(57)【要約】  本発明は、内燃エンジンの高周波点火スパークプラグ（１）に電源を供給して、プラグ電圧を、非常に多く枝分かれした火花（１３０）を発生させるために十分な電圧にする操作を制御する方法に関するものである。この目的のために、前記スパークプラグに電源から供給される前記電圧を段階的に、点火に適合させた十分な電圧にまで上昇させる。
2011522165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンの点火スパークプラグ（１）に電源を供給して、プラグ電圧を、枝分かれ点火火花（１３０）の発生を確実にするように適合させた電圧にする方法であって、前記方法は、前記スパークプラグ（１）に電源を供給するための前記電圧（９）を前記火花（１３０）を飛ばす第１電圧（Ｕ１）から前記適合電圧（Ｕｍ）にまで段階的に（１７．１，１７．２）上昇させる工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記スパークプラグ（１）に電源を供給し始める初期時点と安定化された前記適合電圧（Ｕｍ）が印加される時点との間に、少なくとも１つの段階（１７．１，１７．２）の安定化電圧を、１〜１０μｓの期間に亘って生成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１電圧段階が、フィラメント状放電を電極の自由端（１ａ）に、前記放電がこの自由端から発するように形成するために丁度必要な電圧値で生成されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ゼロ電圧と前記第１電圧段階（１７．１）の電圧との電圧差が、前記第１電圧段階（１７．１）の電圧と前記適合電圧（Ｕｍ）との電圧差よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３の一項に記載の方法。
【請求項５】
或る期間の電圧段階群（Ｕ）を２つの電圧上昇の間に実施し、前記期間は、２つの連続する段階の間の前記電圧上昇の経過時間よりも長いことを特徴とする、請求項１〜４の一項に記載の方法。
【請求項６】
点火スパークプラグ（１）に電源を供給する装置であって、この装置は、前記スパークプラグ（１）に電気エネルギーを電源から供給して、プラグ電圧を枝分かれ火花（１３０）を発生させる適合点火電圧（Ｕｍ）にする手段（９）を備え、電気エネルギーを電源から供給する前記手段（９）は、前記火花（１３０）を飛ばす第１電圧を生成し、続いてこの第１電圧を、前記適合電圧にまで段階的に（１７．１，１７．２）上昇させるように適合させることを特徴とする、装置。
【請求項７】
電気エネルギーを電源から供給する前記手段（９）は、前記火花（１３０）を飛ばすための前記第１電圧を超える段階により徐々に、前記第１段階（１７．１）で形成された前記電気火花の先端に新たな枝分かれ火花を形成するように適合されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の装置を装着した内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火スパークプラグに電源を供給して、当該プラグの電圧を、特に内燃エンジンの枝分かれ点火火花の発生を確実にする電圧にまで上昇させる方法に関する。
【０００２】
更に本発明に関するのは、このようなスパークプラグに電源を供給する装置であり、この装置は、スパークプラグに電気エネルギーを電源から供給して、当該プラグの電圧を、枝分かれ点火火花の発生を確実にする電圧にまで上昇させる手段を備える。
【背景技術】
【０００３】
内燃エンジン内の可燃性混合気の点火を更に高精度に制御するために、相当大きなサイズの電気火花を利用することが好ましいことが知られている。詳細には、火花が大きくなるほど、高熱電気アークが燃料雲に引火する可能性が高くなり、かつ点火が更に効率的に行なわれる。従来の点火スパークプラグの場合、火花のサイズ（約１立方ｍｍ）は、スパークプラグの２つの電極間の距離によって制限される。
【０００４】
点火スパークプラグの火花のサイズを大きくするために、以下が既に提案されている：
−特許文献１（米国特許第ＵＳ−Ａ−５６２３１７９号）には、スパークプラグの電極群の間の距離を長くすることが提案されている；しかしながら、このような解決策は、電源供給電圧を非常に大きくする必要があり、
この電源供給電圧は、これらの電極の間の距離に正比例する、
−特許文献２（欧州特許第ＥＰ−Ａ−１２０２４１１号）または特許文献３（欧州特許第ＥＰ−Ａ−１５２６６１８号）には、スパークプラグの絶縁体の上を走る電気アークを用いることにより、電圧を過大に引き上げることなく、火花の長さを長くすることができることが提案されている；しかしながら、このような解決策では、長くする火花の長さは、依然として比較的短いままであり、かつ高熱アークが触れる絶縁表面は急激に劣化する；
−特許文献４（フランス特許出願第ＦＲ−Ａ−２８８６７７６号）または特許文献５（フランス特許出願第ＦＲ−Ａ−２８７８０８６号）には、単一の針状の電極から飛ぶマルチフィラメント状高周波火花を形成することが提案されている；これにより、火花の長さを非常に長くすることができるが、この解決策の公知の方法では、同時に形成されるフィラメント状放電の本数は限られている（せいぜい２〜３本）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第ＵＳ−Ａ−５６２３１７９号
【特許文献２】欧州特許第ＥＰ−Ａ−１２０２４１１号
【特許文献３】欧州特許第ＥＰ−Ａ−１５２６６１８号
【特許文献４】フランス特許出願第ＦＲ−Ａ−２８８６７７６号
【特許文献５】フランス特許出願第ＦＲ−Ａ−２８７８０８６号
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、先行技術による解決策の性能的な限界を解消することにある。
【０００７】
別の目的は、高周波火花の枝分かれの数（すなわち、同時に発生するフィラメント状放電の合計本数）を著しく増やすことによりこの火花を強くし、従って、火花の周囲に流入する混合気を点火する際の火花の効率を高めることにある。
【０００８】
この（これらの）目的(群)に少なくとも近づくために提案される１つの解決策は、スパークプラグ（具体的には、高周波スパークプラグ）に電源を供給する操作が、このスパークプラグの電源供給電圧を適合点火電圧にまで段階的に（従って、少なくとも１つのこのような段階により）上昇させる工程を含むというものである。
【０００９】
装置に関しては、スパークプラグに電気エネルギーを供給する手段を、火花を飛ばす第１電圧を生成し、続いてこの第１電圧を段階的に前記適合点火電圧にまで上昇させるように適合させることが更に提案される。
【００１０】
本発明に関する更に詳細な説明は、非制限的に提供される添付の図面を参照しながら以下に行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、内燃エンジンに装着される高周波スパークプラグを模式的に描いている。
【図２】図２は、従来の方法で制御されるＲＦスパークプラグに生じる代表的な時間／電圧変化を模式的に描いている。
【図３】図３は、異なる方法で制御されるＲＦスパークプラグに生じる本発明による時間／電圧変化の例を模式的に描いている。
【図４】図４は、異なる方法で制御されるＲＦスパークプラグに生じる本発明による時間／電圧変化の例を模式的に描いている。
【図５】図５は、図３，４による制御により実現することができる枝分かれ火花を模式的に描いており、図１の火花と比較することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、内燃エンジン５のシリンダヘッド３に取り付けられる高周波（ＲＦ）共振器型スパークプラグ１を示している。当該スパークプラグの先端１ａは、エンジンの燃焼室７の内部にまで延在し、この燃焼室７に、点火される混合気が噴射される。
【００１３】
このＲＦプラズマスパークプラグ１は、前記エンジンを搭載した車両に搭載されるコンピュータ１１により制御される低電圧ＲＦ電源９により作動させる。従って、各マルチフィラメント状放電火花１３は、スパークプラグの単一の先端１ａから形成される。
【００１４】
このようなスパークプラグについて広く知られている作動モードは、例えばフランス特許出願第ＦＲ−Ａ−２８７８０８６号、第ＦＲ−Ａ−２８８６７７６号、または第ＦＲ−Ａ−２８８８４２１号に記載されている。
【００１５】
図２に模式的に示すように、従って図２は先行技術を示しているのであるが、ＲＦスパークプラグ１に電源を供給するためには通常、２つの主要フェーズがある：
【００１６】
時点ｔ＿０に電圧を印加し始める初期フェーズ１５ａでは、スパークプラグに印加される電圧Ｕが上昇し続けて、微細な電気経路１３がスパークプラグの先端１ａから形成されるようになる。
【００１７】
一旦、形成されると、このようなマルチフィラメント状構造は、次のフェーズ１５ｂにおいて（図１のｔ＿１〜ｔ＿２）、被制御ＲＦ電源９から供給される電流によって数千℃にまで加熱される。スパークプラグに印加される電圧（Ｕｍに略等しい電圧）は、この第２フェーズ全体に亘って（ほぼ）一定のままである。
【００１８】
この加熱フェーズの最後（ｔ＿２までの部分１５ｂ１）では、高熱のフィラメント状放電によって、混合気が、燃焼室７が対応付けられている内燃エンジンシリンダ内で点火される。
【００１９】
次に、混合気をスパークプラグで点火するこのサイクルの最終フェーズ１５ｃでは（図１のｔ＿２〜ｔ＿３）、このスパークプラグに印加される電圧は再度、当該電圧が消失するまで下降し続ける。
【００２０】
フェーズ１５ｂ１の最後に形成されるフィラメント状放電１３の長さＬ（約１ｃｍの長さ；図１）は、先端１ａに印加される電圧Ｕの最大振幅によってのみ変わる。
【００２１】
加熱フェーズ１５ｂ／１５ｂ１において、スパークプラグの先端に印加される最大電圧（または、適合点火電圧）に対応するＲＦ電圧Ｕｍの振幅が安定に（一定に）保持される限り、フィラメント状放電１３の長さ、及びこれらの放電の本数は、変わらなくなる、またはほとんど変わらなくなる。
【００２２】
本願発明者らは、この既知の作動モードでは、ＲＦ火花１３が枝分かれする度合い（すなわち、図１において記号を付した枝分かれ線１３ａ、１３ｂの分岐点の数）が比較的低いままであることに注目した：形成フェーズ中に形成されるフィラメント状放電は、分岐点が非常に少ない状態では（通常、せいぜい２〜３個）、かなり真っ直ぐであり、これにより火花のサイズが小さくなる。
【００２３】
マルチフィラメント状放電火花が枝分かれする度合いを高くするために、本願発明者らは、図３に具体的に示すように、ＲＦスパークプラグ１に電源を供給する方法を変更することを提案する。
【００２４】
従って、スパークプラグの電極の先端１ａに電圧を印加して、ｔ＿０の直後の時点ｔ＿１（初期フェーズ１５ａの最後）において、最大電圧Ｕｍ（燃焼を起こすために適合させた点火電圧）が、電源を供給し始める時点（ｔ＿０）からこの電圧にまで継続的に上昇した後の当該時点に現われるようにする（図２に示すように）のではなく、スパークプラグに電源を供給する際の電圧を前記最大電圧Ｕｍにまで段階的に上昇させる工程が適用される。
【００２５】
図３は、幾つかの段階、この場合は２段階：１７．１及び１７．２でこのような電圧上昇を起こす様子を示している。
【００２６】
その結果、本発明の解決策によれば、かつ図３に示す例示的な実施形態において、電圧は、最初にｔ＿０〜ｔ＿１０において、１番目に発生するフィラメント状放電１３０、すなわち図５に詳細に示す記号「ａ」が付されたフィラメント状放電の形成に丁度必要な値Ｕ１にまでしか上昇せず、これらのフィラメント状放電の全てが、スパークプラグの電極の先端１ａから発生することが分かる。
【００２７】
時点ｔ＿１０では、すなわち、作動をｔ＿０で開始した後通常数μ秒（提案されている実施形態における５〜１０μ秒）が経過した時点では、ＲＦ電源は、印加電圧の振幅を安定させ、そして当該振幅をほぼＵ１に、数μ秒（提案されている実施形態における２〜５μ秒）に亘って時点ｔ＿２０まで保持する。
【００２８】
これが、段階１７．１に対応する１番目の加熱フェーズである。
【００２９】
有利な点として、この第１電圧印加段階１７．１における電圧の値Ｕ１は、電極の自由端１ａにおいて、この自由端から発する電気フィラメント状放電の形成に丁度必要な値となる。
【００３０】
この期間中、１次フィラメント状放電１３０「ａ」の温度は１０００〜５０００℃に達し、チャネル内のガスは高度にイオン化され、当該イオン化ガスの電気抵抗は無限大から、ほんの数ｋΩにまで低下する。その結果、スパークプラグの電圧が、導通したフィラメント状放電「ａ」の先端に印加される（図５の塗りつぶし点）。
【００３１】
時点ｔ＿２０〜ｔ＿３０では、ＲＦ電源は再度（継続的に）、スパークプラグの電圧の振幅を中間電圧Ｕ２にまで上昇させる（この場合、当然、Ｕ２はＵ１よりも大きい）。
【００３２】
好適には、ゼロ電圧と第１電圧段階のＵ１電圧との電圧差は、図３，４に模式的に示すように、第１電圧段階の電圧Ｕ１と前記適合点火電圧Ｕｍとの電圧差よりも大きい。
【００３３】
イオン化フィラメント状放電１３０の直径（通常、約５０〜１００μｍ）は、先端の直径（通常、約５００μｍ）よりもずっと小さいので、フィラメント状放電１３０「ａ」の先端に現われる極部電界（フィラメント状放電の直径の平方に逆比例する）が、２番目に発生するフィラメント状放電の形成に十分な程度に大きくなるような印加電圧Ｕのわずかな上昇だけでよい。今度は、ここでも図３に１３０「ｂ」の記号を付した新規のフィラメント状放電がフィラメント状放電「ａ」の先端から発し、そしてスパークプラグの先端１ａからは発しなくなる。
【００３４】
ｔ＿３０〜ｔ＿４０の期間中、フィラメント状放電「ｂ」の温度が高くなる。電圧は再び、この例では第２段階１７．２に対応するＵ２に安定化される。次に、プラグ先端の電位が、フィラメント状放電「ｂ」の先端に現われる（図５の中抜き点）。
【００３５】
再び、時点ｔ＿４０〜ｔ＿５０において、ＲＦ電源が再度、スパークプラグ１ａの電圧を上昇させると、３番目に発生するフィラメント状放電１３０「ｃ」が、前に発生したフィラメント状放電の先端から発生し始める。
【００３６】
このプロセスは更に続く可能性がある。図３，４，５では、当該プロセスは、ここで終了すると考えられているが、その理由は、適合点火電圧Ｕｍに時点ｔ＿５０で達してしまったと推定されたからである。
【００３７】
従って、所望の目的を達成する本発明の重要な特徴によれば、スパークプラグに電源を供給し始める初期時点ｔ＿０と最大電圧の安定印加時点ｔ＿５０との間で、少なくとも１つの段階の安定化電圧が、１〜１０μｓの期間に亘って生成されている。
【００３８】
一旦、マルチフィラメント状構造が枝分かれして連続発生フィラメント状放電１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃが（電圧が段階的に上昇する初期フェーズ１５０ａで）形成されると、このようなマルチフィラメント状構造は、次のフェーズ１５０ｂでは、被制御ＲＦ電源９から供給される電流によって数千℃にまで加熱される。スパークプラグに印加される電圧（Ｕｍ）は、図３に示すように、この第２フェーズ全体に亘って（略）一定に保持される。
【００３９】
従来の作動モードにおける場合と同じように、この加熱フェーズの最後（時点ｔ＿６０までの部分１５０ｂ１）では、高熱のフィラメント状放電によって、混合気の点火が、燃焼室７が対応付けられている内燃エンジンシリンダ内で起こる。
【００４０】
更に、混合気をスパークプラグで点火するこのサイクルの最終フェーズ１５０ｃでは、このスパークプラグに印加される電圧は再び、当該電圧が消失する（時点ｔ＿７０）まで下降し続ける。
【００４１】
好適には、或る期間の複数の電圧段階を、（ｔ＿１０〜ｔ＿２０とｔ＿３０〜ｔ＿４０との間のような）２つの電圧上昇の間に実施する−当該期間は、前記電圧の２つの連続する上昇段階の間の（ｔ＿２０〜ｔ＿３０のような）経過時間よりも長い。
【００４２】
「フィラメント状放電の形成→これらのフィラメント状放電の温度上昇→電圧上昇→．．．形成→．．．温度上昇→．．．電圧上昇」サイクルは、必要な回数繰り返すことができる。電圧を更に上昇させるたびに、新たな分岐点が現われる。
【００４３】
従って、電気エネルギーを電源から供給する手段９，１１を図２の先行技術における状態に対してより適合させて、火花を飛ばすための第１電圧Ｕ１を超える段階１７．１．．．により徐々に、第１段階で形成される電気火花の（中抜き点、塗りつぶし点で示す）先端（群）に新たな枝分かれ火花１３０ｂ．．．を形成する。
【００４４】
最後に、概してこのように形成される火花１３０は、図２に模式的に示す従来の作動の場合におけるよりもずっと大きい程度の枝分かれを特徴としている。フィラメント状放電の合計本数は、
2011522165.tif 000003
と見積もることができ、この式では、Ｎ０は１回の発生のフィラメント状放電の本数であり、ｎは、サイクルの回数である。従って、Ｎ０≒３及びｎ＝３である図５に示す状態では、Ｎｔｏｔａｌ≒３９が成り立つ、またはＮｔｏｔａｌは、従来のＲＦ作動の場合におけるよりも約１０倍大きい。新規発生のたびのフィラメント状放電の平均長さは、徐々に短くなるものの、電源供給の最後の時点における火花の延べ長さの合計は、従来の電源供給の場合におけるよりもずっと長い（図１及び５を参照）。これにより、高熱アークが燃料／空気混合気に引火する可能性が高くなるので、点火が更に効率的に行なわれる。
【００４５】
なお、当然のことであるが、図２〜４において、問題の電圧（Ｕｍ，Ｕ１．．．）は交流電圧であり、その最初の交互変化とともに左側に模式的に示されている電圧Ｕの正弦変化曲線がこの点において明らかである。
【図１】
2011522165.tif 000004
【図２】
2011522165.tif 000005
【図３】
2011522165.tif 000006
【図４】
2011522165.tif 000007
【図５】
2011522165.tif 000008
【国際調査報告】
2011522165.tif 000009
2011522165.tif 000010
2011522165.tif 000011
2011522165.tif 000012