WO2012066708A1 - プラズマ点火装置およびプラズマ点火方法 - Google Patents

プラズマ点火装置およびプラズマ点火方法 Download PDF

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spark plug
plasma
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山田　達範
浩平 鬘谷
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日本特殊陶業株式会社
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    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture

Definitions

  • the present invention relates to a plasma ignition device that ignites by generating spark discharge and AC plasma between electrodes of a spark plug (ignition plug).
  • a DC power source that generates a DC power that generates a spark discharge and an AC power source that generates an AC power that generates an AC plasma are combined with each other.
  • a transmission to a spark plug has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the AC power supply is electrically connected to the DC power supply and the spark plug via a capacitor in order to suppress the inflow of DC power to the AC power supply side.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the life of a spark plug that generates spark discharge and AC plasma.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following forms or application examples.
  • the plasma ignition device of Application Example 1 includes a spark plug, a DC power source that generates DC power that generates spark discharge between the electrodes of the spark plug, and the electrode that generates the spark discharge.
  • An AC power source that generates AC power for generating AC plasma, and a coupling unit that couples the DC power and the AC power to each other and transmits them to the spark plug, the DC power source and the spark plug being
  • a plasma ignition device including a coupling unit including a capacitor for electrically connecting an AC power source, the first ignition mode for transmitting the AC power to the spark plug, and the spark plug
  • a power source controller that controls the DC power source and the AC power source by switching to a second ignition mode for stopping transmission of AC power; For second ignition mode, characterized by comprising a said capacitance controller also decreases the capacitance of the capacitor from the first ignition mode.
  • the inrush current at the initial stage of discharge is lower than that in the first ignition mode, so that electrode consumption due to spark discharge can be suppressed. it can. As a result, the life of the spark plug that generates spark discharge and AC plasma can be improved.
  • the capacitance of the capacitor in the second ignition mode may be 35 pF (picofarad) or less. According to the plasma ignition device of Application Example 2, it is possible to further suppress electrode consumption due to spark discharge.
  • the frequency f of the AC power satisfies 50 kHz ⁇ f ⁇ 100 MHz, and the capacitance of the capacitor in the first ignition mode is 0.0005. It is good also as (F * Hz (farad hertz)) / f or more. According to the plasma ignition device of Application Example 3, it is possible to sufficiently ensure the transmission efficiency of AC power in the first ignition mode.
  • the capacitor is a variable capacitor capable of increasing or decreasing electrostatic capacity, and the capacitor is electrically connected to the AC power source.
  • a first electrode connected; a second electrode electrically connected to the spark plug; a dielectric provided between the first electrode and the second electrode; and the capacitance controller.
  • an electromagnetic actuator that moves at least one of the first electrode and the second electrode based on a control signal from the first and second electrodes.
  • each of the facing surfaces where the first electrode, the second electrode, and the dielectric face each other may be a flat surface. According to the plasma ignition device of Application Example 5, the capacitor can be reduced in size.
  • the first electrode has a columnar shape
  • the dielectric has a cylindrical shape surrounding an outer periphery of the first electrode
  • the second electrode has the dielectric. It is good also as a cylindrical shape surrounding the outer periphery.
  • the capacitor can be easily attached to the plug hole by configuring the capacitor in a columnar shape corresponding to the plug hole accommodating the spark plug in the internal combustion engine.
  • the second electrode has a columnar shape
  • the dielectric has a cylindrical shape surrounding an outer periphery of the second electrode
  • the first electrode has the dielectric. It is good also as a cylindrical shape surrounding the outer periphery.
  • the capacitor in the internal combustion engine, can be easily attached to the plug hole by configuring the capacitor in a columnar shape corresponding to the plug hole that accommodates the spark plug.
  • Application Example 8 In the plasma ignition device of any one of Application Examples 4 to 7, the electrode moved by the electromagnetic actuator is close to the dielectric in the first ignition mode, and the second ignition mode In this case, an air gap may be formed between the dielectric. According to the plasma ignition device of Application Example 8, it is possible to increase the amount of change in capacitance with respect to the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode.
  • the gap between at least one of the first electrode and the second electrode and the dielectric may be filled with insulating oil. According to the plasma ignition device of Application Example 9, the withstand voltage of the capacitor can be improved.
  • the capacitor may be sealed with an insulating material. According to the plasma ignition device of Application Example 10, the withstand voltage of the capacitor can be improved.
  • the spark discharge is generated between the electrodes of the spark plug by the DC power generated by the DC power supply, and the spark discharge is generated by the AC power generated by the AC power supply.
  • a plasma ignition method for generating alternating current plasma between the electrodes, the first ignition mode for transmitting the alternating current power to the spark plug, and stopping the transmission of the alternating current power to the spark plug And switching the second ignition mode to control the DC power supply and the AC power supply.
  • a capacitor for electrically connecting the AC power supply to the DC power supply and the spark plug The capacitance is reduced as compared with the first ignition mode.
  • the inrush current at the initial stage of discharge is lower than that in the first ignition mode, so that electrode consumption due to spark discharge can be suppressed. it can. As a result, the life of the spark plug that generates spark discharge and AC plasma can be improved.
  • the form of the present invention is not limited to the form of the plasma ignition device and the plasma ignition method.
  • the internal combustion engine provided with the plasma ignition device various programs such as a program for causing a computer to realize the function of controlling the plasma ignition device. It is also possible to apply to a form.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a detailed configuration of a capacitor in Modification 1.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a capacitor in Modification 2.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a capacitor in Modification 2.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a capacitor in Modification 3.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a detailed configuration of a capacitor in Modification 1.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a plasma ignition device 20.
  • the plasma ignition device 20 includes a spark plug 100, a DC power source 210, an AC power source 220, a coupling unit 300, and an ignition control unit 500.
  • the spark plug 100 of the plasma ignition device 20 includes a center electrode 110 and a ground electrode 120, and is attached to an internal combustion engine (not shown).
  • the center electrode 110 of the spark plug 100 is electrically connected to the DC power supply 210 and the AC power supply 220 via the coupling portion 300.
  • the ground electrode 120 of the spark plug 100 is electrically grounded.
  • the plasma ignition device 20 ignites the air-fuel mixture by generating a spark discharge and alternating current plasma between the center electrode 110 and the ground electrode 120 in the spark plug 100.
  • the plasma ignition device 20 is electrically connected to the operation control unit 10 that controls the operation of the internal combustion engine, and depends on the operation state of the internal combustion engine based on the control signal output from the operation control unit 10. Ignition control is realized.
  • the plasma ignition device 20 realizes ignition control in the first ignition mode in which AC plasma is generated after generating spark discharge in an operation state where relatively high ignition energy is required. In a sufficient operating state with low ignition energy, ignition control is realized in the second ignition mode in which only spark discharge is generated without generating AC plasma.
  • the DC power supply 210 of the plasma ignition device 20 generates DC power that generates a spark discharge between the electrodes of the spark plug 100.
  • the DC power generated by the DC power supply 210 is a high voltage pulse of tens of thousands of volts.
  • the direct-current power generated by the direct-current power supply 210 is not limited to strict direct-current power, and may be any low-frequency power that is relatively 100 times or more compared to the alternating-current power generated by the alternating-current power supply 220.
  • the DC power source 210 is a power source using an ignition coil (ignition coil).
  • the AC power source 220 of the plasma ignition device 20 generates AC power that generates AC plasma between the electrodes of the spark plug 100 that has generated spark discharge.
  • the frequency f of the AC power generated by the AC power source 220 preferably satisfies “50 kHz (kilohertz) ⁇ f ⁇ 100 MHz (megahertz)” in order to generate AC plasma.
  • the coupling unit 300 of the plasma ignition device 20 couples the DC power generated by the DC power supply 210 and the AC power generated by the AC power supply 220 to each other and transmits them to the spark plug 100.
  • the coupling unit 300 includes an inductor (coil) 310 and a capacitor 320.
  • the inductor 310 of the coupling unit 300 electrically connects the DC power supply 210 to the center electrode 110 and the AC power supply 220 of the spark plug 100 and allows the AC power generated by the AC power supply 220 to flow into the DC power supply 210 side. Suppress.
  • Capacitor 320 of coupling unit 300 electrically connects AC power supply 220 to center electrode 110 and DC power supply 210 of spark plug 100, and allows DC power generated by DC power supply 210 to flow into AC power supply 220. Suppress.
  • the capacitor 320 is a variable capacitor that can increase or decrease the capacitance. The detailed configuration of the capacitor 320 will be described later.
  • the ignition control unit 500 of the plasma ignition device 20 executes ignition control according to the operation state of the internal combustion engine based on the control signal output from the operation control unit 10.
  • the ignition control unit 500 includes a power supply control unit 510 and a capacitance control unit 520.
  • each function of the power supply control unit 510 and the capacitance control unit 520 in the ignition control unit 500 is realized by a CPU (Central Processing Unit) of the ignition control unit 500 operating based on a program.
  • at least some of the functions of the ignition control unit 500 may be realized based on a physical circuit configuration of the ignition control unit 500.
  • the power supply control unit 510 of the ignition control unit 500 switches the ignition mode between the first ignition mode and the second ignition mode based on the control signal output from the operation control unit 10, and the DC power supply 210 and the AC power supply 220 is controlled.
  • the power supply control unit 510 instructs the DC power supply 210 to generate DC power and generates AC power in order to generate AC plasma after generating a spark discharge between the electrodes of the spark plug 100.
  • the power supply 220 is instructed to generate AC power.
  • the power supply control unit 510 instructs the DC power supply 210 to generate DC power in order to generate only spark discharge without generating AC plasma between the electrodes of the spark plug 100, and to generate AC power.
  • the power supply 220 is stopped from generating AC power.
  • the capacitance control unit 520 of the ignition control unit 500 increases or decreases the capacitance of the capacitor 320 in the coupling unit 300 in accordance with the switching of the ignition mode by the power supply control unit 510.
  • the capacitance control unit 520 decreases the capacitance of the capacitor 320 compared to the first ignition mode.
  • the capacitance control unit 520 increases the capacitance of the capacitor 320 more than in the second ignition mode.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the capacitance control process (step S100) executed by the capacitance control unit 520.
  • the capacitance control process (step S100) is a process for increasing or decreasing the capacitance of the capacitor 320 in the coupling unit 300 in accordance with switching of the ignition mode by the power supply control unit 510.
  • the capacitance control unit 520 executes the capacitance control process (step S100) in response to the switching of the ignition mode.
  • the capacitance control process (step S100) is performed. It may be executed periodically.
  • the capacitance control unit 520 determines the ignition mode based on the operating state of the power supply control unit 510 (step S110).
  • the ignition mode is the first ignition mode (step S110: “first ignition mode”)
  • the capacitance control unit 520 sets the capacitance of the capacitor 320 to C1 (step S120), and the ignition mode is the first ignition mode.
  • the two ignition mode is set (step S110: “second ignition mode”)
  • the capacitance of the capacitor 320 is set to C2 (step S130).
  • the relationship between the capacitance C1 and the capacitance C2 satisfies “C1> C2.”
  • the capacitance C1 of the capacitor 320 in the first ignition mode is “C1 ⁇ 0” in relation to the frequency f of the AC power generated by the AC power supply 220 in order to suppress the inflow of AC power to the DC power supply 210. .0005 (F ⁇ Hz) / f ”.
  • the capacitance C2 of the capacitor 320 in the second ignition mode is preferably 35 pF or less in order to suppress electrode consumption due to spark discharge in the spark plug 100. Details of the evaluation value of the capacitance C2 will be described later.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of the capacitor 320 in the embodiment.
  • 3A which is the upper stage of FIG. 3, illustrates a cross-sectional shape of the capacitor 320 in the first ignition mode
  • FIG. 3B which is the lower stage of FIG. 3, illustrates the configuration of the capacitor 320 in the second ignition mode.
  • the cross-sectional shape is illustrated.
  • the capacitor 320 of the coupling unit 300 includes a first electrode 321, a second electrode 322, a dielectric 323, and an electromagnetic actuator 330.
  • the first electrode 321 of the capacitor 320 is electrically connected to the AC power source 220, and the second electrode 322 of the capacitor 320 is electrically connected to the spark plug 100.
  • a dielectric 323 is provided between the first electrode 321 and the second electrode 322.
  • each of the facing surfaces where the first electrode 321 and the second electrode 322 and the dielectric 323 face each other is a flat surface. Thereby, the size of the capacitor 320 can be reduced.
  • the electromagnetic actuator 330 of the capacitor 320 moves the second electrode 322 based on a control signal from the capacitance control unit 520, thereby reducing the inter-electrode distance between the first electrode 321 and the second electrode 322.
  • the first ignition mode is increased. Therefore, the capacitance of the capacitor 320 in the second ignition mode is smaller than that in the first ignition mode.
  • the electromagnetic actuator 330 moves only the second electrode 322.
  • only the first electrode 321 may be moved, or both the first electrode 321 and the second electrode 322 may be moved. May be moved.
  • the electromagnetic actuator 330 includes an electrode holder 331, an electromagnet 332, a permanent magnet 333, and a spring 334.
  • the electrode holder 331 of the electromagnetic actuator 330 holds the second electrode 322. Based on a control signal from the capacitance control unit 520, the electromagnet 332 of the electromagnetic actuator 330 becomes non-energized in the first ignition mode and loses magnetic force, and becomes energized in the second ignition mode and generates magnetic force.
  • the permanent magnet 333 of the electromagnetic actuator 330 is provided at a portion of the electrode holder 331 facing the electromagnet 332.
  • the spring 334 of the electromagnetic actuator 330 is provided between the electrode holder 331 and the dielectric 323, and draws the electrode holder 331 toward the dielectric 323 side.
  • the electrode holder 331 In the first ignition mode, the electrode holder 331 is attracted to the dielectric 323 side by the tension of the spring 334, so that the second electrode 322 approaches the dielectric 323.
  • the magnetic force attracted between the electromagnet 332 and the permanent magnet 333 overcomes the tension of the spring 334, whereby the electrode holder 331 is pulled away from the dielectric 323, whereby the second electrode 322 is An air gap is formed away from the dielectric 323 and away from the dielectric 323 and the dielectric 323. Due to the gap between the second electrode 322 and the dielectric 323, the amount of change in capacitance with respect to the interelectrode distance between the first electrode 321 and the second electrode 322 can be increased.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the result of an evaluation test for examining the relationship between the capacitance C of the capacitor 320 and the life of the spark plug 100.
  • the electrostatic capacity C of the capacitor 320 is plotted on the horizontal axis of the logarithmic scale, and the lifetime Lt of the spark plug 100 is plotted on the vertical axis of the logarithmic scale. The relationship is illustrated.
  • a plurality of plasma ignition devices 20 each incorporating a capacitor 320 having a different capacitance C are prepared, and spark discharge is generated between the electrodes of the spark plug 100 in each plasma ignition device 20 to generate a spark plug.
  • a lifetime Lt of 100 was measured. Specifically, in the state where the center electrode 110 and the ground electrode 120 of the spark plug 100 are exposed to an atmosphere of 0.4 MPa (megapascal), a direct current of 50 mJ (millijoules) at a cycle of 100 Hz (hertz) in the direct current power supply 210. By generating electric power, a spark discharge was continuously generated between the electrodes of the spark plug 100. In this situation, the time until the gap for generating a spark discharge between the center electrode 110 and the ground electrode 120 expands from 1.1 mm (millimeters) to 1.3 mm is measured as the life Lt of the spark plug 100. did.
  • the life Lt of the spark plug 100 is 850 hours to 950 hours, and as the capacitance C increases, the life Lt of the spark plug 100 decreases.
  • the capacitance C is 20 pF
  • the life Lt of the spark plug 100 is 750 to 950 hours
  • the capacitance C is 30 pF
  • the life Lt of the spark plug 100 is 700 to 850 hours.
  • the capacitance C was 35 pF
  • the life Lt of the spark plug 100 was 650 hours to 820 hours.
  • the life Lt of the spark plug 100 When the capacitance C exceeded 35 pF, the degree of decrease in the life Lt of the spark plug 100 increased, and when the capacitance C was 40 pF, the life Lt of the spark plug 100 decreased to 450 to 550 hours. When the capacitance C is 100 pF, the life Lt of the spark plug 100 is 75 hours to 100 hours, and when the capacitance C is 200 pF, the life Lt of the spark plug 100 is 20 hours to 30 hours.
  • the capacitance C of the capacitor 320 is preferably 35 pF or less, more preferably 30 pF or less, still more preferably 20 pF or less, and most preferably 10 pF or less.
  • step S100 the spark plug 100 is used.
  • the capacitance of the capacitor 320 is reduced compared to the first ignition mode in which AC power is transmitted, electrode consumption due to spark discharge can be suppressed.
  • the life of the spark plug 100 that generates spark discharge and AC plasma can be improved.
  • the capacitance of the capacitor 320 is changed in accordance with the switching between the first ignition mode and the second ignition mode. It is possible to sufficiently follow the increase / decrease.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of the capacitor 340 in the first modification.
  • the plasma ignition device 20 of Modification 1 is the same as that of the above-described embodiment except that the capacitor 340 of FIG. 5 is provided instead of the capacitor 320 in the above-described embodiment.
  • 5A which is the upper stage of FIG. 5, illustrates the cross-sectional shape of the capacitor 340 in the first ignition mode
  • FIG. 5B which is the lower stage of FIG. 5, illustrates the configuration of the capacitor 340 in the second ignition mode.
  • the cross-sectional shape is illustrated.
  • the capacitor 340 in Modification 1 includes a first electrode 341, a second electrode 342, a dielectric 343, and an electromagnetic actuator 350.
  • the first electrode 341 of the capacitor 340 is a columnar conductor and is electrically connected to the AC power source 220.
  • the dielectric 343 of the capacitor 340 has a cylindrical shape surrounding the outer periphery of the columnar first electrode 341.
  • the second electrode 342 of the capacitor 340 includes two semi-cylindrical members obtained by dividing the cylindrical shape surrounding the outer periphery of the cylindrical dielectric 343 along the central axis, and these members are connected to the spark plug 100. Each is electrically connected.
  • the electromagnetic actuator 350 of the capacitor 340 moves between the first electrode 341 and the second electrode 342 by moving the second electrode 342 in the radial direction based on a control signal from the capacitance control unit 520.
  • the distance is increased in the second ignition mode than in the first ignition mode. Therefore, the capacitance of the capacitor 340 in the second ignition mode is smaller than that in the first ignition mode.
  • the electromagnetic actuator 350 includes two electromagnets 352, two permanent magnets 353, and a spring 354. Each of the two electromagnets 352 in the electromagnetic actuator 350 becomes non-energized in the first ignition mode and loses magnetic force, and becomes energized and generates magnetic force in the second ignition mode based on a control signal from the capacitance control unit 520. Let Each of the two permanent magnets 353 in the electromagnetic actuator 350 is provided at a portion facing each electromagnet 352 in each member of the second electrode 342. The spring 334 of the electromagnetic actuator 350 is provided between two members constituting the second electrode 342, and draws the second electrode 342 toward the dielectric 343.
  • each member of the second electrode 342 is attracted toward the dielectric 343 by the tension of the spring 354, so that the second electrode 342 comes close to the dielectric 343.
  • each member of the second electrode 342 is separated from the dielectric 343, whereby the second electrode 342 is , Away from the first electrode 341 and the dielectric 343, a gap is formed between the first electrode 341 and the dielectric 343.
  • the gap between the second electrode 342 and the dielectric 343 can increase the amount of change in capacitance with respect to the interelectrode distance between the first electrode 341 and the second electrode 342.
  • the electrode consumption due to the spark discharge can be suppressed as in the above-described embodiment, and as a result, the spark plug 100 that generates the spark discharge and the AC plasma can be suppressed. Lifespan can be improved.
  • the capacitance of the capacitor 340 is adjusted in accordance with the switching between the first ignition mode and the second ignition mode. It is possible to sufficiently follow the increase / decrease.
  • E. Modification 2 6 and 7 are explanatory diagrams showing a detailed configuration of the capacitor 360 in the second modification.
  • the plasma ignition device 20 of Modification 2 is the same as that of the above-described embodiment except that the capacitor 320 of FIGS. 6 and 7 is provided instead of the capacitor 320 in the above-described embodiment.
  • FIG. 6 illustrates a cross-sectional shape of the capacitor 360 in the first ignition mode
  • FIG. 7 illustrates a cross-sectional shape of the capacitor 360 in the second ignition mode.
  • the capacitor 360 in Modification 2 is accommodated together with the spark plug 100 in the plug hole 30 that accommodates the spark plug 100.
  • the capacitor 360 includes a first electrode 361, a second electrode 362, a dielectric 363, a power transmission line 364, and an electromagnetic actuator 370.
  • the first electrode 361 of the capacitor 360 is a cylindrical conductor, and is electrically connected to the AC power supply 220 via the power transmission line 364.
  • the dielectric body 363 of the capacitor 360 has a cylindrical shape surrounding the outer periphery of the columnar first electrode 361.
  • the second electrode 362 in the capacitor 360 has a cylindrical shape that surrounds the outer periphery of the cylindrical dielectric 363, and is electrically connected to the spark plug 100 and the DC power supply 210.
  • the first electrode 361, the second electrode 362, and the dielectric 363 are arranged such that their central axes are along the axis of the spark plug 100.
  • the electromagnetic actuator 370 of the capacitor 360 moves the first electrode 361 in the direction of the central axis based on the control signal from the capacitance control unit 520, thereby reducing the area where the first electrode 361 is close to the dielectric 363.
  • the first ignition mode is decreased. Therefore, the capacitance of the capacitor 360 in the second ignition mode is smaller than that in the first ignition mode.
  • the electromagnetic actuator 370 includes an electrode holder 371, an electromagnet 372, a permanent magnet 373, and a spring 374.
  • the electrode holder 371 of the electromagnetic actuator 370 holds the first electrode 361. Based on the control signal from the capacitance control unit 520, the electromagnet 372 of the electromagnetic actuator 370 becomes non-energized in the first ignition mode and loses magnetic force, and becomes energized in the second ignition mode and generates magnetic force.
  • the permanent magnet 373 of the electromagnetic actuator 370 is provided at a portion facing the electromagnet 372 in the electrode holder 371.
  • the spring 374 of the electromagnetic actuator 370 is provided between the electrode holder 371 and the second electrode 362, and draws the electrode holder 371 toward the second electrode 362.
  • the electrode holder 371 In the first ignition mode, the electrode holder 371 is attracted to the dielectric 363 side by the tension of the spring 374, whereby the first electrode 361 is inserted to the back of the dielectric 363.
  • the magnetic force attracted between the electromagnet 372 and the permanent magnet 373 overcomes the tension of the spring 374, whereby the electrode holder 371 is separated from the second electrode 362, so that a part of the first electrode 361 is , Drawn from the dielectric 363.
  • the power transmission line 364 connected to the first electrode 361 bends in the axial direction of the first electrode 361 and follows the movement of the first electrode 361.
  • the electrode consumption due to the spark discharge can be suppressed as in the above-described embodiment, and as a result, the spark plug 100 that generates the spark discharge and the AC plasma can be suppressed. Lifespan can be improved.
  • the capacitance of the capacitor 360 is sufficiently increased or decreased in accordance with the switching between the first ignition mode and the second ignition mode. Can be followed.
  • the capacitor 360 can be easily attached to the plug hole 30 by configuring the capacitor 360 in a cylindrical shape that matches the plug hole 30.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of the capacitor 320 in the third modification.
  • the plasma ignition device 20 of Modification 3 is the same as that of the above-described embodiment except that the configuration of the capacitor 320 is different.
  • the capacitor 320 of the third modification is the same as that of the above-described embodiment except that the capacitor 320 further includes an insulating mold 325 and an insulating oil 326.
  • the insulating mold 325 of the capacitor 320 is a member molded with an insulating material and having the first electrode 321, the second electrode 322, the dielectric 323 and the electromagnetic actuator 330 sealed inside.
  • the insulating material of the insulating mold 325 is insulating rubber, but in other embodiments, insulating resin may be used.
  • the insulating oil 326 of the capacitor 320 is filled in the insulating mold 325 and is filled in the gap between the second electrode 322 and the dielectric 323.
  • the gap may be filled with insulating oil 326.
  • the electrode consumption due to the spark discharge can be suppressed similarly to the above-described embodiment, and as a result, the spark plug 100 that generates the spark discharge and the AC plasma can be suppressed. Lifespan can be improved.
  • the withstand voltage of the capacitor 320 can be improved by the insulating mold 325 and the insulating oil 326.
  • the capacitor of the coupling unit 300 is not limited to one using an electromagnetic actuator, and may be one that changes the facing area of the electrode plates and the distance between the electrodes by rotating the shaft.
  • the insulating mold 325 and the insulating oil 326 of the third modification may be applied to the capacitor 340 of the first modification and the capacitor 360 of the second modification. In Modification 3, both the insulating mold 325 and the insulating oil 326 are used.
  • the electrodes of the capacitor 320 may be connected in reverse, and the first electrode may be connected to the spark plug 100 side and the second electrode may be connected to the AC power source 220 side.
  • Permanent magnet 354 ... Spring 360 ... Capacitor 361 ... First electrode 362 ... Second electrode 363 ... Dielectric 364 ... Power transmission line 370 ... Electromagnetic actuator 371 ... Electrode holder 372 Electromagnet 373 ... permanent magnet 374 ... spring 500 ... ignition control unit 510 ... power supply control unit 520 ... capacitance controller

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Abstract

　プラズマ点火装置２０は、スパークプラグ１００、直流電源２１０、交流電源２２０および結合部３００を備え、結合部３００は、スパークプラグ１００に対して交流電源２２０を電気的に接続するコンデンサ３２０を含み、スパークプラグ１００に交流電力の伝送を実施する第１点火モードよりも、交流電力の伝送を停止する第２点火モードにおいて、コンデンサ３２０の静電容量を減少させる。

Description

プラズマ点火装置およびプラズマ点火方法
　本発明は、スパークプラグ（点火プラグ）の電極間に火花放電および交流プラズマを発生させることによって点火するプラズマ点火装置に関する。
　従来、プラズマ点火装置としては、火花放電を発生させる直流電力を生成する直流電源と、交流プラズマを発生させる交流電力を生成する交流電源とを備え、これら直流電力および交流電力を相互に結合してスパークプラグに伝送するものが提案されていた（例えば、特許文献１，２を参照）。このようなプラズマ点火装置では、交流電源側への直流電力の流入を抑制するために、交流電源は、直流電源およびスパークプラグに対してコンデンサを介して電気的に接続されている。
特開昭５１－７７７１９号公報 特開２００９－３６１９８号公報
　しかしながら、交流電源側への直流電力を遮断するコンデンサは、火花放電を発生させる際に電荷を蓄積して放電初期の突入電流を増加させるため、火花放電による電極消耗を促進させてしまうという問題があった。
　本発明は、上記した課題を踏まえ、火花放電および交流プラズマを発生させるスパークプラグの寿命を向上させることができる技術を提供することを目的とする。
　本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］　適用例１のプラズマ点火装置は、スパークプラグと、前記スパークプラグの電極間に火花放電を発生させる直流電力を生成する直流電源と、前記火花放電を発生させた前記電極間に交流プラズマを発生させる交流電力を生成する交流電源と、前記直流電力および前記交流電力を相互に結合して前記スパークプラグに伝送する結合部であって、前記直流電源および前記スパークプラグに対して前記交流電源を電気的に接続するコンデンサを含む結合部とを備えるプラズマ点火装置であって、前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を実施する第１点火モードと、前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を停止する第２点火モードとを切り換えて、前記直流電源および前記交流電源を制御する電源制御部と、前記第２点火モードの場合、前記第１点火モードよりも前記コンデンサの静電容量を減少させる静電容量制御部とを備えることを特徴とする。適用例１のプラズマ点火装置によれば、交流電力の伝送を停止する第２点火モードにおいて、放電初期の突入電流が第１点火モードよりも低下するため、火花放電による電極消耗を抑制することができる。その結果、火花放電および交流プラズマを発生させるスパークプラグの寿命を向上させることができる。
［適用例２］　適用例１のプラズマ点火装置において、前記第２点火モードにおける前記コンデンサの静電容量は３５ｐＦ（ピコファラド）以下であっても良い。適用例２のプラズマ点火装置によれば、火花放電による電極消耗を一層抑制することができる。
［適用例３］　適用例１または適用例２のプラズマ点火装置において、前記交流電力の周波数ｆは、５０ｋＨｚ≦ｆ≦１００ＭＨｚを満たし、前記第１点火モードにおける前記コンデンサの静電容量は０．０００５（Ｆ・Ｈｚ（ファラド・ヘルツ））／ｆ以上であるとしても良い。適用例３のプラズマ点火装置によれば、第１点火モードにおいて交流電力の伝送効率を十分に確保することができる。
［適用例４］　適用例１ないし適用例３のいずれかのプラズマ点火装置において、前記コンデンサは、静電容量を増減可能な可変容量コンデンサであり、前記コンデンサは、前記交流電源へと電気的に接続された第１電極と、前記スパークプラグへと電気的に接続された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた誘電体と、前記静電容量制御部からの制御信号に基づいて、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方を移動させる電磁アクチュエータとを含むとしても良い。適用例４のプラズマ点火装置によれば、第１点火モードと第２点火モードとの切り換えに合わせて、コンデンサにおける静電容量の増減を十分に追従させることができる。
［適用例５］　適用例４のプラズマ点火装置において、前記第１電極および前記第２電極と前記誘電体とが相互に対向する対向面の各々は平面であっても良い。適用例５のプラズマ点火装置によれば、コンデンサの小型化を図ることができる。
［適用例６］　適用例４のプラズマ点火装置において、前記第１電極は円柱状であり、前記誘電体は前記第１電極の外周を包囲する円筒状であり、前記第２電極は前記誘電体の外周を包囲する円筒状であるとしても良い。適用例６のプラズマ点火装置によれば、内燃機関においてスパークプラグを収容するプラグホールに合わせた円柱状にコンデンサを構成することによって、プラグホールに対してコンデンサを容易に取り付けることができる。
［適用例７］　適用例４のプラズマ点火装置において、前記第２電極は円柱状であり、前記誘電体は前記第２電極の外周を包囲する円筒状であり、前記第１電極は前記誘電体の外周を包囲する円筒状であるとしても良い。適用例７のプラズマ点火装置によれば、内燃機関においてスパークプラグを収容するプラグホールに合わせた円柱状にコンデンサを構成することによって、プラグホールに対してコンデンサを容易に取り付けることができる。
［適用例８］　適用例４ないし適用例７のいずれかのプラズマ点火装置において、前記電磁アクチュエータによって移動する電極は、前記第１点火モードの場合、前記誘電体に近接し、前記第２点火モードの場合、前記誘電体との間に空隙を形成しても良い。適用例８のプラズマ点火装置によれば、第１電極と第２電極との間の電極間距離に対する静電容量の変化量を増加させることができる。
［適用例９］　適用例４ないし適用例８のいずれかのプラズマ点火装置において、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方と前記誘電体との間の空隙に絶縁油を満たしても良い。適用例９のプラズマ点火装置によれば、コンデンサの耐電圧を向上させることができる。
［適用例１０］　適用例４ないし適用例９のいずれかのプラズマ点火装置において、前記コンデンサを絶縁材料で封止しても良い。適用例１０のプラズマ点火装置によれば、コンデンサの耐電圧を向上させることができる。
［適用例１１］　適用例１１のプラズマ点火方法は、直流電源で生成した直流電力によってスパークプラグの電極間に火花放電を発生させると共に、交流電源で生成した交流電力によって、前記火花放電を発生させた前記電極間に交流プラズマを発生させるプラズマ点火方法であって、前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を実施する第１点火モードと、前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を停止する第２点火モードとを切り換えて、前記直流電源および前記交流電源を制御し、前記第２点火モードの場合、前記直流電源および前記スパークプラグに対して前記交流電源を電気的に接続するコンデンサの静電容量を、前記第１点火モードよりも減少させることを特徴とする。適用例１１のプラズマ点火方法によれば、交流電力の伝送を停止する第２点火モードにおいて、放電初期の突入電流が第１点火モードよりも低下するため、火花放電による電極消耗を抑制することができる。その結果、火花放電および交流プラズマを発生させるスパークプラグの寿命を向上させることができる。
　本発明の形態は、プラズマ点火装置およびプラズマ点火方法の形態に限るものではなく、例えば、プラズマ点火装置を備える内燃機関、プラズマ点火装置を制御する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
プラズマ点火装置を示す説明図である。 静電容量制御部が実行する静電容量制御処理を示すフローチャートである。 実施例におけるコンデンサの詳細構成を示す説明図である。 コンデンサの静電容量とスパークプラグの寿命との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。 変形例１におけるコンデンサの詳細構成を示す説明図である。 変形例２におけるコンデンサの詳細構成を示す説明図である。 変形例２におけるコンデンサの詳細構成を示す説明図である。 変形例３におけるコンデンサの詳細構成を示す説明図である。
　以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用したプラズマ点火装置について説明する。
Ａ．実施例：
　図１は、プラズマ点火装置２０を示す説明図である。プラズマ点火装置２０は、スパークプラグ１００、直流電源２１０、交流電源２２０、結合部３００、および点火制御部５００を備える。
　プラズマ点火装置２０のスパークプラグ１００は、中心電極１１０および接地電極１２０を備え、内燃機関（図示しない）に取り付けられる。スパークプラグ１００の中心電極１１０は、結合部３００を介して直流電源２１０および交流電源２２０に電気的に接続されている。スパークプラグ１００の接地電極１２０は、電気的に接地されている。
　プラズマ点火装置２０は、スパークプラグ１００における中心電極１１０と接地電極１２０との電極間に火花放電および交流プラズマを発生させることによって混合気に点火する。本実施例では、プラズマ点火装置２０は、内燃機関の運転を制御する運転制御部１０に電気的に接続され、運転制御部１０から出力される制御信号に基づいて、内燃機関の運転状態に応じた点火制御を実現する。本実施例では、プラズマ点火装置２０は、比較的に高い着火エネルギが必要な運転状態では、火花放電を発生させた後に交流プラズマを発生させる第１点火モードによる点火制御を実現し、比較的に低い着火エネルギで十分な運転状態では、交流プラズマを発生させずに火花放電のみを発生させる第２点火モードによる点火制御を実現する。
　プラズマ点火装置２０の直流電源２１０は、スパークプラグ１００の電極間に火花放電を発生させる直流電力を生成する。本実施例では、直流電源２１０によって生成される直流電力は、数万ボルトの高電圧パルスである。直流電源２１０によって生成される直流電力は、厳密な直流電力に限るものではなく、交流電源２２０によって生成される交流電力と比較して、相対的に１００倍以上の低周波電力であれば良く、本実施例では、直流電源２１０は、点火コイル（イグニッションコイル）を用いた電源である。
　プラズマ点火装置２０の交流電源２２０は、火花放電を発生させたスパークプラグ１００の電極間に交流プラズマを発生させる交流電力を生成する。本実施例では、交流電源２２０によって生成される交流電力の周波数ｆは、交流プラズマを発生させるために、「５０ｋＨｚ（キロヘルツ）≦ｆ≦１００ＭＨｚ（メガヘルツ）」を満たすことが好ましい。
　プラズマ点火装置２０の結合部３００は、直流電源２１０で生成された直流電力と、交流電源２２０で生成された交流電力とを、相互に結合してスパークプラグ１００に伝送する。結合部３００は、インダクタ（コイル）３１０およびコンデンサ３２０を備える。
　結合部３００のインダクタ３１０は、スパークプラグ１００の中心電極１１０および交流電源２２０に対して直流電源２１０を電気的に接続し、交流電源２２０で生成された交流電力の直流電源２１０側への流入を抑制する。
　結合部３００のコンデンサ３２０は、スパークプラグ１００の中心電極１１０および直流電源２１０に対して交流電源２２０を電気的に接続し、直流電源２１０で生成された直流電力の交流電源２２０側への流入を抑制する。コンデンサ３２０は、静電容量を増減可能な可変容量コンデンサである。コンデンサ３２０の詳細構成については後述する。
　プラズマ点火装置２０の点火制御部５００は、運転制御部１０から出力される制御信号に基づいて、内燃機関の運転状態に応じた点火制御を実行する。点火制御部５００は、電源制御部５１０および静電容量制御部５２０を備える。本実施例では、点火制御部５００における電源制御部５１０および静電容量制御部５２０の各機能は、点火制御部５００のＣＰＵ（Central Processing Unit）がプログラムに基づいて動作することによって実現されるが、他の実施形態において、点火制御部５００の少なくとも一部の機能は、点火制御部５００の物理的な回路構成に基づいて実現されても良い。
　点火制御部５００の電源制御部５１０は、運転制御部１０から出力される制御信号に基づいて、第１点火モードと第２点火モードとの間で点火モードを切り換えて、直流電源２１０および交流電源２２０を制御する。第１点火モードでは、電源制御部５１０は、スパークプラグ１００の電極間に火花放電を発生させた後に交流プラズマを発生させるために、直流電源２１０に対して直流電力の生成を指示すると共に、交流電源２２０に対して交流電力の生成を指示する。第２点火モードでは、電源制御部５１０は、スパークプラグ１００の電極間に交流プラズマを発生させずに火花放電のみを発生させるために、直流電源２１０に対して直流電力の生成を指示し、交流電源２２０に対して交流電力の生成を停止させる。
　点火制御部５００の静電容量制御部５２０は、電源制御部５１０による点火モードの切り換えに応じて、結合部３００におけるコンデンサ３２０の静電容量を増減する。第２点火モードの場合、静電容量制御部５２０は、第１点火モードよりもコンデンサ３２０の静電容量を減少させる。言い換えると、第１点火モードの場合、静電容量制御部５２０は、第２点火モードよりもコンデンサ３２０の静電容量を増加させる。
　図２は、静電容量制御部５２０が実行する静電容量制御処理（ステップＳ１００）を示すフローチャートである。静電容量制御処理（ステップＳ１００）は、電源制御部５１０による点火モードの切り換えに応じて、結合部３００におけるコンデンサ３２０の静電容量を増減する処理である。本実施例では、静電容量制御部５２０は、点火モードの切り換えに応じて静電容量制御処理（ステップＳ１００）を実行するが、他の実施形態において、静電容量制御処理（ステップＳ１００）を定期的に実行しても良い。
　静電容量制御部５２０は、静電容量制御処理（ステップＳ１００）を開始すると、電源制御部５１０の動作状態に基づいて点火モードを判断する（ステップＳ１１０）。静電容量制御部５２０は、点火モードが第１点火モードである場合（ステップＳ１１０：「第１点火モード」）、コンデンサ３２０の静電容量をＣ１に設定し（ステップＳ１２０）、点火モードが第２点火モードである場合（ステップＳ１１０：「第２点火モード」）、コンデンサ３２０の静電容量をＣ２に設定する（ステップＳ１３０）。静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との関係は、「Ｃ１＞Ｃ２」を満たす。
　第１点火モードにおけるコンデンサ３２０の静電容量Ｃ１は、直流電源２１０への交流電力の流入を抑制するために、交流電源２２０によって生成される交流電力の周波数ｆとの関係で、「Ｃ１≧０．０００５（Ｆ・Ｈｚ）／ｆ」を満たすことが好ましい。第２点火モードにおけるコンデンサ３２０の静電容量Ｃ２は、スパークプラグ１００における火花放電による電極消耗を抑制するために、３５ｐＦ以下であることが好ましい。静電容量Ｃ２の評価値についての詳細は後述する。
　図３は、実施例におけるコンデンサ３２０の詳細構成を示す説明図である。図３の上段である図３（ａ）には、第１点火モードにおけるコンデンサ３２０の断面形状を図示し、図３の下段である図３（ｂ）には、第２点火モードにおけるコンデンサ３２０の断面形状を図示した。
　結合部３００のコンデンサ３２０は、第１電極３２１、第２電極３２２、誘電体３２３、および電磁アクチュエータ３３０を備える。コンデンサ３２０の第１電極３２１は、交流電源２２０へと電気的に接続され、コンデンサ３２０の第２電極３２２は、スパークプラグ１００へと電気的に接続されている。第１電極３２１と第２電極３２２との間には誘電体３２３が設けられている。本実施例では、第１電極３２１および第２電極３２２と誘電体３２３とが相互に対向する対向面の各々は平面である。これによって、コンデンサ３２０の小型化を図ることができる。
　コンデンサ３２０の電磁アクチュエータ３３０は、静電容量制御部５２０からの制御信号に基づいて、第２電極３２２を移動させることによって、第１電極３２１と第２電極３２２との間の電極間距離を、第２点火モードにおいて第１点火モードよりも増加させる。そのため、第２点火モードにおけるコンデンサ３２０の静電容量は、第１点火モードよりも減少する。本実施例では、電磁アクチュエータ３３０は、第２電極３２２のみを移動させるが、他の実施形態において、第１電極３２１のみを移動させても良いし、第１電極３２１および第２電極３２２の両方を移動させても良い。
　本実施例では、電磁アクチュエータ３３０は、電極ホルダ３３１、電磁石３３２、永久磁石３３３およびバネ３３４を備える。電磁アクチュエータ３３０の電極ホルダ３３１は、第２電極３２２を保持する。電磁アクチュエータ３３０の電磁石３３２は、静電容量制御部５２０からの制御信号に基づいて、第１点火モードでは非通電状態となり磁力を失い、第２点火モードでは通電状態となり磁力を発生させる。電磁アクチュエータ３３０の永久磁石３３３は、電磁石３３２に対向する電極ホルダ３３１の部位に設けられている。電磁アクチュエータ３３０のバネ３３４は、電極ホルダ３３１と誘電体３２３との間に設けられ、電極ホルダ３３１を誘電体３２３側に引き寄せる。
　第１点火モードでは、バネ３３４の張力により電極ホルダ３３１が誘電体３２３側に引き寄せられることによって、第２電極３２２は誘電体３２３に近接する。第２点火モードでは、電磁石３３２と永久磁石３３３との間で引き合う磁力がバネ３３４の張力に打ち勝つことにより、電極ホルダ３３１が誘電体３２３から引き離されることによって、第２電極３２２は、第１電極３２１および誘電体３２３から遠ざかり、誘電体３２３との間に空隙を形成する。第２電極３２２と誘電体３２３との間の空隙によって、第１電極３２１と第２電極３２２との間の電極間距離に対する静電容量の変化量を増加させることができる。
Ｂ．第２点火モードにおける静電容量Ｃ２に関する評価値：
　図４は、コンデンサ３２０の静電容量Ｃとスパークプラグ１００の寿命との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図４には、コンデンサ３２０の静電容量Ｃを対数目盛りの横軸にとり、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔを対数目盛りの縦軸にとって、コンデンサ３２０の静電容量Ｃとスパークプラグ１００の寿命Ｌｔとの関係を図示した。
　図４の評価試験では、静電容量Ｃが異なるコンデンサ３２０をそれぞれ組み込んだ複数のプラズマ点火装置２０を用意し、各プラズマ点火装置２０においてスパークプラグ１００の電極間に火花放電を発生させてスパークプラグ１００の寿命Ｌｔを計測した。具体的には、スパークプラグ１００の中心電極１１０および接地電極１２０を０．４ＭＰａ（メガパスカル）の雰囲気に曝した状態で、直流電源２１０において１００Ｈｚ（ヘルツ）の周期で５０ｍＪ（ミリジュール）の直流電力を生成することによって、スパークプラグ１００の電極間に火花放電を連続的に発生させた。この状況で、中心電極１１０と接地電極１２０との間で火花放電を発生させる間隙が、１．１ｍｍ（ミリメートル）から１．３ｍｍにまで拡大するまでの時間を、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔとして計測した。
　図４に示すように、静電容量Ｃが１０ｐＦの場合、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔは８５０時間～９５０時間であり、静電容量Ｃの増加に伴ってスパークプラグ１００の寿命Ｌｔは低下した。静電容量Ｃが２０ｐＦの場合、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔは７５０時間～９５０時間であり、静電容量Ｃが３０ｐＦの場合、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔは７００時間～８５０時間であり、静電容量Ｃが３５ｐＦの場合、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔは６５０時間～８２０時間であった。静電容量Ｃが３５ｐＦを超えると、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔが低下する度合は増加し、静電容量Ｃが４０ｐＦの場合、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔは４５０時間～５５０時間にまで低下した。静電容量Ｃが１００ｐＦの場合、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔは７５時間～１００時間となり、静電容量Ｃが２００ｐＦの場合、スパークプラグ１００の寿命Ｌｔは２０時間～３０時間となった。
　以上説明した図４の評価試験の結果によれば、コンデンサ３２０の静電容量Ｃは、３５ｐＦ以下が好ましく、３０ｐＦ以下が更に好ましく、２０ｐＦ以下が一層好ましく、１０ｐＦ以下が最も好ましい。
Ｃ．効果：
　以上説明したプラズマ点火装置２０によれば、静電容量制御部５２０の静電容量制御処理（ステップＳ１００）によって、スパークプラグ１００に対して交流電力を停止する第２点火モードの場合、スパークプラグ１００に対して交流電力を伝送する第１点火モードよりも、コンデンサ３２０の静電容量を減少させることから、火花放電による電極消耗を抑制することができる。その結果、火花放電および交流プラズマを発生させるスパークプラグ１００の寿命を向上させることができる。
　また、電磁アクチュエータ３３０によって第１電極３２１と第２電極３２２との間の電極間距離を変化させることから、第１点火モードと第２点火モードとの切り換えに合わせて、コンデンサ３２０における静電容量の増減を十分に追従させることができる。
Ｄ．変形例１：
　図５は、変形例１におけるコンデンサ３４０の詳細構成を示す説明図である。変形例１のプラズマ点火装置２０は、前述した実施例におけるコンデンサ３２０に代えて、図５のコンデンサ３４０を備える点を除き、前述の実施例と同様である。図５の上段である図５（ａ）には、第１点火モードにおけるコンデンサ３４０の断面形状を図示し、図５の下段である図５（ｂ）には、第２点火モードにおけるコンデンサ３４０の断面形状を図示した。
　変形例１におけるコンデンサ３４０は、第１電極３４１、第２電極３４２、誘電体３４３および電磁アクチュエータ３５０を備える。コンデンサ３４０の第１電極３４１は、円柱状の導体であり、交流電源２２０へと電気的に接続されている。コンデンサ３４０の誘電体３４３は、円柱状の第１電極３４１の外周を包囲する円筒状である。コンデンサ３４０の第２電極３４２は、円筒状の誘電体３４３の外周を包囲する円筒状を中心軸に沿って分割した二つの半円筒状の部材を含み、これらの部材は、スパークプラグ１００へとそれぞれ電気的に接続されている。
　コンデンサ３４０の電磁アクチュエータ３５０は、静電容量制御部５２０からの制御信号に基づいて、第２電極３４２を半径方向に移動させることによって、第１電極３４１と第２電極３４２との間の電極間距離を、第２点火モードにおいて第１点火モードよりも増加させる。そのため、第２点火モードにおけるコンデンサ３４０の静電容量は、第１点火モードよりも減少する。
　電磁アクチュエータ３５０は、二つの電磁石３５２、二つの永久磁石３５３およびバネ３５４を備える。電磁アクチュエータ３５０における二つの電磁石３５２の各々は、静電容量制御部５２０からの制御信号に基づいて、第１点火モードでは非通電状態となり磁力を失い、第２点火モードでは通電状態となり磁力を発生させる。電磁アクチュエータ３５０における二つの永久磁石３５３の各々は、第２電極３４２の各部材における各電磁石３５２に対向する部位に設けられている。電磁アクチュエータ３５０のバネ３３４は、第２電極３４２を構成する二つの部材の間に設けられ、第２電極３４２を誘電体３４３側に引き寄せる。
　第１点火モードでは、バネ３５４の張力により第２電極３４２の各部材が誘電体３４３側に引き寄せられることによって、第２電極３４２は誘電体３４３に近接する。第２点火モードでは、電磁石３５２と永久磁石３５３との間で引き合う磁力がバネ３５４の張力に打ち勝つことにより、第２電極３４２の各部材が誘電体３４３から引き離されることによって、第２電極３４２は、第１電極３４１および誘電体３４３から遠ざかり、誘電体３４３との間に空隙を形成する。第２電極３４２と誘電体３４３との間の空隙によって、第１電極３４１と第２電極３４２との間の電極間距離に対する静電容量の変化量を増加させることができる。
　以上説明した変形例１のプラズマ点火装置２０によれば、前述した実施例と同様に、火花放電による電極消耗を抑制することができ、その結果、火花放電および交流プラズマを発生させるスパークプラグ１００の寿命を向上させることができる。また、電磁アクチュエータ３５０によって第１電極３４１と第２電極３４２との間の電極間距離を変化させることから、第１点火モードと第２点火モードとの切り換えに合わせて、コンデンサ３４０における静電容量の増減を十分に追従させることができる。
Ｅ．変形例２：
　図６および図７は、変形例２におけるコンデンサ３６０の詳細構成を示す説明図である。変形例２のプラズマ点火装置２０は、前述した実施例におけるコンデンサ３２０に代えて、図６および図７のコンデンサ３６０を備える点を除き、前述の実施例と同様である。図６には、第１点火モードにおけるコンデンサ３６０の断面形状を図示し、図７には、第２点火モードにおけるコンデンサ３６０の断面形状を図示した。
　変形例２におけるコンデンサ３６０は、スパークプラグ１００を収容するプラグホール３０に、スパークプラグ１００と共に収容される。コンデンサ３６０は、第１電極３６１、第２電極３６２、誘電体３６３、送電線３６４および電磁アクチュエータ３７０を備える。
　コンデンサ３６０の第１電極３６１は、円柱状の導体であり、交流電源２２０へと送電線３６４を介して電気的に接続されている。コンデンサ３６０の誘電体３６３は、円柱状の第１電極３６１の外周を包囲する円筒状である。コンデンサ３６０における第２電極３６２は、円筒状の誘電体３６３の外周を包囲する円筒状であり、スパークプラグ１００および直流電源２１０へと電気的に接続されている。第１電極３６１、第２電極３６２および誘電体３６３は、これらの各中心軸がスパークプラグ１００の軸線に沿うように配置される。
　コンデンサ３６０の電磁アクチュエータ３７０は、静電容量制御部５２０からの制御信号に基づいて、第１電極３６１を中心軸方向に移動させることによって、第１電極３６１が誘電体３６３に近接する面積を、第２点火モードにおいて第１点火モードよりも減少させる。そのため、第２点火モードにおけるコンデンサ３６０の静電容量は、第１点火モードよりも減少する。
　電磁アクチュエータ３７０は、電極ホルダ３７１、電磁石３７２、永久磁石３７３およびバネ３７４を備える。電磁アクチュエータ３７０の電極ホルダ３７１は、第１電極３６１を保持する。電磁アクチュエータ３７０の電磁石３７２は、静電容量制御部５２０からの制御信号に基づいて、第１点火モードでは非通電状態となり磁力を失い、第２点火モードでは通電状態となり磁力を発生させる。電磁アクチュエータ３７０の永久磁石３７３は、電極ホルダ３７１における電磁石３７２に対向する部位に設けられている。電磁アクチュエータ３７０のバネ３７４は、電極ホルダ３７１と第２電極３６２との間に設けられ、電極ホルダ３７１を第２電極３６２側に引き寄せる。
　第１点火モードでは、バネ３７４の張力により電極ホルダ３７１が誘電体３６３側に引き寄せられることによって、第１電極３６１は、誘電体３６３の奥まで挿入される。第２点火モードでは、電磁石３７２と永久磁石３７３との間で引き合う磁力がバネ３７４の張力に打ち勝つことにより、電極ホルダ３７１が第２電極３６２から引き離されることによって、第１電極３６１の一部は、誘電体３６３から引き出される。第２点火モードにおいて、第１電極３６１に接続されている送電線３６４は、第１電極３６１の軸線方向に撓み、第１電極３６１の移動に追従する。
　以上説明した変形例２のプラズマ点火装置２０によれば、前述した実施例と同様に、火花放電による電極消耗を抑制することができ、その結果、火花放電および交流プラズマを発生させるスパークプラグ１００の寿命を向上させることができる。また、電磁アクチュエータ３７０によって第１電極３６１が誘電体３６３に近接する面積を変化させることから、第１点火モードと第２点火モードとの切り換えに合わせて、コンデンサ３６０における静電容量の増減を十分に追従させることができる。また、プラグホール３０に合わせた円柱状にコンデンサ３６０を構成することによって、プラグホール３０に対してコンデンサ３６０を容易に取り付けることができる。
Ｆ．変形例３：
　図８は、変形例３におけるコンデンサ３２０の詳細構成を示す説明図である。変形例３のプラズマ点火装置２０は、コンデンサ３２０の構成が異なる点を除き、前述の実施例と同様である。変形例３のコンデンサ３２０は、絶縁モールド３２５および絶縁油３２６を更に備える点を除き、前述の実施例と同様である。
　コンデンサ３２０の絶縁モールド３２５は、絶縁材料で成型され、第１電極３２１、第２電極３２２、誘電体３２３および電磁アクチュエータ３３０を内部に封止した部材である。絶縁モールド３２５の絶縁材料は、絶縁ゴムであるが、他の実施形態において、絶縁樹脂であっても良い。
　コンデンサ３２０の絶縁油３２６は、絶縁モールド３２５の内部に充填され、第２電極３２２と誘電体３２３との間の空隙に満たされている。他の実施形態において、第１電極３２１と誘電体３２３との間に空隙が形成される場合に、その空隙に絶縁油３２６を満たしても良い。
　　以上説明した変形例３のプラズマ点火装置２０によれば、前述した実施例と同様に、火花放電による電極消耗を抑制することができ、その結果、火花放電および交流プラズマを発生させるスパークプラグ１００の寿命を向上させることができる。また、絶縁モールド３２５および絶縁油３２６によって、コンデンサ３２０の耐電圧を向上させることができる。
Ｇ．他の実施形態：
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、結合部３００のコンデンサは、電磁アクチュエータを利用したものに限らず、軸を回転させることによって極板の対向面積や電極間距離を変化させるものであっても良い。また、変形例１のコンデンサ３４０や、変形例２のコンデンサ３６０に、変形例３の絶縁モールド３２５や絶縁油３２６を適用しても良い。また、変形例３では、絶縁モールド３２５および絶縁油３２６の両方を採用したが、絶縁モールド３２５および絶縁油３２６の一方のみの採用であっても、耐電圧を向上させることができる。また、上述の実施例および変形例１～３において、コンデンサ３２０の電極を逆に接続して、第１電極をスパークプラグ１００側に、第２電極を交流電源２２０側に接続しても良い。
　　１０…運転制御部
　　２０…プラズマ点火装置
　　３０…プラグホール
　　１００…スパークプラグ
　　１１０…中心電極
　　１２０…接地電極
　　２１０…直流電源
　　２２０…交流電源
　　３００…結合部
　　３１０…インダクタ
　　３２０…コンデンサ
　　３２１…第１電極
　　３２２…第２電極
　　３２３…誘電体
　　３２５…絶縁モールド
　　３２６…絶縁油
　　３３０…電磁アクチュエータ
　　３３１…電極ホルダ
　　３３２…電磁石
　　３３３…永久磁石
　　３３４…バネ
　　３４０…コンデンサ
　　３４１…第１電極
　　３４２…第２電極
　　３４３…誘電体
　　３５０…電磁アクチュエータ
　　３５２…電磁石
　　３５３…永久磁石
　　３５４…バネ
　　３６０…コンデンサ
　　３６１…第１電極
　　３６２…第２電極
　　３６３…誘電体
　　３６４…送電線
　　３７０…電磁アクチュエータ
　　３７１…電極ホルダ
　　３７２…電磁石
　　３７３…永久磁石
　　３７４…バネ
　　５００…点火制御部
　　５１０…電源制御部
　　５２０…静電容量制御部

Claims (11)

  1. 　スパークプラグと、
    　前記スパークプラグの電極間に火花放電を発生させる直流電力を生成する直流電源と、
    　前記火花放電を発生させた前記電極間に交流プラズマを発生させる交流電力を生成する交流電源と、
    　前記直流電力および前記交流電力を相互に結合して前記スパークプラグに伝送する結合部であって、前記直流電源および前記スパークプラグに対して前記交流電源を電気的に接続するコンデンサを含む結合部と
    　を備えるプラズマ点火装置であって、
    　前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を実施する第１点火モードと、前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を停止する第２点火モードとを切り換えて、前記直流電源および前記交流電源を制御する電源制御部と、
    　前記第２点火モードの場合、前記第１点火モードよりも前記コンデンサの静電容量を減少させる静電容量制御部と
    　を備えるプラズマ点火装置。
  2. 　前記第２点火モードにおける前記コンデンサの静電容量は３５ｐＦ以下である、請求項１に記載のプラズマ点火装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のプラズマ点火装置であって、
    　前記交流電力の周波数ｆは、５０ｋＨｚ≦ｆ≦１００ＭＨｚを満たし、
    　前記第１点火モードにおける前記コンデンサの静電容量は０．０００５（Ｆ・Ｈｚ）／ｆ以上である、プラズマ点火装置。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ点火装置であって、
    　前記コンデンサは、静電容量を増減可能な可変容量コンデンサであり、
    　前記コンデンサは、
    　　前記交流電源へと電気的に接続された第１電極と、
    　　前記スパークプラグへと電気的に接続された第２電極と、
    　　前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた誘電体と、
    　　前記静電容量制御部からの制御信号に基づいて、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方を移動させる電磁アクチュエータと
    　を含む、プラズマ点火装置。
  5. 　前記第１電極および前記第２電極と前記誘電体とが相互に対向する対向面の各々は平面である、請求項４に記載のプラズマ点火装置。
  6. 　請求項４に記載のプラズマ点火装置であって、
    　前記第１電極は円柱状であり、
    　前記誘電体は前記第１電極の外周を包囲する円筒状であり、
    　前記第２電極は前記誘電体の外周を包囲する円筒状である、プラズマ点火装置。
  7. 　請求項４に記載のプラズマ点火装置であって、
    　前記第２電極は円柱状であり、
    　前記誘電体は前記第２電極の外周を包囲する円筒状であり、
    　前記第１電極は前記誘電体の外周を包囲する円筒状である、プラズマ点火装置。
  8. 　前記電磁アクチュエータによって移動する電極は、前記第１点火モードの場合、前記誘電体に近接し、前記第２点火モードの場合、前記誘電体との間に空隙を形成する、請求項４ないし請求項７のいずれか一項に記載のプラズマ点火装置。
  9. 　前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方と前記誘電体との間の空隙に絶縁油を満たした請求項４ないし請求項８のいずれか一項に記載のプラズマ点火装置。
  10. 　前記コンデンサを絶縁材料で封止した請求項４ないし請求項９のいずれか一項に記載のプラズマ点火装置。
  11. 　直流電源で生成した直流電力によってスパークプラグの電極間に火花放電を発生させると共に、交流電源で生成した交流電力によって、前記火花放電を発生させた前記電極間に交流プラズマを発生させるプラズマ点火方法であって、
    　前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を実施する第１点火モードと、前記スパークプラグに対して前記交流電力の伝送を停止する第２点火モードとを切り換えて、前記直流電源および前記交流電源を制御し、
    　前記第２点火モードの場合、前記直流電源および前記スパークプラグに対して前記交流電源を電気的に接続するコンデンサの静電容量を、前記第１点火モードよりも減少させることを特徴とするプラズマ点火方法。
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