JP2015086702A - 高周波プラズマ点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグの誤点火を防ぎつつ高周波プラズマ点火装置の小型化を図ることを目的とする。【解決手段】直列に半導体スイッチが２個接続されたアームを２個備えたフルブリッジインバータ回路により直流電圧を高周波交流電圧に変換して点火プラグに印加するように構成された高周波プラズマ点火装置において、複数の点火プラグに高周波交流電圧を順次印加するようフルブリッジインバータ回路を点火プラグの個数だけ構成するために、点火プラグの個数の２倍よりも少ない個数の複数のアームを備え、それぞれのフルブリッジインバータ回路を、複数のアームのうちそれぞれ異なる組み合わせの２個のアームにより構成した。【選択図】図１

Description

この発明は、難着火性の燃焼機関に装着され、前記燃焼機関の点火を行う高周波プラズマ点火装置に関するものである

自動車エンジン等の内燃機関において燃焼排気中に含まれる環境負荷物質の低減や更なる燃費の改善のため、燃料の希薄化、高過給気化等が図られている。一般に、希薄燃料機関や高過給気混合燃焼機関は難着火性であるため、より着火性に優れた点火装置が望まれている。

特許文献１には、点火プラグに高電圧を印加して放電空間内の絶縁を破壊するトリガ放電を行い、次いで高周波電流を印加して放電空間内の気体を極めて高温・高圧のプラズマ状態にして着火を行う高周波プラズマ点火装置が開示されている。

特開２０１２−１２７２８６号公報

このような高周波プラズマ点火装置にあっては、従来の点火装置では不要であったフルブリッジインバータ回路と高周波トランスから成る高周波電源および、トリガ放電時の高電圧より高周波電源を保護するＬＣ共振回路が必要となり、装置が高コスト化・大型化する課題がある。また、特許文献１には複数の点火プラグがある場合の構成は記載されていないが、フルブリッジインバータ回路、高周波トランス、ＬＣ共振回路のいずれか一つでも共用化してしまうと、任意の点火プラグに高周波電流を印加してプラズマを発生させる過程において、別の点火プラグの電極間に電圧が印加され、誤点火してしまう課題があるため、点火プラグと同数の高周波電源、ＬＣ共振回路を用意する必要がある。その結果、装置はさらに高コスト化・大型化する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、点火プラグの誤点火を防ぎつつ高周波電源の部品を共用化することで高周波プラズマ点火装置の小型化を図ることを目的としている。

この発明は、直列に半導体スイッチが２個接続されたアームを２個備えたフルブリッジインバータ回路により直流電圧を高周波交流電圧に変換して点火プラグに印加するように構成された高周波プラズマ点火装置において、複数の点火プラグに高周波交流電圧を順次印加するようにフルブリッジインバータ回路を点火プラグの個数だけ構成するために、点火プラグの個数の２倍よりも少ない個数の複数のアームを備え、それぞれのフルブリッジインバータ回路を、複数のアームのうちそれぞれ異なる組み合わせの２個のアームにより構成したものである。

本発明によれば、アームを共用化する構成としたことで、点火プラグの誤点火を防ぎつつ高周波プラズマ点火装置の小型化が実現できるという効果がある。

本発明の実施の形態１による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。 エンジンの動作サイクルを説明する図である。 比較例の高周波プラズマ点火装置を示すブロック図である。 別の比較例の高周波プラズマ点火装置を示すブロック図である。 さらに別の比較例の高周波プラズマ点火装置を示すブロック図である。 さらに別の比較例の高周波プラズマ点火装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による高周波プラズマ点火装置の要部の構成を説明するための回路図である。 この発明の実施の形態１による高周波プラズマ点火装置の点火プラグ３ａに高周波交流電圧を印加するときの動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１による高周波プラズマ点火装置の点火プラグ３ａに高周波交流電圧を印加するときの要部の電圧および電流を示す線図である。 この発明の実施の形態１による高周波プラズマ点火装置の点火プラグ３ｂに高周波交流電圧を印加するときの動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１による高周波プラズマ点火装置の点火プラグ３ｂに高周波交流電圧を印加するときの要部の電圧および電流を示す線図である。 本発明の実施の形態２による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態２による高周波プラズマ点火装置の別の構成のアームの組み合わせを説明する表を示す図である。 本発明の実施の形態２による高周波プラズマ点火装置のさらに別の構成のアームの組み合わせを説明する表を示す図である。 本発明の実施の形態３による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態３による高周波プラズマ点火装置の別の構成のアームの組み合わせを説明する表を示す図である。 本発明の実施の形態３による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。本発明は、複数の点火プラグに順次高電圧および高周波交流電圧を印加する高周波プラズマ点火装置に関する発明であるので、図１においては、まずその代表として２気筒エンジンの２個の点火プラグに高電圧および高周波交流電圧を印加する高周波プラズマ点火装置１の場合を例にして説明する。点火プラグ３ａ、３ｂには、直流電源３０からそれぞれ高電圧回路４ａ、４ｂを介して高電圧が印加されるように構成されている。また、点火プラグ３ａ、３ｂには、それぞれ高周波トランス８ａ、８ｂで昇圧された高周波交流電圧が、それぞれＬＣ共振回路９ａ、９ｂを通じて印加されるように構成されている。高周波トランス８ａ、８ｂには、直流電源２０から、直流を交流に変換するためのフルブリッジインバータ回路７ａ、７ｂを通じて高周波交流電圧が印加されるように構成されている。フルブリッジインバータ回路は、スイッチング素子が２個直列に接続されたアーム２個により構成される。高周波トランス８ａはスイッチング素子５ａ、５ｂで構成されるアーム６ａと、スイッチング素子５ｃ、５ｄで構成されるアーム６ｂとで構成されるフルブリッジインバータ回路７ａに接続される。一方、高周波トランス８ｂはスイッチング素子５ｃ、５ｄで構成されるアーム６ｂと、スイッチング素子５ｅ、５ｆで構成されるアーム６ｃとで構成されるフルブリッジインバータ回路７ｂに接続される。

このように、３個のアームのうちアーム６ｂは、高周波トランス８ａおよび高周波トランス８ｂいずれにも接続されており、フルブリッジインバータ回路７ａおよびフルブリッジインバータ回路７ｂの２つのフルブリッジインバータ回路のアームを兼ねている。スイッチング素子５ａ〜５ｆの種類はシリコンによるＭＯＳ‐ＦＥＴに限定されない。例えば、ＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体による半導体スイッチなども適用することができる。

なお、高周波プラズマ点火装置は現在開発段階であり、高周波交流電圧の周波数としては例えばＭＨｚオーダーの周波数が考えられている。本発明の高周波交流電圧は、点火装置として有効な周波数の交流電圧を意味しており、高周波としての周波数の限定は特に無い。

以下、高周波プラズマ点火装置１の動作について順に説明する。図２に示すエンジンの動作サイクルを示す図の吸気プロセスにおいて、吸気バルブ１０を開き、外部よりシリンダ１１内に空気とガソリンの混合物を取り入れる。このとき、ピストン１２が図面下方に移動し、シリンダ１１内の体積が増える。

圧縮プロセスにおいて、吸気バルブ１０を閉め、ピストン１２が図面上方に移動することでシリンダ１１内の体積が減少し、シリンダ１１内の空気とガソリンの混合物が圧縮され圧力が大きくなる。

以下、点火プラグ３ａ、３ｂのうちの１個の点火プラグを代表として説明をするため、点火プラグの符号は３として、その他の部材の符号も、ａ、ｂなどを省略して説明する。燃焼・膨張プロセスにおいて、高周波プラズマ点火装置１の制御回路（図示せず）は、高電圧回路４を制御して直流電源３０から高電圧を発生させ、点火プラグ３に印加することで電極間の絶縁を破壊するトリガ放電を発生させる。このとき、シリンダ１１内の圧力は大きく、絶縁破壊電圧Ｖ_Sは数十ｋＶにもなる。また、直流電源２０、フルブリッジイン
バータ回路７および高周波トランス８で構成される高周波電源と点火プラグ３とは、ＬＣ共振回路９を介して並列に接続されている。このため、ＬＣ共振回路９が高電圧に対して十分高いインピーダンスを持たない場合、またはＬＣ共振回路９がない場合、高周波電源が破壊される恐れがある。また、直流電源２０、直流電源３０、高電圧回路４、ＬＣ共振回路９は、図１の構成に限定されず、当事業者によって容易に想到される任意の構成を適用することができる。例えば、直流電源２０や直流電源３０はバッテリであっても良いし、バッテリにＤＣ‐ＤＣコンバータを接続したものでも良い。高電圧回路４は昇圧トランスとスイッチング素子を組合せた回路等が利用できる。

続いて、制御回路（図示せず）はフルブリッジインバータ回路７内のスイッチング素子５をＯＮ／ＯＦＦ制御し、直流電圧を高周波交流電圧に変換して高周波トランス８に供給する。フルブリッジインバータ回路７の動作の詳細については後述する。そして、高周波トランス８で昇圧された高周波交流電圧は、フルブリッジインバータ回路７の駆動周波数において低インピーダンスとなるＬＣ共振回路９を介して点火プラグ３に印加される。結果、点火プラグ３に高周波電流が流れ、電極間にプラズマが発生し、シリンダ１１内の空気とガソリンの混合物に着火、空気とガソリンの混合物の体積が急激に膨張すると共にピストン１２が図面下方に移動する。

最後に、排気プロセスにおいて、排気バルブ１３を開き、ピストン１２を図面上方に移動させることで、シリンダ１１外に空気とガソリンの混合物の燃え残りを排出し、排気バルブ１３を閉じ、吸気プロセスに戻る。

上記の吸気プロセス→圧縮プロセス→燃焼・膨張プロセス→排気プロセスを１サイクルとし、繰り返し行うことでエンジンが動作する。このとき、２気筒エンジンであれば１／２サイクル、４気筒エンジンであれば１／４サイクルずつ気筒ごとに動作をずらして運用する。

ここで、図３の比較例の高周波プラズマ点火装置に示すように複数の点火プラグ３ごとにフルブリッジインバータ回路７０、高周波トランス８、ＬＣ共振回路９を設ける必要があり、高周波プラズマ点火装置が高コスト・大型化してしまう。

ここで、２気筒エンジンの場合において高周波プラズマ点火装置の構成物共用化の課題について説明する。高周波プラズマ点火装置の高周波側の構成物を共用化する場合、７通りの組合せが考えられるが、比較例として図４〜図６の３つのパターンが一般的であると考えられる。図４の構成は、２つの点火プラグ３ａ、３ｂに高周波交流電圧を印加するように一つのフルブリッジインバータ回路７１を共用する構成である。図５の構成は、２つの点火プラグ３ａ、３ｂに高周波交流電圧を印加するように、一つのフルブリッジインバータ回路７２および一つの高周波トランス８０を共用する構成である。図６の構成は、２つの点火プラグ３ａ、３ｂに高周波交流電圧を印加するように、一つのフルブリッジインバータ回路７３、一つの高周波トランス８１、および一つのＬＣ共振回路９１を共用する構成である。しかし、比較例である図４〜図６のいずれのパターンにおいても、片方の点火プラグ３ａがプラズマを発生させる際に、他方の点火プラグ３ｂに高周波電源から高周波電力が供給され、電極間に電圧が印加されてしまう。

ここで、電極間に印加された電圧で他方の点火プラグ３ｂの絶縁が破壊されなければ問題ないが、電極間の絶縁破壊電圧Ｖ_Sはパッシェンの法則に従い、圧力と電極間距離に依存する。式（１）にパッシェンの法則による絶縁破壊電圧Ｖ_Sの計算式を示す。
V_s=B*p*d/ln[A*p*d/ln(1+1/γ)] = f(pd) （１）

また、表１に各種ガスにおける式（１）中の定数Ａ、Ｂの値を示す。

さらに、表２に各種金属における式（１）中の二次電子放出係数γの値を示す。

式（１）におけるｐ［Ｔｏｒｒ］は圧力、ｄ［ｃｍ］は電極間距離である。点火プラグ３の電極材料にはニッケル合金が良く使用されるため二次電子放出係数をγ＝１．３５、シリンダ１１内の空燃比は約２０：１でほぼ空気であるため各種ガスの定数をＡ＝１４．６［１／Ｔｏｒｒ・ｃｍ］、Ｂ＝３６５［１／Ｔｏｒｒ・ｃｍ］、通常、電極間距離は０．８〜１．８ｍｍ前後の幅で選定されるため、間を取ってｄ＝１．３ｍｍと仮定し、シリンダ１１内の最低圧力である１気圧（＝７６０［Ｔｏｒｒ］）と最大圧力であると考えられる２０気圧（＝１５２００［Ｔｏｒｒ］）の場合の絶縁破壊電圧Ｖ_Sを計算すると、式
（２）および式（３）のようになる。
V_s = 365×760×0.13/ln[14.6x760x0.13/ln(1+1/13.5)]=3638V (@1atm)
………（２）
V_s = 365×15200×0.13/ln[14.6x15200x0.13/ln(1+1/13.5)]=55873V (@20atm)
………（３）

この計算結果は、電極が平行平板である場合のものであり、点火プラグの場合はもっと低い電圧で絶縁破壊が発生する。いずれにしても、この計算結果より、１気圧では２０気圧と比べて約１／１５の電圧で絶縁破壊が発生することがわかる。

上記でも述べた通り、２気筒エンジンでは片方の点火プラグ３ａが燃焼・膨張プロセスのとき、他方の点火プラグ３ｂは１／２サイクルずれているため吸気プロセスである。つまり、シリンダ１１内に外気（空気）とガソリンの混合物を取り込んでいるため１気圧であり、非常に絶縁破壊が発生し易い状態である。よって、高周波電力が供給されることにより電極間に印加されてしまう電圧でも絶縁破壊が発生し、ガソリンに点火することで誤点火が発生してしまう。４気筒エンジンでも同様で、ある点火プラグ３が燃焼・膨張プロセスのときに吸気プロセスを行っている点火プラグ３が誤点火を起こしてしまう。

本発明では構成物共用化としてフルブリッジインバータ回路に着目した。まず、図７に示すようにスイッチング素子５を２つ直列に接続したアーム６ａ、６ｂ、６ｃを設ける。アーム６ａ、６ｂ、６ｃの中から２本ずつのペアを組合せが異なるように点火プラグ３と同数作り、フルブリッジインバータ回路７とする。ここでは、３本のアーム６ａ、６ｂ、６ｃから点火プラグ３と同数の２つのフルブリッジインバータ回路を作る必要があるため、₃Ｃ₂＝３通りの組合せの中から異なる２つの組合せを選択し、フルブリッジインバータ回路７ａおよびフルブリッジインバータ回路７ｂとした。最後にフルブリッジインバータ回路を構成するアーム同士を電気的・機械的に結びつけるために、アームを構成するスイッチング素子同士の接続点間に高周波トランスの一次巻線の両端を接続する構成とする。

ここでは、フルブリッジインバータ回路７ａを構成する２本のアーム６ａ、６ｂを電気的・機械的に結びつけるために、アーム６ａを構成するスイッチング素子５ａ、５ｂの接続点と、アーム６ｂを構成するスイッチング素子５ｃ、５ｄの接続点との間に一次巻線１４ａを接続する構成とした。また同様に、フルブリッジインバータ回路７ｂを構成する２本のアーム６ｂ、６ｃを電気的・機械的に結びつけるために、アーム６ｂを構成するスイッチング素子５ｃ、５ｄの接続点と、アーム６ｃを構成するスイッチング素子５ｅ、５ｆの接続点間との間に一次巻線１４ｂを接続する構成とした。以上のような構成とし、アーム６ｂを２個のフルブリッジインバータ回路７ａとフルブリッジインバータ回路７ｂとで共用化することで、スイッチング素子の数を減らすことができ、低コスト化・小型化が可能となる。

また、上記のような構成とし、点火プラグ３ａに高周波交流電圧を印加するためにフルブリッジインバータ回路７ａを動作させて高周波トランス８ａの一次巻線１４ａに高周波電力を供給する場合は、図８に示すように、各スイッチング素子を５ａ：ＯＮ、５ｂ：ＯＦＦ、５ｃ：ＯＦＦ、５ｄ：ＯＮとするモード（図８左図）と５ａ：ＯＦＦ、５ｂ：ＯＮ、５ｃ：ＯＮ、５ｄ：ＯＦＦとするモード（図８右図）を繰り返し、フルブリッジインバータ回路７ａに含まれないスイッチング素子５ｅ、５ｆは常時ＯＦＦとする。このように動作させることで、図９に示すように、一次巻線１４ａの端子間電圧Ｖａには電源電圧Ｖの２倍の振幅の矩形波が印加されるため、図８の一点鎖線矢印の経路で電流Ｉが流れ、一次巻線１４ａに高周波電力が供給される。このとき、高周波トランス８ｂの一次巻線１４ｂの端子間電圧Ｖｂは０Ｖであるため高周波電力は供給されない。

また、点火プラグ３ｂに高周波交流電圧を印加するためにフルブリッジインバータ回路７ｂを動作させて一次巻線１４ｂに高周波電力を供給する場合は、図１０に示すように、各スイッチング素子を５ｃ：ＯＮ、５ｄ：ＯＦＦ、５ｅ：ＯＦＦ、５ｆ：ＯＮとするモード（図１０左図）と５ｃ：ＯＦＦ、５ｄ：ＯＮ、５ｅ：ＯＮ、５ｆ：ＯＦＦとするモード（図１０右図）を繰り返し、フルブリッジインバータ回路７ｂに含まれないスイッチング素子５ａ、５ｂは常時ＯＦＦとする。このように動作させることで、図１１のように一次巻線１４ｂの端子間電圧Ｖｂには電源電圧Ｖの２倍の振幅の矩形波が印加されるため、図１０の一点鎖線矢印の経路で電流Ｉが流れ、一次巻線１４ｂに高周波電力が供給される。このとき、一次巻線１４ａの端子間電圧Ｖａは０Ｖであるため高周波電力は供給されない。ここで、高周波トランス８ｂには共振負荷が接続されるため、電流Ｉは正弦波に近い波形となる。以上のように、高周波電力を供給したい高周波トランスの一次巻線と接続されている２本のアームを構成するスイッチング素子のみＯＮ／ＯＦＦ制御し、それ以外のスイッチング素子はＯＦＦ状態とすることで、所望の高周波トランスのみに高周波電力を供給することができ、誤点火を防ぐことが可能となる。

実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。実施の形態１では点火プラグが２本の場合について述べたが、点火プラグが３本以上の場合においても、複数の点火プラグに順次高周波交流電圧を印加するように、フルブリッジインバータ回路のアームを共用する構成が可能である。図１２に示す構成は、点火プラグが３本の場合の構成である。図１２に示すように３本の点火プラグ３ａ、３ｂ、３ｃと同数の３個のアーム６ａ、６ｂ、６ｃで、点火プラグと同数の３個のフルブリッジインバータ回路７ａ、７ｂ、７ｃを構成することが可能である。図１２において、高周波トランス８ａにはアーム６ａとアーム６ｂとで構成されるフルブリッジインバータ回路７ａにより高周波電力が供給される。高周波トランス８ｂにはアーム６ｂとアーム６ｃとで構成されるフルブリッジインバータ回路７ｂにより高周波電力が供給される。高周波トランス８ｃにはアーム６ａとアーム６ｃとで構成されるフルブリッジインバータ回路７ｃにより高周波電力が供給される。

図１２では、３本の点火プラグに対し、３個のアームを備え、３個のアームから２個のアームの異なる組み合わせを点火プラグと同数の３個作り、３個のフルブリッジインバータ回路を構成するようにして、それぞれの点火プラグに高周波交流電圧を順次印加するようにした。点火プラグが３本の場合、例えばアームを４個備え、４個のアームから２個のアームの異なる組み合わせを点火プラグと同数の３個作り、フルブリッジインバータ回路としてもよい。図１３に、３個の点火プラグに対して４個のアームから異なる組み合わせの２個のアームを選択する一例を示す。またアームを５個としても良い。図１４に、３個の点火プラグに対して５個のアームから異なる組み合わせの２個のアームを選択する一例を示す。

フルブリッジインバータ回路を、アームを共用しない構成とすると、アームの個数はフルブリッジインバータ回路の個数、すなわち点火プラグの個数の２倍の個数が必要である。以上説明したように、本発明では、アームの個数を、点火プラグの個数の２倍よりも少ない個数の複数の構成とし、複数の点火プラグに高周波交流電圧を順次印加するように、複数のアームのうちそれぞれ異なる組み合わせの２個のアームにより点火プラグの個数のフルブリッジインバータ回路を構成すれば良い。このように構成することにより、少なくとも一つのアームを共用する構成となる。

アームを共用化することで、フルブリッジインバータ回路を構成するスイッチング素子の利用頻度が増えるため、スイッチング素子の発熱が増加し、冷却部品の高コスト化・大型化を懸念するかも知れないが、その場合は、スイッチング素子に低損失で高温環境下でも使用できるワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子を用いることで、冷却部品を簡素化でき、低コスト・小型化が実現可能である。

フルブリッジインバータ回路をハーフブリッジインバータ回路に置き換えることで、スイッチング素子の個数を削減できる効果が得られると考えることがあるかも知れない。しかし、フルブリッジインバータ回路の場合と同様のプラズマを発生させるためには、点火プラグに同じ大きさの高周波電流を供給する必要があり、そのときの高周波電源の出力電圧は同じでなければならない。つまり、フルブリッジインバータ回路をハーフブリッジインバータ回路に置き換えると、実効電圧が半分となるため、残りの半分の電圧は直流電源の電圧、または、高周波トランスの昇圧比を上げる必要が有り、結局のところ直流電源、もしくは、高周波トランスが高コスト化・大型化する。

実施の形態３．
図１５は、本発明の実施の形態３による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。点火プラグ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの４個の点火プラグに対して、アーム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４個のアームを備える構成としている。点火プラグ３ａには、アーム６ａとアーム６ｂとで構成するフルブリッジインバータ回路により高周波交流電圧を印加する。点火プラグ３ｂにはアーム６ｂとアーム６ｃとで、点火プラグ３ｃにはアーム６ｃと６ｄとで、点火プラグ３ｄにはアーム６ｄと６ａとでそれぞれ構成されるフルブリッジインバータ回路により高周波交流電圧を印加する。アーム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４個のアームそれぞれが、いずれも２個のフルブリッジインバータ回路のアームとして共用される構成となっている。４個の点火プラグの場合、４個のアームを備えるのが最小構成となる。

図１６は、本発明の実施の形態３による高周波プラズマ点火装置の別の構成による、異なる組み合わせの２個のアームの選択について説明する表を示す図である。図１６に示す構成は、点火プラグ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの６個の点火プラグに高周波交流電圧を印加するための高周波プラズマ点火装置であって、アーム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４個のアームを備えた構成における、それぞれの点火プラグに対するフルブリッジインバータ回路を構成するアームの組み合わせを示したものである。図１６に示すように、６個の点火プラグの場合、アーム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４個のアームそれぞれが、３個のフルブリッジインバータ回路のアームとして共用される構成とすることができ、最小構成となる。

アームの個数が最少となる最小構成は、点火プラグが２個の場合、図１に示したアームが３個、点火プラグが３個の場合、図１２に示したアームが３個、点火プラグが４個の場合、図１５に示したアームが４個といったようになる。一般的に、点火プラグの個数をＰ、アームの個数をｎとすると、アームの個数が最少となる最小構成は、
_nＣ₂≧Ｐ＞_n-1Ｃ₂……（４）
の関係を満足する場合である。

例えば、３本の点火プラグに対し、３個のアームで３個のフルブリッジインバータ回路を構成する最小構成の場合のスイッチング素子の数は、本発明を適用せずに点火プラグと同数のフルブリッジインバータ回路を設けた場合の半分で済む。また、６本の点火プラグに対し、４個のアームで６個のフルブリッジインバータ回路を構成する最小構成の場合のスイッチング素子の数は、本発明を適用せずに点火プラグと同数のフルブリッジインバータ回路を設けた場合の３分の１で済む。このように、式（４）を満足する最小構成の場合、高周波プラズマ点火装置の低コスト・小型化に特に大きい効果がある。

実施の形態４．
図１７は、本発明の実施の形態４による高周波プラズマ点火装置の基本的な構成を示す回路構成図である。直流電源２０の電圧が十分に高い場合は、図１７に示すように高周波トランスを省くことができる。実施の形態１と同様、３個のアーム６ａ、６ｂ、６ｃを備え、２個の点火プラグ３ａ、３ｂのうち、点火プラグ３ａには、アーム６ａとアーム６ｂで構成されるフルブリッジインバータ回路７ａからＬＣ共振回路９ａを介して高周波交流電圧が印加される。また、点火プラグ３ｂには、アーム６ｂとアーム６ｃで構成されるフルブリッジインバータ回路７ｂからＬＣ共振回路９ｂを介して高周波交流電圧が印加される。このように、アーム６ｂがフルブリッジインバータ回路７ａと７ｂの両方のフルブリッジインバータ回路のアームを共用するように構成されている。このとき、直流電源２０はＧＮＤレベルの整合を取るため、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを含んでいることが望ましい。

図１７では、点火プラグが２個の場合を例にして説明したが、高周波トランスが無い場合においても、点火プラグが３個以上の場合も、実施の形態２および実施の形態３と同様に、点火プラグの個数の２倍よりも少ない個数の複数のアームを備え、それぞれの点火プラグに高周波交流電圧を印加するためのそれぞれのフルブリッジインバータ回路が、複数のアームのうちそれぞれ異なる組み合わせの２個のアームにより構成されるようにすれば良い。この構成により、少なくとも一つのアームを複数のフルブリッジインバータ回路のアームとして共用する構成を実現できる。

このように、高周波トランスがない場合においても、それぞれの点火プラグに高周波電力を供給するためのそれぞれのフルブリッジインバータ回路が、複数のアームのうちそれぞれ異なる組み合わせの２個のアームにより構成されるようにすれば、実施の形態１〜３と同様に誤点火を防ぎつつ、アームの数を減らすことができ、低コスト化・小型化が実現できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、あるいはその構成要件を省略したりすることが可能である。

１ 高周波プラズマ点火装置、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ 点火プラグ、５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ スイッチング素子、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ アーム、７、７ａ、７ｂ、７ｃ フルブリッジインバータ回路、８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 高周波トランス、９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ ＬＣ共振回路、２０ 直流電源

Claims (5)

1. 直列に半導体スイッチが２個接続されたアームを２個備えたフルブリッジインバータ回路により直流電圧を高周波交流電圧に変換して点火プラグに高周波交流電圧を印加するように構成された高周波プラズマ点火装置において、
   複数の前記点火プラグに高周波交流電圧を順次印加するように前記フルブリッジインバータ回路を前記点火プラグの個数だけ構成するために、前記点火プラグの個数の２倍よりも少ない個数の複数の前記アームを備え、それぞれの前記フルブリッジインバータ回路は、前記複数のアームのうちそれぞれ異なる組み合わせの２個のアームにより構成されることを特徴とする高周波プラズマ点火装置。
2. 前記フルブリッジインバータ回路により変換された高周波交流電圧が、高周波トランスにより昇圧されるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ点火装置。
3. 前記点火プラグには、ＬＣ共振回路を介して高周波交流電圧が印加されるよう構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の高周波プラズマ点火装置。
4. 点火プラグの個数をＰ、アームの個数をｎとしたとき、
   _nＣ₂≧Ｐ＞_n-1Ｃ₂
   の関係を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波プラズマ点火装置。
5. 前記半導体スイッチが、ワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の高周波プラズマ点火装置。

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