(57)【要約】【課題】混合気体を着火する際に、混合気体の流動によって中心電極と接地電極との間の混合気体の電離状態が変化することの抑制された点火装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃焼室内の混合気体を着火する着火部と、混合気体の電離を促進する電離促進部と、を備える。着火部は、燃焼室内で対向配置された中心電極と接地電極、および、中心電極に電圧を印加する電圧印加部を有する。電離促進部は、燃焼室の吸気行程以降、電圧印加部によって中心電極に混合気体を着火するための電圧が印加されるまでの間に、燃焼室内の混合気体の電離の促進を行う。【選択図】図３
2019065832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室（２００）内の混合気体を着火する着火部（１０，１１，１２，２０）と、
前記混合気体の電離を促進する電離促進部（１０，１１，１２，２０）と、を備え、
前記着火部は、前記燃焼室内で対向配置された中心電極（１１）と接地電極（１２）、および、前記中心電極に電圧を印加する電圧印加部（２０）を有し、
前記電離促進部は、前記燃焼室の吸気行程以降、前記電圧印加部によって前記中心電極に前記混合気体を着火するための電圧が印加されるまでの間に、前記燃焼室内の前記混合気体の電離の促進を行う点火装置。
【請求項２】
前記電離促進部は前記中心電極、前記接地電極、および、前記電圧印加部を前記着火部と共有しており、
前記電圧印加部は、前記中心電極に第１電圧を印加することでコロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方を発生して前記混合気体の電離の促進を行い、前記第１電圧よりも電圧レベルの高い、前記混合気体を着火するための電圧としての第２電圧を前記中心電極に印加することでアーク放電を発生して前記混合気体の着火を行う請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記第１電圧は交流電圧であり、前記第２電圧は直流電圧である請求項２に記載の点火装置。
【請求項４】
前記電圧印加部は、電源（４０）と基準電位との間に設けられたスイッチ素子（２２）と、前記スイッチ素子と前記電源との間に設けられた１次コイル（２１ａ）と、前記１次コイルと磁気結合して前記中心電極に接続された２次コイル（２１ｂ）と、前記スイッチ素子を開閉制御する制御部（２４）と、を有し、
前記制御部は、
前記内燃機関の回転速度と負荷情報とに基づいて基本パルス信号を算出し、
前記混合気体の情報、および、前記中心電極と前記接地電極の情報に基づいて前記基本パルス信号のデューティ比および周波数の少なくとも一方を補正する補正値を算出し、
前記基本パルス信号と前記補正値とに基づいて前記スイッチ素子を開閉制御することで前記第１電圧を前記中心電極に印加する請求項３に記載の点火装置。
【請求項５】
前記混合気体の情報は、前記混合気体の圧力、温度、湿度、空燃比、および、排気ガスが前記燃焼室に戻された量のうちの少なくとも１つを含む請求項４に記載の点火装置。
【請求項６】
前記中心電極と前記接地電極の情報は、前記中心電極と前記接地電極の離間距離、形状、消耗量、および、温度のうちの少なくとも１つを含む請求項４または請求項５に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の開示は、混合気体を着火する点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、点火プラグと点火コイル、および、スイッチング素子を備える点火装置が知られている。点火プラグはエンジンの燃焼室内でギャップを介して配置された中心電極と接地電極を備えている。点火コイルは互いに磁気結合した１次コイルと２次コイルを備えている。
【０００３】
１次コイルの一端はバッテリの正極に接続されている。１次コイルの他端はスイッチング素子の入出力端子を介して接地されている。２次コイルの一端はバッテリの正極に接続されている。２次コイルの他端は中心電極に接続されている。
【０００４】
２次コイルの他端と中心電極との間に定電圧用経路が接続されている。この定電圧用経路にツェナーダイオードが設けられている。ツェナーダイオードのアノードは２次コイルの他端側に接続されている。ツェナーダイオードのカソードは接地側に接続されている。
【０００５】
上記のスイッチング素子のゲートに点火信号が入力される。この点火信号がオン点火信号とされることでスイッチング素子がオン状態になる。この結果、バッテリから１次コイルへの通電が開始される。点火コイルへの磁気エネルギの蓄積が開始される。
【０００６】
この後に点火信号がオフ点火信号とされることでスイッチング素子がオフ状態になる。これにより２次コイルに高電圧が誘起される。点火プラグの中心電極と接地電極との間のギャップに高電圧が印加される。
【０００７】
上記したように定電圧用経路にツェナーダイオードが設けられている。そのため、上記したように点火プラグのギャップに高電圧（２次電圧）が印加された際、ツェナーダイオードでブレークダウンが生じる。これにより２次電圧はツェナーダイオードのブレークダウン電圧に制限される。この２次電圧がブレークダウン電圧に制限される期間で、ギャップの混合気がイオン化する。このイオン化によりギャップの混合気の状態が放電に適した状態になると、ギャップに放電火花が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５７５４４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように特許文献１に示される点火装置では、２次電圧をブレークダウン電圧に制限している期間で、ギャップの混合気がイオン化される。これは、以下に示す作用のためである。
【００１０】
ギャップに２次電圧を印加すると、ギャップに電界が形成される。ギャップには自由電子が存在する。そのためにギャップに存在する自由電子は電界で加速されて気体分子に衝突する。これにより気体分子から自由電子が放出されてプラスイオンが生成される（α作用）。こうして生成されたプラスイオンは中心電極に衝突する。この衝突により中心電極から自由電子が放出される（γ作用）。中心電極付近のプラスイオンの密度が高くなると、中心電極付近の電界が強まる。これによりα作用が促進される。ギャップの混合気のイオン化が促進される。
【００１１】
しかしながら、ギャップに２次電圧を印加してから放電火花が生じるまでの間に、ギャップに混合気の流れが生じると、中心電極付近のプラスイオンがギャップの外へ流される。これにより中心電極付近の電界が弱まり、ギャップの混合気のイオン化具合（電離状態）が変化する。この結果、放電火花の生じるタイミングがずれる虞がある。それによってエンジンの出力が変化する虞がある。
【００１２】
そこで本明細書に記載の開示物は、混合気体を着火する際に、混合気体の流動によって中心電極と接地電極との間の混合気体の電離状態が変化することの抑制された点火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】
【００１３】
開示の１つは、内燃機関の燃焼室（２００）内の混合気体を着火する着火部（１０，１１，１２，２０）と、
混合気体の電離を促進する電離促進部（１０，１１，１２，２０）と、を備え、
着火部は、燃焼室内で対向配置された中心電極（１１）と接地電極（１２）、および、中心電極に電圧を印加する電圧印加部（２０）を有し、
電離促進部は、燃焼室の吸気行程以降、電圧印加部によって中心電極に混合気体を着火するための電圧が印加されるまでの間に、燃焼室内の混合気体の電離の促進を行う。
【００１４】
これによれば着火するための電圧が中心電極（１１）に印加される前に、燃焼室（２００）内の混合気体の電離が促進される。そのため、着火の際に混合気体の流動によって中心電極（１１）と接地電極（１２）との間の混合気体が流れたとしても、中心電極（１１）と接地電極（１２）との間に流入した混合気体の電離状態は、流出した混合気体の電離状態と同一になることが期待される。このように、着火の際に中心電極と接地電極との間の混合気体の電離を促進する構成とは異なり、混合気体の流動によって、中心電極（１１）と接地電極（１２）との間の混合気体の電離状態が変わることが抑制される。そのため、混合気体の流動に依存せずに、混合気体に着火することができる。
【００１５】
なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】点火装置を説明するためのブロック図である。
【図２】点火装置に流れる電流を説明するための図表である。
【図３】点火装置の駆動を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】アーク放電発生時の印加電圧を説明するためのグラフ図である。
【図５】アーク放電に関連のある値を説明するための概念図である。
【図６】吸気圧冷却水温マップを説明するための概念図である。
【図７】電離促進信号の算出を説明するためのフローチャートである。
【図８】回転速度負荷マップを説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施形態を図に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１〜図８に基づいて本実施形態にかかる点火装置を説明する。点火装置１００は点火プラグ１０と点火回路２０を有する。この点火プラグ１０は内燃機関（エンジン）の燃焼室２００に設けられる。点火回路２０によって点火プラグ１０に火花放電（グロー放電）が発生される。これにより燃焼室２００内の混合気体が着火する。
【００１９】
＜エンジンの挙動＞
以下、点火装置１００を説明する前に、エンジンの挙動を説明する。このエンジンは４サイクルエンジンである。燃焼駆動状態のエンジンは、以下に示す吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、および、排気行程を順次繰り返して実施する。
【００２０】
吸気行程において、エンジンのピストンは、クランクシャフトの回転に連動してシリンダ内を下降する。これによりシリンダとピストンとによって区画される燃焼室２００の容量が増大する。この際に吸気バルブによって燃焼室２００と吸気ポートとが連通され、燃焼室２００内に吸気ポートの気体（主として空気）が吸入される。またインジェクタから燃焼室２００内に霧状の燃料が噴射される。これにより燃焼室２００内に吸気ポートの気体と燃料の混ざった混合気体が流入される。
【００２１】
圧縮行程において、ピストンは下死点を通過してシリンダ内を上昇する。それによって燃焼室２００の容量が減少する。この際に吸気バルブによって燃焼室２００と吸気ポートとの連通が遮られる。なおもちろんではあるが、燃焼室２００と排気ポートとの連通は排気バルブによって遮られている。これにより燃焼室２００内の混合気体が圧縮される。
【００２２】
燃焼膨張行程において、ピストンが上昇して上死点へと向かっている際、若しくは、ピストンが上死点を過ぎて下降している際、点火プラグ１０でグロー放電が発生される。それによって混合気体が着火し、燃焼爆発する。燃焼室２００内の混合気体が膨張し、それによってピストンが下降する。この爆発によるピストンの運動エネルギがクランクシャフトの回転エネルギに変換される。このクランクシャフトの回転エネルギがエンジンの出力として動力伝達装置を介して駆動輪などに出力される。
【００２３】
排気行程において、ピストンが下死点を過ぎて上昇し始める際、排気バルブの駆動によって燃焼室２００と排気ポートとが連通する。それによって燃焼室２００内の排気ガスが排気される。
【００２４】
排気行程後、ピストンが上死点を過ぎて下降し始めると、再び上記の吸気行程が実施される。以上に示したように燃焼駆動状態のエンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、および、排気行程の４行程を順次実施する。
【００２５】
＜点火装置の構成＞
次に、点火装置１００を説明する。上記したように点火装置１００は点火プラグ１０と点火回路２０を有する。点火プラグ１０は中心電極１１と接地電極１２を有する。図１に示すように、中心電極１１は点火回路２０に接続されている。接地電極１２はグランドに接続されている。点火プラグ１０と点火回路２０が着火部と電離促進部に相当する。点火回路２０が電圧印加部に相当する。
【００２６】
中心電極１１と接地電極１２は燃焼室２００内において離間して対向配置されている。中心電極１１の一部は接地電極１２側に突起している。これに対して接地電極１２における中心電極１１との対向部位は平板形状を成している。この接地電極１２の平板部位と中心電極１１の突起部位とが離間して対向している。以下においては中心電極１１と接地電極１２との間の空隙をギャップと示す。なお接地電極１２の平板部位における中心電極１１側の面には、グロー放電の発生を促すための溝が複数形成されていてもよい。
【００２７】
図１に示すように点火回路２０は、車両に搭載されたバッテリ４０の正極とグランドとを接続する第１経路Ｌ１、および、第１経路Ｌ１と中心電極１１とを接続する第２経路Ｌ２を有する。そして点火回路２０は、これら第１経路Ｌ１と第２経路Ｌ２に設けられる点火コイル２１、イグナイタ２２、および、ダイオード２３を有する。さらに点火回路２０はエンジンＥＣＵ２４を有する。イグナイタ２２がスイッチ素子に相当する。エンジンＥＣＵ２４が制御部に相当する。
【００２８】
点火コイル２１は磁気結合した１次コイル２１ａと２次コイル２１ｂを有する。図１と図２では磁気結合をハッチングによって示している。上記のイグナイタ２２はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。イグナイタ２２はエンジンＥＣＵ２４によって開閉制御される。
【００２９】
エンジンＥＣＵ２４は車両に搭載された各種センサ、および、各種ＥＣＵと電気的に接続されている。これら各種センサは図１において車載センサ３００としてまとめて示している。各種ＥＣＵは車載ＥＣＵ４００としてまとめて示している。
【００３０】
エンジンＥＣＵ２４には車載センサ３００で検出された各種センサ信号が入力される。そしてエンジンＥＣＵ２４は車載ＥＣＵ４００と車載ネットワークを通じて相互に信号の送受信を行っている。エンジンＥＣＵ２４は車載センサ３００から入力される各種センサ信号や、車載ＥＣＵ４００から入力される各種車両情報に基づいて、イグナイタ２２に出力する制御信号の生成と出力を決定している。
【００３１】
＜点火装置の回路構成＞
図１に示すように第１経路Ｌ１では、バッテリ４０の正極からグランドに向かって順に、１次コイル２１ａとイグナイタ２２が直列接続されている。１次コイル２１ａの一端がバッテリ４０の正極に接続されている。１次コイル２１ａの他端がイグナイタ２２のドレイン電極に接続されている。イグナイタ２２のソース電極がグランドに接続されている。そしてイグナイタ２２のゲート電極はエンジンＥＣＵ２４に接続されている。エンジンＥＣＵ２４からイグナイタ２２に出力される制御信号によって、イグナイタ２２の閉状態と開状態が制御される。グランドが基準電位に相当する。
【００３２】
第２経路Ｌ２は、第１経路Ｌ１におけるバッテリ４０と１次コイル２１ａとの間の中点と中心電極１１とを接続している。この第２経路Ｌ２では、第１経路Ｌ１との接続点から中心電極１１に向かって順に、ダイオード２３と２次コイル２１ｂが直列接続されている。ダイオード２３のカソード電極が第１経路Ｌ１と第２経路Ｌ２との接続点に接続されている。ダイオード２３のアノード電極が２次コイル２１ｂの一端に接続されている。そして２次コイル２１ｂの他端が中心電極１１に接続されている。
【００３３】
＜点火装置の挙動＞
次に、図２に基づいて点火装置１００の挙動を説明する。なお図２においては表記が煩雑と成ることを避けるために、符号の記載を省略している。
【００３４】
エンジンＥＣＵ２４から出力される制御信号によるイグナイタ２２の開閉制御によって、点火装置１００の中心電極１１には、交流電圧、若しくは、直流電圧が印加される。以下においては、中心電極１１に交流電圧を印加する制御信号を、電離促進信号と示す。中心電極１１に直流電圧を印加する制御信号を、点火信号と示す。
【００３５】
電離促進信号は、電圧レベルが所定周期でハイレベルとローレベルに切り換ることで生成される複数のパルスを含むパルス信号である。この電離促進信号の周波数は２次コイル２１ｂの共振周波数の整数倍である。本実施形態では電離促進信号の周波数として、２次コイル２１ｂの共振周波数の１倍を採用している。この周波数は、例えば１５ｋＨｚ程度である。なお、電離促進信号のデューティ比については後で詳述する。
【００３６】
電離促進信号がハイレベルの場合、イグナイタ２２は閉状態になる。そのため、図２の（ａ）欄に示すように、第１経路Ｌ１ではバッテリ４０から１次コイル２１ａとイグナイタ２２を介してグランドに電流が流れる。電離促進信号がハイレベルからローレベルに切り換ると、イグナイタ２２は閉状態から開状態になる。これにより図２の（ｂ）欄に示すように１次コイル２１ａに電流が流れなくなる。しかしながらこのイグナイタ２２の閉状態から開状態への切り換わりは、上記したように例えば１５ｋＨｚで繰り返し行われる。したがって１次コイル２１ａを流れる電流の電流量は時間的に連続的に変化する。そのため、１次コイル２１ａから発生する磁界の強さも時間的に連続的に変化する。このように時間的に連続的に強さの変化する磁界が２次コイル２１ｂを通過する。これにより２次コイル２１ｂには誘導起電力が絶えず発生する。
【００３７】
この２次コイル２１ｂに発生する誘導起電力の発生方向は、１次コイル２１ａを流れる電流の増大と減少とに応じて、時間的に連続的に変化する。すなわち誘導起電力は交流的に変化する。そのため、２次コイル２１ｂの他端に接続された中心電極１１に印加される電圧（印加電圧）も交流的に変化する。
【００３８】
この印加電圧がバッテリ４０の電源電圧よりも低い場合、ダイオード２３には逆バイアスが印加される。図２の（ａ）欄に示すように、この場合においてもダイオード２３には微量ながら電流が流れる。このダイオード２３を流れる電流の電流量は、数μＡ程度である。
【００３９】
これとは反対に、印加電圧がバッテリ４０の電源電圧よりも高い場合、ダイオード２３には順バイアスが印加される。図２の（ｂ）欄に示すように、ダイオード２３にはバッテリ４０に向かう電流が流れる。
【００４０】
以上に示したように、電離促進信号によってイグナイタ２２を所定周期で開閉制御すると、中心電極１１に交流電圧が印加される。これにより中心電極１１にコロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方が発生する。
【００４１】
このコロナ放電およびグロー放電は、中心電極１１の周りに不均一な電界が生じることで起きる持続的な放電である。コロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方の発生によって、中心電極１１と接地電極１２との間に荷電粒子の通る路（ストリーマ）が複数形成される。これにより中心電極１１の近傍に位置する混合気体が電離する。言いかえれば、中心電極１１の近傍に位置する混合気体がイオン化する。この結果、混合気体に含まれる自由電子の数が増大する。交流電圧の振幅が第１電圧の電圧レベルに相当する。
【００４２】
点火信号は、電圧レベルが所定時間ハイレベルに保たれた後にローレベルに切り換ることで生成される単発のパルスを含むパルス信号である。このハイレベルに保たれる所定時間は、上記したイオン化促進具合や後述の各種情報などに基づいて決定される。このイオン化促進具合は電離促進信号のデューティ比や出力時間などに依存している。エンジンＥＣＵ２４はこれら電離促進信号や各種情報に対するマップを記憶している。エンジンＥＣＵ２４はこれら電離促進信号および各種情報と記憶しているマップとに基づいて所定時間を決定している。なおもちろんではあるが、このようなマップは各種実験を予め行うことで求められている。以下においても各種マップが登場するが、これらも同様にして各種実験を実施することで予め求められている。そして各種マップはエンジンＥＣＵ２４に記憶されている。
【００４３】
点火信号がハイレベルの場合、イグナイタ２２は閉状態になる。そのため、図２の（ｃ）欄に示すように、第１経路Ｌ１ではバッテリ４０から１次コイル２１ａとイグナイタ２２を介してグランドに電流が流れる。この際、ダイオード２３にはバッテリ４０の電源電圧に応じた逆バイアスが印加される。そのためダイオード２３にはほとんど電流が流れない。第２経路Ｌ２の２次コイル２１ｂにも電流は流れない。しかしながら１次コイル２１ａから発生する磁界が２次コイル２１ｂを通過し続ける。これにより２次コイル２１ｂに磁気エネルギが蓄積され続ける。
【００４４】
点火信号がハイレベルからローレベルになると、第１経路Ｌ１での１次コイル２１ａを介した通電が止まる。このために２次コイル２１ｂを通過していた磁界が急激に減少し、２次コイル２１ｂに誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、ダイオード側が正、中心電極１１側が負である。中心電極１１に印加される電圧がグランド電位よりも低くなり、接地電極１２が中心電極１１よりも高電位になる。中心電極１１と接地電極１２との間で絶縁破壊が生じ、接地電極１２から中心電極１１へと向かってアーク放電が生じる。この結果、図２の（ｄ）欄に示すように、第２経路Ｌ２では中心電極１１から２次コイル２１ｂとダイオード２３を介してバッテリ４０に電流が流れる。このアーク放電は、中心電極１１と接地電極１２との間の混合気体に含まれる自由電子の数が多いほどに発生しやすい。この点火信号により中心電極１１に印加される電圧が第２電圧に相当する。
【００４５】
以上に示したように、電離促進信号による交流電圧の発生によって、コロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方が中心電極１１に発生する。これにより混合気体がイオン化して、混合気体に含まれる自由電子の数が増大する。
【００４６】
そのため、点火信号によってアーク放電を発生する前に、予め中心電極１１にコロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方を発生させて混合気体に含まれる自由電子の数を増大しておく。これにより中心電極１１と接地電極１２との間でアーク放電を発生しやすくできる。
【００４７】
上記したようにエンジンは吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、および、排気行程の４行程を順次実施する。これら各種行程は、クランクシャフトの回転角に連動している。上記の車載センサ３００にはこのクランクシャフトの回転角を検出する回転センサが含まれている。したがってエンジンＥＣＵ２４には車載センサ３００からクランクシャフトの回転角が入力される。エンジンＥＣＵ２４はこのクランクシャフトの回転角に基づいて、エンジンがどの行程を実施しているのかを判定する。そしてエンジンＥＣＵ２４は電離促進信号と点火信号の出力タイミングを決定する。
【００４８】
具体的に言えば、エンジンＥＣＵ２４は吸気行程以降、電離促進信号をイグナイタ２２に出力する。その後、圧縮行程における燃焼膨張行程開始の所定時間前のタイミングで、エンジンＥＣＵ２４は制御信号をハイレベルにして点火信号を出力し始める。これにより点火信号の出力開始から所定時間経過後に、点火信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに切り換る。この際にグロー放電が発生し、燃焼膨張行程が開始する。
【００４９】
以下においては表記を簡明とするために、制御信号を制御信号ＣＳと示す。電離促進信号を電離促進信号ＩＰＳと示す。点火信号を点火信号ＩＳと示す。中心電極１１に印加される電圧を印加電圧Ｖ２と示す。２次コイル２１ｂに流れる電流を電流Ｉ２と示す。また所定時間を所定時間Δｔと示す。これは図面においても同様である。
【００５０】
図３に示すように、本実施形態のエンジンＥＣＵ２４は、吸気行程の開始時間ｔ１から終了時間ｔ２までの期間において、電離促進信号ＩＰＳをイグナイタ２２に出力する。これにより印加電圧Ｖ２は交流電圧のように変化する。印加電圧Ｖ２の振幅はおよそ２．０〜４．０ｋＶ程度である。この際、電流Ｉ２も交流電流のように変化する。しかしながらこの際の電流Ｉ２は、グロー放電発生時の放電電流と比べて電流量が桁違いに小さい。そのために図３では電流Ｉ２がほとんど変化しないように表記している。
【００５１】
上記したように吸気行程では、ピストンの下降によって燃焼室２００の容量が増大するとともに、吸気ポートの気体が燃焼室２００内に吸入される。したがってこの吸入行程では燃焼室２００の外に気体は排出されがたく、燃焼室２００内で混合気体が流動する。そのために中心電極１１と接地電極１２との間のギャップを混合気体が流動する。この際、電離促進信号ＩＰＳの出力によって中心電極１１にコロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方が発生している。したがってギャップを流動する混合気体が順次イオン化される。この結果、燃焼室２００内の混合気体が平均的にイオン化され、その自由電子数が増大する。
【００５２】
上記したように圧縮行程では、吸気ポートと排気ポートそれぞれと燃焼室との連通が遮られる。したがってコロナ放電やグロー放電によって自由電子数の増大された混合気体が燃焼室２００の外に排出され難くなっている。
【００５３】
エンジンＥＣＵ２４は、クランクシャフトの回転数に基づいて、圧縮行程においてピストンが上昇して上死点に到達する時間ｔ３を推定する。そしてエンジンＥＣＵ２４は、その時間ｔ３よりも所定時間Δｔだけ速いタイミングを算出する。この所定時間Δｔは、上記したようにイオン化促進具合（自由電子数）や各種情報などに基づいて算出される。
【００５４】
エンジンＥＣＵ２４はこの時間ｔ３よりも所定時間Δｔだけ早い時間ｔ４において、制御信号ＣＳをハイレベルにして点火信号ＩＳを出力し始める。これにより１次コイル２１ａに電流が流れ、２次コイル２１ｂに磁気エネルギが蓄積される。
【００５５】
時間ｔ４から所定時間Δｔ経過して時間ｔ３に至るとエンジンＥＣＵ２４は、点火信号ＩＳをハイレベルからローレベルに変化する。これにより図３に示すように印加電圧Ｖ２は急激にグランド電位よりも低くなる。そして印加電圧Ｖ２の電圧レベルが、中心電極１１と接地電極１２との間で絶縁破壊を生じるほどに低くなると、中心電極１１と接地電極１２との間でグロー放電が発生し、放電電流が流れる。このように放電電流が流れると２次コイル２１ｂに蓄積されたエネルギが放出される。ピーク時の放電電流の電流はおよそ数１０ｍＡ程度である。時間ｔ３以降、印加電圧Ｖ２と電流Ｉ２は逓減する。
【００５６】
図４に、コロナ放電やグロー放電によって自由電子数を増大した場合のグロー放電発生時の印加電圧Ｖ２を実線で示す。また、自由電子数を増大しなかった場合のグロー放電発生時の印加電圧Ｖ２を破線で示す。図４に示す要求電圧は、アーク放電が生じるのに要する印加電圧Ｖ２の電圧レベルを示している。図４に明示するように、自由電子数を増大している場合、増大していない場合に比べて、要求電圧が小さくなっている。
【００５７】
＜電離促進信号のデューティ比＞
上記したように点火装置１００は、アーク放電によって混合気体を着火する前に、コロナ放電やグロー放電を発生させている。このコロナ放電やグロー放電は電離促進信号ＩＰＳの出力によって生成されるが、そのデューティ比が大きくなると、すなわちパルス幅が長くなると、中心電極１１の印加電圧Ｖ２が上昇する。したがってデューティ比の増大によって、コロナ放電やグロー放電ではなく、アーク放電が発生する虞がある。これを避けるために、エンジンＥＣＵ２４は図５に示す各種情報に基づいて電離促進信号ＩＰＳのデューティ比を決定している。
【００５８】
アーク放電は、図５に示す混合気体の状態と点火プラグの状態とに依存する。混合気体の状態としては、混合気体の圧力、温度、湿度、Ａ／Ｆ値、および、ＥＧＲ値などがある。点火プラグの状態としては、点火プラグの温度、形状、ギャップの長さ、材料、電極の消耗量などがある。これらに関連する情報は車載センサ３００や車載ＥＣＵ４００からエンジンＥＣＵ２４に入力される。エンジンＥＣＵ２４はこれらの値に基づいて、電離促進信号ＩＰＳのデューティ比を決定している。
【００５９】
すなわちエンジンＥＣＵ２４は、上記したアーク放電に関連のある値が例えば高いほどにアーク放電が発生しやすい場合、その値の上昇とは反対に電離促進信号ＩＰＳのデューティ比を低める。これとは反対にアーク放電に関連のある値が例えば低いほどにアーク放電が発生しやすい場合、その値の減少とは反対にエンジンＥＣＵ２４は電離促進信号ＩＰＳのデューティ比を高める。以下、各パラメータに対するエンジンＥＣＵ２４による電離促進信号ＩＰＳのデューティ比の増減を列挙する。
【００６０】
アーク放電は、混合気体の密度が薄いほどに発生しやすい。これに対して、混合気体の圧力が低いほど、混合気体の密度が薄くなる。また、混合気体の温度が高いほど、混合気体の密度が薄くなる。そのためにエンジンＥＣＵ２４は混合気体の圧力が低いほどにデューティ比を低める。エンジンＥＣＵ２４は混合気体の温度が高いほどにデューティ比を低める。これら混合気体の圧力や温度は、燃焼室２００に吸入される吸入空気量やその吸気圧、および、エンジンの冷却水温度や燃料温度などから推測することができる。
【００６１】
アーク放電は、混合気体の湿度が低いほどに発生しやすい。そのためにエンジンＥＣＵ２４は混合気体の湿度が低いほどにデューティ比を低める。
【００６２】
なお図５では図示していないが、アーク放電は、混合気体に含まれる燃料種が気化しがたいほどに発生しやすい。そのためにエンジンＥＣＵ２４は燃料種が気化しがたいほどにデューティ比を低める。この燃料種については予めエンジンＥＣＵ２４に記憶されている。
【００６３】
上記のＡ／Ｆ値は空気質量を燃料質量で割った空燃比である。Ａ／Ｆ値がリッチなほど、アーク放電は発生しやすい。そのためにエンジンＥＣＵ２４はＡ／Ｆ値がリッチなほどにデューティ比を低める。
【００６４】
上記のＥＧＲ値は、排気行程において排気ポートに排出された排気ガスが、吸気行程において燃焼室２００内に吸入される量を示している。ＥＧＲはExhaust Gas Recirculation（排気再循環）の略である。ＥＧＲ値が大きいほど、燃焼室２００に吸入される空気の割合が減少する。そのためにアーク放電は発生しがたくなる。したがってエンジンＥＣＵ２４はＥＧＲ値が大きいほどにデューティ比を高める。
【００６５】
アーク放電は、点火プラグ１０の中心電極１１と接地電極１２の温度（電極温度）が高いほどに発生しやすい。そのためにエンジンＥＣＵ２４は点火プラグ１０の温度が高いほどにデューティ比を低める。この点火プラグ１０の温度は、吸気圧とエンジンの冷却水温度、および、図６に示す吸気圧冷却水温マップに基づいて求められる。エンジンＥＣＵ２４はこの吸気圧冷却水温マップを予め記憶している。
【００６６】
アーク放電は、点火プラグ１０の中心電極１１と接地電極１２の互いに対向する部位が先鋭しているほどに発生しやすい。このような点火プラグ１０の中心電極１１と接地電極１２の形状（電極形状）は、予めエンジンＥＣＵ２４に記憶されている。そのためにエンジンＥＣＵ２４は点火プラグ１０の先鋭具合が強いほどにデューティ比を低める。
【００６７】
アーク放電は、点火プラグ１０の中心電極１１と接地電極１２との離間距離（ギャップ長）が短いほどに発生しやすい。このようなギャップの長さは、予めエンジンＥＣＵ２４に記憶されている。そのためにエンジンＥＣＵ２４はギャップの長さが短いほどにデューティ比を低める。
【００６８】
上記したようにアーク放電は、点火プラグ１０の先鋭具合が強いほどに、そしてギャップ長が短いほどに、アーク放電は発生しやすい。しかしながらこの点火プラグ１０の形状やギャップ長は、点火プラグ１０の中心電極１１と接地電極１２の消耗量（電極消耗量）によって変化する。長年の使用によって点火プラグ１０の先鋭具合は鈍くなり、ギャップ長は長くなる。そのためにエンジンＥＣＵ２４は点火プラグ１０の消耗が激しくなるほどにデューティ比を高める。
【００６９】
なお点火プラグ１０の消耗は、点火プラグ１０のアーク放電回数と形成材料によって推測することができる。このアーク放電回数はエンジン回転速度とエンジン負荷情報などによって記録しておくことができる。形成材料は予めエンジンＥＣＵ２４に記憶させておくことができる。
【００７０】
＜電離促進信号の生成＞
次に、エンジンＥＣＵ２４による電離促進信号ＩＰＳの算出フローを、図７および図８に基づいて説明する。
【００７１】
先ずステップＳ１０においてエンジンＥＣＵ２４はエンジン回転速度とエンジン負荷情報を車載センサ３００および車載ＥＣＵ４００から読み込む。この後にエンジンＥＣＵ２４はステップＳ２０へ進む。
【００７２】
ステップＳ２０へ進むとエンジンＥＣＵ２４は、上記したデューティ比を補正するための各種情報（パラメータ）を車載センサ３００および車載ＥＣＵ４００から取得する。具体的に言えば、エンジンＥＣＵ２４は、吸入空気量、吸気圧、エンジンの冷却水温度、燃料温度、混合気体の湿度、Ａ／Ｆ値、および、ＥＧＲ値などを車載センサ３００および車載ＥＣＵ４００から取得する。そしてエンジンＥＣＵ２４は、混合気体の圧力や温度、点火プラグ１０の温度や消耗を推測する。この後にエンジンＥＣＵ２４はステップＳ３０へと進む。
【００７３】
なお、上記したようにステップＳ１０でエンジンＥＣＵ２４はエンジン回転速度とエンジン負荷情報を車載センサ３００および車載ＥＣＵ４００から読み込む。そしてステップＳ２０でエンジンＥＣＵ２４は吸入空気量や吸気圧などを車載センサ３００および車載ＥＣＵ４００から取得する、と記載している。例えばエンジン負荷情報と吸入空気量とには相関関係がある。このようにステップＳ１０で取得する情報と、ステップＳ２０で取得する情報とに相関関係のあるものが含まれている。しかしながらこれは、ステップＳ１０で取得した情報を、ステップＳ２０において新たにその情報を取得することを示してはいない。後述するように、ステップＳ１０で取得した情報は基本デューティ比の算出に関連し、ステップＳ１０とステップＳ２０で取得した情報は補正係数ｋに関連する。これら基本デューティ比の算出と補正係数ｋの算出とに必要な値を明りょうに区分けして説明するために、ステップＳ１０とステップＳ２０とに分けて説明しているに過ぎない。
【００７４】
ステップＳ３０へ進むとエンジンＥＣＵ２４は、ステップＳ１０で取得したエンジン回転速度とエンジン負荷情報、および、予めエンジンＥＣＵ２４に記憶されている図８に示す回転速度負荷マップに基づいて、電離促進信号ＩＰＳの基本デューティ比を算出する。上記したように本実施形態では、電離促進信号ＩＰＳの周波数を２次コイル２１ｂの共振周波数の１倍に定めている。したがってこのステップＳ３０において、電離促進信号ＩＰＳの基本とする基本信号が算出される。この基本信号が基本パルス信号に相当する。この後にエンジンＥＣＵ２４はステップＳ４０へと進む。
【００７５】
ステップＳ４０へ進むとエンジンＥＣＵ２４は、ステップＳ１０およびステップＳ２０で取得、推測した各種情報に基づいて、基本デューティ比を補正するための補正係数ｋを算出する。この後にエンジンＥＣＵ２４はステップＳ５０へと進む。
【００７６】
ステップＳ５０へ進むとエンジンＥＣＵ２４は、ステップＳ３０で算出した基本デューティ比と補正係数ｋとに基づいて、電離促進信号ＩＰＳのデューティ比を算出する。これによりエンジンＥＣＵ２４は電離促進信号ＩＰＳを算出する。
【００７７】
なお補正係数ｋは、基本デューティ比に乗算する補正値でもよいし、基本デューティ比に加減算する補正値でもよい。また、上記したデューティ比を補正するための各種パラメータの全てに基づいて補正係数ｋを決定してもよいし、各種パラメータそれぞれに対する補正係数を求めた後に、その中から１つを選択することで補正係数ｋを決定してもよい。このように複数の補正係数の中から１つを選択する場合、アーク放電の発生を避けるために、複数の補正係数のうち最も基本デューティ比を下げる補正係数を選択する。
【００７８】
本実施形態では、上記したように電離促進信号ＩＰＳの周波数として、２次コイル２１ｂの共振周波数の１倍を採用している。この周波数は、上記した算出フローにおいて、適宜補正する構成を採用することもできる。この場合、図５に示すアーク放電に関連のある値に対する周波数の増減とデューティ比の増減は同一である。すなわちデューティ比を低める場合、周波数も低める。また、デューティ比を補正せずに、周波数のみを補正する構成を採用することもできる。
【００７９】
＜作用効果＞
次に、本実施形態にかかる点火装置１００の作用効果を説明する。上記したように点火装置１００のエンジンＥＣＵ２４は、吸気行程で電離促進信号ＩＰＳを出力する。これにより中心電極１１に交流電圧が印加され、中心電極１１にコロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方が発生する。この結果、燃焼室２００内の混合気体の電離が促進される。燃焼室２００内の混合気体に含まれる自由電子数が増大する。この後にエンジンＥＣＵ２４は点火信号ＩＳを出力する。これにより中心電極１１に直流電圧が印加され、中心電極１１にグロー放電が発生する。この結果、混合気体が着火する。
【００８０】
これによれば、吸気行程において、中心電極１１と接地電極１２との間のギャップ、および、その近傍に位置する混合気体だけではなく、燃焼室２００内のすべての混合気体の電離が促進される。そのため、吸気行程よりも後の例えば圧縮行程において、混合気体の流動によってギャップやその近傍の混合気体が流れたとしても、ギャップに新たに流入した混合気体の電離状態は、流出した混合気体の電離状態と同一になることが期待される。このように、点火信号の出力による着火の際にギャップの混合気体の電離を促進する構成とは異なり、ギャップやその近傍の混合気体が流れたとしても、ギャップの混合気体の電離状態が変わることが抑制される。そのため、混合気体の流動に依存せずに、混合気体を着火することができる。これにより燃焼膨張行程の開始タイミングがずれることが抑制される。エンジン出力が変動することが抑制される。
【００８１】
上記したように吸気行程では、燃焼室２００の外に気体は排出されがたく、燃焼室２００内で混合気体が流動する。そのために中心電極１１と接地電極１２との間のギャップを混合気体が流動し、このギャップを流動する混合気体がコロナ放電やグロー放電によって順次イオン化される。このため、燃焼室２００内の混合気体が平均的にイオン化される。
【００８２】
コロナ放電およびグロー放電は、グロー放電を発生する中心電極１１で発生される。これによれば、例えばコロナ放電およびグロー放電を発生する電極を中心電極や接地電極とは別個に持つ構成と比べて、部品点数の増大が抑制される。
【００８３】
コロナ放電およびグロー放電の少なくとも一方を発生する電離促進信号ＩＰＳのデューティ比および周波数の少なくとも一方は、グロー放電に関連のある値に基づいて、グロー放電が発生しないように決定される。これにより燃焼膨張行程の開始前に点火プラグ１０でグロー放電が発生することが抑制される。
【００８４】
以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００８５】
（第１の変形例）
本実施形態では、エンジンＥＣＵ２４は吸気行程の開始から終了までの間、電離促進信号ＩＰＳを出力して混合気体の電離を促進する例を示した。しかしながら電離促進信号ＩＰＳの出力期間は上記例に限定されない。電離促進信号ＩＰＳは、吸気行程の途中や圧縮行程で出力し始めてもよい。また電離促進信号ＩＰＳは、吸気行程の途中や圧縮行程で出力を停止してもよい。電離促進信号ＩＰＳの出力期間としては、吸気行程開始から燃焼膨張行程開始の所定時間Δｔ前までの間であればよい。
【００８６】
（第２の変形例）
点火装置１００は、高圧縮比エンジン、高過給エンジン、過給ダウンサイジングエンジン、および、自然吸気エンジンなどに適用することができる。また点火装置１００は、筒内噴射式エンジン、吸気ポート噴射式エンジン、および、デュアル噴射式エンジンなどに適用することもできる。
【００８７】
（その他の変形例）
本実施形態では、交流電圧を中心電極１１に印加することで混合気体の電離促進を行う例を示した。しかしながら例えば紫外線やＸ線の照射およびレーザ出力などによって混合気体の電離を促進してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０…点火プラグ、１１…中心電極、１２…接地電極、２０…点火回路、２１…点火コイル、２１ａ…１次コイル、２１ｂ…２次コイル、２２…イグナイタ、２３…ダイオード、２４…エンジンＥＣＵ、４０…バッテリ、１００…点火装置、２００…燃焼室、３００…車載センサ、４００…車載ＥＣＵ
【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】
2019065832.tif 000009
【図８】
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