(57)【要約】【課題】機関燃焼室内に高温高圧のプラズマを噴射して点火を行うプラズマ式点火装置において、優れた着火性と高い信頼性とを有するプラズマ式点火装置を提供することを目的とする。【解決手段】中心電極１１と接地電極１３０とこれらを絶縁する絶縁体１２とによって区画した放電空間１４０とを有する点火プラグ１０と、点火プラグ１０に高エネルギを供給する高エネルギ電源とを具備し、放電空間１４０内の気体に高エネルギを加えて高温・高圧のプラズマ状態となして接地電極１３０の開口部から内燃機関４０の燃焼室４００内に噴射して、混合気に点火するプラズマ式点火装置１であって、高エネルギ電源として複数回トリガプラズマ電源ＭＴＰＤＳ２０を具備し、ＭＴＰＤＳ２０は、１回の点火毎に複数回のトリガ放電と、該トリガ放電によって絶縁破壊された放電空間１４０内に高エネルギのプラズマ電流ＩＰＬＺを供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と接地電極とこれらを絶縁する絶縁体とによって区画した放電空間とを有する点火プラグと、該点火プラグに高エネルギを供給する高エネルギ電源とを具備し、上記放電空間内の気体に上記高エネルギ電源から高エネルギを加えて高温・高圧のプラズマ状態となして、内燃機関の混合気に点火するプラズマ式点火装置であって、
上記高エネルギ電源は、１回の点火毎に複数回のトリガ放電を行う複数回トリガ電源と、該トリガ放電によって絶縁破壊された上記放電空間内に大電流を供給するプラズマエネルギ電源とを具備することを特徴とするプラズマ式点火装置。
【請求項２】
上記複数回トリガ電源は、複数のトリガ放電回路を有し、上記内燃機関の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置と、該点火信号に対して複数回のトリガ信号を発して上記複数のトリガ放電回路のいずれか一つを選択的に制御するトリガ放電回路選択制御装置とを具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項３】
上記複数回トリガ電源は、１つのトリガ放電回路を有し、上記内燃機関の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置と、該点火信号に対して複数回のトリガ信号を発して上記トリガ放電回路の開閉を繰り返すトリガ放電回路開閉制御装置とを具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項４】
上記複数回トリガ電源は、複数のエネルギ蓄積手段と、該エネルギ蓄積手段からの放電電圧を昇圧する昇圧手段と、上記エネルギ蓄積手段からの放電を遅延せしめる放電遅延手段とを具備し、上記放電遅延手段によって、上記昇圧手段からの複数回の放電に時間差を設けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項５】
上記複数回トリガ電源は、上記プラズマ電源から流れる大電流を検知するプラズマ電流検知手段を具備し、該プラズマ電流が検出された場合には、上記トリガ放電を停止せしめることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項６】
上記複数回トリガ放電は、ＢＴＤＣ３０°からＴＤＣまでの点火工程において行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項７】
上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁部材と該絶縁部材の外周を覆う略環状の接地電極の少なくとも一部を上記中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項８】
上記点火プラグは、中心電極と該中心電極を覆う絶縁体と該絶縁体を覆う環状の接地電極とからなり、上記中心電極の下端面と上記接地電極の下端面とが略面一となるように、若しくは上記中心電極の下端面が上記接地電極の下端面よりも燃焼室側に突出するように配設せしめ、上記絶縁体の下端面が上記燃焼室内に向かって露出し、極浅い放電空間を形成し、上記中心電極の外周面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
【請求項９】
上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁体と該絶縁体の外周を覆う略環状の接地電極との少なくとも一部を中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプラズマ式点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火に用いられるプラズマ式点火装置の着火安定性の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の内燃機関においては、燃焼排気中に含まれる、窒素酸化物、二酸化炭素等の環境荷物質の低減を図るべく、更なる燃費の向上、希薄化が望まれている。成層希薄燃焼や均質希薄燃焼等の希薄燃焼機関は、高出力化、低燃費化が期待できる反面、着火性が低下する。このため、これらの難着火性機関の点火に用いられる点火プラグには、高い着火性が求められている。
このような難着火性機関に用いられる着火性の高い点火装置として、プラズマ式点火装置が期待されている。プラズマ式点火装置は、点火プラグの中心電極と接地電極とこれらの間を絶縁する略筒状の絶縁体とによって該絶縁体の内側に区画された放電空間内に、高電圧の印加と大電流の供給とを行うことによって、該放電空間内の気体を高温・高圧のプラズマ状態にして、内燃機関の燃焼室内に高いエネルギを噴射して、難着火性の混合気の点火を行うものである（例えば、特許文献１等参照。）。
【特許文献１】実開昭５５−０５１８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、このようなプラズマ式点火装置において、放電空間を形成する筒状の絶縁体の内周壁に、混合気の不完全燃焼等によりデポジットが堆積したり、放電時のスパッタリングにより蒸散した電極の金属成分が蒸着して導通経路を形成するチャネリングを起こしたりする虞がある。高電圧を印加した時に、これらのデポジットやチャネリング等の付着物は抵抗成分となり、これらの付着物を介して中心電極と接地電極とが短絡するため、放電空間内に放電経路が形成されず、大電流が放電空間内に流れない虞があることが判明した。
【０００４】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、中心電極と接地電極とを絶縁する絶縁体内部に区画された放電空間内に高エネルギを供給して該放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態として噴射して内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、放電空間を形成する絶縁体内周表面に付着物が形成された場合であっても、安定した着火を実現するプラズマ式点火装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明では、中心電極と接地電極とこれらを絶縁する絶縁体とによって区画した放電空間とを有する点火プラグと、該点火プラグに高エネルギを供給する高エネルギ電源とを具備し、上記放電空間内の気体に上記高エネルギ電源から高エネルギを加えて高温・高圧のプラズマ状態となして上記接地電極の開口部から内燃機関の燃焼室内に噴射して、内燃機関の混合気に点火するプラズマ式点火装置であって、上記高エネルギ電源は、１回の点火毎に複数回のトリガ放電を行う複数回トリガ電源と、該トリガ放電によって絶縁破壊された上記放電空間内に大電流を供給するプラズマエネルギ電源とを具備する。
【０００６】
具体的には、請求項２の発明のように、上記複数回トリガ電源は、複数のトリガ放電回路を有し、上記内燃機関の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置と、該点火信号に対して複数回のトリガ信号を発して上記複数のトリガ放電回路のいずれか一つを選択的に制御するトリガ放電回路選択制御装置とを具備する構成としても良い。
【０００７】
また、請求項３の発明のように、上記複数回トリガ電源は、１つのトリガ放電回路を有し、上記内燃機関の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置と、該点火信号に対して複数回のトリガ信号を発して上記トリガ放電回路の開閉を繰り返すトリガ放電回路開閉制御装置とを具備する構成としても良い。
【０００８】
また、請求項４の発明のように、上記複数回トリガ電源は、複数のエネルギ蓄積手段と、該エネルギ蓄積手段からの放電電圧を昇圧する昇圧手段と、上記エネルギ蓄積手段からの放電を遅延せしめる放電遅延手段とを具備し、上記放電遅延手段によって、上記昇圧手段からの複数回の放電に時間差を設ける構成としても良い。
【０００９】
更に、請求項５の発明のように、上記複数回トリガ電源は、上記プラズマ電源から流れる大電流を検知するプラズマ電流検知手段を具備し、該プラズマ電流が検出された場合には、上記トリガ放電を停止せしめるのが望ましい。
【００１０】
加えて、請求項６の発明のように、上記複数回トリガ放電は、ＢＴＤＣ３０°からＴＤＣまでの点火工程において行うのが望ましい。
【００１１】
また、請求項７の発明のように、上記点火プラグは、長軸状の中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁部材と該絶縁部材の外周を覆う略環状の接地電極とからなり、上記絶縁体を上記中心電極下端面よりの燃焼室側下方に延設せしめて、上記絶縁体の内側に上記放電空間を形成して上記接地電極の開口部から内燃機関の燃焼室内に噴射する構成としても良い。このような、構成とすることによって、容積の大きな体積プラズマを噴射して内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。
【００１２】
更に、請求項８の発明のように、上記点火プラグは、中心電極と該中心電極を覆う絶縁体と該絶縁体を覆う環状の接地電極とからなり、上記中心電極の下端面と上記接地電極の下端面とが略面一となるように、若しくは上記中心電極の下端面が上記接地電極の下端面よりも燃焼室側に突出するように配設せしめ、上記絶縁体の下端面が上記燃焼室内に向かって露出し、極浅い放電空間を形成し、上記中心電極の外周面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめた構成としても良い。このような、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。
【００１３】
加えて、請求項９の発明のように、上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁体と該絶縁体の外周を覆う略環状の接地電極との少なくとも一部を中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめて、燃焼室内に上記放電空間を形成した構成としても良い。このような、いわゆるスパークプラグ型の点火プラグを用いたプラズマ式点火プラグにおいても、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。
【００１４】
本発明によれば、上記内燃機関の運転状況に応じて上記電子制御装置から発せられる点火信号に従って上記複数回トリガ電源から上記点火プラグに高電圧が複数回に渡って印加されると、上記点火プラグ内に区画された放電空間内に複数回のトリガ放電が行われる。  このとき、上記放電空間を形成する絶縁体の内周壁や、絶縁体下端面等の放電経路上に、混合気の不完全燃焼等により形成されたデポジットや、放電時のスパッタリングにより蒸散した電極の金属成分の蒸着物等が付着していた場合には、上記複数回のトリガ放電によって放電電流が該付着物に流れると、付着物が内部抵抗により自己発熱して焼失し、又はスパッタリングによる再蒸散によって除去される。
また、複数回のトリガ放電によって付着物が完全に除去されないまでも、放電位置が変化することにより、上記放電空間内の絶縁が破壊され気中放電が起こる場合もある。
【００１５】
複数回トリガ放電により、付着物の除去又は別の気中放電経路の形成がなされ上記放電空間内の絶縁が破壊されると、上記プラズマ電源から極めて短時間に大電流が上記放電空間内に一気に放出され、上記放電空間内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室内に噴射され、燃焼室内の混合気を点火することができる。
【００１６】
一方、上記放電空間を区画する上記絶縁体の内周壁に付着物が存在しない場合には、上記複数回トリガ電源からの初回のトリガ放電が起こったときに上記放電空間内の絶縁が破壊され、上記プラズマ電源から大電流が上記放電空間内に一気に放出され、上記放電空間内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室内に噴射され、燃焼室内の混合気を点火することができる。
【００１７】
本発明によれば、付着物への短絡によって気中放電経路が形成されない場合には、複数トリガ放電によって付着物を除去又は別の気中放電経路を形成し、確実に体積プラズマの噴射が可能となる。一方、付着物が存在せず１回のトリガ放電によって体積プラズマを噴射できる場合には、無用なトリガ放電は避けて過剰な電極の消耗を抑制することができる。したがって、極めて信頼性に高い難着火性の内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置１の概要について、図１を参照して説明する。プラズマ式点火装置１は、図略の内燃機関４０のシリンダヘッド４０１に装着される点火プラグ１０と、点火プラグ１０に高エネルギを供給する高エネルギ電源として、本発明の要部である複数回トリガプラズマ電源（ＭＴＰＤＳ）２０と、内燃機関４０の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置（ＥＣＵ）３０とによって構成されている。
ＭＴＰＤＳ２０は、ＥＣＵ３０からの点火信号を受けると点火プラグ１０に高エネルギとして電流量の大きなプラズマ電流ＩＰＬＺが流れるまで複数回のトリガ放電（ＶＴＲＧ１、ＶＴＲＧ２、ＶＴＲＧ３・・・）を繰り返す。
【００１９】
本実施形態において、点火プラグ１０は、導電性金属材料からなる長軸状に伸びる中心電極１１と、中心電極１１の外周を覆う略筒状の絶縁体１２と絶縁体１２を覆う略筒状の金属からなるハウジング１３とハウジング１３の先端に連なる略環状の接地電極１３０とによって構成されている。
【００２０】
中心電極１１の先端側には、例えばイリジウム、イリジウム合金等の耐熱性導電性材料によって細軸状に形成された中心電極放電部１１０が設けられ、中心電極放電部１１０は、導電性接着剤１１１等を介して、鉄鋼材料、銅等の良電導性で高熱伝導性の金属材料からなる中心電極中軸部１１２と接続されている。中心電極中軸部１１２の基端側には、プラズマ電源２０に接続される中心電極ターミナル部１１３が形成されている。
【００２１】
絶縁体１２は、耐熱性、機械的強度、高温における絶縁耐力、熱伝導率などに優れた高純度のアルミナ等からなり、中心電極１１の外周を覆いつつ、先端側には、中心電極放電部１１０の先端から下方に向かって伸びる筒状の絶縁体基部１２０が形成され、中腹にはハウジング１３の内側に係止し、ハウジング１３によって加締め固定される径大部１２１が形成され、基端側には、コルゲート状の絶縁体頭部１２２が形成され、中心電極ターミナル部１１２とハウジング１３との電気絶縁性を確保している。
絶縁体基部１２０の内側は、放電空間１４０が形成され、中心電極放電部１１０と接地電極１３０との間で放電可能となっている。
【００２２】
ハウジング１３は、略筒状のハウジング基部１３２が形成され、絶縁体基部１２０を覆っている。
ハウジング基部１３２の外周には内燃機関４０に螺結するためのネジ部１３３が形成され、基端側には、絶縁体径大部１２１を保持する係止部１３３が形成され、更にハウジング１３の基端側外周には、ネジ部１３３をネジ締めするための六角部１３４が形成されている。絶縁体径大部１２１は、加締め部１３５によって封止部材等を介して加締め固定されている。
【００２３】
接地電極１３０は、放電空間１４０に連通する接地電極開口部１３１を有す略環状に形成されている。
接地電極１３０を含むハウジング１３は、ニッケル、鉄等の金属材料によって形成されている。  点火プラグ１０は、内燃機関４０の燃焼室３００内に接地電極開口部１３１が開口するように装着されると共に、接地電極１３０が内燃機関４０に電気的に接地された状態となっている。中心電極放電部１１０の下端面と接地電極１３０の内周壁とが放電空間１４０に露出している。
【００２４】
本実施形態において、ＥＣＵ３０からの点火信号に従ってＭＴＰＤＳ２０から、高電圧が複数回に渡って点火プラグ１０に印加されると、放電空間１４０内に複数回のトリガ放電が行われる。このとき、放電空間１４０を形成する絶縁体１２０の内周壁に、混合気の不完全燃焼等により形成されたデポジットや、チャネリングを引起こす放電時のスパッタリングにより蒸散した電極の金属成分の蒸着物等が付着していた場合には、複数回のトリガ放電によって放電電流が抵抗体としての付着物に流れると、付着物が発熱し、焼失又はスパッタリングによる再蒸散がおこり除去される。また、複数回のトリガ放電によって付着物が完全に除去されないまでも、放電位置が変化することにより、放電空間１４０内の絶縁が破壊され気中放電が起こる場合もある。
【００２５】
本発明の要部である複数回トリガ放電により、付着物の除去又は別の気中放電経路の形成がなされると、放電空間１４０内の絶縁が破壊され、プラズマ電流ＩＰＬＺが放電空間１４０内に一気に放出され、放電空間１４０内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室４００内に噴射され、燃焼室４００内の混合気を点火することができる。
一方、放電空間１４０を区画する絶縁体１２０の内周壁に付着物が存在しない場合には、ＭＴＰＤＳ２０からの初回のトリガ放電によって放電空間１４０内の絶縁が破壊されプラズマ電流ＩＰＬＺが放電空間１４０内に一気に放出され、放電空間１４０内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室４００内に噴射され、燃焼室４００内の混合気を点火することができる。
【００２６】
したがって、本発明によれば、付着物が存在せず１回のトリガ放電によって体積プラズマを噴射できる場合には、無用なトリガ放電は避けて過剰な電極の消耗を抑制しつつ、付着物への短絡によって気中放電経路が形成されない場合には、複数トリガ放電によって付着物を除去又は別の気中放電経路を形成し、確実に体積プラズマの噴射を行い、難着火性の内燃機関の点火を確実に行うプラズマ式点火装置が実現できる。
【００２７】
図２に、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置１の効果を示す。比較例１は、放電空間１４０内に付着物が存在する点火プラグ１０に対して従来と同様、１回の点火毎に１回のトリガ放電を行い、１００回の点火試験を実施した結果を示し、実施例１、２、３、４、５、６は、同様に放電空間１４０内に付着物が存在する点火プラグ１０に対して、それぞれ、１回の点火毎にトリガ放電を２回、３回、４回、５回、６回、７回行って、１００回の点火試験を実施した結果を示し、横軸はトリガ放電回数ｎ、縦軸は異常発生頻度Ｐ（％）を表す。
【００２８】
比較例１に示すように、点火毎に１回のトリガ放電のみを行った場合には、１００回中８０回もプラズマ電流ＩＰＬＺが流れない点火ミスが発生した。一方、実施例１〜６に示すように、複数回トリガ放電を行うことによりに飛躍的にプラズマ電流ＩＰＬＺを流すことができるようになり、１回の点火に対して５回以上のトリガ放電を行えば、確実に点火ミスの防止が可能であると判明した。
【００２９】
本試験から、複数回トリガ放電の間隔を開けた状態で行った場合には、比較例１と同様に、プラズマ電流ＩＰＬＺを流すことができない虞があると推察される。
したがって、複数回トリガ放電は、点火のタイミングに合わせて、ＢＴＤＣ３０°からＴＤＣまでの圧縮行程において行うのが望ましく、複数回トリガ放電のそれぞれの放電間隔が空いたタイミング、例えば吸気工程や排気工程において、点火を伴うトリガ放電とは別に行っても着火性の向上に結びつかず、無用な放電により電極の消耗を引き起こす虞があると推察される。
【００３０】
これは、圧縮工程においては、放電空間１４０内の圧力及び温度が高く、付着物が加熱され焼失され易い状態になっているのに加えて、放電電圧が高くなっているので、付着物が存在する場合には、トリガ放電を行った時に付着物により放電電流が流れ易く、付着物の内部抵抗によって自己発熱し、焼失又は蒸散により除去され易くなっており、また、点火のタイミングで複数回トリガ放電を行うことによって、別の気中放電経路が形成され易くなっていると推察される。
【００３１】
一方、吸気行程や排気行程においては、放電空間１４０内の圧力が低く、放電電圧が低いために、トリガ放電を行っても、付着物に放電電流が流れず気中放電がなされ、付着物が除去されない虞もある。このような場合、圧縮行程で通常の１回のトリガ放電を行っても、放電電圧が高いため、付着物に放電電流が短絡し、放電空間１４０内に気中放電を起こさず、プラズマ電流ＩＰＬＺが流れなくなるものと推察される。
【００３２】
図３を参照して本発明の第1の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ａのより具体的な構成について説明する。
本実施形態において、複数回トリガ放電プラズマ電源ＭＴＰＤＳ２０ａは、いわゆるＣＤＩ型の放電回路からなる第１のトリガ放電回路２１０ａと第２のトリガ放電回路２２０ａとを含む複数回トリガ放電手段２１ａと、内燃機関４０の運転状況に応じて点火信号を送信する電子制御装置ＥＣＵ３０と、ＥＣＵ３０からの点火信号に従って第１のトリガ放電回路２１０ａと第２のトリガ放電回路２２０ａとのいずれかに選択的にトリガ信号を送信して複数回トリガ放電手段２１ａを駆動する駆動制御装置ＥＤＵ３１ａと、大電流を供給するプラズマ電流回路２３と、点火プラグ１０とによって構成されている。
ＥＤＵ３１ａから第１のトリガ放電回路２１０ａと第２のトリガ放電回路２２０ａとに選択的にトリガ信号が送信され、複数回のトリガ放電が交互になされる。複数回のトリガ放電によって放電空間内の絶縁が破壊されるとプラズマ電流回路２３から大電流ＩＰＬＺが流れ、放電空間内の気体が体積プラズマとなって噴射される。
【００３３】
図４に本発明の第1の実施形態におけるプラズマ式点火装置のより具体例としてプラズマ式点火装置１ａ１を等価回路で示す。
本実施形態において、複数回トリガ放電手段２１ａは、並列に接続された第１のトリガ回路２１０ａと第２のトリガ回路２２０ａとによって構成されている。第１のトリガ回路２１０ａと第２のトリガ回路２２０ａとは、電源２１１ａ、２２１ａと、抵抗２１２ａ、２２２ａと、電源２１１ａ、２２１ａの電圧を蓄積するコンデンサ２１３ａ、２２３ａと、コンデンサ２１３ａ、２２３ａに蓄積された電圧を更に昇圧する点火コイル２１３ａ１、２２３ａ１と、点火コイル２１３ａ１、２２３ａ１とを開閉するスイッチング素子２１４ａ、２２４ａを含む駆動回路と、トリガ電圧を整流する整流素子２１６ａ、２２６ａとからなる同一の回路が並列に接続され、ノイズ吸収抵抗２１７ａを介して点火プラグ１０に接続されている。
【００３４】
プラズマ電流回路２３は、点火プラグ１０に接続され、点火プラグ１０と並列に接続される電源２３０と電源２３０のエネルギを蓄積するコンデンサ２３２と、電源２３０とコンデンサ２３２との間に接続される抵抗２３３と、コンデンサ２３２から放出される大電流を整流する整流素子２３３とによって構成されている。
【００３５】
電源２１１ａ、２２１ａは、点火コイル２１５ａ１、２２５ａ１の１次側コイルを励磁し、ＥＣＵ３０からの点火信号に従って、スイッチング素子２１４ａ、２２４ａ点火コイル駆動回路２１４ａ、２２４ａのスイッチングにより、１次電圧が遮断されると、１次側コイルに誘導電流が流れ、点火プラグ１０に高電圧が印加される。このとき、ＥＤＵ３１ａによってスイッチング素子２１４ａ、２２４ａが所定のタイミングにより交互に開閉されるため、点火プラグ１０には複数回のトリガ放電が所定のタイミングで実施される。絶縁体１２の内周壁に付着物が存在しても複数回のトリガ放電によって除去され、又は、別な気中放電経路が形成されて、放電空間１４０内の絶縁が破壊されると、放電空間１４０内は電流が流れやすい状態となる。
【００３６】
一方、コンデンサ２３２は、電源２３０によって充電されている。点火プラグ１０への放電に伴い、コンデンサ２３２から大電流が点火プラグ１０に流れ、放電空間１４０内の気体が電離され、高温・高圧の体積プラズマとなって噴射される。
なお、本実施形態において、電源２１１ａ、２２１ａ、２３０は、４５０ｖに設定され、コンデンサ２３２は２μＦに設定され、トリガ放電の放電電圧ＶＴＲＧ１、ＶＴＲＧ２、ＶＴＲＧ３・・・は、後の放電ほど放電電圧が小さくなるように設定されている。
更に、繰り返し発せられるトリガ放電の放電間隔は２０μｓeｃ以内である。
なお、コンデンサ２３２から放電空間１４０に供給されるエネルギは、１００〜２００ｍJ程度である。
【００３７】
図５には、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の変形例としてプラズマ式点火装置１ａ２を示す。本実施形態においては、上記実施形態と基本構成を同一とし、同一の構成については同じ符号を付したので説明を省略し、相異する点についてのみ説明する。第１のトリガ放電回路２１０ａ２と第２のトリガ放電回路２２０ａ２とにおいて、電源２１１ａ２、２２１ａ２及び点火コイル２１６ａ２、２２６ａ２の２次側コイルをそれぞれの回路が兼用している点が上記実施形態と相違する。本実施形態においても、上記実施形態と同様に、点火毎に、複数回のトリガ放電を行って、絶縁体１２の内周壁に存在する付着物を除去し、又は、付着物を避ける放電経路を放電空間１４０内に形成して、確実に放電空間１４０内で気中放電を行い、次いでプラズマ電流回路からプラズマ電流ＩＰＬＺを放出し、放電空間１４０内の気体を高温・高圧の体積プラズマとして噴射できる。
【００３８】
図６には、第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の別の変形例としてプラズマ式点火装置１ａ３を示す。本実施形態においては、電源２１１ａ３、２２１ａ３を昇圧する昇圧回路として点火コイル２１６ａ、２２６ａに換えて圧電トランスＰＺＴＲＳ２１９、２２９を用いた点が相異する。本実施形態においても、上記実施形態と同様に、点火毎に、複数回のトリガ放電を行って、絶縁体１２の内周壁に存在する付着物を除去し、又は、付着物を避ける放電経路を放電空間１４０内に形成して、確実に放電空間１４０内で気中放電を行い、次いでプラズマ電流回路からプラズマ電流ＩＰＬＺを放出し、放電空間１４０内の気体を高温・高圧の体積プラズマとして噴射できる。加えて、本実施形態によれば、圧電トランスは容量放電を行うのでトリガ放電時間が短くなり、過剰な電極の消耗を抑制できる。
【００３９】
図７に本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｂの概要を示す。本実施形態においては、内燃機関４０の運転状況に応じて、点火信号を発するＥＣＵ３０と、ＥＣＵ３０からの点火信号に従ってトリガ信号を発するＥＤＵ３１ｂと、トリガ信号に従って複数回のトリガ放電ＶＴＲＧ１、ＶＴＲＧ２、ＶＴＲＧ３・・を行うトリガ放電回路２１０ｂとプラズマ電流ＩＰＬＺを供給する大電流回路２３とによって構成されている。
上記実施形態においては、複数のトリガ放電回路を設け、これを交互に駆動することによって複数回のトリガ放電を実現できる構成としているが、本実施形態においては、１のトリガ放電回路２１０ｂによって複数回のトリガ放電を行う点が相異する。このような構成としても上記実施形態と同様の効果が期待できる。
【００４０】
図８に本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｂのより具体的な構成例を等価回路図で示す。
本実施形態において、複数回トリガ放電手段は、電源２１１ｂと、抵抗２１２ｂと、電源２１１ｂの電圧を蓄積するコンデンサ２１３ｂと、コンデンサ２１３ｂに蓄積された電圧を更に昇圧する点火コイル２１５ｂと、点火コイル２１５ｂを開閉するスイッチング素子２１４ｂを含む駆動回路と、トリガ電圧を整流する整流素子２１６ｂとが、ノイズ吸収抵抗２１７ａを介して点火プラグ１０に接続され、スイッチング素子２１４ｂを駆動するＥＤＵ３１ｂから発せられる駆動信号に従って複数回のスイッチングが連続的に行われる。
【００４１】
プラズマ電流回路２３は、点火プラグ１０に接続され、点火プラグ１０と並列に接続される電源２３０と電源２３０のエネルギを蓄積するコンデンサ２３２と、電源２３０とコンデンサ２３２との間に接続される抵抗２３３と、コンデンサ２３２から放出される大電流を整流する整流素子２３３とによって構成されている。
更に、コンデンサ２３２と接地との間にはプラズマ電流を検知する電流検知コイル２１８又は電流検知抵抗が設けられている。
したがって、ＥＤＵ３１ｂは電流検知コイル２１８によって、大電流回路２３からプラズマ電流ＩＰＬＺが流れるのを確認するまで、トリガ信号を発し、トリガ放電回路２１０ｂからトリガ放電が行われる。
このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。更に、上記実施形態において、本実施形態に用いた電流検知コイル２１８を組み合わせて、過剰なトリガ放電を抑制する事も可能となる。
【００４２】
図９に本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｃの概要を示す。本実施形態においては、電源の電気エネルギを充電と放電とを行う複数の充放電手段２１３ｃ１、２１３ｃ２と該充放電手段２１３ｃ１、２１３ｃ２の放電を遅延させる放電遅延手段２１８ｃとトリガ放電回路２１４ｃ、２１５ｃとを設け、ＥＣＵ３０から点火信号を受けると、複数の充放電手段からの放電が放電遅延手段によって時間差を設けてトリガ回路２１４ｃ、２１５ｃを介して、複数回のトリガ放電が実施される。
【００４３】
図１０に本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｃのより具体的な構成を等価回路図で示す。
本実施形態において、充放電手段としてコンデンサ２１３ｃ１、２１３ｃ２を具備し、放電遅延手段としてチョークコイル２１８ｃをコンデンサ２１３ｃ１とコンデンサ２１３ｃ２との間に介装してある。トリガ回路として、コンデンサ２３１ｃ１、２１３ｃ２に蓄えられたエネルギを更に昇圧する点火コイル２１５ｃと点火コイル２１５ｃを開閉駆動するスイチング素子２１４ｃを含む駆動制御装置が設けられている。ＥＣＵ３０からの点火信号によって、スイッチング素子２１４ｃが開閉されると、コンデンサ２１３ｃ１に蓄えられたエネルギによって誘導された高電圧が整流素子２１６ｃを介して点火プラグ１０に印加される。次いで、コンデンサ２１３ｃ２に蓄えられたエネルギがチョークコイル２１８ｃによって遅延されて点火コイル２１５ｃを介して誘導された高電圧が整流素子２１６ｃを介して点火プラグ１０に印加される。このため点火プラグ１０に複数開の高電圧がトリガ放電として印加され、放電空間内の絶縁が破壊されると電源２３０によって充電されたコンデンサ２３２内のエネルギが整流素子２１７ｃを介して点火プラグ１０に供給され、放電空間１４０内の気体が体積プラズマとなって噴射される。
【００４４】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、トリガ放電を複数回実施することにより放電経路内に存在する付着物等を除去して、確実な点火を実施する本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、放電空間を絶縁体内部に形成して、高温・高圧の体積プラズマを噴射して機関の点火を行うプラズマ式点火装置について説明したが、点火プラグの形態はこれに限定されるものではない。
【００４５】
点火プラグとして、中心電極と該中心電極を覆う絶縁体と該絶縁体を覆う環状の接地電極とからなり、上記中心電極の下端面と上記接地電極の下端面とが略面一となるように、若しくは上記中心電極の下端面が上記接地電極の下端面よりも燃焼室側に突出するように配設せしめ、上記絶縁体の下端面が上記燃焼室内に向かって露出し、極浅い放電空間を形成し、上記中心電極の外周面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめた構成としても良い。このような、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。
【００４６】
加えて、上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁体と該絶縁体の外周を覆う略環状の接地電極との少なくとも一部を中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめて、燃焼室内に上記放電空間を形成した構成としても良い。このような、いわゆるスパークプラグ型の点火プラグを用いたプラズマ式点火プラグにおいても、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。
【００４７】
また、本発明において、特に内燃機関の燃料の種類、噴射方法を限定するものではい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の構成を示す全体図。
【図２】本発明の効果を比較例と共に示す特性図。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の概要を示す構成図。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の具体例を示す等価回路図。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の変形例を示す等価回路図。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の他の変形例を示す等価回路図。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火装置の概要を示す構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火装置の具体例を示す等価回路図。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火装置の概要を示す構成図。
【図１０】本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火装置の具体例を示す等価回路図。
【符号の説明】
【００４９】
１  プラズマ式点火装置
１０  プラズマ式点火プラグ
１１  中心電極
１１０  中心電極放電部
１２  絶縁体
１２０  絶縁体基部
１３  ハウジング
１３０  接地電極
１４０  放電空間
２０  複数回トリガ放電プラズマ電源（ＭＴＰＤＳ）
３０  電子制御装置（ＥＣＵ）
４０  内燃機関
４００  燃焼室
４０１  シリンダヘッド
ＶＴＲＧ１、ＶＴＲＧ２、ＶＴＲＧ３・・・  トリガ放電電圧
ＩＰＬＺ  プラズマ電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図１０】
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