(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、前記間隙に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、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入する電力制御部を備え、
前記電力制御部は、前記火花放電の持続中における、前記生成電力以上の電力が投入される期間同士の間の低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間を３．０ｍｓ以下とすることを特徴とする点火システム。
【請求項２】
前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とす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】
前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とす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】
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、前記間隙に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、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入する電力制御部を備え、
前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることを特徴とする点火システム。
【請求項５】
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、前記間隙に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、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入する電力制御部を備え、
前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とすることを特徴とする点火システム。
【請求項６】
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、前記間隙に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の制御方法であって、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入し、
前記火花放電の持続中における、前記生成電力以上の電力が投入される期間同士の間の低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間を３．０ｍｓ以下とすることを特徴とする点火システムの制御方法。
【請求項７】
前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることを特徴とする請求項６に記載の点火システムの制御方法。
【請求項８】
前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の点火システムの制御方法。
【請求項９】
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、前記間隙に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の制御方法であって、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入し、
前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることを特徴とする点火システムの制御方法。
【請求項１０】
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、前記間隙に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の制御方法であって、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入し、
前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とすることを特徴とする点火システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流プラズマを生成して混合気等への着火を行う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】
また近年では、着火性の向上を図るべく、高電圧に代えて、高周波電力を前記間隙に投入することで、火花を生じさせる技術が知られている（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２００９−８１００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、上記技術においては、高周波電力のみにより火花を生じさせるため、燃焼室内の状態によって、高周波電力のみでは要求電圧を出力できないことがある。従って、高周波電力を投入しているにも関わらず、火花が生じないという事態（いわゆる失火）が発生してしまいやすい。
【０００６】
そこで、発生した火花に交流電力（高周波電力）を投入し、交流プラズマを発生させることで、優れた着火性を実現することが考えられる。しかしながら、本願発明者が、当該手法について鋭意検討したところ、交流電力の投入に伴い中心電極や接地電極が過熱されてしまい、中心電極等が急速に消耗してしまうおそれのあることが判明した。
【０００７】
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、中心電極等の消耗を抑制し、良好な耐久性を実現することができるとともに、着火性の更なる向上を図ることができる点火システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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、前記間隙に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、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入する電力制御部を備え、
前記電力制御部は、前記火花放電の持続中における、前記生成電力以上の電力が投入される期間同士の間の低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間を３．０ｍｓ以下とすることを特徴とする。
【００１０】
上記構成１によれば、火花放電の持続中（すなわち、間隙の絶縁抵抗が十分に低下しているとき）に、交流プラズマを生成可能な生成電力以上の電力が火花に対して間欠的に複数回投入される。従って、生成電力以上の電力を投入する期間（高電力期間）同士の間に設けられた期間（低電力期間）において、中心電極や接地電極は加熱されることなく、放熱することとなる。そのため、中心電極等の過熱を抑制することができ、ひいては中心電極等の急速消耗をより確実に防止することができる。その結果、優れた耐久性を実現することができる。
【００１１】
さらに、生成された交流プラズマは、生成電力の投入終了（高電力期間の終了）とともに消失するものではなく、生成電力の投入終了からある程度の時間存在する。すなわち、高電力期間後の低電力期間においても交流プラズマは存在することとなる。従って、電力を間欠的に複数回投入する場合と、複数回に分けることなく一度に電力を投入する場合とにおいて、火花放電の持続中に投入する電気エネルギー（電力量）をそれぞれ同一としたとき、電力を間欠的に複数回投入する方が交流プラズマの存在時間を長期化させることができる。その結果、混合気への着火確率を増加させることができ、着火性を向上させることができる。
【００１２】
すなわち、上記構成１によれば、火花に対して電力を間欠的に複数回投入することで、耐久性及び着火性の双方を向上させることができ、優れた着火性を長期間に亘って維持することができる。
また、上記構成１によれば、火花放電の持続中における、低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間が３．０ｍｓ以下とされている。従って、中心電極や接地電極が高温の交流プラズマに対して過度に長時間に亘ってさらされてしまうといった事態を防止でき、中心電極や接地電極の酸化をより確実に防止することができる。その結果、上述した耐久性の向上効果をより一層高めることができる。
【００１３】
ところで、内燃機関等の点火装置としては、混合気へと着火するための着火手段と、燃焼・反応領域にマイクロ波を放出し、火炎伝播速度等を向上させるマイクロ波放出手段とを備えたものが提案されている（特開２００７−１１３５７０号公報）。また、当該特許文献には、マイクロ波を断続的に放射する旨が記載されている。しかしながら、当該特許文献に記載の技術は、所定の領域（空間）に対してマイクロ波を放出するものであり、火花に対して交流電力を投入する本発明とは、構成及び作用の面で大きく相違し、技術的思想が異なる。また、本発明においては、火花に対して交流電力を投入することに伴い生じ得る中心電極等の消耗抑制を解決課題としているのに対し、上記特許文献には、領域に対してマイクロ波を放出することで中心電極等に消耗が生じる旨の記載はなく、それを示唆する記載もない。従って、この点からも、本発明は、上記特許文献に記載の技術とは技術的思想が異なる。
【００１４】
構成２．本構成の点火システムは、上記構成１において、前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることを特徴とする。
【００１５】
上記構成２によれば、中心電極等が放熱することとなる低電力期間が、その直前の高電力期間での投入エネルギー（すなわち、中心電極等の受熱量に相当する）に対応して十分に長く確保されている。従って、中心電極等の過熱を一層効果的に抑制することができ、耐久性をより一層向上させることができる。
【００１８】
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、前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とすることを特徴とする。
【００１９】
上記構成３によれば、高電力期間の維持時間が交流電力の周期以上とされている。従って、火花に対して電気エネルギーをより確実に投入することができ、着火性をより一層確実に向上させることができる。
構成４．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、前記間隙に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、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入する電力制御部を備え、
前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることを特徴とする。
上記構成４によれば、火花放電の持続中（すなわち、間隙の絶縁抵抗が十分に低下しているとき）に、交流プラズマを生成可能な生成電力以上の電力が火花に対して間欠的に複数回投入される。従って、生成電力以上の電力を投入する期間（高電力期間）同士の間に設けられた期間（低電力期間）において、中心電極や接地電極は加熱されることなく、放熱することとなる。そのため、中心電極等の過熱を抑制することができ、ひいては中心電極等の急速消耗をより確実に防止することができる。その結果、優れた耐久性を実現することができる。
さらに、生成された交流プラズマは、生成電力の投入終了（高電力期間の終了）とともに消失するものではなく、生成電力の投入終了からある程度の時間存在する。すなわち、高電力期間後の低電力期間においても交流プラズマは存在することとなる。従って、電力を間欠的に複数回投入する場合と、複数回に分けることなく一度に電力を投入する場合とにおいて、火花放電の持続中に投入する電気エネルギー（電力量）をそれぞれ同一としたとき、電力を間欠的に複数回投入する方が交流プラズマの存在時間を長期化させることができる。その結果、混合気への着火確率を増加させることができ、着火性を向上させることができる。
すなわち、上記構成４によれば、火花に対して電力を間欠的に複数回投入することで、耐久性及び着火性の双方を向上させることができ、優れた着火性を長期間に亘って維持することができる。
さらに、上記構成４によれば、中心電極等が放熱することとなる低電力期間が、その直前の高電力期間での投入エネルギー（すなわち、中心電極等の受熱量に相当する）に対応して十分に長く確保されている。従って、中心電極等の過熱を一層効果的に抑制することができ、耐久性をより一層向上させることができる。
構成５．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、前記間隙に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、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入する電力制御部を備え、
前記電力制御部は、前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とすることを特徴とする点火システム。
上記構成５によれば、火花放電の持続中（すなわち、間隙の絶縁抵抗が十分に低下しているとき）に、交流プラズマを生成可能な生成電力以上の電力が火花に対して間欠的に複数回投入される。従って、生成電力以上の電力を投入する期間（高電力期間）同士の間に設けられた期間（低電力期間）において、中心電極や接地電極は加熱されることなく、放熱することとなる。そのため、中心電極等の過熱を抑制することができ、ひいては中心電極等の急速消耗をより確実に防止することができる。その結果、優れた耐久性を実現することができる。
さらに、生成された交流プラズマは、生成電力の投入終了（高電力期間の終了）とともに消失するものではなく、生成電力の投入終了からある程度の時間存在する。すなわち、高電力期間後の低電力期間においても交流プラズマは存在することとなる。従って、電力を間欠的に複数回投入する場合と、複数回に分けることなく一度に電力を投入する場合とにおいて、火花放電の持続中に投入する電気エネルギー（電力量）をそれぞれ同一としたとき、電力を間欠的に複数回投入する方が交流プラズマの存在時間を長期化させることができる。その結果、混合気への着火確率を増加させることができ、着火性を向上させることができる。
すなわち、上記構成５によれば、火花に対して電力を間欠的に複数回投入することで、耐久性及び着火性の双方を向上させることができ、優れた着火性を長期間に亘って維持することができる。
さらに、上記構成５によれば、高電力期間の維持時間が交流電力の周期以上とされている。従って、火花に対して電気エネルギーをより確実に投入することができ、着火性をより一層確実に向上させることができる。
【００２０】
構成６．本構成の点火システムの制御方法は、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、前記間隙に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の制御方法であって、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入し、
前記火花放電の持続中における、前記生成電力以上の電力が投入される期間同士の間の低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間を３．０ｍｓ以下とすることを特徴とする。
【００２１】
上記構成６によれば、基本的には上記構成１と同様の作用効果が奏されることとなる。
【００２２】
構成７．本構成の点火システムの制御方法は、上記構成６において、前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることを特徴とする。
【００２３】
上記構成７によれば、基本的には上記構成２と同様の作用効果が奏されることとなる。
【００２６】
構成８．本構成の点火システムの制御方法は、上記構成６又は７において、前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とすることを特徴とする。
【００２７】
上記構成８によれば、基本的には上記構成３と同様の作用効果が奏されることとなる。
構成９．本構成の点火システムの制御方法は、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、前記間隙に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の制御方法であって、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入し、
前記生成電力以上の電力が投入される高電力期間同士の間の低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における前記高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることを特徴とする。
上記構成９によれば、基本的には上記構成４と同様の作用効果が奏されることとなる。
構成１０．本構成の点火システムの制御方法は、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、前記間隙に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の制御方法であって、
前記火花放電の持続中に、前記交流プラズマを生成可能な所定の生成電力以上の電力を前記火花に対して間欠的に複数回投入し、
前記生成電力以上の電力が投入される期間のそれぞれの維持時間を、前記交流電源から供給される交流電力の周期以上とすることを特徴とする。
上記構成１０によれば、基本的には上記構成５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】
【００２８】
【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】火花に投入される電力を示す波形図である。
【図４】電力投入時における中心電極等の温度を模式的に示すグラフである。
【図５】（ａ）はケースＡにおける電力の投入態様を示す電力の波形図であり、（ｂ）はケースＢにおける電力の投入態様を示す電力の波形図であり、（ｃ）はケースＣにおける電力の投入態様を示す電力の波形図である。
【図６】ケースＡ〜Ｃにおける間隙増加量を示すグラフである。
【図７】（ａ）はケースＤにおける電力の投入態様を示す電力の波形図であり、（ｂ）はケースＥにおける電力の投入態様を示す電力の波形図であり、（ｃ）はケースＦにおける電力の投入態様を示す電力の波形図である。
【図８】低電力期間の維持期間を変更した際のケースＤ〜Ｆにおける間隙増加量を示すグラフである。
【図９】別の実施形態における火花に対する投入電力を示す波形図である。
【図１０】別の実施形態における火花に対する投入電力を示す波形図である。
【図１１】別の実施形態における火花に対する投入電力を示す波形図である。
【図１２】別の実施形態における火花に対する投入電力を示す波形図である。
【図１３】別の実施形態における火花に対する投入電力を示す波形図である。
【図１４】別の実施形態における火花に対する投入電力を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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、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、電力制御部としての制御部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、実際の燃焼装置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。
【００３０】
まず、点火プラグ１の構成を説明する。
【００３１】
点火プラグ１は、図２に示すように、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。
【００３２】
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、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されており、後端側胴部１０は、主体金具３の後端から露出している。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。
【００３３】
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には電極８が挿入、固定されている。電極８は、軸孔４の先端側に設けられた中心電極５と、軸孔４の後端側に設けられた端子電極６と、両電極５，６の間に設けられたガラスシール部７とを備えている。
【００３４】
中心電極５は、全体として棒状をなしており、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Ｎｉ合金により構成されている。尚、中心電極５の内部に、熱伝導性に優れる銅や銅合金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。
【００３５】
端子電極６は、低炭素鋼等の金属により形成されており、全体として棒状をなしている。また、端子電極６の後端部には、径方向外側に膨出形成された接続部６Ａが設けられている。当該接続部６Ａは、絶縁碍子２の後端から突出しており、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。
【００３６】
加えて、ガラスシール部７は、金属粉末やガラス粉末等の混合物が焼結されることで形成されたものであり、中心電極５及び端子電極６を電気的に接続するとともに、絶縁碍子２に対して両電極５，６を固定している。
【００３７】
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。
【００３８】
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２１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、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、その先端側側面が電極８（中心電極５）の先端部と対向しており、電極８の先端部と接地電極２７との間には、間隙としての火花放電間隙２８が形成されている。
【００４１】
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。
【００４２】
放電用電源４１は、点火プラグ１に対して高電圧を供給し、火花放電間隙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。
【００４３】
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。
【００４４】
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に印加されることで、火花放電間隙２８において火花放電を発生させることができる。
【００４５】
交流電源５１は、点火プラグ１に対して比較的高周波数（例えば、５０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ）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）８１が設けられている。当該インピーダンスマッチング回路８１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（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。
【００４６】
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。
【００４７】
本実施形態では、放電用電源４１からの電圧と交流電源５１からの交流電力とが電極８を通して火花放電間隙２８に供給され、放電用電源４１からの電圧により火花放電間隙２８において生じた火花に、交流電源５１からの交流電力が投入されることでプラズマを発生させるように構成されている。すなわち、電極８を共通の伝送路として放電用電源４１からの電圧と交流電源５１からの交流電力とが火花放電間隙２８に供給され、その結果、火花放電間隙２８で生じた火花に対して、交流電力が直接投入されるように構成されている。
【００４８】
そして、制御部７１は、所定の電子制御装置（ＥＣＵ）により構成されており、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、供給時間等を制御する。
【００４９】
すなわち、制御部７１は、図３に示すように、放電用電源４１を制御して、火花放電間隙２８にて火花放電を生じさせるとともに、火花放電の持続中（放電維持時間内）において、交流電源５１を制御することで、交流プラズマを生成可能な生成電力以上の電力を火花に対して間欠的に複数回（本実施形態では、４回）投入する。また、制御部７１は、放電維持時間内において、点火プラグ１に対して前記生成電力以上の電力が投入される期間（以下、「高電力期間」と称す）同士の間の期間（以下、「低電力期間」と称す）において、交流電源５１を制御することで、点火プラグ１に対する交流電力の投入を停止する。尚、交流プラズマを生成可能な生成電力は、点火プラグの構成や燃焼室内の圧力等の要因により変動し得るが、例えば、５０Ｗ以上となる。
【００５０】
また、図３における電力は、交流電源５１から点火プラグ１に対して投入される交流電流が単位時間当たりにする仕事量を示す。本実施形態では、各高電力期間において、交流電源５１から点火プラグ１に対して投入される交流電流が単位時間当たりにする仕事量（電力）は、経時的に変化することなく、一定とされている。また、各高電力期間において点火プラグ１への投入電力量はそれぞれ等しくされるとともに、高電力期間のそれぞれの維持時間は同一とされている。
【００５１】
さらに、制御部７１は、１の低電力期間の直前における高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、前記１の低電力期間の維持期間がＥ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上となるように交流電源５１を制御する。すなわち、図４に示すように、高電力期間において、中心電極５や接地電極２７等は電力の投入に伴い加熱されることとなるが、低電力期間（すなわち、中心電極５等の温度が低下する期間）をＥ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上と十分に長く確保することで、中心電極５等の過熱が抑制されるようになっている。一方で、交流プラズマの温度が混合気に対して着火可能な温度以上を維持できるように、各低電力期間の維持期間が過度に長くならないように設定されている（但し、低電力期間の維持時間の上限は、直前の高電力期間における投入エネルギーに対応して変更することができる）。また、本実施形態において、低電力期間の維持期間はそれぞれ同一となるように構成されている。
【００５２】
加えて、図３に示すように、制御部７１は、火花放電の持続中における、低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間（合計時間）が３．０ｍｓ以下となるように交流電源５１を制御する。
【００５３】
さらに、制御部７１は、各高電力期間の維持期間が交流電源５１から供給される交流電力の周期以上となるように交流電源５１を制御する。
【００５４】
以上詳述したように、本実施形態によれば、火花放電の持続中（すなわち、火花放電間隙２８の絶縁抵抗が十分に低下しているとき）に、交流プラズマを生成可能な生成電力以上の電力が火花に対して間欠的に複数回投入される。従って、高電力期間同士の間に設けられた低電力期間において、中心電極５や接地電極２７は加熱されることなく、放熱することとなる。そのため、中心電極５等の過熱を抑制することができ、ひいては中心電極５等の急速消耗をより確実に防止することができる。その結果、優れた耐久性を実現することができる。
【００５５】
さらに、生成された交流プラズマは、高電力期間の終了とともに消失するものではなく、高電力期間の終了からある程度の時間存在する。すなわち、高電力期間後の低電力期間においても交流プラズマは存在することとなる。従って、電力を間欠的に複数回投入する場合と、複数回に分けることなく一度に電力を投入する場合とにおいて、火花放電の持続中に投入する電気エネルギー（電力量）をそれぞれ同一としたとき、電力を間欠的に複数回投入する方が交流プラズマの存在時間を長期化させることができる。その結果、混合気への着火確率を増加させることができ、着火性を向上させることができる。
【００５６】
すなわち、本実施形態によれば、火花に対して電力を間欠的に複数回投入することで、耐久性及び着火性の双方を向上させることができ、優れた着火性を長期間に亘って維持することができる。
【００５７】
さらに、各低電力期間の維持時間がＥ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とされており、低電力期間が、その直前の高電力期間での投入エネルギー（すなわち、中心電極５等の受熱量に相当する）に対応して十分に長く確保されている。従って、中心電極５等の過熱を一層効果的に抑制することができ、耐久性をより一層向上させることができる。
【００５８】
加えて、火花放電の持続中における、低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの合計時間が３．０ｍｓ以下とされている。従って、中心電極５や接地電極２７が高温の交流プラズマに対して過度に長時間に亘ってさらされてしまうといった事態を防止でき、中心電極５や接地電極２７の酸化をより確実に防止することができる。その結果、上述した耐久性の向上効果をより一層高めることができる。
【００５９】
また、高電力期間の維持時間が交流電力の周期以上とされている。従って、火花に対して電気エネルギーをより確実に投入することができ、着火性をより一層確実に向上させることができる。
【００６０】
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、図５（ａ）に示すように、火花放電中に、投入時間を１ｍｓとして交流電力（３００Ｗ）を１回投入した場合（ケースＡ）と、図５（ｂ）に示すように、火花放電中に、投入時間をそれぞれ０．５ｍｓとして交流電力（３００Ｗ）を間欠的に２回投入し、両高電力期間の間の低電力期間において０．３ｍｓの間、電力を停止した場合（ケースＢ）と、図５（ｃ）に示すように、火花放電中に、投入時間をそれぞれ０．５ｍｓとして交流電力（３００Ｗ）を間欠的に２回投入し、両高電力期間の間の低電力期間において０．３ｍｓの間、低電力（３０Ｗ）を投入した場合（ケースＣ）とで、それぞれ着火性評価試験を行った。
【００６１】
着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、点火プラグを排気量２０００ｃｃの４気筒ＤＯＨＣエンジンに取付けた上で、空燃比（Ａ／Ｆ）を２４として、１０００サイクルに亘って点火プラグに電力を投入した。そして、１０００サイクル中における失火の発生回数を計測するとともに、失火の発生割合（失火率）を算出した。ここで、失火率が０．０％となった場合には、着火性に極めて優れるとして「◎」の評価を下すこととし、失火率が０．１％以上０．９％以下となった場合には、着火性に優れるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、失火率が１．０％以上１．４％以下となった場合には、着火性にやや劣るとして「△」の評価を下し、失火率が１．５％以上となった場合には、着火性に劣るとして「×」の評価を下すこととした。表１に、ケースＡ〜Ｃにおける着火性評価試験の試験結果をそれぞれ示す。尚、本試験の条件において、交流プラズマを生成可能な生成電力は３０Ｗ超３００Ｗ未満であり、点火プラグに対して３００Ｗの交流電力を投入することで、交流プラズマを生成可能である。また、上述の通り、ケースＡ〜Ｃにおいて、総投入エネルギーは同一とした。
【００６２】
【表１】
0005936101.tif 000002
【００６３】
表１に示すように、交流電力を間欠的に複数回投入したケースＢ，Ｃにおいて、優れた着火性を実現できることが明らかとなった。これは、交流プラズマがより長期間存在することとなり、混合気に対する点火確率が増したことによると考えられる。
【００６４】
次いで、上記ケースＡ〜Ｃについて耐久性評価試験を行った。耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、点火プラグ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０．４ＭＰａに設定し、印加電圧の周波数を２０Ｈｚとして（すなわち、毎分１２００回の割合で）交流プラズマを発生させた。そして、４０時間経過後に、試験後における火花放電間隙の大きさを測定し、試験前における火花放電間隙の大きさに対する増加量（間隙増加量）を算出した。図６に、当該試験の試験結果を示す。尚、交流電源の出力周波数を１３ＭＨｚとした。また、放電用電源として点火コイルを用い、点火コイルの出力エネルギーを６０ｍＪとし、点火コイルから点火プラグに対する電圧の印加時間（火花放電の持続時間）を２．５ｍｓとした。さらに、中心電極の先端部をＮｉ合金により形成し、中心電極の先端部の外径を２．５ｍｍとした。加えて、試験前における火花放電間隙の大きさを０．８ｍｍとした。
【００６５】
図６に示すように、ケースＡは、耐久性に若干劣ることが分かった。これは、交流電力を一度に投入したことで、中心電極等が急激に加熱されたことによると考えられる。
【００６６】
これに対して、ケースＢ，Ｃにおいては優れた耐久性を実現できることが分かった。これは、両高電力期間の間に低電力期間を設けたことで、低電力期間中に中心電極等の温度が下がることとなり、中心電極等の過熱が抑制されたためであると考えられる。
【００６７】
上記両試験の結果より、着火性及び耐久性の双方を向上させるためには、火花放電の持続中に、交流プラズマを生成可能な生成電力以上の電力を火花に対して間欠的に複数回投入することが好ましいといえる。
【００６８】
次に、図７（ａ）に示すように、火花に対する交流電力の投入回数を５回、各高電力期間の維持時間を０．１ｍｓ、高電力期間における投入電力の大きさを３００Ｗとした場合（すなわち、高電力期間での投入エネルギーをそれぞれ０．０３Ｊとした場合：ケースＤ）と、図７（ｂ）に示すように、火花に対する交流電力の投入回数を２回、各高電力期間の維持時間を０．５ｍｓ、高電力期間における投入電力の大きさを３００Ｗとした場合（すなわち、高電力期間での投入エネルギーをそれぞれ０．１５Ｊとした場合：ケースＥ）と、図７（ｃ）に示すように、火花に対する交流電力の投入回数を２回、各高電力期間の維持時間を０．５ｍｓ、高電力期間における投入電力の大きさを５００Ｗとした場合（すなわち、高電力期間での投入エネルギーをそれぞれ０．２５Ｊとした場合：ケースＦ）とで、低電力期間の維持時間Ｘ（ｍｓ）を種々変更しつつ上述の耐久性評価試験を行った。図８に、１の高電力期間での投入エネルギー（Ｊ）を低電力期間の維持時間Ｘ（ｍｓ）で除算した値と、間隙増加量との関係を表すグラフを示す。尚、図８においては、ケースＤでの試験結果を丸印で示し、ケースＥでの試験結果を三角印で示し、ケースＦでの試験結果を四角印で示す。また、交流電源や点火プラグ等の構成は、上述の耐久性評価試験と同様とした。
【００６９】
図８に示すように、低電力期間の維持時間Ｘを１の高電力期間での投入エネルギーで除算したときの値が０．６（ｍｓ／Ｊ）以上となった場合、すなわち、１の高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、低電力期間の維持時間をＥ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とした場合、耐久性を一層向上できることが明らかとなった。これは、中心電極等が放熱する低電力期間が、その直前の高電力期間での投入エネルギーに対応して十分に長く確保されたことによると考えられる。
【００７０】
上記試験の結果より、耐久性の更なる向上を図るべく、低電力期間の維持時間を、当該低電力期間の直前における高電力期間での投入エネルギーをＥ（Ｊ）としたとき、Ｅ×０．６（ｍｓ／Ｊ）以上とすることが好ましいといえる。
【００７１】
次いで、高電力期間の維持時間、電力の投入回数、及び、低電力期間の維持時間を変更することにより、火花放電の持続中における、低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間（合計時間）を種々変更したケース１〜８について、上述の耐久性評価試験を行った。そして、試験後に接地電極を観察し、接地電極の表面における酸化の有無を確認した。ここで、接地電極の表面に酸化が確認されなかった場合には、耐酸化性に優れるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、接地電極の表面に酸化が確認された場合には、耐酸化性にやや劣るとして「×」の評価を下すこととした。表２に、試験結果、及び、各ケースにおける高電力期間の維持時間等を示す。尚、各ケースともに、高電力期間における投入電力を３００Ｗとし、火花放電の持続時間を３ｍｓとし、接地電極をＮｉ合金により形成した。
【００７２】
【表２】
0005936101.tif 000003
【００７３】
表２に示すように、合計時間を３．０ｍｓ以下とすることで、優れた耐酸化性を実現できることが分かった。これは、交流プラズマに対して接地電極がさらされる時間を短くしたたことで、接地電極の過熱が抑制されたためであると考えられる。
【００７４】
尚、接地電極は、中心電極よりも燃焼室の中心側に配置されるため、より高温となりやすく、より酸化してしまいやすい。従って、合計時間を３．０ｍｓ以下とすることで、一般に接地電極よりも低温となる中心電極の酸化も抑制できるといえる。
【００７５】
上記試験の結果より、中心電極や接地電極の酸化を抑制し、一層優れた耐久性を得るためには、低電力期間を含む電力の投入開始から投入終了までの時間（合計時間）を３．０ｍｓ以下とすることが好ましいといえる。
【００７６】
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。
【００７７】
（ａ）上記実施形態では、各高電力期間における電力（点火プラグ１に対して投入される交流電流が単位時間当たりにする仕事量）が一定で、かつ、各高電力期間における投入電力量は等しくなるように設定されている。これに対して、各高電力期間において電力を一定とすることなく、電力が経時的に変化するように構成してもよい。従って、例えば、図９及び図１０に示すように、高電力期間において電力を徐々に減少させることとしてもよい。また、各高電力期間における点火プラグ１への投入電力量を等しくすることなく、図１１及び図１２に示すように、各高電力期間において投入電力量を変化させてもよい。さらに、図１３に示すように、高電力期間の維持時間をそれぞれ異なるものとしてもよい。また、火花放電の持続中に、電力の投入を終了させなくてもよい。
【００７８】
（ｂ）上記実施形態では、低電力期間において点火プラグ１に対する電力の供給が停止されているが、図１４に示すように、低電力期間において、点火プラグ１に対して交流プラズマを生成可能な生成電力未満の電力を供給することとしてもよい。
【００７９】
（ｃ）上記実施形態において、制御部７１はＥＣＵにより構成されているが、制御部７１をＥＣＵ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電力制御部により制御することとしてもよい。
【００８０】
（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、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】
【００８１】
１…点火プラグ
５…中心電極
２７…接地電極
２８…火花放電間隙（間隙）
３１…点火システム
４１…放電用電源
５１…交流電源
７１…制御部（電力制御部）
【図１】
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【図２】
0005936101.tif 000005
【図３】
0005936101.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005936101.tif 000010
【図８】
0005936101.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0005936101.tif 000013
【図１１】
0005936101.tif 000014
【図１２】
0005936101.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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