(57)【要約】  本発明の点火装置は、点火プラグの電極間に高電圧発生回路により繰り返し高電圧を印加する。ガス流動が存在する燃焼室内においては、初回の放電により生じた活性種がガス流動によって下流側に流され、この部分の混合気の抵抗Ｒｄｃが一時的に低くなるので、電極間の最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗Ｒｇに対する抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１未満となるように短い放電間隔Ｔでもって高電圧の印加を行う。これにより、放電チャンネルは、徐々にガス流動の下流側に拡がっていき、放電チャンネルの長さが延長されていく。このような放電チャンネルの延長は、火炎核の拡大と初期燃焼期間の短縮とに寄与し、確実な点火が得られる。
2013065382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火装置において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、ｎ回目の放電とその直前のｎ−１回目の放電との間の時間間隔を、ｎ回目の放電による放電チャンネルがｎ−１回目の放電による放電チャンネルに比較して上記ガス流動方向に沿って延長されたものとなるように設定する内燃機関の点火装置。
【請求項２】
２回目の放電と１回目の放電との間の時間間隔を、２回目の放電による放電チャンネルが１回目の放電による放電チャンネルに比較して上記ガス流動方向に沿って延長されたものとなるように設定する請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項３】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火装置において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、ｎ−１回目の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が、上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に、ｎ回目の放電を行う内燃機関の点火装置。
【請求項４】
１回目の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が、上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に、２回目の放電を行う請求項３に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項５】
上記点火プラグの電極は、相対的に幅が狭い一方の電極と相対的に幅が広い他方の電極とを有し、ｎ回目の放電による放電チャンネルが、少なくとも幅が狭い方の電極よりも外側へ拡がって形成される請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項６】
ｎ回目の放電による放電チャンネルが、幅が広い方の電極よりも外側へ拡がって形成される請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項７】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火方法において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、ｎ回目の放電とその直前のｎ−１回目の放電との間の時間間隔を、ｎ回目の放電による放電チャンネルがｎ−１回目の放電による放電チャンネルに比較して上記ガス流動方向に沿って延長されたものとなるように設定する内燃機関の点火方法。
【請求項８】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火方法において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、ｎ−１回目の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が、上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に、ｎ回目の放電を行う内燃機関の点火方法。
【請求項９】
上記ｎの値が相対的に小さい区間に比較して、上記ｎの値が相対的に大きな区間では、ｎ−１回目の放電とｎ回目の放電との間の時間間隔が相対的に短く与えられる請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１０】
上記ｎの値が相対的に小さい区間に比較して、上記ｎの値が相対的に大きな区間では、ｎ−１回目の放電とｎ回目の放電との間の時間間隔を相対的に短くする請求項７または８に記載の内燃機関の点火方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火装置および点火方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料と空気との混合気を燃焼室内で確実に点火するために、点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせる技術が、例えば特許文献１，２に開示されている。【０００３】
特許文献１は、点火プラグの中心電極の周囲に例えば３個の側方電極を配置し、パルス状に電圧を印加することで、中心電極とそれぞれ異なる側方電極との間で順次火花放電を生じさせるようになっている。ここでは、電圧を印加する間隔をある程度大きくすることで、一旦放電が生じた側方電極との間では放電が生じずに別の側方電極との間で次の放電が生じるようにしている。【０００４】
特許文献２は、アーク放電となる主放電の前に、ストリーマ放電ないしグロー放電となる複数回のパルス放電を行い、アーク放電つまり主放電の直前の活性種濃度を高めるようにしている。【０００５】
なお、一般に、活性種は、ラジカル（イオンや束縛電子の励起を含む）、電子、原子、分子内部振動や並進運動、などであり、放電により生成された後、時間経過に伴って安定状態に遷移するため、その寿命は比較的短い。【０００６】
内燃機関の燃焼室内では、一般に、点火すべき混合気の流動つまりガス流動が存在する。例えば、ピストンが上下動する一般的な往復動型内燃機関では、ピストンの上下運動によって筒内にガス流動が発生する。特に、空燃比が高い希薄混合気やＥＧＲシステムによる多量の還流排気ガスを含む混合気にあっては、燃焼速度が低下して燃焼が不安定化するため、これを補うように積極的にガス流動を生成することが一般に行われている。例えば、タンブルやスワールなどのガス流動を燃焼室内に生成するためのデバイスを吸気通路に設けたり、吸気弁の開時期や開度の調整によって筒内のガス流動を高める方法などが用いられている。【０００７】
このようなガス流動が点火プラグ近傍に存在すると、放電により生成された活性種や火炎核がガス流動によって下流へ流され、一般に、点火がより困難となる。特許文献１や特許文献２の技術は、このようなガス流動の影響について何ら考慮されていない。【０００８】
例えば、特許文献１のような方法では、ガス流動による影響を受けて、ある特定の側方電極との間でのみ放電が生じやすくなる、といった偏在性の問題が生じる。【０００９】
また特許文献２の技術では、ガス流動の存在下においては、主放電前に行ったパルス放電により生成された活性種がガス流動によって下流に流されるので、主放電を行った際に、主放電の周囲に活性種が多く存在せず、活性種による火炎伝播を促進する効果が低減してしまう。【００１０】
本発明は、ガス流動の存在下において、より確実かつ効果的に混合気への点火を行う点火装置および点火方法を提供することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公昭６１−２７５８８号公報
【特許文献２】特開２００９−４７１４９号公報
【発明の概要】
【００１２】
本発明の内燃機関の点火装置および点火方法は、点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う。
【００１３】
そして、本発明の一つの態様では、上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交する方向にガス流動の速度成分が存在する下で、ｎ回目の放電とその直前のｎ−１回目の放電との間の時間間隔を、ｎ回目の放電による放電チャンネルがｎ−１回目の放電による放電チャンネルに比較して上記ガス流動方向に沿って延長されたものとなるように設定する。ここで、放電チャンネルとは、放電時に発光している経路を指す。
【００１４】
また、本発明の異なる態様では、上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交する方向にガス流動の速度成分が存在する下で、ｎ−１回目の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が、上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に、ｎ回目の放電を行う。なお、ここでの放電経路とは、放電が予想ないし予定される経路であって、上記の放電チャンネルとは実質的に大差がなく、放電経路に沿って実際に放電が生じると、この経路が放電チャンネルとなる。
【００１５】
よく知られているように、電極間の電位差があるレベルに達すると、電極間に存在するガスに絶縁破壊が生じ、放電が起こる。電極間で放電が生じると、混合気のガスと電子との衝突によって、ラジカルなどの活性種が生成され、局部的に抵抗が低下する。この活性種には寿命があり、比較的短時間でその作用が消滅する。特に、ガス流動の存在下では、生成された活性種がガス流動によって下流側に流されるので、電極間の抵抗とりわけ最短距離を結ぶ経路の抵抗は、比較的速やかに再び増加する。
【００１６】
ここで、ガス流動により下流側に流される活性種に着目すると、その寿命が尽きるまでは、先に放電が生じた位置よりも下流側に活性種が存在することから、この部分での抵抗の低下が生じる。従って、活性種の作用が消滅する前に再び電極間に電圧を印加すると、先に放電が生じた位置よりもガス流動の下流側で放電が生じ得る。このときの放電チャンネルは、典型的には、電極間の最短距離を結ぶ直線ではなく、ガス流動の下流側に膨らんだ湾曲形状となる。このように湾曲形状となる放電チャンネルによって生成された活性種は、ガス流動の影響によってさらに下流側に流されていくので、この活性種を利用した次の放電はさらに下流側に生じ得る。繰り返し電圧の印加により、このように徐々に下流側で放電が生じていけば、放電チャンネルが徐々に外側に延長されていく形となる。
【００１７】
しかし、湾曲形状に膨らんだ放電経路の長さは、直線的な放電経路よりも経路長が長くなるので、例えば時間経過などにより活性種の作用が弱くなると、次の放電が直線的な経路に沿って生じる。つまり、活性種がガス流動で下流に流されたことで生じる下流側の放電経路の抵抗が、電極間の最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に次の電圧の印加を行えば、ガス流動の方向に沿って次々と下流側で放電が生じ、放電チャンネルが延長されていく。このように長い放電チャンネルは、プラズマ体積を増大させ、初期火炎の形成の上で有利となる。
【００１８】
従って、本発明によれば、燃焼室内のガス流動の存在下で、繰り返し電圧の印加によって徐々に外側に延長されていく長い放電チャンネルが安定的に形成され、より確実な点火が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に係る点火装置を備えた内燃機関の構成説明図。
【図２】点火プラグの要部の説明図。
【図３】電極間に印加されるパルス状の電圧の一例を示す波形図。
【図４】電極間に印加されるパルス状の電圧の他の例を示す波形図。
【図５】電極間に印加されるパルス状の電圧の他の例を示す波形図。
【図６】電極間に印加されるパルス状の電圧の他の例を示す波形図。
【図７】ガス流動の存在下での（ａ）１回目の放電チャンネルと（ｂ）２回目の放電チャンネルとを対比して示す説明図。
【図８】ガス流動と放電間隔とに対する抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）の特性を示す特性図。
【図９】図８の各パラメータの説明図。
【図１０】放電間隔が小さい実施例の抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）および放電チャンネル長さの時間的な変化を示すタイムチャート。
【図１１】放電間隔が大きい比較例の抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）および放電チャンネル長さの時間的な変化を示すタイムチャート。
【図１２】放電チャンネルが、幅が狭い方の電極よりも外側に拡がっている状態を示す説明図。
【図１３】放電チャンネルが、幅が広い方の電極よりも外側に拡がっている状態を示す説明図。
【図１４】放電間隔を放電回数に伴って変化させた実施例を示す図１０と同様のタイムチャート。
【図１５】放電間隔を大きく設定した比較例のタイムチャート。
【図１６】放電間隔を小さく設定した比較例のタイムチャート。
【図１７】放電間隔の変化の態様の一例を示す特性図。
【図１８】放電間隔の変化の態様の他の例を示す特性図。
【図１９】放電間隔の変化の態様のさらに他の例を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の好ましい一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、この発明に係る点火装置を備えた内燃機関１の一例を示している。この内燃機関１は、４ストロークサイクルの火花点火式ガソリン機関として構成されたものであって、ピストン２が収容されたシリンダ３の頂部に、例えば一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置され、かつこれらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた天井面中心部に点火プラグ６が配置されている。燃焼室７には、上記吸気弁４を介して吸気ポート８が接続され、かつ上記排気弁５を介して排気ポート９が接続されている。吸気ポート８は、その上流側において吸気コレクタ１０に接続されており、この吸気コレクタ１０の入口部には、電動モータからなるアクチュエータ１１によって開閉駆動されるスロットル弁１２が配置されている。
【００２２】
また、各吸気ポート８には、吸気弁４へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁１３が配置されているとともに、燃焼室７内に積極的にガス流動（例えばスワールもしくはタンブル）を生成するためのガス流動制御弁１４が配置されている。このガス流動制御弁１４は、電動モータからなるアクチュエータ１５によって開度が制御されるものであり、吸気ポート８内の吸気流を片寄らせることで燃焼室７のスワールやタンブルを強化する。
【００２３】
なお、この発明は、上記のような内燃機関１に限定されず、種々の形式の火花点火式内燃機関に適用可能であり、例えば、筒内噴射式内燃機関であってもよく、またガス流動制御弁１４のようなガス流動を可変するデバイスを具備しない内燃機関にも適用可能である。
【００２４】
上記燃焼室７には、ピストン２の上下動や吸気弁４を通した吸気の流入などによってガス流動が生成されるが、このガス流動は、混合気の火炎伝播を促進するために予め設計された強度を有し、ガス流動制御弁１４のようなデバイスを具備する場合でも、基本的に運転条件に応じて予め設計されたガス流動となるようにガス流動制御弁１４が制御されることになる。従って、ガス流動の強度は基本的に既知である。
【００２５】
上記点火プラグ６には、比較的短い間隔でパルス状に電圧を印加することができる高電圧発生回路１６が接続されている。一つの例では、図３に示すような矩形波形となるユニポーラ型の高電圧発生回路１６が用いられる。本発明は、これに限定されず、図４に示すような矩形波形を出力するバイポーラ型の高電圧発生回路１６であってもよく、さらには、図５に示すような三角波形を出力するユニポーラ型の高電圧発生回路１６や、図６に示すような三角波形を出力するバイポーラ型の高電圧発生回路１６を用いることもできる。なお、各々の波形について、各図に示すように放電間隔Ｔが定義される。
【００２６】
また、点火プラグ６は、この実施例では、図２に示すように、点火プラグ６の栓体２３の中心に沿って延びた棒状をなす中心電極２１と、この中心電極２１と対向するようにＬ字形に延びた側方電極２２と、を備えた一般的な構成となっている。このような点火プラグ６の電極２１，２２の間に上記高電圧発生回路１６によって十分に高い電位差を与えると、絶縁破壊が生じ、電極２１，２２間で放電が起こる。特に、高電圧をパルス状に繰り返し印加することによって、放電が多数回繰り返し発生する。このような放電により、その放電経路にほぼ沿って発光現象が見られるが、本発明では、このように放電時に発光している経路を放電チャンネルと呼ぶ。なお、上記の電極２１，２２の構成では、中心電極２１の中心線に沿って両電極２１，２２の表面を結ぶ直線線分が２つの電極２１，２２の最短距離ｌｇとなる。
【００２７】
図７は、ガス流動の存在下での放電チャンネル（符号３１で示す）を示しており、ここでは、電極２１，２２の最短距離ｌｇを結ぶ方向に対して直交する方向にガス流動ｕが存在するものとする。図７の（ａ）は、１回目の放電による放電チャンネルを示している。この図（ａ）に示すように、強いガス流動ｕがあったとしても、初回の放電ひいては放電チャンネルは、２つの電極２１，２２の最短距離ｌｇに沿って形成される。なお、この１回目の放電は混合気の絶縁破壊を引き起こすが、これは極短い時間であるので、形成される放電チャンネルへのガス流動の影響は無視できる程度に小さい。
【００２８】
このように放電が起きると、その放電チャンネルに沿って活性種が生成され、混合気中の抵抗が低下する。しかし、このように抵抗低下を生じる活性種は、ガス流動ｕの存在下では、ガス流動によって下流側に流される。従って、比較的短い期間ではあるが、２つの電極２１，２２の最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗よりも、最短距離ｌｇから下流側に存在する活性種に沿った混合気の抵抗の方が小さくなる期間が存在する。そのため、この期間の間に、２回目の高電圧の印加を行うと、図７の（ｂ）に示すように、相対的に抵抗が低い経路に沿って放電が生じるため、最短距離ｌｇではなく下流側に膨らんだ曲線状の放電チャンネルが形成される。つまり、最短距離ｌｇよりも長い経路長を有する放電チャンネルが形成される。
【００２９】
この２回目の放電により生じる活性種も、やはりガス流動ｕの影響を受けて下流側に移動するので、同様に、図７（ｂ）の放電チャンネルよりもさらに下流側での混合気の抵抗が、２つの電極２１，２２の最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗よりも一時的に低くなる。従って、この間に次の３回目の高電圧印加を行えば、図７（ｂ）の放電チャンネルよりもさらに下流側に３回目の放電チャンネルが形成される。
【００３０】
このように、ガス流動ｕの存在下において活性種の寿命を考慮した十分に短い間隔で高電圧を印加すれば、放電チャンネルが徐々に下流側に拡がっていき、放電チャンネルの長さが延長されていく。このように長く成長した放電チャンネルは、火炎核の成長ならびに初期燃焼期間の短縮に寄与し、従って、ガス流動ｕの存在下においてより確実な点火が得られる。なお、放電チャンネルの長さは、放電により混合気に投入されるエネルギの大きさを示しているとも言え、放電チャンネルが長いほど混合気に投入されるエネルギが大となる。
【００３１】
図８は、２回目の放電による放電チャンネルが１回目の放電による放電チャンネルよりも外側へ延長されるために必要な放電間隔（高電圧の印加の間隔）Ｔについて整理して示した特性図である。ここでは、図９に示すように、ガス流動の速度をｕ[ｍ／ｓ]とし、電極２１，２２間の最短距離をｌｇ[ｍ]とし、この最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗をＲｇ[Ω]とし、活性種の影響により下流側に延長された放電経路に沿った混合気の抵抗をＲｄｃ[Ω]とする。また、活性種の寿命をτ[ｓ]とする。
【００３２】
下流側に延長された放電経路に沿った混合気の抵抗Ｒｄｃは、活性種の生成に伴って低下する一方、活性種の寿命により時間経過に伴って増加し、さらに放電経路（放電チャンネル）の経路長が長くなることに伴って増加する。図８では、この抵抗Ｒｄｃを、最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗Ｒｇとの比、つまり無次元の抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）として評価する。また、放電間隔Ｔ[ｓ]については、同様に、活性種の寿命τ[ｓ]との比、つまり無次元の比（Ｔ／τ）として取り扱う。そして、ガス流動ｕ[ｍ／ｓ]についても、最短距離ｌｇ[ｍ]の大小による影響ならびに活性種の寿命τ[ｓ]による影響を考慮して、無次元のパラメータ（ｕτ／ｌｇ）として評価する。
【００３３】
このように整理すると、図８に示すように、無次元化したガス流動（ｕτ／ｌｇ）毎に、放電間隔（Ｔ／τ）に対する抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）の値が得られる。ここで、２回目の放電による放電チャンネルが最短距離ｌｇよりも外側に延長されるためには、外側の放電経路に沿った混合気の抵抗Ｒｄｃが最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗Ｒｇよりも小さいこと、つまり抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１よりも小さいこと、を充足すればよい。従って、図８において抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１よりも小さい領域にあるようにガス流動（ｕτ／ｌｇ）に対して放電間隔（Ｔ／τ）を設定すれば、２回目の放電による放電チャンネルが最短距離ｌｇよりも外側に延長される。このように放電チャンネルが延長されると、プラズマ体積が増大し、火炎核の成長ならびに初期燃焼期間の短縮が図れ、ガス流動の存在下においてより確実な点火が得られる。
【００３４】
ここで定義される電極２１，２２間の抵抗Ｒｇ，Ｒｄｃは、放電直前の混合気の抵抗である。特に、１回目の放電の際の抵抗は、絶縁破壊直前の抵抗であり、一般に、１００ｋΩないしそれ以上の大きさのものとなる。２回目およびそれ以降の放電の際には、混合気の中に、それ以前の放電による活性種が偏在し、燃焼室７の中で抵抗値の空間分布が発生している。この活性種濃度の空間分布によって、放電の際の混合気の抵抗が変化する。点火時期における点火プラグ６近傍のガス流動の強度は既知であるから、放電により生じる活性種の濃度とその抵抗率ならびに活性種の寿命を把握することで、ガス流動により下流側に流された放電経路の抵抗Ｒｄｃを予測することが可能である。
【００３５】
また、３回目以降の放電についても、同様となる。つまり、ｎ回目の放電の際に、下流側に流された放電経路の抵抗Ｒｄｃが最短距離ｌｇに沿った放電経路の抵抗Ｒｇよりも小さくなるように放電間隔Ｔを設定すれば、ガス流動ｕの下流側に拡がるように徐々に放電チャンネルが延長されていく。
【００３６】
図１０は、このように放電間隔Ｔを設定した場合の抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）と放電チャンネルの長さの時間経過に伴う変化を示している。この例では、２回目以降の放電の際に、抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１未満となり、ガス流動ｕにより下流側に移動した放電経路に沿って放電が起こる。そのため、放電チャンネルの長さは破線で示すように徐々に延長されていく。一方、このように放電経路が外側に延長される結果、ガス流動ｕによる活性種の拡散の影響と相俟って、放電回数の増加に伴い抵抗Ｒｄｃが徐々に増大していく。つまり、放電のたびに抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１に近づいていく。図示例では、３７回目の放電までは抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１未満であり、この３７回目まで放電チャンネルの延長が見られる。これにより、放電チャンネルの長さは、最終的に、電極２１，２２間の最短距離ｌｇの約８倍にまで延長される。これは、火炎核の拡大と初期燃焼期間の短縮とに大きく寄与する。
【００３７】
３８回目の放電の際には、最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗Ｒｇの方が下流側に迂回した放電経路の抵抗Ｒｄｃよりも小さくなるので、最短距離ｌｇに沿って放電が生じる。従って、この段階で、放電チャンネルの延長が終了する。なお、この図１０は、理解を容易にするために、放電チャンネルが最後まで延長されていくものと仮定して抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）を求めたシミュレーションによる図であり、３８回目以降も抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が増大していくように描かれているが、実際には、放電チャンネルの長さが初期状態（最短距離ｌｇ）に戻ることで、抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）は再び小さくなり、また放電チャンネルも再び徐々に増加していくものと考えられる。
【００３８】
図１１は、放電間隔Ｔが大きく設定されて抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１未満とならない比較例の場合の特性を示している。この比較例では、２回目以降の放電の際に、抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１以上であり、最短距離ｌｇに沿った混合気の抵抗Ｒｇの方が下流側の放電経路に沿った抵抗Ｒｄｃよりも小さいので、２回目以降も最短距離ｌｇに沿って放電が起こる。従って、放電チャンネルの延長は生じない。なお、この図１１の抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）の特性も、やはり放電チャンネルが最後まで延長されていくものと仮定して抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）を求めたシミュレーションによるものであり、実際とは異なる。実際には、２回目以降、ほぼ一定の抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）となると考えられる。
【００３９】
図１０の横軸の時間と図１１の横軸の時間とは同一のスケールであり、図１０の例の放電間隔Ｔは、図１１の例の放電間隔Ｔの１／５に設定されている。
【００４０】
なお、理論的には放電間隔Ｔを小さくしていくほど放電チャンネルが長く成長し、混合気に投入されるエネルギが大となることになるが、実際には、着火性がそれに応じて比例的に向上するわけではなく、また高電圧発生回路１６における各回の電圧が制限されてくるので、放電間隔Ｔには適当な下限が存在する。
【００４１】
次に、図１２および図１３は、点火プラグ６として、一方の電極の幅が他方の電極の幅よりも相対的に広い場合の放電チャンネルの形成について説明するものであり、図示例では、側方電極２２先端のチップ２２ａの幅が、中心電極２１の先端の幅に比べて相対的に大きなものとなっている。このような点火プラグ６を用いる場合、上述したように放電間隔Ｔを適宜に設定することでガス流動ｕの下流側に膨らんでいくｎ回目の放電チャンネル３１が、図１２のように、少なくとも幅が狭い方の電極２１よりも外側へ拡がって形成されることが望ましい。さらには、図１３のように、ｎ回目の放電チャンネルが、幅が広い方の電極２２よりも外側へ拡がって形成されることが望ましい。このように電極２１，２２よりも外側に膨らんで放電チャンネル３１が形成されると、相対的に温度が低い電極２１，２２による消炎作用つまり火炎核に対する冷却作用が低減し、火炎核の発達の上で有利となる。
【００４２】
なお、放電チャンネルをガス流動を利用して延長させようとする本発明のコンセプトは、点火プラグや電極の形状ないし構成に拘わらず、広く適用することが可能である。
【００４３】
次に、図１４に基づいて、放電間隔Ｔを一定とせずに、放電開始初期の区間では相対的に放電間隔Ｔを長くし、複数回の放電を経た区間では相対的に放電間隔Ｔを短くするようにした実施例について説明する。
【００４４】
前述したように、ガス流動ｕの存在下であっても、初回の放電ひいては放電チャンネルは、２つの電極２１，２２の最短距離ｌｇに沿って形成される。このように放電チャンネルが短い状況では、放電経路の抵抗Ｒｄｃが低く、従って比較的長い放電間隔Ｔであっても、ガス流動ｕにより徐々に放電チャンネルが下流側へ延長されていく。しかし、放電チャンネルが長くなると、延長された放電チャンネルに沿った放電経路の抵抗Ｒｄｃが高くなり、最短距離ｌｇに沿った放電経路の抵抗Ｒｇに近くなる。
【００４５】
図１５の比較例は、放電間隔Ｔを比較的大きく設定し、かつこの放電間隔Ｔを一定に維持したものであり、２回目の放電までは放電チャンネルが延長されていくが、３回目の放電で抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１に達してしまい、最短距離ｌｇに沿って放電が生じる。従って、放電チャンネルの延長作用は限られたものとなる。
【００４６】
一方、図１６の比較例は、図１５のものに比較して放電間隔Ｔを１／７に短く設定したものであり、抵抗比（Ｒｄｃ／Ｒｇ）が１に達するまでに、より大きな放電チャンネルの延長が得られるが、放電回数が多い。
【００４７】
図１４の実施例は、このような点を考慮して、放電間隔Ｔを放電回数ｎに伴って変化させるようにしたものであり、具体的には、１回目の放電から２回目の放電の間の初期の放電間隔Ｔは、図１５の比較例と同一であり、３回目の放電、４回目の放電と徐々に放電間隔Ｔを短くしていき、１５回目の放電から１６回目の放電の間の放電間隔Ｔおよびそれ以降は、初期の放電間隔Ｔの１／７（つまり図１６の比較例と同一の放電間隔Ｔ）の放電間隔Ｔとなるようにしている。
【００４８】
このように放電間隔Ｔを変化させることで、図１６の比較例と同様に、放電チャンネルの延長作用が十分に得られる。そして、放電チャンネルが最大に延長されるまでの放電回数が図１６の比較例に比べて少なくなり、繰り返しの放電による電極２１，２２の消耗が抑制される。例えば、図示例では、放電間隔Ｔが初期の１／７となるまでの区間における放電回数が、図１６の比較例に比べて１／４程度に削減される。
【００４９】
初回の放電からの放電回数ｎの増加もしくは時間経過に伴って、放電間隔Ｔをどのような態様で短くしていくか、については、種々の態様が可能である。
【００５０】
図１７〜図１９は、その一例を示しており、図１７の例では、時間経過もしくは放電回数ｎの増加に対し、放電間隔Ｔをステップ的に減少させていく。図１８の例は、放電間隔Ｔを連続的に減少させていく例である。図１９の例では、放電間隔Ｔを連続的に減少させていき、その後、一定に保ち、さらに再び連続的に減少させた後、一定に保つ、というサイクルを繰り返すようにしたものである。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月21日(2012.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火装置において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、各回の放電による放電チャンネルが上記ガス流動方向に沿って徐々に延長され、かつこの放電チャンネルの延長が複数回安定的に生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定した内燃機関の点火装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火装置において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、前回の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が、上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に次の放電が生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定し、放電チャンネルの延長を複数回安定的に行わせるようにした内燃機関の点火装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
上記点火プラグの電極は、相対的に幅が狭い一方の電極と相対的に幅が広い他方の電極とを有し、ｎ回目の放電による放電チャンネルが、少なくとも幅が狭い方の電極よりも外側へ拡がって形成される請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項６】
ｎ回目の放電による放電チャンネルが、幅が広い方の電極よりも外側へ拡がって形成される請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項７】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火方法において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、各回の放電による放電チャンネルが上記ガス流動方向に沿って徐々に延長され、かつこの放電チャンネルの延長が複数回安定的に生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定した内燃機関の点火方法。
【請求項８】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火方法において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交するガス流動の存在下で、前回の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が、上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に次の放電が生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定し、放電チャンネルの延長を複数回安定的に行わせるようにした内燃機関の点火方法。
【請求項９】
放電回数ｎの値が相対的に小さい区間に比較して、放電回数ｎの値が相対的に大きな区間では、ｎ−１回目の放電とｎ回目の放電との間の時間間隔が相対的に短く与えられる請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１０】
放電回数ｎの値が相対的に小さい区間に比較して、放電回数ｎの値が相対的に大きな区間では、ｎ−１回目の放電とｎ回目の放電との間の時間間隔を相対的に短くする請求項７または８に記載の内燃機関の点火方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月13日(2013.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火装置において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交する既知の強度のガス流動の存在下で、上記最短距離よりも長い放電チャンネルを形成して、ガス流動存在下での点火をより確実にする点火改善手段を有し、
この点火改善手段は、各回の放電による放電チャンネルが上記ガス流動方向に沿って徐々に延長され、かつこの放電チャンネルの延長が複数回安定的に生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定する、内燃機関の点火装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火装置において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交する既知の強度のガス流動の存在下で、上記最短距離よりも長い放電チャンネルを形成して、ガス流動存在下での点火をより確実にする点火改善手段を有し、
この点火改善手段は、前回の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に次の放電を生じさせることで、放電チャンネルの延長が複数回安定的に生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定する、内燃機関の点火装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
上記点火プラグの電極は、相対的に幅が狭い一方の電極と相対的に幅が広い他方の電極とを有し、ｎ回目（但しｎ≠１）の放電による放電チャンネルが、少なくとも幅が狭い方の電極よりも外側へ拡がって形成される請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項６】
ｎ回目（但しｎ≠１）の放電による放電チャンネルが、幅が広い方の電極よりも外側へ拡がって形成される請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項７】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火方法において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交する既知の強度のガス流動の存在下で、上記最短距離よりも長い放電チャンネルを形成して、ガス流動存在下での点火をより確実にする点火改善手段として、
各回の放電による放電チャンネルが上記ガス流動方向に沿って徐々に延長され、かつこの放電チャンネルの延長が複数回安定的に生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定する内燃機関の点火方法。
【請求項８】
点火プラグの電極間に繰り返し電圧を印加して複数回の放電を生じさせ、混合気の点火を行う内燃機関の点火方法において、
上記電極間の最短距離を結ぶ方向に対して直交する既知の強度のガス流動の存在下で、上記最短距離よりも長い放電チャンネルを形成して、ガス流動存在下での点火をより確実にする点火改善手段として、
前回の放電により生じた活性種がガス流動で下流に流されてなる放電経路の抵抗が上記最短距離を結ぶ経路の抵抗よりも低い間に次の放電を生じさせることで、放電チャンネルの延長が複数回安定的に生じるように、各回の放電の時間間隔を、上記ガス流動の強度および放電により生じる活性種の寿命を考慮して設定する内燃機関の点火方法。
【請求項９】
放電回数ｎの値が相対的に小さい区間に比較して、放電回数ｎの値が相対的に大きな区間では、ｎ−１回目の放電とｎ回目の放電との間の時間間隔が相対的に短く設定される請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１０】
放電回数ｎの値が相対的に小さい区間に比較して、放電回数ｎの値が相対的に大きな区間では、ｎ−１回目の放電とｎ回目の放電との間の時間間隔を相対的に短く設定する請求項７または８に記載の内燃機関の点火方法。
【国際調査報告】
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2013065382.tif 000023