(57)【要約】【課題】高電圧の二次コイル側の二次電圧を検出せずに、一次コイル側の一次電圧を検出する場合でも、一次電圧に生じる二次コイル側の放電電流及び放電経路の抵抗成分の影響を低減し、火花放電状態を精度よく検出できる内燃機関の放電状態検出装置を提供する。【解決手段】検出された二次電流に基づいて、一次電圧検出部により検出された一次電圧から、点火コイルにおいて二次電流により生じた信号成分を低減する補正を行い、補正後の一次電圧を出力し、補正後の一次電圧に基づいて、火花放電状態を判定する内燃機関の放電状態検出装置。【選択図】図１
2020169584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を介して対向する第一電極と第二電極を有し、燃焼室内の可燃混合気を点火する点火プラグと、
直流電源から電力が供給される一次コイルと、前記一次コイルに磁気結合され、前記点火プラグに電力を供給する二次コイルとを有する点火コイルと、
前記直流電源から前記一次コイルへの通電をオン又はオフするドライバ回路と、
前記点火プラグの火花放電中に前記一次コイル側に発生する一次電圧を検出する一次電圧検出部と、
前記点火プラグの火花放電中に前記二次コイルに流れる二次電流を検出する二次電流検出部と、
前記二次電流検出部により検出された二次電流に基づいて、前記一次電圧検出部により検出された一次電圧から、前記点火コイルにおいて二次電流により生じた信号成分を低減する補正を行い、補正後の一次電圧を出力する一次電圧補正部と、
前記補正後の一次電圧に基づいて、火花放電状態を判定する放電状態判定部と、を備えた内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項２】
前記一次電圧補正部は、前記直流電源の電源電圧情報に基づいて、電源電圧の変動による一次電圧の変動を低減する補正を行う請求項１に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項３】
前記二次電流検出部は、二次電流の放電経路上に直列接続された抵抗であり、前記抵抗の端子電圧を出力する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項４】
前記抵抗の抵抗値は１００Ω以下である請求項３に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項５】
前記二次電流検出部は、過去の点火サイクルの一次電圧の発生期間に基づいて、現在の点火サイクル内の各時刻での二次電流を推定する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項６】
前記二次電流検出部は、内燃機関の運転状態と二次電流の特性データとの関係が予め設定された二次電流マップを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する前記二次電流の特性データを算出し、前記二次電流の特性データに基づいて、現在の点火サイクル内の各時刻での二次電流を推定する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項７】
前記二次電流検出部は、二次電流の放電経路上に配置されたカレントトランス又はホールセンサであり、前記カレントトランス又は前記ホールセンサの信号を出力する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項８】
前記一次電圧補正部は、内燃機関の運転状態に基づいて二次コイルの温度を推定し、前記二次コイルの温度に基づいて、前記二次コイルの巻線抵抗の変動による前記二次電流により生じた信号成分の変動を低減する補正を行う請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項９】
前記一次電圧補正部は、温度センサにより二次コイルの温度を検出し、前記二次コイルの温度に基づいて、前記二次コイルの巻線抵抗の変動による前記二次電流により生じた信号成分の変動を低減する補正を行う請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１０】
前記一次電圧補正部は、火花放電期間内の各時刻での一次コイルと二次コイルの結合係数を推定し、前記結合係数に基づいて、前記一次電圧検出部の出力信号を補正する請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１１】
前記一次電圧補正部は、差動増幅回路であり、前記一次電圧検出部の出力信号と前記二次電流検出部の出力信号との差分の増幅値を出力する請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１２】
前記二次電流検出部は、二次電流の放電経路上に直列接続された抵抗であり、前記抵抗の端子電圧を出力し、
前記一次電圧検出部は、前記ドライバ回路に並列接続された抵抗分圧器であり、前記一次電圧の分圧電圧を出力し、
前記二次電流検出部の前記抵抗の抵抗値は、前記一次電圧検出部の分圧比と二次電流の放電経路の抵抗値との合計値を、前記点火コイルの巻き数比で除算した値に設定されている請求項１１に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１３】
前記一次電圧検出部は、前記ドライバ回路に並列接続された抵抗分圧器であり、前記一次電圧の分圧電圧を出力する請求項１から１２のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１４】
前記抵抗分圧器は、一次コイルの端子側に接続された高圧側分圧抵抗とグランド側に接続された低圧側分圧抵抗とが直列接続され、前記高圧側分圧抵抗は、前記点火コイル及び前記ドライバ回路が配置された樹脂モールド内に配置され、前記低圧側分圧抵抗は、前記樹脂モールド外に配置される請求項１３に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１５】
前記放電状態判定部は、前記補正後の一次電圧信号が、閾値よりも大きい場合に、前記点火プラグの電極間の放電伸長が大きいと判定し、前記補正後の一次電圧信号が前記閾値よりも小さい場合に、前記点火プラグの電極間の放電伸長が小さいと判定する請求項１から１４のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１６】
前記放電状態判定部の火花放電状態の判定結果に基づいて、燃焼状態を制御する制御装置を更に備える請求項１から１５のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１７】
前記放電状態判定部の火花放電状態の判定結果に基づいて、一回の点火サイクルにおける点火回数を増加させる制御装置を更に備える請求項１から１６のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１８】
前記放電状態判定部の火花放電状態の判定結果に基づいて、前記点火プラグの放電異常を判定する制御装置を更に備える請求項１から１７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、内燃機関の放電状態検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
点火プラグの放電電極間で発生している火花放電は、気筒内流動よって放電が流されることで火花放電経路が円弧上に伸長する。この火花放電経路の放電伸長を検知し、適切に処理することで、燃焼室内の気体の流動速度及び燃焼状態等の情報、プラグくすぶり等の点火プラグ状態の情報を得られることは既に知られている。そして、火花放電経路の放電伸長、プラグ状態等の放電状態情報に基づいて、内燃機関の気筒内の状態を推定し、点火時期、燃料噴射量等を補正することで、内燃機関の燃焼状態を最適に維持することができる。
【０００３】
また、火花放電経路の放電伸長、プラグ状態等の放電状態情報は、点火プラグの電極間の火花放電電圧と相関性があることは既に知られている。この点火プラグの電極間の火花放電電圧を取得する最も直接的で誤差の少ない手法は、二次コイルの高電圧側で発生する電圧（以下、二次電圧と称す）を、電圧検出素子により直接プロービングすることである。
【０００４】
実際、特許文献１に開示されているように、二次コイルの高電圧側にツェナーダイオードと電流検出抵抗を配置することにより二次電圧を直接測定するものが提案されている。しかしながら、絶縁破壊時の数十ｋＶの高電圧に耐えられる小型の電圧検出素子の入手が困難であること、及び素子の信頼性の観点から、実際に二次電圧を直接測定することは容易でない。また、電圧検出素子のショート破壊が発生すると、二次コイルの発生電流がリークし、点火装置自体の点火機能の喪失につながるため、点火装置自体の信頼性が低下する。
【０００５】
そのため、点火装置の火花放電時に発生する電圧が比較的低い（数十Ｖから数百Ｖ程度）である一次コイル側に発生する電圧（以下、一次電圧と称す）を用いて、二次電圧を間接的に測定する手法が既に提案されている。例えば、特許文献２及び特許文献３に開示されているように、一次電圧に閾値を設定することでプラグ異常状態及び火花放電状態を検出するものが提案されており、特許文献４に開示されているように、一次電圧が発生している期間から火花放電の維持期間を測定し、点火プラグの電極のギャップ長を推定するものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３-１７７８８１号公報
【特許文献２】特開２０１６-６５４６２号公報
【特許文献３】特開２０１２−２０７６６９号公報
【特許文献４】特開２００１-２９５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明者が検討を行った結果、上記のように一次電圧情報を用いて間接的に二次電圧を測定する場合、二次電流の放電経路の抵抗成分と二次コイルに流れる電流（以下、二次電流と称す）に起因する二次コイル側の二次電流の影響が一次電圧に重畳し、その影響が無視できないことが分かった。
【０００８】
詳しくは、一次コイルに発生する一次電圧は、二次コイルの高電圧側の端子電圧に、二次電流と二次電流の放電経路の抵抗成分（例えば、二次コイルの巻線抵抗、放電経路の配線抵抗、点火プラグ内の抵抗の合計値）を乗算した電圧を、一次コイルと二次コイルとの巻き数で除算した電圧が一次電圧に重畳する。このため、二次電流が発生している火花放電期間では、一次電圧と二次電圧との電圧比の関係は、各時刻での二次電流値によって変動し、単純な一次コイルと二次コイルとの巻き数比の関係にならないため、一次電圧情報を測定するだけでは正確な火花放電状態の情報を得ることができない。
【０００９】
点火プラグの放電電極間での絶縁破壊電圧（数十ｋＶ）を検出する場合は、一次電圧における二次電流の影響の割合が、発生する一次電圧の数十分の一程度と小さいため影響を無視できる。しかし、数百から数ｋＶである点火プラグの放電電極間での火花放電電圧を検出する場合には、一次電圧における二次電流の影響の割合が大きくなり、影響を無視できなくなる。そのため、特許文献２及び特許文献３のように、単純に、検出した一次電圧に閾値を設定して火花放電状態及びプラグ異常状態を検出する場合は、上記の二次電流の影響により放電状態判定に誤差または誤判定が生じる可能性がある。この手法で、放電状態判定の誤判定を防ぐためには、二次電流の影響を受けないレベルにまで閾値を十分に高く設定しなければならないため、火花放電状態の検出精度を上げることができない。また、特許文献４のように二次電流の影響を受けない一次電圧発生時間の情報のみを用いることで、この問題を回避している例もあるが、これでは点火サイクル内でのリアルタイムな放電状態検出が困難である。
【００１０】
本願は上記のような課題に鑑み、高電圧の二次コイル側の二次電圧を検出せずに、一次コイル側の一次電圧を検出する場合でも、一次電圧に生じる、二次コイル側の放電電流及び放電経路の抵抗成分の影響を低減し、火花放電状態を精度よく検出できる内燃機関の放電状態検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願に係る内燃機関の放電状態検出装置は、
間隙を介して対向する第一電極と第二電極を有し、燃焼室内の可燃混合気を点火する点火プラグと、
直流電源から電力が供給される一次コイルと、前記一次コイルに磁気結合され、前記点火プラグに電力を供給する二次コイルとを有する点火コイルと、
前記直流電源から前記一次コイルへの通電をオン又はオフするドライバ回路と、
前記点火プラグの火花放電中に前記一次コイル側に発生する一次電圧を検出する一次電圧検出部と、
前記点火プラグの火花放電中に前記二次コイルに流れる二次電流を検出する二次電流検出部と、
前記二次電流検出部により検出された二次電流に基づいて、前記一次電圧検出部により検出された一次電圧から、前記点火コイルにおいて二次電流により生じた信号成分を低減する補正を行い、補正後の一次電圧を出力する一次電圧補正部と、
前記補正後の一次電圧に基づいて、火花放電状態を判定する放電状態判定部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願に係る内燃機関の放電状態検出装置によれば、二次電流を検出することで、二次電流による一次電圧の変動を検出できる。そして、検出した二次電流に基づいて、検出した一次電圧から、二次電流により生じた信号成分を低減でき、一次電圧により二次電圧の情報を精度よく検出できる。そして、高電圧の二次電圧を直接測定することなく、補正後の一次電圧に基づいて、火花放電状態を精度よく判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る内燃機関の放電状態検出装置の概略回路図である。
【図２】実施の形態１に係る内燃機関の放電状態検出装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】実施の形態２に係る内燃機関の放電状態検出装置のマルチ点火制御の処理を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態２に係る内燃機関の放電状態検出装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】実施の形態３に係る内燃機関の放電状態検出装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本願に係る内燃機関の放電状態検出装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
１．実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の放電状態検出装置１０（以下、放電状態検出装置１０と称す）の基本構成を示す電気回路図である。本実施の形態では放電状態検出の一例として火花放電伸長を検出する。
【００１６】
図１の回路図に示すように、放電状態検出装置１０は、点火プラグ１３、点火コイル１４、ドライバ回路１１、一次電圧検出部１５、二次電流検出部１６、一次電圧補正部１７、放電状態判定部２３、及び制御装置２４等を備えている。
【００１７】
単気筒の内燃機関について説明を行うが、複数気筒を備える内燃機関についても適用できる。その場合は、複数気筒のそれぞれに対応して、点火プラグ１３、点火コイル１４、ドライバ回路１１、一次電圧検出部１５、二次電流検出部１６、一次電圧補正部１７、及び放電状態判定部２３が複数設けられるが、制御装置２４は、複数気筒で共有され、一つ設けられる。
【００１８】
１−１．点火装置の基本構成
点火プラグ１３は、間隔を介して対向する第一電極１３ａと第二電極１３ｂを有し、燃焼室内の可燃混合気を点火する。点火プラグ１３の第一電極１３ａと第二電極１３ｂは、燃焼室内（気筒内）に配置される。第一電極１３ａは、二次コイルＬ２に接続され、第二電極１３ｂはグランドに接続される。
【００１９】
点火コイル１４は、直流電源１２から電力が供給される一次コイルＬ１と、一次コイルＬ１に磁気結合され、点火プラグ１３に電力を供給する二次コイルＬ２とを有している。二次コイルＬ２の巻き数Ｎ２は、一次コイルＬ１の巻き数Ｎ１よりも多く、所定の巻き数比ＲＮ１２となっている。一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とは共通の鉄心に巻装されており、昇圧トランスとなっている。
【００２０】
二次コイルＬ２の高電圧側端子は、点火プラグ１３の第一電極１３ａに接続され、二次コイルＬ２の低電圧側端子は、逆流防止用ダイオード２１を介してグランド側に接続される。逆流防止用ダイオード２１のアノードは、二次コイルＬ２側に接続され、カソードは、グランド側に接続される。逆流防止用ダイオード２１は、二次コイルＬ２からグランドに向かう電流を流す。点火プラグ１３の火花放電中に点火プラグ１３から二次コイルＬ２に流れた二次電流Ｉ２は、二次コイルＬ２から逆流防止用ダイオード２１を介して、グランド側に流れる。
【００２１】
一次コイルＬ１の高電圧側端子は、直流電源１２の正極端子に接続される。直流電源１２の負極端子はグランドに接続される。直流電源１２は、電源電圧を出力する。直流電源１２には、鉛蓄電池等が用いられ、１２Ｖ等の定格の電源電圧を出力する。
【００２２】
一次コイルＬ１の低電圧側端子は、ドライバ回路１１を介してグランドに接続される。本実施の形態では、ドライバ回路１１は、スイッチング素子ＳＷ１により構成されている。例えば、スイッチング素子ＳＷ１には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はトランジスタ等が用いられる。スイッチング素子ＳＷ１が制御装置２４の指令信号Ｓ１によりオンされると、直流電源１２から一次コイルＬ１に電力が供給され、スイッチング素子ＳＷ１が制御装置２４の指令信号Ｓ１によりオフされると、直流電源１２から一次コイルＬ１への電力供給が停止する。
【００２３】
制御装置２４は、二次コイルＬ２に高圧電圧を発生させ、点火プラグ１３の電極に火花放電を発生させるために、ドライバ回路１１をオンした後、オフする。制御装置２４は、一次コイルＬ１への通電期間と点火時期（点火クランク角度）を算出する。制御装置２４は、通電期間の間、ドライバ回路１１をオンして、一次コイルＬ１を通電させた後、点火時期で、ドライバ回路１１をオフして、一次コイルＬ１への通電を遮断させ、火花放電を生じさせる。火花放電は、点火プラグ１３の鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するまで継続する。
【００２４】
本実施の形態では、制御装置２４は、内燃機関を制御する内燃機関制御装置とされている。制御装置２４は、図６に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００２５】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、放電状態判定部２３、クランク角度センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、水温センサ、電源電圧センサ等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、ドライバ回路１１、インジェクタ、流動操作機構のアクチュエータ等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００２６】
そして、制御装置２４が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置２４の他のハードウェアと協働することにより実現される。
【００２７】
制御装置２４は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ及びドライバ回路１１等を駆動制御する。また、制御装置２４は、流動操作機構を駆動制御する。
【００２８】
１−２．一次電圧及び一次電流による放電状態の検出
１−２−１．放電状態の検出原理
上述したように、点火プラグ１３の放電火花は、燃焼室内の気体の流動により伸長する。気体の流動が大きい場合は、放電伸長が大きくなり、気体の流動が小さい場合は、放電伸長が小さくなる。放電伸長と点火プラグ１３の電極間の放電電圧とには、相関性がある。点火プラグ１３の電極間の放電電圧は、二次コイルＬ２の点火プラグ１３側の電圧（以下、二次電圧Ｖ２と称す）に表れる。そのため、二次電圧Ｖ２を直接検出できればよいが、絶縁破壊時の数十ｋＶの高電圧を検出できる、信頼性が高く、低コストの電圧検出素子を用意することは容易でない。そのため、本願では、火花放電時に発生する電圧が比較的低い、一次コイルＬ１に発生する電圧（以下、一次電圧Ｖ１と称す）を用いて、間接的に二次電圧Ｖ２の情報を検出する。
【００２９】
しかし、火花放電中に流れる二次電流Ｉ２により電圧降下ΔＶ２が生じ、この二次電流による電圧降下ΔＶ２分、二次コイルＬ２から一次コイルＬ１に伝達される一次電圧Ｖ１の大きさが増加する。二次電流による二次電圧の電圧降下ΔＶ２による、一次電圧の変動ΔＶ１は、次式で表せる。
【数１】
2020169584.tif 000003
【００３０】
式（１）の第一式に示すように、二次電流による二次電圧の電圧降下ΔＶ２は、二次電流の放電経路の抵抗値Ｒ２ｅ（例えば、二次コイルＬ２の巻線抵抗値、二次電流の放電経路の配線抵抗値、及び点火プラグ内の抵抗値）に、二次電流Ｉ２を乗算した値になる。式（１）の第二式に示すように、一次電圧の変動ΔＶ１に対する二次電圧の電圧降下ΔＶ２の比は、点火コイル１４の巻き数比ＲＮ１２になる。巻き数比ＲＮ１２は、一次コイルＬ１の巻き数Ｎ１に対する二次コイルＬ２の巻き数Ｎ２の比であり、１より大きくなる。そして、式（１）の第一式及び第二式から、式（１）の第三式に示すように、二次電流による一次電圧の変動ΔＶ１は、二次電流の放電経路の抵抗値Ｒ２ｅに二次電流Ｉ２を乗算した値を、点火コイルの巻き数比ＲＮ１２で除算した値になる。よって、二次電流による一次電圧の変動ΔＶ１は、二次電流Ｉ２に比例した値になるので、二次電流Ｉ２を検出できれば、一次電圧の変動ΔＶ１を検出できる。
【００３１】
そして、次式に示すように、火花放電中に一次コイルＬ１に発生する一次電圧Ｖ１から、二次電流Ｉ２による一次電圧の変動ΔＶ１を減算することにより、一次電圧Ｖ１から、二次電流Ｉ２による電圧降下の影響を低減した、補正後の一次電圧Ｖ１＿ａｄｊを算出できる。この補正後の一次電圧Ｖ１＿ａｄｊが、二次電圧Ｖ２に比例する値になり、補正後の一次電圧Ｖ１＿ａｄｊが大きくなると、放電伸長が大きいと判定できる。
【数２】
2020169584.tif 000004
【００３２】
１−２−２．放電状態を検出する具体的構成
そこで、本実施の形態では、放電状態検出装置１０は、一次電圧検出部１５、二次電流検出部１６、一次電圧補正部１７、及び放電状態判定部２３を備えている。
【００３３】
＜一次電圧検出部１５＞
一次電圧検出部１５は、点火プラグ１３の火花放電中に一次コイルＬ１側に発生する一次電圧Ｖ１を検出する。本実施の形態では、一次電圧検出部１５は、ドライバ回路１１に並列接続された抵抗分圧器であり、一次電圧Ｖ１の分圧電圧ＳＶ１を出力する。火花放電中は、ドライバ回路１１（スイッチング素子）がオフになり、一次コイルＬ１は、一次電圧検出部１５を介してグランドに接続されるので、一次電圧検出部１５により一次コイルＬ１に発生した一次電圧Ｖ１を検出できる。
【００３４】
一次電圧検出部１５は、直列接続された高電圧側分圧抵抗１８及び低電圧側分圧抵抗１９を備えている。高電圧側分圧抵抗１８と低電圧側分圧抵抗１９との接続点の電圧ＳＶ１が出力される。高電圧側分圧抵抗１８の高電圧側端子は、一次コイルＬ１とドライバ回路１１との接続点（一次コイルＬ１の低電圧側端子）に接続され、低電圧側分圧抵抗１９の低電圧側端子は、グランドに接続される。よって、一次電圧検出部１５の出力電圧ＳＶ１は、次式に示すように、一次電圧Ｖ１（一次コイルＬ１の低電圧側端子電圧）に、分圧比ＲＲ１を乗算した電圧になる。ここで、分圧比ＲＲ１は、高電圧側分圧抵抗１８の抵抗値Ｒ１８及び低電圧側分圧抵抗１９の抵抗値Ｒ１９の合計値に対する低電圧側分圧抵抗１９の抵抗値Ｒ１９の比である。
【数３】
2020169584.tif 000005
【００３５】
＜二次電流検出部１６＞
二次電流検出部１６は、点火プラグ１３の火花放電中に二次コイルＬ２に流れる二次電流Ｉ２を検出する。本実施の形態では、二次電流検出部１６は、二次電流Ｉ２の放電経路上に直列接続された抵抗２０（以下、二次電流検出抵抗２０と称す）であり、二次電流検出抵抗２０の高電圧側端子の電圧ＳＩ２を出力する。
【００３６】
本実施の形態では、二次電流検出抵抗２０の低電圧側端子は、グランドに接続され、二次電流検出抵抗２０の高電圧側端子は、逆流防止用ダイオード２１のカソードに接続されている。二次電流Ｉ２が流れると、二次電流検出抵抗２０で電圧降下が生じるので、二次電流検出抵抗２０の高電圧側端子の電圧ＳＩ２により、二次電流検出抵抗２０の降下電圧を検出できる。二次電流Ｉ２は、次式に示すように、二次電流検出抵抗２０の高電圧側端子の電圧ＳＩ２を二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０で除算した値になる。
【数４】
2020169584.tif 000006
【００３７】
＜一次電圧補正部１７＞
一次電圧補正部１７は、二次電流検出部１６により検出された二次電流に基づいて、一次電圧検出部１５により検出された一次電圧から、点火コイル１４において二次電流により生じた信号成分を低減する補正を行い、補正後の一次電圧を出力する。
【００３８】
本実施の形態では、一次電圧補正部１７は、二次電流検出部１６の出力信号ＳＩ２に基づいて、一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１から、点火コイル１４において二次電流により生じた信号成分を低減する補正を行い、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１を出力する。
【００３９】
この構成によれば、式（１）及び式（２）を用いて上述したように、二次電流Ｉ２に応じた信号となる二次電流検出部１６の出力信号ＳＩ２に基づいて、二次電流Ｉ２による一次電圧の変動ΔＶ１を検出できる。そして、二次電流検出部１６の出力信号ＳＩ２に基づいて、火花放電中に一次コイルＬ１に発生する一次電圧Ｖ１に応じた信号となる一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１から、二次電流により生じた信号成分を低減できる。
【００４０】
＜一次電圧補正回路を差動増幅回路で構成する場合＞
本実施の形態では、一次電圧補正部１７は、差動増幅回路であり、二次電流検出部１６の出力信号ＳＩ２と一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１との差分電圧を増幅した電圧を、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１として出力する。以下では、増幅率が１であるものとして説明する。
【００４１】
本実施の形態では、２つの信号ＳＶ１、ＳＩ２の差分を求めることにより、二次電流により生じた信号成分を低減できるように、各検出部１５、１６の抵抗値が調整されている。以下で、抵抗値の設定について説明する。
【００４２】
式（１）の第三式、式（３）の第一式、及び式（４）を、式（２）に代入すると次式を得る。
【数５】
2020169584.tif 000007
【００４３】
式（５）の両辺に、一次電圧検出部１５の分圧比ＲＲ１を乗算し、分圧比ＲＲ１と補正後の一次電圧Ｖ１＿ａｄｊとの乗算値を、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１とすると次式を得る。
【数６】
2020169584.tif 000008
【００４４】
次式の第一式に示すように、式（６）の最右辺の出力信号ＳＩ２の係数が１になれば、２つの信号ＳＶ１、ＳＩ２の差分を求めることにより、二次電流により生じた信号成分を低減できる。そのためには、次式の第一式を、二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０について整理した第二式に示すように、二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０を設定すればよい。すなわち、二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０は、一次電圧検出部の分圧比ＲＲ１と二次電流放電経路の抵抗値Ｒ２ｅとの合計値を、点火コイルの巻き数比ＲＮ１２で除算した値に設定されている。
【数７】
2020169584.tif 000009
【００４５】
例えば、一次電圧検出部の分圧比ＲＲ１が、１／２０であり、二次電流放電経路の抵抗値Ｒ２ｅが５ｋΩであり、点火コイルの巻き数比ＲＮ１２が１００であるとすると、二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０は、２．５Ωとなる。二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０が大きいと点火エネルギロスが大きくなるため、１００Ω以下に設定することが望ましい。
【００４６】
＜放電状態判定部２３＞
放電状態判定部２３は、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１に基づいて、火花放電状態を判定する。上述したように、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、二次電圧Ｖ２に比例する値になり、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が大きくなると、放電伸長が大きいと判定できる。
【００４７】
本実施の形態では、放電状態判定部２３は、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きい場合に、点火プラグ１３の電極間の放電伸長が大きいと判定し、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも小さい場合に、点火プラグ１３の電極間の放電伸長が小さいと判定する。
【００４８】
放電状態判定部２３は、コンパレータ回路により構成されている。放電状態判定部２３は、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆとしての基準電圧と、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１とを比較し、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が基準電圧を上回った場合は、Ｈｉレベルの信号（例えば、５Ｖ）を出力し、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が基準電圧を下回った場合は、Ｌｏｗレベルの信号（例えば、０Ｖ）を出力する。
【００４９】
＜制御装置２４＞
制御装置２４は、放電状態判定部２３の火花放電状態の判定結果に基づいて、燃焼状態を制御する。例えば、制御装置２４は、火花放電状態の判定結果に基づいて、筒内流動を操作可能な流動操作機構を制御する。
【００５０】
流動操作機構は、例えば、吸気バルブ及び排気バルブの一方又は双方の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構等とされる。流動操作機構は、これ以外にも、筒内流動を操作可能な機構であれば、どのような機構であってもよく、例えば、筒内にスワール流動又はタンブル流動を生じさせる吸気ポートバルブ等であってもよい。
【００５１】
制御装置２４は、今回又は過去の点火サイクルにおいて、放電伸長が小さいと判定しており、放電伸長が大きいと判定していない場合は、筒内流動を強める側に流動操作機構を操作する。例えば、制御装置２４は、吸気及び排気バルブの開閉位相角を、筒内流動を強める側に変化させる。一方、制御装置２４は、今回又は過去の点火サイクルにおいて、放電伸長が大きいと判定している期間が、閾値よりも長い場合は、筒内流動を弱める側に流動操作機構を操作する。
【００５２】
或いは、制御装置２４は、火花放電状態の判定結果に基づいて、燃料噴射量を調整する。例えば、制御装置２４は、今回又は過去の点火サイクルにおいて、放電伸長が小さいと判定しており、放電伸長が大きいと判定していない場合は、燃料噴射量を増加させる。
【００５３】
１−２−３．制御挙動
次に、図２に示すタイムチャートを用いて制御挙動を説明する。図２の時刻ｔ１１において、制御装置２４は、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１を、ＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替え、一次コイルＬ１に通電し、一次電流Ｉ１を流す。その後、制御装置２４は、通電期間が経過した時刻ｔ１２において、指令信号Ｓ１を、ＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えて、一次コイルＬ１の通電を遮断すると、点火プラグ１３の第一電極１３ａに負の点火用高電圧が印加されて、その電位が急峻に低下し、点火プラグ１３の第一電極１３ａと第二電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００５４】
時刻ｔ１２で、火花放電が開始すると、二次電流Ｉ２がステップ的に増加した後、鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するに従って、次第に減少していき、時刻ｔ１６で、二次電流Ｉ２がゼロになり、火花放電が終了する。この二次電流Ｉ２に比例して、二次電流検出抵抗２０の出力電圧ＳＩ２が変化している。
【００５５】
ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１がＬｏｗレベルであり、ドライバ回路１１がオフになっている期間は、一次電圧検出部１５により一次電圧の分圧電圧ＳＶ１を検出できる。火花放電中は、一次電圧Ｖ１に二次電圧Ｖ２の正負が反転して表れる。二次電流Ｉ２により放電経路に電圧降下ΔＶ２が生じ、この二次電流による電圧降下ΔＶ２分、二次コイルＬ２から一次コイルＬ１に伝達される一次電圧Ｖ１が増加し、それに応じて、一次電圧の分圧電圧ＳＶ１も増加している。
【００５６】
そのため、本実施の形態と異なり、一次電圧の分圧電圧ＳＶ１をそのまま用いて、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆと比較し、放電状態を判定すると、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３において、二次電流Ｉ２の影響により、一次電圧の分圧電圧ＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆを上回り、誤判定が生じる。
【００５７】
二次電流検出抵抗２０の出力電圧ＳＩ２は、二次電流Ｉ２による一次電圧の変動ΔＶ１の分圧電圧に相当している。そして、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１は、一次電圧の分圧電圧ＳＶ１から、二次電流検出抵抗２０の出力電圧ＳＩ２を減算することにより算出されているので、二次電流Ｉ２による一次電圧の変動の影響が低減されている。よって、時刻ｔ１２から時刻ｔ１６までの火花放電中の補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１は、二次電圧Ｖ２の正負反転値に比例しており、一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１により、放電伸長を精度良く判定できる。
【００５８】
よって、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６において、放電伸長の増加とともに二次電圧Ｖ２の大きさ及び補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が増加し、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆを上回った場合に、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＨｉレベルになり、放電伸長が大きいと精度良く判定できている。
【００５９】
時刻ｔ１６において、鉄心内の磁束エネルギが無くなり、火花放電が終了する。同時に、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆを下回り、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替わっている。
【００６０】
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る放電状態検出装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る放電状態検出装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。しかし、本実施の形態では、制御装置２４が、放電状態判定部２３の火花放電状態の判定結果に基づいて、マルチ点火制御を行う点が、実施の形態１と異なる。
【００６１】
制御装置２４は、放電状態判定部２３の火花放電状態の判定結果に基づいて、一回の点火サイクルにおける点火回数を増加させる。本実施の形態では、制御装置２４は、ドライバ回路１１をオンした後オフする一回目の点火を行い、一回目の点火におけるドライバ回路１１のオフ後、予め設定された判定期間が経過するまでに、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きくならない場合は、再び、ドライバ回路１１をオンした後オフする二回目の点火を行い、一回目の点火におけるドライバ回路１１のオフ後、判定期間が経過するまでに、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きくなった場合は、二回目の点火を行わない。
【００６２】
この構成によれば、一回目の点火後、判定期間の間、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きくならない場合は、放電伸長が小さく、燃焼が遅い点火サイクルであると推定し、二回目の点火を行い、点火エネルギの増加により燃焼を促進させることができる。一方、一回目の点火後、判定期間の間、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きくなる場合は、放電伸長が大きく、燃焼が早い点火サイクルであると推定し、二回目の点火を行わず、点火プラグの電極消耗を抑制できる。
【００６３】
なお、制御装置２４は、二回目の点火におけるドライバ回路１１のオフ後、予め設定された二回目の判定期間が経過するまでに、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きくならない場合は、再び、ドライバ回路１１をオンした後オフする三回目の点火を行い、二回目の点火におけるドライバ回路１１のオフ後、二回目の判定期間が経過するまでに、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きくなった場合は、三回目の点火を行わないように構成されてもよい。同様に、四回目以降の点火が行われてもよい。
【００６４】
＜フローチャート＞
次に、図３に示すフローチャートに沿って、制御装置２４で実行されるマルチ点火制御の処理について説明する。まず、ステップＳＴ１００において、制御装置２４は、クランク角度センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、水温センサ等の出力信号を読み込み、回転速度、充填効率、及び水温等の内燃機関の運転状態を検出する。
【００６５】
そして、ステップＳＴ１０１において、制御装置２４は、検出した運転状態に基づいて、一回目の通電期間及び点火時期、判定期間、及び二回目の通電期間等を設定する。
【００６６】
次に、ステップＳＴ１０２において、制御装置２４は、一回目の通電期間及び点火時期、及びクランク角度に基づいて、ドライバ回路１１の一回目のオン時期を決定する。そして、ステップＳＴ１０３において、制御装置２４は、一回目のオン時期に到達したか否かを判定する。そして、制御装置２４は、一回目のオン時期に到達したと判定した場合（ステップＳＴ１０３：Ｙｅｓ）は、ステップＳＴ１０４に進み、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１をオンする（ＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替える）。
【００６７】
そして、ステップＳＴ１０５において、制御装置２４は、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１をオンした後、一回目の通電期間が経過したか否かを判定する。そして、制御装置２４は、一回目の通電期間が経過したと判定した場合（ステップＳＴ１０５：Ｙｅｓ）は、ステップＳＴ１０６に進み、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１をオフする（ＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替える）。オフにより一回目の火花放電が開始する。
【００６８】
ステップＳＴ１０７において、制御装置２４は、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２の読み込みを開始する。その後、出力信号Ｓ２は継続して読み込まれる。ステップＳＴ１０８において、制御装置２４は、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＨｉレベルか否か（補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きいか否か）を判定する。
【００６９】
制御装置２４は、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＨｉレベルであると判定した場合（ステップＳＴ１０８：Ｙｅｓ）は、放電伸長が大きく、筒内流動が大きいので、燃焼状態が良好であり、二回目の点火が不用であると判定し、二回目の点火を行わず、今回の点火サイクルの処理を終了する。
【００７０】
一方、制御装置２４は、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＨｉレベルでないと判定した場合（ステップＳＴ１０８：Ｎｏ）は、ステップＳＴ１０９に進み、ステップＳＴ１０６で一回目の点火において指令信号Ｓ１をオフした後、判定期間が経過したか否かを判定する。制御装置２４は、判定期間が経過していないと判定した場合（ステップＳＴ１０９：Ｎｏ）は、ステップＳＴ１０７に戻り、ステップＳＴ１０８の判定を再び実行する。
【００７１】
制御装置２４は、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＬｏレベルのままで、指令信号Ｓ１をオフした後、判定期間が経過したと判定した場合（ステップＳＴ１０９：Ｙｅｓ）は、ステップＳＴ１１０に進み、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１をオンし（ＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替える）、二回目の点火を開始する。これは、放電伸長が小さく、筒内流動が小さいので、二回目の点火を行い、燃焼を促進する。ステップＳＴ１１１において、制御装置２４は、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１をオンした後、二回目の通電期間が経過したか否かを判定する。そして、制御装置２４は、二回目の通電期間が経過したと判定した場合（ステップＳＴ１１１：Ｙｅｓ）は、ステップＳＴ１１２に進み、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１をオフする（ＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替える）。オフにより二回目の火花放電が開始する。そして、今回の点火サイクルの処理を終了する。
【００７２】
＜制御挙動＞
次に、図４に示すタイムチャートを用いて制御挙動を説明する。図４の時刻ｔ３１において、制御装置２４は、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１を、ＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替え、一次コイルＬ１に通電し、一次電流Ｉ１を流す。その後、制御装置２４は、通電期間が経過した時刻ｔ３２において、指令信号Ｓ１を、ＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えて、一次コイルＬ１の通電を遮断すると、点火プラグ１３の第一電極１３ａに負の点火用高電圧が印加されて、その電位が急峻に低下し、点火プラグ１３の第一電極１３ａと第二電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００７３】
時刻ｔ３２で、火花放電が開始すると、二次電流Ｉ２がステップ的に増加した後、鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するに従って、次第に減少していく。この二次電流Ｉ２に比例して、二次電流検出抵抗２０の出力電圧ＳＩ２が変化している。
【００７４】
実施の形態１で説明したように、二次電流Ｉ２により放電経路に電圧降下ΔＶ２が生じ、この二次電流による電圧降下ΔＶ２分、二次コイルＬ２から一次コイルＬ１に伝達される一次電圧Ｖ１が増加し、それに応じて、一次電圧の分圧電圧ＳＶ１も増加している。
【００７５】
それに対して、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１は、一次電圧の分圧電圧ＳＶ１から、二次電流検出抵抗２０の出力電圧ＳＩ２を減算することにより、算出されているので、二次電流Ｉ２による一次電圧の変動の影響が低減されている。よって、時刻ｔ３２から時刻ｔ３３までの火花放電中の補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１は、二次電圧Ｖ２の正負反転値に比例している。
【００７６】
よって、時刻ｔ３２から時刻ｔ３３までの判定期間において、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１は、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆを下回っており、放電伸長が小さいと精度良く判定できている。時刻ｔ３３で、判定期間が経過するまで、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも大きくならなかったので、制御装置２４は、二回目の点火を行うと判定する。放電伸長が小さく、筒内流動が小さいので、二回目の点火を行い、燃焼を促進する。
【００７７】
そして、時刻ｔ３３において、制御装置２４は、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１を、ＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替え、一次コイルＬ１に通電し、一次電流Ｉ１を流す。一次コイルＬ１に一次電流Ｉ１が流れると、火花放電が停止し、再び鉄心に磁束エネルギが蓄えられる。
【００７８】
その後、制御装置２４は、二回目の通電期間が経過した時刻ｔ３４において、指令信号Ｓ１を、ＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えて、一次コイルＬ１の通電を遮断すると、点火プラグ１３の第一電極１３ａに負の点火用高電圧が印加されて、その電位が急峻に低下し、点火プラグ１３の第一電極１３ａと第二電極１３ｂとの間に２回目の火花放電が発生する。
【００７９】
そして、時刻ｔ３５において、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆに到達し、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替わっている。
【００８０】
時刻ｔ３６において、鉄心内の磁束エネルギが無くなり、火花放電が終了する。同時に、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆを下回り、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替わっている。
【００８１】
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る放電状態検出装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る放電状態検出装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。しかし、本実施の形態では、制御装置２４は、放電状態判定部２３の火花放電状態の判定結果に基づいて、点火プラグ１３の放電異常を判定する点が、実施の形態１と異なる。
【００８２】
内燃機関では点火プラグの焼けすぎに起因する過度な電極溶融、狭ギャッププラグ電極での発汗現象による電極ショート、及びコイル故障等により放電電圧の異常低下が発生する場合がある。
【００８３】
本実施の形態では、放電状態判定部２３は、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、放電異常判定用の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆ２よりも大きい場合に、点火プラグ１３の放電が正常であると判定し、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が放電異常判定用の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆ２よりも小さい場合に、点火プラグ１３の放電が異常であると判定する。本実施の形態に係る放電異常判定用の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆ２は、放電伸長の大小を判定するための実施の形態１、２の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆよりも小さい値に設定されている。
【００８４】
制御装置２４は、一回の点火サイクルにおいて、放電状態判定部２３により補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、放電異常判定用の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆ２よりも大きくなったと判定されない場合は、点火プラグ１３において放電異常が生じたと判定し、放電状態判定部２３により補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が、放電異常判定用の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆ２よりも大きくなった判定された場合は、点火プラグ１３において放電異常が生じていないと判定する。
【００８５】
次に、図５に示すタイムチャートを用いて制御挙動を説明する。図５の時刻ｔ４１において、制御装置２４は、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１を、ＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替え、一次コイルＬ１に通電し、一次電流Ｉ１を流す。その後、制御装置２４は、通電期間が経過した時刻ｔ４２において、指令信号Ｓ１を、ＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えて、一次コイルＬ１の通電を遮断すると、点火プラグ１３の第一電極１３ａに負の点火用高電圧が印加されるが、点火プラグ１３の電極間がショートしている場合は、電極間で火花放電が形成されない。そのため、点火用高電圧は、点火プラグ電極間ではなく、二次コイルＬ２の巻線抵抗で消費される。そのため、時刻ｔ４２から時刻ｔ４４の間で、点火プラグ１３の電極間の放電電圧が生じず、二次電圧Ｖ２があまり生じていないが、二次電流Ｉ２はステップ的に増加した後、鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するに従って、次第に減少していく。
【００８６】
一次電圧の分圧電圧ＳＶ１には、二次電流Ｉ２の影響が大きく表れているが、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１には、二次電流Ｉ２の影響が低減され、あまり生じていない二次電圧Ｖ２に応じた値になっている。そのため、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１は、放電異常判定用の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆ２を上回らない。
【００８７】
制御装置２４は、ドライバ回路１１への指令信号Ｓ１をＬｏｗレベルに切り替えてから、予め設定された放電判定期間経過するまで（時刻ｔ４２から時刻ｔ４３まで）、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１が放電異常判定用の一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆ２を上回らず、放電状態判定部２３の出力信号Ｓ２がＨｉレベルになっていないので、放電異常が発生したと判定する。
【００８８】
制御装置２４は、放電異常が発生したと判定すると、燃料噴射を停止する等の異常時の制御を実行する。これにより、未燃焼ガスによる触媒の損傷を防止できる。
【００８９】
４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る放電状態検出装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る放電状態検出装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。しかし、本実施の形態では、一次電圧補正部１７及び放電状態判定部２３が、制御装置２４内に組み込まれており、それに伴って、一次電圧補正部１７において、より高度な補正処理が行われる点が、実施の形態１と異なる。
【００９０】
本実施の形態では、一次電圧補正部１７及び放電状態判定部２３の機能は、制御装置２４の演算処理装置９０の処理等により実現される。一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１、二次電流検出部１６の出力信号ＳＩ２は、制御装置２４の入力回路９２に入力される。
【００９１】
＜電源電圧の変動補正＞
一次コイルＬ１には、直流電源１２が接続されており、放電期間中の一次電圧Ｖ１には、二次コイルＬ２側から伝達された電圧に加えて、電源電圧Ｖｄｃがオフセット的に加算されている。よって、電源電圧が変動すると、一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１が変動する。特に、スタータ動作時のように電源電圧Ｖｄｃが大きく変動する場合は、出力信号ＳＶ１の変動が大きくなる。例えば、電源電圧Ｖｄｃが６Ｖ低下すると、一次電圧検出部１５の分圧比が１／２０である場合は、出力信号ＳＶ１は０．３Ｖ低下し、点火コイルの巻き数比が１００である場合は、６００Ｖ相当の二次電圧Ｖ２の検出誤差となる。
【００９２】
そこで、一次電圧補正部１７は、直流電源１２の電源電圧情報に基づいて、電源電圧Ｖｄｃの変動による一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１の変動を低減する補正を行う。なお、制御装置２４には、直流電源１２の電源電圧Ｖｄｃを検出する電源電圧センサの出力信号が入力されており、電源電圧Ｖｄｃを検出する。
【００９３】
本実施の形態では、次式に示すように、一次電圧補正部１７は、予め設定された基準電源電圧Ｖｄｃ０（例えば、１２Ｖ）からの電源電圧Ｖｄｃの変動量ΔＶｄｃを算出し、電源電圧の変動量ΔＶｄｃに一次電圧検出部１５の分圧比ＲＲ１を乗算した値を、一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１に加算して、補正後の出力信号ＳＶ１ｃを算出する。
【数８】
2020169584.tif 000010
【００９４】
＜二次コイルの巻線抵抗の温度変動補正＞
二次コイルＬ２の巻線抵抗は温度特性が大きいため、コイルの温度が変動すると巻線抵抗の抵抗値が大きく変動する。例えば、コイルの温度が１００℃上昇すると巻線抵抗は１．４倍程度になる。そのため、コイルの温度に応じて、二次電流の放電経路の抵抗値Ｒ２ｅが変動し、式（１）に示したように、二次電流による一次電圧の変動ΔＶ１が変動する。そして、式（６）及び式（７）からわかるように、一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１から、二次電流Ｉ２により生じた信号成分を低減するためには、二次電流の放電経路の抵抗値Ｒ２ｅの変動に応じて、二次電流検出抵抗２０の出力電圧ＳＩ２を補正する必要がある。
【００９５】
そこで、一次電圧補正部１７は、内燃機関の運転状態に基づいて二次コイルの温度を推定する。例えば、一次電圧補正部１７は、回転速度及び充填効率等の運転状態と二次コイルの温度との関係が予め設定されたコイル温度マップを参照し、現在の運転状態に対応する二次コイルの温度を算出する。或いは、一次電圧補正部１７は、点火コイル１４に設けられた温度センサの出力信号に基づいて二次コイルの温度を検出する。
【００９６】
そして、一次電圧補正部１７は、二次コイルの温度に基づいて、二次コイルの巻線抵抗の変動による二次電流により生じた信号成分の変動を低減する補正を行う。本実施の形態では、一次電圧補正部１７は、二次コイルの温度と温度補正係数Ｋｔｃとの関係が予め設定された補正係数設定マップを参照し、現在の二次コイルの温度に対応する温度補正係数Ｋｔｃを算出し、次式に示すように、二次電流検出抵抗２０の出力電圧ＳＩ２に温度補正係数Ｋｔｃを乗算して、補正後の出力電圧ＳＩ２ｃを算出する。ここで、温度補正係数Ｋｔｃは、基準コイル温度における二次電流の放電経路の抵抗値Ｒ２ｅ０に対する現在の二次コイルの温度における二次電流の放電経路の抵抗値Ｒ２ｅの比となる。
【数９】
2020169584.tif 000011
【００９７】
＜点火コイル１４の結合係数の変動補正＞
式（１）の第二式では、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との結合係数が１であるものとして説明したが、結合係数が１から変動する場合があり、結合係数の変動に応じて、一次電圧検出部１５の出力電圧ＳＶ１が変動する。
【００９８】
そこで、一次電圧補正部１７は、火花放電期間内の各時刻での一次コイルと二次コイルの結合係数Ｋを推定し、結合係数Ｋに基づいて、一次電圧検出部の出力信号ＳＶ１を補正する。本実施の形態では、一次電圧補正部１７は、二次電流と結合係数との関係が予め設定された結合係数マップを参照し、現在の二次電流の検出値に対応する結合係数Ｋを算出する。例えば、一次電圧補正部１７は、次式に示すように、一次電圧検出部の出力信号ＳＶ１を結合係数Ｋで除算して、補正後の出力信号ＳＶ１ｃを算出する。なお、式（８）の補正と、式（１０）の補正の一方又は双方が同時に行われてもよい。
【数１０】
2020169584.tif 000012
【００９９】
そして、一次電圧補正部１７は、次式に示すように、補正後の出力信号ＳＶ１ｃから補正後の出力電圧ＳＩ２ｃを減算して、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１を算出する。
【数１１】
2020169584.tif 000013
【０１００】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【０１０１】
（１）上記の各実施の形態においては、二次電流検出部１６は、放電経路上に直列接続された二次電流検出抵抗２０であり、二次電流検出抵抗２０の高電圧側端子の電圧ＳＩ２を出力する場合を例として説明した。しかし、二次電流検出部１６は、過去の点火サイクルの一次電圧の発生期間に基づいて現在の点火サイクル内の各時刻での二次電流を推定するように構成されてもよい。二次電流検出部１６は、制御装置２４内に組み込まれる。一次電圧の発生期間は、一次電圧検出部の出力信号ＳＶ１（又は補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１）が、電源電圧に対応する値よりも高くなっている期間から判定できる。一次電圧の発生期間は、火花放電期間に対応し、二次電流は、火花放電期間の間、ステップ的に増加した後、ほぼ一定の傾きで、ゼロまで次第に減少する。そこで、二次電流検出部１６は、過去の点火サイクルの一次電圧の発生期間の統計処理値（例えば、平均処理値）を算出し、一次電圧の発生期間の統計値に基づいて、二次電流の初期値及び傾きを算出し、今回の点火サイクルにおいて、ドライバ回路１１をオフにした時点で、二次電流を、算出した初期値までステップ的に増加させた後、算出した傾きで０まで次第に減少させる。一次電圧補正部１７は、式（１）の第三式を用い、二次電流に基づいて、二次電流による一次電圧の変動ΔＶ１を算出し、一次電圧の検出値を補正する。
【０１０２】
或いは、二次電流検出部１６は、内燃機関の運転状態と二次電流の特性データとの関係が予め設定された二次電流マップを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する二次電流の特性データを算出し、二次電流の特性データに基づいて、点火サイクル内の各時刻での二次電流を推定するように構成されてもよい。内燃機関の運転状態は、回転速度及び充填効率等とされる。二次電流の特性データは、初期値及び傾き等とされる。二次電流検出部１６は、ドライバ回路１１をオフにした時点で、二次電流を、算出した初期値までステップ的に増加させた後、算出した傾きで０まで次第に減少させる。一次電圧補正部１７は、式（１）の第三式を用い、二次電流に基づいて、二次電流による一次電圧の変動ΔＶ１を算出し、一次電圧の検出値を補正する。
【０１０３】
或いは、二次電流検出部１６は、電流を検出できる各種の回路が用いられもよい。例えば、二次電流検出部１６は、二次電流の放電経路上に配置されたカレントトランス又はホールセンサであり、カレントトランス又はホールセンサの信号を出力するように構成されてもよい。
【０１０４】
（２）上記の各実施の形態においては、一次電圧検出部１５は、ドライバ回路１１に並列接続された抵抗分圧器であり、一次電圧Ｖ１の分圧電圧ＳＶ１を出力する場合を例として説明した。しかし、一次電圧検出部１５には、電圧を検出できる各種の回路が用いられてもよい。例えば、オペアンプを用いたボルテージフォロワ回路が用いられもよい。
【０１０５】
（３）上記の実施の形態１から３においては、一次電圧補正部１７は、差動増幅回路により構成されている場合を例として説明した。しかし、一次電圧補正部１７は、オペアンプ、ＩＣ等の回路により構成されてよい。
【０１０６】
（４）上記の実施の形態１から３においては、放電状態判定部２３は、コンパレータ回路により構成されている場合を例として説明した。しかし、放電状態判定部２３は、実施の形態４のように、ＣＰＵ等の演算処理装置により構成され、より複雑な処理を行うように構成されてもよい。例えば、放電状態判定部２３は、一次電圧閾値Ｖ１ｒｅｆを内燃機関の運転状態に応じて可変にしてもよく、補正後の一次電圧信号ＡＤＪＳＶ１の微分値を算出し、微分値に基づいて、火花放電状態を推定するようにしてもよい。
【０１０７】
（５）上記の各実施の形態においては、二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０が、式（６）の第二式のように設定されている場合を例として説明した。しかし、二次電流検出抵抗の抵抗値Ｒ２０は、これ以外の値に設定されてもよく、その場合は、一次電圧補正部１７において、二次電流検出部１６の出力信号ＳＩ２及び一次電圧検出部１５の出力信号ＳＶ１の一方又は双方に対して、両者のスケールを合わせるゲインの増幅回路又は乗算処理が行われる。
【０１０８】
（６）上記の実施の形態４においては、一次電圧補正部１７及び放電状態判定部２３が、制御装置２４内に組み込まれている場合を例として説明した。しかし、一次電圧補正部１７及び放電状態判定部２３は、ドライバ回路１１を構成するスイッチングＩＣに内蔵され、スイッチングＩＣに演算機能を持たせてもよい。
【０１０９】
（７）一次電圧検出部１５の高電圧側分圧抵抗１８は、点火コイル１４及びドライバ回路１１が配置された樹脂モールド内に配置され、低電圧側分圧抵抗１９は、樹脂モールド外に配置されてもよい。
【０１１０】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１１１】
１０  放電状態検出装置、１１  ドライバ回路、１２  直流電源、１３  点火プラグ、１３ａ  第一電極、１３ｂ  第二電極、１４  点火コイル、１５  一次電圧検出部、１６  二次電流検出部、１７  一次電圧補正部、１８  高電圧側分圧抵抗、１９  低電圧側分圧抵抗、２０  二次電流検出抵抗、２３  放電状態判定部、２４  制御装置、ＡＤＪＳＶ１  補正後の一次電圧信号、Ｉ１  一次電流、Ｉ２  二次電流、Ｋ  結合係数、Ｌ１  一次コイル、Ｌ２  二次コイル、Ｒ１８  高電圧側分圧抵抗の抵抗値、Ｒ１９  低電圧側分圧抵抗の抵抗値、Ｒ２０  二次電流検出抵抗の抵抗値、Ｒ２ｅ  二次電流の放電経路の抵抗値、ＲＮ１２  点火コイルの巻き数比、ＲＲ１  一次電圧検出部の分圧比、Ｓ１  ドライバ回路への指令信号、Ｓ２  放電状態判定部の出力信号、ＳＩ２  二次電流検出部の出力電圧、ＳＶ１  一次電圧検出部の出力電圧、Ｖ１  一次電圧、Ｖ１ｒｅｆ  一次電圧閾値、Ｖ１ｒｅｆ２  放電異常判定用の一次電圧閾値、Ｖ２  二次電圧、Ｖｄｃ  電源電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月23日(2020.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を介して対向する第一電極と第二電極を有し、燃焼室内の可燃混合気を点火する点火プラグと、
直流電源から電力が供給される一次コイルと、前記一次コイルに磁気結合され、前記点火プラグに電力を供給する二次コイルとを有する点火コイルと、
前記直流電源から前記一次コイルへの通電をオン又はオフするドライバ回路と、
前記点火プラグの火花放電中に前記一次コイル側に発生する一次電圧を検出する一次電圧検出部と、
前記点火プラグの火花放電中に前記二次コイルに流れる二次電流を検出する二次電流検出部と、
前記二次電流検出部により検出された二次電流に基づいて、前記一次電圧検出部により検出された一次電圧から、前記点火コイルにおいて二次電流により生じた信号成分を低減する補正を行い、補正後の一次電圧を出力する一次電圧補正部と、
前記補正後の一次電圧に基づいて、火花放電状態を判定する放電状態判定部と、を備えた内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項２】
前記一次電圧補正部は、前記直流電源の電源電圧情報に基づいて、電源電圧の変動による一次電圧の変動を低減する補正を行う請求項１に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項３】
前記二次電流検出部は、二次電流の放電経路上に直列接続された抵抗であり、前記抵抗の端子電圧を出力する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項４】
前記抵抗の抵抗値は１００Ω以下である請求項３に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項５】
前記二次電流検出部は、過去の点火サイクルの一次電圧の発生期間に基づいて、現在の点火サイクル内の各時刻での二次電流を推定する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項６】
前記二次電流検出部は、内燃機関の運転状態と二次電流の特性データとの関係が予め設定された二次電流マップを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する前記二次電流の特性データを算出し、前記二次電流の特性データに基づいて、現在の点火サイクル内の各時刻での二次電流を推定する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項７】
前記二次電流検出部は、二次電流の放電経路上に配置されたカレントトランス又はホールセンサであり、前記カレントトランス又は前記ホールセンサの信号を出力する請求項１又は２に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項８】
前記一次電圧補正部は、内燃機関の運転状態に基づいて二次コイルの温度を推定し、前記二次コイルの温度に基づいて、前記二次コイルの巻線抵抗の変動による前記二次電流により生じた信号成分の変動を低減する補正を行う請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項９】
前記一次電圧補正部は、温度センサにより二次コイルの温度を検出し、前記二次コイルの温度に基づいて、前記二次コイルの巻線抵抗の変動による前記二次電流により生じた信号成分の変動を低減する補正を行う請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１０】
前記一次電圧補正部は、火花放電期間内の各時刻での一次コイルと二次コイルの結合係数を推定し、前記結合係数に基づいて、前記一次電圧検出部の出力信号を補正する請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１１】
前記一次電圧補正部は、差動増幅回路であり、前記一次電圧検出部の出力信号と前記二次電流検出部の出力信号との差分の増幅値を出力する請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１２】
前記二次電流検出部は、二次電流の放電経路上に直列接続された抵抗であり、前記抵抗の端子電圧を出力し、
前記一次電圧検出部は、前記ドライバ回路に並列接続された抵抗分圧器であり、前記一次電圧の分圧電圧を出力し、
前記二次電流検出部の前記抵抗の抵抗値は、前記一次電圧検出部の分圧比と二次電流の放電経路の抵抗値とを互いに掛け合わせた値を、前記点火コイルの巻き数比で除算した値に設定されている請求項１１に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１３】
前記一次電圧検出部は、前記ドライバ回路に並列接続された抵抗分圧器であり、前記一次電圧の分圧電圧を出力する請求項１から１１のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１４】
前記抵抗分圧器は、一次コイルの端子側に接続された高圧側分圧抵抗とグランド側に接続された低圧側分圧抵抗とが直列接続され、前記高圧側分圧抵抗は、前記点火コイル及び前記ドライバ回路が配置された樹脂モールド内に配置され、前記低圧側分圧抵抗は、前記樹脂モールド外に配置される請求項１３に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１５】
前記放電状態判定部は、前記補正後の一次電圧信号が、閾値よりも大きい場合に、前記点火プラグの電極間の放電伸長が大きいと判定し、前記補正後の一次電圧信号が前記閾値よりも小さい場合に、前記点火プラグの電極間の放電伸長が小さいと判定する請求項１から１４のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１６】
前記放電状態判定部の火花放電状態の判定結果に基づいて、燃焼状態を制御する制御装置を更に備える請求項１から１５のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１７】
前記放電状態判定部の火花放電状態の判定結果に基づいて、一回の点火サイクルにおける点火回数を増加させる制御装置を更に備える請求項１から１６のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。
【請求項１８】
前記放電状態判定部の火花放電状態の判定結果に基づいて、前記点火プラグの放電異常を判定する制御装置を更に備える請求項１から１７のいずれか一項に記載の内燃機関の放電状態検出装置。