JP6868421B2 - 点火装置 - Google Patents
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Description
内導体(10)と、該内導体を内側に保持する筒状の外導体(20)と、上記内導体と上記外導体との間に設けられた誘電体(30)とを備え、上記内導体と上記外導体との間のプラズマ形成空間(R)にプラズマを発生させる点火プラグ(2)と、
電磁波を発生させて電磁波電力(Ps)を上記点火プラグに印加する電磁波電源(40)と、
上記プラズマの形成状態を判定する判定部(50)と、
該判定部の判定結果に基づいて上記電磁波のマッチング対象を決定する決定部(60)と、
上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするように上記電磁波のマッチング状態を制御する結合状態制御部(70)と、
を有する点火装置にある。
点火装置の実施形態について、図1〜図6を用いて説明する。
本実施形態の点火装置1は、プラズマによって、空気と燃料ガスとの混合気に点火して初期火炎を形成するものである。
そして、図1に示すように、点火装置1は、点火プラグ2、電磁波電源40、判定部50、決定部60、結合状態制御部70を有する。図2、図3に示すように、点火プラグ2は、内導体10と、該内導体10を内側に保持する筒状の外導体20と、内導体10と外導体20との間に設けられた誘電体30とを備える。点火プラグ2は、内導体10と外導体20との間のプラズマ形成空間Rにプラズマを発生させるように構成されている。
判定部50は、プラズマの形成状態を判定する。
決定部60は、判定部50の判定結果に基づいて電磁波のマッチング対象を決定する。
結合状態制御部70は、電磁波がマッチング対象にマッチングするように電磁波のマッチング状態を制御する。
図3に示すように、点火プラグ2に備えられた外導体20は、円筒状の第1外導体21と、第1外導体21の内側に中心軸を共有するように設けられた円筒状の第2外導体22とからなる。第1外導体21と第2外導体22との間には、隙間20aが形成されている。第1外導体21は、点火プラグ2のハウジング23も兼ねており、ハウジング23の外周面には内燃機関に螺合するための取付ネジ部24が形成されている。
まず、図4に示すように、startから当点火サイクルを開始し、ステップS1において、点火信号Igの入力に先立って当点火サイクルの運転条件を収集する。次いで、ステップS2において、インピーダンス変更部72の現在の状態を取得する。
本実施形態の点火装置1によれば、上述のごとくプラズマの形成状態の判定結果に基づいて電磁波のマッチング対象が決定され、当該電磁波が当該マッチング対象にマッチングするように電磁波のマッチング状態が制御される。これにより、プラズマの形成状態の変化に合わせて電磁波のマッチング状態を最適な状態にすることができるため、電磁波電力のエネルギーを効率的にプラズマ形成に利用することができる。これにより、消費電力の低減、燃費の向上、電磁波電源40の小型化に寄与する。
本実施形態の点火装置1は、図7に示すように、実施形態1の構成に加えて、遅れ時間記憶部61を有する。遅れ時間記憶部61には、予め設定されたプラズマ形成遅れ時間が記憶されている。プラズマ形成遅れ時間とは、点火プラグ2への電磁波電力Psの印加開始t1からプラズマが形成された時点t2までの時間をさす。プラズマ形成遅れ時間は、プラズマが形成されるプラズマ形成空間Rにおける気体密度によって変化するものである、そして、プラズマ形成空間Rにおける気体密度は当該点火装置1が備えられた内燃機関の運転条件から決定される点火時期での筒内圧力、筒内温度によって決まることとなる。そして、本例では、運転条件のマップ値としてプラズマ形成遅れ時間が規定されている。その他の構成要素は実施形態1の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態1の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
図8に示すように、ステップS1〜S8は実施形態1の場合と同様である。そして、ステップS8の後、ステップS30において、判定部50が、遅れ時間記憶部61に記憶されたマップから、ステップS1で収集した運転条件に対応するプラズマ形成遅れ時間を取得する。その後、ステップS31において、印加開始t1からステップS30で取得したプラズマ形成遅れ時間を経過したか否か判定する。プラズマ形成遅れ時間を経過していないと判定した場合は、ステップS11において第1状態と判定し、ステップS31に戻る。一方、プラズマ形成遅れ時間を経過していると判定した場合は、ステップS12において、判定部50は第2状態であると判定する。以降のステップS13〜ステップS21は実施形態1の場合と同様である。
2 点火プラグ
10 内導体
20 外導体
30 誘電体
40 電磁波電源
50 判定部
60 決定部
70 結合状態制御部
80 検出部
90 周波数予測部
Claims (14)
- プラズマによって空気と燃料ガスとの混合気に点火して初期火炎を発生させる点火装置(1)であって、
内導体(10)と、該内導体を内側に保持する筒状の外導体(20)と、上記内導体と上記外導体との間に設けられた誘電体(30)とを備え、上記内導体と上記外導体との間のプラズマ形成空間(R)にプラズマを発生させる点火プラグ(2)と、
電磁波を発生させて電磁波電力(Ps)を上記点火プラグに印加する電磁波電源(40)と、
上記プラズマの形成状態を判定する判定部(50)と、
該判定部の判定結果に基づいて上記電磁波のマッチング対象を決定する決定部(60)と、
上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするように上記電磁波のマッチング状態を制御する結合状態制御部(70)と、
を有し、
上記判定部が上記プラズマ形成空間にプラズマが発生していない第1状態であると判定したときは、上記決定部は上記マッチング対象を上記プラズマ形成空間に存在する混合気に決定し、
及び/又は、上記判定部が上記プラズマ形成空間にプラズマが発生している第2状態であると判定したときは、上記決定部は上記マッチング対象を上記プラズマ形成空間に存在するプラズマに決定する、点火装置。 - 上記判定部は、上記点火プラグへの電力印加開始から予め設定された時間が経過するまでは上記第1状態と判定し、上記点火プラグへの電力印加開始から予め設定された時間が経過した後は上記第2状態と判定する、請求項1に記載の点火装置。
- 上記点火プラグからの反射電力、上記点火プラグへの入射電力、又はこれらを検出するための検波電圧あるいは検波電流のうち少なくとも一つを検出する検出部(80)を有し、
上記判定部は、上記検出部の検出結果に基づいて上記プラズマの形成状態を判定する、請求項1に記載の点火装置。 - 上記検出部は上記反射電力を検出し、上記検出部が検出した上記反射電力が上記電磁波電力の印加開始から最初の極小値となったとき、上記判定部は上記プラズマ形成空間にプラズマが発生したと判定する、請求項3に記載の点火装置。
- プラズマによって空気と燃料ガスとの混合気に点火して初期火炎を発生させる点火装置(1)であって、
内導体(10)と、該内導体を内側に保持する筒状の外導体(20)と、上記内導体と上記外導体との間に設けられた誘電体(30)とを備え、上記内導体と上記外導体との間のプラズマ形成空間(R)にプラズマを発生させる点火プラグ(2)と、
電磁波を発生させて電磁波電力(Ps)を上記点火プラグに印加する電磁波電源(40)と、
上記プラズマの形成状態を判定する判定部(50)と、
該判定部の判定結果に基づいて上記電磁波のマッチング対象を決定する決定部(60)と、
上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするように上記電磁波のマッチング状態を制御する結合状態制御部(70)と、
を有し、
上記点火プラグからの反射電力、上記点火プラグへの入射電力、又はこれらを検出するための検波電圧あるいは検波電流のうち少なくとも一つを検出する検出部(80)を有し、
上記判定部は、上記検出部の検出結果に基づいて上記プラズマの形成状態を判定し、
上記検出部は上記反射電力を検出し、上記検出部が検出した上記反射電力が上記電磁波電力の印加開始から最初の極小値となったとき、上記判定部は上記プラズマ形成空間にプラズマが発生したと判定する、点火装置。 - 上記電磁波の周波数を変更する周波数制御部(71)を備え、上記結合状態制御部は、上記周波数制御部を操作して上記電磁波の周波数を変更することにより、上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするように上記電磁波のマッチング状態を制御する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の点火装置。
- 上記電磁波の伝送路のインピーダンスを変更するインピーダンス変更部(72)を備え、上記結合状態制御部は、上記インピーダンス変更部を操作して上記伝送路のインピーダンスを変更することにより、上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするように上記マッチング状態を制御する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の点火装置。
- プラズマによって空気と燃料ガスとの混合気に点火して初期火炎を発生させる点火装置(1)であって、
内導体(10)と、該内導体を内側に保持する筒状の外導体(20)と、上記内導体と上記外導体との間に設けられた誘電体(30)とを備え、上記内導体と上記外導体との間のプラズマ形成空間(R)にプラズマを発生させる点火プラグ(2)と、
電磁波を発生させて電磁波電力(Ps)を上記点火プラグに印加する電磁波電源(40)と、
上記プラズマの形成状態を判定する判定部(50)と、
該判定部の判定結果に基づいて上記電磁波のマッチング対象を決定する決定部(60)と、
上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするように上記電磁波のマッチング状態を制御する結合状態制御部(70)と、
を有し、
上記電磁波の周波数を変更する周波数制御部(71)と、上記電磁波の伝送路のインピーダンスを変更するインピーダンス変更部(72)とを備え、上記結合状態制御部は、上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするときの上記電磁波の周波数が上記周波数制御部で制御可能な所定範囲内となるように上記インピーダンス変更部を操作して上記伝送路のインピーダンスを変更した後、上記周波数制御部を操作して上記電磁波を上記所定範囲内で変更することにより上記電磁波が上記マッチング対象にマッチングするように上記電磁波のマッチング状態を制御する、点火装置。 - 上記判定部が上記プラズマ形成空間にプラズマが発生していない第1状態であると判定したときは、上記決定部は上記マッチング対象を上記プラズマ形成空間に存在する混合気に決定し、
及び/又は、上記判定部が上記プラズマ形成空間にプラズマが発生している第2状態であると判定したときは、上記決定部は上記マッチング対象を上記プラズマ形成空間に存在するプラズマに決定する、請求項8に記載の点火装置。 - 上記判定部は、上記点火プラグへの電力印加開始から予め設定された時間が経過するまでは上記第1状態と判定し、上記点火プラグへの電力印加開始から予め設定された時間が経過した後は上記第2状態と判定する、請求項9に記載の点火装置。
- 上記点火プラグからの反射電力、上記点火プラグへの入射電力、又はこれらを検出するための検波電圧あるいは検波電流のうち少なくとも一つを検出する検出部(80)を有し、
上記判定部は、上記検出部の検出結果に基づいて上記プラズマの形成状態を判定する、請求項8又は9に記載の点火装置。 - 上記検出部は上記反射電力を検出し、上記検出部が検出した上記反射電力が上記電磁波電力の印加開始から最初の極小値となったとき、上記判定部は上記プラズマ形成空間にプラズマが発生したと判定する、請求項11に記載の点火装置。
- 上記インピーダンス変更部は、上記伝送路のインダクタンス及びキャパシタンスのうち少なくとも一方を変更する、請求項7〜12のいずれか一項に記載の点火装置。
- 上記判定部が上記プラズマによって初期火炎が形成されている第3状態と判定したときは、上記決定部は上記マッチング対象を初期火炎に決定する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の点火装置。
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