(57)【要約】内燃機関に備えられたプラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御システムは、内燃機関の運転状況を検出し、こうして検出された運転状況に基づき、プラズマジェット点火プラグの点火の態様を決定する。制御システムは、プラズマジェット点火プラグに第１の電力を印加して火花放電間隙を絶縁破壊させるとともに、絶縁破壊された火花放電間隙に第２の電力を印加することで火花放電間隙付近にプラズマを発生させる点火制御を行う。制御システムは、この点火制御を、前述のように決定された点火の態様で行う。
2009088045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に備えられたプラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御システムであって、
前記内燃機関の運転状況を検出する検出部と、
前記検出された運転状況に基づき、前記プラズマジェット点火プラグの点火の態様を決定する決定部と、
前記プラズマジェット点火プラグに第１の電力を印加して該プラズマジェット点火プラグの火花放電間隙を絶縁破壊させた後に、前記絶縁破壊された火花放電間隙に第２の電力を印加することで前記火花放電間隙付近にプラズマを発生させる点火制御を、前記決定された点火の態様で行う点火部と
を備える制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記点火の態様として、前記プラズマジェット点火プラグの点火のタイミングと、燃焼行程１回当たりの点火回数とを決定し、
前記点火部は、前記点火制御を、前記決定されたタイミングで、燃焼行程１回につき前記決定された点火回数分行う制御システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記第２の電力の電力量を決定する制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記絶縁破壊された火花放電間隙に通電する電流値を調整することで、前記電力量を決定する制御システム。
【請求項５】
請求項３に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記絶縁破壊された火花放電間隙に電流を通電する時間を調整することで、前記電力量を決定する制御システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の制御システムであって、
前記点火部は、
前記プラズマジェット点火プラグに接続されて前記第１の電力を供給する第１電力供給部と、前記プラズマジェット点火プラグに接続されて前記第２の電力の電力量を供給する第２電力供給部とを備え、
前記点火部は、前記第２電力供給部から供給される前記第２の電力を可変制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、該電源部と前記プラズマジェット点火プラグとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、
前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項８】
請求項７に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続された前記電源部と前記スイッチとの組を並列的に複数備え、
前記点火部は、前記複数のスイッチの切り換えを制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項９】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、前記プラズマジェット点火プラグと前記電源部との接続部と、アースとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、
前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することにより、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項１０】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグにトランスを介して接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、前記トランスの一次側とアースとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、
前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項１１】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部を備え、
前記点火部は、前記電源部の出力電力を可変制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを形成して混合気への点火を行う内燃機関用のプラズマジェット点火プラグを制御する技術に関する。
【発明の背景】
【０００２】
従来、自動車用の内燃機関であるエンジンの点火プラグには、火花放電により混合気への着火を行うスパークプラグが使用されている。近年では、内燃機関の一層の高出力化や低燃費化が求められている。そのため、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着火可能なプラズマジェット点火プラグの開発が進められている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８７６６６号公報
【０００４】
プラズマジェット点火プラグは、中心電極と接地電極との間の火花放電間隙の周囲をセラミックス等の絶縁碍子でとりかこみ、小さな容積の放電空間（キャビティ）を形成した構造を有している。プラズマジェット点火プラグの点火方式の一例を説明すると、混合気への点火の際に、まず、中心電極と接地電極との間に高電圧を印加し、火花放電を行う。このときに生じた絶縁破壊によって、中心電極と接地電極との間には比較的低電圧で電流を流すことができるようになる。そこで更に、中心電極と接地電極との間に電力を供給することで放電状態を遷移させ、キャビティ内でプラズマを形成する。こうして形成されたプラズマが連通孔（いわゆるオリフィス）を通じて噴出されると、混合気への着火が行われる。
【０００５】
しかし、プラズマジェット点火プラグにプラズマを生じさせるためには、大きな電力の印加が必要であるため、プラズマジェット点火プラグの耐久性は、従来のスパークプラグよりも劣るという問題があった。また、キャビティからプラズマが噴出される時間が短時間であるため、着火の確実性が低い場合があった。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上述した問題を考慮し、プラズマジェット点火プラグの耐久性や着火性を向上させる制御技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の第１の特徴により、内燃機関に備えられたプラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御システムであって、前記内燃機関の運転状況を検出する検出部と、前記検出された運転状況に基づき、前記プラズマジェット点火プラグの点火の態様を決定する決定部と、前記プラズマジェット点火プラグに第１の電力を印加して該プラズマジェット点火プラグの火花放電間隙を絶縁破壊させた後に、前記絶縁破壊された火花放電間隙に第２の電力を印加することで前記火花放電間隙付近にプラズマを発生させる点火制御を、前記決定された点火の態様で行う点火部とを備える制御システムが提供される。
【０００８】
上記第１の特徴による制御システムであれば、プラズマジェット点火プラグが備えられた内燃機関の運転状況に基づいて、点火の態様を決定することができるので、毎回、同じ態様で点火を行うよりも、プラズマジェット点火プラグの耐久性や着火性を向上可能な制御を行うことが可能になる。
【０００９】
本願発明の第２の特徴により、前記第１の特徴の制御システムであって、前記決定部は、前記点火の態様として、前記プラズマジェット点火プラグの点火のタイミングと、燃焼行程１回当たりの点火回数とを決定し、前記点火部は、前記点火制御を、前記決定されたタイミングで、燃焼行程１回につき前記決定された点火回数分行う制御システムが提供される。
【００１０】
上記の第２の特徴による制御システムであれば、プラズマジェット点火プラグが備えられた内燃機関の運転状況に基づいて、点火のタイミングと燃焼行程１回当たりの点火回数とを調整することができる。つまり、内燃機関の運転状況に適したタイミングで、複数回の点火を行うことができるので、着火の機会を増加させることができる。これにより、プラズマジェット点火プラグの着火性能を向上させることが可能になる。
【００１１】
本願発明の第３の特徴により、上記第１または第２の特徴の制御システムであって、前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記第２の電力の電力量を決定する制御システムが提供される。
【００１２】
上記第３の特徴による制御システムであれば、プラズマ生成のための電力量を、内燃機関の運転状況に応じて調整することができる。そのため、必要以上の電力をプラズマジェット点火プラグに印加する必要がないので、プラズマジェット点火プラグの耐久性を向上させることが可能になる。
【００１３】
本願発明の第４の特徴により、上記第３の特徴の制御システムであって、前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記絶縁破壊された火花放電間隙に通電する電流値を調整することで、前記電力量を決定する制御システムが提供される。
【００１４】
上記第４の特徴による制御システムであれば、電流の通電時間ではなく、電流値を調整することで、内燃機関の運転状況に応じた電力量をプラズマジェット点火プラグに供給することができる。
【００１５】
本願発明の第５の特徴により、上記第３の特徴の制御システムであって、前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記絶縁破壊された火花放電間隙に電流を通電する時間を調整することで、前記電力量を決定する制御システムが提供される。
【００１６】
上記第５の特徴による制御システムであれば、電流の電流値ではなく、電流の通電時間を調整することで、内燃機関の運転状況に応じて電力量をプラズマジェット点火プラグに供給することができる。
【００１７】
本願発明の第６の特徴により、上記第１乃至第５の特徴のいずれかの制御システムであって、前記点火部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続されて前記第１の電力を供給する第１電力供給部と、前記プラズマジェット点火プラグに接続されて前記第２の電力を供給する第２電力供給部とを備え、前記点火部は、前記第２電力供給部から供給される前記第２の電力の電力量を可変制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システムが提供される。
【００１８】
上記第６の特徴による制御システムであれば、プラズマを発生させるために第２電力供給部から供給される第２の電力の電力量を直接可変制御するので、内燃機関の運転状況に応じた電力量を精度良く調整してプラズマジェット点火プラグに供給することができる。
【００１９】
本願発明の第７の特徴により、上記第６の特徴の制御システムであって、前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、該電源部と前記プラズマジェット点火プラグとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することにより、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システムが提供される。
【００２０】
上記第７の特徴による制御システムであれば、電源部とプラズマジェット点火プラグとの間にスイッチを設けるという、比較的単純な回路によって、点火のタイミングや点火回数などの点火の態様を調整することが可能になる。
【００２１】
本願発明の第８の特徴により、上記第７の特徴の制御システムであって、前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続された前記電源部と前記スイッチとの組を並列的に複数備え、前記点火部は、前記複数のスイッチの切り換えを制御することにより、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システムが提供される。
【００２２】
上記第８の特徴による制御システムであれば、複数の電源部を用いることで、プラズマジェット点火プラグに印加する電力量の調整範囲を大きく採ることができる。
【００２３】
本願発明の第９の特徴により、上記第６の特徴の制御システムであって、前記点火部の前記第２電力供給部は、  前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、前記プラズマジェット点火プラグと前記電源部との接続部分と、アースとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することにより、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システムが提供される。
【００２４】
上記第９の特徴による制御システムであれば、上記スイッチの切り換えを制御することで、第２の電力の印加終了タイミングを容易に調整することができる。
【００２５】
本願発明の第１０の特徴により、上記第６の特徴の制御システムであって、前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグにトランスを介して接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、前記トランスの一次側とアースとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することにより、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システムが提供される。
【００２６】
上記第１０の特徴による制御システムであれば、電源部とプラズマジェット点火プラグとを結ぶトランスの接地部にスイッチを設けるという比較的単純な回路によって、点火のタイミングや点火回数などの点火の態様を調整することが可能になる。
【００２７】
本願発明の第１１の特徴により、上記第６の特徴の制御システムであって、前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部を備え、前記点火部は、前記電源部の出力電力を可変制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システムが提供される。
【００２８】
上記第１１の特徴による制御システムであれば、電源部の出力電力を可変制御するという比較的簡単な制御によって、プラズマジェット点火プラグに印加する電力量を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】プラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】プラズマジェット点火プラグ１００の構造を示す部分断面図である。
【図３】プラズマジェット点火プラグ１００の先端部分を拡大した断面図である。
【図４】内燃機関３００の制御処理のフローチャートである。
【図５】点火装置３２０の第１の態様を示す説明図である。
【図６】点火装置３２０の第２の態様を示す説明図である。
【図７】点火装置３２０の第３の態様を示す説明図である。
【図８】点火装置３２０の第４の態様を示す説明図である。
【図９】点火装置３２０の第５の態様を示す説明図である。
【図１０】点火装置３２０の第６の態様を示す説明図である。
【図１１】プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギとプラズマジェット点火プラグ１００の耐久性との関係を示すグラフである。
【図１２】内燃機関３００の出力が最大となる点火時期を示すグラフである。
【図１３】失火確率が０．１％以下となる点火回数の最小回数を示すグラフである。
【図１４】内燃機関３００の回転数を変化させつつ失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図１５】スロットル開度を変化させつつ失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図１６】空燃比を変化させつつ失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図１７】点火時期を変化させつつ失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図１８】点火回数を変化させつつ失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図１９】ＥＧＲ率を変化させつつ失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図２０】電流最大値を変化させて失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図２１】電流の通電時間を変化させて失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【図２２】印加開始時間と印加停止時間の概念を示す説明図である。
【図２３】印加開始時間と印加停止時間の概念を示す説明図である。
【図２４】印加開始時間ｔ１と印加停止時間ｔ２とを変化させつつ失火確率が０．１％となる最小エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。
【詳細な説明】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ次の順序で説明する。
Ａ．制御システムの概略構成：
Ｂ．プラズマジェット点火プラグの構造：
Ｃ．内燃機関の運転制御：
Ｄ．点火装置の各種態様：
Ｅ．実施例：
【００３１】
Ａ．制御システムの概略構成：
図１は、プラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御システムの概略構成を示す説明図である。図示するように、制御システム１は、プラズマジェット点火プラグ１００を備える内燃機関３００と、プラズマジェット点火プラグ１００の点火を行う点火装置３２０と、内燃機関３００の運転状況を検出する各種センサと、これらのセンサが接続されたＥＣＵ（Engine Control Unit）３１０とによって構成されている。
【００３２】
内燃機関３００は、一般的な４ストロークタイプのガソリンエンジンである。内燃機関３００には、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ３０１や、ノッキングの発生を検出するノックセンサ３０２、冷却水の温度を検出する水温センサ３０３、クランク角を検出するクランク角センサ３０４、スロットルの開度を検出するスロットルセンサ３０５、ＥＧＲバルブの開度を検出するＥＧＲバルブセンサ３０６、が取り付けられている。
【００３３】
これらのセンサは、ＥＣＵ３１０に電気的に接続されている。ＥＣＵ３１０は、これらのセンサによって検出した内燃機関３００の運転状況から、プラズマジェット点火プラグ１００の点火時期や点火回数、印加するエネルギ量などの点火の態様を決定する。そして、決定された点火の態様に基づいて、プラズマジェット点火プラグ１００の点火装置３２０に、点火信号やエネルギ可変信号を出力する。点火信号とは、プラズマジェット点火プラグ１００を火花放電させるトリガ信号である。エネルギ可変信号とは、前記火花放電後に、プラズマ生成のために、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量を調整する信号である。
【００３４】
点火装置３２０は、ＥＣＵ３１０から受信した点火信号とエネルギ可変信号とに基づいて、プラズマジェット点火プラグ１００の点火制御を行う。具体的には、ＥＣＵ３１０からの点火信号の受信に応じて、プラズマジェット点火プラグ１００に高電圧（第１の電力）を印加して火花放電を発生させ、火花放電間隙間を絶縁破壊する。そして、ＥＣＵ３１０から受信したエネルギ可変信号に基づいて調整された電力（第２の電力）を、絶縁破壊後の火花放電間隙に印加する。こうすることで、プラズマジェット点火プラグ１００からプラズマが噴出されて混合気への着火が行われる。
【００３５】
なお、本実施形態における各種センサは本願の「検出部」に、ＥＣＵ３１０は「決定部」に、点火装置３２０は「点火部」に相当する。
【００３６】
Ｂ．プラズマジェット点火プラグの構造：
図２は、プラズマジェット点火プラグ１００の構造を示す部分断面図である。また、図３は、プラズマジェット点火プラグ１００の先端部分を拡大した断面図である。なお、図２において、プラズマジェット点火プラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をプラズマジェット点火プラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。
【００３７】
図２に示すように、プラズマジェット点火プラグ１００は、絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端部５９に溶接された接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とから構成されている。
【００３８】
絶縁碍子１０は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏ方向に軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。軸線Ｏ方向の略中央には外径の最も大きな鍔部１９が形成されており、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。また、鍔部１９より先端側には後端側胴部１８より外径の小さな先端側胴部１７と、その先端側胴部１７よりも先端側で先端側胴部１７よりも更に外径の小さな脚長部１３とが形成されている。この脚長部１３と先端側胴部１７との間は段状に形成されている。
【００３９】
図３に示すように、軸孔１２のうち脚長部１３の内周にあたる部分は、先端側胴部１７、鍔部１９および後端側胴部１８の内周にあたる部分よりも縮径された電極収容部１５として形成されている。この電極収容部１５の内部には中心電極２０が保持される。また、軸孔１２は電極収容部１５の先端側において内周が更に縮径されており、先端小径部６１として形成されている。そして、先端小径部６１の内周は絶縁碍子１０の先端面１６に連続し、軸孔１２の開口部１４を形成している。
【００４０】
中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉ系合金等で形成された円柱状の電極棒で、内部に熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２３を有している。そして先端部２１には、貴金属やタングステンを主成分とする合金からなる円盤状の電極チップ２５が、中心電極２０と一体となるように溶接されている。なお、本実施の形態では、中心電極２０と一体になった電極チップ２５も含め「中心電極」と称する。
【００４１】
中心電極２０の後端側は鍔状に拡径され、この鍔状の部分が軸孔１２内において電極収容部１５の起点となる段状の部位に当接されており、電極収容部１５内で中心電極２０が位置決めされている。また、中心電極２０の先端部２１の先端面２６（より具体的には中心電極２０の先端部２１にて中心電極２０と一体に接合された電極チップ２５の先端面２６）の周縁が、径の異なる電極収容部１５と先端小径部６１との間の段部に当接された状態となっている。この構成により、軸孔１２の先端小径部６１の内周面と、中心電極２０の先端面２６とで包囲された容積の小さな放電空間が形成されている。この放電空間はキャビティ６０と称される。接地電極３０と中心電極２０との間の火花放電間隙において行われる火花放電は、このキャビティ６０内の空間や壁面を通過する。そして、この火花放電によって絶縁破壊された後に印加されるエネルギによって、キャビティ６０内でプラズマが形成される。このプラズマは、開口部１４の開口端１１から噴出される。
【００４２】
図２に示すように、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられた金属とガラスの混合物からなる導電性のシール体４を経由して、後端側の端子金具４０に電気的に接続されている。このシール体４により、中心電極２０および端子金具４０は、軸孔１２内で固定されると共に導通される。端子金具４０にはプラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続される。この高圧ケーブルを介して、図１に示した点火装置３２０から電力が端子金具４０に印加される。
【００４３】
主体金具５０は、内燃機関３００のエンジンヘッドにプラズマジェット点火プラグ１００を固定するための円筒状の金具であり、絶縁碍子１０を取り囲むようにして保持している。主体金具５０は鉄系の材料より形成され、図示外のプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、内燃機関３００の上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部５２とを備えている。
【００４４】
主体金具５０の工具係合部５１より後端側には加締部５３が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８との間には円環状のリング部材６，７が介在されており、更に両リング部材６，７の間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。そして、加締部５３を加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、図３に示すように、脚長部１３と先端側胴部１７との間の段状の部位が、主体金具５０の内周面に段状に形成された係止部５６に環状のパッキン８０を介して支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。このパッキン８０によって、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密は保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、図２に示すように、工具係合部５１とねじ部５２との間には鍔部５４が形成されており、ねじ部５２の後端側近傍、すなわち鍔部５４の座面５５にはガスケット５が嵌挿されている。
【００４５】
主体金具５０の先端部５９には接地電極３０が設けられている。接地電極３０は耐火花消耗性に優れた金属から構成されており、一例としてインコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉ系合金が用いられる。図３に示すように、接地電極３０は中央に連通孔３１を有する円盤状に形成されており、その厚み方向を軸線Ｏ方向に揃え、絶縁碍子１０の先端面１６に当接した状態で、主体金具５０の先端部５９の内周面に形成された係合部５８に係合されている。そして先端面３２を主体金具５０の先端面５７に揃えた状態で、外周縁が一周にわたって係合部５８とレーザ溶接され、接地電極３０は主体金具５０と一体に接合されている。接地電極３０の連通孔３１は、その最小内径が、少なくとも絶縁碍子１０の開口部１４（開口端１１）の内径以上の大きさを有するように形成されており、この連通孔３１を介し、キャビティ６０の内部と外気とが連通されるように構成されている。
【００４６】
Ｃ．内燃機関の運転制御：
上述した構造のプラズマジェット点火プラグ１００が装着された内燃機関３００における点火は、ＥＣＵ３１０が点火装置３２０を制御することで行われる。そこで、ＥＣＵ３１０が実行する制御について以下に説明する。
【００４７】
図４は、ＥＣＵ３１０が繰り返し実行する内燃機関３００の制御処理のフローチャートである。図示するように、この制御処理が実行されると、まず、ＥＣＵ３１０は、水温センサ３０３を用いて冷却水の温度Ｗを取り込み（ステップＳ１０）、内燃機関３００の暖気が完了したかを判断する（ステップＳ２０）。冷却水の温度Ｗが所定の温度（例えば、７０℃）以上あり、暖気が終了したと判断すれば（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３１０は、クランク角センサ３０４を用いて、回転数Ｒを検出すると共に（ステップＳ３０）、スロットルセンサ３０５を用いてスロットル開度Ｔを検出する（ステップＳ４０）。また、更に、ノックセンサ３０２を用いてノッキングの強度Ｋを検出する（ステップＳ５０）。
【００４８】
以上の処理によって、回転数Ｒ、スロットル開度Ｔ、ノック強度Ｋといった運転状況を検出すると、これらの値に基づき、ＥＣＵ３１０は、プラズマジェット点火プラグ１００の点火時期Ｄと点火回数Ｎとを決定する（ステップＳ６０，Ｓ７０）。点火時期Ｄと点火回数Ｎとは、例えば、以下のような多次元関数によって決定される。
【００４９】
Ｄ＝ｆ（Ｒ，Ｔ，Ｋ）
Ｎ＝ｇ（Ｒ，Ｔ）
【００５０】
上述したステップＳ２０において、暖気が完了していないと判断されれば（ステップＳ２０：Ｎｏ）、ＥＣＵ３１０は、暖気補正を行う（ステップＳ８０）。暖気補正とは、内燃機関３００の始動時等に、着火性を向上させるための処理である。すなわち、ＥＣＵ３１０は、クランク角センサ３０４を用いて、回転数Ｒを検出すると共に（ステップＳ９０）、スロットルセンサ３０５を用いてスロットル開度Ｔを検出する（ステップＳ１００）。そして、更に、ノックセンサ３０２を用いてノッキングの強度Ｋを検出する（ステップＳ１１０）。これらの値を検出すると、ＥＣＵ３１０は、これらの値に基づいて、未暖気時におけるプラズマジェット点火プラグ１００の点火時期Ｄ’と、点火回数Ｎ’とを決定する（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）。未暖気時においては、点火時期Ｄを通常時よりも進角させ、点火回数Ｎを通常時よりも増加させることで、着火性を向上させることができる。
【００５１】
以上の処理によって、点火時期Ｄおよび点火回数Ｎを決定すると、更に、ＥＣＵ３１０は、Ａ／Ｆセンサ３０１を用いて空燃比Ａを検出するとともに（ステップＳ１４０）、ＥＧＲバルブセンサ３０６を用いてＥＧＲバルブの開度Ｅを検出する（ステップＳ１５０）。最後に、ＥＣＵ３１０は、上述した種々の値を用いて、火花放電間隙の絶縁破壊後にプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量Ｊ（ピーク電流値および通電時間）を決定する（ステップＳ１６０）。エネルギ量Ｊは、例えば、以下のような多次元関数によって決定される。
【００５２】
Ｊ＝ｈ（Ｒ，Ｔ，Ａ，Ｅ，Ｄ，Ｎ）
【００５３】
ＥＣＵ３１０は、以上で説明した制御処理を繰り返し実行することで、内燃機関３００の運転条件に応じて、プラズマジェット点火プラグ１００の点火時期Ｄや点火回数Ｎ、印加するエネルギ量Ｊを決定することができる。ＥＣＵ３１０は、こうして決定された点火時期Ｄや点火回数Ｎ、エネルギ量Ｊに基づいて、点火装置３２０を制御し、プラズマジェット点火プラグ１００の点火を行わせる。点火時期Ｄや点火回数Ｎ、印加するエネルギ量Ｊの決定は、後述する種々の実施例によって得られた実験結果に基づいて予め上記各種関数や制御マップを定義しておき、これらの関数や制御マップを用いることで、印加するエネルギ量Ｊが少なく、かつ、着火の確実性が高まるように点火時期Ｄや点火回数Ｎを決定する。
【００５４】
Ｄ．点火装置の各種態様：
図１に示した点火装置３２０は、種々の回路構成で実現可能である。そこで、以下では、点火装置３２０の４種類の態様について説明する。なお、点火装置３２０の態様は、以下に説明する態様に限らず、種々の態様を採り得ることが可能なことは言うまでもない。
【００５５】
（Ｄ１）第１の態様：
図５は、点火装置３２０の第１の態様を示す説明図である。以下では、第１の態様の点火装置を、「点火装置３２０ａ」と称する。図示するように、点火装置３２０ａは、プラズマジェット点火プラグ１００に絶縁破壊を起こさせるためのトリガ放電回路３４０ａと、絶縁破壊後にプラズマジェット点火プラグ１００にエネルギを印加するためのプラズマ放電回路３５０ｂとを備えている。
【００５６】
トリガ放電回路３４０ａは、１２Ｖの電圧を有するバッテリ３２１と、当該バッテリ３２１の電圧を数万Ｖの電圧に昇圧する昇圧トランス３２３と、電流の逆流を防止するためのダイオード３２４と、抵抗器３２５と、スイッチ３２６とによって構成されている。バッテリ３２１と、昇圧トランス３２３と、ダイオード３２４と、抵抗器３２５とは、プラズマジェット点火プラグ１００の中心電極２０に直列的に接続されている。ダイオード３２４は、そのアノードが昇圧トランス３２３の二次側高圧部に接続され、カソードが抵抗器３２５の一端に接続されている。スイッチ３２６は、昇圧トランス３２３の一次側接地部に設けられている。このスイッチ３２６は、例えば、ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴからなる半導体スイッチによって構成することができる。点火装置３２０ａは、ＥＣＵ３１０から受信した点火信号に基づいてスイッチ３２６の開閉を制御することで、プラズマジェット点火プラグ１００の点火時期と点火回数とを調整する。
【００５７】
プラズマ放電回路３５０ｂは、５００〜１０００Ｖの電圧を有する高電圧電源３２２と、スイッチ３２７と、コイル３２８と、電流の逆流を防止するダイオード３２９と、コンデンサ３３０とによって構成されている。高電圧電源３２２と、スイッチ３２７と、コイル３２８と、ダイオード３２９とは、プラズマジェット点火プラグ１００の中心電極２０に直列的に接続されている。ダイオード３２９は、そのアノードがコイル３２８の一端に接続され、カソードがプラズマジェット点火プラグ１００の中心電極２０に接続されている。コンデンサ３３０は、本願の「電源部」に相当するものであり、高電圧電源３２２とスイッチ３２７との間に、一端が接地された状態で接続されている。スイッチ３２７は、例えば、ＰチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴからなる半導体スイッチによって構成することができる。なお、内部抵抗が小さく、短時間に大きなエネルギを取り出せる電源であれば、コンデンサ３３０以外の電源を採用することも可能である。
【００５８】
コンデンサ３３０は、高電圧電源３２２によって充電される。コンデンサ３３０に充電されたエネルギは、プラズマジェット点火プラグ１００の火花放電間隙が絶縁破壊し、かつ、ＥＣＵ３１０によってスイッチ３２７がオンされた場合に、プラズマジェット点火プラグ１００の中心電極２０に印加される。これにより、プラズマジェット点火プラグ１００にプラズマが形成されることになる。点火装置３２０ａは、ＥＣＵ３１０から受信したエネルギ可変信号に基づき、スイッチ３２７の切り換えをデューティ制御することで、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量を調整する。
【００５９】
このような第１の態様の点火装置３２０であれば、電源部とプラズマジェット点火プラグとの間にスイッチを設けるという、比較的単純な回路によって、点火のタイミングや点火回数を調整することが可能になる。
【００６０】
（Ｄ２）第２の態様：
図６は、点火装置３２０の第２の態様を示す説明図である。以下では、第２の態様の点火装置を、「点火装置３２０ｂ」と称する。図６に示すように、点火装置３２０ｂのトリガ放電回路３４０ｂの構成は、図５に示したトリガ放電回路３４０ａと同様である。これに対して、プラズマ放電回路３５０ｂの構成は、コンデンサ３３０とスイッチ３２７とコイル３２８とダイオード３２９とがＮ組、高電圧電源３２２とプラズマジェット点火プラグ１００との間に接続される構成となっている。すなわち、プラズマジェット点火プラグ１００には、絶縁破壊後に、最大Ｎ個のコンデンサ３３０から出力されたエネルギが並列的に入力可能となる。
【００６１】
このような第２の態様の点火装置３２０であれば、ＥＣＵ３１０から受信したエネルギ可変信号に基づいて、Ｎ個のスイッチ３２７をそれぞれ制御することで、第１の態様よりも大きな調整範囲で、印加するエネルギ量を調整することができる。
【００６２】
なお、図６では、高電圧電源３２２とスイッチ３２７との接続点にコンデンサ３３０の一端が接続されているが、スイッチ３２７とコイル３２８との接続点にコンデンサ３３０の一端を接続し、他端を接地するようにしてもよい。
【００６３】
（Ｄ３）第３の態様：
図７は、点火装置３２０の第３の態様を示す説明図である。以下では、第３の態様の点火装置を、「点火装置３２０ｃ」と称する。図７に示すように、点火装置３２０ｃのトリガ放電回路３４０ｃの構成は、図５に示したトリガ放電回路３４０ａと同様である。これに対して、プラズマ放電回路３５０ｃの構成は、図５に示したプラズマ放電回路３５０ａの構成からスイッチ３２７を省き、コイル３２８とダイオード３２９との間に、新たに、一端を接地したスイッチ３３１を設けた構造となっている。点火装置３２０ｃは、ＥＣＵ３１０から受信したエネルギ可変信号に基づいて、このスイッチ３３１を開閉することで、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを調整する。具体的には、スイッチをオフにすることで、コンデンサ３３０に充電された電荷を、プラズマジェット点火プラグ１００に印加することができる。一方、スイッチをオンにすれば、コンデンサ３３０からアースに電荷が流れるので、プラズマジェット点火プラグ１００に対するエネルギの印加を停止することができる。
【００６４】
このような第３の態様の点火装置３２０であれば、スイッチ３３１の切り換えを制御することで、特に、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギの停止タイミングを容易に調整することが可能になる。
【００６５】
（Ｄ４）第４の態様：
図８は、点火装置３２０の第４の態様を示す説明図である。以下では、第４の態様の点火装置を、「点火装置３２０ｄ」と称する。図８に示すように、点火装置３２０ｄのトリガ放電回路３４０ｄの構成は、図５に示したトリガ放電回路３４０ａと同様である。これに対して、プラズマ放電回路３５０ｄは、１２Ｖの電圧を有するバッテリ３３２と大電流トランス３３３とコイル３２８とダイオード３２９と、スイッチ３３４と、から構成されている。大電流トランス３３３は、コイル３２８とバッテリ３３２との間に接続されており、スイッチ３３４は、大電流トランス３３３の１次側接地部に設けられている。大電流トランスの１次側の巻数と２次側の巻数との比は、例えば、１：１とすることができる。点火装置３２０ｄは、ＥＣＵ３１０から受信したエネルギ可変信号に基づいて、大電流トランス３３３の接地部に設けられたスイッチ３３４を開閉することで、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量を調整することができる。
【００６６】
このような第４の態様の点火装置３２０であれば、電源とプラズマジェット点火プラグとを結ぶトランスの接地部にスイッチを設けるという比較的単純な回路によって、点火のタイミングや点火回数を調整することが可能になる。
【００６７】
（Ｄ５）第５の態様：
図９は、点火装置３２０の第５の態様を示す説明図である。以下では、第５の態様の点火装置を、「点火装置３２０ｅ」と称する。図９に示すように、点火装置３２０ｅのトリガ放電回路３４０ｅの構成は、図５に示したトリガ放電回路３４０ａと同様である。これに対して、プラズマ放電回路３５０ｅは、図５に示したプラズマ放電回路３５０ａの構成からスイッチ３２７を省くとともに、高電圧電源３２２の替わりに出力電力が可変制御可能な高電圧電源３４２を設けた構造となっている。点火装置３２０ｅは、ＥＣＵ３１０から受信したエネルギ可変信号に基づいて、高電圧電源３４２の出力電力を可変制御することで、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量を調整することができる。
【００６８】
このような第５の態様の点火装置３２０であれば、電源部の出力電力を可変制御するという比較的簡単な制御によって、プラズマジェット点火プラグに印加する電力量を容易に調整することができる。
【００６９】
（Ｄ６）第６の態様：      
図１０は、点火装置３２０の第６の態様を示す説明図である。以下では、第６の態様の点火装置を、「点火装置３２０ｆ」と称する。図１０に示すように、点火装置３２０ｆのトリガ放電回路３４０ｆの構成は、図５に示したトリガ放電回路３４０ａと同様である。これに対して、プラズマ放電回路３５０ｆの構成は、高電圧電源３２２と、抵抗３４９と、ダイオード３４８と、スイッチ３４７と、コンデンサ３４６と、ダイオード３４５と、トランス３４４と、コイル３２８と、ダイオード３４３とによって構成されている。ダイオード３４３は、アノードがプラズマジェット点火プラグ１００の中心電極２０に接続され、カソードがコイル３２８の一端に接続されている。コイル３２８の他端は、トランス３４４の二次側高圧部に接続されている。ダイオード３４５は、そのアノードがトランスの一次側高圧部とコンデンサ３４６の一端との接続点に接続され、カソードが接地されている。コンデンサ３４６の他端はスイッチ３４７を介して接地されている。ダイオード３４８は、そのカソードがコンデンサ３４６の他端とスイッチ３４７との接続点に接続され、アノードが抵抗３４９の一端に接続されている。抵抗３４９の他端は高電圧電源３２２に接続されている。そして、第６の態様の点火装置のプラズマ放電回路３５０ｆは、トランス３４４とダイオード３４５とコンデンサ３４６とスイッチ３４７とダイオード３４８とがＮ組、コイル３２８と抵抗３４９との間に接続される構成となっている。
【００７０】
このような第６の態様の点火装置であれば、ＥＣＵ３１０から受信したエネルギ可変信号に基づいて、Ｎ個のスイッチ３４７をそれぞれ制御することで、印加するエネルギ量を調整することができる。また、プラズマジェット点火プラグ１００の中心電極２０に負の高電圧を印加して放電させる負極放電を適用させる場合においても、コンデンサ３４６に充電する電圧を容易にモニターすることが可能となる。さらに、トランス３４４を備えていることで、高電圧電源３２２として出力電圧が小さい電源でも適用することができ、それに伴い、回路構成部品として耐圧の低い安価な部品を使用することができるようになる。
【００７１】
なお、トリガ放電回路３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆが本願の「第１電力供給部」に相当し、プラズマ放電回路３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ、３５０ｅ、３５０ｆが本願の「第２電力供給部」に相当する。
【００７２】
Ｅ．実施例：
上記のような種々の態様を採る点火装置３２０によって、プラズマジェット点火プラグ１００の点火を制御することで、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量を抑えつつ、着火の確実性を向上させることが可能であることを確認するため、種々の評価実験を行った。以下、かかる評価実験の結果を実施例として示す。
【００７３】
（Ｅ１）実施例１：
実施例１では、プラズマジェット点火プラグ１００の耐久性向上のために、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量を低減させる必要がある根拠を示す。
【００７４】
図１１は、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギとプラズマジェット点火プラグ１００の耐久性との関係を示すグラフである。縦軸は、１回の点火につき、プラズマ放電回路３５０によってプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギ量を示している。一方、横軸は、点火を１００回行った際に、その放電電圧の平均値が３０ｋＶを超えた時間を示している。つまり、電極の消耗によって火花放電間隙が広がり、それに伴い、放電電圧が標準よりも高くなるに至った時間を示している。この実験は、０．４ＭＰａに加圧した空気中で、プラズマジェット点火プラグ１００を、１００Ｈｚの周期で繰り返し点火することで行われている。この環境下では、２００時間、点火を繰り返すことで、およそ２万Ｋｍの実車の走行に相当する実験結果が得られる。
【００７５】
図１１に示すように、この実験では、プラズマジェット点火プラグ１００の耐久性を向上させるには（換言すれば、プラズマジェット点火プラグ１００の寿命を延ばすには）、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギをできるだけ低減させる必要があることがわかる。
【００７６】
（Ｅ２）実施例２：
実施例２では、プラズマジェット点火プラグ１００の点火時期を如何に決定するかを示す。この実施例２では、排気量２．０Ｌの内燃機関３００において、空燃比を１６、ＥＧＲ率を０％、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを５０ｍＪ、点火回数を１サイクル当たり（１燃焼行程当たり）１回とした条件で、内燃機関３００の出力が最大となる点火時期を実験により求めた。
【００７７】
図１２は、上記実験によって得られた、内燃機関３００の出力が最大となる点火時期を示すグラフである。ｘ軸はエンジン回転数、ｙ軸はスロットル開度、ｚ軸は、点火時期（ＢＴＤＣ°）を示している。このグラフによれば、回転数とスロットル開度とが検出できれば、出力が最高となる点火時期を何度に設定すればよいかがわかる。ＥＣＵ３１０は、予め、図１２に示すグラフをマップとして記憶しておき、スロットルセンサ３０５によって検出したスロットル開度と、クランク角センサ３０４によって検出した回転数に基づいて、このマップを参照することにより、最も出力が高くなる点火時期を決定することができる。
【００７８】
（Ｅ３）実施例３：
実施例３では、実施例２のグラフから定まる点火時期において、確実に着火可能な１サイクル当たり（１燃焼行程当たり）の点火回数を実験によって求めた。この実験では、排気量２．０Ｌの内燃機関３００において、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを２５ｍＪとして、失火確率が０．１％以下となる最小回数を求めた。
【００７９】
図１３は、上記条件において失火確率が０．１％以下となる点火回数の最小回数を示すグラフである。横軸は、回転数を示し、縦軸はスロットル開度を示す。図示するように、スロットル開度が低く、回転数も低いときは、点火回数を３回に設定することで、失火確率を０．１％以下とすることができた。また、回転数が３０００回転を超えるような条件では、概ね、点火回数は１回でも、失火確率を０．１％以下とすることができた。
【００８０】
ＥＣＵ３１０は、図１３に示したグラフをマップとして予め記憶しておき、スロットルセンサ３０５によって検出したスロットル開度と、クランク角センサ３０４によって検出した回転数に基づいて、このマップを参照することで、着火率の高い点火回数を求めることができる。なお、通常のスパークプラグでは、火花放電に３ｍｓｅｃ程度の時間を有する。ところが、プラズマジェット点火プラグ１００は、プラズマの噴出も含めて、１回の点火に、２０μ秒程度の時間しかかからない。そのため、ＥＣＵ３１０は、図１１に基づいて決定した点火時期から、図１３に基づいて求めた回数だけ、２０μ秒おきに点火を行うことで、１燃焼行程中に複数回の点火を行うことができる。
【００８１】
（Ｅ４）実施例４：
実施例４では、内燃機関３００の運転状況を１つだけ変化させて、失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求める実験を行った。なお、この実験では、基本的に、内燃機関３００の運転条件を、回転数７００ｒｐｍ、空燃比１６、点火回数１回（／１サイクル）、スロットル開度０．２５、点火時期ＢＴＤＣ５°、ＥＧＲ率１０％とした。
【００８２】
図１４は、内燃機関３００の回転数を変化させつつ、失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸が回転数を示し、縦軸がプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを示す。図示するように、内燃機関３００の回転数を増加させるほど、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを低減することが可能であることがわかる。
【００８３】
図１５は、スロットル開度を変化させつつ、失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸がスロットル開度を示し、縦軸がプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを示す。図示するように、内燃機関３００のスロットル開度を大きくするほど、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを低減することが可能であることがわかる。
【００８４】
図１６は、空燃比を変化させつつ、失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸が空燃比を示し、縦軸がプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを示す。図示するように、内燃機関３００の空燃比を低くするほど、すなわち、燃料の比率を上げるほど、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを低減することが可能であることがわかる。
【００８５】
図１７は、点火時期を変化させつつ、失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸が点火時期を示し、縦軸がプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを示す。図示するように、上記の条件では、点火時期ＢＴＤＣが０°ないし２０°の範囲で、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを低減することが可能であることがわかる。
【００８６】
図１８は、点火回数を変化させつつ、失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸が点火回数を示し、縦軸がプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを示す。図示するように、点火回数を増加させるほど、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを低減することが可能であることがわかる。
【００８７】
図１９は、ＥＧＲ率を変化させつつ、失火確率が０．１％以下となる最小の印加エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸がＥＧＲ率を示し、縦軸がプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを示す。図示するように、ＥＧＲ率を低下させて排ガスの循環量を低減するほど、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを低減することが可能であることがわかる。
【００８８】
以上で説明した実施例４によれば、内燃機関３００の回転数を高め、スロットル開度を大きくし、空燃比を低くし、点火時期ＢＴＤＣを０°〜２０°の範囲に調整して、点火回数を増加させ、更に、ＥＧＲ率を低下させる、という制御の少なくとも一部を行うことで、プラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギを低減することが可能となることがわかる。このような制御を行うことで、プラズマジェット点火プラグ１００の耐久性を向上させることが可能になる。
【００８９】
（Ｅ５）実施例５：
実施例５では、プラズマジェット点火プラグ１００に通電する電流最大値と通電時間とをそれぞれ変化させ、失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを求める実験を行った。この実験では、内燃機関３００の運転条件を、回転数７００ｒｐｍ、空燃比１６、点火回数１回（／１サイクル）、スロットル開度０．２５、点火時期ＢＴＤＣ５°、ＥＧＲ率０％とした。
【００９０】
図２０は、電流最大値を変化させて失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸は、通電した電流の電流最大値を示し、縦軸は、失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを示す。図示するように、プラズマジェット点火プラグ１００に通電する電流最大値を上げていくほど、必要なエネルギが漸減していることがわかる。
【００９１】
一方、図２１は、電流の通電時間を変化させて失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸は、電流の通電時間を示し、縦軸は、失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを示す。図示するように、プラズマジェット点火プラグ１００に電流を通電する時間を長くするほど、必要なエネルギが漸増していることがわかる。
【００９２】
以上に示した実施例５の実験結果によれば、プラズマ放電回路３５０によってプラズマジェット点火プラグ１００にエネルギを印加する際には、電流最大値を大きくするか、もしくは、電流の通電時間を長くすることで、印加するエネルギ量を低減させることができることがわかる。そのため、これらの制御を行うことによっても、プラズマジェット点火プラグ１００の耐久性を向上させることが可能になる。ただし、電流の通電可能な時間は、点火時期や点火回数、回転数に応じて変動するため、通電時間よりも電流最大値を調整することで、印加するエネルギ量を低減することが好ましい。
【００９３】
（Ｅ６）実施例６：
実施例６では、プラズマジェット点火プラグ１００にエネルギの印加を開始する時間（以下、「印加開始時間」という）と、停止する時間（以下、「印加停止時間」という）を変化させることで、失火確率が０．１％以下となる最小エネルギを求める実験を行った。この実験では、内燃機関３００の運転条件を、回転数７００ｒｐｍ、空燃比１６、点火回数１回（／１サイクル）、スロットル開度０．２５、点火時期ＢＴＤＣ５°、ＥＧＲ率０％とした。
【００９４】
図２２および図２３は、印加開始時間と印加停止時間の概念を示す説明図である。図２２および図２３に、「ｔ０」と示したタイミングは、トリガ放電回路３４０による放電によって、プラズマジェット点火プラグ１００の火花放電間隙が絶縁破壊されたタイミングを示している。「ｔ１」は、タイミングｔ０の後、プラズマ放電回路３５０からプラズマジェット点火プラグ１００にエネルギ（電流）の印加が開始される時間（印加開始時間）を示している。また、「ｔ２」は、エネルギの印加が開始されてから、印加が停止されるまでの時間（印加停止時間）を示している。
【００９５】
本実験では、印加開始時間ｔ１と印加停止時間ｔ２の調整を容易に行うため、図５に示したプラズマ放電回路３５０と、図７に示したプラズマ放電回路３５０とを組み合わせた回路によって実験を行った。図５に示したプラズマ放電回路３５０のスイッチ３２７をオフからオンにすることで、印加開始時間ｔ１を容易に調整することができ、また、図７に示したプラズマ放電回路３５０のスイッチ３３１をオフからオンにすることで、図２３に示すにように、即座にエネルギの印加を停止させることができるからである。
【００９６】
図２４は、印加開始時間ｔ１と印加停止時間ｔ２とを変化させつつ、失火確率が０．１％となる最小エネルギを求めた実験結果を示すグラフである。横軸は、印加開始時間ｔ１を示し、縦軸は印加停止時間ｔ２を示している。図示するように、本実験では、印加開始時間ｔ１を早め、更に、印加停止時間ｔ２を早めるほど、必要なエネルギを低減することができることになる。この実験結果は、図２１に示した実験結果とも整合する。つまり、本実施例と、実施例５の実験結果とを総合的に考慮すると、プラズマ放電回路３５０からプラズマジェット点火プラグ１００に印加するエネルギは、短時間で大きな電流を流すほど、そのエネルギ量を低減することが可能になることがわかる。
【００９７】
以上、本発明の種々の実施形態及び実施例について説明した。しかし、本発明はこれらの形態や実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、ガソリンエンジンの点火装置として、プラズマジェット点火プラグ１００を用いる例を示したが、ディーゼルエンジン等の始動補助装置（グロープラグ）として利用することも可能である。また、図４に示した制御処理のフローチャートでは、点火時期と点火回数とエネルギ量とを全て、各検出値に基づいて決定することとしたが、これらのうち少なくともいずれか一つを、検出値に基づいて決定し、残りを、固定的な値とすることも可能である。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月29日(2010.3.29)
【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】
内燃機関に備えられたプラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御システムであって、
前記内燃機関の運転状況を検出する検出部と、
前記検出された運転状況に基づき、前記プラズマジェット点火プラグの点火の態様を決定する決定部と、
前記プラズマジェット点火プラグに第１の電力を印加して該プラズマジェット点火プラグの火花放電間隙を絶縁破壊させた後に、前記絶縁破壊された火花放電間隙に第２の電力を印加することで前記火花放電間隙付近にプラズマを発生させる点火制御を、前記決定された点火の態様で行う点火部と
を備える制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記点火の態様として、前記プラズマジェット点火プラグの点火のタイミングと、燃焼行程１回当たりの点火回数とを決定し、
前記点火部は、前記点火制御を、前記決定されたタイミングで、燃焼行程１回につき前記決定された点火回数分行う制御システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記第２の電力の電力量を決定する制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記絶縁破壊された火花放電間隙に通電する電流値を調整することで、前記電力量を決定する制御システム。
【請求項５】
請求項３に記載の制御システムであって、
前記決定部は、前記検出された運転状況に基づき、前記絶縁破壊された火花放電間隙に電流を通電する時間を調整することで、前記電力量を決定する制御システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の制御システムであって、
前記点火部は、
前記プラズマジェット点火プラグに接続されて前記第１の電力を供給する第１電力供給部と、前記プラズマジェット点火プラグに接続されて前記第２の電力の電力量を供給する第２電力供給部とを備え、
前記点火部は、前記第２電力供給部から供給される前記第２の電力を可変制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、該電源部と前記プラズマジェット点火プラグとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、
前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項８】
請求項７に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続された前記電源部と前記スイッチとの組を並列的に複数備え、
前記点火部は、前記複数のスイッチの切り換えを制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項９】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、前記プラズマジェット点火プラグと前記電源部との接続部と、アースとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、
前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することにより、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項１０】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグにトランスを介して接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部と、前記トランスの一次側とアースとの間の導通状態を切り換えるスイッチとを備え、
前記点火部は、前記スイッチの切り換えを制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項１１】
請求項６に記載の制御システムであって、
前記点火部の前記第２電力供給部は、前記プラズマジェット点火プラグに接続され、前記第２の電力を前記プラズマジェット点火プラグに供給する電源部を備え、
前記点火部は、前記電源部の出力電力を可変制御することで、前記決定された点火の態様で前記点火制御を行う制御システム。
【請求項１２】
内燃機関に備えられたプラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御方法であって、
前記内燃機関の運転状況を検出するステップと、
前記検出された運転状況に基づき、前記プラズマジェット点火プラグの点火の態様を決定するステップと、
前記プラズマジェット点火プラグに第１の電力を印加して該プラズマジェット点火プラグの火花放電時間を絶縁破壊させた後に、前記絶縁破壊された火花放電間隙に第２の電力を印加することで前記火花放電間隙付近にプラズマを発生させる点火制御を、前記決定された点火の態様で行うステップと、
を備えたプラズマジェット点火プラグの点火制御方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、プラズマを形成して混合気への点火を行う内燃機関のプラズマジェット点火プラグの点火制御システム及び点火制御方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
上記第１１の特徴による制御システムであれば、電源部の出力電力を可変制御するという比較的簡単な制御によって、プラズマジェット点火プラグに印加する電力量を容易に調整することができる。
第１２の特徴により、内燃機関に備えられたプラズマジェット点火プラグの点火を制御する制御方法であって、前記内燃機関の運転状況を検出するステップと、前記検出された運転状況に基づき、前記プラズマジェット点火プラグの点火の態様を決定するステップと、前記プラズマジェット点火プラグに第１の電力を印加して該プラズマジェット点火プラグの火花放電時間を絶縁破壊させた後に、前記絶縁破壊された火花放電間隙に第２の電力を印加することで前記火花放電間隙付近にプラズマを発生させる点火制御を、前記決定された点火の態様で行うステップと、を備えたプラズマジェット点火プラグの点火制御方法が提供される。
この第１２の特徴による制御方法は、第１の特徴による制御システムと同様な作用効果が得られる。
【国際調査報告】
2009088045.tif 000027
2009088045.tif 000028
2009088045.tif 000029
2009088045.tif 000030