特許 6491907 内燃機関用の点火装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6491907

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】内燃機関用の点火装置

(51)【国際特許分類】

   F02P 3/01 20060101AFI20190318BHJP

【ＦＩ】

   F02P3/01 J

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-45231(P2015-45231)

(22)【出願日】2015年3月6日

(65)【公開番号】特開2016-164407(P2016-164407A)

(43)【公開日】2016年9月8日

【審査請求日】2018年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木下 翔太

(72)【発明者】

【氏名】岡部 伸一

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 明光

【審査官】 齊藤 彬

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３５８３９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２２４４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１０１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１３７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１７１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｐ ３／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心電極（２１）に高周波電圧を印加することによって該中心電極（２１）と接地電極（２２）との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグ（２）と、
該点火プラグ（２）に高周波電力を供給する点火回路（３）と、
高周波電圧が印加された上記中心電極（２１）と上記接地電極（２２）との間が、電気的に絶縁された絶縁状態か、放電によって電気的に導通した導通状態かを判断する放電状態判断部（４）と、を有し、
上記点火回路（３）は、高周波電力を生じる高周波電源部（３１）と、該高周波電源部（３１）が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧を上記点火プラグ（２）に印加する昇圧回路部（３２）と、上記高周波電源部（３１）を制御する電源制御部（３３）と、を有し、
該電源制御部（３３）は、上記放電状態判断部（４）が上記絶縁状態と判断したときと上記通電状態と判断したときとで、上記高周波電源部（３１）の制御条件を変更し、
上記通電状態と判断されたとき、上記電源制御部（３３）による上記制御条件を上記絶縁状態における上記制御条件と変更しない場合に比べて、上記高周波電源部（３１）から上記昇圧回路部（３２）へ出力される上記一次電圧の平均値が小さくなるように上記制御条件を設定するよう構成されており、
上記放電状態判断部（４）は、上記点火回路（３）から上記点火プラグ（２）への電力供給を開始してから所定時間が経過した時点よりも前を上記絶縁状態と判断し、当該時点以後を上記通電状態と判断するよう構成されていることを特徴とする内燃機関用の点火装置（１）。

【請求項2】

中心電極（２１）に高周波電圧を印加することによって該中心電極（２１）と接地電極（２２）との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグ（２）と、
該点火プラグ（２）に高周波電力を供給する点火回路（３）と、
高周波電圧が印加された上記中心電極（２１）と上記接地電極（２２）との間が、電気的に絶縁された絶縁状態か、放電によって電気的に導通した導通状態かを判断する放電状態判断部（４）と、を有し、
上記点火回路（３）は、高周波電力を生じる高周波電源部（３１）と、該高周波電源部（３１）が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧を上記点火プラグ（２）に印加する昇圧回路部（３２）と、上記高周波電源部（３１）を制御する電源制御部（３３）と、を有し、
該電源制御部（３３）は、上記放電状態判断部（４）が上記絶縁状態と判断したときと上記通電状態と判断したときとで、上記高周波電源部（３１）の制御条件を変更し、
上記通電状態と判断されたとき、上記電源制御部（３３）による上記制御条件を上記絶縁状態における上記制御条件と変更しない場合に比べて、上記高周波電源部（３１）から上記昇圧回路部（３２）へ出力される上記一次電圧の平均値が小さくなるように上記制御条件を設定するよう構成されており、
上記放電状態判断部（４）は、上記点火回路（３）から上記点火プラグ（２）へ供給される高周波電力の出力電流と出力電圧との位相差に基づいて、上記絶縁状態と上記通電状態とを判別するよう構成されており、
上記電源制御部（３３）は、上記位相差が小さくなるほど上記一次電圧の平均値を小さくするように、上記高周波電源部（３１）を制御するよう構成されていることを特徴とする内燃機関用の点火装置（１）。

【請求項3】

上記放電状態判断部（４）は、上記点火回路（３）から上記点火プラグ（２）へ供給される高周波電力の出力電流と出力電圧との位相差に基づいて、上記絶縁状態と上記通電状態とを判別するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の点火装置（１）。

【請求項4】

上記電源制御部（３３）は、上記位相差が小さくなるほど上記一次電圧の平均値を小さくするように、上記高周波電源部（３１）を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用の点火装置（１）。

【請求項5】

上記放電状態判断部（４）は、上記位相差が所定の基準値を超えるとき、上記絶縁状態と判断し、上記位相差が所定の基準値以下のとき、上記通電状態と判断するよう構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置（１）。

【請求項6】

上記位相差の所定の基準値はπ／４であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用の点火装置（１）。

【請求項7】

上記電源制御部（３３）は、上記放電状態判断部（４）が上記絶縁状態と判断したときよりも、上記通電状態と判断したときの方が、上記一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比が小さくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置（１）。

【請求項8】

上記放電状態判断部（４）は、上記高周波電源部（３１）から上記昇圧回路部（３２）へ出力される一次電流の電流ＲＭＳ値が、所定の基準値よりも大きいとき、上記絶縁状態と判断し、上記電流ＲＭＳ値が所定の基準値よりも小さいとき、上記通電状態と判断するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関用の点火装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車のガソリンエンジン等の内燃機関には、燃焼室において燃料に着火するための点火プラグを備えた点火装置が設けてある。かかる点火装置の点火プラグとして、中心電極に高周波電圧を印加することによって該中心電極と接地電極との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグがある。

【0003】

点火装置は、例えば、特許文献１に開示されているように、点火プラグに高周波電力を供給する点火回路を備えている。点火装置は、点火回路によって、点火プラグの中心電極と接地電極との間に高周波電圧を印加するよう構成されている。これにより、中心電極と接地電極との間において、絶縁碍子の表面を這うストリーマ放電を発生、進展させ、このストリーマ放電を放電経路として、中心電極と接地電極との間に交流グロー放電又はアーク放電（以下において、適宜、単に「グロー放電等」という。）を生ぜしめる。

【0004】

このように、ストリーマ放電を前駆にグロー放電等を生じさせるにあたっては、点火プラグには非常に高い電圧を印加する必要がある。つまり、ストリーマ放電を充分に進展させてグロー放電等に移行させるために必要な要求電圧としては、例えば３０ｋＶｐｐ（ピーク間電圧）という高い電圧が求められる。そのために、点火回路は昇圧回路部を備えており、高周波電源部の一次電圧を高電圧の二次電圧に昇圧して、点火プラグに印加するよう構成している。そして、点火回路は、要求電圧の発生に必要な程度の大きさの一次電圧（高周波電力）を、昇圧回路部に供給するよう構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−２１１１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ストリーマ放電から一旦グロー放電等に移行した後は、放電によって中心電極と接地電極との間が通電状態となり、点火プラグの両電極間のインピーダンスが低下し、電極間に実電流が生じることとなる。それゆえ、ストリーマ放電のときと同様に、一次電圧（高周波電力）を昇圧回路部に供給し、高い二次電圧を点火プラグに印加した状態を持続すると、電極間に、電流値の大きい実電流が流れてしまう。つまり、グロー放電等を持続するために必要な電流値を大きく上回る過大な電流が電極間に流れることとなり、その結果、電極の消耗や抵抗体の劣化等、点火プラグの耐久性の低下を招きやすくなる。
なお、特許文献１には、点火プラグへの電流を複数の期間に分けて供給することで、点火プラグの耐久性を向上させる制御（バースト制御）が提案されているが、この方法では放電（グロー放電等）を維持し難い。

【0007】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、点火プラグの耐久性を向上させることができる、内燃機関用の点火装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、中心電極に高周波電圧を印加することによって該中心電極と接地電極との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグと、
該点火プラグに高周波電力を供給する点火回路と、
高周波電圧が印加された上記中心電極と上記接地電極との間が、電気的に絶縁された絶縁状態か、放電によって電気的に導通した導通状態かを判断する放電状態判断部と、を有し、
上記点火回路は、高周波電力を生じる高周波電源部と、該高周波電源部が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧を上記点火プラグに印加する昇圧回路部と、上記高周波電源部を制御する電源制御部と、を有し、
該電源制御部は、上記放電状態判断部が上記絶縁状態と判断したときと上記通電状態と判断したときとで、上記高周波電源部の制御条件を変更し、
上記通電状態と判断されたとき、上記電源制御部による上記制御条件を上記絶縁状態における上記制御条件と変更しない場合に比べて、上記高周波電源部から上記昇圧回路部へ出力される上記一次電圧の平均値が小さくなるように上記制御条件を設定するよう構成されており、
上記放電状態判断部は、上記点火回路から上記点火プラグへの電力供給を開始してから所定時間が経過した時点よりも前を上記絶縁状態と判断し、当該時点以後を上記通電状態と判断するよう構成されていることを特徴とする内燃機関用の点火装置にある。
本発明の他の態様は、中心電極に高周波電圧を印加することによって該中心電極と接地電極との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグと、
該点火プラグに高周波電力を供給する点火回路と、
高周波電圧が印加された上記中心電極と上記接地電極との間が、電気的に絶縁された絶縁状態か、放電によって電気的に導通した導通状態かを判断する放電状態判断部と、を有し、
上記点火回路は、高周波電力を生じる高周波電源部と、該高周波電源部が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧を上記点火プラグに印加する昇圧回路部と、上記高周波電源部を制御する電源制御部と、を有し、
該電源制御部は、上記放電状態判断部が上記絶縁状態と判断したときと上記通電状態と判断したときとで、上記高周波電源部の制御条件を変更し、
上記通電状態と判断されたとき、上記電源制御部による上記制御条件を上記絶縁状態における上記制御条件と変更しない場合に比べて、上記高周波電源部から上記昇圧回路部へ出力される上記一次電圧の平均値が小さくなるように上記制御条件を設定するよう構成されており、
上記放電状態判断部は、上記点火回路から上記点火プラグへ供給される高周波電力の出力電流と出力電圧との位相差に基づいて、上記絶縁状態と上記通電状態とを判別するよう構成されており、
上記電源制御部は、上記位相差が小さくなるほど上記一次電圧の平均値を小さくするように、上記高周波電源部を制御するよう構成されていることを特徴とする内燃機関用の点火装置にある。

【発明の効果】

【0009】

上記内燃機関用の点火装置は、上記放電状態判断部を有する。そして、放電状態判断部が上記通電状態と判断したとき、上記のように、一次電圧の平均値が小さくなるように、電源制御部による高周波電源部の制御条件を設定するよう構成されている。これにより、通電状態にある中心電極と接地電極との間の放電部に流れる実電流の電流値を抑制することができる。その結果、大きな実電流が流れることによる中心電極及び接地電極の消耗等を抑制することができ、点火プラグの耐久性を向上させることができる。

【0010】

以上のごとく、本発明によれば、点火プラグの耐久性を向上させることができる、内燃機関用の点火装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】参考形態１における、内燃機関用の点火装置の回路図。

【図2】参考形態１における、制御条件を変更しない場合の（ａ）駆動信号、（ｂ）一次電圧、（ｃ）二次電圧、をそれぞれ示す線図。

【図3】参考形態１における、制御条件を変更した場合の（ａ）駆動信号、（ｂ）一次電圧、（ｃ）二次電圧、をそれぞれ示す線図。

【図4】参考形態１における、（ａ）点火信号、（ｂ）制御条件を変更しない場合の放電電流、（ｃ）制御条件を変更しない場合の電流ＲＭＳ値、（ｄ）放電状態の判別、（ｅ）制御条件を変更した場合の放電電流、（ｆ）制御条件を変更した場合の電流ＲＭＳ値、をそれぞれ示す線図。

【図5】参考形態１における、一次電圧のデューティ比と二次電圧との関係を示す線図。

【図6】参考形態１における、点火プラグの一部断面側面図。

【図7】実施形態１における、内燃機関用の点火装置の回路図。

【図8】参考形態２における、内燃機関用の点火装置の回路図。

【図9】実施形態２における、位相差と一次電圧のデューティ比との関係を示す線図。

【図10】参考形態３における、内燃機関用の点火装置の回路図。

【図11】参考形態３における、制御条件を変更した場合の（ａ）駆動信号、（ｂ）一次電圧、（ｃ）二次電圧、をそれぞれ示す線図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（参考形態１）
内燃機関用の点火装置の参考形態につき、図１〜図６を用いて説明する。
本形態の内燃機関用の点火装置１は、図１に示すごとく、点火プラグ２と、点火回路３と、放電状態判断部４とを有する。

【0013】

点火プラグ２は、中心電極２１に高周波電圧を印加することによって中心電極２１と接地電極２２との間にプラズマ放電を生じるよう構成されている。
点火回路３は、点火プラグ２に高周波電力を供給する。
放電状態判断部４は、高周波電圧が印加された中心電極２１と接地電極２２との間が、電気的に絶縁された絶縁状態か、放電によって電気的に導通した導通状態かを判断する。

【0014】

点火回路３は、高周波電力を生じる高周波電源部３１と、高周波電源部３１が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧を点火プラグ２に印加する昇圧回路部３２と、高周波電源部３１を制御する電源制御部３３と、を有する。

【0015】

電源制御部３３は、放電状態判断部４が絶縁状態と判断したときと通電状態と判断したときとで、高周波電源部３１の制御条件を変更する。
そして、通電状態と判断されたとき、電源制御部３３による制御条件を絶縁状態における制御条件と変更しない場合に比べて、高周波電源部３１から昇圧回路部３２へ出力される一次電圧の平均値が小さくなるように制御条件を設定するよう構成されている。

【0016】

本形態において、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すごとく、電源制御部３３は、放電状態判断部４が絶縁状態と判断したときよりも、通電状態と判断したときの方が、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比が小さくなるよう構成されている。これにより、通電状態において、高周波電源部３１から昇圧回路部３２へ出力される一次電圧の平均値を、制御条件を絶縁状態における制御条件と変更しない場合に比べて小さくすることができる。ここで、一次電圧の平均値とは、後述する共通電位１２を基準（０Ｖ）とした一次電圧の絶対値の時間平均の値を意味する。また、一次電圧の正側のデューティ比とは、高周波の一次電圧の１周期中における正電圧印加時間の割合を意味し、一次電圧の負側のデューティ比とは、高周波の一次電圧の１周期中における負電圧印加時間の割合を意味する。

【0017】

点火プラグ２は、例えば、図６に示すごとく、中心電極２１と、中心電極２１の外周側に設けた絶縁碍子２３と、該絶縁碍子２３の外周側に設けた接地電極２２とを有する。そして、中心電極２１に高周波高電圧を印加することにより、絶縁碍子２３の表面を這うストリーマ放電を発生、進展させ、このストリーマ放電を放電経路として、中心電極２１と接地電極２２との間の放電部に交流グロー放電又はアーク放電を生ぜしめるよう構成されている。
点火装置１は、例えば、自動車エンジン等の車両用内燃機関に搭載して用いることができる。

【0018】

高周波電源部３１は、図１に示すごとく、駆動電源１１より供給される直流電力をスイッチング素子３１１、３１２のスイッチングによって交流の高周波電力に変換して、出力するよう構成されている。高周波電源部３１においては、駆動電源１１が接続された高電位配線３１３と、接地された低電位配線３１４との間に、互いに直列接続された２つの抵抗３１５と、互いに直列接続された２つのコンデンサ３１６と、互いに直列接続された２つのスイッチング素子３１１、３１２とが、接続されている。
２つの抵抗３１５の間と、２つのコンデンサ３１６との間とは、共通電位１２に接続されている。

【0019】

また、２つのスイッチング素子３１１、３１２は、例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子からなる。そして、２つのスイッチング素子３１１、３１２の間に、高周波電源部３１の出力端子３１７が設けられている。
このような構成によって、高周波電源部３１は、高周波電力を正負均等に発振させて、出力端子３１７から出力することができ、昇圧回路部３２における昇圧を効率よく行うことができるようにしている。
なお、抵抗３１５、コンデンサ３１６、スイッチング素子３１１、３１２は、必ずしも２個ずつである必要はなく、高電位側と低電位側とに対称に配置されていれば、その個数は特に限定されるものではない。

【0020】

昇圧回路部３２は、互いに磁気的に結合された一次コイル３２１と二次コイル３２２とからなるトランスによって構成されている。点火プラグ２には、例えば、ピーク間電圧３０ｋＶｐｐ以上の非常に高い電圧を印加するため、昇圧回路部３２の昇圧倍率は、数十倍としている。また、昇圧回路部３２の一次コイル３２１は、一端が高周波電源部３１の出力端子３１７に接続され、他端が共通電位１２に接続されている。また、二次コイル３２２の一端が点火プラグ２の中心電極２１に接続され、他端が接地されている。

【0021】

また、電源制御部３３は、スイッチング素子３１１、３１２をオンオフ制御するスイッチング駆動部３３１を有する。すなわち、スイッチング駆動部３３１は、スイッチング素子３１１、３１２のゲートに駆動信号を入力するよう構成されている。また、電源制御部３３は、駆動信号を生成する信号生成部３３２と、駆動信号のパルス幅を制御するパルス幅制御部３３３とを有する。
パルス幅制御部３３３は、放電状態判断部４からの信号に基づいて駆動信号のパルス幅を制御する。

【0022】

また、本形態において、放電状態判断部４は、高周波電源部３１から昇圧回路部３２へ出力される一次電流の電流ＲＭＳ値（図４（ｃ）の実線の曲線Ｌｃ参照）が、所定の基準値（同図の横方向の破線Ｌ０参照）よりも大きいとき、絶縁状態と判断し、電流ＲＭＳ値が所定の基準値よりも小さいとき、通電状態と判断するよう構成されている。ここで、電流ＲＭＳ値とは、１周期分で計算した瞬時の電流実効値である。

【0023】

図１に示すごとく、点火回路３は、高周波電源部３１から昇圧回路部３２へ出力される一次電流をモニタする一次電流センサ１３を有する。放電状態判断部４は、図４（ｃ）、（ｄ）に示すごとく、一次電流センサ１３の出力信号に基づいて得られる一次電流の電流ＲＭＳ値（曲線Ｌｃ）が、所定の基準値（破線Ｌ０）よりも大きいとき、絶縁状態と判断し、電流ＲＭＳ値（曲線Ｌｃ）が所定の基準値（破線Ｌ０）よりも小さいとき、通電状態と判断するよう構成されている。

【0024】

また、放電状態判断部４は、一次電流センサ１３が計測した一次電流の電流ＲＭＳ値を、これに比例する直流電流値に変換するＲＭＳ／ＤＣコンバータ４２と、変換された直流電流値を基準の電流値と比較して、放電状態の信号を電源制御部３３へ出力する比較出力部４１とを有する。ただし、この放電状態判断部４の構成は一例であり、これに限らず種々の態様を採りうる。
なお、一次電流センサ１３としては、センシングによる電力損失を防ぐため、例えば、ホールＩＣ式、電流トランス（ＣＴ）式、ロゴスキーコイル式等の、磁界応用方式の電流センサを用いることが好ましい。

【0025】

次に、本形態の点火装置１の動作につき、作用効果とともに説明する。
この説明に先立ち、図４の説明を行う。図４は、横軸が時間経過を示す。図４（ａ）は、点火信号ＩＧｔのオン、オフを示す。図４（ｂ）は、電源制御部３３による高周波電源部３１の制御条件を変更しない場合において、点火プラグ２に流れる放電電流の電流値（瞬時値）の時間変化を示す。図４（ｃ）は、制御条件を変更しない場合における、一次電流の電流ＲＭＳ値の時間変化を示す。同図の実線Ｌｃが電流ＲＭＳ値を示し、破線Ｌ０が基準値を示す。

【0026】

図４（ｄ）は、放電状態判断部４における判断を示し、Ｓが絶縁状態（ストリーマ放電の状態）を示し、Ｇが通電状態（グロー放電等の状態）を示す。図４（ｅ）は、電源制御部３３による高周波電源部３１の制御条件を変更した場合において、点火プラグ２に流れる電流の電流値（瞬時値）の時間変化を示す。図４（ｆ）は、制御条件を変更しない場合における、一次電流の電流ＲＭＳ値の時間変化を示す。同図の実線Ｌｆが電流ＲＭＳ値を示し、破線Ｌ０が基準値を示す。

【0027】

まず、点火信号ＩＧｔ（図４（ａ）参照）が点火回路３における電源制御部３３に送られたとき、電源制御部３３がスイッチング素子３１１、３１２に駆動信号を出力する。ここで出力される駆動信号は、図２（ａ）に示すごとく、高周波のパルス信号であり、ハイサイド側のスイッチング素子３１１とローサイド側のスイッチング素子３１２とのそれぞれのゲートに、所定のタイミングで入力される。

【0028】

図２（ａ）に示すごとく、一対のスイッチング素子３１１、３１２には、互いに位相がπ（ラジアン）ずれた状態で、高周波のパルス状の駆動信号が入力される。同図において、実線の矩形波Ｓａが、ハイサイド側のスイッチング素子３１１へ入力される駆動信号を示し、破線の矩形波Ｓｂが、ローサイド側のスイッチング素子３１２へ入力される駆動信号を示す。
この駆動信号のスイッチング素子３１１への入力により、高周波電源部３１の出力端子３１７から昇圧回路部３２の一次コイル３２１へ、図２（ｂ）に示すごとく、高周波の一次電圧Ｖ１が出力される。

【0029】

この高周波電力の一次電圧Ｖ１が、昇圧回路部３２において昇圧されて、図２（ｃ）に示すごとく、二次コイル３２２側において高電圧、高周波の二次電圧Ｖ２が生成され、点火プラグ２の中心電極２１に印加される。これにより、点火プラグ２の放電ギャップにおいてプラズマ放電が生じる。プラズマ放電は、初期の段階ではストリーマ放電であり、その後グロー放電等に移行する。

【0030】

ストリーマ放電は、接地電極２２から絶縁碍子２３の表面を這うようにして、中心電極２１へ向かって延びるように生じる。ただし、この段階では、接地電極２２と中心電極２１との間の放電経路はつながっていない。それゆえ、電極間（放電部）における放電電流は、変位電流ということなる。このときの変位電流の電流波形は、図４（ｂ）におけるＢｓ、もしくは図４（ｅ）におけるＥｓ、のように、一次的に振幅が大きくなる。そして、中心電極２１と接地電極２２との間の放電経路がつながると、電極間（放電部）にグロー放電等が形成され、電極間に実電流が流れることとなる。

【0031】

このように、ストリーマ放電の間は、中心電極２１と接地電極２２との間が絶縁状態となっており、グロー放電等に移行した後は中心電極２１と接地電極２２との間が導通状態となる。そして、導通状態においては、放電部のインピーダンスが変化（低下）する。これに伴い、高周波電源部３１の出力端子３１７から点火プラグ２までの回路における共振のＱ値が変化（低下）し、図４（ｃ）に示すごとく、一次電流の電流ＲＭＳ値（Ｌｃ）が低下する。

【0032】

そこで、本形態においては、一次電流センサ１３によって、高周波電源部３１の出力端子３１７から昇圧回路部３２の一次コイル３２１へ流れる一次電流をモニタしている。そして、一次電流センサ１３によって得られる一次電流の電流ＲＭＳ値（Ｌｃ）が所定の基準値（Ｌ０）以下に低下したとき、図４（ｄ）に示すごとく、放電状態判断部４によって、放電部の放電状態が、絶縁状態（Ｓ：ストリーマ放電）から導通状態（Ｇ：グロー放電等）に移行したと判断する。

【0033】

そして、このとき、導通状態であることを示す信号が、放電状態判断部４から電源制御部３３へ送られ、電源制御部３３が、高周波電源部３１の制御条件を変更する。本形態において、制御条件は、高周波電源部３１から出力される一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比であり、スイッチング素子３１１、３１２を駆動する駆動信号のパルス幅である。

【0034】

すなわち、絶縁状態においては、図２（ａ）に示すごとく、駆動信号のパルス幅は大きく、そのデューティ比を例えば約５０％とし、通電状態においては、図３（ａ）に示すごとく、駆動信号のパルス幅を小さくし、そのデューティ比を例えば３０％とする。これにより、絶縁状態から導通状態に移行したとき、一次電圧Ｖ１の正側のデューティ比及び負側のデューティ比が低下して、一次電圧Ｖ１の平均値を低下させることができる。正側のデューティ比と負側のデューティ比とは、通常は互いに同等である。

【0035】

なお、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比を、上記のように、例えば５０％から３０％へ低下させたとき、高周波電源部３１が昇圧回路部３２へ出力しようとする一次電圧の平均値は、約６割に低減される。しかし、実際には、高周波電源部３１の出力端子３１７から点火プラグ２までの回路のインピーダンスが、絶縁状態と通電状態とでは異なるため、一次電圧の振幅も低下することとなり、一次電圧の平均値は６割未満に下がることとなる。

【0036】

いずれにしても、絶縁状態と通電状態とで、高周波電源部３１の制御条件を変更しない場合に比べて、通電状態における高周波電源部３１の制御条件を変更した場合には、一次電圧の平均値が低減される。これに伴い、図２（ｃ）、図３（ｃ）に示すごとく、通電状態においては、制御条件を変更しない場合に比べて、二次電圧Ｖ２が低下し、図４（ｂ）の符号Ｂｇ、図４（ｅ）の符号Ｅｇに示すごとく、二次電流が低下する。図４（ｅ）において、一点鎖線Ｂｔ、Ｂｂは、それぞれ制御条件を変更しない場合における二次電流（図４（ｂ）の符号Ｂｇ）の最大瞬時値を示す。

【0037】

その結果、グロー放電等によって放電部に流れる実電流の電流値が抑制される。
なお、制御条件を上記のように変更したとき、一次電流の電流ＲＭＳ値も、図４（ｆ）に示すように、制御条件を変更しない場合（図４（ｃ））とは異なることとなる。

【0038】

なお、図５に示すごとく、一次電圧のデューティ比（正側のデューティ比及び負側のデューティ比）と二次電流の大きさとの関係は、概略比例関係にある。それゆえ、一次電圧のデューティ比を小さくすることにより、これに比例して、二次電流の大きさを小さくできる。しかし、二次電流の大きさは、グロー放電等を持続させるために必要な電流値Ｉ０を下回らないようにする必要がある。したがって、一次電圧のデューティ比（パルス幅）の縮小割合ｒ１は、制御条件を変更しない場合に流れる二次電流の大きさと、グロー放電等を持続するために必要最小限の電流値Ｉ０との比率ｒ２を考慮する必要がある。すなわち、その比率ｒ２以上という制約のもと、なるべく上記デューティ比の縮小割合ｒ１を大きくすることが望ましい。

【0039】

上述のように、上記点火装置１においては、通電状態にある中心電極２１と接地電極２２との間の放電部に流れる実電流の電流値を抑制することができる。その結果、大きな実電流が流れることによる中心電極２１及び接地電極２２の消耗等を抑制することができ、点火プラグ２の耐久性を向上させることができる。

【0040】

また、本形態においては、電源制御部３３は、絶縁状態よりも通電状態において、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比が小さくなるように構成してある。これにより、容易に一次電圧の平均値を小さくして、放電部に流れる実電流の電流値を抑制すことができ、効果的に、点火プラグ２の耐久性を向上させることができる。

【0041】

また、放電状態判断部４は、一次電流の電流ＲＭＳ値によって、絶縁状態と通電状態とを判別するよう構成されている。これにより、容易かつ正確に、絶縁状態と通電状態との判別を行うことができ、効果的に点火プラグ２の耐久性を向上させることができる。

【0042】

以上のごとく、本形態によれば、点火プラグの耐久性を向上させることができる、内燃機関用の点火装置を提供することができる。

【0043】

（実施形態１）
本実施形態は、図７に示すごとく、放電状態判断部４はタイマ制御部４３を有し、絶縁状態と通電状態との判別を、経過時間を基準にして行うものである。
すなわち、放電状態判断部４は、点火回路３から点火プラグ２への電力供給を開始してから所定時間が経過した時点よりも前を絶縁状態と判断し、当該時点以後を通電状態と判断するよう構成されている。

【0044】

具体的には、放電状態判断部４は、点火信号ＩＧｔがオンとなった開始時点ｔ０から所定時間Ｔが経過する時点ｔ１までの間を、絶縁状態と判断（推定）する。そして、時点ｔ１以降の放電状態を、通電状態と判断（推定）する。ここで、絶縁状態（ストリーマ放電）から通電状態（グロー放電等）に移行するタイミングは、例えば、エンジン回転数や負荷等の諸条件に基づいて推定することが可能であり、これら諸条件に基づき、所定時間Ｔを設定することができる。それゆえ、例えば、所定時間Ｔをエンジン回転数や負荷等の諸条件と共にマッピングしておき、これらの諸条件から、所定時間Ｔが設定されるよう構成しておくことができる。
その他は、参考形態１と同様である。なお、本形態以降において用いた符号のうち、参考形態１における符号と同じ符号は、同一の構成要素等を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0045】

本実施形態においては、点火回路３から点火プラグ２への電力供給を開始してからの経過時間によって、絶縁状態と通電状態との判別を行うため、電流センサ等を配設する必要がなく、簡易な構成にて、点火装置１を構成することができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

【0046】

（参考形態２）
本形態の点火装置１は、図８に示すごとく、放電状態判断部４は、点火回路３から点火プラグ２へ供給される高周波電力の出力電流と出力電圧との位相差に基づいて、絶縁状態と通電状態とを判別するよう構成されている。

【0047】

そのために、点火装置１は、点火回路３から点火プラグ２への出力配線において、二次電流センサ１４及び二次電圧センサ１５を設けてある。なお、二次電圧そのものは、非常に高い電圧であるため、昇圧回路部３２の二次コイル３２２に並列接続した抵抗によって分圧回路部１５１を構成し、該分圧回路部１５１に二次電圧センサ１５を設けて、二次電圧を間接的に検出している。

【0048】

放電状態判断部４は、上記位相差が所定の基準値を超えるとき、絶縁状態と判断し、上記位相差が所定の基準値以下のとき、通電状態と判断するよう構成されている。

【0049】

すなわち、放電状態判断部４は、出力電流の位相と出力電圧の位相との差を算出する位相差算出部４４と、該位相差算出部４４によって得られた位相差を基準値と比較する比較出力部４５とを有する。そして、比較出力部４５において、上記位相差が基準値を超えているか否かにより、絶縁状態か通電状態かを判断して、その判定信号を電源制御部３３へ送るよう構成されている。位相差算出部４４は、例えば、積算器とＬＰＦ（ローパスフィルタ）とによって構成することができる。

【0050】

高周波電圧が印加された中心電極２１と接地電極２２との間の放電部が絶縁状態にあるときは、放電部に流れる電流は変位電流である。そのため、点火回路３から点火プラグ２へ供給される高周波電力の出力電流と出力電圧とは、互いの位相差が約π／２となる。一方、中心電極２１と接地電極２２との間の放電部が通電状態となり、放電部の放電（グロー放電等）が実電流となると、上記位相差はほとんどなくなる。このような放電状態と位相差との関係に基づき、上記位相差から、絶縁状態か通電状態かを推定することができる。

【0051】

本形態においては、上記位相差の所定の基準値をπ／４としている。そして、放電状態判断部４は、位相差がπ／４を超えている場合には絶縁状態であると判断し、位相差がπ／４以下の場合には通電状態であると判断するよう構成されている。
その他は、参考形態１と同様である。

【0052】

本形態においては、点火回路３から点火プラグ２へ供給される高周波電力の出力電流と出力電圧との位相差に基づいて、絶縁状態と通電状態とを判別するため、放電状態をより正確に判断することができる。
また、放電状態判断部４は、上記位相差がπ／４を超えているか否かによって、絶縁状態であるか、通電状態であるかを判断する。そのため、絶縁状態と通電状態とを、容易に区別することができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

【0053】

（実施形態２）
本実施形態の点火装置１は、図９に示すごとく、点火回路３から点火プラグ２へ供給される高周波電力の出力電流と出力電圧との位相差の大きさに応じて、一次電圧の平均値を調整するよう構成されている。
すなわち、本実施形態において、電源制御部３３は、位相差が小さくなるほど一次電圧の平均値を小さくするように、高周波電源部３１を制御する。

【0054】

また、本実施形態においては、図９に示すごとく、電源制御部３３は、位相差が小さくなるほど、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比を小さくするよう構成されている。例えば、位相差がπ／２のとき、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比をそれぞれ５０％とし、位相差が０のとき、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比をそれぞれ３０％とし、そして、位相差がπ／４のとき、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比をそれぞれ４０％とする。このようにして、位相差が小さくなるほど、一次電圧の正側のデューティ比及び負側のデューティ比が徐々に小さくなるように、制御する。

【0055】

これにより、位相差が小さくなるほど、二次電流の大きさが徐々に小さくなる。逆に、位相差が大きくなるほど、二次電流の大きさが徐々に大きくなる。
なお、上記位相差は、上記参考形態２と同様の手段によって検出することができる。
上述のように、本実施形態においては、同じ絶縁状態の中でも、或いは同じ通電状態の中でも、点火プラグ２へ出力される高周波電力の出力電流と出力電圧との位相差に応じて、一次電圧の平均値（正側のデューティ比及び負側のデューティ比）を変化させる。
その他は、参考形態１と同様である。

【0056】

本実施形態においては、グロー放電等を継続しやすい。すなわち、正常なグロー放電等が生じている間は、放電部に実電流が充分に流れ、位相差が０に近い状態が維持されているが、位相差がずれ始めると、実電流が小さくなり、放電が切れやすくなり始める。ここで、上述のように、位相差が大きくなるほど、一次電圧の平均値を大きくする（デューティ比を大きくする）ことにより、二次電流（実電流）を大きくして、グロー放電等を維持しやすくすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

【0057】

（参考形態３）
本形態の点火装置１は、図１０、図１１に示すごとく、通電状態と判断されたとき、電源制御部３３による制御条件を絶縁状態における制御条件と変更しない場合に比べて、一次電圧の大きさ（ピーク値）が大きくなるよう構成したものである。

【0058】

図１０に示すごとく、本形態の点火装置１における点火回路３は、高周波電源部３１にＤＣ−ＤＣコンバータ３４を設けている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、駆動電源１１の直流電圧を昇圧して、高電位配線３１３と低電位配線３１４との間に供給する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、昇圧比を変化させることができるよう構成されており、高電位配線３１３と低電位配線３１４との間に供給される直流電圧を変化させることができる。

【0059】

本形態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、ブーストアップＤＣ−ＤＣコンバータ３４からなり、図１０に示すごとく、コイル３４１とスイッチング素子３４２とダイオード３４３とコンデンサ３４４とによって構成されている。スイッチング素子３４２としては、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体素子を用いることができる。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、ブーストアップＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、例えば、絶縁型フライバック式など、種々のＤＣ−ＤＣコンバータを用いることができる。

【0060】

電源制御部３３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４のスイッチング素子３４２を駆動する駆動信号のパルス幅を制御するパルス幅制御部３３４を有する。そして、パルス幅制御部３３４によって駆動信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることにより、コイル３４１に蓄えるエネルギを調整し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４からの出力電圧を調整することができる。すなわち、高電位配線３１３と低電位配線３１４との間（一対のスイッチング素子３１１、３１２の間）に供給される直流電圧を変化させることができる。

【0061】

そして、放電状態判断部４が絶縁状態と判断したときと、通電状態と判断したときとで、パルス幅制御部３３４によって制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ３４におけるスイッチング素子３４２の駆動信号のパルス幅（デューティ比）を変える。具体的には、絶縁状態と判断されたときよりも、通電状態と判断されたときの方が、パルス幅（デューティ比）が小さくなるようにする。これにより、絶縁状態よりも通電状態の方が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４によって出力される直流電圧が大きくなる。

【0062】

これに伴い、図１１（ｂ）に示すごとく、高周波電源部３１から出力される一次電圧Ｖ１の大きさ（ピーク値）を、通電状態における制御条件を絶縁状態における制御条件に対して変更しない場合（図２（ｂ）に比べて、小さくすることができる。なお、本形態においては、図１１（ａ）に示すごとく、一対のスイッチング素子３１１、３１２のスイッチング制御（駆動信号のデューティ比）は、変化させないが、上記のように、一次電圧Ｖ１のピーク値を小さくすることで、一次電圧Ｖ１の平均値が小さくなる。その結果、通電状態においては、制御条件を変更しない場合に比べて、図１１（ｃ）に示すごとく二次電圧Ｖ２が低下し、二次電流が低下する。
その他は、参考形態１と同様である。

【0063】

本形態においても、通電状態にある中心電極２１と接地電極２２との間の放電部に流れる実電流の電流値を抑制することができる。その結果、大きな実電流が流れることによる中心電極２１及び接地電極２２の消耗等を抑制することができ、点火プラグ２の耐久性を向上させることができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

【0064】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、参考形態１と実施形態１とを組み合わせた思想の実施形態とすることもできる。

【0065】

例えば、参考形態１の点火装置における放電状態判断部と、実施形態１の点火装置における放電状態判断部との双方を備えた点火装置とすることができる。この場合、例えば、双方の放電状態判断部の判断が互いに異なる場面が想定されるが、例えば、双方の放電状態判断部のいずれもが、通電状態であると判断したときに、全体として、通電状態と判断して、少なくとも一方の放電状態判断部が絶縁状態であると判断したときに、全体として、絶縁状態と判断するよう構成することが考えられる。

【0066】

同様に、上記複数の実施形態を適宜組み合わせた実施態様を採用することもできる。組み合わせに当たっては、当業者が容易に想到できる範囲で、構成等において必要な変更を加えることができる。

【符号の説明】

【0067】

１ 点火装置
２ 点火プラグ
２１ 中心電極
２２ 接地電極
３ 点火回路
３１ 高周波電源部
３２ 昇圧回路部
３３ 電源制御部
４ 放電状態判断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】