JP6646523B2 - 点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグの放電を制御する点火制御装置に関する。

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

シリンダに吸入された混合気の濃度が高く、燃料と空気とが十分に混合されていない場合には燃料が不完全燃焼を起こしカーボンが発生する。このカーボンが点火プラグの中心電極外周部に付着すると次回の点火において、点火プラグの電極間ではなく、点火プラグの取り付け金具と付着したカーボンとの間で放電（奥飛び放電）が発生する。これにより、点火プラグの電極間で放電が発生しなくなるので混合気を燃焼させることができなくなる。この状態をくすぶりと呼んでいる。そこで特許文献１では、くすぶりの進行度合いが大きい運転状態において、燃焼室内の圧力（以下、筒内圧）が点火時の筒内圧よりも高くなるタイミングで多重放電を実施する。これにより、点火プラグがくすぶり状態であっても、放電時のエネルギ（エネルギ密度）を高めることができる。ひいては、点火プラグに付着したカーボンなどを効率よく焼き切ることができ、プラグの自己清浄機能を向上させることができる。

特開２０１１−１４９４０６号公報

しかしながら、筒内圧が点火時の筒内圧よりも高い状態で点火プラグの電極間に多重放電を実施させることは、点火プラグの電極の消耗を促進させることに繋がり、ひいては点火プラグの寿命を低下させるおそれがある。

本発明は、上記両課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、比較的少ないエネルギを点火プラグに投入することで点火プラグに付着したカーボンを除去することができ、点火プラグの電極の消耗抑制、ひいては点火プラグの寿命低下を抑制することができる点火制御装置を提供することにある。

本発明は、燃焼室内の可燃混合気に点火するためのプラズマ放電を駆動回路内に備わるスイッチング素子の導通と遮断とにより生じた電圧誘起により発生させる点火プラグを備える内燃機関に適用される点火制御装置であって、前記燃焼室内の圧力を筒内圧として取得する筒内圧取得部と、所定の周波数で前記スイッチング素子に導通及び遮断を繰り返させる周波数信号を前記スイッチング素子に送信する周波数信号送信部と、吸気行程期間中に周波数信号送信部に前記周波数信号を送信させ、前記可燃混合気に着火するための前記プラズマ放電よりも二次電流の低い微弱放電が前記点火プラグに複数回発生するように前記周波数信号を制御する微弱放電発生部と、を備え、前記微弱放電発生部は、前記周波数信号を送信している期間中において前記点火プラグに発生する前記微弱放電の発生頻度が所定頻度よりも多くなるように、前記筒内圧取得部により取得される前記筒内圧に応じて、前記スイッチング素子の導通期間及び遮断期間に対する前記導通期間の比であるデューティ比が変更されるように前記周波数信号を制御することを特徴とする。

燃料が不完全燃焼を生じた場合、カーボンが点火プラグの電極に付着してしまい、いわゆるくすぶりが生じるおそれがある。従来では、筒内圧が点火時の筒内圧よりも高くなるタイミングで多重放電を行い、点火プラグに付着しているカーボンを焼き切っていた。しかし、筒内圧が高い状態での多重放電の実施は、放電時のエネルギが高まるため、点火プラグが備える放電電極の消耗促進につながり、寿命を低下させるおそれがある。

この対策として、本点火制御装置には、微弱放電発生部が備わっている。周波数信号送信部により送信される周波数信号が微弱放電発生部により制御されることで、点火時に生じさせたプラズマ放電よりも二次電流の低い微弱放電を点火プラグに複数回発生させる。これにより、点火プラグの放電電極に付着するカーボンを焼き切ることができる。この際、周波数信号を送信している期間中において点火プラグに微弱放電が生じる頻度が所定頻度よりも多くなるように、筒内圧取得部により取得される筒内圧に応じて、スイッチング素子の導通期間及び遮断期間に対する導通期間の比であるデューティ比が変更されるように周波数信号が制御される。したがって、筒内圧が変化してもその都度デューティ比が変更されるため、より確実に点火プラグに発生する微弱放電の発生頻度が所定頻度よりも多くなるように制御することができる。この微弱放電発生部による微弱放電の発生制御は、吸気行程期間中に実施される。したがって、燃焼室内の筒内圧が比較的低い状況で微弱放電を実施するため、微弱放電の発生に必要な二次電流を低く抑えることができる。加えて、微弱放電は、可燃混合気に着火するためのプラズマ放電よりも点火プラグに流される二次電流は低いことから、点火プラグに流す二次電流を従来実施していた多重放電と比較して大きく抑えることができる。ひいては、点火プラグの電極消耗及び寿命低下を抑制する事ができる。

本実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の模式図である。 図１に示されている点火回路ユニット周辺の概略的な回路図である。 点火プラグの放電電極の消耗度合いを連続放電と多重放電とで比較した図である。 本実施形態に係るストリーマ放電発生制御の処理手順を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る点火プラグの概略構成図である。 第一スイッチング素子のＯＮデューティ比の大小に依存して変化するストリーマ放電の発生頻度を示す図である。 第一スイッチング素子のＯＮデューティ比の変化に伴って変動するストリーマ放電の発生頻度を筒内圧毎に示した図である。 本実施形態に係る電子制御ユニットにより実施される制御フローチャートである。 点火プラグにて奥飛び放電が生じた場合の二次電圧の変化を示す図である。 本実施形態に係る制御を実施した場合の効果を示す図である。 本実施形態に係る制御を実施した場合の効果を示す図である。 別例に係る点火回路ユニット周辺の概略的な回路図である。 別例に係る多重放電制御の処理手順を示すタイミングチャートである。 別例に係る電子制御ユニットにより実施される制御フローチャートである。 別例に係る電子制御ユニットにより実施される制御フローチャートである。 別例に係る点火回路ユニット周辺の概略的な回路図である。 現在の燃焼サイクルが吸気行程にあたる気筒の判別方法を説明した図である。

図１を参照すると、エンジンシステム１０は、火花点火式の内燃機関であるエンジン１１を備えている。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。

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（駆動回路に該当）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火花放電を点火プラグ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及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗ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及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗ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。よって、電子制御ユニット３２は、点火信号送信部と、微弱放電発生部と、多重放電実施部と、に該当する。このほか、電子制御ユニット３２は、筒内圧取得部と、空燃比判定部と、周波数信号送信部と、くすぶり状態判定部と、に該当する。

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、イグニッションコイル３１１（一次巻線３１１ａ及び二次巻線３１１ｂを含む）と、直流電源３１２と、第一スイッチング素子３１３と、エネルギ追加投入回路３２２と、ダイオード３１８ａ，３１８ｂ、及び３１８ｄと、ドライバ回路３１９と、を備えている。

上述のように、イグニッションコイル（点火コイルに該当）３１１は、一次巻線（一次コイルに該当）３１１ａと二次巻線（二次コイルに該当）３１１ｂとを備えている。このイグニッションコイル３１１は、周知の通り、一次巻線３１１ａを通流する一次電流の増減により、二次巻線３１１ｂにて二次電流を発生させるように構成されている。

一次巻線３１１ａの一端である高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側には、直流電源３１２における非接地側出力端子（具体的には＋端子）が接続されている。一方、一次巻線３１１ａの他端である低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、第一スイッチング素子３１３を介して、接地側に接続されている。すなわち、直流電源３１２は、第一スイッチング素子３１３がオンされたときに、一次巻線３１１ａにて高電圧側端子側から低電圧側端子側に向かう方向の一次電流を通流させるように設けられている。

二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側は、ダイオード３１８ａを介して、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側に接続されている。このダイオード３１８ａは、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側から二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子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）を点火プラグ１９から二次巻線３１１ｂに向かう（すなわち図中の電流Ｉ２が負の値となる）方向に規定すべく、そのアノードが二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子側に接続されている。

一方、二次巻線３１１ｂにおける低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、点火プラグ１９に接続されており、該低電圧側端子と点火プラグ１９を繋ぐ経路Ｌ１には、電圧検出用経路（二次電圧検出部に該当）Ｌ２が接続されている。この電圧検出用経路Ｌ２には、電圧検出用の抵抗体３２０，３２１が備えられている。抵抗体３２０の一端は、経路Ｌ１に接続され、他端は抵抗体３２１に接続されている。抵抗体３２１の一端は抵抗体３２０に接続され、他端は接地側に接続されている。また抵抗体３２０と抵抗体３２１との間のノード（図番号を略す）は、後述する電子制御ユニット３２に接続されている。このような電圧検出用経路Ｌ２によって、点火プラグ１９に印加される２次電圧Ｖ２が検出されるようになっている。

第一スイッチング素子３１３は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、第一制御端子３１３Ｇと、第一電源側端子３１３Ｃと、第一接地側端子３１３Ｅと、を有している。第一スイッチング素子３１３の両端（第一電源側端子３１３Ｃと第一接地側端子３１３Ｅ）に、ダイオード３１８ｄが並列に接続されている。この第一スイッチング素子３１３は、第一制御端子３１３Ｇに入力された第一制御信号に基づいて、第一電源側端子３１３Ｃと第一接地側端子３１３Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。本実施形態においては、第一電源側端子３１３Ｃは、一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に接続されている。また、第一接地側端子３１３Ｅは、接地側に接続されている。

エネルギ追加投入回路３２２は、第二スイッチング素子３１４と、第三スイッチング素子３１５と、エネルギ蓄積コイル３１６と、コンデンサ３１７と、ダイオード３１８ｃとで構成されている。

第二スイッチング素子３１４は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、第二制御端子３１４Ｇと、第二電源側端子３１４Ｄと、第二接地側端子３１４Ｓと、を有している。この第二スイッチング素子３１４は、第二制御端子３１４Ｇに入力された第二制御信号に基づいて、第二電源側端子３１４Ｄと第二接地側端子３１４Ｓとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。

本実施形態においては、第二接地側端子３１４Ｓは、ダイオード３１８ｂを介して、一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に接続されている。このダイオード３１８ｂは、第二スイッチング素子３１４における第二接地側端子３１４Ｓから一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に向かう方向の電流の通流を許容するように、そのアノードが第二接地側端子３１４Ｓに接続されている。

第三スイッチング素子３１５は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴであって、第三制御端子３１５Ｇと、第三電源側端子３１５Ｃと、第三接地側端子３１５Ｅと、を有している。この第三スイッチング素子３１５は、第三制御端子３１５Ｇに入力された第三制御信号に基づいて、第三電源側端子３１５Ｃと第三接地側端子３１５Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。

本実施形態においては、第三電源側端子３１５Ｃは、ダイオード３１８ｃを介して、第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄに接続されている。ダイオード３１８ｃは、第三スイッチング素子３１５における第三電源側端子３１５Ｃから第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄに向かう方向の電流の通流を許容するように、そのアノードが第三電源側端子３１５Ｃに接続されている。また、第三スイッチング素子３１５における第三接地側端子３１５Ｅは、接地側に接続されている。

エネルギ蓄積コイル３１６は、第三スイッチング素子３１５のオンによってエネルギを蓄積するように設けられたインダクタである。このエネルギ蓄積コイル３１６は、直流電源３１２における上述の非接地側出力端子と第三スイッチング素子３１５における第三電源側端子３１５Ｃとを接続する電力ラインに介装されている。

コンデンサ３１７は、接地側と直流電源３１２における上述の非接地側出力端子との間にて、エネルギ蓄積コイル３１６と直列接続されている。すなわち、コンデンサ３１７は、エネルギ蓄積コイル３１６に対して、第三スイッチング素子３１５と並列接続されている。このコンデンサ３１７は、第三スイッチング素子３１５のオフによって、エネルギを蓄積するように設けられている。

ドライバ回路３１９は、電子制御ユニット３２から出力されたエンジンパラメータ、点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗを受信するように、電子制御ユニット３２に接続されている。また、ドライバ回路３１９は、第一スイッチング素子３１３、第二スイッチング素子３１４、及び第三スイッチング素子３１５を制御するように、第一制御端子３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇに接続されている。このドライバ回路３１９は、受信した点火信号ＩＧｔ及びエネルギ投入期間信号ＩＧｗに基づいて、第一制御信号、第二制御信号、及び第三制御信号を、それぞれ第一制御端子３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇに出力するように設けられている。

具体的には、ドライバ回路３１９は、点火プラグ１９の放電（これは第一スイッチング素子３１３のオフにより開始される）中に、コンデンサ３１７から蓄積エネルギを放出させる（これは第三スイッチング素子３１５のオフ及び第二スイッチング素子３１４のオンにより行われる）。この放出された蓄積エネルギは投入エネルギとなって、一次巻線３１１ａに対してその低電圧側端子側から供給される。これにより、放電中に供給された投入エネルギに起因した一次電流が一次巻線３１１ａに通流する。よって、二次巻線３１１ｂにて生じる二次電流に対して、一次電流の通流に伴う追加分が重畳される。このようにコンデンサ３１７の蓄積エネルギにより一次電流が順次追加され、これに対応して二次電流が順次追加されるため、放電を維持可能な程度に二次電流が良好に確保され、連続放電の実施が可能となる。

一方で、ドライバ回路３１９は、点火プラグ１９に多重放電を実施させることも可能である。具体的には、第三スイッチング素子３１５のオン及び第二スイッチング素子３１４のオフにした状態で、点火信号ＩＧｔを第一スイッチング素子３１３に複数回送信することで、第一スイッチング素子３１３のオンオフを交互に繰り返させる。これにより、点火プラグ１９の放電電極間にて火花放電が複数回生じることになる。なお、第三スイッチング素子３１５は必ずしもオンの状態でなくてもよい。

点火プラグ１９に火花放電を生じさせることで燃料の燃焼を試みる際、燃焼室１１ｂ内に吸入された混合気の濃度が高く、燃料と空気とが十分に混合されていないと、燃料が不完全燃焼を起こしカーボンが発生する。このカーボンが点火プラグ１９の中心電極外周部に付着すると、点火プラグ１９の取り付け金具と付着したカーボンとの間で放電（奥飛び放電）が発生する。このような奥飛び放電が生じると、二次電流の維持期間が短くなるために混合気を満足に燃焼させることができなくなり、失火が発生する。なお、この状態をくすぶりと呼称する。

従来は、このようなくすぶりに対して、筒内圧が点火時の筒内圧よりも高くなるタイミングで多重放電を行い、点火プラグ１９に付着しているカーボンを焼き切っていた。しかし、多重放電は、点火プラグ１９の放電電極間で複数回火花放電を生じさせるため、一度放電を生じさせて以降放電を維持する連続放電と比較して、後述する接地電極１９３の消耗が特に大きい（図３参照）。また、筒内圧が高い状態で多重放電を実施させているため、放電時のエネルギが高まることで、放電電極の消耗促進につながり、電極の寿命をより低下させるおそれがある。

したがって、本実施形態に係る電子制御ユニット３２は、点火プラグ１９がくすぶっていると判定した場合に、図４に記載されるように、吸気行程期間中に所定の周波数を有する周波数信号を点火信号ＩＧｔとして第一スイッチング素子３１３に送信する（時間ｔ１−ｔ２参照）。このとき、吸気行程期間中に送信される点火信号ＩＧｔがＨｉｇｈである期間は第一スイッチング素子３１３がＯＮとなる（第一スイッチング素子３１３を介して一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子と接地とを導通する）。一方で、点火信号ＩＧｔがＬｏｗである期間は第一スイッチング素子３１３がＯＦＦとなる（第一スイッチング素子３１３が一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子と接地とを電気的に遮断する）。なお、周波数信号を点火信号ＩＧｔとして第一スイッチング素子３１３に送信している期間、第三スイッチング素子３１５はオンであり、第二スイッチング素子３１４のオフである。周波数信号に基づいて上記制御を繰り返すことで、ストリーマ放電を点火プラグ１９に複数回発生させる。なお、本実施形態においてストリーマ放電はコロナ放電を含む二次電流の小さい微弱な放電を指す。なお、第三スイッチング素子３１５は必ずしもオンの状態でなくてもよい。また、図４に記載の周波数信号を送信する期間（時間ｔ１−ｔ２）は、吸気行程全期間を含んで設定してもよいし、吸気行程内の一部期間に設定してもよい。

点火プラグ１９について、図５を用いて概略構成を説明する。点火プラグ１９は、中心電極１９１と、碍子１９２（絶縁体）と、接地電極１９３と、ハウジング１９４とを備える。碍子１９２は、中心電極１９１の外周を覆い、中心電極１９１とハウジング１９４及び接地電極１９３との電気絶縁性を確保している。碍子１９２の基端側は、ハウジング１９４によって加締め固定されている。そして、ハウジング１９４から露出する碍子１９２と接地電極１９３との間に放電するための空間（放電空間）が区画される。ストリーマ放電は、その放電空間内において、接地電極１９３の表面から碍子１９２に沿って中心電極１９１に向かって伸びるように発生する。

このストリーマ放電は、非平衡プラズマである。したがって、プラズマに含まれる電子の温度は高いが、プラズマ内に含まれる燃料ガスのイオン温度は低い。これが例えば、アーク放電のような平衡プラズマである場合、プラズマ内に含まれる燃料ガスのイオン温度もまた、プラズマを成す電子の温度と同じ程度に高温となり、点火プラグ１９の放電電極が高温にさらされることで消耗するおそれがある。このため、本制御において点火プラグ１９に発生させる放電をストリーマ放電とすることで、点火プラグ１９の放電電極が高温にさらされる頻度を低減することができ、ひいては放電電極の消耗を抑制する事ができる。

このストリーマ放電の発生頻度を高めるために、第一スイッチング素子３１３の導通期間及び遮断期間に対する導通期間の比であるデューティ比（以下、ＯＮデューティ比と呼称）が変更されるように周波数信号を制御する。具体的には、図６に記載されるように、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が小さいと点火プラグ１９に流れる二次電流は小さくなり、ストリーマ放電が全く発生しない（図６右図参照）。その一方で、筒内圧が同じ環境下であり、且つ、周波数信号が同周波数であっても、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比を大きくすることで、点火プラグ１９に流れる二次電流に大きな負のピークが発生し始める（図６左図参照）。この負のピークが生じるときに、点火プラグ１９でストリーマ放電の発生が多く認められる。つまり、燃焼室１１ｂ内の圧力（以下、筒内圧と呼称）が一定である場合には、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比を大きく調整することで、ストリーマ放電の発生頻度が多くなる。

また、図７に記載されるように、ストリーマ放電の発生頻度を一定に保たせる場合、筒内圧が高い状態の方が第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比を大きく調整する必要がある。これは、筒内圧が高くなるにつれ、点火プラグ１９で火花放電を生じさせるために必要なエネルギが大きくなるためである。なお、発生頻度とは、周波数信号を送信している期間中に、点火プラグ１９でストリーマ放電が生じた回数を第一スイッチング素子３１３がオフになった回数で割った値に該当する。

上記に基づき、本実施形態では、ストリーマ放電の発生頻度が所定頻度よりも多くなるように、筒内圧毎に第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比に対する閾値を定め、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が設定された閾値よりも大きくなる範囲で最小となるように制御する。

本実施形態では、電子制御ユニット３２により後述する図８に記載のストリーマ放電発生制御を実施する。図８に示すストリーマ放電発生制御は、電子制御ユニット３２が電源オンしている期間中に電子制御ユニット３２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において、現在排出されている排出ガスの空燃比を空燃比センサ４０から取得する。そして、ステップＳ１１０にて、取得した排出ガスの空燃比が所定値よりも低いか否かを判定する。この所定値は、空燃比がリッチ（理論空燃比よりも燃料比率の高い空燃比）であるか否かを識別するための閾値として設定される。したがって、ステップＳ１１０の処理にてＹＥＳ判定であった場合には、少なくとも今までのエンジン１１の運転状態が燃焼室１１ｂ内の混合気の空燃比がリッチとなる運転領域内にあったことが分かる。取得した排出ガスの空燃比が所定値よりも高いと判定した場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、本制御を終了する。取得した排出ガスの空燃比が所定値よりも低いと判定した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０に進む。

今までのエンジン１１の運転状態が燃焼室１１ｂ内の混合気の空燃比がリッチとなる運転領域内にあったということは、点火プラグ１９にカーボンが付着しやすい環境であったことが推測される。このことを考慮し、ステップＳ１２０では、前回の燃焼サイクルにおいて点火プラグ１９に印加された二次電圧から点火プラグ１９にて奥飛び放電が発生したか否かを判定する。具体的には、点火信号ＩＧｔに基づいて火花放電を生じさせた際に電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧の一回目のピークが所定電圧よりも低いか否かを判定する（図９参照）。点火プラグ１９に印加された二次電圧の一回目のピークが所定電圧よりも低く、点火プラグ１９にて奥飛び放電が発生していないと判定した場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、本制御を終了する。点火プラグ１９に印加された二次電圧の一回目のピークが所定電圧よりも高く、点火プラグ１９にて奥飛び放電が発生したと判定した場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、現在のエンジン１１の燃焼サイクルが吸気行程であるか否かを判定する。現在のエンジン１１の燃焼サイクルが吸気行程ではないと判定した場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、本制御を終了する。現在のエンジン１１の燃焼サイクルが吸気行程であると判定した場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、吸気圧センサ３６により検出された吸気圧を取得する。そして、ステップＳ１５０では、取得した吸気圧から現在の筒内圧を推測し、推測した筒内圧に基づいて閾値を設定する。そして、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が設けられた閾値よりも大きくなる範囲で最小となるように制御する。これにより、吸気行程においてストリーマ放電が所定頻度よりも高い頻度で発生する。そして、本制御を終了する。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・点火プラグ１９がくすぶっている場合にストリーマ放電を発生させることで、点火プラグ１９の放電電極に付着するカーボンを焼き切ることができ、点火プラグ１９がくすぶることで生じる失火を抑制することができる。実際に点火プラグ１９にストリーマ放電を生じさせることでくすぶり状態が改善されたことについて、図１０にて比較試験結果を示す。図１０のそれぞれのグラフの横軸に記載されるくすぶり試験とは、くすぶりが発生し易い状態での燃焼試験を指し、くすぶり試験の回数を重ねるごとに点火プラグ１９のくすぶり度合いが大きくなる。図１０では、くすぶり試験回数毎の奥飛び放電発生率の変化（図１０（ａ））と、失火率の変化（図１０（ｂ））とを示している。吸気行程でストリーマ放電を実施しない場合には、くすぶり試験回数を重ねるごとに奥飛び放電の発生率が上昇し（図１０（ａ））、その奥飛び放電の発生率の上昇に伴って失火率も上昇している（図１０（ｂ））。その一方で、吸気行程でストリーマ放電を実施する場合には、くすぶり試験回数を多く重ねることで奥飛び放電の発生率が多少上昇するものの、吸気行程でストリーマ放電を実施しない場合と比較して明らかに奥飛び放電の発生率を低く抑えることができている（図１０（ａ））。また、エンジン１１の失火率を見ても、吸気行程でストリーマ放電を実施しない場合と比較して、失火率を抑制していることが確認できる（図１０（ｂ））。したがって、吸気行程におけるストリーマ放電の発生制御により点火プラグ１９に付着するカーボンを焼き切ることができ、ひいては点火プラグ１９の自己清浄作用を高めることができる。

また、周波数信号を送信している期間中において点火プラグ１９にストリーマ放電が生じる頻度が所定頻度よりも多くなるように、筒内圧に応じて、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が変更されるように周波数信号が制御される。したがって、筒内圧が変化してもその都度第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が変更されるため、より確実に点火プラグ１９で生じるストリーマ放電の発生頻度が所定頻度よりも多くなるように制御することができる。このストリーマ放電発生制御は、吸気行程期間中に実施される。したがって、筒内圧が比較的低い状況でストリーマ放電を実施するため、ストリーマ放電の発生に必要な二次電流を低く抑えることができる。加えて、ストリーマ放電は、可燃混合気に着火するための火花放電よりも点火プラグ１９に流される二次電流は低いことから、点火プラグ１９に流す二次電流を従来実施していた多重放電と比較して大きく抑えることができる。ひいては、点火プラグ１９の電極消耗及び寿命低下を抑制する事ができる。図１１には、筒内圧や気筒内の気体環境を同じ状態とした上で１００時間ストリーマ放電又は多重放電を実施し続けた場合の点火プラグ１９の電極消耗量がそれぞれ示されている。本グラフから、多重放電を実施した場合と比較して、ストリーマ放電を実施した場合の方が点火プラグ１９の電極消耗量を大幅に抑えることができていることが確認できる。

・ストリーマ放電の発生頻度が所定頻度よりも多くなるように、筒内圧毎に第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比に対する閾値を定め、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が設定された閾値よりも大きくなる範囲で最小となるように制御される。このため、ストリーマ放電の発生頻度を所定頻度よりも多くした状態で、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が最小となるので、点火プラグ１９に印加される二次電圧を必要最低限に抑えることができる。このため、点火プラグ１９の電極消耗をより効果的に抑制する事が可能となる。

・筒内圧が高いほど第一スイッチング素子３１３のＯＮデューディが大きくなるように周波数信号が制御される。これにより、点火プラグ１９に流れる二次電流が低いためにストリーマ放電の発生頻度が所定頻度を下回ることを抑制することが可能となる。

・点火プラグ１９にて奥飛び放電が生じたと判定されたことを条件として、点火プラグ１９にストリーマ放電を発生させる。これにより、奥飛び放電が生じるほどに点火プラグ１９の放電電極に多量のカーボンが付着している場合に限ってストリーマ放電を発生させることができ、本制御の実施頻度を少なくすることができる。

・奥飛び放電発生時に電圧検出用経路Ｌ２により検出される二次電圧は、放電電極間で火花放電を生じさせた時よりも高くなる傾向がある。したがって、周波数信号が送信されている期間中に点火プラグ１９に印加される二次電圧の一回目のピークが所定電圧よりも低くなることで、点火プラグ１９がくすぶっている状態であると判定することが可能となる。

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。

・上記実施形態では、吸気圧センサ３６により検出された吸気圧から現在の筒内圧を推測していた。このことについて、スロットル開度センサ３７により検出されたスロットル開度から現在の筒内圧を推測してもよいし、燃焼室１１ｂに筒内圧センサを取り付け、直接筒内圧を検出してもよい。

・上記実施形態では、前回の燃焼サイクルにおいて点火プラグ１９に印加された二次電圧に基づき点火プラグ１９のくすぶり状態の判定を行っていた。このことについて、必ずしも前回の燃焼サイクルにおいて点火プラグ１９に印加された二次電圧に基づき点火プラグ１９のくすぶり状態の判定を行う必要はない。例えば、点火回路ユニット３１に二次巻線３１１ｂからリークした電流（以下、リーク電流と呼称）を検出するリーク電流検出部４００を備えさせる（図１２参照）。点火プラグ１９がくすぶり状態であれば、リーク電流検出部４００により検出されるリーク電流は大きくなる。このリーク電流が所定電流値よりも大きい時間が所定の時間よりも長く継続した場合に、点火プラグ１９はくすぶり状態にあると判定してもよい。

または、点火プラグ１９が備える放電電極間の絶縁抵抗値に基づいて点火プラグ１９のくすぶり状態の判定を行ってもよい。点火プラグ１９の放電電極や碍子表面に付着しているカーボン量が多くなると、放電電極間の絶縁抵抗値が低下する。絶縁抵抗値が低下すると、点火プラグ１９に流れる二次電流が放電電極や碍子表面に付着したカーボンへと流れ、点火プラグ１９の取り付け金具と付着したカーボンとの間で放電が発生することになり、着火するための所望の放電を形成できず失火が発生する（くすぶり状態）。つまり、放電電極間の絶縁抵抗値の変化から点火プラグ１９のくすぶり度合いを推定することができる。よって、点火プラグ１９がくすぶり状態となった際の絶縁抵抗値を判定閾値として設定し、その判定閾値よりも放電電極間の絶縁抵抗値が小さくなった場合に、点火プラグ１９がくすぶり状態にあると判定することができる。なお、放電電極間の絶縁抵抗値の算出方法は従来の算出方法に基づくため、説明を省く。

あるいは、点火プラグ１９の放電電極や碍子表面にカーボンが付着しやすい状況となった場合に、点火プラグ１９がくすぶり状態にあると判定してもよい。点火プラグ１９の放電電極や碍子表面にカーボンが付着しやすい状況とは、例えば、燃焼室１１ｂの壁面の温度が低い場合や、吸気の温度が低い場合などが挙げられる。このような場合、燃焼室１１ｂ内に存在する混合気に含まれる燃料が気化しにくくなる。燃料が気化せずに液体の状態で燃焼すると、完全な燃料の燃焼が困難となり、カーボンが発生しやすくなる。本別例では、以下に記載の（１）〜（３）の少なくとも１つの条件を満たした場合に、燃焼室１１ｂ内に存在する混合気に含まれる燃料が気化しにくい状況であると判定する。
（１）ウォータージャケット１１ｃ内を通流する冷却液の冷却水温が所定水温よりも低い。
（２）エンジン１１を循環するエンジンオイルの油温が所定油温よりも低い。
（３）吸気管２１に流入する吸気の温度が所定温度よりも低い。

・上記実施形態では、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比が閾値よりも大きくなる範囲で最小となるように制御していた。このことについて、第一スイッチング素子３１３のＯＮデューティ比は閾値よりも大きければよく、必ずしも最小となるように制御する必要はない。

・上記実施形態では、点火信号ＩＧｔに基づいて火花放電を生じさせた際に電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧の一回目のピークが所定電圧よりも低い場合に、点火プラグ１９はくすぶっていると判定していた。このことについて、検出された二次電圧の一回目のピークの絶対値を算出し、算出された一回目のピークの絶対値が所定電圧の絶対値（すなわち正の値）よりも大きくなった場合に、点火プラグ１９がくすぶっていると判定してもよい。

［別例１］上記実施形態では、点火プラグ１９がくすぶっている状態である場合に限って点火プラグ１９にストリーマ放電を発生させていた。このことについて、必ずしも点火プラグ１９がくすぶっている状態である場合に限ってストリーマ放電を生じさせる必要はない。例えば、点火プラグ１９のくすぶり状態の進行度合いに関わらず、空燃比センサ４０により取得された排出ガスの空燃比が所定値よりも低い状況では、吸気行程になるたび点火プラグ１９にストリーマ放電を発生させてもよい。また、前回の燃焼サイクルにおいて点火プラグ１９にて奥飛び放電が発生したことが判定された場合には、図１３に記載されるように吸気行程期間中にストリーマ放電を実行することに加えて、圧縮行程期間中において燃料を燃焼させるよりも前に点火プラグ１９に多重放電を実施させる。ただし、多重放電により生じた火花放電と燃料の噴霧とが接触することで燃料の燃焼が生じないように、ＥＧＲ率が所定割合よりも大きく燃料を燃焼し難い環境下で多重放電を実施させる。燃料を燃焼させる際には、多重放電を実施することで生じた最後の火花放電を持続させるようにエネルギ投入期間信号ＩＧｗを送信することで、点火プラグ１９に連続放電を実施させる（時間ｔ１０−ｔ１１参照）。これにより、ＥＧＲ率が所定割合よりも大きく燃料を燃焼し難い環境であったとしても、燃料の噴霧と放電との接触機会を増加することができ、安定して燃料を燃焼させることが可能となる。

本別例に係る放電制御の一例を説明する。図１４は、図８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８におけるステップＳ１１０と同一の処理であるステップＳ２１０と、図８におけるステップＳ１２０と同一の処理であるステップＳ２２０と、の間にステップＳ２１５が追加される。このステップＳ２１５は、図８におけるステップＳ１３０〜Ｓ１５０の一連の制御に該当する。

ステップＳ２２０の処理にてＹＥＳ判定となった場合には、新規ステップであるステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、ＥＧＲ制御バルブ２４の開度に基づいて検出されるＥＧＲ率が所定割合よりも大きいか否かを判定する。そして、ＥＧＲ率が所定割合よりも小さいと判定した場合には（Ｓ２３０：ＮＯ）、本制御を終了する。ＥＧＲ率が所定割合よりも大きいと判定した場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、新規ステップであるステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、圧縮行程期間中において、燃料を燃焼させるよりも前に多重放電を実施する。そして、新規ステップであるステップＳ２５０に進み、多重放電を実施することで生じた最後の火花放電を持続させるように、連続放電を実施させ、燃料を燃焼させる。そして、本制御を終了する。

それ以外のステップについて、図１４のステップＳ２００の処理は、図８のステップＳ１００の処理と同一である。

現状では奥飛び放電が生じるほどに多量のカーボンが点火プラグ１９に付着していなくても、今までのエンジン１１の運転状態が燃焼室１１ｂ内の混合気の空燃比がリッチとなる運転領域内であった場合には、多少なり点火プラグ１９にカーボンが付着しているおそれがある。したがって、点火プラグ１９にストリーマ放電を発生させることで、点火プラグ１９の放電電極に付着しているカーボンを焼き切ることができ、点火プラグ１９のくすぶりの進行を抑制する事ができる。また、前回の燃焼サイクルにおいて点火プラグ１９にて奥飛び放電が発生したことが判定された場合には、吸気行程期間中にストリーマ放電を実行することに加えて、燃料を燃焼させるために生じさせる火花放電を発生させる前に点火プラグ１９に多重放電を実施させる。これにより、点火プラグ１９に付着したカーボンをより確実に焼き切ることができる。

別例１では、前回の燃焼サイクルにおいて点火プラグ１９にて奥飛び放電が発生したことが判定された場合に、吸気行程期間中にストリーマ放電を実行することに加えて、圧縮行程期間中において燃料を燃焼させるよりも前に点火プラグ１９に多重放電を実施させていた。このことについて、圧縮行程期間中に点火プラグ１９にて多重放電を実施する前に必ず吸気行程期間中にストリーマ放電を実施する必要はなく、ストリーマ放電制御と多重放電制御とのいずれか一方を実施してもよい。

図１５は、図１４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１４におけるステップＳ２１５は削除される。また、図１４におけるステップＳ２２０と同一の処理であるステップＳ３２０の判定処理及び、図１４におけるステップＳ２３０と同一の処理であるステップＳ３３０の判定処理において、ＮＯ判定となった場合に、双方共に新規ステップであるステップＳ３２５に進む。ステップＳ３２５は、図１３におけるステップＳ２１５に準じる処理である。ステップＳ３２５による処理が終了すると、本制御を終了する。

それ以外のステップについて、図１５の各ステップＳ３００，３１０，３４０，及び３５０の処理は、それぞれ、図１４の各ステップＳ２００，２１０，２４０，及び２５０の処理と同一である。

ストリーマ放電よりも多重放電時に点火プラグ１９に生じる平衡プラズマの方がエネルギが大きく、また平衡プラズマはより広範囲にわたって点火プラグ１９に付着しているカーボンを焼き切ることが可能である。したがって、奥飛び放電が生じるほどに点火プラグ１９がくすぶっていると判定されたことを条件として、多重放電を実施させる。この多重放電は、ＥＧＲ率が所定割合よりも大きく、点火プラグ１９に短期間平衡プラズマを生じさせても燃料の燃焼が生じ難い環境下において実施される。これにより、燃焼室１１ｂ内で燃料が燃焼することを抑制しつつ、効果的に点火プラグ１９に付着しているカーボンを焼き切ることができ、燃料の燃焼失火を未然に防ぐことができる。また、燃料を燃焼するよりも前に多重放電が実施されるため、比較的筒内圧が低いときに多重放電が実施される。このため、放電に必要なエネルギを小さくすることができ、放電電極の消耗を抑制する事ができる。

別例１及び別例１に適用される別例では、燃料が燃焼しがたい環境であるか否かの判定を、ＥＧＲ率が所定割合よりも大きいか否かで判定していた。このことについて、例えば、現在排出されている排出ガスの空燃比がリーンであるか否かで判定してもよい。具体的には、図１４のステップＳ２１０において、現在排出されている排出ガスの空燃比が所定値よりも高くリーンであると判定した場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２６０に進んでもよい。これは、図１５におけるステップＳ３１０についても同様に上記変更を適用できる。係る構成によっても、図１４又は図１５に記載の制御が実施される別例に準拠する効果が奏される。

［別例２］上記実施形態では、直流電源３１２から供給される電力を用いてストリーマ放電発生制御を実施していた。このことについて、異なる電圧をイグニッションコイル３１１に印加する複数の電源を備えた構成でストリーマ放電発生制御を実施してもよい。

本別例に係る構成を図１６に例示する。図１６に例示される点火回路ユニット５１は、イグニッションコイル５１９（一次巻線５１９ａ及び二次巻線５１９ｂを含む）と、電源供給部５２２と、スイッチング部５１４と、リレー５２１と、を備えている。

電源供給部５２２は、バッテリ５１１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１２と、を備えている。バッテリ５１１とＤＣ−ＤＣコンバータ５１２とは直列で繋がっている。そして、バッテリ５１１とＤＣ−ＤＣコンバータ５１２の入力側とを接続する電流経路との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１２を介さない電流経路５２４（第一電流経路に該当）が分岐している。このとき、バッテリ５１１から供給される電圧は１２（Ｖ）〜２４（Ｖ）程度であり、これに基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１２は４０（Ｖ）〜９０（Ｖ）程度にまで電圧を昇圧させる。

このＤＣ−ＤＣコンバータ５１２を介さない電流経路５２４とＤＣ−ＤＣコンバータ５１２の出力側に設けられた電流経路５２３（第二電流経路に該当）とは、どちらも途中で経路が途切れている。その途切れた経路を補うようにリレー５２１（経路切替手段に該当）が設けられている。リレー５２１と接続している電流経路５２５は、スイッチング部５１４と接続されている。

スイッチング部５１４は、スイッチング素子の直列接続体５１５と、コンデンサの直列接続体５１６と、コンデンサ５１８と、を備えている。

コンデンサの直列接続体５１６のうち、ハイサイドに存在するコンデンサ５１６Ａの第一端は電流経路５２５を介してリレー５２１と接続されており、コンデンサ５１６Ａの第二端はコンデンサ５１６Ｂの第一端と接続されている。そして、コンデンサ５１６Ｂの第二端はグランドと接続されている。コンデンサ５１６Ａとコンデンサ５１６Ｂとの接続点５１７Ｂからは、後述のイグニッションコイル５１９が備える一次巻線５１９ａの低電圧側端子が接続された電流経路が分岐している。

スイッチング素子の直列接続体５１５は、コンデンサの直列接続体５１６と並列接続している。このスイッチング素子の直列接続体５１５のうち、ハイサイドに存在するスイッチング素子５１５Ａのドレイン端子は電流経路５２５を介してリレー５２１と接続されており、スイッチング素子５１５Ａのソース端子はスイッチング素子５１５Ｂのドレイン端子と接続されている。そして、スイッチング素子５１５Ｂのソース端子はグランドと接続されている。スイッチング素子５１５Ａとスイッチング素子５１５Ｂとの接続点５１７Ａからは、コンデンサ５１８を介して、後述のイグニッションコイル５１９が備える一次巻線５１９ａの高電圧側端子が接続された電流経路が分岐している。また、スイッチング素子５１５Ｂのソース端子とグランドとの接続点５１７Ｃは、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１２を介してグランドと接続された電流経路が分岐している。

イグニッションコイル５１９は、一次巻線５１９ａと二次巻線５１９ｂとを備えている。

一次巻線５１９ａの一端である高電圧側端子側には、コンデンサ５１８を介してスイッチング素子５１５Ａとスイッチング素子５１５Ｂとの接続点５１７Ａが接続されている。一方、一次巻線５１９ａの他端である低電圧側端子側は、コンデンサ５１６Ａとコンデンサ５１６Ｂとの接続点５１７Ｂが接続されている。

二次巻線５１９ｂにおける高電圧側端子側は、点火プラグ１９に接続されており、該高電圧側端子と点火プラグ１９を繋ぐ経路Ｌ１には、電圧検出用経路Ｌ２が接続されている。電圧検出用経路Ｌ２の構成は、上記実施形態の構成と同様であるため、説明を省く。二次巻線５１９ｂにおける低電圧側端子側は、グランドと接続されている。

点火プラグ１９は、上記実施形態と同様の構成であるが、その構成をより具体化して図示している。点火プラグ１９は、対向電極１９Ａを備えており、また浮遊容量１９Ｂについて図示している。浮遊容量１９Ｂは、対向電極１９Ａとその周囲を囲む絶縁物とグランドとにより形成される容量成分である。これら対向電極１９Ａと浮遊容量１９Ｂとは、並列接続の関係にある。

本別例に係るＥＣＵ５２は、電圧検出用経路Ｌ２により検出された点火プラグ１９に印加される２次電圧Ｖ２を取得する他、スイッチング素子５１５Ａ及びスイッチング素子５１５Ｂのそれぞれの開閉動作を制御したり、リレー５２１の経路切替を制御したりする。

ＥＣＵ５２は、スイッチング素子５１５Ａ、スイッチング素子５１５Ｂが相補的に開閉駆動するように、開閉信号をスイッチング素子５１５Ａ、スイッチング素子５１５Ｂに対して送信する。このとき、スイッチング素子５１５Ａ、スイッチング素子５１５Ｂに対して送信する開閉信号の周波数は、点火プラグ１９が有する浮遊容量１９Ｂと二次巻線５１９ｂとで電圧共振を生じさせる周波数（共振周波数）に調整する。スイッチング素子５１５Ａ、スイッチング素子５１５Ｂは相補的に開閉動作を実施することで、コンデンサ５１６Ａ，５１６Ｂから一次巻線５１９ａへ一次電圧が交互に印加される。つまり、一次巻線５１９ａに交流電圧が印加される。これにより、二次巻線５１９ｂに誘起電圧が生じ、点火プラグ１９にプラズマ放電が生じる。

また、ＥＣＵ５２は、電圧検出用経路Ｌ２により検出された２次電圧Ｖ２に基づいて、点火プラグ１９がくすぶり状態であることを判定し、且つ、現在のエンジン１１の燃焼サイクルが吸気行程であると判定した場合に、制御信号をリレー５２１に送る。これにより、電流経路５２４がリレー５２１を介して電流経路５２５に接続される（第一状態に該当）。一方で、点火プラグ１９がくすぶり状態ではないと判定した場合、あるいは、現在のエンジン１１の燃焼サイクルが吸気行程ではないと判定した場合には、電流経路５２３がリレー５２１を介して電流経路５２５に接続される（第二状態に該当）よう、制御信号をリレー５２１に送る。

本別例に係る構成のように、共振周波数に調整された交流電圧が一次巻線５１９ａに印加される構成では、点火プラグ１９にプラズマ放電を生じさせるために高電圧が要求される。したがって、圧縮行程における放電期間中、点火プラグ１９にはＤＣ−ＤＣコンバータ５１２により昇圧された電圧が印加される。一方で、点火プラグ１９に印加される電圧が低くあることが要求されるストリーマ放電を実施する場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１２により昇圧された電圧を点火プラグ１９に印加する構成は不向きである。したがって、点火プラグ１９がくすぶり状態にあり、且つ、現在のエンジン１１の燃焼サイクルが吸気行程であると判定した場合に、リレー５２１を制御して、バッテリ５１１からスイッチング部５１４を介してイグニッションコイル５１９に電圧が印加される構成に変更する。これにより、バッテリ５１１からスイッチング部５１４を介してイグニッションコイル５１９に電圧が印加されることになるため、二次電流の小さい微弱な放電であるストリーマ放電を発生させる場合の制御として好適となる。

その上で、二次電流ストリーマ放電の発生頻度が所定頻度よりも多くなるように、筒内圧毎にスイッチング素子５１５Ａ及びスイッチング素子５１５ＢそれぞれのＯＮデューティ比に対する閾値を定める。そして、スイッチング素子５１５Ａ及びスイッチング素子５１５ＢのそれぞれのＯＮデューティ比が設定された閾値よりも大きくなる範囲で最小となるように制御される。かかる構成によっても、上記実施形態と同様の効果が奏される。

別例２に記載の構成では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１２により昇圧された電圧を一次巻線５１９ａに印加する電流経路５２３と、バッテリ５１１の電圧を一次巻線５１９ａに印加する電流経路５２４とをリレー５２１により経路切替えすることとしていた。このことについて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１２の代わりに、バッテリ５１１の電圧よりも高い電圧を供給する高圧バッテリを設けてもよい。

・上記実施形態において、現在のエンジン１１の燃焼サイクルがどの行程にあたるかを判定する行程判別は、公知の行程判別を用いればよい。例えば、クランク角センサ３３からのクランク角信号及び図示しないカム角センサからのカム角信号を用いての行程判別を実施すればよい。

多気筒エンジンで本ストリーマ放電発生制御を実施する場合には、他気筒に送信されるＩＧｔ信号に基づいて吸気行程を判別することも可能である。吸気行程の判別方法を、図１７を用いて説明する。

図１７には、４気筒エンジンで本ストリーマ放電発生制御を実施した場合の例が示されている。図１７下図に記載されるように、４気筒エンジンでは、それぞれの気筒の行程が重なり合わないように制御されている。つまり、４つの気筒で行程が重複する期間が存在しないように、それぞれの気筒が燃焼サイクルを構成する４つの行程、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程のいずれかとなるよう制御されている。

また、図１７下図より、混合気を着火させるために点火プラグ１９でプラズマ放電を生じさせる時期は、圧縮行程の終盤であることが示されている。

以上を考慮すると、ある気筒の圧縮行程期間中における放電終了時期と、同燃焼サイクル期間中において次回に圧縮行程となる気筒の放電開始時期と、の間に、必ず別の気筒では吸気行程をむかえていることが分かる。

具体的には、第一気筒に燃料を着火することを目的として送信した点火信号ＩＧｔ１の終了時から第三気筒に送信した点火信号ＩＧｔ３の開始時までの間に、第四気筒では吸気行程をむかえている。同様に、第三気筒に送信した点火信号ＩＧｔ３の終了時から、第四気筒に送信した点火信号ＩＧｔ４の開始時までの間に、第二気筒では吸気行程をむかえている。第四気筒に送信した点火信号ＩＧｔ４の終了時から、第二気筒に送信した点火信号ＩＧｔ２の開始時までの間に、第一気筒では吸気行程をむかえている。第二気筒に送信した点火信号ＩＧｔ２の終了時から、第一気筒に送信した点火信号ＩＧｔ１の開始時までの間に、第三気筒では吸気行程をむかえている。

したがって、図１７上図に記載されるように、各気筒に備わるドライバ回路は、自気筒の点火信号をＥＣＵから受信するほか、自気筒の吸気行程の略開始時期と略終了時期を知る上で必要な他気筒の点火信号を受信する。第一気筒を例に挙げると、点火信号ＩＧｔ４の受信終了時期を自気筒の吸気行程の略開始時期と判定し、点火信号ＩＧｔ２の受信開始時期を自気筒の吸気行程の略終了時期と判定する。

本別例に係る構成では、ＥＣＵが気筒毎に現在の燃焼サイクルがどの行程にあたるかを判定する必要がなくなるため、ＥＣＵが実施するストリーマ放電発生制御の負担軽減を図ることが可能となる。

本別例に係る吸気行程判別方法は、上記実施形態及び各種別例に適用可能である。

１１…エンジン、１１ｂ…燃焼室、１９…点火プラグ、３１３…第一スイッチング素子、５１５Ａ，５１５Ｂ…スイッチング素子、３１，５１…点火回路ユニット、３２，５２…電子制御ユニット。

Claims (12)

1. 燃焼室（１１ｂ）内の可燃混合気に点火するためのプラズマ放電を駆動回路（３１、５１）内に備わるスイッチング素子（３１３、５１５Ａ，５１５Ｂ）の導通と遮断とにより生じた電圧誘起により発生させる点火プラグ（１９）を備える内燃機関（１１）に適用される点火制御装置（３２、５２）であって、
   前記燃焼室内の圧力を筒内圧として取得する筒内圧取得部と、
   所定の周波数で前記スイッチング素子に導通及び遮断を繰り返させる周波数信号を前記スイッチング素子に送信する周波数信号送信部と、
   吸気行程期間中に周波数信号送信部に前記周波数信号を送信させ、前記可燃混合気に着火するための前記プラズマ放電よりも二次電流の低い微弱放電が前記点火プラグに複数回発生するように前記周波数信号を制御する微弱放電発生部と、
   を備え、
   前記微弱放電発生部は、前記周波数信号を送信している期間中において前記点火プラグに発生する前記微弱放電の発生頻度が所定頻度よりも多くなるように、前記筒内圧取得部により取得される前記筒内圧に応じて、前記スイッチング素子の導通期間及び遮断期間に対する前記導通期間の比であるデューティ比が変更されるように前記周波数信号を制御することを特徴とする点火制御装置。
2. 前記微弱放電発生部は、前記デューティ比が筒内圧毎に定まる可変閾値よりも大きくなるように前記周波数信号を制御することを特徴とする請求項１に記載の点火制御装置。
3. 前記微弱放電発生部は、前記可変閾値よりも大きくなる範囲で前記デューティ比が最小となるように前記周波数信号を制御することを特徴とする請求項２に記載の点火制御装置。
4. 前記微弱放電発生部は、前記筒内圧が高いほど前記デューティ比が大きくなるように前記周波数信号を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点火制御装置。
5. 前記スイッチング素子により一次電流を導通させた後に、前記スイッチング素子により前記一次電流を遮断させて、前記点火プラグにより平衡プラズマを発生可能な誘導電圧を前記点火プラグに印加させる点火信号を送信する点火信号送信部と、
   燃料が燃焼し難い環境下において、圧縮行程期間中に前記可燃混合気を点火する前に、前記点火信号送信部により前記点火信号を複数回送信させることで前記スイッチング素子の導通と遮断を繰り返させ、点火プラグに平衡プラズマを複数回生じさせる多重放電を実施させる多重放電実施部と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火制御装置。
6. 前記点火プラグがくすぶっている状態か否かを判定するくすぶり状態判定部を備え、
   前記微弱放電発生部は、前記くすぶり状態判定部により前記点火プラグがくすぶっていると判定されたことを条件として、前記点火プラグに前記微弱放電を発生させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点火制御装置。
7. 前記スイッチング素子により一次電流を導通させた後に、前記スイッチング素子により前記一次電流を遮断させて、前記点火プラグにより平衡プラズマを発生可能な誘導電圧を前記点火プラグに印加させる点火信号を送信する点火信号送信部と、
   燃料が燃焼し難い環境下において、圧縮行程期間中に前記可燃混合気を点火する前に、前記点火信号送信部に前記点火信号を複数回送信することでスイッチング素子の導通と遮断を繰り返させ、前記点火プラグに平衡プラズマを複数回生じさせる多重放電を実施させる多重放電実施部と、
   前記点火プラグがくすぶっている状態か否かを判定するくすぶり状態判定部と、
   前記燃焼室に供給される可燃混合気の空燃比がリッチであるか否かを判定する空燃比判定部と、
   を備え、
   前記微弱放電発生部は、前記空燃比判定部により前記空燃比がリッチであると判定され、且つ、前記くすぶり状態判定部により前記点火プラグがくすぶっていないと判定されたことを条件として、前記点火プラグに前記微弱放電を発生させ、
   前記多重放電実施部は、前記空燃比判定部により前記空燃比がリッチであると判定され、且つ、前記くすぶり状態判定部により前記点火プラグがくすぶっていると判定されたことを条件として、前記点火プラグに前記多重放電を発生させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火制御装置。
8. 前記スイッチング素子により一次電流を導通させた後に、前記スイッチング素子により前記一次電流を遮断させて、前記点火プラグにより平衡プラズマを発生可能な誘導電圧を前記点火プラグに印加させる点火信号を送信する点火信号送信部と、
   燃料が燃焼し難い環境下において、圧縮行程期間中に前記可燃混合気を点火する前に、前記点火信号送信部に前記点火信号を複数回送信することでスイッチング素子の導通と遮断を繰り返させ、前記点火プラグに平衡プラズマを複数回生じさせる多重放電を実施させる多重放電実施部と、
   前記点火プラグがくすぶっている状態か否かを判定するくすぶり状態判定部と、
   前記燃焼室に供給される可燃混合気の空燃比がリッチであるか否かを判定する空燃比判定部と、
   を備え、
   前記微弱放電発生部は、前記空燃比判定部により前記空燃比がリッチであると判定されたことを条件として、前記点火プラグに前記微弱放電を発生させ、
   前記多重放電実施部は、前記空燃比判定部により前記空燃比がリッチであると判定され、且つ、前記くすぶり状態判定部により前記点火プラグがくすぶっていると判定されたことを条件として、前記点火プラグに前記多重放電を発生させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火制御装置。
9. 前記駆動回路は、前記点火プラグに誘起される二次電圧を検出する二次電圧検出部（Ｌ２）を備え、
   前記くすぶり状態判定部は、前記可燃混合気に点火するための前記プラズマ放電を生じさせる際に前記二次電圧検出部により検出された前記二次電圧の一回目のピークの絶対値が所定電圧よりも大きい場合に、前記点火プラグがくすぶっている状態であると判定することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の点火制御装置。
10. 前記微弱放電発生部は、前記点火プラグにストリーマ放電が発生する所定周波数に前記周波数信号の前記周波数を制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の点火制御装置。
11. 異なる電源電圧を前記スイッチング素子（５１５Ａ）に供給する複数の電圧供給手段（５１１,５１２）と、
    前記複数の電圧供給手段の内、第一電圧を供給する電圧供給手段（５１１）に接続された第一電流経路（５２４）と、
    前記複数の電圧供給手段の内、前記第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段（５１２）に接続された第二電流経路（５２３）と、
    前記スイッチング素子（５１５Ａ）に接続された第三電流経路（５２５）と、
    前記第三電流経路に前記第一電流経路を接続した第一状態と、前記第三電流経路に前記第二電流経路を接続した第二状態とを切り替える経路切替手段（５２１）と、
    を備え、
    前記微弱放電発生部は、前記吸気行程期間中において前記経路切替手段に前記第二状態から前記第一状態に切り替えさせた上で、前記周波数信号送信部に前記周波数信号を送信させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の点火制御装置。
12. 前記微弱放電発生部は、前記周波数信号送信部による前記周波数信号の送信を終了させた際に、前記経路切替手段に前記第一状態から前記第二状態に切り替えさせることを特徴とする請求項１１に記載の点火制御装置。