(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極及び接地電極を有する点火プラグと、
前記中心電極及び前記接地電極間に形成された間隙に電圧を印加し、前記間隙で火花放電を発生させる放電用電源と、
前記火花放電により生じた火花に交流電力を投入し、前記間隙に交流プラズマを発生させる交流電源とを備えた点火システムであって、
前記交流電力の投入期間において、前記間隙に印加されるプラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙に印加されるマイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の２０％以上とされ、
前記交流電源から投入する交流電力の電圧は、前記放電用電源から印加される電圧により前記間隙で生じる誘導放電に伴い、前記間隙に印加される電圧の平均値の絶対値よりも大きくされることを特徴とする点火システム。
【請求項２】
前記交流電力の投入期間において、前記間隙に印加されるプラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙に印加されるマイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の７０％以上とされることを特徴とする請求項１に記載の点火システム。
【請求項３】
前記交流電力の投入期間において、前記間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の２０％以上とされることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火システム。
【請求項４】
前記交流電力の投入期間において、前記間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の７０％以上とされることを特徴とする請求項３に記載の点火システム。
【請求項５】
前記交流電力の投入期間において、前記間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値は１Ａ以上とされることを特徴とする請求項３又は４に記載の点火システム。
【請求項６】
前記交流電力の発振周波数が１０ｋＨｚ以上とされることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項７】
前記間隙の大きさが０．３ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とされることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の点火システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグを有する点火システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等の燃焼装置に使用される点火プラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる絶縁碍子と、絶縁碍子の外側に組付けられる筒状の主体金具と、基端部が主体金具の先端部に接合された接地電極とを備えている。そして、中心電極に高電圧を印加することにより、中心電極と接地電極との間に形成された間隙において火花を生じさせ、その結果、混合気に対する着火がなされるようになっている。
【０００３】
また、着火性の向上を図るべく、間隙に対して交流電力を投入することで、混合気への着火を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５１−７７７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献に記載の手法では、投入される交流電力について特段の規定はなされておらず、着火性を向上させることができないおそれがある。
【０００６】
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、交流電力の投入時における、プラス側の電圧及びマイナス側の電圧における絶対値の大小関係、並びに、プラス側の電流及びマイナス側の電流における絶対値の大小関係の少なくとも一方を規定することで、優れた着火性をより確実に実現することができる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】
【０００７】
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。
【０００８】
構成１．本構成の点火システムは、中心電極及び接地電極を有する点火プラグと、
前記中心電極及び前記接地電極間に形成された間隙に電圧を印加し、前記間隙で火花放電を発生させる放電用電源と、
前記火花放電により生じた火花に交流電力を投入し、前記間隙に交流プラズマを発生させる交流電源とを備えた点火システムであって、
前記交流電力の投入期間において、前記間隙に印加されるプラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙に印加されるマイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の２０％以上とされ、
前記交流電源から投入する交流電力の電圧は、前記放電用電源から印加される電圧により前記間隙で生じる誘導放電に伴い、前記間隙に印加される電圧の平均値の絶対値よりも大きくされることを特徴とする。
【０００９】
尚、「プラス側」とあるのは、接地電極の電位に対して中心電極の電位が高いことを意味し、「マイナス側」とあるのは、接地電極の電位に対して中心電極の電位が低いことを意味する。また、「交流電源の電圧」とあるのは、交流電源の能力を意味し、交流電源から出力されるプラス側及びマイナス側のそれぞれにおける電圧ピーク値の絶対値を平均した値をいう。
【００１０】
上記構成１によれば、間隙に対して極性の異なる電圧が印加されるため、間隙において原子同士の衝突を高頻度で生じさせることができる。そのため、衝突に伴い生成されるプラズマ（イオンや電子）を増大させることができる。
【００１１】
さらに、上記構成１によれば、プラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値が、両者のうちの高い方の値の２０％以上とされる。すなわち、間隙に印加される両極性の電圧について、それぞれの絶対値の差が十分に小さくなるように構成されている。従って、高密度のプラズマを、中心電極や接地電極など、プラズマの広がりを抑制するものが周囲に少なく、かつ、中心電極及び接地電極の双方から離間し、電極による消炎作用（電極によりプラズマの熱が引かれ、プラズマの成長が阻害される作用）の影響が少なくなる間隙の中心側において生成することができる。その結果、プラズマを非常に大きく成長させることができ、優れた着火性をより確実に実現することができる。
加えて、上記構成１によれば、誘導電流が流れているときに、間隙に対してプラス側の電圧とマイナス側の電圧との双方をより確実に印加することができる。その結果、上記作用効果をより確実に発揮させることができる。
【００１２】
構成２．本構成の点火システムは、上記構成１において、前記交流電力の投入期間において、前記間隙に印加されるプラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙に印加されるマイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の７０％以上とされることを特徴とする。
【００１３】
上記構成２によれば、間隙に印加される両極性の電圧について、それぞれの絶対値の差が非常に小さくなるように構成されている。従って、間隙における原子同士の衝突をより高頻度で生じさせることができるとともに、間隙のより中心側において高密度のプラズマを生成することができる。その結果、プラズマを一層大きく成長させることができ、着火性をさらに向上させることができる。
【００１７】
構成３．本構成の点火システムは、上記構成１又は２において、前記交流電力の投入期間において、前記間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の２０％以上とされることを特徴とする。
【００１８】
尚、「プラス側の電流」とあるのは、中心電極から接地電極側に流れる電流を意味し、「マイナス側の電流」とあるのは、接地電極から中心電極側に流れる電流を意味する。
【００１９】
上記構成３によれば、間隙に対して極性の異なる電流が流れるため、間隙において原子同士の衝突を高頻度で生じさせることができる。従って、衝突に伴い生成されるプラズマ（イオンや電子）を増大させることができる。
【００２０】
さらに、上記構成３によれば、間隙に印加される両極性の電流について、それぞれの絶対値の差が十分に小さくなるように構成されている。従って、間隙の中心側において高密度のプラズマを生成することができる。その結果、プラズマを非常に大きく成長させることができ、優れた着火性をより確実に実現することができる。
【００２１】
構成４．本構成の点火システムは、上記構成３において、前記交流電力の投入期間において、前記間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値は、両者のうちの高い方の値の７０％以上とされることを特徴とする。
【００２２】
上記構成４によれば、間隙における原子同士の衝突をより高頻度で生じさせることができ、間隙のより中心側において高密度のプラズマを生成することができる。その結果、プラズマを一層大きく成長させることができ、着火性をより一層向上させることができる。
【００２３】
構成５．本構成の点火システムは、上記構成３又は４において、前記交流電力の投入期間において、前記間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、前記間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値は１Ａ以上とされることを特徴とする。
【００２４】
上記構成５によれば、間隙において生成されるプラズマをより増大させることができる。その結果、プラズマをより一層大きく成長させることができ、着火性を一段と向上させることができる。
【００２５】
構成６．本構成の点火システムは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記交流電力の発振周波数が１０ｋＨｚ以上とされることを特徴とする。
【００２６】
上記構成６によれば、間隙における原子同士の衝突回数を一層増やすことができ、プラズマ生成量を一層増大させることができる。これにより、着火性の更なる向上を図ることができる。
【００２７】
構成７．本構成の点火システムは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記間隙の大きさが０．３ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とされることを特徴とする。
【００２８】
火花放電により着火する一般的な点火システムにおいては、間隙の大きさが小さくなるに従って、火炎核の発生位置に対して中心電極や接地電極が接近することとなる。従って、間隙の大きさが小さい場合には、いわゆる消炎作用（中心電極や接地電極により火炎核の熱が奪われる作用）の影響が大きくなってしまい、着火性が低下してしまう。一方で、消炎作用の影響を小さくするためには、間隙の大きさを増大させることが考えられるが、間隙を過度に大きなものとしてしまうと、火花放電に必要な電圧（放電電圧）が増大してしまう。その結果、中心電極や接地電極が消耗しやすくなってしまうとともに、間隙以外の箇所（つまり、非正規位置において）での火花放電が生じやすくなってしまう。
【００２９】
これに対して、上記構成１等の点火システムにおいては、間隙の外側に向けてプラズマが大きく成長するため、間隙の大きさが非常に小さい（例えば、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の）場合であっても、十分に優れた着火性を実現することができる。また、間隙の大きさを小さくできるため、放電電圧の低減を図ることができる。その結果、中心電極や接地電極の消耗を効果的に抑制することができるとともに、間隙において（つまり、正規位置において）火花放電をより確実に生じさせることができる。すなわち、上記構成１等は、間隙の大きさが非常に小さい場合（０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の場合）において、中心電極等の消耗抑制や、正規位置でのより確実な火花放電の発生を図りつつ、優れた着火性の実現を可能とする。
【００３０】
尚、間隙の大きさを０．３ｍｍ未満とした場合には、プラズマの生成量が減少してしまい、着火性を十分に向上させることができないおそれがある。また、間隙の大きさを１．３ｍｍ超とした場合には、放電電圧の過大を招いてしまい、中心電極等が消耗しやすくなってしまうとともに、非正規位置での火花放電が生じやすくなってしまうおそれがある。従って、これらの点を考慮すると、間隙の大きさを０．３ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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】放電用電源から間隙に印加される電圧を示す波形図である。
【図４】（ａ）は、間隙に対する電圧の印加態様を示す波形図であり、（ｂ）は、間隙に対する電流の投入態様を示す波形図である。
【図５】プラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値に対する、両者のうちの低い方の値の割合を変更した場合における、机上プラズマ評価試験の結果を示すグラフである。
【図６】交流電源の能力を種々変更した場合における、机上プラズマ評価試験の結果を示すグラフである。
【図７】プラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値に対する、両者のうちの低い方の値の割合を変更した場合における、机上プラズマ評価試験の結果を示すグラフである。
【図８】プラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を変更した場合における、机上プラズマ評価試験の結果を示すグラフである。
【図９】交流電力の発振周波数を変更した場合における、机上プラズマ評価試験の結果を示すグラフである。
【図１０】間隙の大きさを変更した場合における、机上プラズマ評価試験の結果を示すグラフである。
【図１１】別の実施形態における、間隙に対する電圧の印加態様を示す波形図である。
【図１２】別の実施形態における、間隙に対する電流の投入態様を示す波形図である。
【図１３】別の実施形態における、間隙に対する電圧の印加態様を示す波形図である。
【図１４】別の実施形態における、間隙に対する電流の投入態様を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、点火システム３１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、点火システム３１は、内燃機関ＥＮに取付けられた点火プラグ１と、放電用電源４１と、交流電源５１と、混合回路６１と、制御部７１とを備えている。尚、図１では、点火プラグ１を１つのみ示しているが、実際の内燃機関ＥＮには複数の気筒が設けられ、各気筒に対応して点火プラグ１が設けられる。そして、放電用電源４１や交流電源５１からの電力が、図示しないディストリビュータを介して各点火プラグ１に供給されるようになっている。
【００３３】
まず、点火プラグ１の構成を説明する。図２に示すように、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。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。
【００３４】
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側に膨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、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。また、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。
【００３５】
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が挿設されている。中心電極５は、棒状をなしており、その先端が、絶縁碍子２の先端から軸線ＣＬ１方向先端側へと突出している。また、中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする合金により構成されている。尚、中心電極５の内部に、熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金、純Ｎｉなど）からなる内層を設けることとしてもよい。この場合には、中心電極５の熱引きが向上し、耐久性の向上を図ることができる。
【００３６】
さらに、軸孔４の後端側には、炭素鋼等の金属により形成された棒状の端子電極６が挿設されている。また、端子電極６の後端部には、絶縁碍子２の後端から突出する接続部６Ａが設けられており、当該接続部６Ａは、混合回路６１の出力（後述する伝送路３２Ｃ）と電気的に接続されている。
【００３７】
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部７が配設されている。当該ガラスシール部７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。
【００３８】
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を内燃機関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鍔状の座部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を内燃機関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。
【００３９】
また、主体金具３の内周面には、径方向内側に向けて突出形成された環状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してその後端側から先端側に向けて挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１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、段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２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、燃焼室内に晒される絶縁碍子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（混合気）が外部に漏れないようになっている。
【００４０】
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２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５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２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。
【００４１】
また、主体金具３の先端部２６には、Ｎｉを主成分とする合金により形成され、略中間部分にて曲げ返された棒状の接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、その先端側側面が中心電極５の先端部と対向しており、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間には、間隙２８が形成されている。本実施形態では、間隙２８の大きさＧ（中心電極５及び接地電極２７間の最短距離）が０．３ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とされている。
【００４２】
次いで、図１を参照して、放電用電源４１等の構成について説明する。
【００４３】
放電用電源４１は、点火プラグ１に対して高電圧を印加し、間隙２８にて火花放電を生じさせるものである。本実施形態において、放電用電源４１は、一次コイル４２、二次コイル４３、コア４４、及び、イグナイタ４５を備えている。
【００４４】
一次コイル４２は、前記コア４４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４５に接続されている。また、二次コイル４３は、前記コア４４を中心に巻回されており、その一端が一次コイル４２及びバッテリＶＡ間に接続されるとともに、その他端が混合回路６１を介して点火プラグ１の端子電極６に接続されている。
【００４５】
加えて、イグナイタ４５は、所定のトランジスタにより形成されており、前記制御部７１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４２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４２に電流を流し、前記コア４４の周囲に磁界を形成した上で、制御部７１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４２に対する通電を停止する。通電の停止により、前記コア４４の磁界が変化し、二次コイル４３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（間隙２８）に印加されることで、間隙２８において火花放電を発生させることができる。尚、図３（図３は、間隙２８に対して、交流電源５１からの電力を投入することなく、放電用電源４１からの電圧のみを印加したときにおける、間隙２８に印加される電圧を示す波形図である）に示すように、放電用電源４１から印加される電圧により、間隙２８には、電圧値が大きく変動する容量放電に続いて、微小な電流が流れ続ける誘導放電が生じることとなる。
【００４６】
図１に戻り、交流電源５１は、点火プラグ１に対して比較的高周波数の交流電力を供給するものである。また、交流電源５１と混合回路６１との間にはインピーダンスマッチング回路（整合器）３３が設けられている。当該インピーダンスマッチング回路３３により、交流電源５１側の出力インピーダンスと、混合回路６１や点火プラグ１（すなわち、負荷）側の入力インピーダンスとが一致するように構成されており、点火プラグ１側へと供給される交流電力の減衰防止が図られている。尚、交流電源５１から点火プラグ１までの交流電力の伝送路は、内部導体と当該内部導体の外周に配置された外部導体とを有する同軸ケーブルによって構成されており、その結果、電力の反射防止が図られている。
【００４７】
混合回路６１は、放電用電源４１から出力される高電圧の伝送路３２Ａと、交流電源５１から出力される交流電力の伝送路３２Ｂとを、点火プラグ１に接続される１つの伝送路３２Ｃにまとめるものであり、コイル６２とコンデンサ６３とを備えている。コイル６２においては、放電用電源４１から出力される比較的低周波数の電流が通過可能とされる一方で、交流電源５１から出力される比較的高周波数の電流が通過不能とされており、交流電源５１から出力される電流の放電用電源４１側への流入が抑制されている。一方で、コンデンサ６３においては、交流電源５１から出力される比較的高周波数の電流が通過可能とされる一方で、放電用電源４１から出力される比較的低周波数の電流が通過不能とされており、放電用電源４１から出力される電流の交流電源５１側への流入が抑制されている。尚、前記二次コイル４３をコイル６２の代わりとして用い、コイル６２を省略することとしてもよい。
【００４８】
さらに、本実施形態では、放電用電源４１からの電圧により間隙２８において生じた火花に、交流電源５１からの交流電力が供給されることで、間隙２８にて交流プラズマを発生させることができるように構成されている。より詳しくは、放電用電源４１からの電圧により誘導放電が生じている際に、交流電源５１からの交流電力が供給される。そして、所定の電子制御装置（ＥＣＵ）８１により構成された前記制御部７１により、放電用電源４１から点火プラグ１に対する電圧の印加タイミングや、交流電源５１から点火プラグ１に対する交流電力の供給タイミングが制御される。
【００４９】
特に本実施形態では、交流電源５１から間隙２８に印加される電圧が、次のように設定されている。すなわち、図４（ａ）に示すように、交流電力の投入期間において、間隙２８に印加されるプラス側の電圧におけるピーク値ＥＰの平均値の絶対値、及び、間隙２８に印加されるマイナス側の電圧におけるピーク値ＥＭの平均値の絶対値のうちの低い方の値が、両者のうちの高い方の値の２０％以上（より好ましくは、７０％以上）となるように、交流電源５１からの出力電圧が設定されている。すなわち、ピーク値ＥＰの平均値の絶対値と、ピーク値ＥＭの平均値の絶対値との差が十分に小さなものとなるように構成されており、本実施形態では、ピーク値ＥＰの平均値の絶対値と、ピーク値ＥＭの平均値の絶対値とがほぼ等しくなるように構成されている。
【００５０】
尚、「ピーク値ＥＰ」とあるのは、電圧値が最大となる１の頂点における電圧値ではなく、複数のプラス側の頂点におけるそれぞれの電圧値をいう。また、「ピーク値ＥＭ」とあるのは、電圧値が最小となる１の頂点における電圧値ではなく、複数のマイナス側の頂点におけるそれぞれの電圧値をいう。
【００５１】
さらに、本実施形態において、交流電源５１は、自身から点火プラグ１へと投入する交流電力の電圧が、放電用電源４１から印加される電圧により、誘導放電時に間隙２８を流れる電流（すなわち、誘導電流）の平均電圧の絶対値（放電用電源４１から印加される電圧により間隙２８で生じる誘導放電に伴い、間隙２８に印加される電圧の平均値の絶対値）よりも大きくなるように構成されている。尚、「交流電力の電圧」とあるのは、交流電源５１の能力を意味し、交流電源５１から出力されるプラス側及びマイナス側のそれぞれにおける電圧ピーク値の絶対値を平均した値をいう。
【００５２】
また、本実施形態では、交流電源５１から間隙２８に投入される電流が、次のように設定されている。すなわち、図４（ｂ）に示すように、交流電力の投入期間において、間隙２８を流れるプラス側の電流（中心電極５から接地電極２７側に流れる電流）におけるピーク値ＩＰの平均値の絶対値、及び、間隙２８を流れるマイナス側の電流（接地電極２７から中心電極５側に流れる電流）におけるピーク値ＩＭの平均値の絶対値のうちの低い方の値が、両者のうちの高い方の値の２０％以上（より好ましくは、７０％以上）とされている。すなわち、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値と、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値との差が十分に小さなものとなるように構成されており、本実施形態では、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値と、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値とがほぼ等しくなるように構成されている。
【００５３】
尚、「ピーク値ＩＰ」とあるのは、電流値が最大となる１の頂点における電流値ではなく、複数のプラス側の頂点におけるそれぞれの電流値をいう。また、「ピーク値ＩＭ」とあるのは、電流値が最小となる１の頂点における電流値ではなく、複数のマイナス側の頂点におけるそれぞれの電流値をいう。
【００５４】
さらに、交流電力の投入期間において、間隙２８を流れるプラス側の電流におけるピーク値ＩＰの平均値の絶対値、及び、間隙２８を流れるマイナス側の電流におけるピーク値ＩＭの平均値の絶対値のうちの高い方の値（本実施形態では、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値、及び、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値の双方）が１Ａ以上とされている。
【００５５】
加えて、本実施形態では、交流電源５１から出力される交流電力の発振周波数が１０ｋＨｚ以上に設定されている。
【００５６】
以上詳述したように、本実施形態によれば、間隙２８に対して極性の異なる電圧が印加される（極性の異なる電流が流れる）ため、間隙２８において原子同士の衝突を高頻度で生じさせることができる。そのため、衝突に伴い生成されるプラズマ（イオンや電子）を増大させることができる。
【００５７】
さらに、ピーク値ＥＰ（ピーク値ＩＰ）の平均値の絶対値、及び、ピーク値ＥＭ（ピーク値ＩＭ）の平均値の絶対値のうちの低い方の値が、両者のうちの高い方の値の２０％以上とされている。従って、間隙２８の中心側において、高密度のプラズマを生成することができる。その結果、プラズマを非常に大きく成長させることができ、優れた着火性をより確実に実現することができる。
【００５８】
加えて、交流電源５１から投入する交流電力の電圧が、放電用電源４１から印加される電圧により間隙２８を流れる誘導電流の平均電圧の絶対値よりも大きくされている。従って、誘導電流が流れているときに、間隙２８に対してプラス側の電圧とマイナス側の電圧との双方をより確実に印加することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値、及び、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値のうちの高い方の値が１Ａ以上とされている。このため、間隙２８において生成されるプラズマをより増大させることができ、着火性を一段と向上させることができる。
【００６０】
併せて、交流電力の発振周波数が１０ｋＨｚ以上とされているため、間隙２８における原子同士の衝突回数を一層増やすことができる。その結果、プラズマ生成量を一層増大させることができ、着火性をさらに向上させることができる。
【００６１】
さらに、本実施形態によれば、間隙２８の外側に向けてプラズマが大きく広がるため、間隙２８の大きさＧが非常に小さい場合であっても、十分に優れた着火性を実現することができる。また、間隙２８の大きさを小さくすることで、放電電圧の低減を図ることができる。その結果、中心電極５や接地電極２７の消耗を効果的に抑制できるとともに、間隙２８において火花放電をより確実に生じさせることができる。
【００６２】
また、間隙の大きさＧが０．３ｍｍ以上とされているため、プラズマの生成量を十分に増大させることができ、着火性の向上効果をより確実に発揮させることができる。一方で、間隙の大きさＧが１．３ｍｍ以下とされているため、放電電圧の過大を抑制することができる。
【００６３】
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、プラス側電圧におけるピーク値の平均値とマイナス側電圧におけるピーク値の平均値との差を８００Ｖ（８００Ｖｐ−ｐ）、９００Ｖ（９００Ｖｐ−ｐ）、又は、１０００Ｖ（１０００Ｖｐ−ｐ）とした上で、プラス側電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値に対する、両者のうちの低い方の値の割合を種々変更した点火システムのサンプルを複数用意し、各サンプルについて机上プラズマ評価試験を行った。
【００６４】
机上プラズマ評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を０．１ＭＰａとし、チャンバー内の雰囲気を標準ガス雰囲気（大気雰囲気）とした。そして、空燃比（Ａ／Ｆ）を１８、交流電源の出力エネルギーを５００ｍＪ、交流電力の発振周波数を１３ＭＨｚとした上で、火花放電から１ｍｓ後におけるシュリーレン画像を得た。そして、得られたシュリーレン画像を所定の閾値で二値化して、高密度の部分（つまり、プラズマが生成された部分）の面積をフレーム面積として測定した。尚、フレーム面積が大きいほど、プラズマがより大きく成長したことを意味し、着火性に優れるといえる。
【００６５】
図５に、当該試験の試験結果を示す。尚、図５においては、プラス側電圧におけるピーク値の平均値とマイナス側電圧におけるピーク値の平均値との差を８００Ｖ（８００Ｖｐ−ｐ）としたサンプルの試験結果を丸印で示し、前記差を９００Ｖ（９００Ｖｐ−ｐ）としたサンプルの試験結果を三角印で示し、前記差を１０００Ｖ（１０００Ｖｐ−ｐ）としたサンプルの試験結果を四角印で示す。また、各サンプルともに、間隙の大きさを１．１ｍｍとした。さらに、放電用電源からの印加電圧により生じる誘導電流の平均電圧の絶対値が約５００Ｖとなるように構成した。
【００６６】
図５に示すように、プラス側電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の２０％以上としたサンプルは、フレーム面積が飛躍的に増大し、優れた着火性を有することが分かった。これは、次の（１）及び（２）が相乗的に作用したことによると考えられる。
（１）間隙に対して極性の異なる電圧を加えたことで、間隙において原子同士の衝突が高頻度で生じ、生成されるプラズマが増大したこと。
（２）プラス側電圧の絶対値とマイナス側電圧の絶対値との差を小さくしたことで、高密度のプラズマが、中心電極や接地電極など、プラズマの広がりを抑制するものが周囲に少なく、かつ、中心電極及び接地電極の双方から離間し、電極による消炎作用の影響が少なくなる間隙の中心側において生成され、プラズマが非常に大きく成長したこと。
【００６７】
また特に、プラス側電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の７０％以上としたサンプルは、フレーム面積がより増大し、着火性に一段と優れることが確認された。
【００６８】
上記試験の結果より、優れた着火性を実現すべく、交流電力の投入期間において、間隙に印加されるプラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、間隙に印加されるマイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の２０％以上とすることが好ましいといえる。
【００６９】
また、着火性の更なる向上を図るべく、交流電力の投入期間において、間隙に印加されるプラス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、間隙に印加されるマイナス側の電圧におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の７０％以上とすることが好ましいといえる。
【００７０】
次に、電源能力（交流電源から間隙に投入される交流電力の電圧）を４００Ｖ（−）、４００Ｖ（＋）、８００Ｖ（−）、又は、８００Ｖ（＋）とした交流電源を有してなる点火システムのサンプルを用意し、各サンプルについて上述の机上プラズマ評価試験を行った。図６に、当該試験の結果を示す。
【００７１】
尚、各サンプルともに、間隙の大きさを１．１ｍｍとした。また、放電用電源からの印加電圧により生じる誘導電流の平均電圧の絶対値が約５００Ｖとなるように構成した。
【００７２】
図６に示すように、交流電源から投入する交流電力の電圧を、放電用電源からの印加電圧により生じる誘導電流の平均電圧の絶対値よりも大きくしたサンプルは、フレーム面積が顕著に増大し、着火性に優れることが分かった。これは、間隙に誘導電流が流れているときにおいて、間隙に対して、プラス側の電圧とマイナス側の電圧とをより確実に交互に印加することができたためであると考えられる。
【００７３】
上記試験の結果より、着火性の向上効果をより確実に発揮させるためには、交流電源から投入する交流電力の電圧を、放電用電源から印加される電圧により間隙を流れる誘導電流の平均電圧の絶対値よりも大きくすることが好ましいといえる。
【００７４】
次いで、交流電源における、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を６Ａ、７Ａ、又は、８Ａとした上で、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値に対する、両者のうちの低い方の値の割合を種々変更した点火システムのサンプルを複数用意し、各サンプルについて上述の机上プラズマ評価試験を行った。
【００７５】
図７に、当該試験の試験結果を示す。尚、図７においては、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を６Ａとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、前記高い方の値を７Ａとしたサンプルの試験結果を三角印で示し、前記高い方の値を８Ａとしたサンプルの試験結果を四角印で示す。また、各サンプルともに、プラス側電圧におけるピーク値の平均値と、マイナス側電圧におけるピーク値の平均値との差を９００Ｖ（９００Ｖｐ−ｐ）とし、間隙の大きさを１．１ｍｍとした。
【００７６】
図７に示すように、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の２０％以上としたサンプルは、フレーム面積が飛躍的に増大し、着火性に優れることが明らかとなった。
【００７７】
また特に、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の７０％以上としたサンプルは、一層優れた着火性を有することが確認された。
【００７８】
上記試験の結果より、優れた着火性を実現すべく、交流電力の投入期間において、間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の２０％以上とすることが好ましいといえる。
【００７９】
さらに、着火性を一層向上させるという観点から、交流電力の投入期間において、間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの低い方の値を、両者のうちの高い方の値の７０％以上とすることがより好ましいといえる。
【００８０】
次に、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を種々異なるものとした交流電源を有してなる点火システムのサンプルを用意し、各サンプルについて上述の机上プラズマ評価試験を行った。
【００８１】
図８に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、プラス側電圧におけるピーク値の平均値とマイナス側電圧におけるピーク値の平均値との差を９００Ｖ（９００Ｖｐ−ｐ）とし、間隙の大きさを１．１ｍｍとした。
【００８２】
図８に示すように、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を１Ａ以上としたサンプルは、フレーム面積が飛躍的に増大し、着火性がより効果的に向上することが分かった。これは、電流を増大させたことで、プラズマ生成量がより増大し、プラズマがより大きく成長したためであると考えられる。
【００８３】
上記試験の結果より、着火性をより確実に向上させるべく、間隙を流れるプラス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、間隙を流れるマイナス側の電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を１Ａ以上とすることが好ましいといえる。
【００８４】
次いで、交流電源における交流電力の発振周波数を種々変更した点火システムのサンプルについて、上述の机上プラズマ評価試験を行った。図９に、当該試験の試験結果を示す。尚、当該試験では、プラス側電圧におけるピーク値の平均値とマイナス側電圧におけるピーク値の平均値との差を９００Ｖ（９００Ｖｐ−ｐ）とし、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を６Ａとし、間隙の大きさを１．１ｍｍとした。
【００８５】
図９に示すように、交流電力の発振周波数を１０ｋＨｚ以上とすることで、フレーム面積が顕著に増大し、着火性に極めて優れることが明らかとなった。これは、間隙において原子同士の衝突頻度が著しく増大し、生成されるプラズマが一層増大したことに起因すると考えられる。
【００８６】
上記試験の結果より、着火性をより一層向上させるべく、交流電力の発振周波数を１０ｋＨｚ以上とすることが好ましいといえる。
【００８７】
次に、間隙の大きさＧを種々変更した点火システムのサンプルについて、上述の机上プラズマ評価試験を行った。図１０に、当該試験の試験結果を示す。尚、当該試験では、プラス側電圧におけるピーク値の平均値とマイナス側電圧におけるピーク値の平均値との差を９００Ｖ（９００Ｖｐ−ｐ）とし、プラス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値、及び、マイナス側電流におけるピーク値の平均値の絶対値のうちの高い方の値を８Ａとした。
【００８８】
図１０に示すように、間隙の大きさＧを０．３ｍｍ以上とすることで、プラズマがより大きく成長することが明らかとなった。これは、電極の存在によるプラズマの広がり阻害が抑制されるとともに、消炎作用の影響が十分に小さくなったことによると考えられる。
【００８９】
上記試験の結果より、着火性の一段の向上を図るべく、間隙の大きさＧを０．３ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。
【００９０】
尚、間隙の大きさＧを１．３ｍｍ超とした場合には、放電電圧が過度に大きなものとなってしまい、中心電極や接地電極の耐消耗性が低下してしまうとともに、間隙以外の箇所において火花放電が生じやすくなってしまうおそれがある。この点を踏まえると、間隙の大きさＧを１．３ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。
【００９１】
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。
【００９２】
（ａ）上記実施形態では、ピーク値ＥＰの平均値の絶対値と、ピーク値ＥＭの平均値の絶対値とがほぼ等しくなるように構成されているが、両者の大小関係はこれに限定されるものではなく、交流電力の投入期間において、ピーク値ＥＰの平均値の絶対値、及び、ピーク値ＥＭの平均値の絶対値のうちの低い方の値が、両者のうちの高い方の値の２０％以上となっていればよい。従って、例えば、図１１に示すように、ピーク値ＥＰの平均値の絶対値が、ピーク値ＥＭの平均値の絶対値よりも小さくなるように構成してもよい。また、ピーク値ＥＰの平均値の絶対値が、ピーク値ＥＭの平均値の絶対値よりも大きくなるように構成してもよい。
【００９３】
（ｂ）上記実施形態では、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値と、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値とがほぼ等しくなるように構成されているが、両者の大小関係はこれに限定されるものではなく、交流電力の投入期間において、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値、及び、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値のうちの低い方の値が、両者のうちの高い方の値の２０％以上となるようにしてもよい。従って、例えば、図１２に示すように、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値が、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値よりも小さくなるように構成してもよい。また、ピーク値ＩＰの平均値の絶対値が、ピーク値ＩＭの平均値の絶対値よりも大きくなるように構成してもよい。
【００９４】
（ｃ）上記実施形態では、交流電源５１から間隙２８に対して、プラス側の電圧とマイナス側の電圧とが連続的に投入される（プラス側の電流とマイナス側の電流とが連続的に流れる）ように構成されているが、間隙２８に対する電力の投入態様は、これに限定されるものではない。従って、例えば、図１３及び図１４に示すように、交流電源５１から間隙２８に対して、プラス側の電圧とマイナス側の電圧とが間欠的に投入される（プラス側の電流とマイナス側の電流とが間欠的に流れる）ように構成してもよい。
【００９５】
（ｄ）上記実施形態では、放電用電源４１や交流電源５１からの電力がディストリビュータを介して各点火プラグ１に供給されるようになっているが、点火プラグ１ごとに放電用電源４１や交流電源５１を設けることとしてもよい。
【００９６】
（ｅ）上記実施形態において、制御部７１は、ＥＣＵ８１により構成されているが、制御部７１をＥＣＵ８１により構成することなく、例えば、マイクロコンピュータ等により構成してもよい。また、放電用電源４１をＥＣＵ等により制御し、交流電源５１をマイクロコンピュータ等からなる制御部により制御することとしてもよい。
【００９７】
（ｆ）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、本発明の技術思想を適用可能な点火プラグの構成はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９８】
１…点火プラグ
５…中心電極
２７…接地電極
２８…間隙
３１…点火システム
４１…放電用電源
５１…交流電源
【図１】
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【図２】
0005597219.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005597219.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005597219.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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