JPWO2020085042A1 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関における点火プラグの電極の摩耗を抑えつつ、点火プラグによる燃料への着火不良を抑制する。このため内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部を備える。点火制御部は、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊前には、点火コイル３００に接続されたイグナイタに第１のパルス信号（コロナ放電用のパルス信号）を連続して送信し、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊後には、イグナイタに第２のパルス信号（アーク放電用のパルス信号）を連続して送信することにより、点火コイル３００の通電を制御する。このとき、コロナ放電用のパルス信号の周期は、アーク放電用のパルス信号の周期よりも短い。

Description

本発明は、内燃機関用制御装置に関する。

近年、車両の燃費向上のため、理論空燃比よりも薄い混合気を燃焼して内燃機関を運転する技術や、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れて再度吸気させる技術などを導入した内燃機関の制御装置が開発されている。

この種の内燃機関の制御装置では、燃焼室における燃料や空気の量が理論値から乖離するため、点火プラグによる燃料への着火不良が生じやすくなる。そこで、点火プラグの放電電流を増大することで、点火プラグの電極部に発生する熱量を増やし、着火不良を抑制する方法がある。しかし、点火プラグの放電電流が増大すると、点火プラグの電極の摩耗が促進され、点火プラグの寿命が短くなってしまう。

特許文献１には、エネルギー充電系の故障時において、点火直前にコロナ放電を行うことにより、点火プラグの電極間の絶縁破壊電圧を低減することで、点火プラグの放電電流を減らすようにした内燃機関の制御装置が開示されている。

特開２００２−３０３２３８号公報

一般に、点火プラグにおいて放電開始時に短時間だけ流れる容量点火分の放電電流は、その後に流れる誘導点火分の放電電流よりもピーク値が大きい。そのため、点火プラグの電極の摩耗を抑えつつ、点火プラグによる燃料への着火不良を抑制するためには、容量点火分の放電電流を低減するとともに、燃焼室内の混合気の状態に応じて誘導点火分の放電電流を適切に制御する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、容量点火分の放電電流を低減することは可能であるが、誘導点火分の放電電流を適切に制御することができない。

したがって、本発明は、上記の課題に着目してなされたもので、内燃機関における点火プラグの電極の摩耗を抑えつつ、点火プラグによる燃料への着火不良を抑制することを目的とする。

また、本発明は、内燃機関の状態や気筒内における混合気の状態に関わらず、混合気の流速を高精度に推定することを目的とする。

本発明の第１の態様による内燃機関用制御装置は、内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部を備え、前記点火制御部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊前には、前記点火コイルに接続されたイグナイタに第１のパルス信号を連続して送信し、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊後には、前記イグナイタに第２のパルス信号を連続して送信することにより、前記点火コイルの通電を制御し、前記第１のパルス信号の周期は、前記第２のパルス信号の周期よりも短い。
本発明の第２の態様による内燃機関用制御装置は、内燃機関の気筒内における混合気の流速を推定する流速推定部を備え、前記流速推定部は、前記気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグの放電電流および放電電圧の少なくとも一方に基づいて、前記流速を推定する。

本発明によれば、内燃機関における点火プラグの電極の摩耗を抑えつつ、点火プラグによる燃料への着火不良を抑制することができる。また、内燃機関の状態や気筒内における混合気の状態に関わらず、混合気の流速を高精度に推定することができる。

実施の形態にかかる内燃機関及び内燃機機関の制御装置の要部構成を説明する図である。 点火プラグを説明する部分拡大図である。 第１の実施形態にかかる制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。 第１の実施形態にかかる点火コイルを含む電気回路を説明する図である。 第１の実施形態にかかる点火信号の出力タイミングを説明するタイミングチャートの一例である。 点火制御部による各設定値の設定方法の一例を示す図である。 第１の実施形態にかかる点火制御部による点火プラグの制御方法を説明するフローチャートの一例である。 連続点火を行う場合の点火信号の出力方法を説明するタイミングチャートの一例である。 絶縁破壊後にアーク放電の中断が発生した場合の点火信号の出力方法を説明するタイミングチャートの一例である。 絶縁破壊後の経過時間に応じた点火信号の出力方法を説明するタイミングチャートの一例である。 第２の実施形態にかかる制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。 第２の実施形態にかかる点火コイルを含む電気回路を説明する図である。 第２の実施形態にかかる流速推定方法の一例を説明する図である。 第２の実施形態にかかる点火コイルの制御方法を説明するフローチャートの一例である。 流速推定処理を説明するフローチャートの一例である。

−第１の実施形態−
以下、本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関用制御装置を説明する。

以下、第１の実施形態にかかる内燃機関用制御装置の一態様である制御装置１を説明する。この実施の形態では、制御装置１により、４気筒の内燃機関１００の各気筒１５０に各々設けられた点火プラグ２００の放電（点火）を制御する場合を例示して説明する。
以下、実施の形態において、内燃機関１００の一部の構成又は全ての構成及び制御装置１の一部の構成又は全ての構成を組み合わせたものを、内燃機関１００の制御装置１と言う。

［内燃機関］
図１は、内燃機関１００及び内燃機関用点火装置の要部構成を説明する図である。
図２は、点火プラグ２００の電極２１０、２２０を説明する部分拡大図である。

内燃機関１００では、外部から吸引した空気はエアクリーナ１１０、吸気管１１１、吸気マニホールド１１２を通流し、吸気弁１５１が開くと各気筒１５０に流入する。各気筒１５０に流入する空気量は、スロットル弁１１３により調整され、スロットル弁１１３で調整された空気量は、流量センサ１１４により測定される。

スロットル弁１１３には、スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ１１３ａが設けられている。このスロットル開度センサ１１３ａで検出されたスロットル弁１１３の開度情報は、制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１に出力される。

なお、スロットル弁１１３は、電動機で駆動される電子スロットル弁が用いられるが、空気の流量を適切に調整できるものであれば、その他の方式によるものでもよい。

各気筒１５０に流入したガスの温度は、吸気温センサ１１５で検出される。

クランクシャフト１２３に取り付けられたリングギア１２０の径方向外側には、クランク角センサ１２１が設けられている。このクランク角センサ１２１により、クランクシャフト１２３の回転角度が検出される。実施の形態では、クランク角センサ１２１は、例えば１０°毎及び燃焼周期毎のクランクシャフト１２３の回転角度を検出する。

シリンダヘッドのウォータジャケット（図示せず）には、水温センサ１２２が設けられている。この水温センサ１２２により、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する。

また、車両には、アクセルペダル１２５の変位量（踏み込み量）を検出するアクセルポジションセンサ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ：ＡＰＳ）１２６が設けられている。このアクセルポジションセンサ１２６により、運転者の要求トルクを検出する。このアクセルポジションセンサ１２６で検出された運転者の要求トルクは、後述する制御装置１に出力される。制御装置１は、この要求トルクに基づいて、スロットル弁１１３を制御する。

燃料タンク１３０に貯留された燃料は、燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧された後、プレッシャレギュレータ１３２が設けられた燃料配管１３３を通流し、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４に誘導される。燃料ポンプ１３１から出力された燃料は、プレッシャレギュレータ１３２で所定の圧力に調整され、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４から各気筒１５０内に噴射される。プレッシャレギュレータ１３２で圧力調整された結果、余分な燃料は戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。

内燃機関１００のシリンダヘッド（図示せず）には、燃焼圧センサ（ＣｙｌｉｎｄｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＰＳ、筒内圧センサとも言う）１４０が設けられている。燃焼圧センサ１４０は、各気筒１５０内に設けられており、気筒１５０内の圧力（燃焼圧）を検出する。

燃焼圧センサ１４０は、圧電式又はゲージ式の圧力センサが用いられ、広い温度領域に渡って気筒１５０内の燃焼圧（筒内圧）を検出することができるようになっている。

各気筒１５０には、排気弁１５２と、燃焼後のガス（排気ガス）を気筒１５０の外側に排出する排気マニホールド１６０が取り付けられている。この排気マニホールド１６０の排気側には、三元触媒１６１が設けられている。排気弁１５２が開くと、気筒１５０から排気マニホールド１６０に排気ガスが排出される。この排気ガスは、排気マニホールド１６０を通って三元触媒１６１で浄化された後、大気に排出される。

三元触媒１６１の上流側には、上流側空燃比センサ１６２が設けられている。この上流側空燃比センサ１６２は、各気筒１５０から排出された排気ガスの空燃比を連続的に検出する。

また、三元触媒１６１の下流側には、下流側空燃比センサ１６３が設けられている。この下流側空燃比センサ１６３は、理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力する。実施の形態では、下流側空燃比センサ１６３は、例えばＯ２センサである。

また、各気筒１５０の上部には、点火プラグ２００が各々設けられている。点火プラグ２００の放電（点火）により、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に火花が着火し、気筒１５０内で爆発が起こり、ピストン１７０が押し下げられる。ピストン１７０が押し下げられることにより、クランクシャフト１２３が回転する。

点火プラグ２００には、点火プラグ２００に供給される電気エネルギー（電圧）を生成する点火コイル３００が接続されている。点火コイル３００で発生した電圧により、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じる（図２参照）。

図２に示すように、点火プラグ２００では、中心電極２１０は、絶縁体２３０により絶縁状態で支持されている。この中心電極２１０に所定の電圧（実施の形態では、例えば２０，０００Ｖ〜４０，０００Ｖ）が印加される。

外側電極２２０は接地されている。中心電極２１０に所定の電圧が印加されると、中心電極２１０と外側電極２２０との間で放電（点火）が生じる。

なお、点火プラグ２００において、中心電極２１０と外側電極２２０との間に存在する気体（ガス）の状態や筒内圧によって、ガス成分の絶縁破壊を起こして放電（点火）が発生する電圧が変動する。この放電が発生する電圧を絶縁破壊電圧と言う。

点火プラグ２００の放電制御（点火制御）は、後述する制御装置１の点火制御部８３により行われる。

図１に戻って、前述したスロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、クランク角センサ１２１、アクセルポジションセンサ１２６、水温センサ１２２、燃焼圧センサ１４０等の各種センサからの出力信号は、制御装置１に出力される。制御装置１では、これら各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１００の運転状態を検出し、気筒１５０内に送出する空気量、燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。

［制御装置のハードウェア構成］
次に、制御装置１のハードウェアの全体構成を説明する。

図１に示すように、制御装置１は、アナログ入力部１０と、デジタル入力部２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３０と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０と、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６０と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポート７０と、出力回路８０と、を有する。

アナログ入力部１０には、スロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、アクセルポジションセンサ１２６、上流側空燃比センサ１６２、下流側空燃比センサ１６３、燃焼圧センサ１４０、水温センサ１２２等の各種センサからのアナログ出力信号が入力される。

アナログ入力部１０には、Ａ／Ｄ変換部３０が接続されている。アナログ入力部１０に入力された各種センサからのアナログ出力信号は、ノイズ除去等の信号処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換部３０でデジタル信号に変換され、ＲＡＭ４０に記憶される。

デジタル入力部２０には、クランク角センサ１２１からのデジタル出力信号が入力される。

デジタル入力部２０には、Ｉ／Ｏポート７０が接続されており、デジタル入力部２０に入力されたデジタル出力信号は、このＩ／Ｏポート７０を介してＲＡＭ４０に記憶される。

ＲＡＭ４０に記憶された各出力信号は、ＭＰＵ５０で演算処理される。

ＭＰＵ５０は、ＲＯＭ６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、ＲＡＭ４０に記憶された出力信号を、制御プログラムに従って演算処理する。ＭＰＵ５０は、制御プログラムに従って、内燃機関１００を駆動する各アクチュエータ（例えば、スロットル弁１１３、プレッシャレギュレータ１３２、点火プラグ２００等）の作動量を規定する制御値を算出し、ＲＡＭ４０に一時的に記憶する。

ＲＡＭ４０に記憶されたアクチュエータの作動量を規定する制御値は、Ｉ／Ｏポート７０を介して出力回路８０に出力される。

出力回路８０には、点火プラグ２００に印加する電圧を制御する点火制御部８３（図３参照）の機能などが設けられている。

［制御装置の機能ブロック］
次に、第１の実施形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する。

図３は、第１の実施形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する機能ブロック図である。この制御装置１の各機能は、例えばＭＰＵ５０がＲＯＭ６０に記憶された制御プログラムを実行することで、出力回路８０で実現される。

図３に示すように、第１の実施形態にかかる制御装置１の出力回路８０は、全体制御部８１と、燃料噴射制御部８２と、点火制御部８３とを有する。

全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、燃焼圧センサ１４０（ＣＰＳ）に接続されており、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とを受け付ける。

全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とに基づいて、燃料噴射制御部８２と点火制御部８３の全体的な制御を行う。

燃料噴射制御部８２は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部８６と、に接続されており、気筒判別部８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。

また、燃料噴射制御部８２は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部８９と、に接続されており、吸気量計測部８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。

燃料噴射制御部８２は、受け付けた各情報に基づいて、燃料噴射弁１３４から噴射される燃料の噴射量と噴射時間（燃料噴射弁制御情報Ｓ９）を算出し、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて燃料噴射弁１３４を制御する。

点火制御部８３は、全体制御部８１のほか、気筒判別部８４と、角度情報生成部８５と、回転数情報生成部８６と、負荷情報生成部８８と、水温計測部８９とに接続されており、これらからの各情報を受け付ける。

点火制御部８３は、受け付けた各情報に基づいて、点火コイル３００の１次側コイル（図示せず）に通電する電流量（通電角）と、通電開始時間と、１次側コイルに通電した電流を遮断する時間（点火時間）を算出する。

点火制御部８３は、算出した通電角と、通電開始時間と、点火時間とに基づいて、点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡを出力することで、点火プラグ２００による放電制御（点火制御）を行う。

なお、少なくとも、点火制御部８３が点火信号ＳＡを用いて点火プラグ２００の点火制御を行う機能は、本発明の内燃機関用制御装置に相当する。

［点火コイルの電気回路］
次に、第１の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する。

図４は、第１の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する図である。電気回路４００において、点火コイル３００は、所定の巻き数で巻かれた１次側コイル３１０と、１次側コイル３１０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。

１次側コイル３１０の一端は、直流電源３３０に接続されている。これにより、１次側コイル３１０には、所定の電圧（実施の形態では、例えば１２Ｖ）が印加される。直流電源３３０と１次側コイル３１０の接続経路中には、充電量検出部３５０が設けられている。充電量検出部３５０は、１次側コイル３１０に印加された電圧と電流を検出して、点火制御部８３へ送信する。

１次側コイル３１０の他端は、イグナイタ３４０に接続されており、イグナイタ３４０を介して接地されている。イグナイタ３４０には、トランジスタや電界効果トランジスタ
（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが用いられる。

イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子は、点火制御部８３に接続されている。点火制御部８３から出力された点火信号ＳＡは、イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に入力される。イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に点火信号ＳＡが入力されると、イグナイタ３４０のコレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間が通電状態となり、コレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間に電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３４０を介して点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡが出力され、１次側コイル３１０に電力（電気エネルギー）が蓄積される。

点火制御部８３からの点火信号ＳＡの出力が停止して、１次側コイル３１０に流れる電流が遮断されると、１次側コイル３１０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。２次側コイル３２０に発生した高電圧が点火プラグ２００（中心電極２１０）に印加されることで、点火プラグ２００の中心電極２１０と、外側電極２２０との間に電位差が発生する。この中心電極２１０と外側電極２２０との間に発生した電位差が、ガス（気筒１５０内の混合気）の絶縁破壊電圧Ｖｍ以上になると、ガス成分が絶縁破壊されて中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じ、燃料（混合気）への点火（着火）が行われる。

２次側コイル３２０と点火プラグ２００の接続経路中には、放電量検出部３６０が設けられている。放電量検出部３６０は、放電電圧と電流を検出して、点火制御部８３へ送信する。

点火制御部８３は、以上説明したような電気回路４００の動作により、点火信号ＳＡを用いて点火コイル３００の通電を制御する。これにより、点火プラグ２００を制御するための点火制御を実施する。

［点火信号の出力タイミング］
次に、第１の実施形態にかかる点火プラグ２００の電極の加熱方法に関して、点火信号ＳＡの出力タイミングを説明する。

図５は、第１の実施形態にかかる点火信号ＳＡの出力タイミングを説明するタイミングチャートの一例である。

図５において、上段の図は、点火制御部８３から点火コイル３００へ出力される点火信号ＳＡのＯＮ／ＯＦＦを示している。中段の図は、点火コイル３００の放電電圧、すなわち点火コイル３００の２次側コイル３２０から点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に印加される電圧を表している。この放電電圧は、前述のように放電量検出部３６０により検出されて点火制御部８３に入力される。下段の図は、点火コイル３００の放電電流、すなわち放電電圧に応じて点火コイル３００の２次側コイル３２０および点火プラグ２００に流れる電流を表している。この放電電流も放電電圧と同様に、放電量検出部３６０により検出されて点火制御部８３に入力される。なお、点火コイル３００の放電電圧の大きさは、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間における抵抗値を放電電流の大きさに乗じた値に等しい。

図５において、時刻Ｔ１は充電開始時期を示している。この時刻Ｔ１において、点火制御部８３が点火信号ＳＡをＯＦＦからＯＮに変化させると、直流電源３３０から１次側コイル３１０への通電が開始され、１次側コイル３１０に１次電流が流れて点火コイル３００内に電力が充電される。

時刻Ｔ２は、コロナ放電の開始時期を示している。この時刻Ｔ２になると、点火制御部８３は点火信号ＳＡをパルス幅変調し、パルス信号による点火信号ＳＡをイグナイタ３４０へ連続的に出力する。これにより、点火信号ＳＡにおいて、ＯＮからＯＦＦへの切り替えと、ＯＦＦからＯＮへの切り替えとが交互に繰り返されるようにする。

点火信号ＳＡがＯＮからＯＦＦに切り替えられると、１次側コイル３１０において１次電流が遮断され、それまでに充電された電力が点火コイル３００から放出されて点火プラグ２００に電気エネルギーが供給される。その結果、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に、供給された電気エネルギーに応じた電圧が印加される。一方、点火信号ＳＡがＯＦＦからＯＮに切り替えられると、１次側コイル３１０において１次電流が再び通電され、点火コイル３００の充電が再開される。

点火制御部８３は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までのコロナ放電期間中に、上記のような点火信号ＳＡのパルス幅変調を実施する。このとき点火制御部８３は、点火コイル３００の放電電圧を所定のコロナ放電電圧目標値ＶＣに近づけるように（図５中段参照）、点火信号ＳＡのパルス幅を制御する。本実施形態におけるコロナ放電とは、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間において、部分的に絶縁破壊が発生して僅かな放電電流が流れることで、混合気がイオン化される現象のことである。コロナ放電電圧目標値ＶＣは、このコロナ放電を生じさせるための放電電圧の目標値であり、点火制御部８３において絶縁破壊電圧よりも小さい値で予め設定されている。

点火制御部８３がコロナ放電期間中に上記の制御を行い、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間にコロナ放電を発生させることで、図５中段の図において破線で示したように、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間における絶縁破壊電圧が次第に低下していく。これにより、点火プラグ２００において点火時に最初に流れる容量点火分の放電電流を低減できるため、放電電流の最大値を低下させることができる。したがって、点火を繰り返すことで点火プラグ２００に生じる中心電極２１０や外側電極２２０の摩耗を抑えることができる。

時刻Ｔ３は、コロナ放電期間が終了する点火時期を示している。この時刻Ｔ３になると、点火制御部８３はコロナ放電のためのパルス幅変調を終了し、点火信号ＳＡをＯＮからＯＦＦに切り替える。すると、１次側コイル３１０において１次電流が遮断され、それまでに充電された電力が点火コイル３００から放出されて点火プラグ２００に電気エネルギーが供給されることで、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に、供給された電気エネルギーに応じた電圧が印加される。そして図５中段の図に示すように、点火コイル３００の放電電圧が絶縁破壊電圧に一致すると、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間が絶縁破壊し、アーク放電が開始する。

アーク放電が開始すると、点火制御部８３は点火信号ＳＡをパルス幅変調し、コロナ放電中とは異なるパルス信号による点火信号ＳＡをイグナイタ３４０へ連続的に出力する。このとき点火制御部８３は、点火コイル３００の放電電流を所定のアーク放電電流目標値ＩＡに近づけるように（図５下段参照）、点火信号ＳＡのパルス幅を制御する。本実施形態におけるアーク放電とは、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間が絶縁破壊して、コロナ放電時よりも大きな放電電流が流れ、このとき生じた火花によって混合気中の燃料が着火される現象のことである。アーク放電電流目標値ＩＡは、このアーク放電を安定的に継続させて燃料への着火を良好に行うための放電電流の目標値であり、点火制御部８３において予め設定されている。

時刻Ｔ４は、アーク放電期間中のパルス幅変調の終了時期を示している。時刻Ｔ４において点火コイル３００の放電電流がアーク放電電流目標値ＩＡ未満となり、これ以上は放電電流をアーク放電電流目標値ＩＡに維持できなくなると、点火制御部８３はパルス幅変調を終了し、点火信号ＳＡをＯＦＦのままとする。これにより、点火コイル３００の充電が終了し、図５中段と下段の図にそれぞれ示すように、放電電圧および放電電流が次第に低下する。その後、時刻Ｔ５において放電電圧と放電電流が略ゼロまで低下すると、アーク放電が終了する。すなわち、時刻Ｔ３から時刻Ｔ５までの期間がアーク放電期間であり、そのうち時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間でパルス幅変調が行われる。

なお、図５上段の図に示すように、コロナ放電期間中に点火信号ＳＡとして出力されるパルス信号の周期は、アーク放電期間中に点火信号ＳＡとして出力されるパルス信号の周期よりも短い。これは、コロナ放電期間中は放電電圧に基づいてパルス幅変調を行っているのに対して、アーク放電期間中は放電電流に基づいてパルス幅変調を行っているからである。これにより、点火前のコロナ放電期間中には、コロナ放電を確実に継続して絶縁破壊電圧を低下させ、その後の点火時に流れる放電電流の最大値を低減するとともに、点火後のアーク放電期間中には、放電電流を適切に制御することができる。したがって、点火プラグ２００の中心電極２１０や外側電極２２０の摩耗を抑えつつ、燃料への着火不良を抑制することができる。

ここで、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの期間では、点火コイル３００の充電が行われる。この期間のうち、パルス幅変調を開始する前の時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間は、点火コイル３００の充電が連続して行われる充電期間である。また、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間はコロナ放電期間であり、この期間中に点火制御部８３は点火信号ＳＡをパルス幅変調することで、点火コイル３００の放電電圧がコロナ放電電圧目標値ＶＣとなるように調節する。さらに、時刻Ｔ３から時刻Ｔ５までの期間はアーク放電期間であり、そのうち時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間において、点火制御部８３は点火信号ＳＡをパルス幅変調することで、点火コイル３００の放電電流がアーク放電電流目標値ＩＡとなるように調節する。これらの期間は、例えば、内燃機関１００の運転状態、点火プラグ２００の中心電極２１０や外側電極２２０の状態、内燃機関１００における気筒１５０内の混合気の状態などに基づいて決定することができる。また、コロナ放電電圧目標値ＶＣやアーク放電電流目標値ＩＡについても、内燃機関１００の運転状態、点火プラグ２００の中心電極２１０や外側電極２２０の状態、内燃機関１００における気筒１５０（燃焼室）内の混合気の状態などに基づいて決定することができる。

図６は、点火制御部８３による各設定値の設定方法の一例を示す図である。図６では、内燃機関１００の運転状態、点火プラグ２００の電極状態、気筒１５０内の混合気状態（燃焼室内のガス状態）等を含む様々な設定条件と、点火時期Ｔ３、コロナ放電期間（Ｔ３−Ｔ２）、充電期間（Ｔ２−Ｔ１）、コロナ放電電圧目標値ＶＣおよびアーク放電電流目標値ＩＡの各設定値との関係の一例を示している。

点火制御部８３は、図６に示す関係に基づき、次のようにして各設定値を設定することができる。例えば、内燃機関１００において気筒１５０内に取り込まれる混合気の空燃比が薄くなる場合は、気筒１５０内での燃焼速度が低下する。そのため、図６に従い、点火時期Ｔ３を早くして燃焼重心を合わせるようにする。また、燃料への着火性が低下するため、図６に従い、コロナ放電期間と充電期間をそれぞれ長くするとともに、コロナ放電電圧目標値ＶＣとアーク放電電流目標値ＩＡをそれぞれ高くする。これにより、コロナ量を増大させるとともに、点火コイル３００の放電エネルギーを増大させ、燃料への着火性を改善する。これ以外の場合でも、図６の関係に基づき、同様にして各設定値を設定することが可能である。

また、コロナ放電電圧目標値ＶＣについては、前回またはそれ以前の過去のサイクルにおいて点火プラグ２００がアーク放電を行った際に放電量検出部３６０によって検出された絶縁破壊電圧に基づいて設定することができる。具体的には、例えば前回のサイクルにおいて所定値よりも高い絶縁破壊電圧が検出された場合は、図６に従い、今回のサイクルではコロナ放電電圧目標値ＶＣを高く設定し、絶縁破壊電圧を低下させるようにする。反対に、例えば前回のサイクルにおいて所定値よりも低い絶縁破壊電圧が検出された場合は、今回のサイクルではコロナ放電電圧目標値ＶＣを下げることにより、絶縁破壊電圧を上昇させ、点火時期Ｔ３よりも前のコロナ放電期間中に絶縁破壊が生じて誤点火となるのを防止してもよい。

［点火コイルの制御方法］
次に、点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法の一例を説明する。図７は、第１の実施形態にかかる点火制御部８３による点火コイル３００の制御方法を説明するフローチャートの一例である。第１の実施形態において、点火制御部８３は、車両のイグニッションスイッチがＯＮされて内燃機関１００の電源が投入されると、図７のフローチャートに従って点火コイル３００の制御を開始する。なお、図７のフローチャートに示す処理は、内燃機関１００の１サイクル分の処理を表しており、点火制御部８３は各サイクルごとに図７のフローチャートに示す処理を実施する。

ステップＳ１０１において、点火制御部８３は、充電期間およびコロナ放電期間を設定する。ここでは、例えば内燃機関１００の運転状態ごとに予め設定された充電期間の値を示すＤＷＥＬＬマップや、図６に例示した設定条件と各設定値との関係を参照することで、充電期間およびコロナ放電期間を設定する。

ステップＳ１０２において、点火制御部８３は、コロナ放電電圧目標値ＶＣを設定する。ここでは、例えば図６に例示した設定条件とコロナ放電電圧目標値ＶＣとの関係や、前サイクルまたは過去のサイクルにおいて検出した絶縁破壊電圧に基づいて、今回のサイクルにおけるコロナ放電電圧目標値ＶＣを設定する。

ステップＳ１０３において、点火制御部８３は、アーク放電電流目標値ＩＡを設定する。ここでは、例えば図６に例示した設定条件とアーク放電電流目標値ＩＡとの関係を用いて、内燃機関１００の運転状態、点火プラグ２００の電極状態、および気筒１５０内の混合気状態の少なくともいずれか一つに基づいて、今回のサイクルにおけるアーク放電電流目標値ＩＡを設定する。

ステップＳ１０４において、点火制御部８３は、点火コイル３００の充電を開始する。
ここでは、ステップＳ１０１で設定した充電期間に従い、充電開始時期Ｔ１において点火信号ＳＡをＯＦＦからＯＮに切り替えて点火コイル３００の充電を開始する。

ステップＳ１０５において、点火制御部８３は、ステップＳ１０４で点火コイル３００の充電を開始してから、ステップＳ１０１で設定した充電期間を経過したか否かを判定する。充電期間をまだ経過していなければステップＳ１０５に留まって点火コイル３００の充電を継続し、充電期間を経過したらステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、点火制御部８３は、充電量検出部３５０が検出した点火コイル３００の充電量の情報、すなわち点火コイル３００において１次側コイル３１０に印加された電圧および電流の情報と、放電量検出部３６０が検出した点火コイル３００の放電量の情報、すなわち点火コイル３００において２次側コイル３２０に発生した電圧および電流の情報とを取得する。

ステップＳ１０７において、点火制御部８３は、コロナ放電開始時期Ｔ２において、コロナ放電用のパルス信号の出力を開始する。ここでは、ステップＳ１０６で取得した充電量および放電量の情報に基づき、放電電圧がステップＳ１０２で設定したコロナ放電電圧目標値ＶＣに近づくように点火信号ＳＡをパルス幅変調することで、点火信号ＳＡとして出力するパルス信号のパルス幅を調節する。なお、このときの制御には、例えばフィードバック制御が用いられる。

ステップＳ１０８において、点火制御部８３は、ステップＳ１０７でコロナ放電用のパルス信号の出力を開始してから、ステップＳ１０１で設定したコロナ放電期間を経過したか否かを判定する。コロナ放電期間をまだ経過していなければステップＳ１０６に戻り、放電電圧を取得してコロナ放電用のパルス信号の出力を継続する。コロナ放電期間を経過したらステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９において、点火制御部８３は、点火時期Ｔ３において点火信号ＳＡをＯＮからＯＦＦに切り替えて、点火コイル３００に蓄積された電気エネルギーを点火プラグ２００に供給することで、点火プラグ２００のアーク放電を開始する。

ステップＳ１１０において、点火制御部８３は、ステップＳ１０６と同様に、充電量検出部３５０が検出した点火コイル３００の充電量の情報と、放電量検出部３６０が検出した点火コイル３００の放電量の情報を取得する。なお、ここで取得される放電量の情報に含まれる放電電圧は、次回のサイクル以降においてステップＳ１０２でコロナ放電電圧目標値ＶＣを設定する際に、前サイクルまたは過去のサイクルにおいて検出した絶縁破壊電圧として用いられる。

ステップＳ１１１において、点火制御部８３は、アーク放電用のパルス信号の出力を開始する。ここでは、ステップＳ１１０で取得した放電量の情報に基づき、放電電流がステップＳ１０３で設定したアーク放電電流目標値ＩＡに近づくように点火信号ＳＡをパルス幅変調することで、点火信号ＳＡとして出力するパルス信号のパルス幅を調節する。なお、このときの制御には、例えばフィードバック制御が用いられる。

ステップＳ１１２において、点火制御部８３は、放電電流がアーク放電電流目標値ＩＡ未満となり、放電電流とアーク放電電流目標値ＩＡとの偏差が所定値以上になったか否かを判定する。偏差が所定値未満であればステップＳ１１０に戻り、放電電流を取得してアーク放電用のパルス信号の出力を継続する。偏差が所定値以上になったら、これ以上は放電電流をアーク放電電流目標値ＩＡに維持できないと判断し、パルス信号の出力を停止して図７のフローチャートによる点火コイル３００の制御を終了する。その後は、点火コイル３００内のエネルギーが次第に低下し、放電終了時期Ｔ５において点火プラグ２００の放電が停止する。

次に、第１の実施形態にかかる点火信号ＳＡの他の出力方法を説明する。

［連続点火時の点火信号の出力方法］
図８は、連続点火を行う場合の点火信号ＳＡの出力方法を説明するタイミングチャートの一例である。

図８において、上段、中段および下段の図は、図５に示したタイミングチャートとそれぞれ同様である。すなわち、上段の図は、点火制御部８３から点火コイル３００へ出力される点火信号ＳＡのＯＮ／ＯＦＦを示している。中段の図は、点火コイル３００の放電電圧、すなわち点火コイル３００の２次側コイル３２０から点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に印加される電圧を表している。下段の図は、点火コイル３００の放電電流、すなわち放電電圧に応じて点火コイル３００の２次側コイル３２０および点火プラグ２００に流れる電流を表している。

図８において、時刻Ｔ６は１回目の充電開始時期を示している。この時刻Ｔ６において、点火制御部８３が点火信号ＳＡをＯＦＦからＯＮに変化させると、直流電源３３０から１次側コイル３１０への通電が開始され、１次側コイル３１０に１次電流が流れて点火コイル３００内に電力が充電される。

時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの期間は、１回目のコロナ放電期間を示している。この期間では、点火制御部８３は図５におけるコロナ放電期間（Ｔ３−Ｔ２）と同様に、点火コイル３００の放電電圧をコロナ放電電圧目標値ＶＣに近づけるように、点火信号ＳＡをパルス幅変調して出力する。

時刻Ｔ８は、１回目のコロナ放電期間が終了する点火時期を示している。この時刻Ｔ８になると、点火制御部８３はコロナ放電のためのパルス幅変調を終了し、点火信号ＳＡをＯＮからＯＦＦに切り替える。すると、１次側コイル３１０において１次電流が遮断され、それまでに充電された電力が点火コイル３００から放出されて点火プラグ２００に電気エネルギーが供給されることで、図５における点火時期Ｔ３と同様に、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間が絶縁破壊して１回目のアーク放電が開始する。

１回目のアーク放電が開始すると、点火制御部８３は図５におけるアーク放電中のパルス信号出力期間（Ｔ４−Ｔ３）と同様に、点火コイル３００の放電電流をアーク放電電流目標値ＩＡに近づけるように、点火信号ＳＡをパルス幅変調して出力する。その後、時刻Ｔ９において放電電流がアーク放電電流目標値ＩＡ未満となり、これ以上は放電電流をアーク放電電流目標値ＩＡに維持できなくなると、点火制御部８３はパルス幅変調を一旦終了する。これにより、点火コイル３００の充電が終了し、放電電圧および放電電流が次第に低下する。

時刻Ｔ１０は、２回目の充電開始時期を示している。この時刻Ｔ１０において、点火制御部８３が点火信号ＳＡをＯＦＦからＯＮに変化させると、直流電源３３０から１次側コイル３１０への通電が再開され、１次側コイル３１０に１次電流が流れて点火コイル３００内に電力が充電される。

２回目の充電が終了する時刻Ｔ１１以降では、点火制御部８３は時刻Ｔ７〜Ｔ９と同様の制御を行う。すなわち、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間は２回目のコロナ放電期間であり、この期間において点火制御部８３は、点火コイル３００の放電電圧をコロナ放電電圧目標値ＶＣに近づけるように、点火信号ＳＡをパルス幅変調して出力する。時刻Ｔ１２になると、点火制御部８３はコロナ放電のためのパルス幅変調を終了し、点火信号ＳＡをＯＮからＯＦＦに切り替えて、２回目のアーク放電を開始する。そして、点火コイル３００の放電電流をアーク放電電流目標値ＩＡに近づけるように、点火信号ＳＡをパルス幅変調して出力する。時刻Ｔ１３において放電電流がアーク放電電流目標値ＩＡ未満となり、これ以上は放電電流をアーク放電電流目標値ＩＡに維持できなくなると、点火制御部８３はパルス幅変調を終了する。これにより、放電電圧および放電電流を次第に低下させ、アーク放電を終了させる。

点火制御部８３は、以上説明したような制御により、連続点火を行う場合にも、図５で説明したのと同様の効果を得ることができる。すなわち、点火前のコロナ放電期間中には、コロナ放電を確実に継続して絶縁破壊電圧を低下させ、その後の点火時に流れる放電電流の最大値を低減するとともに、点火後のアーク放電期間中には、放電電流を適切に制御することができる。したがって、点火プラグ２００の中心電極２１０や外側電極２２０の摩耗を抑えつつ、燃料への着火不良を抑制することができる。

［放電短絡時の点火信号の出力方法］
図９は、絶縁破壊後にアーク放電の中断（短絡）が発生した場合の点火信号ＳＡの出力方法を説明するタイミングチャートの一例である。

図９において、上段、中段および下段の図は、図５に示したタイミングチャートとそれぞれ同様である。すなわち、上段の図は、点火制御部８３から点火コイル３００へ出力される点火信号ＳＡのＯＮ／ＯＦＦを示している。中段の図は、点火コイル３００の放電電圧、すなわち点火コイル３００の２次側コイル３２０から点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に印加される電圧を表している。下段の図は、点火コイル３００の放電電流、すなわち放電電圧に応じて点火コイル３００の２次側コイル３２０および点火プラグ２００に流れる電流を表している。また、時刻Ｔ１〜Ｔ５についても、図５に示したタイミングチャートとそれぞれ同様である。すなわち、時刻Ｔ１は充電開始時期、時刻Ｔ２はコロナ放電の開始時期、時刻Ｔ３は点火時期、時刻Ｔ４はアーク放電期間中のパルス幅変調の終了時期、時刻Ｔ５はアーク放電の終了時期をそれぞれ表している。

ここで、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間において、点火コイル３００の放電電流を所定のアーク放電電流目標値ＩＡに近づけるように、点火制御部８３がパルス幅変調による点火コイル３００の充放電制御を実施しているときに、アーク放電の中断（短絡）が発生したとする。この場合、点火制御部８３は、下段の図に示すように、アーク放電電流目標値ＩＡを増加させるように修正する。これにより、アーク放電を再開させ、その後のアーク放電を安定的に継続できるようにする。なお、次回以降のサイクルにおいては、この修正後のアーク放電電流目標値ＩＡを用いるようにしてもよい。

［絶縁破壊後の時間経過に応じた点火信号の出力方法］
図１０は、絶縁破壊後の経過時間に応じた点火信号ＳＡの出力方法を説明するタイミングチャートの一例である。

図１０において、上段、中段および下段の図は、図５に示したタイミングチャートとそれぞれ同様である。すなわち、上段の図は、点火制御部８３から点火コイル３００へ出力される点火信号ＳＡのＯＮ／ＯＦＦを示している。中段の図は、点火コイル３００の放電電圧、すなわち点火コイル３００の２次側コイル３２０から点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０の間に印加される電圧を表している。下段の図は、点火コイル３００の放電電流、すなわち放電電圧に応じて点火コイル３００の２次側コイル３２０および点火プラグ２００に流れる電流を表している。また、時刻Ｔ１〜Ｔ５についても、図５に示したタイミングチャートとそれぞれ同様である。すなわち、時刻Ｔ１は充電開始時期、時刻Ｔ２はコロナ放電の開始時期、時刻Ｔ３は点火時期、時刻Ｔ４はアーク放電期間中のパルス幅変調の終了時期、時刻Ｔ５はアーク放電の終了時期をそれぞれ表している。

図１０の場合、点火制御部８３は、下段の図に示すように、絶縁破壊後の経過時間、すなわちアーク放電を開始しての経過時間に応じて、アーク放電電流目標値ＩＡを次第に増加させる。これにより、気筒１５０内の混合気の流れ等によって放電経路が伸びた場合でも、アーク放電を安定的に継続できるようにする。なお、このようなアーク放電電流目標値ＩＡは、例えば任意の多項式を用いて定義（算出）することが可能である。

ここで、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間において、図９の場合と同様に、アーク放電の中断（短絡）が発生したとする。この場合、点火制御部８３は、下段の図に示すように、アーク放電電流目標値ＩＡを不連続に増加させ、その後は中断前と同様に、連続的に増加させるように修正する。これにより、アーク放電を再開させ、その後のアーク放電を安定的に継続できるようにする。なお、こうしたアーク放電電流目標値ＩＡの修正は、アーク放電電流目標値ＩＡを定義する多項式の修正により実現できる。例えば、アーク放電電流目標値ＩＡが１次の多項式で定義されている場合には、その式の傾きと切片（初期値）を修正することにより、上記のようなアーク放電電流目標値ＩＡの修正が可能である。また、次回以降のサイクルにおいては、この修正後のアーク放電電流目標値ＩＡを用いるようにしてもよい。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部８３を備える。点火制御部８３は、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊前には、点火コイル３００に接続されたイグナイタ３４０に第１のパルス信号（コロナ放電用のパルス信号）を連続して送信し、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊後には、イグナイタ３４０に第２のパルス信号（アーク放電用のパルス信号）を連続して送信することにより、点火コイル３００の通電を制御する。このとき、コロナ放電用のパルス信号の周期は、アーク放電用のパルス信号の周期よりも短い。このようにしたので、内燃機関１００における点火プラグ２００の電極の摩耗を抑えつつ、点火プラグ２００による燃料への着火不良を抑制することができる。

（２）点火制御部８３は、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊前（時刻Ｔ３以前）には、点火コイル３００の放電電圧を所定の電圧目標値（コロナ放電電圧目標値ＶＣ）に近づけるように、コロナ放電用のパルス信号をパルス幅変調して送信する（ステップＳ１０７）。また、点火制御部８３は、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊後（時刻Ｔ３以降）には、点火コイル３００の放電電流を所定の電流目標値（アーク放電電流目標値ＩＡ）に近づけるように、アーク放電用のパルス信号をパルス幅変調して送信する（ステップＳ１１１）。このようにしたので、絶縁破壊前と絶縁破壊後とで、それぞれ最適なパルス信号を出力して点火コイル３００の放電制御を行うことができる。

（３）コロナ放電電圧目標値ＶＣは、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊電圧よりも小さく設定される。このようにしたので、点火時期Ｔ３よりも前のコロナ放電期間中に絶縁破壊が生じて誤点火となるのを防止することができる。

（４）点火制御部８３は、過去に点火プラグ２００が放電した際に検出された絶縁破壊電圧に基づいて、コロナ放電電圧目標値ＶＣを設定することができる（ステップＳ１０２）。このようにすれば、内燃機関１００の運転状態や気筒１５０内の混合気の状態に応じて、最適なコロナ放電電圧目標値ＶＣを設定することが可能となる。

（５）点火制御部８３は、内燃機関１００の運転状態、点火プラグ２００の電極の状態、および内燃機関１００の気筒１５０内の混合気の状態の少なくともいずれか一つに基づいて、アーク放電電流目標値ＩＡを設定することができる（ステップＳ１０３）。このようにすれば、これらの様々な設定条件に応じて、最適なアーク放電電流目標値ＩＡを設定することが可能となる。

（６）点火制御部８３は、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊後に放電が中断した場合は、図９で説明したように、アーク放電電流目標値ＩＡを増加させてもよい。このようにすれば、再開後のアーク放電を安定的に継続させることができる。

（７）点火制御部８３は、図１０で説明したように、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊後の経過時間に応じて、アーク放電電流目標値ＩＡを次第に増加させてもよい。このようにすれば、アーク放電中に放電経路が伸びた場合でも、アーク放電を安定的に継続させることができる。

（８）点火コイル３００は、１次電流が流れる１次側コイル３１０と、１次電流が通電および遮断されることで点火プラグ２００の電極間に電圧を発生させる２次側コイル３２０とを有する。点火制御部８３は、コロナ放電用のパルス信号およびアーク放電用のパルス信号を用いて１次電流の通電および遮断を制御することで、２次側コイル３２０が点火プラグ２００の電極間に発生させる電圧と、２次側コイル３２０に流れる電流とをそれぞれ制御する。このようにしたので、点火プラグ２００に合わせて点火コイル３００の通電を確実かつ容易に制御することができる。

（９）内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部８３を備える。点火制御部８３は、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊前には、絶縁破壊電圧よりも小さい所定の電圧（コロナ放電電圧目標値ＶＣ）が点火プラグ２００の電極間に発生し、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊後には、点火プラグ２００に所定の電流（アーク放電電流目標値ＩＡ）が流れるように、点火コイル３００の通電を制御する。このようにしたので、内燃機関１００における点火プラグ２００の電極の摩耗を抑えつつ、点火プラグ２００による燃料への着火不良を抑制することができる。

−第２の実施形態−
次に、本発明の第２の実施形態にかかる内燃機関用制御装置を説明する。第２の実施形態では、コロナ放電中やアーク放電中に検出した点火プラグ２００の放電電流や放電電圧に基づいて、内燃機関１００の気筒１５０内における混合気の流速を推定する例を説明する。なお、第２の実施形態にかかる内燃機関１００の構成や制御装置１のハードウェア構成は、第１の実施形態と同様であるため、以下では説明を省略する。

［制御装置の機能ブロック］
図１１は、第２の実施形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する機能ブロック図である。この制御装置１の各機能は、例えばＭＰＵ５０がＲＯＭ６０に記憶された制御プログラムを実行することで、出力回路８０ａで実現される。なお、第２の実施形態にかかる制御装置１では、第１の実施形態において図３に示した出力回路８０に替えて、図１１に示す出力回路８０ａが設けられている。

図１１に示すように、第２の実施形態にかかる制御装置１の出力回路８０ａは、図３で説明した各機能ブロックに加えて、さらに流速推定部９０を有している。流速推定部９０は、充電量検出部３５０が検出した点火コイル３００の充電量と、放電量検出部３６０が検出した点火プラグ２００の放電電流や放電電圧とを入力し、これらの値に基づいて各気筒１５０内における混合気の流速を推定する機能を有する。流速推定部９０からの流速情報Ｓ１１は、全体制御部８１に入力され、全体制御部８１が行う燃料噴射制御部８２や点火制御部８３の制御に利用されるとともに、点火制御部８３に入力され、点火制御部８３が行う点火プラグ２００の放電制御（点火制御）に利用される。

［点火コイルの電気回路］
図１２は、第２の実施形態にかかる点火コイル３００を含む電気回路４００ａを説明する図である。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態において図４に示した電気回路４００に替えて、図１２に示す電気回路４００ａが設けられている。

図１２に示すように、第２の実施形態にかかる電気回路４００ａは、図４で説明した各構成要素に加えて、さらに流速推定部９０を有している。流速推定部９０は、充電量検出部３５０が検出した１次側コイル３１０の電圧および電流と、放電量検出部３６０が検出した点火プラグ２００の放電電流または放電電圧とを取得する。そして、取得したこれらの値に基づいて、気筒１５０内における混合気の流速を演算し、演算結果を流速情報Ｓ１１として点火制御部８３に出力する。点火制御部８３は、入力された流速情報Ｓ１１に基づき、イグナイタ３４０に出力する点火信号ＳＡを制御することで、点火プラグ２００の放電制御を行う。

［流速推定の概要］
次に、第２の実施形態にかかる気筒１５０内の混合気の流速推定の概要を説明する。

気筒１５０内において、点火プラグ２００の電極間でコロナ放電またはアーク放電が行われているときに混合気の流速が変化すると、電極間での放電経路が変化し、それに応じて通電距離が変化する。そのため、電極間の抵抗値が変化し、これに伴って放電電圧に対する放電電流の比率が変化する。一方、点火コイル３００の出力電圧は充電量によって変化する。したがって、コロナ放電またはアーク放電中に混合気の流速が変化すると、点火プラグ２００の放電電流、または放電電流を放電電圧で割った商が変化することになる。
ここで、放電電流を放電電圧で割った商は、点火プラグ２００の電極間の抵抗値に相当する。

第２の実施形態では、上記の関係を利用して、コロナ放電またはアーク放電中における気筒１５０内の混合気の流速を推定する。すなわち、混合気の流速を一定とした場合の点火コイル３００の充電量毎の放電電流、または放電電流を放電電圧で割った商を予め取得しておき、これらと実測値との乖離から、混合気の流速を推定する。

以下では図１３を参照して、第２の実施形態にかかる気筒１５０内の混合気の流速推定の具体例を説明する。

図１３は、第２の実施形態にかかる流速推定方法の一例を説明する図である。図１３（ａ）は、点火コイル３００の充電量を示し、図１３（ｂ）は、点火プラグ２００の電極間における混合気の流速を示している。図１３（ｃ）は、放電電圧または放電電流を示しており、図１３（ｄ）は、放電電圧または放電電流の傾きを示している。図１３（ｅ）は、点火信号ＳＡのＯＮ／ＯＦＦを示し、図１３（ｆ）は、点火信号ＳＡの周期を示し、図１３（ｇ）は、点火信号ＳＡのデューティ比を示している。図１３（ｈ）は、点火プラグ２００の電極間における混合気の流速推定結果を示している。

第１の実施形態で説明したように、コロナ放電またはアーク放電中に出力される点火信号ＳＡのパルス幅がパルス幅変調によって調節されることで、点火コイル３００の充電量が例えば図１３（ａ）に示すように変化したとする。このときの各時点における点火コイル３００の充電量は、充電量検出部３５０により検出される電圧および電流の積から求められる充電量と、放電量検出部３６０により検出される電圧および電流の積から求められる放電量との差分を計算し、その差分を積算することで算出できる。

点火制御部８３は、点火信号ＳＡのパルス幅変調において、コロナ放電中には放電電圧がコロナ放電電圧目標値ＶＣに近づくように、またアーク放電中には放電電流がアーク放電電流目標値ＩＡに近づくように、点火制御を実施する。このとき点火制御部８３は、図１３（ｃ）に示すように、目標値（コロナ放電電圧目標値ＶＣまたはアーク放電電流目標値ＩＡ）を中心に所定幅の不感帯を設け、放電電圧または放電電流がこの不感帯の範囲内となるように、点火信号ＳＡのパルス幅を変調する。これにより、点火信号ＳＡのパルス幅は、図１３（ｅ）に示すように変化する。このパルス幅は、図１３（ｃ）に示す不感帯の幅と、放電電圧または放電電流の変化の傾きとによって決まる。ここで、不感帯の幅は予め定めた値で設定し、パルス幅変調の途中では変化させないことが好ましい。

一方、図１３（ｃ）に示す放電電圧または放電電流の傾きは、点火信号ＳＡのパルス毎に変化する。この傾きの変化を図示すると、図１３（ｄ）に示すようになる。ここで、放電電圧または放電電流の傾きは、主に点火コイル３００の充電量と、点火プラグ２００の電極間での混合気の流速の影響とを受けて変化する。すなわち、点火信号ＳＡのパルス幅は、主に点火コイル３００の充電量と点火プラグ２００の電極間における混合気の流速とによって決定される。

図１３（ｅ）に示した点火信号ＳＡの各パルスの幅から、図１３（ｆ）に示すように点火信号ＳＡの周期がパルス毎に求められる。なお、図１３（ｆ）では、図１３（ｅ）に対して１パルス分の遅れが生じている。この各パルスの周期から、図１３（ｇ）に示すように点火信号ＳＡのデューティ比が求められる。

ここで、図１３（ｂ）において破線で示すように、混合気の流速変化が無ければ、点火プラグ２００の電極間における抵抗値は一定となる。そのため、図１３（ｇ）において破線で示すように、点火信号ＳＡのデューティ比は点火コイル３００の充電量に応じて変化する。一方、図１３（ｂ）において実線で示すように、混合気の流速が減少方向に変化した場合は、点火プラグ２００の電極間における抵抗値も減少方向に変化する。そのため、図１３（ｇ）において実線で示すように、点火信号ＳＡのデューティ比は、流速変化が無い場合よりも大きくなる。なお、仮に点火信号ＳＡの各パルスの出力時における充電量と放電量がそれぞれ一定であり、かつ混合気の流速変化が無ければ、点火信号ＳＡのデューティ比は一定となる。

流速推定部９０は、放電電圧または放電電流の変化に応じた点火信号ＳＡのデューティ比を上記のようにして求め、これを所定の流速条件において予め取得した充電量とデューティ比の関係を表すマップ情報と比較することで、点火コイル３００の充電量に対するデューティ比の理論値と実測値の乖離量を求める。この乖離量の大きさは、点火プラグ２００の電極間における混合気の流速による影響分を表している。そのため、流速推定部９０は、求めた乖離量を予め設定された近似式に代入する等の方法により、乖離量から混合気の流速を推定することができる。なお、マップ情報が表す充電量とデューティ比の関係は、充電量に対する放電電流、または放電電流を放電電圧で割った商との関係に相当する。

さらに、流速推定部９０は、これまでに推定した混合気の流速の変化に基づいて将来の混合気の流速を推定することもできる。例えば図１３（ｈ）に示すように、これまでに得られた流速推定結果が一定の割合で減少し続けている場合は、破線で示す延長線を将来の混合気の推定結果として求めることができる。

［点火コイルの制御方法］
図１４は、第２の実施形態にかかる点火コイル３００の制御方法を説明するフローチャートの一例である。第２の実施形態において、点火制御部８３は、ステップＳ１０１〜Ｓ１１２では、第１の実施形態で説明した図７のフローチャートと同様の処理をそれぞれ実施する。また、ステップＳ１０７とＳ１０８の間、およびステップＳ１１１とＳ１１２の間では、流速推定部９０により、図１５に示す流速推定処理をそれぞれ実施する。

図１５は、ステップＳ２００で実施される流速推定処理を説明するフローチャートの一例である。

ステップＳ２０１において、流速推定部９０は、点火コイル３００内の現在の充電量を算出する。ここでは、充電量検出部３５０が検出した１次側コイル３１０の電圧および電流の情報と、放電量検出部３６０が検出した２次側コイル３２０の電圧および電流の情報とを用いて、充電量と放電量をそれぞれ算出し、充電開始から現在までのこれらの差分を積算することで、点火コイル３００内の現在の充電量を算出する。

ステップＳ２０２において、流速推定部９０は、点火制御部８３が点火信号ＳＡとして出力したパルス信号のデューティ比を算出する。ここでは前述のように、点火信号ＳＡの各パルスの幅から点火信号ＳＡの周期を求めることで、点火信号ＳＡのデューティ比を算出する。

ステップＳ２０３において、流速推定部９０は、ステップＳ２０２で算出したデューティ比を、予め定められた基準流速マップと比較する。ここで比較される基準流速マップとは、所定の流速条件において予め取得した充電量とデューティ比の関係を表すマップ情報であり、制御装置１においてＲＯＭ６０に記憶されている。このとき流速推定部９０は、ステップＳ２０１で算出した充電量に基づき、点火コイル３００内の現在の充電量に対応するデューティ比の理論値を基準流速マップにおいて参照し、ステップＳ２０２で算出したデューティ比の実測値との差分を演算する。

ステップＳ２０４において、流速推定部９０は、ステップＳ２０３の比較結果に基づいて、点火プラグ２００の電極間における現在の混合気の流速を推定する。ここでは、ステップＳ２０３で求めたデューティ比の理論値と実測値との差分から、予め設定された関数等を用いて、基準流速に対する現在の流速を推定する。なお、ステップＳ２０４では、点火信号ＳＡのパルス毎に求められるデューティ比に基づき、コロナ放電またはアーク放電中の流速の推定結果をパルス毎に求めることができる。

ステップＳ２０５において、流速推定部９０は、ステップＳ２０４で推定した現在の混合気の流速に基づいて、将来の混合気の流速を推定する。ここでは、ステップＳ２０４で得られた流速推定結果の履歴から、将来の流速推定結果を求める。例えば、これまでの流速推定結果に対応する近似直線または近似曲線を求め、これを用いて、将来の任意時点における流速推定結果を求めることができる。

ステップＳ２０５の処理を実施したら、流速推定部９０は図１５の流速推定処理を終了し、図１４のステップＳ１０８またはＳ１１２へ進む。

流速推定部９０では、以上説明したようにして、コロナ放電中やアーク放電中における気筒内１５０内の混合気の流速を推定する。この流速推定結果は、点火制御部８３の点火制御に利用することができる。具体的には、例えばステップＳ２０４で推定された流速が目標値から大きく乖離しており、そのため着火困難と判断される場合には、ステップＳ２０５で推定された将来の流速推定結果に基づいて、次回以降のサイクルにおける充電期間や点火時期を設定する。このようにすれば、混合気をより安定して燃焼させ、高い熱効率を得られるようにすることができる。

以上説明した混合気の流速推定方法は、アーク放電の有無や点火コイル３００の充電量に関わらず実行できる。そのため、内燃機関１００の動作行程（圧縮工程や膨張行程）や、点火プラグ２００の電極間におけるガスの可燃性などに関わらず、電極間のガス流速を連続的に検知することが可能となる。このため、点火コイル３００の充放電中に短期間での検知を繰り返すことが可能となり、高精度で安定した流速検出を実現できる。なお、コロナ放電またはアーク放電における放電電流や放電電圧は、点火コイル３００の充電量と点火プラグ２００の電極間でのガス流速の他に、電極間距離、電極形状、ガス圧力、ガス温度、電極温度、ガス成分、ガス湿度などの影響を受ける。そのため、できる限り流速以外の変化が小さい条件で、放電電流や放電電圧を検出することが望ましい。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明したものに加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（１０）内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内における混合気の流速を推定する流速推定部９０を備える。流速推定部９０は、気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００の放電電流および放電電圧の少なくとも一方に基づいて、流速を推定する。このようにしたので、内燃機関１００の状態や気筒１５０内における混合気の状態に関わらず、混合気の流速を高精度に推定することができる。したがって、この推定結果を利用して、点火プラグ２００による燃料への着火不良を抑制することが可能となる。

（１１）流速推定部９０は、点火プラグ２００の電極間の絶縁破壊前における放電電圧（コロナ放電中の放電電圧）および絶縁破壊後における放電電流（アーク放電中の放電電流）の少なくとも一方に基づいて、混合気の流速を連続的に推定する。このようにしたので、コロナ放電期間、アーク放電期間のいずれにおいても、任意のタイミングで混合気の流速を推定することができる。

（１２）点火プラグ２００には点火コイル３００が接続されており、点火コイル３００は、放電電流または放電電圧に基づいてパルス幅変調されたパルス信号を用いて通電制御される。流速推定部９０は、このパルス信号のデューティ比に基づいて混合気の流速を推定する（ステップＳ２０２〜Ｓ２０４）。このようにしたので、パルス幅変調された点火信号ＳＡを用いて、混合気の流速を正確かつ容易に推定することができる。

（１３）流速推定部９０は、推定した混合気の流速の変化に基づいて将来の混合気の流速を推定する（ステップＳ２０５）。このようにしたので、現在の流速に加えて、さらに将来の流速をも推定することが可能となる。

（１４）制御装置１は、流速推定部９０が推定した将来の混合気の流速に基づいて、点火プラグ２００の放電を制御する点火制御部８３を備える。このようにしたので、より一層適切に点火プラグ２００の放電を制御することが可能となる。

なお、以上説明した第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した点火制御に加えて、さらに流速推定部９０による混合気の流速推定を行う例を説明したが、これらを別々に実施してもよい。少なくとも点火信号ＳＡをパルス幅変調して出力するものであれば、流速推定部９０による混合気の流速推定が可能である。

また、以上説明した各実施形態において、図３や図１１で説明した制御装置１の各機能構成は、前述のようにＭＰＵ５０で実行されるソフトウェアにより実現してもよいし、あるいはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現してもよい。また、これらを混在して使用してもよい。

以上説明した各実施形態では、一つの点火コイル３００を用いて点火プラグ２００の点火制御を行うことにより、図５、８、９、１０でそれぞれ例示した放電電圧および放電電流を実現する例を説明したが、複数個の点火コイル３００を組み合わせて用いてもよい。
例えば、複数個の点火コイル３００のうち、少なくともいずれか一つの点火コイル３００に接続されたイグナイタ３４０に対しては、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明したようなパルス幅変調により生成した点火信号ＳＡを点火制御部８３から出力し、他の点火コイル３００に接続されたイグナイタ３４０に対しては、パルス幅変調されていない従来の点火信号ＳＡを点火制御部８３から出力する。そして、これらの点火コイル３００から放出される電気エネルギーを合成（重畳）して点火プラグ２００に供給することで、図５、８、９、１０でそれぞれ例示した放電電圧および放電電流を含めて、任意の放電電圧波形および放電電流波形を実現することができる。なお、全ての点火コイル３００に接続されたイグナイタ３４０に対して、パルス幅変調により生成した点火信号ＳＡを出力してもよい。

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１：制御装置、１０：アナログ入力部、２０：デジタル入力部、３０：Ａ／Ｄ変換部、４０：ＲＡＭ、５０：ＭＰＵ、６０：ＲＯＭ、７０：Ｉ／Ｏポート、８０，８０ａ：出力回路、８１：全体制御部、８２：燃料噴射制御部、８３：点火制御部、８４：気筒判別部、８５：角度情報生成部、８６：回転数情報生成部、８７：吸気量計測部、８８：負荷情報生成部、８９：水温計測部、９０：流速推定部、１００：内燃機関、１１０：エアクリーナ、１１１：吸気管、１１２：吸気マニホールド、１１３：スロットル弁、１１３ａ：スロットル開度センサ、１１４：流量センサ、１１５：吸気温センサ、１２０：リングギア、１２１：クランク角センサ、１２２：水温センサ、１２３：クランクシャフト、１２５：アクセルペダル、１２６：アクセルポジションセンサ、１３０：燃料タンク、１３１：燃料ポンプ、１３２：プレッシャレギュレータ、１３３：燃料配管、１３４：燃料噴射弁、１４０：燃焼圧センサ、１５０：気筒、１５１：吸気弁、１５２：排気弁、１６０：排気マニホールド、１６１：三元触媒、１６２：上流側空燃比センサ、１６３：下流側空燃比センサ、１７０：ピストン、２００：点火プラグ、２１０：中心電極、２２０：外側電極、２３０：絶縁体、３００：点火コイル、３１０：１次側コイル、３２０：２次側コイル、３３０：直流電源、３４０：イグナイタ、３５０：充電量検出部、３６０：放電量検出部、４００，４００ａ：電気回路

Claims (14)

1. 内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部を備え、
   前記点火制御部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊前には、前記点火コイルに接続されたイグナイタに第１のパルス信号を連続して送信し、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊後には、前記イグナイタに第２のパルス信号を連続して送信することにより、前記点火コイルの通電を制御し、
   前記第１のパルス信号の周期は、前記第２のパルス信号の周期よりも短い内燃機関用制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火制御部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊前には、前記点火コイルの放電電圧を所定の電圧目標値に近づけるように、前記第１のパルス信号をパルス幅変調して送信し、
   前記点火制御部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊後には、前記点火コイルの放電電流を所定の電流目標値に近づけるように、前記第２のパルス信号をパルス幅変調して送信する内燃機関用制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記電圧目標値は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊電圧よりも小さく設定される内燃機関用制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火制御部は、過去に前記点火プラグが放電した際に検出された前記絶縁破壊電圧に基づいて、前記電圧目標値を設定する内燃機関用制御装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火制御部は、前記内燃機関の運転状態、前記点火プラグの電極の状態、および前記内燃機関の気筒内の混合気の状態の少なくともいずれか一つに基づいて、前記電流目標値を設定する内燃機関用制御装置。
6. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火制御部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊後に放電が中断した場合は、前記電流目標値を増加させる内燃機関用制御装置。
7. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火制御部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊後の経過時間に応じて、前記電流目標値を次第に増加させる内燃機関用制御装置。
8. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関用制御装置において、
   前記点火コイルは、１次電流が流れる１次側コイルと、前記１次電流が通電および遮断されることで前記点火プラグの電極間に電圧を発生させる２次側コイルとを有し、
   前記点火制御部は、前記第１のパルス信号および前記第２のパルス信号を用いて前記１次電流の通電および遮断を制御することで、前記２次側コイルが前記点火プラグの電極間に発生させる前記電圧と、前記２次側コイルに流れる電流とをそれぞれ制御する内燃機関用制御装置。
9. 内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部を備え、
   前記点火制御部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊前には、絶縁破壊電圧よりも小さい所定の電圧が前記点火プラグの電極間に発生し、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊後には、前記点火プラグに所定の電流が流れるように、前記点火コイルの通電を制御する内燃機関用制御装置。
10. 内燃機関の気筒内における混合気の流速を推定する流速推定部を備え、
    前記流速推定部は、前記気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグの放電電流および放電電圧の少なくとも一方に基づいて、前記流速を推定する内燃機関用制御装置。
11. 請求項１０に記載の内燃機関用制御装置において、
    前記流速推定部は、前記点火プラグの電極間の絶縁破壊前における前記放電電圧および絶縁破壊後における前記放電電流の少なくとも一方に基づいて、前記流速を連続的に推定する内燃機関用制御装置。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の内燃機関用制御装置において、
    前記点火プラグには点火コイルが接続されており、
    前記点火コイルは、前記放電電流または前記放電電圧に基づいてパルス幅変調されたパルス信号を用いて通電制御され、
    前記流速推定部は、前記パルス信号のデューティ比に基づいて前記流速を推定する内燃機関用制御装置。
13. 請求項１０または請求項１１に記載の内燃機関用制御装置において、
    前記流速推定部は、推定した前記混合気の流速の変化に基づいて将来の前記混合気の流速を推定する内燃機関用制御装置。
14. 請求項１３に記載の内燃機関用制御装置において、
    前記流速推定部が推定した将来の前記混合気の流速に基づいて、前記点火プラグの放電を制御する点火制御部を備える内燃機関用制御装置。

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