(57)【要約】  バリア放電式の点火装置において、燃焼の有無を判定できる点火システム及び制御装置を提供する。内燃機関に配置されるバリア点火プラグ（５０）と、交流電圧をバリア点火プラグに供給する交流電源（２０）と、交流電源（２０）により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路（２５）と、交流信号検出回路（２５）の出力信号に基づいて、バリア点火プラグ（５０）に供給される交流電圧の振幅情報を検出し、振幅情報の時間変化に基づいて、内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置（３０）と、を備えた点火システム。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備えた点火システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記交流電圧の発生開始時点から、初期除外期間が経過するまでの期間を、前記燃焼の有無の判定期間から除外する請求項１に記載の点火システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記交流電圧の発生終了時点から、末期除外期間前までの期間を、前記燃焼の有無の判定期間から除外する請求項１又は２に記載の点火システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項５】
前記制御装置は、少なくとも、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に基づいて、前記判定閾値を決定する請求項４に記載の点火システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記交流電圧の振幅情報に基づいて、前記判定閾値を変化させる請求項４又は５に記載の点火システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記内燃機関の燃焼サイクル中の前記交流電圧の発生時期に基づいて、前記判定閾値を変化させる請求項４から６のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記内燃機関の燃焼サイクル中の前記交流電圧の発生時期に基づいて、前記振幅情報の時間変化の傾きを補正する請求項４から６のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の曲率を用い、前記振幅情報の時間変化の曲率が判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の曲率が、前記判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していないと判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記交流電圧の交流周期の自然数倍の周期で、前記交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化を算出する請求項１から９のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、燃焼していないと判定した場合は、少なくとも、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方を変化させる請求項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】
前記制御装置は、燃焼していないと判定した場合は、少なくとも、燃焼サイクルにおける前記交流電圧の発生時期、前記交流電圧の発生期間、及び前記交流電圧の振幅の１つ以上を変化させる請求項１から１１のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１３】
前記交流電源は、燃焼サイクルにおいて、複数回に分けて前記交流電圧を発生させ、２回目以降の前記交流電圧の発生期間において検出した前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する請求項１から１２のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１４】
複数回に分けて発生させる前記交流電圧の内の１つの回の前記交流電圧の振幅が、他のいずれか１つの回の前記交流電圧の振幅と異なる請求項１３に記載の点火システム。
【請求項１５】
前記交流電源は、インダクタンス及び静電容量による共振回路の共振により増幅された交流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に供給する請求項１から１４のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１６】
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、点火システム及び制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、燃費向上に向けた希薄燃焼又は高ＥＧＲ環境下では、点火が不安定になる。特許文献１のように、点火の安定性を向上するため、電極が誘電体に覆われた点火プラグを用い、点火プラグに交流電圧を印加することにより生じるバリア放電により混合気に点火する点火装置が提案されている。バリア放電式の点火装置では、体積的な点火が可能であるため、点火の安定性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１９／００８８５０号
【特許文献２】特開平０７−１０３１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、バリア放電式の点火装置においても、点火しない場合があり、失火を検出する必要ある。特許文献１は、点火プラグに印加される交流電圧に基づいて、バリア放電の有無を判定する技術を開示しているが、失火を検出する技術は開示していない。なお、特許文献１には、共振回路に流れる交流電流、又は昇圧トランスの１次巻線に流れる電流に基づいて、点火プラグに印加される交流電圧を推定する技術が開示されている。【０００５】
失火を検出する技術として、特許文献２の技術が知られている。しかし、特許文献２の技術は、電極が誘電体に覆われていない従来型の点火プラグを用い、従来のアーク放電により点火する点火装置である。そして、特許文献２の技術では、従来型の点火プラグの電極間の電位差を測定し、燃焼の有無を判定している。しかし、特許文献２の技術は、アーク放電式の点火装置であり、バリア放電式の点火装置には適応できない。【０００６】
そこで、バリア放電式の点火装置において、燃焼の有無を判定できる点火システム及び制御装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に係る点火システムは、
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備えたものである。【０００８】
本願に係る制御装置は、
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定するものである。
【発明の効果】
【０００９】
混合気が燃焼すると、燃焼していない場合よりも点火プラグに供給される交流電圧の振幅が低下する。本願に係る点火システム及び制御装置によれば、燃焼の有無により変化する交流電圧の振幅情報の時間変化に基づいて、燃焼の有無を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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に係る点火プラグの概略的な断面図及び平面図である。
【図３】実施の形態１に係る接続器の概略的な構成図である。
【図４】実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。
【図５】実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【図６】実施の形態１に係る交流電圧の波形を説明するタイムチャートである。
【図７】実施の形態１に係る燃焼の有無における交流電圧の振幅変化を説明するタイムチャートである。
【図８】実施の形態１に係る、圧縮行程による圧力上昇がある場合の、燃焼の有無における交流電圧の振幅変化を説明するタイムチャートである。
【図９】実施の形態２に係る、燃焼の有無の判定のための交流電圧を発生する場合の燃焼の有無の判定を説明するタイムチャートである。
【図１０】その他の実施の形態に係る、交流電圧の振幅情報の時間変化の曲率に基づいて、燃焼の有無の判定を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．実施の形態１
実施の形態１に係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、点火システムの概略回路構成図である。点火システムは、点火プラグ５０、交流電源２０、交流信号検出回路２５、及び制御装置３０を備えており、内燃機関の燃焼室内の混合気を点火する。制御装置３０は、点火プラグ５０、交流電源２０、及び交流信号検出回路２５を備えた点火装置を制御する制御装置である。内燃機関は、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行程機関とされている。
【００１２】
１−１．点火装置
＜点火プラグ５０＞
点火プラグ５０は、第１電極５２、第２電極５４、及び第１電極５２と第２電極５４の間に配置された誘電体５３を有する。本実施の形態では、第１電極５２は、誘電体５３により覆われている。
【００１３】
点火プラグ５０は、交流電源２０から供給された交流電圧により、バリア放電を発生する。バリア放電は、燃料と空気の混合気を点火する機能、及び燃焼を促進する活性種を生成する機能を有する。点火プラグ５０は、内燃機関に配置される。第１電極５２、第２電極５４及び誘電体５３を有した点火プラグ５０の一端は、内燃機関の燃焼室内に配置され、点火プラグ５０の他端は、燃焼室外に配置され、交流電源２０に接続される。
【００１４】
本実施の形態では、図２の断面図及び平面図に示すように、点火プラグ５０の中心軸上には、棒状の導電体である第１電極５２（中心電極５２）が配置されている。中心電極５２の一端は、燃焼室内に配置され、他端は、交流電源２０（本例では、共振コイル４１）に接続されている。中心電極５２は、交流電源２０（共振コイル４１）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。
【００１５】
また、誘電体５３の全周囲は、円筒状の第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、互いに固定されて一体型となっている。
【００１６】
燃焼室内に配置される点火プラグ５０の一端において、第１電極５２を覆う誘電体５３の肉厚が薄くなっており、誘電体５３と第２電極５４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５１であり、放電領域５５になる。放電領域５５は円筒状の空間となっている。例えば、放電ギャップ５１は、３．０ｍｍ以下の間隙となる。例えば、放電ギャップ５１における誘電体５３の肉厚は、０．１ｍｍ〜５ｍｍとなる。
【００１７】
なお、必ずしも放電ギャップ５１を設ける必要はなく、誘電体５３と第２電極５４とは接触してもよい。この場合は、誘電体５３、第２電極５４、及び周辺気体の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。活性種の生成に関しては消炎作用を考慮する必要はないため、活性種の生成を優先してバリア放電させる場合には放電ギャップ５１を小さくすることが望ましい。放電ギャップ５１を小さくすることで、交流電源２０が生成する交流電圧を低くすることが出来るため、電気ノイズの低減および点火装置の小型化に有利である。
【００１８】
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５１が大きくなるため、点火に有利である。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５１は小さくなるため、点火に不利である。さらに、誘電体５３は、肉厚を厚くすると、径方向の温度勾配による熱応力が増加する。なお、誘電体５３と第２電極５４は、放電領域５５以外でも間隙があり、この間隙でもバリア放電が可能である。
【００１９】
＜交流電源２０＞
交流電源２０は、インダクタンスＬ及び静電容量Ｃによる共振回路のＬＣ共振により増幅された交流周期の交流電圧を、第１電極５２と第２電極５４との間に供給する。
【００２０】
本実施の形態では、交流電源２０は、直流電圧を交流電圧に変換する機能、及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。
【００２１】
交流電源２０は、直流電源２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、インバータ２３、昇圧トランス２４、及び共振コイル４１を備えている。直流電源２１は、蓄電池であり、例えば、１２Ｖの直流電圧を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、直流電源２１から供給された直流電圧を昇圧して出力する。インバータ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する。昇圧トランス２４は、インバータ２３から出力された交流電圧を昇圧して点火プラグ５０に出力する。共振コイル４１は、点火プラグ５０に直列接続されている。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、制御装置３０によりオンオフ制御されるスイッチング素子を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２には、公知の各種のコンバータが用いられ、例えば、昇圧チョッパ、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、放電に必要な交流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２２なしで確保できる場合には備えられなくてもよい。
【００２３】
インバータ２３は、制御装置３０によりオンオフ制御されるスイッチング素子２３ａを備えている。インバータ２３は、ダイオードが逆並列接続されたスイッチング素子２３ａが２つ直列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。なお、インバータ２３には、ハーフブリッジ回路等の各種の回路が用いられてもよい。
【００２４】
昇圧トランス２４は、インバータ２３に接続される１次巻線２４ａと、点火プラグ５０に接続される２次巻線２４ｂと、１次巻線２４ａ及び２次巻線２４ｂが巻装される鉄心とを備えている。昇圧トランス２４の昇圧比は、１次巻線２４ａの巻数に対する２次巻線２４ｂの巻数の比により定まり、例えば、２〜２００倍とされている。２次巻線２４ｂの一端は、共振コイル４１を介して、点火プラグ５０の第１電極５２に接続されており、２次巻線２４ｂの他端は、グランド（エンジン筐体）に接続されており、グランドを介して、点火プラグ５０の第２電極５４に接続されている。なお、昇圧トランス２４は、放電に必要な交流電圧を昇圧トランス２４なしで確保できる場合には備えられなくてもよい。
【００２５】
昇圧トランス２４で昇圧された交流電圧は、共振回路により昇圧される。共振回路のインダクタンスＬは、共振コイル４１のインダクタンス、昇圧トランス２４の漏れインダクタンス、昇圧トランス２４と点火プラグ５０との接続配線が有するインダクタンスの合成である。共振回路の静電容量Ｃは、点火プラグ５０が有する浮遊容量、共振コイル４１と点火プラグ５０との接続配線が有する浮遊容量の合成である。
【００２６】
共振コイル４１には、例えば、フェライトコアを用いた鉄芯リアクトルが用いられてもよいし、コア材を使わない空芯リアクトルが用いられてもよい。なお、共振コイル４１は備えられなくてもよく、昇圧トランス２４の漏れインダクタンス等により共振回路が構成されてもよい。
【００２７】
＜接続器４０＞
本実施の形態では、交流電源２０は、点火プラグ５０と交流電源の本体部（本例では、昇圧トランス２４）とを接続するための接続器４０を備えている。接続器４０は、燃焼室の上部に取り付けられる。図３に接続器４０の概略断面図を示すように、接続器４０は、共振コイル４１、高電圧配線４２、絶縁体４３、導電体４４、及びプラグ接続部４５を備えている。
【００２８】
共振コイル４１の一端は、交流電源の本体部に接続され、他端は、高電圧配線４２を介して点火プラグ５０の第１電極５２に接続される。共振コイル４１及び高電圧配線４２は、絶縁体４３により周囲を覆われることで絶縁されており、絶縁体４３の周囲は、内燃機関の燃焼室と同電位になる導電体４４で覆われている。共振コイル４１、高電圧配線４２、及び導電体４４の間に空気層が存在しない構造にすることで、交流電圧によるコロナ放電の発生を抑制することができる。
【００２９】
点火プラグ５０が配置される導電体４４の端面に貫通孔が形成されている。貫通孔の内側の絶縁体４３には、点火プラグ５０の上部形状と一致する凹部が形成されており、凹部に、プラグ接続部４５が形成されている。プラグ接続部４５の上部には、高電圧配線４２の端部が露出しており、点火プラグ５０の第１電極５２が接続される。なお、共振コイル４１は、必ずしも接続器４０に配置する必要はなく、交流電源の本体部に配置してもよい。
【００３０】
＜交流信号検出回路２５＞
交流信号検出回路２５は、交流電源２０により発生する交流電圧又は交流電流である交流信号を検出するための検出回路である。本実施の形態では、交流信号検出回路２５は、交流電源２０から点火プラグ５０（第１電極５２と第２電極５４との間）に印加される電圧を検出する電圧検出回路とされている。例えば、交流信号検出回路２５は、第１電極５２及び第２電極５４に並列接続された分圧コンデンサ回路とされる。分圧コンデンサ回路は、２つのコンデンサが直列接続された回路であり、２つのコンデンサの接続点の電位が、制御装置３０に入力される。
【００３１】
なお、交流信号検出回路２５は、第１電極５２及び第２電極５４に並列接続された分圧抵抗回路とされてもよい。分圧抵抗回路は、２つの抵抗が直列接続された回路であり、２つの抵抗の接続点の電位が、制御装置３０に入力される。
【００３２】
１−２．制御装置３０
本実施の形態では、制御装置３０は、点火装置に加えて、内燃機関を制御する。図４に示すように、制御装置３０は、後述する電源制御部３１、放電制御部３２、交流電圧検出部３３、燃焼判定部３４、エンジン制御部３５等を備えている。制御装置３０の各機能は、制御装置３０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置３０は、図５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９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００３３】
演算処理装置９０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９０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９１として、演算処理装置９０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９０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。入力回路９２は、交流信号検出回路２５、及び内燃機関の各種センサ３７（クランク角度センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、スロットル開度センサ等）が接続され、これらの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、交流電源２０（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２及びインバータ２３）のスイッチング素子、及び内燃機関の各種の電気負荷３８（インジェクタ、電子制御式スロットルバルブ、電子制御式ＥＧＲバルブ、吸排気ＶＶＴ等）が接続され、これらに演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００３４】
そして、制御装置３０が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１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９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置３０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、制御装置３０が用いる判定閾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９１に記憶されている。以下、制御装置３０の各機能について詳細に説明する。
【００３５】
エンジン制御部３５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、内燃機関の回転速度、吸入空気量、充填効率、スロットル開度等の内燃機関の運転状態を検出する。例えば、エンジン制御部３５は、クランク角センサ、カム角センサ等の出力信号に基づいて、内燃機関の回転速度及び回転角度を検出し、吸入空気量センサ等の出力信号に基づいて、内燃機関の燃焼室に吸入された吸入空気量、充填効率を検出し、スロットル開度センサの出力信号に基づいて、スロットル開度を検出する。エンジン制御部３５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、電子制御式スロットルバルブ、電子制御式ＥＧＲバルブ、吸排気ＶＶＴ等の内燃機関の各種の電気負荷３８を駆動制御する。
【００３６】
放電制御部３２は、内燃機関の回転速度及び充填効率等の内燃機関の運転状態に基づいて、混合気を点火するための交流電圧を発生させる制御値（例えば、１つの燃焼サイクル中の交流電圧の発生開始時期及び発生期間、交流周期（交流周波数）、交流電圧振幅、放電エネルギー等）を算出する。本実施の形態では、交流周期及び交流電圧振幅は、インバータ２３から出力される交流電圧の交流周期及び交流電圧振幅となっている。
【００３７】
本実施の形態では、放電制御部３２は、交流電源２０の交流周波数（交流周期の逆数）を、バリア放電が発生しておらず、気体の圧力及び温度が基準値（例えば、常温、常圧）である場合の共振回路の共振周波数に設定する。なお、交流電源２０の交流周波数は、共振回路の共振周波数から、共振回路の増幅率が大きく低下しない範囲で、多少ずれていてもよい。
【００３８】
放電制御部３２は、燃焼に不利な内燃機関の運転状態では、交流電圧の発生開始時期の早期化、交流電圧の発生期間の長期化、交流電圧振幅の増加、交流周波数の上昇、及び放電エネルギーの増加の少なくとも１つを満たすように、交流電圧の制御値を決定する。燃焼に不利な内燃機関の運転状態は、例えば、内燃機関の回転速度が低い場合、充填効率が低い場合等である。
【００３９】
また、放電制御部３２は、燃焼に不利な内燃機関の運転状態では、混合気を点火するための交流電圧（バリア放電）を発生させる前に、燃焼を促進する活性種を生成するための交流電圧（バリア放電）を発生させる制御値を算出する。活性種を生成するための交流電圧の振幅は、点火に至るバリア放電が発生しないように、点火のための交流電圧の振幅よりも小さく設定される。活性種の生成のための交流電圧の発生は、燃料噴射の前に行われてもよい。
【００４０】
電源制御部３１は、交流電圧の発生制御値（交流電圧の発生開始時期及び発生期間、交流周期（交流周波数）、交流電圧振幅、放電エネルギー等）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２及びインバータ２３のスイッチング素子を、公知のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりオンオフ駆動して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧比を制御すると共に、インバータ２３から出力される交流電圧の周期及び振幅を制御する。
【００４１】
１−２−１．燃焼の有無の判定
内燃機関の制御装置には、燃焼の有無（失火の有無）を判定する機能が求められる。本実施の形態では、制御装置３０は、点火プラグ５０に供給される交流電圧の振幅情報に基づいて、燃焼の有無を判定するように構成されている。以下で詳細に説明する。
【００４２】
＜交流電圧の振幅情報の検出＞
交流電圧検出部３３は、交流信号検出回路２５の出力信号に基づいて、点火プラグ５０に供給される交流電圧の振幅情報を検出する。本実施の形態では、点火プラグ５０に供給される交流電圧は、共振回路による増幅後の交流電圧である。
【００４３】
交流電圧検出部３３は、交流電圧の振幅情報として、交流電圧の最大値又は最小値を検出する。例えば、交流電圧検出部３３は、ピークホールド回路を用いて、交流電圧の最大値又は最小値を検出する。ピークホールド回路は、入力回路９２に備えられ、交流信号検出回路２５の出力信号をピークホールドする。ピークホールド回路のホールド値は、交流周期又は交流周期の２以上の自然数倍の周期で、リセットされる。或いは、交流電圧検出部３３は、交流電圧が最大値又は最小値になる、交流周期又は交流周期の２以上の自然数倍の周期のタイミングで、交流信号検出回路２５の出力信号をＡ／Ｄ変換して、交流電圧の最大値又は最小値を検出してもよい。或いは、交流電圧検出部３３は、連続的に、交流信号検出回路２５の出力信号をＡ／Ｄ変換して、交流電圧の最大値又は最小値を検出してもよい。また、交流電圧検出部３３は、交流電圧が最大値及び最小値になるタイミングから位相をずらした、交流周期又は交流周期の２以上の自然数倍の周期のタイミング（例えば、ノイズが小さくなる位相）で、交流電圧を検出してもよい。この場合でも、検出値は、交流電圧の振幅に比例した値になり、振幅情報が検出される。
【００４４】
＜交流電圧の波形＞
図６は、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タイムチャートである。図６に交流電圧の最大値及び最小値をつないだ包絡線も示している。この包絡線が、交流電圧の振幅情報に相当する。交流電圧の発生期間を、共振成長期間、安定期間、減衰期間の３つに分類することができる。交流電圧の発生開始後、共振成長期間において、共振回路において共振成長の時間遅れが生じ、共振回路の増幅率が次第に増加し、交流電圧の振幅が次第に増加している。共振成長期間は、交流周期の２回以上の期間となる。
【００４５】
共振成長期間の終了時点から交流電源２０（インバータ２３）が交流電圧の発生を停止するまでの期間が、安定期間となっている。交流電源２０が交流電圧の発生を停止した後、減衰期間において、点火プラグ５０に印加される交流電圧が減衰する。減衰期間は、交流周期の１回以上の期間となる。
【００４６】
安定期間であっても、燃焼の有無により、共振回路の共振周波数が変化し、交流電圧の振幅が変動する。よって、安定期間において、交流電圧の振幅の時間変化により燃焼の有無を判定できる。
【００４７】
＜共振周波数の変化＞
共振回路の共振周波数の変化について説明する。点火プラグ５０の浮遊容量（静電容量）は、バリア放電の有無、及び燃焼による放電領域５５の気体の温度上昇によって変化し、これによって、共振回路の共振周波数が変化する。バリア放電が発生すると、バリア放電が発生していない場合よりも共振回路の共振周波数が低下する。バリア放電の発生後において、燃焼により気体の温度が上昇すると、共振回路の共振周波数が更に低下する。
【００４８】
上述したように、交流電源２０の交流周波数（交流周期の逆数）は、バリア放電が発生しておらず、気体の圧力及び温度が基準値である場合の共振回路の共振周波数付近に設定されている。
【００４９】
よって、バリア放電が発生すると、バリア放電が発生していない場合よりも共振回路の共振周波数が低下し、共振周波数は、交流電源の交流周波数から離れる。その結果、共振回路による交流電圧の増幅率が低下し、点火プラグ５０に供給される交流電圧の振幅が低下する。また、バリア放電の発生後において、燃焼により放電領域５５の気体の温度が上昇すると、燃焼していない場合よりも共振回路の共振周波数が低下し、共振周波数は、交流電源の交流周波数から更に離れる。その結果、共振回路による交流電圧の増幅率が更に低下し、点火プラグ５０に供給される交流電圧の振幅が更に低下する。
【００５０】
＜燃焼の有無による交流電圧の振幅変化＞
図７の上段グラフに燃焼が生じていない場合の交流電圧の包絡線を示し、図７の下段のグラフに燃焼が生じている場合の交流電圧の包絡線を示す。図７の例は、交流電圧の発生時期が、圧縮行程の終了時点（ピストンの上死点）付近の通常の発生時期であり、燃焼室内の気体の圧力変化が小さい場合である。図７の上段グラフ及び下段グラフにおいて、共振成長期間の終了時点付近で、バリア放電が開始し、共振周波数の低下により共振回路の増幅率が低下し、交流電圧の振幅が低下している。
【００５１】
そして、図７の上段の場合は、バリア放電の開始後、混合気の燃焼が開始しておらず、安定期間において、放電領域５５の気体温度の変化が小さい。そのため、共振周波数の変化が小さく、共振回路の増幅率の変化が小さい。その結果、交流電圧の振幅の変化が小さく、振幅の傾きがゼロ付近になっている。
【００５２】
一方、図７の下段の場合は、バリア放電の開始後、混合気の燃焼が開始しており、安定期間において、燃焼により放電領域５５の気体温度が次第に上昇している。そのため、共振周波数が次第に低下し、共振回路の増幅率が次第に低下している。その結果、交流電圧の振幅が次第に低下しており、振幅の傾きが負になっている。よって、バリア放電開始後の安定期間において、交流電圧の振幅の傾きが、燃焼している場合の傾きよりも大きい場合は、燃焼していないと判定できる。
【００５３】
＜燃焼の有無の判定＞
そこで、燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅情報の時間変化に基づいて、内燃機関の燃焼の有無を判定する。この構成によれば、燃焼の有無により変化する交流電圧の振幅情報の時間変化に基づいて、燃焼の有無を判定することができる。
【００５４】
本実施の形態では、燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅情報の時間変化として振幅情報の時間変化の傾き（単に、振幅情報の傾きとも称す）を用い、振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、振幅情報の時間変化の傾きが、判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定する。図７を用いて説明したように、非燃焼時の交流電圧の振幅情報の傾きは、燃焼時の傾きよりも大きくなる。よって、振幅情報の傾きと判定閾値とを比較することにより、燃焼の有無を判定することができる。なお、振幅情報の時間変化の傾きは、振幅情報の時間変化率であり、振幅情報の変化量を時間間隔で除算した値になる。また、燃焼の有無は、失火の有無とも言い換えられる。
【００５５】
また、図７の例に示したように、非燃焼時の交流電圧の振幅情報の傾きは、ゼロに近くなり、燃焼時の交流電圧の振幅情報の傾きは、ゼロよりも小さくなる。よって、本例では、判定閾値は負値に設定される。
【００５６】
＜燃焼の有無の判定期間＞
上述したように、共振成長期間及び減衰期間では、交流電圧の振幅が過渡状態にあるため、燃焼の有無を精度よく判定できない。また、共振成長期間の終了時点付近も、バリア放電の開始により、交流電圧の振幅が低下するため、燃焼の有無の判定から除外した方がよい。
【００５７】
そこで、燃焼判定部３４は、交流電圧の発生開始時点から、初期除外期間が経過するまでの期間を、燃焼の有無の判定期間から除外する。この構成によれば、判定期間からバリア放電が開始する時点を除外することができ、バリア放電の開始による振幅の減少により、燃焼の有無の誤判定が生じることを抑制できる。初期除外期間は、交流周期よりも長い期間に設定され、共振成長期間よりも長い期間に設定される。
【００５８】
また、燃焼判定部３４は、交流電圧の発生終了時点から、末期除外期間前までの期間を、燃焼の有無の判定期間から除外する。この構成によれば、減衰期間を判定期間から除外することができ、判定精度を向上できる。交流電圧の発生終了時点は、交流信号検出回路２５の出力信号により検出される交流電圧が、ゼロから変化しなくなる時点である。末期除外期間は、交流周期よりも長い期間に設定される。本実施の形態では、燃焼判定部３４は、交流電源２０（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２及びインバータ２３）に対する交流電圧の生成指令を終了した時点を、燃焼の有無の判定期間の終了時点とする。
【００５９】
なお、活性種を生成するための交流電圧の発生と点火のための交流電圧の発生とが連続して行われる場合は、燃焼判定部３４は、点火のための交流電圧の発生期間に、上述したように判定期間を設定し、燃焼の有無を判定する。
【００６０】
＜振幅情報の傾きの算出＞
燃焼判定部３４は、判定期間において検出した振幅情報の傾きを算出する。燃焼判定部３４は、各検出時点で検出した振幅情報に対して統計処理を行って、振幅情報の傾きを算出する。例えば、燃焼判定部３４は、各検出時点において、前回の検出時点からの振幅情報の変化量を、検出時点間の時間間隔で除算して、振幅情報の傾きを算出し、全ての検出時点の傾きの平均値を算出してもよい。或いは、燃焼判定部３４は、各検出時点の振幅情報と各検出時点の時刻とを、最小二乗法等により直線近似し、傾きを算出してもよい。
【００６１】
＜燃料噴射量及び吸入空気量に応じた判定閾値の設定＞
燃焼速度及び放電領域５５の気体状態は、燃料噴射量及び吸入空気量等の内燃機関の運転状態に応じて変化し、それに応じて、燃焼の有無による共振周波数の変化量、振幅情報の傾きの変化量も変化する。
【００６２】
例えば、燃焼噴射量が少なく、空燃比が比較的リーンな場合は、放電領域５５の混合気の発熱量が小さく、燃焼による気体の温度上昇が小さくなる。また、燃焼が緩慢になり、温度上昇速度が小さくなる。そのため、燃焼時の振幅情報の減少速度が小さくなり、負となっている燃焼時の振幅情報の傾きが増加する（傾きの絶対値が減少する）。よって、負に設定された判定閾値を増加させればよい（判定閾値の絶対値を減少させる）。
【００６３】
また、燃焼室に吸入される吸入空気量が少なく、充填効率が低い場合は、燃焼が緩慢になり、温度上昇速度が小さくなる。そのため、燃焼時の振幅情報の減少速度が小さくなり、負となっている燃焼時の振幅情報の傾きが増加する（傾きの絶対値が減少する）。よって、負に設定された判定閾値を増加させればよい（判定閾値の絶対値を減少させる）。
【００６４】
上記の例のように、燃焼速度及び放電領域５５の気体状態は、内燃機関の運転状態に応じて複雑に変化するため、判定精度を向上させるために、各種の内燃機関の運転状態に応じて、判定閾値を変化させればよい。
【００６５】
燃焼判定部３４は、少なくとも、内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に基づいて、判定閾値を決定するように構成されている。この構成によれば、燃料噴射量及び吸入空気量に応じて変化する、燃焼の有無による傾きの変化量に合わせて適切な判定閾値を設定し、燃焼の有無の判定精度を向上させることができる。燃料噴射量として空燃比の情報が用いられてもよく、吸入空気量として充填効率が用いられてもよい。例えば、燃焼判定部３４は、空燃比が大きくなる（リーンになる）に従って、判定閾値を増加させる。また、燃焼判定部３４は、充填効率が低くなるに従って、判定閾値を増加させる。
【００６６】
燃焼判定部３４は、内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量と判定閾値との関係が予め設定された閾値設定データを参照し、現在の燃料噴射量及び吸入空気量に対応する判定閾値を算出する。なお、判定閾値の決定には、燃料噴射量及び吸入空気量の一方だけが用いられもよく、燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に加えて、回転速度、ＥＧＲ率、吸排気ＶＶＴ位相角等の他の運転状態が用いられてもよい。
【００６７】
＜交流電圧の振幅情報に応じた判定閾値の補正＞
交流電圧の振幅が大きくなると、同じ増幅率の変化量に対して、振幅情報の傾きの変化量が大きくなる。よって、交流電圧の振幅が大きくなるに従って、負に設定された判定閾値を減少させればよい。
【００６８】
そこで、燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅情報に基づいて、判定閾値を変化させるように構成されている。この構成によれば、交流電圧の振幅に応じて変化する、振幅情報の傾きの変化量に合わせて適切な判定閾値を設定し、燃焼の有無の判定精度を向上させることができる。例えば、燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅が大きくなるに従って、判定閾値を減少させる。燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅情報に基づいて、判定閾値の補正係数を算出し、内燃機関の運転状態に基づいて決定した判定閾値に対して、判定閾値の補正係数を乗算補正する。燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅情報と判定閾値の補正係数との関係が予め設定された補正係数データを参照し、現在の交流電圧の振幅情報に対応する判定閾値の補正係数を算出する。交流電圧の振幅情報として、交流電圧検出部３３により検出された振幅情報が用いられてもよく、インバータ２３から出力される交流電圧の振幅が用いられてもよい。
【００６９】
＜圧縮行程の圧力変化による共振周波数の変化＞
点火プラグ５０の浮遊容量は、放電領域５５の気体の圧力によっても変化し、これによって、共振回路の共振周波数が変化する。交流電圧の発生時期が、圧縮行程の終了時点（ピストンの上死点）よりもある程度前に設定された場合は、圧縮行程により気体の圧力が上昇すると、共振回路の共振周波数が増加する。バリア放電の発生後において、圧縮行程において放電領域５５の気体の圧力が上昇するに従って、共振回路の共振周波数が増加し、共振周波数は、交流電源の交流周波数に近づく。その結果、共振回路による交流電圧の増幅率が増加し、点火プラグ５０に供給される交流電圧の振幅が増加する。
【００７０】
図８に、交流電圧の発生時期が、圧縮行程の終了時点（ピストンの上死点）よりもある程度前であり、交流電圧の発生中に、燃焼室内の気体の圧力が次第に増加する場合の例を示す。図８の上段のグラフに燃焼が生じていない場合の交流電圧の包絡線を示し、図８の下段グラフに燃焼が生じている場合の交流電圧の包絡線を示す。図８の上段グラフ及び下段グラフにおいて、図７と同様に、共振成長期間の終了時点付近で、バリア放電が開始し、共振周波数の低下により共振回路の増幅率が低下し、交流電圧の振幅が低下している。
【００７１】
図８の上段に示すように、燃焼が生じていない場合は、圧縮行程による気体の圧力上昇により、共振周波数が次第に上昇し、交流電圧の振幅が次第に増加している。その結果、交流電圧の発生時期が圧縮行程の途中である場合は、非燃焼時であっても、図７の上段とは異なり、振幅情報の傾きがゼロから増加している。
【００７２】
一方、図８の下段に示すように、燃焼が生じている場合は、燃焼により放電領域５５の気体温度が次第に上昇していると共に、圧縮行程により気体圧力が次第に上昇している。そのため、気体温度の上昇による共振周波数の低下と、気体圧力の上昇による共振周波数の増加とが互いに打ち消し合い、共振周波数の変化が小さくなっている。その結果、交流電圧の発生時期が圧縮行程の途中である場合は、燃焼時であっても、図７の下段とは異なり、振幅情報の傾きがゼロ付近になっている。
【００７３】
＜交流電圧の発生時期に応じた判定閾値の補正＞
このように、交流電圧の発生時期が、圧縮行程の終了時点（上死点）よりも前になるに従って、非燃焼時の振幅情報の傾き、及び燃焼時の振幅情報の傾きの双方が、増加するので、判定閾値を増加させる必要がある。
【００７４】
そこで、燃焼判定部３４は、燃焼サイクル中の交流電圧の発生時期に基づいて、判定閾値を変化させるように構成されている。この構成よれば、交流電圧の発生時期に応じて変化する、圧縮行程による気体圧力の上昇量、及び振幅情報の傾きの変化量に合わせて、適切に判定閾値を変化させ、燃焼の有無の判定精度を向上させることができる。燃焼判定部３４は、交流電圧の発生時期が、圧縮行程の終了時点（上死点）よりも前になるに従って、判定閾値を増加させる。
【００７５】
燃焼判定部３４は、交流電圧の発生時期に基づいて、判定閾値の補正値を算出し、内燃機関の運転状態及び交流電圧の振幅情報に基づいて設定した判定閾値に対して、判定閾値の補正値を加算補正する。燃焼判定部３４は、交流電圧の発生時期と判定閾値の補正値との関係が予め設定された補正値データを参照し、現在の交流電圧の発生時期に対応する判定閾値の補正値を算出する。なお、圧縮行程による気体圧力の上昇量に相関するパラメータとして、交流電圧の発生時期（クランク角度）に加えて、吸入空気量（充填効率）が用いられてもよい。
【００７６】
＜交流電圧の発生時期に応じた振幅情報の補正＞
或いは、判定閾値を補正する代わりに、燃焼判定部３４は、燃焼サイクル中の交流電圧の発生時期に基づいて、振幅情報の傾きを補正するように構成されてもよい。この構成よれば、交流電圧の発生時期に応じて変化する、振幅情報の傾きを補正することにより、判定閾値を用いた燃焼の有無の判定精度を向上させることができる。燃焼判定部３４は、交流電圧の発生時期が、圧縮行程の終了時点（上死点）よりも前になるに従って、振幅情報の傾きを減少させる。例えば、補正後の非燃焼時の振幅情報の傾きがゼロ付近になるように、振幅情報の傾きを減少させればよい。
【００７７】
燃焼判定部３４は、交流電圧の発生時期に基づいて、正の値に設定された傾きの補正値を算出し、検出された振幅情報の傾きに対して、傾きの補正値を減算補正する。圧縮行程の終了時点（上死点）よりも前になるに従って、傾きの補正値を増加させる。燃焼判定部３４は、交流電圧の発生時期と傾きの補正値との関係が予め設定された補正値データを参照し、現在の交流電圧の発生時期に対応する傾きの補正値を算出する。なお、圧縮行程による気体圧力の上昇量に相関するパラメータとして、交流電圧の発生時期（クランク角度）に加えて、吸入空気量（充填効率）が用いられてもよい。
【００７８】
＜未燃焼判定時の制御＞
燃焼していないと判定された場合は、内燃機関の運転状態を、燃焼し易い運転状態に変更することで、燃焼させることができる。エンジン制御部３５は、燃焼していないと判定した場合は、少なくとも、内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方を変化させる。例えば、エンジン制御部３５は、燃料噴射量が少ない状態（空燃比がリーンな状態）で、燃焼していないと判定された場合は、燃焼噴射量を増加させ（空燃比をリッチ化し）、燃焼し易くする。また、エンジン制御部３５は、吸入空気量が少ない状態（充填効率が低い状態）で、燃焼していないと判定した場合は、目標スロットル開度を増加させる等して、吸入空気量（充填効率）を増加させ、燃焼し易くする。燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に加えて、ＥＧＲ率、吸排気ＶＶＴの位相角等の他の内燃機関の運転状態が変更されてもよい。
【００７９】
また、燃焼していないと判定された場合は、交流電圧の発生状態を、燃焼し易い発生状態に変更することで、燃焼させることができる。放電制御部３２は、燃焼していないと判定した場合は、少なくとも、燃焼サイクルにおける交流電圧の発生時期、交流電圧の発生期間、及び交流電圧の振幅の１つ以上を変化させる。例えば、エンジン制御部３５は、燃焼していないと判定した場合は、交流電圧の発生時期を早期化、交流電圧の発生期間の長期化、交流電圧の振幅の増加等を行う。
【００８０】
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。本実施の形態では、放電制御部３２は、燃焼サイクル中に交流電圧を複数回に分けて発生させ、それに合わせて、燃焼判定部３４の燃焼の有無の判定方法が実施の形態１と異なる。
【００８１】
空燃比がリーンである場合は、混合気が燃焼を開始してから放電領域５５の気体温度が上昇するまでにより長い時間を要する。そのため、判定期間における交流電圧の振幅の変化量が小さくなり、判定精度が悪化する。そのため、判定精度を向上させるために、温度上昇の遅れに合わせて、交流電圧の発生期間を長くすることで、判定期間を長くし、振幅の変化量を大きくすることが考えられる。しかし、燃焼の有無の判定のために、交流電圧の発生期間を長くするとエネルギー消費量が増加するため、望ましくない。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、放電制御部３２は、図９に示すように、点火のための交流電圧の発生を行った後、休止期間が経過した時点で、燃焼の有無を判定するための交流電圧を発生させる。この場合は、燃焼サイクルにおいて２回の交流電圧の発生期間が設けられる。休止期間は、２回目の交流電圧の発生期間において、気体の温度が上昇するように設定される。燃焼判定部３４は、２回目の交流電圧の発生期間において、交流電圧の振幅情報の時間変化を算出し、振幅情報の時間変化に基づいて燃焼の有無を判定する。２回目の交流電圧の振幅は、バリア放電が生じる程度に、１回目の点火のための交流電圧の振幅よりも小さくされる。これにより、燃焼の有無の判定のためのエネルギー消費量の増加を抑制できる。また、燃焼の有無を判定するための交流電圧の発生期間が、複数回に分けられてもよく。この場合は、複数回の交流電圧の発生期間のそれぞれで検出した振幅情報を総合して、燃焼の有無が判定される。
【００８３】
また、放電制御部３２は、活性種を生成するための交流電圧の発生を行った後、１回目の休止期間が経過した時点で、点火のための交流電圧の発生を行い、その後、２回目の休止期間が経過した時点で、燃焼の有無を判定するための交流電圧を発生させてもよい。この場合は、燃焼サイクルにおいて３回の交流電圧の発生期間が設けられる。１回目及び３回目の交流電圧の振幅は、２回目の交流電圧の振幅よりも小さくされる。
【００８４】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００８５】
（１）上記の各実施の形態においては、制御装置３０は、１つの制御装置から構成されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、制御装置３０が複数の制御装置から構成され、制御装置３０が備える複数の制御部３１から３５が、複数の制御装置に分散して備えられてもよい。例えば、電源制御部３１が第１の制御装置に備えられ、他の制御部３２から３５が、第２の制御装置に備えられてもよい。
【００８６】
（２）上記の各実施の形態においては、燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅情報の時間変化として振幅情報の時間変化の傾きに基づいて、燃焼の有無を判定するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、燃焼判定部３４は、振幅情報の時間変化として振幅情報の時間変化の曲率を用い、振幅情報の時間変化の曲率が判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していると判定し、振幅情報の時間変化の曲率が、判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していないと判定してもよい。図７に示したように、非燃焼時は、振幅情報の時間変化が小さく、振幅情報の時間変化の曲率も小さくなる。一方、燃焼時は、振幅情報の時間変化が大きく、振幅情報の時間変化の曲率も大きくなる。よって、曲率により燃焼の有無を判定することができる。例えば、図１０に示すように、燃焼判定部３４は、各検出時点の振幅情報と各検出時点の時刻とを、最小二乗法等により２次関数に近似し、近似した２次関数の頂点に接する円の曲率を算出してもよい。２次関数は、振幅情報が独立変数とされ、時間が従属変数とされている。
【００８７】
（３）上記の各実施の形態においては、燃焼判定部３４は、判定期間において１つの振幅情報の傾きを算出し、１つの振幅情報の傾きと判定閾値とを比較することにより、燃焼の有無を判定するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、燃焼判定部３４は、判定期間を複数の期間に分割し、各分割期間において、振幅情報の傾きを算出すると共に振幅情報の傾きと判定閾値とを比較して燃焼の有無を判定し、複数の分割期間の判定結果を総合して（例えば、多数決を取って）、最終的な燃焼の有無を判定するように構成されてもよい。
【００８８】
（４）上記の各実施の形態においては、燃焼判定部３４は、燃焼サイクル内の振幅情報の時間変化に基づいて、燃焼の有無を判定するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、燃焼判定部３４は、燃焼サイクル間の振幅情報の時間変化に基づいて、燃焼の有無を判定するように構成されてもよい。例えば、燃焼判定部３４は、今回の燃焼サイクルの振幅情報（例えば、平均値）から、前回又は前回以前の複数回の燃焼サイクルの判定期間の振幅情報（例えば、平均値）を減算した偏差が、正の判定値より大きい場合に、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼していないと判定し、偏差が負の判定値よりも小さい場合に、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼していると判定する。間欠的な失火又は燃焼を判定することができる。この方法は、圧縮自着火の内燃機関にも用いることができる。
【００８９】
（５）上記の実施の形態１においては、点火のための交流電圧の発生が行われ、点火のための交流電圧の発生期間に、燃焼の有無の判定期間が設定されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、圧縮自着火の内燃機関などにおいて、点火のための交流電圧の発生が行われず、活性種の生成のための交流電圧の発生、又は実施の形態２のような燃焼の有無の判定のための交流電圧の発生が行われ、この発生期間に、燃焼の有無の判定期間が設定されてもよい。
【００９０】
（６）上記の各実施の形態においては、交流信号検出回路２５は、点火プラグ５０に供給される交流電圧を検出する電圧検出回路とされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、交流信号検出回路２５は、共振回路に流れる交流電流を検出する電流検出回路とされてもよい。この場合は、国際公開２０１９／００８８５０号に記載されている技術を用い、交流電圧検出部３３は、共振回路に流れる交流電流、交流周波数、及び共振回路の情報（インダクタンス、静電容量）に基づいて、点火プラグ５０に供給される交流電圧を推定してもよい。或いは、交流信号検出回路２５が、昇圧トランス２４の１次巻線に流れる電流を検出する電流検出回路とされてもよい。この場合は、交流電圧検出部３３は、１次巻線に流れる交流電流、及び昇圧トランス２４の巻き数比に基づいて、共振回路に流れる交流電流を推定し、上記のように、点火プラグ５０に供給される交流電圧を推定してもよい。
【００９１】
（７）上記の各実施の形態においては、交流電源２０は、インダクタンスＬ及び静電容量Ｃによる共振回路のＬＣ共振により増幅された交流周期の交流電圧を、第１電極５２と第２電極５４との間に供給する場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、交流電源２０は、インダクタンスＬ及び静電容量Ｃによる共振回路を備えなくてもよい。この場合であっても、混合気が燃焼すると、第１電極５２と第２電極５４との間の気体のインピーダンスが低下し、燃焼していない場合よりも、点火プラグ５０に供給される交流電圧の振幅が低下し、点火プラグ５０に供給される交流電流の振幅が増加する。この燃焼時のインピーダンスの低下は、燃焼時に気体のイオン及び電子が増加することによる。よって、交流電源２０が共振回路を有していない場合でも、上記の各実施の形態と同様に、燃焼判定部３４は、交流電圧の振幅情報の時間変化に基づいて、内燃機関の燃焼の有無を判定することができる。なお、上記の各実施の形態でも、燃焼によるインピーダンス低下の影響が考えられるが、燃焼による共振周波数変化の影響の方が大きい。
【００９２】
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】
【００９３】
２０  交流電源、２５  交流信号検出回路、３０  制御装置、３１  電源制御部、３２  放電制御部、３３  交流電圧検出部、３４  燃焼判定部、３５  エンジン制御部、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
【図１】
2020255332.tif 000003
【図２】
2020255332.tif 000004
【図３】
2020255332.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020255332.tif 000011
【図１０】
2020255332.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月11日(2021.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
少なくとも、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に基づいて、前記判定閾値を決定する点火システム。
【請求項２】
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
前記交流電圧の振幅情報に基づいて、前記判定閾値を変化させる点火システム。
【請求項３】
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
前記内燃機関の燃焼サイクル中の前記交流電圧の発生時期に基づいて、前記判定閾値を変化させる点火システム。
【請求項４】
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
前記内燃機関の燃焼サイクル中の前記交流電圧の発生時期に基づいて、前記振幅情報の時間変化の傾きを補正する点火システム。
【請求項５】
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の曲率を用い、前記振幅情報の時間変化の曲率が判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の曲率が、前記判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していないと判定する点火システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記交流電圧の発生開始時点から、初期除外期間が経過するまでの期間を、前記燃焼の有無の判定期間から除外する請求項１から５のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記交流電圧の発生終了時点から、末期除外期間前までの期間を、前記燃焼の有無の判定期間から除外する請求項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】
前記制御装置は、前記交流電圧の交流周期の自然数倍の周期で、前記交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化を算出する請求項１から７のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項９】
前記制御装置は、燃焼していないと判定した場合は、少なくとも、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方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】
前記制御装置は、燃焼していないと判定した場合は、少なくとも、燃焼サイクルにおける前記交流電圧の発生時期、前記交流電圧の発生期間、及び前記交流電圧の振幅の１つ以上を変化させる請求項１から９のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１１】
前記交流電源は、燃焼サイクルにおいて、複数回に分けて前記交流電圧を発生させ、２回目以降の前記交流電圧の発生期間において検出した前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する請求項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】
複数回に分けて発生させる前記交流電圧の内の１つの回の前記交流電圧の振幅が、他のいずれか１つの回の前記交流電圧の振幅と異なる請求項１１に記載の点火システム。
【請求項１３】
前記交流電源は、インダクタンス及び静電容量による共振回路の共振により増幅された交流電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に供給する請求項１から１２のいずれか一項に記載の点火システム。
【請求項１４】
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定し、
前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
少なくとも、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に基づいて、前記判定閾値を決定する制御装置。
【請求項１５】
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定し、
前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
前記交流電圧の振幅情報に基づいて、前記判定閾値を変化させる制御装置。
【請求項１６】
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定し、
前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
前記内燃機関の燃焼サイクル中の前記交流電圧の発生時期に基づいて、前記判定閾値を変化させる制御装置。
【請求項１７】
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定し、
前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
前記内燃機関の燃焼サイクル中の前記交流電圧の発生時期に基づいて、前記振幅情報の時間変化の傾きを補正する制御装置。
【請求項１８】
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定し、
前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の曲率を用い、前記振幅情報の時間変化の曲率が判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の曲率が、前記判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していないと判定する制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本願に係る点火システムは、
第１電極、第２電極、及び前記第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、
交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、
前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
少なくとも、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に基づいて、前記判定閾値を決定するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願に係る制御装置は、
第１電極、第２電極、及び前記第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、交流電圧を前記第１電極と前記第２電極との間に供給する交流電源と、前記交流電源により発生する交流電圧又は交流電流を検出する交流信号検出回路と、を備えた点火装置を制御する制御装置であって、
前記交流信号検出回路の出力信号に基づいて、前記点火プラグに供給される交流電圧の振幅情報を検出し、前記振幅情報の時間変化に基づいて、前記内燃機関の燃焼の有無を判定し、
前記振幅情報の時間変化として前記振幅情報の時間変化の傾きを用い、前記振幅情報の時間変化の傾きが判定閾値よりも小さい場合に、燃焼していると判定し、前記振幅情報の時間変化の傾きが、前記判定閾値よりも大きい場合に、燃焼していないと判定し、
少なくとも、前記内燃機関の燃料噴射量及び吸入空気量の一方又は双方に基づいて、前記判定閾値を決定するものである。
【国際調査報告】
2020255332.tif 000013
2020255332.tif 000014