(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、接地電極と、前記両電極間に形成された間隙の少なくとも一部の周囲を包囲して放電空間を形成するキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグに用いられる点火装置であって、
前記間隙に電圧を印加する電圧印加部と、
コンデンサ、及び、前記コンデンサに充電する電源装置を有し、前記間隙に電力を投入する電力投入部と、
前記プラズマジェット点火プラグ及び前記電力投入部間に直列接続され、前記電圧印加部から前記電力投入部への電流流入を防止する流入防止用ダイオードと、
前記流入防止用ダイオード及び前記電力投入部間に直列接続されたインダクタとを備え、
前記電圧印加部から前記間隙に電圧を印加することで前記間隙に火花放電を発生させるとともに、前記コンデンサに充電された電力を前記インダクタを介して前記間隙に投入することで前記キャビティ部にプラズマを生成可能であり、
前記コンデンサから前記点火プラグへの電力投入に伴い生じる前記インダクタによる逆電流によって、前記コンデンサに再充電する再充電部を備えることを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記再充電部は、一端が前記流入防止用ダイオード及び前記インダクタ間に接続され、他端が接地された再充電用ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記電源装置は、負極性の電圧を発生させ、
前記コンデンサは、自身の一端が前記電源装置及び前記インダクタ間に接続されるとともに、自身の他端が接地されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
【請求項４】
前記電源装置は、正極性の電圧を発生させ、
前記コンデンサは、前記電源装置及び前記インダクタ間に直列接続されており、
自身の一端が前記電源装置及び前記コンデンサ間に接続されるとともに、自身の他端が接地され、前記電源装置による前記コンデンサの充電時にオフとされる一方で、前記コンデンサに充電された電力の前記間隙への投入時にオンとされる半導体スイッチと、
前記半導体スイッチと並列に接続され、前記インダクタによる逆電流が流れるスイッチ保護用ダイオードとを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
【請求項５】
自身の一端が前記コンデンサ及び前記インダクタ間に接続されるとともに、自身の他端が接地され、前記電源装置による前記コンデンサへの充電時に電流が流れる充電用ダイオードを備えることを特徴とする請求項４に記載の点火装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点火装置と、
前記点火装置から電力が供給されるプラズマジェット点火プラグとを備えることを特徴とする点火システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを生成して混合気等への着火を行うプラズマジェット点火プラグ用の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関等の燃焼装置においては、火花放電により混合気へと着火する点火プラグが使用されている。また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている。
【０００３】
一般にプラズマジェット点火プラグは、軸孔を有する筒状の絶縁碍子と、先端面が絶縁碍子の先端面よりも没入した状態で軸孔内に挿設される中心電極と、絶縁碍子の外周に配置される主体金具と、主体金具の先端部に接合される円環状の接地電極とを備える。また、プラズマジェット点火プラグは、中心電極の先端面及び軸孔の内周面によって形成された空間（キャビティ部）を有しており、当該キャビティ部は接地電極に形成された貫通孔を介して外部に連通されるようになっている。
【０００４】
このようなプラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気への着火が行われる。まず、中心電極と接地電極との間に形成された間隙に電圧を印加して、当該間隙に火花放電を生じさせて絶縁破壊する。その上で、前記間隙に電力を投入することによってキャビティ部内の気体をプラズマ化させて、キャビティ部の内部にプラズマを発生させる。そして、発生したプラズマをキャビティ部の開口から噴出させることで、混合気への着火が行われる。
【０００５】
また、一般にプラズマジェット点火プラグ用の点火装置は、間隙に電圧を印加し火花放電を生じさせるための電圧印加部と、コンデンサを有し間隙に電力を投入するための電力投入部とを備えている（例えば、特許文献１等参照）。また、プラズマジェット点火プラグと電圧印加部との間、及び、プラズマジェット点火プラグと電力投入部（コンデンサ）との間にはそれぞれダイオードが設けられ、電圧印加部及び電力投入部の一方から他方に対する電流の流入等を防止できるようになっている。さらに、プラズマジェット点火プラグ及び電力投入部（コンデンサ）間には、インダクタが設けられることがある。インダクタを設けることで、電力投入部からプラズマジェット点火プラグに対する電力の投入時間の長期化や電流ピーク値の低減を図ることができ、着火性の向上やノイズ抑制等を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２１８７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、インダクタを設けた場合には、電力投入部（コンデンサ）からプラズマジェット点火プラグに対する電力投入の際に、インダクタでエネルギーが発生することとなる。しかしながら、プラズマジェット点火プラグ及び電力投入部（コンデンサ）間に配置されたダイオードにより電流の流れる方向は一方向に限定されている。そのため、インダクタで発生したエネルギーによる逆電流は流れることなく、発生したエネルギーがそのまま消費されてしまうおそれがある。すなわち、電力投入部から出力されたエネルギーの一部しかプラズマジェット点火プラグに投入することができず、エネルギー効率が低下してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、インダクタによる逆電流によってコンデンサを再充電することで、エネルギー効率を改善し、着火性を向上させることができる点火装置、及び、点火システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１０】
構成１．本構成の点火装置は、中心電極と、接地電極と、前記両電極間に形成された間隙の少なくとも一部の周囲を包囲して放電空間を形成するキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグに用いられる点火装置であって、
前記間隙に電圧を印加する電圧印加部と、
コンデンサ、及び、前記コンデンサに充電する電源装置を有し、前記間隙に電力を投入する電力投入部と、
前記プラズマジェット点火プラグ及び前記電力投入部間に直列接続され、前記電圧印加部から前記電力投入部への電流流入を防止する流入防止用ダイオードと、
前記流入防止用ダイオード及び前記電力投入部間に直列接続されたインダクタとを備え、
前記電圧印加部から前記間隙に電圧を印加することで前記間隙に火花放電を発生させるとともに、前記コンデンサに充電された電力を前記インダクタを介して前記間隙に投入することで前記キャビティ部にプラズマを生成可能であり、
前記コンデンサから前記点火プラグへの電力投入に伴い生じる前記インダクタによる逆電流によって、前記コンデンサに再充電する再充電部を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記構成１によれば、再充電部が設けられており、コンデンサからプラズマジェット点火プラグ（以下、単に「点火プラグ」と称することもある）への電力投入に伴い生じるインダクタによる逆電流によって、コンデンサを再充電することができる。そして、再充電されたコンデンサから点火プラグに対して再度電力を投入することができ、また、この電力投入時に発生した逆電流によってコンデンサを再び充電することができる。すなわち、上記構成１によれば、従前、無駄に消費されていたインダクタで発生したエネルギーを有効に利用することができ、コンデンサから点火プラグに対して複数回に亘って電力を投入することができる（つまり、エネルギー効率を改善し、着火性を向上させることができる）。
【００１２】
構成２．本構成の点火装置は、上記構成１において、前記再充電部は、一端が前記流入防止用ダイオード及び前記インダクタ間に接続され、他端が接地された再充電用ダイオードであることを特徴とする。
【００１３】
上記構成２によれば、再充電部を容易に実現することができ、また、装置の小型化や製造コストの低減を図ることができる。
【００１４】
構成３．本構成の点火装置は、上記構成１又は２において、前記電源装置は、負極性の電圧を発生させ、
前記コンデンサは、自身の一端が前記電源装置及び前記インダクタ間に接続されるとともに、自身の他端が接地されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成３によれば、中心電極を負極としてプラズマ生成を行うことができ、着火性や電極の耐消耗性を向上させることができる。
【００１６】
構成４．本構成の点火装置は、上記構成１又は２において、前記電源装置は、正極性の電圧を発生させ、
前記コンデンサは、前記電源装置及び前記インダクタ間に直列接続されており、
自身の一端が前記電源装置及び前記コンデンサ間に接続されるとともに、自身の他端が接地され、前記電源装置による前記コンデンサの充電時にオフとされる一方で、前記コンデンサに充電された電力の前記間隙への投入時にオンとされる半導体スイッチと、
前記半導体スイッチと並列に接続され、前記インダクタによる逆電流が流れるスイッチ保護用ダイオードとを備えることを特徴とする。
【００１７】
一般に負極性の高電圧を発生させることは比較的難しく、また、負電圧の発生を確認するモニタリング手段の構成は複雑なものとなってしまいやすい。従って、負極性の電圧を発生させる電源装置を用いると、製造コストの増大や装置の複雑化を招いてしまうおそれがある。
【００１８】
この点、上記構成４によれば、電源装置は正極性の電圧を発生させるものであるため、製造コストを抑制できるとともに、装置の複雑化をより確実に防止することができる。
【００１９】
また、コンデンサは、電源装置及びインダクタ間に直列接続されているため、充電されたコンデンサにおいては、電源装置に接続された側がプラスとなり、点火プラグに接続された側がマイナスとなる。従って、コンデンサから点火プラグに電力を投入する際には、点火プラグからコンデンサ側へと電流が流れる（つまり、中心電極を負極としてプラズマが生成される）こととなる。そのため、着火性や電極の耐消耗性を向上させることができる。
【００２０】
さらに、電源装置によるコンデンサへの充電時に半導体スイッチをオフとすることで、コンデンサへの充電が可能となり、コンデンサに充電された電力の投入時に半導体スイッチをオンとすることで、点火プラグへの電力投入が可能となる。
【００２１】
加えて、インダクタによる逆電流は、半導体スイッチと並列に接続されたスイッチ保護用ダイオードを流れるため、逆電流の発生に伴う半導体スイッチの損傷をより確実に防止することができる。
【００２２】
構成５．本構成の点火装置は、上記構成４において、自身の一端が前記コンデンサ及び前記インダクタ間に接続されるとともに、自身の他端が接地され、前記電源装置による前記コンデンサへの充電時に電流が流れる充電用ダイオードを備えることを特徴とする。
【００２３】
上記構成５によれば、コンデンサへの充電時に、インダクタよりも上流側に配置された充電用ダイオードに電流が流れることとなり、インダクタに対して電流がほとんど流れないようにすることができる。従って、コンデンサへの充電時にインダクタでエネルギーが発生してしまうことをより確実に防止できる。その結果、コンデンサへの充電時におけるエネルギーロスを抑制することができ、エネルギー効率を一層向上させることができる。
【００２４】
構成６．本構成の点火システムは、上記構成１乃至５のいずれかに記載の点火装置と、
前記点火装置から電力が供給されるプラズマジェット点火プラグとを備えることを特徴とする。
【００２５】
上記構成６によれば、上記構成１等と同様の作用効果が奏されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】点火システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図３】コンデンサやインダクタ等に注目した場合の等価回路である。
【図４】（ａ）は、等価回路において、流入防止用ダイオードが存在しないものとした場合の電流値の波形図であり、（ｂ）は、等価回路における電流値の波形図である。
【図５】（ａ）は、間隙の電圧を示す波形図であり、（ｂ）は、間隙の電流を示す波形図である。
【図６】第２実施形態における点火装置等の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態における点火装置等の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、プラズマジェット点火プラグ（以下、「点火プラグ」と称す）１と、電圧印加部３１及び電力投入部４１を具備する点火装置７１とを備えた点火システム１０１の概略構成を示すブロック図である。尚、図１では、点火プラグ１を１つのみ示しているが、内燃機関ＥＮには複数の気筒が設けられており、各気筒に対応して点火プラグ１が設けられている。そして、各点火プラグ１ごとに電圧印加部３１や電力投入部４１が設けられている。
【００２８】
まず、点火システム１０１の説明に先立って、点火プラグ１の概略構成を説明する。
【００２９】
図２は、点火プラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図２では、点火プラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。
【００３０】
点火プラグ１は、筒状をなす絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。
【００３１】
絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。
【００３２】
さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金〔例えば、インコネル（商標名）６００や６０１等〕からなる外層５Ｂを備えている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端が絶縁碍子２の先端面よりも軸線ＣＬ１方向後端側に配置されている。加えて、中心電極５のうち、その先端から軸線ＣＬ１方向後端側に少なくとも０．３ｍｍまでの部位には、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により形成された電極チップ５Ｃが設けられている。
【００３３】
また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。
【００３４】
さらに、中心電極５と端子電極６との間には、円柱状のガラスシール層９が配設されている。当該ガラスシール層９により、中心電極５と端子電極６とがそれぞれ電気的に接続されるとともに、中心電極５及び端子電極６が絶縁碍子２に固定されている。
【００３５】
加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。併せて、主体金具３の先端部外周には、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて突出するように形成された環状の係合部２１が形成されており、当該係合部２１に対して後述する接地電極２７が接合されるようになっている。
【００３６】
また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２２が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２２に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって主体金具３に固定されている。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２２間には、円環状の板パッキン２３が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。
【００３７】
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２４，２５が介在され、リング部材２４，２５間にはタルク（滑石）２６の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２３、リング部材２４，２５及びタルク２６を介して絶縁碍子２を保持している。
【００３８】
また、主体金具３の先端部には、絶縁碍子２の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置するようにして、円板状をなす接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、前記主体金具３の係合部２１に係合された状態で、自身の外周部分が前記係合部２１に対して溶接されることで主体金具３に接合されている。尚、本実施形態において、接地電極２７は、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｎｉ、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されている。
【００３９】
加えて、接地電極２７は、自身の中央に板厚方向に貫通する貫通孔２７Ｈを有している。そして、軸孔４の内周面と中心電極５の先端面とにより形成され、先端側に向けて開口する円柱状の空間であるキャビティ部２８が、前記貫通孔２７Ｈを介して外部へと連通されている。
【００４０】
上述した点火プラグ１においては、中心電極５と接地電極２７との間に形成された間隙２９に高電圧を印加することにより火花放電を生じさせた上で、間隙２９に電力を投入し、放電状態を遷移させることで、キャビティ部２８にプラズマを生成するようになっている。そこで次に、点火プラグ１の前記間隙２９に高電圧を印加するための電圧印加部３１、及び、間隙２９に電力を投入するための電力投入部４１の構成について説明する。
【００４１】
図１に示すように、電圧印加部３１は、電力投入部４１から自身に対する電流の流入を防止するためのダイオード３６、及び、ノイズ抑制用の抵抗３７を介して点火プラグ１に対して電気的に接続されている。また、電圧印加部３１は、一次コイル３２、二次コイル３３、コア３４、及び、イグナイタ３５を備えている。
【００４２】
一次コイル３２は、前記コア３４を中心に巻回されており、その一端が電力供給用のバッテリＶＡに接続されるとともに、その他端がイグナイタ３５に接続されている。また、二次コイル３３は、前記コア３４を中心に巻回されており、その一端が一次コイル３２及びバッテリＶＡ間に接続されるとともに、その他端が点火プラグ１の端子電極６に接続されている。
【００４３】
加えて、イグナイタ３５は、所定のトランジスタにより形成されており、所定のＥＣＵ（電子制御装置）６１から入力される通電信号に応じて、バッテリＶＡから一次コイル３２に対する電力の供給及び供給停止を切り替える。点火プラグ１に高電圧を印加する場合には、バッテリＶＡから一次コイル３２に電流を流し、前記コア３４の周囲に磁界を形成した上で、ＥＣＵ６１からの通電信号をオンからオフに切り替えることにより、バッテリＶＡから一次コイル３２に対する通電を停止する。通電の停止により、前記コア３４の磁界が変化し、二次コイル３３に負極性の高電圧（例えば、５ｋＶ〜３０ｋＶ）が発生する。この高電圧が点火プラグ１（端子電極６）に印加されることで、間隙２９において火花放電を発生させることができる。
【００４４】
加えて、前記電力投入部４１は、点火プラグ１に対して電気的に接続されており、電源装置ＰＳと、コンデンサ４２とを備えている。
【００４５】
電源装置ＰＳは、負極性の高電圧（例えば、５００Ｖ〜１５００Ｖ）を発生可能な電源回路であり、点火プラグ１及びコンデンサ４２に対して電気的に接続されている。また、ＥＣＵ６１により、電源装置ＰＳからコンデンサ４２に対する充電タイミングが制御されており、コンデンサ４２から点火プラグ１に対する電力の投入前（点火プラグ１における火花放電の前）に、コンデンサ４２に対する充電が行われるようになっている。
【００４６】
加えて、コンデンサ４２は、一端が電源装置ＰＳ及び後述するインダクタ４４間に接続されるとともに、自身の他端が接地されている。そして、前記間隙２９にて火花放電が生じ、前記両電極５，２７間が絶縁破壊されると、コンデンサ４２に蓄積された電力が後述する流入防止用ダイオード４３やインダクタ４４を介して点火プラグ１へと投入され、プラズマが生成されるようになっている。尚、プラズマ生成時において、間隙２９を流れる電流は比較的大きく、点火プラグ１（間隙２９）の抵抗値Ｒは非常に小さいものとなっている。
【００４７】
また、電力投入部４１と点火プラグ１との間には、電圧印加部３１から電力投入部４１への電流流入を防止する流入防止用ダイオード４３が直列接続されている。
【００４８】
加えて、流入防止用ダイオード４３と電力投入部４１との間には、インダクタ４４が直列接続されている。インダクタ４４の存在により、キャビティ部２８からのプラズマの噴出をある程度の時間に亘って継続させることや、電力投入時における電流のピーク値を低減させること等が可能となっている。
【００４９】
ところで、コンデンサ４２、流入防止用ダイオード４３、インダクタ４４、及び、点火プラグ１に注目した場合において、点火プラグ１のプラズマ生成時における回路構成は、図３に示す等価回路と同様のものとなる。そして、点火装置７１においては、コンデンサ４２の静電容量をＣ（μＦ）とし、インダクタ４４のインダクタンスＬ（μＨ）とし、プラズマ生成時における点火プラグ１（間隙２９）の抵抗値Ｒ（Ω）としたとき、４Ｌ／Ｃ−Ｒ＞０を満たすように構成されている（尚、抵抗値Ｒは非常に小さいため、一般的なプラズマジェット点火プラグ用の点火装置においては、４Ｌ／Ｃ−Ｒ＞０を満たすこととなりやすい）。そのため、前記等価回路において流入防止用ダイオード４３が存在しないものと仮定した場合には、図４（ａ）に示すように、電力投入部４１（コンデンサ４２）から点火プラグ１への電力投入に伴いインダクタ４４で逆電流が生じるため、コンデンサ４２とインダクタ４４との間でエネルギーが行き来し、点火プラグ１を流れる電流は減衰振動することとなる。ところが、本実施形態のように、流入防止用ダイオード４３が存在する場合には、電流が一方向にしか流れないため、図４（ｂ）に示すように、点火プラグ１には電力投入部４１（コンデンサ４２）から最初に投入される電力による電流のみが流れることとなる。すなわち、流入防止用ダイオード４３の存在により、インダクタ４４で発生したエネルギーによる逆電流は流れることなく、発生したエネルギーがそのまま消費されてしまうおそれがある。
【００５０】
この点を考慮して、本実施形態においては、図１に示すように、インダクタ４４による逆電流によってコンデンサ４２を再充電する再充電部としての再充電用ダイオード５１が設けられている。再充電用ダイオード５１は、自身のアノードが流入防止用ダイオード４３及びインダクタ４４間に接続されるとともに、自身のカソードが接地されている。そのため、インダクタ４４による逆電流は、図１中の矢印で示すように、コンデンサ４２に対して流れ込むこととなり、その結果、コンデンサ４２が充電されることとなる。そして、図５（ａ），（ｂ）に示すように、充電されたコンデンサ４２から点火プラグ１に対して電力を投入すること、及び、この電力の投入に伴い生じたインダクタ４４の逆電流によりコンデンサ４２を再充電することが繰り返し行われる。その結果、点火プラグ１に対して複数回に亘って電力が投入されることとなる。
【００５１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、再充電用ダイオード５１が設けられており、コンデンサ４２から点火プラグ１への電力投入に伴い生じるインダクタ４４による逆電流によって、コンデンサ４２を再充電することができる。そして、再充電されたコンデンサ４２から点火プラグ１に対して再度電力を投入することができ、また、この電力投入時に発生した逆電流によってコンデンサ４２を再び充電することができる。すなわち、本実施形態によれば、従前、無駄に消費されていたインダクタ４４で発生したエネルギーを有効に利用することができ、コンデンサ４２から点火プラグ１に対して複数回に亘って電力を投入することができる（つまり、エネルギー効率を改善し、着火性を向上させることができる）。
【００５２】
また、中心電極５を負極として火花放電及びプラズマ生成を行うことができ、着火性や電極の耐消耗性を向上させることができる。
〔第２実施形態〕
次いで、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態においては、電源装置ＰＳとして、負極性の高電圧を発生可能な電源回路が用いられているが、本第２実施形態では、図６に示すように、電源装置ＰＳ２として、正極性の高電圧を発生可能な電源回路が用いられている。
【００５３】
また、本第２実施形態における点火装置１７１は、上記第１実施形態と同様に、電力投入部１４１（コンデンサ１４２）や流入防止用ダイオード１４３、インダクタ１４４、再充電用ダイオード１５１等を備えているが、電源装置ＰＳ２の変更に伴い、コンデンサ１４２の配置位置の変更などがなされている。
【００５４】
詳述すると、コンデンサ１４２は、インダクタ１４４と電源装置ＰＳ２との間に直列接続されており、コンデンサ１４２に対して半導体スイッチとしてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１４５が電気的に接続されている。
【００５５】
ＦＥＴ１４５は、そのソースが接地されるとともに、そのドレインがコンデンサ１４２と電源装置ＰＳ２との間に接続されている。また、ＦＥＴ１４５のゲートには、ＥＣＵ６１からの出力信号に基づくゲート電圧が印加されるようになっている。ゲート電圧は、通常時（すなわち、電源装置ＰＳ２からコンデンサ１４２の充電を行うときなど）にはオフとされるが、電圧印加部３１から点火プラグ１に対する電圧の印加開始タイミングに合わせてオンとされ、そのオン時間は、コンデンサ１４２から点火プラグ１に対する電力の投入時間と等しい時間とされている。すなわち、ＦＥＴ１４５は、コンデンサ１４２に充電された電力の点火プラグ１（間隙２９）に対する投入時にはオンとされ、電源装置ＰＳ２によるコンデンサ１４２への充電時にはオフとされるようになっている。また、本実施形態において、ゲート電圧の立上りタイミングが、ＥＣＵ６１からイグナイタ３５に対する通電信号をオンからオフに切替えるタイミング（通電信号の立下りタイミング）とほぼ一致するように設定されている。
【００５６】
尚、コンデンサ１４２から点火プラグ１に対する電力の投入時間は、コンデンサ１４２やインダクタ１４４などの構成に応じて変化するが、例えば、１０μｓ〜５０μｓに設定することができる。また、電源装置ＰＳ２によるコンデンサ１４２の充電時には、インダクタ１４４及び再充電用ダイオード１５１を電流が流れるようになっている。
【００５７】
さらに、本第２実施形態においては、ＦＥＴ１４５と並列に接続されたスイッチ保護用ダイオード１４６が設けられている。スイッチ保護用ダイオード１４６は、自身のアノードがコンデンサ１４２及びＦＥＴ１４５間に接続されるとともに、自身のカソードが接地されており、インダクタ１４４による逆電流が通過可能となっている。
【００５８】
以上、本第２実施形態によれば、基本的には上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。すなわち、インダクタ１４４による逆電流をコンデンサ１４２に再充電することができ、再充電されたコンデンサ１４２から点火プラグ１に対して電力を再投入することができる。
【００５９】
さらに、電源装置ＰＳ２は、正極性の電圧を発生させるものであるため、製造コストを抑制することができるとともに、装置の複雑化をより確実に防止することができる。
【００６０】
併せて、インダクタ１４４による逆電流は、スイッチ保護用ダイオード１４６を流れるため、逆電流の発生に伴うＦＥＴ１４５の損傷をより確実に防止することができる。
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態について、上記第２実施形態との相違点を中心に説明する。本第３実施形態においては、図７に示すように、インダクタ１４４よりも上流側（電力投入部１４１側）に、充電用ダイオード１４７が設けられている。充電用ダイオード１４７は、自身のアノードがコンデンサ１４２及びインダクタ１４４間に接続されるとともに、自身のカソードが接地されている。上記第２実施形態では、電源装置ＰＳ２によるコンデンサ１４２の充電時に、インダクタ１４４及び再充電用ダイオード１５１を電流が流れるように構成されているが、本第３実施形態では、充電用ダイオード１４７を設けることにより、電源装置ＰＳ２によるコンデンサ１４２の充電時に、充電用ダイオード１４７に電流が流れ、インダクタ１４４にはほとんど電流が流れないように構成されている。
【００６１】
以上、本第３実施形態によれば、基本的には上記第２実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。
【００６２】
加えて、コンデンサ１４２への充電時に、インダクタ１４４に電流がほとんど流れないように構成されているため、充電時にインダクタ１４４でエネルギーが発生してしまうことをより確実に防止できる。その結果、コンデンサ１４２への充電時におけるエネルギーロスを抑制することができ、エネルギー効率の更なる向上を図ることができる。
【００６３】
次いで、上記実施形態により奏される作用効果を確認すべく、投入効率評価試験を行った。投入効率評価試験の概要は次の通りである。すなわち、再充電部（再充電用ダイオード）を有する点火装置のサンプルＡと、再充電部（再充電用ダイオード）を設けることなく構成した点火装置のサンプルＢとを作製するとともに、各サンプルのコンデンサを充電し、コンデンサに充電された電力エネルギー（充電エネルギー）を測定した。そして、各サンプルの電力投入部から点火プラグへと電力を供給するとともに、間隙の放電電流を測定し、当該放電電流と放電時における間隙の抵抗（尚、間隙の抵抗は厳密には一定とならないが、一般に１Ω程度となることから、本試験では１Ωとした）とに基づいて、点火プラグに対して投入された電力エネルギーを算出した。その後、算出された電力エネルギーを前記充電エネルギーで除算した値に１００を乗じることにより、エネルギー投入効率を得た。表１に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルにおいて、電源装置からの出力電圧を６００Ｖ又は１５００Ｖとした。また、電源装置の出力電圧を６００Ｖとしたサンプルは、コンデンサの静電容量を０．６８μＦ又は３．３μＦとし、電源装置の出力電圧を１５００Ｖとしたサンプルは、コンデンサの静電容量を０．１μＦ又は０．５μＦとした。さらに、インダクタのインダクタンスを５μＨ又は５０μＨとした。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
表１に示すように、再充電部を設けたサンプルＡは、そのエネルギー投入効率がサンプルＢのエネルギー投入効率を上回り、優れたエネルギー効率を有することが明らかとなった。これは、再充電部を設けたことで、インダクタによる逆電流によってコンデンサが再充電されるとともに、その充電エネルギーが点火プラグに対して投入されたためであると考えられる。
【００６６】
以上の結果より、エネルギー効率を改善し、着火性の向上を図るという観点から、インダクタによる逆電流によってコンデンサを再充電する再充電部を設けることが好ましいといえる。
【００６７】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００６８】
（ａ）上記実施形態では、再充電部として再充電用ダイオード５１が用いられているが、再充電部として、インダクタ４４，１４４による逆電流が流れる際にオンとされ、電力投入部４１，１４１（コンデンサ４２，１４２）から点火プラグ１に対する電力の投入時にオフとされる、トランジスタやＦＥＴ、サイリスタ等の半導体スイッチを用いることとしてもよい。すなわち、再充電部は、インダクタ４４，１４４による逆電流の通過が可能である一方で、電力投入部４１，１４１（コンデンサ４２，１４２）から点火プラグ１への電力投入時に流れる電流の通過が規制されるものであればよい。
【００６９】
（ｂ）上記実施形態では、半導体スイッチとしてＦＥＴ１４５が挙げられているが、利用可能な半導体スイッチはこれに限定されるものではない。従って、半導体スイッチとして、トランジスタやサイリスタなどを用いてもよい。
【００７０】
（ｃ）上記実施形態では、各点火プラグ１ごとに電圧印加部３１や電力投入部４１が設けられているが、各点火プラグ１ごとに電圧印加部３１や電力投入部４１を設けることなく、電圧印加部３１や電力投入部４１からの電力をディストリビュータを介して各点火プラグ１に供給することとしてもよい。
【００７１】
（ｄ）上記実施形態における点火プラグ１の構成は例示であって、利用可能なプラズマジェット点火プラグの構成は特に限定されるものではない。従って、例えば、接地電極２７のうち火花放電に伴い消耗する内周側の部位のみをＷやＩｒ等の金属により形成することとしてもよいし、電極チップ５Ｃを設けることなく、中心電極５を構成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…点火プラグ（プラズマジェット点火プラグ）、５…中心電極、２７…接地電極、２８…キャビティ部、２９…間隙、３１…電圧印加部、４１…電力投入部、４２…コンデンサ、４３…流入防止用ダイオード、４４…インダクタ、５１…再充電用ダイオード（再充電部）、７１…点火装置、１０１…点火システム、１４５…ＦＥＴ（半導体スイッチ）、１４６…スイッチ保護用ダイオード、１４７…充電用ダイオード、ＰＳ…電源装置。
【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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