WO2010095694A1

WO2010095694A1 - プラズマジェット点火プラグの点火装置

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Publication number: WO2010095694A1
Application number: PCT/JP2010/052471
Authority: WO
Inventors: 悌丞中野; 美邦佐藤; 裕之亀田; 直史山村; 大輔笠原
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2010-08-26
Also published as: EP2400607A4; US20110297131A1; EP2400607A1; JP5335064B2; JPWO2010095694A1; US8528531B2

Abstract

　プラズマジェット点火プラグの点火時にプラズマ形成に十分な大きさの電流を火花放電間隙に流しつつノイズの発生を抑制する。　プラズマジェット点火プラグ１００と高電圧発生回路２１０との間に配設されたダイオードＤ１に一端が接続され、プラズマジェット点火プラグ１００の中心電極４０に他端が電気接続される抵抗器Ｒ１と、プラズマジェット点火プラグ１００の中心電極４０に一端が電気接続され、他端が接地されたコンデンサＣ１と、を設けた。

Description

プラズマジェット点火プラグの点火装置

　本発明は、プラズマを形成して混合気への点火を行う内燃機関用のプラズマジェット点火プラグの点火装置に関するものである。

　従来、例えば自動車用の内燃機関であるエンジンの着火用のプラグには、火花放電（単に「放電」ともいう。）により混合気への着火を行うスパークプラグが使用されている。近年、内燃機関の高出力化や低燃費化が求められており、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確実に着火できる着火性の高い点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが知られている。

　このようなプラズマジェット点火プラグは、電源に接続されて使用される際に中心電極と接地電極との間の火花放電間隙が形成される。プラズマジェット点火プラグは、この火花放電間隙の周囲をセラミックス等の絶縁碍子で包囲して、キャビティと称する小さな容積の放電空間を形成した構造を有している。重畳式の電源を使用する場合のプラズマジェット点火プラグを一例（例えば、特許文献１参照。）を以って説明する。混合気への点火の際には、まず、中心電極と接地電極との間に高電圧が印加され、火花放電（「トリガー放電」ともいう）が行われる。このときに生じた絶縁破壊によって、両者間には比較的低電圧で電流を流すことができるようになる。そこで更にエネルギーを供給することで放電状態を遷移させ、キャビティ内でプラズマが形成される。そして、形成されたプラズマが連通孔（いわゆるオリフィス）を通じて噴出されることによって、混合気への着火が行われるのである。プラズマの噴出の観点からはこの行程が１回に相当する。

　このようなプラズマジェット点火プラグでは、プラズマを形成する際に、一般的なスパークプラグにおいて火花放電のために流される電流よりも大きな電流を火花放電間隙に流す必要がある。流す電流を大きくするためには電流の流れる回路上の電気抵抗値を低くする必要があり、点火装置の回路上や、プラズマジェット点火プラグの内部には、通常、抵抗器が設けられていない（例えば、特許文献２参照。）。

日本国特開２００２－３２７６７２号公報日本国特開昭５７－２８８６９号公報

　しかしながら、プラズマジェット点火プラグには短時間のうちに大きな電流が流されることとなるため、単位時間あたりの電流値の変動が激しい。このため、浮遊容量（浮遊容量は、プラズマジェット点火プラグとそのプラズマジェット点火プラグに電圧を印加する放電電圧印加手段との間に位置する高圧配線に形成される。）に起因する大きな電雑ノイズ（本明細書では、機器の外部に輻射される電磁波等のノイズのことを「電雑ノイズ」と称することがある。電子機器内に高周波電流が流れるとそれによって電雑ノイズが輻射され、これが外部の機器や他の信号に干渉して影響を及ぼすこととなる。）を生じやすいという問題があった。こうした電雑ノイズの発生を抑制するために、プラズマジェット点火プラグの内部や点火装置の回路上に抵抗器を設け浮遊容量に蓄えられるエネルギーを抑制することも考えられるが、このように安易に抵抗器を設けると、容量放電時に発生する放電電流が小さくなる結果、プラズマの形成に十分な大きさの容量放電によるエネルギーが得られなくなる虞があった。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマジェット点火プラグの点火時に、プラズマを形成するのに十分な大きさの電流を火花放電間隙に流しつつも、電雑ノイズの発生を抑制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を提供することにある。

　前述した目的を達成するために、本発明に係るプラズマジェット点火プラグの点火装置は、下記（１）～（４）を特徴としている。
（１）　軸孔を有し該軸孔内に中心電極が設けられた絶縁体と、前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、中心に連通孔を有する板状の接地電極とを備えるプラズマジェット点火プラグと、
　前記中心電極と前記接地電極との間に形成される火花放電間隙にて火花放電を発生させるための電圧を前記プラズマジェット点火プラグに印加する放電電圧印加手段と、
　前記プラズマジェット点火プラグと前記放電電圧印加手段との間に配設されたダイオードと、
　を備えたプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、さらに、
　前記ダイオードに一端が接続され、前記プラズマジェット点火プラグの中心電極に他端が電気接続される抵抗器と、
　前記プラズマジェット点火プラグの中心電極に一端が電気接続され、他端が接地されたコンデンサ機能部品と、
　を備えたこと。
（２）　上記（１）の構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、
　前記コンデンサ機能部品は、
　　前記プラズマジェット点火プラグの前記中心電極に電気接続された端子金具と、
　　前記端子金具を内部に収容する中空筒状の金属筒と、
　を有すること。
（３）　上記（２）の構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、
　前記コンデンサ機能部品は、
　　前記金属筒に収容された状態の前記端子金具と該金属筒との間の間隙を埋める誘電体、
　を有すること。
（４）　上記（２）または（３）の構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、
　前記抵抗器の他端は、前記金属筒の内部に配置され、
　前記抵抗器の他端を含み、前記金属筒の軸心方向に直交する該金属筒の断面と、前記金属筒の端面を含む該金属筒の断面と、に挟まれ、前記端子金具がその内部に位置する領域に蓄えられる静電容量が、１ｐＦ以上１００ｐＦ以下であること。

　上記（１）の構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置によれば、プラズマジェット点火プラグの点火時に、プラズマを形成するのに十分な大きさの電流を火花放電間隙に流しつつも、電雑ノイズの発生を抑制することができる。
　上記（２）の構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置によれば、新たに設けたコンデンサに起因する電雑ノイズを、そのコンデンサを構成する金属筒が遮蔽する役割を果たすため、該コンデンサから発生する電雑ノイズの伝搬を抑制することができる。
　上記（３）の構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置によれば、所望の誘電率の誘電体を用いることにより、このコンデンサ機能部品の小型化を実現することができる。
　上記（４）の構成のプラズマジェット点火プラグの点火装置によれば、プラズマジェット点火プラグの点火時に、プラズマを形成するのに十分な大きさの電流を火花放電間隙により効果的に流しつつも、電雑ノイズの発生をより効果的に抑制することができる。

　本発明のプラズマジェット点火プラグの点火装置によれば、プラズマジェット点火プラグの点火時に、プラズマを形成するのに十分な大きさの電流を火花放電間隙に流しつつも、電雑ノイズの発生を抑制することができる。

　以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

プラズマジェット点火プラグの基本的な構成を示す部分断面図である。本発明に用いるプラズマジェット点火プラグの構成例を示す部分断面図である。図２に示したプラズマジェット点火プラグを用いた点火装置の構成例を示す電気回路図である。プラズマジェット点火プラグに印加される放電電圧と放電電流の波形の具体例を示す波形図である。

　以下、本発明を具体化したプラズマジェット点火プラグの点火装置の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、プラズマジェット点火プラグ１００について説明する。本発明の点火装置２００に利用可能なプラズマジェット点火プラグ１００の基本的な構成が図１に示されている。なお、図１において、プラズマジェット点火プラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をプラズマジェット点火プラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

　図１に示す、プラズマジェット点火プラグ１００は、周知のようにアルミナ等を焼成してなる絶縁部材であり、軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒状の絶縁碍子１０を有する。絶縁碍子１０は、軸線Ｏ方向の略中央に、外径の最も大きな中胴部１９を有する。この中胴部１９の後端側には、中胴部１９よりも縮径された外径を持つ後端側胴部１８が、軸線Ｏ方向後端側（図１における上側）へ向け延びるように形成されている。また、中胴部１９より先端側（図１における下側）には後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成されている。さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。そして絶縁碍子１０の軸孔１２のうち脚長部１３の内周にあたる部分は、軸孔１２のうちの他の部分よりも縮径され、電極収容部１５として形成されている。この電極収容部１５の内周は絶縁碍子１０の先端面１６に連続し、後述するキャビティ６０の開口部１４を形成している。

　電極収容部１５の内部には、銅または銅合金を芯材に用い、Ｎｉ合金を外皮とする棒状の中心電極２０が保持されている。中心電極２０は、Ｗで構成されている。または、中心電極２０の先端に、貴金属やＷを主成分とする合金からなる円盤状の電極チップ２５を中心電極２０と一体となるように接合した構成でもよい（なお、本実施の形態では、中心電極２０と電極チップ２５が一体となった形態も含めて「中心電極」と称する。）。ここで、この中心電極２０の先端面（または、中心電極２０と一体に接合された電極チップ２５の先端面）と、軸孔１２の電極収容部１５の内周面とに囲まれた、容積の小さな放電空間が形成されている。本実施の形態では、この放電空間をキャビティ６０と称する。また、中心電極２０は軸孔１２内を後端側へ向けて延びており、金属とガラスの混合物からなる導電性のシール体４を経由して、軸孔１２の後端側に設けられた端子金具４０と電気的に接続されている。この端子金具４０にはプラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続され、後述する点火装置２００（図３参照）から高電圧が印加されるようになっている。

　また、絶縁碍子１０は、鉄系の材料を用いて円筒状に形成された主体金具５０に、後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位の周囲を取り囲まれて、加締めにより保持されている。主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド３００（図２参照）にプラズマジェット点火プラグ１００を固定するための金具であり、エンジンヘッド３００の取付孔３０１に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部５２を有する。そして取付ねじ部５２の基端側には、プラズマジェット点火プラグ１００をエンジンヘッド３００の取付孔に取り付けた際に、取付孔を介したエンジン内の気密漏れを防止するため、環状のガスケット５が嵌挿されている。

　主体金具５０の先端には、インコネル（商標名）６００または６０１等の耐火花消耗性に優れたＮｉ系合金を用い、円盤状に形成された接地電極３０が設けられている。接地電極３０は、厚み方向を軸線Ｏ方向に揃え、絶縁碍子１０の先端面１６に当接した状態で、主体金具５０と一体に接合されている。接地電極３０の中央には連通孔３１が穿設され、キャビティ６０の開口部１４に連なって同軸に配置されており、この連通孔３１を介し、キャビティ６０の内部と外気とが連通されている。接地電極３０と中心電極２０との間は火花放電間隙として形成されており、キャビティ６０は、少なくともその一部の周囲を包囲する形態をなす。この火花放電間隙にて行われる火花放電の際にエネルギーが供給されて、キャビティ６０内でプラズマが形成され、このプラズマが連通孔３１を介し、開口部１４から噴出される。

　本発明の点火装置２００に用いるプラズマジェット点火プラグ１００は、図１に示した構成要素の他に、図３に示すコンデンサＣ１に相当する構成要素を有している。例えば、図２に示すプラズマジェット点火プラグ１００は、円筒状電極１１１及び誘電体１１２を備えており、円筒状電極１１１及び誘電体１１２によってコンデンサＣ１が構成される。

　円筒状電極１１１は、導電性の金属材料によって構成され、円筒状に形成され中空構造になっている。円筒状電極１１１の内径は絶縁碍子１０の後端側胴部１８の径よりも大きい。円筒状電極１１１は絶縁碍子１０の後端側胴部１８の周囲を包囲するように配置され、円筒状電極１１１の中心軸の位置と後端側胴部１８の中心軸の位置とがほぼ一致するように配置されている。図２に示すように、円筒状電極１１１の軸方向の長さは、後端側胴部１８の長さの２倍程度になっており、円筒状電極１１１の下側半分程度の領域が後端側胴部１８の外周を包囲している。つまり、円筒状電極１１１は後端側胴部１８が存在する位置よりも更に上方まで延びている。

　絶縁碍子１０や端子金具４０と円筒状電極１１１との間の空間に誘電体１１２が充填されている。誘電体１１２は、誘電性を有する電気絶縁物で構成されている。誘電体１１２は絶縁碍子１０よりも誘電率が大きい材料で構成されている。

　導電体である端子金具４０とそれを包囲する円筒状電極１１１とが誘電体１１２を介して対向しているので、これらによって静電容量、つまり図３に示すコンデンサＣ１に相当する回路要素が形成される。プラズマジェット点火プラグ１００に形成するコンデンサＣ１の静電容量の大きさについては、１ｐＦ以上１００ｐＦ以下であることが望ましい。なお、本発明の実施の形態では、端子金具４０と円筒状電極１１１との間の空間に誘電体１１２を充填した構成について説明するが、必ずしも、誘電体１１２を充填する必要は無い。コンデンサＣ１の静電容量の大きさが１ｐＦ以上１００ｐＦ以下でありさえすればよい。

　もともと、例えば端子金具４０等の部材と接地電極３０等のアース側との間には比較的小さい浮遊容量（図示せず）が形成されている。この浮遊容量はプラズマジェット点火プラグ１００における放電動作に少なからず影響を及ぼす。本実施の形態においては、より安定した放電動作を可能にするために、円筒状電極１１１及び誘電体１１２を設けてある。つまり、円筒状電極１１１及び誘電体１１２を設けることにより、浮遊容量よりも容量の大きいコンデンサＣ１を中心電極２０の近傍に形成してある。

　図２に示すように、プラズマジェット点火プラグ１００は取付ねじ部５２が金属で構成された内燃機関のエンジンヘッド３００に嵌合（螺合）するように装着される。プラズマジェット点火プラグ１００に設けた円筒状電極１１１は、配線１１３によりエンジンヘッド３００と電気的に接続してあり、エンジンヘッド３００を介してアースに接続されている。
　図２に示すように、端子金具４０には抵抗器Ｒ１の他端及びダイオードＤ２の一端（アノード）が接続されている。図２に示す例では、抵抗器Ｒ１及びダイオードＤ２は円筒状電極１１１の内側の空間内に配置される。この結果、その抵抗器Ｒ１の他端（抵抗器Ｒ１の他端は、ダイオードＤ１に接続された抵抗器Ｒ１の一端とは反対側の端部である。この端部を、以後点Ｐと称することがある。）Ｐも円筒状電極１１１の内側の空間内に配置されている。なお、図３では、プラズマジェット点火プラグ１００と後述する高電圧発生回路２１０（放電電圧印加手段と称することがある。）との間に配設されたダイオードのアノードに、抵抗器Ｒ１の一端が接続される場合について記載しているが、本発明は、抵抗器Ｒ１の一端がアノードに接続されるものに限るものではない。点火装置２００の回路構成に応じて、適宜、カソードに接続することもできる。

　プラズマジェット点火プラグ１００に放電が生じる際には、短時間の間に端子金具４０等の回路に高周波電流が流れる。この高周波電流によって生じるノイズは、電磁波等としてプラズマジェット点火プラグ１００の外側に輻射され、周囲の電子機器に影響を及ぼすことになる。しかし、端子金具４０の近傍で生じるノイズについては、その周囲が接地された円筒状電極１１１によって覆われているので、静電シールドの効果により外部へのノイズの輻射が大幅に抑制される。

　このような構造を有するプラズマジェット点火プラグ１００は、図３に示す点火装置２００に接続されてエネルギーを供給されることにより、キャビティ６０内でプラズマを形成し、開口部１４からプラズマを噴出して混合気への点火を行う。以下、図３を参照し、プラズマジェット点火プラグ１００の点火装置２００について説明する。

　図３に示すように、点火装置２００は２つの高電圧発生回路２１０、２２０を備えている。一方の高電圧発生回路２１０（放電電圧印加手段と称することがある。）は、プラズマジェット点火プラグ１００の中心電極２０と接地電極３０との間で火花放電を行わせるための電源であり、数十ｋＶ程度の高電圧を一時的に出力する。もう一方の高電圧発生回路２２０は、火花放電が生じた後で、プラズマの発生に必要な電気エネルギーをプラズマジェット点火プラグ１００に供給するための電源であり、５００Ｖ程度の高電圧を出力する。高電圧発生回路２１０から供給される電力と高電圧発生回路２２０から供給される電力とによって、プラズマジェット点火プラグ１００の開口部１４からエンジンヘッド３００の内側空間に向けてプラズマが噴出し、このプラズマにより混合気への点火が行われる。

　図３に示す高電圧発生回路２１０は、点火コイル２１１及びトランジスタＱ１を備えている。点火コイル２１１は一次側巻線Ｌ１と二次側巻線Ｌ２を有する高圧トランスである。点火コイル２１１の一次側巻線Ｌ１は、一端が直流電源（バッテリー等に相当する）２３０のプラス側端子と接続され、他端がトランジスタＱ１のコレクタ端子と接続されている。直流電源２３０のマイナス側端子はアースに接続されている。

　トランジスタＱ１の制御端子であるベース電極には、図示しない制御回路から点火コイル通電信号が印加される。この点火コイル通電信号は、プラズマジェット点火プラグ１００における放電の１サイクル毎に１つのパルス信号が現れる二値信号であり、トランジスタＱ１のスイッチング制御に利用される。

　すなわち、点火コイル通電信号が高レベルになると、トランジスタＱ１が導通し、直流電源２３０から供給される電力により点火コイル２１１の一次側巻線Ｌ１に電流が流れる。また、点火コイル通電信号が低レベルになると、トランジスタＱ１が非導通に切り替わり、点火コイル２１１の一次側巻線Ｌ１に流れる電流が急速に遮断される。

　点火コイル２１１の一次側巻線Ｌ１に電流が流れ始める時、並びに点火コイル２１１の一次側巻線Ｌ１の電流が遮断される時に、二次側巻線Ｌ２には高電圧が発生する。二次側巻線Ｌ２に発生する電圧は、一次側巻線Ｌ１と二次側巻線Ｌ２の巻数比によって決定される。

　図３に示すように、高電圧発生回路２１０の出力端子２１０ａは、ダイオードＤ１の一端であるカソード端子と接続され、ダイオードＤ１の他端であるアノード端子には抵抗器Ｒ１の一端が接続され、抵抗器Ｒ１の他端がプラズマジェット点火プラグ１００の端子金具４０と電気的に接続されている。ダイオードＤ１は電流の逆流を防止するために設けてある。すなわち、負極性の電圧により端子金具４０から二次側巻線Ｌ２に向かう方向にのみ火花放電時の電流が流れるようにダイオードＤ１が極性を制御する。抵抗器Ｒ１の抵抗値については、１００Ω以上が望ましい。なお、通常のプラズマジェット点火プラグの構造にならい、プラズマジェット点火プラグ１００の内部には特別な抵抗器は内蔵されていない。

　一方、高電圧発生回路２２０の出力端子とアースとの間にはコンデンサＣ２が接続されている。また、高電圧発生回路２２０の出力端子にコイルＬ３の一端が接続され、コイルＬ３の他端にダイオードＤ２の一端であるカソード端子が接続され、ダイオードＤ２の他端であるアノード端子がプラズマジェット点火プラグ１００の端子金具４０と電気的に接続されている。ダイオードＤ２は電流の逆流を防止するために設けてある。すなわち、負極性の電圧により端子金具４０から高電圧発生回路２２０の出力側に向かう方向にのみプラズマ放電時の電流が流れるようにダイオードＤ２が極性を制御する。なお、プラズマジェット点火プラグ１００の端子金具４０とコンデンサＣ２とを接続する配線上のコイルＬ３等の直流抵抗値は１Ω以下にしてある。

　１サイクルの放電動作の間にプラズマジェット点火プラグ１００に印加される放電電圧及び放電の際に流れる放電電流の波形の具体例が図４に示されている。図４に示す放電電圧Ｖ１１及び放電電流Ｉ１１は、図３に示すように抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が備わっている場合の波形を表しており、放電電圧Ｖ１２及び放電電流Ｉ１２は、図３に示す抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が存在しない場合の波形を表している。

　放電を開始する時には、まず火花放電（トリガー放電とも言う）を発生させるために、高電圧発生回路２１０からプラズマジェット点火プラグ１００に高電圧を供給する。すなわち、図３に示すトランジスタＱ１が導通状態から非導通状態に切り替わる時、点火コイル２１１の二次側巻線Ｌ２に瞬間的に高電圧が発生し、この高電圧がアース電位に対し負極性の電圧として高電圧発生回路２１０の出力２１０ａに現れ、この高電圧がダイオードＤ１及び抵抗器Ｒ１を介してプラズマジェット点火プラグ１００の端子金具４０に印加される。

　一方、コンデンサＣ１以外の静電容量として、プラズマジェット点火プラグ１００内部の電極間や、高電圧発生回路２１０とプラズマジェット点火プラグ１００とを接続する高圧ケーブル（Ｄ１、Ｒ１を含む配線）とアースとの間や、点火コイル２１１の二次側巻線Ｌ２とアースとの間には浮遊容量が存在している。

　高電圧発生回路２１０の出力２１０ａに瞬間的に高電圧が現れると、この高電圧によって上記の各浮遊容量やコンデンサＣ１に電荷が蓄積される。プラズマジェット点火プラグ１００における放電の初期（図４に示す「容量放電」のタイミング：数ナノｓｅｃ程度）には、高電圧によってキャビティ６０内で絶縁破壊が生じ火花放電が生じるが、この時には前記各浮遊容量やコンデンサＣ１に蓄積された電荷の放出により、プラズマジェット点火プラグ１００に電気エネルギーが供給される。また、前記各浮遊容量やコンデンサＣ１の電荷が放出された後は（図４に示す「誘導放電」のタイミング：数μｓｅｃ程度）、点火コイル２１１の二次側巻線Ｌ２のインダクタンスに蓄積されたエネルギーが放出され放電が継続する。

　一方、放電によりプラズマを生じさせるためには大きな電気エネルギーをプラズマジェット点火プラグ１００に供給する必要がある。高電圧発生回路２１０からプラズマジェット点火プラグ１００に供給できる電流は比較的小さいので、プラズマを生じさせるためのエネルギーを別系統の高電圧発生回路２２０から供給する。実際には、高電圧発生回路２２０が出力する電力をコンデンサＣ２に蓄積しておき、コンデンサＣ２の電荷をダイオードＤ２及びコイルＬ３を介してプラズマジェット点火プラグ１００に供給する。なお、火花放電の後でプラズマ放電を行う場合には、火花放電の際に生じた絶縁破壊によって放電が生じやすくなっているので、比較的低い電圧でも放電を継続することができる。

　実際には、高電圧発生回路２１０側からプラズマジェット点火プラグ１００の端子金具４０に印加される負極性の電圧が高電圧発生回路２２０に接続されているコンデンサＣ２の端子間に現れる負極性の電圧よりも小さくなると、ダイオードＤ２が導通し、コンデンサＣ２に蓄積された電荷がダイオードＤ２及びコイルＬ３を介してプラズマジェット点火プラグ１００に供給される。すなわち、プラズマジェット点火プラグ１００のキャビティ６０に生じるプラズマによって流れる電流（プラズマ電流という）は、端子金具４０からダイオードＤ２及びコイルＬ３を経由してコンデンサＣ２に流れる。

　従って、図４に放電電流Ｉ１１として示す波形のように、「容量放電」のタイミングの途中からプラズマ電流が流れ始め、コンデンサＣ２に蓄積された電荷の量に応じてプラズマ電流が継続的に流れる。

　ところで、前記「容量放電」のタイミングにおいては、高電圧の電荷によって放電電流の波形には非常に短い時間の間に振幅の大きい高周波電流が現れる。この高周波電流によって電磁波等のノイズが輻射されると、輻射されたノイズが点火装置２００の周囲の電子機器等に悪影響を及ぼすことになる。従って、点火装置２００から輻射されるノイズを低減する必要がある。

　図３に示すような構成の点火装置２００においては、前記浮遊容量及び放電電圧が大きくなるに従って、「容量放電」の際の電流が大きくなり、輻射されるノイズも大きくなる。また、「容量放電」の際の電流が流れる経路に存在する直流抵抗が小さくなるほど、「容量放電」の際の電流が大きくなり輻射されるノイズも大きくなる。

　一方、「容量放電」の際の電流が小さいと、プラズマ放電の際にプラズマジェット点火プラグ１００にプラズマ電流を流し込みにくくなる。すなわち、「容量放電」の電流が小さいと、前記浮遊容量に蓄積された電荷が放出されるのに要する時間が長くなり、高電圧発生回路２１０側からプラズマジェット点火プラグ１００に印加される負極性の高電圧が減衰するまでの時間が長くなる。この高電圧が十分に減衰しないとダイオードＤ２が導通しないので、プラズマ放電のためにコンデンサＣ２の電荷をプラズマジェット点火プラグ１００に供給することができない。

　また、プラズマ電流が通るライン（ダイオードＤ２、コイルＬ３等が存在する電流経路）については、直流抵抗を小さくするのが望ましい。これにより、プラズマ電流のピーク値が大きくなり、プラズマの生成効率が改善される。

　高電圧発生回路２１０の出力とプラズマジェット点火プラグ１００の端子金具４０との間に挿入した抵抗器Ｒ１は、高電圧発生回路２１０とプラズマジェット点火プラグ１００を接続する高圧ケーブルや点火コイル２１１の二次側巻線Ｌ２の浮遊容量に蓄積された電荷によって「容量放電」の際に流れる高周波電流の振幅を抑制し、前述のノイズを低減するのに効果がある。

　しかし、抵抗器Ｒ１を設けることにより、「容量放電」の際の電流が小さくなると、上記のように端子金具４０に印加される高電圧が減衰するまでの時間が長くなり、プラズマ放電の際にコンデンサＣ２の電流をプラズマジェット点火プラグ１００に流し込みにくくなる。

　図３に示すように、プラズマジェット点火プラグ１００にコンデンサＣ１を接続することにより、抵抗器Ｒ１が存在する場合であっても、プラズマ放電の際にコンデンサＣ２の電流をプラズマジェット点火プラグ１００に流し込みやすくなる。すなわち、プラズマジェット点火プラグ１００自体に存在する浮遊容量とコンデンサＣ１の容量とが足し合わされることにより、容量放電の際の電流が大きくなる結果、プラズマ放電の際にコンデンサＣ２の電流をプラズマジェット点火プラグ１００に流し込みやすくなる。そして、高電圧発生回路２１０の出力からプラズマジェット点火プラグ１００に高電圧が印加された後、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は抵抗値の小さい経路（プラズマジェット点火プラグ１００の電極間）を通って急速に放出され、端子金具４０に印加される高電圧は急速に減衰し、短時間でダイオードＤ２が導通してプラズマ電流が流れ始める。

　従って、コンデンサＣ１については、抵抗器Ｒ１よりも端子金具４０に近い位置に配置する必要がある。また、非常に高い電圧が高電圧発生回路２１０から印加されるので、コンデンサＣ１については高い耐圧（数十ｋＶ）が要求される。そのため市販されている一般的なコンデンサをコンデンサＣ１として利用することは難しい。そこで、図２に示すように、端子金具４０の近傍に円筒状電極１１１を配置し、それらの間に誘電体１１２を充填することにより、十分に容量の大きいコンデンサＣ１を構成する。

　コンデンサＣ１の静電容量については、１ｐＦ以上１００ｐＦ以下が適当である。特に、図２に示すように、抵抗器Ｒ１の他端である点Ｐが円筒状電極１１１の内側の空間内に配置される場合には、その抵抗器Ｒ１の他端である点Ｐを含み、円筒状電極１１１の軸心方向に直交する円筒状電極１１１の断面Ｓ１と、円筒状電極１１１の端面を含む該円筒状電極１１１の断面Ｓ２とに挟まれる領域（円筒状電極１１１の端面は、円筒状電極１１１の端部が同一平面上に位置する面であり、プラズマジェット点火プラグ１００によって挿通される側と、挿通されない側がそれぞれある。また、この領域は、プラズマジェット点火プラグ１００によって挿通される側に位置する円筒状電極１１１の端面を含む該円筒状電極１１１の断面Ｓ２によって挟まれ、その内部には端子金具４０が位置する。）に蓄えられる静電容量が、１ｐＦ以上１００ｐＦ以下であることが適当である。上述の断面Ｓ１と断面Ｓ２とに挟まれる領域に蓄えられる静電容量は、図３のコンデンサＣ１に蓄えられる静電容量に相当し、この領域に蓄えられた電荷の放出による電気エネルギーは、プラズマジェット点火プラグ１００に供給される。

　一方、円筒状電極１１１の端面を含む該円筒状電極１１１の断面Ｓ０（上述した断面Ｓ２とは反対側に位置する、プラズマジェット点火プラグ１００によって挿通されない側の円筒状電極１１１の端面を含む断面）と、上述した円筒状電極１１１の断面Ｓ１とに挟まれる領域にも電荷が蓄えられる。しかし、この電荷の放出による電気エネルギーは、その領域に位置する抵抗器Ｒ１に供給され、プラズマジェット点火プラグ１００には供給されない。このため、プラズマ放電の際にコンデンサＣ２の電流をプラズマジェット点火プラグ１００に流し込みやすくするためには、上述の断面Ｓ１と断面Ｓ２とに挟まれる領域に蓄えられた電荷の放出によって対応しなければならず、したがって、その領域に蓄えられる静電容量が１ｐＦ以上１００ｐＦ以下であることが適当である。

　上述の断面Ｓ１と断面Ｓ２とに挟まれる領域に蓄えられる静電容量は、例えば、円筒状電極１１１の断面Ｓ０から断面Ｓ１にかけての部分を切除し、残りの円筒状電極１１１の静電容量をＬＣＲメータにて測定する、ことによって特定することができる。尚、静電容量を特定する手法は、これに限られない。円筒状電極１１１の形状およびその内部の誘電率、円筒状電極１１１内部での抵抗器Ｒ１の他端の位置、および、円筒状電極１１１内部に位置するプラズマジェット点火プラグ１００の形状およびその誘電率を参照し、理論的に算出することもできる。

　コンデンサＣ１の静電容量が１ｐＦ未満の場合には、コンデンサＣ１の効果が十分に得られず、プラズマ放電の際にコンデンサＣ２の電流をプラズマジェット点火プラグ１００に流し込みにくくなる。具体的には、コンデンサＣ１の静電容量が１ｐＦ未満の場合、キャビティ６０内でプラズマが形成される確率（プラズマ発生確率）が７０～８０％に低下する。また、コンデンサＣ１の静電容量が１００ｐＦを超える場合には、高電圧発生回路２１０の出力から端子金具４０に高電圧を印加する際に、Ｒ１、Ｃ１の時定数により電圧の上昇速度が遅くなり、容量放電できなくなるという問題がある。具体的には、コンデンサＣ１の静電容量が１００ｐＦを超える場合、プラズマジェット点火プラグ１００によって容量放電が起きる確率（放電確率）が７０～８０％に低下する。他方、コンデンサＣ１の静電容量が１ｐＦ以上１００ｐＦ以下であれば、プラズマ発生確率および放電確率ともに、８０～１００％と高い水準にすることができる。

　コンデンサＣ１を構成する電極については、円筒状電極１１１のような円筒状に限定されるものではなく、例えば平板状の金属の電極であっても良い。しかし、円筒状電極１１１のように端子金具４０の周囲を包囲する電極を用いてこれを接地する場合には、静電シールドの効果が得られる。つまり、円筒状電極１１１の電位が一定であるため、端子金具４０等の箇所を流れる高周波電流によって生じるノイズは円筒状電極１１１の外側には輻射しない。点火コイル２１１の二次側巻線Ｌ２や高圧ケーブルに存在する浮遊容量によって「容量放電」の際に生じるノイズについては、抵抗器Ｒ１の効果によって電流が抑制されるので比較的小さくなる。抵抗器Ｒ１の抵抗値については１００Ω以上が適当である。

　抵抗器Ｒ１の効果によりノイズを十分に低減するためには、ノイズの原因となる高周波電流が流れる電流経路の長さをできる限り短くするのが望ましい。具体的には、プラズマジェット点火プラグ１００とエンジンヘッド３００との嵌合部から抵抗器Ｒ１までの配線等の距離、並びに前記嵌合部からダイオードＤ２までの配線等の距離について、それぞれ３０ｃｍ以下にする。また、抵抗器Ｒ１からダイオードＤ２までの配線等の長さについても１０ｃｍ以下にする。例えば図２に示すように、円筒状電極１１１の内空間に抵抗器Ｒ１及びダイオードＤ２を配置すれば、ノイズの原因となる高周波電流が流れる電流経路のほぼ全体が静電シールドされるのでノイズの低減効果が非常に高くなる。

　コンデンサＣ１を接続する位置については、抵抗器Ｒ１とダイオードＤ２との接続点Ｑと、プラズマジェット点火プラグ１００の電極（端子金具４０等）との間の経路上であればよい。

　なお、コンデンサＣ２の静電容量については、プラズマ形成時のエネルギー、すなわち火花放電間隙へのトリガー放電の際にコンデンサＣ１や浮遊容量によって供給されるエネルギー量と、コンデンサＣ２から供給されるエネルギー量と和が、１回のプラズマ噴出を行うために供給される量（例えば１５０ｍＪ）となるように、その静電容量が設定されている。これらのエネルギーによって火柱状（フレーム状）のプラズマを開口部１４から噴出させることができ、プラズマにより混合気への点火を行うことができる。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

　本出願は、2009年2月18日出願の日本特許出願（特願2009－035107）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

４　シール体
５　ガスケット
１０　絶縁碍子
１２　軸孔
１３　脚長部
１４　開口部
１５　電極収容部
１６　先端面
１７　先端側胴部
１８　後端側胴部
１９　中胴部
２０　中心電極
２５　電極チップ
３０　接地電極
３１　連通孔
４０　端子金具
５０　主体金具
５２　取付ねじ部
６０　キャビティ
１００　プラズマジェット点火プラグ
１１１　円筒状電極
１１２　誘電体
１１３　配線
２００　点火装置
２１０，２２０　高電圧発生回路
２１１　点火コイル
２３０　直流電源
３００　エンジンヘッド

Claims

　軸孔を有し該軸孔内に中心電極が設けられた絶縁体と、前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、中心に連通孔を有する板状の接地電極とを備えるプラズマジェット点火プラグと、
　前記中心電極と前記接地電極との間に形成される火花放電間隙にて火花放電を発生させるための電圧を前記プラズマジェット点火プラグに印加する放電電圧印加手段と、
　前記プラズマジェット点火プラグと前記放電電圧印加手段との間に配設されたダイオードと、
　を備えたプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、さらに、
　前記ダイオードに一端が接続され、前記プラズマジェット点火プラグの中心電極に他端が電気接続される抵抗器と、
　前記プラズマジェット点火プラグの中心電極に一端が電気接続され、他端が接地されたコンデンサ機能部品と、
　を備えた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。
　前記コンデンサ機能部品は、
　　前記プラズマジェット点火プラグの前記中心電極に電気接続された端子金具と、
　　前記端子金具を内部に収容する中空筒状の金属筒と、
　を有する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。
　前記コンデンサ機能部品は、
　　前記金属筒に収容された状態の前記端子金具と該金属筒との間の間隙を埋める誘電体、
　を有することを特徴とする請求項２に記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置。
　前記抵抗器の他端は、前記金属筒の内部に配置され、
　前記抵抗器の他端を含み、前記金属筒の軸心方向に直交する該金属筒の断面と、前記金属筒の端面を含む該金属筒の断面と、に挟まれ、前記端子金具がその内部に位置する領域に蓄えられる静電容量が、１ｐＦ以上１００ｐＦ以下であることを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置。