するように電圧印加部を制御する。

（１４）この発明の一態様に係る内燃機関の制御方法は、低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグを有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関の始動時における外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度を測定する工程と、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が所定値未満の場合、前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が低いほど前記低温プラズマプラグに印加する電圧を高くする工程と、を有する。

（１５）この発明の一態様に係る内燃機関の制御方法は、低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグを有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関の制御方法であって、始動時の第１クランキングにおいて、前記低温プラズマプラグに第１電圧を印加する第１印加工程と、前記第１電圧で前記内燃機関が始動しているか否かを判定する判定工程と、前記第１電圧で前記内燃機関が始動していない場合に、前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記低温プラズマプラグに印加する第２印加工程と、を有する。

（１）の態様によれば、低温プラズマプラグに掛かる負荷を低減して高寿命化を実現することができる。

（２）の態様によれば、アルコール混合燃料および空気の混合気に点火をしづらい低温環境下において点火をしやすくすることができるとともに、低温環境下と比べ、点火をしやすい温度域において、低温プラズマプラグにかかる負担を低減することができる。尚、アルコール混合燃料及び空気の混合気に点火をしづらい低温環境下において点火をしやすくする効果は、Ｅ８５以下のアルコール混合燃料を用いる場合に特に有効である。

（３）の態様によれば、アルコール混合燃料及び空気の混合気に点火をしやすい温度域において、低温プラズマプラグの使用頻度を減らし、低温プラズマプラグにかかる負担を減らすことができる。

（４）の態様によれば、アルコール燃料に対し、機関運転時の印加電圧でプラズマ点火をしづらい低温度域では、必要に応じて低温プラズマプラグへの印加電圧を高くし、機関運転時の印加電圧でプラズマ点火が可能な温度域では、低温度域よりも低温プラズマプラグへの印加電圧を小さくし、低温プラズマプラグに係る負担を低減することができる。

（５）の態様によれば、外気温を基に、混合気の点火に必要な電圧を低温プラズマプラグに印加することができる。

（６）および（７）の態様によれば、内燃機関の状態を基に、混合気の点火に必要な電圧を低温プラズマプラグに印加することができる。

（８）の態様によれば、低温プラズマプラグに掛かる負荷を低減して高寿命化を実現することができる。

（９）の態様によれば、第２電圧を基に、低温プラズマプラグに印加する電圧を設定することができる。

（１０）の態様によれば、セルモーターをオフにした場合であっても、先のクランキングでの最大印加電圧を基に、次のクランキングにおいて、低温プラズマプラグに印加する電圧を設定することができる。

（１１）の態様によれば、第４電圧を基に、低温プラズマプラグに印加する電圧を設定することができる。

（１２）～（１５）の態様によれば、低温プラズマプラグに掛かる負荷を低減して高寿命化を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置および内燃機関の要部の断面模式図である。 図１の内燃機関の制御装置において、温度センサで測定した温度に基づいて低温プラズマプラグに印加する電圧を決定するためのマップのイメージ図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御方法のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置および内燃機関の要部の断面模式図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御方法のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御方法の変形例のフローチャートである。 本発明の変形例に係る内燃機関の制御装置および内燃機関の要部の断面模式図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る内燃機関の制御方法のフローチャートである。 本発明の第２実施形態の変形例に係る内燃機関の制御方法のフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例に係る内燃機関の制御方法のフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例に係る内燃機関の制御方法のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、内燃機関１の制御装置１０および内燃機関１の要部の断面模式図である。本実施形態に係る内燃機関１の制御装置１０は、低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグ２０と、外部の空気の温度又は内燃機関の状態を示す温度を測定する温度センサと、を有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関１の制御装置１０であって、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加する電圧印加部１３と、電圧印加部１３を制御する制御部（ＥＣＵ）１２と、を備える。

内燃機関１は、内燃機関１の下部を形成したピストン４が摺動自在に嵌入されるシリンダ２ａと、シリンダ２ａを画定するシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に取り付けられてピストン４の頂面とともに燃焼室５を形成するシリンダヘッド３と、を備える。

シリンダヘッド３には、燃焼室５に臨む吸気ポート３４および排気ポート３７が設けられている。シリンダヘッド３には、吸気管３１および排気管３８が接続されている。吸気管３１内は、吸気ポート３４を通じて燃焼室５に連通している。シリンダヘッド３の上部には、吸気ポート３４を開閉可能な吸気バルブ３５と、排気ポート３７を開閉可能な排気バルブ３６と、が設けられている。

吸気管３１には、例えば吸気温度センサ３２およびインジェクタ３３が取り付けられている。
吸気温度センサ３２は、内燃機関１の外部から吸気バルブ３５により吸気され、吸気管３１内を流れる空気の温度を測定する。すなわち、吸気温度センサ３２は、燃焼室５内が吸気する空気の温度を測定しており、内燃機関１の始動時においては、当該空気の温度は、始動時の外気温に対応する。また、吸気温度センサ３２は制御部１２に接続されており、燃焼室５内が吸気する空気の温度に対応するセンサ信号が制御部１２に送信される。
インジェクタ３３は、燃料を燃焼室５内に向けて噴射する。燃焼室５内には、インジェクタ３３から供給される燃料と、吸気管３１から供給される空気との混合気が供給される。燃料としては、エタノール燃料などのアルコール燃料、ガソリン等の燃料が用いられる。本発明は、燃料としてアルコール燃料を用いる場合に特に有効である。

燃焼室５の上部には、低温プラズマプラグ２０が取り付けられている。低温プラズマプラグ２０は、先端部２１，接地電極２２，主体金具２３，絶縁部２４，碍子部２５，端子部２７及び基端部２８を有する。低温プラズマプラグ２０は、プラグコード（不図示）および電圧印加部１３を介してＥＣＵ１２に接続されている。低温プラズマプラグ２０は、基端部２８がプラズマコード（不図示）により接続されていることで電圧印加部１３およびＥＣＵ１２と電気的に接続されている。

低温プラズマプラグ２０の内部には、軸方向に沿って基端部２８から先端部２１までつながる円柱状の中心電極（不図示）および中心電極の周囲を囲む絶縁体が設けられている。基端部２８は、端子部２７とつながる。端子部２７は、碍子部２５と接続され、碍子部２５は、絶縁部２４を介して主体金具２３とつながる。碍子部２５は、表面全面をプラグキャップ２６により覆われている。プラグキャップ２６は、ゴムなどの有機系材料などが用いられる。プラグキャップ２６は、碍子部２５の延材方向に対して垂直な表面の全面を隙間なく覆っていることが好ましい。このようにプラグキャップ２６が設けられることで、端子部２７と主体金具２３との間でのフラッシュオーバー現象の発生が抑制される。

低温プラズマプラグ２０は、燃焼室５側における端部に先端部２１、接地電極２２が設けられている。先端部２１は、中心電極の先端の周囲を取り囲む有底筒状の絶縁体である。接地電極２２は、主体金具２３の燃焼室５側の端部に接合された複数の棒状の金属製の部材である。図１においては、接地電極２２は、断面が矩形状の第１接地電極２２ａおよび第２接地電極２２ｂからなる。第１接地電極２２ａおよび第２接地電極２２ｂは、低温プラズマプラグ２０の軸方向に沿って設けられている。

ＥＣＵ１２は、吸気温度センサ３２等の温度センサ、内燃機関１の回転数を測定するエンジン回転センサ４２、電圧印加部１３およびインジェクタ３３と接続している。ＥＣＵ１２、温度センサ、エンジン回転センサ等のセンサからの検出信号に基づき、電圧印加部１３から低温プラズマプラグ２０に印加する電圧の電圧値およびインジェクタ３３からの燃料噴射量を制御する。制御装置１０は、このようにして、所望のＡ／Ｆ（空燃比）で燃焼室５内に燃料を供給するとともに、低温プラズマプラグ２０の先端部２１に所望の高周波パルスを与える。

電圧印加部１３から中央電極を介して先端部２１に所定の高周波パルスが印加されると、非平衡プラズマ放電が起こり、先端部２１と第１接地電極２２ａとの間および先端部２１と第２接地電極２２ｂとの間に放電ギャップが生じる。ここで、非平衡プラズマ放電が起こる際、先端部２１および接地電極２２の近傍には、ラジカルが発生する。非平衡プラズマ放電が起こる際のラジカルの発生量は、中央電極に印加される電圧が大きいほど多い。

このように燃焼室５内に発生された非平衡プラズマ放電により、燃焼室５内に供給された混合気は燃焼される。

図２は、内燃機関１の制御装置１０において、温度センサで測定した温度に基づいて低温プラズマプラグ２０に印加する電圧を決定するためのマップのイメージ図である。マップは、予め調べた、始動時の外気温又は内燃機関１の状態を示す温度と、内燃機関１が始動するために必要な低温プラズマプラグ２０への印加電圧と、の関係に基づいて作成される。図２のマップでは、温度センサで検知した温度がＴａである場合、低温プラズマプラグ２０に対して電圧値Ｖａを印加するよう規定されている。

温度センサで測定した温度が所定値Ｔ_０以上である場合、混合気を点火させるのに必要なプラズマの量は少なくてよい一方、一定以下の電圧では点火時の筒内圧力でプラズマを発生させることができず混合気を点火させることはできない。外気温又は内燃機関の状態を示す温度が所定値Ｔ_０以上の範囲において、内燃機関１の始動に必要な低温プラズマプラグ２０への印加電圧の電圧値は、温度が変化してもほとんど変化しない。外気温又は内燃機関の状態を示す温度が所定値Ｔ_０における、内燃機関１を始動させるために必要な、低温プラズマプラグ２０への印加電圧を符号Ｖ_０で示す。印加電圧Ｖ_０は、低温プラズマプラグ２０で非平衡プラズマ放電を起こすために必要な電圧であり、約２０ｋＶである。外気温又は内燃機関の状態を示す温度が所定値Ｔ_０以上の範囲にいて、内燃機関１を始動させるために必要な、低温プラズマプラグ２０への印加電圧は、機関運転時に低温プラズマプラグ２０に印加する電圧と略同一である。ここで、機関運転時に低温プラズマプラグ２０に印加する電圧とは、例えば、暖気後に内燃機関１が継続的に運転可能な電圧のことをいう。図２に示すマップは、温度が所定値Ｔ_０以上の場合、印加電圧をＶ_０にするよう示されている。

外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が所定値Ｔ_０未満で、内燃機関１の低温プラズマプラグ２０に対し、電圧値Ｖ_０の電圧を印加する場合、放電ギャップにプラズマが発生したとしても、非平衡プラズマ放電に必要なラジカルの発生量が十分ではなく、混合気への点火を出来ない。ラジカルの発生量は、低温プラズマプラグ２０への印加電圧の増大に伴い増大する。また、混合気への点火に必要なラジカルの発生量は、低温プラズマプラグ２０への印加電圧の電圧値Ｖａに依存し、電圧値Ｖａが大きいほど多い。そのため、混合気への点火をするためには、温度が低いほど、低温プラズマプラグ２０への印加電圧を大きくする必要がある。

マップにおける外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が所定値Ｔ_０未満のとき、温度変化に対する低温プラズマプラグ２０に印加する電圧の変化の傾きの大きさは、１（ｋＶ／℃）以上２（ｋＶ／℃）以下であることが好ましく、０．２（ｋＶ／℃）以上１０（ｋＶ／℃）以下であってもよい。

混合気がアルコールとガソリンとを含むアルコール混合燃料および空気の混合気であり、外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が所定値Ｔ_０未満のとき、ＥＣＵ１２は、混合気におけるアルコール混合燃料の比率を理論空燃比よりも高くすることが好ましい。低温環境下では、アルコール混合燃料の着火性が低く、例外的に理論空燃比よりも燃料の比率が高いことで、着火性が向上する。この現象は、アルコール混合燃料がＥ８５以下のアルコール混合燃料を中心に確認される。

また混合気がアルコールと空気との混合気であり、外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が所定値Ｔ_０以上のとき、ＥＣＵ１２は、低温プラズマプラグ２０に印加する電圧を、外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が所定値Ｔ_０未満のときの印加電圧よりも低くすることが好ましい。すなわち、外気温又は内燃機関の状態を示す温度がＴ_０以上である場合、低温プラズマプラグ２０に対して印加する電圧の電圧値をＶ_０以下にすることが好ましい。ここで、低温プラズマプラグに対して印加する電圧の電圧値はＶ_０であってもよい。

外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が所定値Ｔ_０以上である場合、先に記載の通り、機関運転時の低温プラズマプラグ２０への印加電圧と同じ電圧値を印加した場合であっても、混合気に点火することが可能である。そのため、この構成により、低温でない温度下において、低温プラズマプラグ２０への印加電圧が過剰になることを抑制できる。

温度に関する所定値Ｔ_０は、例えば０℃以上１５℃以下であり、５℃以上１２℃以下であることが好ましい。燃料として、バイオエタノール等のアルコールとガソリンとの混合物を燃料として用いる場合、ガソリンからなる燃料と比較し、低温環境下での着火性が低い。低温環境下での着火性は、アルコールの比率が高い燃料ほど低い。具体的には、Ｅ８０（エタノール燃料８０体積％）燃料、Ｅ８５燃料等の８０体積％以上のアルコールを含むアルコール燃料を用いる場合、外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が５℃未満の環境下において、低温プラズマプラグ２０に対し、機関運転時の印加電圧を加えた場合であっても、内燃機関１が始動しにくい場合がある。

このよう場合でも、低温プラズマプラグ２０への印加電圧を増加させることで、アルコール混合燃料に対して着火性を向上することができる。例えば、Ｅ１００燃料や、Ｅ３燃料を用いる場合であっても、１０℃以上であれば、機関運転時と同じ印加電圧を低温プラズマプラグ２０に印加することで混合気への点火が可能である。用いられるアルコール燃料は、国や地域ごとに異なるが、所定値Ｔ０が０℃以上１５℃以下であることで、アルコール混合燃料が用いられる場合において、機関運転時の印加電圧での混合気への点火が難しい低温環境下で、機関運転時よりも高い電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように制御できる。というのも、０℃では、低温プラズマプラグへの印加電圧として例えば２０ｋＶにしても始動できず、１５℃では、従来のプラグでの着火性が悪くなる。ここで、所定値Ｔ０の値に応じて、印加電圧Ｖ０は変更されてもよい。

ＥＣＵ１２は、吸気温度センサ３２で検知された吸気温度が所定値未満の場合、吸気温度が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧が高くなるように電圧印加部１３を制御する。混合気への点火の可否に影響を及ぼす主な要素は外気温であり、吸気管３１内に設けられた吸気温度センサ３２を用いることで、外気温を正確に把握することができる。

内燃機関１は、内燃機関１の状態を示す温度として、内燃機関１に供給されるオイルの温度を検知する油温センサ（３２Ａ）を備えてもよい。この場合、ＥＣＵ１２は、油温センサ（３２Ａ）で検知された油温が所定値未満の場合、油温が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧が高くなるように電圧印加部１３を制御してもよい。内燃機関１には、ピストン４とシリンダ２ａとの間の潤滑性を高め、ピストン４の摺動を円滑にする役割、ピストン４とシリンダ２ａとの隙間の密閉する役割等を果たすために、オイルが供給される。内燃機関１の始動時におけるオイルの温度は外気温と略同一であるため、始動時に内燃機関１に供給されるオイルの温度は外気温と推定することができる。

内燃機関１は、内燃機関１の状態を示す温度として、内燃機関１に供給される冷却水の温度を検知する水温センサ（３２Ｂ）を備えてもよい。この場合ＥＣＵ１２は、水温センサ（３２Ｂ）で検知された水温が所定値未満の場合、水温が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧が高くなるように電圧印加部１３を制御してもよい。内燃機関１には、オーバーヒートを防ぐための冷却水が流される。内燃機関１の始動時における冷却水の温度は、外気温と略同一であるため、始動時に内燃機関１に供給される冷却水の温度は、外気温と推定することができる。

（内燃機関の制御方法）
図３は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態の内燃機関の制御方法は、低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグ２０を有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関１の制御方法であって、内燃機関１の始動時における外気温又は内燃機関１の状態を示す温度を測定する工程と、外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が所定値未満の場合、外気温又は内燃機関１の状態を示す温度が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧を高くする工程と、を有する。以下、本発明の詳細な手順について説明する。

先ず、ユーザーは、セルスイッチ６０をオンにして、セルモーター６を起動する（ステップＳ１１）。セルモーター６が起動すると、ピストン４の上下方向の摺動による燃焼室５内の体積の増大および収縮が連続して起こる。
燃焼室５内の体積が増大するよりも前のタイミングでは、吸気バルブ３５から燃料と空気との混合気が吸気され、燃焼室５の体積が収縮するタイミングでは、吸気バルブ３５を介して燃焼室５内に供給された混合気が排気バルブ３６を介して排気される。燃料としては、例えばアルコール燃料とガソリンとの混合燃料が用いられ、エタノール燃料が用いられることが好ましく、エタノールの比率が８０体積％以上の高濃度エタノール燃料が用いられることが好ましい。高濃度エタノール燃料は、低温環境下で点火され難く、点火をするためには、低温プラズマプラグ２０に高電圧を印加する必要がある。また、高濃度エタノール燃料は、低温環境下で、温度変化に対する、低温プラズマプラグ２０の点火に必要な印加電圧の変化量が大きく、本発明の効果を得られやすい。

次いで、温度センサにより、外気温又は内燃機関１の状態を示す温度を測定する（ステップＳ１２）。外気温は、吸気温度センサ３２により測定される。内燃機関１の状態を示す温度は、例えば、エンジンオイルの温度（油温）、冷却水の温度（水温）等である。エンジンオイルの温度は、油温センサ（３２Ａ）により測定される。冷却水の水温は、水温センサ（３２Ｂ）により測定される。始動時では、内燃機関１全体の温度が均一であり、外気温と略同一であるとみなすことができる。温度センサにより検出された信号は、ＥＣＵ１２に伝えられる。

次いで、温度センサにより測定した温度が所定値Ｔ_０未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。所定値Ｔ_０は、例えば０℃以上１５℃以下の温度であり、５℃以上１２℃以下の温度であることが好ましい。所定値Ｔ_０がこのような範囲にあることで、アルコール燃料のアルコール濃度に拠らず、燃焼室５内に供給された混合気への点火性を高められる。

温度センサにより測定した温度が所定値未満である場合、低温プラズマプラグ２０に対し、機関運転時の印加電圧を印加した場合であっても、アルコール燃料と空気の混合気に点火することができない。そのため、図２に例を示すマップを読み込み、温度センサで測定した温度に応じて、低温プラズマプラグ２０に印加すべき適切な電圧を決定する（ステップＳ１４）。当該マップは、温度が所定値Ｔ_０未満である場合、温度が低いほど低温プラズマプラグ２０への印加電圧を大きく設定する情報を含み、温度毎に低温プラズマプラグ２０に印加する電圧（指定電圧）の情報を含む。ここで、温度センサにより測定した温度が所定値未満のとき、ＥＣＵ１２は、混合気におけるアルコール混合燃料の噴射量を増大させ、混合気におけるアルコール混合燃料の比率を理論空燃比よりも高くしておくことが好ましい。特に、アルコール混合燃料として、Ｅ８５以下のアルコール濃度のアルコール混合燃料を用いる場合、上述のように制御することが好ましい。ステップＳ１３では、このようにして内燃機関１を制御することで、混合気への点火性を高められる。

次いで、電圧印加部１３より低温プラズマプラグ２０に指定電圧を印加する（ステップＳ１５）。指定電圧は、ステップＳ１３において温度センサで測定した温度が所定値Ｔ_０未満の場合ステップＳ１４で読み込んだマップに記された電圧であり、ステップＳ１３において温度センサで測定した温度が所定値Ｔ_０以上の場合、例えば機関運転時と同じ印加電圧である。

次いで、セルモーター６によるクランキングを行う（ステップＳ１６）。クランキングにより、燃焼室５内に供給された混合気が圧縮されると、点火に十分な指定電圧が印加された低温プラズマプラグ２０の非平衡プラズマ放電により、混合気が点火される。このようにして、内燃機関１は、始動する（ステップＳ１７）。

内燃機関１が始動したか否かは、例えば、内燃機関１の回転数に基づいて確認することができる。内燃機関１の回転数が機関運転時の回転数以上であれば、内燃機関１が始動したと確認することができる。すなわち、内燃機関１の回転数が、例えば１５００ｒｐｍ以上であれば、内燃機関１は始動したと確認することができる。このような内燃機関１の回転数を測定するため、内燃機関１は、エンジン回転センサ（不図示）をさらに備えていてもよい。内燃機関１が始動した後、ＥＣＵ１２は、例えばセルモーター６を停止し、低温プラズマプラグ２０に対し、機関運転時の印加電圧を印加するように、電圧印加部１３を制御する。

上述したように、本実施形態によれば、内燃機関１の始動時における外気温を測定し、外気温が所定値未満の場合、当該外気温が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧を高くするので、低温環境下で、内燃機関１の低温プラズマプラグ２０に対して、混合気の点火に必要十分な電圧を印加することができる。そのため、プラグキャップ２６に対し、過剰に高い電圧が加わることを抑制できる。従って、低温プラズマプラグ２０に掛かる負荷を低減して高寿命化を実現することができる。

尚、上記の実施形態では、吸気管３１内に取り付けられた温度センサ３２により測定した外気温が所定値Ｔ_０未満の場合、温度が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧が高くなるように電圧印加部１３を制御したが、この例に限定されず、内燃機関１の状態を示す温度を測定する温度センサが測定した温度に基づいて電圧印加部１３を制御してもよい。

すなわち、例えば、内燃機関１の状態を示す温度として、内燃機関１に供給されるオイルの温度を検知する油温センサ３２Ａを備え、制御部（ＥＣＵ）１２は、油温センサ３２Ａで検知された油温が所定値未満の場合、油温が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧が高くなるように電圧印加部１３を制御してもよい。
小排気量二輪車等には、油温センサ３２Ａが備えられ、吸気温度センサ３２が備えられていない場合があるため、このように、内燃機関１に供給されるオイルの温度に基づいて、電圧印加部１３を制御することは、コスト削減の観点で好ましい。

また、内燃機関１の状態を示す温度として、内燃機関１に供給される冷却水の温度を検知する水温センサ（３２Ｂ）を備え、制御部（ＥＣＵ）１２は、水温センサ（３２Ｂ）で検知された水温が所定値未満の場合、水温が低いほど低温プラズマプラグ２０に印加する電圧が高くなるように電圧印加部１３を制御してもよい。
小排気量二輪車等には、水温センサ３２Ｂが備えられ、吸気温度センサ３２が備えられていない場合があるため、このように、内燃機関１に供給される冷却水の温度に基づいて、電圧印加部１３を制御することは、コスト削減の観点で好ましい。

尚、内燃機関１の気筒数や気筒列は任意である。また、低温プラズマプラグ２０や、その他内燃機関１の形状は、適宜変更される。例えば、上記実施形態では、ポート噴射内燃機関を用いる場合を例に説明したが、本実施形態はこの例に限定されず、直噴内燃機関にも適用可能である。

図２に示すマップでは、所定値Ｔ_０未満の温度下において、温度に対し、低温プラズマプラグ２０への印加電圧が直線的である例を示したが、この例に限定されず、曲線的であってもよい。また、図２に示すマップでは、所定値Ｔ_０以上の温度下において、低温プラズマプラグ２０への印加電圧が一定である例を示したが、この例に限定されず、温度の上昇に伴い、低温プラズマプラグ２０への印加電圧が減少する変化を示してもよい。

図３に示すフローチャートでは、温度が所定値以上である場合、マップを読み込まずに、予め指定された電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する例を示したが、この例に限定されず、温度が所定値以上である場合に、低温プラズマプラグ２０に対してどの程度の電圧を印加するかの情報をマップが含み、当該マップを読み込むことで、低温プラズマプラグ２０に印加する電圧を決定する構成であってもよい。

＜第２実施形態＞
図４は、内燃機関１Ａの制御装置１０Ａおよび内燃機関１Ａの要部の断面模式図である。
本実施形態に係る内燃機関１Ａは、吸気温度センサ３２を備えない点で、内燃機関１と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成は、同様の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態の内燃機関１Ａの制御装置１０は、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加する電圧印加部１３と、電圧印加部１３を制御する制御部（ＥＣＵ）１２と、を備える。制御部（ＥＣＵ）１２は、始動時の第１クランキングにおいて、低温プラズマプラグ２０に第１電圧を印加し、第１電圧で内燃機関１Ａが始動しているか否か判定し、且つ第１電圧で内燃機関１が始動していない場合に、第１電圧よりも高い第２電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように電圧印加部１３を制御する。

混合気に点火するために必要な、低温プラズマプラグ２０への印加電圧は、混合気の成分比率や、外気温等により異なる。上記実施形態に記載の通り、アルコールと空気とを有するアルコール燃料を用いる場合、アルコール濃度が高い場合、低温条件下で点火するためには、低温プラズマプラグ２０に高電圧を印加する必要がある。しかしながら、アルコール濃度を測定する濃度センサおよび外気温を測定する吸気温度センサを備えない場合、混合気の着火に必要な低温プラズマプラグ２０への印加電圧を適切に測ることが難しい。

第１クランキングは、例えば冷間始動における一度目のクランキングであって、セルモーター６がオン状態となり、クランクシャフトが回転し、ピストン４が上下に摺動する動作をいう。第１クランキングは、セルモーター６がオフ状態になると終了する。

本実施形態の内燃機関１Ａの制御装置１０Ａにおいて、ＥＣＵ１２は、吸気バルブ３５が開状態となり混合気を燃焼室５内に吸気した後、吸気バルブ３５が閉じ、ピストン４により混合気が断熱圧縮されている際に、電圧印加部１３に信号を送信し、低温プラズマプラグ２０に第１電圧を印加する。

第１電圧の電圧値は、機関運転時に低温プラズマプラグ２０に印加される電圧値以上であり、例えば機関運転時に低温プラズマプラグ２０に印加される電圧値である。また、第１クランキングよりも先に内燃機関１Ａの始動が試みられた場合、第１電圧の電圧値は、先の内燃機関１Ａの始動が試みられたときの印加電圧の電圧値以上である。第１電圧の電圧値が、混合気に点火可能な電圧値以上であれば、混合気が点火され、内燃機関１Ａが始動する。

内燃機関１Ａが始動したか否かは、内燃機関１Ａの回転数を基に、ＥＣＵ１２が判定する。内燃機関１Ａの回転数は、内燃機関１Ａに備えられたエンジン回転センサ４２が測定する。ＥＣＵ１２は、エンジン回転センサ４２と接続しており、エンジン回転センサ４２が測定した内燃機関１Ａの回転数に関する信号を検出し、当該信号を基に内燃機関１Ａが始動しているか否かを判定する。

ＥＣＵ１２は、例えば、低温プラズマプラグ２０に第１電圧を印加してから所定時間（基準時間）経過後における内燃機関１Ａの回転数が所定値（基準回転数）以上であるか否かで、内燃機関１Ａが始動しているか否かを判定する。ＥＣＵ１２は、第１電圧の印加から基準時間経過後における内燃機関１Ａの回転数が基準回転数以上である場合、内燃機関１Ａが始動したと判定し、基準回転数未満である場合、内燃機関１Ａが始動していないと判定する。

基準時間は、例えば１秒～５秒である。基準回転数は、例えば７００ｒｐｍ～２５００ｒｐｍである。通常、常温（２５℃程度）であれば、内燃機関１Ａは、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加してから１秒以内に始動する。そのため、基準時間が１秒以上であれば、内燃機関１Ａが始動する場合であっても、内燃機関１Ａの始動の可否を判定するまでに内燃機関１Ａが始動するために必要な時間を十分に確保できる。一方、後述する通り、同じ電圧値の電圧を低温プラズマプラグ２０に印加し続けても、内燃機関１Ａが始動する可能性は低い。そのため、基準時間が５秒以下であれば、内燃機関１Ａが始動する場合であっても、内燃機関１Ａの始動の可否を判定するまでに必要な時間を十分に確保できるとともに、時間のロスを抑えられる。

第１電圧の印加から基準時間経過後における内燃機関１Ａの回転数が基準回転数以上である場合、すなわち、内燃機関１Ａが始動した場合、機関運転をするために必要な印加電圧を低温プラズマプラグ２０に印加し、内燃機関１Ａを稼働させる。

第１電圧の印加から基準時間経過後における内燃機関１Ａの回転数が基準回転数未満である場合、すなわち内燃機関１Ａが始動していないと判定された場合、低温プラズマプラグ２０へ第１電圧の印加を継続しても、内燃機関１Ａが始動する可能性は低い。外気温が低い場合など着火性が悪い環境下で、内燃機関１Ａが始動しないことの原因は、ラジカルの発生量が不足していることである場合が多く、ラジカルの発生量を増加させるためには低温プラズマプラグへの印加電圧を増加させる必要がある。そのため、第１電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合、印加電圧が不十分と判断し、印加電圧を増加させる。すなわち、ＥＣＵ１２は、第１電圧よりも高い第２電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように電圧印加部１３を制御する。

第２電圧の印加は、第１クランキング中に行う。すなわち、セルモーター６がオン状態のときであって、第１電圧で内燃機関１Ａが始動していないとき、セルモーター６のオン状態が維持された状態で、ＥＣＵ１２は低温プラズマプラグ２０に印加する電圧を切り替えるように電圧印加部１３を制御する。

内燃機関１Ａが始動していないと判定した場合、次に印加する電圧は、先に印加した電圧よりも、例えば１ｋＶ以上２ｋＶ以下だけ高い電圧である。すなわち、第２電圧は、例えば、第１電圧よりも１ｋＶ以上２ｋＶ以下だけ高い電圧である。第２電圧は、第１電圧よりも高い電圧値であり、低温プラズマプラグ２０に第２電圧が印加されると、第１電圧が印加された場合と比べ、ラジカルが多く発生するため、混合気が点火されやすい。

第２電圧が低温プラズマプラグ２０に印加されると、ＥＣＵ１２は、第２電圧で内燃機関１Ａが始動しているか否かを判定し、第２電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合に、第２電圧よりも高い第３電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように電圧印加部１３を制御する。内燃機関１Ａが始動しているか否かの判定は、先に記載の方法と同様の方法で行われる。すなわち、第２電圧が低温プラズマプラグ２０に印加されてから基準時間経過後の内燃機関１Ａの回転数が基準回転数であるか否かで判定する。

第２電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合には、上述の通り、第２電圧よりも高い第３電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する。第３電圧を低温プラズマプラグ２０に印加した場合、第２電圧を低温プラズマプラグ２０に印加したときと同様の方法で、基準時間経過後の内燃機関１Ａの回転数が基準回転数以上であるか否かを判定することで、内燃機関１Ａが始動しているか否かを判定する。

第３電圧でも内燃機関１Ａが始動していない場合には、上述の通り、第３電圧よりも高い電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する。更に、第３電圧よりも高い電圧を低温プラズマプラグ２０に印加した後は、第２電圧、第３電圧を低温プラズマプラグ２０に印加した場合と同様に、内燃機関１Ａが始動していない場合であって、セルモーター６のオン状態が継続する限り、さらに高い電圧を低温プラズマプラグ２０に印加し、始動を試みる。
ここで、内燃機関１Ａに対して電圧を印加している最中にセルスイッチ６０がオフにされ、セルモーター６がオフ状態になると、第１クランキングは終了する。このとき、ＥＣＵ１２は、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加しないように電圧印加部１３を制御する。ＥＣＵ１２は、不図示のタイマーを有しており、第１クランキングが停止した後の経過時間を測定する。また、セルモーター６の起動が複数回行われる場合、ＥＣＵ１２は、次のクランキングを開始する際に、直前のクランキングが終了した後の経過時間を測定することができる。

セルスイッチ６０が再度オンにされると、セルモーター６がオン状態になり、再度クランキングが行われる。以下、第１クランキングに続くクランキングを第２クランキングと呼称する。

ＥＣＵ１２は、第１クランキングの終了から次のクランキングの開始までの時間を測定し、時間が所定値（待機基準時間）未満である場合には、当該クランキングを第２クランキングと判断して第４電圧を低温プラズマプラグ２０に印加し、時間が所定値（待機基準時間）以上である場合には、当該クランキングを第１クランキングと判断して第１電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する。第１クランキングと判断した場合、ＥＣＵ１２は、先に記載の第１クランキングと同様の手順を繰り返すよう内燃機関１Ａを制御する。

待機基準時間は、例えば、１秒以上６０分以下であり、５秒以上５分以下であることが好ましい。待機基準時間経過後であれば、外部環境が変化している場合が多く、先に行った第１クランキングの条件で低温プラズマプラグ２０に電圧を印加した場合であっても内燃機関１Ａを始動できる可能性があり、先に記載の通り、再始動工程の条件を制御することが好ましい。

ＥＣＵ１２は、第１クランキングの後の第２クランキングにおいて、第１クランキングにおける印加電圧の最大値よりも高い第４電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように電圧印加部１３を制御する。第４電圧は、第１クランキングにおける印加電圧の最大値よりも１ｋＶ以上２ｋＶ以下だけ高いことが好ましい。

第４電圧が低温プラズマプラグ２０に印加されると、ＥＣＵ１２は、第４電圧で内燃機関１Ａが始動しているか否かを判定し、第４電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合に、第４電圧よりも高い第５電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように電圧印加部１３を制御する。

内燃機関１Ａが始動しているか否かの判定は、先に記載の方法と同様の方法で行われる。すなわち、第４電圧が低温プラズマプラグ２０に印加されてから基準時間経過後の内燃機関１Ａの回転数が基準回転数であるか否かで判定する。

第４電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合、上述の通り、第４電圧よりも高い第５電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する。

第５電圧が低温プラズマプラグ２０に印加されると、ＥＣＵ１２は、第５電圧で内燃機関１Ａが始動しているか否かを判定し、第５電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合に、第５電圧よりも高い第６電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように電圧印加部１３を制御し、第５電圧で内燃機関１Ａが始動した場合、内燃機関１Ａを稼働させる。

以下、先に記載の工程を繰り返す。すなわち、セルモーター６がオン状態であって、印加している電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合、ＥＣＵ１２は、それよりも高い電圧を印加するように電圧印加部１３を制御する操作を繰り返す。また、セルモーター６がオフ状態になったとき、ＥＣＵ１２はタイマーで次のクランキングまでの待機時間を測定する。待機時間が待機基準時間未満であれば、次のクランキングでは、先のクランキングでの最大電圧よりも高い電圧を低温プラズマプラグ２０に印加し、待機基準時間以上であれば、第１電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する。

尚、上記例では、第１クランキング中に、第１電圧から第２電圧に、第２電圧から第３電圧に、２回電圧を切り替え、第２クランキング中に第４電圧から第５電圧に、第５電圧から第６電圧に、２回電圧を切り替える例を示したが、ユーザーがセルスイッチ６０を押す時間、即ちセルモーター６のオン状態を継続する時間と基準時間に応じて、電圧を切り替える回数は、任意に選択される。

（内燃機関の制御方法）
図５は、本発明の一実施形態に係る内燃機関１Ａの制御方法を説明するためのフローチャートである。

先ず、ユーザーは、セルスイッチ６０をオンにして、セルモーター６を起動する（ステップＳ２１）。
次いで、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において、印加する電圧を第１電圧と呼称する。第１電圧は、機関運転時に印加する電圧以上の電圧であり、例えば、機関運転時に印加する電圧と同じ電圧を印加する。

次いで、セルモーター６による第１クランキングを行う（ステップＳ２３）。第１クランキングにより、燃焼室５内に供給された混合気が圧縮され、低温プラズマプラグ２０による非平衡プラズマ放電が起こる。

次いで、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加後、基準時間待機する（ステップＳ２４）。基準時間は、例えば１秒以上５秒以下の時間である。低温プラズマプラグ２０に電圧を印加してから基準時間経過後、内燃機関１Ａが始動したか否かを判定する（ステップＳ２５）。内燃機関１Ａが始動したか否かの判定は、例えば低温プラズマプラグに電圧を印加してから基準時間経過後の内燃機関１Ａの回転数が基準回転数以上か否かに基づいて判定する。

ステップＳ２５において、内燃機関１Ａが始動したと判定した場合、内燃機関１Ａの始動制御を終了する。内燃機関１Ａの始動制御を終了した後、ＥＣＵ１２は、例えば、機関運転時に印加する電圧を低温プラズマプラグ２０に印加し、内燃機関１Ａを稼働する。

ステップＳ２５において、内燃機関１Ａが始動していないと判定した場合であって、セルモーター６がオン状態に保持されているとき、ＥＣＵ１２は、低温プラズマプラグ２０に印加する印加電圧を増加させる（ステップＳ２７）。すなわちＥＣＵ１２は、上記第１電圧よりも高い第２電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する。その後、第１クランキングから基準時間経過後に内燃機関１Ａが始動したか否かを再度判定し（ステップＳ２３～Ｓ２５）、内燃機関１Ａが始動した場合には本処理を終了する。

内燃機関が始動したか否かを再度判定し、始動していないと判定した場合（ステップＳ２５でＮＯ）、セルモーター６がオン状態に保持されている限り（ステップＳ２６でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、ステップＳ２３～ステップＳ２７を繰り返す。例えば、ＥＣＵ１２は、第２電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合に、上記第２電圧よりも高い第３電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する。このようにして、セルモーター６がオフ状態になるか、内燃機関１Ａが始動するまで本処理を継続する。

図６は、内燃機関の制御方法の変形例を示すフローチャートである。変形例に係る内燃機関の制御方法は、ステップＳ２６，Ｓ３０、Ｓ３１～Ｓ８，Ｓ４０が示されている点で先の内燃機関の制御方法と異なる。ステップＳ２６，Ｓ３０は、図５では、省略したが、先の内燃機関の制御方法でも同様のステップを備えている。

ステップＳ２６は、内燃機関が始動していないと判定した後、セルモーターがオン状態であるか判定するステップである。ステップＳ３０は、第１クランキング中にセルモーターがオフにされたとき、第１クランキングを停止するステップである。一定期間セルモーター６を回転させ続けても、内燃機関が始動しない場合、ユーザーが一度セルスイッチ６０をオフにし、セルモーター６をオフにしたとき、ステップＳ３０が行われる。

ＥＣＵ１２は、第１クランキングが停止された後に、ユーザーは、再度セルスイッチをオンにし、セルモーターを起動する（ステップＳ３２）。このとき、第１クランキングが停止された後であってセルモーターが起動されるまでの間、例えばイグニッション電源がオンの状態において、ＥＣＵ１２は、第１クランキング終了時からの経過時間が所定値未満であるか否か判定する（ステップＳ３１）。先のクランキングの終了時から次のクランキングまでの経過時間が待機基準時間以上であれば、当該クランキングを第１クランキングと判断し、先のステップに戻って、ステップＳ２２においてクランキングを行う際に第１電圧を印加する。第１クランキングの終了時から次のクランキングまでの経過時間が待機基準時間未満であれば、当該クランキングを第２クランキングと判断し、セルモーター６がオン状態にされた際に、ＥＣＵ１２は、第１クランキングにおける印加電圧の最大値よりも高い第４電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するように電圧印加部１３を制御する（ステップＳ３２）。待機基準時間未満であれば、先のクランキング時と条件がほとんど変わっておらず、先のクランキングで印加した電圧を再度印加しても、始動できる可能性は低いためである。

その後、ステップＳ２３～ステップＳ２７と同様の手順で、ステップＳ３３～ステップＳ３８を行う。例えば、ＥＣＵ１２は、本第２クランキングにおいて、第４電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合に、第４電圧よりも高い第５電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する（ステップＳ３８）。

また、内燃機関が始動したか否かを再度判定し、始動していないと判定した場合（ステップＳ３６でＮＯ）、セルモーター６がオン状態に保持されている限り（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３４～ステップＳ３８を繰り返す。例えば、制御部１２は、本第２クランキングにおいて、上記第５電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合に、第５電圧よりも高い第６電圧を低温プラズマプラグ２０に印加する（ステップＳ３８）。このように、再セルオン時においても、セルモーター６がオフ状態になるか、内燃機関１Ａが始動するまで本処理を継続する。

内燃機関１Ａが始動した場合（ステップＳ３６でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、例えばセルモーター６を停止し、低温プラズマプラグ２０に対し、機関運転時の印加電圧を印加するように、電圧印加部１３を制御する。

ステップＳ３７において、セルモーター６がオフ状態になったとき、第２クランキングを停止する（ステップＳ４０）。第２クランキング停止後、再々度セルスイッチ６０がオンとなり、セルモーター６がオン状態になったとき、先のステップＳ３１と同様にして低温プラズマプラグ２０に印加する電圧を決定し、上述のステップを繰り返す。

上述したように、本実施形態によれば、始動時の第１クランキングにおいて、低温プラズマプラグ２０に第１電圧を印加し、第１電圧で内燃機関１Ａが始動しているか否かを判定し、第１電圧で内燃機関１Ａが始動していない場合に、第１電圧よりも高い第２電圧を低温プラズマプラグ２０に印加するので、外気温および混合気の成分比率に拠らずに確実に点火が可能な高電圧を低温プラズマプラグに印加していた従来方法よりも、低電圧で内燃機関１Ａを始動させることができる。そのため、低温プラズマプラグ２０に掛かる負荷を低減して高寿命化を実現することができる。

＜変形例＞
図７は、本発明の変形例に係る内燃機関１Ｂの制御装置１０Ｂおよび内燃機関１Ｂの要部の断面模式図である。内燃機関１Ｂの制御装置１０Ｂは、ＥＣＵ１２とつながる点火コイル１４を備える点で先に記載の内燃機関１Ｂの制御装置１０，１０Ａと異なる。内燃機関１Ｂは、低温プラズマプラグ２０に加え、アーク放電を行うスパークプラグ６１を備える点で、先に記載の内燃機関１，１Ａと異なる。スパークプラグ６１は、ＥＣＵ１２により制御された点火コイル１４に電圧を印加され、一対の電極６２，６３間でアーク放電を起こし、混合気に着火する。図７の内燃機関１Ｂおよび内燃機関１Ｂの制御装置１０Ｂにおいて、図１及び図４に示す内燃機関１，１Ａおよび内燃機関の制御装置１０，１０Ａと同様の構成は、同様の符号を付し、説明を省略する。

変形例に係る内燃機関１Ｂの制御装置１０Ｂは、上記実施形態に係る内燃機関１，１Ａの制御装置１０，１０Ａと同様の方法で、内燃機関１Ｂを始動させた後、スパークプラグ６１を用いて、アーク放電により熱プラズマを発生させ、内燃機関１Ｂを稼働させることができる。スパークプラグ６１を用いる場合、制御装置１０Ｂは、ＥＣＵ１２により、スパークプラグ６１の先端に設けられた電極間に所定の電圧を印加し、アーク放電を起こすように点火コイル１４を制御する。このように、上記実施形態に係る内燃機関１，１Ａの制御装置１０，１０Ａおよび内燃機関の制御方法は、低温プラズマプラグ２０およびスパークプラグ６１のいずれも備える内燃機関１Ｂにも適用できる。

このような、低温プラズマプラグ２０およびスパークプラグ６１のいずれも備える内燃機関１Ｂを用いる場合、内燃機関１Ｂが始動した後、スパークプラグ６１により混合気に点火できるため、低温プラズマプラグ２０の使用頻度を抑えることができる。そのため、低温プラズマプラグ２０に掛かる負荷をより低減でき、更なる高寿命化を測ることができる。

また、内燃機関１Ｂの制御装置１０Ｂは、内燃機関１Ｂの始動時に、低温プラズマプラグ２０に電圧を印加する前に火花点火プラグ６１に電圧を印加してもよい。具体的には、例えば、第１クランキングにおいて、制御部１２は、火花点火プラグ６１を作動するように点火コイル１４を制御し、火花点火プラグ６１の作動により内燃機関１Ｂが始動しているか否か判定し、火花点火プラグ６１の作動により内燃機関１Ｂが始動していない場合に、低温プラズマプラグ２０に第１電圧を印加するように電圧印加部１３を制御してもよい。図８および図９は、このような第２実施形態の変形例に係る内燃機関１Ｂの制御方法を説明するためのフローチャートである。

先ず、ユーザーは、セルスイッチ６０をオンにして、セルモーター６を起動する（ステップＳ１）。次いで、点火コイル１４を制御して火花点火プラグ６１に電圧を印加する（ステップＳ２）。

次いで、セルモーター６による第１クランキングを行う（ステップＳ３）。第１クランキングにより、燃焼室５内に供給された混合気が圧縮され、火花点火プラグ６１によるアーク放電が起こる。

次いで、火花点火プラグ６１に電圧を印加後、基準時間待機する（ステップＳ４）。火花点火プラグ６１に電圧を印加してから基準時間経過後、内燃機関１Ｂが始動したか否かを判定する（ステップＳ５）。内燃機関１Ｂが始動したか否かの判定は、例えば低温プラズマプラグに電圧を印加してから基準時間経過後の内燃機関１Ｂの回転数が基準回転数以上か否かに基づいて判定する。基準時間および基準回転数は、上記実施形態の基準時間および基準回転数が採用される。

ステップＳ５において、内燃機関１Ｂが始動したと判定した場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、内燃機関１Ｂの始動制御を終了する。内燃機関１Ｂの始動制御を終了した後、ＥＣＵ１２は、内燃機関１Ｂを稼働する。

ステップＳ５において、内燃機関１Ｂが始動していないと判定した場合（ステップＳ５でＮＯ）であって、セルモーター６がオン状態に保持されているとき、ＥＣＵ１２は、電圧印加部１３を制御し、低温プラズマプラグ２０に第１電圧を印加する（ステップＳ２２）。以下、ステップＳ３１においてＮＯである場合、ステップＳ１に戻り、火花点火プラグ６１を作動させる点を除き、上記第２実施形態と同様の方法で内燃機関１Ｂを制御する。本変形例に係る内燃機関の制御方法では、火花点火プラグ６１でも混合気への点火が可能なとき、火花点火プラグ６１を用いて点火するため、低温プラズマプラグ２０の負荷をより低減し、より長寿命化を図ることができる。

また、ＥＣＵ１２は、火花点火プラグ６１に電圧を印加する前に、外気温又は内燃機関１Ｂの状態を示す温度が所定値以上であるか否かを判定し、温度に応じて火花点火プラグ６１に電圧を印加してもよい。すなわち、変形例に係る内燃機関１Ｂの制御装置１０Ｂを第１実施形態に適用し、混合気として、ガソリンとアルコールとを含むアルコール合燃料および空気の混合気を用い、かつ外気温又は内燃機関１Ｂの状態を示す温度が所定値未満のとき、ＥＣＵ１２は、火花点火プラグ６１を作動するように点火コイル１４を制御してもよい。温度が所定値以上の環境下では、火花点火プラグ６１による点火であっても、混合気に点火することが可能な場合がある。例えば、温度が１０℃以上のときであって、Ｅ８０以下のアルコール混合燃料を用いるとき、火花点火プラグ６１で混合気への点火が可能であり、始動が可能である。

図１０及び図１１は、第１実施形態の変形例に係る内燃機関の制御方法を説明するためのフローチャートである。第１実施形態の変形例に係る内燃機関の制御方法は、温度センサで測定した温度が所定値以上であるとき（ステップＳ１３でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、火花点火プラグ６１に電圧を印加し（ステップＳ１４－１）、クランキングして始動を試みる（ステップＳ１４－２）。火花点火プラグ６１に電圧を印加してから所定時間経過後（ステップＳ１４－３）、第２実施形態と同様の基準で内燃機関１Ｂが始動しているか否か判定する（ステップＳ１４－４）。内燃機関１Ｂが始動していないと判断した場合（ステップＳ１４－４でＮＯ）、低温プラズマプラグ２０に指定電圧を印加する（ステップＳ１５）。内燃機関が始動していると判定した場合（ステップＳ１４－４でＹＥＳ）、内燃機関１Ｂの始動制御を終了する。内燃機関１Ｂの始動制御を終了した後、ＥＣＵ１２は、内燃機関１Ｂを稼働する。このように、変形例を第１実施形態に適用する場合であっても、低温プラズマプラグ２０の使用頻度を抑え、より長寿命化が可能である。

尚、本発明は、上記の実施形態に限定されない。例えば、内燃機関の気筒数や気筒列は任意である。
また、内燃機関が始動したか否かを判定する、セルモーター起動からの経過時間は、任意に選択される。内燃機関が始動したか否かの判定は、セルモーター起動から所定時間経過後の内燃機関の回転数に限らず、セルモーター起動時から所定時間経過後のヒューエルポンプの消費量の変化等、他のパラメータを基準にしてもよい。
尚、上記実施形態では、ポート噴射内燃機関を用いる場合を例に説明したが、本実施形態はこの例に限定されず、直噴内燃機関にも適用可能である。

この発明は、プラズマプラグへの負荷を抑制するとともに着火困難な環境下での内燃機関の早期始動が可能である。また、アルコール燃料を用いた場合であっても、早期始動が可能であり、ユーザーのアルコール濃度の高いアルコール燃料に対する抵抗を払拭し、ＣＯ_２排出量の削減に有効である。

１，１Ａ，１Ｂ：内燃機関
１０，１０Ａ，１０Ｂ：内燃機関の制御装置
２：シリンダブロック、２ａ：シリンダ、３：シリンダヘッド
４：ピストン、５：燃焼室、
１１：低温プラズマプラグ、１２：ＥＣＵ（制御部）、１３：電圧印加部
２１:先端部、２２：接地電極、２３：主体金具２３：絶縁部、２５：碍子部、
２６：プラグキャップ、２７：端子部、２８：基端部
３１：吸気管、３２：吸気温度センサ、３３：インジェクタ、３４：吸気ポート、
３５：吸気バルブ、３６：排気バルブ、３７：排気ポート、３８:排気管
４２：エンジン回転センサ
６：セルモーター
６０：セルスイッチ

Claims (15)

1. 低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグ（２０）と、外気温又は内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度を測定する温度センサ（３２，３２Ａ，３２Ｂ）と、を有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関の制御装置（１０，１０Ｂ）であって、
   前記低温プラズマプラグ（２０）に電圧を印加する電圧印加部（１３）と、
   前記電圧印加部（１３）を制御する制御部（１２）と、を備え、
   前記制御部（１２）は、前記内燃機関（１，１Ｂ）の始動時に、前記温度センサ（３２，３２Ａ，３２Ｂ）が測定した温度が所定値未満の場合、前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度が低いほど前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部（１３）を制御することを特徴とする、内燃機関の制御装置。
2. 前記混合気は、ガソリンとアルコールとを含むアルコール混合燃料および空気の混合気であり、
   前記外気温又は前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度が所定値未満のとき、前記制御部（１２）は、前記混合気におけるアルコール燃料の比率を理論空燃比よりも高くし、
   前記外気温又は前記内燃機関の状態を示す温度が所定値以上のとき、前記制御部（１２）は、前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する電圧を、前記外気温又は前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度が所定値未満のときの印加電圧よりも低くする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 火花点火式の火花点火プラグ（６１）をさらに備える内燃機関（１Ｂ）の制御装置（１０Ｂ）であって、
   前記火花点火プラグ（６１）に電圧を印加する点火コイル（１４）をさらに備え、
   前記制御部（１２）は、前記内燃機関（１Ｂ）の始動時に、前記温度センサ（３２，３２Ａ，３２Ｂ）が測定した温度が所定値以上の場合、前記火花点火プラグ（６１）を作動するように前記点火コイル（１４）を制御する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記所定値は、０℃以上１５℃以下の範囲内の温度である、請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記外気温として、前記内燃機関（１，１Ｂ）のシリンダ（２ａ）内に供給される吸入空気の温度を検知する吸気温度センサ（３２）を備え、
   前記制御部（１２）は、前記吸気温度センサ（３２）で検知された吸気温度が所定値未満の場合、前記吸気温度が低いほど前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部（１３）を制御する、請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度として、前記内燃機関に供給されるオイルの温度を検知する油温センサ（３２Ａ）を備え、
   前記制御部（１２）は、前記油温センサ（３２Ａ）で検知された油温が所定値未満の場合、前記油温が低いほど前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部（１３）を制御する、請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度として、前記内燃機関（１，１Ｂ）に供給される冷却水の温度を検知する水温センサ（３２Ｂ）を備え、
   前記制御部（１２）は、前記水温センサ（３２Ｂ）で検知された水温が所定値未満の場合、前記水温が低いほど前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する電圧が高くなるように前記電圧印加部（１３）を制御する、請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグ（２０）を有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関の制御装置（１０Ａ，１０Ｂ）であって、
   前記低温プラズマプラグ（２０）に電圧を印加する電圧印加部（１３）と、
   始動時の第１クランキングにおいて、前記低温プラズマプラグ（２０）に第１電圧を印加し、前記第１電圧で前記内燃機関（１Ａ，１Ｂ）が始動しているか否か判定し、且つ第１電圧で前記内燃機関（１Ａ，１Ｂ）が始動していない場合に、第１電圧よりも高い第２電圧を前記低温プラズマプラグ（２０）に印加するように前記電圧印加部（１３）を制御する制御部（１２）と、
   を備える、内燃機関の制御装置。
9. 前記制御部（１２）は、前記第２電圧で前記内燃機関（１Ａ，１Ｂ）が始動しているか否かを判定し、
   前記第２電圧で前記内燃機関（１Ａ，１Ｂ）が始動していない場合に、前記第２電圧よりも高い第３電圧を前記低温プラズマプラグ（２０）に印加するように前記電圧印加部（１３）を制御する、請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記制御部（１２）は、前記第１クランキングの後の第２クランキングにおいて、前記第１クランキングにおける印加電圧の最大値よりも高い第４電圧を前記低温プラズマプラグ（２０）に印加するように前記電圧印加部（１３）を制御する、請求項８または９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記制御部（１２）は、前記第２クランキングにおいて、前記第４電圧で前記内燃機関（１Ａ）が始動していない場合に、第４電圧よりも高い第５電圧を前記低温プラズマプラグ（２０）に印加するように前記電圧印加部（１３）を制御する、請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記制御部（１２）は、前記第１クランキングの終了から次のクランキングの開始までの時間を測定し、前記時間が所定値未満である場合には、当該クランキングを第２クランキングと判断して前記第４電圧を前記低温プラズマプラグ（２０）に印加し、前記時間が所定値以上である場合には、当該クランキングを前記第１クランキングと判断して前記第１電圧を前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する、請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
13. 火花点火式の火花点火プラグ（６１）をさらに備える内燃機関（１Ｂ）の制御装置（１０Ｂ）であって、
    前記火花点火プラグ（６１）に電圧を印加する点火コイル（１４）をさらに備え、
    前記第１クランキングにおいて、前記制御部（１２）は、前記火花点火プラグ（６１）を作動するように前記点火コイル（１４）を制御し、前記火花点火プラグ（６１）の作動により前記内燃機関（１Ｂ）が始動しているか否か判定し、前記火花点火プラグ（６１）の作動により前記内燃機関（１Ｂ）が始動していない場合に、前記低温プラズマプラグ（２０）に前記第１電圧を印加するように電圧印加部（１３）を制御する、請求項８～１２のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
14. 低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグ（２０）を有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関（１，１Ｂ）の制御方法であって、
    前記内燃機関（１，１Ｂ）の始動時における外気温又は前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度を測定する工程と、
    前記外気温又は前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度が所定値未満の場合、前記外気温又は前記内燃機関（１，１Ｂ）の状態を示す温度が低いほど前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する電圧を高くする工程と、を有する、内燃機関の制御方法。
15. 低温プラズマを発生させる低温プラズマプラグ（２０）を有し、燃料と空気の混合気に点火することで運転する内燃機関（１Ａ，１Ｂ）の制御方法であって、
    始動時の第１クランキングにおいて、前記低温プラズマプラグ（２０）に第１電圧を印加する第１印加工程と、
    前記第１電圧で前記内燃機関（１Ａ，１Ｂ）が始動しているか否かを判定する判定工程と、
    前記第１電圧で前記内燃機関（１Ａ，１Ｂ）が始動していない場合に、前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記低温プラズマプラグ（２０）に印加する第２印加工程と、を有する、内燃機関の制御方法。

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