JP2009283380A - 点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波ノイズ抑制効果に優れた点火装置の提供を目的とする。
【解決手段】内燃機関４０に装着される点火プラグ１０と、高エネルギ電源２０、３０とを具備し、電気エネルギを内燃機関４０の燃焼室４００内に放出して、点火を行う点火装置１において、点火プラグ１０は、長軸状に伸びる中心電極１１０と、中心電極１１０の外周を覆う略筒状の絶縁体１２０と、絶縁体１２０の外周を覆う略筒状のハウジング１３１〜１３５と、ハウジング１３１〜１３５の先端に連なる接地電極１３０とからなり、点火プラグ１０は、中心電極１１０と接地電極１３０との間に電気エネルギを放出する放電空間１４０を具備し、中心電極１１０とハウジング１３１〜１３５との間に形成される浮遊容量Ｃｓの低減を図るべく、浮遊容量低減手段として低誘電率層１５０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火に用いられる点火装置における電磁波ノイズの抑制に関するものであり、特に、点火プラグへの大電流の供給により、高温、高圧で、容積的に大きな体積プラズマを機関燃焼室内に噴射して、機関の点火を行うプラズマ式点火装置に好適なものである。

自動車等の内燃機関の点火に用いられる点火装置は、点火プラグの中心電極と接地電極との間の放電空間に高電圧を印加して火花放電を発生させて点火を行っている。 このような点火装置では、点火した時に瞬間的に大きな電流変化が生じ、電磁波ノイズが発生する。
電磁波ノイズは、車両に搭載された様々な電子制御機器の誤作動や電波雑音の混入などの障害を起こす虞がある。
そこで、従来の点火装置では、点火プラグの中心電極のターミナル部と放電部との間に抵抗体を直列に介装して電磁波ノイズの抑制を図る方法が広く一般に用いられている（特許文献１等）。

一方、環境保護の見地から、燃焼排気中のエミッション低減や燃費向上のために、近年、内燃機関において希薄混合燃焼や、過給混合燃焼などが要求され、着火条件が厳しくなってきている。そのため、難着火性の内燃機関においても安定した着火の得られる点火装置が望まれている。

このような、難着火性の内燃機関において良好な点火を可能とする点火装置として、点火プラグに極めて短い時間に高エネルギを供給して、点火プラグの中心電極と接地電極との間に区画された放電空間内の気体に高エネルギを与え、高温・高圧のプラズマ状態とし、機関の燃焼室内に噴射して着火を行うプラズマ式点火装置について種々と提案されている（特許文献２等）。
ところが、このようなプラズマ式点火装置においては、大電流を点火プラグに供給する必要があるため、特許文献１にあるように、抵抗体を介装して点火時に発生する電磁波ノイズの低減を図ることが困難である。

そこで、従来のプラズマ式点火装置においては、電磁波ノイズの防止方法として、プラズマ発生用電源と点火プラグとを繋ぐプラズマ発生用配線にシールド線を用い、点火プラグ全体を覆うように電磁波シールドを施し、さらに、放電用電源と点火プラグとを繋ぐ放電用配線に抵抗線を用いることにより電磁波ノイズを遮断する方法が開示されている（特許文献３等）。

特開昭５２−３９４４号公報 実開昭５５−１６６０９２号公報 実開昭５５−１７２６５９号公報

ところが従来の点火装置では、中心電極とその周りを覆うハウジングとの間に浮遊容量が形成される虞がある。このため、点火時には、この浮遊容量に蓄積された電気が瞬間的に流れ、電磁波ノイズとして放射される虞がある。
さらに、特許文献１や特許文献３にあるように、抵抗体を点火プラグ内部又は、高エネルギ電源と点火プラグとの間に介装した場合であっても、抵抗体の先端側には、中心電極とハウジングとの間に浮遊容量が形成され、電磁波ノイズの放射を完全には防止できない虞がある。
また、一般に点火プラグの絶縁体にはアルミナが使用されているが、アルミナは絶縁体であると同時に比誘電率が８．５程度の誘電体でもあるため、中心電極とハウジングとの間に形成される浮遊容量を大きくする働きがある。

そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、中心電極とハウジングとの間に形成される浮遊容量を低減し、放電時における電磁波ノイズの発生そのものを抑制する効果に優れた点火装置の提供を目的とするものである。

請求項１の発明では、内燃機関に装着される点火プラグと、該点火プラグに電気エネルギを印加する高エネルギ電源とを具備し、該高エネルギ電源から上記点火プラグに供給された電気エネルギを上記内燃機関の燃焼室内に放出して、該内燃機関の点火を行う点火装置において、上記点火プラグは、長軸状に伸びる中心電極と、該中心電極の外周を覆う略筒状の絶縁体と、該絶縁体の外周を覆う略筒状のハウジングと、該ハウジングの先端に連なる接地電極とからなり、上記中心電極と上記接地電極との間に上記高エネルギ電源からの供給された電気エネルギを放出する放電空間を具備し、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量の低減を図るべく、浮遊容量低減手段を設ける。

本発明者等の鋭意試験により、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量を小さくすれば、点火時に発生する電磁波ノイズを効果的に抑制できることが判明した。したがって、請求項１の発明によれば、中心電極とハウジングとの間に形成される浮遊容量が小さくなり、点火時に発生する電磁波ノイズの小さい点火装置が実現できる。

具体的には、請求項２の発明のように、上記浮遊容量低減手段として、上記中心電極の上記ハウジングに覆われた部位の全部又は一部の外径を縮径した中心電極径小部を形成するのが望ましい。

上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量は、上記ハウジングの内径φＤ_１と上記中心電極の外径φＤ_２との比Ｄ_１／Ｄ_２の対数ｌｎ（Ｄ_１／Ｄ_２）に逆比例する。請求項２の発明によれば、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量が小さくなり、点火時に発生する電磁波ノイズを小さくすることができる。

また、請求項３の発明のように、上記浮遊容量低減手段として、上記ハウジングと上記中心電極との間に略筒状の低誘電率層を設けた構成としても良い。

上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量は、上記中心電極と上記ハウジングとの間に介装される上記絶縁体の静電容量と上記低誘電率層の静電容量とを直列に接続した場合の合成容量とみなすことができる。静電容量の合成容量は、オームの法則が成立することから、上記絶縁体の単位長さ当たりの静電容量をＣ_１、上記低誘電率層の単位長さ当たりの静電容量をＣ_２とすると上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量Ｃｓは下記式１で表すことができる。
Ｃｓ＝Ｃ_１・Ｃ_２／（Ｃ_１＋Ｃ_２）・・・式１
したがって、上記低誘電率層の比誘電率をできる限り小さくすれば、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量Ｃｓを可及的に小さくできる。
請求項３の発明によれば、上記中心電極と上記ハウジングとの間の比誘電率を相対的に低くすることができる。したがって、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量がさらに小さくなり、点火時に発生する電磁波ノイズをさらに抑制できる。

さらに、上記低誘電率層は、請求項４の発明のように、上記絶縁体外周と上記ハウジング内周との境界に介設した構成としても良いし、請求項５の発明のように、上記中心電極外周と上記絶縁体内周との境界に介設した構成であっても良いし、さらに、これらを組み合わせて、上記絶縁体外周と上記ハウジング内周との境界と上記中心電極外周と上記絶縁体内周との境界との両方に介設した構成としても良い。

より具体的には、請求項６の発明のように、上記低誘電率層は、比誘電率が３以下の低誘電率材料によって形成するのが望ましい。

請求項４から６の発明によれば、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量を小さくして電磁波ノイズの発生を抑制した点火装置が実現可能となる。

さらに具体的には、請求項７の発明のように、上記低誘電率層は、空気又は空気を含む多孔体によって形成するのが望ましい。

空気の比誘電率は、約１．０００５８６と真空の比誘電率に最も近く、請求項７の発明によれば、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量を小さくして電磁波ノイズの発生を抑制した点火装置が実現可能となる。また、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ）、シロキ酸樹脂（ＳｉＯＣ）等の比較的比誘電率の低い耐熱性材料に空気を導入し多孔体とすることによって更に低誘電率化を図ったものを上記低誘電率層として充填した構成としても良い。

請求項８の発明では、上記高エネルギ電源は、高電圧を印加する放電用電源と大電流を供給するプラズマ発生用電源とによって構成する。

請求項８の発明によれば、上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量を小さくして電磁波ノイズの発生を抑制しつつ、上記高電圧電源によって上記放電空間内の絶縁を破壊し、導電状態となった上記放電空間内に上記プラズマ発生用電源から大電流を放出することによって、放電空間内の気体に瞬間的に高い電気エネルギを与え、極めて着火性に優れた点火源を発生させることができる。

請求項９の発明のように、上記点火プラグは、上記絶縁体を上記中心電極の下端面よりも下方に延設せしめて、上記絶縁体の内側に上記放電空間を区画し、上記中心電極の下端面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめた構成とするのが望ましい。

請求項９の発明によれば、上記絶縁体内部に区画した放電空間内の限られた容積の気体に高エネルギが与えられると、高温高圧のプラズマ状態となって、上記放電空間から噴射し、大きな容積の火炎核を形成するため、極めて着火性に優れ、かつ、点火時の電磁波ノイズの発生が少ない点火装置が実現可能となる。

また、請求項１０の発明のように、上記点火プラグは、上記絶縁体の下端面から露出せしめた上記中心電極の先端と上記接地電極とを所定の放電距離を設けて対向せしめて上記放電空間を区画した構成であっても良い。

請求項１０の発明によれば、極めて着火性に優れ、かつ、点火時の電磁波ノイズの発生が少ない点火装置が実現可能となる。

本発明の点火装置は、自動車用直噴スプレーガイドエンジン等の内燃機関において希薄混合燃焼や過給混合燃焼等の難着火性の条件下でも良好な点火を可能とするプラズマ式点火装置として好適なものであり、放電時に発生する電磁波ノイズを極めて低いレベルに抑制できる。
図１を参照して、本発明の第１に実施形態における点火装置１の概要を説明する。点火装置１は、図略の内燃機関４０に装着される点火プラグ１０と、点火プラグ１０に電気エネルギを印加する高エネルギ電源２０、３０とを具備し、高エネルギ電源２０、３０から点火プラグ１０に供給された電気エネルギを内燃機関４０の燃焼室４００内に放出して内燃燃機関４０の点火を行う。

点火プラグ１０は、長軸状に伸びる中心電極１１と、中心電極１１の外周を覆う略筒状の絶縁体１２と、絶縁体１２の外周を覆う略筒状のハウジング１３と、ハウジング１３の先端に連なる接地電極１３０とからなり、中心電極１１と接地電極１３との間に高エネルギ電源２０、３０からの供給された電気エネルギを放出する放電空間１４０が区画されている。

本発明の要部である点火プラグ１０には、中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量の低減を図るべく、浮遊容量低減手段として、中心電極１１のハウジング１３に覆われた部位の外径が径小となるように縮径された中心電極径小部１１３が形成されている。
さらに、中心電極径小部１１３と絶縁体１２の内径との間に形成された空間は、略筒状の低誘電率層１５０を構成している。
空気の比誘電率は、約１．０００５８６と真空の比誘電率に最も近く、中心電極１１とハウジング１２との間に形成される浮遊容量を小さくすることができる。
また、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ）、シロキ酸樹脂（ＳｉＯＣ）等の比較的比誘電率の低い耐熱性材料に空気を導入し多孔体とすることによって低誘電率材料の更なる低誘電率化を図って、低誘電率層１５０として充填した構成としても良い。
なお、比誘電率が充分に低く耐熱性、絶縁性が確保できる材料であれば、緻密体によって低誘電率層１５０とした構成であっても良い。

中心電極１１は、長軸状に形成されている。中心電極１１の先端には、下端面が放電空間に露出する中心電極放電部１１０が形成されている。中心電極径小部１１３の先端部１１２と中心電極放電部１１０とは、導電性接着剤１１１を介して接続されている。中心電極１１のハウジング１３から基端側に露出する部位は中軸部１１４が形成され、絶縁体１２に保持されている。さらに、中心電極１１の基端には高エネルギ電源２０、３０に接続される中心電極ターミナル部１１５が形成されている。
中心電極放電部１１０は、例えばイリジウム、イリジウム合金等の耐熱性に優れた導電性材料によって形成されている。
中心電極小径部１１３、１１３、中心電極中軸部１１４、中心電極ターミナル部１１５は、鉄鋼材料、銅等の良電導性で高熱伝導性の金属材料によって形成されている。
導電性接着剤１１１は、例えば、導電性を持つ金属粉末とガラス粉末との混合物で構成されている。導電性接着剤粉末を加熱し、溶解させた後に中心電極放電部１１０と中心電極先端部１１２との間に導電性接着剤１１１を介してホットプレス等に圧縮手段により圧縮した後、冷却固化して、中心電極放電部１１０と中心電極先端部１１２とを固定する。

絶縁体１２は、耐熱性、機械的強度、高温における絶縁耐力、熱伝導率などに優れた高純度のアルミナ等の絶縁性セラミック材料を用いて略筒状に形成された絶縁体１２０によって構成され、内側に中心電極１１を保持している。
絶縁体基体１２０の基端側は、コルゲート状に形成され延面距離を長くした絶縁体頭部１２３が形成され、中心電極ターミナル部１１５とハウジング１３との電気絶縁性を確保している。
絶縁体基体１２０の中腹には、径大となる絶縁体係止部１２１が形成され封止部材１６０、１６１、１６２を介して、ハウジング１３内に固定されている。
中心電極放電部１１０の先端面と絶縁体基体１２０の先端の内周壁と接地電極１３０の内周壁とによって放電空間１４０が区画され、中心電極放電部１１０と接地電極１３０との間で放電可能となっている。

接地電極１３０を含むハウジング１３は、ニッケル、鉄等の金属材料によって、略筒状に形成され、絶縁体１２を覆っている。
先端側外周にはガスケット１７０を介して内燃機関４０に螺結するためのネジ部１３２が形成され、基端側外周には、ネジ部１３２をネジ締めするための六角部１３３が形成され、その基端側には、絶縁体１２を加締め固定するハウジング加締め部１３５が形成されている。

接地電極１３０は、ハウジング１３の先端に連なって形成されている。絶縁体基体１２０の先端面を覆うように形成され、絶縁体基体１２０の開孔と連通する開孔が形成され略円環状となっている。

図２を参照して、本発明の作用原理について説明する。
図２（ａ）は、図１中に枠Ａで囲った部位を示し、本発明の第１の実施形態における点火プラグ１０の軸方向に対する単位長さ当たりの基本構成を示す要部模式図、本図（ｂ）は、比較例として示す浮遊容量低減手段を持たない従来の点火プラグ１０ｚの要部模式図である。

ハウジング１３（１３１〜１３５）は、絶縁体１２を保持収納する保持部材であると同時に接地電極１３０と電気的に接続されており、略筒状の側面電極を構成し、中心電極１１（１１０〜１１３）との間で2重円筒状のコンデンサを形成している。
したがって、本図（ａ）に示すように中心電極小径部１１３とハウジング１３との間に形成される単位長さ当たりの浮遊容量Ｃｓは、浮遊容量低減手段として設けられている低誘電率層１５０の単位長さ当たりの静電容量Ｃ_１と絶縁体１２の単位長さ当たりの静電容量Ｃ_２とを直列に繋いだものとみなすことができる。

真空の比誘電率をε_０とし、中心電極小径部１１３の外径をφＤ_１とし、低誘電率層１５０の外径をφＤ_２、比誘電率ε_１とし、絶縁体基体１２０の外径をφＤ_４、比誘電率ε_２とすると、浮遊容量Ｃｓは、浮遊容量低減手段として設けられている低誘電率層１５０の単位長さ当たりの静電容量Ｃ_１と絶縁体１２の単位長さ当たりの静電容量Ｃ_２との間には以下の関係が成り立つ。
Ｃｓ＝１／（１／Ｃ_１＋１／Ｃ_２）＝Ｃ_１・Ｃ_２／（Ｃ_１＋Ｃ_２）・・・式１
ここで、
Ｃ_１＝２π・ε_０・ε_１／（ｌｎ（Ｄ_２／Ｄ_１））・・・式２
Ｃ_２＝２π・ε_０・ε_２／（ｌｎ（Ｄ_４／Ｄ_２））・・・式３
式１、２、３より、
Ｃｓ＝２π・ε_０・ε_１・ε_２／｛ε_１・ｌｎ（Ｄ_２／Ｄ_１）＋ε_２・ｌｎ（Ｄ_４／Ｄ_２）｝・・・式４

一方、図２（ｂ）に示すように、従来の点火プラグ１０ｚの中心電極外径をφＤ_２、絶縁体外径をφＤ_４、比誘電率をε_２とすると、従来の点火プラグの中心電極１１ｚとハウジング１３１との間に形成される浮遊容量Ｃ_２ｚは、下記式５で表すことができる。
Ｃ_２ｚ＝２π・ε_０・ε_２／（ｌｎ（Ｄ_４／Ｄ_２））・・・式５
したがって、本発明の中心電極１１とハウジング１３との間に形成される静電容量Ｃｓと従来の静電容量Ｃ_２ｚとを比較すると、下記式６が成立する。
Ｃｓ／Ｃ_２ｚ＝ε_１・ｌｎ（Ｄ_２／Ｄ_１）／｛ε_１・ｌｎ（Ｄ_４／Ｄ_２）＋ε_２・ｌｎ（Ｄ_２／Ｄ_１）｝・・・式６
ここで、本実施形態において、中心電極小径部１１３の外径φＤ_１を１．５ｍｍ、低誘電率層１５０の外径φＤ_２を４．２ｍｍ、比誘電率ε_１＝１．０００５８６（空気）、絶縁体１２の外径φＤ_４を１１．０ｍｍ、比誘電率ε_２＝８．５とし、
点火プラグ１０ｚの中心電極外径φＤ_１ｚを４．２ｍｍ、絶縁体１２ｚの外径φＤ４ｚを１１．０ｍｍ、比誘電率ε_２ｚ＝８．５とすると、式５、６からＣｓ／Ｃ_２ｚは、およそ０．１となる。
すなわち、本発明によれば、中心電極１１とハウジング１２との間に形成される浮遊容量Ｃｓを従来の約１０分の１程度に低減できると考えられる。

図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態における点火プラグ１０ａの要部断面模式図であり、誘電率低減手段として中心電極小径部１１３のみを形成した構成を示し、本図（ｂ）は、本発明の第３の実施形態における点火プラグ１０ｂの要部断面模式図であり、誘電率低減手段として、中心電極小径部１１３を設け、さらに中心電極小径部１１３と絶縁体１２０ｂとの間に低誘電率層１５０を形成し、さらに絶縁体１２９ｂとハウジング１３１との間にも低誘電率層１５１を形成した構成である。
本発明の第２の実施形態においては、中心電極小径部１１３とハウジング１３１との間に形成される単位長さ当たりの静電容量Ｃｓａは、下記式７で表され、本発明の第３の実施形態における中心電極小径部１１３とハウジング１３１との間に形成される単位長さ当たりの静電容量Ｃｓｂは、下記式８で表される。
Ｃｓａ＝Ｃ_２ａ
＝２π・ε_０・ε_２／（ｌｎ（Ｄ_４／Ｄ_１））・・・式７
Ｃｓｂ＝１／（１／Ｃ_１＋１／Ｃ_２ｂ＋１／Ｃ_３）・・・式８
ここで、
Ｃ_１＝２π・ε_０・ε_１／（ｌｎ（Ｄ_２／Ｄ_１））・・・式９
Ｃ_２ｂ＝２π・ε_０・ε_２／（ｌｎ（Ｄ_３／Ｄ_２））・・・式１０
Ｃ_３＝２π・ε_０・ε_１／（ｌｎ（Ｄ_４／Ｄ_３））・・・式１１

図４に、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態における点火プラグ１０、１０ａ、１０ｂにおいて、φＤ_２を４．２ｍｍ、φＤ_４を１１．０ｍｍ、φＤ_３を１０．６ｍｍとし、φＤ_１を変化させた場合の中心電極１１３とハウジング１３との間に形成される浮遊容量Ｃｓ、Ｃｓａ、Ｃｓｂをそれぞれ、実施例１、実施例２、実施例３とし、従来の点火プラグ１０ｚにおける浮遊容量を比較例１として示す。
図４に示すように、本発明によれば、いずれの実施形態において、従来に比べ大幅に中心電極とハウジングとの間に形成される浮遊容量を小さくすることができる。

図５に、本発明の点火装置１の電磁波ノイズ測定方法の概要を示す。図５に示すように、点火装置１から、所定の距離（例えば５００ｍｍ）を離してノイズ検出コイル（φ８２ｍｍ、２０Ｔ）を設け、オシロスコープ６によって、電波ノイズを１０回測定した最大幅Ｐ−Ｐｍａｘ（Ｖ）を測定した。なお、測定は、点火装置１の全体をシールド５０で覆った状態で行った。

図６に、中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量Ｃｓを変化させた時のノイズレベルＰ−Ｐｍａｘ（ｖ）を示す。
図６に示すように、中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量Ｃｓを小さくすることによって、ノイズレベルを低減できることが明らかとなった。
よって、本発明の点火装置によれば、中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量Ｃｓを極めて小さくできるので、点火時に発生する電波ノイズを極めて小さく抑制できることが期待される。

以下に、本発明の実施形態における変形例について説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と共通する構成については同じ符号を付したので説明を省略し、各変形例における特徴的な構成についてのみ説明する。
図７、８に本発明の第１の実施形態における点火プラグの変形例として、点火プラグ１０ａ、１０ｂを示す。
本発明の第１の実施形態において、細長い中心電極小径部１１３を導電接着材１１１に押しつけて挿入、固定するが、この時、中心電極小径部１１３が座屈する虞がある。
そこで、図７に示すように、点火プラグ１０ａでは、中心電極小径部１１３の複数箇所を部分的に拡径したガイド部１１６ａを設けてある。中心電極１１を絶縁体１２内に挿入する際に、ガイド部１１６ａの端縁が絶縁体１２の内周壁に摺動しながら挿入される。
したがって、本実施形態によれば、上記実施形態と同様の電磁波ノイズ低減効果に加えて、製造工程での、挿入時の座屈を防ぐこともでき、より信頼性の高い点火装置が実現できる。なお、本実施形態において、ガイド部１１６ａは、中心電極小径部１１３の一部を拡径して形成しても良いし、略環状のガイド部形成部材を用意してこれを中心電極小径部１１３に装着する構成としても良い。
なお、本実施形態において、ガイド部１１６ａとハウジング１３１との間に形成される浮遊容量は、局所的に、従来の点火プラグ１０ｚと同程度となるが、その影響は小さく、第１の実施形態における点火プラグと同程度の効果が期待できる。
また、本実施形態において、低誘電率層１５０ａは、上記実施形態と同様、空気であっても良いし、低誘電率材料であっても良い。

また、図８に示すように、点火プラグ１０ｂでは、中心電極１１の座屈を防止する手段として、中心電極小径部１１３ｂを、先端側に向かって徐々に径小となるように基端側を太く、先端側を細く形成した構成としても良い。
この場合、中心電極小径部１１３ｂとハウジング１３１との間に形成される浮遊容量は、中心電極小径部１１３ｂを中心電極小径部１１３ｂの平均的な外径で一様の外径に形成した時と同程度となる。

図９に、本発明の第２の実施形態における点火プラグ１０ｃの構成例を示す。
本実施形態では、上述の如く、中心電極小径部１１３ｃを細径に形成してあるので、中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量が小さくできるのに加え、中心電極小径部１１２ｃと絶縁体１２０ｃの内周壁とのクリアランスが小さいので、中心電極小径部１１２ｃを導電性接着剤１１２ｃに押しつけながら挿入した時に、中心電極小径部１１３ｃが座屈され難くなる。

図１０に、本発明の第３の実施形態における点火プラグ１０ｄの構成例を示す。本実施形態においては、絶縁体係止部１２１の基端側では、低誘電率層１５０ｄが、中心電極小径部１１３ｄと絶縁体１２０との境界に形成され、絶縁体計四分１２１の先端側では、低誘電率層１５１ｄが絶縁体１２０とハウジング１３１との境界に形成されている。
なお、低誘電率層１５０ｄ、１５１ｄ内に低誘電率材料として空気が存在している場合、点火プラグ１０ｄが受ける熱によって、空気の体積は変化するが、絶縁体１２と中心電極１１とのクリアランスギャップ又は、絶縁体１２とハウジング１３とのクリアランスギャップを通じて出入りするので点火プラグ１０ｄは、低誘電率層１５０ｄ、１５１ｄ内の空気が熱変化により体積変化しても影響を受けることはない。

中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量Ｃｓは、中心電極１１のハウジング１３に覆われた部分の長さＬに比例するので、この長さＬはできる限り短くするのが望ましい。
そこで、本発明の第３の実施形態における点火プラグの変形例として図１１に示す点火プラグ１０ｅでは、中心電極小径部１１３ｅの長さＬｅをできる限り短くすべく、接地電極１３０をハウジング１３のネジ部１３２の形成された部位の内側に引き込んだ位置に形成してある。
このような構成とすることによって、さらに、中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量を小さくできる。

図１２に、本発明の第４の実施形態として示す点火プラグ１０ｆのように、中心電極１１のハウジング１３に覆われた部位に中心電極小径部を設けることなく、絶縁体１２０の内径を外側に向かって拡径して、低誘電率層１５０ｆを形成した構成としても良い。本実施形態においても、低誘電率層１５０ｆによる浮遊容量低減の効果が期待できる。

図１３に、本発明をいわゆるスパークプラグに適用した点火プラグ１０ｇを示す。点火プラグ１０ｇは、絶縁体１２ｇの下端面から露出せしめた中心電極１１ｇの先端１１０ｇと接地電極１３０ｇとを所定の放電距離を設けて対向せしめて放電空間１４０ｇを区画した構成である。
本実施形態においては、本発明の第１の実施形態をスパークプラグに適用した構成例を示したが、第２、第３の実施形態を適用することも可能である。

図１４、１５に本発明の点火装置に適用可能な高エネルギ電源２０、３０の構成例を示す。
図１４（ａ）は、高電圧を点火プラグ１０に印加する放電用電源回路２０と大電流を供給するプラズマ発生用電源回路３０とを示す等価回路図であり、図１４（ｂ）は、その変形例である。
図１４（ａ）に示すように、放電用電源２０は、電源２１に接続され、イグニションスイッチ２１と点火コイル２３と外部の電子制御装置（ＥＣＵ）２５からの点火指令によって火コイル２３を駆動する点火コイル駆動回路２４と放電電流を整流する整流素子２６と放電用電源回路２０から発信される電磁波ノイズを吸収する抵抗体２７とによって構成され、プラズマ発生用電源回路３００は、電源３０に接続され、抵抗３２と電源３１によって充電されるプラズマ発生用コンデンサ３３、プラズマ発生用電流を整流する整流素子３３とによって構成されている。

点火コイル駆動回路２４は、ＥＣＵ２５によって開閉制御されるトランジスタを含み、電源２０からの電圧を点火コイル２３によって昇圧した高電圧の点火プラグ１０への供給を制御している。

放電電流を整流する整流素子２６は、点火コイル２３からの高電圧を整流するとともにプラズマ発生用コンデンサ３３からの大電流の逆流を阻止している。

プラズマ発生用コンデンサ３３は、電源３０によって充電され、放電時には点火プラグ１０に大電流を放出する。

プラズマ電流を整流する整流素子３４は、プラズマ発生用コンデンサ３３からの大電流を整流するとともに点火コイル２３からの放電電圧の逆流を阻止している。

イグニッションスイッチ２２が投入され、ＥＣＵ２５からの点火信号により、電源２０の一次電圧が点火コイル２３の一次コイル２３０に印加され、点火コイル駆動回路２４のスイッチングによって一次電圧が遮断されると、点火コイル２３内の磁界が変化し、自己誘導作用により点火コイル２３の二次コイル２３１に１０〜３０ｋＶの正の二次電圧が誘起される。
一方、プラズマ発生用コンデンサ３３は、点火プラグ１０と並列に接続されており、電源３１により充電されている。

印加された二次電圧が中心電極１１０と接地電極１３０との放電電圧を超えると両電極間に放電が開始され、放電空間１４０内の気体が小領域でプラズマ状態となる。このプラズマ状態の気体は、導電性を有し、プラズマ発生用コンデンサ３３の両極間に蓄えられた電荷の放電を引起し、放電空間１４０内の気体の更なるプラズマ状態化を誘発、領域を拡大し、高温・高圧の体積プラズマとなって、内燃機関内へ噴射され、内燃機関内の混合気の点火を行うことができる。

本実施形態によれば、中心電極１１とハウジング１３との間に形成される浮遊容量Ｃｓを小さくして電磁波ノイズの発生を抑制しつつ、放電用電源回路２０からの高電圧の印加によって放電空間１４０内の絶縁を破壊し、導電状態となった放電空間１４０内にプラズマ発生用電源回路から大電流を放出することによって、放電空間１４０内の気体に瞬間的に高い電気エネルギを与え、極めて着火性に優れた点火源を発生させることができる。

本実施形態において、図１４（ｂ）に示すように、整流素子３４ａを放電用電源回路２０ａとプラズマ発生用電源回路３０ａの両方の電流を整流すべく、点火コイル２３の二次コイル２３１ａとコンデンサ３３とに接続した構成としても良い。このような、構成としても、本発明の要部である、点火プラグ１０に本発明の浮遊容量低減手段を設ければ、上記実施形態と同様に電磁波ノイズを低減する効果が発揮できる。

図１５（ａ）は、放電用電源回路として、コンデンサ２８に蓄えたエネルギによって高電圧を点火プラグ１０に印加する、いわゆるＣＤＩ型の放電用電源回路２０ｂとプラズマ発生用電源回路３０ｂとを用いた点火装置１ｂの等価回路図である。このような回路であっても、本発明の要部である、点火プラグ１０に本発明の浮遊容量低減手段を設ければ、上記実施形態と同様に電磁波ノイズを低減する効果が発揮できる。

図１５（ｂ）は、放電用電源回路として、昇圧手段として圧電トランス２９を用いた放電用電源回路２０ｃと、プラズマ発生用電源回路３０とを含む点火装置１ｃの等価回路図である。このような回路であっても、本発明の要部である、点火プラグ１０に本発明の浮遊容量低減手段を設ければ、上記実施形態と同様に電磁波ノイズを低減する効果が発揮できる。

本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、１の点火装置の構成を示したが、複数の気筒からなる内燃機関の各気筒に搭載された点火装置に適宜採用し得るものである。

本発明の第１の実施形態における点火装置の構成を示す要部断面図。 （ａ）は、本発明の第１に実施形態における点火プラグの要部断面模式図、（ｂ）は、比較例として示す従来の点火プラグの要部断面模式図。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態における点火プラグの要部断面模式図、（ｂ）は、第３の実施形態における点火プラグの要部断面模式図。 本発明の各実施形態における中心電極外径の変化に対する浮遊容量を比較例とともに示す特性図。 本発明の効果の確認に用いた電磁波ノイズ測定方法の概要を示す構成図。 本発明の効果について、浮遊容量の変化に対するノイズレベルを示す特性図。 本発明の第１の実施形態における点火プラグの変形例を示す断面図。 本発明の第１の実施形態における点火プラグの変形例を示す断面図。 本発明の第２の実施形態における点火プラグの変形例を示す断面図。 本発明の３の実施形態における点火プラグの変形例を示す断面図。 本発明の４の実施形態における点火プラグの変形例を示す断面図。 本発明の第１の実施形態における点火プラグの変形例を示す断面図。 本発明の第１の実施形態における点火プラグの変形例を示す断面図。 （ａ）は、本発明に適用し得る高エネルギ電源の等価回路図、（ｂ）は、その変形例を示す等価回路図。 （ａ）は、本発明に適用し得る高エネルギ電源の変形例を示す等価回路図、（ｂ）は、他の変形例を示す等価回路図。

符号の説明

１ 点火装置
１０ 点火プラグ
１１０ 中心電極
１２０ 絶縁部材
１３０ 接地電極
１３１、１３２、１３３、１４３、１３５ ハウジング
１４０ 放電空間
１５０ 浮遊容量低減手段（低誘電率層）
２０、３０ 高エネルギ電源
４０ 内燃機関

Claims (10)

1. 内燃機関に装着される点火プラグと、該点火プラグに電気エネルギを印加する高エネルギ電源とを具備し、該高エネルギ電源から上記点火プラグに供給された電気エネルギを上記内燃機関の燃焼室内に放出して、該内燃機関の点火を行う点火装置において、
   上記点火プラグは、長軸状に伸びる中心電極と、該中心電極の外周を覆う略筒状の絶縁体と、該絶縁体の外周を覆う略筒状のハウジングと、該ハウジングの先端に連なる接地電極とからなり、上記中心電極と上記接地電極との間に上記高エネルギ電源からの供給された電気エネルギを放出する放電空間を具備し、
   上記中心電極と上記ハウジングとの間に形成される浮遊容量の低減を図るべく、浮遊容量低減手段を設けたことを特徴とする点火装置。
2. 上記浮遊容量低減手段は、上記中心電極の上記ハウジングに覆われた部位の全部又は一部の外径を縮径した中心電極径小部であることを特徴とする点火装置。
3. 上記浮遊容量低減手段は、上記ハウジングと上記中心電極との間に設けた略筒状の低誘電率層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
4. 上記低誘電率層は、上記絶縁体外周と上記ハウジング内周との境界に介設したことを特徴とする請求項３に記載の点火装置。
5. 上記低誘電率層は、上記中心電極外周と上記絶縁体内周との境界に介設したことを特徴とする請求項３又は４に記載の点火装置。
6. 上記低誘電率層は、比誘電率が３以下の低誘電率材料によって形成したことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の点火装置。
7. 上記低誘電率層は、空気又は空気を含む多孔体によって形成したことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の点火装置。
8. 上記高エネルギ電源は、高電圧を印加する放電用電源と大電流を供給するプラズマ発生用電源とからなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の点火装置。
9. 上記点火プラグは、上記絶縁体を上記中心電極の下端面よりも下方に延設せしめて、上記絶縁体の内側に上記放電空間を区画し、上記中心電極の下端面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の点火装置。
10. 上記点火プラグは、上記絶縁体の下端面から露出せしめた上記中心電極の先端と上記接地電極とを所定の放電距離を設けて対向せしめて上記放電空間を区画したことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の点火装置。

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