JP2014013008A

JP2014013008A - 内燃機関の点火装置

Info

Publication number: JP2014013008A
Application number: JP2012150580A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Nakakita; 保典中北
Original assignee: YAMAMOTO DENKI SEISAKUSHO KK
Current assignee: YAMAMOTO DENKI SEISAKUSHO KK
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-01-23

Abstract

【課題】点火プラグ以外での不要なスパークが発生することがない内燃機関の点火装置を提供する。
【解決手段】点火装置１は、内燃機関の燃焼室に装着された点火プラグ２に点火用電圧を供給するために用いられる内燃機関の点火装置であって、点火プラグ２の中心電極と電気的に接続されるための出力配線ＯＵＴと、点火プラグ２の接地電極と帰線４を介して電気的に接続されるためのグラウンド配線ＧＮＤとを有し、出力配線ＯＵＴとグラウンド配線ＧＮＤとの間に点火用電圧を発生する点火回路ＰＡと、この点火回路ＰＡを収納した金属製筐体１０と、金属製筐体１０を貫通し、かつ金属製筐体１０と電気的絶縁状態を保持するようにして金属製筐体１０に取付けられ、金属製筐体１０の内部側においてグラウンド配線ＧＮＤに接続され、金属製筐体１０の外部側において帰線４と接続するための帰線用端子１８とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンエンジン等の内燃機関の点火装置に関する。

内燃機関の点火装置としては、従来から種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ビル、工場等の施設では、商用電源の停電時に備えて非常用発電装置が設置されていることが多い。非常用発電装置としては発電機をガスタービンエンジンで駆動するものが知られている。このような非常用発電装置は商用電源の停電時に使用するため、それに用いられているガスタービンエンジンの点火装置等の電源にはバッテリ等の直流電源が使用されている。

図４は、従来の内燃機関の点火装置を点火プラグに接続したときの概念図である。

この従来の点火装置５１は、金属製の筐体５０内に、点火プラグ２のギャップに火花放電を生じさせるための高電圧を周期的に発生し出力する点火回路を内蔵している。この点火装置５１は、例えば、ガスタービンエンジンの所定の取付け部６に取付けられ、点火プラグ２は、ガスタービンエンジンの燃焼器５の所定の取付け位置に取付けられている。なお、図４では、点火装置５１がその設置面（取付け部６）から浮いた状態で図示されているが、これは、点火装置５１の筐体５０と設置面との導通が不十分な状態であることを示すものであり、実際には点火装置５１は設置面に固定される。

点火装置５１には、点火回路の高電圧出力配線ＯＵＴに接続された高圧ケーブル３が取り付けられている。この高圧ケーブル３は点火プラグ２に接続される。また、点火回路のグラウンド配線ＧＮＤは、金属製の筐体５０の内面と電気的接続がなされている。そして、筐体５０の外面と点火プラグ２近傍の燃焼器５の外壁とが帰線４によって接続されている。点火回路は、高電圧出力配線ＯＵＴとグラウンド配線ＧＮＤとの間に、点火プラグ２に火花放電を生じさせる高電圧を周期的に発生させるように構成されている。

特開２００６−１４４６０５号公報

上記従来の点火装置５１では、点火回路のグラウンド配線ＧＮＤが金属製の筐体５０を介して帰線４に接続されている。このように帰線４を使用して帰還経路を形成していても、帰線４に流れる瞬間的な大電流により発生する電位差により、点火装置５１の設置面から点火プラグ２の設置面までの間の経路も帰還経路となり、この帰還経路に導通が不十分な場所があれば、そこで不要なスパークＳｐ１，Ｓｐ２が発生するという問題がある。例えば、点火装置５１が設置される取付け部６の塗装や、点火装置５１の設置面から点火プラグ２の設置面までの間の隙間などによって導通が不十分となり、その場所でスパークＳｐ１，Ｓｐ２が発生する。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、点火プラグ以外での不要なスパークが発生することがない内燃機関の点火装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態（aspect）に係る内燃機関の点火装置は、内燃機関の燃焼室に装着された点火プラグの中心電極と接地電極との間に火花放電を生じさせる点火用電圧を前記点火プラグへ供給するために用いられる内燃機関の点火装置であって、前記点火プラグの中心電極と電気的に接続されるための出力配線と、前記点火プラグの接地電極と帰線を介して電気的に接続されるためのグラウンド配線とを有し、前記出力配線と前記グラウンド配線との間に前記点火用電圧を発生する電気回路部と、前記電気回路部を収納し、前記出力配線及び前記グラウンド配線と電気的に絶縁された金属製筐体と、前記金属製筐体を貫通し、かつ前記金属製筐体と電気的絶縁状態を保持するようにして前記金属製筐体に取付けられ、前記金属製筐体の内部側において前記グラウンド配線に接続され、前記金属製筐体の外部側において前記帰線と接続するための帰線用端子とを備えている。

この構成によれば、グラウンド配線と電気的に接続され、帰線と接続するための帰線用端子が、金属製筐体と電気的絶縁状態を保持するようにして金属製筐体に取り付けられている。そのため、この点火装置を用いれば、金属製筐体が帰還経路の一部になることはなく、点火プラグと金属製筐体自体との間に帰還経路が形成されることがない。すなわち、点火装置の設置面から点火プラグの設置面までの間の経路が帰還経路となることはなく、点火プラグ以外での不要なスパークが発生することがない。

また、前記帰線用端子を支持するための絶縁性の端子取付台が前記金属製筐体の外側に取付けられていてもよい。

また、前記電気回路部は、電源電圧として外部から直流電圧を入力し、所定の周期で前記点火用電圧を発生するように構成されていてもよい。

この構成によれば、電気回路部の電源として、バッテリ等の直流電源を用いることができ、例えば、商用電源の停電時に備えて設置される非常用発電装置に用いることができる。

本発明は、以上に説明した構成を有し、点火プラグ以外での不要なスパークが発生することがない内燃機関の点火装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の内燃機関の点火装置を点火プラグに接続したときの概念図である。本発明の実施形態の内燃機関の点火装置を点火プラグに接続したときのブロック図である。（ａ）は、本発明の実施形態の内燃機関の点火装置の平面図であり、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同点火装置の側面図であり、（ｄ）は同点火装置の正面図である。従来の内燃機関の点火装置を点火プラグに接続したときの概念図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態の内燃機関の点火装置を点火プラグに接続したときの概念図である。図２は、本発明の実施形態の内燃機関の点火装置を点火プラグに接続したときのブロック図である。

本実施形態の内燃機関の点火装置１は、例えばガスタービンエンジンに用いられる点火装置である。ガスタービンエンジンは、圧縮機、燃焼器及びタービン等によって構成される。点火装置１は、例えば、ガスタービンエンジンの所定の取付け部６に取付けられている。また、点火プラグ２は、周知のように中心電極及び接地電極を有しており、ガスタービンエンジンの燃焼器（燃焼室）５の所定の取付け位置に取付けられている。また、図１では、点火装置１がその設置面（取付け部６）から浮いた状態で図示されているが、これは、図４の場合と同じく、点火装置１の金属製筐体１０とその設置面との導通が不十分な状態であることを示すものであり、実際には点火装置１は設置面に固定される。なお、本実施形態の場合には、点火装置１の金属製筐体１０とその設置面との導通が不十分であるか否かは問題とならない。

この点火装置１では、金属製筐体１０内に、点火プラグ２の中心電極と接地電極との間に火花放電を生じさせるための高電圧（点火用電圧）を周期的に発生する点火回路（電気回路部）ＰＡを内蔵している。この点火回路ＰＡにおいて、上記高電圧（点火用電圧）は、高電圧出力配線ＯＵＴとグラウンド配線ＧＮＤとの間に発生される。

そして、金属製筐体１０には、点火回路ＰＡの高電圧出力配線ＯＵＴと一端が電気的に接続された高圧ケーブル（高電圧ケーブル）３が取り付けられている。高圧ケーブル３はその他端が点火プラグ２の中心電極と電気的に接続される。また、点火回路ＰＡのグラウンド配線ＧＮＤは、従来例のように金属製筐体１０と電気的に接続されることはなく、帰線４と電気的に接続される。すなわち、グラウンド配線ＧＮＤ及び帰線４は、金属製筐体１０とは電気的に絶縁されている。帰線４は、点火プラグ２近傍の燃焼器５の外壁に接続されることにより、点火プラグ２の接地電極と電気的に接続されている。また、従来例同様、金属製筐体１０と、高電圧出力配線ＯＵＴ及び高圧ケーブル３とは、電気的に絶縁されている。

点火回路ＰＡは、例えばプリント回路板で構成され、例えば図２に示すように、昇圧回路３１、駆動回路３２、発振回路３３及び変圧器（高圧トランス）３４を有している。

電源入力コネクタ１５には、バッテリ等の直流電源が接続される。昇圧回路３１は、直流電源から入力される直流電圧を所定の直流電圧に昇圧して駆動回路３２へ供給する。また、発振回路３３では、所定の周期のパルス信号を生成し、駆動回路３２へ出力する。

駆動回路３２は、発振回路３３からパルス信号が入力されたときに、変圧器３４の一次側コイルに所定のパルス電圧を供給する。この駆動回路３２は、例えば、サイリスタ及びコンデンサ等により構成され、昇圧回路３１から供給される電圧によってコンデンサを充電し、発振回路３３から入力されるパルス信号によって上記サイリスタがオンして上記コンデンサを放電させ、変圧器３４の一次側コイルに所定のパルス電圧を供給するように構成されている。

変圧器３４は、その一次側コイルの電圧を昇圧して二次側コイルに出力する。この変圧器３４の一次側コイルに駆動回路３２から所定のパルス電圧が供給されたときに、二次側コイルに高電圧が発生し、それによって点火プラグ２の電極間絶縁破壊を起こし火花放電を生じさせる。

ガスタービンエンジンでは、その始動時にのみ点火システムが必要であり、本点火装置１は、例えばガスタービンエンジンの始動時のみにおいて、作動するよう構成されている。例えば、電源入力コネクタ１５と直流電源との間に開閉器が接続され、点火装置１を作動させる期間のみ同開閉器を閉じるように、同開閉器が制御されるよう構成されている。

図３（ａ）は、本実施形態の点火装置１の平面図であり、図３（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ点火装置１の側面図であり、図３（ｄ）は点火装置１の正面図である。

点火装置１は、金属製筐体１０内に前述の点火回路ＰＡが収納されて、絶縁樹脂２３がポッティングされている。金属製筐体１０は、例えば蓋が設けられて、点火回路ＰＡ等を収納できるように構成されている。金属製筐体１０の下部の両側面には、点火装置１を所定の取付け部６に取付けるための取付け穴１４ａを有する取付用フランジ１４が設けられている。また、金属製筐体１０の側面には直流電源と接続される電源入力コネクタ１５が設けられている。

また、金属製筐体１０の側面には、高圧ケーブル３に接続されたケーブル接続部１６と、帰線用端子１８とが設けられている。

ケーブル接続部１６では、従来同様、点火回路ＰＡの高電圧出力配線ＯＵＴと高圧ケーブル３とが、金属製筐体１０と電気的に絶縁されるようにして接続されている。高圧ケーブル３の先端には、点火プラグ２に接続するためのプラグキャップ１７が設けられている。プラグキャップ１７を点火プラグ２に取付けることにより、高圧ケーブル３と点火プラグ２の中心電極とが電気的に接続される。これにより、高電圧出力配線ＯＵＴと点火プラグ２の中心電極とが電気的に接続される。

帰線用端子１８は、金属製筐体１０を貫通し、かつ金属製筐体１０と電気的に絶縁された状態が保持されるように、絶縁樹脂製の端子取付台１９に取付けられている。この端子取付台１９は、適宜の固定手段によって金属製筐体１０の側面に固定されている。帰線用端子１８は、端子取付台１９及び金属製筐体１０の側壁を貫通し、金属製筐体１０の外側で帰線４が接続される端子部１８ｔと、金属製筐体１０の内側の内部接続部１８ａとが連続して形成されてなる。金属製筐体１０の側壁には穴１１が設けられ、その穴１１に帰線用端子１８が挿通されて、その内部接続部１８ａに点火回路ＰＡのグラウンド配線ＧＮＤが接続配線を介して電気的に接続されている。ここで、金属製筐体１０の側壁の穴１１は、それに挿通される帰線用端子１８と金属製筐体１０とが非接触状態となり、帰線用端子１８と金属製筐体１０とが電気的に絶縁された状態が保持されるような大きさに形成されている。また、穴１１の外形部分（金属製筐体１０）と帰線用端子１８との隙間には、絶縁樹脂２３が埋め込まれており、帰線用端子１８と金属製筐体１０との電気的絶縁状態が強固に保持されている。

図３では、帰線４が接続されていないが、帰線４を接続する場合には、帰線固定用のボルト２０を緩めた後、帰線４の一端を帰線用端子１８の端子部１８ｔとともにボルト２０によって固定することにより、帰線４とグラウンド配線ＧＮＤとが電気的に接続される。また、帰線４の他端を点火プラグ２近傍の燃焼器５の外壁に接続することにより、帰線４と点火プラグ２の接地電極とが電気的に接続される。以上により、グラウンド配線ＧＮＤと点火プラグ２の接地電極とが電気的に接続される。

本実施形態の点火装置１では、グラウンド配線ＧＮＤと電気的に接続され、帰線４を接続するための帰線用端子１８を設け、その帰線用端子１８が金属製筐体１０と電気的絶縁状態を保持するように構成されている。そのため、金属製筐体１０自体が帰還経路の一部になることはない。すなわち、点火装置１の設置面から点火プラグ２の設置面までの間の経路が帰還経路となることはなく、点火プラグ２以外での不要なスパークが発生することがない。

なお、本実施形態では、点火装置１に、高圧ケーブル３及びプラグキャップ１７が備えられた構成としたが、高圧ケーブル３及びプラグキャップ１７を、点火装置１には含めずに点火装置１とは別体とし、コネクタを用いて点火装置１に接続されるように構成されていてもよい。

本発明は、点火プラグ以外での不要なスパークが発生することがない内燃機関の点火装置等として有用である。

１点火装置
２点火プラグ
３高圧ケーブル
４帰線
１０金属製筐体
１８帰線用端子
ＰＡ点火回路
ＯＵＴ高電圧出力配線
ＧＮＤグラウンド配線

Claims

内燃機関の燃焼室に装着された点火プラグの中心電極と接地電極との間に火花放電を生じさせる点火用電圧を前記点火プラグへ供給するために用いられる内燃機関の点火装置であって、
前記点火プラグの中心電極と電気的に接続されるための出力配線と、前記点火プラグの接地電極と帰線を介して電気的に接続されるためのグラウンド配線とを有し、前記出力配線と前記グラウンド配線との間に前記点火用電圧を発生する電気回路部と、
前記電気回路部を収納し、前記出力配線及び前記グラウンド配線と電気的に絶縁された金属製筐体と、
前記金属製筐体を貫通し、かつ前記金属製筐体と電気的絶縁状態を保持するようにして前記金属製筐体に取付けられ、前記金属製筐体の内部側において前記グラウンド配線に接続され、前記金属製筐体の外部側において前記帰線と接続するための帰線用端子と
を備えた内燃機関の点火装置。
前記帰線用端子を支持するための絶縁性の端子取付台が前記金属製筐体の外側に取付けられた、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
前記電気回路部は、電源電圧として外部から直流電圧を入力し、所定の周期で前記点火用電圧を発生するように構成された、請求項１または２に記載の内燃機関の点火装置。