CN109563799A - 阻挡放电型点火装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够高精度地判定使得产生无点火放电的阻挡火花塞的施加电压的阻挡放电型点火装置。阻挡放电型点火装置在燃烧支持控制中，基于由电压检测电路(14)检测出的施加电压，计算交流周期中的一个周期前的施加电压与当前周期的施加电压的电压差(Vd)，通过比较电压差(Vd)与预设的放电判定阈值(VJH、VJL)来判定阻挡火花塞的放电的有无。
Description
技术领域
本发明涉及在内燃机的燃烧室内利用非平衡等离子体放电来进行点火的阻挡放电型点火装置。
背景技术
与上述的阻挡放电型点火装置相关联地已知有下述的专利文献1所述的点火装置。专利文献1中的点火装置为如下点火装置：包括火花塞和高频电源，高频电源至少具备直流电源、2个开关元件和升压变压器，交替地打开关闭地驱动2个开关元件，使火花塞发生交流电晕放电。在专利文献1的技术中，构成为检测直流电源的电源电压和升压变压器的初级电压，根据二者的电压比计算Q值，并基于Q值检测高频交流电晕放电的有无。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-224493号
发明内容
发明所要解决的问题
可是，本申请的发明人进行了如下技术开发：在点火前的期间，使引不起点火的放电发生，使混合气体产生臭氧及自由基，促进点火时的燃烧的扩大，提高可燃性。然而，在专利文献1中仅公开了判定电晕放电的有无的技术，没有公开存在发生点火的可能性、进行无点火放电时的、判定放电的有无的技术。
为了产生无点火放电，需要高精度地控制阻挡火花塞的施加电压。然而，在专利文献1的技术中，因为基于升压变压器的初级侧的各电压的检测值来判定放电的有无，所以不适合无点火放电所要求的施加电压的控制精度。
于是，需要一种能够高精度地判定使得产生无点火放电的阻挡火花塞的施加电压的阻挡放电型点火装置。
用于解决问题的方案
本发明的阻挡放电型点火装置具备：
DC/DC转换器，将直流电压升压并输出；
逆变器，将从所述DC/DC转换器输出的直流电压转换为交流电压并输出；
变压器，将从所述逆变器输出的交流电压升压并输出；
谐振电路，利用谐振将从所述变压器输出的交流电压放大；
阻挡火花塞，被施加由所述谐振电路放大的交流电压，设置于燃烧室且电极被电介质覆盖；
电压检测电路，检测所述阻挡火花塞的施加电压；
控制装置，通过控制所述DC/DC转换器及所述逆变器，使所述阻挡火花塞的施加电压增减，
所述控制装置在作为被设定于所述燃烧室内的混合气体的点火前的期间的、用于生成臭氧及自由基并促进点火时的燃烧的扩大的燃烧支持期间，执行对所述阻挡火花塞施加无点火放电电压的燃烧支持控制，该无点火放电电压为使引不起所述混合气体的点火的所述阻挡火花塞的放电即无点火放电发生的电压，
在所述燃烧支持控制中，基于由所述电压检测电路检测出的所述施加电压，计算所述交流电压的交流周期中的1个周期前的所述施加电压与当前周期的所述施加电压的电压差，通过比较所述电压差与预设的放电判定阈值，判定所述阻挡火花塞的放电的有无。此外，优选地，所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压。
发明的效果
根据本发明的阻挡放电型点火装置，根据利用了由放电的有无所致的谐振电路的谐振频率的变化的、基于上述的阻挡火花塞的施加电压的电压差的判定，能够高精度地判定无点火放电的有无。而且，根据优选的实施方式，能够基于在判定为无点火放电已开始时的阻挡火花塞的施加电压来高精度地判定放电开始电压。
附图说明
图1为示出本发明的实施方式1的阻挡放电点火装置的电路结构的图。
图2为示出本发明的实施方式1的在使DC/DC转换器的输出电压变化的情况下的、由谐振电路的谐振增长所致的时滞及由谐振负增长所致的时滞的时序图。
图3为示出本发明的实施方式1的在使逆变器的交流频率变化的情况下的、由谐振电路的谐振增长所致的时滞及由谐振负增长所致的时滞的时序图。
图4为说明本发明的实施方式1的点火控制及燃烧支持控制的时序图。
图5为示出本发明的实施方式1的无放电的状态的阻挡火花塞的等效电路的图。
图6为示出本发明的实施方式1的有放电的状态的阻挡火花塞的等效电路的图。
图7为示出本发明的实施方式1的由放电的有无所致的谐振电路的谐振频率的变化的频率特性图。
图8为用于说明本发明的实施方式1的放电的有无及放电开始电压的判定的时序图。
图9为用于说明本发明的实施方式1的学习控制的行为的时序图。
图10为用于说明本发明的实施方式1的学习控制的行为的时序图。
图11为用于说明本发明的实施方式1的施加电压的控制方法的时序图。
图12为本发明的实施方式2的放电开始电压与燃烧室内的压力的关系特性图。
(附图标记说明)
1：阻挡火花塞；2：谐振用线圈；3：谐振电路；4：变压器；5：逆变器；6：DC/DC转换器；7：电池；8：控制电路；9：ECU(发动机控制单元)；10：电源电路；11：控制装置；14：电压检测电路；VJH：正的放电判定阈值；VJL：负的放电判定阈值；α：偏置电压；f1：没有放电的情况下的谐振电路的谐振频率；fc：控制频率。
具体实施方式
实施方式1.
参照附图对实施方式1的阻挡放电型点火装置进行说明。图1为阻挡放电型点火装置的电路结构图。阻挡放电型点火装置具备：电源电路10，供给交流电压；谐振电路3，利用谐振来放大从电源电路10输出的交流电压；阻挡火花塞1，被施加由谐振电路3放大的交流电压；以及控制装置11，控制电源电路10。阻挡火花塞1被设置于内燃机的燃烧室，阻挡放电型点火装置被用作内燃机用的点火装置。
阻挡火花塞1的电极被电介质覆盖。例如，构成为以电介质呈有底筒状覆盖棒状的中心电极，以筒状的接地电极隔开放电间隙地围绕电介质的周围。电介质由氧化铝、氧化锆、二氧化钛等介电材料形成，中心电极由Cu、Fe、Ni等导电性金属材料形成，接地电极由Fe、Ni、不锈钢等导电性金属材料形成。
电源电路10具备：电池7，作为直流电源；DC/DC转换器6，将从电池7供给的直流电压升压并输出；逆变器5，将从DC/DC转换器6输出的直流电压转换为交流电压并输出；以及变压器4，将从逆变器5输出的交流电压升压并输出从而供给至谐振电路3。
由DC/DC转换器6将电池7的直流电压升压为50V～600V范围的直流电压并输出至逆变器5。由变压器4将被逆变器5转换的交流电压升压为升压比倍数的500V～30kV范围的交流电压并输出至谐振电路3。通过谐振电路3的电感元件和电容元件的串联谐振作用将由变压器4升压的交流电压升压为5kV～50kV范围的交流电压并施加于阻挡火花塞1，在阻挡火花塞1产生放电。
在阻挡火花塞1发生放电时，燃烧室内的空气和燃料的混合气体点火，火焰在燃烧室内的混合气体中爆发性地传播。内燃机从由于点火后燃料的燃烧而上升的压力获取能量。在本实施方式中，虽然详情后述，但构成为在点火前，使引不起混合气体的点火的放电即无点火放电发生，使混合气体产生臭氧及自由基，促进点火时的燃烧的扩大，提高可燃性。
DC/DC转换器6具备由控制装置11控制接通/断开(ON/OFF)的开关元件。关于DC/DC转换器6，能够使用公知的各种转换器，例如，可以使用具备开关元件、二极管及电抗器的升压斩波器，或者，也可以使用具备开关元件、二极管及变压器的反激式等绝缘型DC/DC转换器。
逆变器5具备由控制装置11控制接通/断开的开关元件。关于逆变器5，能够使用公知的各种逆变器，例如，可以使用具备一个串联连接2个开关元件而成的串联电路的半桥电路，其中该开关元件反并联连接有二极管，或者，也可以使用并联连接2个串联电路而成的全桥电路，其中该串联电路是2个开关元件串联连接而成的，且该开关元件反并联连接有二极管。
作为DC/DC转换器6及逆变器5的开关元件，可以使用IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等。此外，开关元件可以由使用Si(硅)的半导体构成，也可以由SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、Ga2O3(氧化镓)及金刚石等宽带隙半导体构成。
变压器4具备：初级绕组，连接于逆变器5；次级绕组，连接于谐振电路3；以及铁芯，卷绕有初级绕组及次级绕组。根据次级绕组的匝数相对于初级绕组的匝数的比确定变压器4的升压比。此外，在能够仅通过谐振电路3确保放电所必需的施加电压的情况下，也可以去除变压器4。
谐振电路3包括电感元件与电容元件的串联电路。在本实施方式中，谐振电路3具备谐振用线圈2。谐振电路3包括谐振用线圈2的电感分量、阻挡火花塞1所具有的电容分量及变压器4的漏电感分量。此外，谐振电路3也可以包括谐振用线圈2的电感分量及阻挡火花塞1所具有的电容分量，也可以包括变压器4的漏电感分量及阻挡火花塞1所具有的电容分量。另外，也可以通过对阻挡火花塞1并联或者串联地连接电容器等电容元件来增加或者减少谐振电路3的电容分量。
阻挡放电型点火装置具备检测被施加于阻挡火花塞1的施加电压的电压检测电路14。在本实施方式中，电压检测电路14为被并联连接于阻挡火花塞1的分压电容器电路14。分压电容器电路14是第一分压电容器12与第二分压电容器13串联连接而成的。第一分压电容器12侧连接谐振用线圈2和阻挡火花塞1的布线，第二分压电容器13侧连接基准电位。分压电容器电路14通过第一分压电容器12和第二分压电容器13将被施加于阻挡火花塞1的约5kV～50kV的高电压分压。第二分压电容器13的电容值被设定为相对于第一分压电容器12足够大的值，例如，选定具有相对于第一分压电容器12约500倍的电容值的电容器。第二分压电容器13的分压为约0.5V～100V电压，作为阻挡火花塞1的施加电压的信息被输入至控制装置11。此外，电压检测电路14可以为将第一分压电阻和第二分压电阻串联连接而成的分压电阻电路，也可以将第二分压电阻的分压作为阻挡火花塞1的施加电压的信息而输入至控制装置11。
<控制装置11>
控制装置11通过控制DC/DC转换器6及逆变器5，使阻挡火花塞1的施加电压增减。控制装置11的处理电路可以包括比较器、运算放大器、差分放大电路的模拟电子电路，也可以包括计算处理装置、存储装置、输入输出电路等数字电子电路，还可以包括数字电子电路及模拟电子电路这二者。
在此，作为运算处理装置可以使用CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit,专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)等。作为运算处理装置，也可以具备多个相同种类的装置或者不同种类的装置，分担执行各处理。作为存储装置，使用RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory,只读存储器)等。输入输出电路具备A/D转换器等输入电路和驱动电路等输出电路，该输入电路将各种传感器、开关等的输出信号输入至运算处理装置，该输出电路将来自运算处理装置的控制信号输出至电力负载等。CPU等运算处理装置执行ROM等存储装置所存储的程序，与存储装置、输入输出电路等控制装置11的其他的硬件协作，从而执行各处理。
在本实施方式中，控制装置11具备控制电路8和发动机控制单元9(以下称为“ECU9”)。ECU9为统一地控制内燃机的主控制装置，在从ECU9指示的点火时期或者燃烧支持期间，控制电路8以使阻挡火花塞1产生放电的方式控制DC/DC转换器6及逆变器5。
控制电路8具备运算处理装置20、存储装置21及输入输出电路22。ECU9具备运算处理装置23、存储装置24及输入输出电路25。控制电路8与ECU9互相进行通信并协作。
ECU9基于曲轴角度传感器等的输出信号检测内燃机的转速及旋转角度，基于进气量传感器的输出信号检测吸入到内燃机的燃烧室的进气量。然后，ECU9基于内燃机的转速及进气量等计算点火角度及无点火放电角度，基于点火角度、无点火放电角度及内燃机的旋转角度判定点火时期或者燃烧支持期间的定时，指示控制电路8。
从电压检测电路14将阻挡火花塞1的施加电压的信息输入至控制电路8。在从ECU9指示的点火时期及燃烧支持期间的定时，控制电路8利用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制对DC/DC转换器6及逆变器5的开关元件进行接通/断开驱动，使阻挡火花塞1的施加电压升压。
在DC/DC转换器6为升压斩波器的情况下，控制电路8使DC/DC转换器6的开关元件的接通占空比增减，从而使输出直流电压增减。
在逆变器5包括由第一开关元件及第二开关元件串联连接而成的半桥电路的情况下，在交流电压周期(也称为“交流周期”)中，控制电路8将第一开关元件和第二开关元件交替地接通，将直流电压转换为交流电压周期的交流电压。此外，控制电路8也可以构成为通过增减交流电压周期的半周期内的第一开关元件的接通期间(接通占空比)及第二开关元件的接通期间(接通占空比)，使输出交流电压增减。
<施加电压的变化方法>
作为使阻挡火花塞1的施加电压变化的方法有使DC/DC转换器6的输出直流电压变化的方法及使逆变器5生成的交流频率变化的方法等。在使逆变器5的交流频率接近谐振频率时，后述的谐振电路3的电压放大增益Vgain增加，因此阻挡火花塞1的施加电压增加。此外，交流频率为交流周期的倒数。
此外，为了降低DC/DC转换器6及逆变器5的转换器整体的电力损耗，可以使DC/DC转换器6的输出直流电压及逆变器5的交流频率同时变化。具体地，通过使DC/DC转换器6的输出直流电压变化，从而被施加于DC/DC转换器6及逆变器5的开关元件的电压变化，每开关1次的开关损耗变化。另外，通过使逆变器5的交流频率变化，从而逆变器5的开关次数增减，开关损耗变化。然后，也可以以在转换器整体中使这些损失的合计降低的方式来改变DC/DC转换器6的输出直流电压及逆变器5的交流频率。
图2示出了使DC/DC转换器6的输出直流电压变化的情况下的控制行为。在图2中，横轴示出时间，纵轴示出DC/DC转换器6的输出电压及阻挡火花塞1的施加电压。为了使阻挡火花塞1的施加电压上升0.1kV，即使使DC/DC转换器6的输出直流电压阶梯式地上升5V，由于谐振电路3的谐振增长所致的时滞，阻挡火花塞1的施加电压上升也产生延迟。将此作为由谐振增长所致的时滞。反之，即使使DC/DC转换器6的输出电压阶梯式地下降5V，由于谐振负增长所致的时滞，阻挡火花塞1的施加电压的下降也产生延迟。将此作为由谐振负增长所致的时滞。
图3示出在使逆变器5的交流频率变化的情况下的控制行为。在图3中，横轴示出时间，纵轴示出逆变器5的交流频率及阻挡火花塞1的施加电压。为了使阻挡火花塞1的施加电压上升0.1kV，即使使逆变器5的交流频率阶梯式地下降0.1kHz，由于谐振电路3的谐振增长所致的时滞，阻挡火花塞1的施加电压的上升也产生延迟。反之，即使使逆变器5的交流频率阶梯式地增加0.1，由于谐振负增长所致的时滞，阻挡火花塞1的施加电压的下降也产生延迟。
<点火控制及燃烧支持控制>
参照图4说明控制装置11的基本动作。在将燃烧室内的混合气体点火前，使引不起混合气体的点火的阻挡火花塞1的阻挡放电即无点火放电发生，在混合气体中生成臭氧及自由基，从而促进点火时的燃烧的扩大，以谋求可燃性的提高。为此，在作为被设定于燃烧室内的混合气体的点火前的期间的、用于生成臭氧及自由基、促进点火时的燃烧的扩大的燃烧支持期间，控制装置11执行燃烧支持控制，该燃烧支持控制中将使引不起混合气体的点火的阻挡火花塞的放电即无点火放电发生的交流电压即无点火放电电压，作为阻挡火花塞1的施加电压施加于阻挡火花塞1。即，在燃烧支持期间，通过以发生不点火的电压的方式进行控制，使得在阻挡火花塞发生与引起点火的能量相比弱的、引不起点火的能量的放电。燃烧支持期间被设定于内燃机的进气、压缩、膨胀、排气的循环内的进气及压缩中的至少一方的循环内。另外，在点火时期，控制装置11执行使阻挡火花塞1的施加电压升压至使燃烧室内的混合气体点火的交流电压即点火电压的点火控制。
在图4中，横轴示出时间，纵轴示出点火时期的指示、燃烧支持期间的指示及阻挡火花塞1的施加电压。在从ECU9指示的燃烧支持期间为“高”时，控制电路8将用于使无点火放电发生的无点火放电电压施加于阻挡火花塞1。另外，在从ECU9指示的点火时期为“高”时，控制电路8将用于使点火发生的点火电压施加于阻挡火花塞1。无点火放电电压为大幅低于点火电压的电压，例如，无点火放电电压为5kV，点火电压为20kV以上。
此外，为了使阻挡火花塞1的施加电压根据内燃机的运行状况的变化而高速地变化，以不经由ECU9而在控制电路8内将点火所需的电压施加于阻挡火花塞1的方式进行控制。控制电路8将放电检查、阻挡火花塞1的施加电压及燃烧室内的压力等信号发送给ECU9。
在本实施方式中，控制电路8使DC/DC转换器6的升压率变化，从而使DC/DC转换器6的输出直流电压增减，使阻挡火花塞1的施加电压增减。另外，控制电路8将从逆变器5输出的交流电压的频率(交流频率)控制为由于谐振电路3的谐振而交流电压放大的谐振频带内的预设的控制频率fc。
<利用由放电的有无所致的谐振频率的变化的、放电开始电压的判定>
在燃烧支持控制中，在阻挡火花塞1的施加电压过高时，放电能量过大，存在混合气体被点火的可能性。反之，在阻挡火花塞1的施加电压过低时，不产生放电。另外，如图4所示，在内燃机的压缩循环中，随着燃烧室内的压力上升，放电开始电压也上升，因此为了维持无点火放电，需要使阻挡火花塞1的施加电压上升。为此，需要对无阻挡火花塞1施加产生无点火放电的适当的电压。于是，在本实施方式中，利用由放电的有无所致的谐振电路3的谐振频率的变化，基于由电压检测电路14检测出的阻挡火花塞1的施加电压，判定放电的有无及放电开始电压，使施加电压变得适当。
以下对由放电的有无所致的谐振电路3的谐振频率的变化的原理进行说明。图5为没有放电的状态下的阻挡火花塞1的等效电路，以阻挡火花塞1的电介质所致的静电电容21、放电间隙间的气体的静电电容22、阻挡火花塞1的寄生静电电容23及双向齐纳二极管24来表示。双向齐纳二极管24为模拟阻挡火花塞1的放电间隙间的放电的有无的电路，在施加电压超过与放电开始电压对应的正及负的击穿电压时导通。
图6为正在放电的状态下的阻挡火花塞1的等效电路，与图5的不同点在于：放电开始，双向齐纳二极管24导通，因此能够无视与双向齐纳二极管24并联连接的放电间隙间的气体的静电电容22(图中以虚线示出)，成为阻挡火花塞1的电介质所致的静电电容21与阻挡火花塞1的寄生静电电容23的并联电路。在将无放电的等效电路的合成静电电容设为C1，将有放电的等效电路的合成静电电容设为C2时，由于放电的有无而等效电路的合成静电电容变化，有放电的等效电路的合成静电电容C2与无放电的等效电路的合成静电电容C1相比变得更大。
谐振电路3的谐振频率随着由放电的有无所致的阻挡火花塞1的合成静电电容的变化而变化。根据谐振用线圈2及变压器4的漏电感等电感L及阻挡火花塞1的合成静电电容C，以式(1)来表示谐振电路3的谐振频率f。由式(1)可知，在放电开始、阻挡火花塞1的合成静电电容C增加时，谐振频率f下降。
图7示出谐振电路3的电压放大增益Vgain的频率特性。在图7中，横轴示出交流频率，纵轴示出谐振电路3的电压放大增益Vgain，实线示出无放电的情况下的频率特性，虚线示出有放电的情况下的频率特性。在电压放大增益Vgain为1的情况下，交流电压不被谐振电路3放大，变压器4的输出交流电压被原样施加于阻挡火花塞1。在谐振频率中，电压放大增益Vgain成为最大峰值。在包含谐振频率的谐振频带中，电压放大增益Vgain变得大于1，变压器4的输出交流电压被谐振电路3放大1倍以上，被施加于阻挡火花塞1。
存在放电的情况下的谐振频率f2与没有放电的情况下的谐振频率f1相比变得更低。在没有放电的情况下的谐振频率f1以上的频率下，即使是相同的交流频率，在放电开始时，电压放大增益Vgain也下降，因此阻挡火花塞1的施加电压下降电压放大增益Vgain的下降量。另一方面，在放电停止时，电压放大增益Vgain增加，因此阻挡火花塞1的施加电压增加电压放大增益Vgain的增加量。
另外，在存在放电的情况下的谐振频率f2以下的谐振频带内的频率中，即使是相同的交流频率，在放电开始时，电压放大增益Vgain也增加，因此阻挡火花塞1的施加电压增加电压放大增益Vgain的增加量。另一方面，在放电停止时，电压放大增益Vgain减少，因此阻挡火花塞1的施加电压减少电压放大增益Vgain的减少量。
因此可知，在放电的开始时和放电的停止时，阻挡火花塞1的施加电压发生电压差，能够利用该电压差判定放电的有无。于是，在燃烧支持控制中，控制电路8基于由电压检测电路14检测出的施加电压，计算交流周期中的1个周期前的施加电压与当前周期的施加电压的电压差Vd，通过将电压差Vd与预设的放电判定阈值相比较，判定阻挡火花塞1的放电的有无。然后，控制电路8基于在判定为阻挡火花塞1的放电已开始时的施加电压，判定阻挡火花塞1的放电开始的施加电压即放电开始电压。
在本实施方式中，在燃烧支持控制中，控制电路8将逆变器5的输出交流电压的频率控制为控制频率fc，该控制频率fc为由于谐振电路3的谐振而交流电压放大的谐振频带内的频率，被设定为没有放电的情况下的谐振电路3的谐振频率f1以上。然后，在从1个周期前的施加电压中减去当前周期的施加电压得到的电压差Vd大于被设定为正值的正的放电判定阈值VJH的情况下，控制电路8判定为阻挡火花塞1的放电已开始，在电压差Vd小于被设定为负值的负的放电判定阈值VJL的情况下，判定为阻挡火花塞1的放电已停止，在电压差Vd处于正的放电判定阈值VJH与负的放电判定阈值VJL之间的情况下，判定为正维持前次判定出的阻挡火花塞的放电状态。
图8示出放电有无及放电开始电压的判定行为。在图8中，横轴示出时间，纵轴示出DC/DC转换器6的输出直流电压、阻挡火花塞1的施加电压、施加电压的电压差Vd及放电有无的判定结果。在时刻T01，使DC/DC转换器6的输出电压上升后，由于谐振增长的时滞，阻挡火花塞1的施加电压延迟地上升。控制电路8将交流周期内的施加电压的最大峰值作为施加电压来检测。
施加电压上升至放电开始电压从而开始放电，在时刻T02，当前周期的施加电压从1个周期前的施加电压下降。因此，从1个周期前的施加电压减去当前周期的施加电压得到的电压差Vd增加。正的放电判定阈值VJH与由放电开始所致的电压放大增益Vgain的下降相对应地被设定，电压差Vd变得大于正的放电判定阈值VJH。因而，在时刻T02，控制电路8判定为阻挡火花塞1的放电已开始。然后，控制电路8将1个周期前的施加电压判定为放电开始电压。
之后，在3个交流周期期间，放电在持续，因此施加电压的电压差Vd变小，处于正的放电判定阈值VJH与负的放电判定阈值VJL之间，因此控制电路8判定为有放电的状态在持续。
在接下来的交流周期的时刻T03，由于燃烧室内的压力的增加的影响等而放电停止，因此施加电压增加，电压差Vd减少。负的放电判定阈值VJL与由放电的停止所致的电压放大增益Vgain的增加相对应地被设定，电压差Vd变得小于负的放电判定阈值VJL。因而，在时刻T03，控制电路8判定为阻挡火花塞1的放电已停止。
在接下来的交流周期的时刻T04，放电再次开始，因此施加电压下降，电压差Vd变得大于正的放电判定阈值VJH。因而，在时刻T04，控制电路8判定为阻挡火花塞1的放电已开始。然后，控制电路8将1个周期前的施加电压判定为放电开始电压。
在接下来的交流周期的时刻T05，放电已停止，因此施加电压增加，电压差Vd变得小于负的放电判定阈值VJL。因而，在时刻T05，控制电路8判定为阻挡火花塞1的放电已停止。
在接下来的交流周期中，放电的停止状态在持续，因此施加电压的电压差Vd处于正的放电判定阈值VJH与负的放电判定阈值VJL之间，控制电路8判定为无放电状态在持续。
在接下来的交流周期的时刻T06，放电再次开始，因此施加电压下降，电压差Vd变得大于正的放电判定阈值VJH。因而，在时刻T06，控制电路8判定为阻挡火花塞1的放电已开始。然后，控制电路8将1个周期前的施加电压判定为放电开始电压。之后，在2个交流周期期间，放电在持续。
控制电路8也可以构成为使放电判定阈值VJH、VJL根据利用燃烧室内的压力P与放电间隙D的乘算计算出的PD积而变化。例如，在燃烧室内的压力P大、放电间隙D大时，PD积变大。在PD积大的情况下，在放电间隙间发生的放电变强，施加电压的电压差Vd变大，所以将放电判定阈值VJH、VJL的绝对值设定得大。另一方面，在PD积小的情况下，在放电间隙间发生的放电变弱，施加电压的电压差Vd变小，所以将放电判定阈值VJH、VJL的绝对值设定得小。即，控制电路8将放电判定阈值VJH、VJL的绝对值设定为随着PD积变大而变大。
另外，控制电路8也可以构成为在PD积小于预设的判定值的情况下进行概率判定。具体地，也可以构成为控制电路8计算电压差Vd处于正的放电判定阈值VJH与被设定为小于正的放电判定阈值VJH的正值的正概率判定阈值之间或者处于负的放电判定阈值VJL与被设定为大于负的放电判定阈值VJL的负值的负概率判定阈值之间的概率，在计算出的概率大于预设的判定值的情况下，判定为阻挡火花塞1的放电已开始。
<施加电压的控制>
为了即使产生各种偏差要因及波动要因也使阻挡火花塞1可靠地产生无点火放电，控制电路8构成为基于判定的放电开始电压使对阻挡火花塞1施加的无点火放电电压的指示值变化即可。
尤其，为了以在燃烧支持期间连续地使阻挡火花塞1放电且不点火的方式进行控制，控制电路8构成为使对阻挡火花塞1施加的无点火放电电压的指示值变化为将预设的偏置电压α与判定出的放电开始电压相加得到的电压即可。偏置电压α被预设为能够维持放电但不点火的电压值。
如图8所示，为了提高放电开始电压的检测精度，在燃烧支持期间，多次进行放电的开始及停止，多次判定放电开始电压即可。为此，控制电路8构成为使施加于阻挡火花塞1的无点火放电电压的指示值变化为判定出的放电开始电压或者将小于偏置电压α的电压与放电开始电压相加得到的电压即可。
<基于放电开始电压的、无点火放电电压的指示值的学习控制>
在燃烧支持控制开始后，控制电路8将从逆变器5输出的交流电压的频率控制为谐振频带内的预设的控制频率fc，且在判定为阻挡火花塞1的放电已开始之前，使逆变器5的输出交流电压上升。在判定为阻挡火花塞1的放电已开始后，控制电路8以使施加电压接近无点火放电电压的指示值的方式使逆变器5的输出交流电压增减。然后，控制电路8执行以本次判定的放电开始电压与本次使用的无点火放电电压的指示值的电压差减少的方式使下次使用的无点火放电电压的指示值变化的学习控制。
在本实施方式中，控制电路8以本次判定的放电开始电压与本次使用的无点火放电电压的指示值的电压差逐渐减少的方式使下次使用的无点火放电电压的指示值变化。即，电压差对于下次的指示值的反映率降低，电压差被平均地反映到指示值，指示值成为电压差的学习值。
另外，控制电路8以在本次的燃烧支持期间判定的放电开始电压与在本次的燃烧支持期间使用的无点火放电电压的指示值的电压差减少的方式使在下次的燃烧支持期间使用的无点火放电电压的指示值变化。
或者，如图8所示，在燃烧支持期间多次进行放电的开始及停止并多次判定放电开始电压的情况下，即使在本次燃烧支持期间中，控制电路8也可以在每次判定放电开始电压时，也使在判定为下次放电已开始之后使用的无点火放电电压的指示值变化。
控制电路8构成为通过使DC/DC转换器6的输出直流电压增减，使逆变器5的输出交流电压增减。在每个交流周期进行DC/DC转换器6的输出直流电压的增减。
图9示出指示值的学习控制的行为。在图9中，横轴示出时间，纵轴示出点火时期的指示、燃烧支持期间的指示及阻挡火花塞1的施加电压。此外，以连结交流周期内的施加电压的最大峰值的线及连结最小峰值的线来表示施加电压。在图10中放大了进行学习前及第1次学习后的燃烧支持控制的情况下的施加电压的峰值的行为。在图9中，在执行最初的燃烧支持控制时，没有学习无点火放电电压的指示值。因此，施加电压变得相对于放电开始电压振荡。在执行第二次燃烧支持控制时，进行了一次无点火放电电压的指示值的学习，因此施加电压相对于放电开始电压的振荡分量减少。在执行第三次燃烧支持控制时，进行了两次学习，因此施加电压相对于放电开始电压的振荡分量进一步减少，变为稳定的行为。
作为无点火放电电压的指示值的学习方法，只要是使本次放电开始电压与无点火放电电压的指示值的电压差减少的方法，则可以是任何学习方法。例如，控制电路8通过积分器将各次的电压差积分，将积分值与无点火放电电压的指示值的初始值相加得到的值设定为下次无点火放电电压的指示值。随着学习次数增加，积分值收敛为固定值。通过进行这种学习控制，能够使施加电压高速地跟随放电开始电压，能够抑制由谐振增长或者谐振负增长所致的时滞所引起的施加电压的振荡。因而，对于伴随内燃机的运行状况的变化的燃烧室内的压力的变化，能够高速且稳定的检查放电的有无，且也能够高速且稳定的检测放电开始电压。
但是，在每次执行燃烧支持控制时，使无点火放电电压的指示值变化的学习控制中，在指示值收敛至固定值为止耗费某程度的时间，因此容易适用于进行稳态运行的内燃机。然而，要适用于运行状况急速变化的内燃机则需要下功夫。例如，每当运行状况变化时，无点火放电电压的指示值变化，因此也可以针对该每次运行状况设定积分值，根据运行状况的变化，切换与指示值相加的积分值。
<基于放电开始电压的、无点火放电电压的指示值的设定>
或者，也可以构成为不进行上述的学习控制。即，控制电路8将从逆变器5输出的交流电压的频率控制为谐振频带内的预设的控制频率fc，且在判定为阻挡火花塞1的放电已开始之前，使逆变器5的输出交流电压在每个交流周期上升。然后，在判定为阻挡火花塞1放电已开始后，控制电路8以使施加电压接近在判定为放电已开始时判定出的放电开始电压的方式使逆变器5的输出交流电压在每个交流周期增减。在本实施方式中，控制电路8构成为使DC/DC转换器6的输出直流电压在交流周期前增减，从而使逆变器5的输出交流电压增减。
图11以实线示出该控制方法的行为。在图11中，横轴示出时间，纵轴示出阻挡火花塞1的施加电压。此外，以连结交流周期内的施加电压的最大峰值的线及连结最小峰值的线表示施加电压。根据该控制方法，能够对于伴随内燃机的运行状况的变化的燃烧室内的压力的变化，高速地检查放电的有无及放电开始电压。但是，由于由谐振增长所致的时滞和由谐振负增长所致的时滞，施加电压相对于放电开始电压是振荡性的。尤其，在判定为放电已开始后，施加电压超越放电开始电压，因此施加了比放电开始电压更大的电压。
为了抑制施加电压相对于放电开始电压的超越，控制电路8也可以构成为如下。即，控制电路8将从逆变器5输出的交流电压的频率控制为谐振频带内的预设的控制频率fc，且也可以在判定为阻挡火花塞1的放电已开始之前，使逆变器5的输出交流电压在与由谐振电路的谐振增长所致的时滞对应的多个交流周期的每个交流周期上升。然后，在判定为阻挡火花塞1的放电已开始后，控制电路8以使施加电压接近在判定为放电已开始时判定出的放电开始电压的方式使逆变器5的输出交流电压在多个交流周期的每个交流周期增减。在本实施方式中，控制电路8构成为使DC/DC转换器6的输出直流电压在多个交流周期前增减，从而使逆变器5的输出交流电压增减。
将多个交流周期设定为在使逆变器5的输出交流电压阶梯式地增加后到施加电压的变化稳定为止的时滞。例如，将多个交流周期设定为在逆变器5的输出交流电压的阶梯增加后到施加电压达到收敛值的90％为止的时滞。
如图11中以虚线示出该控制方法的行为那样，能够抑制施加电压相对于放电开始电压的超越。但是，放电的开始时期与放电开始电压的检查时期变得滞后，因此最好适用于即使这些时期滞后也没问题的情况。
此外，在进行上述学习控制的情况下以及不进行学习控制的情况下，替代使逆变器5的输出交流电压变化，如上所述，控制电路8也可以使逆变器5的交流频率在每个交流周期或者在多个交流周期的每个交流周期变化。在使施加电压上升的情况下使交流频率接近谐振电路3的谐振频率，在使施加电压下降的情况下使交流频率远离谐振频率。
实施方式2.
接下来，对实施方式2的阻挡放电型点火装置进行说明。对与上述实施方式1同样的结构部分省略说明。本实施方式的阻挡放电型点火装置的基本结构及处理与实施方式1是同样的，但是在实施方式1的结构的基础上，在控制装置11基于放电开始电压推测燃烧室内的压力这一点上不同。
在实施方式1中，如参照图4说明的那样，在内燃机的压缩循环中，放电开始电压随着燃烧室内的压力的增加而增加。因此，能够基于放电开始电压推测燃烧室内的压力。另外，点火所需的点火电压也随着燃烧室内的压力的增加而增加。因此，优选地，使点火电压根据紧接点火时期前的燃烧室内的压力而适当地变化。
于是，在本实施方式中，控制电路8参照预设有放电开始电压与燃烧室内的压力的关系的关系特性，推测与判定出的放电开始电压对应的燃烧室内的压力。控制电路8基于推测出的燃烧室内的压力，计算点火所需的施加电压即点火电压的指示值。然后，在执行点火控制时，控制电路8使施加电压升压至点火电压的指示值。
另外，稳定地燃烧所需的点火电压的施加时间根据内燃机的运行条件而变化。因此，控制电路8构成为使点火电压的施加时间基于内燃机的运行条件而变化。例如，在燃烧室内的压力高等难以点火的阻燃条件下，控制电路8将施加时间设定得比其他条件下长。另外，在燃烧室为高温等的容易点火的易燃条件下，控制电路8将施加时间设定得比其他条件下短。控制电路8参照预设有燃烧室内的压力及燃烧室的温度等内燃机的运行条件与点火电压的施加时间的关系的关系特性，计算与推测出或者检测出的运行条件对应的点火电压的施加时间。然后，控制电路8在施加时间的期间使施加电压升压至点火电压的指示值。施加时间的关系特性基于实验结果等而预先设定。根据该结构，不论运行条件如何，都能够提高燃烧的稳定性，且能够降低点火能量。
图12示出放电开始电压与燃烧室内的压力的关系特性。在图12中，横轴示出内燃机的燃烧室内的压力，纵轴示出阻挡火花塞1的放电开始电压。放电开始电压随着内燃机的燃烧室内的压力上升而增加。另外，在阻挡火花塞1的形状或者放电间隙等不同时，如图10所示的阻挡火花塞A与阻挡火花塞B那样，特性不同。因此，针对每个阻挡火花塞，在事先评价中将放电开始电压与燃烧室内的压力的关系特性预先图形(map)化，将图形数据保存于控制电路8的存储装置。此外，既可以将图形数据保存于ECU9的存储装置，也可以构成为ECU9基于从控制电路8传输的燃烧开始电压，推测燃烧室内的压力。
控制电路8也可以计算点火最低限度所需的施加电压，作为点火电压的指示值。例如，控制电路8基于推测出的燃烧室内的压力，计算点火开始的施加电压即点火开始电压，将预设的相加电压与点火开始电压相加得到的值设定为点火电压的指示值。将相加电压设定为即使产生偏差要因及波动要因也能可靠地点火的最低限度的电压幅度。若如此构成，则能够利用判定出的放电开始电压，使点火能量降低。
控制电路8参照预设有燃烧室内的压力与点火所需的点火电压的指示值或者点火最低限度所需的点火电压的指示值的关系的关系特性，计算与推测出的燃烧室内的压力对应的点火电压的指示值。针对每个阻挡火花塞，在事先评价中将燃烧室内的压力与点火电压的指示值的关系特性预先图形化，将图形数据保存于控制电路8的存储装置。此外，既可以将图形数据保存于ECU9的存储装置，也可以构成为ECU9基于燃烧室内的压力，计算点火电压的指示值，传输至控制电路8。
另外，也可以为控制电路8利用电压检测电路14检测点火时的阻挡火花塞1的施加电压，参照预设有点火电压与燃烧室内的压力的关系的关系特性，推测与点火时的施加电压对应的燃烧室内的压力。具体地，针对每个阻挡火花塞，在事先评价中将点火电压与点火电压燃烧室内的压力的关系特性预先图形化，将图形数据保存于控制电路8的存储装置。此外，既可以将图形数据保存于ECU9的存储装置，也可以构成为ECU9基于从控制电路8传输的点火时的施加电压，推测燃烧室内的压力。
另外，在燃烧室内的压力的推测精度不高的情况下，也可以用预定的校正值对燃烧室内的压力的推测值进行校正。另外，也可以在燃烧室内具备压力传感器，控制电路8利用压力传感器检测燃烧室内的压力。而且，也可以控制电路8基于根据放电开始电压或者点火时的施加电压推测出的燃烧室内的压力及由压力传感器检测出的燃烧室内的压力，推测最终的燃烧室内的压力。能够通过组合这2个压力检测方式，提高燃烧室内的压力的检测精度。进而，计算在推测燃烧室内的压力的期间的燃烧室内的压力的平均值，利用某预定的校正值对该燃烧室内的压力的平均值进行校正。
如以上所述，通过推测燃烧室内的压力，能够获得紧接点火前的燃烧室内的压力，因此能够以点火所需的电压或者点火所需的最小电压进行点火。因此，即使燃烧室内的压力变化，也能够可靠地点火，能够提高可燃性，另外，能够降低功耗，并且也能够实现对阻挡火花塞1的磨损较少的点火。
[其他实施方式]
最后，对本发明的其他实施方式进行说明。此外，以下说明的各实施方式的结构并不限于分别单独地应用的情形，只要不产生矛盾，也能够与其他实施方式的结构组合应用。
(1)在上述的各实施方式中，以构成为控制电路8通过使DC/DC转换器6的输出直流电压增减来使逆变器5的输出交流电压增减的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式不限于此。即，也可以构成为控制电路8通过增减逆变器5的开关元件的接通期间(接通占空比)，使与DC/DC转换器6的输出直流电压相对的逆变器5的输出交流电压增减。
(2)在上述的各实施方式中，对构成为控制电路8基于由电压检测电路14检测出的施加电压判定放电的有无，判定放电开始电压并计算无点火放电电压的指示值的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式不限于此。即，也可以构成为ECU9基于由电压检测电路14检测出的施加电压判定放电的有无，判定放电开始电压，计算无点火放电电压的指示值，并将无点火放电电压的指示值传输至控制电路8。控制电路8与ECU9的处理功能的分担可以为任意的分担。
(3)在上述的各实施方式中，以控制装置11由控制电路8和ECU9构成的情况为例进行了说明。但是，也可以将控制电路8组装于ECU9，将控制电路8和ECU9一体地构成。或者，也可以解释为控制装置11由直接控制DC/DC转换器6及逆变器5的控制电路8构成，在控制装置11中不包括ECU9。
此外，实施方式1、2所使用的数值或者波形用于说明实施方式，并非限定本发明的范围。另外，本发明能够在该发明的范围内自由地组合各实施方式，或者将各实施方式酌情进行变形、省略。
Claims (12)
1.一种阻挡放电型点火装置，具备：
DC/DC转换器，将直流电压升压并输出；
逆变器，将从所述DC/DC转换器输出的直流电压转换为交流电压并输出，
变压器，将从所述逆变器输出的交流电压升压并输出；
谐振电路，利用谐振将从所述变压器输出的交流电压放大；
阻挡火花塞，被施加由所述谐振电路放大的交流电压，设置于燃烧室且电极被电介质覆盖；
电压检测电路，检测所述阻挡火花塞的施加电压；以及，
控制装置，通过控制所述DC/DC转换器及所述逆变器，使所述阻挡火花塞的施加电压增减，
所述控制装置在作为被设定于所述燃烧室内的混合气体的点火前的期间的、用于生成臭氧及自由基并促进点火时的燃烧的扩大的燃烧支持期间，执行对所述阻挡火花塞施加无点火放电电压的燃烧支持控制，该无点火放电电压为使引不起所述混合气体的点火的所述阻挡火花塞的放电即无点火放电发生的电压，
在所述燃烧支持控制中，基于由所述电压检测电路检测出的所述施加电压，计算交流周期中的1个周期前的所述施加电压与当前周期的所述施加电压的电压差，通过比较所述电压差与预设的放电判定阈值，判定所述阻挡火花塞的放电的有无。
2.根据权利要求1所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压。
3.根据权利要求1或2所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置使所述放电判定阈值根据利用燃烧室内的压力与放电间隙的乘算计算出的PD积而变化。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压，
基于判定的所述放电开始电压，使施加于所述阻挡火花塞的所述无点火放电电压的指示值变化。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的阻挡放电型点火装置，其中，
在所述燃烧支持控制中，所述控制装置将所述逆变器的输出交流电压的频率控制为作为由于所述谐振电路的谐振而交流电压放大的谐振频带内的频率的、被设定为没有放电的情况下的所述谐振电路的谐振频率以上的控制频率，且在从1个周期前的所述施加电压减去当前周期的所述施加电压而得到的所述电压差大于被设定为正值的正的所述放电判定阈值的情况下，判定为所述阻挡火花塞的放电已开始，在所述电压差小于被设定为负值的负的所述放电判定阈值的情况下，判定为所述阻挡火花塞的放电已停止，在所述电压差处于正的所述放电判定阈值与负的所述放电判定阈值之间的情况下，判定为正维持上次判定出的所述阻挡火花塞的放电有无的状态。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压，
使施加于所述阻挡火花塞的所述无点火放电电压的指示值变化为将预设的偏置电压与判定出的所述放电开始电压相加而得到的电压。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压，
在所述燃烧支持控制开始后，将从所述逆变器输出的交流电压的频率控制为由于所述谐振电路的谐振而交流电压放大的谐振频带内的预设的控制频率，且在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始之前，使所述逆变器的输出交流电压上升，在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始后，以所述施加电压接近所述无点火放电电压的指示值的方式使所述逆变器的输出交流电压增减，
执行学习控制，在该学习控制中以本次判定的所述放电开始电压与本次使用的所述无点火放电电压的指示值的电压差减少的方式使下次使用的所述无点火放电电压的指示值变化。
8.根据权利要求1至5中的任意一项所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压，
所述燃烧支持控制开始后，将从所述逆变器输出的交流电压的频率控制为由于所述谐振电路的谐振而交流电压放大的谐振频带内的预设的控制频率，且在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始之前，使所述逆变器的输出交流电压在每个交流周期上升，在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始后，以所述施加电压接近在判定为放电已开始时判定出的所述放电开始电压的方式使所述逆变器的输出交流电压在每个交流周期增减。
9.根据权利要求1至5中的任意一项所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压，
在所述燃烧支持控制开始后，将所述逆变器的输出交流电压的频率控制为由于所述谐振电路的谐振而交流电压放大的谐振频带内的预设的控制频率，且在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始之前，使所述逆变器的输出交流电压在与所述谐振电路的谐振增长的时滞对应的多个交流周期的每个交流周期上升，在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始后，以所述施加电压接近在判定为放电已开始时判定出的所述放电开始电压的方式使所述逆变器的输出交流电压在所述多个交流周期的每个交流周期增减。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置基于在判定为所述阻挡火花塞的放电已开始时的所述施加电压，判定所述阻挡火花塞的放电开始的所述施加电压即放电开始电压，
参照预设有所述放电开始电压与所述燃烧室内的压力的关系的关系特性，推测与判定出的所述放电开始电压对应的所述燃烧室内的压力，基于推测出的所述燃烧室内的压力，计算点火所需的所述施加电压即点火电压的指示值，在执行点火控制时，使所述施加电压升压至所述点火电压的指示值。
11.根据权利要求10所述的阻挡放电型点火装置，其中，
所述控制装置计算点火最低限度所需的所述施加电压，作为所述点火电压的指示值。
12.根据权利要求10或11所述的阻挡放电型点火装置，其中，
在所述燃烧室内具备压力传感器，
基于根据所述放电开始电压推测出的所述燃烧室内的压力及由所述压力传感器检测出的所述燃烧室内的压力，推测最终的所述燃烧室内的压力。
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