JP2017172558A - 点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振を生じさせる周波数の交流電圧を印加する点火装置において、点火プラグで生じる放電が全路破壊に至って以降も、安定して放電を維持することが可能な点火装置を提供する。【解決手段】点火プラグ（１６）と、一次コイル（１８Ａ）及び二次コイル（１８Ｂ）を具備し、点火コイル（１８）と、一次電流、一次電圧、二次電流、二次電圧の内、少なくとも一つの測定値を検出する測定値検出部（５０）と、検出される測定値に基づいて、放電が全路破壊状態に至ったか否かを判定する全路破壊判定部（３１，６２）と、電圧共振を生じさせる第一所定周波数の交流電圧を、一次コイルに印加する交流電圧印加部（３１）と、放電が全路破壊状態に至ったと判定された場合に、交流電圧の周波数を、全路破壊状態を維持可能であり且つ第一所定周波数よりも低い第二所定周波数に変更させる第一変更部（３１）と、を備えることを特徴とする点火装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの点火装置に関する。

エンジンの点火装置は、電源に接続された一次コイルに一次電流を通電して点火コイルに磁気エネルギを蓄える。そして、一次電流を遮断した際に二次コイルに発生した二次電流を点火プラグの中心電極と接地電極との間のギャップに流すことで、点火プラグのギャップ間に放電プラズマを生じさせている。このとき、点火プラグの電極間に非常に幅の狭い高電圧パルスを印加することで、脱臭、殺菌、成膜、有害ガスの分解、発火などに効果のある放電プラズマを生成することができる（パルス放電）。

しかし、このようなパルス放電の実施は、高電圧パルスを短い周期で連続的に供給する必要があり、供給電力が大きくなるという問題がある。このため、特許文献１では、点火プラグの電極間でアーク放電（放電破壊）が生じるまで高エネルギの第１パルスを印加し、点火プラグの電極間でアーク放電が生じて以降は、低エネルギの第２パルスを印加することで、電極間でのアーク放電を維持させる。このとき、第２パルスのピーク電圧値が第１パルスのピーク電圧よりも低く、且つ、第２パルスのパルス周期が第１パルスのパルス周期よりも短くなるように設定される。第２パルスのパルス周波数は電極間で生じるアーク放電を維持可能な高さとし、パルス周波数を高くしすぎることで供給電力の低減化が不十分とならないように配慮する。このように調整された第２パルスが点火プラグの電極間でアーク放電が生じて以降に印加されることで、供給電力を低減できるとともに、放電装置におけるランニングコスト等のコストの低廉化を図ることができるとしている。

特許第５３０７２８４号公報

特許文献１について、例えば第１パルスの周波数を、点火プラグ及び二次コイルを含む回路における電圧共振が最も強くなる周波数（以下、共振周波数と呼称）又はそれに略等しい周波数に設定した場合を想定する。この場合、点火プラグの電極間でアーク放電が生じると、点火プラグの電極間のインピーダンスが変化し、それに伴い、共振周波数が変化する。このため、仮にアーク放電が生じて以降も第１パルスを印加するならば、電圧共振が生じない又は弱くなる為に点火プラグに流される二次電流が不足し、点火プラグで生じているアーク放電が不安定な状態となるおそれがある。この場合、燃料の着火性が低下し、燃焼状態の悪化を招くおそれがある。

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、共振を生じさせる周波数の交流電圧を印加する点火装置において、点火プラグで生じる放電が全路破壊（放電破壊）に至って以降も、安定して放電を維持することが可能な点火装置を提供することにある。

本発明は、点火装置であって、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するためのプラズマ放電を一対の放電電極の間にて発生させる点火プラグと、一次コイル及び二次コイルを具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグの前記一対の放電電極の間に電圧を印加する点火コイルと、前記一次コイルに流れる一次電流、前記一次コイルに印加される一次電圧、前記点火プラグに流れる二次電流、前記点火プラグに印加される二次電圧の内、少なくとも一つの測定値を検出する測定値検出部と、前記測定値検出部により検出される前記測定値に基づいて、前記一対の放電電極の間における放電が全路破壊状態に至ったか否かを判定する全路破壊判定部と、前記点火プラグ及び前記二次コイルを含む回路に電圧共振を生じさせる第一所定周波数の交流電圧を、前記一次コイルに印加する交流電圧印加部と、前記全路破壊判定部により前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定された場合に、前記交流電圧印加部により出力される前記交流電圧の前記周波数を、前記全路破壊状態を維持可能であり且つ前記第一所定周波数よりも低い第二所定周波数に変更させる第一変更部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、測定値検出部により検出される測定値に基づいて、全路破壊判定部により一対の放電電極の間における放電が全路破壊状態に至ったか否かが判定される。本点火装置では、全路破壊判定部により放電が全路破壊状態に至ったと判定された場合に、その時点を境に、交流電圧印加部により出力される交流電圧の周波数が第一変更部により変更される。交流電圧印加部により出力される交流電圧の周波数は、点火プラグ及び二次コイルを含む回路に電圧共振を生じさせる第一所定周波数に設定されている。このため、全路破壊判定部により放電が全路破壊状態に至ったと判定されるまでは、電圧共振により、点火プラグの放電電極間に印加される電圧は増幅される。しかし、点火プラグで生じる放電が全路破壊状態に至ると、電極間でのインピーダンスが変化し、共振周波数が変化する。したがって、点火プラグで生じる放電が全路破壊状態に至って以降も第一所定周波数の交流電圧を一次コイルに印加した場合、電圧共振を生じさせることができず又は電圧共振が弱くなり、全路破壊に至った放電を維持するために必要な二次電流を点火プラグに流せないおそれがある。

これに備え、全路破壊判定部により点火プラグで生じる放電が全路破壊状態に至ったと判定された場合に、第一変更部により、全路破壊状態を維持可能であり、且つ、交流電圧の周波数が第一所定周波数よりも低い第二所定周波数に変更される。点火コイルのインピーダンスは、交流電圧の周波数が低いほど小さくなる。したがって、交流電圧の周波数が第二所定周波数に変更されることで、点火プラグに流れる二次電流を大きくすることができ、放電が全路破壊状態に至ることで共振周波数が変化し、電圧共振が弱くなる状況において、全路破壊状態を維持することが可能となる。しかし、交流電圧の周波数が低すぎると、点火プラグへの供給電力が不足し全路破壊状態を維持できないおそれがあるため、全路破壊状態を維持可能なほどに高周波に設定される。このように、全路破壊に至った放電を維持可能に制御することで、燃料を安定して着火することが可能となる。

本実施形態に係る点火制御システムの概略構成図である。 沿面ストリーマ放電と沿面アーク放電との違いを示す図である。 通常時の点火プラグに流れる二次電流の変遷を示す図である。 本実施形態に係る周波数変更制御を実施した場合の点火プラグに流れる二次電流の変遷を示す図である。 交流電圧の周波数と点火プラグに流れる二次電流の関係を示す図である。 本実施形態に係る周波数変更制御の処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る周波数変更制御により得られる効果を示した図である。 別例に係る周波数変更制御を実施した場合の点火プラグに流れる二次電流の変遷を示す図である。 図８の周波数変更制御の処理手順を示すフローチャートである。 別例に係る周波数変更制御を実施した場合の点火プラグに流れる二次電流の変遷を示す図である。 図１０の周波数変更制御の処理手順を示すフローチャートである。

本実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示す点火制御システム１０には、点火コイル１８と、点火プラグ１６と、高周波電源部２０と、電源供給部１１とが設けられている。点火コイル１８は、一次コイル１８Ａ、二次コイル１８Ｂ及び鉄心１８Ｃを備えている。一次コイル１８Ａの第一端は、高周波電源部２０の出力端子に接続されており、高周波電源部２０では、電源供給部１１より出力された電圧を、一次コイル１８Ａに印加するための交流電圧に変換している。一方で、二次コイル１８Ｂの第一端は、点火プラグ１６の入力端子に接続されている。二次コイル１８Ｂの第二端は、グランド電位に接地されている。即ち、二次コイル１８Ｂは点火プラグ１６に接続され、当該点火プラグ１６は、二次コイル１８Ｂから高電圧が印加されることとなる。

高周波電源部２０は、電源分圧部２１と、発振制御部３０と、スイッチング部４０とを備えている。電源分圧部２１は、抵抗体２２，２３の直列接続体とコンデンサ２４，２５の直列接続体とを備えている。抵抗体２２と抵抗体２３とを接続する経路とコンデンサ２４とコンデンサ２５とを接続する経路とは、一次コイル１８Ａの第二端と同電位とする経路で接続されている。また、抵抗体２２及びコンデンサ２４の一端に電源供給部１１から所定の電圧Ｖが印加され、抵抗体２３及びコンデンサ２５の一端はグランドに接地している。

発振制御部３０は、ＨレベルとＬレベルとに変化する矩形波の電圧信号を生成する。本実施形態において、交流電圧の周波数が第一所定周波数ｆＡとなるように電圧信号が生成される。この第一所定周波数ｆＡは、点火プラグ１６及び二次コイル１８Ｂを含む回路に生じる電圧共振が最も強くなる周波数（共振周波数）に設定される。生成した電圧信号に基づいて、後述される第一スイッチング素子４１及び第二スイッチング素子４２が交互に開閉動作を実施するように、第一ドライブ信号及び第二ドライブ信号を生成する。そして、発振制御部３０は、点火信号ＩＧｔを受信することで、スイッチング部４０が備えるドライブ回路４３に第一ドライブ信号及び第二ドライブ信号を送信する。

スイッチング部４０は、ドライブ回路４３の他、第一スイッチング素子４１及び第二スイッチング素子４２を備えている。ドライブ回路４３は、発振制御部３０から受信した第一ドライブ信号及び第二ドライブ信号に基づいて、それぞれ第一スイッチング素子４１及び第二スイッチング素子４２を制御する。この制御により、例えば、第一スイッチング素子４１がオンに制御され、第二スイッチング素子４２がオフに制御される場合には、電源供給部１１から＋Ｖ電圧（正電圧）が一次コイル１８Ａに印加される。一方で、第一スイッチング素子４１がオフに制御され、第二スイッチング素子４２がオンに制御される場合には、コンデンサ２５により−Ｖ電圧（負電圧）が一次コイル１８Ａに印加される。したがって、第一スイッチング素子４１及び第二スイッチング素子４２のオン／オフの切替により、一次コイル１８Ａに正電圧と負電圧が交互に印加されることになる。つまり、一次コイル１８Ａに交流電圧が印加される。

点火プラグ１６について、図２を用いて概略構成を説明する。点火プラグ１６は、中心電極１６１と、碍子１６２（絶縁体）と、接地電極１６３と、ハウジング１６４とを備える。碍子１６２は、中心電極１６１の外周を覆い、中心電極１６１とハウジング１６４及び接地電極１６３との電気絶縁性を確保している。碍子１６２の基端側は、ハウジング１６４によって加締め固定されている。そして、ハウジング１６４から露出する碍子１６２と接地電極１６３との間に放電するための空間（放電空間）が区画され、その放電空間内で沿面ストリーマ放電が生じる。

沿面ストリーマ放電は、放電空間内において、接地電極１６３の表面から碍子１６２に沿って中心電極１６１に向かって伸びるように発生する。この沿面ストリーマ放電を継続して実行すると、放電が碍子１６２の表面を這うように伸び、放電の一部が中心電極１６１の先端に到達する（全路破壊状態）。放電が全路破壊状態に至ると、接地電極１６３と中心電極１６１との間（以下、放電電極間と呼称）に沿面アーク放電が形成される。

本実施形態では、発振制御部３０が点火信号ＩＧｔを受信し、ドライブ回路４３に第一ドライブ信号及び第二ドライブ信号を送信することで、第一所定周波数ｆＡに設定された交流電圧が一次コイル１８Ａに印加される。このため、点火プラグ１６で生じる放電が全路破壊状態に至るまで、中心電極１６１及び接地電極１６３に印加される二次電圧は、電圧共振により増幅される。しかし、点火プラグ１６で生じる放電が全路破壊状態に至ると、放電電極間でのインピーダンスが変化し、それに伴って共振周波数が変化する。したがって、点火プラグ１６で生じる放電が全路破壊状態に至って以降も第一所定周波数ｆＡの交流電圧を一次コイル１８Ａに印加した場合には、電圧共振を生じさせることができず又は電圧共振が弱くなる。図３は、放電が全路破壊状態に至って以降も第一所定周波数ｆＡの交流電圧を印加した例である。放電が全路破壊状態に至った際の放電電極間に流れる二次電流が全路破壊前と比較して大きく減少しており、且つ、放電が伸長する（後述）までの期間、減少した二次電流が増幅していないことから、電圧共振が生じていないことが分かる。このとき、放電が全路破壊状態に至ることで生じる二次電流の減少度合いによっては、全路破壊状態に至った放電を維持できないおそれがある。

これに備え、本実施形態では、二次電流センサ（測定値検出部に該当）５０と放電状態判断部６０とを備えている。二次電流センサ５０は、二次コイル１８Ｂの第一端と、点火プラグ１６の入力端子とを接続している電流経路に設けられ、点火プラグ１６に流れる二次電流を検出する。そして、二次電流の検出結果を放電状態判断部６０が備える波形処理部６１に出力する。

放電状態判断部６０は、波形処理部６１及び比較出力部６２を備えている。波形処理部６１は、二次電流センサ５０により出力された二次電流の検出結果から、包絡線を作成する。より具体的には、図４に記載されるように交流電圧印加期間中に出現する全ての最大ピークと接する接線を、包絡線として作成する。このため、波形処理部６１は包絡線取得部に該当する。

そして、比較出力部６２は、点火信号ＩＧｔを受信することで、波形処理部６１により作成された包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きくなったか否かを判定する。比較出力部６２による判定結果は発振制御部３０に出力され、発振制御部３０は比較出力部６２による判定結果に基づいて、放電が全路破壊状態に至ったか否かを判定する。このため、発振制御部３０及び比較出力部６２は全路破壊判定部に該当する。

放電が全路破壊状態に至ったか否かの判定は、二次電流の減少度合いから判定することができる。放電が全路破壊状態に至っていない状態で、第一所定周波数ｆＡの交流電圧が印加されると、共振作用により点火プラグ１６に流れる二次電流は増幅する。しかし、放電が全路破壊状態に至ることで、共振周波数が変化し、それに伴って電圧共振により増幅された二次電流が減少する。放電が全路破壊に至るか否かを判定する上で、この二次電流の減少は特徴的であるため、第一所定変化量は、放電が全路破壊に至った際の二次電流の減少度合いを識別するための値に設定される。

本実施形態に係る発振制御部３０は、点火信号ＩＧｔの受信期間中において、放電が全路破壊状態に至ったと判定して以降、放電が全路破壊状態に至ったか否かの判定を実施しない。後に詳述するため、ここでは簡単に説明するが、全路破壊状態に至った放電は、気筒内の気流の影響で伸長することがあり、放電が伸長することで、放電を維持するために必要な二次電流が上昇する。ただし、放電が伸長し続ける訳ではなく、伸長し続けた放電がある時に短くなる場合がある。この場合、放電が伸長することで上昇し続けていた二次電流は、放電が短くなることで減少する。このときに生じる二次電流の変化量は第一所定変化量よりも大きくなる場合があり、仮に放電が全路破壊状態に至って以降も、放電が全路破壊状態に至ったか否かの判定を実施すると、該現象が生じた際に誤って放電が全路破壊状態に至っていないと判定するおそれがある。

以上を踏まえ、本実施形態では、点火信号ＩＧｔを受信中に、放電が全路破壊状態に至ったと判定されていない状態で、波形処理部６１により作成される包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいか否かを比較出力部６２が判定する。そして、比較出力部６２により包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいと判定されたことを条件として、発振制御部３０は放電が全路破壊状態に至ったと判定する。

発振制御部３０は、放電が全路破壊状態に至ったか否かの判定に基づいて、一次コイル１８Ａに印加する交流電圧の周波数を変更する。具体的には、図４に記載されるように、比較出力部６２により包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいと判定されるまで、発振制御部３０は、放電が全路破壊状態に至っていないとして、交流電圧の周波数を第一所定周波数ｆＡに制御する。そして、比較出力部６２により包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいと判定された場合（時間ｔ１参照）、発振制御部３０は、放電が全路破壊状態に至ったと判定し、交流電圧の周波数を第一所定周波数ｆＡよりも低い第二所定周波数ｆＢに制御する。このため、発振制御部３０は、交流電圧印加部と、第一変更部とに該当する。

周知の通り、交流電圧が一次コイル１８Ａに印加されると一次コイル１８Ａに逆起電力が発生し、この逆起電力が電気抵抗（インピーダンス）として作用する。この電気抵抗は、交流電圧の周波数が低いほど小さな抵抗として働くため、図５に記載されるように交流電圧の周波数が低いほど点火プラグ１６に流れる二次電流は大きくなる。したがって、放電が全路破壊状態に至った場合に、交流電圧の周波数を第二所定周波数ｆＢに変更することで、点火プラグ１６に流れる二次電流を大きくすることができ、全路破壊状態を維持することが可能となる。ただし、交流電圧の周波数が低すぎると、点火プラグ１６への供給電力が不足し全路破壊状態を維持できないおそれがあるため、全路破壊状態を維持可能なほどに高い周波数に設定される。

本実施形態では、発振制御部３０により後述する図６に記載の周波数変更制御を実行する。図６に示す周波数変更制御は、発振制御部３０が電源オンしている期間中に発振制御部３０によって所定周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１００では、点火信号ＩＧｔを受信中か否かを判定する。点火信号ＩＧｔを受信中であると判定した場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、波形処理部６１により作成される包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいか否かの判定結果を比較出力部６２から取得する。

ステップＳ１２０では、比較出力部６２から取得した判定結果を基に放電が全路破壊に至ったか否かを判定するとともに、全路破壊フラグがＯＮに設定されているか否かを判定する。比較出力部６２から取得した判定結果から放電が全路破壊に至ったと判定した、あるいは、全路破壊フラグがＯＮに設定されていると判定した場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０に進み、全路破壊フラグをＯＮに設定する。そして、ステップＳ１４０にて、交流電圧の周波数を第二所定周波数ｆＢに設定し、本制御を終了する。比較出力部６２から取得した判定結果から放電が全路破壊に至っていないと判定し、且つ、全路破壊フラグがＯＦＦに設定されていると判定した場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１５０に進み、交流電圧の周波数を第一所定周波数ｆＡに設定する（交流電圧の周波数を第一所定周波数ｆＡに維持する）。そして、本制御を終了する。

点火信号ＩＧｔを受信していないと判定した場合には（ステップＳ１００：ＮＯ）、ステップＳ１６０に進み、全路破壊フラグをＯＦＦに設定し、本制御を終了する。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・放電が全路破壊状態に至ることで共振周波数が変化し、電圧共振が弱くなる状況において、発振制御部３０により交流電圧の周波数が第二所定周波数ｆＢに変更されることで、点火プラグ１６に流れる二次電流を大きくすることができ、全路破壊状態を維持することが可能となる。一方で、交流電圧の周波数が低すぎると、点火プラグ１６への供給電力が不足し全路破壊状態を維持できないおそれがあるため、全路破壊状態を維持可能なほどに高い周波数に設定される。このように、全路破壊に至った放電を維持可能に制御することで、燃料を安定して着火することが可能となる。ひいては、図７に記載されるように、本実施形態に係る周波数変更制御を実施しない場合と比較して、エンジントルクの変動を抑えることが出来る。

・波形処理部６１により作成された包絡線の変化から放電電極間で生じる放電の状態変化を読み取ることができる。より具体的には、点火信号ＩＧｔを受信中に放電が全路破壊状態に至ったと判定していない状態で、取得された包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいことを条件として、放電が全路破壊状態に至ったと判定することができる。

・二次電流を検出する場合、一次電流を検出する場合と比較して、トランスによる変圧における電力損失の影響が少なく、放電電極間を流れる二次電流をより正確に測定することが可能となる。このため、より精査な判定を実施することができるため、判定の精度を向上させることができる。

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。

・上記実施形態において、第一所定周波数ｆＡは共振周波数に設定されていた。このことについて、共振周波数に限らず、電圧利得が１を超える周波数を電圧共振が生じる周波数とみなし、第一所定周波数ｆＡとして設定してもよい。

・上記実施形態では、二次電流センサ５０により検出される二次電流に基づいて、放電が全路破壊状態に至ったか否かを判定していた。このことについて、二次電流センサ５０を必ず設ける必要はなく、代わりに二次電圧センサを設け、点火プラグ１６に印加される二次電圧を検出する構成としてもよい。この場合も、上記実施形態に記載の判定方法に準じた判定方法で放電が全路破壊状態に至ったか否かを判定することができる。

あるいは、一次コイル１８Ａを流れる一次電流を検出する一次電流センサを設けてもよい。又は、一次コイル１８Ａに印加される一次電圧を検出する一次電圧センサを設けてもよい。この場合でも、上記実施形態に記載の判定方法に準じた判定方法で放電が全路破壊状態に至ったか否かを判定することができる。

・上記実施形態において、波形処理部６１は交流電圧印加期間中に出現する全ての最大ピークと接する接線を包絡線として作成していた。このことについて、交流電圧印加期間中に出現する全ての最小ピークと接する接線を包絡線として作成してもよい。または、二次電流センサ５０により検出される二次電流の絶対値を算出し、そのすべてのピークと接する接線を包絡線として作成しても良い。この場合、二次電流の最大ピークの絶対値と最小ピークの絶対値が加算されたピークと接する包絡線が形成される。したがって、上記実施形態において作成された最大ピークのみに接する包絡線と比較してピークの大きさが倍となり、より精度の高い判定が可能である。

・上記実施形態において、比較出力部６２が包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいと判定したことを条件として、発振制御部３０は放電が全路破壊状態に至ったと判定していた。この放電の全路破壊状態の判定方法について、例えば、第一閾値及び第一閾値よりも低く設定される第二閾値を設けて、放電の全路破壊状態を判定してもよい。このとき、第一閾値と第二閾値の差は、第一所定変化量に相当するように設定される。そして、比較出力部６２は、包絡線が第一閾値よりも大きくなった状態から第二閾値よりも小さくなる状態に移行したと判定することで、発振制御部３０は放電が全路破壊状態に至ったと判定する。

あるいは、包絡線を用いることなく、放電が全路破壊状態に至ったか否かの判定をしてもよい。例えば、二次電流センサ５０により検出される二次電流の波形から、直近の二次電流の最大ピークに対する現在の二次電流の最大ピークの変化量を算出する。そして、算出した変化量が第一所定変化量よりも大きいことを条件として、放電が全路破壊状態に至ったと判定する。

・上記実施形態では、放電が全路破壊状態に至ったと判定された場合に、一次コイル１８Ａに印加する交流電圧の周波数を第二所定周波数ｆＢに設定していた。このことについて、放電が全路破壊状態に至ったと判定された場合に、即時に交流電圧の周波数を第二所定周波数ｆＢに設定しなくてもよい。その例を、以下に挙げる。

［１］全路破壊に至った放電は、気筒内の気流の影響で伸長することがある。放電が伸長すると、放電を維持するために必要な二次電流が上昇する。この場合、共振作用が低くなった第一所定周波数ｆＡの交流電圧を一次コイル１８Ａに印加しても、伸長した放電を維持できないおそれがある。一方で、放電が伸長せず、放電電極間において最短距離で放電を生じている場合には、放電を維持するために必要な二次電流は最小となる。つまり、放電が伸長していない状態では、第一所定周波数ｆＡの交流電圧でも、放電を維持することが可能であることが考えられる。

以上を踏まえ、放電が全路破壊状態に至ったと判定されて以後、発振制御部３０は、比較出力部６２の後述する判定結果を基に、全路破壊状態に至った放電が伸長状態となったか否かを判定する。そして、全路破壊状態に至った放電が伸長状態となったか否かで、一次コイル１８Ａに印加する交流電圧の周波数を変更する。具体的には、図８に記載されるように、発振制御部３０は、放電が全路破壊状態に至っても、放電が伸長状態ではないと判定したことを条件として、その期間は第一所定周波数ｆＡの交流電圧を一次コイル１８Ａに印加する（時間ｔ１０−ｔ１１参照）。そして、放電が伸長状態であると判定したことを条件として、発振制御部３０により交流電圧の周波数を第二所定周波数ｆＢに変更する。

放電の伸長状態の判定方法は、以下の通りである。放電の伸長度合が大きくなるごとに、放電を維持するために必要な二次電流もまた上昇する。それに伴って、放電を維持するため放電電極間を流れる二次電流もまた上昇する。このとき、図３に記載されるように、放電伸長に伴う二次電流の単位時間あたりの変化量は、放電が全路破壊状態に至った際に生じる二次電流の変化量よりも小さいことが想定される。このため、放電伸長を判定する為に設けられる第二所定変化量は第一所定変化量と比較して小さな変化量に設定される。また、放電伸長に伴う二次電流の上昇は、時間経過に伴うものである。よって、図８に記載されるように、放電が全路破壊に至ったと判定された際に測定された包絡線の値を初期値とし、比較出力部６２は初期値に対しての包絡線の変化量が第二所定変化量よりも大きいか否かを判定する。そして、比較出力部６２により初期値に対しての包絡線の変化量が第二所定変化量よりも大きいと判定された場合に、その判定結果に基づいて発振制御部３０は放電が伸長状態であると判定することが可能となる。このため、本別例に係る発振制御部３０及び比較出力部６２は、伸長状態判定部に該当する。

なお、全路破壊状態に至った放電の伸長状態が進行するにつれ、放電電極間に流れる二次電流は大きくなるが、二次電流が際限なく大きくなるわけではなく、放電伸長中に二次電流が小さくなる場合がある（例えば時間ｔ１２，ｔ１３参照）。これは、放電電極間で生じている放電のうち、中心電極１６１側で生じている放電と接地電極１６３側で生じている放電との距離が近距離となる箇所が存在すると、該箇所で放電同士が接合し、該箇所以降の放電の伸長部分は消失するためである。したがって、放電の伸長度合が小さくなり、それに伴って放電電極間を流れる二次電流が小さくなる。このとき、初期値に対しての包絡線の変化量が第二所定変化量よりも小さくなるほど、二次電流が減少した場合には、交流電圧の周波数を第一所定周波数ｆＡに変更する（時間ｔ１３参照）。

［１］に係る周波数変更制御を、図９を参照して説明する。図９は、図６のフローチャートの一部を変容したものである。すわなち、ステップＳ１３０に該当するステップＳ２３０とステップＳ１４０に該当するステップＳ２４０との間に、新規にステップＳ２３５が追加される。

具体的には、ステップＳ２３５は、全路破壊フラグをＯＮに設定した（ステップＳ２３０）後に実行されるステップである。ステップＳ２３５では、比較出力部６２の判定結果に基づいて、全路破壊状態に至った放電が伸長状態であるか否かを判定する。全路破壊状態に至った放電が伸長状態であると判定した場合には（Ｓ２３５：ＹＥＳ）、ステップＳ２４０に進む。全路破壊状態に至った放電が伸長状態ではないと判定した場合には（Ｓ２３５：ＮＯ）、ステップＳ１５０に該当するステップＳ２５０に進む。

それ以外のステップについて、図９の各ステップＳ２００，Ｓ２１０，Ｓ２２０，及びＳ２６０の処理は、それぞれ、図６の各ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０，及びＳ１６０の処理と同一である。

本別例に係る周波数変更制御を実施することで、全路破壊に至った放電が伸長し、放電を維持するために必要な二次電流が上昇したとしても、第二所定周波数ｆＢの交流電圧が点火プラグ１６に印加されることで点火プラグに流れる二次電流を大きくすることが出来る。よって、伸長した放電を安定して維持することが可能となる。ひいては、伸長した放電は噴射された燃料と高頻度に接触することが可能であるため、燃料の着火性を向上することが可能となる。また、放電が伸長状態であると判定されるまで第一所定周波数ｆＡの交流電圧が印加されるため、上記実施形態が実施していた図４に記載の周波数変更制御と比較して、放電伸長開始時の交流電圧の大きさを小さく抑えることができる。ひいては、放電伸長期間における交流電圧の最大ピークを低く抑えることが可能となる。

［２］［１］に記載の別例では、放電が全路破壊状態に至っても、放電が伸長状態ではないと判定されたことを条件として、第一所定周波数ｆＡの交流電圧が一次コイル１８Ａに印加されていた。このことについて、放電が全路破壊状態に至っても、放電が伸長状態ではないと判定されたことを条件として、第一所定周波数ｆＡよりも高い周波数である第三所定周波数ｆＣに設定されてもよい。ただし、図５に記載されるように、交流電圧の周波数が高すぎると点火プラグ１６の放電電極間に流れる二次電流が小さくなり、全路破壊状態に至った放電を維持できなくなるおそれがある。このため、第三所定周波数ｆＣは、放電の全路破壊状態が維持可能である程度に低い周波数に設定される。

図１０に記載されるように、放電が全路破壊状態に至ってから、放電が伸長状態であると判定されるまでの期間（時間ｔ２０−２１参照）、発振制御部３０により第三所定周波数ｆＣの交流電圧が一次コイル１８Ａに印加される。このため、本別例に係る発振制御部３０は、第二変更部に該当する。

［２］に係る周波数変更制御を、図１１を参照して説明する。図１１は、図９のフローチャートの一部を変容したものである。すわなち、ステップＳ２３５に該当するステップＳ３３５がＮＯ判定となった場合に、新規ステップであるステップＳ３５５が実行される。

具体的には、全路破壊状態に至った放電が伸長状態ではないと判定した場合に（Ｓ３３５：ＮＯ）、ステップＳ３５５に進み、交流電圧の周波数を第三所定周波数ｆＣに設定して本制御を終了する。

それ以外のステップについて、図１１の各ステップＳ３００，Ｓ３１０，Ｓ３２０，Ｓ３３０，Ｓ３４０，Ｓ３５０，及びＳ３６０の処理は、それぞれ、図９の各ステップＳ２００，Ｓ２１０，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０，Ｓ２５０，及びＳ２６０の処理と同一である。

全路破壊状態に至った際の放電は、点火プラグ１６の碍子１６２に付着していることが想定される。このとき、点火プラグ１６の放電電極間に流れる二次電流が大きい場合、放電を構築する電子やイオン、ガスの粒子の運動エネルギが高くなるため、放電が碍子１６２に付着している期間にそれらの粒子が碍子１６２と頻度高く接触し、その結果、碍子１６２の損傷を招くおそれがある。したがって、全路破壊状態に至った放電が伸長状態ではないと判定されたことを条件として、交流電圧の周波数を、放電の全路破壊状態を維持可能であり、且つ、第一所定周波数ｆＡよりも高い第三所定周波数ｆＣに変更される。これにより、放電電極間に流れる二次電流を小さく抑えることができ、放電を構築する電子やイオン、ガスの粒子の運動エネルギを低く抑えることができる。ひいては、放電に碍子１６２が付着することで、碍子１６２が損傷することを抑制する事ができる。

・上記実施形態や、［１］及び［２］に記載の別例では、全路破壊フラグをＯＦＦに設定する条件を、点火信号ＩＧｔを受信していないと判定した場合に限っていた。このことについて、放電が全路破壊に至ったと判定された際に測定された包絡線の値を初期値とし、初期値に対しての変化量が第一所定変化量よりも大きい変化量となる閾値を設ける。そして、包絡線が閾値よりも大きくなった場合に、放電が全路破壊状態ではなくなったとして、全路破壊フラグをＯＦＦに設定してもよい。

放電が伸長し過ぎることで、放電を維持するために必要な二次電流を供給できなくなった場合に、点火プラグ１６の放電電極間で発生している放電を維持することができず、吹き消えが生じる場合がある。放電の吹き消え時に測定される二次電流の変化量は、全路破壊状態に至った放電の二次電流の変化量よりも大きいことが想定され、具体的には第一所定変化量よりも大きいことが想定される。このため、閾値の初期値に対する変化量は第一所定変化量よりも大きくなるように設定される。これにより、包絡線が閾値よりも大きくなった場合に、放電は吹き消えを生じ、全路破壊状態ではなくなったことを判定することが可能となる。

１６…点火プラグ、１８…点火コイル、１８Ａ…一次コイル、１８Ｂ…二次コイル、５０…二次電流センサ、６２…比較出力部、１６１…中心電極、１６３…接地電極。

Claims (9)

1. 内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するためのプラズマ放電を一対の放電電極（１６１，１６３）の間にて発生させる点火プラグ（１６）と、
   一次コイル（１８Ａ）及び二次コイル（１８Ｂ）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグの前記一対の放電電極の間に電圧を印加する点火コイル（１８）と、
   前記一次コイルに流れる一次電流、前記一次コイルに印加される一次電圧、前記点火プラグに流れる二次電流、前記点火プラグに印加される二次電圧の内、少なくとも一つの測定値を検出する測定値検出部（５０）と、
   前記測定値検出部により検出される前記測定値に基づいて、前記一対の放電電極の間における放電が全路破壊状態に至ったか否かを判定する全路破壊判定部（３０，６２）と、
   前記点火プラグ及び前記二次コイルを含む回路に電圧共振を生じさせる第一所定周波数の交流電圧を、前記一次コイルに印加する交流電圧印加部（３０）と、
   前記全路破壊判定部により前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定された場合に、前記交流電圧印加部により出力される前記交流電圧の前記周波数を、前記全路破壊状態を維持可能であり且つ前記第一所定周波数よりも低い第二所定周波数に変更させる第一変更部（３０）と、
   を備えることを特徴とする点火装置。
2. 前記測定値検出部により検出された前記測定値の包絡線を取得する包絡線取得部（６１）を備え、
   前記全路破壊判定部は、前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定していない状態で、前記包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいことを条件として、前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定することを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
3. 前記全路破壊判定部により前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定されたことを条件として、前記測定値検出部により検出される前記測定値に基づいて前記放電が伸長する伸長状態となったか否かを判定する伸長状態判定部（３０，６２）を備え、
   前記交流電圧印加部は、前記伸長状態判定部により前記放電が前記伸長状態ではないと判定されたことを条件として、前記第一所定周波数の前記交流電圧を前記一次コイルに印加し、
   前記第一変更部は、前記伸長状態判定部により前記放電が前記伸長状態であると判定されたことを条件として、前記交流電圧の周波数を前記第二所定周波数に変更させることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
4. 前記全路破壊判定部により前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定されたことを条件として、前記測定値検出部により検出される前記測定値に基づいて前記放電が伸長する伸長状態となったか否かを判定する伸長状態判定部（３０，６２）と、
   前記伸長状態判定部により前記放電が前記伸長状態ではないと判定されたことを条件として、前記交流電圧印加部により出力される前記交流電圧の前記周波数を、前記全路破壊状態を維持可能であり且つ前記第一所定周波数よりも高い第三所定周波数に変更させる第二変更部（３０）と、
   を備え、
   前記第一変更部は、前記伸長状態判定部により前記放電が前記伸長状態であると判定されたことを条件として、前記交流電圧の周波数を前記第二所定周波数に変更させることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
5. 前記測定値検出部により検出された前記測定値の包絡線を取得する包絡線取得部（６２）を備え、
   前記全路破壊判定部は、前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定していない状態で、前記包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいことを条件として、前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定し、
   前記伸長状態判定部は、前記全路破壊判定部により前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定された際の前記包絡線の値を初期値とし、前記初期値に対しての前記包絡線の変化量が、前記第一所定変化量よりも小さく設定された第二所定変化量よりも大きくなった場合に、前記放電が前記伸長状態となったことを判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の点火装置。
6. 前記測定値検出部により検出された前記測定値の包絡線を取得する包絡線取得部（６２）を備え、
   前記全路破壊判定部は、前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定していない状態で、前記包絡線の単位時間あたりの変化量が第一所定変化量よりも大きいことを条件として、前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定し、
   前記全路破壊判定部は、前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定した後に、前記全路破壊判定部により前記放電が前記全路破壊状態に至ったと判定された際の前記包絡線の値を初期値とし、前記初期値に対しての変化量が前記第一所定変化量よりも大きい変化量となる閾値を設け、前記包絡線が前記閾値よりも大きくなった場合に、前記放電が前記全路破壊状態ではなくなっ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項に記載の点火装置。
7. 前記第一所定周波数は、前記点火プラグ及び前記二次コイルを含む回路における前記電圧共振が最も強くなる共振周波数であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の点火装置。
8. 前記測定値検出部は、前記一次コイルに流れる一次電流、又は前記一次コイルに印加される一次電圧の測定値を検出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の点火装置。
9. 前記測定値検出部は、前記点火プラグに流れる二次電流、又は前記点火プラグに印加される二次電圧の測定値を検出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の点火装置。