JP7102151B2 - 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。

近年、自動車の内燃機関は燃費向上を目的として、高圧縮比化や過給機によるダウンサイジング化が進んでいる。その結果、点火時の筒内圧力が上昇すると共に点火プラグにおける要求電圧が上昇する傾向がある。要求電圧が点火プラグの限界電圧を上回ると、放電ギャップ以外の部分で火花放電が生じるいわゆる奥飛び火が発生しやすくなり、着火性の悪化や点火装置の破損を招く恐れがある。そこで、特許文献１に開示の構成では、点火プラグに高電圧高周波を印加して、点火プラグの放電ギャップ周囲にイオンを発生させるとともに、点火直前に電極温度を上昇させて要求電圧を低下させている。これにより、要求電圧が限界電圧を上回ることを抑制して、着火性の悪化や点火装置の破損を防止している。

特許第２５２４６９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、点火プラグに高電圧高周波を印加するための圧電素子や変圧器などを含む高周波印加装置が必要となる。そのため、点火装置の大型化や高コスト化を招く。さらに、点火直前に高電圧を印加するため、主放電の前にフラッシュオーバーやコロナ放電が発生するなどして、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、着火性の向上を図るとともに、大型化や高コスト化を抑制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、筒状の絶縁碍子（３００）と、該絶縁碍子内に該絶縁碍子と同軸上に保持されるとともに先端部が露出した棒状の中心電極（４００）と、上記絶縁碍子を保持するハウジング（２００）と、該ハウジングに接続されるとともに、上記中心電極の先端部との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５００）と、上記絶縁碍子の先端の外周面と上記ハウジングの内周面との間の空間からなるとともに先端側が開放されたポケット部（１１）と、を有する点火プラグ（２）と、
上記中心電極に交流電圧を印加するように構成された交流電圧印加部（５）と、
該交流電圧印加部の動作を制御する印加電圧制御部（６）と、
を備え、
上記印加電圧制御部は、
点火時期（Ｔ０）よりも前である第１の期間（Ｔ１）において、上記中心電極に上記点火プラグにおける要求電圧（Ｖｒ）よりも小さい振幅を有する第１の交流電圧（ＡＣ１）を印加し、
上記第１の期間の経過後で上記点火時期よりも前の第２の期間（Ｔ２）において、上記第１の交流電圧よりも振幅の小さい第２の交流電圧（ＡＣ２）を上記中心電極に印加するように、又は上記中心電極への交流電圧の印加を停止するように上記交流電圧印加部を制御し、
上記交流電圧印加部は、上記点火プラグに接続された点火コイル（５０）により構成されている、内燃機関用の点火装置（１）にある。

上記内燃機関用の点火装置においては、点火時期の前の第１の期間に、要求電圧より小さい振幅の第１の交流電圧を印加することができる。これにより、点火プラグのポケット部及び放電ギャップに交流電界を形成させてポケット部内及び放電ギャップの気体分子をイオン化或いは活性化させることができる。そして、第１の期間経過後で点火時期の前の第２の期間において、上記第１の交流電圧よりも振幅の小さい第２の交流電圧を中心電極に印加し、又は中心電極への交流電圧の印加を停止する。これにより、ポケット部内及び放電ギャップに生成されたイオン化或いは活性化された気体分子を拡散させてポケット部及び放電ギャップから一旦放出させることができる。そして、イオン化或いは活性化された気体分子の一部を点火時に放電ギャップに到達させることができ、又は活性化された気体分子の一部が基底状態に戻る際に放出される紫外線を点火時に放電ギャップに到達させることができる。これにより、放電ギャップにおける初期電子供給を促進して要求電圧を低下させて、放電ギャップにおける主放電の発生を促進することができる。その結果、ギャップ部で確実に放電を形成でき奥飛び火を防止できるため、着火性の向上が図られる。さらに、点火直前の第２の期間では、印加される交流電圧が低く、又は交流電圧の印加が停止されているため、主放電の発生前におけるフラッシュオーバーやコロナ放電の発生が抑制される。さらに、高電圧高周波を印加する必要がないため、装置が大型化や高コスト化が抑制される。

以上のごとく、本発明によれば、着火性の向上を図るとともに、大型化や高コスト化を抑制できる内燃機関用の点火装置を提供することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、点火装置の回路構成を概略図。 実施形態１における、点火プラグの部分断面正面図。 実施形態１における、制御状態を説明するためのタイミングチャート図。 実施形態１における、制御状態を説明するための他のタイミングチャート図。 実施形態１における、気体分子のイオン化の状態を説明する概念図。 図２の一部拡大図。 実施形態１における、評価試験１の結果を示す図。 実施形態１における、評価試験２の結果を示す図。 実施形態１における、評価試験３の結果を示す図。 実施形態１における、制御態様を説明するためのフロー図。 実施形態１における、印加信号オン時間と振幅との対応関係を示すマップの概念図。 実施形態２における、点火装置の回路構成を概略図。 実施形態２における、制御態様を説明するためのフロー図。

（実施形態１）
内燃機関用の点火装置の実施形態について、図１～図１１を用いて説明する。
本実施形態の内燃機関用の点火装置１は、図１に示すように、点火プラグ２と、交流電圧印加部５、印加電圧制御部６とを有する。
点火プラグ２は、図２に示すように、絶縁碍子３００、中心電極４００、ハウジング２００、接地電極５００及びポケット部１１を有する。
絶縁碍子３００は筒状をなしている。
中心電極４００は、棒状であって、絶縁碍子３００内に絶縁碍子３００と同軸上に保持されるとともに先端部４０が露出している。
ハウジング２００は、絶縁碍子３００を保持している。
接地電極５００は、ハウジング２００に接続されるとともに、中心電極４００の先端部４０との間に放電ギャップＧを形成している。
ポケット部１１は、絶縁碍子３００の先端部３０の外周面とハウジング２００の内周面との間の空間からなるとともに先端側Ｘ１が開放されている。
図１に示す交流電圧印加部５は、中心電極４００に交流電圧を印加するように構成されている。
印加電圧制御部６は、交流電圧印加部５の動作を制御する。
そして、印加電圧制御部６は、図３に示すように、点火時期Ｔ０よりも前である第１の期間Ｔ１において、中心電極４００に点火プラグ２における要求電圧Ｖｒよりも小さい振幅Ｗ１を有する第１の交流電圧ＡＣ１を印加するように交流電圧印加部５を制御する。さらに、第１の期間Ｔ１の経過後で点火時期Ｔ０よりも前の第２の期間Ｔ２において、第１の交流電圧ＡＣ１よりも振幅の小さい第２の交流電圧ＡＣ２を中心電極４００に印加するように、又は中心電極４００への交流電圧の印加を停止するように交流電圧印加部５を制御する。

以下、本実施形態の点火装置１について、詳述する。
本例の点火装置１は、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関（エンジン）の着火手段として用いられるものである。
図２に示すごとく、点火装置１は、ハウジング２００の外周に取付用ネジ部２１が設けられており、内燃機関の燃焼室の壁部に設けられたネジ孔（図示略）に取付用ネジ部２１を螺合させて装着される。

ハウジング２００の内側には、絶縁碍子３００が挿通されて保持されている。絶縁碍子３００は、その先端部３０がハウジング２００の先端部２０よりも突出して配置されている。ハウジング２００と絶縁碍子３００との間には、軸方向Ｘの先端側Ｘ１に開口したポケット部１１が形成されている。ポケット部１１は、ハウジング２００の先端部２０の内側の全域に形成されており、略円筒状の空間からなる。

絶縁碍子３００の内側には、中心電極４００が保持されている。中心電極４００は、その先端部４０が絶縁碍子３００の先端部３０よりも突出して配置されている。中心電極４００の先端部４０には、接地電極５００の対向部５０３に向かって突出してなる先端突出部４０１が設けられている。

図２に示すように、ハウジング２００の先端面２０１には、接地電極５００が接合されている。接地電極５００は、接合部５０１と連結部５０２と対向部５０３とにより構成されている。接合部５０１は、ハウジング２００の先端面２０１から軸方向Ｘに向けて延設されている。対向部５０３は、軸方向Ｘにおいて中心電極４００の先端部４０に対向するように配置されている。また、対向部５０３は、中心電極４００の先端部４０に対向する対向面５０４を有しており、この対向面５０４と中心電極４００の先端部４０との間に放電ギャップＧを形成している。連結部５０２は、ハウジング２００の先端面２０１に対して接合された接合部５０１と、軸方向Ｘにおいて中心電極４００の先端部４０に対向する対向部５０３とを滑らかに繋いでいる。

図１に示すように、本実施形態の点火装置１は、一次コイル５１、二次コイル５２を有する点火コイル５０を備える。点火コイル５０の二次コイル５２側には、点火プラグ２が接続されている。点火コイル５０の一次コイル５１側には、電源５５、ＥＣＵ６０、イグナイタ６１が接続されている。点火コイル５０は、交流電圧印加部５として、点火プラグ２の中心電極４００に交流電圧を印加するように構成されている。ＥＣＵ６０は、印加電圧制御部６として、交流電圧印加部５としての点火コイル５０を制御するように構成されている。すなわち、印加電圧制御部６は、イグナイタ６１のスイッチング素子６２に所定の印加信号Ｐ１を送信することにより、電源５５が接続された一次コイル５１を介して二次コイル５２から中心電極４００に、所定の振幅の交流電圧が印加されるように構成されている。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、第１の期間Ｔ１において、印加電圧制御部６としてのＥＣＵ６０により印加信号Ｐ１が所定の周期でイグナイタ６１に出力される。これに応じて、スイッチング素子６２によってイグナイタ６１から、図３（ｂ）に示すように、所定の振幅Ｗ１を有する第１の交流電圧ＡＣ１が中心電極４００に印加される。これにより、図５（ａ）に示すように第１の交流電圧ＡＣ１の印加前の状態でポケット部１１に存在している気体分子Ａ１が、図５（ｂ）及び図５（ｃ）においてＡ２で示すようにポケット部１１内でイオン化或いは活性化されることとなる。なお、放電ギャップＧに存在する気体分子も同様にイオン化或いは活性化される。第１の期間Ｔ１では、ポケット部１１内及び放電ギャップＧでイオン化或いは活性化された気体分子Ａ２は、第１の交流電圧ＡＣ１の印加によりポケット部１１内及び放電ギャップＧに生じる交流電界により、図５（ｃ）に示すようにポケット部１１内及び放電ギャップＧに留まったままとなる。

本実施形態では、ＥＣＵ６０は、スロットル開度、エンジン負荷、エンジン回転数、過給圧等から内燃機関の筒内圧を推定する筒内圧推定部７としての機能を有する。そして、印加電圧制御部６は、筒内圧推定部７としてのＥＣＵ６０により推定された推定筒内圧に基づいて、第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を決定することができる。例えば、推定筒内圧が所定の基準値よりも高い場合には、振幅Ｗ１を所定の基準振幅よりも高い値とすることができ、推定筒内圧が所定の基準値よりも低い場合には、振幅Ｗ１を所定の基準振幅よりも低い値とすることができる。なお、当該基準値としては、特に限定されないが、例えば、図示しない吸気バルブが開いたときの筒内圧、すなわち大気圧としたり、スロットル開度、エンジン負荷、エンジン回転数等と筒内圧との対応関係を示すマップとしたりすることができる。所定の基準振幅としては、特に限定されないが、例えば、予め設定された振幅としたり、直前の印加電圧の振幅としたりすることができる。

また、筒内圧推定部７が所定の間隔で推定筒内圧を導出するとともに、印加電圧制御部６が過去の推定筒内圧や過去の推定筒内圧の平均値などと比較して現在の推定筒内圧が高い場合には現在の振幅Ｗ１を過去の振幅Ｗ１よりも高い値とし、現在の推定筒内圧が低い場合には現在の振幅Ｗ１を過去の振幅Ｗ１よりも低い値とするように制御することができる。

印加電圧制御部６は、振幅Ｗ１が決定されると、中心電極４００に印加される第１の交流電圧ＡＣ１が当該振幅Ｗ１を有するように、図４（ａ）に示すように、印加信号Ｐ１のパルス幅であるオン時間Ｒを設定する。当該オン時間Ｒは、点火コイル５０の充電時間に相当する。なお、印加信号Ｐ１におけるデューティー比は５０％としている。同一周波数であっても印加信号Ｐ１のオン時間Ｒの長さは、図１に示す電源５５の出力電圧に依存している。電源５５の出力電圧が低い場合にはオン時間Ｒは長く設定され、電源５５の出力電圧が低い場合にはオン時間Ｒは短く設定されることとなる。

本実施形態では、ＥＣＵ６０は、電源５５の出力電圧を検出する電源電圧検出部８としての機能を有する。そして、電源５５の出力電圧と第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１との対応関係を示すマップが図示しない記憶部に予め記憶されている。当該マップとして、例えば、図１１に示すように、印加信号Ｐ１のオン時間Ｒと第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１との関係が、電源５５の出力電圧ごとにマップ化されたものを採用することができる。そして、印加電圧制御部６は、電源電圧検出部８により検出された電源５５の出力電圧に基づいて、印加信号Ｐ１のオン時間Ｒの長さを設定することができる。

本実施形態では、第１の期間Ｔ１は、図３（ｄ）に示すように、エンジンサイクルにおける吸気行程から圧縮行程に亘っている。なお、本実施形態では、吸気行程とは内燃機関における図示しない吸気バルブが開いた状態の期間をいい、圧縮行程とは、吸気行程の後の吸気バルブが閉じた状態において主放電が形成されるまでの期間をいう。また、膨張行程とは、圧縮行程の後、主放電が形成されてから図示しない排気バルブが開くまでの期間をいい、排気行程とは膨張行程の後、排気バルブが開いた状態の期間をいう。

そして、本実施形態おいて、第１の期間Ｔ１では、図３（ｃ）に示すように、筒内圧は比較的低い状態が維持されている。印加電圧制御部６は、圧縮行程内で第１の交流電圧ＡＣ１の印加を停止し、又は第１の交流電圧ＡＣ１よりも振幅の小さい第２の交流電圧ＡＣ２を印加することにより、第１の期間Ｔ１を終了し、第２の期間Ｔ２を開始する。第２の期間Ｔ２では、第１の期間Ｔ１でポケット部１１内及び放電ギャップＧに生じていた交流電界がなくなり又は弱くなることにより、図５（ｄ）に示すようにポケット部１１及び放電ギャップＧに留まっていたイオン化或いは活性化された気体分子Ａ２がポケット部１１及び放電ギャップＧから軸方向の先端側Ｘ１に放出される。放出されたイオン化或いは活性化された気体分子は、図５（ｅ）に示すように筒内のガス流Ｖ２によって放電ギャップＧに到達する。

第２の期間Ｔ２の継続時間は適宜設定することができる。第２の期間Ｔ２の継続時間は、第１の交流電圧ＡＣ１の印加停止時期から点火時期までの期間とすることができ、第１の交流電圧ＡＣ１の印加停止時期を変更することにより、第２の期間Ｔ２の継続時間を変更することができる。

第２の期間Ｔ２の継続時間は、ポケット部１１内及び放電ギャップＧのイオン化或いは活性化された気体分子Ａ２が放電ギャップＧに到達する時間、又は活性化された気体分子が基底準位に戻る際に放出される紫外線が放電ギャップＧに到達する時間を考慮して設定することが好ましい。例えば、第２の期間Ｔ２の継続時間は、図６に示すように、ポケット部１１の開口部１１ａにおいて放電ギャップＧに最もに近い位置に存在するイオン化された気体分子が放電ギャップＧに到達する時間以上であって、ポケット部１１において最深部１１ｂに位置するイオン化されて混合気体がポケット部１１の開口部１１ａにおいて放電ギャップＧから最も遠い位置から放電ギャップＧに到達する時間以下とすることができる。

すなわち、図６に示すように、ポケット部１１の軸方向Ｘの深さをｄ、放電ギャップＧとポケット部１１の開口部１１ａまでの最短直線距離をｄ１、放電ギャップＧとポケット部１１の開口部１１ａまでの最長直線距離をｄ２、ポケット部１１内のイオン拡散速度をｖ１、点火プラグ２周辺の混合気体の流速をｖ２としたとき、第２の期間Ｔ２の継続時間ｔ２は、ｄ１／ｖ２＜ｔ２＜ｄ／ｖ１＋ｄ２／ｖ２の関係式を満たすことが好ましい。

そして、１．５ｍｍ≦ｄ１≦７．２ｍｍかつ４．０ｍｍ≦ｄ２≦７．４ｍｍであってｄ１≦ｄ２であり、４．０ｍｍ≦ｄ≦１５．０ｍｍであることが好ましい。また、０．１ｍ／ｓ≦ｖ１≦１０ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ≦ｖ２≦４０ｍ／ｓであることが好ましい。そして、本実施形態では、ｄ１＝３．８ｍｍ、ｄ２＝５．０ｍｍ、ｄ＝１０．３ｍｍ、Ｌ＝０．７５ｍｍ、ｖ１＝１．０ｍ／ｓ、ｖ２＝１０ｍ／ｓである。そして、これらの値をｄ１／ｖ２＜ｔ２＜ｄ／ｖ１＋ｄ２／ｖ２の関係式に当てはめると、０．３８ｍｓ＜ｔ２＜１０．８ｍｓである。

本実施形態では、図１に示すように内燃機関におけるエンジン回転数を検出する回転数検出部９を備える。そして、印加電圧制御部６は、回転数検出部９により検出されたエンジン回転数に応じて、上記第２の期間Ｔ２の継続時間を変更することができる。例えば、回転数検出部９により検出されたエンジン回転数が所定の基準値よりも大きいときに上記第２の期間Ｔ２の継続時間を基準値よりも短くしたり、回転数検出部９により検出されたエンジン回転数が所定の基準値よりも小さいときに上記第２の期間Ｔ２の継続時間を基準値よりも長くしたりすることができる。また、図示しない記憶部に、エンジン回転数と第２の期間Ｔ２の継続時間との対応関係を示すマップを予め記憶しておき、検出されたエンジン回転数から当該マップに基づいて第２の期間Ｔ２の継続時間を変更してもよい。

次に、第１の期間Ｔ１における第１の交流電圧ＡＣ１の交流電圧周波数と、主放電における要求電圧の低下効果との関係を評価する評価試験１を行った。試験条件は、放電ギャップＧのギャップ距離を１．１ｍｍとし、第１の交流電圧ＡＣ１の振幅を７ｋＶ、すなわち±３．５ｋＶとした上記点火装置１を、２Ｌ過給４サイクルエンジンに搭載し、エンジン回転数を１５５０回転／分、混合気の空燃比をストイキとし、第１の期間Ｔ１をクランク角度－３６０～－１６０ｄｅｇとし、交流電圧を印加しなかったときの要求電圧との差分を算出した。図７に示すように、第１の期間Ｔ１における第１の交流電圧ＡＣ１の交流電圧周波数が６ｋＨｚ～３０ｋＨｚであるときに、要求電圧の低減効果が高いことが示された。そして、当該点火装置１を構成するＬＣ回路の共振周波数１４ｋＨｚ付近が最も要求電圧の低減効果が高いことが示された。

次に、第１の期間Ｔ１における筒内圧と、第１の期間Ｔ１における第１の交流電圧ＡＣ１の交流電圧の振幅Ｗ１と、主放電における要求電圧の低下効果との関係を評価する評価試験２を行った。試験条件は評価試験１と同様とし、交流電圧を印加しなかったときの要求電圧との差分を算出した。図８に示すように、交流電圧の振幅Ｗ１を縦軸に、第１の期間Ｔ１における筒内圧を横軸にとったとき、第１直線Ｌ１以上かつ第２直線Ｌ２以下のときに、第１の期間Ｔ１に火花放電の発生を抑制しつつ十分な要求電圧低減効果が得られることが確認できた。

次に、第１の期間Ｔ１におけるエンジン回転数と、第２の期間Ｔ２の継続時間、すなわち交流電圧の印加停止期間と、主放電における要求電圧の低下効果との関係を評価する評価試験３を行った。試験条件はエンジン回転数を１０００回転／分としたほかは評価試験１と同じとし、交流電圧を印加しなかったときの要求電圧との差分を算出した。図９に示すように、エンジン回転数を縦軸に、交流電圧の印加停止期間を横軸にとったとき、第３直線Ｌ３以上かつ第４直線Ｌ４以下のときに、主放電前の火花放電の発生を抑制しつつ十分な要求電圧低減効果が得られることが確認できた。

次に、本実施形態における点火装置１の制御態様について、図１０を用いて説明する。
まず、図１０のＳ１において、ＥＣＵ６０によって内燃機関のスロットル開度、エンジン負荷を検出し、回転数検出部９によりエンジン回転数を検出する。次に、Ｓ１で検出した値に基づき、図１０のＳ２において、筒内圧推定部７としてのＥＣＵ６０により内燃機関のシリンダにおける推定筒内圧を算出する。

その後、図１０のＳ３において、印加電圧制御部６としてのＥＣＵ６０によって第１の期間Ｔ１で印加する第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を算出する。本実施形態では、印加電圧制御部６は、筒内圧推定部７により推定された推定筒内圧が所定の基準値よりも低い場合は第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を所定の基準振幅よりも小さくし、筒内圧推定部７により推定された推定筒内圧が所定の基準値よりも高い場合は第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を所定の基準振幅よりも大きくするように制御する。推定筒内圧を比較する所定の基準値は適宜設定することができ、本実施形態では大気圧としている。また、上記所定の基準振幅は要求電圧Ｖｒよりも低い範囲で適宜設定することができる。

その後、図１０のＳ４において、電源電圧検出部８により検出した電源５５の出力電圧とＳ３で算出した振幅Ｗ１とに基づき、図１１に示すマップから印加信号Ｐ１のオン時間を読み出す。

そして、図１０のＳ５において、第１の交流電圧ＡＣ１の印加開始時期が到来したか否か判断する。本実施形態では、エンジンの吸気行程の開始時期を第１の交流電圧ＡＣ１の印加開始時期とする。第１の交流電圧ＡＣ１の印加開始時期が到来していないと判断したときは、図１０のＳ５のＮｏに進み、再度Ｓ５を行う。第１の交流電圧ＡＣ１の印加開始時期が到来したと判断したときは、図１０のＳ５のＹｅｓに進み、図１０のＳ６において第１の交流電圧ＡＣ１を印加して第１の期間Ｔ１を開始する。

次に、図１０のＳ７において、交流電圧の印加停止時期が到来したか否か判断する。本実施形態では、回転数検出部９により検出されたエンジン回転数に基づいて、圧縮行程内の所定のクランク角度に到達した時を第１の交流電圧の印加停止時期として決定する。第１の交流電圧の印加停止時期が到来していないと判断したときは、図１０のＳ７のＮｏに進み、再度Ｓ７を行う。第１の交流電圧の印加停止時期が到来したと判断したときは、図１０のＳ７のＹｅｓに進み、図１０のＳ８において第１の交流電圧ＡＣ１の印加を停止して第１の期間Ｔ１を終了する。これにより、第２の期間Ｔ２を開始する。その後、図１０のＳ９において、所定期間経過後、図３（ａ）に示す点火信号Ｐ０を出力して主放電のための電圧印加を行う。そして、図１０のＳ１０において放電ギャップＧに主放電を発生させる。これにより第２の期間Ｔ２が終了する。本実施形態では、第２の期間Ｔ２の継続時間は、ポケット部１１内及び放電ギャップＧに生成されたイオン化或いは活性化された気体分子が放電ギャップＧに到達するまでの時間、又は活性化された気体分子が基底準位に戻る際に放出される紫外線が放電ギャップＧに到達するまでの時間に設定されている。

次に、本実施形態の内燃機関用の点火装置１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の点火装置１によれば、点火時期Ｔ０の前の第１の期間Ｔ１に、要求電圧より小さい振幅Ｗ１を有する第１の交流電圧ＡＣ１を中心電極４００に印加することができる。これにより、点火プラグ２のポケット部１１及び放電ギャップＧに交流電界を形成させてポケット部１１内及び放電ギャップＧの気体分子をイオン化或いは活性化させることができる。そして、第１の期間Ｔ１経過後で点火時期Ｔ０の前の第２の期間Ｔ２において、中心電極４００への交流電圧ＡＣ１の印加を停止する。これにより、ポケット部１１内及び放電ギャップＧに生成されたイオン化或いは活性化された気体分子を拡散させてポケット部１１及び放電ギャップＧから一旦放出させることができる。そして、イオン化或いは活性化された気体分子の一部を点火時に放電ギャップＧに到達させることができ、又は活性化された気体分子の一部が基底状態に戻る際に放出される紫外線を点火時に放電ギャップＧに到達させることができる。これにより、放電ギャップＧにおける初期電子供給を促進して要求電圧Ｖｒを低下させて、放電ギャップＧにおける主放電の発生を促進することができる。その結果、ギャップ部で確実に放電を形成でき奥飛び火を防止できるため、着火性の向上が図られる。これにより、放電ギャップＧにおける初期電子供給を促進して要求電圧Ｖｒを低下させて、放電ギャップＧにおける主放電の発生を促進することができる。その結果、ギャップ部で確実に放電を形成でき奥飛び火を防止できるため、着火性の向上が図られる。さらに、点火直前の第２の期間Ｔ２では、交流電圧の印加が停止されているため、主放電の発生前におけるフラッシュオーバーやコロナ放電の発生が抑制されている。さらに、高電圧高周波を印加する必要がないため、装置が大型化や高コスト化が抑制される。

また、本実施形態では、第１の期間Ｔ１は内燃機関における吸気行程の開始から圧縮行程の終了までの期間に含まれている。これにより、第１の期間Ｔ１において、筒内圧が維持又は増加されるため、ポケット部１１内に発生したイオン化或いは活性化された気体分子Ａ２をポケット部１１及び放電ギャップＧに蓄積しやすくなる。その結果、第２の期間において、ポケット部１１及び放電ギャップＧに蓄積されたイオン化或いは活性化された気体分子Ａ２をまとめて放出することにより、イオン化或いは活性化された気体分子Ａ２を放電ギャップＧに到達させやすくなる。

また、本実施形態では、第１の期間Ｔ１は内燃機関における吸気行程から圧縮行程にわたる期間である。これにより、第１の期間Ｔ１を十分長く確保することができるため、ポケット部１１内及び放電ギャップＧの気体分子Ａ１を十分にイオン化或いは活性化することができ、放電形成が確実となり着火性の向上が一層図られる。

さらに、本実施形態では、第１の期間Ｔ１は内燃機関における吸気行程の開始と同時に開始されるとともに、圧縮行程の途中まで維持されている。これにより、筒内圧の低い吸気行程の初期において第１の交流電圧が印加されるため、ポケット部１１及び放電ギャップＧにおける気体分子Ａ１をイオン化或いは活性化しやすいとともに、第１の期間Ｔ１を比較的長く継続することができるため、ポケット部１１内及び放電ギャップＧの気体分子Ａ１を一層十分にイオン化或いは活性化することができ、放電形成の確実な形成による着火性の向上が一層図られる。

また、本実施形態では、内燃機関の筒内圧を推定する筒内圧推定部７を有する。印加電圧制御部６は、筒内圧推定部７により推定された推定筒内圧に応じて、第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を変更可能に構成されている。そして、本実施形態では、印加電圧制御部６は、筒内圧推定部７により推定された推定筒内圧が所定の基準値よりも低い場合は第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を所定の基準振幅よりも小さくし、筒内圧推定部７により推定された推定筒内圧が所定の基準値よりも高い場合は第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を所定の基準振幅よりも大きくする。これにより、筒内圧が低い場合には振幅Ｗ１を小さくして消費電力を低減できるとともに、筒内圧が高い場合には振幅Ｗ１を大きくしてポケット部１１内及び放電ギャップＧの気体分子Ａ１を一層効率よくイオン化或いは活性化することができる。その結果、消費電力の低減と要求電圧Ｖｒの低減による着火性の向上とを両立できる。

また、本実施形態では、交流電圧印加部５に電力を供給する電源５５の出力電圧を検出する電源電圧検出部８を備える。そして、印加電圧制御部６は、電源電圧検出部８により検出された出力電圧に応じて、第１の交流電圧ＡＣ１を印加するための印加信号Ｐ１のオン時間Ｒを変更可能に構成されている。これにより、電源５５の出力電圧に応じて、印加信号Ｐ１のオン時間Ｒを設定できるため、第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を所定の値とすることができる。

また、本実施形態では、印加電圧制御部６は、第２の期間Ｔ２の継続時間をポケット部１１内及び放電ギャップＧに生成されたイオン化或いは活性化された気体分子Ａ２が放電ギャップＧに到達するまでの時間、或いは活性化された気体分子Ａ２の一部が基底状態に戻る際に放出される紫外線が放電ギャップＧに到達するまでの時間に設定可能に構成されている。これにより、イオン化或いは活性化された気体分子Ａ２を放電ギャップＧに到達させ、或いは活性化された気体分子Ａ２の一部が基底状態に戻る際に放出される紫外線を放電ギャップＧに到達させて主放電を発生させることができるため、要求電圧Ｖｒを低下させて、着火性を向上することができる。

また、本実施形態では、内燃機関におけるエンジン回転数を検出する回転数検出部９を備える。そして、印加電圧制御部６は、回転数検出部９により検出されたエンジン回転数が所定の基準値よりも多い場合には第２の期間Ｔ２の継続時間を所定の基準値よりも長くし、回転数検出部９により検出されたエンジン回転数が所定の基準値よりも少ない場合には第２の期間Ｔ２の継続時間を所定の基準値よりも短くする。これにより、イオン化或いは活性化された気体分子Ａ２、或いは活性化された気体分子の一部が基底状態に戻る際に放出される紫外線が点火時期に放電ギャップＧに確実に到達するように、第２の期間Ｔ２の継続時間を最適な長さとすることができる。その結果、要求電圧Ｖｒを低下させて、着火性を向上することができる。

また、本実施形態では、印加電圧制御部６は、第２の期間Ｔ２の継続時間をｔ２とし、ポケット部１１と放電ギャップＧとの最短直線距離をｄ１とし、ポケット部１１と放電ギャップＧとの最長直線距離をｄ２とし、ポケット部１１における軸方向Ｘの深さをｄとし、ポケット部１１における拡散速度をｖ１とし、ポケット部１１における放電ギャップＧにおける流速をｖ２としたときに、ｄ１／ｖ２＜Ｔ２＜ｄ／ｖ１＋ｄ２／ｖ２の関係を満たすように上記第２の期間の継続時間ｔ２を設定可能に構成されている。これにより、ポケット部１１に生じたイオン化された気体分子を確実に放電ギャップＧに到達させてから主放電を発生させることができるため、要求電圧Ｖｒを低下させて、着火性を向上することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、着火性の向上を図るとともに、大型化や高コスト化を抑制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。

（実施形態２）
本実施形態の内燃機関用の点火装置１は、図１に示す実施形態１における筒内圧推定部７に替えて、図１２に示す筒内圧検出部７０を備える。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。

本実施形態では、図１２に示す筒内圧検出部７０は内燃機関の筒内圧を検出するように構成されている。そして、印加電圧制御部６は、筒内圧検出部７０により検出された筒内圧に応じて、第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を変更可能に構成されている。

そして、本実施形態では、図１０に示す実施形態１における制御フローのＳ２に替えて、図１３に示すようにＳ１０２として、筒内圧検出部７０により内燃機関の筒内圧を検出する。その後、図１３に示すＳ３において、筒内圧検出部７０により検出された筒内圧に基づいて、印加電圧制御部６によって第１の期間Ｔ１で印加する第１の交流電圧ＡＣ１の振幅Ｗ１を算出する。その他の制御は実施形態１の場合と同様である。

かかる構成を有する本実施形態によれば、実際の筒内圧が低い場合には振幅Ｗ１を小さくして消費電力を低減できるとともに、実際の筒内圧が高い場合には振幅Ｗ１を大きくしてポケット部１１内及び放電ギャップＧの気体分子Ａ１を一層効率よくイオン化或いは活性化することができる。その結果、消費電力の低減と要求電圧Ｖｒの低減による着火性の向上とを両立できる。その他、本実施形態においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。

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
５ 交流電圧印加部
６ 印加電圧制御部
７ 筒内圧推定部
７０ 筒内圧検出部
８ 電源電圧検出部
９ 回転数検出部
１１ ポケット部
５０ 点火コイル
５５ 電源
６２ スイッチング素子
ＡＣ１ 第１の交流電圧
ＡＣ２ 第２の交流電圧
Ｇ 放電ギャップ
Ｐ１ 印加信号
Ｒ オン時間

Claims (9)

1. 筒状の絶縁碍子（３００）と、該絶縁碍子内に該絶縁碍子と同軸上に保持されるとともに先端部が露出した棒状の中心電極（４００）と、上記絶縁碍子を保持するハウジング（２００）と、該ハウジングに接続されるとともに、上記中心電極の先端部との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５００）と、上記絶縁碍子の先端の外周面と上記ハウジングの内周面との間の空間からなるとともに先端側が開放されたポケット部（１１）と、を有する点火プラグ（２）と、
   上記中心電極に交流電圧を印加するように構成された交流電圧印加部（５）と、
   該交流電圧印加部の動作を制御する印加電圧制御部（６）と、
   を備え、
   上記印加電圧制御部は、
   点火時期（Ｔ０）よりも前である第１の期間（Ｔ１）において、上記中心電極に上記点火プラグにおける要求電圧（Ｖｒ）よりも小さい振幅を有する第１の交流電圧（ＡＣ１）を印加し、
   上記第１の期間の経過後で上記点火時期よりも前の第２の期間（Ｔ２）において、上記第１の交流電圧よりも振幅の小さい第２の交流電圧（ＡＣ２）を上記中心電極に印加するように、又は上記中心電極への交流電圧の印加を停止するように上記交流電圧印加部を制御し、
   上記交流電圧印加部は、上記点火プラグに接続された点火コイル（５０）により構成されている、内燃機関用の点火装置（１）。
2. 上記第１の期間は上記内燃機関における吸気行程の開始から圧縮行程の終了までの期間に含まれている、請求項１に記載の内燃機関用の点火装置。
3. 上記第１の期間は上記内燃機関における吸気行程から圧縮行程にわたる期間である、請求項１に記載の内燃機関用の点火装置。
4. 上記内燃機関の筒内圧を推定する筒内圧推定部（７）を有し、
   上記印加電圧制御部は、上記筒内圧推定部により推定された推定筒内圧が所定の基準値よりも低い場合は上記第１の交流電圧の振幅を所定の基準振幅よりも小さくし、上記筒内圧推定部により推定された推定筒内圧が所定の基準値よりも高い場合は上記第１の交流電圧の振幅を所定の基準振幅よりも大きくする、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。
5. 上記内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出部（７０）を備え、
   上記印加電圧制御部は、上記筒内圧検出部により検出された筒内圧が所定の基準値よりも低い場合は上記第１の交流電圧の振幅を所定の基準振幅よりも小さくし、上記筒内圧検出部により検出された筒内圧が所定の基準値よりも高い場合は上記第１の交流電圧の振幅を所定の基準振幅よりも大きくする、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。
6. 上記内燃機関におけるエンジン回転数を検出する回転数検出部（９）を備え、
   上記印加電圧制御部は、上記回転数検出部により検出されたエンジン回転数が所定の基準値よりも多い場合には上記第２の期間の継続時間を所定の基準値よりも長くし、上記回転数検出部により検出されたエンジン回転数が所定の基準値よりも少ない場合には上記第２の期間の継続時間を所定の基準値よりも短くする、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。
7. 上記交流電圧印加部に電力を供給する電源の出力電圧を検出する電源電圧検出部を備え、
   上記印加電圧制御部は、電源電圧検出部により検出された出力電圧に応じて、上記第１の交流電圧を印加するための印加信号のオン時間を変更可能に構成されている、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。
8. 上記印加電圧制御部は、上記第２の期間の継続時間を上記ポケット部内に生成されたイオン化された気体分子が放電ギャップに到達するまでの時間に設定可能に構成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置。
9. 上記印加電圧制御部は、
   上記第２の期間の継続時間をｔ２とし、
   上記ポケット部と上記放電ギャップとの最短直線距離をｄ１とし、
   上記ポケット部と上記放電ギャップとの最長直線距離をｄ２とし、
   上記ポケット部における軸方向の深さをｄとし、
   上記ポケット部における拡散速度をｖ１とし、
   上記ポケット部における上記放電ギャップにおける流速をｖ２としたときに、
   ｄ１／ｖ２＜Ｔ２＜ｄ／ｖ１＋ｄ２／ｖ２の関係を満たすように上記第２の期間の継続時間ｔ２を設定可能に構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置。

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