JP4894846B2 - 内燃機関の放電異常検出装置及び点火制御システム - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグでの放電の異常を検出する放電異常検出装置に関する。

一次コイル及び二次コイルからなる点火コイルと点火プラグとを備えて構成された、従来の一般的な点火装置の放電作動を説明すると、先ず、一次コイルへ一次電流を流し、その後、一次電流を遮断することにより二次コイルにて二次電流を生じさせ、この二次電流が点火プラグの電極間で放電（火花放電）する。

ここで、点火プラグにおける正常な放電では、図３（ａ）中の波線ＳＰ１に示すように一方の電極１２ａから他方の電極１２ｂに放電する。これに対し、電極１２ａを保持する碍子部１２ｃに、燃焼時に生じるカーボン等の導電性物質１２ｘが付着して堆積すると、一方の電極１２ａから導電性物質１２ｘを通じて他方の電極１２ｂに放電する沿面放電（波線ＳＰ１０参照）が生じる場合がある。このような沿面放電が生じると、初期火炎から点火プラグの構成部材へ伝達される熱量が増加するので、周囲混合気への火炎の広がり速度が遅くなり、着火遅れの状態となる。また、沿面放電では放電位置が一定とならないため、着火時期のバラツキが生じ、内燃機関の出力トルクの変動が大きくなることが懸念される。

これらの懸念に対し、特許文献１には、沿面放電の発生を検出する装置が記載されている。この装置では、放電に先立ち実施される一次コイルへの通電時に現れる、一次電流波形中の脈動に着目している（特許文献１中の第２図参照）。つまり、この脈動の振幅は沿面放電発生時には小さくなるので、その脈動の波形を積分演算して得られた積分値が判定閾値よりも小さければ、沿面放電が発生していると判定できる。
特公平６−８０３１２号公報

しかしながら、一次電流の波形中に現れる脈動を検出し、その脈動の大きさを演算するといった上記従来装置では、脈動の大きさを高精度で演算するには限界があるため、沿面放電の発生を十分な精度で検出することは困難である。

なお、沿面放電が生じていなくても、燃焼室内の吸気流（例えばタンブル流やスワール流）の軌跡上、或いは筒内噴射された燃料の噴射軌跡上に電極１２ａ，１２ｂが配置されていると、図３（ｂ）中の符号ＳＰ１に示す正常な点火放電によるアークは、吸気流や噴流（符号Ｆ参照）の影響を受けて、点火を繰り返す毎に徐々に屈曲して伸びるように変形する場合がある（符号ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４参照）。このようなアーク伸びが生じている場合においても、着火時期のバラツキが生じ易くなり、内燃機関の出力トルクの変動が大きくなることが懸念される。よって、アーク伸びの発生を検出することも沿面放電の検出と同様に望まれている。

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、その目的は、沿面放電等の放電異常の発生を高精度で検出できる、内燃機関の放電異常検出装置及び点火制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、点火プラグでの放電に先立ち一次コイル側に蓄えられた電力のうち、放電の終了時に残っている余剰電力を、その放電の終了時点で検出用電流として一次コイルへ瞬時的に流す検出電流制御手段と、前記検出用電流の値に基づき、前記放電が異常な放電であったか否かを判定する放電異常判定手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、放電に先立ち実施される一次コイルへの通電により、一次コイル側には電力が蓄えられることとなるが、その蓄えられた電力のうち点火プラグでの放電終了時に残っている電力（余剰電力）の量は、沿面放電やアーク伸びが生じた場合には少なくなっている。これは、沿面放電やアーク伸びが生じた場合には、点火プラグでの放電量が増大するためと考えられる。

本発明はこの知見に基づき為されたものであり、上述の余剰電力を、放電終了時点で検出用電流として一次コイルへ瞬時的に流す（検出電流制御手段）。すると、沿面放電やアーク伸びが生じた場合の余剰電力量は少なくなっているので、検出用電流の値は小さくなる筈である。そこで本発明では、検出用電流の値に基づき異常な放電であったか否かを判定する（放電異常判定手段）ので、沿面放電等の放電異常を検出できる。そして、特許文献１記載の従来装置では、「放電に供する一次電流の波形中に現れる脈動」に基づき放電異常を検出するのに対し、上記請求項１記載の本発明によれば、放電終了時点で「瞬時的に流れる検出用電流値」に基づき放電異常を検出できるので、前記従来装置に比べて放電異常の発生を高精度で検出できる。

ところで、上記放電異常判定手段が判定に用いる「検出用電流の値」とは、厳密に言えば、検出用電流が瞬時期間（図９中の符号ｔ３〜ｔ４に例示される期間）中に流れた量（つまり検出用電流の積分値）であってもよいし、請求項２記載の如く、放電終了時点（図５中の符号ｔ３，ｔ１３，ｔ２３に例示されるタイミング）における検出用電流の絶対値であってもよい。具体的には、前記積分値が閾値を下回っている場合に異常な放電と判定してもよいし、請求項２記載の如く、放電終了時点における検出用電流の絶対値が閾値を下回っている場合に異常な放電と判定してもよい。但し、放電終了時点における検出用電流の絶対値に基づき判定する上記請求項２記載の発明によれば、検出用電流の積分値に基づき判定する場合に必要となる積分回路等を不要にできるので、簡素な回路構成で放電異常の発生を検出することができる。

請求項３記載の発明では、前記点火装置は、前記一次コイルへ供給する電力を蓄える電源回路を備えるとともに、前記電源回路に蓄えられた電力を前記一次コイルへ複数回供給することで、内燃機関の１回の燃焼行程中に前記放電を複数回行わせる多重放電を実施させるものであり、前記検出電流制御手段は、前記電源回路に蓄えられた前記余剰電力を前記検出用電流として前記一次コイルへ瞬時的に流すことを特徴とする。

ここで、多重放電を実施せずに燃焼行程中の放電を１回とする点火装置の場合には、電源回路を備えていない場合が多い。この場合には一次コイルにて電力が蓄えられることとなり、一次コイルでの余剰電力を検出用電流として瞬時的に流せばよい。但しこの場合には、異常放電の発生有無による検出用電流値の違いが顕著に現れにくくなる。これに対し、上記請求項３記載の多重放電用の点火装置においては、電源回路での余剰電力を検出用電流として瞬時的に流すので、異常放電の発生有無による検出用電流値の違いが顕著に現れる。よって、放電異常の発生を高精度で検出できる。

請求項４記載の発明では、一次コイル及び二次コイルからなる点火コイルと、前記二次コイルに流れる二次電流を放電させる点火プラグと、を備える点火装置に適用され、前記一次コイル側に蓄えられた電力を検出する蓄電検出手段と、放電に伴い減少していく前記蓄電検出手段による検出値のうち、放電終了時点での検出値が予め設定された閾値を下回っている場合に、前記放電が異常な放電であったと判定する放電異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、一次コイル及び二次コイルからなる点火コイルと、前記二次コイルに流れる二次電流を放電させる点火プラグと、を備える点火装置に適用され、前記一次コイル側に蓄えられた電力を検出する蓄電検出手段と、放電に伴い減少していく前記蓄電検出手段による検出値において、放電期間中における検出値の減少速度が予め設定された閾値より大きい場合に、前記放電が異常な放電であったと判定する放電異常判定手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、放電に先立ち実施される一次コイルへの通電により、一次コイル側には電力が蓄えられることとなるが、その蓄えられた電力は点火プラグでの放電に伴い減少していく。そして、その蓄電減少の速度は、沿面放電やアーク伸びが生じた場合には速くなる。これは、沿面放電やアーク伸びが生じた場合には、点火プラグでの放電量が増大するためと考えられる。したがって、上記請求項５又は４記載の如く、一次コイル側に蓄えられた電力の検出値のうち、放電期間中又は放電終了時点で検出された値に基づけば、沿面放電等の放電異常を検出できる。

特に、請求項４記載の如く、放電終了時点での検出値が予め設定された閾値を下回っている場合に異常な放電であったと判定すれば、「放電に供する一次電流の波形中に現れる脈動」に基づき放電異常を検出する従来装置に比べて、放電異常の発生を高精度で検出できる。

ところで、沿面放電の発生時において、その沿面放電により導電性物質１２ｘが焼き切られ、次回の放電では沿面放電が生じない場合がある。そこで、請求項６記載の発明では、前記放電異常判定手段により異常有りと判定された場合には、１回の燃焼行程中に行われる前記放電の回数を、正規回数よりも増加させる。これにより、前記焼き切りにより沿面放電が解消される可能性を高くできる。

但し、多重放電を実施させる点火装置の場合においては、例えば初回の放電時に沿面放電が検出されても、その時の沿面放電で導電性物質１２ｘが焼き切られ、２回目の放電時には沿面放電が検出されない場合がある。このような場合にまで放電回数を増加させることは不要な放電を実施させることになるので望ましくない。そこで、請求項７記載の如く、前記正規回数の放電のうち最後の放電に対して異常有りと判定された場合に限り放電回数を増加させれば、上記不要な放電を回避できる。

請求項８記載の発明では、前記増加に係る放電を、排気行程期間中に実行することを特徴とする。これによれば、前記焼き切りを目的として増加した放電が着火を生じさせてしまうことを、確実に回避できる。

請求項９記載の発明は、上記放電異常検出装置と、前記点火コイル及び前記点火プラグと、を備えることを特徴とする点火制御システムである。この点火制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明にかかる放電異常検出装置を、車載多気筒ガソリンエンジン（内燃機関）の点火制御システムに適用したものである。また、本実施形態が適用されるエンジンは、図１に例示される如くスプレーガイド方式の筒内噴射式エンジン１０である。スプレーガイド方式とは、燃料噴射弁１１から筒内に直接燃料を噴射させるにあたり、理論空燃比よりも希薄側の空燃比となるよう圧縮行程中に噴射させ、噴射した燃料噴霧（図中の斜線部１１ａ参照）が点火プラグ１２の電極１２ａ，１２ｂ（図３参照）近傍を通過している際に点火を行う方式であり、成層希薄燃焼が可能な内燃機関に適用されるものである。また、当該エンジン１０には、排気を駆動力として吸気を過給する過給機１３が備えられている。

次に、点火プラグ１２での放電（スパーク）を制御するための点火制御システムの概略構成を、図２に基づき説明する。

図２において、エンジン１０の気筒ごとに設けられる点火コイル１４は、一次コイル１４ａと二次コイル１４ｂとからなる。一次コイル１４ａは、その一端が電源回路１５を介してバッテリ１６の高電位（＋１２ボルト）側に接続され、他端がスイッチ手段としてのＩＧＢＴ１７及び電流検出用の抵抗１８（シャント抵抗）を介して接地されている。電流検出用の抵抗１８の出力は点火制御回路１９に入力される。ＩＧＢＴ１７のゲートは点火制御回路１９に接続されており、この点火制御回路１９によりＩＧＢＴ１７がオンオフ制御されるようになっている。また、二次コイル１４ｂは、その一端が点火プラグ１２に接続され、他端がツェナーダイオード２０を介して接地されている。なお、電源回路１５はバッテリ電圧ＶＢを昇圧しており、電源回路１５の出力電圧をＶｏとし、一次コイル１４ａ及び二次コイル１４ｂを流れる電流をそれぞれ一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２とする。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ２１という）は、周知の通りＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することによってエンジンの各種運転状態を制御するものである。点火時期制御においてＥＣＵ２１は、エンジン回転速度やアクセル操作量などのエンジンの運転状態を表す運転状態情報を取得し、その運転状態情報に基づいて最適な点火時期を算出する。そして、その点火時期に応じて点火信号ＩＧｔ（図２参照）を生成し、点火制御回路１９に出力する。また、本点火制御システムでは、点火プラグ１２での点火放電を１回の燃焼行程内で間欠的に複数回生じさせる、多重放電制御を実施する。これにより、燃焼行程期間中に着火が生じないといった失火状態の回避を図る。

点火制御回路１９は、ＥＣＵ２１より入力した点火信号ＩＧｔに基づきＩＧＢＴ１７をオンオフをさせるための駆動信号ＩＧ（図２及び図４参照）を出力する。詳しくは、多重放電の開始を指令する信号としての点火信号ＩＧｔが点火制御回路１９に入力されたことをトリガとして、点火制御回路１９は駆動信号ＩＧを出力する。駆動信号ＩＧは、一次コイル１４ａへの通電と二次コイル１４ｂへの通電に対応してオンオフするパルス信号である。そして、ＩＧＢＴ１７は、駆動信号ＩＧのオンオフに応じて一次コイル１４ａへの通電と遮断とを切り替えるよう作動する。

ここで、図３（ａ）に示すように、点火プラグ１２の碍子部１２ｃに導電性物質１２ｘが堆積すると、沿面放電（波線ＳＰ１０参照）が生じることは先述した通りである。このような沿面放電が生じると、碍子部１２ｃから漏電することとなるため、本来の放電箇所である中心電極１２ａにおいて十分な電圧が得られなくなる。すると、中心電極１２ａでの放電による着火がされない、といった燻りの状態となる。そして、燻り状態が発生すると、着火遅れや、着火時期のバラツキ、エンジン出力トルクの変動増大、失火等の不具合が懸念される。

この懸念に対し、本実施形態では、以下に説明する放電異常検出装置により、放電異常による燻り状態の発生を検出し、燻り状態の発生を検出した場合には、堆積した導電性物質１２ｘが放電により焼き切られるといった自己清浄機能により燻り状態の再発防止を図っている（詳細は後述）。

放電異常検出装置は、ＥＣＵ２１及び点火制御回路１９により構成され、図４（ａ）及び図５（ａ）に示す如く駆動信号ＩＧを出力するよう制御することで、燻り状態の発生を検出する。図４及び図５中の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、多重放電を実施する際の駆動信号ＩＧ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、二次電圧Ｖ２、及び一次コイル側に蓄えられた電力（チャージ量）の変化を示すタイムチャートである。

図に示す多重放電の例では、１回の燃焼行程期間に放電する正規回数を３回としており、各々の放電に対して燻りの発生有無を判定する。図４は放電３回とも燻りが発生しなかった場合を示し、図５は、初回の放電時に燻りが発生した場合を示す。但し、図５の例では、１回目の放電時に導電性物質１２ｘが焼き切られて自己清浄しており、２回目及び３回目の放電では燻りが生じることなく正常に放電している。

次に、図４及び図５を用いて多重放電の作動と、燻りを検出するための制御内容について説明する。

先ず、図中の符号ｔ１は、ＥＣＵ２１から出力される点火信号ＩＧｔが多重放電開始指令状態（パルスオン状態）となった時点を示しており、点火制御回路１９は、多重放電開始が指令されたｔ１時点で、駆動信号ＩＧを通電指令状態（パルスオン状態）にする。すると、ＩＧＢＴ１７がオンされて一次コイル１４ａに一次電流Ｉ１が流れるとともに、バッテリ１６から供給される電力が電源回路１５に蓄えられることとなる。

その後、予め設定された所定時間Ｔ１０が経過したｔ２時点で駆動信号ＩＧをオフにする。すると、ＩＧＢＴ１７がオフされて一次電流Ｉ１の流れが遮断されることにより、二次コイル１４ｂにて二次電流Ｉ２を生じさせ、この二次電流Ｉ２が電極１２ａ，１２ｂ間で放電（スパーク）する。

その後、予め設定された所定時間Ｔ２０が経過したｔ３時点で、駆動信号ＩＧを瞬時的にオンにする。すると、ＩＧＢＴ１７が瞬時的ではあるがオンされて一次電流Ｉ１が流れることにより、電極１２ａ，１２ｂ間での放電は終了する。つまり、多重放電の１回目の放電が終了する。

１回目の放電が終了した後、予め設定された所定時間Ｔ３０が経過したｔ１１時点で駆動信号ＩＧをオンにする。これにより、２回目の放電に用いられる一次側での充電、つまり電源回路１５での２回目の充電を開始する。その後は、１回目の放電作動と同様にして、ｔ１２時点で駆動信号ＩＧをオフにして２回目の放電を開始し、ｔ１３時点で駆動信号ＩＧを瞬時的にオンにして２回目の放電を終了する。

その後も、１回目の放電作動と同様にして、ｔ２１時点で駆動信号ＩＧをオンにして、３回目（最後）の放電に用いられる一次側での充電を開始する。その後、ｔ２２時点で駆動信号ＩＧをオフにして３回目の放電を開始し、ｔ２３時点で駆動信号ＩＧを瞬時的にオンにして３回目の放電を終了する。

次に、一次電流Ｉ１を流すｔ１〜ｔ２、ｔ１１〜ｔ１２、ｔ２１〜ｔ２２の期間中に電源回路１５に蓄えられる電力量（チャージ量）の変化等について、図４（ｅ）及び図５（ｅ）を用いて説明する。

一次電流Ｉ１の通電開始時点（ｔ１時点）からの経過時間に比例して、一次電流Ｉ１の値が増大するとともに、電源回路１５のチャージ量も増大する（図４（ｅ）参照）。そして、二次電流Ｉ２及び二次電圧Ｖ２の値は、放電開始時点（ｔ２時点）からの時間経過に伴い低下する。また、放電開始時点で一次電流Ｉ１の値はゼロになるとともに、電源回路１５のチャージ量は減少し始める。

そして、駆動信号ＩＧを瞬時的にオンにすることにより放電を終了させるので、この放電終了時点（ｔ３時点）において一次電流Ｉ１が瞬時的に流れる。これは、放電終了時点でチャージ量が残存していることに起因する。以下、この残存量を余剰電力Ｐと呼ぶ。

余剰電力Ｐが多いほど、放電終了時点で瞬時的に流れる一次電流Ｉ１の大きさは大きくなる。ここで、先述した沿面放電が生じていると、チャージ量の減少速度が速くなる（図５（ｅ）参照）。つまり、符号Ｐａに示す傾きが大きくなる（厳密には、傾き係数の絶対値が大きくなる）。その結果、余剰電力Ｐは小さくなるので、放電終了時点で瞬時的に流れる一次電流Ｉ１（以下、「検出用電流Ｉ１Ｋ」と記載）の値は小さくなる。要するに、沿面放電が生じると検出用電流Ｉ１Ｋが小さくなる。本実施形態はこの点に着目して、検出用電流Ｉ１Ｋが閾値Ｉ１ｔｈを下回っている場合に、沿面放電による燻りが生じていると判定する。

ちなみに、図５（ｃ）（ｄ）中の放電期間ｔ２〜ｔ３に示す点線は、燻りの程度が悪い状態、つまり沿面放電に起因した漏電の量が多い場合を示しており、この場合には、二次電流Ｉ２の増加速度が速くなる。つまり、符号Ｉ２ａに示す傾きが大きくなる（厳密には、傾き係数が大きくなる）。また、二次電圧の落込み量が大きくなる。つまり、符号Ｖ２peakに示す二次電流Ｉ２のピーク値が低くなる。この傾向は、燻りの程度が僅かである本実施形態の場合でも同様であり、正常放電時に比べれば、二次電流Ｉ２の増加速度は速くなっており、二次電圧Ｖ２の落込み量は大きくなっている（図５（ｃ）（ｄ）中の実線参照）。

但し、燻りの程度が悪い状態でなければこの傾向は顕著には現れない。しかも、二次電圧Ｖ２は一次電圧に比べて極めて高電圧であるとともに、重畳するノイズが多いため、実際には図５（ｃ）（ｄ）に示すような波形を取得することは極めて困難である。したがって、これら二次電流Ｉ２及び二次電圧Ｖ２に基づき燻り発生を検出しようとすると、その検出精度を十分には確保できない。

次に、ＥＣＵ２１のマイコンが上述の如く燻りを検出する制御の手順を、図６及び図７のフローチャートを用いて説明する。

図６及び図７は、ＥＣＵ２１のマイコンにより実行される、燻り検出制御の処理手順を示すフローチャートである。

図に示す一連の処理は、多重放電の開始をトリガとして起動し、先ず、ステップＳ１０において、ＩＧＢＴ１７をオンさせて一次コイル側での蓄電、つまり電源回路１５での蓄電を開始させる。そして、ＩＧＢＴ１７をオンさせてから所定時間Ｔ１０（図４参照）が経過したとステップＳ１１で判定されると、続くステップＳ１２において、ＩＧＢＴ１７をオフさせて二次コイル側での放電を開始させる。そして、ＩＧＢＴ１７をオフさせてから所定時間Ｔ２０（図４参照）が経過したとステップＳ１３で判定されると、続くステップＳ１４（検出電流制御手段）において、ＩＧＢＴ１７を瞬時オンさせて二次コイル側での放電を終了させる。

ここで、瞬時オンさせるにあたりそのオン時間の長さは、例えばＣＰＵの演算周期や、図６の処理の演算周期に設定することが具体例として挙げられる。また、このオン時間を過剰に長くすると、次回の放電に先立ち実施される蓄電の量が少なくなってしまうので、可能な限り短く設定することが望ましい。例えば、前記オン時間を放電時間Ｔ２０よりも短い時間に設定することが望ましい。

次に、ステップＳ１５において、検出用電流Ｉ１Ｋの値を取得する。具体的には、シャント抵抗１８に対してＩＧＢＴ側の電位を点火制御回路１９が検出し、その検出電位に基づき検出用電流Ｉ１Ｋの値をＥＣＵが算出する。なお、点火制御回路１９での電位検出タイミングは放電終了時点ｔ３，ｔ１３，ｔ２３に設定されており、その検出タイミングを、ＩＧＢＴ１７を瞬時オンさせるタイミングと同期させれば、ピークホールド回路等の回路を要することなく放電終了時点ｔ３，ｔ１３，ｔ２３での検出用電流Ｉ１Ｋの値を取得できる。

次に、ＩＧＢＴ１７を瞬時オンさせてから所定時間Ｔ３０（図４参照）が経過したとステップＳ１６で判定されると、ステップＳ１２にて実施された放電の回数Ｎが多重放電の正規回数（本例では３回）に達したか否かを判定する。正規回数の放電が為されたと判定（Ｓ１７：ＹＥＳ）した場合には図６の一連の処理を終了し、放電回数Ｎが正規回数に達していないと判定（Ｓ１７：ＮＯ）した場合には、記憶されている放電回数Ｎ（初期値は１）を１回分加算して、ステップＳ１０以降の処理を繰り返し実行する。

図７は、図６のステップＳ１５にて取得した検出用電流Ｉ１Ｋの値に基づき、放電異常による燻り状態の発生有無を判定する処理である。なお、図６の処理では、正規回数の放電毎に検出用電流Ｉ１Ｋを取得することとなるが、図７による燻り判定処理は、取得した各々の検出用電流Ｉ１Ｋに対して実施される。

当該燻り判定処理では先ず、ステップＳ２０（放電異常判定手段）において、取得した検出用電流Ｉ１Ｋの値が予め設定した閾値Ｉ１ｔｈを下回っているか否かを判定する。なお、本実施形態では検出用電流Ｉ１Ｋがプラスの値となるが、マイナスの値となるよう構成された点火回路においては、検出用電流Ｉ１Ｋの絶対値について閾値Ｉ１ｔｈを下回っているか否かを判定する。Ｉ１Ｋ＜Ｉ１ｔｈでない否定判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）には、続くステップＳ２１において、燻りが発生していない正常な放電状態であると判定（正常判定）する。一方、Ｉ１Ｋ＜Ｉ１ｔｈであると肯定判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、続くステップＳ２２（放電異常判定手段）において、燻りが発生している放電異常の状態であると判定（燻り判定）する。

燻り判定された場合には、続くステップＳ２３において、該当する判定に用いられた検出用電流Ｉ１Ｋが、最後の放電つまり３回目の放電に対して取得された検出用電流Ｉ１Ｋであるか否かを判定する。そして、最後の放電に対する検出用電流Ｉ１Ｋであると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）には、正規回数を増加させて多重放電を実施する。図５中の一点鎖線は、このような追加放電を実施した場合の態様を示しており、図中の符号ｔ３２は追加放電を開始する時点を示し、符号ｔ３１は、追加放電に先立ち実施される電源回路１５へ蓄電を開始する時点を示す。

この追加放電は、着火を目的とするものではなく、導電性物質１２ｘを焼き切って自己清浄することを目的とするものである。そのため、この追加放電は、放電に伴い着火することのない排気行程期間に実施することが望ましい。

一方、ステップＳ２２にて燻り判定された場合であっても、その判定が最後の放電に対して為された判定でなければ（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２４による追加放電を実施することなく、図７の一連の処理を終了する。最後の放電でなければ、燻り判定された場合であってもその時の放電により焼き切られて自己清浄することがある。よって、最後の放電で燻り判定されなければ、追加放電は不要となる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）放電終了時点ｔ３，ｔ１３，ｔ２３で、電源回路１５での余剰電力Ｐを検出用電流として一次コイル１４ａへ瞬時的に流す。すると、沿面放電やアーク伸びが生じた場合の余剰電力Ｐは少なくなっているので、検出用電流Ｉ１Ｋの大きさ（絶対値）は小さくなる筈である。そこで本実施形態では、検出用電流Ｉ１Ｋの大きさが閾値Ｉ１ｔｈを下回っている場合に、沿面放電による燻りが生じていると判定する。そして、特許文献１記載の従来装置では、「充電期間Ｔ１０の初期に一次電流Ｉ１の波形中に現れる脈動」に基づき燻り発生を検出するのに対し、本実施形態によれば、放電終了時点ｔ３，ｔ１３，ｔ２３で「瞬時的に流れる検出用電流Ｉ１Ｋの大きさ」に基づき燻り発生を検出できるので、前記従来装置に比べて燻り発生を高精度で検出できる。

（２）特許文献１記載の従来装置では、前記脈動の大きさに基づき燻りを判定するため、検出用電流Ｉ１Ｋの値を積分演算するための積分回路を要する。これに対し本実施形態では、瞬時的に流れる検出用電流Ｉ１Ｋの大きさに基づき燻りを判定するため、従来必要となっている積分回路を不要にでき、簡素な回路構成で燻り発生を検出できる。

（３）ここで、電源回路１５を備えていない点火制御システムにおいては、放電に先立ち一次電流Ｉ１を流すと、一次コイル１４ａにて電力が蓄えられることとなる。この場合には、一次コイル１４ａでの余剰電力を検出用電流として瞬時的に流せばよい。但しこの場合には、燻り発生有無による検出用電流の大きさの違いが顕著に現れにくくなる。これに対し、多重放電に要する電源回路１５を備えた本実施形態では、電源回路１５での余剰電力Ｐを検出用電流Ｉ１Ｋとして瞬時的に流すので、燻り発生有無による検出用電流Ｉ１Ｋの大きさの違いが顕著に現れる。よって、燻り発生を高精度で検出できる。

（４）燻り発生が検出された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、多重放電にかかる正規回数の放電に加え、焼き切り用の放電を実施するので、焼き切りにより燻りが解消される可能性を高くできる。しかも、正規回数の最後の放電に対して燻り発生が検出された場合にのみ焼き切り用の放電を実施するので、不要な放電を追加実施することを回避できる。また、焼き切り用の放電を排気行程期間中に実施するので、焼き切り用の放電が着火を生じさせてしまうことを、確実に回避できる。

（５）図１に例示されるスプレーガイド方式の筒内噴射式エンジン１０においては、電極１２ａ，１２ｂが燃料の噴射軌跡１１ａ上に配置されることとなる。すると、図３（ｂ）を用いて先述したように、正常な点火放電によるアークＳＰ１が、噴流Ｆの影響を受けてアーク伸びＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４が生じ易くなる。また、燃焼時に生じるカーボン等の導電性物質１２ｘが点火プラグ１２に付着しやすくなるので沿面放電が生じやすくなる。よって、このようにアーク伸びや沿面放電が生じやすい筒内噴射式エンジン１０に放電異常検出装置を適用させた本実施形態によれば、放電異常による燻り発生を高精度で検出できるといった上記効果が好適に発揮される。

（６）さらに、本実施形態にかかる放電異常検出装置は、過給機１３が備えられたエンジン１０（図１参照）に適用されている。このようなエンジン１０においては、過給された吸気流の影響を受けてアーク伸びＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４が生じ易くなる。よって、このようにアーク伸びが生じやすいエンジン１０に適用させた本実施形態によれば、放電異常による燻り発生を高精度で検出できるといった上記効果が好適に発揮される。

（第２実施形態）
ところで、上記第１実施形態では、放電終了時点ｔ３から次回の放電に供する一次電流Ｉ１の通電開始（蓄電開始）までの経過時間Ｔ３０（図５参照）を設定するにあたり、放電終了時点ｔ３から電源回路１５のチャージ量が減少してゼロになった後に蓄電が開始されるようにしている。つまり、次回の蓄電開始時点ｔ１１での一次電流Ｉ１の値はゼロとなっている。

これに対し本実施形態では、図８に示すように、次回の蓄電開始時点ｔ１１での一次電流Ｉ１の値はゼロより大きい値となっている。なお、図８の例では１回目の放電時に燻りが発生しており、２回目の放電時には燻りは発生していない。そのため、２回目の蓄電開始時点ｔ１１での一次電流Ｉ１の値は、３回目の蓄電開始時点ｔ２１での一次電流Ｉ１の値よりも小さくなっている。

ところで、多重放電では何回目の放電で着火するかは成り行きであるため、放電間隔が短いほど着火時期のバラツキが少なくなる。但し、その背反として放電間隔を短くするほど短時間でＩＧＢＴ１７をオンオフさせることとなり、回路への負担が大きくなる。したがって、図５の方式で多重放電を実施する場合には、図８の方式に比べて回路への負担を小さくできるとのメリットがあり、図８の方式で多重放電を実施する場合には、図５の方式に比べて着火時期のバラツキを少なくできるとのメリットがある。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、検出用電流Ｉ１Ｋの大きさ（絶対値）に基づき燻り発生を検出している。これに対し本実施形態では、図９に示すように、検出用電流Ｉ１Ｋが瞬時期間中に流れた量、つまり検出用電流Ｉ１Ｋの積分値（図９（ｂ）中の斜線に示す面積）に基づき燻り発生を検出している。

本実施形態によれば、燻り発生をより一層高精度で検出できる。但し、本実施形態では積分回路を要するのに対し、第１実施形態によれば前記積分回路を不要にでき、簡素な回路構成で燻り発生を検出することができる。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では、図１に示すように、点火プラグ１２の電極１２ａ，１２ｂが、燃料の噴射軌跡１１ａ上に配置されたエンジン１０を適用対象としている。これに対し本実施形態では、図１０に示すように、電極１２ａ，１２ｂが燃料の噴射軌跡１１ａから逸れた位置にあるものの、燃料噴射弁１１からは複数の噴霧パターン１１ｂで燃料が噴射されており、電極１２ａ，１２ｂは、これら複数の噴霧パターン１１ｂの間に配置されている。なお、図１０（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。

このような構成のエンジンにおいても、燃焼時に生じるカーボン等の導電性物質１２ｘが点火プラグ１２に付着しやすくなるので沿面放電が生じやすくなる。よって、このように沿面放電が生じやすいエンジンに上記第１実施形態と同様の放電異常検出装置を適用させた本実施形態によれば、第１実施形態にて説明した各種効果が好適に発揮される。

（第５実施形態）
上記第１実施形態では、放電終了時点ｔ３，ｔ１３，ｔ２３で瞬時的に流れる一次電流Ｉ１（検出用電流Ｉ１Ｋ）の大きさに基づき燻り発生を検出しているが、放電終了時点ｔ３，ｔ１３，ｔ２３における電源回路１５の余剰電力Ｐ（図５（ｅ）参照）の大きさに基づき燻り発生を検出してもよい。具体的には、電源回路１５のチャージ量を検出する回路（蓄電検出手段）を設け、放電終了時点ｔ３，ｔ１３，ｔ２３でのチャージ量を余剰電力Ｐとして検出し、その検出値のうち所定タイミング（本実施形態では放電終了時点）で取得した余剰電力Ｐの値が、予め設定した閾値より小さければ、燻りが発生していると判定する。

また、所定タイミングで取得した余剰電力Ｐに基づき燻り発生を検出することに替え、放電期間ｔ２〜ｔ３における電源回路１５のチャージ量の減少速度、つまり、図５（ｅ）中の符号Ｐａに示す傾きに基づき燻り発生を検出してもよい。具体的には、放電期間ｔ２〜ｔ３に余剰電力Ｐの値を複数サンプリングし、サンプリングした値に基づき前記傾きＰａを算出し、算出した傾きＰａ（厳密には、傾き係数の絶対値）が、予め設定した閾値より大きければ、燻りが発生していると判定する。

また、チャージ量の傾きＰａや余剰電力Ｐに基づき燻り発生を検出することに替え、放電期間ｔ２〜ｔ３の一部を少なくとも含む期間中にチャージ量が減少した量、つまりチャージ量の積分値に基づき燻り発生を検出するようにしてもよい。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、図２に示すように、電源回路１５から点火コイル１４に対し電気エネルギを供給するトランジスタ点火方式を採用しているが、容量放電式点火回路（ＣＤＩ回路）が有するコンデンサから電気エネルギを供給するＣＤＩ点火方式を採用してもよい。

なお、本発明は上記各実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態にかかる放電異常検出装置が適用される、エンジンの概略を示す構成図である。 第１実施形態にかかる点火制御システムの概略を示す構成図。 （ａ）は沿面放電の現象を説明する図、（ｂ）はアーク伸びの現象を説明する図。 第１実施形態において燻り発生を検出する手法を説明するタイムチャートであり、燻りが発生していない場合の態様を示す図。 第１実施形態において燻り発生を検出する手法を説明するタイムチャートであり、初回の放電で燻りが発生した場合の態様を示す図。 第１実施形態において燻りを検出する制御の手順を示すフローチャート。 第１実施形態において燻りを検出する制御の手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態において、燻り発生を検出する手法を説明するタイムチャート。 本発明の第３実施形態において、燻り発生を検出する手法を説明するタイムチャート。 本発明の第４実施形態にかかる放電異常検出装置が適用される、エンジンの概略を示す構成図。

符号の説明

１２…点火プラグ、１４…点火コイル、１４ａ…一次コイル、１４ｂ…二次コイル、１５…電源回路、Ｓ１４…検出電流制御手段、Ｓ２０，Ｓ２２…放電異常判定手段。

Claims (9)

1. 一次コイル及び二次コイルからなる点火コイルと、前記二次コイルに流れる二次電流を放電させる点火プラグと、を備える点火装置に適用され、
   前記放電に先立ち前記一次コイル側に蓄えられた電力のうち、前記放電の終了時に残っている余剰電力を、その放電の終了時点で検出用電流として前記一次コイルへ瞬時的に流す検出電流制御手段と、
   前記検出用電流の値に基づき、前記放電が異常な放電であったか否かを判定する放電異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の放電異常検出装置。
2. 前記放電異常判定手段は、放電終了時点における前記検出用電流の絶対値が予め設定された閾値を下回っている場合に異常な放電であったと判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の放電異常検出装置。
3. 前記点火装置は、前記一次コイルへ供給する電力を蓄える電源回路を備えるとともに、前記電源回路に蓄えられた電力を前記一次コイルへ複数回供給することで、内燃機関の１回の燃焼行程中に前記放電を複数回行わせる多重放電を実施させるものであり、
   前記検出電流制御手段は、前記電源回路に蓄えられた前記余剰電力を前記検出用電流として前記一次コイルへ瞬時的に流すことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の放電異常検出装置。
4. 一次コイル及び二次コイルからなる点火コイルと、前記二次コイルに流れる二次電流を放電させる点火プラグと、を備える点火装置に適用され、
   前記一次コイル側に蓄えられた電力を検出する蓄電検出手段と、
   放電に伴い減少していく前記蓄電検出手段による検出値のうち、放電終了時点での検出値が予め設定された閾値を下回っている場合に、前記放電が異常な放電であったと判定する放電異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の放電異常検出装置。
5. 一次コイル及び二次コイルからなる点火コイルと、前記二次コイルに流れる二次電流を放電させる点火プラグと、を備える点火装置に適用され、
   前記一次コイル側に蓄えられた電力を検出する蓄電検出手段と、
   放電に伴い減少していく前記蓄電検出手段による検出値において、放電期間中における検出値の減少速度が予め設定された閾値より大きい場合に、前記放電が異常な放電であったと判定する放電異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の放電異常検出装置。
6. 前記放電異常判定手段により異常有りと判定された場合には、１回の燃焼行程中に行われる前記放電の回数を、異常無しと判定された場合の正規回数よりも増加させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の放電異常検出装置。
7. 前記正規回数の放電のうち最後の放電に対して異常有りと判定された場合に限り、放電回数を増加させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の放電異常検出装置。
8. 前記増加に係る放電を、排気行程期間中に実行することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の放電異常検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の放電異常検出装置と、前記点火コイル及び前記点火プラグと、を備えることを特徴とする点火制御システム。

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