WO2019092907A1

WO2019092907A1 - 点火装置

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Publication number: WO2019092907A1
Application number: PCT/JP2018/019978
Authority: WO
Inventors: 貴裕井上; 民田　太一郎; 良太朝倉; 友一坂下; 橋本　隆
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-05-16
Also published as: US20200271084A1; JP6723477B2; DE112018005453T5; JPWO2019092907A1; US10907606B2

Abstract

この発明の点火装置は、第１電極、第２電極、および電極間に配置された誘電体を有する点火プラグと、電極間に印加するための交流電圧を生成する交流電源と、電極間で熱プラズマが発生した場合には熱プラズマ発生信号を出力する熱プラズマ検出部と、内燃機関の１回のサイクルにおける交流電圧の印加時間を、印加する前にあらかじめ決定し、印加時間に従って交流電圧を印加中に熱プラズマ発生信号を受信した場合には、印加時間を短縮するように変更する印加時間決定部とを備える。

Description

点火装置

　本発明は、バリア放電を利用した内燃機関の点火装置に関するものである。

　内燃機関において、燃費向上に向けた希薄燃焼あるいは高ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、排気再循環）環境下では、点火が不安定となる。このため、体積的な点火が可能であるバリア放電式の点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１４－５１３７６０号公報

　特許文献１に係る発明は、全ての金属電極が混合気に露出した点火プラグ、および短パルス電源を用いて、低温プラズマを形成する点火装置において、低温プラズマから熱プラズマへの遷移を検出し、遮断する技術を提案している。

　しかしながら、特許文献１に係る発明は、少なくとも片方の電極が誘電体に覆われた点火プラグと交流電源を用いて、バリア放電を生成する点火装置である。このため、誘電体が絶縁破壊した際には、意図的に低温プラズマを生成する術がなく、点火装置としての正常動作が不可能となる。そこで、誘電体が絶縁破壊した異常状態において、最低限の点火性能を維持しつつ、かつ点火装置が故障しない制御方式が必要となる。

　本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、点火プラグの誘電体が絶縁破壊した際にも最低限の点火性能を維持しつつ、故障を回避することが可能となるバリア放電式の点火装置を得ることを目的とする。

　本発明に係る点火装置は、第１電極、第２電極、および第１電極と第２電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関に配置される点火プラグと、第１電極と第２電極との間に印加するための交流電圧を生成する交流電源と、第１電極と第２電極との間で熱プラズマが発生したか否かを検出し、熱プラズマを検出した場合には熱プラズマ発生信号を出力する熱プラズマ検出部と、内燃機関の１回のサイクルにおける交流電圧の印加時間を、印加する前にあらかじめ決定し、印加時間に従って交流電圧を印加中に熱プラズマ発生信号を受信した場合には、印加時間を短縮するように変更する印加時間決定部とを備えるものである。

　本発明によれば、あらかじめ決められた印加時間に従って点火プラグに交流電圧を印加中において、熱プラズマの発生が検出された場合には印加時間を短縮する制御を行う構成を備えている。この結果、点火プラグの誘電体が絶縁破壊した際にも最低限の点火性能を維持しつつ、故障を回避することが可能となるバリア放電式の点火装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１による点火装置の構成の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態１による交流電源２０の一例を示す回路図である。本発明の実施の形態１による点火装置の点火プラグの一例を示す概略図である。本発明の実施の形態１による点火装置において、正常時に点火プラグに印加される交流電圧の波形の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態１による点火装置において、異常時に点火プラグに印加される交流電圧の波形の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態１による点火装置の制御フローの一例を示す概略図である。本発明の実施の形態２による点火装置の構成の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態２による点火装置において、断続的に熱プラズマが発生した際の交流電圧の波形の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態２による点火装置の制御フローの一例を示す概略図である。本発明の実施の形態３による点火装置の制御フローの一例を示す概略図である。

　以下、本発明の点火装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による点火装置の構成の一例を示す概略図である。本実施の形態１に係る点火装置は、点火プラグが破損した場合にも、点火装置を故障させることなく、燃料を安定して点火できることを技術的特徴としている。

　図１に示した点火装置は、制御ユニット１０、交流電源２０、および点火プラグ５０を備えて構成されている。交流電源２０および点火プラグ５０は、電気的に接続されている。また、点火プラグ５０の一端は、内燃機関の燃焼室１００内に配置されている。交流電源２０は、交流電圧を生成する。点火プラグ５０は、交流電圧が印加されることにより、内燃機関の燃焼室１００内でバリア放電を発生させる。

　制御ユニット１０は、交流電源２０と電気的に接続されている。そして、制御ユニット１０は、１回の点火で印加する交流電圧の時間を決定する印加時間決定部１１、および点火プラグ５０において熱プラズマの有無を検出して熱プラズマ発生信号として出力する熱プラズマ検出部１２を備えて構成されている。

　本実施の形態１に係る交流電源２０は、直流電圧を交流電圧に変換する機能、および交流電圧を昇圧する機能を備えている。ここで、交流電圧は、バリア放電の発生が可能であればよく、正弦波に限定するものでなく、矩形波であってもよい。

　図２は、本発明の実施の形態１による交流電源２０の一例を示す回路図である。図２に示した交流電源２０は、直流電源２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、スイッチング素子２３、昇圧トランス２４、および共振コイル２５を含んで構成されている。

　交流電源２０内で用いられる直流電源２１は、一般的な自動車のバッテリの電圧である直流１２Ｖが該当する。交流電源２０は、直流電源２１の直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２２で２～４０倍に昇圧した後に、スイッチング素子２３を用いて交流電圧に変換し、さらに、昇圧トランス２４および共振コイル２５で交流電圧の昇圧を行う。直流から交流への変換は、スイッチング素子２３を２直列２並列の合計４つ用いたフルブリッジ回路にて行われる。

　なお、本実施の形態１では、直流から交流への変換をフルブリッジ回路で行っているが、ハーフブリッジ回路を使用してもよい。ハーフブリッジ回路を使用する場合には、スイッチング素子２３が２つで済むが、同じ昇圧比でも２倍の電圧がスイッチング素子２３に印加される。このため、スイッチング素子２３は、より高い耐電圧を有するものを選定しなくてはならない。

　昇圧トランス２４は、スイッチング素子２３を用いて生成された交流電圧を昇圧する。昇圧トランス２４における１次巻き線および２次巻き線の巻き数比は、２～２００倍とする。２次巻き線側の一端は、共振コイル２５を経由して点火プラグ５０に接続されており、２次巻き線側の他端は、エンジン筐体と同電位となっている。昇圧トランス２４で昇圧された交流電圧は、ＬＣ共振を利用してさらに昇圧される。

　ＬＣ共振における静電容量Ｃ成分は、点火プラグ５０が有する浮遊容量と、共振コイル２５から点火プラグ５０までの配線が有する浮遊容量との合成である。一方で、ＬＣ共振におけるインダクタンスＬ成分は、共振コイル２５が有するインダクタンス、昇圧トランス２４の漏れインダクタンス、および昇圧トランス２４から点火プラグ５０までの配線が有するインダクタンスの合成である。

　なお、昇圧トランス２４は、必ずしも構成要素とする必要は無く、構成要素としない場合には、システムの小型化が可能となる。しかしながら、昇圧トランス２４を構成要素としない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２およびＬＣ共振による昇圧のみでバリア放電させる必要がある。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の負担が大きくなるうえ、そもそも電圧の昇圧不足でバリア放電が発生しないリスクが生じる。

　反対に、昇圧トランス２４を構成要素とした場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２およびＬＣ共振で求められる昇圧比を低減することが可能となる。

　同様に、共振コイル２５は、必ずしも構成要素とする必要は無く、構成要素としない場合には、システムの小型化が可能となる。反対に、共振コイル２５を構成要素とした場合には、ＬＣ共振における交流電圧の共振周波数を下げることができる。このため、スイッチング素子２３として、より安価な素子が使用でき、また、高電圧経路での絶縁対策が容易となる。

　共振コイル２５は、例えば、フェライトコアを用いた鉄芯リアクトルを採用してもよいし、コア材を使わない空芯リアクトルを採用してもよい。鉄芯リアクトルを採用した場合には、より大きなインダクタンスを得ることができ、一方、空芯リアクトルを採用した場合には、コア材の発熱を考慮する必要がない。

　また、直流電源２１の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により昇圧せずに、スイッチング素子２３により直接的に交流に変換してもよい。直接交流に変換した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が不要となる利点がある。その反面、昇圧トランス２４、並びに共振コイル２５および点火プラグ５０を利用したＬＣ共振で求められる昇圧比が増加するため、システムのサイズが大きくなってしまう。

　図３は、本発明の実施の形態１による点火装置の点火プラグ５０の一例を示す概略図である。本実施の形態１に係る点火プラグ５０は、バリア放電を発生させる電極を備えている。より具体的には、点火プラグ５０は、第１電極５２、誘電体５３、第２電極５４、および放電領域５５を備えて構成されている。

　点火プラグ５０は、第１電極５２および第２電極５４の少なくとも一方を誘電体５３で覆った構造を有している。点火プラグ５０の中心軸上には、棒状の導体である第１電極５２（中心電極５２）が配置されている。第１電極５２は、一端が共振コイル２５に接続され、他端が放電領域５５まで到達している。

　中心電極５２は、共振コイル２５への接続部以外では、全方位にわたって誘電体５３によって覆われている。また、誘電体５３の全周囲は、第２電極５４（周辺電極５４）により覆われている。すなわち、中心電極５２と、誘電体５３と、周辺電極５４は、共通の中心軸を持ち、全て固定されて一体型となっている。

　放電領域５５では、誘電体５３と周辺電極５４との間に、３．０ｍｍ以下の間隙（放電ギャップ）が設けられている。この放電ギャップにおいて、混合気を点火するためのバリア放電が発生する。間隙を設けることにより、誘電体５３の肉厚は、放電領域５５では薄くなり、０．１ｍｍ～５ｍｍとなる。

　なお、放電領域５５において、誘電体５３と周辺電極５４との間には、必ずしも間隙を設ける必要は無い。間隙を設けない場合には、誘電体５３と、周辺電極５４と、周辺気体の３つの物質が接触する位置から、誘電体５３の沿面に沿ったバリア放電が発生する。

　沿面上のバリア放電は、消炎作用の影響を受けるため、点火に不利な放電である。その一方で、沿面上のバリア放電は、消費電力を抑制できる点、および放電開始電圧が低くできる点で有利である。

　誘電体５３は、肉厚が薄くなるほど、誘電体５３の電気的もしくは機械的な強度が低下するが、放電ギャップを大きく取ることができるため、点火に有利となる。反対に、誘電体５３は、肉厚を厚くすると、電気的もしくは機械的な強度は向上するが、放電ギャップが小さくなるため、点火に不利となる。さらに、誘電体５３は、肉厚を厚くすると、半径方向の温度勾配による熱応力が増加する。

　誘電体５３と周辺電極５４とは、放電領域５５以外では接触していてもよいし、間に空気、もしくは空気および燃料の混合気が存在していてもよい。また、誘電体５３と周辺電極５４とは、放電領域５５において一部だけが接触していてもよく、誘電体５３と周辺電極５４との接触領域の面積を調整することで、エンジン稼働中の点火プラグ５０の温度が調整可能となる。

　図４は、本発明の実施の形態１による点火装置において、正常時に点火プラグ５０に印加される交流電圧の波形の一例を示す概略図である。図４に示すように、１回の点火において、複数周期にわたる交流電圧が点火プラグ５０に印加される。この結果、あらかじめ決められた時間、バリア放電が行われ、低温プラズマが形成されることで、燃料を点火する。

　なお、図４に示す電圧波形の初期段階において、電圧が徐々に上昇しているのは、ＬＣ共振の特徴を示したものである。以降、１回の点火において、ＬＣ共振中も含めた、交流電圧を印加する時間を、単に印加時間として記載する。

　印加時間決定部１１は、点火するよりも事前に、印加時間を決定しておく機能を備える。印加時間は、長い方が安定して点火する点では利点があり、短い方が消費電力の点では利点がある。例えば、内燃機関の稼動条件において、点火が不安定となりやすい条件では、印加時間をより長く設定し、点火が安定しやすい条件では、印加時間をより短く設定することができる。

　なお、印加時間の決定は、必ずしも点火装置で行う必要は無い。例えば、自動車であれば、ＥＣＵが印加時間を決定し、点火信号の長さによって、交流電源２０に印加時間の情報を伝達してもよい。また、印加時間だけでなく、交流電源２０が発振する周波数の増減によっても、１回の点火での消費電力を調整することが可能である。

　電圧が一定であれば、消費電力は、周波数に比例する。これに対して、ＬＣ共振を用いて電圧を昇圧している場合には、共振周波数から遠ざけることにより、電圧を下げて消費電力を低下させることができる。本実施の形態１に係る点火装置は、印加時間および周波数を選択的に調整することによって、例えば、内燃機関の高回転時では高出力短時間放電、低回転時では低出力長時間放電、といった制御が可能となる。

　なお、交流電圧波形は、正弦波に限定されるものではなく、例えば、矩形波でもよい。矩形波の方が交流電源２０に求められる要求仕様が厳しいが、正弦波よりも多くの放電を発生させることができるため、確実に点火させるという点で有利である。反対に、正弦波を用いる場合には、小型化、低コスト化の面で有利である。

　図５は、本発明の実施の形態１による点火装置において、異常時に点火プラグ５０に印加される交流電圧の波形の一例を示す概略図である。ここでの異常時とは、点火プラグ５０の放電領域５５における誘電体５３が破損し、燃焼室１００内において、中心電極５２および周辺電極５４の間隙に誘電体５３を介さない経路が存在する状態のことである。

　誘電体５３が破損する代表的な原因としては、印加した交流電圧による電気的な貫通破壊、異物の衝突による衝撃破壊、および熱応力による破損がある。いずれの原因であっても、誘電体５３が破損して中心電極５２が露出した場合には、熱プラズマが生成される。このため、バリア放電を発生させることが不可能となる。

　図５に示す電圧波形は、交流電圧の印加初期段階において、ＬＣ共振によって徐々に電圧が上昇し、放電開始電圧の到達後に熱プラズマが発生し、電圧が降下する現象を示している。点火プラグ５０における熱プラズマの有無は、熱プラズマ検出部１２にて判定する。

　例えば、交流電源２０において、いずれかの箇所の電圧波形の変化もしくは電流波形の変化から、点火プラグ５０における熱プラズマの有無を精度よく推測することができる。もしくは、自動車であれば、バッテリの電力消費量もしくは電圧降下から、点火プラグ５０における熱プラズマの有無を判定してもよく、この場合には、精度は低いが安価で実現できる。

　熱プラズマ生成時においては、低温プラズマ生成時より中心電極５２に大きな電流が流れ、一度発生した熱プラズマは、交流電圧を印加している間、持続する。よって、熱プラズマが発生した場合には、交流電源２０において許容値を超える出力となり、交流電源２０が故障するおそれがある。従って、交流電源２０の故障を回避するためには、熱プラズマを検出した際に、印加時間を短く設定し、電源負荷を低減する必要がある。

　図６は、本発明の実施の形態１による点火装置の制御フローの一例を示す概略図である。ステップＳ１０１において、制御ユニット１０は、点火が開始する以前に、印加時間決定部１１により、印加時間を決定しておく。その後、ステップＳ１０２において、制御ユニット１０は、交流電源２０を制御することで、ステップＳ１０１で決定しておいた印加時間に従って、点火プラグ５０に対して交流電圧を印加する。

　そして、交流電圧を印加中に、ステップＳ１０３において、制御ユニット１０は、熱プラズマ検出部１２により、熱プラズマの有無を判定する。制御ユニット１０は、熱プラズマ有りと判定した場合には、ステップＳ１０４に進み、印加時間を短縮する。

　このＳ１０４による印加時間の短縮処理は、熱プラズマを検出した時点でのサイクルから適用されることで、電源負荷を確実に低減できる。また、制御ユニット１０は、熱プラズマ有りと判定した時点のサイクルの次のサイクルから、もしくは複数回にわたって判定した後から、印加時間を短縮して設定してもよい。その場合には、一定時間電源負荷が増大することとなるが、ノイズによる誤動作に対してのロバスト性を向上させることができる。

　制御ユニット１０は、ステップＳ１０４において印加時間を短縮する場合に、熱プラズマを検出した時点から印加を停止するまでの時間として、最低でも交流電圧の半周期以上に相当する時間を確保するように設定する。点火プラグ５０で熱プラズマが生成される状態においては、バリア放電が生成されない。このため、この状態では、熱プラズマによって点火が行われるが、安定した点火には、少なくとも半周期以上の時間を要する。

　よって、交流電源２０の保護と併せて、安定した点火を実施するためには、短縮後の印加時間を、あらかじめ設定されていた印加時間よりも短く、かつ、熱プラズマを検出した時点から印加を停止するまでの時間が交流電圧の半周期以上に相当する時間となるように設定する必要がある。

　例えば、正常時に５ｋＨｚの交流電圧を３ｍｓの印加時間で設定している際に、交流電圧印加後、１．５ｍｓの時点で熱プラズマを検出したことを想定する。この場合、交流電圧の周期は、０．２ｍｓであり、半周期は、０．１ｍｓとなる。そこで、制御ユニット１０は、交流電圧印加後、１．６ｍｓ以上、かつ３．０ｍｓ未満となるように、短縮後の印加時間を再設定する。

　なお、熱プラズマの検出時点から交流電圧の半周期を加算した時間があらかじめ設定していた印加時間よりも長くなる場合には、制御ユニット１０は、印加時間の短い方を優先して設定する。すなわち、制御ユニット１０は、再設定する印加時間が、あらかじめ設定していた印加時間よりも長くならないようにする。

　以上のように、実施の形態１によれば、点火処理時における熱プラズマの有無を検出し、熱プラズマが発生したと判断された場合には、点火プラグに対する交流電圧の印加時間を短縮させる構成を備えている。さらに、熱プラズマを検出した時点から印加を停止するまでの時間として、最低でも交流電圧の半周期以上に相当する時間が確保されるように、印加時間を再設定できる構成を備えている。

　この結果、点火プラグの誘電体が絶縁破壊した際にも最低限の点火性能を維持しつつ、故障を回避することが可能となるバリア放電式の点火装置を実現できる。すなわち、点火プラグが破損した場合にも、装置を故障させることなく、燃料を安定して点火できる点火装置を実現できる。

　実施の形態２．
　本実施の形態２は、先の実施の形態１による点火装置に対して一部の構成要素を追加することで、機能のさらなる拡張を図ったものである。なお、以下では、先の実施の形態１と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

　図７は、本発明の実施の形態２による点火装置の構成の一例を示す概略図である。本実施の形態２では、交流電源２０が生成する交流電圧の半周期の時間を超える期間で熱プラズマが維持されているかを検出し、熱プラズマ維持信号を出力する熱プラズマ維持検出部１３をさらに備えている。熱プラズマの検出には、実施の形態１で記述した熱プラズマ検出部１２を用いる。そして、熱プラズマ維持検出部１３は、熱プラズマ検出部１２によって検出された熱プラズマ有りの状態が、維持されているか否かを判定する。

　先の図５では、一度発生した熱プラズマが、交流電圧を印加している期間で消失せずに維持されている場合を例示した。しかしながら、必ずしも熱プラズマが維持されるわけではなく、断続的に熱プラズマが発生する場合もある。

　図８は、本発明の実施の形態２による点火装置において、断続的に熱プラズマが発生した際の交流電圧の波形の一例を示す概略図である。熱プラズマが発生した際には、ＬＣ共振が成立しなくなる。このため、ＬＣ共振による電圧の増幅期間が再度発生することとなる。

　発生した熱プラズマが消失する時間よりも、交流電圧の正負が反転する時間の方が短い場合には、熱プラズマが維持され、反対に、交流電圧の正負が反転する時間の方が長い場合には、熱プラズマは消失する。すなわち、交流電圧の周波数が低いほど、断続的な熱プラズマの発生となりやすい。熱プラズマが維持されているか否かによって、印加時間の調整方法を変更することが、本実施の形態２の特徴の一つである。

　図９は、本発明の実施の形態２による点火装置の制御フローの一例を示す概略図である。ステップＳ１０１～ステップＳ１０３までは、先の実施の形態１と同様である。ステップＳ１０３において熱プラズマ有りと判定された際には、制御ユニット１０は、ステップＳ２０１に進み、熱プラズマ維持検出部１３により、熱プラズマの維持を検出したか否かを判断する。

　ステップＳ２０１において熱プラズマの維持が検出されたと判断した場合には、ステップＳ１０４に進み、制御ユニット１０は、印加時間を短縮する。

　一方、ステップＳ２０１において熱プラズマの維持が検出されなかったと判断した場合、すなわち、断続的な熱プラズマが発生していると判断した場合には、ステップＳ２０２に進む。そして、制御ユニット１０は、ステップＳ２０２において、内燃機関の稼動条件の判別を行う。

　具体的には、制御ユニット１０は、内燃機関の回転数をもとに、この稼働条件の判別を行う。交流電源２０の供給電力は、回転数が高いほど増加する。このため、制御ユニット１０は、回転数が高いときには、交流電源２０の保護を優先して、ステップＳ２０３に進み、印加時間の短縮を行う。

　一方、制御ユニット１０は、回転数が低いときには、交流電源２０の負荷が比較的小さいため、安定点火を優先して、ステップＳ２０４に進み、印加時間の延長を行う。制御ユニット１０は、一定の回転数をしきい値とすることで、ステップＳ２０３またはステップＳ２０４への分岐を判断できる。すなわち、制御ユニット１０は、総じて、回転数が高いほど印加時間が短くなるように、そして、回転数が低いほど印加時間が長くなるように、設定変更する。

　なお、ステップＳ２０２の処理を実行する際に、制御ユニット１０は、回転数の代わりに、内燃機関の負荷もしくは空燃比をもとにエンジン条件判別を行ってもよい。負荷が高い、もしくは空燃比が低い条件の方が、より安定点火しやすい。よって、制御ユニット１０は、負荷が高い、もしくは空燃比が低い条件が成立する場合には、ステップＳ２０３に進み、印加時間の短縮を行い、反対に、負荷が低い、もしくは空燃比が高い条件が成立する場合には、ステップＳ２０４に進み、印加時間の延長を行うこともできる。

　回転数でエンジン条件判別を行った場合には、交流電源２０の保護を基準にした制御が実行されることとなる。また、負荷もしくは空燃比でエンジン条件判別を行った場合には、安定点火を基準にした制御が実行されることとなる。両者いずれの場合にも、電源保護および安定点火の両立という効果が得られる。

　なお、ステップＳ２０１において熱プラズマの維持が検出されなかった場合には、制御ユニット１０は、ステップＳ２０２におけるエンジン条件判別を行う代わりに、交流電圧の周波数を上げる処理を実行してもよい。交流電圧の周波数を上げることで、意図的に熱プラズマを維持させることができる。この結果、ステップＳ２０２を削減でき、制御の簡素化および高速化の効果を得ることができる。

　以上のように、実施の形態２によれば、熱プラズマの維持状態およびエンジン条件をさらに考慮して、点火プラグに対する交流電圧の印加時間を適切な値に変更できる構成をさらに備えている。この結果、先の実施の形態１よりも高精度に、電源保護と安定点火の両立を図ることができる。特に、断続的な熱プラズマが発生した際にも、エンジンの運転状態に応じて投入エネルギを適切に調整することができる。

　実施の形態３．
　本実施の形態３は、先の実施の形態２による点火装置に対して一部の構成要素を追加することで、機能のさらなる拡張を図ったものである。なお、以下では、先の実施の形態２と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

　本実施の形態３では、熱プラズマを検出した際に、内燃機関における燃料に対する空気の混合比率を下げる信号を出力する空燃比減少処理をさらに備えている。図１０は、本発明の実施の形態３による点火装置の制御フローの一例を示す概略図である。

　図１０では、先の図９のフローチャートでの一連処理に加えて、ステップＳ３０１による空燃比減少処理工程をさらに備えている。より具体的には、ステップＳ１０３において熱プラズマが検出された際には、制御ユニット１０は、ステップＳ３０１に進み、空燃比減少処理を実行する。

　すなわち、本実施の形態３における制御ユニット１０は、熱プラズマが検出された場合には、空燃比を下げて、安定点火しやすい条件としている。このような空燃比減少処理を実行することで、空燃比を下げなかった場合と比べ、印加時間をより短く設定することができるため、電源保護が容易となる。すなわち、後段のステップＳ１０４において、制御ユニット１０は、印加時間を短縮する際に、先の実施の形態２よりも、短縮量をより大きくすることができる。

　さらに、制御ユニット１０は、ステップＳ３０１による空燃比減少処理を実行することで、ステップＳ２０２におけるエンジン条件判別後においても、ステップＳ２０３もしくはステップＳ２０４における変更後の印加時間を、先の実施の形態２よりも、総じて短く設定することができる。

　また、制御ユニット１０は、電源保護を優先として、ステップＳ２０４を無視し、ステップＳ２０３に一本化して、処理を進めることも可能である。ステップＳ２０２の後の処理を、ステップＳ２０３に一本化することにより、制御の簡素化および高速化が可能となる。

　なお、熱プラズマを検出した際には、制御ユニット１０は、点火時期を再設定する信号を出力し、さらに、空燃比を減少させた際には、減少量に応じて点火時期を遅角させる信号を出力する。点火条件を適正化することにより、点火プラグが破損した状態でも、安定的な燃焼をもたらす効果を得ることができる。

　このような一連の空燃比減少処理は、例えば、制御ユニット１０内の熱プラズマ検出部１２によって実行することもできる。

　以上のように、実施の形態３によれば、熱プラズマが検出された場合に、空燃比を減少させることで、誘電体が絶縁破壊した異常状態において、安定点火しやすい条件を確率させる構成をさらに備えている。この結果、先の実施の形態２よりも高精度に、電源保護と安定点火の両立を図ることができる。

　１０　制御ユニット、１１　印加時間決定部、１２　熱プラズマ検出部、１３　熱プラズマ維持検出部、２０　交流電源、２１　直流電源、２２　ＤＣ／ＤＣコンバータ、２３　スイッチング素子、２４　昇圧トランス、２５　共振コイル、５０　点火プラグ、５２　第１電極、５３　誘電体、５４　第２電極、５５　放電領域。

Claims

　第１電極、第２電極、および前記第１電極と前記第２電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関に配置される点火プラグと、
　前記第１電極と前記第２電極との間に印加するための交流電圧を生成する交流電源と、
　前記第１電極と前記第２電極との間で熱プラズマが発生したか否かを検出し、前記熱プラズマを検出した場合には熱プラズマ発生信号を出力する熱プラズマ検出部と、
　前記内燃機関の１回のサイクルにおける前記交流電圧の印加時間を、印加する前にあらかじめ決定し、前記印加時間に従って前記交流電圧を印加中に前記熱プラズマ発生信号を受信した場合には、前記印加時間を短縮するように変更する印加時間決定部と
　を備える点火装置。
　前記印加時間決定部は、前記熱プラズマ発生信号を受信した場合には、前記熱プラズマ検出部により前記熱プラズマが検出された時点から前記交流電圧の印加を終了させるまでの時間が、前記交流電圧の半周期の時間以上となるように、変更後の印加時間を決定する
　請求項１に記載の点火装置。
　前記熱プラズマ検出部により前記熱プラズマが検出された時点から前記交流電圧の半周期の間、前記熱プラズマが維持されているか否かを検出し、前記熱プラズマが維持されている場合には熱プラズマ維持信号を出力する熱プラズマ維持検出部をさらに備え、
　前記印加時間決定部は、前記熱プラズマ発生信号を受信し、さらに前記熱プラズマ維持信号を受信した場合に、前記印加時間を短縮するように変更する
　請求項１に記載の点火装置。
　前記印加時間決定部は、前記熱プラズマ発生信号を受信し、かつ、前記熱プラズマ検出部により前記熱プラズマが検出された時点から前記交流電圧の半周期が経過しても前記熱プラズマ維持信号を受信しなかった場合には、前記内燃機関の回転数に応じて前記印加時間を決定し、前記回転数が高いほど前記印加時間が短くなるように変更する
　請求項３に記載の点火装置。
　前記印加時間決定部は、前記熱プラズマ発生信号を受信し、かつ、前記熱プラズマ検出部により前記熱プラズマが検出された時点から前記交流電圧の半周期が経過しても前記熱プラズマ維持信号を受信しなかった場合には、前記内燃機関の負荷に応じて前記印加時間を決定し、前記負荷が高いほど前記印加時間が短くなるように変更する
　請求項３に記載の点火装置。
　前記印加時間決定部は、前記熱プラズマ発生信号を受信し、かつ、前記熱プラズマ検出部により前記熱プラズマが検出された時点から前記交流電圧の半周期が経過しても前記熱プラズマ維持信号を受信しなかった場合には、前記内燃機関の燃料に対する空気の混合比率に応じて前記印加時間を決定し、前記混合比率が低いほど前記印加時間が短くなるように変更する
　請求項３に記載の点火装置。
　前記熱プラズマ検出部は、前記熱プラズマを検出した場合には、前記内燃機関における燃料に対する空気の混合比率を下げるための信号を出力する
　請求項１から６のいずれか１項に記載の点火装置。