(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において混合気に点火するために放電を行なうスパークプラグと、前記放電のためのエネルギーを前記スパークプラグに投入するエネルギー源と、前記スパークプラグへの投入エネルギーを制御する制御部と、を備える点火システムにおいて、
前記制御部は、第１の期間において投入された投入エネルギーが予め期間ごとに設定された基準エネルギーよりも大きい過大エネルギー状態の場合には、その後の第２の期間における前記放電において、前記投入エネルギーを前記基準エネルギーよりも小さく設定し、前記第１の期間における前記投入エネルギーが前記基準エネルギーよりも小さい過小エネルギー状態の場合には、前記第２の期間における前記放電において、前記投入エネルギーを前記基準エネルギーよりも大きく設定し、
前記制御部は、前記スパークプラグの前記放電の上限回数がＸｚとして設定され、前記スパークプラグの１回目または一定放電回数の放電後から前記上限回数までの前記放電における前記基準エネルギーがＹｚとして設定され、前記第１の期間の終期が前記スパークプラグのＸｍ回目の放電時であり、前記第２の期間の終期が前記スパークプラグのＸｎ回目の放電時であった場合に、
Ｙｍ＝（Ｙｚ／Ｘｚ）・Ｘｍの関係を満たすＹｍから前記第１の期間において投入された前記投入エネルギーを差し引いた値の絶対値Ｚｍと、Ｙｎ＝（Ｙｚ／Ｘｚ）・Ｘｎの関係を満たすＹｎから前記第１の期間と前記第２の期間とにおいて投入される前記投入エネルギーを差し引いた値の絶対値Ｚｎとが、Ｚｎ＜Ｚｍの関係を満たすように前記第２の期間における前記投入エネルギーを設定することを特徴とする点火システム。
【請求項２】
請求項１に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記第２の期間において、複数の段階に分けられた前記投入エネルギーの１つを選択することを特徴とする点火システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の点火システムにおいて、
前記第１の期間の始期は、前記スパークプラグの１回目の放電時であることを特徴とする点火システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記第１の期間と前記第２の期間との少なくとも一方における前記投入エネルギーを記憶し、前記内燃機関における前記スパークプラグが交換された場合に、前記記憶した前記投入エネルギーを初期化することを特徴とする点火システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記エネルギー源は、高周波点火装置を含むことを特徴とする点火システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記放電において混合気に含まれる前記内燃機関の排気の割合を大きくすることを特徴とする点火システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記放電において混合気に含まれる前記内燃機関の排気の割合を小さくすることを特徴とする点火システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記内燃機関の混合気の空燃比を大きくすることを特徴とする点火システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記内燃機関の混合気の空燃比を小さくすることを特徴とする点火システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記内燃機関がアイドリング状態の場合に、前記第２の期間における前記投入エネルギーの大きさを設定することを特徴とする点火システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合には、前記投入エネルギーを前記基準エネルギーよりも小さくすることを特徴とする点火システム。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の点火システムにおいて、
前記制御部は、前記スパークプラグが予め定められた目標回数の前記放電を行なった場合に、前記スパークプラグが前記目標回数の前記放電を行なったことを示す信号を出力することを特徴とする点火システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の点火システムを備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火システムおよび内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関用点火装置において、火花放電前の点火コイルの一次巻線への通電時間を制御することなく、点火プラグに投入されるエネルギーを必要最小限に抑制し、さらに、内燃機関が高回転および高負荷となる運転条件下において引き起こされる点火プラグの多重放電を抑制することで、点火プラグの寿命を長くする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１-３０４０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された技術では、点火プラグに投入されるエネルギーが抑制されるが、エネルギーの抑制の程度によって、同じ走行距離であっても点火プラグの消耗量が異なり、走行距離等に基づいて一律に設定される点火プラグの交換時期に至っても、消耗量の大きさにばらつきがあるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、内燃機関において混合気に点火するために放電を行なうスパークプラグと、前記放電のためのエネルギーを前記スパークプラグに投入するエネルギー源と、前記スパークプラグへの投入エネルギーを制御する制御部と、を備える点火システムが提供される。この点火システムにおいて、前記制御部は、第１の期間において投入された投入エネルギーが予め期間ごとに設定された基準エネルギーよりも大きい過大エネルギー状態の場合には、その後の第２の期間における前記放電において、前記投入エネルギーを前記基準エネルギーよりも小さく設定し、前記第１の期間における前記投入エネルギーが前記基準エネルギーよりも小さい過小エネルギー状態の場合には、前記第２の期間における前記放電において、前記投入エネルギーを前記基準エネルギーよりも大きく設定する。この形態の点火システムによれば、第１の期間においてスパークプラグに投入された投入エネルギーが基準エネルギーに近づくように制御される。そのため、第２の期間の経過後において、スパークプラグの消耗量の大きさのばらつきが抑制され、スパークプラグに生じる不具合を抑制される。
【０００７】
（２）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記第２の期間において、複数の段階に分けられた前記投入エネルギーの１つを選択してもよい。この形態の点火システムによれば、スパークプラグへの投入エネルギーを簡便に設定できる。
【０００８】
（３）上記形態の点火システムにおいて、前記第１の期間の始期は、前記スパークプラグの１回目の放電時であってもよい。この形態の点火システムによれば、第１の期間における投入エネルギーとしてすべての放電の投入エネルギーが加算されているため、１回目の放電から累計の投入エネルギーが正確に把握され、スパークプラグに生じる不具合をより抑制できる。
【０００９】
（４）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記スパークプラグの前記放電の上限回数がＸとして設定され、前記スパークプラグの１回目または一定放電回数の放電後から前記上限回数までの前記放電における前記基準エネルギーがＹとして設定され、前記第１の期間の終期が前記スパークプラグのＸｎ回目の放電時であり、前記第２の期間の終期が前記スパークプラグのＸｍ回目の放電時であった場合に；Ｙｎ＝（Ｙ／Ｘ）・Ｘｎの関係を満たすＹｎから前記第１の期間において投入された前記投入エネルギーを差し引いた値の絶対値Ｚｎと、Ｙｍ＝（Ｙ／Ｘ）・Ｘｍの関係を満たすＹｍから前記第１の期間と前記第２の期間とにおいて投入される前記投入エネルギーを差し引いた値の絶対値Ｚｍとが、Ｚｍ＜Ｚｎの関係を満たすように前記第２の期間における前記投入エネルギーを設定してもよい。この形態の点火システムによれば、スパークプラグの交換時期において、スパークプラグの消耗量が大きすぎず、かつ、小さすぎないように制御される。よって、スパークプラグの消耗量が大きすぎた場合に生じる不具合を抑制でき、かつ、スパークプラグの消耗量が小さすぎた場合に、スパークプラグの交換がされずに、その後に急速に消耗量が増えた場合に生じる不具合を抑制できる。
【００１０】
（５）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記第１の期間と前記第２の期間との少なくとも一方における前記投入エネルギーを記憶し、前記内燃機関における前記スパークプラグが交換された場合に、前記記憶した前記投入エネルギーを初期化してもよい。この形態の点火システムによれば、スパークプラグの交換に応じて、第１の期間または第２の期間における投入エネルギーの制御が行なわれ、スパークプラグに生じる不具合がより抑制される。
【００１１】
（６）上記形態の点火システムにおいて、前記エネルギー源は、高周波点火装置を含んでもよい。この形態の点火システムによれば、エネルギー源として高周波点火装置が用いられているため、スパークプラグの投入エネルギーを容易に可変して制御できる。
【００１２】
（７）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記放電において混合気に含まれる前記内燃機関の排気の割合を大きくしてもよい。この形態の点火システムによれば、第２の期間におけるスパークプラグへの投入エネルギーが大きい場合には、投入エネルギーが小さい場合に比べてスパークプラグの着火性が良好であるため、混合気に含まれる排気の割合が上昇してもスパークプラグの着火性を悪化させずに、ＮＯｘ等の有害生成物の発生を抑制できる。
【００１３】
（８）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記放電において混合気に含まれる前記内燃機関の排気の割合を小さくしてもよい。この形態の点火システムによれば、第２の期間におけるスパークプラグへの投入エネルギーが大きい場合に比べてスパークプラグの着火性が悪化するため、混合気に含まれる排気の割合を減少させることで、スパークプラグの着火性を向上させることができる。
【００１４】
（９）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記内燃機関の混合気の空燃比を大きくしてもよい。この形態の点火システムによれば、過小エネルギー状態の場合には、第２の期間における投入エネルギーが大きく、第２の期間における投入エネルギーが小さい場合に比べてスパークプラグの着火性が良好であるため、空燃比を大きくすることで、スパークプラグの着火性を悪化させずに、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【００１５】
（１０）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合には、前記第１の期間において前記過小エネルギー状態の場合と比較して、前記第２の期間における前記内燃機関の混合気の空燃比を小さくしてもよい。この形態の点火システムによれば、過大エネルギー状態の場合には、第２の期間におけるスパークプラグへの投入エネルギーが小さく、第２の期間における投入エネルギーが大きい場合に比べてスパークプラグの着火性が悪化するため、空燃比を小さくすることで、スパークプラグの着火性を向上させることができる。
【００１６】
（１１）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記内燃機関がアイドリング状態の場合に、前記第２の期間における前記投入エネルギーの大きさを設定してもよい。この形態の点火システムによれば、内燃機関の回転速度の変動が小さく、かつ、同じ回転速度で維持する時間の長いアイドリング状態の場合に第２の期間における投入エネルギーが調整される。よって、第２の期間におけるスパークプラグへの投入エネルギーの制御が行なわれやすく、第２の期間の経過後のスパークプラグの消耗量のばらつきをより抑制でき、スパークプラグに生じる不具合をより抑制できる。また、第１の期間における投入エネルギーが基準エネルギーよりも小さい場合には、スパークプラグの消耗量を大きくすることでスパークプラグの着火性を向上させて、混合気に含まれる燃料の消費を抑制できる。
【００１７】
（１２）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記第１の期間において前記過大エネルギー状態の場合には、前記投入エネルギーを前記基準エネルギーよりも小さくしてもよい。この形態の点火システムによれば、第２の期間におけるスパークプラグへの投入エネルギーの制御を行ないやすく、スパークプラグに生じる不具合をより抑制できる。
【００１８】
（１３）上記形態の点火システムにおいて、前記制御部は、前記スパークプラグが予め定められた目標回数の前記放電を行なった場合に、前記スパークプラグが前記目標回数の前記放電を行なったことを示す信号を出力してもよい。この形態の点火システムによれば、予め設定された目標回数の放電が行なわれたことを点火システムの使用者等に認識させ、スパークプラグが交換されることで、内燃機関の良好な運転状態を維持させることができる。
【００１９】
本発明は、点火システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、点火システムを含んで構成される点火装置、この点火システムまたは点火装置を含んで構成される内燃機関、点火装置の製造方法、これらの装置または方法を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のエンジン１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】スパークプラグ１３６の概略構成を示す説明図である。
【図３】スパークプラグ１３６が用いられる点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図４】エンジン１００の運転モード決定処理の流れを示す説明図である。
【図５】運転モードにおける投入エネルギー決定処理の流れを示す説明図である。
【図６】運転モードにおける投入エネルギー決定処理の流れを示す説明図である。
【図７】運転モードにおける投入エネルギー決定処理の流れを示す説明図である。
【図８】エンジン１００の運転条件と各運転モードとの関係の一例を示す説明図である。
【図９】累積投入済エネルギーＹと特定の１回あたりの放電における投入エネルギーとの関係の一例を示す説明図である。
【図１０】放電済回数Ｘと累積投入済エネルギーＹとの関係の一例を示す説明図である。
【図１１】変形例におけるエンジン１００の運転モード決定処理の流れを示す説明図である。
【図１２】変形例における放電済回数Ｘと累積投入済エネルギーＹとの関係の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．システム構成：
図１は、本実施形態のエンジン１００の概略構成を示す説明図である。エンジン１００は、吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程を繰り返しながら燃焼室内で混合気を燃焼させ、燃焼によって生じた圧力を機械的な仕事に変換して動力を出力する。図１には、エンジン１００の構造を示すために、燃焼室のほぼ中央における断面が示されている。図１に示すように、エンジン１００の本体は、シリンダヘッド１３０と、シリンダブロック１４０と、ピストン１４４と、エンジン制御用ユニット２００（以下、単に「ＥＣＵ２００」とも呼ぶ）と、によって構成されている。
【００２２】
シリンダブロック１４０は、シリンダヘッド１３０の下部に組みつけられている。シリンダブロック１４０の内部には、円筒形のシリンダ１４２が形成されている。シリンダ１４２の内部には、ピストン１４４が摺動可能に配置されている。ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されている。ピストン１４４は、クランクシャフト１４８の回転に伴なってシリンダ１４２の内部を上下方向に摺動する。クランクシャフト１４８には、クランク角を検出するクランク角センサ３２が配置されている。ピストン１４４と、シリンダヘッド１３０の下面と、シリンダブロック１４０と、によって囲まれたシリンダ１４２が燃焼室となる。
【００２３】
シリンダヘッド１３０には、エンジン１００に吸入される空気が通過する吸気通路１２と、エンジン１００から排気される排気ガスが通過する排気通路１６と、が形成されている。吸気通路１２および排気通路１６は、シリンダ１４２に接続している。吸気通路１２とシリンダ１４２との開閉は、吸気バルブ１３２によって行なわれる。また、排気通路１６とシリンダ１４２との開閉は、排気バルブ１３４によって行なわれる。吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４のそれぞれは、電動アクチュエータ１５２および電動アクチュエータ１５４のそれぞれによって駆動される。電動アクチュエータ１５２および電動アクチュエータ１５４のそれぞれにＥＣＵ２００によって電圧が印加されることで、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４のそれぞれが開閉される。電動アクチュエータ１５２は、吸気バルブ１３２の開閉のタイミングを制御することで、燃焼室内における不活性ガスを残留させる。なお、燃焼室内に残留した不活性ガスを、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスともいう。内部ＥＧＲガスが燃焼室内に残留することで、空気を吸入するポンピングロスが減って燃費が向上し、ＮＯｘの低減にも効果がある。
【００２４】
また、シリンダヘッド１３０には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４と、燃料室内の混合気を点火するためのスパークプラグ１３６と、が配置されている。詳細については後述するが、ＥＣＵ２００は、エンジン１００の運転条件に応じて点火のためにスパークプラグ１３６に投入される投入エネルギーを制御する。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１４が燃料を燃焼室内に噴射するが、他の実施形態では、燃料噴射弁１４が吸気通路１２に設けられることで、燃料噴射弁１４が吸気通路内に燃料を噴射してもよい。
【００２５】
吸気通路１２と外気との間には、スロットル弁２６と、エアフローセンサ１８と、が形成されている。スロットル弁２６は、ＥＣＵ２００によって制御された電動アクチュエータ２４によって吸気通路１２における開度を制御する。スロットル弁２６の開度によって、燃焼室内に吸入される空気の量が調節される。エアフローセンサ１８は、吸気通路１２を流れる空気の流量を検出する。
【００２６】
また、エンジン１００には、排気通路１６と吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路１６０が形成されている。ＥＧＲ通路１６０は、排気バルブ１３４から排出される排気ガスの一部を、吸気通路１２へと流入させる通路である。吸気通路１２へと流入した排気ガスは、吸気通路１２に吸入された空気と共に燃焼室内に供給される。ＥＧＲ通路１６０には、ＥＧＲ弁１６２が形成されている。ＥＧＲ弁１６２は、ＥＣＵ２００によって制御されることで、開度が調整され、吸気通路１２へと流入させる排気ガスの量を調整する。このように、排気ガスを再び燃焼室内に還流させることはＥＧＲと呼ばれ、還流させる排気ガスは外部ＥＧＲガスと呼ばれる。内部ＥＧＲガスと同様に、外部ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されることで、吸気を吸入するポンピングロスが減って燃費が向上し、ＮＯｘの低減にも効果がある。なお、請求項における排気には、内部ＥＧＲガスおよび外部ＥＧＲガスが含まれる。
【００２７】
ＥＣＵ２００は、エンジン１００の運転条件を検出して、エンジン１００における各部の動作を制御する。ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換素子、Ｄ／Ａ変換素子などを接続して構成された周知のマイクロコンピュータである。ＥＣＵ２００は、クランク角センサ３２が検出したクランク角によって、エンジン１００の回転速度（ｒｐｍ）を算出する。また、ＥＣＵ２００は、アクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ（図示しない）が検出するアクセル開度によって、エンジン１００の負荷を算出する。ＥＣＵ２００は、エンジン１００の回転速度および負荷を含む運転条件に基づいてスロットル弁２６やＥＧＲ弁１６２の開度を制御する。また、ＥＣＵ２００は、エアフローセンサ１８やクランクシャフト１４８のクランク角に基づいて、電動アクチュエータ１５２，１５４、あるいは、燃料噴射弁１４を駆動する。ＥＣＵ２００には、プラグ制御部５６０が含まれる。プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６を制御する。なお、詳細については後述するが、点火システム５００は、プラグ制御部５６０とスパークプラグ１３６とによって構成されている。
【００２８】
図２は、スパークプラグ１３６の概略構成を示す説明図である。図１では、スパークプラグ１３６の軸心である軸線ＡＬを境界として、右側にスパークプラグ１３６の外観形状を図示し、左側にスパークプラグ１３６の断面形状を示している。以下の説明では、図１の下方側（スパークプラグ１３６において後述の接地電極１０が配置されている側）を先端側と呼び、図１の上方側（スパークプラグ１３６において後述の端子金具４０が配置されている側）を基端側と呼ぶ。
【００２９】
スパークプラグ１３６は、中心電極２０と、絶縁碍子３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、接地電極１０とを備える。なお、スパークプラグ１３６の軸線ＡＬは、中心電極２０、絶縁碍子３０、端子金具４０および主体金具５０の各部材の軸心でもある。
【００３０】
中心電極２０は、軸線ＡＬに沿った方向（軸線方向）に延びる棒状の電極である。本実施形態において、「軸線方向」とは、＋Ｚ方向および−Ｚ方向（以下、「Ｚ軸方向」とも呼ぶ）の両方向を含む意味を有する。中心電極２０のうち、先端部は絶縁碍子３０から露呈しており、先端部を除く他の部分は絶縁碍子３０によって保持されている。中心電極２０の基端部は、抵抗体２２およびシール体２３を介して端子金具４０に電気的に接続されている。
【００３１】
中心電極２０は、先端に電極チップ７０を備えている。電極チップ７０は、耐火花消耗性や耐酸化消耗性に優れる金属により形成されている。電極チップ７０は、軸線ＡＬと一致する軸線を有する円柱形の外観形状を有する。本実施形態では、電極チップ７０は中心電極２０の一部を構成し、中心電極２０の先端とは、電極チップ７０の先端を意味する。
【００３２】
絶縁碍子３０は、軸心に沿って形成されている貫通孔３１を有する筒状の絶縁体である。貫通孔３１には、中心電極２０における先端部を除く他の部分が挿入されている。絶縁碍子３０は、主体金具５０により保持されている。絶縁碍子３０の基端側は、露呈されている。
【００３３】
端子金具４０は、先端側が絶縁碍子３０の貫通孔３１に収容され、基端側が貫通孔３１から露呈している。端子金具４０には、ケーブルが接続され、後述するように、高電圧が印加される。
【００３４】
主体金具５０は、絶縁碍子３０が挿入された筒状の金具であり、例えば、低炭素鋼などの金属により形成されている。主体金具５０には、加締め部５６が備えられている。主体金具５０は、加締め部５６において加締められることにより、絶縁碍子３０に組み付けられる。
【００３５】
加締め部５６は、座屈部５４と同様に、主体金具５０における他の部位に比べて薄肉に形成され、自身の基端部が内側（主体金具５０の軸心に向かう方向）に向かって折り曲げられた構造を有する。加締め部５６は、工具係合部５５の基端に接して配置されている。スパークプラグ１３６の製造時には、加締め部５６を内側に折り曲げるようにして先端側に向けて加圧することにより、座屈部５４が圧縮変形する。
【００３６】
接地電極１０は、屈曲した棒状の金属製部材である。接地電極１０の構造は、中心電極２０と同様な構造としてもよい。接地電極１０では、一方の端部が主体金具５０の端面５７に溶接されており、他方の端部が中心電極２０の先端部と対向するように屈曲されている。
【００３７】
接地電極１０は、中心電極２０の先端（電極チップ７０の先端）と対向する位置に、電極チップ６０を備えている。電極チップ６０は、前述の電極チップ７０と同様に、耐火花消耗性や耐酸化消耗性に優れる金属により形成されている。本実施形態では、接地電極１０の電極チップ６０と、中心電極２０の電極チップ７０との間には、火花放電のための間隙Ｇが形成されている。
【００３８】
図３は、スパークプラグ１３６が用いられる点火システムの概略構成を示す説明図である。点火システム５００は、スパークプラグ１３６に電圧を印加することにより、プラズマを発生させ、燃焼室内の混合気に点火する。図３に示すように、点火システム５００は、スパークプラグ１３６に加えて、放電用電源５１０と、バッテリ５２０と、高周波電源５３０と、インピーダンスマッチング回路５４０と、混合回路５５０と、プラグ制御部５６０と、を備えている。なお、プラグ制御部５６０は、ＥＣＵ２００に含まれる機能の一つである。プラグ制御部５６０は、放電用電源５１０および高周波電源５３０を制御することで、スパークプラグ１３６に電圧を印加するタイミングを制御する。
【００３９】
放電用電源５１０は、一次コイル５１１と、二次コイル５１２と、コア５１３と、イグナイタ５１４と、を備えている。一次コイル５１１は、コア５１３を中心とする巻線から形成されている。一次コイル５１１では、一端がバッテリ５２０に接続され、他端がイグナイタ５１４に接続されている。二次コイル５１２は、コア５１３を中心とする巻線から形成されている。二次コイル５１２では、一端が一次コイル５１１およびバッテリ５２０に接続されると共に、他端が混合回路５５０を介してスパークプラグ１３６に接続されている。イグナイタ５１４は、トランジスタにより構成されている。イグナイタ５１４は、プラグ制御部５６０から入力される信号に応じて、バッテリ５２０から一次コイル５１１に対する電力の供給状態と、かかる電力の供給停止状態とを切り替える。スパークプラグ１３６に高電圧を印加する場合には、バッテリ５２０から一次コイル５１１に電流を流し、コア５１３の周囲に磁界を形成すると共に、プラグ制御部５６０から出力される信号をオンからオフに切り替えることにより、コア５１３の磁界を変化させて二次コイル５１２に高電圧を発生させる。そして、二次コイル５１２に生じた高電圧がスパークプラグ１３６（中心電極２０）に印加されることにより、間隙Ｇにおいて火花放電が発生する。
【００４０】
高周波電源５３０は、スパークプラグ１３６に対して比較的高い周波数（例えば、１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下）の電圧を供給する。高周波電源５３０によりスパークプラグ１３６に供給される電圧は、交流電圧である。なお、放電用電源５１０および高周波電源５３０は、請求項におけるエネルギー源に相当する。
【００４１】
インピーダンスマッチング回路５４０は、高周波電源５３０と混合回路５５０とに接続されている。インピーダンスマッチング回路５４０は、高周波電源５３０側の出力インピーダンスと、間隙Ｇにおいて火花放電が生じている際の混合回路５５０およびスパークプラグ１３６側（すなわち、負荷側）の入力インピーダンスとを一致させる。これにより、スパークプラグ１３６に供給される高周波数の電力の減衰防止が図られている。なお、高周波電源５３０からスパークプラグ１３６までの電力の伝送路を、同軸ケーブルにより構成して、電力の反射が防止されてもよい。
【００４２】
混合回路５５０は、放電用電源５１０から出力される電力の伝送路５１７と、高周波電源５３０から出力される電力の伝送路５１８とを、スパークプラグ１３６に接続される１つの伝送路５１９にまとめる。混合回路５５０は、コイル５５１とコンデンサ５５２とを備えている。コイル５５１は、放電用電源５１０から出力される比較的低い周波数の電流を通過させる一方で、高周波電源５３０から出力される比較的高い周波数の電流を通過不能として、高周波電源５３０から出力される電流の放電用電源５１０側への流入を抑制する。コンデンサ５５２は、高周波電源５３０から出力される比較的高い周波数の電流を通過させる一方で、放電用電源５１０から出力される比較的低い周波数の電流の通過を抑制する。このため、放電用電源５１０から出力される電流の高周波電源５３０側への流入が抑制される。なお、二次コイル５１２をコイル５５１の代わりに用いることにより、コイル５５１を省略することもできる。
【００４３】
Ａ−２．運転モード決定処理：
図４は、エンジン１００の運転モード決定処理の流れを示す説明図である。運転モード決定処理は、設定された基準エネルギーと検出された運転条件との比較結果によって、エンジン１００の運転モードを決定して、スパークプラグ１３６に投入する投入エネルギーを決定する処理である。
【００４４】
運転モード決定処理では、初めに、プラグ制御部５６０がスパークプラグ１３６に投入する１回あたりの放電の基準エネルギーを記憶する（ステップＳ１１）。本実施形態では、耐久試験等によってスパークプラグ１３６に投入される目標の累積の投入エネルギーＹｔ（目標累積投入エネルギーＹｔ）を、スパークプラグ１３６における目標の放電回数Ｘｔ（目標放電回数Ｘｔ）で除して、下記数式（１）で表わす１回あたりの放電における基準エネルギーａが設定される。プラグ制御部５６０は、設定された基準エネルギーａを記憶する。なお、目標放電回数Ｘｔは、請求項における放電の上限回数Ｘｚに相当し、目標累積投入エネルギーＹｔは、請求項における上限回数Ｘｚまでの放電における基準エネルギーＹｚに相当する。
【数１】
0006023031.tif 000002
【００４５】
基準エネルギーａが記憶されると（ステップＳ１１）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６に既に投入された累積の投入エネルギーＹ（累積投入済エネルギーＹ）と、スパークプラグ１３６が基準エネルギーａと既に放電した累積の回数Ｘ（放電済回数Ｘ）との積（積ａ・Ｘ）と、を初期設定の値として記憶する（ステップＳ１３）。なお、積ａ・Ｘは、１回あたりの放電における基準エネルギーａと放電済回数Ｘとの積であるため、放電済回数Ｘの放電における累積された基準エネルギー（以下、「累積基準エネルギーａ・Ｘ」と呼ぶ）を表わす。
【００４６】
次に、プラグ制御部５６０は、エンジン１００の運転条件を検出する（ステップＳ１３）。プラグ制御部５６０は、エンジン１００の運転条件として、クランク角センサ３２を用いてエンジン１００の回転速度（ｒｐｍ）を検出し、アクセル開度センサを用いてエンジン１００の負荷を検出する。次に、プラグ制御部５６０は、エンジン１００の回転速度が２０００ｒｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。回転速度が２０００ｒｐｍ以下であると判定された場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、プラグ制御部５６０は、エンジン１００の負荷の大きさを判定する（ステップＳ１５）。なお、本実施形態では、エンジン１００の負荷が０以上７５キロワット（ｋｗ）未満の場合に負荷の大きさが「低」、エンジン１００の負荷が７５ｋｗ以上２２５ｋｗ未満の場合に負荷の大きさが「中」、エンジンの負荷が２２５ｋｗ以上の場合に負荷の大きさが「高」に設定されている。
【００４７】
ステップＳ１５の処理において、エンジン１００の負荷が「高」であると判定された場合には、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係を判定する（ステップＳ１６）。累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きいことは、累積投入済エネルギーＹが理想の投入エネルギーの累積よりも大きいことを表わす。放電済回数Ｘが目標放電回数Ｘｔに達した場合に、累積投入済エネルギーＹから累積基準エネルギーａ・Ｘを差し引いた値が大きいことは、スパークプラグ１３６の消耗量が想定されていたよりも大きいことを表わしている。なお、放電済回数Ｘは、請求項における第１の期間における放電に相当し、累積投入済エネルギーＹは、第１の期間において投入された投入エネルギーに相当する。
【００４８】
ステップＳ１６の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘに１．２を乗じた値（１．２ａ・Ｘ）よりも大きいと判定された場合には（ステップＳ１６：Ｙ＞１．２ａ・Ｘ）、プラグ制御部５６０は、大燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ２０）。なお、大燃料モードにおける投入エネルギー決定処理の詳細については後述する。ステップＳ１５の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘに１．２を乗じた値（１．２ａ・Ｘ）以下であると判定された場合には（ステップＳ１６：１．２ａ・Ｘ≧Ｙ）、プラグ制御部５６０は、中燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ４０）。なお、中燃料モードにおける投入エネルギー決定処理の詳細については後述する。
【００４９】
ステップＳ１５の処理において、エンジン１００の負荷が「中」であると判定された場合には（ステップＳ１５：中）、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係を判定する（ステップＳ１７）。累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘに１．２を乗じた値（１．２ａ・Ｘ）よりも大きいと判定された場合には（ステップＳ１７：１．２ａ・Ｘ＜Ｙ）、プラグ制御部５６０は、大燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ２０）。ステップＳ１７の処理において、累積投入済エネルギーＹが、累積基準エネルギーａ・Ｘに０．８を乗じた値（０．８ａ・Ｘ）よりも大きく、かつ、累積基準エネルギーａ・Ｘに１．２を乗じた値（１．２ａ・Ｘ）以下であると判定された場合には（ステップＳ１７：０．８ａ・Ｘ＜Ｙ≦１．２ａ・Ｘ）、プラグ制御部５６０は、中燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ４０）。ステップＳ１７の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘに０．８を乗じた値（０．８ａ・Ｘ）以下であると判定された場合には（ステップＳ１７：Ｙ≦０．８ａ・Ｘ）、プラグ制御部５６０は、省燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ６０）。なお、省燃料モードの詳細については後述する。
【００５０】
ステップＳ１５の処理において、エンジン１００の負荷が「低」であると判定された場合には（ステップＳ１５：低）、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係を判定する（ステップＳ１８）。累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘに０．８を乗じた値（０．８ａ・Ｘ）以下であると判定された場合には（ステップＳ１８：Ｙ≦０．８ａ・Ｘ）、プラグ制御部５６０は、省燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ６０）。ステップＳ１８の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘに０．８を乗じた値（０．８ａ・Ｘ）よりも大きいと判定された場合には（ステップＳ１８：Ｙ＞０．８ａ・Ｘ）、プラグ制御部５６０は、中燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ４０）。
【００５１】
ステップＳ１４の処理において、エンジン１００の回転速度が２０００ｒｐｍよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、プラグ制御部５６０は、エンジン１００の負荷の大きさが「低」か否かを判定する（ステップＳ１９）。エンジン１００の負荷の大きさが「低」ではない、すなわち、負荷の大きさが「中」または「高」であると判定された場合には（ステップＳ１９：ＮＯ）、プラグ制御部５６０は、大燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ２０）。ステップＳ１９の処理において、エンジン１００の負荷の大きさが「低」であると判定された場合には（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、プラグ制御部５６０は、省燃料モードにおける投入エネルギー決定処理に移行する（ステップＳ６０）。
【００５２】
Ａ−３．各運転モードにおける投入エネルギー決定処理：
図５ないし図７は、運転モードにおける投入エネルギー決定処理の流れを示す説明図である。図５には、大燃料モードにおける投入エネルギー決定処理の流れが示されている。大燃料モードにおける投入エネルギー決定処理では、初めに、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係を判定する（ステップＳ２１）。累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ２１：ＮＯ）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電モードを放電エネルギー過小モードに設定する（ステップＳ２２）。スパークプラグ１３６の放電モードによって、スパークプラグ１３６に投入される投入エネルギー、および、混合気に含まれるＥＧＲガスの割合（以下、「ＥＧＲ率」とも呼ぶ）が決定される。放電エネルギー過小モードでは、プラグ制御部５６０は、混合気に含まれるＥＧＲ率を０パーセント（％）に設定する（ステップＳ２３）。なお、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きい状態は、請求項における過大エネルギー状態に相当し、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘ以下である状態は、請求項における過小エネルギー状態に相当する。
【００５３】
次に、プラグ制御部５６０は、放電エネルギー過小モードにおけるスパークプラグ１３６への投入エネルギーとして、ｙＬＬを投入する（ステップＳ２４）。なお、スパークプラグ１３６への投入エネルギーとして、ｙＬＬの他に、後述するｙＬ、ｙＳ、ｙＨ、ｙＨＨがあるが、ｙＬＬ、ｙＬ、ｙＳ、ｙＨ、ｙＨＨの順にエネルギーが大きくなる。なお、投入エネルギーｙＬＬ、ｙＬ、ｙＳ、ｙＨ、ｙＨＨは、請求項における複数の段階に分けられた投入エネルギーに相当する。投入エネルギーとしてｙＬＬが投入されると（ステップＳ２４）、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータを更新する（ステップＳ２５）。投入エネルギーｙＬＬが投入される直前までにおける累積投入済エネルギーがｙ０、放電済回数がｘ０であった場合に、投入エネルギーｙＬＬが投入された後の累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘは、下記数式（２）および（３）で表わされる。
【数２】
0006023031.tif 000003
なお、上記数式（２）における左辺は、請求項における第２の期間における投入エネルギーに相当し、ｘ０の直後の放電は、請求項における第２の期間における放電に相当する。
【００５４】
投入エネルギーｙＬＬが投入された後に、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータが更新されると、プラグ制御部５６０は、更新された累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘを、新たなｙ０およびｘ０と設定する（ステップＳ３０）。次に、プラグ制御部５６０は、エンジン１００がストップしたか否かを判定する（ステップＳ３１）。自動車が走行を止めて、エンジン１００がストップしたと判定された場合には（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、プラグ制御部５６０は、運転モード決定処理を終了する。自動車が引き続き走行中で、エンジン１００が動いている場合には（ステップＳ３１：ＮＯ）、プラグ制御部５６０は、図４のステップＳ１２以降の処理を繰り返す。
【００５５】
図５のステップＳ２１の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘ以下であると判定された場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電モードを放電エネルギー小モードに設定する（ステップＳ２６）。放電エネルギー小モードでは、プラグ制御部５６０は、混合気に含まれるＥＧＲ率を５％に設定する（ステップＳ２７）。
【００５６】
次に、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６への投入エネルギーとして、ｙＬを投入する（ステップＳ２４）。投入エネルギーｙＬが投入された後、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータを更新する（ステップＳ２５）。累積投入済エネルギーＹは、上記数式（２）におけるｙＬＬをｙＬで置き換えた関係で表わされる。累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータが更新されると、プラグ制御部５６０は、更新された累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘを、新たなｙ０およびｘ０として設定する（ステップＳ３０）。次に、プラグ制御部５６０は、ステップＳ３１以降の処理を行なう。
【００５７】
図６には、中燃料モードの流れが示されている。中燃料モードにおける投入エネルギー決定処理では、初めに、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係を判定する（ステップＳ４１）。累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ４１：Ｙ＞ａＸ）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電モードを放電エネルギー小モードに設定する（ステップＳ４２）。以降の処理であるステップＳ４３ないしステップＳ４５、ステップＳ５４、および、ステップＳ５５については、大燃料モードにおける投入エネルギー決定処理におけるステップＳ２７（図５）ないしステップＳ３１と同じ処理であるため、説明を省略する。
【００５８】
図６のステップＳ４１の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘと同じ値であると判定された場合には（ステップＳ４１：Ｙ＝ａＸ）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電モードを放電エネルギー標準モードに設定する（ステップＳ４６）。放電エネルギー標準モードでは、プラグ制御部５６０は、混合気に含まれるＥＧＲ率を１０％に設定する（ステップＳ４７）。
【００５９】
次に、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６への投入エネルギーとして、ｙＳを投入する（ステップＳ４８）。累積投入済エネルギーＹは、上記数式（２）におけるｙＬＬをｙＳで置き換えた関係で表わされる。投入エネルギーｙＳが投入された後、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータを更新する（ステップＳ４９）。累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータが更新されると、プラグ制御部５６０は、更新された累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘを、新たなｙ０およびｘ０として設定する（ステップＳ５４）。次に、図５のステップＳ３１と同じ処理であるステップＳ５５（図６）以降の処理が行なわれる。
【００６０】
ステップＳ４１の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも小さいと判定された場合には（ステップＳ４１：Ｙ＜ａＸ）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電モードを放電エネルギー大モードに設定する（ステップＳ５０）。放電エネルギー大モードでは、プラグ制御部５６０は、混合気に含まれるＥＧＲ率を１５％に設定する（ステップＳ５１）。
【００６１】
次に、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６への投入エネルギーとして、ｙＨを投入する（ステップＳ５２）。投入エネルギーｙＨが投入された後、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータを更新する（ステップＳ５３）。累積投入済エネルギーＹは、上記数式（２）におけるｙＬＬをｙＨで置き換えた関係で表わされる。累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータが更新されると、プラグ制御部５６０は、更新された累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘを、新たなｙ０およびｘ０として設定する（ステップＳ５４）。次に、プラグ制御部５６０は、ステップＳ５５以降の処理を行なう。
【００６２】
図７には、省燃料モードにおける投入エネルギー決定処理の流れが示されている。省燃料モードにおける投入エネルギー決定処理では、初めに、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係を判定する（ステップＳ６１）。累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ６１：ＮＯ）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電モードを放電エネルギー大モードに設定する（ステップＳ６２）。以降の処理であるステップＳ６３ないしステップＳ６５、ステップＳ７０、および、ステップＳ７１については、中燃料モードにおける投入エネルギー決定処理におけるステップＳ５１（図６）ないしステップＳ５５の処理と同じ処理であるため、説明を省略する。
【００６３】
図７のステップＳ６１の処理において、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘ以下であると判定された場合には（ステップＳ６１：ＮＯ）、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電モードを放電エネルギー過大モードに設定する（ステップＳ６６）。放電エネルギー過大モードでは、プラグ制御部５６０は、混合気に含まれるＥＧＲ率を２０％に設定する（ステップＳ６７）。
【００６４】
次に、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６への投入エネルギーとして、ｙＨＨを投入する（ステップＳ６８）。投入エネルギーｙＨＨが投入された後、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータを更新する（ステップＳ６９）。累積投入済エネルギーＹは、上記数式（２）におけるｙＬＬをｙＨＨで置き換えた関係で表わされる。累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータが更新されると、プラグ制御部５６０は、更新された累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘを、新たなｙ０およびｘ０として設定する（ステップＳ７０）。次に、プラグ制御部５６０は、ステップＳ７１以降の処理を行なう。
【００６５】
図８は、エンジン１００の運転条件と各運転モードとの関係の一例を示す説明図である。図８には、エンジン１００の回転速度、負荷、および、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係によって決定されるスパークプラグ１３６の放電モードが一覧で示されている。図８に示す一覧は、図４ないし図７の処理によって決定されるスパークプラグ１３６の放電モードである。例えば、エンジン１００の回転速度が１０００ｒｐｍであり、エンジン１００の負荷が「中」である場合には、運転モードが中燃料モードに決定される。その後、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの大小関係によって、スパークプラグ１３６の放電モードが小モード、標準モード、大モードのいずれかに決定される。
【００６６】
図９は、累積投入済エネルギーＹと特定の１回あたりの放電における投入エネルギーとの関係の一例を示す説明図である。図９には、スパークプラグ１３６の放電回数が０回から１０００回までの間に、スパークプラグ１３６に投入された累積投入済エネルギーＹと特定の１回あたりの放電において投入された投入エネルギーとの関係の一例が示されている。
【００６７】
図９に示すように、初期設定として、キーをオンにしてエンジン１００を始動させる直前では、フロー回数が０、すなわち、まだスパークプラグ１３６が１回も放電していない状態であるため、エンジン１００の回転速度が０、エンジン１００の負荷が「−」として設定される。また、本実施形態では、目標累積投入エネルギーＹｔが１００００、目標放電回数Ｘｔが１０００に設定されているため、基準エネルギーａが１０に設定される。なお、図９では、説明を簡単にするため、エネルギーの単位を特に設定していないが、投入エネルギーｙＬＬが１とした場合の値を用いている。他の実施形態では、エネルギーの単位として、ジュール（Ｊ）等の単位が用いられてもよい。基準エネルギーａが設定されると、投入エネルギー決定処理に用いられる累積基準エネルギーａ・Ｘに、０．８、１．０、１．２を乗じた値が算出される。初期設定では、放電済回数Ｘが０であるため、算出された値のいずれもが０になる。また、累積投入済エネルギーＹも０であるため、投入エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとは同じ値になる。初期設定では、エンジン１００が回転しておらず、スパークプラグ１３６の放電もないため、スパークプラグ１３６の投入エネルギーは設定されない。なお、本実施形態では、図９に示すように、投入エネルギーｙＬＬ、ｙＬ、ｙＳ、ｙＨ、ｙＨＨのそれぞれが１、５、１０、１５、２０に設定されている。
【００６８】
次に、フロー回数が１の状態において、エンジン１００の回転速度が１０００ｒｐｍで２０００ｒｐｍ以下であり、エンジン１００の負荷が「低」であり、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとが０で同じであるため、スパークプラグ１３６の運転モードが中燃料モードに設定される。この場合に、累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとが同じであるため、放電モードが放電エネルギー標準モードに設定され、ＥＧＲ率が１０％に設定され、投入エネルギーがｙＳに設定される。その後、更新された累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘとして、ｙ０とｘ０のそれぞれが１０と１とに設定されて、フロー回数が１の処理が終了する。フロー回数が１の処理と同様の処理が１回の放電ごとに行なわれる。
【００６９】
フロー回数が目標放電回数Ｘｔである１０００に達すると、プラグ制御部５６０は、インストルメントパネル（instrument panel）におけるスパークプラグ１３６の交換を知らせるランプを点灯させる。本実施形態では、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６が交換されると、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータをリセットする。なお、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータのリセットは、スパークプラグ１３６が交換される際に、手動でリセットするかの有無を決定できる態様であってもよい。
【００７０】
図１０は、放電済回数Ｘと累積投入済エネルギーＹとの関係の一例を示す説明図である。図１０には、図９で示した放電済回数Ｘの１回から２０回までの放電における累積投入済エネルギーＹの推移が示されている。横軸を放電済回数Ｘとした場合に、累積基準エネルギーａ・Ｘを表わす直線Ｌ１に近づくような値となる。
【００７１】
プラグ制御部５６０は、ある特定の時点においてスパークプラグ１３６の投入エネルギーを、その直前までのスパークプラグ１３６に投入された累積投入済エネルギーＹと累積基準エネルギーａ・Ｘとの比較に基づいて決定する。例えば、図９に示すように、フロー回数が１４回の場合に、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹ（１２８）が累積基準エネルギーａ・Ｘ（１３０）よりも小さいため、１５回目のスパークプラグ１３６の放電において、基準エネルギーａ（１０）よりも大きい投入エネルギーｙＨ（１５）をスパークプラグ１３６に投入する。また、フロー回数が１５の場合に、プラグ制御部５６０は、投入エネルギーＹ（１４３）が累積基準エネルギーａ・Ｘ（１４０）よりも大きいため、１６回目のスパークプラグ１３６の放電において、基準エネルギーａ（１０）よりも小さい投入エネルギーｙＬ（５）を投入する。
【００７２】
また、例えば、フロー回数が１１回の場合に、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹ（８３）から累積基準エネルギーａ・Ｘ（１００）を差し引いた絶対値が１７であり、フロー回数が１２回の場合に、累積投入済エネルギーＹ（９８）から累積基準エネルギーａ・Ｘ（１１０）を差し引いた絶対値が１７よりも小さい１２となるように、スパークプラグ１３６の投入エネルギーを決定する。すなわち、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹから累積基準エネルギーａ・Ｘを差し引いた絶対値が小さくなるような制御を行なう。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態の点火システム５００は、内燃機関であるエンジン１００の混合気に放電して点火するスパークプラグ１３６と、スパークプラグ１３６の放電のために電圧を供給する放電用電源５１０および高周波電源５３０と、高周波電源５３０を制御してスパークプラグ１３６に印加される電圧を制御するプラグ制御部５６０と、を備えている。プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも小さい場合には、スパークプラグ１３６の次の放電において、基準エネルギーａよりも大きい投入エネルギーをスパークプラグ１３６に投入する。また、プラグ制御部５６０は、投入エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きい場合には、スパークプラグ１３６の次の放電において、基準エネルギーａよりも小さい投入エネルギーを投入する。そのため、点火システム５００では、スパークプラグ１３６に投入された累積投入済エネルギーＹがスパークプラグ１３６の放電済回数Ｘに応じた一定値に近づくように制御される。そのため、放電済回数Ｘの放電後のスパークプラグ１３６の消耗量の大きさのばらつきが抑制され、目標放電回数Ｘｔの放電が行なわれるよりも早くスパークプラグ１３６に生じる不具合が抑制される。
【００７４】
また、本実施形態の点火システム５００では、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹに基づいて、次の放電において、スパークプラグ１３６の投入エネルギーとして、５段階の投入エネルギーｙＬＬ、ｙＬ、ｙＳ、ｙＨ、ｙＨＨの内から１つを選択する。そのため、この点火システム５００では、スパークプラグ１３６への投入エネルギーが簡便に設定される。
【００７５】
また、本実施形態の点火システム５００では、スパークプラグ１３６に投入された累積投入済エネルギーＹは、スパークプラグ１３６の１回目の放電からの累積の投入エネルギーである。そのため、本実施形態の点火システム５００では、累積投入済エネルギーＹとしてすべての放電の投入エネルギーが加算されているため、目標放電回数Ｘｔと目標累積投入エネルギーＹｔとの関係が正確に把握され、スパークプラグ１３６に生じる不具合をより抑制できる。また、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも小さい場合には、スパークプラグ１３６の消耗量を大きくすることでスパークプラグ１３６の着火性を向上させて、燃料の消費を抑制できる。
【００７６】
また、本実施形態の点火システム５００では、目標累積投入エネルギーＹｔと目標放電回数Ｘｔとから数式（１）を満たす基準エネルギーａが設定され、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹから累積基準エネルギーａ・Ｘを差し引いた絶対値が小さくなるように投入エネルギーを決定する。そのため、本実施形態の点火システム５００では、スパークプラグ１３６の交換時期において、スパークプラグ１３６の消耗量が大きすぎず、かつ、小さすぎないように制御される。よって、スパークプラグ１３６の消耗量が大きすぎた場合に生じる不具合を抑制でき、かつ、スパークプラグ１３６の消耗量が小さすぎた場合に、スパークプラグ１３６の交換がされずに、その後に急速に消耗量が増えた場合に生じる不具合を抑制できる。
【００７７】
また、本実施形態の点火システム５００では、プラグ制御部５６０は、放電済回数Ｘおよび累積投入済エネルギーＹを記憶し、スパークプラグ１３６が交換されると、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータをリセットする。そのため、本実施形態の点火システム５００では、スパークプラグ１３６の交換に応じて、放電済回数Ｘおよび累積投入済エネルギーＹの制御が行なわれ、交換後のスパークプラグ１３６においても適切な交換時期を把握できる。
【００７８】
また、本実施形態の点火システム５００では、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６の放電のために電圧を供給する高周波電源５３０を制御する。そのため、本実施形態の点火システム５００では、電源として高周波電源５３０が用いられているため、スパークプラグ１３６の投入エネルギーを容易に可変して制御できる。
【００７９】
また、本実施形態の点火システム５００では、同じ運転モードであっても、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘ以下である場合には、プラグ制御部５６０は、次のスパークプラグ１３６の放電において、ＥＧＲ率を上昇させる。そのため、本実施形態の点火システム５００では、スパークプラグ１３６に投入する投入エネルギーを大きくすると共にＥＧＲ率を上昇させることで、燃料消費を抑制できる。また、同じ運転モードであっても、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きい場合には、プラグ制御部５６０は、次のスパークプラグ１３６の放電において、ＥＧＲ率を減少させる。そのため、本実施形態の点火システム５００では、スパークプラグ１３６に投入する投入エネルギーを大きくしない代わりに、ＥＧＲ率を減少させて、エンジン１００自体の着火性を向上させることで、燃料消費を抑制する効果を小さくできる。
【００８０】
また、本実施形態の点火システム５００では、プラグ制御部５６０がインストルメントパネルにスパークプラグ１３６の交換を知らせるランプを点灯させる。そのため、本実施形態の点火システム５００では、予め設定された目標放電回数Ｘｔの放電が行なわれたことを運転手等に認識させ、スパークプラグ１３６が交換されることで、エンジン１００の良好な運転状態を維持させることができる。
【００８１】
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態では、スパークプラグ１３６における１回目の放電から放電済回数Ｘまでの放電が第１の期間における放電としているが、第１の期間における放電についてはこれに限られず、種々変形可能である。例えば、１００回目等の任意の放電から放電済回数Ｘまでの放電が第１の期間における放電として設定されてもよい。また、上記実施形態では、第２の期間における放電が放電済回数Ｘの直後の放電としているが、第２の期間における放電については種々変形可能である。例えば、放電済回数Ｘの直後の１０回等の任意の放電における投入エネルギーの累計によって、スパークプラグ１３６への投入エネルギーが設定されてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、基準エネルギーａが目標累積投入エネルギーＹｔと目標放電回数Ｘｔに基づいて設定されたが、基準エネルギーａの設定についてはこれに限られず、種々変形可能である。例えば、基準エネルギーａが目標放電回数Ｘｔに対して２次曲線のような関係となる目標累積投入エネルギーＹｔによって設定されてもよい。また、基準エネルギーａは、放電済回数Ｘに対して個々に設定された値であってもよい。また、基準エネルギーａは、運転条件や運転モードによって変更される値であってもよい。
【００８３】
Ｂ２．変形例２：
上記実施形態では、回転速度が２０００ｒｐｍ以下であるか否かによって、スパークプラグ１３６への投入エネルギーが決定されたが、スパークプラグ１３６への投入エネルギーは、回転速度によって決定されなくてもよく、その他の運転条件等に設定されてもよい。例えば、自動車がアイドリング状態であるか否かでスパークプラグ１３６への投入エネルギーが決定されてもよい。
【００８４】
図１１は、変形例におけるエンジン１００の運転モード決定処理の流れを示す説明図である。変形例における運転モード決定処理では、上記実施形態の運転モード決定処理と比較して、ステップＳ８３の運転条件の判定基準と、その後の処理と、が異なり、他の処理については上記実施形態と同じである。変形例における運転モード決定処理では、プラグ制御部５６０が運転条件を検出して（ステップＳ８３）、エンジン１００がアイドリング状態であるか否かを判定する（ステップＳ８４）。エンジン１００は、アイドリング状態である場合、回転速度が低回転（例えば、７５０±５００ｒｐｍ）で、かつ、負荷が軽負荷（低）である。そのため、エンジン１００がアイドリング状態であると判定された場合には（ステップＳ８４：ＹＥＳ）、上記実施形態の運転モード決定処理と同じ処理であるステップＳ８７以降の処理が行なわれる。ステップＳ８４の処理において、エンジン１００がアイドリング状態ではないと判定された場合には（ステップＳ８４：ＮＯ）、プラグ制御部５６０は、エンジン１００の回転速度や負荷に応じて予め定められた所定の放電をスパークプラグ１３６に行なわせる（ステップＳ８９）。所定の放電が行なわれると、プラグ制御部５６０は、所定の放電において投入された投入エネルギーｙＴとして、累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータを更新する（ステップＳ９０）。累積投入済エネルギーＹおよび放電済回数Ｘのデータが更新されると、プラグ制御部５６０は、上記実施形態と同じ処理であるステップＳ９１およびステップＳ９２の処理を行なう。
【００８５】
この変形例の点火システム５００では、エンジン１００がアイドリング状態の場合に、プラグ制御部５６０がスパークプラグ１３６への投入エネルギーを設定する。そのため、この変形例の点火システム５００では、エンジン１００の回転速度の変動が小さく、かつ、同じ回転速度で維持する時間の長いアイドリング状態の場合に累積投入済エネルギーＹが調整される。よって、スパークプラグ１３６への投入エネルギーの制御が行なわれやすく、放電済回数Ｘの放電後のスパークプラグ１３６の消耗量のばらつきがより抑制され、目標放電回数Ｘｔの放電が行なわれるよりも早くスパークプラグ１３６に生じる不具合がより抑制される。また、この変形例の点火システム５００では、エンジン１００がアイドリング状態の場合に、投入エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きい場合には、スパークプラグ１３６の次の放電において、基準エネルギーａよりも小さい投入エネルギーが投入される。よって、スパークプラグ１３６への投入エネルギーの制御を行ないやすく、目標放電回数Ｘｔの放電が行なわれるよりも早くスパークプラグ１３６に生じる不具合をより抑制できる。
【００８６】
また、エンジン１００を搭載した自動車では、走行時のエンジン１００の負荷の大きさが高い状態が長い場合がある。この場合には、スパークプラグ１３６の着火性が良好であるため、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘ以下である状態が長時間持続することとなり、スパークプラグ１３６の１回あたりの放電における投入エネルギーを基準エネルギーａよりも大きくする制御を行なえないことが多い。また、逆に、エンジン１００の負荷が小さい場合には、スパークプラグ１３６の着火性が良好でないため、スパークプラグ１３６の１回あたりの放電における投入エネルギーを基準エネルギーａよりも小さくする制御を行なえない場合もある。そのため、投入エネルギーの制御に対してエンジン１００の負荷の大きさの影響が少ないアイドリング状態の場合に、プラグ制御部５６０が、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも小さい場合には、スパークプラグ１３６の次の放電において、基準エネルギーａよりも大きい投入エネルギーをスパークプラグ１３６に投入してもよい。また、プラグ制御部５６０は、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きい場合には、スパークプラグ１３６の次の放電において、基準エネルギーａよりも小さい投入エネルギーを投入してもよい。また、走行時およびアイドリング状態のエンジン１００において、制御可能な範囲で所定の回数における基準エネルギーが、スパークプラグ１３６の放電ごとに設定されてもよい。この変形例では、エンジン１００がアイドリング状態の場合にスパークプラグ１３６の投入エネルギーの制御が行なわれやすいため、累積投入済エネルギーＹを累積基準エネルギーａ・Ｘにより近づけることができ、放電済回数Ｘの放電後のスパークプラグ１３６の消耗量の大きさのばらつきを抑制できる。
【００８７】
Ｂ３．変形例３：
上記実施形態では、ＥＧＲ率が制御されることで、有害生成物の発生の抑制やスパークプラグ１３６の着火性の向上が行なわれたが、混合気の空燃比が制御されることで、これらが行なわれてもよいし、ＥＧＲ率および空燃比の制御の両方が行なわれてもよい。例えば、同じ運転モードであっても、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘよりも大きい場合には、次のスパークプラグ１３６の放電において、プラグ制御部５６０が混合気の空燃比を小さくしてもよい。また、同じ運転モードであっても、累積投入済エネルギーＹが累積基準エネルギーａ・Ｘ以下である場合には、次のスパークプラグ１３６の放電において、プラグ制御部５６０が混合気の空燃比を大きくしてもよい。この変形例の点火システム５００では、スパークプラグ１３６への投入エネルギーが大きい場合には、投入エネルギーが小さい場合に比べてスパークプラグ１３６の着火性が良好であるため、空燃比を大きくすることで、スパークプラグ１３６の着火性を悪化させずに、エンジン１００の燃費を向上させることができる。また、スパークプラグ１３６への投入エネルギーが小さい場合には、投入エネルギーが大きい場合に比べてスパークプラグ１３６の着火性が悪化するため、空燃比を小さくすることで、エンジン１００の着火性を向上させることができる。
【００８８】
Ｂ４．変形例４：
図１２は、変形例における放電済回数Ｘと累積投入済エネルギーＹとの関係の一例を示す説明図である。図１２には、スパークプラグ１３６がＸｍ回放電した後に、スパークプラグ１３６へと投入される投入エネルギーの制御について示されている。プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６がＸｍ回放電した場合における累積基準エネルギーＹｍ（ａ・Ｘｍ）を累積投入済エネルギーＹ０から差し引いたエネルギー差の絶対値Ｚｍを算出する。次に、プラグ制御部５６０は、スパークプラグ１３６がまだ放電していないＸｎ回目の放電における累積基準エネルギーＹｎ（ａ・Ｘｎ）を算出する。プラグ制御部５６０は、Ｘｎ回目の放電までにスパークプラグ１３６へと投入される累積投入済エネルギーＹ１から累積基準エネルギーＹｎを差し引いたエネルギー差の絶対値Ｚｎが絶対値Ｚｍよりも小さくなるように、スパークプラグ１３６へと投入する投入エネルギーを制御する。そのため、この変形例のエンジン１００では、目標放電回数Ｘｔの放電終了時に、スパークプラグ１３６へと投入された累積投入済エネルギーＹが目標累積投入エネルギーＹｔに近づく。そのため、スパークプラグ１３６の消耗量が大きすぎた場合に生じる不具合を抑制でき、かつ、スパークプラグ１３６の消耗量が小さすぎた場合に、スパークプラグ１３６の消耗量を大きくすることでエンジン１００の着火性を向上させて、燃料の消費を抑制できる。
【００８９】
Ｂ５．変形例５：
上記実施形態では、スパークプラグ１３６にエネルギーを投入するエネルギー源として、高周波電源５３０が用いられたが、エネルギー源については高周波電源５３０に限られず、種々変形可能である。例えば、直流電源が用いられてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、負荷の大きさが、「低」、「中」、「高」の３段階に分類されたが、負荷の大きさの設定についてはこれに限られず、種々変形可能である。例えば、負荷の大きさの分類が２段階であってもよいし、４段階以上であってもよい。また、負荷の大きさの分類についても、上記実施形態の数値に限られず、種々変形可能である。例えば、車種によっては、負荷の大きさが０から５０ｋｗの場合に、負荷の大きさが「低」と設定されてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、図９に示すように、目標累積投入エネルギーＹｔとして１００００、放電回数Ｘｔとして１０００が設定されたが、目標累積投入エネルギーＹｔおよび目標放電回数Ｘｔについては、種々変形可能である。スパークプラグ１３６の耐久試験等の結果に基づいて、目標放電回数Ｘｔや目標累積投入エネルギーＹｔが異なる値として設定されてもよいし、目標とする走行距離、および、経年劣化等に基づいて目標放電回数Ｘｔおよび目標累積投入エネルギーＹｔが設定されてもよい。また、投入エネルギーｙＬＬ、ｙＬ、ｙＳ、ｙＨ、ｙＨＨについても、種々変形可能である。上記実施形態とは異なる数値が設定されてもよいし、例えば、投入エネルギーｙＳが設定されずに、投入エネルギーが４種に分類され、５種未満、または、６種以上に分類されてもよい。
【００９２】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行なうことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０…接地電極
１２…吸気通路
１４…燃料噴射弁
１６…排気通路
１８…エアフローセンサ
２０…中心電極
２２…抵抗体
２３…シール体
２４…電動アクチュエータ
２６…スロットル弁
３０…絶縁碍子
３１…貫通孔
３２…クランク角センサ
４０…端子金具
５０…主体金具
５４…座屈部
５５…工具係合部
５６…加締め部
５７…端面
６０，７０…電極チップ
１００…エンジン
１３０…シリンダヘッド
１３２…吸気バルブ
１３４…排気バルブ
１３６…スパークプラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１５２，１５４…電動アクチュエータ
１６０…ＥＧＲ通路
１６２…ＥＧＲ弁
２００…ＥＣＵ
５００…点火システム
５１０…放電用電源
５１１…一次コイル
５１２…二次コイル
５１３…コア
５１４…イグナイタ
５１７，５１８，５１９…伝送路
５２０…バッテリ
５３０…高周波電源
５４０…インピーダンスマッチング回路
５５０…混合回路
５５１…コイル
５５２…コンデンサ
５６０…プラグ制御部
Ｇ…間隙
ａ…基準エネルギー
ａ・Ｘ，Ｙｎ，Ｙｍ…累積基準エネルギー
Ｙ…累積投入済エネルギー
Ｘ，Ｘｍ…放電済回数
Ｘｎ…放電回数
Ｌ１…直線
ＡＬ…軸線
ｙＬＬ，ｙＬ，ｙＳ，ｙＨ，ｙＨＨ…投入エネルギー
ｙＴ…投入エネルギー
Ｙｔ…目標累積投入エネルギー
Ｘｔ…目標放電回数
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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