(57)【要約】【課題】混合気の着火性を向上させるために二つのチャンバ内でそれぞれに発生させた二つのプラズマジェットを気筒内へ噴射するプラズマ点火装置において、各チャンバの電極消耗を抑制してプラズマ点火装置の寿命を長くする。【解決手段】二つのチャンバ１ａ及び１ｂ内でそれぞれに二電極３ａ及び４と３ｂ及び４の間に電圧を印加して、最初にチャンバを形成する絶縁体２ａ及び２ｂ内面上の沿面放電Ｓ１を実施し、次に気中放電Ｓ２を実施することにより各チャンバ内のガスをプラズマ化して二つのプラズマジェットＰ１を気筒内へ噴射するプラズマ点火装置において、機関回転数が設定回転数より高くて機関負荷が設定負荷より高い時には、一方のチャンバ内において沿面放電Ｓ１及び気中放電Ｓ２を実施すると共に、他方のチャンバ内においては少なくとも気中放電を中止し、一方のチャンバと他方のチャンバとを点火毎に交代させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのチャンバ内でそれぞれに二電極の間に電圧を印加して、最初に前記チャンバを形成する絶縁体内面上の沿面放電を実施し、次に気中放電を実施することにより各前記チャンバ内のガスをプラズマ化して二つのプラズマジェットを気筒内へ噴射するプラズマ点火装置において、機関回転数が設定回転数より高くて機関負荷が設定負荷より高い時には、一方の前記チャンバ内において前記沿面放電及び前記気中放電を実施すると共に、他方の前記チャンバ内においては少なくとも前記気中放電を中止し、前記一方のチャンバと前記他方のチャンバとを点火毎に交代させることを特徴とするプラズマ点火装置。
【請求項２】
機関回転数が前記設定回転数以下であるか又は機関負荷が前記設定負荷以下である時にラジオが使用される場合には、一方の前記チャンバ内において前記沿面放電及び前記気中放電を実施すると共に、他方の前記チャンバ内においては少なくとも前記気中放電を中止し、前記一方のチャンバと前記他方のチャンバとを点火毎に交代させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、点火装置により気筒内全体の均質混合気又は気筒内の一部に存在する混合気を確実に着火させなければならない。しかしながら、点火ギャップに火花を発生させる一般的な点火装置は、混合気の一点を着火させるものであり、それほど高い着火性を有してはいない。
【０００３】
着火性に優れた点火装置として、プラズマジェットを噴射するプラズマ点火装置が知られている。プラズマ点火装置は、絶縁体側壁により形成されたチャンバと、チャンバの一端側に配置された中心電極と、チャンバの他端側に配置された接地電極とを具備し、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して発生させた放電によってチャンバ内のガスをプラズマ化させ、こうしてチャンバ内で発生させた高温高圧のプラズマをプラズマジェットとしてチャンバと気筒内とを連通する噴孔から噴射するものであり、噴射直後の比較的大きな表面積を有する略円筒状のプラズマジェットと接触する部分において混合気を同時に着火させることとなるために、高い着火性を提供することができる。
【０００４】
このようなプラズマ点火装置において、チャンバ内にプラズマを発生させるための放電としては、絶縁体側壁の内面上の沿面放電と、気中放電とがあるが、気中放電に比較して沿面放電は放電開始電圧が低いために、最初は沿面放電を実施し、沿面放電近傍のガスをプラズマ化することにより比較的低い電圧での気中放電を可能とし、次いで大電流の気中放電を実施する。こうして、高い放電開始電圧を必要とすることなく、また、大電流の沿面放電を実施して絶縁体を破損させることもなく、チャンバ内の大部分のガスをプラズマ化させることができる。
【０００５】
さらに混合気の着火性を向上させるために、二つのプラズマ点火装置のそれぞれのチャンバから気筒内へプラズマジェットを噴射することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２３２８２４
【特許文献２】特開平０６−０６６２３６
【特許文献３】実開平０５−０７５４７６
【特許文献４】特開２００６−２４２１０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなプラズマ点火装置において、中心電極及び接地電極は、沿面放電及び気中放電時のジュール熱によって徐々に消耗するために、中心電極と接地電極との間の放電距離が徐々に長くなって、遂には沿面放電及び気中放電を実施することができなくなる。こうして、二つのチャンバからプラズマジェットを噴射するプラズマ点火装置において、二つのチャンバのいずれか一方でも電極消耗によって気中放電を実施することができなくなれば、二つのプラズマジェットによる良好な混合気の着火が不可能となりプラズマ点火装置の寿命となる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、混合気の着火性を向上させるために二つのチャンバ内でそれぞれに発生させた二つのプラズマジェットを気筒内へ噴射するプラズマ点火装置において、各チャンバの電極消耗を抑制してプラズマ点火装置の寿命を長くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による請求項１に記載のプラズマ点火装置は、二つのチャンバ内でそれぞれに二電極の間に電圧を印加して、最初に前記チャンバを形成する絶縁体内面上の沿面放電を実施し、次に気中放電を実施することにより各前記チャンバ内のガスをプラズマ化して二つのプラズマジェットを気筒内へ噴射するプラズマ点火装置において、機関回転数が設定回転数より高くて機関負荷が設定負荷より高い時には、一方の前記チャンバ内において前記沿面放電及び前記気中放電を実施すると共に、他方の前記チャンバ内においては少なくとも前記気中放電を中止し、前記一方のチャンバと前記他方のチャンバとを点火毎に交代させることを特徴とする。
【００１０】
本発明による請求項２に記載のプラズマ点火装置は、請求項１に記載のプラズマ点火装置において、機関回転数が前記設定回転数以下であるか又は機関負荷が前記設定負荷以下である時にラジオが使用される場合には、一方の前記チャンバ内において前記沿面放電及び前記気中放電を実施すると共に、他方の前記チャンバ内においては少なくとも前記気中放電を中止し、前記一方のチャンバと前記他方のチャンバとを点火毎に交代させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による請求項１に記載のプラズマ点火装置によれば、二つのチャンバ内でそれぞれに二電極の間に電圧を印加して、最初にチャンバを形成する絶縁体内面上の沿面放電を実施し、次に気中放電を実施することにより各チャンバ内のガスをプラズマ化して二つのプラズマジェットを気筒内へ噴射するプラズマ点火装置において、機関回転数が設定回転数より高くて機関負荷が設定負荷より高い時には、機関回転数が設定回転数より低い時又は機関負荷が設定負荷より低い時に比較して多量の燃焼熱が発生して筒内温度が高くなり、混合気を着火燃焼させ易くなるために、一方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電を実施して一方のチャンバからはプラズマジェットを噴射するが、他方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電を中止して他方のチャンバからはプラズマジェットが噴射されないようにする。もし、一方のチャンバから噴射される一つのプラズマジェットだけでは混合気の着火性が悪化する場合には、他方のチャンバにおいて沿面放電だけを実施して僅かなプラズマを気筒内へ噴射するようにしても良い。
【００１２】
こうして、機関回転数が設定回転数より高くて機関負荷が設定負荷より高く二つのプラズマジェットを噴射しなくても混合気の着火燃焼が可能である時には、他方のチャンバにおいて少なくとも気中放電が中止されて気中放電による電極消耗が防止され、そして、一方のチャンバと他方のチャンバとを点火毎に交代させるようになっているために、両方のチャンバの電極消耗が抑制されてプラズマ点火装置の寿命を長くすることができる。
【００１３】
本発明による請求項２に記載のプラズマ点火装置によれば、ラジオが使用される場合には、気中放電により大きなノイズが発生することがあるために、機関回転数が前記設定回転数以下であるか又は機関負荷が前記設定負荷以下である時でも、他方のチャンバにおいて少なくとも気中放電を中止するようにしてノイズを低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるプラズマ点火装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。
【図２】本発明によるプラズマ点火装置の別の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明によるプラズマ点火装置の点火制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明によるプラズマ点火装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。同図において、１０は気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、気筒上部略中心に配置されている。２０は一対の吸気弁３０を介して気筒内へ通じる吸気ポートであり。４０は一対の排気弁５０を介して気筒内へ通じる排気ポートである。燃料噴射弁１０の近傍において二つの吸気弁３０の間及び二つの排気弁５０の間には、それぞれにプラズマ点火プラグ６０が配置されている。７０はピストンである。
【００１６】
このように構成された内燃機関は、例えば、燃料噴射弁１０により吸気行程において気筒内へ燃料を噴射し、圧縮行程末期の点火時期までに気筒内に均質混合気を形成し、点火時期において二つのプラズマ点火プラグ６０から噴射される二つのプラズマジェットＰにより均質混合気を確実に着火させ、こうして、二つのプラズマジェットに接する混合気の広範囲部分から同時に混合気の燃焼が開始されるために燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することができる。このような均質燃焼だけでなく、例えば、機関低負荷時においては、燃料噴射弁１０により圧縮行程において燃料を噴射して点火時期には二つのプラズマ点火プラグ６０の近傍に位置する成層混合気を形成し、この成層混合気を二つのプラズマジェットにより着火燃焼させる成層燃焼を実施するようにしても良い。
【００１７】
このように二つのプラズマジェットを噴射するプラズマ点火装置により均質混合気又は成層混合気を着火燃焼させることが意図されている場合において、電極消耗により少なくとも一方のプラズマジェットを噴射させることができなくなれば、プラズマ点火装置の寿命となる。
【００１８】
図１に示すプラズマ点火装置は、二つのプラズマ点火プラグ６０を具備してそれぞれのチャンバにおいて発生させたプラズマジェットを気筒内へ噴射するものであるが、図２に示す本発明のもう一つの実施形態のプラズマ点火装置は、一つのハウジング内に二つのチャンバを備えるものである。
【００１９】
図２において、１ａ及び１ｂはプラズマ点火装置の軸線方向と平行に延在するように絶縁体２ａ及び２ｂの側壁により形成されてプラズマを生成する円筒状のチャンバであり、３ａはチャンバ１ａの基端側に配置された中心電極であり、３ｂはチャンバ１ｂの基端側に配置された中心電極である。４は二つの絶縁体２ａ及び２ｂを取り囲むハウジングであり、チャンバ１ａ及び１ｂの先端側にも位置して接地電極としても機能する。もちろん、接地電極はハウジング４と別部材としてチャンバ１ａ及び１ｂのそれぞれの先端側に位置させてハウジングに電気的及び機械的に一体化するようにしても良い。５ａはチャンバ１ａと気筒内とを連通する噴孔であり、５ｂはチャンバ１ｂと気筒内とを連通する噴孔である。本実施形態においては、噴孔５ａ及び５ｂはチャンバ１ａ及び１ｂと同一径を有してハウジング４（接地電極）に形成されている。
【００２０】
中心電極（３ａ及び３ｂ）及び接地電極（ハウジング４）は、耐熱性と高い導電性とを有する金属、例えば、ステンレス等の鉄系金属、ニッケル系金属、又は、イリジウム系金属又はイリジウム合金とすることができる。中心電極に対して接地電極を絶縁するための絶縁体２ａ及び２ｂの材質は、セラミックス（例えばアルミナセラミックス）とすることが好ましい。このようなプラズマ点火装置のチャンバ１ａ又は１ｂ回りの構成は、図１の一つのチャンバを有する各プラズマ点火プラグ６０においても同様である。
【００２１】
チャンバ１ａ内のガスをプラズマ化させるには、先ずは、中心電極３ａと接地電極（ハウジング４）との間に高電圧を印加し、絶縁体２ａの側壁内面上に沿面放電Ｓ１を発生させる。こうして、チャンバ１内の沿面放電Ｓ１近傍のガスがプラズマ化されてイオン及び電子が生成されると、プラズマ化されたガスを通って比較的低い電圧での気中放電が可能となり、次いで、大電流の気中放電Ｓ２を発生させる。
【００２２】
こうして、気中放電Ｓ２によってチャンバ１ａ内のガスの大部分がプラズマ化されると、チャンバ１ａ内のガスは高温高圧となってプラズマジェットＰ１として噴孔５ａから噴射され、気筒内の混合気を着火させる。
【００２３】
このように沿面放電Ｓ１と気中放電Ｓ２を併用することにより、最初から気中放電を発生させる場合に比較して、放電開始電圧を低くすることができ、また、大電流の沿面放電を実施して絶縁体を破損させることもなく、チャンバ内の大部分のガスをプラズマ化させることができる。もちろん、もう一つのチャンバ１ｂにおいても、また、図１の各プラズマ点火プラグ６の各チャンバにおいても同様にプラズマを発生させてプラズマジェットを噴射することができる。
【００２４】
ところで、点火時期毎にプラズマジェットＰ１の噴射が繰り返されると、特に大電流を放電する気中放電時に大きなジュール熱が発生して中心電極及び接地電極は徐々に消耗し、中心電極と接地電極との間の放電距離が徐々に長くなる。それにより、図２に示すプラズマ点火装置において、少なくとも一方のチャンバにおいて電極消耗により特に大電流の気中放電を発生させることができなくなれば、二つのプラズマジェットにより混合気を良好に着火燃焼させることができなくなり、プラズマ点火装置の寿命となる。
【００２５】
図１及び２に示す本発明によるプラズマ点火装置は、図３に示すフローチャートに従って点火制御され、各チャンバの電極消耗を抑制してプラズマ点火装置の寿命を長くすることが意図されている。先ずは、ステップ１０１において、現在の機関運転状態が、高回転高負荷時、すなわち、機関回転数が設定回転数より高くて機関負荷が設定負荷より高い運転状態であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ１０２において、点火時期には一方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電を順次実施してプラズマジェットを噴射するようにし、ステップ１０３において、点火時期には他方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電を順次実施してプラズマジェットを噴射するようにし、プラズマ点火装置の二つのチャンバからいずれもプラズマジェットが噴射されて、均質混合気又は成層混合気を着火燃焼させるようにする。
【００２６】
一方、現在の機関運転状態が高回転高負荷時であってステップ１０１の判断が肯定される時には、機関回転数が設定回転数より低い時又は機関負荷が設定負荷より低い時に比較して多量の燃焼熱が発生して筒内温度が高くなり、混合気（一般的には均質混合気）を着火燃焼させ易くなる。この時には、先ずはステップ１０４においてフラグＦが１であるか否かが判断される。このフラグＦは当初０にリセットされているために、当初はステップ１０４の判断は否定され、ステップ１０５において、点火時期には一方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電を順次実施して一方のチャンバからはプラズマジェットを噴射するようにする。しかしながら、ステップ１０６において、点火時期には他方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電を中止して他方のチャンバからはプラズマジェットが噴射されないようにする。
【００２７】
こうして、混合気を着火燃焼させ易い高回転高負荷時には、一つのプラズマジェットにより混合気を着火燃焼させる。次いで、ステップ１０７において、このような一つのプラズマジェットによる混合気の着火燃焼では機関出力が低下したか否か、すなわち、意図する機関出力が発生したか否かが判断される。この判断として、例えば、筒内圧力センサにより膨張行程の設定クランク角度の筒内圧力を検出して意図する筒内圧力より低い場合には機関出力低下と判断することができ、又は、筒内圧力センサにより点火時期直後の各気筒の筒内圧力を測定して各気筒における着火遅れが検出されれば機関出力低下と判断することができ、又は、回転センサにより各気筒の膨張行程の設定クランク角度のクランク角加速度を測定して意図するクランク角加速度より低い場合には機関出力低下と判断することができる。
【００２８】
ステップ１０７の判断が否定される時、すなわち、機関出力が低下していない時には、ステップ１０９において、プラズマを噴射する一方のチャンバとプラズマを噴射しない他方のチャンバとを点火毎に交代するようにして終了する。こうして、機関回転数が設定回転数より高くて機関負荷が設定負荷より高く二つのプラズマジェットを噴射しなくても混合気の着火燃焼が可能である時には、他方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電が中止されて沿面放電及び気中放電による電極消耗が防止され、そして、一方のチャンバと他方のチャンバとを点火毎に交代させるようになっているために、両方のチャンバの電極消耗が抑制されてプラズマ点火装置の寿命を長くすることができる。
【００２９】
ところで、電極消耗が多少進行する等して噴射されるプラズマジェットが弱くなると、混合気を着火燃焼させ易い高回転高負荷時においても一つのプラズマジェットでは、混合気を良好に着火燃焼させることができなくなることがあり、この時には、ステップ１０７の判断が肯定され、ステップ１０８においてフラグＦは１にセットされる。それにより、ステップ１０４の判断が肯定され、ステップ１１０において、高回転高負荷時の点火時期には一方のチャンバにおいて沿面放電及び気中放電を順次実施して一方のチャンバからはプラズマジェットを噴射するようにする。また、ステップ１１１において、図２に示すように、高回転高負荷時の点火時期には他方のチャンバにおいて気中放電を中止するが沿面放電Ｓ１だけを実施して僅かなプラズマＰ２を気筒内へ噴射するようにして、混合気を良好に着火燃焼させるようにする。
【００３０】
次いで、ステップ１０９において、沿面放電及び気中放電によりプラズマを噴射する一方のチャンバと沿面放電だけによりプラズマを噴射する他方のチャンバとを点火毎に交代するようにして終了する。こうして、この時には他方のチャンバにおいて気中放電が中止されて気中放電による電極消耗が防止され、そして、一方のチャンバと他方のチャンバとを点火毎に交代させるようになっているために、この時にも両方のチャンバの電極消耗が抑制されてプラズマ点火装置の寿命を長くすることができる。
【００３１】
ところで、プラズマを発生させるためのチャンバ内の沿面放電及び気中放電はラジオにノイズを発生させることがある。それにより、図３に示すフローチャートにおいて、機関運転状態が高回転高負荷時でない時でも運転者がラジオを使用する場合には、ステップ１０２及び１０３の処理ではなく、ステップ１０５からステップ１０９の処理を実施して、他方のチャンバにおいて少なくとも気中放電を中止するようにして、ラジオのノイズを低減するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ、１ｂ    チャンバ
２ａ、２ｂ    絶縁体
３ａ、３ｂ    中心電極
４    ハウジング
５ａ、５ｂ    噴孔
６０    プラズマ点火プラグ
Ｐ、Ｐ１    プラズマジェット
【図１】
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【図２】
2010223051.tif 000004
【図３】
2010223051.tif 000005