(57)【要約】【課題】  エンジンの燃焼室内に放電を発生させて燃焼を促進させることで燃焼速度を向上させることができる内燃機関用点火装置を提供する。【解決手段】  燃焼室１１０内にパルスストリーマを生じさせるためのパルス電圧を作成すると共に、そのパルス電圧を第１パルスとして出力するパルス重畳点火電源１０と、第１パルスが入力される一端部２１ａと、燃焼室１１０を構成する壁面との間にパルスストリーマを発生させる他端部２１ｂと、を有する中心電極を備えると共に、中心電極の他端部２１ｂが燃焼室１１０内に露出するようにエンジン１００に固定される点火電極２０と、を備える。そして、中心電極の他端部２１ｂに第１パルスを印加し、他端部２１ｂ近傍の混合気を改質して水素Ｈ２を生成すると共に、その水素Ｈ２を他端部２１ｂと燃焼室１１０の壁面との間にパルスストリーマとして形成し、その後、混合気を燃焼する。【選択図】        図４
2006070830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着火前に筒内に放電することにより混合気の成分を変化させ、その後着火させることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
着火前に筒内に放電により混合気に流れを生じさせ、その後着火させることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項３】
エンジン（１００）の燃焼室（１１０）に混合気を導入した後、前記混合気を燃焼させる前に前記燃焼室内に放電を生じさせる内燃機関用点火装置であって、
前記燃焼室内にパルスストリーマ放電を生じさせるためのパルス電圧を作成すると共に、このパルス電圧を第１パルス（ＰＵ１）として出力するパルス重畳点火電源（１０）と、
前記第１パルスが入力される一端部（２１ａ）と、前記燃焼室を構成する壁面との間に前記パルスストリーマ放電を発生させる他端部（２１ｂ）と、を有する中心電極（２１）を備えると共に、前記中心電極の前記他端部が前記燃焼室内に露出するように前記エンジンに固定される点火電極（２０）と、を備え、
前記中心電極の前記他端部に前記第１パルスが印加されると、前記他端部近傍の混合気が電離されて水素Ｈ２が生成されると共に、その水素Ｈ２が前記他端部と前記壁面との間にパルスストリーマ放電として形成され、その後、前記混合気が燃焼されるようになっていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項４】
前記パルス重畳点火電源は、前記点火電極にて前記燃焼室内の前記混合気を点火するためのパルス電圧を第２パルス（ＰＵ２）として作成すると共に、前記パルスストリーマ放電が拡散する前に前記第２パルスを前記点火電極に出力し、前記中心電極の前記他端部にて前記第２パルスに対応する放電を生じさせて前記混合気を点火するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】
エンジン（１００）の燃焼室（１１０）に混合気を導入した後、前記混合気を燃焼させる前に前記燃焼室内に放電を生じさせる内燃機関用点火装置であって、
前記燃焼室内にコロナ放電を生じさせるための直流電圧を作成すると共に、この直流電圧を第１パルス（ＰＵ１）として出力する直流重畳点火電源（３０）と、
前記第１パルスが入力される一端部（２１ａ）と、前記燃焼室を構成する壁面との間に前記コロナ放電を発生させる他端部（２１ｂ）と、を有する中心電極（２１）を備えると共に、前記中心電極の前記他端部が前記燃焼室内に露出するように前記エンジンに固定される点火電極（２０）と、を備え、
前記中心電極の前記他端部に前記第１パルスが印加されると、前記他端部を中心に前記コロナ放電が発生されると共に、前記混合気が電離されて酸素イオンＯ２−が生成され、その酸素イオンがイオン風として前記中心電極の前記他端部から前記燃焼室の壁面方向に向かって吹き、その後、前記混合気が燃焼されるようになっていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項６】
前記直流重畳点火電源は、前記点火電極にて前記燃焼室内の前記混合気を点火するためのパルス電圧を第２パルス（ＰＵ２）として作成すると共に、前記イオン風が止む前に前記第１パルスを前記点火電極に出力し、前記中心電極の前記他端部にて前記第２パルスに対応する放電を生じさせて前記混合気を点火するようになっていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項７】
前記点火電極は、点火プラグ（４１）と一体にされると共に、前記混合気が前記燃焼室に導入される側に前記点火電極が位置するように前記エンジンに固定されるようになっていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火前に燃焼室内の燃料ガス（混合気）を改質または燃焼室内に混合気の流れを作ることで燃焼を促進する内燃機関用点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジン点火の際、点火点近傍にコロナ放電を発生させて混合気の着火性を向上させる点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この点火装置は、点火プラグと、この点火プラグにて点火を行うための点火用電源と、点火プラグと一体にされるコロナ放電発生手段と、このコロナ放電発生手段にてコロナ放電を発生させるためのコロナ放電発生電源と、を備え構成されている。
【０００３】
点火プラグは、エンジンの燃焼室内の混合気に点火するものである。この点火プラグは、中心電極と、この中心電極の外周に備えられた絶縁碍子と、絶縁碍子の外周に備えられ、エンジンにネジ取り付けするための取り付けネジ部と、取り付けネジ部の端部に接合された接地電極と、を備えた周知のものである。
【０００４】
また、コロナ放電発生手段は取り付けネジ部の端部に接合された柱状の陽極を備え、この陽極と接地電極との間にコロナ放電を発生させるものである。陽極は、その端部が中心電極を基準として接地電極よりも遠くに位置するように取り付けネジ部の端部に接合されている。コロナ放電発生電源は、コロナ放電発生手段の陽極に電圧を印加し、陽極−接地電極間にコロナ放電を発生させるものである。
【０００５】
このような点火装置において、まず、点火プラグにて点火がなされる前に、コロナ放電発生手段において点火プラグの点火点近傍にコロナ放電が発生される。具体的には、コロナ放電発生手段に電圧が入力されると、陽極と接地電極との間に電界が生じる。これに伴い、陽極端部に電離が強く起こり、かつ、空間電荷も増してコロナ放電が発生される。この放電により、コロナ放電が発生した陽極−接地電極間には、混合気中の物質が電離されてイオン化された燃料（ＣｍＨｎ＋）と酸素分子（Ｏ２）とが生成される。この後、点火プラグにて点火されることとなる。
【０００６】
上述のように、放電によって生じた酸素分子が点火点近傍に集められている。このため、点火プラグによる点火によって点火点近傍の酸素分子が燃焼され、混合気が着火しやすくなる。このように、点火点近傍にコロナ放電を生じさせて混合気から酸素分子を生成し、先にこの酸素を燃焼することで、混合気の着火性を向上させている。
【特許文献１】特開昭６４−３６９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術では、コロナ放電は点火点近傍にのみ生成されるため、酸素分子は点火点近傍しか生成されない。したがって、点火点近傍の燃焼を促進することができても、燃焼室全体の燃焼を促進することができない。このため、燃焼室において、点火点から離れた場所に混合気が残っている場合、この混合気が着火してしまい、ノッキングが発生してしまう可能性がある。
【０００８】
また、点火点近傍から燃焼室全体に燃焼が広がっていくため、点火点と点火点から離れた場所とにおいて燃焼時期に差が生じてしまう。これにより、燃焼速度を高めることができず、エンジンの出力向上が妨げられてしまう。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、エンジンの燃焼室内に放電を発生させて燃焼を促進させることで燃焼速度を向上させることができる内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、着火前に筒内に放電することにより混合気の成分を変化させ、その後着火させることを特徴としている。
【００１１】
このように、着火前に筒内の混合気の成分を変化させる。これにより、燃焼しやすい成分を生成することができ、着火後の燃焼を促進することができる。したがって、燃焼速度を高めることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、着火前に筒内に放電により混合気に流れを生じさせ、その後着火させることを特徴としている。
【００１３】
このように、着火前に筒内に混合気の流れを生じさせ、着火する。これにより、燃焼室全体に火炎核を行き渡らせることができ、燃焼の促進を図ることができる。したがって、燃焼速度を高めることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、燃焼室内にパルスストリーマ放電を生じさせるためのパルス電圧を作成すると共に、このパルス電圧を第１パルス（ＰＵ１）として出力するパルス重畳点火電源（１０）と、第１パルスが入力される一端部（２１ａ）と、燃焼室を構成する壁面との間にパルスストリーマ放電を発生させる他端部（２１ｂ）と、を有する中心電極（２１）を備えると共に、中心電極の他端部が燃焼室内に露出するようにエンジンに固定される点火電極（２０）と、を備え、中心電極の他端部に第１パルスが印加されると、他端部近傍の混合気が電離されて水素Ｈ２が生成されると共に、その水素Ｈ２が他端部と壁面との間にパルスストリーマ放電として形成され、その後、混合気が燃焼されるようになっていることを特徴としている。
【００１５】
このように、点火電極に放電を生じさせる電圧を印加することで、混合気よりも燃焼速度が早い水素を生成することができる。このため、混合気が着火されるとき、先にパルスストリーマ放電である水素が着火する。パルスストリーマ放電は点火電極の中心電極の他端部から燃焼室の壁面に向かって燃焼室全体に生成されるため、パルスストリーマ放電の水素が着火すると、燃焼室全体に火花を行き渡らせることができる。この火花によって、各パルスストリーマ放電間の混合気を燃焼させることができ、燃焼速度を向上させることができる。
【００１６】
また、パルスストリーマ放電によって燃焼室内全体の混合気が早い燃焼速度にて燃焼されるため、ノッキングの原因となる混合気が燃焼室内に残らないようにすることができる。このようにして、ノッキング防止を図ることができる。さらに、燃焼室全体の混合気が燃焼されるため、エンジンの出力を向上させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、パルス重畳点火電源は、点火電極にて燃焼室内の混合気を点火するためのパルス電圧を第２パルス（ＰＵ２）として作成すると共に、パルスストリーマ放電が拡散する前に第２パルスを点火電極に出力し、中心電極の他端部にて第２パルスに対応する放電を生じさせて混合気を点火するようになっていることを特徴としている。
【００１８】
このように、第１パルスにて生成されたパルスストリーマ放電が拡散する前に混合気を点火する。これにより、パルスストリーマ放電が生成された状態で燃焼速度の早い水素を先に燃焼させることができる。また、パルスストリーマ放電は燃焼室全体に生成されているため、パルスストリーマ放電の火炎核を燃焼室全体に行き渡らせることができると共に、燃焼室全体の混合気を点火および燃焼することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、燃焼室内にコロナ放電を生じさせるための直流電圧を作成すると共に、この直流電圧を第１パルス（ＰＵ１）として出力する直流重畳点火電源（３０）と、第１パルスが入力される一端部（２１ａ）と、燃焼室を構成する壁面との間にコロナ放電を発生させる他端部（２１ｂ）と、を有する中心電極（２１）を備えると共に、中心電極の他端部が燃焼室内に露出するようにエンジンに固定される点火電極（２０）と、を備え、中心電極の他端部に第１パルスが印加されると、他端部を中心にコロナ放電が発生されると共に、混合気が電離されて酸素イオンＯ２−が生成され、その酸素イオンがイオン風として中心電極の他端部から燃焼室の壁面方向に向かって吹き、その後、混合気が燃焼されるようになっていることを特徴としている。
【００２０】
このように、点火電極にコロナ放電を生じさせる電圧を印加することで、燃焼室内に酸素イオンの風（イオン風）を生成することができる。このため、混合気が着火されるとき、着火による炎をイオン風によって燃焼室全体に行き渡らせることができる。このようにして、燃焼を促進することができ、燃焼速度を向上させることができる。
【００２１】
また、イオン風によって炎が燃焼室内全体に移動されると共に混合気を燃焼させるため、ノッキングの原因となる混合気が燃焼室内に残らないようにすることができる。このようにして、ノッキング防止を図ることができる。さらに、燃焼室全体の混合気が燃焼されるため、エンジンの出力を向上させることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、直流重畳点火電源は、点火電極にて燃焼室内の混合気を点火するためのパルス電圧を第２パルス（ＰＵ２）として作成すると共に、イオン風が止む前に第２パルスを点火電極に出力し、中心電極の他端部にて第２パルスに対応する放電を生じさせて混合気を点火するようになっていることを特徴としている。
【００２３】
このように、第１パルスにて生成されたイオン風が止む前に混合気を点火する。これにより、点火による火炎核をイオン風によって燃焼室全体に行き渡らせた状態で混合気を燃焼することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、点火電極は、点火プラグ（４１）と一体にされると共に、混合気が燃焼室に導入される側に点火電極が位置するようにエンジンに固定されるようになっていることを特徴としている。
【００２５】
このように、点火電極および点火プラグを一体とした点火装置を採用することができる。そして、燃焼室に混合気が導入される側に点火電極が位置するように点火装置をエンジンに固定することで、パルスストリーマ放電またはイオン風が点火プラグの点火点に流れる。これにより、点火プラグにおける点火を確実に行うことができる。
【００２６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略ブロック図である。図１に示されるように、内燃機関用点火装置は、パルス重畳点火電源１０と、点火電極２０と、を備えて構成されている。
【００２８】
パルス重畳点火電源１０は、パルス電圧を作成して後述する点火電極２０に入力するものであり、パルス電圧を発生させる回路やパルス電圧発生のタイミングを制御する回路等を備えている。このパルス重畳点火電源１０にて作成されたパルス電圧の電圧信号は、点火電源２０に出力される。
【００２９】
図２は、パルス重畳点火電源１０にて作成されるパルス電圧波形を示した図である。図２に示されるように、パルス重畳点火電源１０にて作成されるパルス電圧波形は、正電圧の第１パルスＰＵ１と負電圧の第２パルスＰＵ２とからなる。
【００３０】
第１パルスＰＵ１は、後述する点火電極２０にてエンジン１００の燃焼室１１０内に後述するストリーマを発生させるためのパルス電圧であり、パルス幅は２００ｎｓ以下、電圧は２０〜５０ｋＶである。また、第２パルスＰＵ２は、熱によって燃焼室１１０内の混合気に点火するためのアーク放電を発生させるパルス電圧であり、パルス幅は約１００μｓ、電圧は−１５〜−３０ｋＶである。これら第１パルスＰＵ１および第２パルスＰＵ２は繰り返し作成される。
【００３１】
なお、燃焼室１１０とは、筒内の空間、すなわちエンジン１００のシリンダ１２０の内壁面、吸気バルブ１３０、排気バルブ１４０、ピストン１５０の上面にて閉塞された空間を指す。また、ストリーマとは、陽極と陰極との間に電圧が印加されると陽極−陰極間に形成される小さな電離（プラズマ）領域の集合体である。このストリーマが陽極から陰極側に成長していくと共に陰極に達すると、プラズマ領域を介して陽極−陰極間に大電流が流れ、その結果、放電が起こる。本実施形態では、陽極にパルス電圧を印加することにより陽極−陰極間に生じたストリーマをパルスストリーマという。図２に示されるパルス電圧波形においては、第１パルスＰＵ１がパルスストリーマ放電を生じさせるパルス電圧に相当する。
【００３２】
点火電極２０は、印加される電圧に応じて放電を発生させる放電用電極である。図３は、点火電極２０の概略図である。図３に示されるように、点火電極２０は、中心電極２１と、絶縁碍子２２と、主体金具２３と、を備えて構成されている。
【００３３】
中心電極２１は、上記パルス重畳点火電源１０から入力される電圧信号、すなわちパルス電圧を一端部２１ａから入力すると共に、そのパルス電圧を他端部２１ｂに印加することで他端部２１ｂから放電を生じさせるものである。この中心電極２１は、例えば柱状の金属材料にて形成されている。
【００３４】
絶縁碍子２２は、中心電極２１とエンジン１００とを絶縁するものであり、中心電極２１の一端部２１ａおよび他端部２１ｂを除く中心電極２１の外周に設けられる。主体金具２３は絶縁碍子２２の外周に備えられ、中心電極２１の他端部２１ｂ側に点火電極２０をエンジン１００のシリンダヘッド１７０に固定するための取り付けネジ部２３ａを有している。
【００３５】
このような点火電極２０においては、中心電極２１の他端部２１ｂが燃焼室１１０のほぼ中央に位置するようにエンジン１００のシリンダヘッド１７０に固定される。上記点火電極２０は、従来の点火装置のコロナ放電発生手段や接地電極を備えない構成になっていると共に、中心電極２１の他端部２１ｂのみが燃焼室１１０内に露出された状態となっている。以上が、内燃機関用点火装置の構成である。
【００３６】
次に、上記内燃機関用点火装置の作動について、図４〜図６を参照して説明する。まず、パルス重畳点火電源１０にて、図２に示されるパルス電圧が作成される。そして、吸気管１６０および吸気バルブ１３０を介して燃焼室１１０内に混合気（ＣｎＨｍ）が導入されると、第１パルスＰＵ１が点火電極２０に入力される。つまり、中心電極２１の他端部２１ｂには、正の符号をもつパルス電圧が印加されることとなる。これにより、中心電極２１の他端部２１ｂが陽極になると共に、シリンダ１２０の内壁面やピストン１５０の上面が陰極となり、他端部２１ｂからパルスストリーマ放電（以下、パルスストリーマという）が発生する。
【００３７】
本実施形態では、パルスストリーマは、混合気（ＣｎＨｍ）が電離されて生成された水素分子（Ｈ２）が連なって構成されている。より具体的には、燃焼室１１０内に混合気が導入された後、中心電極２１の他端部２１ｂに第１パルスＰＵ１が印加されると、混合気（ＣｎＨｍ）は改質された混合気（Ｃｎ’Ｈｍ’）と水素分子（Ｈ２）とに分離される。このうち、水素分子が連なってパルスストリーマとなり、このパルスストリーマが中心電極２１の他端部２１ｂから燃焼室１１０の壁面に向かって成長していく。この様子を図４に示す。
【００３８】
図４は、第１パルスＰＵ１が点火電極２０に入力されたときのエンジン１００の燃焼室１１０内の様子を示した図である。図４に示されるように、このパルスストリーマ、すなわち水素分子のストリーマは、中心電極２１の他端部２１ｂを中心に燃焼室１１０の壁面に伸びるように生成される。
【００３９】
上記のように、中心電極２１に第１パルスＰＵ１が入力されると、燃焼室１１０内にパルスストリーマが生成されるが、第１パルスＰＵ１の電圧値によって、燃焼室１１０内に生成される水素濃度は変化する。このことについて、第１パルスＰＵ１の電圧値を変化させたときに燃焼室１１０内に生成される水素濃度を調べた。その結果を図５に示す。
【００４０】
図５は、第１パルスＰＵ１が印加されたときの燃焼室１１０内の水素濃度を示した図である。図５に示されるように、第１パルスＰＵ１の電圧値が２０ｋＶを超えると、燃焼室１１０内の水素濃度は急激に増加する。したがって、第１パルスＰＵ１の電圧値を少なくとも２０ｋＶとする。また、第１パルスＰＵ１の電圧値を２０ｋＶ以上とすることで、燃焼室１１０内の水素濃度を高くすることができる。
【００４１】
パルスストリーマが生成された後、混合気の点火のために、図２に示される第２パルスＰＵ２が点火電極２０に入力される。ここで、この第２パルスＰＵ２は、上記第１パルスＰＵ１によって生成されたパルスストリーマが燃焼室１１０内に拡散してしまわないタイミングで入力される。これは、第１パルスＰＵ１にて生成した水素分子に着火させるためである。
【００４２】
図６は、水素とガソリンとの燃焼速度を比較した図である。図６に示されるように、水素はガソリンと比較して燃焼速度が約１０倍高い。このため、パルスストリーマ（水素分子の連なり）を生成した後、このパルスストリーマに点火することで、燃焼速度を十分に高めることができるのである。
【００４３】
したがって、点火電極２０に第１パルスＰＵ１が入力されたＴ１時間後、例えば１ｍｓ後に第２パルスＰＵ２にて点火されるが入力される。これにより、中心電極２１の他端部２１ｂとピストン１５０の上面との間にアーク放電が発生され、このアーク放電の熱によってパルスストリーマが着火される。このＴ１時間は、上述のように、生成されたパルスストリーマが拡散してしまわない時間である。本実施形態では、Ｔ１時間を１ｍｓ以内とすることで、第１パルスＰＵ１にて生成されたパルスストリーマが消滅しないうちにパルスストリーマを第２パルスＰＵ２にて着火することができる。なお、本実施形態では、Ｔ１時間は、第１パルスＰＵ１のピークと第２パルスＰＵ２のピークとの間の時間に相当する。
【００４４】
上述のように、水素は、ガソリン、すなわち改質された混合気に比べて燃焼速度が約１０倍高いため（図６参照）、アーク放電によって先にパルスストリーマが燃焼する。パルスストリーマは中心電極２１の他端部２１ｂを中心に燃焼室１１０全体に広がっているため、各パルスストリーマが燃焼した後、各パルスストリーマ間の混合気に着火し、燃焼室１１０内の混合気に着火して燃焼する。このようにパルスストリーマを生成して先に着火することにより、燃焼室１１０内全体に燃焼を起こすことができる。したがって、燃焼の速度を高めることができ、燃焼室１１０内にノッキングの原因となる混合気を残さないようにすることができる。
【００４５】
こうして混合気が燃焼すると、排気ガスとして排気バルブ１４０および排気管１８０を介して排出され、再び混合気が燃焼室１１０内に導入される。そして、図２に示される第１パルスＰＵ１および第２パルスＰＵ２が点火電極２０に繰り返し入力される。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン１００の燃焼室１１０に導入された混合気を点火する前に、点火電極２０にて燃焼室１１０内に水素分子で構成されるパルスストリーマを発生させている。このように、混合気を点火する前に、混合気よりも燃焼速度が早い水素をパルスストリーマとして生成することで、この水素に先に点火することができる。パルスストリーマは点火電極２０の中心電極２１の他端部２１ｂから燃焼室１１０の壁面に向かって燃焼室１１０全体に生成されるため、パルスストリーマに着火すると、燃焼室１１０全体に火花を行き渡らせることができる。この火花によって、各パルスストリーマ間の混合気を点火および燃焼することができ、燃焼速度を向上させることができる。
【００４７】
さらに、パルスストリーマによって燃焼室内１１０全体の混合気が早い燃焼速度にて燃焼されるため、ノッキングの原因となる混合気が燃焼室１１０内に残らないようにすることができる。このようにして、ノッキング防止を図ることができる。さらに、燃焼室１１０全体の混合気が燃焼されるため、エンジンの出力を向上させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、第１パルスＰＵ１にて生成されたパルスストリーマが拡散する前に混合気を点火している。これにより、パルスストリーマが生成された状態で燃焼速度の早い水素を先に燃焼させることができる。また、パルスストリーマは燃焼室１１０全体に生成されているため、パルスストリーマが点火されたことで発生した火炎核を燃焼室１１０全体に行き渡らせることができる。このようにして、燃焼室１００全体の混合気を点火および燃焼することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について図を参照して説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略ブロック図である。図７に示されるように、内燃機関用点火装置は、直流重畳点火電源３０と、点火電極２０と、を備えて構成されている。なお、第１実施形態と共通要素については、同一符号を記すと共にその説明を省略する。
【００５０】
直流重畳点火電源３０は、点火電極２０に電圧（直流電圧）を印加するものであり、直流電圧を発生させる回路や直流電圧発生のタイミングを制御する回路等を備えている。この直流重畳点火電源３０にて作成された電圧信号は、点火電源２０に出力される。また、点火電極２０は、第１実施形態と同じものである。
【００５１】
図８は、直流重畳点火電源３０にて作成される直流電圧波形を示した図である。図８に示されるように、直流重畳点火電源３０にて作成される直流電圧波形は、負電圧の第１パルスＰＵ１および第２パルスＰＵ２からなる。
【００５２】
第１パルスＰＵ１は、エンジン１００の燃焼室１１０内にコロナ放電を発生させて後述するイオン風を発生させるための直流電圧であり、電圧は−５〜２０ｋＶである。また、第２パルスＰＵ２は、燃焼室１１０内の混合気を熱で点火するためのアーク放電を起こすパルス電圧であり、パルス幅は約１００μｓ、電圧は−１５〜−３０ｋＶである。この第２パルスＰＵ２は、上記第１実施形態の第２パルスＰＵ２と同じパルス電圧である。
【００５３】
次に、上記内燃機関用点火装置の作動について、図９〜図１１を参照して説明する。まず、直流重畳点火電源３０にて、図８に示されるパルス電圧が作成される。そして、吸気管１６０および吸気バルブ１３０を介して燃焼室１１０内に混合気が導入されると、第１パルスＰＵ１が点火電極２０に印加される。これに伴い、燃焼室１１０内には、点火電極２０の中心電極２１の他端部２１ｂを中心にコロナ放電が発生される。
【００５４】
図９は、図８に示される第１パルスＰＵ１が点火電極２０に印加されたときのエンジン１００の燃焼室１１０内の様子を示した図である。コロナ放電が発生すると、図９に示されるように、混合気中の物質が電離され、酸素イオン（Ｏ２−）が生成される。この酸素イオンは、中心電極２１の他端部２１ｂから燃焼室１１０の内壁面方向に向かって風を起こす。以下では、この風をイオン風と呼ぶ。
【００５５】
図１０は、中心電極２１の他端部２１ｂからの距離に対するイオン風の風速を示した図である。図１０に示されるように、イオン風の風速は、中心電極２１の他端部２１ｂ近傍がもっとも早く、他端部２１ｂから離れるほどイオン風の風速は遅くなる。つまり、中心電極２１の他端部２１ｂ近傍では、混合気がイオン風によって勢い良く吹いた状態になっている。
【００５６】
この後、図８に示される第２パルスＰＵ２が点火電極２０に入力される。ここで、この第２パルスＰＵ２は、上記第１パルスＰＵ１によって発生したイオン風が収まってしまわないタイミングで入力される。これは、燃焼室１１０内にイオン風を発生させた状態で混合気を着火するためである。
【００５７】
図１１は、燃焼室１１０内のイオン風の風速に対する燃焼速度を示した図である。この図に示されるように、イオン風の風速が早いほど、燃焼速度が早い。したがって、イオン風が発生した後、すみやかに混合気を着火することで、イオン風によって火炎核を燃焼室１１０全体に行き渡らせると共に燃焼を促進することができるのである。
【００５８】
したがって、点火電極２０に第１パルスＰＵ１を入力したＴ２時間後、例えば１０ｍｓ後に第２パルスＰＵ２を入力する。これにより、中心電極２１の他端部２１ｂとピストン１５０の上面との間にアーク放電を生じさせ、このアーク放電の熱によって混合気を着火させる。このＴ２時間は、上述のように、イオン風が収まってしまわない時間である。本実施形態では、Ｔ２時間を１０ｍｓとすることで、第１パルスＰＵ１にて発生させたイオン風が消滅しないうちに混合気を第２パルスＰＵ２にて着火している。なお、本実施形態では、Ｔ２時間は、第１パルスＰＵ１の立ち上がりと第２パルスＰＵ２のピークとの間の時間に相当する。
【００５９】
こうして混合気が燃焼すると、排気ガスとして排気バルブ１４０および排気管１８０を介して排出され、再び混合気が燃焼室１１０内に導入される。そして、図８に示される第１パルスＰＵ１および第２パルスＰＵ２が点火電極２０に繰り返し入力される。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン１００の燃焼室１１０に導入された混合気を点火する前に、点火電極２０にて燃焼室１１０内に水素イオンの風、すなわちイオン風を発生させている。このように、燃焼室１１０内にイオン風を発生させることで、混合気が着火されるとき、着火による炎をイオン風によって燃焼室１１０全体に行き渡らせることができる。これにより、燃焼室１１０全体の混合気の燃焼を促進することができ、燃焼速度を向上させることができる。
【００６１】
さらに、イオン風によって炎が燃焼室１１０内全体に移動されると共に混合気を燃焼させるため、ノッキングの原因となる混合気が燃焼室１１０内に残らないようにすることができる。このようにして、ノッキング防止を図ることができる。さらに、燃焼室１１０全体の混合気が燃焼されるため、エンジンの出力を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、第１パルスＰＵ１にて生成されたイオン風が止む前に混合気を点火している。これにより、点火による火炎核をイオン風によって燃焼室１１０全体に行き渡らせた状態で混合気を点火することができ、燃焼室１１０内全体の混合気の燃焼を促進することができる。
【００６３】
（他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、点火電極２０にてそれぞれパルスストリーマ、イオン風をそれぞれ発生させた後、混合気が点火される。ここで、この点火電極２０は、周知の点火プラグと一体とされたものが採用されても構わない。図１２は、点火電極２０と点火プラグとが一体とされた点火装置４０を示した図である。
【００６４】
この点火装置４０は、点火電極２０と、点火プラグ４１とを備え構成されている。点火電極２０は、第１、第２実施形態と同じものである。点火プラグ４１は、中心電極４２と、絶縁碍子４３と、主体金具４４と、接地電極４５と、を備えて構成されている。具体的には、中心電極４２の外周には絶縁碍子４３が設けられており、この絶縁碍子４３の外周には主体金具４４が設けられている。また、この主体金具４４の外周にはエンジン１００に取り付けるための取り付けネジ部４４ａが設けられている。そして、主体金具４４の一端側に接地電極４５の一端が結合され、接地電極４５の他端が放電ギャップを隔てて中心電極４２と対向するように配置されている。なお、点火電源２０は、点火プラグ４１の絶縁碍子４３および主体金具４４に一体とされている。
【００６５】
そして、点火電極２０の中心電極２１にはパルスストリーマまたはイオン風を発生させるための電気信号が入力される。また、点火プラグ４１の中心電極４２には混合気を点火するための電気信号が例えばエンジンＥＣＵから入力される。このような点火装置４０を用いることで、燃焼を促すためのパルスストリーマまたはイオン風と混合気の点火とを別々に制御することができ、点火する前の燃焼室１１０内の改善および点火の制御に幅を持たせることができる。
【００６６】
また、このような点火装置４０は、混合気が燃焼室１１０に導入される側に点火電極２０が位置するようにエンジン１００に固定される。これは、混合気が点火電極２０、点火プラグ４１という順に流れることで、点火電極２０によって発生されるパルスストリーマもしくはイオン風が点火点近傍に到達しやすくなるからである。このような点火電極２０および点火プラグ４１の配置により、より確実に点火を行うことができる。
【００６７】
また、点火電極２０と点火プラグとを別々に用意し、これらをエンジン１００に固定して上記第１、第２実施形態における点火制御を行っても良い。
【００６８】
上記第１、第２実施形態に示される実施例は、ガソリンを燃料とするエンジン１００に適用できるが、ディーゼルエンジンにも適用することができる。ただし、ディーゼルエンジンに適用する場合、ディーゼルエンジンは自着火にて点火される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略ブロック図である。
【図２】パルス重畳点火電源にて作成されるパルス電圧波形を示した図である。
【図３】図１に示される点火電極の概略図である。
【図４】第１パルスが点火電極に印加されたときのエンジンの燃焼室内の様子を示した図である。
【図５】第１パルスの電圧値に対するエンジンの燃焼室内の水素濃度を示した図である。
【図６】水素およびガソリンの燃焼速度の比較を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略ブロック図である。
【図８】直流重畳点火電源にて作成される電圧波形を示した図である。
【図９】図８に示される第１パルスが点火電極に印加されたときのエンジンの燃焼室内の様子を示した図である。
【図１０】中心電極の他端部からの距離とイオン風の風速との関係を示した図である。
【図１１】エンジンの燃焼室内のイオン風の風速と燃焼速度との関係を示した図である。
【図１２】点火電極と点火プラグとが一体とされた点火装置を示した図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…パルス重畳点火電源、２０…点火電極、２１…中心電極、２１ａ…一端部、
２１ｂ…他端部、３０…直流重畳点火電源、４０…点火装置、
ＰＵ１、ＰＵ２…第１、第２パルス、１００…エンジン、１１０…燃焼室。
【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】
2006070830.tif 000007
【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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