JP6566718B2 - 内燃機関用の点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の点火装置に関する。

例えば自動車のガソリンエンジン等の内燃機関には、燃焼室において燃料に着火するための点火プラグを備えた点火装置が設けてある。かかる点火装置の点火プラグとして、中心電極に高周波電圧を印加することによって該中心電極と接地電極との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグがある。

特許文献１に開示された点火システムは、点火プラグにおける放電ギャップに火花放電を発生させる放電用電源と、放電ギャップに交流プラズマを発生させる交流電源とを備えている。この点火システムにおいては、火花放電の持続中に交流プラズマを発生させることで着火性を向上させる一方で、交流プラズマの投入を間欠的にすることで、電極消耗を抑制しようとしている。すなわち、点火プラグに高周波電力を印加する期間（高電力期間）と、高周波電力の印加を休止する期間（低電力期間）とを交互に設けることで、電極の消耗を抑制しつつ、着火性を確保しようとしている。

特開２０１３−４０５８２号公報

しかしながら、特許文献１には、高周波電源部と点火プラグとの間に、昇圧回路部が設けられている構成が開示されていない。高周波電源部が出力する一次電圧を、昇圧回路部において昇圧して、点火プラグに高圧高周波の二次電圧を印加する構成においては、上述の高電力期間と低電力期間との切り替えタイミングを考慮しないと、二次電圧波形が乱れてしまうおそれがある。二次電圧波形が乱れると、点火プラグに充分な大きさの二次電圧を印加することができず、着火性が低下するおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、着火性を確保しつつ、点火プラグの長寿命化を図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。

本発明の一態様は、中心電極に高周波電圧を印加することによって該中心電極と接地電極との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグと、
該点火プラグに高周波電力を供給する点火回路と、を有し、
上記点火プラグは、上記中心電極と上記接地電極との間に、ストリーマ放電を発生、進展させ、交流グロー放電又はアーク放電を生ぜしめるよう構成されており、
上記点火回路は、高周波電力を生じる高周波電源部と、該高周波電源部が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧を上記点火プラグに印加する昇圧回路部と、上記高周波電源部の出力を制御する出力制御部と、を有し、
上記高周波電源部は、上記一次電圧として一定のパルス幅を有するパルス正電圧とパルス負電圧とを交互に出力することができるよう構成されており、
上記出力制御部は、上記高周波電源部が上記パルス正電圧と上記パルス負電圧とを一定の周期で交互に出力するパルス出力状態と、上記高周波電源部が上記一次電圧の出力を休止するパルス休止状態とを、上記高周波電源部が点火信号を受信している間に切り替えるよう構成されており、
上記出力制御部による上記パルス出力状態と上記パルス休止状態との切り替えは、切り替えの直前及び直後の上記パルス正電圧及び上記パルス負電圧のパルス幅が、他の上記パルス正電圧及び上記パルス負電圧のパルス幅と同等に維持されるようなタイミングにおいて行うよう構成されていることを特徴とする内燃機関用の点火装置にある。

上記内燃機関用の点火装置において、上記出力制御部は、上記パルス出力状態と上記パルス休止状態とを、高周波電源部が点火信号を受信している間に切り替えるよう構成されている。したがって、点火信号を受信している間においても、点火プラグの中心電極と接地電極との間に、電圧が印加されていない期間が設けられることとなる。これにより、中心電極及び接地電極（以下、適宜「電極」という）の消耗を抑制して、点火プラグの長寿命化を図ることができる。

そして、出力制御部によるパルス出力状態とパルス休止状態との切り替えは、切り替えの直前及び直後のパルス正電圧及びパルス負電圧のパルス幅が、他のパルス正電圧及びパルス負電圧のパルス幅と同等に維持されるようなタイミングにおいて行うよう構成されている。これにより、パルス出力状態において、一次電圧のパルス正電圧およびパルス負電圧のパルス幅が、部分的に小さくなることを防ぐことができる。その結果、昇圧回路部によって生成される二次電圧の電圧波形が乱れることを防ぎ、点火プラグに充分な大きさの二次電圧を印加することができ、着火性を確保することができる。

以上のごとく、本発明によれば、着火性を確保しつつ、点火プラグの長寿命化を図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。

実施形態１における、内燃機関用の点火装置の回路図。 実施形態１における、パルス正電圧、パルス負電圧、二次電圧をそれぞれ示す線図。 実施形態１における、ハイサイド信号、ローサイド信号、出力制御部の出力信号、パルス正電圧、パルス負電圧、二次電圧をそれぞれ示す線図。 実施形態１における、点火プラグの一部断面側面図。 出力制御部を機能させない場合の、パルス正電圧、パルス負電圧、二次電圧をそれぞれ示す線図。 実施形態１における、二次電圧の周波数と電圧利得との関係を示す線図。 パルス幅ＷをＴ₀／４未満とした場合の、パルス正電圧、パルス負電圧、二次電圧をそれぞれ示す線図。 ローサイド信号がオン状態にある途中でパルス出力状態とパルス休止状態とが切り替えられた場合の、ハイサイド信号、ローサイド信号、出力制御部の出力信号、パルス正電圧、パルス負電圧、二次電圧をそれぞれ示す線図。 実施形態２における、内燃機関用の点火装置の回路図。 実施形態２における、信号生成部の回路図。 実施形態２における、ハイサイド信号、ローサイド信号、制御本体部の出力信号、同期式順序回路にて補正した後の出力制御部の出力信号、をそれぞれ示す線図。 実施形態３における、信号生成部の回路図。 実施形態３における、ハイサイド信号、ローサイド信号、制御本体部の出力信号、をそれぞれ示す線図。 実施形態４における、二次電圧を示す線図。 実験例１における、パターン１〜４の二次電圧を示す線図。 実験例１における、試験結果を示す線図。 実験例２における、試験結果を示す線図。

（実施形態１）
内燃機関用の点火装置の実施形態につき、図１〜図８を用いて説明する。
本実施形態の内燃機関用の点火装置は、図１に示すごとく、点火プラグ２と、点火プラグ２に高周波電力を供給する点火回路３とを有する。点火プラグ２は、中心電極２１に高周波電圧を印加することによって中心電極２１と接地電極２２との間にプラズマ放電を生じるよう構成されている。

点火回路３は、高周波電力を生じる高周波電源部３１と、高周波電源部３１が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧Ｖ₂を点火プラグ２に印加する昇圧回路部３２と、高周波電源部３１の出力を制御する出力制御部３４とを有する。

高周波電源部３１は、図２に示すごとく、一次電圧として一定のパルス幅Ｗを有するパルス正電圧Ｖｐとパルス負電圧Ｖｎとを交互に出力することができるよう構成されている。
出力制御部３４は、図３に示すごとく、高周波電源部３１がパルス正電圧Ｖｐとパルス負電圧Ｖｎとを一定の周期で交互に出力するパルス出力状態Ａと、高周波電源部３１が一次電圧の出力を休止するパルス休止状態Ｂとを、高周波電源部３１が点火信号ＩＧｔを受信している間に切り替えるよう構成されている。なお、図２、図３における各矩形波は、上段がオン、下段がオフを、それぞれ示す。以降の図における矩形波についても同様である。

出力制御部３４によるパルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えは、切り替えの直前及び直後のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅が、他のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗと同等に維持されるようなタイミングにおいて行うよう構成されている。

具体的に後に詳述する図３に示す制御は、パルス正電圧Ｖｐがオフ状態からオン状態となる立上りのタイミングにて、パルス休止状態Ｂからパルス出力状態Ａへ切り替えている。パルス出力状態Ａからパルス休止状態Ｂへの切り替えも、パルス正電圧Ｖｐを立ち上げようとするタイミング、すなわち後述するハイサイド信号ＳＨの立上りのタイミングとしている。ただし、パルス休止状態Ｂとなるため実際にはこのタイミングでパルス正電圧Ｖｐが立ち上がることはない。なお、これは一例であり、これ以外のタイミングでパルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えを行うこともできる。

また、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングは、内燃機関の回転数及び負荷の大きさの少なくとも一方に応じて決定するよう構成することができる。例えば、内燃機関の回転数が大きい場合や負荷が大きい場合には、パルス出力状態Ａの時間的割合が大きくなるように、切り替えタイミングを制御することができる。また、回転数が小さい場合や負荷が小さい場合には、パルス出力状態Ａの時間的割合が小さくなるように、切り替えタイミングを制御することもできる。
また、例えば、内燃機関の回転数及び負荷の大きさと共に、適切なパルス出力状態Ａの時間割合をマッピングしておいてもよい。この場合、当該マップに基いて、回転数及び負荷の大きさに応じたパルス出力状態Ａの時間割合を導き出して、切り替えタイミングを制御することができる。

点火プラグ２は、例えば、図４に示すごとく、中心電極２１と、中心電極２１の外周側に設けた絶縁碍子２３と、該絶縁碍子２３の外周側に設けた接地電極２２とを有する。そして、中心電極２１に高周波高電圧を印加することにより、絶縁碍子２３の表面を這うストリーマ放電を発生、進展させ、このストリーマ放電を放電経路として、中心電極２１と接地電極２２との間の放電部に交流グロー放電又はアーク放電を生ぜしめるよう構成されている。
点火装置１は、例えば、自動車エンジン等の車両用内燃機関に搭載して用いることができる。

高周波電源部３１は、図１に示すごとく、駆動電源１１より供給される直流電力をスイッチング素子３１１、３１２のスイッチングによって交流の高周波電力に変換して、出力するよう構成されている。高周波電源部３１においては、駆動電源１１が接続された高電位配線３１３と、接地された低電位配線３１４との間に、互いに直列接続された２つの抵抗３１５と、互いに直列接続された２つのコンデンサ３１６と、互いに直列接続された２つのスイッチング素子３１１、３１２とが、接続されている。
２つの抵抗３１５の間と、２つのコンデンサ３１６との間とは、共通電位１２に接続されている。

また、２つのスイッチング素子３１１、３１２は、例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子からなる。そして、２つのスイッチング素子３１１、３１２の間に、高周波電源部３１の出力端子３１７が設けられている。

このような構成によって、高周波電源部３１は、高周波電力を正負均等に発振させて、出力端子３１７から出力することができ、昇圧回路部３２における昇圧を効率よく行うことができるようにしている。なお、抵抗３１５、コンデンサ３１６、スイッチング素子３１１、３１２は、必ずしも２個ずつである必要はなく、高電位側と低電位側とに対称に配置されていれば、その個数は特に限定されるものではない。

昇圧回路部３２は、互いに磁気的に結合された一次コイル３２１と二次コイル３２２とからなるトランスによって構成されている。点火プラグ２には、例えば、ピーク間電圧３０ｋＶｐｐ以上の非常に高い電圧を印加するため、昇圧回路部３２の昇圧倍率は、数十倍としている。また、昇圧回路部３２の一次コイル３２１は、一端が高周波電源部３１の出力端子３１７に接続され、他端が共通電位１２に接続されている。また、二次コイル３２２の一端が点火プラグ２の中心電極２１に接続され、他端が接地されている。

また、高周波電源部３１は、スイッチング素子３１１、３１２をオンオフ制御するスイッチング駆動部３３１を有する。すなわち、スイッチング駆動部３３１は、スイッチング素子３１１、３１２のゲートに駆動信号を入力するよう構成されている。駆動信号は、以下のように形成される。点火信号ＩＧｔが入力されることにより発振部３３２において生成されたパルス信号が、ハイサイド信号生成部３３３とローサイド信号生成部３３４とにおいて、それぞれハイサイド信号ＳＨとローサイド信号ＳＬとに変換される。そして、ハイサイド信号ＳＨ及びローサイド信号ＳＬと、出力制御部３４から送られる信号との論理積によって、駆動信号が形成されて、スイッチング駆動部３３１に送られる。スイッチング駆動部３３１は、この駆動信号に基づいて、２つのスイッチング素子３１１、３１２をオンオフ駆動する。

すなわち、図３に示すごとく、ハイサイド信号ＳＨがオンであり、かつ出力制御部３４からの出力信号ＳＡがオンのとき、高電位配線３１３に接続されたハイサイド側のスイッチング素子３１１がオンとなり、パルス正電圧Ｖｐがオンとなる。また、ローサイド信号がオンであり、かつ出力制御部３４からの出力信号ＳＡがオンのとき、低電位配線３１４に接続されたローサイド側のスイッチング素子３１２がオンとなり、パルス負電圧Ｖｎがオンとなる。

ハイサイド信号ＳＨ及びローサイド信号ＳＬは、点火信号ＩＧｔがある限り、一定の周波数にて、一定のパルス幅Ｗにて、交互にオンの状態が繰り返される。したがって、仮に出力制御部３３がなければ、一定の周波数（一定のパルス幅Ｗ）のハイサイド信号ＳＨ及びローサイド信号ＳＬが、交互にスイッチング駆動部３３１、３３２に送られて、図５に示すような一定の周波数、一定のパルス幅Ｗのパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎが、高周波電源部３１から昇圧回路部３２の一次コイル３２１に送られる。そして、一定の周波数の二次電圧Ｖ₂が、点火プラグ２に印加されることとなる。

しかし、点火装置１は出力制御部３４を備えており、出力制御部３４による出力信号ＳＡがオフのときは、ハイサイド信号ＳＨ又はローサイド信号ＳＬがオンであっても、スイッチング駆動部３３１にはオンの信号が送られず、スイッチング素子３１１、３１２はオフの状態となる。すなわち、図３に示すごとく、出力信号ＳＡがオフであるパルス休止状態Ｂの間は、ハイサイド信号ＳＨ又はローサイド信号ＳＬがオンであっても、パルス正電圧Ｖｐもパルス負電圧Ｖｎもオフの状態が維持される。

そして、出力制御部３４は、ハイサイド信号ＳＨがオンの状態を継続している途中とも、ローサイド信号ＳＬがオンの状態を継続している途中とも異なるタイミングにおいて、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えを行う。つまり、出力制御部３４による出力信号ＳＡのオンオフの切り替えタイミングは、ハイサイド信号ＳＨがオンの状態を継続している途中とも、ローサイド信号ＳＬがオンの状態を継続している途中とも異なる。本実施形態においては、切り替えタイミングは、ハイサイド信号ＳＨの立上りのタイミングと同期している。

パルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅をＷ、高周波電源部３１の出力端子３１７から点火プラグ２までの回路である負荷回路１３の共振周期をＴ₀としたとき、Ｔ₀／２≧Ｗ≧Ｔ₀／４が満たされる。そして、パルス出力状態Ａの長さＴａ及びパルス休止状態Ｂの長さＴｂは、Ｔ₀／２の整数倍としている。Ｔ₀／２≧Ｗとすることにより、一次電圧の周期（すなわち、パルス正電圧Ｖｐ又はパルス負電圧Ｖｎの周期）を、共振周期Ｔ₀に合わせることができる。つまり、二次電圧Ｖ₂の周波数は、一次電圧の周波数と一致させることができるため、一次電圧の周波数（周期）を負荷回路１３の共振周波数ｆ₀（共振周期Ｔ₀）に合わせることで、二次電圧Ｖ₂の周波数を共振周波数ｆ₀とすることができる。その結果、図６に示すごとく、二次電圧Ｖ₂の利得を高くすることができ、点火回路３から点火プラグ２に効率的に電力を供給することができる。なお、図６の横軸は、二次電圧Ｖ₂の周波数を対数にて示したものである。

また、Ｗ≧Ｔ₀／４とすることにより、二次電圧Ｖ₂の波形を共振周波数ｆ₀に合わせた周波数の正弦波とすることができ、充分に高い利得の二次電圧Ｖ₂を得ることができる。一方、図７に示すごとく、パルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗが共振周波数Ｔ₀の１／４を下回ると、二次電圧Ｖ₂の出力波形を正常な正弦波とすることが困難となり、二次電圧波形が高次の異常な波形となってしまうおそれがある。その結果、高周波電源部３１の出力エネルギーを充分に点火プラグ２に伝達することが困難となる。なお、図７における破線の正弦波は、正常（理想的）な二次電圧波形を示す。

また、パルス幅Ｗは、Ｔ₀／２を超えない範囲で、なるべくＴ₀／２に近いことが好ましい。これにより、利得の高い二次電圧Ｖ₂を効果的に生成することができる。なお、パルス正電圧Ｖｐ又はパルス負電圧Ｖｎの立上り時間ｔｃ及び立下り時間ｔｄを考慮すると、Ｗ＝Ｔ₀／２−ｔｃ−ｔｄであることが理想である。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用の点火装置１において、出力制御部３４は、パルス出力状態Ａと、パルス休止状態Ｂとを、高周波電源部３１が点火信号ＩＧｔを受信している間に切り替えるよう構成されている。したがって、点火信号ＩＧｔを受信している間においても、点火プラグ２の中心電極２１と接地電極２２との間に、電圧が印加されていない期間が設けられることとなる。これにより、中心電極２１及び接地電極２２の消耗を抑制して、点火プラグ２の長寿命化を図ることができる。

そして、出力制御部３４によるパルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えは、切り替えの直前及び直後のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗが、他のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗと同等に維持されるようなタイミングにおいて行うよう構成されている。これにより、パルス出力状態Ａにおいて、一次電圧のパルス正電圧Ｖｐおよびパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗが、部分的に小さくなることを防ぐことができる。

すなわち、仮に、切り替えの直前又は直後のパルス正電圧Ｖｐ又はパルス負電圧Ｖｎのパルス幅が、他のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗと同等に維持されないと、図８に示すごとく、二次電圧Ｖ₂の電圧波形が乱れ、高周波電源部３１のエネルギーを効率的に点火プラグ２に伝えることが困難となる。例えば、図８に示すごとく、切り替え直後のパルス負電圧Ｖｎのパルス幅が、他のパルス幅Ｗよりも短くなると、二次コイル３２２において誘起される二次電圧Ｖ₂の電圧波形が乱れてしまうおそれがある（同図のＶ₂₉参照）。なお、図８に示す状態は、出力信号ＳＡの立上りのタイミング（すなわち、パルス休止状態Ｂからパルス出力状態Ａへの切り替えタイミング）の一つを、ローサイド信号ＳＬのオン状態の継続中のタイミングとしたことにより、パルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗ₉が他のパルス幅Ｗよりも短くなってしまった状態である。

これに対して、本実施形態の点火装置１は、図３に示すごとく、切り替えの直前及び直後のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅が、他のパルス幅Ｗと同等になるようにしている。つまり、出力制御部３４によるパルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えを、一次電圧の一定のパルス幅Ｗに影響を与えないようなタイミングで行っている。これにより、昇圧回路部３２によって生成される二次電圧Ｖ₂の電圧波形に上述のような乱れが生じることを防ぎ、点火プラグ２に充分な大きさの二次電圧Ｖ₂を印加することができ、着火性を確保することができる。

また、パルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗと負荷回路１３の共振周期Ｔ₀とは、Ｔ₀／２≧Ｗ≧Ｔ₀／４を満たす。これにより、上述のごとく、利得の高い二次電圧Ｖ₂を得ることができる。
また、パルス幅Ｗをこのような条件としたうえで、パルス出力状態Ａの長さＴａ及びパルス休止状態Ｂの長さＴｂを、Ｔ₀／２の整数倍としている。これにより、出力制御部３４によるパルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えを、切り替えの直前及び直後のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅が、他のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗと同等に維持されるようなタイミングにおいて行いやすくなる。

すなわち、一次電圧の周期を共振周期Ｔ₀に合わせ、かつパルス出力状態Ａの長さＴａ及びパルス休止状態Ｂの長さＴｂをＴ₀／２の整数倍とすれば、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングが複数ある場合、そのすべてを、図３に示すごとく、ハイサイド信号ＳＨがオンを継続する途中でも、ローサイド信号ＳＬがオンを継続する途中でもないタイミングとすることが容易となる。

以上のごとく、本実施形態によれば、着火性を確保しつつ、点火プラグの長寿命化を図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。

（実施形態２）
本実施形態は、図９〜図１１に示すごとく、出力制御部３４が同期式順序回路３４１を備えた点火装置１の実施形態である。
なお、図９においては、スイッチング駆動部３３１に入力される駆動信号を生成する信号生成部３０を、一点鎖線の枠にて省略したものであり、信号生成部３０の構成は、図１０に表す。

本実施形態においては、出力制御部３４は、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとを切り替えるための制御本体部３４０と、制御本体部３４０に接続された同期式順序回路３４１とを有する。制御本体部３４０は、図１１に示すごとく、出力信号ＳＡ０を所定期間オンし、所定期間オフすることで、出力信号ＳＡ０とハイサイド信号ＳＨ及びローサイド信号ＳＬとの論理積の駆動信号を、パルス休止状態Ｂにおいてオフとしておくようにしている。しかし、制御本体部３４０の出力信号ＳＡ０のオンオフの切り替えタイミングが正確に制御されていないと、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングが、ハイサイド信号ＳＨ又はローサイド信号ＳＬがオン状態である途中となってしまうおそれがある。

そこで、出力制御部３４に同期式順序回路３４１を設けることにより、制御本体部３４０による出力信号ＳＡ０の切り替えタイミングを、ハイサイド信号ＳＨ又はローサイド信号ＳＬと同期させる。つまり、制御本体部３４０による出力信号ＳＡ０を、同期式順序回路３４１によって出力信号ＳＡ１に補正する。

例えば、図１１に示した制御は、出力信号ＳＡ１のオンからオフ、オフからオンの切り替えタイミングを、ハイサイド信号ＳＨの立上り（すなわち、発振部３３２のパルス信号の立上り）のタイミングと同期させている。したがって、この場合は、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングが、いずれも、ハイサイド信号ＳＨの立上りのタイミングと同期することとなる。
その他は、実施例１と同様である。なお、実施形態１における符号と同じ符号は、同一の構成要素等を示すものであって、先行する説明を参照する。

本実施形態の点火装置１においては、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングを、より正確に、ハイサイド信号ＳＨのオン状態の途中でも、ローサイド信号ＳＬのオン状態の途中でもないタイミングに制御することができる。その結果、より確実に、切り替えの直前及び直後のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅を、他のパルス正電圧Ｖｐ及びパルス負電圧Ｖｎのパルス幅Ｗと同等に維持することができる。

また、本実施形態のように、同期式順序回路３４１を用いることによって、制御本体部３４０は、各種ロジック回路によって構成することも、予めエンジン条件ごとに設定した制御パターンを記憶したＭＣＵ（Micro Control Unit）等によって構成することもできる。すなわち、このような構成の制御本体部３４０を用いる場合、制御本体部３４０が出力するパルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングは、発振部３３２のパルス信号の周期とは独立したものとなる。そこで、同期式順序回路３４１を用いることにより、切り替えタイミングを、ハイサイド信号ＳＨ又はローサイド信号ＳＬに同期させることができる、その結果、切り替えタイミングを、ハイサイド信号ＳＨのオン状態の途中でも、ローサイド信号ＳＬのオン状態の途中でもないタイミングにすることができる。

また、図１１に示す制御は、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングを、パルス正電圧Ｖｐの立上り（すなわちハイサイド信号ＳＨの立上り）と同期させているため、制御を比較的簡素化することができる。なお、切り替えタイミングは、パルス正電圧Ｖｐの立上り（すなわちハイサイド信号ＳＨの立上り）に限らず、パルス正電圧Ｖｐの立下り、若しくはパルス負電圧Ｖｎの立上り又は立下り（すなわち、ローサイド信号ＳＬの立上り又は立下り）と同期したタイミングとすることもできる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本実施形態は、図１２、図１３に示すごとく、出力制御部３４の出力信号ＳＡを、規則的にオンとオフとが繰り返されるようにしたものである。
具体的には、出力信号ＳＡのオン状態とオフ状態とが、それぞれ発振部３３２のパルス信号の２周期分ずつ（すなわち、ハイサイド信号ＳＨ又はローサイド信号ＳＬの２周期分ずつ）となるように、出力制御部３４が出力する。

本実施形態においては、出力制御部３４が同期式分周回路３４２を備えている。同期式分周回路３４２は、発振部３３２のパルス信号の周波数を整数分の１にして出力する。つまり、同期式分周回路３４２は、発振部３３２のパルス信号の周期を整数倍にして出力する。本実施形態においては、発振部３３２のパルス信号の周期を４倍にして出力している。そして、これとともに、同期式分周回路３４２は、その出力信号ＳＡの立上り及び立下りを、発振部３３２のパルス信号の立上りであって、パルス正電圧Ｖｐの立上りに同期させている。

このように、出力制御部３４が同期式分周回路３４２を備えることにより、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとが、それぞれ発振部３３２のパルス信号の２周期分ずつとなる状態で、交互に繰り返されることとなる。すなわち、本実施形態においては、Ｔａ＝Ｔｂ＝２Ｔ₀である。

また、放電開始時（すなわち点火信号ＩＧｔが入力され始める段階）においては、所定時間、パルス出力状態Ａが続くようにすべく、出力制御部３４は、タイマ３４３と休止開始信号生成部３４４とを有する。すなわち、タイマ３４３によって、点火信号ＩＧｔの開始から所定時間以上経過した後に最初のパルス休止状態Ｂが現れるように制御する。

なお、上述の同期式分周回路３４２を用いる場合に、タイマ３４３及び休止開始信号生成部３４４若しくはこれらに準ずる回路を併設することが好ましいが、このような回路を併設することなく、同期式分周回路３４２を設けてもよい。
その他は、実施例１と同様である。

本実施形態においては、比較的簡素な構成にて、正確に、パルス出力状態Ａとパルス休止状態Ｂとの切り替えタイミングを、ハイサイド信号ＳＨのオン状態の途中でも、ローサイド信号ＳＬのオン状態の途中でもないタイミングに制御することができる。
また、本実施形態の点火装置１は、高周波電源部３１が点火信号ＩＧｔを受信し始めた時点から、予め設定された所定時間が経過した時点において、最初のパルス休止状態Ｂが現れるよう構成されている。これにより、大電力が必要な放電開始時点において、充分なエネルギーを点火プラグ２に供給することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
本実施形態は、パルス休止状態Ｂから切り替えられた直後のパルス出力状態Ａの継続時間について規定した点火装置１の形態である。
すなわち、パルス休止状態Ｂから切り替えられた直後のパルス出力状態Ａは、少なくとも昇圧回路部３２の二次電圧Ｖ₂が点火プラグ２の要求電圧以上に上昇するまで継続するように構成されている。

パルス休止状態Ｂからパルス出力状態Ａに切り替わった直後においては、図１４に示すごとく、二次電圧Ｖ₂の大きさ（すなわち振幅）が充分に大きくなっていない場合がある。すなわち、切り替わり直後においては、二次電圧Ｖ₂の大きさが徐々に大きくなり、所定時間経過後にサチュレートして、最大電圧Ｖmaxpp（ピーク間電圧）となる場合がある。かかる場合において、パルス休止状態Ｂからパルス出力状態Ａに切り替わった時点ｔ₀から所定時間ｔ₂が経過するまで、パルス出力状態Ａを維持することが、確実な点火の観点では好ましい。すなわち、パルス休止状態Ｂから切り替えられた直後のパルス出力状態Ａは、昇圧回路部３２の二次電圧Ｖ₂の振幅が最大となるまで継続することが、着火性の観点で好ましい。

また、上述のように、時点ｔ₀から二次電圧Ｖ₂の大きさが徐々に大きくなる場合において、二次電圧Ｖ₂の大きさが点火プラグ２の要求電圧Ｖrpp（ピーク間電圧）に満たないうちは、放電が期待しにくい。それゆえ、二次電圧Ｖ₂が要求電圧Ｖrpp以上となる前に、パルス出力状態Ａを終了してしまっては、点火プラグ２の点火を行える可能性が低くなってしまう。そこで、少なくとも、二次電圧Ｖ₂の大きさが点火プラグ２の要求電圧Ｖrpp以上となるまで、すなわち図１４に示す時間ｔ₁が少なくとも経過するまでは、パルス出力状態Ａを継続する。

一方、パルス出力状態Ａの継続時間を、ｔ₁以上ｔ₂未満とすることにより、高周波電源部３１の出力エネルギーを抑制して省エネルギーを図ることができる。ただし、上記の時間ｔ1は、エンジン回転数や負荷等のエンジン条件、気流や気圧等の燃焼室内の環境（すなわち筒内環境）等によって変動する。そのため、この場合には、各種条件を測定しつつ、それらを基にした緻密なマッピング制御を行う等の必要がある。

これにより、パルス出力状態Ａにおいて、充分に大きい二次電圧Ｖ₂を点火プラグ２に印加することができ、点火プラグ２の着火性を向上させることができる。
その他は、実施形態１と同様の構成および作用効果を有する。

（実験例１）
本例は、図１５、図１６に示すごとく、実施形態１の点火装置による点火プラグの長寿命化への影響につき、二次電流のＲＭＳ値を測定することにより、間接的に評価した例である。

すなわち、点火装置において、パルス出力状態Ａの時間的割合を、種々変更した制御を行ったときに、二次電流のＲＭＳ値がどのように変化するかを測定した。具体的には、図１５に示すごとく、パルス休止状態Ｂがない出力パターン（パターン１）、パルス出力状態Ａの時間割合が全体の１／２のパターン（パターン２）、パルス出力状態Ａの時間割合が全体の１／４のパターン（パターン３）、パルス出力状態Ａの時間割合が全体の１／８のパターン（パターン４）にて、それぞれ試験を行った。ここで、パターン２〜４については、発振部３３２のパルス信号のｎ周期に１回ずつ、ハイサイド信号ＳＨとローサイド信号ＳＬとを印加することにより、図１５に示す二次電圧Ｖ₂を生成した。つまり、パターン１においてはｎ＝１、パターン２においてはｎ＝２、パターン３においてはｎ＝４、パターン４においてはｎ＝８となる。

そして、各試験において、二次電流のＲＭＳ値を測定した。その結果を、図１６に示す。図１６において、横軸は、放電時間（点火信号ＩＧｔがオンの時間）を出力時間（点火プラグ２に電圧が印加された時間）にて除した値であり、上述のパルス出力状態Ａの時間割合の逆数に相当する。縦軸は、パターン１における二次電流のＲＭＳ値に対する、各パターンにおける二次電流のＲＭＳ値の比（以下、電流ＲＭＳ値比という。）である。図１６において、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を付したプロットが、それぞれパターン１、パターン２、パターン３、パターン４における測定結果を示す。

同図から分かるように、放電時間／出力時間が大きくなるほど、電流ＲＭＳ値比が小さくなっている。すなわち、パルス出力状態Ａの時間割合を少なくすることにより、電極に与えるエネルギーを小さくすることができる。それゆえ、パルス休止状態Ｂを設けることにより、電極の消耗を抑制することができることが分かる。

（実験例２）
本例は、図１７に示すごとく、実施形態４の点火装置による点火プラグの着火性につき、評価した例である。
まず、パルス出力状態Ａの時間Ｔａを２Ｔ₀とし、パルス休止状態Ｂの時間Ｔｂを６Ｔ₀として、これを交互に規則的に繰り返す出力パターンをパターン５とする。また、パルス出力状態Ａの時間ＴａをＴ₀とし、パルス休止状態Ｂの時間Ｔｂを３Ｔ₀として、これを交互に規則的に繰り返す出力パターンをパターン６とする。パターン５とパターン６とは、高周波電源部３１の出力エネルギーとしては等価である。なお、パターン５における時間Ｔａは、上述の実施形態４に示した時間ｔ1よりも充分に大きい値であり、パターン６における時間Ｔａは、上記時間ｔ1よりも小さい値である。

上記の２つのパターンにて、内燃機関を運転した。すなわち、燃焼室に導入した燃料混合気に対して、上記のそれぞれのパターンにて点火プラグ２に電圧を印加したときに、２つのパターンの間で、燃焼性能に相違が生じるか否かを確認した。燃焼性能の相違は、リーン限界Ａ／Ｆを測定することにより行った。つまり、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を徐々に変化させて、着火できる限界の空燃比（すなわち、リーン限界Ａ／Ｆ）を、それぞれの電圧印加パターン、すなわち、パターン５とパターン６とで比較した。その結果を、図１７に示す。なお、この試験における内燃機関の条件としては、排気量２０００ｃｃ、
エンジン回転数１２００ｒｐｍ、 図示平均有効圧３００ｋＰａ、圧縮比１３である。

図１７から分かるように、リーン限界Ａ／Ｆは、パターン６に比べて、パターン５の方が０．３高い。つまり、高周波電源部３１の出力エネルギーとしては、パターン５とパターン６とは同等であるが、パターン５の方がより着火性に優れているといえる。これは、上記実施形態４において説明したように、パルス出力状態Ａの継続時間Ｔａが短すぎると、二次電圧Ｖ₂が充分に大きくなる前にパルス出力状態Ａを終えてしまうところ、パルス出力状態Ａの継続時間Ｔａを充分に長くすることで、着火性を向上させることができるためと考えられる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ 点火装置
２ 点火プラグ
２１ 中心電極
２２ 接地電極
３ 点火回路
３１ 高周波電源部
３２ 昇圧回路部
３４ 出力制御部

Claims (7)

1. 中心電極（２１）に高周波電圧を印加することによって該中心電極（２１）と接地電極（２２）との間にプラズマ放電を生じるよう構成された点火プラグ（２）と、
   該点火プラグ（２）に高周波電力を供給する点火回路（３）と、を有し、
   上記点火プラグ（２）は、上記中心電極（２１）と上記接地電極（２２）との間に、ストリーマ放電を発生、進展させ、交流グロー放電又はアーク放電を生ぜしめるよう構成されており、
   上記点火回路（３）は、高周波電力を生じる高周波電源部（３１）と、該高周波電源部（３１）が出力する高周波の一次電圧を昇圧して二次電圧（Ｖ₂）を上記点火プラグ（２）に印加する昇圧回路部（３２）と、上記高周波電源部（３１）の出力を制御する出力制御部（３４）と、を有し、
   上記高周波電源部（３１）は、上記一次電圧として一定のパルス幅（Ｗ）を有するパルス正電圧（Ｖｐ）とパルス負電圧（Ｖｎ）とを交互に出力することができるよう構成されており、
   上記出力制御部（３４）は、上記高周波電源部（３１）が上記パルス正電圧（Ｖｐ）と上記パルス負電圧（Ｖｎ）とを一定の周期で交互に出力するパルス出力状態（Ａ）と、上記高周波電源部（３１）が上記一次電圧の出力を休止するパルス休止状態（Ｂ）とを、上記高周波電源部（３１）が点火信号（ＩＧｔ）を受信している間に切り替えるよう構成されており、
   上記出力制御部（３４）による上記パルス出力状態（Ａ）と上記パルス休止状態（Ｂ）との切り替えは、切り替えの直前及び直後の上記パルス正電圧（Ｖｐ）及び上記パルス負電圧（Ｖｎ）のパルス幅が、他の上記パルス正電圧（Ｖｐ）及び上記パルス負電圧（Ｖｎ）のパルス幅（Ｗ）と同等に維持されるようなタイミングにおいて行うよう構成されていることを特徴とする内燃機関用の点火装置（１）。
2. 上記パルス正電圧（Ｖｐ）及び上記パルス負電圧（Ｖｎ）のパルス幅をＷ、上記高周波電源部（３１）の出力端子（３１７）から上記点火プラグ（２）までの回路である負荷回路（１３）の共振周期をＴ₀としたとき、Ｔ₀／２≧Ｗ≧Ｔ₀／４を満たし、上記パルス出力状態（Ａ）の長さ（Ｔａ）及び上記パルス休止状態（Ｂ）の長さ（Ｔｂ）は、それぞれＴ₀／２の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の点火装置（１）。
3. 上記パルス出力状態（Ａ）と上記パルス休止状態（Ｂ）との切り替えタイミングは、上記パルス正電圧（Ｖｐ）の立上り又は立下り、若しくは上記パルス負電圧（Ｖｎ）の立上り又は立下りと同期したタイミングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火装置（１）。
4. 上記パルス休止状態（Ｂ）から切り替えられた直後の上記パルス出力状態（Ａ）は、少なくとも上記昇圧回路部（３２）の二次電圧（Ｖ₂）が上記点火プラグ（２）の要求電圧（Ｖrpp）以上に上昇するまで継続することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置（１）。
5. 上記パルス休止状態（Ｂ）から切り替えられた直後の上記パルス出力状態（Ａ）は、少なくとも上記昇圧回路部（３２）の二次電圧（Ｖ₂）の振幅が最大となるまで継続することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置（１）。
6. 上記パルス出力状態（Ａ）と上記パルス休止状態（Ｂ）との切り替えタイミングは、上記内燃機関の回転数及び負荷の大きさの少なくとも一方に応じて決定するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置（１）。
7. 上記高周波電源部（３１）が上記点火信号（ＩＧｔ）を受信し始めた時点から、予め設定された所定時間が経過した時点において、最初の上記パルス休止状態（Ｂ）が現れるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置（１）。

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