JP2011159476A - 点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグの中心電極とターミナルとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させることなく、火花放電に由来する高周波ノイズを適正に抑制する点火装置を提供する。
【解決手段】点火装置１００は、点火コイル３と中心電極１２との間を抵抗を介することなく、導体１３及び点火時に発生するノイズを低減するためのコイル１４を用いて接続しているので、中心電極１２とターミナル１１との間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させる必要がない。特に、高周波発振器５からの高周波電圧により中心電極１２と接地電極１７との間の空間にプラズマ雰囲気を生成させる場合にあっては、点火装置１００は抵抗によって高周波電圧が減衰させられる不都合を回避し得るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、火花点火式内燃機関用の点火装置に関する。

イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧が印加されて火花放電し火花点火する点火プラグが周知である。この種の点火プラグにおいては、火花放電に由来する高周波ノイズを減衰させ、高周波ノイズによる電子制御装置その他の電装系の誤動作を防ぐべく、図５に示すように、ターミナルａと中心電極ｂとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗ｃを介設していることが多い（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、燃焼室内の混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得ることができるようにするために、高周波発振器が発振する高周波電圧を中心電極ｂに印加し、その高周波電界により中心電極ｂと接地電極との間の空間にプラズマ雰囲気を生成し、プラズマ雰囲気中で火花点火することが試みられている。

上記点火方法を採用する場合に、上述した特許文献１記載のもののような点火プラグを使用すると、高周波発振器からの高周波電圧が抵抗ｃにより減衰するため、所望の効果を得にくくなるという不都合が発生する。

特開２００９−１９３７３７号公報

本発明は、以上の点に着目し、点火プラグの中心電極とターミナルとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させることなく、火花放電に由来する高周波ノイズを適正に抑制することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る点火装置は、イグナイタが電子制御装置からの点火信号を受けた際に高電圧を印加する点火コイルと、この点火コイルからの放電電圧の印加により中心電極及び接地電極の間で火花放電する点火プラグとを具備するものであって、前記点火コイルと前記中心電極との間を抵抗を介することなく、導体及び点火時に発生するノイズを低減するためのコイルを用いて接続していることを特徴とする。

このような構成によれば、中心電極とターミナルとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させる必要がない。特に、高周波発振器からの高周波電圧により中心電極と接地電極との間の空間にプラズマ雰囲気を生成させる場合にあっては、抵抗によって高周波電圧が減衰させられる上記不都合を回避できる。

点火プラグの構成を変更するのみで本発明に係る点火装置を実現するためには、高周波ノイズ低減用のコイルを予め点火プラグ内に配置しておくことが好ましい。

他方、高周波ノイズ低減用のコイルを、前記点火プラグにおいて露出するターミナルに電気的に接続するコイルバネとする場合には、高周波ノイズ低減用の抵抗を内蔵していない既製の点火プラグを用いて本発明を実現することができる。

本発明によれば、点火プラグの中心電極とターミナルとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させることなく、火花放電に由来する高周波ノイズを適正に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る点火装置を示す中央縦断面図。 同実施形態に係る点火装置の回路図。 同実施形態に係る点火装置のブロック図。 本発明の変形例に係る点火装置を示す中央縦断面図。 従来の点火プラグを示す中央縦断面図。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の点火装置１００は、車両等に搭載されるエンジンに用いられ、図１ないし図３に示すように、電子制御装置４から発される点火信号を受けるイグナイタ２と、イグナイタ２が点火信号を受けた際に火花点火をもたらす高い誘導電圧を発生させる点火コイル３と、点火コイル３で発生した高誘導電圧の印加を受ける点火プラグ１とを要素とする。

本実施形態におけるイグナイタ２及び点火コイル３は、従来より周知のものである。イグナイタ２は、点火コイル３を収めたコイルケースCに一体に内蔵された半導体スイッチング素子である。

点火コイル３は、コイルケースCに収められた一次コイル３ａ及び二次コイル３ｂを主体とする。コイルケースCは、下方に開口した筒状をなしており、内外周に重ねた一次コイル３ａ及び二次コイル３ｂの下方、すなわちコイルケースCの下端部位に、点火プラグ１を挿入して装着するためのプラグ装着部Ｃａを設けてある。

点火プラグ１は、図１に示すように、上記プラグ装着部Ｃａに挿入して装着された状態で点火コイル３に接続するターミナル１１と、接地電極１７との間で火花放電を行う中心電極１２と、中心電極１２とターミナル１１との間に介在する導体１３と、同じく中心電極１２とターミナル１１との間に介在し点火時に発生するノイズを減衰させるためのコイル１４と、導体１３及びコイル１４を被覆して絶縁する絶縁碍子１５と、絶縁碍子１５を外方から支持するとともに下端部に接地電極１７を設けたハウジング１６とを具備する。

本実施形態では、ターミナル１１及び導体１３を一体に形成している。但し、ターミナル１１と導体１３とを別体として両者を導電接続した構造としてもよい。

コイル１４は、高周波電流をシャットアウトし、直流又は低周波電流を選択的に通過させ得るチョークコイルである。一般に、コイル１４のインピーダンスの周波数特性は、周波数が高くなるほどインピーダンスが逓増するような特性を示す。また、コイル１４のインピーダンスは巻き数の二乗に概ね比例して大きくなる。本実施形態では、６０ＭＨｚ周辺の周波数帯域におけるインピーダンスが十分な大きさをとるようにコイル１４の巻き数を設定している。

図２は、この点火装置１００の回路図である。この点火装置１００による火花点火の原理は、以下に述べるようなものである。

電子制御装置４からの点火信号をイグナイタ２が受けると、まず点火コイル３の一次側すなわち一次コイル３ａに電流が流れ、点火タイミングでこの電流が遮断されると、自己誘導作用が起こり、一次側３ａに高電圧が発生する。そして、一次側３ａと二次側すなわち二次コイル３ｂとは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側３ｂにさらに高い誘導電圧が発生する。この高誘導電圧が点火プラグ１の中心電極１２に印加され、中心電極１２と接地電極１７との間で火花放電が発生する。

その上で、本実施形態では、図３に示すように、点火装置１００に高周波発振器５を付設しており、高周波発振器５による高周波電界と点火コイル３による高誘導電圧とを重ね合わせて点火プラグ１のターミナル１１ひいては中心電極１２に印加するようにしている。

高周波発振器５から発振される高周波電圧は、火花放電開始と略同時あるいは火花放電開始直後あるいは火花放電開始直前に、中心電極１２に印加される。これにより、中心電極１２と接地電極１７との間の空間に、高周波電界が形成される。そして、高周波電界中で火花放電を行うことによりプラズマが発生し、このプラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成する。

上記は、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、すなわちプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎核も大きくなるのである。この結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。

高周波発振器５は、例えば２００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ帯の高周波電圧を発生させるものである。一方、中心電極１２と接地電極１７との間の火花放電時に発生する高周波ノイズの主成分は、概ね６０ＭＨｚ帯にある。

ここで、既に述べたように、点火プラグ１内に配置したコイル１４は、火花放電時に発生する高周波ノイズが属する周波数帯、具体的には６０ＭＨｚ帯において大きなインピーダンスを持つ。従って、火花放電に由来する高周波ノイズは、点火プラグ１内のコイル１４を通過する際に減衰する。

これに対し、高周波発振器５により発生する高周波電圧の周波数帯は、２００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間にある。この周波数帯における上記コイル１４のインピーダンスは、６０ＭＨｚ帯におけるインピーダンスより十分に小さい。また、本実施形態では、点火プラグ１の中心電極１２とターミナル１１との間に、ノイズ減衰用の抵抗を介設していない。ゆえに、高周波電圧の減衰は少なく、プラズマ雰囲気の生成は妨げられない。要するに、コイル１４は、ローパスフィルタ的な働きをする。

本実施形態によれば、前記点火コイル３と前記中心電極１２との間を抵抗を介することなく、導体１３及び点火時に発生するノイズを低減するためのコイル１４を用いて接続している構成を適用しているので、中心電極１２とターミナル１１との間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させる必要がない。特に、高周波発振器５からの高周波電圧により中心電極１２と接地電極１７との間の空間にプラズマ雰囲気を生成させる場合にあっては、抵抗によって高周波電圧が減衰させられる上記不都合を回避できる。

特に本実施形態では、高周波ノイズ低減用のコイル１４を予め点火プラグ１内に配置しているので、イグナイタ２及び点火コイル３に改変を加える必要は無く、点火プラグ１を変更するのみで上記効果を実現できる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

以下、本発明の変形例について説明する。本変形例において、上記実施形態に相当する構成要素については同じ符号を付すとともに、詳細な説明を省略するものとする。

上記実施形態では、点火時に発生するノイズを低減するためのコイル１４を点火プラグ１に内蔵していた。これに対し、本変形例では、図４に示すように、当該コイルＳＰを点火プラグ１外に配置している。

本変形例における点火プラグ１は、例えば発電機用の点火プラグ１の如く、中心電極１２とターミナル１１との間を高周波ノイズ低減用の抵抗を介することなく導体１３によって接続しているものである。図示例では、ターミナル１１、中心電極１２及び導体１３を一体に形成している。但し、ターミナル１１と導体１３とを別体として両者を導電接続した構造としてもよいし、中心電極１２と導体１３とを別体として両者を導電接続した構造としてもよい。

しかして、本変形例では、高周波ノイズ低減用のコイルＳＰを、コイルケースＣ内に設けている。コイルＳＰは、上端側が点火コイル３の二次コイル３ｂに接続する一方、下端側がコイルケースＣにおけるプラグ装着部Ｃａに所在している。このコイルＳＰの少なくとも下端側は、コイルバネとなっており、プラグ装着部Ｃａ内に点火プラグ１が挿入された状態で弾性変形を伴いつつ点火プラグ１のターミナル１１に接触してターミナル１１と電気的に接続する。

コイルＳＰは、下端の一部分がターミナル１１に絡みつくように外接する。であるから、このコイルＳＰの、ターミナル１１に接触しない範囲ＳＰ１の巻き数が、６０ＭＨｚ周辺の周波数帯域における十分なインピーダンスを持ち得るように設定する必要がある。ターミナル１１に接触しない範囲ＳＰ１には、絶縁コーティングを施しておくことが好ましい。

本変形例の構成によっても、先に述べた実施形態と同等の効果を奏し得る。また、本変形例によれば、高周波低減用の抵抗を内蔵していない既製の点火プラグ１を使用することが可能である。

本発明の点火プラグ１は、高周波発振器５を付設していない従来型の点火装置１００に使用してもよく、その場合にも火花放電に由来する高周波ノイズを適正に抑制することができる。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

本発明は、火花点火式の内燃機関に利用することができる。

１…点火プラグ
１１…ターミナル
１２…中心電極
１３…導体
１４、ＳＰ…コイル
２…イグナイタ
３…点火コイル
５…電子制御装置
１００…点火装置

Claims (3)

1. イグナイタが電子制御装置からの点火信号を受けた際に高電圧を印加する点火コイルと、
   この点火コイルからの放電電圧の印加により中心電極及び接地電極の間で火花放電する点火プラグとを具備するものであって、
   前記点火コイルと前記中心電極との間を抵抗を介することなく、導体及び点火時に発生するノイズを低減するためのコイルを用いて接続していることを特徴とする点火装置。
2. 前記コイルが、前記点火プラグ内に配されている請求項１記載の点火装置。
3. 前記コイルが、前記点火プラグにおいて露出するターミナルに電気的に接続するコイルバネである請求項１記載の点火装置。

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