JP6570439B2 - スパークプラグの評価装置、および、スパークプラグの評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグの評価装置、および、スパークプラグの評価方法に関する。

放電を発生させるためにスパークプラグが用いられる場合がある。発生した放電は、燃料への着火等に用いられる。

関連する技術として、特許文献１には、電気機器の部分放電監視装置が記載されている。特許文献１に記載の部分放電監視装置は、検出手段（アコースティックエミッションセンサ）と、判別手段とを備える。検出手段は、監視対象物から発せられる音波を検知する。判別手段は、検出手段からの電気出力信号を、当該電気出力信号の大きさと、当該電気出力信号の継続時間および連続性とに基づいて、パターン化する。判別手段は、電気出力信号のパターンに基づいて、部分放電の有無を判別する。なお、特許文献１に記載の部分放電監視装置では、複数種類の異常放電を評価することができない。特に、特許文献１に記載の部分放電監視装置では、放電距離の変化を伴う異常放電について評価することができない。

（発明者によって認識された事項）
次に、スパークプラグの評価方法に関し、発明者によって認識された事項を説明する。図１は、人間の目または人間の耳を用いて、スパークプラグの放電を評価する例を模式的に示す図である。図１に記載のスパークプラグ１は、第１電極１０と、第２電極２０と、電極囲い体３０とを含む。図１において、「Ａ」は、正常な放電を示し、「Ｂ」は、電極囲い体３０の内部における異常な放電を示し、「Ｃ」は、電極囲い体３０の外部における異常な放電を示す。

人間の目を用いて、スパークプラグ１の放電を評価する場合には、電極囲い体３０に、点検孔３５を設ける必要がある。点検孔３５を設ける場合、スパークプラグ１の形状は複雑化し、スパークプラグ１の製造コストが増加する。また、点検孔３５を開けると、スパークプラグ１の内部の清浄度が悪化する可能性がある。さらに、人間の目を用いて、スパークプラグ１の放電を評価する場合には、評価が主観的となるおそれがある。例えば、正常放電Ａと、異常放電Ｂとの区別を客観的に行うことは難しい。

人間の耳を用いて、スパークプラグ１の放電を評価する場合には、放電のタイミング異常の検出が可能である。しかし、人間の耳を用いて、スパークプラグ１を評価する場合には、放電の生じた場所の特定は困難である。このため、放電が、正常放電Ａであるのか、電極囲い体３０の内部における異常放電Ｂであるのか、あるいは、電極囲い体３０の外部における異常放電Ｃであるのかを判別することは困難である。

図２は、センサを用いて、スパークプラグの放電を評価する例を模式的に示す図である。光センサ４２（フォトダイオード等）を用いて、放電の際に発生する光を検出し、光センサ４２からの電気的出力を記録することを想定する。光センサ４２を用いて、スパークプラグの放電を評価する場合、電極囲い体３０に、点検孔３５を設ける必要がある。点検孔３５を設ける場合、スパークプラグ１の形状は複雑化し、スパークプラグ１の製造コストが増加する。また、点検孔３５を開けると、スパークプラグ１の内部の清浄度が悪化する可能性がある。また、光センサ４２を用いてスパークプラグの放電を評価する場合、正常放電Ａと、異常放電Ｂとの区別を行うことが難しい。

代替的に、オゾンセンサ４４を用いて、放電の際に発生するオゾンを検出し、オゾンセンサ４４からの電気的出力を記録することを想定する。オゾンセンサ４４を用いて、スパークプラグの放電を評価する場合、電極囲い体３０に、点検孔３５を設ける必要がある。また、オゾンセンサ４４を用いてスパークプラグの放電を評価する場合、正常放電Ａと、異常放電Ｂとの区別を行うことが難しい。また、オゾンの伝播速度が遅いため、放電検知に時間を要する可能性がある。

代替的に、音響センサ５０を用いて、放電の際に発生する音を検出し、音響センサ５０からの電気的出力を記録することを想定する。この場合、点検孔３５を設ける必要はない。しかし、現在知られている技術では、正常放電Ａと異常放電Ｂとを区別することが困難である。さらに、異常放電Ｂと異常放電Ｃとを区別することも困難である。

特開平４−１９４６７５号公報

本発明の目的は、スパークプラグの評価を、より正確に実施可能な評価装置、および、評価方法を提供することにある。

また、いくつかの実施形態における任意付加的な目的は、放電距離の変化を伴う異常放電について評価することが可能なスパークプラグの評価装置、および、スパークプラグの評価方法を提供することにある。

さらに、いくつかの実施形態における任意付加的な目的は、複数種類の異常放電（例えば、２種類あるいは３種類の異常放電）を評価可能なスパークプラグの評価装置、および、スパークプラグの評価方法を提供することにある。

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。

いくつかの実施形態におけるスパークプラグの評価装置は、スパークプラグの電極囲い体（３０）に取り付けられる音響センサ（５０）と、演算装置（６０）と、出力装置（７０）とを具備する。前記演算装置（６０）は、前記音響センサ（５０）から音響データを受け取る。前記演算装置（６０）は、前記音響データに基づいて、放電初期における音の高周波成分の音圧である放電初期音圧（Ａｐｅ）を算出する。前記演算装置（６０）は、算出された前記放電初期音圧（Ａｐｅ）あるいは前記放電初期音圧（Ａｐｅ）から導出される放電距離（ｄｅ）が、閾値（ＴＨ１；ＴＨ２）以上である時、前記スパークプラグの放電が、第１形態の異常放電であると判定する。前記演算装置（６０）は、判定結果を、前記出力装置（７０）に送信する。

上記スパークプラグの評価装置において、前記演算装置（６０）は、前記放電初期音圧（Ａｐｅ）と前記放電距離（ｄｅ）との関係に基づいて、前記放電初期音圧（Ａｐｅ）から前記放電距離（ｄｅ）を導出し、導出された前記放電距離（ｄｅ）が前記閾値（ＴＨ２）以上である時、前記放電が、第１形態の異常放電であると判定してもよい。

上記スパークプラグの評価装置において、前記出力装置（７０）は、前記放電距離（ｄｅ）を表示してもよい。

上記スパークプラグの評価装置において、前記演算装置（６０）は、正常なスパークプラグの放電初期における音の高周波成分の音圧（Ａｐｓ）、あるいは、正常なスパークプラグの放電距離（ｄｓ）に基づいて、前記閾値（ＴＨ１；ＴＨ２）を算出してもよい。

上記スパークプラグの評価装置において、前記演算装置（６０）は、算出された前記放電初期音圧（Ａｐｅ）あるいは前記放電距離（ｄｅ）が、前記閾値（ＴＨ１；ＴＨ２）以上である時、前記放電は、前記電極囲い体（３０）の内部での異常放電であると判定してもよい。前記演算装置（６０）は、前記音響データに対応する音圧（Ａｐｅ２）が、前記閾値（ＴＨ１；ＴＨ２）とは異なる第４閾値（ＴＨ４）以下である時、前記放電は、前記電極囲い体（３０）の外部での異常放電であると判定してもよい。

上記スパークプラグの評価装置において、前記演算装置（６０）は、スパークプラグ作動トリガーの発生から、実際に放電が発生するまでの時間が、第５閾値（ＴＨ５）よりも小さい時、あるいは、第６閾値（ＴＨ６）よりも大きい時、放電タイミングが異常であると判定してもよい。

いくつかの実施形態におけるスパークプラグの評価方法は、スパークプラグ（１）に音響センサ（５０）を取り付ける工程と、前記音響センサ（５０）から演算装置（６０）に音響データを送信する工程と、前記演算装置（６０）が、前記音響データに基づいて、放電初期における音の高周波成分の音圧である放電初期音圧（Ａｐｅ）を算出する工程と、前記演算装置（６０）が、算出された前記放電初期音圧（Ａｐｅ）あるいは前記放電初期音圧（Ａｐｅ）から導出される放電距離（ｄｅ）に基づいて、前記スパークプラグの放電が、第１形態の異常放電であるか否かを判定する工程と、前記演算装置（６０）から出力装置（７０）に、判定結果を送信する工程と、前記出力装置（７０）が、前記判定結果を表示する工程とを具備する。

本発明により、スパークプラグの評価を、より正確に実施可能な評価装置、および、評価方法を提供することができる。

図１は、人間の目または人間の耳を用いて、スパークプラグの放電を評価する例を模式的に示す図である。 図２は、センサを用いて、スパークプラグの放電を評価する例を模式的に示す図である。 図３は、スパークプラグの概略斜視図である。 図４は、スパークプラグの概略斜視図である。 図５は、スパークプラグの評価装置の機能を模式的に示す機能ブロック図である。 図６は、放電音の生データを示すグラフである。 図７は、放電音に対応する音響データを、ウェーブレット変換することにより得られるデータを示すグラフである。 図８は、パッシェンの法則を示すグラフである。 図９は、放電電圧の時間変化を示すグラフである。 図１０は、放電距離と、放電初期音圧（高周波成分）との関係を示す実験データである。 図１１Ａは、基準値（基準音圧または第１閾値、基準放電距離または第２閾値等）の算出方法を示すフローチャートである。 図１１Ｂは、スパークプラグの評価方法を示すフローチャートである。 図１２は、スパークプラグの概略斜視図である。 図１３は、音圧と、放電位置との関係を説明するための概念図である。 図１４は、第２形態の異常放電の発生により、放電音の音圧が低下している様子を示すグラフである。 図１５Ａは、基準値（基準音圧または第１閾値、基準放電距離または第２閾値等）の算出方法を示すフローチャートである。 図１５Ｂは、スパークプラグの評価方法を示すフローチャートである。 図１６は、スパークプラグの概略断面図である。

以下、実施形態に係るスパークプラグの評価装置、および、スパークプラグの評価方法に関して、添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図３乃至図１１Ｂを参照して、第１の実施形態におけるスパークプラグの評価装置１００について説明する。図３および図４は、スパークプラグ１の概略斜視図である。また、図５は、スパークプラグの評価装置１００の機能を模式的に示す機能ブロック図である。

まず、図３を参照して、スパークプラグ１について説明する。図３に記載のスパークプラグ１は、第１電極１０と、第２電極２０と、電極囲い体３０とを含む。電極囲い体３０は、第１電極１０および第２電極２０を囲む。電極囲い体３０により規定される空間は、密閉される空間である必要はない。すなわち、電極囲い体３０は、第１電極１０および第２電極２０を部分的に囲んでいればよい。第１電極１０は、陰極であり、第２電極２０は、陽極であってもよい。代替的に、第１電極１０が陽極であり、第２電極２０が陰極であってもよい。

一般的なスパークプラグは、陰極（例えば、第１電極１０）と陽極（例えば、第２電極２０）との間の距離が最も短くなるような、陰極の部分と陽極の部分との間で放電が発生するように設計されている。換言すれば、第１電極１０の設計上の電子放出位置１０Ａ（又は電子受取位置）と、第２電極２０の設計上の電子受取位置２０Ａ（又は電子放出位置）との間の距離は、第１電極１０の電子放出位置１０Ａ以外の位置と、第２電極２０の電子受取位置２０Ａ以外の位置との間の距離よりも短い。図３における放電Ａは、電子放出位置１０Ａと電子受取位置２０Ａとの間における放電、すなわち、正常放電を示している。

次に、図４を参照して、第１の実施形態において想定されるスパークプラグの異常放電について説明する。第１電極１０または第２電極２０の電極表面に、炭素等の堆積物が堆積した場合、あるいは、電極囲い体３０の内部に異物が混入した場合、放電距離が、設計上の放電距離（設計上の電子放出位置１０Ａと設計上の電子受取位置２０Ａとの間の距離）よりも長くなる。図４に記載の例では、第１電極１０の表面に堆積物１１が堆積しているため、放電距離が、設計上の放電距離よりも長くなっている。第１の実施形態では、放電距離の変化に基づいて、電極囲い体３０の内部で発生する異常放電（以下、「第１形態の異常放電」という。）を検出する。すなわち、第１形態の異常放電は、電極囲い体３０内における導電体間の放電であって、かつ、設計上意図されていない部位間での放電である。

図５を参照して、第１形態の異常放電を検出可能なスパークプラグの評価装置１００について説明する。スパークプラグの評価装置１００は、スパークプラグの電極囲い体３０に取り付けられる音響センサ５０と、演算装置６０と、出力装置７０とを含む。スパークプラグ１の評価装置１００は、記憶装置８０を含んでいてもよい。

（音響センサ）
音響センサ５０は、電極囲い体３０の内部で発生する放電音（例えば、正常放電Ａの音、または、異常放電Ｂの音）、あるいは、電極囲い体３０の外部で発生する放電音（例えば、異常放電Ｃの音）を検出する。音響センサ５０は、音響データＤＡ（電気信号または光信号等）を演算装置６０に送信する。音響センサ５０は、音響データＤＡ（放電音に対応する音響データ）を、有線または無線によって、演算装置６０に送信する。

音響センサ５０から演算装置６０に送信される音響データＤＡには、音が検出された時間を示す時間情報と、検出された音の周波数を示す周波数情報と、検出された音の音圧を示す音圧情報とが含まれる。図６は、放電音の生データを示し、図７は、放電音に対応する音響データを、ウェーブレット変換することにより得られるデータ（グラフ）を示す。図６の横軸は、時間を示し、図６の縦軸は、音の振幅（音圧に対応）を示す。また、図７の横軸は、時間を示し、図７の縦軸は、音の周波数を示し、図７のハッチングは、音圧を示す。図７を参照すると、音圧は、時間と音の周波数とに依存すること、換言すれば、音圧は、時間と、音の周波数の関数であることが把握される。第１の実施形態では、放電初期における音の高周波成分に対応する音圧を用いて、異常放電が検出される。詳細については、後述される。

（演算装置）
演算装置６０は、ＣＰＵ等のハードウェアプロセッサを含む。演算装置６０は、音響センサ５０から音響データＤＡを受け取る。音響センサ５０からの音響データＤＡは、演算装置６０との間で情報伝達可能な記憶装置８０に保存されてもよい。演算装置６０は、記憶装置８０に記憶されたプログラムを実行することにより、高周波成分抽出手段６２、放電距離算出手段６４、判定手段６６として機能する。高周波成分抽出手段６２（演算装置６０）は、音響データＤＡから、放電初期における音の高周波成分を抽出する。なお、高周波成分抽出手段６２は、ハイパスフィルタ６２’（フィルタ回路）によって代替されてもよい。そして、演算装置６０は、抽出された音の高周波成分に基づいて、当該音の高周波成分の音圧を算出する。判定手段６６（演算装置６０）は、算出された音圧（放電初期音圧）に基づいて、放電が異常放電であるか否かを判定する。より具体的には、判定手段６６は、算出された音圧（放電初期音圧）が、第１閾値ＴＨ１以上である時、異常放電であると判定する。

代替的に、あるいは、付加的に、演算装置６０（放電距離算出手段６４）は、抽出された音の高周波成分に対応する音圧（放電初期音圧）に基づいて放電距離を算出してもよい。放電距離を算出する場合、判定手段６６（演算装置６０）は、算出された放電距離に基づいて、放電が異常放電であるか否かを判定する。より具体的には、判定手段６６は、算出された放電距離が第２閾値ＴＨ２以上である時、異常放電であると判定する。なお、高周波成分抽出手段６２による抽出処理、放電距離算出手段６４による算出処理、および、判定手段６６による判定処理の詳細については、後述される。

（出力装置）
演算装置６０は、判定手段６６による判定結果を示すデータを、有線または無線によって出力装置７０に送信する。出力装置７０は、例えば、表示装置である。出力装置７０は、判定結果を、出力する。出力装置７０が表示装置である場合、出力装置７０は、判定結果を、ユーザーが認識可能な形態にて表示する。

（音響データから高周波成分を抽出することの技術的意義）
以下、音響データから高周波成分を抽出することの技術的意義について説明する。放電の際の放電距離（電子放出位置と電子受取位置との間の距離）と、放電電圧との関係は、下記の式（１）によって示されるパッシェンの法則に従うことが知られている。

ここで、Ｖｃは放電電圧、ｐは気圧、ｄは放電距離である。

図８は、パッシェンの法則を示すグラフである。上述の式（１）、あるいは、図８のグラフから把握されるように、気圧が一定であるとき、放電電圧Ｖｃは、放電距離ｄの関数となる（式（２））。

また、大気圧が、概ね７６０ｔｏｒｒであり、一般的なスパークプラグの放電距離が、数ミリから数センチ程度であることを考慮すると、図８から、大気圧下におけるスパークプラグの放電距離と、放電電圧との関係は、概ね線形関係であることが把握される。
したがって、大気圧下におけるスパークプラグの放電距離ｄと、放電電圧Ｖｃとの関係を、下記の式（３）によって、近似的に表すことが可能である。

ここで、ａ１およびｂ１は、係数である。係数ａ１およびｂ１は、例えば、図８に基づいて、算出することができる。式（１）または式（３）、あるいは、図８を参照すると、大気圧下では、放電距離ｄが長くなるにつれて、放電開始時の電圧（放電電圧）が高くなることがわかる。

また、放電エネルギーＥｔｏｔａｌは、式（４）に示されるように、容量エネルギーＥｃと、誘導エネルギーＥｉの和で表される。

さらに、容量エネルギーＥｃは、下記式（５）によって表される。

ここで、Ｃは静電容量、Ｖｃは放電電圧（放電開始時の電圧）、εは誘電率、Ｓは放電面積（放電する部分の面積）である。

また、誘導エネルギーＥｉは、下記式（６）によって表される。

ここで、Ｉｉは誘導電流、Ｖｉは誘導電圧である。

図９に示される放電波形の特徴を考慮して、放電初期の放電エネルギー、特に、放電初期の放電電圧の高周波成分に対応するエネルギー（当該エネルギーは、放電初期の音の高周波成分の音圧に比例する。）が、容量エネルギーＥｃに比例すると仮定する。当該仮定に基づいて、下記式（７）が導出される。式（７）は、放電距離ｄと、放電初期の音の高周波成分の音圧Ａｐ（放電初期音圧）との間の関係を示す。

ここで、αは、容量エネルギーから音圧への変換係数である。また、式（３）を式（７）に代入すると、式（８）が得られる。

式（７）または式（８）から、大気圧下では、放電距離ｄが長くなるにつれて、放電初期の音の高周波成分の音圧Ａｐ（放電初期音圧）が単調増加することが把握される。よって、演算装置６０（判定手段６６）は、放電初期の音の高周波成分の音圧Ａｐが、予め設定される閾値（第１閾値ＴＨ１）以上である時、放電は、第１形態の放電異常（放電距離が、許容値以上であることに対応する放電異常）であると判定する。代替的に、あるいは、付加的に、演算装置６０（放電距離算出手段６４）は、式（７）または式（８）を用いて、放電初期の音の高周波成分の音圧Ａｐに基づいて、放電距離ｄを導出してもよい。この場合、演算装置６０（判定手段６６）は、導出された放電距離ｄが、予め設定される閾値（第２閾値ＴＨ２）以上である時、放電は、第１形態の放電異常であると判定する。

図１０は、実際に計測した放電音に基づいて、演算装置６０が、放電初期の音の高周波成分の音圧Ａｐを算出した例を示す。図１０から、放電距離が長くなるにつれて、音圧Ａｐが増加することが把握される。

（スパークプラグの評価方法）
図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、第１の実施形態におけるスパークプラグの評価方法について説明する。図１１Ａは、基準値（基準音圧または第１閾値、基準放電距離または第２閾値等）の算出方法を示すフローチャートである。図１１Ｂは、スパークプラグの評価方法を示すフローチャートである。

第１ステップＳ１において、正常なスパークプラグ１（例えば、製造直後の検査に合格したスパークプラグ）を抽出する。第２ステップＳ２において、当該正常なスパークプラグ１における計測点を決定する。計測点は、電極囲い体３０上の点である。

第３ステップＳ３において、計測点に、音響センサ５０を取り付ける。なお、音響センサ５０と、演算装置６０とは、有線または無線によって、情報伝達可能に接続されている。

第４ステップＳ４において、音響センサ５０が、スパークプラグ１の放電音（音響データ）を取得する。取得された音響データは、演算装置６０に送信される。

第５ステップＳ５において、高周波成分抽出手段（演算装置６０の高周波成分抽出手段６２またはハイパスフィルタ６２’等）は、音響データに基づいて、放電初期における音の高周波成分を抽出する。放電初期における音の高周波成分は、図９における放電電圧波形の第１パルスに対応する成分である。放電初期における音の高周波成分の抽出方法は、任意である。例えば、音響センサ５０と演算装置６０との間に、ハイパスフィルタ６２’を配置し、当該ハイパスフィルタ６２’を用いて、音響センサ５０によって取得された音響データの低周波成分をカットすることにより、放電初期における音の高周波成分を抽出してもよい。ハイパスフィルタ６２’による遮断周波数の値（ベースラインである第３閾値ＴＨ３の値）は、具体的なスパークプラグの特性等に応じて、設定される。ハイパスフィルタ６２’による遮断周波数の値は、例えば、第１パルスより後のパルスがカットされるような値に設定されてもよい。なお、ハイパスフィルタ６２’によって実現される低周波成分カット機能は、演算装置６０の高周波成分抽出手段６２によって実現される低周波成分カット機能によって、代替されてもよい。なお、放電初期における音の高周波成分に関し、すべての低周波成分が除去されている必要はない。放電初期における音の高周波成分は、放電初期の放電エネルギーの大きさに対応するものであれば、低周波成分あるいはノイズ等が含まれていてもよい。

放電初期における音の高周波成分の抽出方法の他の一例において、放電初期の期間が具体的に求められてもよい。すなわち、高周波成分抽出手段（演算装置６０の高周波成分抽出手段６２またはハイパスフィルタ６２’等）は、求められた放電初期の期間における音の高周波成分を抽出してもよい。なお、放電初期は、放電開始から所定時間Ｔｓを経過するまでの期間であってもよい。放電開始の時点は、例えば、放電電圧が閾値を超えた時点に設定されてもよいし、放電音の音圧が閾値を超えた時点に設定されてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、所定時間Ｔｓは、例えば、図９における放電電圧波形の第１パルスが含まれるように設定されてもよい。音の高周波成分は、例えば、音の周波数が第３閾値以上である成分である。高周波成分抽出手段（演算装置６０の高周波成分抽出手段６２またはハイパスフィルタ６２’等）は、音響データから、音の周波数が第３閾値未満である成分を除外することにより、音の高周波成分を抽出してもよい。

第６ステップＳ６において、演算装置６０は、抽出された音の高周波成分に基づいて、音の高周波成分の音圧（放電初期における音の高周波成分の音圧）を算出する。例えば、演算装置６０は、各周波数の音の音圧を加算することにより、放電初期における音の高周波成分の音圧を算出してもよい。算出された音圧は、基準音圧Ａｐｓとして、記憶装置８０に記憶されてもよい。演算装置６０は、基準音圧Ａｐｓに基づいて、上述の第１閾値ＴＨ１を算出してもよい。第１閾値ＴＨ１は、例えば、基準音圧Ａｐｓ×係数Ｋ１（係数Ｋ１は、１よりおおきな数）に設定されてもよいし、基準音圧Ａｐｓ＋係数Ｋ２（係数Ｋ２は、０より大きな数）に設定されてもよい。なお、第１閾値ＴＨ１が算出される場合、当該第１閾値ＴＨ１は、記憶装置８０に記憶される。

第７ステップＳ７において、演算装置６０（放電距離算出手段６４）は、放電初期における音の高周波成分の音圧に基づいて、放電距離ｄを算出する。放電距離ｄの算出は、上述の式（７）に基づいて行われてもよいし、上述の式（８）に基づいて行われてもよい。算出された放電距離ｄは、基準放電距離ｄｓとして、記憶装置に記憶されてもよい。演算装置６０は、基準放電距離ｄｓに基づいて、上述の第２閾値ＴＨ２を算出してもよい。第２閾値ＴＨ２は、例えば、基準放電距離ｄｓ×係数Ｋ３（係数Ｋ３は、１よりおおきな数）に設定されてもよいし、基準放電距離ｄｓ＋係数Ｋ４（係数Ｋ４は、０より大きな数）に設定されてもよい。なお、第２閾値ＴＨ２が算出される場合、当該第２閾値ＴＨ２は、記憶装置８０に記憶される。

なお、上述の基準音圧（または第１閾値ＴＨ１）あるいは基準放電距離（または第２閾値ＴＨ２）が予め取得されている場合には、上述の第１ステップＳ１乃至第７ステップＳ７は、省略されてもよい。例えば、基準音圧（または第１閾値ＴＨ１）あるいは基準放電距離（または第２閾値ＴＨ２）が、数値計算あるいは実験に基づいて、予め取得されている場合には、上述の第１ステップＳ１乃至第７ステップＳ７は、省略されてもよい。

なお、上述の第１ステップＳ１乃至第７ステップＳ７は、新たな種類のスパークプラグが開発された時に、１回だけ実行されてもよい。代替的に、上述の第１ステップＳ１乃至第７ステップＳ７は、新たな種類のスパークプラグが開発された時に、複数回実行され、得られたデータ（基準音圧、基準放電距離等）の平均値等に基づいて、閾値（第１閾値、第２閾値等）が決定されてもよい。

第８ステップＳ８乃至第１６ステップＳ１６の各々は、スパークプラグの評価方法における工程である。第８ステップＳ８乃至第１６ステップＳ１６は、スパークプラグ１の評価を行う際に実行される。例えば、第１ステップＳ１乃至第７ステップＳ７が実行された後、特定のスパークプラグ１について、１回目の評価を行うために、第８ステップＳ８乃至第１６ステップＳ１６が実行されてもよい。その後、当該スパークスラグ１が実際に使用された後、当該スパークプラグ１について、２回目の評価を行うために、第８ステップＳ８乃至第１６ステップＳ１６が実行されてもよい。なお、２回目の評価の前に、第１ステップＳ１乃至第７ステップＳ７は、再度実行されなくてもよい。

第８ステップＳ８において、評価対象のスパークプラグ１を抽出する。評価対象のスパークプラグ１は、例えば、第１ステップＳ１において抽出されたスパークプラグ１と同種のスパークプラグであってもよい。代替的に、評価対象のスパークプラグ１は、第１ステップＳ１において抽出されたスパークプラグ１そのものであってもよい（例えば、スパークプラグ１を、使用後、あるいは、所定期間経過後に再評価する場合等が想定される。）。

第９ステップＳ９において、評価対象のスパークプラグ１における計測点を決定する。計測点は、電極囲い体３０上の点である。第９ステップＳ９において決定される計測点の位置は、第２ステップＳ２において決定される計測点の位置と同じであってもよい。代替的に、計測位置の変更に伴う音の減衰評価が可能である場合には、第９ステップＳ９において決定される計測点の位置は、第２ステップＳ２において決定される計測点の位置と異なっていてもよい。この場合、減衰評価に基づいて、上述の第１閾値ＴＨ１または第２閾値ＴＨ２の値を補正すればよい。

第１０ステップＳ１０において、決定された計測点に、音響センサ５０を取り付ける。なお、音響センサ５０と、演算装置６０とは、有線または無線によって、情報伝達可能に接続されている。

第１１ステップＳ１１において、音響センサ５０が、評価対象のスパークプラグ１の放電音を取得する。取得された音響データは、演算装置６０に送信される。

第１２ステップＳ１２において、高周波成分抽出手段（演算装置６０の高周波成分抽出手段６２またはハイパスフィルタ６２’等）は、音響データに基づいて、放電初期における音の高周波成分を抽出する。放電初期における音の高周波成分は、図９における放電電圧波形の第１パルスに対応する成分である。放電初期における音の高周波成分の抽出方法は、任意である。例えば、音響センサ５０と演算装置６０との間に、ハイパスフィルタ６２’を配置し、当該ハイパスフィルタ６２’を用いて、音響センサ５０によって取得された音響データの低周波成分をカットすることにより、放電初期における音の高周波成分を抽出してもよい。ハイパスフィルタ６２’による遮断周波数の値（ベースラインである第３閾値ＴＨ３の値）は、具体的なスパークプラグの特性等に応じて、設定される。ハイパスフィルタ６２’による遮断周波数の値は、例えば、第１パルスより後のパルスがカットされるような値に設定されてもよい。なお、ハイパスフィルタ６２’によって実現される低周波成分カット機能は、演算装置６０の高周波成分抽出手段６２によって実現される低周波成分カット機能によって、代替されてもよい。なお、放電初期における音の高周波成分に関し、すべての低周波成分が除去されている必要はない。放電初期における音の高周波成分は、放電初期の放電エネルギーの大きさに対応するものであれば、低周波成分あるいはノイズ等が含まれていてもよい。

放電初期における音の高周波成分の抽出方法の他の一例において、放電初期の期間が具体的に求められてもよい。すなわち、高周波成分抽出手段（演算装置６０の高周波成分抽出手段６２またはハイパスフィルタ６２’等）は、求められた放電初期の期間における音の高周波成分を抽出してもよい。なお、放電初期は、放電開始から所定時間Ｔｓを経過するまでの期間であってもよい。放電開始の時点は、例えば、放電電圧が閾値を超えた時点に設定されてもよいし、放電音の音圧が閾値を超えた時点に設定されてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、所定時間Ｔｓは、例えば、図９における放電電圧波形の第１パルスが含まれるように設定されてもよい。音の高周波成分は、例えば、音の周波数が第３閾値以上である成分である。すなわち、高周波成分抽出手段（演算装置６０の高周波成分抽出手段６２またはハイパスフィルタ６２’等）は、音響データから、音の周波数が第３閾値未満である成分を除外することにより、音の高周波成分を抽出してもよい。

第１３ステップＳ１３において、演算装置６０は、抽出された音の高周波成分に基づいて、音の高周波成分の音圧（放電初期における音の高周波成分の音圧）を算出する。例えば、演算装置６０は、各周波数の音の音圧を加算することにより、放電初期における音の高周波成分の音圧を算出してもよい。算出された音圧は、評価対象音圧Ａｐｅとして、記憶装置８０に記憶されてもよい。

第１４ステップＳ１４において、演算装置６０（放電距離算出手段６４）は、放電初期における音の高周波成分の音圧に基づいて、放電距離ｄを算出する。放電距離ｄの算出は、上述の式（７）に基づいて行われてもよいし、上述の式（８）に基づいて行われてもよい。算出された放電距離ｄは、評価対象放電距離ｄｅとして、記憶装置８０に記憶されてもよい。

第１５ステップＳ１５において、演算装置６０（判定手段６６）は、評価対象音圧Ａｐｅが第１閾値ＴＨ１以上であるとき、放電は、第１形態の異常放電であると判定する。また、演算装置６０（判定手段６６）は、評価対象音圧Ａｐｅが第１閾値未満であるとき、放電は、第１形態の異常放電でないと判定する。なお、評価対象音圧Ａｐｅと第１閾値ＴＨ１とに基づいて、第１形態の異常放電の有無を判定する場合には、上述の第７ステップＳ７および第１４ステップＳ１４は、省略されてもよい。

代替的に、第１５ステップＳ１５において、演算装置６０（判定手段６６）は、評価対象放電距離ｄｅが第２閾値ＴＨ２以上であるとき、放電は、第１形態の異常放電であると判定する。また、演算装置６０（判定手段６６）は、評価対象放電距離ｄｅが第２閾値未満であるとき、放電は、第１形態の異常放電でないと判定する。判定の結果は、出力装置７０に送信される。

第１６ステップＳ１６において、出力装置７０は、判定結果（例えば、放電が、第１形態の異常放電であるか否か）を表示する。代替的に、あるいは、付加的に、評価対象放電距離ｄｅ（第１４ステップにおいて算出された放電距離）そのものが、出力装置７０に送信され、出力装置７０が、当該評価対象放電距離ｄｅを表示してもよい。評価対象放電距離ｄｅが表示される場合、ユーザーは、当該評価対象放電距離ｄｅに基づいて、異常放電が起こった場所を推定することができる。

第１の実施形態では、放電初期における音の高周波成分の音圧（放電初期音圧）に基づいて、第１形態の異常放電の有無を判定する。このため、第１の実施形態では、スパークプラグの評価を、より正確に実施することが可能である。また、第１の実施形態では、現在目視確認により実施しているスパークプラグの評価を、電極囲い体の外での音響計測によって代替的に実施することが可能となる。このため、スパークプラグの形状の単純化、スパークプラグの重量の軽減、スパークプラグの製造コストの低減、および、スパークプラグの信頼性の向上が実現される。

（第２の実施形態）
図３乃至図１５Ｂを参照して、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態で説明した構成を全て含む。加えて、第２の実施形態では、第１形態の異常放電の検出に加え、第２形態の異常放電の検出が可能である。なお、第２実施形態のスパークプラグの評価装置において、第１の実施形態のスパークプラグの評価装置の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。

図１２を参照して、第２形態の異常放電について説明する。第２形態の異常放電は、電極囲い体３０の外部で放電が発生する場合に対応する異常放電である。図１２に記載の例では、電極囲い体３０の外部である昇圧回路３２において、異常放電が発生している。電極囲い体３０の外部で放電が発生する場合、点火のためのエネルギー付与等のスパークプラグの機能が発揮できない可能性がある。第２形態の異常放電が発生する場合、正常放電が発生する場合と比較して、放電音の発生位置から音響センサ５０までの距離が変化する。また、第２形態の異常放電が発生する場合、電極囲い体３０の材質と、電極囲い体３０以外の部材（例えば、昇圧回路）の材質とが異なることに起因して、検出される放電音の音圧が低下する。第２の実施形態では、これらの現象を考慮して、第２形態の異常放電を検出する。

図１３を参照して、ノミナル位置Ｌ１（設計上の放電位置Ｌ１）と音響センサ５０との間の距離をＤ１、ノミナル位置とは異なる位置Ｌ２と音響センサとの間の距離をＤ２、ノミナル位置Ｌ１で発生した放電音の音響センサ５０による計測音圧をＡｐ１、位置Ｌ２で発生する放電音の音圧予測値（音響センサ５０により検出される音の音圧予測値）をＡｐ２と定義すると、音圧予測値Ａｐ２は、距離Ｄ１、距離Ｄ２、計測音圧Ａｐ１を用いて、下記式（９）のように表される。

式（９）に関し、正常なスパークプラグにおいて、音響センサ５０によって検出される音の音圧（計測音圧Ａｐ１）、および、ノミナル位置Ｌ１と音響センサ５０との間の距離Ｄ１を予め求めておく。そうすると、評価対象のスパークプラグに関し、音響センサ５０によって検出される音の音圧（Ａｐ２）に基づいて、現実の放電位置Ｌ２と音響センサ５０との間の距離Ｄ２を算出することが可能である。

音響センサ５０は、ノミナル位置Ｌ１の近傍に配置される。したがって、評価対象のスパークプラグについての音圧Ａｐ２の低下は、現実の放電位置Ｌ２と音響センサ５０との間の距離Ｄ２の増加を意味する。よって、評価対象のスパークプラグについての音圧Ａｐ２が、第４閾値ＴＨ４以下である時、演算装置６０は、第２形態の異常放電が発生していると判定することが可能である。なお、第４閾値ＴＨ４は、スパークプラグの特性に応じて設定すればよい。図１４は、第２形態の異常放電の発生により、放電音の音圧が低下している様子を示すグラフである。図１４の左側のグラフは、正常放電時の放電音の生データを示し、図１４の右側のグラフは、第２形態の異常放電の発生時の放電音の生データを示す。図１４から、第２形態の異常放電の発生時には、正常放電の発生時と比較して、音圧が約１０ｄＢ低下していることが把握される。

図１３に記載の例では、部材３４の材質と、部材３４’の材質とが異なる。放電音の発生位置Ｌ３と音響センサ５０の設置位置との間において、部材の材質が変化すると、材質が変化している位置で、音の反射あるいは音の減衰が誘起される。一般に、材質が変化している位置を通過する音の透過率Ｔは、下記式（１０）で表される。

ここで、ρ１は、部材３４’の密度、ρ２は、部材３４の密度、ｃ１は、部材３４’の材料中での音速、ｃ２は、部材３４の材料中での音速である。

式（１０）から、材質の変化により、音圧の低下が誘起されることが把握される。よって、上述の第４閾値ＴＨ４の設定に際しては、材質の変化を考慮して第４閾値ＴＨ４を設定するとよい。すなわち、材質の変化を考慮して第４閾値ＴＨ４を設定すれば、材質が変化する部位が存在する場合であっても、第２形態の異常放電の発生を判定することが可能となる。すなわち、演算装置６０（判定手段６６）は、評価対象スパークプラグについての音圧Ａｐ２が、第４閾値ＴＨ４以下である時、第２形態の異常放電が発生していると判定することが可能となる。

（スパークプラグの評価方法）
図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、第２の実施形態におけるスパークプラグの評価方法について説明する。図１５Ａは、基準値（基準音圧または第１閾値、基準放電距離または第２閾値等）の算出方法を示すフローチャートである。図１５Ｂは、スパークプラグの評価方法を示すフローチャートである。

第２の実施形態におけるスパークプラグの評価方法に関し、第１ステップＳ１乃至第１５ステップＳ１５は、第１の実施形態における第１ステップＳ１乃至第１５ステップＳ１５を含む。よって、第１ステップＳ１乃至第１５ステップＳ１５に関し、第１の実施形態にて既に説明されている内容について、繰り返しとなる説明は省略する。

第２の実施形態では、第６ステップＳ６において、付加的に、演算装置６０は、音響データに基づいて、正常なスパークプラグの放電音の音圧を算出する。算出された音圧は、第２基準音圧Ａｐｓ２として、記憶装置８０に記憶されてもよい。なお、第２基準音圧Ａｐｓ２として、上述の基準音圧Ａｐｓ（放電初期の音の高周波成分の音圧）を採用してもよい。代替的に、第２基準音圧Ａｐｓ２として、放電音全体の音圧を採用してもよい。演算装置６０は、第２基準音圧Ａｐｓ２に基づいて、上述の第４閾値ＴＨ４を算出してもよい。第４閾値ＴＨ４は、例えば、第２基準音圧Ａｐｓ２×係数Ｋ５（係数Ｋ５は、１より小さな数）に設定されてもよいし、第２基準音圧Ａｐｓ２＋係数Ｋ６（係数Ｋ６は、０より小さな数）に設定されてもよい。なお、第４閾値ＴＨ４が算出される場合、当該第４閾値は、記憶装置８０に記憶される。第４閾値ＴＨ４は、スパークプラグの特性（例えば、電極囲い体３０のサイズ、電極囲い体３０の材質、電極囲い体以外の部材の材質等）を考慮して決定される。

また、第２の実施形態では、第１３ステップＳ１３において、付加的に、演算装置６０は、演算装置６０は、音響データに基づいて、評価対象のスパークプラグの放電音の音圧を算出する。算出された音圧は、第２の評価対象音圧Ａｐｅ２として、記憶装置８０に記憶されてもよい。なお、第２の評価対象音圧Ａｐｅ２として、上述の評価対象音圧Ａｐｅをそのまま用いてもよい。代替的に、第２の評価対象音圧Ａｐｅ２として、評価対象のスパークプラグの放電音全体の音圧を用いてもよい。

さらに、第２の実施形態では、第１５ステップＳ１５において、付加的に、演算装置６０（判定手段６６）は、第２の評価対象音圧Ａｐｅ２が第４閾値ＴＨ４以下であるとき、放電は、第２形態の異常放電であると判定する。また、演算装置６０（判定手段６６）は、第２の評価対象音圧Ａｐｅ２が第４閾値ＴＨ４より大きいとき、放電は、第２形態の異常放電でないと判定する。

また、第２の実施形態では、第１６ステップＳ１６において、出力装置７０は、判定の結果（例えば、放電が、第２形態の異常放電であるか否か）を表示する。代替的に、あるいは、付加的に、出力装置７０は、現実の放電位置Ｌ２と、音響センサ５０との間の距離Ｄ２を表示してもよい。距離Ｄ２を表示する場合、距離Ｄ２の算出は、上述の式（９）（あるいは、上述の式（９）および式（１０））を用いて、演算装置６０によって行われる。算出された距離Ｄ２を示すデータは、演算装置６０から出力装置７０に送信される。距離Ｄ２が表示される場合、ユーザーは、当該距離Ｄ２に基づいて、異常放電が起こった場所を推定することができる。

第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を奏する。加えて、第２の実施形態では、放電音の音圧に基づいて、第２形態の異常放電の有無を判定する。このため、第２の実施形態では、第１形態の異常放電の発生と、第２形態の異常放電の発生とを区別することが可能である。よって、異常放電の種類に応じた、対策の選択が可能となる。

（第３の実施形態）
図３乃至図１５を参照して、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態または第２の実施形態で説明した構成を全て含む。加えて、第３の実施形態では、第１形態の異常放電の検出（あるいは、第１形態の異常放電の検出、および、第２形態の異常放電の検出）に加え、第３形態の異常放電の検出が可能である。なお、第３の実施形態のスパークプラグの評価装置において、第１の実施形態または第２の実施形態のスパークプラグの評価装置の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。

第３形態の異常放電は、本来放電が発生しないはずの意図せぬタイミングで放電が発生する異常放電、あるいは、本来放電が発生すべきタイミングで放電が発生しない異常放電である。正常なスパークプラグでは、昇圧回路３２に対する昇圧指令等のスパークプラグ作動トリガーの発生から、実際に放電が発生するまでの時間は、所定の閾値（第５閾値ＴＨ５）以上、所定の閾値（第６閾値ＴＨ６）以下である。これに対し、スパークプラグ作動トリガーの発生から、実際に放電が発生するまでの時間が、第５閾値ＴＨ５よりも小さい時、あるいは、第６閾値ＴＨ６よりも大きい時、放電が適切なタイミングで発生しているとは言えない。よって、演算装置６０（判定手段６６）は、スパークプラグ作動トリガーの発生から、実際に放電が発生するまでの時間が、第５閾値ＴＨ５よりも小さい時、あるいは、第６閾値ＴＨ６よりも大きい時、放電は、第３形態の異常放電であると判定する。なお、演算装置６０は、例えば、スパークプラグ作動トリガーの発生の時刻（タイミング）と、音響データから算出される放電発生時刻（タイミング）とに基づいて、スパークプラグ作動トリガーの発生から、実際に放電が発生するまでの時間を算出することが可能である。

第３の実施形態は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様の効果を奏する。加えて、第３の実施形態では、放電タイミングに基づいて、第３形態の異常放電の有無を判定する。このため、第３の実施形態では、第１形態の異常放電の発生と、第３形態の異常放電の発生とを区別することが可能である。よって、異常放電の種類に応じた、対策の選択が可能となる。

なお、実施形態におけるスパークプラグの評価装置、および、スパークプラグの評価方法は、液体ロケットエンジンのスパークプラグの評価、あるいは、自動車のスパークプラグの評価、その他のスパークプラグの評価に用いることが可能である。図１６に、液体ロケットエンジンのスパークプラグ１の一例を示す。図１６に示されるように、電極囲い体３０の内部には、燃料が導入されてもよい。

本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態にも適用可能である。

１ ：スパークプラグ
１０ ：第１電極
１０Ａ ：電子放出位置
１１ ：堆積物
２０ ：第２電極
２０Ａ ：電子受取位置
３０ ：電極囲い体
３２ ：昇圧回路
３４ ：部材
３４' ：部材
３５ ：点検孔
４２ ：光センサ
４４ ：オゾンセンサ
５０ ：音響センサ
６０ ：演算装置
６２ ：高周波成分抽出手段
６２’ ：ハイパスフィルタ
６４ ：放電距離算出手段
６６ ：判定手段
７０ ：出力装置
８０ ：記憶装置
１００ ：評価装置

Claims (7)

1. スパークプラグの電極囲い体に取り付けられる音響センサと、
   演算装置と、
   出力装置と
   を具備し、
   前記演算装置は、前記音響センサから音響データを受け取り、
   前記演算装置は、前記音響データに基づいて、放電初期における音の高周波成分の音圧である放電初期音圧を算出し、
   前記演算装置は、算出された前記放電初期音圧あるいは前記放電初期音圧から導出される放電距離が、閾値以上である時、前記スパークプラグの放電が、第１形態の異常放電であると判定し、
   前記演算装置は、判定結果を、前記出力装置に送信する
   スパークプラグの評価装置。
2. 前記演算装置は、前記放電初期音圧と前記放電距離との関係に基づいて、前記放電初期音圧から前記放電距離を導出し、導出された前記放電距離が前記閾値以上である時、前記放電が、第１形態の異常放電であると判定する
   請求項１に記載のスパークプラグの評価装置。
3. 前記出力装置は、前記放電距離を表示する
   請求項１または２に記載のスパークプラグの評価装置。
4. 前記演算装置は、正常なスパークプラグの放電初期における音の高周波成分の音圧、あるいは、正常なスパークプラグの放電距離に基づいて、前記閾値を算出する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスパークプラグの評価装置。
5. 前記演算装置は、算出された前記放電初期音圧あるいは前記放電距離が、前記閾値以上である時、前記放電は、前記電極囲い体の内部での異常放電であると判定し、
   前記演算装置は、前記音響データに対応する音圧が、前記閾値とは異なる第４閾値以下である時、前記放電は、前記電極囲い体の外部での異常放電であると判定する
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスパークプラグの評価装置。
6. 前記演算装置は、スパークプラグ作動トリガーの発生から、実際に放電が発生するまでの時間が、第５閾値よりも小さい時、あるいは、第６閾値よりも大きい時、放電タイミングが異常であると判定する
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスパークプラグの評価装置。
7. スパークプラグに音響センサを取り付ける工程と、
   前記音響センサから演算装置に音響データを送信する工程と、
   前記演算装置が、前記音響データに基づいて、放電初期における音の高周波成分の音圧である放電初期音圧を算出する工程と、
   前記演算装置が、算出された前記放電初期音圧あるいは前記放電初期音圧から導出される放電距離に基づいて、前記スパークプラグの放電が、第１形態の異常放電であるか否かを判定する工程と、
   前記演算装置から出力装置に、判定結果を送信する工程と、
   前記出力装置が、前記判定結果を表示する工程と
   を具備する
   スパークプラグの評価方法。
   

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