(57)【要約】【課題】燃焼圧センサが不要で従来よりもコスト削減が可能な内燃機関用制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関用の制御装置は、内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部８３と、点火プラグ２００の電極間の電圧を検出する放電量検出部３６０と、放電量検出部３６０が検出した電極間の電圧に基づいて、気筒内の圧力を演算する筒内圧演算部９０とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部と、
前記点火プラグの電極間の電圧を検出する放電量検出部と、
前記放電量検出部が検出した前記電極間の電圧に基づいて、前記気筒内の圧力を演算する筒内圧演算部と、を備える内燃機関用制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
前記放電量検出部が検出した前記電極間の電圧を所定時間維持するピークホールド部を備え、
前記筒内圧演算部は、前記ピークホールド部により維持された前記電極間の電圧を取得し、前記気筒内の圧力を演算する内燃機関用制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
前記点火制御部は、前記点火プラグの放電により前記燃料への着火を行うための着火用電気エネルギーを前記点火コイルから前記点火プラグに供給させる着火用点火信号と、前記気筒内の圧力に応じた電圧を前記点火プラグの電極間に発生させるための検知用電気エネルギーを前記点火コイルから前記点火プラグに供給させる検知用点火信号と、を出力し、
前記筒内圧演算部は、前記点火制御部が前記検知用点火信号を出力したときに前記放電量検出部が検出した前記電極間の電圧に基づいて、前記気筒内の圧力を演算する内燃機関用制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関用制御装置において、
前記点火コイルは、前記点火制御部から出力される前記着火用点火信号および前記検知用点火信号を受けて前記点火コイルの通電を行うイグナイタと接続されており、
前記点火制御部と前記イグナイタの間には、ゲート抵抗と、前記ゲート抵抗の接続状態を切り替えるスイッチとが設けられており、
前記点火制御部は、前記点火コイルが前記点火プラグに前記着火用電気エネルギーを供給するときには前記着火用点火信号が前記ゲート抵抗を介して前記イグナイタに入力され、前記点火コイルが前記点火プラグに前記検知用電気エネルギーを供給するときには前記検知用点火信号が前記ゲート抵抗を介さずに前記イグナイタに入力されるように、前記スイッチを切り替える内燃機関用制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の内燃機関用制御装置において、
前記点火制御部は、前記筒内圧演算部が演算した前記気筒内の圧力に基づいて前記燃料への着火の成否を判定し、前記燃料への着火が失敗したと判定した場合に前記着火用点火信号を再出力する内燃機関用制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
前記筒内圧演算部は、前記内燃機関の回転数に応じて、前記燃料への着火１回当たりの前記気筒内の圧力の演算回数を変化させる内燃機関用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の燃費向上のため、理論空燃比よりも薄い混合気で運転する技術や、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れ、再度吸気させる技術などを取り入れた内燃機関の制御装置が開発されている。
【０００３】
この種の内燃機関の制御装置では、燃焼室における燃料や空気の量が理論値から乖離するため、点火プラグによる燃料への着火不良が生じやすくなる。燃料への着火不良が生じた場合には、これを正確に検知し、点火プラグを再点火して燃料への着火を確実に行う必要がある。
【０００４】
従来、燃焼室内の圧力（燃焼圧）を検出するための燃焼圧センサを内燃機関に設け、これを用いて燃料への着火不良を検知する方法が知られている。例えば特許文献１には、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる多気筒内燃機関であって、燃焼圧センサを再循環排気ガスの量が最も多い気筒の燃焼室のみに配置し、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が行われるときに、前記燃焼圧センサの出力値に応じてすべての気筒の空燃比を制御するようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３０２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の内燃機関のような従来技術では、燃焼圧を検出するために燃焼圧センサを設ける必要があり、コスト削減に関して改善の余地がある。
【０００７】
したがって、本発明は、上記の課題に着目してなされたもので、燃焼圧センサが不要で従来よりもコスト削減が可能な内燃機関用制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による内燃機関用制御装置は、内燃機関の気筒内で放電して燃料への点火を行う点火プラグに対し電気エネルギーを与える点火コイルの通電を制御する点火制御部と、前記点火プラグの電極間の電圧を検出する放電量検出部と、前記放電量検出部が検出した前記電極間の電圧に基づいて、前記気筒内の圧力を演算する筒内圧演算部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃焼圧センサが不要で従来よりもコスト削減が可能な内燃機関用制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関及び内燃機機関の制御装置の要部構成を説明する図である。
【図２】点火プラグを説明する部分拡大図である。
【図３】制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。
【図４】点火コイルを含む電気回路を説明する図である。
【図５】スイッチの切り替えタイミングと２次側コイルの電圧変化を説明するタイミングチャートの一例である。
【図６】実施の形態にかかる筒内圧検知方法の一例を説明する図である。
【図７】実施の形態にかかる点火制御部による点火プラグの制御方法を説明するフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態にかかる内燃機関用制御装置を説明する。
【００１２】
以下、実施の形態にかかる内燃機関用制御装置の一態様である制御装置１を説明する。この実施の形態では、制御装置１により、４気筒の内燃機関１００の各気筒１５０に各々設けられた点火プラグ２００の放電（点火）を制御する場合を例示して説明する。
以下、実施の形態において、内燃機関１００の一部の構成又は全ての構成及び制御装置１の一部の構成又は全ての構成を組み合わせたものを、内燃機関１００の制御装置１と言う。
【００１３】
［内燃機関］
図１は、内燃機関１００及び内燃機関用点火装置の要部構成を説明する図である。
図２は、点火プラグ２００の電極２１０、２２０を説明する部分拡大図である。
【００１４】
内燃機関１００では、外部から吸引した空気はエアクリーナ１１０、吸気管１１１、吸気マニホールド１１２を通流し、吸気弁１５１が開くと各気筒１５０に流入する。各気筒１５０に流入する空気量は、スロットル弁１１３により調整され、スロットル弁１１３で調整された空気量は、流量センサ１１４により測定される。
【００１５】
スロットル弁１１３には、スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ１１３ａが設けられている。このスロットル開度センサ１１３ａで検出されたスロットル弁１１３の開度情報は、制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１に出力される。
【００１６】
なお、スロットル弁１１３は、電動機で駆動される電子スロットル弁が用いられるが、空気の流量を適切に調整できるものであれば、その他の方式によるものでもよい。
【００１７】
各気筒１５０に流入したガスの温度は、吸気温センサ１１５で検出される。
【００１８】
クランクシャフト１２３に取り付けられたリングギア１２０の径方向外側には、クランク角センサ１２１が設けられている。このクランク角センサ１２１により、クランクシャフト１２３の回転角度が検出される。実施の形態では、クランク角センサ１２１は、例えば１０°毎及び燃焼周期毎のクランクシャフト１２３の回転角度を検出する。
【００１９】
シリンダヘッドのウォータジャケット（図示せず）には、水温センサ１２２が設けられている。この水温センサ１２２により、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する。
【００２０】
また、車両には、アクセルペダル１２５の変位量（踏み込み量）を検出するアクセルポジションセンサ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ：ＡＰＳ）１２６が設けられている。このアクセルポジションセンサ１２６により、運転者の要求トルクを検出する。このアクセルポジションセンサ１２６で検出された運転者の要求トルクは、後述する制御装置１に出力される。制御装置１は、この要求トルクに基づいて、スロットル弁１１３を制御する。
【００２１】
燃料タンク１３０に貯留された燃料は、燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧された後、プレッシャレギュレータ１３２が設けられた燃料配管１３３を通流し、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４に誘導される。燃料ポンプ１３１から出力された燃料は、プレッシャレギュレータ１３２で所定の圧力に調整され、燃料噴射弁（インジェクタ）１３４から各気筒１５０内に噴射される。プレッシャレギュレータ１３２で圧力調整された結果、余分な燃料は戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。
【００２２】
各気筒１５０には、排気弁１５２と、燃焼後のガス（排気ガス）を気筒１５０の外側に排出する排気マニホールド１６０が取り付けられている。この排気マニホールド１６０の排気側には、三元触媒１６１が設けられている。排気弁１５２が開くと、気筒１５０から排気マニホールド１６０に排気ガスが排出される。この排気ガスは、排気マニホールド１６０を通って三元触媒１６１で浄化された後、大気に排出される。
【００２３】
三元触媒１６１の上流側には、上流側空燃比センサ１６２が設けられている。この上流側空燃比センサ１６２は、各気筒１５０から排出された排気ガスの空燃比を連続的に検出する。
【００２４】
また、三元触媒１６１の下流側には、下流側空燃比センサ１６３が設けられている。この下流側空燃比センサ１６３は、理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力する。実施の形態では、下流側空燃比センサ１６３は、例えばＯ２センサである。
【００２５】
また、各気筒１５０の上部には、点火プラグ２００が各々設けられている。点火プラグ２００の放電（点火）により、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に火花が着火し、気筒１５０内で爆発が起こり、ピストン１７０が押し下げられる。ピストン１７０が押し下げられることにより、クランクシャフト１２３が回転する。
【００２６】
点火プラグ２００には、点火プラグ２００に供給される電気エネルギー（電圧）を生成する点火コイル３００が接続されている。すなわち、内燃機関１００が有する複数の気筒１５０（実施の形態では４つ）のそれぞれに対して、点火コイル３００が１つずつ設けられている。点火コイル３００で発生した電圧により、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じる（図２参照）。
【００２７】
図２に示すように、点火プラグ２００では、中心電極２１０は、絶縁体２３０により絶縁状態で支持されている。この中心電極２１０に所定の電圧（実施の形態では、例えば２０，０００Ｖ〜４０，０００Ｖ）が印加される。
【００２８】
外側電極２２０は接地されている。中心電極２１０に所定の電圧が印加されると、中心電極２１０と外側電極２２０との間で放電（点火）が生じる。
【００２９】
なお、点火プラグ２００において、中心電極２１０と外側電極２２０との間に存在する気体（ガス）の状態や筒内圧によって、ガス成分の絶縁破壊を起こして放電（点火）が発生する電圧が変動する。この放電が発生する電圧を絶縁破壊電圧と言う。
【００３０】
点火プラグ２００の放電制御（点火制御）は、後述する制御装置１の点火制御部８３により行われる。
【００３１】
図１に戻って、前述したスロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、クランク角センサ１２１、アクセルポジションセンサ１２６、水温センサ１２２等の各種センサからの出力信号は、制御装置１に出力される。制御装置１では、これら各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１００の運転状態を検出し、気筒１５０内に送出する空気量、燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。
【００３２】
なお、一般的な従来の内燃機関では、気筒内の圧力（燃焼圧）を検知するために、圧電式やゲージ式の圧力センサを用いて構成された燃焼圧センサが気筒内に設けられている。しかしながら、制御装置１が制御対象とする内燃機関１００には、こうした燃焼圧センサが設けられていない。そこで、実施の形態にかかる制御装置１では、点火プラグ２００の中心電極２１０と外側電極２２０との間において放電を複数回発生させることで、混合気の燃焼後にも点火プラグ２００が放電状態となるようにする。このときに中心電極２１０と外側電極２２０の間の電圧（電極間電圧）を検出し、その検出結果に基づいて、後述するような方法で気筒１５０内の圧力を検知する。これにより、燃焼圧センサを必要とせずに、気筒１５０内の圧力を検知可能な内燃機関用制御装置を実現する。
【００３３】
［制御装置のハードウェア構成］
次に、制御装置１のハードウェアの全体構成を説明する。
【００３４】
図１に示すように、制御装置１は、アナログ入力部１０と、デジタル入力部２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３０と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０と、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６０と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポート７０と、出力回路８０と、を有する。
【００３５】
アナログ入力部１０には、スロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、アクセルポジションセンサ１２６、上流側空燃比センサ１６２、下流側空燃比センサ１６３、水温センサ１２２等の各種センサからのアナログ出力信号と、点火プラグ２００の電極間電圧とが入力される。
【００３６】
アナログ入力部１０には、Ａ／Ｄ変換部３０が接続されている。アナログ入力部１０に入力された各種センサからのアナログ出力信号および点火プラグ２００の電極間電圧は、ノイズ除去等の信号処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換部３０でデジタル信号に変換され、ＲＡＭ４０に記憶される。
【００３７】
デジタル入力部２０には、クランク角センサ１２１からのデジタル出力信号が入力される。
【００３８】
デジタル入力部２０には、Ｉ／Ｏポート７０が接続されており、デジタル入力部２０に入力されたデジタル出力信号は、このＩ／Ｏポート７０を介してＲＡＭ４０に記憶される。
【００３９】
ＲＡＭ４０に記憶された各出力信号は、ＭＰＵ５０で演算処理される。
【００４０】
ＭＰＵ５０は、ＲＯＭ６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、ＲＡＭ４０に記憶された出力信号を、制御プログラムに従って演算処理する。ＭＰＵ５０は、制御プログラムに従って、内燃機関１００を駆動する各アクチュエータ（例えば、スロットル弁１１３、プレッシャレギュレータ１３２、点火プラグ２００等）の作動量を規定する制御値を算出し、ＲＡＭ４０に一時的に記憶する。
【００４１】
ＲＡＭ４０に記憶されたアクチュエータの作動量を規定する制御値は、Ｉ／Ｏポート７０を介して出力回路８０に出力される。
【００４２】
出力回路８０には、点火プラグ２００に印加する電圧を制御する点火制御部８３（図３参照）の機能などが設けられている。
【００４３】
［制御装置の機能ブロック］
次に、制御装置１の機能構成を説明する。
【００４４】
図３は、制御装置１の機能構成を説明する機能ブロック図である。この制御装置１の各機能は、例えばＭＰＵ５０がＲＯＭ６０に記憶された制御プログラムを実行することで、出力回路８０で実現される。
【００４５】
図３に示すように、制御装置１の出力回路８０は、全体制御部８１と、燃料噴射制御部８２と、点火制御部８３とを有する。
【００４６】
全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、内燃機関１００の各気筒１５０内の圧力を演算する筒内圧演算部９０と、に接続されており、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、筒内圧演算部９０からの筒内圧情報Ｓ２と、を受け付ける。なお、筒内圧演算部９０は、点火プラグ２００と接続された放電量検出部３６０（図４参照）が検出した点火プラグ２００の電極間電圧を入力し、この電極間電圧に基づいて各気筒１５０内の圧力の演算を行う機能を有する。この筒内圧演算部９０は、全体制御部８１や燃料噴射制御部８２、点火制御部８３等と同様に、ＭＰＵ５０がＲＯＭ６０に記憶された制御プログラムを実行することで、制御装置１において出力回路８０で実現されるものである。
【００４７】
全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、筒内圧演算部９０からの筒内圧情報Ｓ２とに基づいて、燃料噴射制御部８２と点火制御部８３の全体的な制御を行う。
【００４８】
燃料噴射制御部８２は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部８６と、に接続されており、気筒判別部８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。
【００４９】
また、燃料噴射制御部８２は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部８９と、に接続されており、吸気量計測部８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。
【００５０】
燃料噴射制御部８２は、受け付けた各情報に基づいて、燃料噴射弁１３４から噴射される燃料の噴射量と噴射時間（燃料噴射弁制御情報Ｓ９）を算出し、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて燃料噴射弁１３４を制御する。
【００５１】
点火制御部８３は、全体制御部８１のほか、気筒判別部８４と、角度情報生成部８５と、回転数情報生成部８６と、負荷情報生成部８８と、水温計測部８９と、筒内圧演算部９０とに接続されており、これらからの各情報を受け付ける。
【００５２】
点火制御部８３は、受け付けた各情報に基づいて、点火コイル３００の１次側コイル（図示せず）に通電する電流量（通電角）と、通電開始時間と、１次側コイルに通電した電流を遮断する時間（点火時間）を算出する。
【００５３】
点火制御部８３は、算出した通電角と、通電開始時間と、点火時間とに基づいて、点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡを出力することで、点火プラグ２００による放電制御（点火制御）を行う。なお、点火コイル３００は、複数のコイルを組み合わせて構成されていてもよい。
【００５４】
なお、少なくとも、点火制御部８３が点火信号ＳＡを用いて点火プラグ２００の点火制御を行う機能は、本発明の内燃機関用制御装置に相当する。
【００５５】
［点火コイルの電気回路］
次に、点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する。
【００５６】
図４は、点火コイル３００を含む電気回路４００を説明する図である。電気回路４００において、点火コイル３００は、所定の巻き数で巻かれた１次側コイル３１０と、１次側コイル３１０よりも多い巻き数で巻かれた２次側コイル３２０と、を含んで構成される。
【００５７】
１次側コイル３１０の一端は、直流電源３３０に接続されている。これにより、１次側コイル３１０には、所定の電圧（実施の形態では、例えば１２Ｖ）が印加される。直流電源３３０と１次側コイル３１０の接続経路中には、充電量検出部３５０が設けられている。充電量検出部３５０は、１次側コイル３１０に印加された電圧と電流を検出して、点火制御部８３へ送信する。
【００５８】
１次側コイル３１０の他端は、イグナイタ３４０に接続されており、イグナイタ３４０を介して接地されている。イグナイタ３４０には、トランジスタや電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが用いられる。
【００５９】
イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子は、ゲート抵抗ＲｇおよびスイッチＳＷを介して点火制御部８３に接続されている。点火制御部８３から出力された点火信号ＳＡは、ゲート抵抗ＲｇまたはスイッチＳＷを介してイグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に入力される。イグナイタ３４０のベース（Ｂ）端子に入力される点火信号ＳＡがＯＮになると、イグナイタ３４０のコレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間が通電状態となり、コレクタ（Ｃ）端子とエミッタ（Ｅ）端子間に電流が流れる。これにより、点火制御部８３からイグナイタ３４０を介して点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号ＳＡが出力され、点火コイル３００が通電されて１次側コイル３１０に電力（電気エネルギー）が蓄積される。
【００６０】
点火制御部８３からの点火信号ＳＡの出力がＯＮからＯＦＦに変化して、１次側コイル３１０に流れる電流が遮断されると、１次側コイル３１０に対するコイルの巻き数比に応じた高電圧が２次側コイル３２０に発生する。２次側コイル３２０に発生した高電圧が点火プラグ２００（中心電極２１０）に印加されることで、点火プラグ２００の中心電極２１０と、外側電極２２０との間に電位差が発生する。この中心電極２１０と外側電極２２０との間に発生した電位差が、ガス（気筒１５０内の混合気）の絶縁破壊電圧Ｖｍ以上になると、ガス成分が絶縁破壊されて中心電極２１０と外側電極２２０との間に放電が生じ、燃料（混合気）への点火（着火）が行われる。
【００６１】
点火制御部８３は、上記のような点火信号ＳＡをイグナイタ３４０に出力することで、点火コイル３００から点火プラグ２００への電気エネルギーの供給を制御し、点火プラグ２００を放電させて燃料への着火が行われるようにする。
【００６２】
また、点火制御部８３は、燃料への着火後にも、気筒１５０内の圧力を検知するための点火信号ＳＡを出力する。ただし、気筒１５０内の圧力を検知する際には、燃料への着火を行う必要がないため、着火時と比べて２次側コイル３２０に発生させる電圧を低くし、点火プラグ２００の消耗を抑えることが好ましい。そのため、燃料への着火後に点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡは、前述の着火時に出力される点火信号ＳＡと比べて、ＯＮからＯＦＦまでの期間（パルス幅）が短い。
【００６３】
以下では、着火時に点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡを「着火用点火信号」と言い、このときに点火コイル３００から点火プラグ２００へ供給される電気エネルギーを「着火用電気エネルギー」と言う。すなわち、着火用電気エネルギーとは、点火プラグ２００の放電により燃料への着火を行うための電気エネルギーであり、着火用点火信号とは、この着火用電気エネルギーを点火コイル３００から点火プラグ２００に供給させるための信号である。一方、気筒１５０内の圧力検知時に点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡを「検知用点火信号」と言い、このときに点火コイル３００から点火プラグ２００へ供給される電気エネルギーを「検知用電気エネルギー」と言う。すなわち、検知用電気エネルギーとは、気筒１５０内の圧力に応じた電圧を点火プラグ２００の電極間に発生させるための電気エネルギーであり、検知用点火信号とは、この検知用電気エネルギーを点火コイル３００から点火プラグ２００に供給させるための信号である。
【００６４】
点火制御部８３は、スイッチＳＷに切替信号Ｗを出力することで、スイッチＳＷの切り替え状態を制御する。スイッチＳＷは、点火制御部８３からの切替信号Ｗに応じて、点火制御部８３とイグナイタ３４０との間におけるゲート抵抗Ｒｇの接続状態を切り替える。切替信号ＷがＯＮのときには、スイッチＳＷが導通側に切り替えられ、ゲート抵抗Ｒｇの両端が短絡される。このとき点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡは、ゲート抵抗Ｒｇを介さずにイグナイタ３４０に入力される。一方、切替信号ＷがＯＦＦのときには、スイッチＳＷが遮断側に切り替えられる。このとき点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡは、ゲート抵抗Ｒｇを介してイグナイタ３４０に入力される。スイッチＳＷには、たとえば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などが用いられる。
【００６５】
図５は、点火信号ＳＡに応じたスイッチＳＷの切り替えタイミングと２次側コイル３２０の電圧変化を説明するタイミングチャートの一例である。図５において、最上段は、点火制御部８３から出力される点火信号ＳＡのＯＮ／ＯＦＦを示している。上から２段目は、切替信号ＷのＯＮ／ＯＦＦを示している。この切替信号ＷのＯＮ／ＯＦＦに従って、スイッチＳＷがＯＮ側（接続側）またはＯＦＦ側（遮断側）に切り替えられる。上から３段目は、点火コイル３００の１次側コイル３１０に流れる電流波形を示し、最下段は、点火コイル３００の２次側コイル３２０に発生する電圧波形を示している。
【００６６】
図５の最上段に示すように、点火制御部８３は点火信号ＳＡとして、パルス幅が大きい着火用点火信号を出力し、その後、パルス幅が小さい検知用点火信号を出力する。また、図５の上から２段目に示すように、着火用点火信号がＯＦＦになるタイミングを含む期間において切替信号ＷをＯＦＦとし、それ以外の期間では切替信号ＷをＯＮとする。これにより、点火コイル３００が点火プラグ２００に着火用電気エネルギーを供給するときには、点火制御部８３から出力された着火用点火信号がゲート抵抗Ｒｇを介してイグナイタ３４０に入力され、点火コイル３００が点火プラグ２００に検知用電気エネルギーを供給するときには、点火制御部８３から出力された検知用点火信号がゲート抵抗Ｒｇを介さずにイグナイタ３４０に入力されるように、スイッチＳＷを切り替える。
【００６７】
上記のようなスイッチＳＷの切り替え制御により、図５の上から３段目に示すように、着火用点火信号に応じて点火コイル３００の１次側コイル３１０に流れる電流はゆっくりと減少する。これにより、図５の最下段に示すように、燃料への着火時には２次側コイル３２０に発生する電圧波形の立下りをなだらかにして、点火プラグ２００の放電を長時間にわたって維持することができる。一方、検知用点火信号に応じて点火コイル３００の１次側コイル３１０に流れる電流は速やかに減少する。これにより、気筒１５０内の圧力を検知する際には、点火プラグ２００の放電を短時間で終了させることができる。
【００６８】
図４に戻って、２次側コイル３２０と点火プラグ２００の接続経路中には、放電量検出部３６０が設けられている。放電量検出部３６０は、放電時の点火プラグ２００の電極間電圧（放電電圧）と電流を検出する。
【００６９】
電気回路４００は、放電量検出部３６０と接続されたピークホールド部３７０をさらに含む。放電量検出部３６０が検出した点火プラグ２００の電極間電圧（放電電圧）は、このピークホールド部３７０に入力される。ピークホールド部３７０は、Ａ／Ｄ変換部３０（図１参照）がデジタル信号として取得できるように、放電量検出部３６０が検出した電極間電圧のピーク値を所定時間維持するピークホールド動作を行う。例えばピークホールド部３７０は、次に検知用点火信号が出力されるまでの間、放電量検出部３６０が検出した電極間電圧のピーク値を維持する。ピークホールド部３７０から出力された点火プラグ２００の電極間電圧は、Ａ／Ｄ変換部３０によりデジタル信号として制御装置１に取り込まれ、筒内圧演算部９０に出力される。
【００７０】
筒内圧演算部９０は、ピークホールド部３７０により維持された電極間電圧を取得し、これを用いて気筒１５０内の圧力を演算する。そして、演算結果を筒内圧情報Ｓ２として点火制御部８３に出力する。
【００７１】
点火制御部８３は、以上説明したような電気回路４００の動作により、点火信号ＳＡを用いて点火コイル３００の通電を制御する。これにより、点火コイル３００から点火プラグ２００へ与える電気エネルギーを制御し、燃料への着火および気筒１５０内の圧力検知を実現するための点火制御を実施する。
【００７２】
［筒内圧検知の概要］
次に、実施の形態にかかる気筒１５０内の圧力検知の概要を説明する。
【００７３】
図６は、本発明の実施の形態にかかる筒内圧検知方法の一例を説明する図である。図６（ａ）は、気筒１５０内の圧力（筒内圧）の時間変化の様子の一例を示し、図６（ｂ）は、制御装置１および電気回路４００における各信号波形のタイミングチャートの一例を示している。
【００７４】
図６（ａ）において、符号６０１は着火時の筒内圧変化を示している。着火用点火により燃料への着火が正常に行われると、燃焼圧によって筒内圧が増加し、その後減少する。一方、符号６０２は失火時の筒内圧変化を示している。着火用点火により燃料への着火が正常に行われない失火時には、上死点（ＴＤＣ）を頂点として筒内圧が緩やかに増加および減少する。
【００７５】
図６（ｂ）において、符号６０３は点火信号ＳＡを示している。点火信号ＳＡでは、パルス幅が長い着火用点火信号が出力された後、パルス幅が短い検知用点火信号が一定の周期で出力される。符号６０４は点火コイル３００の１次側電圧、すなわち１次側コイル３１０の電圧を示しており、点火信号ＳＡの出力に応じて変化する。符号６０５は点火コイル３００に投入された電力の積算値を示しており、点火信号ＳＡが出力される度に所定の上限値（例えば140mJ）に達するまで増加し続ける。
【００７６】
符号６０６は点火制御部８３からスイッチＳＷに出力される切替信号Ｗを示している。切替信号Ｗは、図５で説明したように、着火用点火信号がＯＦＦになるタイミングを含む期間においてＯＦＦとなり、それ以外の期間ではＯＮとなる。符号６０７は点火コイル３００の出力可能電圧を示しており、着火用点火信号の出力時にはプラグ２００を高電圧で長時間放電させるために大きく変化し、検知用点火信号の出力時にはプラグ２００を低電圧で短時間放電させるために小さく変化する。
【００７７】
符号６０８は点火コイル３００の２次側電圧、すなわち２次側コイル３２０の電圧を示しており、符号６０７に示す点火コイル３００の出力可能電圧と同期してパルス状に変化する。このときの各パルスの高さは絶縁破壊電圧Ｖｍによって定まり、これは気筒１５０内の圧力（筒内圧）に応じて変化する。符号６０９はピークホールド部３７０から出力されるピークホールド電圧、すなわち点火プラグ２００の電極間電圧のピーク値を示している。ピークホールド電圧は、点火信号ＳＡの出力に同期してリセットされた後、２次側電圧の各パルスの高さに対応して変化する。
【００７８】
符号６１０は筒内圧、すなわち気筒１５０内の圧力の推定値を示している。この筒内圧の推定値は、リセット時を除いたピークホールド電圧に応じて変化する。具体的には、例えば以下の式（１）により、ピークホールド電圧が示す点火プラグ２００の電極間電圧から筒内圧の推定値が求められる。なお、式（１）はパッシェンの法則による放電時の筒内圧と電極間電圧との関係を表した式である。式（１）において、Ｖｓは放電時の電極間電圧、ｐは筒内圧、ｄは電極間距離をそれぞれ表し、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ定数を表す。
Ｖｓ＝Ｂｐｄ／｛ｌｎ（Ａｐｄ）＋Ｃ｝    ・・・（１）
【００７９】
［点火プラグの制御方法］
次に、点火制御部８３による点火プラグ２００の制御方法の一例を説明する。図７は、実施の形態にかかる点火制御部８３による点火プラグ２００の制御方法を説明するフローチャートの一例である。
【００８０】
図７に示すように、ステップＳ１０１において、点火制御部８３は、回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５が表すエンジン回転数や、充電量検出部３５０が検出した点火コイル３００の充電電圧に基づき、点火コイル３００の目標充電量を設定する。例えば、制御装置１においてＲＯＭ６０に記憶されているマップ情報を参照することにより、エンジン回転数や充電電圧に応じた目標充電量を設定することができる。
【００８１】
ステップＳ１０２において、点火制御部８３は、着火用点火信号を出力する。このとき点火制御部８３は、ステップＳ１０１で設定した目標充電量に基づいて点火信号ＳＡのパルス幅を設定し、そのパルス幅に応じた点火信号ＳＡを着火用点火信号としてイグナイタ３４０へ出力する。また、着火用点火信号をＯＦＦするときには、前述のように切替信号ＷをＯＦＦとすることで、着火用点火信号がゲート抵抗Ｒｇを介してイグナイタ３４０に入力されるようにスイッチＳＷを切り替える。これにより、点火コイル３００から点火プラグ２００へ着火用電気エネルギーが供給され、点火プラグ２００の電極間に放電が発生して燃料への着火が行われるように、点火コイル３００の通電を制御する。
【００８２】
ステップＳ１０３において、点火制御部８３は、検知用点火信号を出力可能か否かを判断する。このとき点火制御部８３は、例えば回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５が表すエンジン回転数に基づいて、次の燃焼行程に対する着火用点火信号の出力タイミングを決定し、その出力タイミングまでの時間と、検知用点火信号の出力周期とを比較する。その結果、検知用点火信号の出力周期の方が短ければ、検知用点火信号を出力可能と判定し（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進む。一方、検知用点火信号の出力周期の方が長ければ、次の燃焼行程に対する着火用点火信号の出力が迫っているため、検知用点火信号の出力は不可能と判定し（ステップＳ１０３：ＮＯ）、図７の処理フローを終了する。なお、この場合には次の燃焼行程に対して図７の処理フローが再び実行され、着火用点火信号の出力が行われる。
【００８３】
以上説明したステップＳ１０３の処理を行うことにより、点火制御部８３は、内燃機関１００の回転数に応じて、後述するステップＳ１０６で筒内圧演算部９０が行う燃料への着火１回当たりの気筒１５０の圧力の演算回数を変化させることができる。
【００８４】
ステップＳ１０４において、点火制御部８３は、検知用点火信号を出力する。このとき点火制御部８３は、着火用点火信号よりも短い所定の長さで点火信号ＳＡのパルス幅を設定し、そのパルス幅に応じた点火信号ＳＡを検知用点火信号としてイグナイタ３４０へ出力する。なお、検知用点火信号のパルス幅は、これに対応する検知用電気エネルギーによって点火プラグ２００の電極間に印加される電圧が少なくとも絶縁破壊電圧Ｖｍ以上となるように、電極間の距離や想定される筒内圧の範囲等に応じて予め設定されている。さらに、気筒１５０内に送出される空気量や燃料噴射量等に基づいて、検知用点火信号のパルス幅を変化させてもよい。また、検知用点火信号の出力時には、前述のように切替信号ＷをＯＮとすることで、検知用点火信号がゲート抵抗Ｒｇを介さずにイグナイタ３４０に入力されるようにスイッチＳＷを切り替える。これにより、点火コイル３００から点火プラグ２００へ検知用電気エネルギーが供給され、点火プラグ２００の電極間に筒内圧に応じた放電電圧で放電が発生するように、点火コイル３００の通電を制御する。
【００８５】
ステップＳ１０５において、筒内圧演算部９０は、ステップＳ１０４で点火制御部８３から出力された検知用点火信号に応じて点火プラグ２００が放電した際に、放電量検出部３６０が検出した電極間電圧に対応するピークホールド電圧を、ピークホールド部３７０から取得する。
【００８６】
ステップＳ１０６において、筒内圧演算部９０は、ステップＳ１０５で取得したピークホールド電圧に基づいて、気筒１５０内の圧力である筒内圧を演算する。このとき筒内圧演算部９０は、前述の式（１）に対して、ピークホールド電圧として取得された放電時の電極間電圧Ｖｓと、予め設定された電極間距離ｄとを適用することにより、筒内圧ｐを演算することができる。なお、式（１）に対応する筒内圧ｐと電極間電圧Ｖｓの関係をマップ情報としてＲＯＭ６０に予め記憶しておき、このマップ情報を参照することで筒内圧ｐを演算してもよい。ステップＳ１０６で筒内圧を演算できたら、筒内圧演算部９０はその演算結果を筒内圧情報Ｓ２として点火制御部８３に出力する。
【００８７】
ステップＳ１０７において、筒内圧演算部９０は、ステップＳ１０６で筒内圧演算部９０が演算した筒内圧に基づいて、ステップＳ１０２で出力した着火用点火信号による燃料への着火の成否を判定する。ここで、図６（ａ）に示したように、着火時における筒内圧と失火時における筒内圧とでは、燃焼圧の有無によって有意な差が生じる。そのため筒内圧演算部９０は、例えば筒内圧を所定の閾値と比較し、筒内圧が閾値以上であれば着火、閾値未満であれば失火と判定することが可能である。なお、この判定に用いられる閾値は、着火用点火信号を出力してからの経過時間に応じて変化させてもよい。これ以外にも、筒内圧に基づいて着火の成否を適切に判定できるものであれば、任意の方法を用いてステップＳ１０７の判定を行うことが可能である。
【００８８】
ステップＳ１０７で着火が成功したと判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）は、ステップＳ１０３に戻り、検知用点火信号を可能な限り出力し続ける。一方、ステップＳ１０７で着火が失敗した（失火）と判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）は、ステップＳ１０８に進む。
【００８９】
ステップＳ１０８において、点火制御部８３は、着火用点火信号を再出力可能か否かを判断する。このとき点火制御部８３は、例えば回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５が表すエンジン回転数に基づいて、次の燃焼行程に対する着火用点火信号の出力タイミングを決定するとともに、ステップＳ１０１で設定した目標充電量に基づいて、必要な点火コイル３００の充電時間を算出する。そして、次の燃焼行程に対する着火用点火信号の出力タイミングまでの時間と、点火コイル３００の充電時間とを比較する。その結果、点火コイル３００の充電時間の方が短ければ、着火用点火信号を再出力可能と判定し（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に戻って着火用点火信号を再出力する（ステップＳ１０２）。一方、点火コイル３００の充電時間の方が長ければ、着火用点火信号の再出力は不可能と判定し（ステップＳ１０８：ＮＯ）、図７の処理フローを終了する。なお、この場合にも前述のステップＳ１０３が否定判定された場合と同様に、次の燃焼行程に対して図７の処理フローが再び実行され、着火用点火信号の出力が行われる。
【００９０】
以上説明したステップＳ１０７およびＳ１０８の処理を行うことにより、点火制御部８３は、筒内圧演算部９０が演算した気筒１５０内の圧力に基づいて燃料への着火の成否を判定し、燃料への着火が失敗したと判定した場合に、可能な範囲で着火用点火信号を再出力することができる。
【００９１】
以上説明した実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００９２】
（１）内燃機関用の制御装置１は、内燃機関１００の気筒１５０内で放電して燃料への点火を行う点火プラグ２００に対し電気エネルギーを与える点火コイル３００の通電を制御する点火制御部８３と、点火プラグ２００の電極間の電圧を検出する放電量検出部３６０と、放電量検出部３６０が検出した電極間の電圧に基づいて、気筒１５０内の圧力を演算する筒内圧演算部９０とを備える。このようにしたので、燃焼圧センサが不要で従来よりもコスト削減が可能な内燃機関用制御装置を提供することができる。
【００９３】
（２）制御装置１は、放電量検出部３６０が検出した電極間の電圧を所定時間維持するピークホールド部３７０を備える。筒内圧演算部９０は、ピークホールド部３７０により維持された電極間の電圧を取得し（ステップＳ１０５）、気筒１５０内の圧力を演算する（ステップＳ１０６）。このようにしたので、放電量検出部３６０により検出される電極間の電圧が安定しない場合でも、気筒１５０内の圧力を正確に演算することができる。
【００９４】
（３）点火制御部８３は、点火プラグ２００の放電により燃料への着火を行うための着火用電気エネルギーを点火コイル３００から点火プラグ２００に供給させる着火用点火信号と、気筒１５０内の圧力に応じた電圧を点火プラグ２００の電極間に発生させるための検知用電気エネルギーを点火コイル３００か記点火プラグ２００に供給させる検知用点火信号と、を出力する（ステップＳ１０２、Ｓ１０４）。筒内圧演算部９０は、点火制御部８３が検知用点火信号を出力したときに放電量検出部３６０が検出した電極間の電圧に基づいて、気筒１５０内の圧力を演算する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。このようにしたので、燃焼後の気筒１５０内の圧力を演算することが可能となる。
【００９５】
（４）点火コイル３００は、点火制御部８３から出力される着火用点火信号および検知用点火信号を受けて点火コイル３００の通電を行うイグナイタ３４０と接続されている。点火制御部８３とイグナイタ３４０の間には、ゲート抵抗Ｒｇと、ゲート抵抗Ｒｇの接続状態を切り替えるスイッチＳＷとが設けられている。図５で説明したように、点火制御部８３は、点火コイル３００が点火プラグ２００に着火用電気エネルギーを供給するときには着火用点火信号がゲート抵抗Ｒｇを介してイグナイタ３４０に入力され、点火コイル３００が点火プラグ２００に検知用電気エネルギーを供給するときには検知用点火信号がゲート抵抗Ｒｇを介さずにイグナイタ３４０に入力されるように、スイッチＳＷを切り替える。このようにしたので、燃料への着火時には点火プラグ２００の放電を長時間にわたって維持するとともに、気筒１５０内の圧力を検知する際には点火プラグ２００の放電を短時間で終了させることができる。したがって、着火時と筒内圧検知時とでそれぞれ最適な放電時間とすることが可能となる。
【００９６】
（５）点火制御部８３は、筒内圧演算部９０が演算した気筒１５０内の圧力に基づいて燃料への着火の成否を判定し（ステップＳ１０７）、燃料への着火が失敗したと判定した場合に（ステップＳ１０７：ＮＯ）着火用点火信号を再出力する（ステップＳ１０８：ＹＥＳ、ステップＳ１０２）。このようにしたので、着火性を向上させることができる。
【００９７】
（６）筒内圧演算部９０は、内燃機関１００の回転数に応じて、燃料への着火１回当たりの気筒１５０内の圧力の演算回数を変化させる（ステップＳ１０３）。このようにしたので、内燃機関１００の回転数が変化しても、回転数ごとに最適な演算回数で気筒１５０内の圧力を求めることができる。
【００９８】
なお、以上説明した実施の形態において、図３で説明した制御装置１の各機能構成は、前述のようにＭＰＵ５０で実行されるソフトウェアにより実現してもよいし、あるいはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現してもよい。また、これらを混在して使用してもよい。
【００９９】
以上説明した実施の形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１：制御装置、１０：アナログ入力部、２０：デジタル入力部、３０：Ａ／Ｄ変換部、４０：ＲＡＭ、５０：ＭＰＵ、６０：ＲＯＭ、７０：Ｉ／Ｏポート、８０：出力回路、８１：全体制御部、８２：燃料噴射制御部、８３：点火制御部、８４：気筒判別部、８５：角度情報生成部、８６：回転数情報生成部、８７：吸気量計測部、８８：負荷情報生成部、８９：水温計測部、９０：筒内圧演算部、１００：内燃機関、１１０：エアクリーナ、１１１：吸気管、１１２：吸気マニホールド、１１３：スロットル弁、１１３ａ：スロットル開度センサ、１１４：流量センサ、１１５：吸気温センサ、１２０：リングギア、１２１：クランク角センサ、１２２：水温センサ、１２３：クランクシャフト、１２５：アクセルペダル、１２６：アクセルポジションセンサ、１３０：燃料タンク、１３１：燃料ポンプ、１３２：プレッシャレギュレータ、１３３：燃料配管、１３４：燃料噴射弁、１５０：気筒、１５１：吸気弁、１５２：排気弁、１６０：排気マニホールド、１６１：三元触媒、１６２：上流側空燃比センサ、１６３：下流側空燃比センサ、１７０：ピストン、２００：点火プラグ、２１０：中心電極、２２０：外側電極、２３０：絶縁体、３００：点火コイル、３１０：１次側コイル、３２０：２次側コイル、３３０：直流電源、３４０：イグナイタ、３５０：充電量検出部、３６０：放電量検出部、３７０：ピークホールド部、４００：電気回路
【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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