(57)【要約】【課題】汚損抑制を図るための構成変更を点火プラグに施すことなく、点火プラグの耐汚損性を効果的に向上させる。【解決手段】点火システム３１は、点火プラグ１と、点火プラグ１に電圧を印加する放電用電源４１と、点火プラグ１に交流電力を供給する交流電源５１とを備える。点火プラグ１は、絶縁碍子２と、中心電極５と、主体金具３と、中心電極５の先端部との間で間隙２８を形成する接地電極２７とを備え、内燃機関ＥＮに取付けられる。点火システム３１は、放電用電源４１及び交流電源５１を制御する制御部７１を備え、制御部７１は、放電用電源４１及び交流電源５１の動作モードを、放電用電源４１から点火プラグ１に対する電圧の印加により生じた火花に交流電源５１から交流電力を供給し、間隙２８で交流プラズマを発生させる間隙プラズマ発生モードに設定可能とされる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記主体金具に固定され前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極とを備え、内燃機関に取付けられる点火プラグと、
前記点火プラグに電圧を印加する放電用電源と、
前記点火プラグに交流電力を供給する交流電源と、
を具備する点火システムであって、
前記放電用電源及び前記交流電源を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記放電用電源及び前記交流電源の動作モードを、前記放電用電源から前記点火プラグに対する電圧の印加により生じた火花に前記交流電源から交流電力を供給し、前記間隙で交流プラズマを発生させる間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする点火システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記内燃機関の始動から所定の期間が経過するまでの間、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項１に記載の点火システム。
【請求項３】
前記内燃機関の失火を検知する失火検知部を備え、
前記制御部は、前記失火検知部により前記失火が検知された際に、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項５】
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面との間に形成された空間とを備え、内燃機関に取付けられる点火プラグと、
前記点火プラグに交流電力を供給する交流電源と、
を具備する点火システムであって、
前記交流電源を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記交流電源の動作モードを、前記交流電源から前記点火プラグに交流電力を供給し、前記空間で交流プラズマを発生させる空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする点火システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記内燃機関の始動から所定の期間が経過するまでの間、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であ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】
前記内燃機関の失火を検知する失火検知部を備え、
前記制御部は、前記失火検知部により前記失火が検知された際に、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項５又は６に記載の点火システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程において、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項１０】
前記絶縁体の外周には、前記主体金具に対して直接又は間接的に係止される段部と、当該段部の後端側に形成され径方向外側に膨出する大径部とが設けられ、
前記絶縁体の内周には、前記中心電極が係止される被係止部が設けられ、
少なくとも前記絶縁体の外周面のうち前記大径部の後端から前記段部の後端までの間に位置する面と、前記絶縁体の内周面のうちその後端から前記被係止部の後端までの間に位置する面とが、金属層で覆われることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項１１】
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記主体金具に固定され前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極と、前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面との間に形成された空間とを備え、内燃機関に取付けられる点火プラグと、
前記点火プラグに電圧を印加する放電用電源と、
前記点火プラグに交流電力を供給する交流電源と、
を具備する点火システムであって、
前記放電用電源及び前記交流電源を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記放電用電源及び前記交流電源の動作モードを、前記放電用電源から前記点火プラグに対する電圧の印加により生じた火花に前記交流電源から交流電力を供給し、前記間隙で交流プラズマを発生させる間隙プラズマ発生モード、又は、前記交流電源から前記点火プラグに交流電力を供給し、前記空間で交流プラズマを発生させる空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする点火システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記内燃機関の始動から所定の期間が経過するまでの間、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モード又は前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項１１に記載の点火システム。
【請求項１３】
前記内燃機関の失火を検知する失火検知部を備え、
前記制御部は、前記失火検知部により前記失火が検知された際に、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モード又は前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の点火システム。
【請求項１４】
前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モード又は前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項１５】
前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程において、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする請求項１１乃至１４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、内燃機関等に使用される点火システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等の燃焼装置に使用される点火プラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる絶縁体と、絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、主体金具の先端部に固定された接地電極とを備えている。そして、中心電極と接地電極との間に形成された間隙に高電圧を印加することにより、前記間隙で火花放電を生じさせ、その結果、燃料ガス（混合気）に対する着火がなされるようになっている。
【０００３】
ところで、燃焼室内においては燃料ガスの不完全燃焼等によりカーボンが発生し、発生したカーボンが絶縁体のうち燃焼室に晒される部位の表面に堆積してしまう（すなわち、点火プラグが汚損されてしまう）おそれがある。絶縁体が汚損されてしまうと、絶縁体の表面（カーボン）を伝わって電流が流れやすくなるため、前記間隙とは異なる箇所で火花放電が生じ、燃焼効率や出力の低下等、燃焼状態の悪化を招いてしまうおそれがある。また、汚損が一層進行してしまうと、絶縁体の表面（カーボン）を伝わって中心電極及び主体金具間において電流がリークしてしまい、火花放電自体が行えなくなってしまうおそれがある。そのため、良好な燃焼状態を実現するという観点から、汚損に対する耐性（耐汚損性）を向上させることが重要である。
【０００４】
耐汚損性を向上させる手法としては、絶縁体のうち燃焼室内に晒される部位（脚長部）の長尺化により脚長部の表面積を増大させ、脚長部に多少のカーボンが付着した場合であっても、中心電極及び主体金具間の絶縁性を確保可能とする手法が考えられる。また、脚長部と主体金具との間に絶縁油を設けることで、中心電極及び主体金具間の絶縁性を維持する手法も提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１３５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、脚長部の長尺化を図る手法では、脚長部が過熱されやすくなってしまい、プレイグニッション（早期着火）等の不具合を招いてしまうおそれがある。また、上記特許文献１に記載の手法では、内燃機関の動作に伴い、絶縁油が液ダレしてしまうため、当該絶縁油により中心電極及び接地電極間を結ぶブリッジが形成されてしまい、火花放電に支障が生じてしまうおそれがある。すなわち、点火プラグの構成を変更することで汚損の抑制を図る場合には、汚損の抑制が可能となっても、その他の面でデメリットが生じてしまうおそれがある。
【０００７】
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、汚損抑制を図るための構成変更を点火プラグに施すことなく、点火プラグの耐汚損性を効果的に向上させることができる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】
【０００８】
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。
【０００９】
構成１．本構成の点火システムは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記主体金具に固定され前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極とを備え、内燃機関に取付けられる点火プラグと、
前記点火プラグに電圧を印加する放電用電源と、
前記点火プラグに交流電力を供給する交流電源と、
を具備する点火システムであって、
前記放電用電源及び前記交流電源を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記放電用電源及び前記交流電源の動作モードを、前記放電用電源から前記点火プラグに対する電圧の印加により生じた火花に前記交流電源から交流電力を供給し、前記間隙で交流プラズマを発生させる間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００１０】
尚、「正規の着火タイミング」とあるのは、内燃機関を動作させるために燃料ガスへと着火するタイミングをいう（以下、同様）。
【００１１】
上記構成１によれば、制御部により、放電用電源及び交流電源の動作モードを間隙プラズマ発生モードとすることで、間隙にて交流プラズマを発生させることができる。そして、発生させた高温の交流プラズマにより、絶縁体のうち間隙の近傍に位置する面（絶縁体の先端面）に付着したカーボンを効果的に焼失させることができる。従って、優れた耐汚損性を実現することができる。
【００１２】
また、汚損抑制を図るための構成変更を点火プラグに施す必要はなく、従前の点火プラグをそのまま用いることができる。そのため、点火プラグの構成変更に伴う不具合の発生を防止することができる。
【００１３】
構成２．本構成の点火システムは、上記構成１において、前記制御部は、前記内燃機関の始動から所定の期間が経過するまでの間、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００１４】
内燃機関の始動時から所定期間の間は、燃焼室内の温度が低いため、燃料ガスが十分に霧化されないことがある。そのため、カーボンが発生してしまいやすく、点火プラグの汚損が特に生じてしまいやすい。
【００１５】
この点、上記構成２によれば、内燃機関の始動時から所定の期間が経過するまでの間において、放電用電源及び交流電源の動作モードを間隙プラズマ発生モードとすることができる。従って、点火プラグの汚損が特に生じやすい期間であっても、その汚損をより確実に防止することができる。
【００１６】
構成３．本構成の点火システムは、上記構成１又は２において、前記内燃機関の失火を検知する失火検知部を備え、
前記制御部は、前記失火検知部により前記失火が検知された際に、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００１７】
尚、「内燃機関の失火」とあるのは、点火プラグの汚損に起因するものをいい、汚損に伴う火花放電ミスや燃料ガスへの着火ミスを含む（以下、同様）。
【００１８】
上記構成３によれば、失火検知部により内燃機関の失火が検知された際に、動作モードを間隙プラズマ発生モードとすることができる。従って、汚損に起因する失火状態から内燃機関を回復させることができる。
【００１９】
構成４．本構成の点火システムは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００２０】
上記構成４によれば、内燃機関の吸気行程や排気行程、燃焼行程において、間隙にて交流プラズマを発生させることができる。従って、カーボンを焼失させるための交流プラズマの発生に伴い、内燃機関の動作に支障が生じてしまうことをより確実に防止できる。
【００２１】
構成５．本構成の点火システムは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面との間に形成された空間とを備え、内燃機関に取付けられる点火プラグと、
前記点火プラグに交流電力を供給する交流電源と、
を具備する点火システムであって、
前記交流電源を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記交流電源の動作モードを、前記交流電源から前記点火プラグに交流電力を供給し、前記空間で交流プラズマを発生させる空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００２２】
上記構成５によれば、制御部により、交流電源の動作モードを空間プラズマ発生モードとすることで、絶縁体の先端側外周面と主体金具の内周面との間に形成された空間にて、交流プラズマを発生させることができる。より詳しくは、点火プラグに交流電力を投入することで、外周が絶縁体（誘電体）で覆われた中心電極と、当該中心電極の外周面に対向する主体金具との間に位置する前記空間で、誘電体バリア放電（すなわち、交流プラズマ）を生じさせることができる。従って、絶縁体のうち前記空間を形成する面に付着したカーボンを効果的に焼失させることができ、優れた耐汚損性を実現することができる。
【００２３】
また、汚損抑制を図るための構成変更を点火プラグに施す必要はないため、点火プラグの構成変更に伴う不具合の発生を防止することができる。
【００２４】
構成６．本構成の点火システムは、上記構成５において、前記制御部は、前記内燃機関の始動から所定の期間が経過するまでの間、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００２５】
上記構成６によれば、基本的には上記構成２と同様の作用効果が奏されることとなる。
【００２６】
構成７．本構成の点火システムは、上記構成５又は６において、前記内燃機関の失火を検知する失火検知部を備え、
前記制御部は、前記失火検知部により前記失火が検知された際に、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００２７】
上記構成７によれば、基本的には上記構成３と同様の作用効果が奏されることとなる。
【００２８】
構成８．本構成の点火システムは、上記構成５乃至７のいずれかにおいて、前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００２９】
上記構成８によれば、基本的には上記構成４と同様の作用効果が奏されることとなる。
【００３０】
構成９．本構成の点火システムは、上記構成５乃至８のいずれかにおいて、前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程において、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００３１】
燃焼室内の圧力が低いほど、前記空間において交流プラズマをより確実に（供給電力をさほど大きくしなくても）発生させることができる。従って、上記構成９のように、１燃焼サイクル中で燃焼室内の圧力が最も低くなる吸気行程において、動作モードを交流プラズマ発生モードとすることで、交流プラズマを容易に発生させることができる。
【００３２】
構成１０．本構成の点火システムは、上記構成５乃至９のいずれかにおいて、前記絶縁体の外周には、前記主体金具に対して直接又は間接的に係止される段部と、当該段部の後端側に形成され径方向外側に膨出する大径部とが設けられ、
前記絶縁体の内周には、前記中心電極が係止される被係止部が設けられ、
少なくとも前記絶縁体の外周面のうち前記大径部の後端から前記段部の後端までの間に位置する面と、前記絶縁体の内周面のうちその後端から前記被係止部の後端までの間に位置する面とが、金属層で覆われることを特徴とする。
【００３３】
主体金具に対する絶縁体の挿通容易性、及び、絶縁体に対する中心電極等の挿通容易性を高めるという観点から、絶縁体とその外周に配置された主体金具及びその内周に配置された中心電極等との間には、隙間（空気層）が存在することがある。このような空気層が存在している場合には、点火プラグに交流電力を供給した際に、前記空気層において交流プラズマが発生してしまい、前記空間における交流プラズマの発生に支障が生じてしまうおそれがある。
【００３４】
この点、上記構成１０によれば、絶縁体のうち前記空気層に対応する部位が金属層で覆われるように構成されている。従って、空気層における交流プラズマの発生をより確実に防止することができ、前記空間において交流プラズマをより確実に発生させることができる。その結果、上述した耐汚損性の向上効果をより確実に発揮させることができる。
【００３５】
構成１１．本構成の点火システムは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記主体金具に固定され前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極と、前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面との間に形成された空間とを備え、内燃機関に取付けられる点火プラグと、
前記点火プラグに電圧を印加する放電用電源と、
前記点火プラグに交流電力を供給する交流電源と、
を具備する点火システムであって、
前記放電用電源及び前記交流電源を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記放電用電源及び前記交流電源の動作モードを、前記放電用電源から前記点火プラグに対する電圧の印加により生じた火花に前記交流電源から交流電力を供給し、前記間隙で交流プラズマを発生させる間隙プラズマ発生モード、又は、前記交流電源から前記点火プラグに交流電力を供給し、前記空間で交流プラズマを発生させる空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００３６】
上記構成１１によれば、動作モードとして間隙プラズマ発生モード及び空間プラズマ発生モードの双方が選択可能となっており、制御部は、いずれか一方のモードを動作モードとすることが可能とされている。従って、絶縁体のうち間隙の近傍に位置する面（絶縁体の先端面）に付着したカーボン、及び、絶縁体のうち前記空間を形成する面に付着したカーボンの双方を効果的に焼失させることができる。その結果、耐汚損性を飛躍的に向上させることができる。
【００３７】
また、汚損抑制を図るための構成変更を点火プラグに施す必要はないため、点火プラグの構成変更に伴う不具合の発生を防止することができる。
【００３８】
構成１２．本構成の点火システムは、上記構成１１において、前記制御部は、前記内燃機関の始動から所定の期間が経過するまでの間、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モード又は前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００３９】
上記構成１２によれば、点火プラグの汚損が特に生じやすい期間であっても、その汚損を極めて効果的に防止することができる。
【００４０】
構成１３．本構成の点火システムは、上記構成１１又は１２において、前記内燃機関の失火を検知する失火検知部を備え、
前記制御部は、前記失火検知部により前記失火が検知された際に、前記点火プラグによる正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モード又は前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００４１】
上記構成１３によれば、汚損に起因する失火状態から内燃機関をより確実に回復させることができる。
【００４２】
構成１４．本構成の点火システムは、上記構成１１乃至１３のいずれかにおいて、前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを前記間隙プラズマ発生モード又は前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００４３】
上記構成１４によれば、基本的には上記構成４と同様の作用効果が奏される。
【００４４】
構成１５．本構成の点火システムは、上記構成１１乃至１４のいずれかにおいて、前記制御部は、前記内燃機関の吸気行程において、前記動作モードを前記空間プラズマ発生モードに設定可能であることを特徴とする。
【００４５】
上記構成１５によれば、基本的には上記構成９と同様の作用効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【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】点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図３】動作モードを間隙プラズマ発生モードとするタイミング等を示す説明図である。
【図４】第２実施形態における点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図５】第２実施形態において、動作モードを空間プラズマ発生モードとするタイミング等を示す説明図である。
【図６】第３実施形態において、動作モードを間隙プラズマ発生モード又は空間プラズマ発生モードとするタイミング等を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下に、実施形態について図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、点火システム３１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、点火システム３１は、内燃機関ＥＮに取付けられた点火プラグ１と、放電用電源４１と、交流電源５１と、混合回路６１と、制御部７１と、失火検知部８１とを備えている。尚、図１では、点火プラグ１を１つのみ示しているが、実際の内燃機関ＥＮには複数の気筒が設けられ、各気筒に対応して点火プラグ１が設けられる。そして、放電用電源４１や交流電源５１からの電力が、図示しないディストリビュータを介して各点火プラグ１に供給されるようになっている。
【００４８】
まず、点火プラグ１の構成を説明する。
【００４９】
点火プラグ１は、図２に示すように、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子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。尚、図２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。
【００５０】
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側に膨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、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されており、後端側胴部１０は、主体金具３の後端から露出している。また、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。
【００５１】
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が挿設されている。中心電極５は、全体として棒状をなしており、その先端が、絶縁碍子２の先端から軸線ＣＬ１方向先端側へと突出している。また、中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金により構成されている。さらに、中心電極５の後端部には、径方向外側に突出する鍔状部５Ｆが設けられており、当該鍔状部５Ｆが絶縁碍子２の内周に設けられたテーパ状の被係止部４Ａに係止された状態で、中心電極５が軸孔４に挿設されている。尚、中心電極５の内部に、熱伝導性に優れる銅や銅合金からなる内層を設けることとしてもよい。この場合には、中心電極５の熱引きが向上し、耐久性の向上を図ることができる。
【００５２】
さらに、軸孔４の後端側には、棒状をなし、炭素鋼等の金属により形成された端子電極６が挿設されている。また、端子電極６の後端部には、径方向外側に膨出形成された接続部６Ａが設けられており、当該接続部６Ａは、絶縁碍子２の後端から突出し、混合回路６１の出力（後述する伝送路３２Ｃ）と電気的に接続されている。
【００５３】
さらに、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部７が配設されている。当該ガラスシール部７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。
【００５４】
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を内燃機関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鍔状の座部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を内燃機関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。
【００５５】
また、主体金具３の内周面には、径方向内側に向けて突出形成された環状の突起部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してその後端側から先端側に向けて挿入され、自身の段部１４が前記突起部２１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主体金具３に固定されている。尚、段部１４及び突起部２１間には、円環状の板パッキン２２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、燃焼室内に晒される絶縁碍子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（混合気）が外部に漏れないようになっている。
【００５６】
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２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５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２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。
【００５７】
また、主体金具３の先端部２６には、Ｎｉを主成分とする合金により形成され、略中間部分にて曲げ返された接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、その先端側側面が中心電極５の先端部と対向しており、中心電極５の先端部と接地電極２７との間には、間隙２８が形成されている。
【００５８】
次いで、図１を参照して、放電用電源４１等の構成について説明する。
【００５９】
放電用電源４１は、点火プラグ１に対して高電圧を印加し、間隙２８にて火花放電を生じさせるものである。本実施形態において、放電用電源４１は、一次コイル４２、二次コイル４３、コア４４、及び、イグナイタ４５を備えている。
【００６０】
一次コイル４２は、前記コア４４を中心に巻回されており、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、その他端がイグナイタ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おり、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、その他端が混合回路６１を介して点火プラグ１の端子電極６に接続されている。
【００６１】
加えて、イグナイタ４５は、所定のトランジスタにより形成されており、前記制御部７１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、制御部７１からの通電信号をオンからオフに切り替えることにより、バッテリＶＡから一次コイル４２に対する通電を停止する。通電の停止により、前記コア４４の磁界が変化し、二次コイル４３に負極性の高電圧（例えば、５ｋＶ〜３０ｋＶ）が発生する。この高電圧が点火プラグ１に印加されることで、間隙２８において火花放電を発生させることができる。
【００６２】
交流電源５１は、点火プラグ１に対して比較的高周波数（例えば、５０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ）の交流電力を供給するものである。また、交流電源５１と混合回路６１との間にはインピーダンスマッチング回路（整合器）３３が設けられている。当該インピーダンスマッチング回路３３により、交流電源５１側の出力インピーダンスと、混合回路６１や点火プラグ１（負荷）側の入力インピーダンスとが一致するように構成されており、点火プラグ１側へと供給される交流電力の減衰防止が図られている。尚、交流電源５１から点火プラグ１までの交流電力の伝送路は、内部導体と当該内部導体の外周に配置された外部導体とを有する同軸ケーブルによって構成されており、その結果、電力の反射防止が図られている。
【００６３】
混合回路６１は、放電用電源４１から出力される高電圧の伝送路３２Ａと、交流電源５１から出力される交流電力の伝送路３２Ｂとを、点火プラグ１に接続される１つの伝送路３２Ｃにまとめるものであり、コイル６２とコンデンサ６３とを備えている。コイル６２においては、放電用電源４１から出力される比較的低周波数の電流が通過可能とされる一方で、交流電源５１から出力される比較的高周波数の電流が通過不能とされており、交流電源５１から出力される電流の放電用電源４１側への流入が抑制されている。一方で、コンデンサ６３においては、交流電源５１から出力される比較的高周波数の電流が通過可能とされる一方で、放電用電源４１から出力される比較的低周波数の電流が通過不能とされており、放電用電源４１から出力される電流の交流電源５１側への流入が抑制されている。尚、前記二次コイル４３をコイル６２の代わりとして用い、コイル６２を省略することとしてもよい。
【００６４】
本実施形態では、放電用電源４１からの電圧により間隙２８において生じた火花に、交流電源５１からの交流電力が供給されることで、間隙２８にて交流プラズマを発生させることができるように構成されている。そして、制御部７１〔本実施形態では、所定の電子制御装置（ＥＣＵ）９１により構成されている〕により、放電用電源４１から点火プラグ１に対する電圧の印加タイミングや、交流電源５１から点火プラグ１に対する交流電力の供給タイミング（すなわち、交流プラズマの発生タイミング）が制御されるようになっている。
【００６５】
失火検知部８１は、前記ＥＣＵ９１により構成されており、間隙２８における交流プラズマの発生後（燃料ガスが燃焼しているものと考えられる時）に、間隙２８に対して所定の電圧（例えば、１００Ｖ〜３００Ｖ）を印加し、間隙２８に流れる電流を検出する。ここで、燃焼が正常に生じている場合には、燃焼に伴いイオンが発生するため、前記所定の電圧を間隙２８に印加することで、間隙２８にイオン電流が流れる。この点を利用して、失火検知部８１は、検出された電流（イオン電流）に基づいて、内燃機関ＥＮの失火を検知する。具体的には、検出された電流のピーク値や積分値を予め設定された判定基準値と比較することで、内燃機関ＥＮの失火を検知する。尚、カーボン等の付着に伴う絶縁碍子２の汚損により燃焼が正常に生じなかった場合（例えば、汚損により火花放電が発生しなかったり、燃料ガスへの着火がなされなかったりした場合）には、内燃機関ＥＮの失火が検知されることとなる。
【００６６】
次いで、制御部７１による放電用電源４１及び交流電源５１の制御について説明する。
【００６７】
制御部７１は、図３に示すように、圧縮行程中又は圧縮行程直後の正規の着火タイミング（内燃機関ＥＮを動作させるための着火タイミング）において、放電用電源４１及び交流電源５１を制御することで、間隙２８において交流プラズマを発生させ、燃料ガスへと着火する。尚、制御部７１は、放電用電源４１から間隙２８に電圧のみを印加することで、火花放電を生じさせ、当該火花放電により燃料ガスへの着火が行われるように、放電用電源４１等を制御することも可能である。
【００６８】
さらに、制御部７１は、前記正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、放電用電源４１及び交流電源５１を制御することで、間隙２８にて交流プラズマを発生させる。すなわち、放電用電源４１及び交流電源５１の動作モードを、間隙２８にて交流プラズマを発生させる間隙プラズマ発生モードとする。本実施形態では、吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、内燃機関ＥＮの所定サイクルごとに、両電源４１，５１の動作モードが間隙プラズマ発生モードとされる。尚、本実施形態において、交流プラズマは、仮想円ＶＣ１で囲まれた領域内（図２参照）及びその近傍にて発生し、交流プラズマが少なくとも絶縁碍子２の先端面に到達するように、点火プラグ１に対する交流電源５１の出力電力や点火プラグ１に対する交流電力の供給時間等が設定される。
【００６９】
また、制御部７１は、内燃機関ＥＮの始動から所定の期間（例えば、３分間）が経過するまでの間、吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを間隙プラズマ発生モードとするように構成されている。
【００７０】
さらに、失火検知部８１により内燃機関ＥＮの失火が検知されたとき、制御部７１は、排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを間隙プラズマ発生モードとする。
【００７１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、制御部７２により、前記動作モードを間隙プラズマ発生モードとすることで、間隙２８にて交流プラズマを発生させることができ、発生させた高温の交流プラズマにより、絶縁碍子２のうち間隙２８の近傍に位置する面（絶縁碍子２の先端面）に付着したカーボンを効果的に焼失させることができる。従って、優れた耐汚損性を実現することができる。
【００７２】
また、汚損抑制を図るための構成変更を点火プラグに施す必要はなく、従前の点火プラグ１をそのまま用いることができる。そのため、点火プラグの構成変更に伴う不具合の発生を防止することができる。
【００７３】
さらに、内燃機関ＥＮの始動時から所定の期間が経過するまでの間において、前記動作モードが間隙プラズマ発生モードとされる。従って、点火プラグ１の汚損が特に生じやすい期間であっても、その汚損をより確実に防止することができる。
【００７４】
加えて、失火検知部８１により内燃機関ＥＮの失火が検知された際に、前記動作モードが間隙プラズマ発生モードとされる。従って、汚損に起因する失火状態から内燃機関ＥＮを回復させることができる。
【００７５】
併せて、本実施形態では、内燃機関の吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、動作モードが間隙プラズマ発生モードとされる。従って、カーボンを焼失させるための交流プラズマの発生に伴い、内燃機関ＥＮの動作に支障が生じてしまうことをより確実に防止できる。
〔第２実施形態〕
次いで、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。本第２実施形態においては、図４に示すように、絶縁碍子２の所定部位が所定の金属材料からなる金属層２９（尚、図４では、金属層２９を実際よりも厚く示している）で覆われている。具体的には、絶縁碍子２の外周面のうち前記加締め部２０の内側に位置する部位よりもやや後端側から段部１４の後端までの間に位置する面と、絶縁碍子２の内周面とが金属層２９で覆われている。すなわち、主体金具３に対する絶縁碍子２の挿通容易性、及び、絶縁碍子２に対する中心電極５や端子電極６の挿通容易性を高めるという観点から、絶縁碍子２の外周面と主体金具３の内周面との間、及び、絶縁碍子２の内周面と中心電極５等の外周面との間には、若干の隙間が形成され、絶縁碍子２と主体金具３や中心電極５等との間には、空気層が存在し得る。本実施形態では、絶縁碍子２のうち、前記空気層に対応する部位が金属層２９で覆われるように構成されている。尚、絶縁碍子２のうち大径部１１の後端よりも後端側に位置し主体金具３に挿通されている部位の外周面と、主体金具３の内周面との間には、タルク２５が充填されているため、空気層が存在しないことがあり得る。そのため、絶縁碍子２のうちタルク２５に接触する部位の外周面に、金属層２９を設けないこととしてもよい。
【００７６】
また、本第２実施形態において、制御部７１は、図５に示すように、正規の着火タイミング以外のタイミングにおいて、交流電源５１を制御することで、脚長部１３の外周面と主体金具３の内周面との間に形成され、燃焼室内に露出する環状の空間３０（図４参照）にて環状の交流プラズマを発生させる。すなわち、交流電源５１の動作モードを、空間３０にて交流プラズマを発生させる空間プラズマ発生モードとする。具体的には、交流電源５１から交流電力のみを点火プラグ１に投入することで、外周が絶縁碍子２で覆われた中心電極５と、中心電極５の外周面に対向する主体金具３との間の空間３０で、誘電体バリア放電（交流プラズマ）を生じさせる。すなわち、本第２実施形態において、交流プラズマは、仮想楕円ＶＣ２で囲まれた領域内（図４参照）及びその近傍にて発生する。
【００７７】
さらに、制御部７１は、内燃機関ＥＮの始動から所定の期間（例えば、３分間）が経過するまでの間、交流電源５１の動作モードを空間プラズマ発生モードとする。
【００７８】
加えて、失火検知部８１により内燃機関ＥＮの失火が検知されたとき、制御部７１は、排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを空間プラズマ発生モードとする。
【００７９】
尚、燃焼室内の圧力が小さいほど、交流プラズマをより確実に発生可能となる点を考慮して、吸気行程又は排気行程又は燃焼行程において、前記動作モードを空間プラズマ発生モードとすることが好ましく、吸気行程において、前記動作モードを空間プラズマ発生モードとすることがより好ましい。
【００８０】
以上詳述したように、本第２実施形態によれば、前記空間３０にて、交流プラズマを発生させることで、絶縁碍子２のうち前記空間３０を形成する面に付着したカーボンを効果的に焼失させることができる。その結果、優れた耐汚損性を実現することができる。
【００８１】
また、絶縁碍子２のうち前記空気層に対応する部位が金属層２９で覆われているため、空気層における交流プラズマの発生をより確実に防止することができる。その結果、前記空間３０において交流プラズマをより確実に発生させることができ、上述した耐汚損性の向上効果をより確実に発揮させることができる。
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態について、上記第１、第２実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１、第２実施形態においては、動作モードが間隙プラズマ発生モード及び空間プラズマ発生モードのいずれか一方のみとされている。これに対して、本第３実施形態において、動作モードとして間隙プラズマ発生モード及び空間プラズマ発生モードの双方が選択可能となっており、制御部７１は、いずれか一方のモードを動作モードとすることができるようになっている〔例えば、図６に示すように、制御部７１は、内燃機関ＥＮの所定サイクル（例えば、１サイクル）ごとに、動作モードを、間隙プラズマ発生モード、空間プラズマ発生モード、間隙プラズマ発生モード・・・と交互に切替えることが可能となっている〕。
【００８２】
以上詳述したように、本第３実施形態によれば、交流プラズマを、間隙２８及び空間３０の双方にて発生させることができる。そのため、絶縁碍子２のうち間隙２８の近傍に位置する面（絶縁碍子２の先端面）に付着したカーボン、及び、絶縁碍子２のうち空間３０を形成する面に付着したカーボンの双方を効果的に焼失させることができる。その結果、耐汚損性を飛躍的に向上させることができる。
【００８３】
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、火花放電により燃料ガスへと着火し、間隙プラズマ発生モード及び空間プラズマ発生モードをともに用いなかった場合（条件１）と、排気行程において、放電用電源及び交流電源の動作モードを間隙プラズマ発生モードとした場合（条件２）と、排気行程において、交流電源の動作モードを交流プラズマ発生モードとした場合（条件３）とのそれぞれについて、ＪＩＳ  Ｄ１６０６に基づく耐汚損性評価試験を行った。
【００８４】
耐汚損性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、低温試験室内（−１０℃）のシャシダイナモメータ上に排気量１．６Ｌの４気筒ＤＯＨＣエンジンを有する試験用自動車を置き、当該試験用自動車のエンジンに点火プラグを組み付ける。そして、空吹かしを３回行った後、３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行し、９０秒間のアイドリングを挟んで、再度３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行する。その後、エンジンを一度停止・冷却させる。次いで、空吹かしを３回行った後、１速１５ｋｍ／ｈで２０秒間走行することを、３０秒間のエンジン停止を挟みつつ、合計３度行い、その後エンジンを停止させる。この一連のテストパターンを１サイクルとして、各サイクルごとに点火プラグの絶縁抵抗値を測定し、絶縁抵抗値が１０ＭΩ以下に低下するまでに要したサイクル数を計測した。表１に、当該試験の試験結果を示す。尚、交流電源は、発振周波数を１３ＭＨｚ、出力電力（投入される電力量の１秒当たりの平均値）を５００Ｗとし、交流プラズマを発生させる際には、交流電源から点火プラグに対して１ｍｓの間交流電力を供給した。また、試験は２０サイクルを上限として行い、２０サイクルの終了時において、点火プラグの絶縁抵抗値が１０ＭΩを超えていた場合には、表１の「サイクル数」の欄に「２０超」と表示した。
【００８５】
【表１】
2013060869.tif 000003
【００８６】
表１に示すように、間隙プラズマ発生モードや空間プラズマ発生モードを用いた条件２，３は、耐汚損性に優れることが明らかとなった。これは、間隙プラズマ発生モードを用いたことで、交流プラズマにより絶縁碍子の先端面に付着したカーボンを焼失させることができ、また、空間プラズマモードを用いたことで、交流プラズマにより脚長部の表面（前記空間を形成する面）に付着したカーボンを焼失させることができたためであると考えられる。
【００８７】
上記試験の結果より、耐汚損性の向上を図るべく、交流電源等の動作モードを、間隙プラズマ発生モード又は空間プラズマ発生モードとすることが好ましいといえる。
【００８８】
また、上述の通り、動作モードを間隙プラズマ発生モードとした場合と、動作モードを空間プラズマ発生モードとした場合とでは、それぞれ異なる部位に付着したカーボンが焼失する。従って、間隙プラズマ発生モード及び空間プラズマ発生モードの双方を用いることで、耐汚損性の飛躍的な向上を図ることができるといえる。
【００８９】
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。
【００９０】
（ａ）上記第２実施形態では、絶縁碍子２の内周面が金属層２９で覆われているが、絶絶縁碍子２の内周面のうちその後端から被係止部４Ｆの後端までの間に位置する面のみを、金属層２９で覆うこととしてもよい。すなわち、絶縁碍子２のうち、空間３０での交流プラズマの発生に特に支障を招きやすい空気層に対応する部位のみに金属層２９を設けることとしてもよい。
【００９１】
（ｂ）上記実施形態において、制御部７１や失火検知部８１は、ＥＣＵ９１により構成されているが、制御部７１や失火検知部８１をＥＣＵ９１により構成することなく、例えば、マイクロコンピュータ等により構成してもよい。また、放電用電源４１をＥＣＵ等により制御し、交流電源５１をマイクロコンピュータ等からなる制御部により制御することとしてもよい。
【００９２】
（ｃ）上記実施形態では、放電用電源４１や交流電源５１からの電力がディストリビュータを介して各点火プラグ１に供給されるようになっているが、点火プラグ１ごとに放電用電源４１や交流電源５１を設けることとしてもよい。
【００９３】
（ｄ）上記実施形態における点火プラグ１の構成は例示であって、本発明の技術思想を適用可能な点火プラグの構成はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９４】
１…点火プラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
４Ａ…被係止部
５…中心電極
１１…大径部
１４…段部
２７…接地電極
２８…間隙
２９…金属層
３０…空間
３１…点火システム
４１…放電用電源
５１…交流電源
７１…制御部
８１…失火検知部
ＣＬ１…軸線
ＥＮ…内燃機関
【図１】
2013060869.tif 000004
【図２】
2013060869.tif 000005
【図３】
2013060869.tif 000006
【図４】
2013060869.tif 000007
【図５】
2013060869.tif 000008
【図６】
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