JP2011043140A - 点火装置およびこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性混合物を点火する段階において、点火パルスによる直流放電と電磁波照射とを燃焼室にて一緒に行うことができる小形で高効率の点火装置を得る。
【解決手段】電磁波発生装置５から点火プラグ９へと電磁波を伝送する導波管８の上記点火プラグ９を接続する端部に、中央部側より上記短部側が細くなる第１テーパ形状部位８ｃをもうけ、この第１テーパ形状部位８ｃの外縁に近接して、点火パルス発生装置１４と点火プラグ９との間に電気的に直列接続されるインダクタ１１を配置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、点火装置およびこれを備えた内燃機関に関して、特に、可燃性混合物を点火する段階において点火パルスによる直流放電と電磁波照射とを燃焼室にて一緒に行うことができる点火装置およびこれを備えた内燃機関に関する。

従来の可燃性混合物を点火する手段（点火装置）においては、内燃機関の燃焼室における空気と燃料混合物の燃焼効率を改善するため、燃焼室内のスパークプラグチップ（点火プラグの中心電極および接地電極）に、直流放電を発生させるＤＣ電圧（点火パルス）と電磁エネルギーを放射するＲＦエネルギー（電磁波）とを、可燃性混合物の点火段階において一緒に供給している。このように、同一スパークプラグチップにＤＣ電圧とＲＦエネルギーを一緒に供給する場合、ＤＣ電圧を発生する電圧源（点火パルス発生装置）とＲＦエネルギーを発生するＲＦ発生源（電磁波発生装置）とがスパークプラグチップを介し電気的につながることに起因して誤動作や故障が発生することがある。そのため、従来の可燃性混合物を点火する手段では、ＤＣ電圧とＲＦエネルギーを燃焼室に導く同軸導体（中心電極）とＲＦ発生源との間にＤＣ阻止手段（ハイパスフィルタ）を挿入し、ＲＦエネルギーを通過させると同時に、ＤＣ電圧を遮蔽してＲＦ発生源を保護すると共に、同軸導体とＤＣ電源との間にＲＦフィルタ（ローパスフィルタ）を設けて、ＤＣ電圧を通過させると同時にＲＦエネルギーを遮蔽してＤＣ電源を保護するようにしている。（例えば、特許文献１参照）。

また、電磁波を電磁波発生源（電磁波発生装置）から点火栓（点火プラグ）に伝達する手段としては、例えば、同軸ケーブルや導波管が用いられる。（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５１−７７７１９号公報 特開２００８―８２２８６号公報

内燃機関では、スパークプラグ（点火プラグ）周辺に内燃機関の他の装置が密集するので、点火プラグ装置（点火プラグとそのキャップ等の実質一体化した装置）を配置できる空間が制限される。従って、従来の可燃性混合物を点火する手段では、上述のＤＣ阻止手段およびＲＦフィルタを点火プラグ装置に組み込んで上記制限された空間内に配置することが困難であり、上記制限された空間に配置できない部品、例えば、ＤＣ阻止手段またはＲＦフィルタを上記制限された空間の外で点火プラグ装置から引き出した配線に接続する必要があった。そのため、点火装置が大形化するという問題があった。また点火装置の大形化に伴う配線の増加により、燃焼室に向けて射出されるべきＲＦエネルギーの伝達損失が大きいという問題もあった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、小形で高効率の点火装置を提供することを目的とする。

また、高効率の内燃機関を得ることを目的とする。

この発明に係る点火装置は、電磁波を放射する点火プラグと、上記点火プラグが接続される端部側が中央部側より細くなる第１テーパ形状部位を有する導波管と、上記導波管に電磁波を供給する電磁波発生装置と、上記第１テーパ形状部位の外縁に近接して配置され、且つ上記点火プラグに点火パルスを供給する点火パルス発生装置と上記点火プラグとの間に電気的に直列接続されるインダクタとを備えたものである。

また、この発明に係る内燃機関は、上記点火装置を装備したエンジンと、上記点火装置による燃焼室内での直流放電および電磁波放射の時機を制御する内燃機関制御手段とを備えたものである。

この発明によれば、点火装置を小形化および高効率化できる。

さらに、内燃機関を高効率化できる。

この発明の実施の形態１による点火装置を示す部分断面図である。 この発明の実施の形態１による図１のＡ―Ａ断面図である。 この発明の実施の形態１による図１のＢ―Ｂ断面図である。 この発明の実施の形態１による点火パルス形成装置の各部品の接続状態を示した図である。 この発明の実施の形態１による円形導波管の電磁波伝送の周波数依存性を示した図である。 この発明の実施の形態１によるトランスのコアの材質を決定するための透磁率の周波数依存性を示した図である。 この発明の実施の形態１によるインダクタのコアの材質を決定するためのインピーダンスの周波数依存性を示した図である。 この発明の実施の形態２による点火装置を示す部分断面図である。 この発明の実施の形態３による点火装置を自動車用内燃機関に適用した一例を示す部分斜視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による点火装置を示す部分断面図である。図１において、点火装置は、点火プラグ装置１、直流電源２、信号発生装置３、コイルドライバ４、電磁波発生装置５およびこれらを電気的に接続する配線などにて構成されている。図１では、点火プラグ装置１と燃焼室６の一部を、断面図にて示している。点火プラグ装置１は、電磁波伝送路７、円形の断面を有する導波管８、点火プラグ９、トランス１０、インダクタ１１、点火プラグ９とインダクタ１１を電気的に接続する配線１２、インダクタ１１とトランス１０とを電気的に接続する配線１３、および周辺の機器と絶縁をとるための絶縁性筐体１６、例えば樹脂製の筐体などにて構成されている。

また、点火パルス発生装置１４は、図１中の破線で囲んだ、直流電源２、信号発生装置３、コイルドライバ４、トランス１０およびこれらを電気的に接続する配線などにて構成されており、これにローパスフィルタとしてはたらくインダクタ１１を加えたものを点火パルス形成装置１５（図示せず）としている。このインダクタ１１は、トランス１０と点火プラグ９との間に電気的に直列に接続されている。また、電磁波発生装置５は、例えば、高周波電源にて構成されており、この電磁波発生装置５は、ハイパスフィルタとしてはたらく導波管８に接続されている。また、点火プラグ装置１が設置される内燃機関の燃焼室６は、燃焼室壁６ａとピストン（図示せず）に囲まれた燃焼空間６ｂにて構成されている。

さらに各構成部を説明すると、電磁波伝送路７は、導波管８に固着される電磁波伝送路片７ａと、この電磁波伝送路片７ａと電磁波発生装置５を接続する電磁波伝送配線７ｂ、例えば同軸ケーブルにて構成される。ハイパスフィルタとしてはたらく導波管８は、導波管壁８ａおよび導波空間８ｂにて構成され、点火プラグ９側および電磁波伝送路７側の端部が夫々細くなる第１テーパ形状部位８ｃおよび第２テーパ形状部位８ｄを有している。第１テーパ形状部位８ｃおよび上記第２テーパ形状部位８ｄに囲まれる空間は夫々円錐台になっている。導波管壁８ａには、電磁波伝送路７、点火プラグ９、および配線１２を、夫々導波空間８ｂ内に導く開口部が設けられている。配線１２を導波空間８ｂ内に導く開口部では、配線１２と導波管壁８ａとが電気的に接触しないように絶縁性固定部材１７、例えばエポキシ樹脂にて上記配線を固定している。配線１２は、導波管８外の配線部位１２ａと導波管８内の配線部位１２ｂとを有している。この導波管８の第１テーパ形状部位８ｃの外縁を取り囲むように近接してインダクタ１１が、第２のテーパ形状８ｄの部位の外縁を取り囲むように近接してトランス１０が夫々配置されている。

また、点火プラグ９は、中心電極１８、誘電体１９、ネジ部２０および接地電極２１にて構成され、ネジ部２０にて燃焼室壁６ａに固定されている。中心電極１８は、誘電体１９により導波管８と絶縁されている。導波管壁８ａと燃焼室壁６ａと接地電極２１とは、ネジ部２０を介して電気的に接続されている。直流放電を発生させる点火プラグ９のスパークギャップは、中心電極１８の燃焼室６側の端部と接地電極２１にて構成される。

図２は、図１のインダクタ１１を含むＡ―Ａ断面図である。インダクタ１１では、トロイダル形状の第１フェライトコア２２に、巻線２３が同軸状且つ放射状に巻きつけられている。また、図３は、図１のトランス１０を含むＢ―Ｂ断面図を示す。トランス１０では、トロイダル形状の第２フェライトコア２４に、内側に一次巻線２５が、外側に二次巻線２６が、夫々同軸状且つ放射状に巻きつけられている。

図４は、点火パルス形成装置１５の各部品の電気的な接続状態を示した図である。直流電源２は、例えば、バッテリであり、他の電装品に使用されるバッテリと併用されている。直流電源２は、トランス１０の一次巻線２５と二次巻線２６の両方に接続されている。一方、信号発生装置３で形成されるパルス信号は、コイルドライバ４を介してトランス１０の一次巻線２５に入力される。この入力に基づいて、点火パルスが、トランス１０からインダクタ１１を介して点火プラグ９の中心電極１８へと供給される。

このように構成された点火装置を用いて、可燃性混合物を点火する段階において点火パルスと電磁波の両方を一緒に燃焼室６に供給することについて説明する。

まず、電磁波の発生、伝送および放射について説明する。電磁波発生装置５は、例えば固体素子、マグネトロンまたは進行波増幅管などにより構成することができ、電磁波（５．７３ＧＨｚの正弦波）を発生、増幅させる役割を果たす。５．７３ＧＨｚはＩＳＭバンド（５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）と呼ばれる周波数帯に含まれ、他周波数に比べて空間に放出される電磁波規制の上限値が高く制定されている。また、ＩＭＳバンドの５．８０ＧＨｚはＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）で使用されているため、干渉を避ける観点から５．７３ＧＨｚを使用することが好ましい。電磁波発生装置５は、電磁波のゲインを制御することで、その出力を制御することができる。

電磁波発生装置５から出力された電磁波は、電磁波伝送路７、導波管８、点火プラグ９の中心電極１８を経由して、燃焼空間６ｂへ放射される。電磁波伝送配線７ｂは、同軸ケーブルなどのシールド付きのケーブルで構成され、導波管８へ電磁波を入射する電磁波伝送路片７ａが電磁波伝送配線７ｂに接続されている。電磁波伝送路片７ａの導波管８への挿入長は、５．７３ＧＨｚにおける１／４波長に相当する１３ｍｍ程度とすることが好ましい。

導波管８の電磁波伝送路７側の端部は、電磁波伝送路７側から中央部に向かって次第に広くなる第２テーパ形状部位８ｄを有している。第２テーパ形状部位８ｄに囲まれる空間は、導波管８が円形断面を有する管であることから、図１において下底が下の円錐台となる。また、第２テーパ形状部位８ｄの最も広い部分の位置（上記円錐台の下底に相当）は、電磁波伝送片７ａの導波管８内側端部より点火プラグ９側に設けており、つまり電磁波伝送片７ａの導波管８内側端部が、第２テーパ形状部位８ｄに囲まれた空間内に位置するようにしている。このように、導波管８の電磁波伝送路７側端部を中央部側より細くテーパ形状にし、電磁波伝送片７ａの導波管８内側端部を第２テーパ形状部位８ｄに囲まれた空間内に配置することで、電磁波伝送路７側で定まった電磁波伝送のインピーダンスから導波管８のインピーダンスへの変化を段階的もしくは連続的にすることができる。これにより、伝送路のインピーダンスの不連続性に起因する電磁波の反射が低減され、この反射による伝送損失を低減できるので、高い効率で電磁波を伝送できる。

また、導波管８の中央に位置する円柱部の断面の半径は２５ｍｍ程度にすることが好ましい。図５は、この実施の形態１による円形導波管の半径が２５ｍｍの場合の電磁波伝送の周波数依存特性を示した図である（マイクロ波工学（森北出版）Ｐ６７、第１版、１９７５参照）。縦軸の減衰定数が小さいほど、電磁波伝送のインピーダンスは低くなり、電磁波を高効率で伝送できる。つまり、半径を２５ｍｍ程度にすることにより、ＩＭＳバンドの電磁波伝送を高効率にすることが分かる。

さらに、導波管８の中心電極１８側においても、電磁波伝送路７側と同様な理由で、導波管８に中央部から中心電極１８側へ向かって次第に細くする第１テーパ形状部位８ｃを設けている。この第１テーパ形状部位８ｃに囲まれる空間は、導波管８が円形断面を有する管であることから、図１において下底が上の円錐台となる。また、第１テーパ形状部位８ｃの最も広い部分の位置（上記円錐台の下底に相当）は、中心電極１８の導波管８内側の一方の端部より電磁波伝送片７ａ側に設けており、つまり中心電極１８の導波管８内側の一方の端部が、第１テーパ形状部位８ｃに囲まれた空間内に位置するようにしている。このように導波管８の中心電極１８側を中央部側より細くテーパ形状にし、中心電極１８の導波管８内側の一方の端部が、第１テーパ形状部位８ｃに囲まれた空間内に配置することにより、中心電極１８側で定まる電磁波伝送のインピーダンスから導波管８のインピーダンスへの変化を段階的もしくは連続的にすることができる。これにより、伝送路のインピーダンスの不連続性に起因する電磁波の反射が低減され、この反射による伝送損失を低減できるので、高い効率で電磁波を伝送できる。

導波管８から中心電極１８に伝送された電磁波は、中心電極１８の燃焼空間６ｂに突出している他方の端部から燃焼空間６ｂに放射され、燃焼空間６ｂ内の可燃性混合物に電磁波のエネルギーを与える。

続いて、点火パルスの発生、伝送および点火プラグでの直流放電の発生について説明する。信号発生装置３で形成されたパルス信号に基づきコイルドライバ４が動作し、直流電源２からエネルギーがトランス１０に供給されて点火パルスが発生する。このトランス１０は、導波管８の第２テーパ形状部位８ｄの外縁を近接し取囲むように設置されおり、絶縁性筐体１６の寸法を大形化することなくトランス１０を配置できる。つまり、従来、点火プラグ装置とは別途設置する必要があったトランスを、点火プラグ装置に組み込むことができるので、点火装置を小形化できる。

トランス１０に用いる第２フェライトコア２４の材質は、図６（出典、「電気工学ハンドブック」電気学会、２００１年、第６版、Ｐ２００、図７０）に示す材料Ａ（図中、ｘ＝０．３０の材料。透磁率の実数成分μ’を実線で、虚数成分μ''を破線で夫々示す。）のように、他の材質と比較して周波数ｆ＝１ＭＨｚにおいて最も透磁率の高い磁気特性を示すものを選択した。これは、点火用パルスの立ち上がり時間が１μｓ程度であり、単純に周波数に換算すると１ＭＨｚとなるので、１ＭＨｚ時の透磁率に着目して材料を選択することが好ましいためである。また、点火パルスの振幅には、点火パルス印加時間である１ｍｓに対応する１ｋＨｚ時の透磁率も影響するが、図６に示すように透磁率は、ある周波数を臨界点として減衰するので、１ＭＨｚで透磁率の高い材料を選択しておけば、１ｋＨｚでも充分に高い透磁率が得られる。

トランス１０から出力される立ち上りが１μｓ程度の点火パルスが、インダクタ１１に入力される。インダクタ１１は、上述の通りローパスフィルタとしての役割を担うので、インダクタ１１に用いられるフェライトコア２１の材質としては、立ち上りが１μｓの点火用パルスを減衰させることなく、５．７３ＧＨｚの電磁波を遮蔽できる磁気特性を有することが好ましい。つまり、１ＭＨｚでインピーダンスが１Ω以下と低く、周波数が高くなるほどインピーダンスが高くなる材料、例えば図７（出典、ＴＤＫ社カタログ２００７年版「ＥＭＣ対策用フェライトコア コモンモードフィルタ用」から抜粋）に示すＧＴ７などが好ましい。

このような材質を選定することにより、インダクタ１１を形成するコアの透磁率を、点火パルスの立ち上がり時の周波数を超えた周波数領域から立ち上るように設定することができ、上記周波数領域より低い周波数成分によって構成されている点火パルスがインダクタ１１で減衰することが無く通過し、さらに、上記周波数領域より圧倒的に周波数が高いＧＨｚ帯の電磁波のみを効率的に遮蔽することができる。

なお、図７には５００ＭＨｚ以上のインピーダンス特性が示されておらず、電磁波の周波数である５．７３ＧＨｚの特性が記載されていない。そこで、図６に示す透磁率特性と合わせて推定する。例えば、材料Ｂ（図中、ｘ＝１．００の材料）の１００ＭＨｚ以上で、透磁率の実数成分μ’は周波数に対して減衰傾向を示し、虚数成分μ''は周波数に対し一旦増加するがその後は減少する傾向を示す。この周波数特性から、数ＧＨｚではインピーダンス特性も低下し、５．７３ＧＨｚで所望の特性を得られない可能性が考えられる。仮に、図６で周波数に対して透磁率一定とすると、図７に相当するインピーダンス特性は、周波数に比例してインピーダンスが増加する。従って、図６で周波数に対して透磁率が減少する時は必ずインピーダンスも減少するとまでいえない。しかし、透磁率が周波数に対して大きな減少特性を持つ場合はインピーダンスも低下する可能性がある。その場合には、主にＧＨｚ帯の周波数領域で使用されている材料、例えばガーネットフェライトや六方晶フェライトを用いることが好ましい。

インダクタ１１から出力された点火パルスは、配線１２によって導波管壁８ａに設けた開口部を通り導波空間８ｂ内に位置する中心電極１８の一方の端部まで伝送される。この伝送された点火パルスにより、燃焼空間６ｂ内に露出した中心電極１８の他方の端部と接地電極２１との間で直流放電を発生させる。

以上のような伝送経路にて、電磁波発生装置５で発生させた電磁波と、直流電源２をエネルギー源とする点火パルスが夫々伝送されるので、可燃性混合物を点火する段階において電磁波と点火パルスを一緒に発生させると、中心電極１８にて高周波と点火パルスが重畳される。重畳された電磁波と点火パルスは、燃焼室側に突出した中心電極１８の他方の端部から燃焼空間６ｂに向けて射出される。

この実施の形態１の点火装置では、導波管８の中心電極１８側の端部に第１テーパ形状部位８ｃをもうけ、この第１テーパ形状部位８ｃの外縁に近接して囲むようにインダクタ１１を設けたので、点火プラグ装置１全体の寸法を大きくすることなく、従来別置きであったインダクタ１１を点火プラグ装置１に組み込むことができる。これにより、点火装置を小形化できる。

また、導波管８の電磁波伝送路７側の端部に第２テーパ形状部位８ｄをもうけ、この第２テーパ形状部位８ｄの外縁に近接して囲むようにトランス１０を設けたので、点火プラグ装置１全体の寸法を大きくすることなく、従来別置きであったトランス１０を点火プラグ装置１に組み込むことができる。これにより、点火装置を小形化できる。

また、導波管８の中心電極１８側の端部に第１テーパ形状部位８ｃをもうけ、この第１テーパ形状部位８ｃに囲まれる空間内に中心電極１８の導波空間８ｂ内側の一方の端部が位置するよう構成したので、電磁波の伝送経路上のインピーダンスの不連続性を減らせる。これにより、電磁波の高い伝送効率を実現できる。

また、導波管８の電磁波伝送路７側の端部に第２テーパ形状部位８ｄをもうけ、この第２テーパ形状部位８ｄに囲まれる空間内に電磁波伝送片７ａの導波空間８ｂ内側の端部が位置するよう構成したので、電磁波の伝送経路上のインピーダンスの不連続性を減らせる。これにより、電磁波の高い伝送効率を実現できる。

また、インダクタ１１を、第１テーパ形状部位８ｃを囲むように近接配置することで、中心電極１８からインダクタ１１まで配線１２の長さを短くしたので、配線１２に流入する電磁波を最小とすることができる。さらに、配線１２の内、導波管８外に位置する配線部位１２ａの長さを短くすることができるので、配線部位１２ａから空間に放出される電磁波を小さくできる。これらの電磁波の配線１２への流入および外部への放出は、本来、中心電極１８から燃焼室６に向けて射出されるべきエネルギーが漏洩する伝達損失であるので、これらの低減は電磁波伝達の高効率化につながる。

さらに、インダクタ１１が、点火パルス発生装置１４へと電磁波が流れないように遮蔽するローパスフィルタとしてはたらくので、電磁波が点火パルス発生装置１４側まで漏洩することによる伝送損失を防止できる。

以上より、この実施の形態１の発明では、導波管８の点火プラグ９に接続される側の端部に第１テーパ形状部位８ｃを採用することで空いた空間を利用して、インダクタ１１を点火プラグに近接させ、点火プラグ装置と一体化させて設けることができるので、小形で高効率の点火装置を提供することができる効果がある。

また、トロイダル形状の第１フェライトコア２２に巻線を巻いたインダクタ１１を適用することで、上記空間にインダクタ１１を高密度で実装でき、一層小形の点火装置を提供することができる効果がある。

また、点火プラグ９のスパークギャップと反対側の電極端部が、第１テーパ形状部位８ｃに囲まれた空間内に位置するように構成することで伝送路のインピーダンスの不連続性を低減できるので、電磁波の伝送損失を一層低減することができる効果がある。

また、導波管８の電磁波伝送路７側に接続される側の端部に第２テーパ形状部位８ｄを採用することで空いた別の空間を利用して、トランス１０を点火プラグ装置と一体化させて設けることができるので、一層小形の点火装置を提供することができる効果がある。

また、トロイダル形状の第２フェライトコア２４に１次巻線および２次巻線を巻いたトランス１０を適用することで、上記別の空間にトランス１０を高密度で実装でき、さらに小形の点火装置を提供することができる効果がある。

また、電磁波伝送路７の導波管８内側の端部が、第２テーパ形状部位８ｄに囲まれた空間内に位置するように構成することで伝送路のインピーダンスの不連続性を低減できるので、電磁波の伝送損失を一層低減することができる効果がある。

なお、この実施の形態１において、断面形状が長方形の第２フェライトコア２４を有するトランス１０を用いた例を示したが、導波管８の第２テーパ形状部位８ｄに沿うように第２フェライトコア２４のトロイダル形状の内側面をテーパ形状とし、第２フェライトコア２４の断面形状を台形にしても良い。このように台形にすることにより、同じ点火プラグ装置の外形でコアの断面積を大きくすることができるので、コアの材質がもつ透磁率特性が同じでも、トランスとしてのインダクタンスを大きくすることができ、より一次巻線２５や二次巻線２６の巻数を減らすことができて、小形化できる。

実施の形態２．
図８には、この発明の実施の形態２による点火装置を示す。上述のように導波管８に電磁波を伝送する電磁波伝送配線７ｂは同軸ケーブルなどで構成されるため、非常に曲がりにくく、エンジンルームの高さ制限がある場合、図１に示すように点火プラグ装置１の上部に電磁波伝送配線７ｂを設けること難しい。また、たとえ電磁波伝送配線７ｂを点火プラグ装置の上部に設けることが出来たとしても、配線に不要な力がかかりやすく配線故障の原因となる。この実施の形態では、このような制限がある場合にも実施の形態１と同様な効果が得られる構成を示すもので、その他の構成は基本的には実施の形態１の構成と同様であるので、以下では主に実施の形態１と異なる点について説明する。

図８では、導波管８の上部側の側面から電磁波伝送片７ａを引き出し、電磁波伝送配線７ｂを電磁波伝送片７ａの導波管外部の端部より絶縁性筐体１６側面へと引き出している。このような構成を用いることにより、点火プラグ装置１の設置できる空間に高さ制限がある場合でも、電磁波伝送配線７ｂに不要な力をかけることなく点火プラグ装置１を設置できる。また、厚さが薄いトロイダル状のトランス１０を、電磁波伝送配線７ｂを取囲むように配置することで、点火プラグ装置１に従来別置きであったトランス１０を組み込んでいる。

また、導波管８の中心電極１８と反対側に位置する上部壁面に、導波管８の軸方向に垂直な面に対して、電磁波伝送路７を引出した側の高さが低くなる勾配を設け、電磁波伝送路７側で定まった電磁波伝送のインピーダンスから導波管８のインピーダンスへの変化を段階的または連続的にしている。これにより、伝送路のインピーダンスの不連続性に起因する電磁波の反射が低減され、この反射による伝送損失を低減できるので、高い効率で電磁波を伝送できる。

以上より、この実施の形態２の発明では、点火プラグ装置１の側面から電磁波伝送配線７ｂを引出すようにしたので、点火プラグ装置の設置できる空間に高さ制限がある場合でも、本発明の点火装置を適用できると共に、電磁波伝送配線７ｂに不要な力がかかることを防止できる効果がある。

また、点火プラグ装置１の側面から電磁波伝送配線７ｂを引出す場合であっても、導波管８の上部壁面に勾配を設けることで、伝送路のインピーダンスの不連続性を低減できるので、電磁波の伝送損失を低減することができる効果がある。

なお、この実施の形態２において、図８にトランス１０を導波管８の側面に配置して出来るだけ高さを低くするようにした場合を示したが、導波管８の勾配を設けた上部壁面の近傍にトランス１０を収納できるスペースがあれば、導波管８の上部にトランス１０を配置しても良い。

また、設置制限が、高さ制限のみで、点火プラグ装置の前後もしくは左右に設置空間を設けることが可能な場合は、トロイダル状のトランス１０の厚さ方向を大きくして、その分、径方向を小さくしても良い。

実施の形態３．
図９は、この発明の点火装置を自動車用の内燃機関に適用した一例を示している。エンジンが収納されるエンジンルームには、左右方向に並んだ複数の燃焼室６（図示せず）を有するエンジン本体２７、上記エンジン本体２７の上部に接続される点火プラグ装置１、バッテリ２、電磁波発生装置５、燃料供給手段、例えば燃料バルブ（図示せず）、空気供給手段２８、例えば吸気用フィルタ、可燃性混合物発生手段２９、例えばキャブレター、排気手段、例えば排気管（図示せず）、冷却手段３０、例えばラジエーター、エンジン始動手段３１、例えばスターター、および、内燃機関制御手段３２、例えばＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）など多数の機器が高密度で実装されている。

このように多数の機器が高密度で実装されている自動車のエンジンルーム内において、特に、エンジン本体２７とエンジンルームの蓋３３との間の空間は小さく、設置できる点火プラグ装置１の高さ寸法が制限される。さらに、エンジン本体２７の燃焼室６に点火プラグ装置１を設置する部位の前後には、吸気用バルブ、排気用バルブ、およびその駆動機構、例えばカム機構など（図示せず）が設置されるので、設置できる点火プラグ装置１の前後方向の寸法が制限される。また、上記複数の燃焼室６の夫々の間隔により、設置できる点火プラグ装置１の左右方向の寸法が制限される。

このように制限された空間においても、この発明の点火装置を自動車用の内燃機関に適用することで、従来別置きであったローパスフィルタ１１とトランス１０を点火プラグ装置１に格納できる。

また、特に、実施の形態２で示した構成の点火装置を適用すれば、特に高さ制限が厳しい場合においても、電磁波伝送路７を点火プラグ装置１の側面から引出すことにより、電磁波伝送配線７ｂに不要な力を加えることなく、本発明の点火装置を自動車用の内燃機関に適用することができる。これにより、点火装置の信頼性が向上する。

また、この内燃機関では、各種センサにて収集したデータ、例えば可燃性混合物の空燃比やエンジン吸排気のタイミングなどに基づいて、最適なタイミングにて直流放電もしくは電磁波照射を開始し終了するように、内燃機関制御手段３２により点火装置を制御する。これにより、直流放電のみでは点火が困難であった希薄燃焼領域においても、最適な点火が可能となり、高い効率で低ＮＯｘの燃焼を実現できる。

つまり、エンジンルーム内の制限された空間においても、点火パルスによる直流放電と電磁波照射とを燃焼室にて一緒に行うことができる点火装置を提供することで、燃費の改善と環境性の向上を実現できる。

以上より、この実施形態３の発明では、本発明の点火装置１を内燃機関に適用することで、従来別置きであったローパスフィルタ１１とトランス１０を点火プラグ装置１に格納し、少ない伝送損失で電磁波のエネルギーを可燃性混合物に供給できる。これにより、小形、高効率の内燃機関を得ることができる効果がある。

また、上記エンジンに装備された上記点火装置を内燃機関制御手段で最適に制御することで、高い効率で低ＮＯｘの内燃機関を得ることができる効果がある。

なお、この実施の形態３では、自動車用内燃機関にこの発明の点火装置を適用する一例を示したが、この発明は自動車用に限定するものではなく、船舶用、航空機用、機関車用、およびその他の動力として用いられる内燃機関であっても良い。

ところで、以上の実施の形態においては、断面形状が長方形の第１フェライトコア２２にて構成されるインダクタ１１を用いた例を示したが、導波管８の第１テーパ形状部位８ｃに沿うように第１フェライトコア２２のトロイダル形状の内側面をテーパ形状とし、第１フェライトコア２２の断面形状を台形にしてもよい。このように台形にすることにより、同じ点火プラグ装置の外形でコアの断面積を大きくすることができるので、コアの材質がもつインピーダンス特性が同じでも、インダクタとしてのインピーダンスを大きくすることができ、より電磁波を効率的に遮蔽することができる。

また、以上の実施の形態では、円形断面の導波管８を用いたものを示したが、方形断面の導波管を用いても良い。その場合は、導波管のテーパ形状で囲まれる空間は四角錐台となるので、これに合わせて、トランス１０およびインダクタ１１の形状を四角の枠状にしても良い。

１ 点火プラグ装置、２ 直流電源、３ 信号発生装置、４ コイルドライバ、５ 電磁波発生装置、６ 燃焼室、６ａ 燃焼室壁、６ｂ 燃焼空間、７ 電磁波伝送路、７ａ 電磁波伝送路片、７ｂ 電磁波伝送配線、８ 導波管、８ａ 導波管壁、８ｂ 導波空間、８ｃ 第１テーパ形状部位、８ｄ 第２テーパ形状部位、９ 点火プラグ、１０ トランス、１１ インダクタ、１２ 配線、１２ａ 配線部位、１２ｂ 配線部位、１３ 配線、１４ 点火パルス発生装置、１５ 点火パルス形成装置、１６ 絶縁性筐体、１７ 絶縁性固定部材、１８ 中心電極、１９ 誘電体、２０ ネジ部、２１ 接地電極、２２ 第１フェライトコア、２３ 巻線、２４ 第２フェライトコア、２５ 一次巻線、２６ 二次巻線、２７ エンジン本体、２８ 空気供給手段、２９ 可燃性混合物発生手段、３０ 冷却手段、３１ エンジン始動手段、３２ 内燃機関制御手段、３３ エンジンルームの蓋

Claims (9)

1. 電磁波を放射する点火プラグと、上記点火プラグが接続される端部側が中央部側より細くなる第１テーパ形状部位を有する導波管と、上記導波管に電磁波を供給する電磁波発生装置と、上記第１テーパ形状部位の外縁に近接して配置され、且つ上記点火プラグに点火パルスを供給する点火パルス発生装置と上記点火プラグとの間に電気的に直列接続されるインダクタとを備えたことを特徴とする点火装置。
2. インダクタは、トロイダル形状の第１フェライトコアと上記第１フェライトコアに巻いた巻線とを有し、且つ第１テーパ形状部位を取囲むように配置されたことを特徴とする請求項１記載の点火装置。
3. 点火プラグのスパークギャップと反対側の端部は、第１テーパ形状部位に囲まれた空間内に位置するように配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の点火装置。
4. 電磁波発生装置から導波管へ電磁波を伝える電磁波伝送路に接続される上記導波管の端部は、上記端部側が中央部側より細くなる第２テーパ形状部位を有し、上記第２テーパ形状部位の外縁に近接して点火パルス発生装置の一部を構成するトランスが一体に配置されたことを特徴とする請求項１記載の点火装置。
5. トランスは、トロイダル形状の第２フェライトコアと上記第２フェライトコアに巻いた１次巻線および２次巻線とを有し、且つ第２テーパ形状部位を取囲むように配置されたことを特徴とする請求項４記載の点火装置。
6. 電磁波伝送路の導波管の内側の端部は、第２テーパ形状部位に囲まれた空間内に位置するように配置されたことを特徴とする請求項４または５記載の点火装置。
7. 電磁波発生装置から導波管へ電磁波を伝える電磁波伝送路と上記導波管との接続部位は、上記導波管の側面に設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の点火装置。
8. 導波管の点火プラグが接続される一端部と反対側の他端部の壁面は、上記導波管の軸方向に垂直な面に対して、電磁波伝送路と上記導波管との接続部位側の高さが低くなる勾配を有することを特徴とする請求項７記載の点火装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の点火装置を有するエンジンと、上記点火装置による燃焼室内での直流放電および電磁波放射の時機を制御する内燃機関制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関。

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