(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１１ｂ）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１８）と、
駆動回路（３１）内で生じた電圧誘起により放電を発生させる点火プラグ（１９）と、
を備える内燃機関（１１）に適用される制御装置（３２）であって、
前記内燃機関の１回の燃焼行程中に、前記駆動回路を制御することで前記点火プラグにより所定期間において連続的な放電又は複数回の放電を実行させる放電実行手段と、
前記放電実行手段により放電が実行される際に、前記燃料噴射弁により前記燃料を噴射させる噴射手段と、
前記放電実行手段が前記点火プラグに実行させている放電の状態を検出する放電状態検出手段と、
前記噴射手段が前記燃料噴射弁により噴射させた前記燃料が、前記放電実行手段により実行させている前記放電と接触したか否かを、前記放電状態検出手段により検出された前記放電の状態に基づいて判定する判定手段と、
前記判定手段により前記燃料が前記放電と接触したと判定された場合に、前記放電実行手段により実行されている前記放電を終了させる終了手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、
互いに磁気的に結合された一次コイル（３１１ａ）及び二次コイル（３１１ｂ）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（３１１）と、
前記一次コイルに発生する磁束の変化に基づいて前記二次コイルに誘起される二次電圧を検出する二次電圧検出手段（Ｌ２）と、
を備え、
前記放電状態検出手段は、前記二次電圧検出手段に検出させた前記二次電圧を取得し、
前記判定手段は、前記放電状態検出手段により取得された前記二次電圧の二回目以降のピークの絶対値が正の閾値よりも大きい場合に、前記燃料が前記放電と接触したと判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、クランク軸の回転に同期した所定の等角度間隔の角度パルスに基づいてクランク角度を検出するクランク角度検出手段（３３）を備え、
前記正の閾値は、前記クランク角度検出手段により検出された前記クランク角度が遅角側であるほど、大きく設定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段（３３）を備え、
前記正の閾値は、前記回転速度検出手段により検出された前記内燃機関の前記回転速度が高いほど、大きく設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記燃焼室内の空気に対する前記燃料の割合である空燃比を検出する空燃比センサ（４０）を備え、
前記正の閾値は、前記空燃比センサにより検出された前記空燃比がリーンであるほど、大きく設定されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記駆動回路は、
互いに磁気的に結合された一次コイル（３１１ａ）及び二次コイル（３１１ｂ）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（３１１）と、
前記一次コイルに発生する磁束の変化に基づいて前記二次コイルに誘起される二次電圧を検出する二次電圧検出手段（Ｌ２）と、
を備え、
前記放電状態検出手段は、前記二次電圧検出手段に検出させた前記二次電圧を取得し、
前記判定手段は、前記放電状態検出手段により取得された前記二次電圧の判定期間内における変化量の絶対値が所定変化量よりも大きい場合に前記燃料が前記放電と接触したと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記駆動回路は、
互いに磁気的に結合された一次コイル（３１１ａ）及び二次コイル（３１１ｂ）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（３１１）と、
前記一次コイルに発生する磁束の変化に基づいて前記二次コイルに誘起される二次電圧を検出する二次電圧検出手段（Ｌ２）と、
を備え、
前記放電状態検出手段は、前記二次電圧検出手段に検出させた前記二次電圧を取得し、
前記判定手段は、前記放電状態検出手段により取得された前記二次電圧の絶対値から、前記燃料が前記放電と接触しなかった場合に想定される前記二次電圧の絶対値を引いた差が、所定値よりも大きい場合に前記燃料が前記放電と接触したことを判定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記終了手段は、前記噴射手段により噴射させられた前記燃料が前記放電実行手段により実行させられた前記放電と接触したことを前記判定手段により判定されてから所定時間が経過した後に、前記放電を終了することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記所定時間は、前記燃焼室内の空気に対する前記燃料の割合である空燃比がリーン側であるほど延長させられることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記所定時間は、前記噴射手段により噴射された前記燃料の噴射量が多いほど延長させられることを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記放電実行手段は、前記噴射手段により実行される前記燃料の噴射よりも先に前記点火プラグに前記放電を生じさせることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載される内燃機関の制御装置に適用される前記駆動回路であって、
互いに磁気的に結合された一次コイル（３１１ａ）及び二次コイル（３１１ｂ）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（３１１）と、
前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行い、前記点火プラグに前記放電を開始させる第一スイッチング素子（３１３）と、
前記第一スイッチング素子の動作によって開始した前記放電中に、前記一次コイルの低電圧側端子側から前記第一スイッチング素子による通電方向とは逆の方向に前記一次コイルに通電することで、前記二次コイルの通電を前記第一スイッチング素子の動作で開始したのと同一方向に維持して前記放電を継続させるエネルギ追加投入回路（３２２）と、
を備えることを特徴とする駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用内燃機関での燃費を改善させるため、希薄燃料の燃焼制御（リーンバーンエンジン）、又は、内燃機関のシリンダへ燃焼ガスを還流させるＥＧＲに関する技術の検討が進められている。これらの技術にあっては、内燃機関の点火タイミングで点火プラグが複数回放電を行なう多重点火方式／交流点火方式、又は、点火タイミング近傍の一定時間について点火プラグを連続的に放電させるＤＣＯ方式等、混合気に含まれる燃料を効果的に燃焼させる為の点火システムが種々検討されている。
【０００３】
点火プラグが複数回放電を行う点火システムでは、初回の放電時に放電異常が生じる可能性がある。そこで、点火プラグにて放電異常が生じたことが検出された場合には、放電異常が生じた回の放電を停止させるとともに、続く回の点火放電に必要な電力の充電を開始する技術が既に開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８７５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、異常放電が生じた回の放電を停止させることができるが、燃料に実際に着火したか否かに関わらず予め定められた複数回の放電が実施される。このため、着火に必要なエネルギよりも余分に点火プラグにエネルギが供給されることになり、未だ改善の余地を残している。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、点火プラグにより１回の燃焼行程中に所定期間において連続的な放電又は複数回の放電を実行させる点火システムにおいて、点火プラグに供給されるエネルギの削減を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、駆動回路内で生じた電圧誘起により放電を発生させる点火プラグと、を備える内燃機関に適用される制御装置であって、前記内燃機関の１回の燃焼行程中に、前記駆動回路を制御することで前記点火プラグにより所定期間において連続的な放電又は複数回の放電を実行させる放電実行手段と、前記放電実行手段により放電が実行される際に、前記燃料噴射弁により前記燃料を噴射させる噴射手段と、前記放電実行手段が前記点火プラグに実行させている放電の状態を検出する放電状態検出手段と、前記噴射手段が前記燃料噴射弁により噴射させた前記燃料が、前記放電実行手段により実行させている前記放電と接触したか否かを、前記放電状態検出手段により検出された前記放電の状態に基づいて判定する判定手段と、前記判定手段により前記燃料が前記放電と接触したと判定された場合に、前記放電実行手段により実行されている前記放電を終了させる終了手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、制御装置は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、駆動回路内で生じた電圧誘起により放電を発生させる点火プラグとを備える内燃機関に適用されるものである。この制御装置には、放電実行手段が備わっており、内燃機関の１回の燃焼行程中に、駆動回路を制御することで点火プラグにより所定期間において連続的な放電又は複数回の放電を実行させる。この放電実行手段により放電が実行される際に、噴射手段により燃料噴射弁から燃料が噴射させられる。このとき、噴射された燃料の噴霧が点火プラグで生じている放電と接触すると、放電の状態が変化する。この放電の状態は放電状態検出手段により検出される。よって、放電状態検出手段により検出された放電の状態に基づいて、判定手段により燃料噴射弁から噴射させられた燃料の噴霧が点火プラグの放電と接触したか否かが判定される。噴射させた燃料と点火プラグの放電とが接触すると、燃料は着火する可能性が高い。よって、判定手段により燃料が点火プラグにて生じている放電と接触したと判定された場合、燃料の着火が生じたとして終了手段により点火プラグの放電を終了させる。これにより、点火プラグに供給されるエネルギを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の模式図である。
【図２】図１に示されている点火回路ユニット周辺の概略的な回路図。
【図３】弱成層燃焼モードにおける燃料噴射時期及び放電開始時期を示す図である。
【図４】本実施形態にかかるＥＣＵにより実行される制御フローチャートである。
【図５】燃料の噴霧と放電とが接触した際に変化する二次電圧を示す図である。
【図６】燃料の着火が良好な場合の二次電圧の変化を示す図である。
【図７】燃料の着火が緩慢な場合の二次電圧の変化を示す図である。
【図８】燃料の噴霧と放電との接触時期と燃焼が観察された時期の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、エンジンシステム１０は、火花点火式の内燃機関であるエンジン１１を備えている。エンジン１１の本体部を構成するエンジンブロック１１ａの内部には、燃焼室１１ｂ及びウォータージャケット１１ｃが形成されている。燃焼室１１ｂは、ピストン１２を往復移動可能に収容するように設けられている。ウォータージャケット１１ｃは、冷却液（冷却水ともいう）が通流可能な空間であって、燃焼室１１ｂの周囲を取り囲むように設けられている。
【００１１】
エンジンブロック１１ａの上部であるシリンダヘッドには、吸気ポート１３及び排気ポート１４が、燃焼室１１ｂと連通可能に形成されている。また、シリンダヘッドには、吸気ポート１３と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための吸気バルブ１５と、排気ポート１４と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための排気バルブ１６と、吸気バルブ１５及び排気バルブ１６を所定のタイミングで開閉動作させるためのバルブ駆動機構１７と、が設けられている。
【００１２】
さらに、エンジンブロック１１ａには、インジェクタ（燃料噴射弁に該当）１８及び点火プラグ１９が装着されている。本実施形態においては、インジェクタ１８は、点火プラグ１９の近傍に配置され、燃焼室１１ｂ内に燃料を直接噴射するように設けられている。点火プラグ１９は、燃焼室１１ｂ内にて燃料混合気を点火するように設けられている。
【００１３】
吸気ポート１３には、吸気マニホールド２１ａが接続されている。また、吸気マニホールド２１ａよりも吸気通流方向における上流側には、サージタンク２１ｂが配置されている。排気ポート１４には、排気管２２が接続されている。
【００１４】
ＥＧＲ通路２３は、排気管２２とサージタンク２１ｂとを接続することで、排気管２２に排出された排気ガスの一部を吸気に導入可能に設けられている（ＥＧＲはＥｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎの略である）。ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲ制御バルブ２４が介装されている。ＥＧＲ制御バルブ２４は、その開度によってＥＧＲ率（燃焼室１１ｂ内に吸入される燃焼前のガスにおける排気ガスの混入割合）を制御可能に設けられている。
【００１５】
吸気管２１における、サージタンク２１ｂよりも吸気通流方向における上流側には、スロットルバルブ２５が介装されている。スロットルバルブ２５は、その開度が、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ２６の動作によって制御されるようになっている。また、吸気ポート１３の近傍には、スワール流やタンブル流を発生させるための気流制御バルブ２７が設けられている。
【００１６】
排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒４１が設けられ、この触媒４１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ４０（リニアＡ／Ｆセンサ等）が設けられている。
【００１７】
エンジンシステム１０は、点火回路ユニット（駆動回路に該当）３１、電子制御ユニット３２等を備えている。
【００１８】
点火回路ユニット３１は、燃焼室１１ｂ内の燃料混合気に点火するための火花放電を点火プラグ１９にて発生させるように構成されている。電子制御ユニット３２は、いわゆるエンジンＥＣＵ（ＥＣＵはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔの略である）であって、クランク角センサ（クランク角度検出手段及び回転速度検出手段に該当する）３３等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１１の運転状態（以下「エンジンパラメータ」と略称する。）に応じて、インジェクタ１８及び点火回路ユニット３１を含む各部の動作を制御するようになっている。
【００１９】
点火制御に関しては、電子制御ユニット３２は、取得したエンジンパラメータに基づいて、点火信号及びエネルギ投入期間信号を生成及び出力するようになっている。かかる点火信号及びエネルギ投入期間信号は、燃焼室１１ｂ内のガスの状態及び必要とされるエンジン１１の出力（これらはエンジンパラメータに応じて変化する）に応じた、最適な点火時期及び放電電流（点火放電電流）を規定するものである。よって、電子制御ユニット３２は、放電実行手段と、噴射手段とに該当する。このほか、電子制御ユニット３２は、放電状態検出手段と、判定手段と、終了手段とに該当する。
【００２０】
クランク角センサ３３は、エンジン１１の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するためのセンサである。このクランク角センサ３３は、エンジンブロック１１ａに装着されている。冷却水温センサ３４は、ウォータージャケット１１ｃ内を通流する冷却液の温度である冷却水温を検出（取得）するためのセンサであって、エンジンブロック１１ａに装着されている。
【００２１】
エアフローメータ３５は、吸入空気量（吸気管２１を通流して燃焼室１１ｂ内に導入される吸入空気の質量流量）を検出（取得）するためのセンサである。このエアフローメータ３５は、スロットルバルブ２５よりも吸気通流方向における上流側にて、吸気管２１に装着されている。吸気圧センサ３６は、吸気管２１内の圧力である吸気圧を検出（取得）するためのセンサであって、サージタンク２１ｂに装着されている。
【００２２】
スロットル開度センサ３７は、スロットルバルブ２５の開度（スロットル開度）に対応する出力を生じるセンサであって、スロットルアクチュエータ２６に内蔵されている。アクセルポジションセンサ３８は、アクセル操作量に対応する出力を生じるように設けられている。
【００２３】
＜点火回路ユニット周辺の構成＞
図２を参照すると、点火回路ユニット３１は、イグニッションコイル３１１（一次巻線３１１ａ及び二次巻線３１１ｂを含む）と、直流電源３１２と、第一スイッチング素子３１３と、エネルギ追加投入回路３２２と、ダイオード３１８ａ，３１８ｂ、及び３１８ｄと、ドライバ回路３１９と、を備えている。
【００２４】
上述のように、イグニッションコイル（点火コイルに該当）３１１は、一次巻線（一次コイルに該当）３１１ａと二次巻線（二次コイルに該当）３１１ｂとを備えている。このイグニッションコイル３１１は、周知の通り、一次巻線３１１ａを通流する一次電流の増減により、二次巻線３１１ｂにて二次電流を発生させるように構成されている。
【００２５】
一次巻線３１１ａの一端である高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側には、直流電源３１２における非接地側出力端子（具体的には＋端子）が接続されている。一方、一次巻線３１１ａの他端である低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、第一スイッチング素子３１３を介して、接地側に接続されている。すなわち、直流電源３１２は、第一スイッチング素子３１３がオンされたときに、一次巻線３１１ａにて高電圧側端子側から低電圧側端子側に向かう方向の一次電流を通流させるように設けられている。
【００２６】
二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子（非接地側端子とも称し得る）側は、ダイオード３１８ａを介して、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側に接続されている。このダイオード３１８ａは、一次巻線３１１ａにおける高電圧側端子側から二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子側に向かう方向の電流の通流を禁止するとともに、二次電流（放電電流）を点火プラグ１９から二次巻線３１１ｂに向かう（すなわち図中の電流Ｉ２が負の値となる）方向に規定すべく、そのアノードが二次巻線３１１ｂにおける高電圧側端子側に接続されている。
【００２７】
一方、二次巻線３１１ｂにおける低電圧側端子（接地側端子とも称し得る）側は、点火プラグ１９に接続されており、該低電圧側端子と点火プラグ１９を繋ぐ経路Ｌ１には、電圧検出用経路（二次電圧検出手段に該当）Ｌ２が接続されている。この電圧検出用経路Ｌ２には、電圧検出用の抵抗体３２０，３２１が備えられている。抵抗体３２０の一端は、経路Ｌ１に接続され、他端は抵抗体３２１に接続されている。抵抗体３２１の一端は抵抗体３２０に接続され、他端は接地側に接続されている。また抵抗体３２０と抵抗体３２１との間のノード（図番号を略す）は、後述する電子制御ユニット３２に接続されている。このような電圧検出用経路Ｌ２によって、点火プラグ１９に印加される２次電圧Ｖ２が検出されるようになっている。
【００２８】
第一スイッチング素子３１３は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、第一制御端子３１３Ｇと、第一電源側端子３１３Ｃと、第一接地側端子３１３Ｅと、を有している。第一スイッチング素子３１３の両端（第一電源側端子３１３Ｃと第一接地側端子３１３Ｅ）に、ダイオード３１８ｄが並列に接続されている。この第一スイッチング素子３１３は、第一制御端子３１３Ｇに入力された第一制御信号に基づいて、第一電源側端子３１３Ｃと第一接地側端子３１３Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。本実施形態においては、第一電源側端子３１３Ｃは、一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に接続されている。また、第一接地側端子３１３Ｅは、接地側に接続されている。
【００２９】
エネルギ追加投入回路３２２は、第二スイッチング素子３１４と、第三スイッチング素子３１５と、エネルギ蓄積コイル３１６と、コンデンサ３１７と、ダイオード３１８ｃとで構成されている。
【００３０】
第二スイッチング素子３１４は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、第二制御端子３１４Ｇと、第二電源側端子３１４Ｄと、第二接地側端子３１４Ｓと、を有している。この第二スイッチング素子３１４は、第二制御端子３１４Ｇに入力された第二制御信号に基づいて、第二電源側端子３１４Ｄと第二接地側端子３１４Ｓとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。
【００３１】
本実施形態においては、第二接地側端子３１４Ｓは、ダイオード３１８ｂを介して、一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に接続されている。このダイオード３１８ｂは、第二スイッチング素子３１４における第二接地側端子３１４Ｓから一次巻線３１１ａにおける低電圧側端子側に向かう方向の電流の通流を許容するように、そのアノードが第二接地側端子３１４Ｓに接続されている。
【００３２】
第三スイッチング素子３１５は、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴであって、第三制御端子３１５Ｇと、第三電源側端子３１５Ｃと、第三接地側端子３１５Ｅと、を有している。この第三スイッチング素子３１５は、第三制御端子３１５Ｇに入力された第三制御信号に基づいて、第三電源側端子３１５Ｃと第三接地側端子３１５Ｅとの間の通電のオンオフを制御するように構成されている。
【００３３】
本実施形態においては、第三電源側端子３１５Ｃは、ダイオード３１８ｃを介して、第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄに接続されている。ダイオード３１８ｃは、第三スイッチング素子３１５における第三電源側端子３１５Ｃから第二スイッチング素子３１４における第二電源側端子３１４Ｄに向かう方向の電流の通流を許容するように、そのアノードが第三電源側端子３１５Ｃに接続されている。また、第三スイッチング素子３１５における第三接地側端子３１５Ｅは、接地側に接続されている。
【００３４】
エネルギ蓄積コイル３１６は、第三スイッチング素子３１５のオンによってエネルギを蓄積するように設けられたインダクタである。このエネルギ蓄積コイル３１６は、直流電源３１２における上述の非接地側出力端子と第三スイッチング素子３１５における第三電源側端子３１５Ｃとを接続する電力ラインに介装されている。
【００３５】
コンデンサ３１７は、接地側と直流電源３１２における上述の非接地側出力端子との間にて、エネルギ蓄積コイル３１６と直列接続されている。すなわち、コンデンサ３１７は、エネルギ蓄積コイル３１６に対して、第三スイッチング素子３１５と並列接続されている。このコンデンサ３１７は、第三スイッチング素子３１５のオフによって、エネルギを蓄積するように設けられている。
【００３６】
ドライバ回路３１９は、電子制御ユニット３２から出力されたエンジンパラメータ、点火信号及びエネルギ投入期間信号を受信するように、電子制御ユニット３２に接続されている。また、ドライバ回路３１９は、第一スイッチング素子３１３、第二スイッチング素子３１４、及び第三スイッチング素子３１５を制御するように、第一制御端子３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇに接続されている。このドライバ回路３１９は、受信した点火信号及びエネルギ投入期間信号に基づいて、第一制御信号、第二制御信号、及び第三制御信号を、それぞれ第一制御端子３１３Ｇ、第二制御端子３１４Ｇ及び第三制御端子３１５Ｇに出力するように設けられている。
【００３７】
具体的には、ドライバ回路３１９は、点火プラグ１９の点火放電（これは第一スイッチング素子３１３のオフにより開始される）中に、コンデンサ３１７から蓄積エネルギを放出させる（これは第三スイッチング素子３１５のオフ及び第二スイッチング素子３１４のオンにより行われる）。この放出された蓄積エネルギは投入エネルギとなって、一次巻線３１１ａに対してその低電圧側端子側から供給される。これにより、点火放電中に供給された投入エネルギに起因した一次電流が一次巻線３１１ａに通流する。よって、二次巻線３１１ｂにて生じる二次電流に対して、一次電流の通流に伴う追加分が重畳される。このようにコンデンサ３１７の蓄積エネルギにより一次電流が順次追加され、これに対応して二次電流が順次追加されるため、点火放電を維持可能な程度に二次電流が良好に確保され、連続放電の実施が可能となる。
【００３８】
このような構成において、電子制御ユニット３２は、クランク角度（エンジン１１の回転速度）と要求トルク（負荷）とに応じて、弱成層燃焼モード（リーンモード）と均質燃焼モード（ストイキモード）との切替を実施する。弱成層燃焼モードの運転領域は、均質燃焼モードの運転領域よりも低回転・低負荷側に設定されており、弱成層燃焼モードでは、図３に記載されるように比較的少量の燃料を吸気行程で筒内に直接噴射して、圧縮行程で吸気行程時に噴射した燃料よりも多くの燃料を短期間筒内に直接噴射し、点火プラグ１９の近傍に成層混合気を形成して着火させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して着火させる。要するに、弱成層燃焼モードでは吸気行程と圧縮行程の二回に分けて噴射が行われ、均質燃焼モードでは吸気行程において噴射が行われる。
【００３９】
連続放電は、弱成層燃焼モードにおいて実施される。具体的には、圧縮行程中にインジェクタ１８により燃料が噴射された際に実施され、燃料の噴霧と放電とが十分接触すると想定される時期までの所定期間中、連続放電は維持される。なお、点火プラグ１９による放電の開始から、燃料の燃焼が終了するまでの期間が燃焼行程に該当する。このため、燃焼行程中の所定期間において、連続放電が実行される。従来は、燃料に実際に着火したか否かに関わらず所定期間中は連続放電が実施されるため、燃料の着火に必要なエネルギよりも余分に点火プラグ１９にエネルギが供給されることになる。
【００４０】
この余分に点火プラグ１９に供給されるエネルギを節約するために、本実施形態では、電子制御ユニット３２により後述する図４の点火プラグ１９の放電制御を実行する。図４に示す点火プラグ１９の放電制御は、電子制御ユニット３２が電源オンしている期間中に電子制御ユニット３２によって所定周期で繰り返し実行される。
【００４１】
本制御が起動されると、まずステップＳ１０１にて、アクセルポジションセンサ３８により検出されたアクセル操作量と、クランク角センサ３３により検出されたクランク角を読み込む。そして、ステップＳ１０２に進む。
【００４２】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込んだアクセル操作量から要求トルクを算出する。また、クランク角よりエンジン１１の回転速度を算出する。クランク角とエンジン１１の回転速度とは相関関係があるため、その関係に基づいてエンジン１１の回転速度を算出する。そしてステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２で算出した要求トルク及び回転速度に基づいて、運転マップを参照し弱成層燃焼モードを実施するべきか否かを判定する。弱成層燃焼モードを実施するべきではない（高回転速度・高要求トルクである）と判定した場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１１１に進み、均質燃焼モードを実行し、本制御を終了する。弱成層燃焼モードを実施するべきである（低回転速度・低要求トルクである）と判定した場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進む。
【００４３】
ステップＳ１０４では、参照している運転マップから、圧縮行程のどの時期にインジェクタ１８より燃料を噴射させるかその所定噴射時期を設定する。また、同様に参照している運転マップから、圧縮行程のどの時期に点火プラグ１９に放電を生じさせるかその所定点火時期を設定する。そして、ステップＳ１０５に進む。
【００４４】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４にて設定された所定点火時期に基づいて、点火プラグ１９に火花放電を生じさせる。そして、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０４にて設定された所定噴射時期に基づいて、インジェクタ１８に燃料を噴射させる。ステップＳ１０７では、点火プラグ１９に実行させている放電を維持可能なように制御し、連続放電を実施させる。
【００４５】
ステップＳ１０８では、インジェクタ１８より噴射させた燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したか否か二次電圧の変化に基づいて判定する。図５に記載しているように、点火プラグ１９にて放電が開始された１回目のピークを除いて、以降のピークにおいて燃料の噴霧が放電と接触すると閾値Ｖｊ（負の値）を下回るほどの著しい二次電圧の低減が見られる（図５に記載のＡ参照）。すなわち、二次電圧の絶対値が閾値Ｖｊの絶対値（正の閾値といえる）よりも大きくなっている。よって、本実施形態では、燃料の噴霧が放電と接触したか否かを二次電圧の二回目以降のピークが閾値Ｖｊよりも小さくなったか否かで判断している。このとき、閾値Ｖｊは、燃料の噴霧が放電と接触した際に最低限減少すると想定される二次電圧として設定される。
【００４６】
この閾値Ｖｊは可変値である。例えば、クランク角が上死点（ＴＤＣ）に近づくほどに閾値Ｖｊを小さく設定する。このことについて、図６及び図７を用いて説明する。図６は、燃料の噴霧と放電との接触時期が図７の燃料の噴霧と放電との接触時期よりも早い場合について記載されている。図７と比較して図６はクランク角が進角している状態で閾値Ｖｊよりも低い二回目のピークが検出されている（クランク角ＣＡ２参照）。しかし、図７ではそのクランク角ＣＡ２において燃料の噴霧と放電とがまだ接触していないため、図６と比較して二次電圧は大きな値を維持している。しかし、燃料の噴霧と放電とがまだ接触していないにも関わらず、クランク角がＴＤＣに近づくごとに二次電圧は減少していく。これは、燃焼室１１ｂ内の気流が影響しているためである。よって、閾値Ｖｊを固定値としてしまうと、クランク角がＴＤＣに近づく期間中に燃料の噴霧と放電とがまだ接触していないにも関わらず、二次電圧が閾値Ｖｊよりも小さくなるおそれがある。このため、図７に記載される閾値Ｖｊのように、クランク角がＴＤＣに近づくほどに閾値Ｖｊを小さく設定する。そして、図７では、燃料の噴霧と放電とがクランク角ＣＡ４で接触しており、クランク角ＣＡ４において二次電圧が閾値Ｖｊよりも小さくなっている。
【００４７】
また、エンジン１１の回転速度が高いほど、閾値Ｖｊを小さく設定する。これは、エンジン１１の回転速度が高くなると燃焼室１１ｂ内の気流が強くなり、点火プラグ１９に印加される二次電圧が小さくなるためである。燃焼室１１ｂ内の空燃比によっても、閾値Ｖｊの設定を変更する。空燃比センサ４０により出力された空燃比がリーン側であるほど、燃料の着火が困難であるため、閾値Ｖｊを小さく設定することでより長い時間放電を維持させ、失火の発生を抑制する。
【００４８】
燃料の噴霧が放電と接触していないと判定した場合には（Ｓ１０８：ＮＯ）、まだ燃料の着火は生じていないとしてステップＳ１１０に進み、所定期間連続放電を実施させたか否かを判定する。所定期間連続放電を実施させていないと判定した場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、連続放電は継続するとしてステップＳ１０７に戻る。所定期間連続放電を実施させたと判定した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１０９に進み、連続放電を終了させ、本制御を終了する。
【００４９】
燃料の噴霧が放電と接触したと判定した場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、図６及び図７に記載されるように所定時間経過してから連続放電を終了する。図８には、燃料の噴霧と放電とが接触した時期と燃焼火炎が実際に生じた時期との関係が示されている。この図８は、発明者が、可視化エンジンを用いて実際に試験して、映像を解析して得た相関図である。図８によれば、噴霧と放電との接触時期が早いほど燃焼火炎発生時期が早く、噴霧と放電との接触時期が遅いほど燃焼火炎発生時期が遅くなっている。このため、燃焼火炎発生時期、すなわち燃料の着火時期は、噴霧と放電との接触時期を反映している。したがって、噴霧と放電との接触時期から燃料の着火時期を推定することができる。また、燃料の噴霧と放電の接触時期よりも若干遅れて燃焼火炎が生じている。したがって、本実施形態では、燃料をより確実に着火させるために、燃料の着火時期まで連続放電を実施させる。よって、上記所定時間は、燃料の噴霧と放電とが接触したと判定された時期に基づいて図８から推定される燃料の着火時期が十分に経過するまでの時間として設定される。
【００５０】
この所定時間は、可変である。例えば、空燃比センサ４０により検出される空燃比がリーン側であるほど、燃料の着火が難しいために所定時間を長く設定する。または、圧縮行程時にインジェクタ１８より噴射された燃料の噴射量が多いほど、点火プラグ１９の放電と接触するまでの間に燃料が空気と十分に混合できず、空気不足により燃料の着火に失敗（リッチ失火）してしまうおそれがあるため、所定時間を長く設定する。
【００５１】
次に、図６を参照してエンジンシステムの動作を説明する。
【００５２】
アクセルポジションセンサ３８により検出されたアクセル操作量と、クランク角センサ３３により検出されたクランク角に基づいて、電子制御ユニット３２が運転マップより弱成層燃焼モードを実施する場合を想定する。
【００５３】
まず、インジェクタ１８より比較的少量の燃料を吸気行程で筒内に直接噴射する。その後、電子制御ユニット３２が参照している運転マップに基づいて設定された所定点火時期に、点火プラグ１９に大きな二次電流が流され、放電を生じさせる（クランク角ＣＡ１参照）。この際、電圧検出用経路Ｌ２より検出される二次電圧は１回目のピークに到達する。点火プラグ１９にて放電が生じると、その後は点火プラグ１９の放電が途切れないように連続放電が実行される。また、点火プラグ１９にて放電が生じた後に、運転マップに基づいて設定された所定噴射時期にインジェクタ１８より燃料が噴射される（図３参照）。詳しくは、圧縮行程で吸気行程時に噴射した燃料よりも多くの燃料を短期間筒内に直接噴射して、点火プラグ１９の近傍に成層混合気を形成する。
【００５４】
燃料噴射後、検出される二次電圧が閾値Ｖｊよりも低いピークを迎えると（クランク角ＣＡ２参照）、電子制御ユニット３２より燃料の噴霧と放電とが接触したと判定される。燃料の着火をより確実に生じさせるために、燃料の噴霧と放電とが接触したと判定されてから所定時間が経過後に点火プラグ１９で生じている放電を停止させる（クランク角ＣＡ３参照）。
【００５５】
上記構成により、本実施形態に係る電子制御ユニット３２は、以下の効果を奏する。
【００５６】
・インジェクタ１８から噴射させられた燃料が点火プラグ１９の放電と接触したか否かが、電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧に基づいて判定される。そして、インジェクタ１８より噴射された燃料と点火プラグ１９の放電とが接触したと判定された場合に、点火プラグ１９の放電が終了させられる。インジェクタ１８より噴射させた燃料と点火プラグ１９の放電とが接触すると、燃料は着火する可能性が高い。よって、燃料が点火プラグ１９にて生じている放電と接触したと判定された場合、燃料の着火が生じたとして点火プラグ１９の放電を終了させることで、点火プラグ１９に供給されるエネルギを削減することが可能となる。
【００５７】
・電圧検出用経路Ｌ２より検出された二次電圧の二回目以降のピークが閾値Ｖｊよりも低い場合に、点火プラグ１９で生じている放電に燃料の噴霧が接したことが判定される。インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触すると、二次電圧は小さくなる。よって、閾値Ｖｊよりも測定された二次電圧が小さい場合に、燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したことを判定することができる。また、点火プラグ１９の初回放電時はエネルギを多く必要とする為、測定される二次電圧の一回目のピークの絶対値は閾値Ｖｊよりも小さくなるおそれがある。よって、一回目のピークも含めて判定を行うと、一回目のピークで点火プラグ１９の放電と燃料の噴霧との接触が起こったことを誤判定するおそれがある。このため、測定される二次電圧の二回目以降のピークを対象とすることで、燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したことをより正確に判定することが可能となる。
【００５８】
・クランク角センサ３３により検出されたクランク角度が遅角側であるほど、閾値Ｖｊは小さく設定される。点火プラグ１９に印加される二次電圧は燃焼室１１ｂ内で発生している気流などにより、クランク角度が上死点に近づくにつれ二次電圧は小さくなる。このため、クランク角度が遅角側であるほど、閾値Ｖｊを小さく設定することで、燃料の噴霧と放電との接触を誤判定する可能性を抑制することが可能となる。
【００５９】
・エンジン１１の回転速度が高いと、燃焼室１１ｂ内で発生している気流が強くなり、点火プラグ１９に印加される二次電圧は小さくなる。このため、エンジン１１の回転速度が高いほど、閾値Ｖｊを小さく設定することで、燃料の噴霧と放電との接触を誤判定する可能性を抑制することが可能となる。
【００６０】
・空燃比センサ４０により検出された空燃比がリーンであるほど、燃料の着火が困難であるため、点火プラグ１９で生じる放電を長く継続する必要がある。よって、閾値Ｖｊを小さくし、燃料の噴霧と放電との接触判定の成立を難しくすることで、点火プラグ１９で生じている放電を長く継続させ、より確実に燃料を着火させることが可能となる。
【００６１】
・インジェクタ１８により噴射させられた燃料が点火プラグ１９で生じている放電と接触したことを判定されてから所定時間が経過した後に、点火プラグ１９の放電が終了される。例えば、燃焼室１１ｂ内の空燃比がリーン側である場合、燃料が点火プラグ１９と接触してもすぐに着火しない可能性がある。このような場合を想定して、インジェクタ１８より噴射された燃料が点火プラグ１９の放電と接触したと判定されても所定時間が経過するまでは点火プラグ１９の放電を終了しないことで、より確実に燃料の着火を生じさせることが可能となる。
【００６２】
・所定時間について、燃焼室１１ｂ内の空気に対する燃料の割合である空燃比がリーン側であるほど延長させられる。燃焼室１１ｂ内に存在する燃料の割合が少ないほど、着火が難しくなる。このため、空燃比がリーン側であるほど点火プラグ１９の放電時間を延長することで、燃料の着火をより確実に生じさせることが可能となる。
【００６３】
・所定時間について、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴射量が多いほど延長させられる。インジェクタ１８より噴射された燃料量が多いと、点火プラグ１９の放電と接触するまでの間に噴射された燃料が空気と十分に混合できず、空気不足により燃料の着火に失敗してしまう事がある（リッチ失火）。よって、噴射された燃料の噴射量が多いほど空気不足により燃料の着火をすぐに行えないおそれがあるため、点火プラグ１９の放電を延長することで、空気量が燃料の着火に十分な濃度となるまで放電を実行させることが可能となる。
【００６４】
・インジェクタ１８により実行される燃料の噴射よりも先に点火プラグ１９に放電を生じさせる。インジェクタ１８は燃焼室１１ｂ内に直接噴射するため、燃料噴射を放電が生じる前に実施してしまうと、燃料の噴霧が点火プラグ１９で放電を生じさせる前に通過してしまうおそれがある。このため、燃料の噴射よりも先に点火プラグ１９で放電を生じさせる。これにより、燃料の噴霧が点火プラグ１９で生じる放電と接触しない可能性を抑制する事が可能となる。
【００６５】
・点火プラグ１９の点火放電中に、コンデンサ３１７から蓄積エネルギが放出される。この放出された蓄積エネルギは投入エネルギとなって、一次巻線３１１ａに対してその低電圧側端子側から供給される。これにより、点火放電中に供給された投入エネルギに起因した一次電流が一次巻線３１１ａに通流され、二次巻線３１１ｂにて生じる二次電流に対して、一次電流の通流に伴う追加分が重畳される。このため、放電開始後は点火プラグ１９に順次供給するエネルギが少なくても、放電を維持可能な程度に二次電流が良好に確保され、連続放電の実施が可能となる。
【００６６】
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
【００６７】
・本実施形態では、弱成層燃焼時に燃料の噴霧と放電との接触判定を実施していた。このことについて、弱成層燃焼時に限らず、点火プラグ１９にて放電が実行されている際にインジェクタ１８により燃料が噴射されるならば、例えば成層燃焼や圧縮行程において燃料噴射するストイキ燃焼時に燃料の噴霧と放電との接触判定を実施してもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、インジェクタ１８は点火プラグ１９の近傍に配置されていた。このことについて、燃焼室１１ｂ内へ燃焼室１１ｂの側方から燃焼を噴射するようにインジェクタ１８が配置されてもよい。その場合に、インジェクタ１８と点火プラグ１９の距離が上記実施形態よりも離れるならば、インジェクタ１８による燃料噴射後に点火プラグ１９で放電を生じさせてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、点火プラグ１９にて連続放電を生じさせていた。このことについて、点火プラグ１９にて火花放電を複数回生じさせる多重放電を実施してもよい。連続放電では、燃料の噴霧と放電とが接触した際に所定時間が経過した後に放電を終了させていた。多重放電を実施する場合には、この所定時間に代えて、所定時間が経過するだけの放電回数として設定される第一所定回数だけ火花放電を実施させた後に放電を終了させてもよい。同じように、連続放電は燃焼行程において所定期間中実施されるものとしていたが、この所定期間に代えて、多重放電では所定期間が経過するだけの放電回数として設定される第二所定回数実施されるものとしてもよい。なお、この所定期間は、いわゆる連続放電を実行する期間に限らず、瞬間的な放電のみを行う場合と比較して長い期間であり、且つ途中で放電を終了させることのできる期間であればよい。また、燃料の噴霧と放電とが接触した際に直ちに放電を終了させることもできる。
【００７０】
・上記実施形態では、電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧に基づいて、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したか否かを判定していた。このことについて、二次電圧を検出する代わりに二次電流を検出し、検出した二次電流に基づいてインジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したか否かを判定してもよい。
【００７１】
・上記実施形態では、電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧の二回目以降のピークが閾値Ｖｊよりも低くなった場合に、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したと判定していた。このことについて、検出された二次電圧の二回目以降のピークの絶対値を算出し、算出された二次電圧の絶対値が閾値Ｖｊの絶対値（すなわち正の閾値）よりも大きくなった場合に、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したと判定してもよい。
【００７２】
・上記実施形態では、電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧が閾値Ｖｊよりも低くなった場合に、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したと判定していた。このことについて、判定期間を設け、この判定期間における二次電圧の変化量（例えば傾き）の絶対値が所定変化量よりも大きい場合に、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したと判定してもよい。インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触すると、二次電圧の絶対値が連続して大きくなる。これに伴い、燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触した場合は、判定期間において二次電圧に所定変化量よりも大きな変化が生じる。よって、判定期間内における二次電圧の変化量の絶対値が所定変化量よりも大きくなることで、燃料の噴霧と点火プラグ１９の放電との接触を判定することが可能となる。
【００７３】
・上記実施形態では、電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧が閾値Ｖｊよりも低くなった場合に、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したと判定していた。このことについて、電圧検出用経路Ｌ２により検出された二次電圧の絶対値から燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触しなかった場合に想定される二次電圧の絶対値を引いた差が所定値よりも大きい場合に、インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触したと判定してもよい。インジェクタ１８により噴射された燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触すると、接触しなかった場合の二次電圧の絶対値と比較して測定された二次電圧の絶対値は大きくなる。よって、電圧検出用経路Ｌ２により実際に測定された二次電圧の絶対値から燃料の噴霧が点火プラグ１９の放電と接触しなかった場合に想定される二次電圧の絶対値を引いた差が所定値よりも大きい場合に、燃料の噴霧と点火プラグ１９の放電との接触を判定することが可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１１…エンジン、１１ｂ…燃焼室、１８…インジェクタ、１９…点火プラグ、３１…点火回路ユニット、３２…電子制御ユニット。
【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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