(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、
一対の電極、及び前記一対の電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関の燃焼室に配置される点火プラグと、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と前記点火プラグとの間を接続し、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から前記点火プラグまでの回路全体の共振周波数を変化させる周波数変更回路を有する周波数変更接続回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチをオンオフ制御して、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流周波数の交流電圧を出力させ、前記点火プラグに供給させる制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記周波数変更接続回路の前記周波数変更回路を制御して前記共振周波数を変化させ、
前記共振周波数の変化に連動して、前記交流周波数を変化させ、前記交流周波数を、共振により前記ＤＣ／ＡＣ変換器の出力電圧に対して前記点火プラグの印加電圧が増幅される増幅周波数帯内に変化させる点火システム。
【請求項２】
直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、
一対の電極、及び前記一対の電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関の燃焼室に配置される点火プラグと、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と前記点火プラグとの間を接続し、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から前記点火プラグまでの回路全体の共振周波数を変化させる周波数変更回路を有する周波数変更接続回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチをオンオフ制御して、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流周波数の交流電圧を出力させ、前記点火プラグに供給させる制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記周波数変更接続回路の前記周波数変更回路を制御して前記共振周波数を変化させ、前記交流周波数を変化させ、
前記内燃機関の失火を検知した場合に、前記交流周波数及び前記共振周波数を、失火を検出していない場合よりも高くする点火システム。
【請求項３】
直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、
一対の電極、及び前記一対の電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関の燃焼室に配置される点火プラグと、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と前記点火プラグとの間を接続し、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から前記点火プラグまでの回路全体の共振周波数を変化させる周波数変更回路を有する周波数変更接続回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチをオンオフ制御して、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流周波数の交流電圧を出力させ、前記点火プラグに供給させる制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記周波数変更接続回路の前記周波数変更回路を制御して前記共振周波数を変化させ、前記交流周波数を変化させ、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、着火しにくい状態であるか否かを判定し、着火しにくい状態であると判定した場合に、前記交流周波数及び前記共振周波数を、着火しにくい状態でないと判定している場合よりも高くする点火システム。
【請求項４】
直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、
一対の電極、及び前記一対の電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関の燃焼室に配置される点火プラグと、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と前記点火プラグとの間を接続し、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から前記点火プラグまでの回路全体の共振周波数を変化させる周波数変更回路を有する周波数変更接続回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチをオンオフ制御して、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流周波数の交流電圧を出力させ、前記点火プラグに供給させる制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記周波数変更接続回路の前記周波数変更回路を制御して前記共振周波数を変化させ、前記交流周波数を変化させ、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、着火しやすい状態であるか否かを判定し、着火しやすい状態であると判定したときに、前記交流周波数及び前記共振周波数を、着火しやすい状態でないと判定している場合よりも低くする点火システム。
【請求項５】
直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、
一対の電極、及び前記一対の電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関の燃焼室に配置される点火プラグと、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と前記点火プラグとの間を接続し、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から前記点火プラグまでの回路全体の共振周波数を変化させる周波数変更回路を有する周波数変更接続回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチをオンオフ制御して、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流周波数の交流電圧を出力させ、前記点火プラグに供給させる制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記周波数変更接続回路の前記周波数変更回路を制御して前記共振周波数を変化させ、前記交流周波数を変化させ、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電圧の出力中に、前記共振周波数及び前記交流周波数を増加させる際に、前記交流周波数を増加させた後、前記共振周波数を増加させる点火システム。
【請求項６】
直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、
一対の電極、及び前記一対の電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関の燃焼室に配置される点火プラグと、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と前記点火プラグとの間を接続し、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から前記点火プラグまでの回路全体の共振周波数を変化させる周波数変更回路を有する周波数変更接続回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチをオンオフ制御して、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流周波数の交流電圧を出力させ、前記点火プラグに供給させる制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記周波数変更接続回路の前記周波数変更回路を制御して前記共振周波数を変化させ、前記交流周波数を変化させ、
前記燃焼室内への空気の流入が開始してから、点火を開始するまでの期間に点火前期間と、点火を行う点火期間とにおいて、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流電力を出力させ、前記点火前期間の前記交流周波数及び前記共振周波数と、前記点火期間の前記交流周波数及び前記共振周波数と、を変化させ、
前記点火期間の前記交流周波数及び前記共振周波数を、前記点火前期間の前記交流周波数及び前記共振周波数よりも高くする点火システム。
【請求項７】
前記周波数変更接続回路は、２つ以上のインダクタと、前記周波数変更回路として、前記回路全体に対する前記インダクタの接続関係を変化させる１つ以上のスイッチと、を有し、前記周波数変更接続回路のスイッチのオン又はオフにより、前記回路全体のインダクタンスが変化し、前記共振周波数が変化する請求項１から６のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項８】
前記制御回路は、前記交流周波数を、前記増幅周波数帯内であって、前記共振周波数以上の周波数に変化させる請求項１に記載の点火システム。
【請求項９】
前記制御回路は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記交流周波数及び前記共振周波数を変化させる請求項１から８のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記内燃機関の運転状態として、前記内燃機関の回転速度と、前記燃焼室内の圧力情報と、燃焼室の圧縮比と、空燃比と、排気ガス再循環率と、失火の有無とのうち少なくとも１つ以上を用いる請求項９に記載の点火システム。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電圧の出力中に、前記共振周波数及び前記交流周波数を低下させる際に、前記共振周波数を低下させた後、前記交流周波数を低下させる請求項１から１０のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記交流周波数及び前記共振周波数を変化させる際に、前記ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電圧の出力を停止し、交流電圧の出力停止中に、前記共振周波数を変化させ、交流電圧の出力再開時に、前記交流周波数を変化させる請求項１から４、及び６のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１３】
前記周波数変更接続回路は、全てのスイッチがオフになった状態でも、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から出力された交流電力を前記点火プラグに供給する請求項１から１２のいずれか一項に記載の点火システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、点火システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関の燃費を向上させる手法として、希薄混合気を燃焼させる希薄燃焼方式、排気ガスを燃焼室内に再循環させる排気ガス再循環方式、又は燃焼室を高圧縮比にする方式などが開発されている。しかし、いずれの方式も燃料への点火が難しいという課題があり、着火性の向上が要求されている。【０００３】
点火装置の着火性向上要求に対して、非平衡プラズマである誘電体バリア放電で化学的活性種を発生させ、着火後の燃焼性促進、又は燃料への直接点火を実現する点火システム提案されている（特許文献１）。燃焼性促進では、点火時期の前において、点火しない程度のエネルギーを持つ非平衡プラズマを発生させ、多くの化学的活性種を発生させる。直接点火では、点火時期おいて、高エネルギーを投入することによって、燃料を直接的に燃焼させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６４８２６８４号
【特許文献２】特許第４９２４２７５号
【特許文献３】特開平９−１７２７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の通り、誘電体バリア放電を用いた点火装置は、目的によって放電に必要な放電エネルギーが異なるため、目的、タイミングに合わせて放電エネルギーを調整することが望ましい。誘電体バリア放電の放電エネルギーは、一般的に、点火プラグなどの構造及び電極間の環境等で定まる負荷容量、負荷印加電圧の最大値、放電維持電圧、負荷印加電圧の周波数、負荷への電圧印加時間によって定まる。負荷容量と放電維持電圧は、装置構造及び動作環境によって自ずと決定される。そのため、放電エネルギーの調整に使用可能なパラメータは、負荷印加電圧の最大値と周波数、及び負荷への電圧印加時間となる。【０００６】
特許文献２では、所定の点火プラグを使用した点火装置において、出力交流電圧の電圧値、又は波数を制御することによって、放電エネルギーを調整することが提案されている。ここで波数は、交流電圧周波数と電圧印加時間から定まる。特許文献２には具体的な電気回路の構成は記述されていないが、高電圧出力の交流電源には非常に大きな巻き数比のトランス、多数の半導体スイッチが必要と考えられ、車両等の空間的制約の大きい場所への搭載は困難である。【０００７】
高電圧出力の交流電源を比較的小型に構成する電源システムとして、特許文献３のように共振回路を利用したものが提案されている。この電源システムでは、供給する交流電源の周波数を、負荷のコイル及びコンデンサの直列共振周波数またはその近傍に設定し、負荷の共振によって電極に大きな直列共振電圧を発生させている。しかし、交流電源が負荷に印加可能な周波数は共振周波数近傍圧のみとなるため、誘電体バリア点火装置に適用した場合には負荷共振回路の構成を変更しない限り、周波数による放電エネルギーの調整ができない。その結果、誘電体バリア放電の放電エネルギー調整は、点火プラグへの交流電圧の印加時間と印加電圧の最大値によってのみ調整される。印加電圧の高電圧化は、絶縁距離拡大、電源出力向上が必要であり、装置体積の増大要因となるという問題がある。したがって、放電エネルギーの調整には、主に、電圧印加時間の増減が用いられる。その場合は、印加時間が長ければ電極間に大きい放電エネルギーが投入され、印加期間が短ければ電極間に小さい放電エネルギーが投入される。そのため、例えば、短時間に大きな放電エネルギーを投入する等の自由度の高い放電エネルギー出力ができない。その結果、局所的な高エネルギー投入を必要とする直接点火が不可能となる可能性がある。【０００８】
そこで、本願では、共振回路の共振により点火プラグに印加する交流電圧を増幅させつつ、点火プラグに印加する交流電圧の周波数を変化させ、放電エネルギー密度を変化させることができる誘電体バリア放電型の点火システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に係る点火システムは、
直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、
一対の電極、及び前記一対の電極の間に配置された誘電体を有し、内燃機関の燃焼室に配置される点火プラグと、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と前記点火プラグとの間を接続し、前記ＤＣ／ＡＣ変換器から前記点火プラグまでの回路全体の共振周波数を変化させる周波数変更回路を有する周波数変更接続回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチをオンオフ制御して、前記ＤＣ／ＡＣ変換器に交流周波数の交流電圧を出力させ、前記点火プラグに供給させる制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記周波数変更接続回路の前記周波数変更回路を制御して前記共振周波数を変化させ、前記交流周波数を変化させ、
前記共振周波数の変化に連動して、前記交流周波数を変化させ、前記交流周波数を、共振により前記ＤＣ／ＡＣ変換器の出力電圧に対して前記点火プラグの印加電圧が増幅される増幅周波数帯内に変化させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に係る点火システムによれば、ＤＣ／ＡＣ変換器と点火プラグとの間を接続する接続回路に、共振周波数を変化させる周波数変更回路が設けられている。そして、制御回路は、周波数変更回路を制御して共振周波数を変化させ、交流周波数を変化させるので、共振周波数及び交流周波数を変化させ、共振回路の共振により点火プラグに印加する交流電圧を増幅させつつ、点火プラグに印加する交流電圧の交流周波数を変化させ、放電エネルギー密度を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る点火システムの概略回路図である。
【図２】実施の形態１に係る内燃機関に取り付けられた点火プラグの模式図である。
【図３】実施の形態１に係るバリア点火プラグの概略的な断面図である。
【図４】実施の形態１に係る制御回路のハードウェア構成図である。
【図５】実施の形態１に係る制御回路の処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】実施の形態１に係る共振周波数及び交流周波数の設定を説明するための図である。
【図７】実施の形態２に係る周波数変更接続回路の概略回路図である。
【図８】実施の形態２に係るスイッチのオンオフパターンを説明する図である。
【図９】実施の形態２に係る共振周波数及び交流周波数の設定を説明するための図である。
【図１０】実施の形態３に係る制御回路の処理を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願の点火システムについて、図を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
【００１３】
１．実施の形態１
実施の形態１にかかる点火システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施の形態１の点火システムの概略回路図である。点火システムは、ＤＣ／ＡＣ変換器２、点火プラグ４、周波数変更接続回路３、及び制御回路６を備えている。
【００１４】
１−１．内燃機関１
図２に示すように、内燃機関１は、シリンダ１１内をピストン１２が上下運動するレシプロ型のガソリンエンジンとされている。シリンダ１１及びピストン１２内の空間が燃焼室１３とされており、シリンダ１１の頂部に点火プラグ４が配置されている。また、シリンダ１１の頂部に、吸気管１４から燃焼室１３内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１５と、燃焼室１３から排気管１６に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１７と、が設けられている。本実施の形態では、シリンダ１１の頂部に、燃料を燃焼室１３内に噴射するインジェクタ１８が備えられている。なお、吸気管１４にインジェクタ１８が備えられてもよい。後述するように、内燃機関１は、制御回路６により制御される。
【００１５】
内燃機関１は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、及び排気行程を１つの燃焼サイクルとした４ストローク機関とされている。吸気行程では、吸気バルブ１５が開き、排気バルブ１７が閉じた状態で、ピストン１２が下降することによって、吸気管１４から燃焼室１３に空気が吸引される。吸気行程でインジェクタ１８から燃料が噴射され、燃焼室１３内に燃料と空気の混合気が形成される。圧縮行程では、吸気バルブ１５及び排気バルブ１７が閉じた状態で、ピストン１２が上昇することによって、燃焼室１３内の混合気が圧縮される。圧縮行程の終了時点（ピストン１２の上死点）付近で点火プラグ４のバリア放電によって、混合気の燃焼が開始する。燃焼行程では、吸気バルブ１５及び排気バルブ１７が閉じた状態で、混合気の燃焼により燃焼室内の気体の圧力が上昇し、ピストン１２が押し下げられる。排気行程では、吸気バルブ１５が閉じ、排気バルブ１７が開いた状態で、ピストン１２が上昇することによって、燃焼室１３から排気管１６に燃焼後の既燃ガスが排出される。
【００１６】
１−２．点火プラグ４
点火プラグ４は、一対の電極（第１電極４１及び第２電極４２）、及び第１電極４１と第２電極４２の間に配置された誘電体４３を有し、内燃機関１の燃焼室１３に配置される。少なくとも一方の電極が誘電体４３で覆われる。従来の火花点火プラグが、金属電極と金属電極の間に高電圧を印加してアーク放電を生じさせるのに対して、点火プラグ４は、第１電極４１と第２電極４２の間に誘電体４３が配置されており、交流電圧を印加することにより、電極間で誘電体バリア放電（以下、バリア放電とも称す）を発生させる。バリア放電により、燃焼室１３内の混合気を点火したり、燃焼を促進するための化学的活性種（ラジカル）を生成したりする。
【００１７】
点火プラグ４の一例として、図３に、内燃機関１の燃焼室１３に取り付けられた状態の点火プラグ４の断面図を示す。従来のＳＩプラグと同様に、円筒状のプラグ外壁４４は金属で形成されており、外周面にネジが切られ、燃焼室１３の隔壁１９（シリンダヘッド）に取り付けられる。よって、プラグ外壁４４が、内燃機関１を介して接地される。プラグ外壁４４の燃焼室１３側に円筒状の第２電極４２が形成されている。プラグ外壁４４の中心には棒状の第１電極４１が配置されている。プラグ外壁４４と第１電極４１との間の円筒状の空間には、誘電体４３（例えば、セラミック）が配置され、絶縁されている。燃焼室１３内に配置される下端部において、第１電極４１を覆う誘電体４３の肉厚が薄くなっており、誘電体４３と第２電極４２との間には、間隙が設けられている。この間隙が、バリア放電が発生する放電ギャップ４５になる。点火プラグ４の燃焼室１３内側の端部における第１電極４１、第２電極４２、誘電体４３の形状は、図３の例に限定されず、様々な形状にされてもよい。
【００１８】
燃焼室１３外側の端部において、第１電極４１が誘電体４３に覆われておらず、周波数変更接続回路３の一方の出力端子に接続される。第２電極４２は、内燃機関１を介して、周波数変更接続回路３の他方の出力端子に接続される。
【００１９】
１−３．ＤＣ／ＡＣ変換器２
ＤＣ／ＡＣ変換器２は、直流電源７から供給された直流電力を交流電力に変換する、スイッチ２１を有する電力変換器である。
【００２０】
ＤＣ／ＡＣ変換器２に接続される直流電源７は、例えば鉛バッテリ等の蓄電池であり、接続されたＤＣ／ＡＣ変換器２に直流電力を供給する。直流電源７には、直流電圧を出力する機能を有するものであれば、どのような装置であってもよい。直流電源７に、直流電圧を昇圧又は降圧して出力するＤＣ／ＤＣ変換器が設けられてもよい。或いは、ＤＣ／ＡＣ変換器２の入力側に、ＤＣ／ＤＣ変換器が設けられ、ＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチは、制御回路６に制御されてもよい。
【００２１】
ＤＣ／ＡＣ変換器２は、制御回路６によりオンオフ制御されるスイッチ２１を備えている。ＤＣ／ＡＣ変換器２は、スイッチ２１が２つ直列に接続された直列回路を２つ備えたフルブリッジ回路とされている。第１の直列回路では、直流電源７の正極側に接続される正極側のスイッチ２１ａと、直流電源７の負極側に接続される負極側のスイッチ２１ｂと、が直列に接続されている。第２の直列回路では、直流電源７の正極側に接続される正極側のスイッチ２１ｃと、直流電源７の負極側に接続される負極側のスイッチ２１ｄと、が直列に接続されている。
【００２２】
なお、ＤＣ／ＡＣ変換器２には、ハーフブリッジ回路、又は１つのスイッチから構成される回路等の各種の変換回路が用いられてもよい。各直列回路の２つのスイッチ２１の中点が、周波数変更接続回路３に接続されている。
【００２３】
ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１には、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチが用いられる。制御回路６から出力された駆動信号は、スイッチ２１のゲート端子に入力される。駆動信号がハイ（１）のときは、スイッチ２１がオン状態になり、駆動信号がロー（０）のときはスイッチ２１がオフ状態になる。ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１は、オン及びオフすることによって電路の導通と遮断ができればどのようなものでもよく、例えば電極の接触、非接触でオンオフする機械的スイッチのように、半導体以外のスイッチで構成されていてもよい。
【００２４】
１−４．周波数変更接続回路３
周波数変更接続回路３は、ＤＣ／ＡＣ変換器２と点火プラグ４との間を接続し、ＤＣ／ＡＣ変換器２から点火プラグ４までの回路全体（負荷共振回路と称す）の共振周波数ｆｒを変化させる周波数変更回路３２を有する接続回路である。
【００２５】
周波数変更接続回路３は、２つ以上のインダクタと、周波数変更回路３２として、負荷共振回路に対するインダクタの接続関係を変化させる１つ以上のスイッチ３２と、を有し、周波数変更接続回路３のスイッチ３２のオン又はオフにより、負荷共振回路のインダクタンスが変化し、共振周波数ｆｒが変化する。
【００２６】
この構成によれば、周波数変更接続回路３を、２つ以上のインダクタと１つ以上のスイッチ３２とにより構成することができ、周波数変更接続回路３を簡素で小型することができる。
【００２７】
本実施の形態では、周波数変更接続回路３は、インダクタとして、第１インダクタ３１、トランス３３の１次巻線３３ａ及び２次巻線３３ｂの漏れインダクタンスと、第２インダクタ３４とを有している。第１インダクタ３１は、ＤＣ／ＡＣ変換器２とトランス３３との間の接続経路上に直列に接続されている。詳細には、第１インダクタ３１の一方の端子は、ＤＣ／ＡＣ変換器２の一方の出力端子（本例では、第２の直列回路の中点）に接続され、第１インダクタ３１の他方の端子は、トランス３３の１次巻線３３ａの一方の端子に接続されている。トランス３３の１次巻線３３ａの他方の端子は、ＤＣ／ＡＣ変換器２の他方の出力端子（本例では、第１の直列回路の中点）に接続されている。
【００２８】
第２インダクタ３４は、トランス３３と点火プラグ４との間の接続経路上に直列に接続されている。詳細には、第２インダクタ３４の一方の端子は、トランス３３の２次巻線３３ｂの一方の端子に接続され、第２インダクタ３４の他方の端子は、点火プラグ４の第１電極４１に接続されている。トランス３３の２次巻線３３ｂの他方の端子は、点火プラグ４の第２電極４２に接続されている。点火プラグ４の第２電極４２は、グランドにも接続されている。
【００２９】
本実施の形態では、周波数変更接続回路３は、スイッチ３２として、第１インダクタ３１に並列接続された第１スイッチ回路３２１を備えている。第１スイッチ回路３２１は、２つのスイッチ３２ａ、３２ｂが直列に接続された双方向スイッチとされている。２つのスイッチ３２ａ、３２ｂには、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ等が用いられる。２つのスイッチ３２ａ、３２ｂのドレイン端子は互いに接続されている。制御回路６から出力された駆動信号は、２つのスイッチ３２ａ、３２ｂのゲート端子に入力される。駆動信号がハイ（１）のときは、２つのスイッチ３２ａ、３２ｂがオン状態になり、駆動信号がロー（０）のときは２つのスイッチ３２ａ、３２ｂがオフ状態になる。周波数変更接続回路３のスイッチ３２は、オン及びオフすることによって電路の双方向の導通と遮断ができればどのようなものでもよく、例えば電極の接触、非接触でオンオフするリレー等の機械的スイッチのように、半導体以外のスイッチで構成されていてもよい。
【００３０】
第１スイッチ回路３２１（２つのスイッチ３２ａ、３２ｂ）がオンされ導通状態になると、第１インダクタ３１の両端子が短絡され、負荷共振回路における第１インダクタ３１のインダクタンスが０になる。一方、第１スイッチ回路３２１（２つのスイッチ３２ａ、３２ｂ）がオフされ遮断状態になると、負荷共振回路における第１インダクタ３１のインダクタンスは、そのままのインダクタンスになる。よって、第１スイッチ回路３２１のオン又はオフにより、負荷共振回路に対する第１インダクタ３１の接続関係が変化し、後述するように負荷共振回路の共振周波数ｆｒが変化する。
【００３１】
周波数変更接続回路３は、全てのスイッチ３２がオフになった状態でも、ＤＣ／ＡＣ変換器２から出力された交流電力を点火プラグ４に供給する。
【００３２】
よって、ノイズ又は故障等によって、スイッチ３２のオンオフを正常に行えない場合でも、ＤＣ／ＡＣ変換器２から点火プラグ４に交流電力を供給でき、誘電体バリア放電を発生させることができる。
【００３３】
なお、周波数変更回路として、電動の可変インダクタンスのインダクタ、又は電動の可変容量のコンデンサ等が備えられ、制御回路６の駆動信号によりインダクタンス、又は静電容量が変化され、負荷共振回路の共振周波数ｆｒが変化されてもよい。
【００３４】
負荷共振回路を構成する成分には、インダクタ、コンデンサのような素子だけではなく、配線等の持つ寄生インダクタンス、周辺金属との間に発生する寄生容量のような分布定数成分が含まれてもよい。
【００３５】
トランス３３は、ＤＣ／ＡＣ変換器２側に接続される１次巻線３３ａと、点火プラグ４側に接続される２次巻線３３ｂと、１次巻線３３ａ及び２次巻線３３ｂが巻装される鉄心とを備えている。トランス３３の昇圧比は、１次巻線３３ａの巻数に対する２次巻線３３ｂの巻数の比により定まる。なお、トランス３３は、放電に必要な交流電圧をトランス３３なしで確保できる場合には備えられなくてもよい。
【００３６】
１−５．制御回路６
制御回路６は、ＤＣ／ＡＣ変換器２及び周波数変更接続回路３を制御する。本実施の形態では、制御回路６は、内燃機関１も制御する。制御回路６の各機能は、制御回路６が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御回路６は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置６０（コンピュータ）、演算処理装置６０とデータのやり取りをする記憶装置６１、演算処理装置６０に外部の信号を入力する入力回路６２、及び演算処理装置６０から外部に信号を出力する出力回路６３等を備えている。
【００３７】
演算処理装置６０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置６０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置６１として、演算処理装置６０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置６０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。
【００３８】
入力回路６２は、内燃機関の各種センサ５７（クランク角度センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、水温センサ、吸気温センサ、筒内圧力センサ、イオン電流検出センサ等）が接続され、これらの出力信号を演算処理装置６０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路６３は、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１及び周波数変更接続回路３のスイッチ３２、及び内燃機関の各種の電気負荷５８（インジェクタ、電動スロットルバルブ、電動ＥＧＲバルブ、吸排気ＶＶＴ等）が接続され、これらに演算処理装置６０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００３９】
入力回路６２には、信号を増幅するオペアンプ及びバッファ等、及び信号を絶縁するフォトカプラ及びアイソレータ等が含まれてもよい。出力回路６３には、信号を増幅するオペアンプ及びバッファ等、半導体スイッチを駆動するためのドライブ回路、信号を絶縁するアイソレータ等が含まれてもよい。
【００４０】
そして、制御回路６が備える各機能は、演算処理装置６０が、ＲＯＭ等の記憶装置６１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置６１、入力回路６２、及び出力回路６３等の制御回路６の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御回路６が用いる基準値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置６１に記憶されている。以下、制御回路６の各機能について詳細に説明する。
【００４１】
図５のタイミングチャートを参照して、制御回路６の処理を説明する。横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれの信号、周波数の状態、電圧、１点火あたりのエネルギーを示す。信号は、１のときにハイであることを表し、０のときにローであることを表す。
【００４２】
＜内燃機関の制御＞
制御回路６は、内燃機関１の制御を行う。制御回路６は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、クランク角度、燃焼サイクルの行程、回転速度、吸入空気量、充填効率、空燃比、冷却水温度、吸気温度、排気ガス再循環率（ＥＧＲ率）、燃焼状態、燃焼の失火の有無等の各種の内燃機関の運転状態を検出する。制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、目標空燃比、燃料噴射量、燃料噴射時期、目標スロットル開度、目標ＥＧＲ開度、目標吸排気ＶＶＴ位相角等を算出し、インジェクタ、電動スロットルバルブ、電動ＥＧＲバルブ、吸排気ＶＶＴ等の内燃機関の各種の電気負荷５８を駆動制御する。
【００４３】
＜放電開始時期の設定＞
図５の放電開始信号Ｓ１は、放電開始時期を示す信号である。制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、各燃焼サイクルの放電開始時期（点火クランク角度）を決定し、放電開始信号Ｓ１を生成する。内燃機関の運転状態として、例えば、内燃機関の回転速度、燃焼室内の圧力情報（例えば、充填効率又は気筒内の圧力）、燃焼室の圧縮比（可変圧縮比機構が設けられる場合）、空燃比、及び排気ガス再循環率（ＥＧＲ率）の少なくとも１つ以上が用いられる。
【００４４】
本実施の形態では、放電開始時期は、点火のための放電開始時期とされており、放電開始時期の後、点火のための誘電体バリア放電が行われる。
【００４５】
本実施の形態では、制御回路６は、放電開始時期の所定時間前に放電開始信号Ｓ１をハイ（１）にし、放電開始時期で、放電開始信号Ｓ１をロー（０）にする。
【００４６】
なお、外部の制御装置が、内燃機関の制御を行ってもよい。この場合は、外部の制御装置が、内燃機関の運転状態の情報を、通信を介して、制御回路６に伝達してもよく、外部の制御装置が、放電開始信号Ｓ１等のハイ、ロー信号を生成し、制御回路６に出力してもよい。
【００４７】
＜ＤＣ／ＡＣ変換器２のオンオフ制御＞
放電期間信号Ｓ２は、ＤＣ／ＡＣ変換器２に交流電力を出力させる期間を示す信号である。制御回路６は、内燃機関の運転状態、及び後述する共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗに基づいて、放電時間を決定する。制御回路６は、放電開始時期後、放電時間が経過するまでの期間を放電期間に設定する。制御回路６は、放電期間では、放電期間信号Ｓ２をハイ（１）にし、放電期間以外では、放電期間信号Ｓ２をロー（０）にする。内燃機関の運転状態として、例えば、内燃機関の回転速度、燃焼室内の圧力情報（例えば、充填効率又は気筒内の圧力）、燃焼室の圧縮比（可変圧縮比機構が設けられる場合）、空燃比、及び排気ガス再循環率（ＥＧＲ率）の少なくとも１つ以上が用いられる。この構成によれば、共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗにより、単位時間当たりの放電エネルギーである放電の瞬時電力がわかるため、内燃機関の運転状態に適した放電エネルギー総量になるように、放電時間を決定することができる。よって、放電エネルギー不足による燃焼状態の悪化を抑制し、放電エネルギー過多による不要な消費電力の増大を抑制することができ、燃焼状態の向上及び消費電力の低減を行うことができる。
【００４８】
或いは、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、必要な放電エネルギー総量を決定し、必要な放電エネルギー総量を、共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗに応じて定まる放電の瞬時電力Ｗで除算して、放電時間を決定してもよい。例えば、必要な放電エネルギー量が４００ｍＪであり、放電の瞬時電力Ｗが２００Ｗのとき、４００ｍＪを２００Ｗで除算した２ｍｓが放電期間に設定される。この構成によれば、内燃機関の運転状態に適した放電エネルギー総量を供給することができ、放電エネルギー不足による燃焼状態の悪化を抑制し、放電エネルギー過多による不要な消費電力の増大を抑制することができ、燃焼状態の向上及び消費電力の低減を行うことができる。
【００４９】
制御回路６は、放電期間信号Ｓ２がハイ（１）である放電期間中に、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１を、公知のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりオンオフ制御して、ＤＣ／ＡＣ変換器２に交流周波数ｆｓｗの交流電圧を出力させ、点火プラグ４に供給させる。一方、制御回路６は、放電期間信号Ｓ２がロー（０）のときに、ＤＣ／ＡＣ変換器２のオンオフ制御を停止し、ＤＣ／ＡＣ変換器２に交流電力を出力させない。制御回路６は、交流電力の交流周波数ｆｓｗを変化させる。なお、交流周波数ｆｓｗの変化については後述する。
【００５０】
例えば、制御回路６は、放電期間中は、第１の直列回路の正極側のスイッチ２１ａ及び第２の直列回路の負極側のスイッチ２１ｄをオンにすると共に第１の直列回路の負極側のスイッチ２１ｂ及び第２の直列回路の正極側のスイッチ２１ｃをオフにする第１パターンと、第１の直列回路の正極側のスイッチ２１ａ及び第２の直列回路の負極側のスイッチ２１ｄをオフにすると共に第１の直列回路の負極側のスイッチ２１ｂ及び第２の直列回路の正極側のスイッチ２１ｃをオンにする第２パターンと、を交流周波数ｆｓｗで切り替える。一方、制御回路６は、放電期間中でない場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器２の４つのスイッチ２１ａ〜２１ｃをオフにする。なお、制御回路６は、他のＰＷＭ制御の方法を用いてもよく、交流電圧の振幅を変化させてもよい。
【００５１】
＜スイッチのオンオフによる共振周波数ｆｒの変化＞
制御回路６は、周波数変更接続回路３の周波数変更回路３２を制御して共振周波数ｆｒを変化させる。本実施の形態では、制御回路６は、周波数変更回路３２としての第１スイッチ回路３２１（２つのスイッチ３２ａ、３２ｂ）をオン又はオンにして、共振周波数ｆｒを変化させる。なお、共振周波数ｆｒの変化については後述する。
【００５２】
制御回路６は、ハイ（１）又はロー（０）のスイッチ駆動信号Ｓ３を第１スイッチ回路３２１に出力する。スイッチ駆動信号Ｓ３がハイ（１）の場合に、第１スイッチ回路３２１の２つのスイッチ３２ａ、３２ｂがオンになり、電路が導通し、スイッチ駆動信号Ｓ３がロー（０）の場合に、第１スイッチ回路３２１の２つのスイッチ３２ａ、３２ｂがオフになり、電路が遮断される。
【００５３】
共振周波数ｆｒは、ＤＣ／ＡＣ変換器２と周波数変更接続回路３と点火プラグ４とから構成される負荷共振回路の共振周波数である。周波数変更接続回路３のスイッチ３２をオン又はオフさせることで、共振周波数ｆｒが変化する。共振周波数ｆｒは、例えば１０ｋＨｚから５００ｋＨｚまでの範囲に設定される。トランス３３の励磁インダクタンスが漏れインダクタンスに対して非常に大きいとき、共振周波数ｆｒは、式（１）で表すことができる。ここで、Ｌは、負荷共振回路の合成インダクタンスであり、Ｃｐは、点火プラグ４の合成容量である。
【数１】
0006840301.tif 000002
【００５４】
第１スイッチ回路３２１がオフのときの合成インダクタンスＬｏｆｆは、式（２）で表される。ここで、Ｎ１は、トランス３３の１次巻線３３ａの巻数であり、Ｎ２は、トランス３３の２次巻線３３ｂの巻数であり、Ｌ１は、第１インダクタ３１のインダクタンスであり、Ｌｌｅａｋ１は、トランス３３の１次巻線３３ａの漏れインダクタンスであり、Ｌｌｅａｋ２は、トランス３３の２次巻線３３ｂの漏れインダクタンスであり、Ｌ２は、第２インダクタ３４のインダクタンスである。
【数２】
0006840301.tif 000003
【００５５】
第１スイッチ回路３２１がオンのとき、第１インダクタ３１の両端が短絡されるため、負荷共振回路における第１インダクタ３１のインダクタンスＬ１が０になる。よって、第１スイッチ回路３２１がオフのときの合成インダクタンスＬｏｎは、式（３）で表され、Ｌｏｆｆよりもインダクタンスが小さくなる。
【数３】
0006840301.tif 000004
【００５６】
従って、第１スイッチ回路３２１がオフのときの共振周波数ｆｒ１（以下、第１の共振周波数ｆｒ１と称す）は、第１スイッチ回路３２１がオンのときの共振周波数ｆｒ２（以下、第２の共振周波数ｆｒ２と称す）よりも低い周波数となる。なお、式（１）から式（３）には、配線インダクタンス、及び各部に分布する寄生容量を含めてもよい。
【００５７】
＜共振周波数ｆｒと交流周波数ｆｓｗとの連動変化＞
制御回路６は、共振周波数ｆｒの変化に連動して、交流周波数ｆｓｗを変化させる。図６に、周波数の連動変化の概念図を示す。横軸は周波数を示し、縦軸は、ＤＣ／ＡＣ変換器２から出力される交流電圧の振幅に対する点火プラグ４に印加される交流電圧の振幅のゲイン（比）を示す。増幅ゲインが１より大きい場合に、負荷共振回路により増幅されていることを示す。図６の曲線Ａは、負荷共振回路が第１の共振周波数ｆｒ１に変化されているときの、各周波数と負荷共振回路の増幅ゲインとの特性であり、曲線Ｂは、負荷共振回路が第２の共振周波数ｆｒ２に変化されているときの、各周波数と負荷共振回路の増幅ゲインとの特性である。
【００５８】
図６のｆｓｗ１は、第１の共振周波数ｆｒ１に対応して設定される第１の交流周波数であり、ｆｓｗ２は、第２の共振周波数ｆｒ２に対応して設定される第２の交流周波数ｆｓｗである。図６に示すように、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを、共振によりＤＣ／ＡＣ変換器の出力電圧に対して点火プラグの印加電圧が増幅される増幅周波数帯内に変化させる。なお、増幅周波数帯は、図６の例では、増幅ゲインが１よりも大きい周波数帯になる。本実施の形態では、また、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを、増幅周波数帯内であって、共振周波数ｆｒ以上の周波数に変化させる。
【００５９】
詳細には、第１の交流周波数ｆｓｗ１は、第１の共振周波数ｆｒ１の増幅周波数帯内であって、第１の共振周波数ｆｒ１以上の周波数に設定されている。第２の交流周波数ｆｓｗ２は、第２の共振周波数ｆｒ２の増幅周波数帯内であって、第２の共振周波数ｆｒ２以上の周波数に設定されている。なお、第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第２の交流周波数ｆｓｗ２は、第１の共振周波数ｆｒ１及び第２の共振周波数ｆｒ２に対応させて記憶装置６１に予め記憶されている。
【００６０】
この構成によれば、共振周波数ｆｒの変化に連動して、増幅周波数帯内に交流周波数ｆｓｗが変化されるので、共振周波数ｆｒが変化しても、負荷共振回路により交流電圧を増幅させて、点火プラグ４に供給することができ、バリア放電を効率よく発生させることができる。
【００６１】
図６の設定とは逆に、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低い周波数に設定されると、ＤＣ／ＡＣ変換器２の出力電流が出力電圧に対して進み位相になる。ＤＣ／ＡＣ変換器２の出力電流が出力電圧に対して進み位相の状態で、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１がオンオフされれば、各スイッチ２１に対して逆並列接続されたダイオードが急峻に逆回復してリカバリ電流が流れ、急激な発熱を発生させる可能性がある。したがって、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを共振周波数ｆｒ以上になるように制御することで、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１の急激な発熱を防ぐことができ、ヒートシンク等の冷却機構の大型化を防ぐことができる。
【００６２】
なお、点火プラグ４の印加電圧Ｖの振幅Ｖｐが、電極間の絶縁破壊電圧に達せず、誘電体バリア放電が発生しないとき、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを共振周波数ｆｒに近づけてもよい。これにより、点火プラグ４の印加電圧の振幅を増大させ、誘電体バリア放電を発生させることができる。このとき、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを共振周波数ｆｒに一致させてもよいし、交流周波数ｆｓｗを、変化幅Δｆｓｗずつ変化させて徐々に共振周波数ｆｒに近づけてもよい。この際、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを、共振周波数ｆｒの近傍の増幅周波数帯内、又は共振周波数ｆｒと一致するように設定しておくことで、放電開始信号Ｓ１による点火指令から遅延なく誘電体バリア放電を発生させることができる。
【００６３】
＜周波数の変化による放電の瞬時電力の変化＞
点火プラグ４の電極間に印加される交流電圧Ｖは、共振現象で増幅されるため、実際の印加電圧の振幅Ｖｐは、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電力の出力開始後に、徐々に増大していき、出力終了後は、徐々に減少していく。ここで、点火プラグ４の印加電圧Ｖの振幅Ｖｐは、直流電源７の出力電圧の振幅を、トランスの巻き数比倍したもの以上になっており、例えば１ｋＶ以上の高電圧である。点火プラグ４の印加電圧Ｖの振幅Ｖｐは、点火プラグ４の電極間の絶縁破壊電圧以上、すなわち誘電体バリア放電を発生させることができる電圧以上になるように設定される。
【００６４】
点火プラグ４の放電の瞬時電力Ｗは、点火プラグ４の電極間に発生する誘電体バリア放電の単位時間あたりの放電エネルギーである。ここで、誘電体バリア放電の瞬時電力Ｗは、式（４）で表すことができる。Ｃｇは点火プラグ４の誘電体の静電容量であり、Ｃ０は、点火プラグ４の電極間の静電容量であり、Ｖ＊は、放電中の点火プラグ４の電極間に印加される放電維持電圧であり、Ｖｐは、点火プラグ４の印加電圧Ｖの振幅である。
【数４】
0006840301.tif 000005
【００６５】
式（４）において、点火プラグ４の誘電体の静電容量Ｃｇは、構造及び材質に依存するため、制御回路６はこれを任意の値に調整できない。点火プラグ４の電極間の静電容量Ｃ０は、構造及び電極間の気体状態等で定まるため、制御回路６はこれを任意の値に調整できない。放電中の放電維持電圧Ｖ＊は、構造及び放電状態で定まるため、制御回路６は任意に調整できない。よって、制御回路６は交流周波数ｆｓｗと、点火プラグ４の印加電圧Ｖの振幅Ｖｐとにより、放電の瞬時電力Ｗを調整できる。
【００６６】
しかし、制御回路６は、点火プラグ４の印加電圧Ｖの振幅Ｖｐを、点火プラグ４の絶縁耐圧以下で、且つ誘電体バリア放電の放電開始電圧以上の範囲内で調整する必要があり、放電エネルギーの調整幅は小さい。一方、交流周波数ｆｓｗの変更可能幅は大きいため、交流周波数ｆｓｗの増減による放電エネルギーの調整幅は大きい。
【００６７】
しかし、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒから離れれば、負荷共振回路の増幅ゲインが低下し、点火プラグ４の印加電圧の振幅Ｖｐが大きく低下し、誘電体バリア放電を発生させることができない。そこで、上述したように、周波数変更接続回路３は、共振周波数ｆｒを変更可能なように構成され、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗと共振周波数ｆｒとを連動して変化させて、負荷共振回路の増幅ゲインを高い状態に維持している。
【００６８】
これにより、点火プラグ４の印加電圧Ｖの振幅Ｖｐを適切な電圧に維持した状態で、交流周波数ｆｓｗの増減により、放電の瞬時電力Ｗを増減させることができる。例えば、印加電圧Ｖの振幅Ｖｐが一定電圧に維持されるように、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒが連動して約２倍にされると、放電の瞬時電力Ｗ、すなわちエネルギー密度を約２倍に増大させることができる。逆に、共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗが、連動して約１／２倍にされると、放電の瞬時電力Ｗ、すなわちエネルギー密度を約１／２倍に低減させることができる。
【００６９】
放電期間の増減により、放電エネルギー総量を調整できるが、放電の瞬時電力を変えることができない。例えば、短期間に大きな放電エネルギーを発生させる必要がある場合は、共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗの連動変化による、エネルギー調整が有効である。
【００７０】
図５のタイミングチャートのＷ１は、第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１に変化されたときの放電の瞬時電力であり、Ｗ２は、第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２に変化されたときの放電の瞬時電力である。
【００７１】
＜内燃機関の運転状態に応じた周波数の変化＞
制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化させる。この構成によれば、内燃機関の運転状態に適した放電エネルギー密度になるように、適切に交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化させて、燃焼状態の向上又は消費電力の低減を行うことができる。
【００７２】
制御回路６は、内燃機関の運転状態として、内燃機関の回転速度と、燃焼室内の圧力情報（例えば、充填効率又は気筒内の圧力）と、燃焼室の圧縮比（可変圧縮比機構が設けられる場合）と、空燃比と、排気ガス再循環率（ＥＧＲ率）と、失火の有無とのうち少なくとも１つ以上を用いる。この構成によれば、燃焼状態に関係する内燃機関の運転状態に基づいて、精度よく適切に交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化させることができる。
【００７３】
制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、放電の瞬時電力の増加が必要か否かを判定し、放電の瞬時電力の増加が必要であると判定した場合は、放電の瞬時電力の増加が必要でないと判定している場合よりも、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを高くする。
【００７４】
本実施の形態では、制御回路６は、放電の瞬時電力の増加が必要であると判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２に変化させ、放電の瞬時電力の増加が必要でないと判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１に変化させる。
【００７５】
図５の周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇは、放電の瞬時電力の増加の必要性の判定結果を表す信号である。制御回路６は、放電の瞬時電力の増加が必要であると判定した場合は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇをハイ（１）に設定し、放電の瞬時電力の増加が必要ないと判定した場合は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇをロー（０）に設定する。
【００７６】
この構成によれば、放電の瞬時電力の増加が必要である場合は、放電の瞬時電力を増大させ、バリア放電による着火性を向上させることができる。特に、放電期間を増加できない場合でも、大きな放電エネルギーを混合気に投入できるため、着火性を向上させることができる。また、誘電体バリア放電によって混合気を直接的に着火しない場合においても、放電エネルギーの増加によって化学的活性種の発生量を増加できるため、着火後の燃焼の促進に寄与する。一方、放電の瞬時電力の増加が必要でない場合は、放電の瞬時電力を減少させ、消費電力を低減させることができる。
【００７７】
なお、外部の制御装置が、内燃機関の制御を行う場合は、制御回路６は、外部の装置から制御回路６に入力される信号に基づいて、放電の瞬時電力の増加の必要性を判定してもよい。
【００７８】
特に、制御回路６は、内燃機関の失火を検知した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを、失火を検出していない場合よりも高くする。失火の有無は、クランク角度の変動情報、筒内圧力センサの検出情報、イオン電流検出センサの検出情報等に基づいて判定される。この構成によれば、失火を検知した場合に、放電の瞬時電力を増加させることにより、混合気の着火性を向上させ、失火の発生を抑制することができる。
【００７９】
制御回路６は、内燃機関の失火を検知した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２に変化させ、内燃機関の失火を検知していない場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１に変化させる。
【００８０】
また、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、着火しにくい状態であるか否かを判定し、着火しにくい状態であると判定した場合に、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを、着火しにくい状態でないと判定している場合よりも高くする。
【００８１】
この構成によれば、着火しにくい状態である場合に、放電の瞬時電力を増加させることにより、混合気の着火性を向上させ、燃焼状態の向上及び失火発生の抑制を行うことができる。
【００８２】
例えば、制御回路６は、内燃機関の運転状態のそれぞれと、各運転状態の判定値と比較することにより、着火しにくい状態であるか否かを判定する。制御回路６は、回転速度が、回転速度の判定値よりも低い場合、充填効率が、充填効率の判定値よりも低い場合、圧縮比が、圧縮比の判定値よりも低い場合、ＥＧＲ率が、ＥＧＲ率の判定値よりも高い場合、又は空燃比が、空燃比の判定値よりも高い場合に、着火しにくい状態であると判定し、それ以外の場合は、着火しにくい状態でないと判定する。各判定値は、放電の瞬時電力を増加させないと、失火が発生する可能性が高くなる運転状態と、失火が発生する可能性が高くならない運転状態との境界に設定される。なお、複数の運転状態が複合的に判定されてもよい。例えば、制御回路６は、回転速度が、回転速度の判定値よりも低く、且つ充填効率が、充填効率の判定値よりも低い場合に、着火しにくい状態であると判定する。
【００８３】
制御回路６は、着火しにくい状態であると判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２に変化させ、着火しにくい状態でないと判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１に変化させる。
【００８４】
或いは、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、着火しやすい状態であるか否かを判定し、着火しやすい状態であると判定したときに、前記交流周波数及び前記共振周波数を、着火しやすい状態でないと判定している場合よりも低くしてもよい。
【００８５】
この構成によれば、着火しやすい状態である場合に、放電の瞬時電力を減少させることにより、燃焼状態の悪化及び失火の発生が生じない範囲で、消費電力の低減を行うことができる。
【００８６】
例えば、制御回路６は、内燃機関の運転状態のそれぞれと、各運転状態の判定値と比較することにより、着火しやすい状態であるか否かを判定する。制御回路６は、回転速度が、回転速度の判定範囲内にある場合、充填効率が、充填効率の判定値よりも高い場合、圧縮比が、圧縮比の判定値よりも高い場合、ＥＧＲ率が、ＥＧＲ率の判定値よりも低い場合、及び空燃比が、空燃比の判定範囲内にある場合に、着火しやすい状態であると判定し、それ以外の場合は、着火しやすい状態でないと判定する。各判定値は、放電の瞬時電力を低下させても、失火が発生する可能性が生じない運転状態と、失火が発生する可能性が生じる運転状態との境界に設定される。なお、一部の運転状態が判定されてもよい。
【００８７】
制御回路６は、着火しやすい状態であると判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１に変化させ、着火しやすい状態でないと判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２に変化させる。
【００８８】
＜周波数の変化時の制御＞
制御回路６は、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電圧の出力中に、共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗを増加させる際に、交流周波数ｆｓｗを増加させた後、共振周波数ｆｒを増加させる。
【００８９】
この構成によれば、交流周波数ｆｓｗが共振周波数ｆｒよりも先に増加されるので、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低くなる期間が生じないようにできる。よって、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低い周波数になり、ＤＣ／ＡＣ変換器２の出力電流が出力電圧に対して進み位相になることを抑制できる。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器２の各スイッチ２１がオンオフされたときに、各スイッチ２１に対して逆並列接続されたダイオードにリカバリ電流が流れて発熱することを防止できる。よって、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１の発熱を防ぐことができ、ヒートシンク等の冷却機構の大型化を防ぐことができる。
【００９０】
交流周波数ｆｓｗを増加させた後、共振周波数ｆｒを増加させるまでの遅れ時間は、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低くなる期間が生じないような時間に設定される。
【００９１】
本実施の形態では、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを第１の交流周波数ｆｓｗ１から第２の交流周波数ｆｓｗ２に増加させた後、第１スイッチ回路３２１をオフからオンにして、共振周波数ｆｒを第１の共振周波数ｆｒ１から第２の共振周波数ｆｒ２に増加させる。
【００９２】
逆に、制御回路６は、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電圧の出力中に、共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗを低下させる際に、共振周波数ｆｒを低下させた後、交流周波数ｆｓｗを低下させる。
【００９３】
この構成によれば、共振周波数ｆｒが交流周波数ｆｓｗよりも先に低下されるので、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低くなる期間が生じないようにできる。よって、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低い周波数になり、ＤＣ／ＡＣ変換器２の出力電流が出力電圧に対して進み位相になることを抑制できる。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器２の各スイッチ２１がオンオフされたときに、各スイッチ２１に対して逆並列接続されたダイオードにリカバリ電流が流れて発熱することを防止できる。よって、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１の発熱を防ぐことができ、ヒートシンク等の冷却機構の大型化を防ぐことができる。
【００９４】
共振周波数ｆｒを低下させた後、交流周波数ｆｓｗを低下させるまでの遅れ時間は、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低くなる期間が生じないような時間に設定される。
【００９５】
本実施の形態では、制御回路６は、第１スイッチ回路３２１をオンからオフにして、共振周波数ｆｒを第２の共振周波数ｆｒ２から第１の共振周波数ｆｒ１に低下させた後、交流周波数ｆｓｗを第２の交流周波数ｆｓｗ２から第１の交流周波数ｆｓｗ１に低下させる。
【００９６】
或いは、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化させる際に、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電圧の出力を停止し、交流電圧の出力停止中に、共振周波数ｆｒを変化させ、交流電圧の出力再開時に、交流周波数ｆｓｗを変化させてもよい。
【００９７】
この構成によれば、交流電力の出力停止後、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電力の出力再開時には、既に、共振周波数ｆｒが、交流周波数ｆｓｗよりも低くなっているので、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低くなる期間が生じないようにできる。よって、交流周波数ｆｓｗが、共振周波数ｆｒよりも低い周波数になり、ＤＣ／ＡＣ変換器２の出力電流が出力電圧に対して進み位相になることを抑制できる。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器２の各スイッチ２１がオンオフされたときに、各スイッチ２１に対して逆並列接続されたダイオードにリカバリ電流が流れて発熱することを防止できる。よって、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１の発熱を防ぐことができ、ヒートシンク等の冷却機構の大型化を防ぐことができる。
【００９８】
＜制御挙動の説明＞
次に、図５のタイミングチャートを用いて、制御挙動について説明する。初期状態として、制御回路６は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇをロー（０）に設定しており、スイッチ駆動信号Ｓ３をロー（０）に設定し、第１スイッチ回路３２１をオフにし、共振周波数ｆｒを第１の共振周波数ｆｒ１に変化させている。また、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを第１の交流周波数ｆｓｗ１に設定している。
【００９９】
制御回路６は、放電開始時期の所定時間前の時刻ｔ０で、放電開始信号Ｓ１を０から１に切り替え、放電開始時期の時刻ｔ１で、放電開始信号Ｓ１を１から０に切り替える。放電開始信号Ｓ１が１から０に切り替わったときに、制御回路６は、放電期間信号Ｓ２を０から１に切り替える。上述したように、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて決定した放電時間が経過した時刻ｔ２で、放電期間信号Ｓ２を１から０に切り替える。
【０１００】
制御回路６は、放電期間信号Ｓ２が１である時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１をオンオフ制御して、ＤＣ／ＡＣ変換器２に第１の交流周波数ｆｓｗ１の交流電圧を出力させ、点火プラグ４に供給させる。第１の交流周波数ｆｓｗ１は、第１の共振周波数ｆｒ１の近傍の増幅周波数帯内に設定されているので、周波数変更接続回路３により増幅された交流電圧Ｖが点火プラグ４に印加される。点火プラグ４に誘電バリア放電が発生し、混合気が点火される。
【０１０１】
制御回路６は、放電期間信号Ｓ２が０である期間では、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１のオンオフ制御を停止し、交流電力の出力を停止させる。
【０１０２】
時刻ｔ３で、次の燃焼サイクルの点火制御の制御パラメータの判定タイミングになったので、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、次の燃焼サイクルの放電開始時期、放電期間、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇ等の制御パラメータを決定する。本例では、制御回路６は、前回の燃焼において内燃機関の失火を検知した、又は、内燃機関の運転状態に基づいて、着火しにくい状態であると判定したので、放電の瞬時電力の増加が必要であると判定し、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇを１に設定している。
【０１０３】
そして、時刻ｔ４で、制御回路６は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇに基づいて、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを設定する。制御回路６は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇが１に設定されているので、交流周波数ｆｓｗを第２の交流周波数ｆｓｗ２に設定し、スイッチ駆動信号Ｓ３を０から１に切り替え、第１スイッチ回路３２１をオンさせ、共振周波数ｆｒを第２の共振周波数ｆｒ２に変化させる。
【０１０４】
制御回路６は、放電開始時期の所定時間前の時刻ｔ５で、放電開始信号Ｓ１を０から１に切り替え、放電開始時期の時刻ｔ６で、放電開始信号Ｓ１を１から０に切り替える。放電開始信号Ｓ１が１から０に切り替わったときに、制御回路６は、放電期間信号Ｓ２を０から１に切り替える。制御回路６は、放電時間が経過した時刻ｔ７で、放電期間信号Ｓ２を１から０に切り替える。
【０１０５】
制御回路６は、放電期間信号Ｓ２が１である時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間において、上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１をオンオフ制御して、ＤＣ／ＡＣ変換器２に第２の交流周波数ｆｓｗ２の交流電圧を出力させ、点火プラグ４に供給させる。第２の交流周波数ｆｓｗ２は、第２の共振周波数ｆｒ２の近傍の増幅周波数帯内に設定されているので、周波数変更接続回路３により増幅された交流電圧Ｖが点火プラグ４に印加される。点火プラグ４に誘電バリア放電が発生し、混合気が点火される。共振周波数ｆｒが増加されているので、放電の瞬時電力が増加され、着火しにくい状態で混合気の着火性を向上させることができる。
【０１０６】
時刻ｔ８で、次の燃焼サイクルの点火制御の制御パラメータの判定タイミングになったので、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、次の燃焼サイクルの放電開始時期、放電期間、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇ等の制御パラメータを決定する。本例では、制御回路６は、前回の燃焼において内燃機関の失火を検知しておらず、内燃機関の運転状態に基づいて、着火しにくい状態でないと判定したので、放電の瞬時電力の増加が必要でないと判定し、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇを０に設定している。
【０１０７】
そして、時刻ｔ９で、制御回路６は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇに基づいて、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを設定する。制御回路６は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇが０に設定されているので、交流周波数ｆｓｗを第１の交流周波数ｆｓｗ１に設定し、スイッチ駆動信号Ｓ３を１から０に切り替え、第１スイッチ回路３２１をオフさせ、共振周波数ｆｒを第１の共振周波数ｆｒ１に変化させる。
【０１０８】
制御回路６は、放電開始時期の所定時間前の時刻ｔ１０で、放電開始信号Ｓ１を０から１に切り替え、放電開始時期の時刻ｔ１１で、放電開始信号Ｓ１を１から０に切り替える。放電開始信号Ｓ１が１から０に切り替わったときに、制御回路６は、放電期間信号Ｓ２を０から１に切り替える。制御回路６は、放電時間が経過した時刻ｔ１２で、放電期間信号Ｓ２を１から０に切り替える。
【０１０９】
制御回路６は、放電期間信号Ｓ２が１である時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間において、上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１をオンオフ制御して、ＤＣ／ＡＣ変換器２に第１の交流周波数ｆｓｗ１の交流電圧を出力させ、点火プラグ４に供給させる。第１の交流周波数ｆｓｗ１は、第１の共振周波数ｆｒ１の近傍の増幅周波数帯内に設定されているので、周波数変更接続回路３により増幅された交流電圧が点火プラグ４に印加される。点火プラグ４に誘電バリア放電が発生し、混合気が点火される。着火しにくい状態でないので、共振周波数ｆｒが低下され、放電の瞬時電力が低下されている。よって、放電エネルギーの低減することができ、消費電力を低減することができる。
【０１１０】
図５の例では、制御回路６は、燃焼サイクル毎に、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化していたが、燃焼サイクル毎に変化しなくてもよい。例えば、制御回路６は、放電期間中に、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化してもよい。また、制御回路６は、放電期間中に、共振周波数ｆｒを変化させないが、交流周波数ｆｓｗを共振周波数ｆｒの増幅周波数帯内で変化させてもよい。
【０１１１】
また、周波数変更接続回路３はトランス３３を備えなくてもよい。この場合は、グランドに接続された点火プラグ４の第２電極４２とＤＣ／ＡＣ変換器２の他方の出力端子が接続されるため、ＤＣ／ＡＣ変換器２にフルブリッジ回路を用いることができない。そのため、ＤＣ／ＡＣ変換器２には、ハーフブリッジ回路等が用いられる。ただし、直流電源７又はＤＣ／ＡＣ変換器２の入力側に絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器２がグランドから浮いた電位になるため、ＤＣ／ＡＣ変換器２にフルブリッジ回路が用いられる。
【０１１２】
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る点火システムについて図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る点火システムの基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。実施の形態１では、周波数変更接続回路３は、２段階に共振周波数ｆｒを変化させたが、本実施の形態では、周波数変更接続回路３は、３段階以上に共振周波数ｆｒを変化させる点が実施の形態１と異なる。
【０１１３】
図７は、本実施の形態に係る周波数変更接続回路３の概略回路図である。実施の形態１と同様に、周波数変更接続回路３は、第１インダクタ３１、トランス３３、及び第２インダクタ３４を備えている。本実施の形態では、周波数変更接続回路３は、第１インダクタ３１に並列接続された第１スイッチ回路３２１に加えて、第１インダクタ３１に並列接続された第２スイッチ回路３２２及びインピーダンス要素３５を備えている。第２スイッチ回路３２２とインピーダンス要素３５とは直列に接続されている。インピーダンス要素３５は、インダクタンス又はキャパシタンスを有している。以下では、インピーダンス要素３５が、第１インダクタ３１と同等のインダクタンスＬ１を有する場合を説明する。第２スイッチ回路３２２は、第１スイッチ回路３２１と同様に、２つの半導体のスイッチが直列に接続された双方向スイッチ又は機械的スイッチであってもよい。第２スイッチ回路３２２は、第１スイッチ回路３２１と同様に、制御回路６によりオン又はオフにされる。
【０１１４】
図８に示すように、第１スイッチ回路３２１及び第２スイッチ回路３２２を組み合わせてオン又はオフにすることにより、第１インダクタ３１、第１スイッチ回路３２１及び第２スイッチ回路３２２の並列接続回路全体のインダクタを、３段階に変化させることができ、共振周波数ｆｒを、３段階に変化させることができる。
【０１１５】
詳細には、第１スイッチ回路３２１及び第２スイッチ回路３２２をオフにすることで、並列接続回路全体のインダクタが、第１インダクタ３１のインダクタンスＬ１になり、共振周波数ｆｒは、実施の形態１と同様の第１の共振周波数ｆｒ１になる。第１スイッチ回路３２１をオンにし、第２スイッチ回路３２２をオフ又はオンにすることで、並列接続回路全体のインダクタが０になり、共振周波数ｆｒは、実施の形態１と同様の第２の共振周波数ｆｒ２になる。第１スイッチ回路３２１をオフにし、第２スイッチ回路３２２をオンにすることで、並列接続回路全体のインダクタが、第１インダクタ３１及びインピーダンス要素３５を合成した、Ｌ１／２になり、共振周波数ｆｒは、第３の共振周波数ｆｒ３になる。第３の共振周波数ｆｒ３は、第１の共振周波数ｆｒ１と第２の共振周波数ｆｒ２の間の周波数になる（ｆｒ１＜ｆｒ３＜ｆｒ２）。
【０１１６】
実施の形態１と同様に、制御回路６は、共振周波数ｆｒの変化に連動して、交流周波数ｆｓｗを変化させる。図９に、周波数の連動変化の概念図を示す。横軸は周波数を示し、縦軸は、ＤＣ／ＡＣ変換器２から出力される交流電圧の振幅に対する点火プラグ４に印加される交流電圧の振幅のゲインを示す。ゲインが１より大きい場合に、負荷共振回路により増幅されていることを示す。図９の曲線Ａは、負荷共振回路が第１の共振周波数ｆｒ１に変化されているときの、各周波数と負荷共振回路の増幅ゲインとの特性であり、曲線Ｂは、負荷共振回路が第２の共振周波数ｆｒ２に変化されているときの、各周波数と負荷共振回路の増幅ゲインとの特性であり、曲線Ｃは、負荷共振回路が第３の共振周波数ｆｒ３に変化されているときの、各周波数と負荷共振回路の増幅ゲインとの特性である。
【０１１７】
図９のｆｓｗ１は、第１の共振周波数ｆｒ１に対応して設定される第１の交流周波数であり、ｆｓｗ２は、第２の共振周波数ｆｒ２に対応して設定される第２の交流周波数ｆｓｗであり、ｆｓｗ３は、第３の共振周波数ｆｒ３に対応して設定される第３の交流周波数ｆｓｗである。図９に示すように、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを、各共振周波数ｆｒの近傍の増幅周波数帯内に変化させる。また、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗを、増幅周波数帯内であって、共振周波数ｆｒ以上の周波数に変化させる。
【０１１８】
詳細には、第１の交流周波数ｆｓｗ１は、第１の共振周波数ｆｒ１の増幅周波数帯内であって、第１の共振周波数ｆｒ１以上の周波数に設定されている。第２の交流周波数ｆｓｗ２は、第２の共振周波数ｆｒ２の増幅周波数帯内であって、第２の共振周波数ｆｒ２以上の周波数に設定されている。第３の交流周波数ｆｓｗ３は、第３の共振周波数ｆｒ３の増幅周波数帯内であって、第３の共振周波数ｆｒ３以上の周波数に設定されている。なお、第１の交流周波数ｆｓｗ１、第２の交流周波数ｆｓｗ２、及び第３の交流周波数ｆｓｗ３は、第１の共振周波数ｆｒ１、第２の共振周波数ｆｒ２、及び第３の共振周波数ｆｒ３に対応させて記憶装置６１に予め記憶されている。
【０１１９】
第３の交流周波数ｆｓｗ３及び第３の共振周波数ｆｒ３のときの第３の放電の瞬時電力Ｗ３は、第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１のときの第１の放電の瞬時電力Ｗ１よりも大きく、第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２のときの第２の放電の瞬時電力Ｗ２よりも小さい（Ｗ１＜Ｗ３＜Ｗ２）。
【０１２０】
本実施の形態では、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、必要となる放電の瞬時電力を３段階に判定し、判定結果に基づいて、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを３段階に変化させる。燃焼状態の向上及び消費電力の低減を、細かく行うことができる。
【０１２１】
例えば、制御回路６は、失火を検出した場合、又は内燃機関の運転状態に基づいて着火しにくい状態であると判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２に変化させ、制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて着火しやすい状態であると判定した場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１に変化させ、それ以外の場合は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを第３の交流周波数ｆｓｗ３及び第３の共振周波数ｆｒ３に変化させる。
【０１２２】
なお、周波数変更接続回路３は、他のインダクタンス要素に対して、並列に接続されたスイッチ回路を備えてもよく、３段階以上に共振周波数ｆｒを変化させてもよい。例えば、トランス３３の１次巻線３３ａ、トランス３３の２次巻線３３ｂ、第２インダクタ３４、点火プラグ４に対して並列にスイッチ回路が接続されてもよい。
【０１２３】
或いは、第１インダクタ３１に直列に接続されたスイッチを備え、制御回路６は必要に応じてオンオフしてもよい。
【０１２４】
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る点火システムについて図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る点火システムの基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。実施の形態１では、制御回路６は、点火のための誘電体バリア放電を発生させたが、本実施の形態では、制御回路６は、化学的活性種（ラジカル）を発生させるための誘電体バリア放電も発生させる点が実施の形態１と異なる。
【０１２５】
燃料と空気の混合気は、燃焼室内を流動しているため、混合気に含まれる分子は、点火プラグ４の近傍を流れるときに放電エネルギーを受ける。そのため、混合気の個々の分子に対して与えられる放電エネルギーは、点火プラグ４の放電の瞬時電力（放電のエネルギー密度）を増加又は減少させることで、増加又は減少される。
【０１２６】
特許文献１によれば、バリア放電はラジカルを生成して着火後の燃焼を促進するほか、局所的に強いラジカルを発生させて燃料と反応させることで燃料に直接点火することが可能である。
【０１２７】
そこで、制御回路６は、内燃機関の運転状態に応じて、着火後の燃焼を促進する燃焼支援としてのラジカル生成及び燃料への直接点火のいずれを行うか判定し、判定結果に基づいて、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化させ、放電の瞬時電力を変化させる。
【０１２８】
本実施の形態では、制御回路６は、燃焼室内への空気の流入が開始してから、点火を開始するまでの期間に設定された点火前期間と、点火を行う点火期間とにおいて、ＤＣ／ＡＣ変換器２に交流電力を出力させる。そして、制御回路６、点火前期間の交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒと、点火期間の交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒと、を変化させる。
【０１２９】
この構成によれば、点火前期間においてラジカルを生成するために適した周波数及び放電の瞬時電力と、点火期間において点火をするために適した周波数及び放電の瞬時電力と、設定することができる。
【０１３０】
特に、空燃比がリーンである場合、排気ガス再循環率が高い場合等の混合気の着火性が悪い運転状態において、点火前期間を設け、バリア放電を行い、ラジカルを生成すれば、着火性を向上させることができる。
【０１３１】
制御回路６は、点火期間の交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを、点火前期間の交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒよりも高くする。
【０１３２】
本実施の形態では、制御回路６は、点火前期間の交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを、第１の交流周波数ｆｓｗ１及び第１の共振周波数ｆｒ１に変化させ、点火期間の交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを、第２の交流周波数ｆｓｗ２及び第２の共振周波数ｆｒ２に変化させる。
【０１３３】
この構成によれば、点火前期間では、ラジカルを生成するが点火には至らない、比較的に低い放電の瞬時電力を発生させ、点火期間では、点火に至る比較底に高い放電の瞬時電力を発生させることができる。
【０１３４】
図１０のタイミングチャートを参照して、本実施の形態に係る制御回路６の処理の一例を説明する。横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれの信号、周波数の状態、電圧、１点火あたりのエネルギーを示す。信号は、１のときにハイであることを表し、０のときにローであることを表す。
【０１３５】
制御回路６は、放電開始時期の所定時間前の時刻ｔ１０で、放電開始信号Ｓ１を０から１に切り替え、放電開始時期の時刻ｔ１１で、放電開始信号Ｓ１を１から０に切り替える。放電開始信号Ｓ１が１から０に切り替わったときに、制御回路６は、放電期間信号Ｓ２を０から１に切り替える。制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、点火前期間を決定し、点火前期間の開始時期を放電開始時期に設定する。そして、制御回路６は、点火前期間の終了時期の時刻ｔ１２で、放電期間信号Ｓ２を１から０に切り替える。点火前期間では、制御回路６は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇをロー（０）に設定しており、スイッチ駆動信号Ｓ３をロー（０）に設定し、第１スイッチ回路３２１をオフにし、共振周波数ｆｒを第１の共振周波数ｆｒ１に変化させている。
【０１３６】
制御回路６は、放電期間信号Ｓ２が１である時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの点火前期間において、上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１をオンオフ制御して、ＤＣ／ＡＣ変換器２に第１の交流周波数ｆｓｗ１の交流電圧を出力させ、点火プラグ４に供給させる。第１の交流周波数ｆｓｗ１は、第１の共振周波数ｆｒ１の近傍の増幅周波数帯内に設定されているので、周波数変更接続回路３により増幅された交流電圧が点火プラグ４に印加される。点火プラグ４に比較的に低い瞬時の放電電力の誘電バリア放電が発生し、空気、又は空気と燃料の混合気にラジカルが生成される。
【０１３７】
時刻ｔ１２の後の時刻ｔ１３において、制御回路６は、点火期間のバリア放電のために、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇを０から１に変更する。時刻ｔ１３の後の時刻ｔ１４において、制御回路６は、周波数切換信号Ｓ＿ｆｌａｇが１に設定されているので、交流周波数ｆｓｗを第２の交流周波数ｆｓｗ２に設定し、スイッチ駆動信号Ｓ３を０から１に切り替え、第１スイッチ回路３２１をオンさせ、共振周波数ｆｒを第２の共振周波数ｆｒ２に変化させる。
【０１３８】
そして、時刻ｔ１５で、制御回路６は、点火期間の開始時期になったので、放電期間信号Ｓ２を０から１に切り替える。時刻ｔ１６で、制御回路６は、点火期間の終了時期になったので、放電期間信号Ｓ２を１から０に切り替える。制御回路６は、内燃機関の運転状態に基づいて、点火期間を決定する。点火期間は、失火が検知されたときに、長くされてもよい。
【０１３９】
制御回路６は、放電期間信号Ｓ２が１である時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの点火期間において、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１をオンオフ制御して、ＤＣ／ＡＣ変換器２に第２の交流周波数ｆｓｗ２の交流電圧を出力させ、点火プラグ４に供給させる。第２の交流周波数ｆｓｗ２は、第２の共振周波数ｆｒ２の近傍の増幅周波数帯内に設定されているので、周波数変更接続回路３により増幅された交流電圧が点火プラグ４に印加される。点火プラグ４に比較的に高い瞬時の放電電力の誘電バリア放電が発生し、混合気が点火される。
【０１４０】
制御回路６は、燃焼サイクル毎に、時刻ｔ１０から時刻ｔ１６までの処理を繰り返し実行する。
【０１４１】
図１０の例では、点火前期間と点火期間の間の時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの期間で、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電圧の出力が停止されている。すなわち、制御回路６は、交流周波数ｆｓｗ及び共振周波数ｆｒを変化させる際に、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電圧の出力を停止し、交流電圧の出力停止中に、共振周波数ｆｒを変化させ、交流電圧の出力再開時に、交流周波数ｆｓｗを変化させている。
【０１４２】
この構成によれば、実施の形態１で説明したように、ＤＣ／ＡＣ変換器２の出力電流が出力電圧に対して進み位相になることを抑制できる。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器２の各スイッチ２１がオンオフされたときに、各スイッチ２１に対して逆並列接続されたダイオードにリカバリ電流が流れて発熱することを防止できる。よって、ＤＣ／ＡＣ変換器２のスイッチ２１の発熱を防ぐことができ、ヒートシンク等の冷却機構の大型化を防ぐことができる。
【０１４３】
交流電圧の出力停止期間は、停止前に負荷共振回路に流れていた電流が１／１０以下に減衰するまでの期間に設定されるとよい。電流が十分に減衰した後に、交流電圧の出力を再開すると、リカバリ電流を確実に低減でき、発熱を確実に低減できる。
【０１４４】
或いは、点火前期間と点火期間の間に、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電圧の出力を停止する出力停止期間を設けなくてもよい。この場合は、実施の形態１で説明したように、制御回路６は、ＤＣ／ＡＣ変換器２の交流電圧の出力中に、共振周波数ｆｒ及び交流周波数ｆｓｗを増加させる際に、交流周波数ｆｓｗを増加させた後、共振周波数ｆｒを増加させてもよい。
【０１４５】
例えば、制御回路６は、点火時期の直前に、交流周波数ｆｓｗを第１の交流周波数ｆｓｗ１から第２の交流周波数ｆｓｗ２に変化させ、点火時期で、共振周波数ｆｒを第１の共振周波数ｆｒ１から第２の共振周波数ｆｒ２に変化させる。
【０１４６】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１４７】
１  内燃機関、２  ＤＣ／ＡＣ変換器、３  周波数変更接続回路、４  点火プラグ、６  制御回路、７  直流電源、１３  燃焼室、２１  ＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチ、３１  第１インダクタ、３２  周波数変更回路（スイッチ）、３３  トランス、４１  第１電極、４２  第２電極、４３  誘電体、３２１  第１スイッチ回路、３２２  第２スイッチ回路、ｆｒ  共振周波数、ｆｒ１  第１の共振周波数、ｆｒ２  第２の共振周波数、ｆｒ３  第３の共振周波数、ｆｓｗ  交流周波数、ｆｓｗ１  第１の交流周波数、ｆｓｗ２  第２の交流周波数、ｆｓｗ３  第３の交流周波数
【要約】
共振回路の共振により点火プラグに印加する交流電圧を増幅させつつ、点火プラグに印加する交流電圧の周波数を変化させ、放電エネルギー密度を変化させることができる誘電体バリア放電型の点火システムを提供する。ＤＣ／ＡＣ変換器（２）と点火プラグ（４）との間を接続し、回路全体の共振周波数ｆｒを変化させる周波数変更回路（３２）を有する周波数変更接続回路（３）と、ＤＣ／ＡＣ変換器（２）に交流周波数（ｆｓｗ）の交流電圧を出力させ、周波数変更回路（３２）を制御して共振周波数（ｆｒ）を変化させ、交流周波数（ｆｒ）を変化させる点火システム。【図１】
0006840301.tif 000006
【図２】
0006840301.tif 000007
【図３】
0006840301.tif 000008
【図４】
0006840301.tif 000009
【図５】
0006840301.tif 000010
【図６】
0006840301.tif 000011
【図７】
0006840301.tif 000012
【図８】
0006840301.tif 000013
【図９】
0006840301.tif 000014
【図１０】
0006840301.tif 000015