JP2018112142A - 高周波出力装置および高周波出力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグが劣化しているか否かを精度よく判定することができる高周波出力装置および高周波出力方法を提供すること。
【解決手段】実施形態に係る高周波出力装置は、出力部と、検出部と、判定部と、を備える。出力部は、内燃機関の燃焼室内で火花放電を発生させる点火プラグをアンテナとして燃焼室内に高周波を照射するために、点火プラグに高周波を出力する。検出部は、火花放電を行っていない場合に、点火プラグに出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグのインピーダンスの状態を検出する。判定部は、検出部が検出したインピーダンスの状態が予め設定した設定状態から変化した場合に点火プラグが劣化したと判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波出力装置および高周波出力方法に関する。

従来、自動車エンジン等の内燃機関において、点火プラグを用いて燃焼室内に発生させた火花放電をプラズマの核とし、これに例えばプラズマ生成装置が生成した電磁波を供給することによってプラズマ領域を拡大させて混合気に着火するプラズマ点火型の着火方式が提案されている。

例えば、特許文献１には、電磁波の反射強度が小さくなるようにスタブの短絡位置を調整することで、インピーダンス不整合によって発生する電磁波の反射を抑制する技術が記載されている。

特許第５９５３５３２号公報

しかしながら、上述した従来技術では、電磁波（高周波）を放射する点火プラグの劣化について考慮されていない。例えば煤が点火プラグに付着するなどして点火プラグが劣化すると、インピーダンス不整合が生じ、点火プラグから所望の高周波が放射されない場合がある。そのため、点火プラグが劣化しているか否かを精度よく判定できることが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、点火プラグが劣化しているか否かを精度よく判定することができる高周波出力装置および高周波出力方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高周波出力装置は、出力部と、検出部と、判定部と、を備える。出力部は、内燃機関の燃焼室内で火花放電を発生させる点火プラグをアンテナとして燃焼室内に高周波を照射するために、点火プラグに高周波を出力する。検出部は、火花放電を行っていない場合に、点火プラグに出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグのインピーダンスの状態を検出する。判定部は、検出部が検出したインピーダンスの状態が予め設定した設定状態から変化した場合に点火プラグが劣化したと判定する。

本発明によれば、点火プラグが劣化しているか否かを精度よく判定することができる。

図１は、実施形態に係る点火システムを説明する図である。 図２は、実施形態に係る点火システムの構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る高周波発生部の一例を示す図である。 図４は、実施形態にかかる点火プラグのインピーダンスを説明する図である。 図５は、実施形態に係る点火システムの各部の処理を説明するタイムチャートである。 図６は、実施形態に係る高周波出力装置が実行する劣化判定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、実施形態の変形例１に係る高周波出力装置の構成を示すブロック図である。 図８は、実施形態の変形例１に係る可変整合器の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する高周波出力装置および高周波出力方法の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態では、高周波出力装置を含む点火システムが車両用のエンジンの点火を制御する場合を例に挙げて説明するが、点火システムは、船舶や航空機など車両用のエンジン以外の内燃機関の点火を制御することも可能である。その他、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

以下では、実施形態に係る高周波出力装置を備える点火システムの概要について図１を参照して説明した後に、点火システムの詳細について図２〜図６を参照して説明することとする。

（１．点火システムの概要）
まず、点火システム１００の概要について図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る点火システム１００を説明する図である。

図１に示す点火システム１００は、エンジンの燃焼室内に発生した火花放電に、点火プラグを介して高周波（マイクロ波）を供給し、プラズマを発生させて混合気に着火する。これにより、点火システム１００は、理論空燃比よりも薄い（リーン）混合気にも確実に着火することができる。

また、点火システム１００は、火花放電を行っていない場合に点火プラグに高周波を供給し、供給した高周波が点火プラグで反射した反射波に基づき、点火プラグのインピーダンスの状態を検出する。点火システム１００は、検出した点火プラグのインピーダンスの状態に基づき、点火プラグの劣化を判定する。

これにより、点火システム１００は、例えば煤などが付着することによって発生する点火プラグの劣化を精度よく判定することができる。

図１に示すように点火システム１００は、高周波出力装置１と、内燃機関制御装置（点火制御装置）２と、点火コイル３と、点火プラグ４とを備える。

内燃機関制御装置２は、点火信号を生成して点火コイル３に出力する。点火信号は、点火コイル３の通電時間や点火プラグ４による火花放電の発生時期（点火時期）等を制御するための信号である。この点火信号は、高周波出力装置１にも入力される。

また、内燃機関制御装置２は、高周波出力装置１に対し、例えば２．４ＧＨｚのマイクロ波である高周波を出力するよう制御する制御信号を出力する。制御信号は、高周波の出力レベルや照射期間等を制御する信号である。

高周波出力装置１は、内燃機関制御装置２から入力される点火信号および制御信号に基づいて高周波を点火プラグ４に出力する。例えば、高周波出力装置１は、点火信号に応じたタイミングで制御信号に基づいた高周波を生成し、点火プラグ４に出力する。

点火コイル３は、内燃機関制御装置２からの点火信号の入力を受けて、点火プラグ４に火花放電を発生させるために必要な高電圧を発生させる。点火コイル３には、例えば点火信号に応じた時間だけ電流が流れ、これにより点火コイル３に高電圧が発生する。点火コイル３で発生した高電圧は点火プラグ４に供給される。

点火コイル３からの高電圧が点火プラグ４へ印加されることによって、点火プラグ４が火花放電を発生させる。

また、点火プラグ４は、高周波出力装置１から高周波が供給されると、この高周波を燃焼室内に照射する。点火プラグ４から高周波が燃焼室内に照射されると、プラズマが発生し、燃焼室内の混合気が着火される。このように、プラズマによって点火エネルギーを増加させることで、理論空燃比よりも薄い（リーン）混合気でエンジンを駆動する場合などにおいても、混合気を安定して燃焼させることができる。

ここで、混合気を燃焼させてエンジンを駆動すると、燃焼時に発生した煤などが点火プラグ４に付着する。エンジンの駆動期間が長くなると、点火プラグ４の付着物が増え、点火プラグ４が劣化する。

点火プラグ４が劣化すると、高周波出力装置１から点火プラグ４を見たときの点火プラグ４のインピーダンスの状態が、予め設定した状態から変化してしまい、高周波が点火プラグ４から安定して正常に照射されなくなってしまう。

高周波が正常に照射されないと、プラズマが生成されず点火エネルギーを増加させることができなくなり、混合気を安定して燃焼させることができず、内燃機関が失火してしまう恐れがある。

そこで、本実施形態に係る高周波出力装置１では、火花放電を行っていない場合の点火プラグ４のインピーダンスの状態に基づき、点火プラグ４の劣化を判定することとした。

具体的には、高周波出力装置１は、例えば点火システム１００のウェイクアップ時など、火花放電を行っていない場合に、点火プラグ４に高周波を出力する。高周波出力装置１は、点火プラグ４に出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンスの状態を検出する。高周波出力装置１は、例えば反射波をＩＱ変換して点火プラグ４のインピーダンス値の実部と虚部とをそれぞれ検出する。

高周波出力装置１は、検出したインピーダンス値の実部と虚部とが予め設定した値から一定範囲以上変化した場合に、点火プラグ４が劣化したと判定する。

ここで、火花放電を行っていない場合に点火プラグ４の劣化を判定する。これは、火花放電を行っている場合は、当該火花放電の影響で点火プラグ４のインピーダンスの状態が安定していないためである。

そのため、高周波出力装置１は、インピーダンスの状態が安定している間、すなわち火花放電を行っていない間のインピーダンスの状態に基づいて点火プラグ４の劣化を判定する。これにより、点火プラグ４の劣化を安定して判定することができる。なお、点火プラグ４の劣化判定を行うタイミングの詳細については、図５を用いて後述する。

なお、高周波出力装置１は、点火プラグ４が劣化したと判定した場合、例えば点火プラグ４から放射する高周波の周波数を調整することで、点火プラグ４のインピーダンスの状態を調整する。これにより、点火プラグ４が劣化した場合でも高周波を安定して放射することができる。なお、点火プラグ４のインピーダンスの状態を調整する点については、図５を用いて後述する。

以上のように、高周波出力装置１は、火花放電を行っていない間に検出した点火プラグ４のインピーダンスの状態に基づいて点火プラグ４の劣化を判定することで、点火プラグ４の劣化を安定して判定することができる。

（２．点火システムの詳細）
以下、点火システム１００の詳細な構成について、図２〜図５を参照して説明する。図２は、実施形態に係る点火システム１００の構成を示すブロック図である。なお、図２では、実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図２に示すように点火システム１００は、高周波出力装置１と、内燃機関制御装置２と、点火コイル３と、点火プラグ４とを備える。なお、高周波出力装置１および内燃機関制御装置２は、点火制御システム１０として機能する。

（２−１．点火コイル）
点火コイル３は、一次コイルおよび二次コイル（図示せず）を備えており、点火信号に基づいて一次コイルに一次電流を流すとともに、一次電流を遮断することにより誘導現象によって二次コイルに高電圧を発生させる。二次コイルで発生した高電圧は点火プラグ４に供給される。

（２−２．点火プラグ）
点火プラグ４は、中心電極およびかかる中心電極と狭小ギャップを有するように配置された接地電極（図示せず）を備える。点火コイル３からの高電圧が中心電極へ印加されると、狭小ギャップの空間に火花放電が発生する。

また、点火プラグ４は、高周波出力装置１から高周波（マイクロ波）が供給されると、かかる高周波を燃焼室内に照射するアンテナとして機能する。点火プラグ４から高周波が燃焼室内に照射されると、プラズマの核となる火花放電に高周波が供給されてプラズマ領域が拡大し、燃焼室内の混合気に着火する。

これにより理論空燃比よりも薄い（リーン）混合気でエンジンを駆動する場合などにおいても、混合気を安定して燃焼させることができる。

（２−３．内燃機関制御装置）
内燃機関制御装置２は、点火信号や制御信号を生成し、火花放電やプラズマ生成を制御することで、エンジンの点火を制御する。内燃機関制御装置２はエンジンの運転状態等に応じて点火信号および制御信号を生成する。

内燃機関制御装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶部（図示せず）などを備えたマイクロコンピュータであり、点火システム１００全体を制御する。内燃機関制御装置２は、例えばＥＣＵ（Electric Control Unit）に実装される。内燃機関制御装置２は、信号生成部２１と、高周波制御部２２と、起動通知部２３と、エンジン制御部２４と、を備える。

内燃機関制御装置２のＣＰＵは、例えばＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、信号生成部２１、高周波制御部２２、起動通知部２３およびエンジン制御部２４として機能する。

また、信号生成部２１、高周波制御部２２、起動通知部２３およびエンジン制御部２４の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

（２−３−１．信号生成部）
信号生成部２１は、点火プラグ４による火花放電を制御する点火信号を生成し、点火コイル３に出力することで火花放電を制御する点火制御部である。点火信号は、点火コイル３の通電時間および点火時期を制御するための信号である。

信号生成部２１は、後述するエンジン制御部２４がエンジンを駆動させると決定した場合に、エンジンの運転状態に基づいて点火信号を生成する。例えば、信号生成部２１は、エンジンの運転状態、点火コイル３の通電時間および点火時期を対応付けたマップに基づいて点火信号を生成する。

信号生成部２１は、生成した点火信号を点火コイル３および高周波出力装置１に出力する。

（２−３−２．高周波制御部）
高周波制御部２２は、高周波出力装置１に対し、高周波の出力レベルや照射タイミング等の設定パラメータを含んだ制御信号を出力する。設定パラメータとして、例えば高周波を照射するタイミング、期間、周期、または回数等が挙げられる。

高周波制御部２２は、エンジン制御部２４がエンジンを駆動させると決定した場合に、エンジンの運転状態に基づいて制御信号を生成する。例えば、高周波制御部２２は、エンジンの運転状態と各設定パラメータとを対応付けたマップに基づいて制御信号を生成する。

（２−３−３．起動通知部）
起動通知部２３は、イグニッションスイッチ５がオンされた場合に、高周波出力装置１や内燃機関制御装置２の各部を起動させる起動信号を出力する。これにより、高周波出力装置１や内燃機関制御装置２の各部が起動する。

（２−３−４．エンジン制御部）
エンジン制御部２４は、イグニッションスイッチ５がオンされてから一定期間後、換言すると起動通知部２３が起動信号を出力してから一定期間後に、エンジンを駆動させる。

エンジン制御部２４は、例えば信号生成部２１や高周波制御部２２に点火信号や制御信号を生成するよう指示する指示信号を出力する。これにより、点火信号や制御信号が生成され、エンジンが駆動する。尚、エンジン制御部２４は、エンジンの運転状態に基づいて燃料の噴射制御も行うが、本発明との関連性が低いため詳細な説明は省略する。

（２−４．高周波出力装置）
高周波出力装置１は、内燃機関制御装置２から点火信号および制御信号が入力されると高周波を生成し、点火プラグ４に出力する。高周波出力装置１は、高周波発生部１１と、方向性結合器２０と、制御部３０と、起動制御部５０と、を備える。

（２−４−１．高周波発生部）
高周波発生部１１は、制御部３０の制御に従って点火プラグ４に高周波を出力する。図３に示すように、高周波発生部１１は、発振器１１１と増幅器１１２とを備える。なお、図３は、実施形態に係る高周波発生部１１の一例を示す図である。

発振器１１１は、例えばＰＬＬ（Phase Lock Loop）など後述する制御部３０の制御に従って高周波を発振する回路である。発振器１１１は、制御部３０が設定する周波数の高周波を出力する。このように、発振器１１１は、所定の範囲の周波数の高周波を生成することができる。

増幅器１１２は、発振器１１１が生成した高周波を増幅し、方向性結合器２０を介して、点火プラグ４に出力する。増幅器１１２は、出力制御部３０ａから増幅設定信号が入力されると、ＯＮ状態となって高周波を増幅する。また、かかる増幅設定信号には、増幅器１１２の増幅率を示す情報が含まれており、増幅器１１２は、増幅設定信号に基づいた増幅率で高周波を増幅し、点火プラグ４に出力する。

（２−４−２．方向性結合器）
図２に戻る。方向性結合器２０は、点火プラグ４と高周波発生部１１との間に設けられ、高周波発生部１１から出力された高周波を点火プラグ４に入力するとともに、かかる高周波が点火プラグ４で反射した反射波を分離する。

例えばアンテナとして動作する点火プラグ４と、高周波出力装置１とのインピーダンスが整合していない場合、高周波出力装置１から点火プラグ４に入力される高周波の一部が点火プラグ４で反射する。

方向性結合器２０は、高周波の一部が点火プラグ４で反射した反射波を分離して制御部３０に入力する。

（２−４−３．起動制御部）
起動制御部５０は、内燃機関制御装置２の起動通知部２３から起動信号を受信すると、高周波出力装置１を起動させる。すなわち、起動制御部５０は、イグニッションスイッチ５がオンされた場合に高周波出力装置１を起動させる。

（２−４−４．制御部）
制御部３０は、内燃機関制御装置２の指示に基づき、高周波発生部１１による高周波の出力を制御する。また、制御部３０は、高周波出力装置１が起動してからエンジンが駆動するまでの一定の期間内に出力した高周波に基づき、点火プラグ４の劣化を判定する。

これにより、制御部３０は、エンジンが駆動する以前、すなわちエンジンが停止しており点火プラグ４による火花放電を行っていない期間において、点火プラグ４の劣化を判定することができる。また、エンジンが停止している場合に劣化判定を行うことで、劣化判定の精度をより向上させることができる。これは、エンジンが駆動していると、エンジンの振動によって高周波出力装置１と点火プラグ４とを接続する接続部にずれ等が生じる場合があるためである。かかる接続部にずれ等によって、点火プラグ４で反射する反射波が変化してしまい、劣化判定の精度が低下する恐れがある。しかしながら、エンジンが停止している場合は、かかる振動による影響を受けることがないため、劣化判定の精度をより向上させることができる。

制御部３０は、点火プラグ４が劣化していると判定した場合、高周波の周波数を調整することで、点火プラグ４のインピーダンスマッチングを行う。

制御部３０は、エンジンが駆動開始すると、内燃機関制御装置２の指示に基づき、調整後の周波数で高周波を生成し、生成した高周波を点火プラグ４に出力する。

制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶部（図示せず）などを備えたマイクロコンピュータであり、高周波出力装置１全体を制御する。制御部３０は、出力制御部３０ａと、劣化判定部３０ｂと、を備える。

制御部３０のＣＰＵは、例えばＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、出力制御部３０ａおよび劣化判定部３０ｂとして機能する。

また、出力制御部３０ａおよび劣化判定部３０ｂの少なくとも一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

（出力制御部）
出力制御部３０ａは、内燃機関制御装置２から起動信号が入力されると、高周波出力装置１が起動してから一定の期間内に、高周波を出力するよう高周波発生部１１を制御する。この場合の高周波は、点火プラグ４の劣化を判定するために出力される。

また、出力制御部３０ａは、内燃機関制御装置２から点火信号および制御信号が入力されると、かかる点火信号および制御信号に基づいて高周波を出力するよう高周波発生部１１を制御する。この場合の高周波は、エンジンの点火を行うために出力される。

出力制御部３０ａは、出力設定部３１と、周波数設定部３２と、増幅率設定部３３と、を備える。

（出力設定部）
出力設定部３１は、内燃機関制御装置２から点火信号が入力されると、点火信号が入力されてから所定時間経過後に、高周波発生部１１に対して発振準備信号を出力する。これにより、高周波発生部１１は、エンジン点火のための高周波出力を待機する状態となる。

また、出力設定部３１は、内燃機関制御装置２から起動信号が入力され、高周波出力装置１が起動すると、高周波発生部１１に対して発振準備信号を出力する。これにより、高周波発生部１１は、点火プラグ４の劣化判定のための高周波出力を待機する状態となる。

（周波数設定部）
周波数設定部３２は、内燃機関制御装置２の高周波制御部２２から制御信号が入力されると、入力された制御信号に含まれる高周波の周波数情報に基づいて、発振器１１１で生成する高周波の周波数を設定する。周波数設定部３２は、設定した周波数で発振するよう周波数設定信号を生成し、発振器１１１に出力する（図３参照）。

なお、後述する周波数調整部１３４によって周波数が調整されている場合、周波数設定部３２は、調整後の周波数で発振するように周波数設定信号を発振器１１１に出力する。

また、周波数設定部３２は、内燃機関制御装置２から起動信号が入力されてから一定の期間の間、点火プラグ４の劣化判定のために予め設定される周波数情報に基づいて周波数設定信号を生成し、発振器１１１に出力する。

（増幅率設定部）
増幅率設定部３３は、制御信号に含まれる出力レベル情報に基づいて、増幅器１１２の増幅率を設定する増幅設定信号を生成する。増幅率設定部３３は、制御信号に含まれる出力タイミング情報に基づき、増幅設定信号を増幅器１１２に出力する（図３参照）。これにより、高周波発生部１１は、エンジンに点火するための高周波を出力する。

また、増幅率設定部３３は、内燃機関制御装置２から起動信号が入力されてから一定の期間の間、点火プラグ４の劣化判定のために予め設定される出力レベル情報に基づき、増幅器１１２の増幅設定信号を生成する。増幅率設定部３３は、生成した増幅設定信号を、点火プラグ４の劣化判定のために予め設定される出力タイミング情報に基づき、増幅器１１２に出力する。これにより、高周波発生部１１は、点火プラグ４の劣化を判定するための高周波を出力する。

（劣化判定部）
劣化判定部３０ｂは、内燃機関制御装置２から起動信号が入力されてからエンジンが駆動開始するまでの間に放射された高周波に基づいて点火プラグ４の劣化を判定する。劣化判定部３０ｂは、インピーダンス検出部１３１と、判定部１３３と、周波数調整部１３４と、通知部１３５と、を備える。

（インピーダンス検出部）
インピーダンス検出部１３１は、方向性結合器２０を介して高周波が点火プラグ４で反射した反射波を取得し、取得した反射波に基づいて点火プラグ４のインピーダンスの状態を検出する。

例えばインピーダンス検出部１３１は、反射波に基づいて点火プラグ４のインピーダンスを測定することでインピーダンスの状態を検出する。具体的には、例えばインピーダンス検出部１３１は、取得した反射波にそれぞれ位相が９０度異なるＩ信号およびＱ信号をそれぞれ乗算してＩＱ変換を行うことで、インピーダンスの実部と虚部とを検出する。

インピーダンス検出部１３１は、測定したインピーダンスを判定部１３３に出力する。

（判定部）
判定部１３３は、インピーダンス検出部１３１が取得したインピーダンスの状態と、予め設定した点火プラグ４のインピーダンスの状態（以下、初期設定状態と記載する）とを比較して、点火プラグ４の劣化を判定する。ここで、図４を用いて、実施例に係る初期設定状態について説明する。図４は、実施形態にかかる点火プラグ４のインピーダンスを説明する図である。

図４の点Ｐ１で示すように、アンテナ（点火プラグ４）と後段の回路（高周波出力装置１）とが例えば５０Ωで整合している場合、高周波出力装置１から入力された高周波は反射することなく点火プラグ４から放射される。

しかしながら、上述したように、点火プラグ４から火花放電が行われると、点火プラグ４のインピーダンスが変化してしまう。そのため、火花放電を行っていない初期状態で点火プラグ４のインピーダンスを５０Ωに整合していたとしても、実際の点火時には火花放電の影響でインピーダンスが５０Ωからずれてしまい、点火プラグ４の放射効率が低下する恐れがある。

そこで、本実施形態では、例えば図４の点Ｐ２に示すように、点火プラグ４のインピーダンスの状態が火花放電を行った場合に５０Ωに近づくように、５０Ωとは異なる状態（初期設定状態）に予め設定しておく。

これにより、点火プラグ４で火花放電を行いつつ高周波を出力した場合に、点火プラグ４のインピーダンスを５０Ωに近づけることができ、点火プラグ４の放射効率の低下を抑制することができる。

ところが、混合気を燃焼させてエンジンを駆動すると、燃焼時に発生した煤などが点火プラグ４に付着し、点火プラグ４が劣化する。点火プラグ４が劣化すると、点火プラグ４のインピーダンスの状態が、例えば図４の点Ｐ３に示すように初期設定状態から変化してしまう。

そこで、判定部１３３は、インピーダンス検出部１３１が検出したインピーダンスの状態（図４の点Ｐ３）が初期設定状態（図４の点Ｐ２）からどれくらい変化したかに基づいて点火プラグ４の劣化を判定する。

例えば、点火プラグ４のインピーダンス値が初期設定状態におけるインピーダンス値（以下、初期設定値と記載する）を含む所定範囲内であるか否かに応じて点火プラグ４に異常が発生したか否かを判定する。判定部１３３は、点火プラグ４のインピーダンス値（図４のＰ３）と初期設定値（図４の点Ｐ２）との差をレジスタンス（実部）およびリアクタンス（虚部）に分けて算出する。判定部１３３は、算出した差が所定閾値以下である場合、点火プラグ４は正常であると判定し、算出した差が所定閾値より大きい場合、点火プラグ４は異常（劣化）であると判定する。

（周波数調整部）
周波数調整部１３４は、点火プラグ４が異常であると判定部１３３が判定した場合に、周波数を変更して高周波を出力するよう高周波発生部１１を制御する。なお、判定部１３３は、周波数変更後の高周波が点火プラグ４で反射した反射波に基づいて、点火プラグ４の異常の有無を判定する。

周波数調整部１３４は、所定の周波数範囲（例えば２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの範囲）で周波数を変更する。周波数調整部１３４は、所定の周波数範囲で周波数を変更しながら高周波を照射した場合に、判定部１３３が正常と判定した周波数を点火プラグ４と整合する周波数に決定する。

このように、周波数調整部１３４は、高周波の周波数を変更することで、インピーダンスを調整する。これにより、周波数調整部１３４は、高周波の周波数を点火プラグ４と整合する周波数に調整することができる。

周波数調整部１３４は、決定した周波数を周波数設定部３２に出力する。周波数調整部１３４から周波数が入力された場合、周波数設定部３２は、高周波制御部２２の制御信号に含まれる周波数情報によらず、入力された周波数の高周波が出力されるよう周波数設定信号を生成する。

なお、点火プラグ４と整合する周波数が複数存在する場合、周波数調整部１３４は、インピーダンス値が初期設定状態に最も近い周波数を周波数設定部３２に出力する。

あるいは、周波数調整部１３４が複数の周波数全てを周波数設定部３２に出力するようにしてもよい。この場合、周波数設定部３２は、例えば周波数調整部１３４から入力された複数の周波数のうち、高周波制御部２２の制御信号に含まれる周波数情報に最も近い周波数の高周波が出力されるよう周波数設定信号を生成する。

また、周波数調整部１３４は、点火プラグ４と整合する周波数がない、すなわち、全ての周波数範囲において、点火プラグ４が異常であると判定部１３３が判定した場合、点火プラグ４が劣化したとして、通知部１３５に通知する。

（通知部）
通知部１３５は、周波数調整部１３４から点火プラグ４が劣化したとする通知を受け取った場合に、ユーザにその旨を通知する。例えば、通知部１３５は、車両のコントロールパネル（図示せず）に点火プラグ４の劣化を示すアイコンを表示するなどして、点火プラグ４の劣化をユーザに通知する。

なお、ここでは、周波数調整部１３４が全ての周波数範囲で周波数を変更することでインピーダンスを調整しても、点火プラグ４と整合しない場合に、点火プラグ４が劣化したと判定し、ユーザに通知しているが、これに限定されない。

例えば、判定部１３３が点火プラグ４の異常を判定した時点、すなわち周波数調整部１３４が周波数の調整を行う前に点火プラグ４が劣化したと判定し、ユーザに通知してもよい。

また、ここでは、高周波出力装置１の通知部１３５が点火プラグ４の劣化をユーザに通知するとしたが、これに限定されない。例えば内燃機関制御装置２がユーザに通知するようにしてもよい。この場合、通知部１３５は、点火プラグ４の劣化を内燃機関制御装置２に通知するものとする。

（劣化判定のタイミング）
続いて、図５を用いて、点火システム１００が行う劣化判定のタイミングについて説明する。図５は、実施形態に係る点火システム１００の各部の処理を説明するタイムチャートである。

図５（ａ）に示すように、時刻ｔ１でイグニッションスイッチ５がオンされると、内燃機関制御装置２の起動通知部２３は起動信号を出力する。これにより点火システム１００の各部が起動する。

また、図５（ｂ）に示すように、内燃機関制御装置２のエンジン制御部２４は、イグニッションスイッチ５がオンされた時刻ｔ１から一定期間Ｔ１経過後の時刻ｔ２にエンジンを駆動させるために指示信号を生成する。これにより、点火プラグ４から火花放電や高周波の放射が行われることで混合気が着火し、エンジンが駆動する。

図５（ｃ）に示すように、高周波出力装置１の増幅率設定部３３は、一定期間Ｔ１の間に一定間隔Ｔ２で増幅設定信号を生成する。

図５（ｄ）に示すように、高周波出力装置１の周波数設定部３２は、時刻ｔ３において、点火プラグ４の劣化を判定するために予め設定された周波数（初期周波数）を指定する周波数設定信号を生成する。これにより、初期周波数の高周波が一定間隔Ｔ２で出力される。

また、図５（ｅ）および図５（ｆ）に示すように、高周波出力装置１のインピーダンス検出部１３１は、一定間隔Ｔ２で高周波が出力されるごとに、当該高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンス値を検出する。なお、図５（ｅ）がインピーダンス値の実部（レジスタンス）を示し、図５（ｆ）がインピーダンス値の虚部（リアクタンス）を示している。

高周波出力装置１の判定部１３３は、図５（ｅ）および図５（ｆ）に示すインピーダンス値の実部および虚部の少なくとも一方が、所定範囲Ｒ内であるか否かを判定する。図５（ｇ）に示すように、判定部１３３は、所定範囲Ｒ内でないと判定した場合、異常カウンタを「１」増やす。判定部１３３は、異常カウンタが所定閾値を超えると、点火プラグ４が異常であると判定する。なお、図５（ｇ）では、所定閾値は「３」であり、判定部１３３は、時刻ｔ４で点火プラグ４が異常であると判定する。

時刻ｔ４で、判定部１３３が点火プラグ４を異常と判定すると、周波数調整部１３４は、図５（ｄ）に示すように、高周波の周波数を初期周波数から例えば第１周波数に変更する。これにより、点火プラグ４から第１周波数の高周波が出力される。また、判定部１３３は、異常カウンタを「０」に戻す。

判定部１３３は、第１周波数の高周波に基づいて、時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間と同様に点火プラグ４の異常を判定する。高周波出力装置１は、高周波の周波数を第１周波数から第ｎ周波数まで所定の周波数範囲で変更しながら点火プラグ４の異常を判定することで、点火プラグ４の劣化判定を行う。

（３．劣化判定処理）
次に、図６を用いて、実施形態に係る高周波出力装置１が実行する劣化判定処理の処理手順について説明する。図６は、実施形態に係る高周波出力装置１が実行する劣化判定処理の処理手順を示すフローチャートである。

高周波出力装置１は、例えば内燃機関制御装置２から起動信号を受信すると図６の劣化判定処理手順を実行する。

図６に示すように、高周波出力装置１は、まずエンジンが駆動しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。高周波出力装置１は、例えば内燃機関制御装置２がエンジン駆動信号を出力しているか否かに応じてエンジンが駆動しているか否かを判定する。

エンジンが駆動している場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、高周波出力装置１は処理を終了する。一方、エンジンが駆動していない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、高周波出力装置１は、点火プラグ４の劣化判定が完了したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。劣化判定が完了している場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、高周波出力装置１は処理を終了する。

一方、劣化判定が完了していない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、高周波出力装置１は、火花放電が行われていない状態で高周波を出力する（ステップＳ１０３）。

次に、高周波出力装置１は、高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンス値を検出する（ステップＳ１０４）。高周波出力装置１は、検出したインピーダンス値が所定範囲Ｒ内であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

検出したインピーダンス値が所定範囲内である場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、高周波出力装置１は、点火プラグ４は正常であると判定し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

一方、検出したインピーダンス値が所定範囲Ｒ内にない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、高周波出力装置１は、点火プラグ４に異常が発生したとし、所定の周波数範囲に含まれる周波数のうち変更していない周波数があるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

変更していない、すなわち点火プラグ４の異常判定を行っていない周波数が存在する場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、高周波出力装置１は、高周波の周波数を変更して（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０３に戻る。

一方、全ての周波数範囲で周波数を変更した場合（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、高周波出力装置１は、点火プラグ４が劣化していると判定し（ステップＳ１０９）、処理を終了する。

なお、図６では、点火プラグ４が正常であると判定した場合に高周波出力装置１が処理を終了するとしているが、これに限定されない。例えば、点火プラグ４が正常であると判定した場合も、周波数を全探索する、すなわち全ての周波数で点火プラグ４の異常の有無を判定するようにしてもよい。この場合、高周波出力装置１は、全ての周波数で点火プラグ４が異常であると判定された場合に、点火プラグ４が劣化したと判定する。

以上のように、実施形態に係る高周波出力装置１は、火花放電を行っていない間に検出した点火プラグ４のインピーダンスの状態に基づいて点火プラグ４の劣化を判定することで、点火プラグ４の劣化を安定して判定することができる。

（４．変形例）
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。上記実施形態および以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。

（４−１．変形例１）
図７および図８を用いて、実施形態に係る変形例１について説明する。図７は、変形例１に係る高周波出力装置１Ａの構成を示す図である。変形例に係る高周波出力装置１Ａは、周波数を調整する代わりに、可変整合器４０を調整してインピーダンスマッチングを行う点で、図２に示す高周波出力装置１と異なる。それ以外の構成および動作は、図２に示す高周波出力装置１と同じであるため、同一符号を付し、説明を省略する。

変形例に係る高周波出力装置１Ａは、可変整合器４０と、可変整合器４０を調整する調整部１３６とを備える。可変整合器４０は、例えば高周波発生部１１と、方向性結合器２０との間に配置される。

可変整合器４０は、例えば図８に示すように、互いに直列に接続された可変インダクタ回路Ｌと可変コンデンサ回路Ｃとを備える直列可変ＬＣ回路である。なお、図８は、変形例に係る可変整合器４０の一例を示す図である。

図８の例では、可変インダクタ回路Ｌは、インダクタンス値がそれぞれ異なるインダクタＬ１〜Ｌ５と、各インダクタＬ１〜Ｌ５と直列に接続されたスイッチＳ１１〜Ｓ１５とを備える。また、可変コンデンサ回路Ｃは、容量値がそれぞれ異なるコンデンサＣ１〜Ｃ５と、各コンデンサＣ１〜Ｃ５と直列に接続されたスイッチＳ２１〜Ｓ２５とを備える。

判定部１３３によって点火プラグ４が異常であると判定された場合、調整部１３６は、スイッチＳ１１〜Ｓ１５、Ｓ２１〜Ｓ２５の少なくとも１つのオン・オフを切り替えることで、点火プラグ４のインピーダンスマッチングを行う。

なお、ここでは、可変整合器４０を直列の可変ＬＣ回路としたが、これに限定されない。可変整合器４０は、例えば並列の可変ＬＣ回路であってもよく、可変ＬＣＲ回路であってもよい。また、可変整合器４０が例えば可変コンデンサ回路であってもよい。

このように、可変整合器４０を用いることで点火プラグ４のインピーダンスマッチングを行うことができる。

（４−２．その他の変形例）
なお、上記実施形態および変形例１では、エンジンが停止している間に点火プラグ４の劣化を高周波出力装置１が判定するとしたが、これに限定されない。

火花放電が行われていない状態で放射された高周波に基づいて劣化を判定できればよく、エンジンが駆動している状態であっても火花点火が行われていない間に劣化判定を行ってもよい。

また、上記実施形態および変形例１では、エンジンが停止している間として、例えばイグニッションスイッチ５がオンになってから一定期間の間に劣化判定を行うとしたが、これに限定されない。例えばイグニッションスイッチ５がオフになってから一定時間（例えば数時間）後に、高周波出力装置１を起動させて、点火プラグ４の劣化を判定するようにしてもよい。

内燃機関制御装置２は、例えばイグニッションスイッチ５がオフになってから一定時間後に、燃料タンク（図示せず）からの燃料の蒸散を防止する燃料蒸散防止装置（エバポレータ、図示せず）からの気化燃料の漏れを検出する穴あき検査（リークチェック）を行う。かかるリークチェックを行うタイミングで、高周波出力装置１を起動させ、点火プラグ４の劣化判定を行うようにしてもよい。

例えば、内燃機関制御装置２の起動通知部２３は、イグニッションスイッチ５のオフ後、ソークタイマにより計測した数時間後に、リークチェックを行う処理部（図示せず）を起動させると共に、高周波出力装置１に起動信号を出力する。高周波出力装置１の起動制御部５０は、起動信号を受信すると高周波出力装置１を起動する。

このように、イグニッションスイッチ５がオフになり、車両が完全に停止している間に、点火プラグ４の劣化を判定することで、長い時間をかけて劣化判定処理を行うことができ、劣化判定の精度を向上させることができる。

また、上述した実施形態および変形例１では、点火プラグ４の反射波をＩＱ変換することで、インピーダンスの状態を取得したが、インピーダンスの状態を取得する方法はこれに限定されない。

例えば点火プラグ４の反射波の大きさに基づいてインピーダンスの状態を取得してもよい。この場合、判定部１３３は、反射波の大きさが所定範囲外である場合、点火プラグ４が異常であると判定する。また周波数調整部１３４は、反射波の大きさが所定範囲内になるように、周波数を調整するものとする。

このように、インピーダンス値を検出する代わりに、反射波の大きさに基づいて点火プラグ４の劣化を判定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態および変形例１では、高周波出力装置１および内燃機関制御装置２をそれぞれ別の構成としたが、これに限定されない。例えば高周波出力装置１および内燃機関制御装置２を１つの点火制御システム１０としてＥＣＵに実装してもよい。

また、上述した実施形態および変形例１では、１つの点火プラグ４の劣化判定について説明した、すなわち１気筒のエンジンにおける点火プラグ４の劣化判定について説明したが、気筒数は１つに限定されない。例えば４気筒など、エンジンが複数の気筒を有していてもよい。

また、エンジンが複数の気筒を有する場合、点火システム１００が各気筒に配置される点火プラグ４ごとに複数の高周波出力装置１を備えてもよく、あるいは、１つの高周波出力装置１が複数の点火プラグ４に対してそれぞれ高周波を出力するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、高周波出力装置１の周波数調整部１３４が高周波の周波数を調整するとしたが、これに限定されない。例えば高周波出力装置１の周波数設定部３２が判定部１３３の判定結果に基づいて周波数を調整してもよい。あるいは、内燃機関制御装置２の高周波制御部２２が高周波の周波数を調整するようにしてもよい。

（５．効果）
上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａは、出力部（高周波生成部）１１と、検出部（インピーダンス検出部）１３１と、判定部１３３と、を備える。出力部１１は、内燃機関（エンジン）の燃焼室内で火花放電を発生させる点火プラグ４をアンテナとして燃焼室内に高周波を照射するために、点火プラグ４に高周波を出力する。検出部１３１は、火花放電を行っていない場合に、点火プラグ４に出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンスの状態を検出する。判定部１３３は、検出部１３１が検出したインピーダンスの状態が予め設定した設定状態から変化した場合に点火プラグ４が劣化したと判定する。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、点火プラグ４が劣化しているか否かを精度よく判定することができる。

上記実施形態に係る高周波出力装置１の検出部１３１は、インピーダンスの状態として、点火プラグ４のインピーダンス値を検出する。

これにより、高周波出力装置１は、点火プラグ４が劣化しているか否かを精度よく判定することができる。

上記変形例１に係る高周波出力装置１Ａの検出部１３１は、インピーダンスの状態として、反射波の大きさを検出する。

これにより、高周波出力装置１Ａは、点火プラグ４が劣化しているか否かを精度よく判定することができる。

上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａの検出部１３１は、内燃機関（エンジン）の停止中に出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンスの状態を検出する。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、火花放電が行われない間に点火プラグ４の劣化を判定することができ、劣化判定の精度を向上させることができる。

上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａの検出部１３１は、イグニッションスイッチ５がオンされてから一定の間（一定期間Ｔ１）に出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンスの状態を検出する。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、火花放電が行われない間に点火プラグ４の劣化を判定することができ、劣化判定の精度を向上させることができる。

上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａは、イグニッションスイッチ５がオフの間に高周波出力装置１、１Ａを起動する起動制御部５０をさらに備える。検出部１３１は、起動制御部５０によって高周波出力装置１、１Ａが起動した後に出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンスの状態を検出する。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、火花放電が行われない間に点火プラグ４の劣化を判定することができ、劣化判定の精度を向上させることができる。

上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａは、点火プラグ４が劣化したと判定部１３３が判定した場合、点火プラグ４のインピーダンスを調整する調整部（周波数調整部１３４、調整部１３６）をさらに備える。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、点火プラグ４が劣化している場合でもインピーダンスマッチングを行うことができ、高周波を安定して出力することができる。

上記実施形態に係る高周波出力装置１の調整部（周波数調整部１３４）は、高周波の周波数を変更することでインピーダンスを調整する。

これにより、高周波出力装置１は、点火プラグ４が劣化している場合でもインピーダンスマッチングを行うことができ、高周波を安定して出力することができる。

上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａの検出部１３１は、調整部１３４、１３６がインピーダンスを調整した後に出力された高周波の反射波に基づき、点火プラグ４のインピーダンスの状態を検出する。判定部１３３は、調整部１３４、１３６がインピーダンスを調整した後に検出部１３１が検出したインピーダンスの状態に基づき、点火プラグ４が劣化したか否かを判定する。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、インピーダンスマッチングを行った結果に基づいて点火プラグ４の劣化を判定することができ、インピーダンスマッチングにより正常に戻る可能性があるにもかかわらず劣化と判定してしまうことを防止できる。

上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａは、点火プラグ４が劣化したと判定部１３３が判定した場合に、点火プラグ４の劣化をユーザに通知する通知部１３５をさらに備える。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、点火プラグ４の劣化をユーザに通知することができる。

上記実施形態および変形例１に係る高周波出力装置１、１Ａの通知部１３５は、調整部１３４、１３６がインピーダンスを調整しても、点火プラグ４が劣化したと判定部１３３が判定した場合に、ユーザに通知する。

これにより、高周波出力装置１、１Ａは、点火プラグ４の劣化をユーザに通知することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 高周波出力装置
２ 内燃機関制御装置
３ 点火コイル
４ 点火プラグ
１０ 点火制御システム
１１ 高周波発生部
２０ 方向性結合器
２３ 起動通知部
３２ 周波数設定部
３３ 増幅率設定部
４０ 可変整合器
１３１ インピーダンス検出部
１３３ 判定部
１３４ 周波数調整部
１３５ 通知部
１３６ 調整部

Claims (12)

1. 内燃機関の燃焼室内で火花放電を発生させる点火プラグをアンテナとして前記燃焼室内に高周波を照射するために、前記点火プラグに前記高周波を出力する出力部と、
   前記火花放電を行っていない場合に、前記点火プラグに出力された前記高周波の反射波に基づき、前記点火プラグのインピーダンスの状態を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記インピーダンスの前記状態が予め設定した設定状態から変化した場合に前記点火プラグが劣化したと判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする高周波出力装置。
2. 前記検出部は、
   前記インピーダンスの状態として、前記点火プラグのインピーダンス値を検出すること
   を特徴とする請求項１に記載の高周波出力装置。
3. 前記検出部は、
   前記インピーダンスの状態として、前記反射波の大きさを検出すること
   を特徴とする請求項１に記載の高周波出力装置。
4. 前記検出部は、
   前記内燃機関の停止中に出力された前記高周波の反射波に基づき、前記点火プラグの前記インピーダンスの前記状態を検出すること
   を特徴とする請求項１、２または３に記載の高周波出力装置。
5. 前記検出部は、
   イグニッションスイッチがオンされてから一定の間に出力された前記高周波の反射波に基づき、前記点火プラグの前記インピーダンスの前記状態を検出すること
   を特徴とする請求項１、２または３に記載の高周波出力装置。
6. イグニッションスイッチがオフの間に前記高周波出力装置を起動する起動制御部をさらに備え、
   前記検出部は、
   前記起動制御部によって前記高周波出力装置が起動した後に出力された前記高周波の反射波に基づき、前記点火プラグの前記インピーダンスの前記状態を検出すること
   を特徴とする請求項１、２または３に記載の高周波出力装置。
7. 前記点火プラグが劣化したと前記判定部が判定した場合、前記点火プラグの前記インピーダンスを調整する調整部をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の高周波出力装置。
8. 前記調整部は、
   前記高周波の周波数を変更することで前記インピーダンスを調整すること
   を特徴とする請求項７に記載の高周波出力装置。
9. 前記検出部は、
   前記調整部が前記インピーダンスを調整した後に出力された前記高周波の前記反射波に基づき、前記点火プラグの前記インピーダンスの前記状態を検出し、
   前記判定部は、
   前記調整部が前記インピーダンスを調整した後に前記検出部が検出した前記インピーダンスの前記状態に基づき、前記点火プラグが劣化したか否かを判定すること
   を特徴とする請求項７または８に記載の高周波出力装置。
10. 前記点火プラグが劣化したと前記判定部が判定した場合に、前記点火プラグの劣化をユーザに通知する通知部をさらに備えること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の高周波出力装置。
11. 前記通知部は、
    調整部が前記インピーダンスを調整しても、前記点火プラグが劣化したと前記判定部が判定した場合に、前記ユーザに通知すること
    を特徴とする請求項１０に記載の高周波出力装置。
12. 内燃機関の燃焼室内で火花放電を発生させる点火プラグをアンテナとして前記燃焼室内に高周波を照射するために、前記点火プラグに前記高周波を出力する工程と、
    前記火花放電を行っていない前記点火プラグに出力された前記高周波の反射波に基づき、前記点火プラグのインピーダンスの状態を検出する工程と、
    検出した前記インピーダンスの前記状態が予め設定した設定状態から変化した場合に前記点火プラグが劣化したと判定する工程と、
    を含むことを特徴とする高周波出力方法。

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