JP6730887B2

JP6730887B2 - 点火装置

Info

Publication number: JP6730887B2
Application number: JP2016172216A
Authority: JP
Inventors: 翔太木下; 文明青木; 明光杉浦; 香土井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: US10247164B2; JP2018035799A; US20180066624A1

Description

本開示は、エンジンに用いられる点火装置に関する。

従来、特許文献１に記載の点火装置がある。この点火装置は、火花放電生成装置と、共振装置と、電流供給装置と、電流レベル検出装置と、制御装置とを備えている。火花放電生成装置は、所定の高電圧を発生し、発生した所定の高電圧を点火プラグに供給して間隙に火花放電の経路を形成する。共振装置は、インダクタとコンデンサとにより構成されている。電流供給部は、共振装置を介し、間隙に形成された火花放電の経路に交流電流を供給する。電流レベル検出装置は、電流供給装置から供給される交流電流のレベル、もしくはこれに相当するレベルを検出し、その検出レベルに応じた値を出力する。制御装置は、電流レベル検出装置の出力に応じて、電流供給装置が供給する交流電流の出力を制御する。

特許第５６７６７２１号公報

近年、ストイキ状態よりも燃料が薄い状態で燃焼させるリーンバーンエンジンが実用化されている。リーンバーンエンジンは、燃費やＮＯｘエミッションを低減できることから広く採用されるようになっている。このようなリーンバーンエンジンでは、リーン時の着火性を改善すべく、点火エネルギを強化することや、放電時間を長めに設定すること等の措置が採られている。

ところで、点火プラグにおける放電時間を長めに設定した場合、燃焼室内の混合気の流れにより火花放電が流れることがある。火花放電が流れると、火花放電周辺の混合気の活性化が図られることもあり、リーン状態であっても良好な燃焼を実現することが可能となる。

しかしながら、火花放電の流れは一定ではないため、放電経路の長さにばらつきが生じ易い。相対的に長い放電経路が形成された際に点火した場合と、相対的に短い放電経路が形成された際に点火した場合とでは、混合気の燃焼状態が異なる。これが、燃料サイクル毎にエンジンの出力トルクにばらつきを生じさせる要因となっている。

本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼サイクル毎の放電形状のばらつきを抑制することのできる点火装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、点火装置（１０）は、点火プラグ（２０）と、昇圧トランス（３０）と、点火電源（４０）と、計測部（６０）とを備える。点火プラグは、電力の供給に基づき中心電極（２２）と接地電極（２３）との間に放電を形成する。昇圧トランスは、磁気的に結合した一次コイル（３１）及び二次コイル（３２）を有し、一次コイルに交流電力が供給された際に電磁誘導作用により二次コイルに発生する電力を点火プラグに供給する。点火電源は、昇圧トランスの一次コイルに交流電力を供給する。計測部（６０）は、点火プラグに供給される放電電圧及び放電電流の少なくとも一方を計測する。点火電源は、計測部の計測値に基づいて点火プラグの放電状態を判断する放電状態判断部（４２３）と、昇圧トランスの一次コイルに供給される電流値を制御する電流制御部（４２０）とを有する。電流制御部は、点火プラグの中心電極と接地電極との間に形成された放電経路が伸びすぎた状態である放電過伸長状態が発生したと放電状態判断部により判断された場合、昇圧トランスの一次コイルに供給される電流を低減する。

この構成によれば、放電が流れることにより放電経路が長くなった場合には、昇圧トランスの一次コイルに供給される電流値が減少するため、放電のインピーダンスが増加する。よって、空気中で放電の短絡を起こして放電経路を短くした方がインピーダンスが低くなるため、放電経路の短絡を促進することができる。これにより、極端に長い放電経路が形成され難くなるため、燃焼サイクル毎の放電形状のばらつきを抑制することができる。

なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本開示によれば、燃焼サイクル毎の放電形状のばらつきを抑制することのできる点火装置を提供できる。

図１は、実施形態の点火装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、実施形態の点火装置の点火プラグ周辺の構造を模式的に示す図である。図３は、実施形態の点火装置の制御部の構成を示すブロック図である。図４は、実施形態の制御部により実行される処理の手順を示すフローチャートである。図５（Ａ），（Ｂ）は、放電電圧の包絡線の値と、タイマの計時時間との関係を示すタイミングチャートである。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、放電形状と、放電電圧と、放電経路の長さとの関係を示すタイミングチャートである。図７は、他の実施形態の制御部により実行される処理の手順を示すフローチャートである。図８は、他の実施形態の点火装置の制御部の構成を示すブロック図である。図９は、他の実施形態の点火装置の制御部の構成を示すブロック図である。

以下、点火装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の点火装置は、車両のエンジンの各気筒に設けられ、各気筒の燃焼室内の混合気を燃焼させるための火花放電を形成するための装置である。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本実施形態の点火装置１０は、点火プラグ２０と、昇圧トランス３０と、点火電源４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、計測装置６０とを備えている。

点火プラグ２０は、その先端部２１が燃焼室内に位置するようにエンジンのシリンダヘッドに固定して取り付けられている。点火プラグ２０は、沿面放電型のプラグである。図２に示されるように、点火プラグ２０は、その先端部２１に中心電極２２と、接地電極２３とを有している。点火プラグ２０は、昇圧トランス３０から供給される電力に基づき中心電極２２と接地電極２３との間に放電を形成することにより、燃焼室内の混合気を燃焼させる。具体的には、点火プラグ２０は、昇圧トランス３０から高周波電圧が印加されると、その表面を這うストリーマ放電を形成、進展させ、それを放電経路として中心電極２２と接地電極２３との間に交流グロー／アーク放電を生じさせるものである。

図１に示されるように、計測装置６０は、点火プラグ２０に印加される放電電圧を計測値として検出するとともに、検出された電圧に応じた信号を出力する。本実施形態では、計測装置６０が計測部に相当する。

昇圧トランス３０は、点火電源４０から供給される交流電力に基づいて、点火プラグ２０の放電に必要な電力を生成する。昇圧トランス３０は、磁気的に結合した一次コイル３１と二次コイル３２とを有している。一次コイル３１の一端部３１０には、点火電源４０の出力線４６が接続されている。一次コイル３１の他端部３１１には、点火電源４０により生成される基準電圧Ｖｂが印加されている。一次コイル３１には、点火電源４０から交流電力が供給される。以下では、便宜上、一次コイル３１の他端部３１１の電位よりも一端部３１０の電位の方が大きいときに一次コイル３１の両端部３１０，３１１間に印加される電圧を「正の電圧」とする。また、一次コイル３１の一端部３１０の電位よりも他端部３１１の電位の方が大きいときに一次コイル３１の両端部３１０，３１１間に印加される電圧を「負の電圧」とする。二次コイル３２の一端部３２０には、点火プラグ２０が接続されている。二次コイル３２の他端部３２１には、接地が接続されている。

昇圧トランス３０では、点火電源４０から一次コイル３１に交流電力が供給されると、電磁誘導作用により二次コイル３２に誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。この二次コイル３２に発生する誘導電流に基づいて点火プラグ２０に電圧が印加されることにより、点火プラグ２０に駆動電流が供給され、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に放電が形成される。点火プラグ２０には、一次コイル３１の巻き数及び二次コイル３２の巻き数の比と、二次コイル３２より先の浮遊容量と昇圧トランス３０の漏れインダクタンスとの共振による電圧利得とに基づく高電圧が印加される。エンジンのような高圧条件で点火プラグ２０にストリーマ放電を前駆にグロ−／アーク放電を生じさせる場合、点火プラグ２０には、例えば３０［ｋＶｐ−ｐ］以上の非常に高い電圧を印加する必要がある。昇圧トランス３０は、この点火プラグ２０の要求電圧まで高周波出力電圧を昇圧するために用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、車両に搭載されたバッテリ７０から供給される直流電圧を昇圧して点火電源４０の高電位側配線４４に印加する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から点火電源４０に印加される電圧は、例えば「１００［Ｖ］〜６００［Ｖ］」の範囲に設定される。

点火電源４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から高電位側配線４４を介して供給される直流電力に基づいて、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給するための高周波交流電力を生成する。点火電源４０の高周波出力は、例えば矩形波のように連続的でも、パルス的でもよい。点火電源４０は、分圧部４１と、制御部４２と、スイッチング部４３とを有している。

分圧部４１は、２つの抵抗４１０ａ，４１０ｂが直列に接続された直列接続体４１０と、２つのコンデンサ４１１ａ，４１１ｂが直列に接続された直列接続体４１１とを有している。直列接続体４１０の両端部は高電位側配線４４及び低電位側配線４５にそれぞれ接続されている。同様に、直列接続体４１１の両端部も高電位側配線４４及び低電位側配線４５にそれぞれ接続されている。低電位側配線４５は、接地に接続されている。分圧部４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から印加される電圧Ｖａを抵抗４１０ａ，４１０ｂにより分圧することにより基準電圧Ｖｂを生成する。

スイッチング部４３は、２つのスイッチング素子４３０ａ，４３０ｂからなるハーフブリッジ回路４３０と、ドライブ回路４３１とを有している。スイッチング素子４３０ａ，４３０ｂは、例えばＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）からなる。ハーフブリッジ回路４３０の両端部は、高電位側配線４４及び低電位側配線４５にそれぞれ接続されている。スイッチング素子４３０ａ，４３０ｂの中間点Ｐｍは、出力線４６を介して昇圧トランス３０の一次コイル３１の一端部３１０に接続されている。

ドライブ回路４３１は、スイッチング素子４３０ａ，４３０ｂをオン／オフさせる。スイッチング素子４３０ａがオン状態であり、且つスイッチング素子４３０ｂがオフ状態である場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から印加される電圧Ｖａと基準電圧Ｖｂとの偏差に対応する正の電圧が昇圧トランス３０の一次コイル３１の両端部３１０，３１１間に印加される。また、スイッチング素子４３０ａがオフ状態であり、且つスイッチング素子４３０ｂがオン状態である場合には、基準電圧Ｖｂに対応する負の電圧が昇圧トランス３０の一次コイル３１の両端部３１０，３１１間に印加される。ドライブ回路４３１は、制御部４２から送信される駆動信号に基づいてスイッチング素子４３０ａ，４３０ｂのそれぞれのオン及びオフを切り替えることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から供給される直流電力を交流電力に変換する。

制御部４２は、ＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御部４２は、エンジンＥＣＵ８０から送信される指令信号、及び計測装置６０の出力信号に基づいて駆動信号を生成するとともに、この駆動信号をドライブ回路４３１に送信する。

具体的には、エンジンＥＣＵ８０は、点火信号ＩＧｗと、基準電流値Ｉｓｂとを制御部４２に送信する。点火信号ＩＧｗは、点火プラグ２０の放電開始時間及び放電期間を示す信号である。基準電流値Ｉｓｂは、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給すべき電流値を示すものである。エンジンＥＣＵ８０は、車両やエンジンに設けられた各種センサを通じて検出される車両状態量やエンジン状態量等に基づいて、基準電流値Ｉｓｂと、点火開始時期と、点火期間とを設定する。例えば、エンジンＥＣＵ８０は、ストイキ状態よりも燃料が薄いリーン状態でエンジンの燃焼を行う場合には、リーン状態で燃焼を行うのに適した基準電流値Ｉｓｂを設定する。また、エンジンＥＣＵ８０は、設定された点火開始時期が到来したと判断した場合には、点火信号ＩＧｗをオフ状態からオン状態に切り替える。そして、エンジンＥＣＵ８０は、点火信号ＩＧｗをオン状態に切り替えた時点から、設定された点火期間が経過するまでの間、点火信号ＩＧｗをオン状態に維持する。

制御部４２は、エンジンＥＣＵ８０から送信される点火信号ＩＧｗ、及び基準電流値Ｉｓｂに基づいて駆動信号を生成する。図３に示されるように、制御部４２は、駆動信号を生成するための構成として、電流制御部４２０と、発振部４２１とを有している。

電流制御部４２０は、エンジンＥＣＵ８０から送信される点火信号ＩＧｗ及び基準電流値Ｉｓｂを受信する。電流制御部４２０は、点火信号ＩＧｗがオフ状態からオン状態に切り替わったとき、点火開始時期が到来したと判断する。電流制御部４２０は、点火開始時期が到来したと判断すると、基準電流値Ｉｓｂに基づいて電圧デューティ比を演算する。電圧デューティ比は、駆動信号の１パルス周期におけるオフ時間に対するオン時間の割合を示す。

電流制御部４２０は、演算された電圧デューティ比と、発振部４２１から送信されるキャリア信号とに基づいて駆動信号を生成するとともに、生成された駆動信号をドライブ回路４３１に送信する。ドライブ回路４３１が駆動信号に基づいてスイッチング素子４３０ａ，４３０ｂのそれぞれをオン及びオフさせる。スイッチング素子４３０ａ，４３０ｂのオン及びオフの切り替えにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から供給される直流電力から交流電力が生成され、生成された交流電力が昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される。一次コイル３１に供給される交流電圧の大きさは、電圧デューティ比に基づいて設定される。本実施形態では、共振を得るために、交流電圧の周波数が例えば「８００［ｋＨｚ］±５００［ｋＨｚ］」に設定されており、一般的なスイッチング電源の周波数（数１０［ｋＨｚ］）よりも高い。そのため、デューティ制御や周波数制御を細かく設定でき、点火プラグ２０の放電の吹き消えに至る可能性を低減することができるようになっている。

一次コイル３１に交流電力が供給されると、二次コイル３２に誘電電流が発生し、点火プラグ２０に駆動電流が供給される。その結果、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に放電が形成される。制御部４２は、点火信号ＩＧｗがオン状態に設定されている期間、ドライブ回路４３１への駆動信号の送信を継続する。したがって、点火信号ＩＧｗがオン状態に設定される期間、点火プラグ２０への駆動電流の供給が継続される。

一方、制御部４２は、点火信号ＩＧｗがオン状態に設定されている期間、計測装置６０の出力信号に基づいて、点火プラグ２０の放電電圧を検出している。制御部４２は、検出される点火プラグ２０の放電電圧に基づいて、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に形成される放電状態を判断する。制御部４２は、判断された放電状態に基づいて点火プラグ２０に供給される駆動電流を増減させることにより、燃焼サイクル毎の放電形状のばらつきを抑制する。制御部４２は、この点火プラグ２０の駆動電流の増減制御を行うための構成として、信号処理部４２２と、放電状態判断部４２３と、タイマ４２４とを更に備えている。

信号処理部４２２は、計測装置６０の出力信号に基づいて、点火プラグ２０の放電電圧の情報を得る部分である。信号処理部４２２は、包絡線検波部４２２ａを有している。包絡線検波部４２２ａは、点火プラグ２０の放電電圧の包絡線を検波する。信号処理部４２２は、包絡線検波部４２２ａにより検波された放電電圧の包絡線の値を放電状態判断部４２３に送信する。

放電状態判断部４２３は、信号処理部４２２から送信される点火プラグ２０の放電電圧の包絡線の値と、タイマ４２４により計時される時間とに基づいて、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に形成される放電状態を判断する。この放電状態判断部４２３により判断された点火プラグ２０の放電状態に基づいて電流制御部４２０が電圧デューティ比を増減させることにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を増減させる。具体的には、電流制御部４２０は、点火プラグ２０の駆動電流を増加させる場合、電圧デューティ比を増加させる。電流制御部４２０は、点火プラグ２０の駆動電流を減少させる場合、電圧デューティ比を減少させる。

次に、図４を参照して、制御部４２により実行される点火プラグ２０の駆動電流の増減制御に詳しく説明する。なお、制御部４２は、点火プラグ２０がオフ状態からオン状態に切り替わった際に、すなわち点火開始時期に図４に示される処理を開始する。

図４に示されるように、放電状態判断部４２３は、まず、ステップＳ１０として、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に放電が形成されたか否かを判断する。具体的には、図５（Ａ）に示されるように、例えば時刻ｔ１で点火プラグ２０への電流供給が開始されると、信号処理部４２２により検出される点火プラグ２０の放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが増加する。その後、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に放電が形成されると、包絡線の絶対値が低下する。これを利用し、放電状態判断部４２３は、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄの時間的な低下量を演算し、この低下量が所定の閾値を下回ることをもって、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に放電が形成されたと判断する。図５（Ａ）では、放電状態判断部４２３は、例えば時刻ｔ２で放電が形成されたと判断する。

図４に示されるように、放電状態判断部４２３は、ステップＳ１０で肯定判断した場合、すなわち点火プラグ２０で放電が形成されたと判断した場合には、ステップＳ１１として、タイマ４２４の計時を開始する。具体的には、図５（Ｂ）に示されるように、放電が形成されたと判断される時刻ｔ２からタイマ４２４の計時を開始する。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１１に続くステップＳ１２として、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第１閾値Ｖｔｈ１以上であるか否かを判断する。

ここで、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に形成される放電経路は燃焼室内の混合気の流れにより延びる場合がある。放電経路が延びるほど、放電のインピーダンスが増加するため、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが増加する。よって、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、放電経路の長さと放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄとの間には相関関係がある。よって、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄに基づいて放電経路の長さを推定することが可能である。

第１閾値Ｖｔｈ１は、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に形成された放電経路が伸びすぎた状態である放電過伸長状態が発生したか否かを判断することができるように予め実験等により設定されており、制御部４２のメモリに記憶されている。本実施形態では、第１閾値Ｖｔｈ１が過伸長閾値に相当する。

図４に示されるように、放電状態判断部４２３は、ステップＳ１２で肯定判断した場合、すなわち放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第１閾値Ｖｔｈ１以上であり、放電過伸長状態が発生していると判断できる場合には、ステップＳ１３を実行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１３として、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を低減させる旨の電流低減指示を電流制御部４２０に対して行う。電流制御部４２０は、放電状態判断部４２３から送信される電流低減指示を受信すると、電圧デューティ比の設定値を、基準電流値Ｉｓｂに基づいて設定される電圧デューティ比よりも小さい値に設定する。これにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流が減少するため、点火プラグ２０の駆動電流が減少する。点火プラグ２０の駆動電流が減少することにより、放電のインピーダンスが増加する。よって、空気中で放電の短絡を起こして放電経路を短くした方がインピーダンスが低くなるため、放電経路の短絡を促進することができる。放電経路に短絡が生じることにより、放電経路が短くなるため、放電過伸長状態が解消される。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１３を実行した後、ステップＳ２０に移行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１２で否定判断した場合、すなわち放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第１閾値Ｖｔｈ１以下の状態であって、放電過伸長状態が発生していないと判断できる場合には、ステップＳ１４を実行する。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１４として、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第２閾値Ｖｔｈ２以下であるか否かを判断する。第２閾値Ｖｔｈ２は、第１閾値Ｖｔｈ１よりも小さい値であって、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に形成された放電経路が短すぎる状態である放電伸長不足状態が発生しているか否か判断することができるように予め実験等により設定されており、制御部４２のメモリに記憶されている。本実施形態では、第２閾値Ｖｔｈ２が、伸長不足閾値に相当する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１４で肯定判断した場合、すなわち放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第２閾値Ｖｔｈ２以下である場合には、ステップＳ１５を実行する。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１５として、タイマ４２４の計時時間Ｔが第１時間閾値Ｔｔｈ１を超えているか否かを判断する。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１５で肯定判断した場合、すなわちタイマ４２４の計時時間Ｔが第１時間閾値Ｔｔｈ１を超えている場合には、放電伸長不足状態が発生している状態であることを確定し、ステップＳ１６を実行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１６として、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を増加させる旨の電流増加指示を電流制御部４２０に対して行う。電流制御部４２０は、放電状態判断部４２３から送信される電流増加指示を受信すると、電圧デューティ比の設定値を、基準電流値Ｉｓｂに基づいて設定されるデューティ比よりも大きい値に設定する。これにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流が大きくなるため、点火プラグ２０の駆動電流が増加する。点火プラグ２０の駆動電流が増加することにより、点火プラグ２０の放電経路が延びやすくなるため、放電伸長不足状態が解消される。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１６を実行した後、ステップＳ２０に移行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１５で否定判断した場合、すなわちタイマ４２４の計時時間Ｔが第１時間閾値Ｔｔｈ１を超えていない場合には、ステップＳ２０に移行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１４で否定判断した場合、すなわち放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第２閾値Ｖｔｈ２を超えている場合には、ステップＳ１７として、タイマ４２４の計時時間Ｔが第２時間閾値Ｔｔｈ２を超えているか否かを判断する。

ここで、ステップＳ１４で否定判断された場合には、基本的には点火プラグ２０の放電経路が適切な長さに設定されている状況である。点火プラグ２０の放電経路が適切な長さに設定されている状況でも、その状況が長く継続し過ぎると、点火エネルギが大きくなりすぎるため、結果として燃焼室内の燃焼状態が安定しない可能性がある。第２時間閾値Ｔｔｈ２は、このような点火プラグ２０の放電経路が適切な長さに設定されている状態が長く継続し過ぎている状況であるか否かを判断することができるように予め実験等により設定されており、制御部４２のメモリに記憶されている。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１７で否定判断した場合には、ステップＳ１９として、電圧デューティ比の設定値を、基準電流値Ｉｓｂに応じた電圧デューティ比に設定することにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に基準電流値Ｉｓｂを供給する。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１９を実行した後、ステップＳ２０に移行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ１７で肯定判断した場合、すなわち点火プラグ２０の放電経路が適切な長さに設定されている状況が長く継続し過ぎている場合には、それ以上の点火エネルギの増加を回避するために、ステップＳ１８として、電流低減指示を電流制御部４２０に対して行う。電流制御部４２０は、放電状態判断部４２３から送信される電流低減指示を受信すると、電圧デューティ比の設定値を、基準電流値Ｉｓｂに基づいて設定される電圧デューティ比よりも小さい値に設定する。これにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流が低減するため、点火プラグ２０の駆動電流が低減する。点火プラグ２０の駆動電流が低減することにより、点火プラグ２０の放電経路が短くなるため、点火エネルギの増加を抑制できる。放電状態判断部４２３は、ステップＳ１８を実行した後、ステップＳ２０に移行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ２０として、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間の放電経路に短絡が生じたか否かを判断する。ここで、放電経路に短絡が生じた場合、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄの時間的な変化量が負の値になる。また、その変化量の大きさは、短絡を伴わない放電形状の変化の場合よりも大きい。さらに、短絡ではなく、放電経路の吹き消えが生じた場合、中心電極２２と接地電極２３との間での最低放電維持電圧まで放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが低下する。

これを利用し、放電状態判断部４２３は、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄの時間的な変化量が短絡判定変化量を下回り、且つ変化終了時点における放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが最低放電維持電圧を超えていることに基づいて、放電経路の短絡が発生したと判断する。短絡判定変化量は、負の値に設定されている。変化終了時点における放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄとは、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄの時間的な変化量の負の方向への変化が終了した時点における放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄを示す。図５（Ａ）に示されるように放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが変化しており、且つ最低放電維持電圧が「０．５［ｋＶ］に設定されている場合、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５のそれぞれで、放電状態判断部４２３が放電経路に短絡が生じたと判断する。

図４に示されるように、放電状態判断部４２３は、ステップＳ２０で肯定判断した場合、すなわち放電経路の短絡が生じた場合には、ステップＳ２１としてタイマ４２４の計時時間Ｔをリセットした後、ステップＳ２２に移行する。例えば、放電状態判断部４２３は、図５（Ａ）に示されるように時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５で放電経路に短絡が生じたと判断した場合、図５（Ｂ）に示されるように時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５のそれぞれでタイマ４２４の計時時間Ｔをリセットする。

図４に示されるように、放電状態判断部４２３は、ステップＳ２０で否定判断した場合にも、ステップＳ２２に移行する。

放電状態判断部４２３は、ステップＳ２２として、点火信号ＩＧｗがオフ状態に切り替わったか否かを判断する。放電状態判断部４２３は、ステップＳ２２で否定判断した場合、すなわち点火信号ＩＧｗがオン状態である場合には、ステップＳ１２に戻る。放電状態判断部４２３は、ステップＳ２２で肯定判断した場合、すなわち点火信号ＩＧｗがオフ状態となった場合には、一連の処理を終了する。

以上説明した本実施形態の点火装置１０によれば、以下の（１）〜（６）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）放電状態判断部４２３は、放電過伸長状態が発生したか否かと判断する。電流制御部４２０は、放電過伸長状態が発生したと放電状態判断部４２３により判断された場合、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を低減する。これにより、点火プラグ２０の中心電極２２と接地電極２３との間に形成される放電経路が燃焼室内の混合気の流れにより長くなった場合、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流が減少することにより、点火プラグ２０の駆動電流が減少するため、結果的に放電経路の短絡が促進される。よって、極端に長い放電経路が発生し難くなるため、燃焼サイクル毎の放電形状のばらつきを抑制することができる。

（２）放電状態判断部４２３は、点火プラグ２０に放電が生じた後、計測装置６０により検出される点火プラグ２０の放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第１閾値Ｖｔｈ１以上になることに基づいて、放電過伸長状態が発生したと判断する。放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄと放電経路の長さとの間には相関関係があるため、放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄに基づいて放電過伸長状態の発生を判断することにより、放電過伸長状態の発生を容易に検出することが可能となる。

（３）放電状態判断部４２３は、点火プラグ２０に放電が生じた際にタイマ４２４の計時を開始するとともに、点火プラグ２０の放電経路に短絡が発生したと判断した場合にタイマ４２４の計時時間をリセットする。また、放電状態判断部４２３は、タイマ４２４の計時時間Ｔが第２時間閾値Ｔｔｈ２を上回ることに基づいて、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を低減する。これにより、放電経路の長さが適切な長さに設定されている状況でも、その状況が長く継続した場合には、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流が減少することにより、点火プラグ２０の駆動電流が減少する。結果的に、極端に放電形成時間の長い燃焼サイクルを回避できるため、燃焼サイクル間の燃焼状態の変動を抑制することができる。

（４）放電状態判断部４２３は、点火プラグ２０に放電が生じた後、点火プラグ２０の放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄの時間的な変化量が、負の値からなる短絡判定変化量を下回り、且つ放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄの時間的な変化量の負の方向への変化が終了した時点における包絡線の絶対値Ｖｄが最低放電維持電圧を超えていることに基づいて、放電経路の短絡が発生したと判断する。これにより、放電経路に短絡が生じたか否かを容易に判断することができる。

（５）放電状態判断部４２３は、点火プラグ２０の放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄが第２閾値Ｖｔｈ２以下である状態が第１時間閾値Ｔｔｈ１を超えて継続することに基づいて、点火プラグ２０の放電経路が短すぎる放電伸長不足状態が発生したと判断する。電流制御部４２０は、放電伸長不足状態が発生したと放電状態判断部４２３により判断された場合、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を増加させる。これにより、放電経路の延びない状態が継続することにより着火性の悪すぎる燃焼サイクルが生じそうな場合には、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流が増加するため、点火プラグ２０の駆動電流が増加する。結果的に、放電経路の短絡が発生し難くなり、着火性が向上するため、より燃焼サイクル毎の放電形状のばらつきを抑制することができる。

（６）電流制御部４２０は、電圧デューティ比を変化させることにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を増減させる。これにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を容易に変化させることができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・図７に示されるように、制御部４２は、ステップＳ１３を実行した後、ステップＳ２２の処理を実行してもよい。また、制御部４２は、ステップＳ１２で否定判断した場合に、ステップＳ１９の処理を実行してもよい。

・制御部４２は、図４に示されるステップＳ１３，Ｓ１６，Ｓ１８の処理において、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流の周波数を増減させることにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を変化させてもよい。具体的には、図８に示されるように、発振部４２１として、キャリア信号の周波数を変更可能な可変発振部を用いる。放電状態判断部４２３は、周波数低下指示又は周波数増加指示を発振部４２１に対して行うことにより、キャリア信号の周波数を変更し、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流の周波数を増減させる。

・制御部４２は、図４に示されるステップＳ１３，Ｓ１６，Ｓ１８の処理において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から点火電源４０に印加される電源電圧を増減させることにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を変化させてもよい。具体的には、図９に示されるように、放電状態判断部４２３は、電源電圧低下指示又は電源電圧増加指示をＤＣ／ＤＣコンバータ５０に対して行うことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から点火電源４０に印加される電源電圧を増減させる。

・制御部４２は、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電圧の実効値を変化させることにより、昇圧トランス３０の一次コイル３１に供給される交流電流を増減させてもよい。

・計測装置６０は、点火プラグ２０に供給される放電電流を検出するものであってもよい。この場合、信号処理部４２２の包絡線検波部４２２ａは、点火プラグ２０の放電電流の包絡線を検波する。そして、放電状態判断部４２３は、図４に示される各処理において、点火プラグ２０の放電電圧の包絡線の絶対値Ｖｄに代えて、点火プラグ２０の放電電流の包絡線の絶対値を用いる。このような構成であっても、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることが可能である。

・制御部４２が提供する手段及び／又は機能は、実体的なメモリに記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えば制御部４２がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。

・上記実施形態の点火装置１０の構成は、例えば従来のイグニッションコイルに交流電源を組み合わせた構成や、イグニッションコイル自身に交流電源を投入する点火装置にも適応することができる。

・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：点火装置
２０：点火プラグ
２２：中心電極
２３：接地電極
３０：昇圧トランス
３１：一次コイル
３２：二次コイル
４０：点火電源
６０：計測装置（計測部）
４２０：電流制御部
４２３：放電状態判断部
４２４：タイマ

Claims

電力の供給に基づき中心電極（２２）と接地電極（２３）との間に放電を形成する点火プラグ（２０）と、
磁気的に結合した一次コイル（３１）及び二次コイル（３２）を有し、前記一次コイルに交流電力が供給された際に電磁誘導作用により前記二次コイルに発生する電力を前記点火プラグに供給する昇圧トランス（３０）と、
前記昇圧トランスの前記一次コイルに交流電力を供給する点火電源（４０）と、
前記点火プラグに供給される放電電圧及び放電電流の少なくとも一方を計測する計測部（６０）と、を備え、
前記点火電源は、
前記計測部の計測値に基づいて前記点火プラグの放電状態を判断する放電状態判断部（４２３）と、
前記昇圧トランスの前記一次コイルに供給される電流値を制御する電流制御部（４２０）と、を有し、
前記電流制御部は、
前記点火プラグの前記中心電極と前記接地電極との間に形成された放電経路が伸びすぎた状態である放電過伸長状態が発生したと前記放電状態判断部により判断された場合、前記昇圧トランスの前記一次コイルに供給される電流を低減する
点火装置。
前記放電状態判断部は、
前記点火プラグに放電が生じた後、前記点火プラグの放電電圧又は放電電流の包絡線の絶対値が所定の過伸長閾値以上になることに基づいて、前記放電過伸長状態が発生したと判断する
請求項１に記載の点火装置。
前記放電状態判断部は、
前記点火プラグに放電が生じた際にタイマ（４２４）の計時を開始するとともに、
前記点火プラグの放電経路に短絡が発生したと判断した場合に前記タイマの計時時間をリセットし、
前記タイマの計時時間が時間閾値を上回ることに基づいて、前記昇圧トランスの前記一次コイルに供給される電流値を低減する
請求項１又は２に記載の点火装置。
前記放電状態判断部は、
前記点火プラグに放電が生じた後、前記点火プラグの放電電圧又は放電電流の包絡線の絶対値の時間的な変化量が、負の値からなる短絡判定変化量を下回り、且つ前記包絡線の絶対値の時間的な変化量の負の方向への変化が終了した時点における前記包絡線の絶対値が最低放電維持電圧を超えていることに基づいて、前記点火プラグの放電経路の短絡が発生したと判断する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火装置。
前記放電状態判断部は、
前記点火プラグの放電電圧又は放電電流の包絡線の絶対値が伸長不足閾値以下である状態が所定の閾値時間を超えて継続することに基づいて、前記点火プラグの放電経路が短すぎる状態である放電伸長不足状態が発生したと判断し、
前記電流制御部は、
前記放電状態判断部により前記放電伸長不足状態が判断された場合、前記昇圧トランスの前記一次コイルに供給される電流値を増加させる
請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火装置。
前記電流制御部は、
前記点火電源から前記昇圧トランスの前記一次コイルに供給される交流電圧の大きさを定めるデューティ比、前記交流電圧の周波数、前記交流電圧の実効値、及び前記点火電源に印加される電源電圧の少なくとも１つを変化させることにより、前記昇圧トランスの前記一次コイルに供給される電流値を増減させる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の点火装置。