JP5963482B2

JP5963482B2 - 内燃機関用の点火装置

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Publication number: JP5963482B2
Application number: JP2012053634A
Authority: JP
Inventors: 岡部　伸一; 伸一岡部; 明光杉浦
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: JP2013185557A

Description

本発明は、自動車等の内燃機関における点火手段として用いられる点火プラグを備えた点火装置に関する。

従来、自動車等の内燃機関における点火手段として用いられる点火プラグを備えた点火装置が知られている。点火装置における点火プラグは、内燃機関の燃焼室に取り付けられ、中心電極と接地電極との間に放電ギャップを形成している。そして、点火プラグの放電ギャップに電圧を印加してアーク放電等を発生させることにより、点火プラグ近傍において形成された混合気（空気と燃料とが混合されたもの）を着火させる。

また、特許文献１には、点火プラグのアーク放電による着火性を高めるために、アーク放電の直前にストリーマ放電を発生させる点火装置が開示されている。この点火装置では、ストリーマ放電によって多くの活性種を発生させ、混合気を着火させやすい状態にすることができる。これにより、ストリーマ放電直後のアーク放電による着火性を高めることができ、火炎伝播を促進することができる。

特開２００９−４７１４９号公報

近年、自動車のガソリンエンジン等の内燃機関では、省燃費のために高過給、高圧縮比といったことが進められており、環境圧力（点火時期における内燃機関の燃焼室内の圧力）が非常に高くなっている。
また、省燃費のために希薄燃焼を行う場合には、着火性を高めるために点火プラグの放電ギャップを大きくしたいという要求がある。

しかしながら、環境圧力が高い場合、特に点火プラグの放電ギャップが大きい場合には、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができないことがある。すなわち、放電ギャップ以外の部分においてアーク放電が発生してしまうことがある。そのため、着火性の低下を招き、環境圧力が高い条件での適用が困難となる。また、放電ギャップ拡大の要求にも応えることができない。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、点火プラグの放電ギャップで正常にアーク放電が可能な条件を広げることができる内燃機関用の点火装置を提供しようとするものである。

本発明の一の態様は、内燃機関に配設され、一つの放電ギャップを有する点火プラグと、
該点火プラグの上記放電ギャップにアーク放電用電圧を印加するためのアーク放電用電源と、
該アーク放電用電源から上記点火プラグの上記放電ギャップに上記アーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる時期を制御するアーク放電制御手段と、
上記点火プラグの上記放電ギャップにストリーマ放電用電圧を印加するためのストリーマ放電用電源と、
該ストリーマ放電用電源から上記点火プラグの上記放電ギャップに上記ストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させる時期を制御するストリーマ放電制御手段とを備え、
上記点火プラグの上記放電ギャップに上記アーク放電用電圧を印加するだけでは上記放電ギャップにおいてアーク放電を発生させることができない基準条件においては、上記アーク放電制御手段により上記点火プラグの上記放電ギャップに上記アーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる直前に、上記ストリーマ放電制御手段により上記点火プラグの上記放電ギャップに上記ストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させるよう構成されており、
上記ストリーマ放電制御手段により上記点火プラグの上記放電ギャップに上記ストリーマ放電用電圧の印加を開始してから上記アーク放電制御手段により上記点火プラグの上記放電ギャップに上記アーク放電用電圧の印加を開始するまでの時間Ｔは、６０μ秒以下であることを特徴とする内燃機関用の点火装置にある（請求項１）。

上記点火装置は、点火プラグの放電ギャップにアーク放電用電圧を印加するだけでは放電ギャップにおいてアーク放電を発生させることができない基準条件においては、アーク放電制御手段により点火プラグにアーク放電を発生させる直前に、ストリーマ放電制御手段により点火プラグにストリーマ放電を発生させるよう構成されている。
すなわち、本発明者は、鋭意研究の結果、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難な上記基準条件であっても、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができることを見出したのである。

具体的に説明すると、ストリーマ放電は、アーク放電に比べて、例えば、内燃機関の吸気圧や筒内圧が高い場合や放電ギャップが大きい場合等でも、放電ギャップにおいて正常に放電させやすいという特徴がある。このことを利用し、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難な上記基準条件においては、アーク放電の直前にストリーマ放電を行う。こうすることで、放電ギャップにおいてストリーマ放電を発生させ、放電ギャップに電気的な経路を形成することができる。そのため、ストリーマ放電の直後に行うアーク放電は、ストリーマ放電によって放電ギャップに形成された電気的な経路に沿って起こりやすくなる。つまり、放電ギャップにおいてアーク放電を発生させやすくすることができる。

これにより、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難な上記基準条件であっても、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができる。言い換えると、点火プラグの放電ギャップにおいてアーク放電を発生させることが可能な条件を広げることができる。その結果、高過給、高圧縮比といった環境圧力が高い条件での運転が可能となる。また、希薄燃焼を行う場合には、着火性向上のための放電ギャップ拡大の要求に対応することが可能となる。

このように、点火プラグの放電ギャップにおいてアーク放電を発生させることが可能な条件を広げることができる内燃機関用の点火装置を提供することができる。

実施例１における、点火装置の構成を示す説明図。実施例１における、点火プラグの放電ギャップ周辺を拡大して示す説明図。実施例１における、点火プラグの放電ギャップで正常にストリーマ放電が発生している様子を示す説明図。実施例１における、点火プラグの放電ギャップで正常にアーク放電が発生している様子を示す説明図。実施例１における、ストリーマ放電及びアーク放電の放電時間と放電電流との関係を示すグラフ。実施例１における、点火プラグのアーク放電及びストリーマ放電の制御を示すフローチャート。実施例１における、点火プラグの放電ギャップ以外の部分でアーク放電が発生している様子を示す説明図。実施例２における、エンジンのクランク角と筒内圧との関係を示すグラフ。実施例３における、実施例Ｅ及び比較例Ｃの飛火率を示すグラフ。実施例４における、エンジンの回転数とＢＭＥＰとの関係を示すグラフ。実施例５における、放電ギャップを示す説明図。実施例５における、時間Ｔと飛火率との関係を示すグラフ。

上記点火装置において、上記点火プラグの上記放電ギャップに上記アーク放電用電圧を印加するだけでは上記放電ギャップにおいてアーク放電を発生させることができない基準条件とは、例えば、点火プラグの放電ギャップにアーク放電用電圧を印加しても放電ギャップにおいてアーク放電が発生せず、放電ギャップ以外の部分においてアーク放電が発生してしまう場合がある条件のことをいう。

また、上記基準条件には、上記点火プラグによる点火時期に上記内燃機関の吸気圧が０．１ＭＰａ以上であることが含まれていてもよい。
このような条件では、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができない場合がある。そのため、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となる。

また、上記内燃機関の吸気圧が０．２ＭＰａを超える場合には、アーク放電の直前にストリーマ放電を行っても、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難となるおそれがある。
よって、上記内燃機関の吸気圧を０．２ＭＰａ以下とすることが望ましい。

また、上記内燃機関の吸気圧とは、内燃機関の気筒に吸入される空気の圧力のことである。吸気圧は、例えば、吸気管（吸気ポート）に設けた吸気圧センサや吸気量センサによって検出することができる。
また、上記内燃機関の吸気圧の数値は、大気圧を０とするゲージ圧である。

上記基準条件には、上記点火プラグによる点火時期に上記内燃機関の筒内圧が４ＭＰａ以上であることが含まれていてもよい。
このような条件では、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができない場合がある。そのため、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となる。

また、上記内燃機関の筒内圧が６ＭＰａを超える場合には、アーク放電の直前にストリーマ放電を行っても、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難となるおそれがある。
よって、上記内燃機関の筒内圧を６ＭＰａ以下とすることが望ましい。

また、上記内燃機関の筒内圧とは、内燃機関の気筒の燃焼室内の圧力のことである。筒内圧は、例えば、燃焼室に設けた筒内圧センサによって検出することができる。
また、上記内燃機関の筒内圧の数値は、大気圧を０とするゲージ圧である。

また、上記基準条件には、上記点火プラグの上記放電ギャップの大きさが０．９ｍｍ以上であることが含まれていてもよい。
このような条件では、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができない場合がある。そのため、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となる。

また、上記内燃機関における圧力条件下では、例えば、上記点火プラグの上記放電ギャップの大きさが１．３ｍｍを超える場合には、アーク放電の直前にストリーマ放電を行っても、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難となるおそれがある。
よって、上記点火プラグの上記放電ギャップの大きさを１．３ｍｍ以下とすることが望ましい。

また、上記点火プラグは、中心電極と、該中心電極を内側に保持する絶縁碍子と、該絶縁碍子を内側に保持すると共に内燃機関に螺合する取付用ネジ部を外周面に形成してなるハウジングと、上記中心電極との間に放電ギャップを形成する接地電極とを備えており、上記基準条件には、上記取付用ネジ部のネジ径がＭ１２以下であることが含まれていてもよい。
このような条件では、点火プラグのハウジングと放電ギャップとの間の絶縁距離が十分でないため、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができない場合がある。そのため、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となる。

また、上記基準条件には、上記内燃機関の正味平均有効圧が所定の閾値以上であることが含まれていてもよい。
この場合には、上記基準条件を予め内燃機関の正味平均有効圧の値に基づいて設定することにより、点火装置におけるアーク放電及びストリーマ放電の制御を容易に行うことができる。

また、上記内燃機関の正味平均有効圧の閾値は、例えば、以下の手順で設定することができる。すなわち、内燃機関の正味平均有効圧の各値において、点火プラグにアーク放電のみを所定の回数行い、内燃機関の正味平均有効圧と飛火率との関係を調べる。ここで、飛火率とは、アーク放電の放電回数に対して放電ギャップで正常にアーク放電が発生した回数の割合をいう。そして、飛火率が１００％から１００％未満に変化する内燃機関の正味平均有効圧の値を閾値とする。
また、上記内燃機関の正味平均有効圧の閾値は、例えば、０．９〜１．２ＭＰａとすることができる。

また、上記時間Ｔは、６０μ秒以下である。
これにより、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電が発生する確率をより一層高めることができる。

なお、上記時間Ｔは、ストリーマ放電制御手段により点火プラグの放電ギャップにストリーマ放電用電圧の印加を開始した時とアーク放電制御手段により点火プラグの放電ギャップにアーク放電用電圧の印加を開始した時との時間差をいう。したがって、上記時間Ｔは、ストリーマ放電を実施する時間よりも長い時間となる。

また、上記点火プラグにストリーマ放電を発生させる時間（放電時間）は、例えば、１０〜５００ｎ秒とすることができる。
また、上記点火プラグにアーク放電を発生させる時間（放電時間）は、例えば、０．３ｍ秒以上とすることができる。

また、上記ストリーマ放電用電源から上記点火プラグの上記放電ギャップに印加する上記ストリーマ放電用電圧は３０ｋＶ以上であり、その電圧波形の半値幅は１００ｎ秒以下であることが望ましい。
この場合には、ストリーマ放電用電源から点火プラグの放電ギャップに短パルス高電圧が印加されることにより、放電ギャップにおいてストリーマ放電を発生させやすくすることができる。

また、上記点火装置は、上記基準条件以外の条件においては、上記アーク放電制御手段により上記点火プラグの上記放電ギャップに上記アーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる直前に、上記ストリーマ放電制御手段により上記点火プラグの上記放電ギャップに上記ストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させることを行わないよう構成することができる。
この場合には、上記基準条件以外の条件、すなわち点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができる条件においては、アーク放電の直前にストリーマ放電を行わないようにする。これにより、無駄なエネルギーの使用を防止することができる。

（実施例１）
上記内燃機関用の点火装置にかかる実施例について、図を用いて説明する。
本例の点火装置１は、図１に示すごとく、内燃機関（エンジン）５に配設され、放電ギャップ２０を有する点火プラグ２と、点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加するためのアーク放電用電源３１と、アーク放電用電源３１から点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる時期を制御するアーク放電制御手段４１と、点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧を印加するためのストリーマ放電用電源３２と、ストリーマ放電用電源３２から点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させる時期を制御するストリーマ放電制御手段４２とを備えている。

同図に示すごとく、点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加するだけでは放電ギャップ２０においてアーク放電を発生させることができない基準条件においては、アーク放電制御手段４１により点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる直前に、ストリーマ放電制御手段４２により点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させるよう構成されている。
以下、これを詳説する。

図１に示すごとく、本例の点火装置１において、ガソリンエンジンであるエンジン５の各シリンダ（気筒）５０は、シリンダヘッド５１と、シリンダブロック５２と、シリンダブロック５２内を往復運動するピストン５３とを備えている。また、シリンダヘッド５１、シリンダブロック５２及びピストン５３によって囲まれた空間には、燃焼室５４が形成されている。

シリンダヘッド５１には、燃焼室５４への吸気を行う吸気ポート５１１と燃焼室５４からの排気を行う排気ポート５１２とが形成されている。また、シリンダヘッド５１には、吸気ポート５１１を開閉する吸気バルブ５５１と排気ポート５１２を開閉する排気バルブ５５２とが設けられている。また、吸気ポート５１１には、エンジン５の吸気圧を検出する吸気圧センサ５６が取り付けられている。

また、シリンダヘッド５１には、燃焼室５４においてアーク放電、ストリーマ放電を発生させる点火プラグ２が取り付けられている。点火プラグ２は、放電ギャップ２０が形成された先端部分を燃焼室５４内に露出させた状態で取り付けられている。また、シリンダヘッド５１には、燃焼室５４にガソリン燃料を噴射するインジェクタ（燃焼噴射弁）５７が取り付けられている。

図２に示すごとく、点火プラグ２は、中心電極２１と、中心電極２１を内側に保持する絶縁碍子２２と、絶縁碍子２２を内側に保持すると共にガソリンエンジン５のシリンダ５０のシリンダヘッド５１に螺合する取付用ネジ部２３１を外周面に形成してなるハウジング２３と、中心電極２１との間に放電ギャップ２０を形成する接地電極２４とを備えている。ハウジング２３の取付ネジ部２３１のネジ径は、Ｍ１２である。

接地電極２４は、ハウジング２３の先端部から立設してなる立設部２４１と中心電極２１の先端部に対して軸方向に対向する対向部２４２とを有する。そして、中心電極２１の先端部と接地電極２４の対向部２４２との間に放電ギャップ２０が形成されている。放電ギャップ２０の大きさＧは、中心電極２１の先端部と接地電極２４の対向部２４２との間の距離であり、１．１ｍｍである。

図１に示すごとく、点火プラグ２は、アーク放電用電源３１及びストリーマ放電用電源３２に接続されている。アーク放電用電源３１及びストリーマ放電用電源３２は、アーク放電制御手段４１及びストリーマ放電制御手段４２としての機能を備えるＥＣＵ（エンジン制御ユニット）４に接続されている。また、吸気圧センサ５６は、ＥＣＵ４に接続されている。また、アーク放電用電源３１、ストリーマ放電用電源３２及びＥＣＵ４は、バッテリ１０に接続されている。

そして、点火装置１は、点火プラグ２による点火時期において、ＥＣＵ４（アーク放電制御手段４１、ストリーマ放電制御手段４２）により点火プラグ２の放電ギャップ２０に電圧（アーク放電用電圧、ストリーマ放電用電圧）を印加して放電（アーク放電、ストリーマ放電）を発生させ、点火プラグ２近傍において形成された混合気（空気と燃料とが混合されたもの）を着火させることができるよう構成されている。混合気は、エンジン５の燃焼室５４内に導入された空気とインジェクタ５７により噴射された燃料とが混合されることによって形成される。

また、点火装置１は、点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加するだけでは放電ギャップ２０においてアーク放電を発生させることができない基準条件においては、ＥＣＵ４（アーク放電制御手段４１）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる直前に、ＥＣＵ４（ストリーマ放電制御手段４２）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させるよう構成されている。すなわち、図３に示すごとく、ストリーマ放電（図中のＳ）を行った後、図４に示すごとく、アーク放電（図中のＡ）を行う。

ここで、上記基準条件とは、図７に示すごとく、点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加しても放電ギャップ２０においてアーク放電が発生せず、放電ギャップ２０以外の部分においてアーク放電が発生してしまう場合がある条件のことをいう。
本例の基準条件は、点火プラグ２による点火時期にエンジン５の吸気圧が０．１ＭＰａ以上であることである。

また、図５に示すごとく、ＥＣＵ４（ストリーマ放電制御手段４２）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧の印加を開始してからＥＣＵ４（アーク放電制御手段４１）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧の印加を開始するまでの時間Ｔは、１２０μ秒以下である。なお、時間Ｔは、６０μ秒以下としてもよい。
また、ストリーマ放電用電源３２から点火プラグ２の放電ギャップ２０に印加するストリーマ放電用電圧は３０ｋＶ以上であり、その電圧波形の半値幅は１００ｎ秒以下である。

また、点火装置１は、上記基準条件以外（点火プラグ２による点火時期にエンジン５の吸気圧が０．１ＭＰａ未満）の条件においては、ＥＣＵ４（アーク放電制御手段４１）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる直前に、ＥＣＵ４（ストリーマ放電制御手段４２）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させることを行わないよう構成されている。すなわち、アーク放電の直前にストリーマ放電を行わず、アーク放電のみを行う。

次に、本例の点火装置１におけるアーク放電及びストリーマ放電の制御について説明する。
図６に示すごとく、エンジン５の始動時においては、点火プラグ２においてアーク放電を行う直前にストリーマ放電を行う。すなわち、点火プラグ２においてストリーマ放電を行った後、アーク放電を行う（ステップＳ１）。

同図に示すごとく、エンジン５の運転時においては、点火プラグ２による点火時期の際に、ＥＣＵ４が上記基準条件に該当するか否かを判断する。すなわち、エンジン５の吸気ポート５１１に取り付けられた吸気圧センサ５６において検出されたエンジン５の吸気圧が閾値Ｐ１（＝０．１ＭＰａ）未満であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

同図に示すごとく、エンジン５の吸気圧が閾値Ｐ１未満である場合には、点火プラグ２においてアーク放電を行う直前にストリーマ放電を行わない。すなわち、点火プラグ２においてアーク放電のみを行う（ステップ３）。
また、エンジン５の吸気圧が閾値Ｐ１以上である場合には、点火プラグ２においてアーク放電を行う直前にストリーマ放電を行う。すなわち、点火プラグ２においてストリーマ放電を行った後、アーク放電を行う（ステップ４）。

次に、本例の点火装置１における作用効果について説明する。
本例の点火装置１は、点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加するだけでは放電ギャップ２０においてアーク放電を発生させることができない基準条件においては、アーク放電制御手段４１（ＥＣＵ４）により点火プラグ２にアーク放電を発生させる直前に、ストリーマ放電制御手段４２（ＥＣＵ４）により点火プラグ２にストリーマ放電を発生させるよう構成されている。
すなわち、本発明者は、鋭意研究の結果、点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることが困難な上記基準条件であっても、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることができることを見出したのである。

具体的に説明すると、ストリーマ放電は、アーク放電に比べて、エンジン５の吸気圧が高い場合等でも、放電ギャップ２０において正常に放電させやすいという特徴がある。このことを利用し、点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることが困難な上記基準条件においては、アーク放電の直前にストリーマ放電を行う。こうすることで、放電ギャップ２０においてストリーマ放電を発生させ、放電ギャップ２０に電気的な経路を形成することができる。そのため、ストリーマ放電の直後に行うアーク放電は、ストリーマ放電によって放電ギャップ２０に形成された電気的な経路に沿って起こりやすくなる。つまり、放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させやすくすることができる。

これにより、点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることが困難な上記基準条件であっても、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることができる。言い換えると、点火プラグ２の放電ギャップ２０においてアーク放電を発生させることが可能な条件を広げることができる。その結果、高過給、高圧縮比といった環境圧力が高い条件での運転が可能となる。また、希薄燃焼を行う場合には、着火性向上のための放電ギャップ拡大の要求に対応することが可能となる。

また、本例において、上記基準条件には、点火プラグ２による点火時期にエンジン５の吸気圧が０．１ＭＰａ以上であることが含まれている。このような条件では、点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることができない場合がある。そのため、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることが可能となる。

また、ストリーマ放電制御手段４２（ＥＣＵ４）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧の印加を開始してからアーク放電制御手段４１（ＥＣＵ４）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧の印加を開始するまでの時間Ｔは、１２０μ秒以下である。これにより、点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電が発生する確率を高めることができる。
また、時間Ｔは、６０μ秒以下とすることもできる。これにより、点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電が発生する確率をより一層高めることができる。

また、ストリーマ放電用電源３２から点火プラグ２の放電ギャップ２０に印加するストリーマ放電用電圧は３０ｋＶ以上であり、その電圧波形の半値幅は１００ｎ秒以下である。そのため、ストリーマ放電用電源３２から点火プラグ２の放電ギャップ２０に短パルス高電圧が印加される。これにより、放電ギャップ２０においてストリーマ放電を発生させやすくすることができる。

また、点火装置１は、上記基準条件以外の条件においては、アーク放電制御手段４１（ＥＣＵ４）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にアーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる直前に、ストリーマ放電制御手段４２（ＥＣＵ）により点火プラグ２の放電ギャップ２０にストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させることを行わないよう構成されている。そのため、上記基準条件以外の条件、すなわち点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることができる条件においては、アーク放電の直前にストリーマ放電を行わないようにする。これにより、無駄なエネルギーの使用を防止することができる。

このように、本例によれば、点火プラグ２の放電ギャップ２０においてアーク放電を発生させることが可能な条件を広げることができる内燃機関用の点火装置１を提供することができる。

なお、本例において、上記基準条件は、点火プラグ２による点火時期のエンジン５の吸気圧（０．１ＭＰａ以上）に基づいて定めている。上記基準条件は、例えば、点火プラグ２による点火時期のエンジン５の筒内圧（例えば４ＭＰａ以上）、放電ギャップ２０の大きさＧ（例えば０．９ｍｍ以上）、点火プラグ２のネジ径（例えばＭ１２以下）、エンジン５の正味平均有効圧（例えば所定の閾値以上）等に基づいて定めることができる。また、上記基準条件は、これらを組み合わせた条件とすることもできる。

（実施例２）
本例は、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難な条件を調査した例である。
図８は、エンジンのクランク角（ｄｅｇ）と筒内圧（ＭＰａ）との関係を示したものである。筒内圧は、圧縮比１０のエンジンのモータリング時の値である。実線Ｘ１は、エンジンの吸気圧が０．１２ＭＰａの例、点線Ｘ２は、エンジンの吸気圧が０．１０ＭＰａの例である。また、点火プラグのネジ径は、Ｍ１４である。また、放電ギャップの大きさは、０．９ｍｍである。

次に、図８に示す各条件において、点火プラグにアーク放電を発生させ、放電ギャップにおいて正常にアーク放電が発生するかを観察した。なお、エンジンは、燃焼室内をカメラで観察することができるように観察窓を設けた可視化エンジンとした。
エンジンの吸気圧が０．１２ＭＰａの例（図８の実線Ｘ１）では、エンジンのクランク角が−１０〜１０ｄｅｇの領域Ｃであり、エンジンの筒内圧が４ＭＰａ以上（エンジンのクランク角が−１０〜１０ｄｅｇの領域Ｙ）のときに、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができない場合があった。一方、エンジンの吸気圧が０．１ＭＰａの例（図８の実線Ｘ２）では、エンジンの筒内圧にかかわらず放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることができた。

以上の結果から、エンジンの吸気圧が０．１ＭＰａ以上の条件、またエンジンの筒内圧が４ＭＰａ以上の条件では、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となる。すなわち、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難な条件であっても、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となる。

（実施例３）
本例は、点火装置の性能を評価した例である。
本例では、実施例１の点火装置（実施例Ｅ）と比較例としての点火装置（比較例Ｃ）とを準備した。実施例Ｅの点火装置は、点火プラグでのアーク放電の直前にストリーマ放電を行うよう構成されている。すなわち、ストリーマ放電の直後にアーク放電を行うよう構成されている。また、比較例Ｃの点火装置は、点火プラグでアーク放電のみを行うよう構成されている。

また、実施例Ｅ及び比較例Ｃの点火装置それぞれについて、点火プラグのネジ径がＭ１２相当のものとＭ１４のものを準備した。Ｍ１２相当のものとは、点火プラグにおけるハウジングの取付ネジ部のネジ径がＭ１４であるが、ハウジングの内径やその内側にある絶縁碍子等がＭ１２相当のものをいう。エンジンのシリンダヘッドに装着するため、特殊に製造した。また、点火プラグの放電ギャップの大きさは、１．１ｍｍに設定した。

次いで、実施例Ｅの点火装置では、点火プラグでストリーマ放電を行った後、アーク放電を行う。また、比較例Ｃの点火装置では、点火プラグでアーク放電のみを行う。そして、アーク放電の様子を高速カメラで撮影し、放電ギャップにおいて正常にアーク放電が発生しているかを確認する。この作業を１００回行い、飛火率を求める。ここで、飛火率とは、アーク放電の回数に対して放電ギャップにおいて正常にアーク放電が発生した回数の割合をいう。また、飛火率は、点火プラグによる点火時期ＴＤＣ（上死点）の時の飛火率である。

図９は、実施例Ｅ及び比較例Ｃの点火装置における飛火率（％）を示したものである。
同図に示すごとく、実施例Ｅの点火装置は、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、アーク放電のみを行った比較例Ｃの点火装置に比べて飛火率が高くなっている。特に、点火プラグのネジ径がＭ１２相当の場合、比較例Ｃの点火装置の飛火率が非常に低くなっているにもかかわらず、実施例Ｅの点火装置は、Ｍ１２相当であっても飛火率が１００％であった。

以上の結果から、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させるために、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことが非常に有効であることがわかった。特に、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難な条件である点火プラグのネジ径がＭ１２以下の条件では、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となることがわかった。

なお、本例では、点火プラグのネジ径を変えて実験を行ったが、放電ギャップの大きさを変えて同様の実験を行った場合も、同様の結果が得られる。
具体的には、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが困難な条件である放電ギャップの大きさが０．９ｍｍ以上の条件では、アーク放電の直前にストリーマ放電を行うことにより、放電ギャップにおいて正常にアーク放電を発生させることが可能となる。

（実施例４）
本例は、点火装置における基準条件を変更した例である。
本例の点火装置における基準条件は、エンジンの正味平均有効圧（ＢＭＥＰ：ＢｒａｋｅＭｅａｎＥｆｆｅｃｔｉｖｅＰｒｅｓｓｕｒｅ。以下、単にＢＭＥＰという。）が所定の閾値Ｐ２以上であることであり、その閾値Ｐ２は、１．０５ＭＰａである。

すなわち、点火装置は、エンジンのＢＭＥＰが閾値Ｐ２以上の条件においては、点火プラグにアーク放電を発生させる直前に、ストリーマ放電を発生させるよう構成されている。すなわち、ストリーマ放電を行った後に、アーク放電を行う。
点火装置におけるその他の基本的な構成は、実施例１と同様である（図１、図２等参照）。

また、エンジンのＢＭＥＰの閾値Ｐ２は、以下の手順で設定した。
まず、エンジンのＢＭＥＰの各値において、点火プラグにアーク放電のみを１００回行い、エンジンのＢＭＥＰと飛火率との関係を調べた。そして、飛火率が１００％から１００％未満に変化するエンジンのＢＭＥＰの値を閾値Ｐ２とした。本例では、エンジンのＢＭＥＰの閾値Ｐ２を１．０５ＭＰａに設定した。

また、図１０は、エンジンの回転数（×１００回／分）とＢＭＥＰ（ＭＰａ）との関係を示したものである。
本例では、基準条件であるエンジンのＢＭＥＰの閾値Ｐ２を１．０５ＭＰａに設定したことから、エンジンのＢＭＥＰが１．０５ＭＰａ以上である図中の領域Ｂにおいて、点火プラグでのアーク放電の直前にストリーマ放電を行う。すなわち、ストリーマ放電を行った後に、アーク放電を行う。

本例の場合には、点火装置における基準条件を予めエンジンのＢＭＥＰの値に基づいて設定することにより、点火装置におけるアーク放電及びストリーマ放電の制御を容易に行うことができる。
その他の基本的な作用効果は、実施例１と同様である。

（実施例５）
本例は、点火プラグの放電ギャップにストリーマ放電用電圧の印加を開始してからアーク放電用電圧の印加を開始するまでの時間Ｔの最適な条件を調べた例である。
本例では、まず、図１１に示すごとく、点火プラグ２の中心電極２１の先端部を接地２４０に対向させる。このとき、中心電極２１の先端部と接地２４０との間の距離、すなわち放電ギャップ２０の大きさＧを５ｍｍとする。なお、本例においては、大気圧中で実験を行うため、放電ギャップ２０の大きさＧが５ｍｍと非常に大きな値となっている。また、放電ギャップ２０の大きさＧが５ｍｍとは、通常、大気圧中では点火プラグ２の放電ギャップ２０において正常にアーク放電を発生させることが困難な条件である。

次いで、点火プラグ２にアーク放電を発生させる直前に、ストリーマ放電を発生させる。すなわち、ストリーマ放電を行った後に、アーク放電を行う。そして、アーク放電の様子を高速カメラで撮影し、放電ギャップ２０で正常にアーク放電が発生しているかを確認する。この作業を各時間Ｔにおいて１００回ずつ行い、時間Ｔと飛火率との関係を求める。

図１２は、時間Ｔ（μ秒）と飛火率（％）との関係を示したものである。
同図に示すごとく、時間Ｔを１２０μ秒以下とすると飛火率が高くなり、時間Ｔを６０μ秒以下とすると飛火率が１００％となる。すなわち、時間Ｔを短くすればするほど、点火プラグの放電ギャップにおいて正常にアーク放電が発生する確率が高くなる。
以上の結果から、時間Ｔは、１２０μ秒以下とすることが望ましい。また、時間Ｔは、６０μ秒以下とすることがより望ましい。

１点火装置
２点火プラグ
２０放電ギャップ
３１アーク放電用電源
３２ストリーマ放電用電源
４１アーク放電制御手段
４２ストリーマ放電制御手段
５エンジン（内燃機関）

Claims

内燃機関（５）に配設され、一つの放電ギャップ（２０）を有する点火プラグ（２）と、
該点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）にアーク放電用電圧を印加するためのアーク放電用電源（３１）と、
該アーク放電用電源（３１）から上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）に上記アーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる時期を制御するアーク放電制御手段（４、４１）と、
上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）にストリーマ放電用電圧を印加するためのストリーマ放電用電源（３２）と、
該ストリーマ放電用電源（３２）から上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）に上記ストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させる時期を制御するストリーマ放電制御手段（４、４２）とを備え、
上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）に上記アーク放電用電圧を印加するだけでは上記放電ギャップ（２０）においてアーク放電を発生させることができない基準条件においては、上記アーク放電制御手段（４、４１）により上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）に上記アーク放電用電圧を印加してアーク放電を発生させる直前に、上記ストリーマ放電制御手段（４、４２）により上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）に上記ストリーマ放電用電圧を印加してストリーマ放電を発生させるよう構成されており、
上記ストリーマ放電制御手段（４、４２）により上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）に上記ストリーマ放電用電圧の印加を開始してから上記アーク放電制御手段（４、４１）により上記点火プラグ（２）の上記放電ギャップ（２０）に上記アーク放電用電圧の印加を開始するまでの時間Ｔは、６０μ秒以下であることを特徴とする内燃機関用の点火装置（１）。