(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、接地電極と、前記両電極間に形成された間隙の少なくとも一部の周囲を包囲して放電空間を形成するキャビティとを有し、前記間隙に電圧が印加されることで火花放電を発生させるとともに、前記火花放電に対応して電気エネルギーが投入されることで前記キャビティからプラズマを噴出させるプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、
前記火花放電は、中心電極を負極として発生するとともに、
正極性の電圧を発生させる電源と、
前記プラズマジェット点火プラグに電気エネルギーを投入するエネルギー投入手段とを有し、
前記エネルギー投入手段は、
一端が前記電源に接続されるとともに、他端が前記プラズマジェット点火プラグに接続されるコンデンサと、
一端が前記コンデンサ及び前記プラズマジェット点火プラグの間に接続されるとともに、他端が接地され、前記電源から前記コンデンサに対する充電及び充電停止を切り替える充電用スイッチング手段と、
一端が前記コンデンサ及び前記電源の間に接続されるとともに、他端が接地され、前記コンデンサから前記プラズマジェット点火プラグに対する電気エネルギーの投入及び投入停止を切り替えるエネルギー投入用スイッチング手段と
を備えることを特徴とするプラズマジェット点火プラグの点火装置。
【請求項２】
前記エネルギー投入手段を複数設けるとともに、
各エネルギー投入手段を、前記電源及び前記プラズマジェット点火プラグの間に並列に接続したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置と、
前記充電用スイッチング手段、及び、前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御する制御手段とを備える点火システムであって、
前記制御手段は、
１回の火花放電中に、複数のエネルギー投入手段から前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーを投入するように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする点火システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
各エネルギー投入手段において、コンデンサからの電気エネルギーの投入を交互に行うように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御し、１回の火花放電中に、前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーを複数回投入することを特徴とする請求項３に記載の点火システム。
【請求項５】
前記制御手段は、
少なくとも１つのコンデンサからの電気エネルギーの投入期間中であって、前記電気エネルギーを投入しているコンデンサ以外のコンデンサから前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーの投入を開始するように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の点火システム。
【請求項６】
前記制御手段は、
少なくとも１つのコンデンサからの電気エネルギーの投入期間中であって、当該電気エネルギーの投入によるプラズマ放電電流のピーク時を過ぎた後に、前記電気エネルギーを投入しているコンデンサ以外のコンデンサから前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーの投入を開始するように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の点火システム。
【請求項７】
前記制御手段は、
少なくとも２つのコンデンサからの前記プラズマジェット点火プラグに対する電気エネルギーの投入タイミングを一致させるように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項８】
前記制御手段は、
少なくとも１つのコンデンサからの電気エネルギーの投入タイミングに合わせて、前記電気エネルギーを投入するコンデンサ以外のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサへの充電を行うように前記充電用スイッチング手段及び前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の点火システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを生成して混合気への着火を行うプラズマジェット点火プラグの点火装置、及び、点火システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関等の燃焼装置においては、火花放電により混合気へと着火する点火プラグが使用されている。また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、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もより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている。
【０００３】
一般にプラズマジェット点火プラグは、軸孔を有する筒状の絶縁体と、先端面が絶縁体の先端面よりも没入した状態で軸孔内に挿設される中心電極と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、主体金具の先端部に接合される円環状の接地電極とを備える。また、プラズマジェット点火プラグは、中心電極の先端面及び軸孔の内周面によって形成された空間（キャビティ）を有しており、当該キャビティは接地電極に形成された貫通孔を介して外部に連通されるようになっている。
【０００４】
加えて、このようなプラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気への着火が行われる。まず、中心電極と接地電極との間に高電圧を印加して、両電極の間で火花放電を生じさせて両電極間を絶縁破壊する。その上で、両電極間に高エネルギーの電流を流すことによって放電状態を遷移させて、前記キャビティの内部にプラズマを発生させる。そして、キャビティの開口からフレームを噴出させることで、混合気への着火が行われる。
【０００５】
また、プラズマジェット点火プラグ（以下、単に「点火プラグ」と称すこともある）の点火装置としては、火花放電用の電圧を供給する回路と、プラズマ生成用の電気エネルギーを供給するコンデンサと、当該コンデンサに対して並列に接続され、コンデンサに対する充電を行う電源とを備えたものが知られている。このような点火装置においては、着火性や電極の耐消耗性を向上させるべく、中心電極を負極として火花放電やプラズマ生成を行うものが提案されており、前記電源としては、負電圧を発生させるものが使用される（例えば、特許文献１等参照）。尚、負電圧を発生させる電源としては、所定のバッテリからの電圧を昇圧し、負極性の高電圧を発生させる昇圧手段と、負電圧の発生を確認するためのモニタリング手段とを備えるものが知られている。
【０００６】
また、着火性の向上を目的として、複数のコンデンサを有するとともに、コイル等によって各コンデンサから点火プラグに対する電気エネルギーの投入タイミングをずらすことで、電気エネルギーの投入タイミングを多段階に分けることができる点火装置が提案されている（例えば、特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７０３７１号公報
【特許文献２】特開２００９−９７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記特許文献２に記載の技術においては、正極性の電圧を発生させる電源が用いられており、中心電極を正極として火花放電やプラズマ生成が行われるように構成されている。従って、着火性や耐消耗性の低下を招いてしまうおそれがある。
【０００９】
さらに、点火プラグに対する電気エネルギーの投入タイミングをある程度は調節することができるものの、各コンデンサから任意のタイミングで電気エネルギーを投入することはできない。また、コンデンサに対する充電は、電気エネルギーの投入後、両電極間が絶縁状態となったときに行われるようになっており、充電タイミングを調節することは一切できない。従って、燃焼装置や点火プラグの状態に応じて、生成するプラズマを調節するといったことは不可能である。
【００１０】
また、上記特許文献１に記載の技術においては、中心電極を負極として火花放電等を行うべく、負電圧を発生させる電源が用いられているが、負極性の高電圧を発生させることは比較的難しく、また、負電圧の発生を確認するモニタリング手段の構成は一般的に複雑なものとなってしまいやすい。従って、着火性等の向上を期待できるものの、製造コストの増大や装置の複雑化を招いてしまうおそれがある。
【００１１】
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、正極性の電源を用いる一方で、中心電極を負極として火花放電等を生じさせることができ、さらには、点火プラグに対する電気エネルギーの投入タイミング、及び、コンデンサに対する充電タイミングの双方を任意に調節することができるプラズマジェット点火プラグの点火装置、及び、点火システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
構成１．本構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置は、中心電極と、接地電極と、前記両電極間に形成された間隙の少なくとも一部の周囲を包囲して放電空間を形成するキャビティとを有し、前記間隙に電圧が印加されることで火花放電を発生させるとともに、前記火花放電に対応して電気エネルギーが投入されることで前記キャビティからプラズマを噴出させるプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、
前記火花放電は、中心電極を負極として発生するとともに、
正極性の電圧を発生させる電源と、
前記プラズマジェット点火プラグに電気エネルギーを投入するエネルギー投入手段とを有し、
前記エネルギー投入手段は、
一端が前記電源に接続されるとともに、他端が前記プラズマジェット点火プラグに接続されるコンデンサと、
一端が前記コンデンサ及び前記プラズマジェット点火プラグの間に接続されるとともに、他端が接地され、前記電源から前記コンデンサに対する充電及び充電停止を切り替える充電用スイッチング手段と、
一端が前記コンデンサ及び前記電源の間に接続されるとともに、他端が接地され、前記コンデンサから前記プラズマジェット点火プラグに対する電気エネルギーの投入及び投入停止を切り替えるエネルギー投入用スイッチング手段と
を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記構成１によれば、正極性の電圧を発生させる電源と点火プラグとの間に直列的にコンデンサが設けられており、充電されたコンデンサにおいては、電源に接続された側がプラスとなり、点火プラグに接続された側がマイナスとなる。従って、コンデンサから点火プラグに電気エネルギーを供給する際には、点火プラグからコンデンサ側へと電流が流れる（つまり、中心電極を負極としてプラズマが生成される）こととなる。そのため、火花放電及びプラズマ生成の双方が、中心電極を負極として発生することとなり、着火性や電極の耐消耗性を向上させることができる。
【００１５】
また、電源は、正極性の電圧を発生させるものであるため、製造コストを抑制することができるとともに、装置の複雑化をより確実に防止することができる。
【００１６】
さらに、エネルギー投入手段は、エネルギー投入用スイッチング手段と、充電用スイッチング手段とを備えており、エネルギー投入用スイッチング手段をオンとし、充電用スイッチング手段をオフとすることで、コンデンサから点火プラグに対して電気エネルギーを投入することができる。また、エネルギー投入用スイッチング手段をオフとし、充電用スイッチング手段をオンとすることで、電源からコンデンサに対する充電を行うことができる。すなわち、両スイッチング手段のオン・オフを切り替えることで、点火プラグに対する電気エネルギーの投入タイミングと、コンデンサに対する充電タイミングとを任意に調節することができる。これにより、燃焼装置や点火プラグの状態に応じて、生成するプラズマを調節することができる。
【００１７】
構成２．本構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置は、上記構成１において、前記エネルギー投入手段を複数設けるとともに、
各エネルギー投入手段を、前記電源及び前記プラズマジェット点火プラグの間に並列に接続したことを特徴とする。
【００１８】
上記構成２によれば、点火プラグに対して各コンデンサから電気エネルギーを重ね合わせて投入したり、１回の火花放電中において、点火プラグに対して多数回の電気エネルギーを投入したりすることができる。つまり、電気エネルギーの投入タイミングや投入量等をより細かく調節することができ、燃焼装置や点火プラグの状態に応じたプラズマ生成がより容易に可能となる。
【００１９】
構成３．本構成の点火システムは、構成２に記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置と、
前記充電用スイッチング手段、及び、前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御する制御手段とを備える点火システムであって、
前記制御手段は、
１回の火花放電中に、複数のエネルギー投入手段から前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーを投入するように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする。
【００２０】
上記構成３によれば、１回の火花放電中に点火プラグに対して複数回の電気エネルギーが投入される。従って、１回の火花放電中にフレームを複数回噴出させることにより、着火の機会を複数確保したり、プラズマに投入する電気エネルギーを増大させることにより、フレームを強化したり（プラズマ放電電流のピークエネルギーを増大させたり）することができる。その結果、着火性の向上を図ることができる。
【００２１】
構成４．本構成の点火システムは、上記構成３において、前記制御手段は、
各エネルギー投入手段において、コンデンサからの電気エネルギーの投入を交互に行うように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御し、１回の火花放電中に、前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーを複数回投入することを特徴とする構成３に記載の点火システム。
【００２２】
上記構成４のように、コンデンサからの電気エネルギーの投入を、各エネルギー投入手段において交互に行うこととしてもよい。この場合においても、上記構成３と同様の作用効果が奏されることとなる。また、電気エネルギーを投入しているコンデンサ以外のコンデンサにおいて充電のための時間を確保することができるため、各コンデンサから交互に電気エネルギーを投入することができ、ひいては点火プラグに対して連続的に電気エネルギーを投入することができる。
【００２３】
尚、電気エネルギーの投入タイミングや充電タイミングとしては、例えば、次述する構成５〜構成７のような投入タイミングを採用することができる。
【００２４】
構成５．本構成の点火システムは、上記構成３又は４において、前記制御手段は、
少なくとも１つのコンデンサからの電気エネルギーの投入期間中であって、前記電気エネルギーを投入しているコンデンサ以外のコンデンサから前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーの投入を開始するように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする。
【００２５】
上記構成５によれば、点火プラグに対して電気エネルギーが継続して投入される。従って、フレームをより長期間に亘って維持したり、フレームをより一層強化したりすることができる。その結果、着火性の更なる向上を図ることができる。
【００２６】
構成６．本構成の点火システムは、上記構成５において、前記制御手段は、
少なくとも１つのコンデンサからの電気エネルギーの投入期間中であって、当該電気エネルギーの投入によるプラズマ放電電流のピーク時を過ぎた後に、前記電気エネルギーを投入しているコンデンサ以外のコンデンサから前記プラズマジェット点火プラグに対して電気エネルギーの投入を開始するように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする。
【００２７】
上記構成６によれば、１のコンデンサからの電気エネルギーの投入によるプラズマ放電電流のピーク時を過ぎた後に、他のコンデンサから点火プラグに対して電気エネルギーが投入される。従って、フレームの噴出時間をより長くすることができ、着火性をより一層向上させることができる。
【００２８】
構成７．本構成の点火システムは、上記構成３乃至６のいずれかにおいて、前記制御手段は、
少なくとも２つのコンデンサからの前記プラズマジェット点火プラグに対する電気エネルギーの投入タイミングを一致させるように前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする。
【００２９】
プラズマジェット点火プラグにおいて、キャビティは燃焼室側に向けて開口しているため、キャビティ内にカーボンや燃料等の異物が付着してしまいやすい。キャビティ内に異物が付着・堆積してしまうと、火花放電やプラズマ生成に支障が生じてしまうおそれがある。
【００３０】
この点、上記構成７によれば、少なくとも２つのコンデンサから点火プラグに対する電気エネルギーの投入タイミングが一致しているため、プラズマのピークエネルギーを増大させることができ、ひいてはフレームをより勢いよく噴出させることができる。従って、キャビティ内に異物が付着したと考えられる場合（例えば、中心電極と接地電極との間の絶縁抵抗が低下した場合など）において、キャビティ内の異物をより確実に除去することができ、より長期間に亘っての火花放電やプラズマ生成が可能となる。
【００３１】
また、上記構成７によれば、燃焼室の中心により近い位置で着火することができるため、着火性をより向上させることができる。
【００３２】
構成８．本構成の点火システムは、上記構成３乃至７のいずれかにおいて、前記制御手段は、
少なくとも１つのコンデンサからの電気エネルギーの投入タイミングに合わせて、前記電気エネルギーを投入するコンデンサ以外のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサへの充電を行うように前記充電用スイッチング手段及び前記エネルギー投入用スイッチング手段を制御することを特徴とする。
【００３３】
上記構成８によれば、少なくとも１つのコンデンサからの電気エネルギーの投入タイミングに合わせて、その他のコンデンサのうち少なくとも１つのコンデンサにおいて充電が行われる。従って、多数のエネルギー投入手段を設けることなく、１回の火花放電中に、１つのコンデンサから電気エネルギーを複数回投入することが可能となり、ひいては様々な態様のプラズマを一層容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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】ケース１における、電気エネルギーの投入タイミングやコンデンサに対する充電タイミング等を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】ケース２における、電気エネルギーの投入タイミングやコンデンサに対する充電タイミング等を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】ケース３における、電気エネルギーの投入タイミングやコンデンサに対する充電タイミング等を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】ケース４における、電気エネルギーの投入タイミングやコンデンサに対する充電タイミング等を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、プラズマジェット点火プラグ（以下、「点火プラグ」と称す）１の点火装置３２と、当該点火装置３２を制御する制御手段としての自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）３３とを備えた点火システム３１の概略構成を示すブロック図である。
【００３６】
まず、点火システム３１の説明に先立って、点火システム３１によって制御される点火プラグ１の概略構成を説明する。
【００３７】
図６は、点火プラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図６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。
【００３８】
点火プラグ１は、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。
【００３９】
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、脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、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。
【００４０】
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の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金〔例えば、インコネル（商標名）６００や６０１等〕からなる外層５Ｂにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端が絶縁碍子２の先端面よりも後端側に配置されている。尚、中心電極５の先端部に、耐消耗性に優れる金属材料（例えば、ＩｒやＰｔ、Ｗなど）からなるチップを設けることとしてもよい。
【００４１】
また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。
【００４２】
さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状のガラスシール層９が配設されている。当該ガラスシール層９により、中心電極５と端子電極６とがそれぞれ電気的に接続されるとともに、中心電極５及び端子電極６が絶縁碍子２に固定されている。
【００４３】
加えて、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。併せて、主体金具３の先端部外周には、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて突出するように形成された環状の係合部２１が形成されており、当該係合部２１に対して後述する接地電極２７が接合されるようになっている。
【００４４】
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２２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２２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１４，２２間には、円環状の板パッキン２３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、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が外部に漏れないようになっている。
【００４５】
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２４，２５が介在され、リング部材２４，２５間にはタルク（滑石）２６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２３、リング部材２４，２５及びタルク２６を介して絶縁碍子２を保持している。
【００４６】
また、主体金具３の先端部には、Ｉｒを主成分とするＩｒ合金により形成されるとともに、円板状をなす接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、前記主体金具３の係合部２１に係合された状態で、自身の外周部分が前記係合部２１に対して溶接されることで主体金具３に接合されている。
【００４７】
加えて、接地電極２７は、自身の中央に板厚方向に貫通する貫通孔２８を有している。そして、前記軸孔４の内周面と中心電極５の先端面とにより形成され、先端側に向けて開口するキャビティ２９が、前記貫通孔２８を介して外部へと連通されている。
【００４８】
上述した点火プラグ１においては、端子電極６に高電圧が印加され、中心電極５と接地電極２７との間で火花放電を生じさせて両者の間を絶縁破壊し、その上で、両者の間に電気エネルギーを投入し、放電状態を遷移させることで、キャビティ２９の内部にプラズマを発生させ、貫通孔２８からフレームを噴出させるようになっている。そこで次に、点火プラグ１に対して高電圧及び電気エネルギーを供給する点火装置３２を有してなる点火システム３１の構成について説明する。
【００４９】
点火システム３１は、図１に示すように、点火装置３２、及び、ＥＣＵ３３を備えており、点火装置３２は、放電電圧供給手段４１と、プラズマ電流供給手段５１とを備えている。
【００５０】
放電電圧供給手段４１は、点火プラグ１に対して高電圧を供給し、前記中心電極５及び接地電極２７間に火花放電を生じさせるものである。放電電圧供給手段４１は、一次コイル４２、二次コイル４３、コア４４、及び、放電用スイッチング手段４５を備えている。
【００５１】
一次コイル４２は、前記コア４４を中心に巻回されてなり、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、その他端が前記放電用スイッチング手段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なり、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、その他端が逆流防止用のダイオード４５を介して、前記点火プラグ１に接続されている。
【００５２】
加えて、放電用スイッチング手段４５は、所定のトランジスタにより形成されており、前記ＥＣＵ３３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、ＥＣＵ３３からの通電信号をオンからオフに切り替えることで、バッテリＶＡから一次コイル４２に対する電流を停止する。電流の停止により、前記コア４４の磁界が変化し、自己誘電作用によって一次コイル４２に一次電圧が生じるとともに、二次コイル４３に負極性の高電圧（数〜数十ｋＶ）が発生する。この負極性の高電圧が点火プラグ１（端子電極６）に印加されることで、中心電極５及び接地電極２７間において、中心電極５を負極として火花放電が発生する。
【００５３】
前記プラズマ電流供給手段５１は、正極性の電圧を発生させる電源ＰＳと、第１エネルギー投入手段５２及び第２エネルギー投入手段５３とを備えている。
【００５４】
第１、第２エネルギー投入手段５２，５３は、プラズマ発生用の電気エネルギーを点火プラグ１に投入するものであって、第１エネルギー投入手段５２は、第１コンデンサ５４と、第１充電用スイッチング手段５６と、第１エネルギー投入用スイッチング手段５８とを備えている。また、第２エネルギー投入手段５３は、第２コンデンサ５５と、第２充電用スイッチング手段５７と、第２エネルギー投入用スイッチング手段５９とを備えている。
【００５５】
前記コンデンサ５４，５５は、その一端が前記電源ＰＳに接続され、電源ＰＳより充電が行われるように構成されるとともに、その他端が点火プラグ１に接続されている。このようにコンデンサ５４，５５が電源ＰＳと点火プラグ１との間に直列的に配置されることで、電源ＰＳからコンデンサ５４，５５への充電がなされた際には、前記コンデンサ５４，５５のうち前記電源ＰＳに接続された側がプラスとなり、点火プラグ１に接続された側がマイナスとなる。そのため、コンデンサ５４，５５に蓄えられた電気エネルギーが点火プラグ１に供給される際には、点火プラグ１からコンデンサ５４，５５側へと電流が流れ、中心電極５を負極としてプラズマが生成されることとなる。
【００５６】
前記充電用スイッチング手段５６（５７）は、電源ＰＳからコンデンサ５４（５５）に対する通電及び通電停止を切り替えるものであって、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。充電用スイッチング手段５６（５７）は、その一端がコンデンサ５４（５５）と点火プラグ１との間に逆流防止用のダイオード６０（６１）を介して接続されるとともに、その他端が接地されている。また、充電用スイッチング手段５６（５７）のゲートには、ＥＣＵ３３からドライブ回路３４を介して信号が入力されるようになっており、ＥＣＵ３３から充電用スイッチング手段５６（５７）にオン信号が送られることで、充電用スイッチング手段５６（５７）がオンとされ、ＥＣＵ３３からオフ信号が送られることで、充電用スイッチング手段５６（５７）がオフとされる。つまり、両充電用スイッチング手段５６，５７のオン・オフは、ＥＣＵ３３によって制御されるようになっている。
【００５７】
前記エネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）は、コンデンサ５４（５５）から点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入及び投入停止を切り替えるものであり、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。エネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）は、その一端がコンデンサ５４（５５）と電源ＰＳとの間に接続されるとともに、その他端が接地されている。さらに、エネルギー投入用スイッチング５８（５９）のゲートには、ＥＣＵ３３から前記ドライブ回路３４を介して信号が入力されるようになっており、ＥＣＵ３３からエネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）へとオン信号が送られることで、エネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）がオンとされ、ＥＣＵ３３からオフ信号が送られることで、エネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）がオフとされる。つまり、両エネルギー投入用スイッチング手段５８，５９のオン・オフは、前記充電用スイッチング手段５６，５７と同様に、ＥＣＵ３３によって制御されるようになっている。
【００５８】
尚、電源ＰＳからコンデンサ５４（５５）に対して充電を行う際には、ＥＣＵ３３により、充電用スイッチング手段５６（５７）がオンとされる一方で、エネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）をオフとされる。また、コンデンサ５４（５５）に蓄えられた電気エネルギーを点火プラグ１に投入する際には、ＥＣＵ３３により、充電用スイッチング手段５６（５７）がオフとされる一方で、エネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）がオンとされる。
【００５９】
さらに、エネルギー投入手段５２（５３）は、ダイオード６２，６４（６３，６５）を備えており、コンデンサ５４（５５）に対する充電時や、点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入時に、電流の逆流が生じないように構成されている。また、エネルギー投入手段５２（５３）には、コイル６６（６７）が設けられており、当該コイル６６，６７により点火プラグ１に対して電気エネルギーが一気に投入されてしまうことを防止できるようになっている。
【００６０】
加えて、前記ＥＣＵ３３は、エンジンＥＮの水温情報を取得する水温センサＳＥ、クランク角を検出するクランク角センサ、エンジンＥＮにおけるノッキングを検出するノックセンサ、空燃比を計測するＡ／Ｆセンサ等の各種センサに接続されている（尚、図１では、水温センサＳＥのみを示す）。そして、ＥＣＵ３３は、各センサからの情報等に基づいて、エンジンＥＮの燃焼状態や点火プラグ１の状態（例えば、キャビティ２９内に異物が付着しているか否か）などを検出可能に構成されている。ＥＣＵ３３は、検出したエンジンＥＮの燃焼状態や点火プラグ１の状態に基づいて、１回の火花放電中におけるプラズマの生成回数や、フレームの噴出時間、プラズマのピークエネルギー（フレームの噴出長さ）などを決定する。そして、この決定に応じてプラズマの生成回数等を調節すべく、前記充電用スイッチング手段５６，５７やエネルギー投入用スイッチング手段５８，５９のオン・オフを切り替えて、点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入タイミングや、コンデンサ５４，５５に対する充電タイミングを制御する。
【００６１】
次に、図２〜図５を参照しつつ、ケース１〜４の場合における、点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入タイミングやコンデンサ５４，５５への充電タイミングについて説明する。尚、以下において説明する電気エネルギーの投入タイミングや充電タイミングは例であって、電気エネルギーの投入タイミング等は、前記センサから得られる情報や点火プラグ１の構成等に応じて種々変更することができる。
【００６２】
〔ケース１〕
１回の火花放電中において着火の機会を複数回確保したい場合
センサから得られた情報等に基づいて、ＥＣＵ３３により、着火の機会を複数回確保すべき（つまり、１回の火花放電中においてプラズマを複数回生成すべき）と判断された場合には、図２に示すように、まず、火花放電前において、ＥＣＵ３３は、両充電用スイッチング手段５６，５７をオンとする一方で、両エネルギー投入用スイッチング手段５８，５９をオフとすることで、コンデンサ５４，５５を充電しておく。そして、両充電用スイッチング手段５６，５７をオフとした上で、火花放電（通電信号がオフとされるタイミング）に合わせて、第１エネルギー投入用スイッチング手段５８をオンとすることで、第１コンデンサ５４に蓄えられた電気エネルギーを点火プラグ１に投入する。さらに、火花放電中であって、第１コンデンサ５４から点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入が完了した後に、第２エネルギー投入用スイッチング手段５９をオンとして、第２コンデンサ５５から点火プラグ１へと電気エネルギーを投入する。このように各スイッチング手段５６〜５９を制御することで、１回の火花放電中において、プラズマを複数回生成することができ、着火の機会を複数回確保することができる。
【００６３】
〔ケース２〕
１回の火花放電中において着火の機会をより多くの回数確保したい場合
上記ケース１では、火花放電の前に、コンデンサ５４，５５の充電がなされるように各スイッチング手段５６〜５９が制御されているが、火花放電中にコンデンサ５４，５５の充電を行うこととしてもよい。そして、火花放電中にコンデンサ５４，５５の充電を行うことで、１回の火花放電中に、エネルギー投入手段５２，５３の数よりも多くの回数の電気エネルギーを点火プラグ１に投入するように制御することとしてもよい。
【００６４】
従って、例えば、図３に示すように、第１エネルギー投入手段５２においては、第１充電用スイッチング手段５６をオンとしつつ、第１エネルギー投入用スイッチング手段５８をオフとすることで、第１コンデンサ５４への充電を行う。一方で、第２エネルギー投入手段５３においては、第２充電用スイッチング手段５７をオフとしつつ、火花放電に合わせて、第２エネルギー投入用スイッチング手段５９をオンとすることで、点火プラグ１に対して第２コンデンサ５５に蓄えられた電気エネルギーを投入する。以降においては、各スイッチング手段５６〜５９のそれぞれオン・オフを切り替えることで、各エネルギー投入手段５２，５３において、点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入と、コンデンサ５４，５５への充電とを交互に行う。これにより、２つのエネルギー投入手段５２，５３を用いて、１回の火花放電中に、点火プラグ１に対して電気エネルギーを多数回投入することができ、プラズマをより多くの回数生成することができる。その結果、着火の機会をより多く確保することができる。
【００６５】
〔ケース３〕
フレームを長期間噴出させる必要が生じた場合
センサから得られた情報等に基づいて、ＥＣＵ３３により、フレーム噴出期間を長期化させる必要があるものと判断された場合には、図４に示すように、第２エネルギー投入手段５３において、第２充電用スイッチング手段５９をオフとしつつ、第２エネルギー投入用スイッチング手段５７をオンとして、第２コンデンサ５５から点火プラグ１に電気エネルギーを投入する。一方で、第１エネルギー投入手段５２においては、第２コンデンサ５５から点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入中に、第１充電用スイッチング手段５６をオフとし、第１エネルギー投入用スイッチング手段５８をオンとする。この両スイッチング手段５６，５８の切替タイミングは、第２エネルギー投入手段５３における両スイッチング手段５７，５９の切替タイミングから若干の時間をあけて行われるようになっている。そのため、第２コンデンサ５５からの電気エネルギーの投入期間中であって、当該電気エネルギーの投入によるプラズマ放電電流のピーク時を過ぎた後に、第１コンデンサ５４から点火プラグ１に対して電気エネルギーの投入が開始される。
【００６６】
また、一方のエネルギー投入手段５２（５３）において、点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入が完了した後には、他方のエネルギー投入手段５３（５２）における、点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入中に、前記一方のエネルギー投入手段５２（５３）におけるエネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）がオフとされ、充電用スイッチング手段５６（５７）がオンとされることで、前記一方のエネルギー投入手段５２（５３）のコンデンサ５４（５５）に対する充電が行われる。以降においては、一方のエネルギー投入手段５２（５３）における電気エネルギーの投入中に、他方のエネルギー投入手段５３（５２）において、コンデンサ５５（５４）の充電、及び、充電後のコンデンサ５５（５４）からの電気エネルギーの投入開始が行われ、これにより、点火プラグ１に対して継続的に電気エネルギーが投入される。その結果、長期間に亘ってフレームが噴出し続けることとなり、着火性を向上させることができる。
【００６７】
〔ケース４〕
プラズマのピークエネルギーを増大させる場合
センサから得られた情報等に基づいて、ＥＣＵ３３により、キャビティ２９内に異物が付着しているものと検出された場合等には、プラズマのピークエネルギー（フレームの噴出長さ）を増大させるべく、両充電用スイッチング手段５６，５７をオフとしつつ、両エネルギー投入用スイッチング手段５８，５９を同時にオンとし、両コンデンサ５４，５５からの点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入タイミングを一致させる。これにより、プラズマのピークエネルギーを増大させることができ、キャビティ２９内に付着した異物の除去を図ることができる。
【００６８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、正極性の電圧を発生させる電源ＰＳと、点火プラグ１との間に直列的にコンデンサ５４，５５が設けられており、充電されたコンデンサ５４，５５においては、電源ＰＳに接続された側がプラスとなり、点火プラグ１に接続された側がマイナスとなる。従って、コンデンサ５４，５５から点火プラグ１に電気エネルギーを供給する際には、点火プラグ１からコンデンサ５４，５５側へと電流が流れる（つまり、中心電極５を負極としてプラズマが生成される）こととなる。そのため、火花放電及びプラズマ生成の双方が、中心電極５を負極として発生することとなり、着火性や電極の耐消耗性を向上させることができる。
【００６９】
また、電源ＰＳは、正極性の電圧を発生させるものであるため、製造コストを抑制することができるとともに、装置の複雑化をより確実に防止することができる。
【００７０】
さらに、エネルギー投入手段５２（５３）は、エネルギー投入用スイッチング手段５８（５９）と、充電用スイッチング手段５６（５７）とを備えており、両スイッチング手段５６，５８（５７，５９）のオン・オフを切り替えることで、点火プラグ１に対する電気エネルギーの投入タイミングと、コンデンサ５４（５５）に対する充電タイミングとを任意に調節することができる。これにより、エンジンＥＮや点火プラグ１の状態に応じて適切なタイミングで電気エネルギーの投入や充電を行うことができ、上述したような様々な態様でのプラズマ生成が容易に可能となる。
【００７１】
また、エネルギー投入手段５２，５３が複数設けられているため、上述の通り、点火プラグ１に対して各コンデンサ５４，５５から電気エネルギーを重ね合わせて投入したり、１回の火花放電中において、点火プラグ１に対して間欠的に多数回の電気エネルギーを投入したりすることができる。すなわち、本実施形態の点火システム３１によれば、複数のエネルギー投入手段５２，５３を設けることで、電気エネルギーの投入タイミングや投入量等を細かく調節することができ、エンジンＥＮや点火プラグ１の状態に応じたプラズマをより一層容易に生成することができる。
【００７２】
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。
【００７３】
（ａ）上記実施形態では、２つのエネルギー投入手段５２，５３が設けられているが、エネルギー投入手段５２，５３の数はこれに限定されるものではない。従って、電源ＰＳ及び点火プラグ１の間に、１つのエネルギー投入手段を設けることとしてもよいし、３つ以上のエネルギー投入手段を並列に設けることとしてもよい。３つ以上のエネルギー投入手段を設けることで、着火性の向上やプラズマのピークエネルギーの増大等をより効果的に実現することができる。
【００７４】
（ｂ）上記実施形態では、各スイッチング手段５６〜５９がＭＯＳＦＥＴにより構成されているが、他の半導体スイッチ（例えば、トランジスタ等）や機械的なスイッチにより、エネルギー投入用スイッチング手段や充電用スイッチング手段を構成することとしてもよい。
【００７５】
（ｃ）上記実施形態では、ＥＣＵ３３によりエネルギー投入手段５２，５３が制御されているが、マイクロコンピュータ等を別途設け、当該マイクロコンピュータによりエネルギー投入手段５２，５３を制御することとしてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１…点火プラグ（プラズマジェット点火プラグ）、５…中心電極、２７…接地電極、２９…キャビティ、３１…点火システム、３２…点火装置、３３…ＥＣＵ（制御手段）、５２…第１エネルギー投入手段、５３…第２エネルギー投入手段、５４…第１コンデンサ、５５…第２コンデンサ、５６…第１充電用スイッチング手段、５７…第２充電用スイッチング手段、５８…第１エネルギー投入用スイッチング手段、５９…第２エネルギー投入用スイッチング手段。
【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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