点火システム
【課題】整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮する。
【解決手段】点火システム１０１は、負荷３Ａ〜３Ｄと、交流電源２と、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄと、整合器４Ａ〜４Ｄとを備える。各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの絶縁層２２は同一材料で構成され、また、内燃機関ＥＮの非駆動時における負荷３Ａ〜３Ｄの負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされる。絶縁層２２の比誘電率をεｒとし、絶縁層２２の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源２の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとし、ｎを整数としたとき、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ同士の長さの差が［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされる。
【解決手段】点火システム１０１は、負荷３Ａ〜３Ｄと、交流電源２と、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄと、整合器４Ａ〜４Ｄとを備える。各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの絶縁層２２は同一材料で構成され、また、内燃機関ＥＮの非駆動時における負荷３Ａ〜３Ｄの負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされる。絶縁層２２の比誘電率をεｒとし、絶縁層２２の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源２の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとし、ｎを整数としたとき、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ同士の長さの差が［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力により高周波プラズマを発生させる高周波プラズマ点火プラグ用の点火システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に使用される点火システムとしては、高電圧を印加する放電用電源と、中心電極及び接地電極を有し、両電極間に間隙が形成されてなる点火プラグとを備えたものが知られている。このような点火システムにおいては、放電用電源から点火プラグに高電圧を印加することで点火プラグの前記間隙に火花放電を生じさせ、その結果、混合気に対する着火がなされるようになっている。
【０００３】
また近年では、着火性の更なる向上を図るべく、交流電源からの交流電力（高周波電力）を前記間隙に投入することで、高周波プラズマを生じさせる点火システムが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
このような点火システムは、交流電力を出力する交流電源と、交流電力の投入対象となる複数の負荷（点火プラグや混合器など）と、前記複数の負荷及び交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルとを備える。また、負荷及び交流電源間は、伝送ケーブルにより最短距離で接続され、各伝送ケーブルの長さはそれぞれ異なるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８３３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、点火プラグのインピーダンスひいては前記負荷の負荷インピーダンスは、プラズマの発生前後で変化するため、伝送ケーブル内では反射波が生じ、電力波形にうねりが生じてしまう。この電力波形のうねりは伝送ケーブルの長さによって相違するため、上述の通り、伝送ケーブルにより負荷及び交流電源間を最短距離で接続すると、点火プラグごとに投入エネルギーに差異が生じてしまい、プラズマ生成効率の低下を招いてしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、負荷及び交流電源間に、交流電源の出力インピーダンスと負荷の負荷インピーダンスとの整合を取るための整合器を各気筒毎に設け、点火プラグへの投入エネルギーが最大となるように整合器の設定を行うことで、優れたプラズマ生成効率を実現することが考えられる。しかしながら、この場合には、それぞれの整合器の設定を個別に行う必要があり、整合器の設定作業に多くの時間を要することとなってしまう。
【０００８】
これに対して、投入エネルギーに多少の差異が生じたとしても、各点火プラグにおいて高周波プラズマをより確実に生成可能とすべく、高出力の交流電源を用いることも考えられるが、この場合には、電源効率の悪化を招いてしまう。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができ、電源効率の悪化を招くことなく、優れたプラズマ生成効率を実現できる点火システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１１】
構成１．本構成の点火システムは、内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記各伝送ケーブルの前記絶縁層は同一材料により構成され、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされるとともに、
前記伝送ケーブル同士の長さの差が、前記絶縁層の比誘電率をεｒとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとし、ｎを整数としたとき、［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされることを特徴とする。
【００１２】
尚、｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝は、いわゆる短縮率であり、波長λ０（ｍ）に当該短縮率を乗じた値は、伝送ケーブルを通って伝送される際の交流電力の波長λ（ｍ）を示す。
【００１３】
伝送ケーブルを通って伝送される際の交流電力の波形には、λ／２ごとに電力のピークが表れる。この点を踏まえて、上記構成１によれば、各伝送ケーブルの長さの差が、λ／２×ｎ（尚、各伝送ケーブルの長さの差をλ／２×ｎとすると、各伝送ケーブルにおける電力波形が同一となる）に、λ／２の±３％以下（プラズマをより確実に発生させるという面で許容されるずれ量）を合算したものとなるように構成されている。すなわち、上記構成１によれば、各伝送ケーブルにおいて、電力伝送時の電力波形をほぼ同一のもの（電力波形の位相差をほぼ同一のもの）とすることができる。そのため、１つの気筒のみにおいて、優れたプラズマ生成効率を実現可能となるように、伝送ケーブルの長さの設定や整合器の設定を行い、その他の気筒においては、伝送ケーブルの長さを前記設定された伝送ケーブルの長さに対して差が上記関係を満たすようにしつつ、整合器の設定を同一とすることで、優れたプラズマ生成効率をその他の気筒においても同様に実現することができる。すなわち、上記構成１によれば、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、優れたプラズマ生成効率を実現するために、高出力の交流電源を用いる必要はなく、ひいては電源効率の悪化といった事態を防止することができる。
【００１４】
尚、各気筒において一層優れたプラズマの生成効率を実現するという点では、各伝送ケーブル同士の差を、λ／２×ｎにλ／２の±２％以下を合算したものとなるように構成することが好ましい。
【００１５】
構成２．本構成の点火システムは、上記構成１において、前記各伝送ケーブルの長さをλ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝以下としたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成２によれば、それぞれの伝送ケーブルの長さは、伝送ケーブルを通って伝送される交流電力の波長λ〔＝λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝〕以下とされている。すなわち、各伝送ケーブルは、それぞれの長さに大きな差がなく、比較的短くなるように設定されている。従って、交流電力を伝送する際のエネルギー損失を抑制することができ、プラズマの生成効率をより向上させることができる。
【００１７】
構成３．本構成の点火システムは、内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされ、
電磁波が真空中を伝播するときの波長をλ０（ｍ）とし、
前記複数の伝送ケーブルのうちの基準ケーブルにおいて、その長さをＬａとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒａとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒａとしたとき、Ｌａ＝αａ×λ０×｛１／（εｒａ×μｒａ）1/2｝を満たす係数をαａとし、
前記基準ケーブルと異なる前記伝送ケーブルにおいて、その長さをＬｂとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒｂとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒｂとしたとき、Ｌｂ＝αｂ×λ０×｛１／（εｒｂ×μｒｂ）1/2｝を満たす係数をαｂとし、
ｎを０以上の整数としたとき、
｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たすことを特徴とする。
【００１８】
尚、「｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たす」とあるのは、｜αａ−αｂ｜を厳密にｎとする場合のみならず、｜αａ−αｂ｜がｎから若干程度（例えば、±０．２程度）ずれている場合も含む。
【００１９】
上記構成３によれば、基準ケーブルの係数αａに対して、基準ケーブルとは異なる伝送ケーブルの係数αｂが、｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たすように構成されている。従って、各伝送ケーブルにおいて、電力波形の位相差をほぼ同一のものとすることができる。そのため、基準ケーブルが接続される１つの気筒において、優れたプラズマ生成効率を実現可能となるように、基準ケーブルの長さＬａの設定や整合器の設定を行い、その他の気筒においては、伝送ケーブルの係数αｂが｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たし、かつ、整合器の設定を同一とすることで、優れたプラズマ生成効率をその他の気筒においても同様に実現することができる。すなわち、上記構成３によれば、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、優れたプラズマ生成効率を実現するために、高出力の交流電源を用いる必要はなく、ひいては電源効率の悪化といった事態を防止することができる。
【００２０】
尚、上記構成３は、各伝送ケーブルの絶縁層が同一材料により構成されている場合のみならず、各伝送ケーブルの絶縁層が異なる材料により構成されている場合にも適用可能である。
【００２１】
構成４．本構成の点火システムは、上記構成３において、前記係数αａ及び前記係数αｂが、それぞれ１以下とされることを特徴とする請求項３に記載の点火システム。
【００２２】
上記構成４によれば、係数αａ及び係数αｂがそれぞれ１以下とされている。すなわち、各伝送ケーブルの長さが、優れたプラズマ生成効率を実現可能な長さの中で最も小さくなるように設定されている。従って、交流電力を伝送する際のエネルギー損失を抑制することができ、プラズマの生成効率をより向上させることができる。
【００２３】
構成５．本構成の点火システムは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記内燃機関に設けられた支柱に対して、前記伝送ケーブルが巻付けられることを特徴とする。
【００２４】
負荷及び交流電源間を最短距離で接続する伝送ケーブルと比較して、上記構成１等の伝送ケーブルはより長いものとなり得る。伝送ケーブルが長いと、伝送ケーブルの取回しが難しくなるとともに、伝送ケーブルがたわんだ状態となりやすくなる。伝送ケーブルがたわんでしまうと、内燃機関の動作に伴う振動等の影響が伝送ケーブルに対して強く働き、伝送ケーブルの破損を招いてしまうおそれがある。
【００２５】
この点を鑑みて、上記構成５によれば、内燃機関に設けられた支柱に対して伝送ケーブルが巻付けられるように構成されている。従って、伝送ケーブルの取回しが容易になるとともに、伝送ケーブルの撓みを抑制することができ、振動等による伝送ケーブルの破損を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】点火システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】伝送ケーブルの構成を示す断面模式図である。
【図３】点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図４】内燃機関に設けられた支柱や、当該支柱に巻付けられた伝送ケーブル等を示す模式図である。
【図５】電圧波形を得る際に用いた点火システムの回路構成を示す概略図である。
【図６】交流電源の交番周波数を０．０５ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図７】交流電源の交番周波数を０．１ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図８】交流電源の交番周波数を０．２ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図９】交流電源の交番周波数を０．５ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１０】交流電源の交番周波数を１ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１１】交流電源の交番周波数を２ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１２】交流電源の交番周波数を５ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１３】交流電源の交番周波数を１０ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１４】交流電源の交番周波数を２０ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１５】交流電源の交番周波数を５０ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１６】第２実施形態における点火システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態における各伝送ケーブルの構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、点火システム１０１の概略構成を示すブロック図である。
【００２８】
点火システム１０１は、複数の放電用電源１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと、交流電源２と、複数の負荷３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄと、複数の整合器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと、各負荷３Ａ〜３Ｄ及び交流電源２を電気的に接続する複数の伝送ケーブル５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄとを備えている。
【００２９】
放電用電源１Ａ〜１Ｄは、例えば、点火コイルからなり、後述する点火プラグ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄごとにそれぞれ設けられている。また、放電用電源１Ａ〜１Ｄは、点火プラグ７Ａ〜７Ｄに比較的低周波数の高電圧（例えば、数〜数十ｋＶ）を供給する。
【００３０】
交流電源２は、ディストリビュータ（分配器）６を介して点火プラグ７Ａ〜７Ｄに交流電力を出力するものである。本実施形態では、交流電源２から出力される交流電力の交番周波数（発振周波数）が所定値（例えば、５０ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下）に設定されており、交流電源２の出力電力（投入される電力量の１秒当たりの平均値）は所定値（例えば、５００Ｗ）以下とされている。
【００３１】
伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、図２に示すように、線状の内部導体２１と、内部導体２１の外周に配置された筒状の絶縁層２２と、絶縁層２２の外周に配置された筒状の外部導体２３と、外部導体２３の外周に配置された外皮２４とを備えている。
【００３２】
内部導体２１及び外部導体２３は、それぞれ導電性に優れる金属（例えば、銅、金、銀、又は、これらを主成分とする合金など）により形成されている。また、絶縁層２２は、所定の絶縁性材料（例えば、ポリエチレンや発泡ポリエチレン等）により形成されており、当該絶縁層２２により両導体２１，２３間が絶縁されている。さらに、外皮２４は、絶縁性ゴムや絶縁性樹脂により形成されている。
【００３３】
加えて、内部導体２１は交流電源２に接続されており、一方で、外部導体２３は接地されている。そして、外部導体２３により電力の反射や外部への電磁波ノイズの放射が防止され、点火プラグ７Ａ〜７Ｄに対して交流電力がより確実に供給されるようになっている。また、本実施形態では、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄにおいて、少なくとも絶縁層２２を構成する材料が同一とされている。
【００３４】
図１に戻り、負荷３Ａ〜３Ｄは、交流電源２から出力される交流電力が入力されるものである。本実施形態において、負荷３Ａは、点火プラグ７Ａと、これに対応する混合器８Ａとから構成され、負荷３Ｂは、点火プラグ７Ｂと、これに対応する混合器８Ｂとから構成されている。また、負荷３Ｃは、点火プラグ７Ｃと、これに対応する混合器８Ｃとから構成され、負荷３Ｄは、点火プラグ７Ｄと、これに対応する混合器８Ｄとから構成されている。
【００３５】
点火プラグ７Ａ〜７Ｄは、内燃機関ＥＮ（本実施形態では、４気筒エンジン）の各気筒のエンジンヘッドに対して取付けられており、また、それぞれ同一の仕様により製造され、同一の構成を有している。
【００３６】
具体的には、点火プラグ７Ａ〜７Ｄは、図３に示すように、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔１４を有する筒状の絶縁碍子１２と、軸孔１４に挿通された中心電極１５及び端子電極１６と、絶縁碍子１２の外周に配置された筒状の主体金具１３と、主体金具１３の先端部に固定された接地電極１７とを備えている。また、中心電極１５及び端子電極１６は、導電性のガラスシール層１８により絶縁碍子１２に固定されるとともに、ガラスシール層１８を介して電気的に接続されている。さらに、中心電極１５の先端部と接地電極１７の先端部との間には間隙１９が形成されている。そして、放電用電源１Ａ〜１Ｄから点火プラグ７Ａ〜７Ｄの間隙１９に高電圧を印加し、間隙１９にて火花放電を生じさせた上で、交流電源２から点火プラグ７Ａ〜７Ｄに対して交流電力を投入することにより、間隙１９において高周波プラズマを生成できるようになっている。
【００３７】
図１に戻り、混合器８Ａ〜８Ｄは、放電用電源１Ａ〜１Ｄ及び交流電源２と、点火プラグ７Ａ〜７Ｄとの間に設けられ、放電用電源１Ａ〜１Ｄからの出力電力と交流電源２からの出力電力とを混合して、点火プラグ７Ａ〜７Ｄに供給するものである。また、混合器８Ａ〜８Ｄは、放電用電源１Ａ〜１Ｄから交流電源２（伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ）側に対する電流の流入を防止するためのコンデンサ（図示せず）と、交流電源２から放電用電源１Ａ〜１Ｄ側に対する電流の流入を防止するためのコイル（図示せず）とを備えている。尚、点火プラグ７Ａ〜７Ｄと同様に、混合器８Ａ〜８Ｄは、それぞれ同一の仕様で製造され、同一の構成を有するものとなっている。
【００３８】
整合器４Ａ〜４Ｄは、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ及び混合器８Ａ〜８Ｄ間に配置され、可変コンデンサ及び可変インダクタ（ともに図示せず）を備えている。整合器４Ａ〜４Ｄは、交流電源２の出力インピーダンスと、負荷３Ａ〜３Ｄの負荷インピーダンスとの整合を取るために用いられる。尚、各整合器４Ａ〜４Ｄは、それぞれ同一の仕様で製造され、同一の構成を有するものとなっている。
【００３９】
ところで、上述の点火システム１０１では、間隙１９にプラズマが発生する前後において、点火プラグ７Ａ〜７Ｄのインピーダンスが変化するため、交流電力の投入時には、交流電源２及び負荷３Ａ〜３Ｄ間で反射波が生じる。そのため、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ内では、交流電力の進行波に反射波が干渉することで交流電力の波形にうねりが生じ、波形の最大振幅（すなわち、点火プラグ７Ａ〜７Ｄへの投入エネルギー）が変動し得る。
【００４０】
この点を鑑みて、本実施形態では、複数の伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄのうち伝送ケーブル５Ａの長さを所定値Ｌ（ｍ）に設定した上で、交流電源２から点火プラグ７Ａに対する投入エネルギーを最大とできるように整合器４Ａが設定される。そして、その他の整合器４Ｂ〜４Ｄには、整合器４Ａの設定と同様の設定がなされる。尚、前記所定値Ｌ（ｍ）は、交流電源からの出力電力を一定とした上で、伝送ケーブルの長さを種々変更した際に、プラズマの生成量が最も大きくなったときの伝送ケーブルの長さをいう（すなわち、所定値Ｌは、プラズマ生成効率を最も高めることが可能な伝送ケーブルの長さを示す）。
【００４１】
また、本実施形態においては、上述の通り、点火プラグ７Ａ〜７Ｄ、及び、混合器８Ａ〜８Ｄは、それぞれ同一の構成を有するものとされているため、内燃機関ＥＮの非駆動時において、各負荷３Ａ〜３Ｄの負荷インピーダンスはそれぞれ同一となっている。
【００４２】
加えて、伝送ケーブル５Ａ以外の伝送ケーブル５Ｂ〜５Ｄの長さが次のように設定されている。すなわち、伝送ケーブル５Ｂ〜５Ｄは、絶縁層２２の比誘電率をεｒとし、絶縁層２２の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源２の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとしたとき、自身の長さと伝送ケーブル５Ａの長さＬとの差が［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下となるように設定されている。換言すれば、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ同士の長さの差が、［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされている。
【００４３】
ここで、ｎは整数であり、｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝は、いわゆる短縮率である。そして、前記波長λ０（ｍ）に前記短縮率を乗じた値は、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄを通って伝送される際の交流電力の波長λ（ｍ）を示す。尚、絶縁層２２をポリエチレンにより構成した場合、εｒは約２．３であり、μｒは約１．０であるため、前記短縮率は約６６％となる。また、絶縁層２２を発泡ポリエチレンにより構成した場合、εｒは約１．５であり、μｒは約１．０であるため、前記短縮率は約８２％となる。
【００４４】
また、本実施形態において、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの長さは、前記波長λ（ｍ）以下となるように設定されている。その結果、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの長さは、それぞれに大きな差がなく、プラズマの生成効率を最も高められる条件において比較的小さくなるように構成されている。
【００４５】
さらに、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、図４に示すように、内燃機関ＥＮのエンジンヘッドＥＨに設けられた円柱状の支柱ＰＲに巻付けられている。
【００４６】
以上詳述したように、本実施形態によれば、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ同士の長さの差が［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされている。従って、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄにおいて、電力伝送時の電力波形をほぼ同一のもの（電力波形の位相差をほぼ同一のもの）とすることができる。そのため、優れたプラズマ生成効率を実現可能な伝送ケーブル５Ａの長さＬや整合器４Ａの設定に基づいて、他の伝送ケーブル５Ｂ〜５Ｄの長さを伝送ケーブル５Ａの長さＬに対して差が上記関係を満たすようにしつつ、整合器４Ｂ〜４Ｄの設定を整合器４Ａの設定と同一とすることで、点火プラグ７Ｂ〜７Ｄにおいても点火プラグ７Ａと同様の優れたプラズマ生成効率を実現することができる。すなわち、本実施形態によれば、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、高出力の交流電源を用いることなく（すなわち、電源効率の悪化を招くことなく）、優れたプラズマ生成効率を実現することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの長さは、前記波長λ以下とされており、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、それぞれの長さに大きな差がなく、比較的短くなるように設定されている。従って、交流電力を伝送する際のエネルギー損失を抑制することができ、プラズマの生成効率をより向上させることができる。
【００４８】
さらに、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、支柱ＰＲに対して巻付けられている。従って、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの取回しが容易になるとともに、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの撓みを抑制することができ、振動等による伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの破損を効果的に防止することができる。
【００４９】
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、図５に示すように、点火プラグと、交流電源と、放電用電源と、交流電源及び点火プラグ間において直列的に接続された整合器及び混合器と、交流電源及び整合器間を接続する伝送ケーブルとを有する点火システムを作製し、交番周波数ｆを５０ｋＨｚから５０ＭＨｚの範囲で種々異なるものとした際における、点火プラグへと印可される電圧の波形をそれぞれ得た。尚、整合器の有するインダクタのインダクタンスを０．１μＨとし、混合器の有するコンデンサの静電容量を５０ｐＦとした。
【００５０】
図６に、周波数ｆを０．０５ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図７に、周波数ｆを０．１ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図８に、周波数ｆを０．２ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図９に、周波数ｆを０．５ＭＨｚとした際の電圧波形を示す。また、図１０に、周波数ｆを１ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１１に、周波数ｆを２ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１２に、周波数ｆを５ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１３に、周波数ｆを１０ＭＨｚとした際の電圧波形を示す。さらに、図１４に、周波数ｆを２０ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１５に、周波数を５０ＭＨｚとした際の電圧波形を示す。
【００５１】
加えて、図６〜図１５における位相角（°）は電圧波形の波長λ（ｍ）に対応し、位相角１８０°分がλ／２（ｍ）に相当する。また、図６〜図１５において、電圧のピークを挟む２本の点線は、両点線間のＸ軸方向に沿った幅が１８０°×±２％（つまり、λ／２×±２％）であり、電圧がピークとなるときの位相角を両点線間におけるＸ軸方向における中心とするものである。
【００５２】
尚、電圧波形において電圧が８００Ｖ以上であれば、点火プラグにおいて高周波プラズマを生成することができ、電圧が１０００Ｖ以上であれば、高圧縮比エンジンを用いた場合など、非常に過酷な環境下であっても高周波プラズマをより確実に生成することができる。そこで、各電圧波形において、電圧が８００Ｖ以上となる範囲を、高周波プラズマを生成する上で好適な範囲として特定し、電圧が１０００Ｖ以上となる範囲を、高周波プラズマを生成する上で特に好適な範囲として特定した。
【００５３】
図６〜図１５に示すように、電圧がピークとなるときの位相角を中心とする１８０°×±３％の範囲において、点火プラグへの印可電圧を８００Ｖ以上とできることが確認された。すなわち、点火プラグへの印可電圧がピーク電圧となり、プラズマの生成量が最も大きくなるように設定された伝送ケーブルの長さをＬとしたとき、その他の伝送ケーブルの長さを、長さＬにλ／２×ｎ（ｎは整数）を足したもの（つまり、前記その他の伝送ケーブルの電圧波形が、プラズマの生成量が最も大きくなるように設定された伝送ケーブルにおける電圧波形と同一となる状態）から、λ／２×±３％以内だけの違いとなるように設定することで、点火プラグへの印可電圧を８００Ｖ以上とできることが明らかとなった。
【００５４】
また特に、電圧がピークとなるときの位相角を中心とする１８０°×±２％の範囲において、点火プラグへの印可電圧を１０００Ｖ以上とできることが確認された。
【００５５】
上述の結果より、各気筒に対応する整合器の設定を同一としつつ、各気筒において優れたプラズマの生成効率をより確実に実現するという観点から、プラズマ生成量が最大となるように設定された伝送ケーブルの長さに対する、その他の伝送ケーブルの長さの差を（−０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以上（０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以下とすることが好ましいといえる。換言すれば、伝送ケーブル同士の長さの差を、（−０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以上（０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以下とすることが好ましいといえる。
【００５６】
また、各気筒において一層優れたプラズマの生成効率を実現するためには、伝送ケーブル同士の長さの差を、（−０．０２×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以上（０．０２×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以下とすることがより好ましいといえる。
【００５７】
尚、波長λ（ｍ）は、伝送ケーブルの絶縁層の比誘電率をεｒとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとしたとき、λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝で表すことができる。
〔第２実施形態〕
次いで、第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態では、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄにおいて、絶縁層２２を構成する材料が同一とされている。これに対して、本第２実施形態では、図１６及び図１７に示すように、整合器４Ａ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３１の絶縁層４１と、整合器４Ｂ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３２の絶縁層４２と、整合器４Ｃ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３３の絶縁層４３と、整合器４Ｄ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３４の絶縁層４４とがそれぞれ異なる材料から形成されている。
【００５８】
そして、絶縁層４１の比誘電率がεｒａとなっており、絶縁層４２の比誘電率がεｒｂとなっており、絶縁層４３の比誘電率がεｒｃとなっており、絶縁層４４の比誘電率がεｒｄとなっている。また、絶縁層４１の比透磁率がμｒａとなっており、絶縁層４２の比透磁率がμｒｂとなっており、絶縁層４３の比透磁率がμｒｃとなっており、絶縁層４４の比透磁率がμｒｄとなっている。
【００５９】
さらに、本実施形態では、複数の伝送ケーブル３１〜３４のうちの１の伝送ケーブル３１（基準ケーブル）において、その長さを所定値Ｌａ（ｍ）に設定した上で、交流電源２から点火プラグ７Ａに対する投入エネルギーを最大とできるように整合器４Ａが設定されている。そして、その他の整合器４Ｂ〜４Ｄには、整合器４Ａの設定と同様の設定がなされる。尚、前記所定値Ｌａ（ｍ）は、交流電源からの出力電力を一定とした上で、伝送ケーブル３１の長さを種々変更した際に、プラズマの生成量が最も大きくなったときの伝送ケーブル３１の長さをいう（すなわち、所定値Ｌａは、プラズマ生成効率を最も高めることが可能な伝送ケーブル３１の長さを示す）。
【００６０】
また、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）以外の伝送ケーブル３２〜３４の長さが次のようにして設定されている。すなわち、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）において、Ｌａ＝αａ×λ０×｛１／（εｒａ×μｒａ）1/2｝を満たす係数αａを求めておく。
【００６１】
その上で、伝送ケーブル３２においては、｜αａ−αｂ｜＝ｎ（ｎは０以上の整数）を満たす係数αｂが決定されるとともに、その長さＬｂがαｂ×λ０×｛１／（εｒｂ×μｒｂ）1/2｝とされている。
【００６２】
さらに、伝送ケーブル３３においては、｜αａ−αｃ｜＝ｎを満たす係数αｃが決定されるとともに、その長さＬｃがαｃ×λ０×｛１／（εｒｃ×μｒｃ）1/2｝とされている。
【００６３】
また、伝送ケーブル３４においては、｜αａ−αｄ｜＝ｎを満たす係数αｄが決定されるとともに、その長さＬｄがαｄ×λ０×｛１／（εｒｄ×μｒｄ）1/2｝とされている。
【００６４】
併せて、本第２実施形態では、係数αａ，αｂ，αｃ，αｄがそれぞれ１以下とされている。その結果、各伝送ケーブル３１〜３４の長さＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄは、プラズマの生成効率を最も高められる条件において最も小さなものとなっている。
【００６５】
以上、本第２実施形態によれば、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）の係数αａに対して、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）とは異なる伝送ケーブル３２〜３４の係数αｂ，αｃ，αｄが、それぞれ｜αａ−αｂ｜＝ｎ、｜αａ−αｃ｜＝ｎ、｜αａ−αｄ｜＝ｎを満たすように構成されている。従って、各伝送ケーブル３１〜３４において、電力波形の位相差をほぼ同一のものとすることができる。そのため、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）が接続される１つの気筒において、優れたプラズマ生成効率を実現可能となるように、伝送ケーブル３１の長さＬａの設定や整合器の設定を行い、その他の気筒においては、伝送ケーブル３２〜３４の係数αｂ，αｃ，αｄが｜αａ−αｂ｜＝ｎ、｜αａ−αｃ｜＝ｎ、｜αａ−αｄ｜＝ｎを満たし、かつ、整合器４Ｂ〜４Ｄの設定を整合器４Ａの設定と同一とすることで、優れたプラズマ生成効率をその他の気筒においても同様に実現することができる。すなわち、本第２実施形態によれば、各伝送ケーブル３１〜３４の絶縁層４１〜４４が異なる材料により構成されている場合であっても、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、優れたプラズマ生成効率を実現するために、高出力の交流電源を用いる必要はなく、ひいては電源効率の悪化といった事態を防止することができる。
【００６６】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００６７】
（ａ）上記実施形態では、内燃機関ＥＮの気筒数に合わせて負荷や伝送ケーブルが４つずつ設けられているが、負荷や伝送ケーブルの数は内燃機関ＥＮの気筒数に応じて変更される。
【００６８】
（ｂ）上記実施形態では、それぞれの点火プラグ７Ａ〜７Ｄに対応して放電用電源１Ａ〜１Ｄが設けられているが、放電用電源を各点火プラグに対応して設けることなく、例えば、１つの放電用電源からディストリビュータを介して各点火プラグに電圧を印加してもよい。
【００６９】
（ｃ）上記実施形態では、内部導体２１や外部導体２３の構成材料として、銅や金等が挙げられているが、内部導体２１や外部導体２３の構成材料はこれらに限定されるものではない。また、絶縁層２２の構成材料としてポリエチレンや発泡ポリエチレン等が挙げられているが、絶縁層２２の構成材料はこれらに限定されるものではない。
【００７０】
（ｄ）上記実施形態における点火プラグ７Ａ〜７Ｄの構成は例示であって、本発明の技術思想を適用可能な点火プラグの構成はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
２…交流電源
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…負荷
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…整合器
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…伝送ケーブル
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ…点火プラグ
２１…内部導体
２２…絶縁層
２３…外部導体
３１，３２，３３，３４…伝送ケーブル
４１，４２，４３，４４…絶縁層
１０１…点火システム
ＥＮ…内燃機関
ＰＲ…支柱
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力により高周波プラズマを発生させる高周波プラズマ点火プラグ用の点火システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に使用される点火システムとしては、高電圧を印加する放電用電源と、中心電極及び接地電極を有し、両電極間に間隙が形成されてなる点火プラグとを備えたものが知られている。このような点火システムにおいては、放電用電源から点火プラグに高電圧を印加することで点火プラグの前記間隙に火花放電を生じさせ、その結果、混合気に対する着火がなされるようになっている。
【０００３】
また近年では、着火性の更なる向上を図るべく、交流電源からの交流電力（高周波電力）を前記間隙に投入することで、高周波プラズマを生じさせる点火システムが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
このような点火システムは、交流電力を出力する交流電源と、交流電力の投入対象となる複数の負荷（点火プラグや混合器など）と、前記複数の負荷及び交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルとを備える。また、負荷及び交流電源間は、伝送ケーブルにより最短距離で接続され、各伝送ケーブルの長さはそれぞれ異なるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８３３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、点火プラグのインピーダンスひいては前記負荷の負荷インピーダンスは、プラズマの発生前後で変化するため、伝送ケーブル内では反射波が生じ、電力波形にうねりが生じてしまう。この電力波形のうねりは伝送ケーブルの長さによって相違するため、上述の通り、伝送ケーブルにより負荷及び交流電源間を最短距離で接続すると、点火プラグごとに投入エネルギーに差異が生じてしまい、プラズマ生成効率の低下を招いてしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、負荷及び交流電源間に、交流電源の出力インピーダンスと負荷の負荷インピーダンスとの整合を取るための整合器を各気筒毎に設け、点火プラグへの投入エネルギーが最大となるように整合器の設定を行うことで、優れたプラズマ生成効率を実現することが考えられる。しかしながら、この場合には、それぞれの整合器の設定を個別に行う必要があり、整合器の設定作業に多くの時間を要することとなってしまう。
【０００８】
これに対して、投入エネルギーに多少の差異が生じたとしても、各点火プラグにおいて高周波プラズマをより確実に生成可能とすべく、高出力の交流電源を用いることも考えられるが、この場合には、電源効率の悪化を招いてしまう。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができ、電源効率の悪化を招くことなく、優れたプラズマ生成効率を実現できる点火システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１１】
構成１．本構成の点火システムは、内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記各伝送ケーブルの前記絶縁層は同一材料により構成され、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされるとともに、
前記伝送ケーブル同士の長さの差が、前記絶縁層の比誘電率をεｒとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとし、ｎを整数としたとき、［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされることを特徴とする。
【００１２】
尚、｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝は、いわゆる短縮率であり、波長λ０（ｍ）に当該短縮率を乗じた値は、伝送ケーブルを通って伝送される際の交流電力の波長λ（ｍ）を示す。
【００１３】
伝送ケーブルを通って伝送される際の交流電力の波形には、λ／２ごとに電力のピークが表れる。この点を踏まえて、上記構成１によれば、各伝送ケーブルの長さの差が、λ／２×ｎ（尚、各伝送ケーブルの長さの差をλ／２×ｎとすると、各伝送ケーブルにおける電力波形が同一となる）に、λ／２の±３％以下（プラズマをより確実に発生させるという面で許容されるずれ量）を合算したものとなるように構成されている。すなわち、上記構成１によれば、各伝送ケーブルにおいて、電力伝送時の電力波形をほぼ同一のもの（電力波形の位相差をほぼ同一のもの）とすることができる。そのため、１つの気筒のみにおいて、優れたプラズマ生成効率を実現可能となるように、伝送ケーブルの長さの設定や整合器の設定を行い、その他の気筒においては、伝送ケーブルの長さを前記設定された伝送ケーブルの長さに対して差が上記関係を満たすようにしつつ、整合器の設定を同一とすることで、優れたプラズマ生成効率をその他の気筒においても同様に実現することができる。すなわち、上記構成１によれば、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、優れたプラズマ生成効率を実現するために、高出力の交流電源を用いる必要はなく、ひいては電源効率の悪化といった事態を防止することができる。
【００１４】
尚、各気筒において一層優れたプラズマの生成効率を実現するという点では、各伝送ケーブル同士の差を、λ／２×ｎにλ／２の±２％以下を合算したものとなるように構成することが好ましい。
【００１５】
構成２．本構成の点火システムは、上記構成１において、前記各伝送ケーブルの長さをλ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝以下としたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成２によれば、それぞれの伝送ケーブルの長さは、伝送ケーブルを通って伝送される交流電力の波長λ〔＝λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝〕以下とされている。すなわち、各伝送ケーブルは、それぞれの長さに大きな差がなく、比較的短くなるように設定されている。従って、交流電力を伝送する際のエネルギー損失を抑制することができ、プラズマの生成効率をより向上させることができる。
【００１７】
構成３．本構成の点火システムは、内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされ、
電磁波が真空中を伝播するときの波長をλ０（ｍ）とし、
前記複数の伝送ケーブルのうちの基準ケーブルにおいて、その長さをＬａとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒａとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒａとしたとき、Ｌａ＝αａ×λ０×｛１／（εｒａ×μｒａ）1/2｝を満たす係数をαａとし、
前記基準ケーブルと異なる前記伝送ケーブルにおいて、その長さをＬｂとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒｂとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒｂとしたとき、Ｌｂ＝αｂ×λ０×｛１／（εｒｂ×μｒｂ）1/2｝を満たす係数をαｂとし、
ｎを０以上の整数としたとき、
｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たすことを特徴とする。
【００１８】
尚、「｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たす」とあるのは、｜αａ−αｂ｜を厳密にｎとする場合のみならず、｜αａ−αｂ｜がｎから若干程度（例えば、±０．２程度）ずれている場合も含む。
【００１９】
上記構成３によれば、基準ケーブルの係数αａに対して、基準ケーブルとは異なる伝送ケーブルの係数αｂが、｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たすように構成されている。従って、各伝送ケーブルにおいて、電力波形の位相差をほぼ同一のものとすることができる。そのため、基準ケーブルが接続される１つの気筒において、優れたプラズマ生成効率を実現可能となるように、基準ケーブルの長さＬａの設定や整合器の設定を行い、その他の気筒においては、伝送ケーブルの係数αｂが｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たし、かつ、整合器の設定を同一とすることで、優れたプラズマ生成効率をその他の気筒においても同様に実現することができる。すなわち、上記構成３によれば、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、優れたプラズマ生成効率を実現するために、高出力の交流電源を用いる必要はなく、ひいては電源効率の悪化といった事態を防止することができる。
【００２０】
尚、上記構成３は、各伝送ケーブルの絶縁層が同一材料により構成されている場合のみならず、各伝送ケーブルの絶縁層が異なる材料により構成されている場合にも適用可能である。
【００２１】
構成４．本構成の点火システムは、上記構成３において、前記係数αａ及び前記係数αｂが、それぞれ１以下とされることを特徴とする請求項３に記載の点火システム。
【００２２】
上記構成４によれば、係数αａ及び係数αｂがそれぞれ１以下とされている。すなわち、各伝送ケーブルの長さが、優れたプラズマ生成効率を実現可能な長さの中で最も小さくなるように設定されている。従って、交流電力を伝送する際のエネルギー損失を抑制することができ、プラズマの生成効率をより向上させることができる。
【００２３】
構成５．本構成の点火システムは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記内燃機関に設けられた支柱に対して、前記伝送ケーブルが巻付けられることを特徴とする。
【００２４】
負荷及び交流電源間を最短距離で接続する伝送ケーブルと比較して、上記構成１等の伝送ケーブルはより長いものとなり得る。伝送ケーブルが長いと、伝送ケーブルの取回しが難しくなるとともに、伝送ケーブルがたわんだ状態となりやすくなる。伝送ケーブルがたわんでしまうと、内燃機関の動作に伴う振動等の影響が伝送ケーブルに対して強く働き、伝送ケーブルの破損を招いてしまうおそれがある。
【００２５】
この点を鑑みて、上記構成５によれば、内燃機関に設けられた支柱に対して伝送ケーブルが巻付けられるように構成されている。従って、伝送ケーブルの取回しが容易になるとともに、伝送ケーブルの撓みを抑制することができ、振動等による伝送ケーブルの破損を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】点火システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】伝送ケーブルの構成を示す断面模式図である。
【図３】点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図４】内燃機関に設けられた支柱や、当該支柱に巻付けられた伝送ケーブル等を示す模式図である。
【図５】電圧波形を得る際に用いた点火システムの回路構成を示す概略図である。
【図６】交流電源の交番周波数を０．０５ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図７】交流電源の交番周波数を０．１ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図８】交流電源の交番周波数を０．２ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図９】交流電源の交番周波数を０．５ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１０】交流電源の交番周波数を１ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１１】交流電源の交番周波数を２ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１２】交流電源の交番周波数を５ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１３】交流電源の交番周波数を１０ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１４】交流電源の交番周波数を２０ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１５】交流電源の交番周波数を５０ＭＨｚとした際の電圧波形を示すグラフである。
【図１６】第２実施形態における点火システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態における各伝送ケーブルの構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、点火システム１０１の概略構成を示すブロック図である。
【００２８】
点火システム１０１は、複数の放電用電源１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと、交流電源２と、複数の負荷３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄと、複数の整合器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと、各負荷３Ａ〜３Ｄ及び交流電源２を電気的に接続する複数の伝送ケーブル５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄとを備えている。
【００２９】
放電用電源１Ａ〜１Ｄは、例えば、点火コイルからなり、後述する点火プラグ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄごとにそれぞれ設けられている。また、放電用電源１Ａ〜１Ｄは、点火プラグ７Ａ〜７Ｄに比較的低周波数の高電圧（例えば、数〜数十ｋＶ）を供給する。
【００３０】
交流電源２は、ディストリビュータ（分配器）６を介して点火プラグ７Ａ〜７Ｄに交流電力を出力するものである。本実施形態では、交流電源２から出力される交流電力の交番周波数（発振周波数）が所定値（例えば、５０ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下）に設定されており、交流電源２の出力電力（投入される電力量の１秒当たりの平均値）は所定値（例えば、５００Ｗ）以下とされている。
【００３１】
伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、図２に示すように、線状の内部導体２１と、内部導体２１の外周に配置された筒状の絶縁層２２と、絶縁層２２の外周に配置された筒状の外部導体２３と、外部導体２３の外周に配置された外皮２４とを備えている。
【００３２】
内部導体２１及び外部導体２３は、それぞれ導電性に優れる金属（例えば、銅、金、銀、又は、これらを主成分とする合金など）により形成されている。また、絶縁層２２は、所定の絶縁性材料（例えば、ポリエチレンや発泡ポリエチレン等）により形成されており、当該絶縁層２２により両導体２１，２３間が絶縁されている。さらに、外皮２４は、絶縁性ゴムや絶縁性樹脂により形成されている。
【００３３】
加えて、内部導体２１は交流電源２に接続されており、一方で、外部導体２３は接地されている。そして、外部導体２３により電力の反射や外部への電磁波ノイズの放射が防止され、点火プラグ７Ａ〜７Ｄに対して交流電力がより確実に供給されるようになっている。また、本実施形態では、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄにおいて、少なくとも絶縁層２２を構成する材料が同一とされている。
【００３４】
図１に戻り、負荷３Ａ〜３Ｄは、交流電源２から出力される交流電力が入力されるものである。本実施形態において、負荷３Ａは、点火プラグ７Ａと、これに対応する混合器８Ａとから構成され、負荷３Ｂは、点火プラグ７Ｂと、これに対応する混合器８Ｂとから構成されている。また、負荷３Ｃは、点火プラグ７Ｃと、これに対応する混合器８Ｃとから構成され、負荷３Ｄは、点火プラグ７Ｄと、これに対応する混合器８Ｄとから構成されている。
【００３５】
点火プラグ７Ａ〜７Ｄは、内燃機関ＥＮ（本実施形態では、４気筒エンジン）の各気筒のエンジンヘッドに対して取付けられており、また、それぞれ同一の仕様により製造され、同一の構成を有している。
【００３６】
具体的には、点火プラグ７Ａ〜７Ｄは、図３に示すように、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔１４を有する筒状の絶縁碍子１２と、軸孔１４に挿通された中心電極１５及び端子電極１６と、絶縁碍子１２の外周に配置された筒状の主体金具１３と、主体金具１３の先端部に固定された接地電極１７とを備えている。また、中心電極１５及び端子電極１６は、導電性のガラスシール層１８により絶縁碍子１２に固定されるとともに、ガラスシール層１８を介して電気的に接続されている。さらに、中心電極１５の先端部と接地電極１７の先端部との間には間隙１９が形成されている。そして、放電用電源１Ａ〜１Ｄから点火プラグ７Ａ〜７Ｄの間隙１９に高電圧を印加し、間隙１９にて火花放電を生じさせた上で、交流電源２から点火プラグ７Ａ〜７Ｄに対して交流電力を投入することにより、間隙１９において高周波プラズマを生成できるようになっている。
【００３７】
図１に戻り、混合器８Ａ〜８Ｄは、放電用電源１Ａ〜１Ｄ及び交流電源２と、点火プラグ７Ａ〜７Ｄとの間に設けられ、放電用電源１Ａ〜１Ｄからの出力電力と交流電源２からの出力電力とを混合して、点火プラグ７Ａ〜７Ｄに供給するものである。また、混合器８Ａ〜８Ｄは、放電用電源１Ａ〜１Ｄから交流電源２（伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ）側に対する電流の流入を防止するためのコンデンサ（図示せず）と、交流電源２から放電用電源１Ａ〜１Ｄ側に対する電流の流入を防止するためのコイル（図示せず）とを備えている。尚、点火プラグ７Ａ〜７Ｄと同様に、混合器８Ａ〜８Ｄは、それぞれ同一の仕様で製造され、同一の構成を有するものとなっている。
【００３８】
整合器４Ａ〜４Ｄは、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ及び混合器８Ａ〜８Ｄ間に配置され、可変コンデンサ及び可変インダクタ（ともに図示せず）を備えている。整合器４Ａ〜４Ｄは、交流電源２の出力インピーダンスと、負荷３Ａ〜３Ｄの負荷インピーダンスとの整合を取るために用いられる。尚、各整合器４Ａ〜４Ｄは、それぞれ同一の仕様で製造され、同一の構成を有するものとなっている。
【００３９】
ところで、上述の点火システム１０１では、間隙１９にプラズマが発生する前後において、点火プラグ７Ａ〜７Ｄのインピーダンスが変化するため、交流電力の投入時には、交流電源２及び負荷３Ａ〜３Ｄ間で反射波が生じる。そのため、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ内では、交流電力の進行波に反射波が干渉することで交流電力の波形にうねりが生じ、波形の最大振幅（すなわち、点火プラグ７Ａ〜７Ｄへの投入エネルギー）が変動し得る。
【００４０】
この点を鑑みて、本実施形態では、複数の伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄのうち伝送ケーブル５Ａの長さを所定値Ｌ（ｍ）に設定した上で、交流電源２から点火プラグ７Ａに対する投入エネルギーを最大とできるように整合器４Ａが設定される。そして、その他の整合器４Ｂ〜４Ｄには、整合器４Ａの設定と同様の設定がなされる。尚、前記所定値Ｌ（ｍ）は、交流電源からの出力電力を一定とした上で、伝送ケーブルの長さを種々変更した際に、プラズマの生成量が最も大きくなったときの伝送ケーブルの長さをいう（すなわち、所定値Ｌは、プラズマ生成効率を最も高めることが可能な伝送ケーブルの長さを示す）。
【００４１】
また、本実施形態においては、上述の通り、点火プラグ７Ａ〜７Ｄ、及び、混合器８Ａ〜８Ｄは、それぞれ同一の構成を有するものとされているため、内燃機関ＥＮの非駆動時において、各負荷３Ａ〜３Ｄの負荷インピーダンスはそれぞれ同一となっている。
【００４２】
加えて、伝送ケーブル５Ａ以外の伝送ケーブル５Ｂ〜５Ｄの長さが次のように設定されている。すなわち、伝送ケーブル５Ｂ〜５Ｄは、絶縁層２２の比誘電率をεｒとし、絶縁層２２の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源２の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとしたとき、自身の長さと伝送ケーブル５Ａの長さＬとの差が［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下となるように設定されている。換言すれば、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ同士の長さの差が、［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされている。
【００４３】
ここで、ｎは整数であり、｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝は、いわゆる短縮率である。そして、前記波長λ０（ｍ）に前記短縮率を乗じた値は、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄを通って伝送される際の交流電力の波長λ（ｍ）を示す。尚、絶縁層２２をポリエチレンにより構成した場合、εｒは約２．３であり、μｒは約１．０であるため、前記短縮率は約６６％となる。また、絶縁層２２を発泡ポリエチレンにより構成した場合、εｒは約１．５であり、μｒは約１．０であるため、前記短縮率は約８２％となる。
【００４４】
また、本実施形態において、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの長さは、前記波長λ（ｍ）以下となるように設定されている。その結果、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの長さは、それぞれに大きな差がなく、プラズマの生成効率を最も高められる条件において比較的小さくなるように構成されている。
【００４５】
さらに、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、図４に示すように、内燃機関ＥＮのエンジンヘッドＥＨに設けられた円柱状の支柱ＰＲに巻付けられている。
【００４６】
以上詳述したように、本実施形態によれば、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄ同士の長さの差が［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされている。従って、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄにおいて、電力伝送時の電力波形をほぼ同一のもの（電力波形の位相差をほぼ同一のもの）とすることができる。そのため、優れたプラズマ生成効率を実現可能な伝送ケーブル５Ａの長さＬや整合器４Ａの設定に基づいて、他の伝送ケーブル５Ｂ〜５Ｄの長さを伝送ケーブル５Ａの長さＬに対して差が上記関係を満たすようにしつつ、整合器４Ｂ〜４Ｄの設定を整合器４Ａの設定と同一とすることで、点火プラグ７Ｂ〜７Ｄにおいても点火プラグ７Ａと同様の優れたプラズマ生成効率を実現することができる。すなわち、本実施形態によれば、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、高出力の交流電源を用いることなく（すなわち、電源効率の悪化を招くことなく）、優れたプラズマ生成効率を実現することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの長さは、前記波長λ以下とされており、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、それぞれの長さに大きな差がなく、比較的短くなるように設定されている。従って、交流電力を伝送する際のエネルギー損失を抑制することができ、プラズマの生成効率をより向上させることができる。
【００４８】
さらに、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄは、支柱ＰＲに対して巻付けられている。従って、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの取回しが容易になるとともに、伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの撓みを抑制することができ、振動等による伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄの破損を効果的に防止することができる。
【００４９】
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、図５に示すように、点火プラグと、交流電源と、放電用電源と、交流電源及び点火プラグ間において直列的に接続された整合器及び混合器と、交流電源及び整合器間を接続する伝送ケーブルとを有する点火システムを作製し、交番周波数ｆを５０ｋＨｚから５０ＭＨｚの範囲で種々異なるものとした際における、点火プラグへと印可される電圧の波形をそれぞれ得た。尚、整合器の有するインダクタのインダクタンスを０．１μＨとし、混合器の有するコンデンサの静電容量を５０ｐＦとした。
【００５０】
図６に、周波数ｆを０．０５ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図７に、周波数ｆを０．１ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図８に、周波数ｆを０．２ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図９に、周波数ｆを０．５ＭＨｚとした際の電圧波形を示す。また、図１０に、周波数ｆを１ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１１に、周波数ｆを２ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１２に、周波数ｆを５ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１３に、周波数ｆを１０ＭＨｚとした際の電圧波形を示す。さらに、図１４に、周波数ｆを２０ＭＨｚとした際の電圧波形を示し、図１５に、周波数を５０ＭＨｚとした際の電圧波形を示す。
【００５１】
加えて、図６〜図１５における位相角（°）は電圧波形の波長λ（ｍ）に対応し、位相角１８０°分がλ／２（ｍ）に相当する。また、図６〜図１５において、電圧のピークを挟む２本の点線は、両点線間のＸ軸方向に沿った幅が１８０°×±２％（つまり、λ／２×±２％）であり、電圧がピークとなるときの位相角を両点線間におけるＸ軸方向における中心とするものである。
【００５２】
尚、電圧波形において電圧が８００Ｖ以上であれば、点火プラグにおいて高周波プラズマを生成することができ、電圧が１０００Ｖ以上であれば、高圧縮比エンジンを用いた場合など、非常に過酷な環境下であっても高周波プラズマをより確実に生成することができる。そこで、各電圧波形において、電圧が８００Ｖ以上となる範囲を、高周波プラズマを生成する上で好適な範囲として特定し、電圧が１０００Ｖ以上となる範囲を、高周波プラズマを生成する上で特に好適な範囲として特定した。
【００５３】
図６〜図１５に示すように、電圧がピークとなるときの位相角を中心とする１８０°×±３％の範囲において、点火プラグへの印可電圧を８００Ｖ以上とできることが確認された。すなわち、点火プラグへの印可電圧がピーク電圧となり、プラズマの生成量が最も大きくなるように設定された伝送ケーブルの長さをＬとしたとき、その他の伝送ケーブルの長さを、長さＬにλ／２×ｎ（ｎは整数）を足したもの（つまり、前記その他の伝送ケーブルの電圧波形が、プラズマの生成量が最も大きくなるように設定された伝送ケーブルにおける電圧波形と同一となる状態）から、λ／２×±３％以内だけの違いとなるように設定することで、点火プラグへの印可電圧を８００Ｖ以上とできることが明らかとなった。
【００５４】
また特に、電圧がピークとなるときの位相角を中心とする１８０°×±２％の範囲において、点火プラグへの印可電圧を１０００Ｖ以上とできることが確認された。
【００５５】
上述の結果より、各気筒に対応する整合器の設定を同一としつつ、各気筒において優れたプラズマの生成効率をより確実に実現するという観点から、プラズマ生成量が最大となるように設定された伝送ケーブルの長さに対する、その他の伝送ケーブルの長さの差を（−０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以上（０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以下とすることが好ましいといえる。換言すれば、伝送ケーブル同士の長さの差を、（−０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以上（０．０３×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以下とすることが好ましいといえる。
【００５６】
また、各気筒において一層優れたプラズマの生成効率を実現するためには、伝送ケーブル同士の長さの差を、（−０．０２×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以上（０．０２×λ×１／２）＋（ｎ×λ×１／２）以下とすることがより好ましいといえる。
【００５７】
尚、波長λ（ｍ）は、伝送ケーブルの絶縁層の比誘電率をεｒとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとしたとき、λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝で表すことができる。
〔第２実施形態〕
次いで、第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態では、各伝送ケーブル５Ａ〜５Ｄにおいて、絶縁層２２を構成する材料が同一とされている。これに対して、本第２実施形態では、図１６及び図１７に示すように、整合器４Ａ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３１の絶縁層４１と、整合器４Ｂ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３２の絶縁層４２と、整合器４Ｃ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３３の絶縁層４３と、整合器４Ｄ及び分配器６間を接続する伝送ケーブル３４の絶縁層４４とがそれぞれ異なる材料から形成されている。
【００５８】
そして、絶縁層４１の比誘電率がεｒａとなっており、絶縁層４２の比誘電率がεｒｂとなっており、絶縁層４３の比誘電率がεｒｃとなっており、絶縁層４４の比誘電率がεｒｄとなっている。また、絶縁層４１の比透磁率がμｒａとなっており、絶縁層４２の比透磁率がμｒｂとなっており、絶縁層４３の比透磁率がμｒｃとなっており、絶縁層４４の比透磁率がμｒｄとなっている。
【００５９】
さらに、本実施形態では、複数の伝送ケーブル３１〜３４のうちの１の伝送ケーブル３１（基準ケーブル）において、その長さを所定値Ｌａ（ｍ）に設定した上で、交流電源２から点火プラグ７Ａに対する投入エネルギーを最大とできるように整合器４Ａが設定されている。そして、その他の整合器４Ｂ〜４Ｄには、整合器４Ａの設定と同様の設定がなされる。尚、前記所定値Ｌａ（ｍ）は、交流電源からの出力電力を一定とした上で、伝送ケーブル３１の長さを種々変更した際に、プラズマの生成量が最も大きくなったときの伝送ケーブル３１の長さをいう（すなわち、所定値Ｌａは、プラズマ生成効率を最も高めることが可能な伝送ケーブル３１の長さを示す）。
【００６０】
また、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）以外の伝送ケーブル３２〜３４の長さが次のようにして設定されている。すなわち、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）において、Ｌａ＝αａ×λ０×｛１／（εｒａ×μｒａ）1/2｝を満たす係数αａを求めておく。
【００６１】
その上で、伝送ケーブル３２においては、｜αａ−αｂ｜＝ｎ（ｎは０以上の整数）を満たす係数αｂが決定されるとともに、その長さＬｂがαｂ×λ０×｛１／（εｒｂ×μｒｂ）1/2｝とされている。
【００６２】
さらに、伝送ケーブル３３においては、｜αａ−αｃ｜＝ｎを満たす係数αｃが決定されるとともに、その長さＬｃがαｃ×λ０×｛１／（εｒｃ×μｒｃ）1/2｝とされている。
【００６３】
また、伝送ケーブル３４においては、｜αａ−αｄ｜＝ｎを満たす係数αｄが決定されるとともに、その長さＬｄがαｄ×λ０×｛１／（εｒｄ×μｒｄ）1/2｝とされている。
【００６４】
併せて、本第２実施形態では、係数αａ，αｂ，αｃ，αｄがそれぞれ１以下とされている。その結果、各伝送ケーブル３１〜３４の長さＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄは、プラズマの生成効率を最も高められる条件において最も小さなものとなっている。
【００６５】
以上、本第２実施形態によれば、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）の係数αａに対して、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）とは異なる伝送ケーブル３２〜３４の係数αｂ，αｃ，αｄが、それぞれ｜αａ−αｂ｜＝ｎ、｜αａ−αｃ｜＝ｎ、｜αａ−αｄ｜＝ｎを満たすように構成されている。従って、各伝送ケーブル３１〜３４において、電力波形の位相差をほぼ同一のものとすることができる。そのため、伝送ケーブル３１（基準ケーブル）が接続される１つの気筒において、優れたプラズマ生成効率を実現可能となるように、伝送ケーブル３１の長さＬａの設定や整合器の設定を行い、その他の気筒においては、伝送ケーブル３２〜３４の係数αｂ，αｃ，αｄが｜αａ−αｂ｜＝ｎ、｜αａ−αｃ｜＝ｎ、｜αａ−αｄ｜＝ｎを満たし、かつ、整合器４Ｂ〜４Ｄの設定を整合器４Ａの設定と同一とすることで、優れたプラズマ生成効率をその他の気筒においても同様に実現することができる。すなわち、本第２実施形態によれば、各伝送ケーブル３１〜３４の絶縁層４１〜４４が異なる材料により構成されている場合であっても、各気筒毎に整合器の設定作業を行う必要がなくなり、整合器の設定作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。また、優れたプラズマ生成効率を実現するために、高出力の交流電源を用いる必要はなく、ひいては電源効率の悪化といった事態を防止することができる。
【００６６】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００６７】
（ａ）上記実施形態では、内燃機関ＥＮの気筒数に合わせて負荷や伝送ケーブルが４つずつ設けられているが、負荷や伝送ケーブルの数は内燃機関ＥＮの気筒数に応じて変更される。
【００６８】
（ｂ）上記実施形態では、それぞれの点火プラグ７Ａ〜７Ｄに対応して放電用電源１Ａ〜１Ｄが設けられているが、放電用電源を各点火プラグに対応して設けることなく、例えば、１つの放電用電源からディストリビュータを介して各点火プラグに電圧を印加してもよい。
【００６９】
（ｃ）上記実施形態では、内部導体２１や外部導体２３の構成材料として、銅や金等が挙げられているが、内部導体２１や外部導体２３の構成材料はこれらに限定されるものではない。また、絶縁層２２の構成材料としてポリエチレンや発泡ポリエチレン等が挙げられているが、絶縁層２２の構成材料はこれらに限定されるものではない。
【００７０】
（ｄ）上記実施形態における点火プラグ７Ａ〜７Ｄの構成は例示であって、本発明の技術思想を適用可能な点火プラグの構成はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
２…交流電源
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…負荷
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…整合器
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…伝送ケーブル
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ…点火プラグ
２１…内部導体
２２…絶縁層
２３…外部導体
３１，３２，３３，３４…伝送ケーブル
４１，４２，４３，４４…絶縁層
１０１…点火システム
ＥＮ…内燃機関
ＰＲ…支柱
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記各伝送ケーブルの前記絶縁層は同一材料により構成され、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされるとともに、
前記伝送ケーブル同士の長さの差が、前記絶縁層の比誘電率をεｒとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとし、ｎを整数としたとき、［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされることを特徴とする点火システム。
【請求項２】
前記各伝送ケーブルの長さをλ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝以下としたことを特徴とする請求項１に記載の点火システム。
【請求項３】
内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされ、
電磁波が真空中を伝播するときの波長をλ０（ｍ）とし、
前記複数の伝送ケーブルのうちの基準ケーブルにおいて、その長さをＬａとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒａとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒａとしたとき、Ｌａ＝αａ×λ０×｛１／（εｒａ×μｒａ）1/2｝を満たす係数をαａとし、
前記基準ケーブルと異なる前記伝送ケーブルにおいて、その長さをＬｂとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒｂとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒｂとしたとき、Ｌｂ＝αｂ×λ０×｛１／（εｒｂ×μｒｂ）1/2｝を満たす係数をαｂとし、
ｎを０以上の整数としたとき、
｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たすことを特徴とする点火システム。
【請求項４】
前記係数αａ及び前記係数αｂが、それぞれ１以下とされることを特徴とする請求項３に記載の点火システム。
【請求項５】
前記内燃機関に設けられた支柱に対して、前記伝送ケーブルが巻付けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火システム。
【請求項１】
内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記各伝送ケーブルの前記絶縁層は同一材料により構成され、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされるとともに、
前記伝送ケーブル同士の長さの差が、前記絶縁層の比誘電率をεｒとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒとし、真空中の光速をＣ（ｍ／ｓ）とし、交流電源の交番周波数をｆ（Ｈｚ）とし、λ０（ｍ）をＣ／ｆとし、ｎを整数としたとき、［−０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以上［０．０３×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］＋［ｎ×λ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝×１／２］以下とされることを特徴とする点火システム。
【請求項２】
前記各伝送ケーブルの長さをλ０×｛１／（εｒ×μｒ）1/2｝以下としたことを特徴とする請求項１に記載の点火システム。
【請求項３】
内燃機関に取付けられる点火プラグを具備してなる複数の負荷と、
前記複数の負荷に交流電力を出力する交流電源と、
前記複数の負荷及び前記交流電源間を電気的に接続する複数の伝送ケーブルと、
前記複数の負荷及び前記交流電源間に設けられ、前記交流電源の出力インピーダンス及び前記負荷の負荷インピーダンスを整合するための複数の整合器と
を備える点火システムであって、
前記伝送ケーブルは、導電性の内部導体と、当該内部導体の外周に配置される導電性の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間を絶縁する絶縁層とを有するとともに、
前記内燃機関の非駆動時における前記複数の負荷の負荷インピーダンスはそれぞれ同一とされ、
電磁波が真空中を伝播するときの波長をλ０（ｍ）とし、
前記複数の伝送ケーブルのうちの基準ケーブルにおいて、その長さをＬａとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒａとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒａとしたとき、Ｌａ＝αａ×λ０×｛１／（εｒａ×μｒａ）1/2｝を満たす係数をαａとし、
前記基準ケーブルと異なる前記伝送ケーブルにおいて、その長さをＬｂとし、前記絶縁層の比誘電率をεｒｂとし、前記絶縁層の比透磁率をμｒｂとしたとき、Ｌｂ＝αｂ×λ０×｛１／（εｒｂ×μｒｂ）1/2｝を満たす係数をαｂとし、
ｎを０以上の整数としたとき、
｜αａ−αｂ｜＝ｎを満たすことを特徴とする点火システム。
【請求項４】
前記係数αａ及び前記係数αｂが、それぞれ１以下とされることを特徴とする請求項３に記載の点火システム。
【請求項５】
前記内燃機関に設けられた支柱に対して、前記伝送ケーブルが巻付けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１００８０８（Ｐ２０１３−１００８０８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２８７６２（Ｐ２０１２−１２８７６２）
【出願日】平成２４年６月６日（２０１２．６．６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月６日（２０１２．６．６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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