(57)【要約】【課題】難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる点火方法、点火装置及びエンジンを提供する。【解決手段】１次放電ギャップから２次放電ギャップへ流れる気体の流れが発生する。気体の流れが発生している状態において、１次放電ギャップに１次放電が発生する。１次放電により１次放電ギャップに１次プラズマが生成する。１次プラズマは、気体の流れにのって２次放電ギャップまで伝播する。２次放電ギャップに１次プラズマが存在するときに、２次放電ギャップに２次放電が発生する。２次放電により２次放電ギャップに２次プラズマが生成する。２次プラズマの生成と同時に又は２次プラズマの生成の後に、混合気に火炎が誘発される。【選択図】図１
2013161523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気に点火する点火方法であって、
(a) ｎが２以上の自然数であるとして、ｎ−１次放電ギャップ及びｎ次放電ギャップが形成され前記ｎ次放電ギャップのギャップ長が前記ｎ−１次放電ギャップのギャップ長より長い電極構造が露出する燃焼室に、前記ｎ−１次放電ギャップから前記ｎ次放電ギャップへ流れる気体の流れを発生させる工程と、
(b) 前記気体の流れが発生している状態において、前記ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次放電を発生させ、前記ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次プラズマを生成する工程と、
(c) 前記気体の流れにのせて前記ｎ次放電ギャップまで前記ｎ−１次プラズマを伝播させる工程と、
(d) 前記ｎ次放電ギャップに前記ｎ−１次プラズマが存在するときに、前記ｎ次放電ギャップにｎ次放電を発生させ、前記ｎ次放電ギャップにｎ次プラズマを生成する工程と、
(e) 前記工程(d)と同時に又は前記工程(d)の後に前記混合気に火炎を誘発する工程と、
を備える点火方法。
【請求項２】
混合気に点火する点火装置であって、
電極構造を備え、ｎが２以上の自然数であるとして、ｎ−１次放電ギャップ及びｎ次放電ギャップが前記電極構造に形成され、前記ｎ次放電ギャップのギャップ長が前記ｎ−１次放電ギャップのギャップ長より長く、前記ｎ次放電ギャップが前記ｎ−１次放電ギャップより気体の流れの下流側に配置されるプラグと、
前記ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次放電を発生させるｎ−１次パルス電圧の後に前記ｎ次放電ギャップにｎ次放電を発生させるｎ次パルス電圧を前記プラグに印加し、前記ｎ−１次放電により前記ｎ−１次放電ギャップに生成され前記気体の流れにのって前記ｎ次放電ギャップまで伝播したｎ−１次プラズマが前記ｎ次放電ギャップに存在するときに前記ｎ次パルス電圧を前記プラグに印加するように構成されたパルス電圧印加機構と、
を備える点火装置。
【請求項３】
請求項２の点火装置において、
前記電極構造は、
第１の放電端を有する中心電極と、
第２の放電端を有し、前記第１の放電端と前記第２の放電端との間に前記ｎ−１次放電ギャップが形成される第１の側方電極と、
第３の放電端を有し、前記第１の放電端と前記第３の放電端との間に前記ｎ次放電ギャップが形成される第２の側方電極と、
を備える
点火装置。
【請求項４】
請求項２の点火装置において、
前記電極構造は、
第１の放電端及び第２の放電端を有する中心電極と、
第３の放電端を有し、前記第１の放電端と前記第３の放電端との間に前記ｎ−１次放電ギャップが形成される第１の側方電極と、
第４の放電端を有し、前記第２の放電端と前記第４の放電端との間に前記ｎ次放電ギャップが形成される第２の側方電極と、
を備える
点火装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４の点火装置において、
前記第１の側方電極は、
前記気体の流れの下流側から見て前記ｎ−１次放電ギャップと重ならないように配置され、
前記第２の側方電極は、
前記気体の流れの下流側から見て前記ｎ次放電ギャップと重ならないように配置される
点火装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５までのいずれかの点火装置において、
前記電極構造にｎ−２次放電ギャップがさらに形成され、前記ｎ−１次放電ギャップのギャップ長が前記ｎ−２次放電ギャップのギャップ長より長く、前記ｎ−１次放電ギャップが前記ｎ−２次放電ギャップよりも前記気体の流れの下流側に配置され、
前記パルス電圧印加機構は、
前記ｎ−２次放電ギャップにｎ−２次放電を発生させるｎ−２次パルス電圧を前記ｎ−１次パルス電圧の前に前記プラグに印加し、前記ｎ−２次放電により前記ｎ−２次放電ギャップに生成され前記気体の流れにのって前記ｎ−１次放電ギャップまで伝播した第ｎ−２次プラズマが前記第ｎ−１次放電ギャップに存在するときに前記ｎ−１次パルス電圧を前記プラグに印加するように構成される
点火装置。
【請求項７】
請求項２から請求項６までのいずれかの点火装置において、
前記ｎ−１次放電ギャップ及び前記ｎ次放電ギャップの両方又は片方が２個以上形成される
点火装置。
【請求項８】
請求項２から請求項７までのいずれかの点火装置において、
前記ｎ次パルス電圧により投入される電力がｎ−１次パルス電圧により投入される電力より少なくなるように前記パルス電圧印加機構が構成される
点火装置。
【請求項９】
エンジンであって、
燃焼室が形成された燃焼容器と、
前記燃焼室に気体の流れを発生させる流れ発生機構と、
燃焼室に露出する電極構造を備え、ｎが２以上の自然数であるとして、ｎ−１次放電ギャップ及びｎ次放電ギャップが前記電極構造に形成され、前記ｎ次放電ギャップのギャップ長が前記ｎ−１次放電ギャップのギャップ長より長く、前記ｎ次放電ギャップが前記ｎ−１次放電ギャップよりも前記気体の流れの下流側に配置されるプラグと、
前記ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次放電を発生させるｎ−１次パルス電圧の後に前記ｎ次放電ギャップにｎ次放電を発生させるｎ次パルス電圧を前記プラグに印加し、前記ｎ−１次放電により前記ｎ−１次放電ギャップに生成され前記気体の流れにのって前記ｎ次放電ギャップまで伝播したｎ−１次プラズマが前記ｎ次放電ギャップに存在するときに前記ｎ次パルス電圧を前記プラグに印加するように構成されたパルス電圧印加機構と、
を備えるエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気に点火する点火方法、混合気に点火する点火装置及びエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な点火プラグは、中心電極と側方電極とを備える。中心電極と側方電極との間には、放電ギャップが形成される。放電ギャップのギャップ長は、パルス電圧の波形、混合気の組成、圧力及び温度等に依存するが、典型的には約１ｍｍである。中心電極と側方電極との間にパルス電圧が印加され、放電ギャップに放電が発生させられる。放電により混合気への点火が行われ、放電ギャップに火炎が生成する。
【０００３】
特許文献１には、２個以上の放電ギャップが形成されたプラグが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−７９４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な点火プラグにおいては、放電ギャップのギャップ長を長くすることが困難であり、火炎が広がりにくい。希薄燃焼が行われる場合等の難燃焼条件においては、火炎が広がりにくいことは点火の安定性を損なう。
【０００６】
本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、火炎が大きく広がり、難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる点火方法、点火装置及びエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の局面は、混合気に点火する点火方法に向けられる。
【０００８】
本発明の第１の局面においては、電極構造が露出する燃焼室に気体の流れが発生させられる。ｎが２以上の自然数であるとする。電極構造には、ｎ−１次放電ギャップ及びｎ次放電ギャップが形成される。ｎ次放電ギャップのギャップ長は、ｎ−１次放電ギャップのギャップ長より長い。気体は、ｎ−１次放電ギャップからｎ次放電ギャップへ流れる。
【０００９】
気体の流れが発生している状態において、ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次放電が発生させられ、ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次プラズマが生成する。
【００１０】
気体の流れにのせてｎ次放電ギャップまでｎ−１次プラズマが伝播させられる。
【００１１】
ｎ次放電ギャップにｎ−１次プラズマが存在するときに、ｎ次放電ギャップにｎ次放電が発生させられ、ｎ次放電ギャップにｎ次プラズマが生成する。ｎ次プラズマの生成と同時に又はｎ次プラズマの生成の後に、混合気に火炎が誘発される。
【００１２】
本発明の第２から第８までの局面は、混合気に点火する点火装置に向けられる。
【００１３】
本発明の第２の局面においては、プラグ及びパルス電圧印加機構が設けられる。
【００１４】
プラグは、電極構造を備える。ｎが２以上の自然数であるとする。電極構造には、ｎ−１次放電ギャップ及びｎ次放電ギャップが形成される。ｎ次放電ギャップのギャップ長は、ｎ−１次放電ギャップのギャップ長より長い。ｎ次放電ギャップがｎ−１次放電ギャップより気体の流れの下流側に配置される。
【００１５】
パルス電圧印加機構は、ｎ−１次パルス電圧の後にｎ次パルス電圧をプラグに印加するように構成される。ｎ−１次パルス電圧は、ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次放電を発生させる。ｎ次パルス電圧は、ｎ次放電ギャップにｎ次放電を発生させる。ｎ−１次放電によりｎ−１次プラズマがｎ−１次放電ギャップに生成する。ｎ−１次プラズマは、気体の流れにのってｎ次放電ギャップまで伝播する。パルス電圧印加機構は、ｎ−１次プラズマがｎ次放電ギャップに存在するときにｎ次パルス電圧をプラグに印加するように構成される。
【００１６】
本発明の第３の局面は、本発明の第２の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第３の局面においては、電極構造は、中心電極、第１の側方電極及び第２の側方電極を備える。中心電極の放電端と第１の側方電極の放電端との間にｎ−１次放電ギャップが形成される。中心電極の放電端と第２の側方電極の放電端との間にｎ次放電ギャップが形成される。
【００１７】
本発明の第４の局面は、本発明の第２の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第４の局面においては、電極構造は、中心電極、第１の側方電極及び第２の側方電極を備える。中心電極の一方の放電端と第１の側方電極の放電端との間にｎ−１次放電ギャップが形成される。中心電極の他方の放電端と第２の側方電極の放電端との間にｎ次放電ギャップが形成される。
【００１８】
本発明の第５の局面は、本発明の第３又は第４の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第５の局面においては、第１の側方電極は、気体の流れの下流側から見てｎ−１次放電ギャップと重ならないように配置される。第２の側方電極は、気体の流れの下流側から見てｎ次放電ギャップと重ならないように配置される。
【００１９】
本発明の第６の局面は、本発明の第２から第５までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第６の局面においては、電極構造にｎ−２次放電ギャップがさらに形成される。ｎ−１次放電ギャップのギャップ長は、ｎ−２次放電ギャップのギャップ長より長い。ｎ−１次放電ギャップがｎ−２次放電ギャップよりも気体の流れの下流側に配置される。
【００２０】
パルス電圧印加機構は、ｎ−２次パルス電圧をｎ−１次パルス電圧の前に前記プラグに印加するように構成される。ｎ−２次パルス電圧は、ｎ−２次放電ギャップにｎ−２次放電を発生させる。ｎ−２次放電によりｎ−２次プラズマがｎ−２次放電ギャップに生成する。ｎ−２次プラズマは、気体の流れにのってｎ−１次放電ギャップまで伝播する。パルス電圧印加機構は、ｎ−２次プラズマがｎ−１次放電ギャップに存在するときにｎ−１次パルス電圧を前記プラグに印加するように構成される。
【００２１】
本発明の第７の局面は、本発明の第２から第６までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第７の局面においては、ｎ−１次放電ギャップ及びｎ次放電ギャップの両方又は片方が２個以上形成される。
【００２２】
本発明の第８の局面は、本発明の第２から第７までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第８の局面においては、ｎ次パルス電圧により投入される電力がｎ−１次パルス電圧により投入される電力より少なくなるようにパルス電圧印加機構が構成される。
【００２３】
本発明の第９の局面は、エンジンに向けられる。本発明の第９の局面においては、燃焼室、流れ発生機構、プラグ及びパルス電圧印加機構が設けられる。
【００２４】
プラグは、燃焼室に露出する電極構造を備える。ｎが２以上の自然数であるとして、電極構造には、ｎ−１次放電ギャップ及びｎ次放電ギャップが形成される。ｎ次放電ギャップのギャップ長は、ｎ−１次放電ギャップのギャップ長より長い。ｎ次放電ギャップがｎ−１次放電ギャップより気体の流れの下流側に配置される。
【００２５】
パルス電圧印加機構は、ｎ−１次パルス電圧の後にｎ次パルス電圧をプラグに印加するように構成される。ｎ−１次パルス電圧は、ｎ−１次放電ギャップにｎ−１次放電を発生させる。ｎ次パルス電圧は、ｎ次放電ギャップにｎ次放電を発生させる。ｎ−１次放電によりｎ−１次プラズマがｎ−１次放電ギャップに生成する。ｎ−１次プラズマは、気体の流れにのってｎ次放電ギャップまで伝播する。パルス電圧印加機構は、ｎ−１次プラズマがｎ次放電ギャップに存在するときにｎ次パルス電圧をプラグに印加するように構成される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ギャップ長が長い放電ギャップに放電が発生し、火炎が大きく広がる。難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる。
【００２７】
特に、本発明の第５の局面によれば、側方電極がプラズマの伝播を阻害せず、火炎がさらに大きく広がる。
【００２８】
特に、本発明の第６の局面によれば、火炎がさらに大きく広がる。
【００２９】
特に、本発明の第８の局面によれば、消費電力が減少する。
【００３０】
これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態のエンジンの模式図である。
【図２】第１実施形態のプラグの斜視図である。
【図３】第１実施形態のプラグの平面図である。
【図４】第１実施形態のプラグの側面図である。
【図５】第１実施形態の混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図６】第１実施形態の混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図７】第１実施形態の混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図８】第１実施形態の混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図９】第１実施形態のパルス電圧の波形を示す模式図である。
【図１０】第１実施形態の変形例のプラグの斜視図である。
【図１１】第２実施形態のプラグの斜視図である。
【図１２】第２実施形態のプラグの平面図である。
【図１３】第２実施形態のプラグの側面図である。
【図１４】第２実施形態の混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図１５】第２実施形態の混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図１６】第２実施形態のパルス電圧の波形を示す模式図である。
【図１７】第３実施形態のプラグの斜視図である。
【図１８】第３実施形態のプラグの平面図である。
【図１９】第３実施形態のプラグの側面図である。
【図２０】第３実施形態の中心電極の斜視図である。
【図２１】第４実施形態のプラグの斜視図である。
【図２２】第４実施形態のプラグの平面図である。
【図２３】第４実施形態のプラグの側面図である。
【図２４】第５実施形態のプラグの斜視図である。
【図２５】第５実施形態のプラグの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
｛第１実施形態｝
（概略）
第１実施形態は、混合気に点火する点火方法、混合気に点火する点火装置及びエンジンに関する。
【００３３】
（エンジンの構成物）
図１の模式図は、第１実施形態のエンジンを示す。
【００３４】
図１に示すように、エンジン１０００は、燃焼容器１０２０、吸気機構１０２２、排気機構１０２４及び点火装置１０２６を備える。点火装置１０２６は、プラグ１０４０及びパルス電圧印加機構１０４２を備える。燃焼容器１０２０は、本体１０６０及びピストン１０６２を備える。燃焼容器１０２０には、燃焼室１０８０が形成される。パルス電圧印加機構１０４２は、パルス発生回路１１００及びケーブル１１０２を備える。
【００３５】
（プラグの構成物）
図２から図４までの模式図は、それぞれ、第１実施形態のプラグの斜視図、平面図及び側面図である。
【００３６】
図２から図４までに示すように、プラグ１０４０は、電極構造１１４０、碍子１１４２及び主体金具１１４４を備える。電極構造１１４０は、中心電極１１６０、第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４を備える。中心電極１１６０の放電端１１８０と第１の側方電極１１６２の放電端１１８２との間には１次放電ギャップ１２００が形成される（図３及び図４参照）。中心電極１１６０の放電端１１８０と第２の側方電極１１６４の放電端１１８４との間には２次放電ギャップ１２０２が形成される（図３及び図４参照）。
【００３７】
（エンジンの運転）
エンジン１０００が運転される場合には、吸気機構１０２２により燃焼室１０８０へ混合気が吸気され、燃焼室１０８０が混合気で満たされる。燃焼室１０８０を満たした混合気は、上死点へ向かうピストン１０６２により圧縮される。点火装置１０２６が圧縮された混合気に点火し、混合気が燃焼し、爆発力が発生し、ピストン１０６２が下死点へ向かう。排気機構１０２４により燃焼室１０８０からの排気が行われる。エンジン１０００が直噴エンジンである場合は、吸気機構１０２２により空気が燃焼室１０８０へ吸気され、燃焼室１０８０に燃料油が噴射される。
【００３８】
（ギャップ長）
２次放電ギャップ１２０２のギャップ長が１次放電ギャップ１２００のギャップ長より長くなるように中心電極１１６０、第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４は配置される。
【００３９】
（放電ギャップの配置）
吸気機構１０２２により吸気が行われる場合は、タンブル、スワール、スキッシュ等の混合気の流れが燃焼室１０８０に発生する。プラグ１０４０は、２次放電ギャップ１２０２が１次放電ギャップ１２００より混合気の流れの下流側に配置されるように燃焼容器１０２０に取り付けられる。したがって、吸気機構１０２２により吸気が行われた場合は、１次放電ギャップ１２００から２次放電ギャップ１２０２へ流れる混合気の流れが発生する。
【００４０】
（流れ発生機構）
燃焼室１０８０に混合気の流れを発生させる流れ発生機構として吸気機構１０２２を利用することに代えて、吸気機構１０２２とは別に設けられた流れ発生機構により、又は、吸気機構１０２２とは別に設けられた機構と吸気機構１０２２との協働により流れ発生機構が構成され、混合気の流れが発生させられてもよい。
【００４１】
（混合気への点火の流れ）
図５から図８までの模式図は、混合気への点火の流れを示す。
【００４２】
図５に示すように、吸気機構１０２２により吸気が行われた場合は、１次放電ギャップ１２００から２次放電ギャップ１２０２へ流れる混合気の流れ１２１０が燃焼室１０８０に発生する。
【００４３】
図６に示すように、混合気の流れ１２１０が発生している状態において、１次放電ギャップ１２００に１次放電１２２０が発生する。１次放電１２２０により１次放電ギャップ１２００に１次プラズマ１２４０が生成する。１次プラズマ１２４０は、火炎になっていてもよいし、火炎になっていなくてもよい。火炎になっている部分と火炎になっていない部分とが１次プラズマ１２４０に共存してもよい。
【００４４】
図７に示すように、１次プラズマ１２４０は、混合気の流れ１２１０にのって２次放電ギャップ１２０２まで伝播する。火炎になっていない１次プラズマ１２４０を２次放電ギャップ１２０２まで伝播させる場合は、１次放電１２２０が発生する時に１次放電ギャップ１２００に混合気が存在しなくてもよく、空気等の混合気でない気体の流れにのって１次プラズマ１２４０が１次放電ギャップ１２００まで伝播してもよい。
【００４５】
図８に示すように、２次放電ギャップ１２０２に１次プラズマ１２４０が存在するときに、２次放電ギャップ１２０２に２次放電１２２２が発生する。火炎になっている部分と火炎になっていない部分とが１次プラズマ１２４０に共存する場合は、火炎になっている部分が２次放電ギャップ１２０２に存在するときに２次放電１２２２が発生してもよいし、火炎になっていない部分が２次放電ギャップ１２０２に存在するときに２次放電１２２２が発生してもよい。２次放電１２２２により２次放電ギャップ１２０２に２次プラズマ１２４２が生成する。２次プラズマ１２４２の生成と同時に又は２次プラズマ１２４２の生成の後に火炎が誘発され、混合気への点火が行われる。２次プラズマ１２４２の生成から遅れて火炎が誘発される場合は、２次放電１２２２が発生する時に２次放電ギャップ１２０２に混合気が存在しなくてもよい。最終的に火炎が誘発される時に火炎が誘発される位置に混合気が存在すればよい。
【００４６】
２次放電ギャップ１２０２にプラズマが存在する場合には、２次放電ギャップ１２０２のインピーダンスが低くなり、２次放電ギャップ１２０２に放電が発生しやすくなる。このため、２次放電ギャップ１２０２のギャップ長が長くなっても２次放電ギャップ１２０２に放電を発生させることができる。これにより、ギャップ長が長い放電ギャップに放電が発生し、火炎が大きく広がる。大きく広がる火炎により、希薄燃焼が行われる場合等の難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる。
【００４７】
（パルス電圧印加機構）
中心電極１１６０とパルス発生回路１１００の正極１１２０とは、ケーブル１１０２により電気的に接続される。主体金具１１４４及びパルス発生回路１１００の負極１１２２は、接地される。
【００４８】
パルス発生回路１１００が正極１１２０と負極１１２２との間にパルス電圧を発生させた場合は、プラグ１０４０の中心電極１１６０と主体金具１１４４との間にパルス電圧が印加され、中心電極１１６０と第１の側方電極１１６２との間にパルス電圧が印加され、中心電極１１６０と第２の側方電極１１６４との間にパルス電圧が印加される。
【００４９】
ケーブル１１０２が省略され、パルス発生回路１１００の正極１１２０が中心電極１１６０に直付けされてもよい。
【００５０】
パルス発生回路１１００の形式は、望ましくは、誘導エネルギー蓄積型である。ただし、パルス発生回路１１００の形式が誘導エネルギー蓄積型以外であってもよい。
【００５１】
（パルス電圧の波形）
図９の模式図は、第１実施形態のパルス電圧の波形を示す。
【００５２】
図９に示すように、パルス発生回路１１００は、１次パルス電圧１２６０の後に２次パルス電圧１２６２を正極１１２０と負極１１２２との間に発生するように構成される。１次パルス電圧１２６０は、１次放電ギャップ１２００に１次放電１２２０を発生させる。２次パルス電圧１２６２は、２次放電ギャップ１２０２に２次放電１２２２を発生させる。パルス発生回路１１００は、１次プラズマ１２４０が２次放電ギャップ１２０２に存在するときに２次パルス電圧１２６２を発生するように構成される。パルス発生回路１１００においては、図９に示す波形を持つパルス電圧を発生できるように、回路定数が選択される。又は、パルス発生回路１１００は、図９に示す波形を持つパルス電圧を発生できるように、コントローラーにより制御される。
【００５３】
１次パルス電圧１２６０は、図９に示すように１個の単パルスであってもよいが、２個以上の単パルスの繰り返しであってもよい。２次パルス電圧１２６２も、図９に示すように１個の単パルスであってもよいが、２個以上の単パルスの繰り返しであってもよい。２個以上の単パルスの繰り返しを構成する各々の単パルスの波形が異なってもよい。
【００５４】
望ましくは、２次パルス電圧１２６２により投入される電力が１次パルス電圧１２６０により投入される電力より少なくなるようにパルス発生回路１１００は構成される。これにより、消費電力が減少する。２次放電１２２２が発生しやすい状態になっているときに２次放電１２２２が発生させられるので、２次パルス電圧１２６２により投入される電力が１次パルス電圧１２６０により投入される電力より少なくも２次放電１２２２は問題なく発生する。
【００５５】
１次パルス電圧１２６０のピーク電圧は５〜４０ｋＶであり、半値幅は１００ｎｓ〜１０μｓである。２個以上の単パルスが繰り返される場合は、繰り返し周波数は５〜１００ｋｐｐｓである。
【００５６】
２次パルス電圧１２６２のピーク電圧は５０Ｖ〜３０ｋＶであり、半値幅は５〜１０μｓである。２個以上の単パルスが繰り返される場合は、繰り返し周波数は１０〜２００ｋｐｐｓである。
【００５７】
典型的には、１次パルス電圧１２６０及び２次パルス電圧１２６２は単極性の正パルスであり、中心電極１１６０がアノードになり、第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４がカソードになる。ただし、１次パルス電圧１２６０及び２次パルス電圧１２６２が単極性の負パルスであり、中心電極１１６０がカソードになり、第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４がアノードになることも許される。１次パルス電圧１２６０及び２次パルス電圧１２６２が双極性であってもよい。
【００５８】
（電極構造）
図２から図４までに示すように、電極構造１１４０は、プラグ１０４０の先端に配置される。プラグ１０４０が燃焼容器１０２０に取り付けられた場合は、電極構造１１４０は燃焼室１０８０に露出する。これにより、１次放電ギャップ１２００及び２次放電ギャップ１２０２が燃焼室１０８０に配置され、１次放電１２２０及び２次放電１２２２により混合気に点火できる。
【００５９】
（中心電極）
中心電極１１６０は、棒形状を有する。中心電極１１６０は、碍子１１４２により主体金具１１４４から電気的に絶縁され、碍子１１４２により主体金具１１４４の中心軸上に機械的に固定される。中心電極１１６０の先端側は、主体金具１１４４の開口から軸方向先端側に突出する。中心電極１１６０の先端の近傍は、放電の始点又は終点になる放電端１１８０となる。
【００６０】
（側方電極）
第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４は、折り曲げられた棒形状を有する。第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４は、主体金具１１４４に電気的に接続され、主体金具１１４４の開口の外縁に機械的に固定される。第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４は、軸方向先端側に延在し、途中で折り曲げられ、径方向中心側に延在する。第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４の長さ、形状等により１次放電ギャップ１２００及び２次放電ギャップ１２０２のギャップ長が調整される。第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４の先端の近傍は、それぞれ、放電の始点又は終点になる放電端１１８２及び放電端１１８４となる。
【００６１】
（側方電極の望ましい配置）
混合気の流れ１２１０の下流側から見て第１の側方電極１１６２は１次放電ギャップ１２００と重ならないように配置される。また、混合気の流れ１２１０の下流側から見て第２の側方電極１１６４は２次放電ギャップ１２０２と重ならないように配置される。これにより、第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４がプラズマの伝播を阻害せず、火炎が大きく広がる。
【００６２】
ただし、図１０の模式図（斜視図）に示すように、混合気の流れ１２１０ａの下流側から見て第１の側方電極１１６２ａが第１の放電ギャップと重なり、混合気の流れ１２１０ａの下流側から見て第２の側方電極１１６４ａが第２の放電ギャップと重なる場合であっても、火炎が大きく広がる効果は完全には失われない。
【００６３】
（電極構造の変形）
２次放電ギャップ１２０２のギャップ長が１次放電ギャップ１２００のギャップ長より長く、２次放電ギャップ１２０２が１次放電ギャップ１２００よりも混合気の流れ１２１０の下流側に配置される限り、中心電極１１６０、第１の側方電極１１６２及び第２の側方電極１１６４の構造、配置、数等が変更されてもよい。
【００６４】
（主体金具）
主体金具１１４４には、丸孔が形成される。丸孔の内部には、中心電極１１６０、碍子１１４２等が収容される。主体金具１１４４が、「主体金具」とは呼びがたい形状物に置き換えられてもよい。例えば、主体金具１１４４が、丸孔が形成された板、棒、直方体等の立体物に置き換えられてもよい。丸孔が他の形状を持つ孔に置き換えられてもよい。
【００６５】
（材質）
碍子１１４２は、セラミックス、樹脂等からなる。セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア等が採用される。樹脂としては、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等が採用される。
【００６６】
中心電極１１６０、第１の側方電極１１６２、第２の側方電極１１６４及び主体金具１１４４は、導電体からなる。導電体としては、白金等の金属が採用されてもよいし、ステンレス鋼、ニッケル合金等の合金が採用されてもよいし、導電性セラミックスが採用されてもよい。
【００６７】
（エンジン）
エンジン１０００は、望ましくはレシプロエンジンである。レシプロエンジンは、４サイクルエンジン及び２サイクルエンジンのいずれであってもよい。ただし、エンジン１０００がレシプロエンジン以外であってもよい。例えば、エンジン１０００がロータリーエンジンであってもよい。エンジン１０００がガスエンジンであってもよい。
【００６８】
エンジン１０００は、典型的には、自動車に組み込まれる。ただし、エンジン１０００が自動車以外の輸送機械に組み込まれてもよい。例えば、エンジン１０００が鉄道車両、産業車両、船舶、航空機、宇宙船等に組み込まれてもよい。エンジン１０００が輸送機械以外の機械に組み込まれてもよい。例えば、エンジン１０００が工具、農具、発動発電機等に組み込まれてもよい。
【００６９】
（混合気）
混合気は、空気と燃料油との混合物である。混合気が空気と可燃性気体との混合物であってもよい。例えば、混合気が空気と水素ガス、プロパンガス、ブタンガス等との混合物であってもよい。可燃性気体が混合物であってもよい。
【００７０】
空気が他の種類の示燃性気体に置き換えられてもよい。例えば、空気が酸素に置き換えられてもよい。燃料油が他の種類の可燃性液体に置き換えられてもよい。例えば、燃料油がメタノールに置き換えられてもよい。
【００７１】
混合気は、典型的には減圧されているが、加圧されていてもよい。混合気の圧力が大気圧であってもよい。
【００７２】
｛第２実施形態｝
（概略）
第２実施形態は、第１実施形態のプラグを置き換えるプラグに関する。第１実施形態においては放電ギャップのギャップ長が２段階で拡大されるが、第２実施形態においては放電ギャップのギャップ長が３段階で拡大される。他の実施形態の構成がそのまま又は変形されてから第２実施形態において採用されてもよい。
【００７３】
（プラグの構成物）
図１１から図１３までの模式図は、それぞれ、第２実施形態のプラグの斜視図、平面図及び側面図である。
【００７４】
図１１から図１３までに示すように、プラグ２０４０は、電極構造２１４０、碍子２１４２及び主体金具２１４４を備える。電極構造２１４０は、中心電極２１６０、第１の側方電極２１６２、第２の側方電極２１６４及び第３の側方電極２１６６を備える。中心電極２１６０の放電端２１８０と第１の側方電極２１６２の放電端２１８２との間には１次放電ギャップ２２００が形成される（図１２及び図１３参照）。中心電極２１６０の放電端２１８０と第２の側方電極２１６４の放電端２１８４との間には２次放電ギャップ２２０２が形成される。中心電極２１６０の放電端２１８０と第３の側方電極２１６６の放電端２１８６との間には３次放電ギャップ２２０４が形成される。
【００７５】
（ギャップ長）
２次放電ギャップ２２０２のギャップ長が１次放電ギャップ２２００のギャップ長より長くなり、３次放電ギャップ２２０４のギャップ長が２次放電ギャップ２２０２のギャップ長より長くなるように、中心電極２１６０、第１の側方電極２１６２、第２の側方電極２１６４及び第３の側方電極２１６６は配置される。
【００７６】
（放電ギャップの配置）
プラグ２０４０は、２次放電ギャップ２２０２が１次放電ギャップ２２００より混合気の流れ１２１０の下流側に配置され、３次放電ギャップ２２０４が２次放電ギャップ２２０２より混合気の流れ１２１０の下流側に配置されるように、燃焼容器１０２０に取り付けられる。したがって、吸気機構１０２２により吸気が行われた場合は、１次放電ギャップ２２００から２次放電ギャップ２２０２へ流れ、さらに２次放電ギャップ２２０２から３次放電ギャップ２２０４へ流れる混合気の流れ１２１０が発生する。
【００７７】
（混合気への点火の流れ）
第１実施形態の場合と同じく、混合気の流れ１２１０が発生している状態において、１次放電ギャップ２２００に１次放電が発生する。１次放電により１次放電ギャップ２２００に１次プラズマが生成する。１次プラズマは、火炎になっていてもよいし、火炎になっていなくてもよい。火炎になっている部分と火炎になっていない部分とが１次プラズマに共存してもよい。１次プラズマは、混合気の流れ１２１０にのって２次放電ギャップ２２０２まで伝播する。火炎になっていない１次プラズマを２次放電ギャップ２２０２まで伝播させる場合は、１次放電が発生する時に１次放電ギャップ２２００に混合気が存在しなくてもよく、空気等の混合気でない気体の流れにのって１次プラズマが１次放電ギャップ２２００まで伝播してもよい。２次放電ギャップ２２０２に１次プラズマが存在するときに、２次放電ギャップ２２０２に２次放電が発生する。火炎になっている部分と火炎になっていない部分とが１次プラズマに共存する場合は、火炎になっている部分が２次放電ギャップ２２０２に存在するときに２次放電が発生してもよいし、火炎になっていない部分が２次放電ギャップ２２０２に存在するときに２次放電が発生してもよい。２次放電により２次放電ギャップ２２０２に２次プラズマが生成する。２次プラズマは、火炎になっていてもよいし、火炎になっていなくてもよい。火炎になっている部分と火炎になっていない部分とが２次プラズマに共存してもよい。
【００７８】
さらに、図１４の模式図（平面図）に示すように、２次プラズマ２２４２は、混合気の流れ１２１０にのって３次放電ギャップ２２０４まで伝播する。
【００７９】
図１５に示すように、３次放電ギャップ２２０４に２次プラズマ２２４２が存在するときに、３次放電ギャップ２２０４に３次放電２２２４が発生する。３次放電２２２４により３次放電ギャップ２２０４に３次プラズマ２２４４が生成する。３次プラズマ２２４４の生成と同時に又は３次プラズマ２２４４の生成の後に火炎が誘発され、混合気への点火が行われる。３次プラズマ２２４４の生成から遅れて火炎が誘発される場合は、３次放電２２２４が発生する時に３次放電ギャップ２２０４に混合気が存在しなくてもよい。最終的に火炎が誘発される時に火炎が誘発される位置に混合気が存在すればよい。
【００８０】
これにより、ギャップ長が長い放電ギャップに放電が発生し、火炎が大きく広がる。放電ギャップが４段階以上で拡大されてもよい。
【００８１】
（パルス電圧の波形）
図１６の模式図は、第２実施形態のプラグにより混合気に点火する場合に印加されるパルス電圧の波形を示す。
【００８２】
図１６に示すように、１次パルス電圧２２６０の後に２次パルス電圧２２６２がプラグ２０４０に印加され、２次パルス電圧２２６２の後に３次パルス電圧２２６４がプラグ２０４０に印加される。１次パルス電圧２２６０は、１次放電ギャップ２２００に１次放電を発生させる。２次パルス電圧２２６２は、２次放電ギャップ２２０２に２次放電を発生させる。３次パルス電圧２２６４は、３次放電ギャップ２２０４に３次放電２２２４を発生させる。１次プラズマが２次放電ギャップ２２０２に存在するときに２次パルス電圧２２６２がプラグ２０４０に印加される。２次プラズマが３次放電ギャップ２２０４に存在するときに３次パルス電圧２２６４がプラグ２０４０に印加される。
【００８３】
（側方電極の望ましい配置）
混合気の流れ１２１０の下流側から見て第１の側方電極２１６２は１次放電ギャップ２２００と重ならないように配置される。また、混合気の流れ１２１０の下流側から見て第２の側方電極２１６４は２次放電ギャップ２２０２と重ならないように配置される。さらに、混合気の流れ１２１０の下流側から見て第３の側方電極２１６６は３次放電ギャップ２２０４と重ならないように配置される。これにより、第１の側方電極２１６２、第２の側方電極２１６４及び第３の側方電極２１６６がプラズマの伝播を阻害せず、火炎が大きく広がる。
【００８４】
｛第３実施形態｝
（概略）
第３実施形態は、第１実施形態のプラグを置き換えるプラグに関する。第１実施形態においては１個の放電端が中心電極に設けられるが、第３実施形態においては２個の放電端が中心電極に設けられる。他の実施形態の構成がそのまま又は変形されてから第３実施形態において採用されてもよい。
【００８５】
（プラグの構成物）
図１７から図１９までの模式図は、それぞれ、第３実施形態のプラグの斜視図、平面図及び側面図である。
【００８６】
図１７から図１９までに示すように、プラグ３０４０は、電極構造３１４０、碍子３１４２及び主体金具３１４４を備える。電極構造３１４０は、中心電極３１６０、第１の側方電極３１６２及び第２の側方電極３１６４を備える。中心電極３１６０の第１の放電端３１８０と第１の側方電極３１６２の放電端３１８２との間には１次放電ギャップ３２００が形成される（図１８及び図１９参照）。中心電極３１６０の第２の放電端３１８６と第２の側方電極３１６４の放電端３１８４との間には２次放電ギャップ３２０２が形成される（図１８及び図１９参照）。
【００８７】
（ギャップ長）
２次放電ギャップ３２０２のギャップ長が１次放電ギャップ３２００のギャップ長より長くなるように中心電極３１６０、第１の側方電極３１６２及び第２の側方電極３１６４は配置される。
【００８８】
（放電ギャップの配置）
プラグ３０４０は、２次放電ギャップ３２０２が１次放電ギャップ３２００より混合気の流れの下流側に配置されるように燃焼容器１０２０に取り付けられる。したがって、吸気機構１０２２により吸気が行われた場合は、１次放電ギャップ３２００から２次放電ギャップ３２０２へ流れる混合気の流れが発生する。
【００８９】
（混合気への点火の流れ）
第１実施形態の場合と同じく、混合気の流れ１２１０が発生している状態において、１次放電ギャップ３２００に１次放電が発生する。１次放電により１次放電ギャップ３２００に１次プラズマが生成する。１次プラズマは、混合気の流れ１２１０にのって２次放電ギャップ３２０２まで伝播する。２次放電ギャップ３２０２に１次プラズマが存在するときに、２次放電ギャップ３２０２に２次放電が発生する。２次放電により２次放電ギャップ３２０２に２次プラズマが生成する。２次プラズマの生成と同時に又は２次プラズマの生成の後に火炎が誘発され、混合気への点火が行われる。
【００９０】
これにより、ギャップ長が長い放電ギャップに放電が発生し、火炎が大きく広がる。
【００９１】
（中心電極）
図２０の模式図は、第３実施形態の中心電極の斜視図である。
【００９２】
図２０に示すように、第３実施形態の中心電極３１６０は、第１の半円柱体３２８０及び第２の半円柱体３２８２を接合した構造を有する。第１の半円柱体３２８０の平坦側面と第２の半円柱体３２８２の平坦側面とが接合される。第１の半円柱体３２８０の上面の近傍は第１の放電端３１８０となり、第２の半円柱体３２８２の上面の近傍は第２の放電端３１８６となる。第１の放電端３１８０は第２の放電端３１８６より軸方向先端側に突出する。中心電極３１６０には高さの異なる柱体の組み合わせにより軸方向に段差が形成され、２個以上の放電端が形成される。柱体は半円柱体に限られない。また、第１の半円柱体３２８０の湾曲側面３２００は第１の側方電極３１６２の側に向けられ、第２の半円柱体３２８２の湾曲側面３２０２は第２の側方電極３１６４の側に向けられる。これにより、２次放電ギャップ３２０２のギャップ長が１次放電ギャップ３２００のギャップ長より長くなる。
【００９３】
｛第４実施形態｝
（概略）
第４実施形態は、第１実施形態のプラグを置き換えるプラグに関する。第１実施形態においては１次放電ギャップ及び２次放電ギャップが１個ずつ形成されるが、第４実施形態においては１次放電ギャップが１個形成され、２次放電ギャップが２個形成される。他の実施形態の構成がそのまま又は変形されてから第４実施形態において採用されてもよい。
【００９４】
（プラグの構成物）
図２１から図２３までの模式図は、それぞれ、第４実施形態のプラグの斜視図、平面図及び側面図である。
【００９５】
図２１から図２３までに示すように、プラグ４０４０は、電極構造４１４０、碍子４１４２及び主体金具４１４４を備える。電極構造４１４０は、中心電極４１６０、第１の側方電極４１６２、第２の側方電極４１６４及び第３の側方電極４１６６を備える。中心電極４１６０の放電端４１８０と第１の側方電極４１６２の放電端４１８２との間には１次放電ギャップ４２００が形成される（図２２参照）。中心電極４１６０の放電端４１８０と第２の側方電極４１６４の放電端４１８４との間には第１の２次放電ギャップ４２０２が形成される（図２２参照）。中心電極４１６０の放電端４１８０と第３の側方電極４１６６の放電端４１８６との間には第２の２次放電ギャップ４２０４が形成される（図２２参照）。
【００９６】
（ギャップ長）
第１の２次放電ギャップ４２０２及び第２の２次放電ギャップ４２０４のギャップ長が１次放電ギャップ４２００のギャップ長より長くなるように、中心電極４１６０、第１の側方電極４１６２、第２の側方電極４１６４及び第３の側方電極４１６６は配置される。第１の２次放電ギャップ４２０２のギャップ長と第２の２次放電ギャップ４２０４のギャップ長とは同じである。
【００９７】
（放電ギャップの配置）
プラグ４０４０は、第１の２次放電ギャップ４２０２及び第２の２次放電ギャップ４２０４が１次放電ギャップ４２００より混合気の流れ１２１０の下流側に配置されるように、燃焼容器１０２０に取り付けられる。したがって、吸気機構１０２２により吸気が行われた場合は、１次放電ギャップ４２００から第１の２次放電ギャップ４２０２及び第２の２次放電ギャップ４２０４へ流れる混合気の流れ１２１０が発生する。
【００９８】
（混合気への点火の流れ）
第１実施形態の場合と同じく、混合気の流れ１２１０が発生している状態において、１次放電ギャップ４２００に１次放電が発生する。１次放電により１次放電ギャップ４２００に１次プラズマが生成する。１次プラズマは、混合気の流れ１２１０にのって第１の２次放電ギャップ４２０２及び第２の２次放電ギャップ４２０４まで伝播する。第１の２次放電ギャップ４２０２及び第２の２次放電ギャップ４２０４に１次プラズマが存在するときに、第１の２次放電ギャップ４２０２及び第２の２次放電ギャップ４２０４に２次放電が発生し、２次放電により第１の２次放電ギャップ４２０２及び第２の２次放電ギャップ４２０４に２次プラズマが生成する。２次プラズマの生成と同時に又は２次プラズマの生成の後に火炎が誘発され、混合気への点火が行われる。
【００９９】
これにより、ギャップ長が長い放電ギャップに放電が発生しやすくなり、火炎が大きく広がる。
【０１００】
１次放電ギャップの数は１個であり、２次放電ギャップの数は２個である。１次放電ギャップの数が２個以上であってもよい。２次放電ギャップの数が３個以上であってもよい。一般的に言って、１次放電ギャップ及び２次放電ギャップの両方又は片方が２個以上形成されてもよい。
【０１０１】
｛第５実施形態｝
第５実施形態は、第１実施形態のプラグを置き換えるプラグに関する。第１実施形態においては側方電極が接地電極であったが、第５実施形態においては側方電極が浮遊電極である。他の実施形態の構成がそのまま又は変形されてから第５実施形態において採用されてもよい。
【０１０２】
（プラグの構成物）
図２４及び図２５の模式図は、それぞれ、第５実施形態のプラグの斜視図及び平面図である。
【０１０３】
図２４及び図２５に示すように、プラグ５０４０は、電極構造５１４０、碍子５１４２及び主体金具５１４４を備える。電極構造５１４０は、中心電極５１６０、第１の側方電極５１６２及び第２の側方電極５１６４を備える。中心電極５１６０の放電端５１８０と第１の側方電極５１６２の放電端５１８２との間には１次放電ギャップ５２００が形成される（図２５参照）。中心電極５１６０の放電端５１８０と第２の側方電極５１６４の放電端５１８４との間には２次放電ギャップ５２０２が形成される（図２５参照）。
【０１０４】
（ギャップ長）
２次放電ギャップ５２０２のギャップ長が１次放電ギャップ５２００のギャップ長より長くなるように中心電極５１６０、第１の側方電極５１６２及び第２の側方電極５１６４は配置される。
【０１０５】
（放電ギャップの配置）
プラグ５０４０は、２次放電ギャップ５２０２が１次放電ギャップ５２００より混合気の流れ１２１０の下流側に配置されるように燃焼容器１０２０に取り付けられる。したがって、吸気機構１０２２により吸気が行われた場合は、１次放電ギャップ５２００から２次放電ギャップ５２０２へ流れる混合気の流れ１２１０が発生する。
【０１０６】
（浮遊電極）
第１の側方電極５１６２及び第２の側方電極５１６４は、主体金具５１４４及び中心電極５１６０から電気的に絶縁される。この場合は、パルス発生回路１１００が正極１１２０と負極１１２２との間にパルス電圧を発生させたときは、プラグ５０４０の中心電極５１６０と主体金具５１４４との間にパルス電圧が印加され、中心電極５１６０と第１の側方電極５１６２との間にパルス電圧が誘起され、中心電極５１６０と第２の側方電極５１６４との間にパルス電圧が誘起される。誘起されたパルス電圧が１次放電ギャップ５２００に１次放電を発生させ２次放電ギャップ５２０２に２次放電を発生させる。
【０１０７】
望ましくは、第１の側方電極５１６２と第２の側方電極５１６４とは電気的に絶縁される。これにより、第１の側方電極５１６２の電位と第２の側方電極５１６４の電位とが独立し、１次放電及び２次放電の発生を制御しやすくなる。ただし、第１の側方電極５１６２と第２の側方電極５１６４とが電気的に接続されてもよい。
【０１０８】
（混合気への点火の流れ）
第１実施形態の場合と同じく、混合気の流れ１２１０が発生している状態において、１次放電ギャップ５２００に１次放電が発生する。１次放電により１次放電ギャップ５２００に１次プラズマが生成する。１次プラズマは、混合気の流れ１２１０にのって２次放電ギャップ５２０２まで伝播する。２次放電ギャップ５２０２に１次プラズマが存在するときに、２次放電ギャップ５２０２に２次放電が発生する。２次放電により２次放電ギャップ５２０２に２次プラズマが生成する。２次プラズマの生成と同時に又は２次プラズマの生成の後に火炎が誘発され、混合気への点火が行われる。
【０１０９】
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。しがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。
【符号の説明】
【０１１０】
１０００  エンジン
１０２０  燃焼容器
１０２２  吸気機構
１０２６  パルス電圧印加機構
１０８０  燃焼室
１１４０，２１４０，３１４０，４１４０，５１４０  電極構造
１２００，２２００，３２００，４２００，５２００  １次放電ギャップ
１２０２，２２０２，３２０２，４２０２，４２０４，５２０２  ２次放電ギャップ
２２０４  ３次放電ギャップ
【図１】
2013161523.tif 000003
【図２】
2013161523.tif 000004
【図３】
2013161523.tif 000005
【図４】
2013161523.tif 000006
【図５】
2013161523.tif 000007
【図６】
2013161523.tif 000008
【図７】
2013161523.tif 000009
【図８】
2013161523.tif 000010
【図９】
2013161523.tif 000011
【図１０】
2013161523.tif 000012
【図１１】
2013161523.tif 000013
【図１２】
2013161523.tif 000014
【図１３】
2013161523.tif 000015
【図１４】
2013161523.tif 000016
【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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【図２５】
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