JP2017036684A - プラズマ点火装置の制御装置およびプラズマ点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図ること。
【解決手段】実施形態に係るプラズマ点火装置の制御装置は、プラグソケットと、発振部と、増幅部とを備える。プラグソケットは、点火プラグを保持し、点火コイルで発生した高電圧を点火プラグへ伝達する。発振部は、高周波を発振する。増幅部は、発振部によって発振された高周波を増幅する。そして、プラグソケットの外部に発振部が配置され、プラグソケットの内部に増幅部が配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ点火装置の制御装置およびプラズマ点火装置に関する。

従来、自動車エンジン等の内燃機関において、点火プラグを用いて燃焼室内に発生させた火花放電をプラズマの核とし、これに高周波を供給することによってプラズマ領域を拡大させて混合気に着火するプラズマ点火装置が提案されている。

たとえば、特許文献１には、火花放電を発生させる点火プラグと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発振装置と、マイクロ波発振装置で発生させたマイクロ波を燃焼室内に放射するアンテナとを備えるプラズマ点火装置が記載されている。

特許文献１において、マイクロ波発振装置は、マイクロ波の発生部と増幅部とを備えており、これらはマイクロ波を遮蔽する筐体内に一体的に収容される。

特開２０１０−００１８２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術には、省スペース化を図るという点で更なる改善の余地がある。これは、たとえば自動車のエンジンルームのように設置スペースが限られる場合に、発生部と増幅部とを一体的に備えたマイクロ波発振装置の設置が困難となる可能性があるためである。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、省スペース化を図ることができるプラズマ点火装置の制御装置およびプラズマ点火装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るプラズマ点火装置の制御装置は、プラグソケットと、発振部と、増幅部とを備える。プラグソケットは、点火プラグを保持し、点火コイルで発生した高電圧を点火プラグへ伝達する。発振部は、高周波を発振する。増幅部は、発振部によって発振された高周波を増幅する。そして、プラグソケットの外部に発振部が配置され、プラグソケットの内部に増幅部が配置される。

実施形態の一態様によれば、省スペース化を図ることができる。

図１は、本実施形態に係るプラズマ点火装置の構成を示す図である。 図２は、制御装置の構成を示す図である。 図３は、制御装置の構成を示す図である。 図４は、ソケット本体の保持部の構成を示す図である。 図５は、第１の変形例に係る制御装置の模式的断面図である。 図６は、第２の変形例に係るソケット本体の保持部の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るプラズマ点火装置の制御装置およびプラズマ点火装置の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態では、プラズマ点火装置を自動車用エンジンに用いる場合の例について説明するが、プラズマ点火装置は、他の内燃機関にも適用可能である。その他、実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜プラズマ点火装置の構成＞
図１は、本実施形態に係るプラズマ点火装置の構成を示す図である。図１に示すように、プラズマ点火装置１は、点火プラグ２と、制御装置３とを備える。

点火プラグ２は、エンジン１００の燃焼室内に配置され、先端に設けられた一対の電極（後述する中心電極２６および接地電極２７）間に火花放電を発生させる。また、点火プラグ２は、燃焼室内に高周波を放射するアンテナとしても利用される。

制御装置３は、点火プラグ２に対する高電圧および高周波の供給を制御する。制御装置３は、エンジン制御部１０と、高周波制御部２０と、点火コイル３０と、プラグソケット４０と、発振部５０と、増幅部６０とを備える。なお、高電圧は火花放電の発生に用いられ、高周波はプラズマの発生に用いられる。

エンジン制御部１０は、点火コイル３０に対し、自動車の運転状況等に応じたタイミングで点火信号を出力する。点火信号は、火花放電の発生時期を制御するための信号である。点火信号は、高周波制御部２０にも入力される。

高周波制御部２０は、点火信号が入力された場合に、発振部５０に対して高周波の発振を指示する。

点火コイル３０は、エンジン制御部１０からの入力を受けて高電圧を発生させる。具体的には、点火コイル３０は、一次コイルと二次コイルとを備えており、一次コイルに流れる電流を遮断することにより誘導現象によって二次コイルに高電圧を発生させる。

プラグソケット４０は、点火プラグ２を保持し、点火コイル３０で発生した高電圧を点火プラグ２へ伝達する。

発振部５０は、高周波制御部２０の指示に従って高周波を発振する。増幅部６０は、発振部５０によって発振された高周波を増幅する。

点火プラグ２は、プラグソケット４０によって伝達される高電圧を用いて燃焼室内に火花放電を発生させる。また、点火プラグ２は、増幅部６０によって増幅された高周波を燃焼室内に放射する。これにより、プラズマの核となる火花放電に高周波が供給されてプラズマ領域が拡大し、燃焼室内の混合気に着火する。

ここで、エンジン１００が搭載されるエンジンルーム内のスペースには限りがあるため、エンジン１００の外部に配置される機器は、極力小型であることが望ましい。

そこで、本実施形態に係るプラズマ点火装置１では、プラグソケット４０の外部に発振部５０を配置し、プラグソケット４０の内部に増幅部６０を配置することとした。

かかる構成とすることで、発振部と増幅部とが一体化された高周波発振装置を備える従来のプラズマ点火装置と比べ、エンジン１００の外部に配置される機器のサイズを小型化することができる。したがって、本実施形態に係るプラズマ点火装置１によれば、省スペース化を図ることができ、搭載サイズの制約を受けにくくすることができる。

また、発振部の耐熱温度と増幅部の耐熱温度とは通常異なるため、発振部と増幅部とを一体化した場合、発振部および増幅部のうち一方の発熱によって他方の正常な動作が妨げられるおそれがある。具体的には、増幅部の耐熱温度よりも発振部の耐熱温度が低い場合が多いため、増幅部の発熱によって発振部の正常な動作が妨げられるおそれがある。

これに対し、本実施形態に係るプラズマ点火装置１では、発振部５０と増幅部６０とを離れた場所に配置することとしたため、発振部５０および増幅部６０のうち一方の発熱による他方への影響を低減することができる。したがって、本実施形態に係るプラズマ点火装置１によれば、発振部５０および増幅部６０を正常に動作させることができるため、点火プラグ２に対して高周波を安定的に供給することができる。

＜制御装置の構成＞
以下では、本実施形態に係るプラズマ点火装置１の制御装置３の構成について具体的に説明する。図２および図３は、制御装置３の構成を示す図である。

ここで、図２および図３では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定しており、図２には、制御装置３をＹ軸負方向から見た図を、図３には、制御装置３をＸ軸正方向から見た図をそれぞれ示している。また、図２および図３では、一部を断面で示している。

図２および図３に示すように、点火プラグ２は、基端側（Ｚ軸正方向側）から順に、中心導体２１と、絶縁碍子２２と、接触部２３と、ナット部２４と、ネジ部２５と、中心電極２６と、接地電極２７とを備える。

中心導体２１は、点火コイル３０（図１参照）からプラグソケット４０を介して供給される高電圧を中心電極２６へ伝達する。絶縁碍子２２は、中心導体２１を覆う絶縁部材である。接触部２３は、絶縁碍子２２よりも大径かつプラグソケット４０の後述するソケット本体４１よりも小径の円筒状の金属部材であり、ナット部２４のプラグソケット４０側（Ｚ軸正方向側）の端面に突設して設けられる。接触部２３については、図４を用いて後述する。

ナット部２４およびネジ部２５は、点火プラグ２をエンジン１００に取り付ける際に用いられる締結部である。ナット部２４は、ソケット本体４１よりも大径の金属部材であり、たとえば六角ナットである。中心電極２６および接地電極２７は、互いに対向して配置される。中心電極２６には点火コイル３０からの高電圧が印加され、接地電極２７はエンジン１００に接地される。

プラグソケット４０は、ソケット本体４１と、内部導体４２と、端子４３と、高周波減衰部４４と、封止部材４５とを備える。

ソケット本体４１は、両端が開口した筒状の部材であり、点火プラグ２を保持する保持部４１１を先端部に備え、他端部には発振部５０を設置するためのフランジ部４１２を備える。フランジ部４１２は、ソケット本体４１の軸線Ｌの直交方向に沿って、ソケット本体４１から外側に突出している。なお、ソケット本体４１は、点火プラグ２の接地電極２７をエンジン１００と接地するための外部導体としても機能する。

内部導体４２は、ソケット本体４１の内部に配設され、点火コイル３０で発生した高電圧を端子４３を介して点火プラグ２へ伝達する。

内部導体４２の中途部は、ソケット本体４１の軸線Ｌからずらして配置される。これにより、プラグソケット４０の軸線Ｌの直交方向に沿った断面の略中央部（軸線Ｌの近傍）に増幅部６０を配置することが可能となる。

端子４３は、点火プラグ２の中心導体２１との電気的接続部である。高周波減衰部４４は、内部導体４２の外周に設けられ、点火プラグ２から内部導体４２へ流入する高周波を減衰させる。これにより、後述するアンテナ８０から点火プラグ２へ入力される高周波が内部導体４２を伝って点火コイル３０等へ逆流することを防止することができる。封止部６５は、たとえば樹脂であり、内部導体４２、端子４３および高周波減衰部４４等をプラグソケット４０内に封止し固定する。

発振部５０は、基板５１と、基板５１上に搭載された発振素子５２とを備える。発振部５０は、プラグソケット４０の外部に配置される。具体的には、発振部５０は、プラグソケット４０のフランジ部４１２上に設置される。発振部５０によって発振された高周波は、伝送路５５を介して増幅部６０へ出力される。

増幅部６０は、基板６１と、基板６１上に搭載された増幅素子６２とを備える。かかる増幅部６０は、ソケット本体４１の軸線Ｌの直交方向に沿った断面の略中央部に配置される。これにより、増幅部６０からの発熱をプラグソケット４０の外部に伝えにくくすることができる。また、増幅部６０を設置するためのスペースを十分に確保することができる。伝送路５５および増幅部６０は、樹脂等の封止部材６５によって封止固定される。

なお、増幅部６０は、高周波減衰部４４への影響を考慮し、高周波減衰部４４と重複しない位置、具体的には、高周波減衰部４４よりも点火コイル３０（図１参照）側（Ｚ軸正方向側）に配置することが好ましい。

このように、本実施形態に係る制御装置３によれば、発振部５０および増幅部６０のうち、増幅部６０がソケット本体１０の内部に配置されるため、エンジン１００の外部に配置される機器のサイズを小型化することができる。また、増幅部６０の発熱による発振部５０への影響を低減することができる。

また、制御装置３は、高周波伝送路７０と、アンテナ８０とをさらに備える。高周波伝送路７０は、増幅部６０によって増幅された高周波をアンテナ８０へ伝送する。アンテナ８０は、高周波伝送路７０によって伝送される増幅部６０からの高周波を点火プラグ２に出力する。

アンテナ８０は、ループアンテナであり、プラグソケット４０に点火プラグ２が保持された場合に、点火プラグ２が有する絶縁碍子２２の外周部に嵌合する位置に設けられる。そして、アンテナ８０から出力された高周波は、絶縁碍子２２を介して点火プラグ２のナット部２４やネジ部２５へ供給され、これらをアンテナとして燃焼室内に放射される。

本実施形態に係る制御装置３では、これら増幅部６０だけでなく、高周波伝送路７０およびアンテナ８０もソケット本体４１の内部に配置される。このため、さらなる省スペース化を図ることができる。

また、本実施形態に係る制御装置３では、増幅部６０をプラグソケット４０の内部に配置することで、増幅部６０をプラグソケット４０の外部に配置した場合と比べて、増幅部６０から点火プラグまでの距離を短くすることができる。すなわち、高周波伝送路７０の長さを短くすることができるため、高周波伝送路７０での電力損失を低減することができ、その分だけ増幅部６０の出力電力を低減することができる。これにより、増幅部６０の発熱を抑えることができる。

＜ソケット本体の保持部の構成＞
次に、ソケット本体４１の保持部４１１の構成について図４を参照して説明する。図４は、ソケット本体４１の保持部４１１およびその周辺構成を示す図である。

図４に示すように、保持部４１１は、たとえばソケット本体４１の先端を内周側に約１８０度屈曲させた屈曲部であり、ソケット本体４１の内径よりも小径の開口部を形成する。点火プラグ２は、この開口部からソケット本体４１の内部に挿入され、ナット部２４のソケット本体４１側の端面が保持部４１１の先端面（第１の接触面４１３）に突き当たり、接触部２３の外周面が保持部４１１の内周面（第２の接触面４１４）に接触した状態で、ソケット本体４１に保持される。

このように、本実施形態に係るプラズマ点火装置１では、点火プラグ２に接触部２３を設け、ソケット本体４１に、ナット部２４のプラグソケット４０側の端面に接触する第１の接触面４１３と、接触部２３の外周面に接触する第２の接触面４１４とを有する保持部４１１を設けることとした。

これにより、ソケット本体４１と点火プラグ２とが広い面積で接触することとなるため、外部導体であるソケット本体４１と点火プラグ２の接地電極２７との電気的接続を安定化させることができる。また、ソケット本体４１と点火プラグ２との間に隙間が生じ難くなるため、アンテナ８０から出力される高周波の漏れ等を防止してプラズマを適切に発生させることができる。

上述してきたように、本実施形態に係るプラズマ点火装置１の制御装置３は、プラグソケット４０と、発振部５０と、増幅部６０とを備える。プラグソケット４０は、点火プラグ２を保持し、点火コイル３０で発生した高電圧を点火プラグ２へ伝達する。発振部５０は、高周波を発振する。増幅部６０は、発振部５０によって発振された高周波を増幅する。そして、プラグソケット４０の外部に発振部５０が配置され、プラグソケット４０の内部に増幅部６０が配置される。

したがって、本実施形態に係る制御装置３によれば、エンジン１００の外部に配置される機器のサイズが小型化されるため、省スペース化を図ることができる。また、本実施形態に係る制御装置３によれば、発振部５０と増幅部６０とが離れた場所に配置されるため、増幅部６０の発熱による発振部５０への影響を低減することができる。

＜第１の変形例＞
ところで、上述してきた実施形態では、増幅部６０が、ソケット本体４１の軸線Ｌの直交方向に沿った断面の略中央部に配置される場合の例について説明したが、増幅部６０の配置は上記の例に限定されない。そこで、以下では、増幅部６０の配置の変形例について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５は、第１の変形例に係る制御装置３Ａの模式的断面図である。図５に示すように、増幅部６０Ａは、ソケット本体４１の内部のうち軸線Ｌの直交方向に沿った断面の中央部よりも外周部に近い位置に設けられてもよい。かかる配置とした場合、プラグソケット４０Ａの内部導体４２Ａをソケット本体４１の軸線Ｌに沿って配置することができるため、プラグソケット４０Ａの組み立てを容易化することができる。

＜第２の変形例＞
次に、ソケット本体４１が備える保持部４１１の変形例について図６を参照して説明する。図６は、第２の変形例に係るソケット本体４１Ｂの保持部４１１Ｂの構成を示す図である。

図６に示すように、第２の変形例に係る点火プラグ２Ｂは、接触部２３Ｂを備える。また、第２の変形例に係るプラグソケット４０Ｂは、ソケット本体４１Ｂを備える。接触部２３Ｂの外周面と、ソケット本体４１Ｂが備える保持部４１１Ｂの第２の接触面４１４Ｂには、互いに螺合するネジ山およびネジ溝が形成される。

このように、ソケット本体４１Ｂの保持部４１１Ｂと、点火プラグ２Ｂの接触部２３Ｂとが螺合することで、ソケット本体４１Ｂと点火プラグ２Ｂとの電気的接続をさらに安定化させることができる。また、アンテナ８０から出力される高周波の漏れ等をより確実に防止することができる。

以上、本願に係るプラズマ点火装置の制御装置およびプラズマ点火装置の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

１ プラズマ点火装置
２ 点火プラグ
３ 制御装置
２３ 接触部
２４ ナット部
３０ 点火コイル
４０ プラグソケット
４１ ソケット本体
４２ 内部導体
４４ 高周波減衰部
５０ 発振部
６０ 増幅部
７０ 高周波伝送路
８０ アンテナ
４１１ 保持部

Claims (8)

1. 点火プラグを保持し、点火コイルで発生した高電圧を前記点火プラグへ伝達するプラグソケットと、
   高周波を発振する発振部と、
   前記発振部によって発振された高周波を増幅する増幅部と
   を備え、
   前記プラグソケットの外部に前記発振部が配置され、前記プラグソケットの内部に前記増幅部が配置されること
   を特徴とするプラズマ点火装置の制御装置。
2. 前記増幅部によって増幅された高周波を伝送する高周波伝送路と、
   前記高周波伝送路に接続され、高周波を出力するアンテナと、
   を備え、
   前記プラグソケットの内部に前記アンテナおよび前記高周波伝送路が配置されること
   を特徴とする請求項１に記載のプラズマ点火装置の制御装置。
3. 前記アンテナは、
   ループアンテナであり、前記プラグソケットに前記点火プラグが保持された場合に、前記点火プラグが有する絶縁碍子の外周部に嵌合する位置に設けられること
   を特徴とする請求項２に記載のプラズマ点火装置の制御装置。
4. 前記プラグソケットは、
   該プラグソケットの内部に配置され、前記点火コイルで発生した高電圧を前記点火プラグへ伝達する内部導体と、
   前記内部導体に設けられ、前記点火プラグから前記内部導体へ逆流する高周波を減衰させる高周波減衰部と
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ点火装置の制御装置。
5. 前記プラグソケットは、
   筒状のソケット本体
   を備え、
   前記増幅部は、
   前記ソケット本体の軸線の直交方向に沿った断面の略中央部に配置されること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ点火装置の制御装置。
6. 前記ソケット本体は、
   前記点火プラグが保持される側とは反対側の端部にフランジ部を有し、
   前記発振部は、
   前記フランジ部に設けられること
   を特徴とする請求項５に記載のプラズマ点火装置の制御装置。
7. 高電圧を発生させる点火コイルと、
   前記点火コイルで発生した高電圧を用いて火花放電を発生させる点火プラグと、
   前記点火プラグを保持し、前記点火コイルで発生した高電圧を前記点火プラグへ伝達するプラグソケットと、
   高周波を発振する発振部と、
   前記発振部によって発振された高周波を増幅する増幅部と
   を備え、
   前記プラグソケットの外部に前記発振部が配置され、前記プラグソケットの内部に前記増幅部が配置されること
   を特徴とするプラズマ点火装置。
8. 前記プラグソケットは、
   筒状のソケット本体
   を備え、
   前記点火コイルは、
   前記ソケット本体よりも大径のナット部と、
   前記ナット部の端面に突設され、前記ソケット本体よりも小径の接触部と
   を備え、
   前記ソケット本体は、
   前記ナット部の端面に接触する第１の接触面と、前記接触部の外周面に接触する第２の接触面とを有すること
   を特徴とする請求項７に記載のプラズマ点火装置。

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