JP4390008B2

JP4390008B2 - プラズマ式点火装置

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Publication number: JP4390008B2
Application number: JP2008120919A
Authority: JP
Inventors: 秀幸加藤; 融吉永; 正道柴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-05-07
Also published as: DE602008002965D1; JP2009030593A

Description

本発明は、内燃機関の点火に用いられるプラズマ式点火装置における電磁波ノイズの漏れ防止対策に関するものである。

近年、環境保護の見地から、燃焼排気中のエミッション低減や燃費向上のために、内燃機関において希薄混合燃焼や、過給混合燃焼などが要求され、着火条件が厳しくなってきている。そのため、難着火性の内燃機関においても安定した着火の得られる点火装置が望まれている。

内燃機関の点火において、図１２（ａ）に示すような通常のスパークプラグ１０ｚを用いた点火装置は、バッテリ３１ｚとイグニッションスイッチ３２ｚと点火コイル３３ｚと電子制御装置（ＥＣＵ）３５ｚと点火コイル駆動回路（トランジスタ）３４ｚと整流素子２１ｚとスパークプラグ１０ｚとで構成されている。
図１２（ｂ）に示すように、イグニッションスイッチ３２ｚが投入され、ＥＣＵ３５ｚからの点火信号により、バッテリ３１ｚから低電圧の一次電圧が点火コイル３３ｚの一次コイル３３１ｚに印加され、次いで、点火コイル駆動回路３４ｚのスイッチングによって一次電圧が遮断されると点火コイル３３ｚ内の磁界が変化し、点火コイル３３ｚの二次コイル３３２ｚに−１０〜−３０ｋＶの二次電圧が発生し、中心電極１１０ｚと接地電極１３１ｚとで放電が起こり、高温域が狭い範囲で発生する。通常のスパークプラグ１０ｚによる点火では、この高温域が点火源となって圧縮混合気の着火爆発が励起される。
この時、二次コイル３３２ｚには、ダイオード２１ｚで整流された電流が２ｍｓ程度の比較的長い放電期間に３５ｍＡ程度流れ、点火プラグ１０ｚに約３５ｍＪのエネルギが放出される。

これに対して、図１１（ａ）に示すようなプラズマ式点火装置１ｘによる点火では、図１１（ｂ）に示すように、イグニッションスイッチ３１ｘを投入すると、放電用バッテリ３０ｘから低電圧の一次電圧が点火コイル３２ｘの一次コイル３２１に印加され、電子制御装置（ＥＣＵ）３４ｘによって制御された点火コイル駆動回路（トランジスタ）３３ｘのスイッチングによって一次電圧が遮断され、点火コイル３２ｘ内の磁界が変化し、点火コイル３２ｘの二次コイル３２２ｘに−１０〜−３０ｘＶの二次電圧が発生し、この二次電圧が中心電極１１０ｘと接地電極１３０ｘとの間に形成された放電空間１４０ｘ内で、放電ギャップ１４１ｘに比例する放電電圧に達すると放電空間１４０ｘ内の絶縁が破壊され放電が開始される。
放電と同時に、放電用バッテリ３０ｘとは別に設けたプラズマエネルギ供給用バッテリ４０ｘからコンデンサ４２ｘに蓄えられたエネルギ（例えば、−４５０Ｖ、１２０Ａ）が放電空間１４０ｘ内に一気に放出され、放電空間１４０ｘ内の気体が高温高圧のプラズマ状態となり、放電空間１４０ｘの先端に設けられた開口部１３２ｘから噴射されるため、指向性に富む上に容積的に大きな範囲で数千から数万度の極めて高い温度域が発生する。
そこで、このようなプラズマ式点火装置は、希薄混合燃焼や、過給混合燃焼などの難着火性の内燃機関における点火装置への応用が期待されている。
また、このようなプラズマ式点火装置を、通常のスパークプラグに適用すると、高エネルギのプラズマがプラグの電極間に発生することから、着火性の向上が期待できる。

しかし、従来のプラズマ式点火装置１ｘにおいては、プラズマ発生用コンデンサ４２ｘ内に蓄えられたエネルギを瞬時にプラズマ式点火プラグ１０ｘへ供給するので、図１１（ｂ）に示すように８μｓｅｃ程度の極めて短い放電期間に１２０Ａ程度の大電流が流れる。これがエンジンの回転に応じて周期的に繰り返されるので、高周波の電磁波ノイズが発生する。
このような電磁波ノイズは車両に搭載された電子制御装置の誤動作等を引起し、エンジンの失火に至る虞がある。
かかる電磁波ノイズの防止方法として、特許文献１には、プラズマ発生用電源とプラグとを繋ぐプラズマ発生用配線にシールド線を用い、プラグ全体を覆うように電磁波シールドを施し、さらに、放電用電源とプラグとを繋ぐ放電用配線に抵抗線を用いることにより電磁波ノイズを遮断する方法が開示されている。

実開昭５５−１７２６５９号公報

ところが、通常、自動車用エンジン等の内燃機関は複数の気筒で構成されており、特許文献１に示されたような従来の方法では、極めて広範囲に渡って電磁波シールドを施す必要がある。
図１０に示すような複数のプラズマ点火式プラグ１０ｘ（１）、１０ｘ（２）、１０ｘ（３）、１０ｘ（４）を、ディストリビュータ６０ｘを介して点火コイル３２ｘに接続したプラズマ式点火装置において、電磁波ノイズの発生を抑制すべく、各プラグに繋がるプラズマ発生用配線４００ｘにシールド線を用い、プラグ全体を電磁波シールドで覆い、高電圧給用配線に抵抗線３６ｘを用いた場合、各シールド線の長さが異なるので、各電磁波シールド部Ｓｄ（１〜６）の浮遊容量Ｃｓ（１〜６）は、一定とはならない。
このため、各電磁波シールド部の接地電位を同一の電位に保つことが困難となり、電磁波シールド間に電位差が発生する。
このような電位差は、新たな電磁波ノイズの発生源となり、また、各電磁波シールド部の接続部位においては、電界集中が起こり、電磁波ノイズを完全に遮断することが困難であった。

加えて、点火コイル３２ｘと放電場としてのプラズマ式点火プラグ１０ｘとによって発信回路が形成され、点火コイル３２ｘから高電圧が印加され放電を開始する時に電磁波ノイズが発生し、中心電極端子部１１２ｘと上記プラズマ発生用コンデンサ４２ｘとを繋ぐプラズマ発生用配線がアンテナとなって外部に漏れる虞もある。
通常のスパークプラグにおいては点火コイルとプラグとの間に抵抗素子を介装して、このような電磁波ノイズの発信を防止している。
しかしながら、上述した如くプラズマ発生用配線には大電流を流さなければならないので、プラズマ発生用配線上に抵抗素子を介装して放電開始時の電磁波ノイズを吸収することはできない。

そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、プラズマ式点火装置において、搭載が容易であるとともに、不可避的に発生する電磁波ノイズの外部への放出を防止する効果に優れたプラズマ式点火装置の提供を目的とするものである。

請求項１の発明では、内燃機関に装着される点火プラグと、放電用電源回路と、プラズマ発生用電源回路とを具備し、上記放電用電源回路からの高電圧の印加と、上記プラズマ発生用電源回路からの大電流の印加とによって、上記点火プラグの中心電極と接地電極との間に形成された放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態として、上記内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、
上記放電用電源回路は、電源電圧を昇圧する昇圧手段と該昇圧手段から放電される放電電流を整流するとともに、上記プラズマ発生用電源回路からの逆流を阻止する放電電流整流素子とを含み、
上記放電電流整流素子と上記中心電極との間で、抵抗素子を該抵抗素子から上記中心電極までを繋ぐ上記抵抗素子の下流側の放電用電流配送線をできる限り短くするように上記中心電極の可及的近傍となる位置に介装し、
上記プラズマ発生用電源回路と上記中心電極との間で、該プラズマ発生用電源回路から放電されるプラズマ電流を整流するとともに、上記放電用電源回路からの逆流を阻止するプラズマ電流整流素子を該プラズマ電流整流素子から上記中心電極までを繋ぐ上記プラズマ電流整流素子の下流側の大電流配送線をできる限り短くするように上記中心電極の可及的近傍となる位置に介装し、
上記抵抗素子と上記プラズマ電流整流素子とを上記中心電極の周辺に設けた素子収納部内に載置する。

請求項１の発明によれば、上記放電用電源回路で発生し上記放電用電源回路から上記点火プラグまでの配電線を介して伝導する電磁波ノイズを上記放電電流整流素子と上記中心電極との間に介装した上記抵抗素子により熱に変換して吸収することができる。
また、上記抵抗素子によって上記放電用電源回路から流れる電流が抑えられ、電流変化が小さくなることから、電磁波ノイズの発生を抑えることができる。
さらに、放電は、瞬間的に発生する高周波現象であるので、放電時に発生する電流変化に伴い発生する電磁波ノイズを、上記放電電流整流素子と上記中心電極との間で放電部に近い位置に上記抵抗素子を載置することにより、いち早く吸収できるので電磁波ノイズ低減効果が高くなる。また、抵抗素子より電流の変化が小さくなり、磁場の変化も小さくなることから、電磁波ノイズ自体を小さくすることができる。
加えて、上記抵抗素子を上記放電電流整流素子と上記中心電極との間で上記中心電極の周囲に設けた素子収納部に載置することにより、上記放電電圧電源から上記中心電極に至るまでの電線と接地との間に形成される浮遊容量によって発生する電磁波ノイズを効率よく吸収することができる。浮遊容量分は瞬間的に流れ、電流の変化が大きいことから、電磁波ノイズの原因となる。抵抗を挿入すれば、この浮遊容量分による電流変化を抑え、電磁波ノイズ自体を小さくすることができる。
さらに、プラズマ電流放出時には、上記放電電流整流素子が逆バイアスされ、ノイズ吸収用のコンデンサとして機能するためさらに、電磁波ノイズを低減できる。
したがって、電磁波ノイズの外部への放出を防止する効果に優れたプラズマ式点火装置による難着火性の内燃機関の極めて安定した着火が実現可能となる。

請求項２の発明のように、上記抵抗素子の下端から上記中心電極の上端までの距離Ｌ_１と上記整流素子の下端から上記中心電極の上端までの距離Ｌ_２との合計距離（Ｌ_１＋Ｌ_２）を３０ｃｍ以下に設定するのが望ましい。

請求項２の発明によれば、さらに電磁波ノイズが低減されることが本発明者等の鋭意試験により判明した。したがって、難着火性の内燃機関において、プラズマ式点火装置による着火をさらに安定したものにできる。

請求項３の発明では、上記抵抗素子と上記整流素子とを上記中心電極の上部に横に並べて配置する。

請求項３の発明によれば、上記抵抗素子と上記中心電極ターミナル部までの幾何学的距離及び上記プラズマ電流を整流する整流素子と上記中心電極ターミナル部までの幾何学的距離を最も短くできるので、さらに電磁波ノイズの低減が期待できる。

請求項４の発明では、上記素子収納部の一部又は全部を、上記内燃機関のエンジンブロックに設けたプラグホール内に載置する。

請求項４の発明によれば、上記プラグホールが電磁シールドとして作用し、電磁波ノイズを吸収することができる。

請求項５の発明では、上記素子収納部は、上記プラグホールの開口部を塞ぐように設ける。

請求項５の発明によれば、電磁波ノイズが上記プラグホールから外部へ放射され難くな
り、より確実な電磁波ノイズの低減を図ることができる。

請求項６の発明では、上記素子収納部は、金属材料又は、磁性材料からなる電波吸収部材を含む。

請求項６の発明によれば、電磁シールドとしての効果が低い部材によって上記プラグホールが形成されていた場合であっても、上記素子収納部を金属材料で覆ったり、磁性材料を混ぜたりすることによって素子収納部自体が電磁シールドとして機能し、さらに電磁波ノイズ吸収することができる。

請求項７の発明では、上記プラズマ発生用電源回路は、電源によって充電される複数のコンデンサを含み、該コンデンサの一部又は全部を上記素子収納部内に載置する。

請求項７の発明によれば、放電電圧の減衰を伴うことなく、上記コンデンサの一部がノイズ吸収用コンデンサとして作用し、放電時に発生する高周波のノイズ電流のみを上記素子収納部をグランドとしてバイパスして、プラズマ電流放出時に発生する電磁波ノイズが上記素子収納部の外へ発信するのを防止できる。また、上記コンデンサと中心電極とを繋ぐ大電流供給線を極めて短くすることができるので、該大電流供給線がアンテナとならず、電磁波ノイズの外部への発信を防ぐことができる。
したがって、難着火性の内燃機関において、プラズマ式点火装置による安定した着火が実現可能となる。
加えて、上記放電電流整流素子と上記プラズマ電流整流素子と上記プラズマ発生用コンデンサとを上記素子収納部内に載置することにより、プラズマ式点火プラグの体格を余り大きくすることなく内燃機関への搭載が容易となる。

請求項８の発明では、上記放電用電源回路は、上記昇圧手段として点火コイルと、該点火コイルを駆動する点火コイル駆動回路とを含み、上点火コイルを上記素子収納部内に載置する。

請求項８の発明によれば、上記点火コイルと上記中心電極を繋ぐ放電用高電圧供給線を短くできるので、該放電用高電圧供給線がアンテナとならず、電磁波ノイズが素子収納部の外部から発信されるのを防ぐことができる。ノイズ発生源を包括的に一定範囲内に収納することにより、電磁波ノイズを素子収納部内に効率的に封じ込めることができる。上記点火コイルまで収納すれば、電磁波ノイズ源、及び、電磁波ノイズ源に繋がる部品が、一体的にコンパクトに収納できたことになり、電磁波ノイズの低減効果は大きい。またプラズマ式点火装置の体格を余り大きくすることなく内燃機関への搭載が容易となる。

請求項９の発明では、上記抵抗素子の抵抗値は、３ｋΩ以上、より好ましくは５ｋΩ以上に設定する。

請求項９の発明の範囲に上記抵抗素子の抵抗値を設定することにより、電磁波ノイズの発生をさらに、効果的に抑えることができることが判明した。

請求項１０の発明では、上記点火コイルと上記放電電流整流素子とを抵抗線によって接続する。

請求項１０の発明によれば、上記点火コイルと上記放電電流整流素子との間の電流値変化に伴い発生する電磁波ノイズを上記抵抗線によって吸収できる。

請求項１１の発明では、上記抵抗線の抵抗値は、１０〜２０ｋΩ／ｍに設定する。

請求項１１の発明の範囲に、上記抵抗線の抵抗値を設定することにより、さらに、電磁波ノイズの発生抑制効果を大きくすることができることが判明した。

請求項１２の発明では、上記電源と上記コンデンサとを抵抗線によって接続するとともに、上記コンデンサと上記中心電極とを抵抗なし線によって接続する。

請求項１２の発明によれば、放電時には、上記抵抗なし線を通って上記コンデンサから上記中心電極へ大電流が供給されるので、大電流の電流値を低下させることがなく、また、上記電源と上記コンデンサとの間で繰り返される充放電に伴う電磁波ノイズは、上記抵抗線によって吸収することができる。

請求項１３の発明では、上記電源と上記コンデンサとを接続する上記抵抗線の全長に渡る抵抗値は、１ｋΩ以上の所定値に設定する。

請求項１３の発明の範囲に上記抵抗線の抵抗値を設定すれば、さらに、効果的に電磁波ノイズの吸収が実現できる。

請求項１４の発明では、上記抵抗線の抵抗値のバラツキを、±１００Ω以内とする。

請求項１４の発明によれば、さらに、効果的に電磁波ノイズの吸収が実現できる。また、本発明を複数気筒からなる内燃機関に適用した場合、上記抵抗線の固体差が小さくなることにより、グランド電位の差を少なくし、新たな電磁波ノイズの発生を防止できる。

図１を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態におけるプラズマ式点火装置１は、プラズマ式点火プラグ１０と電源３０、４０と放電用電源回路３００とプラズマ発生用電源回路４００と素子収納部２と電子制御装置３４とによって構成されている。

放電用電源回路３００は、電源３０に接続され、イグニションスイッチ３１と点火コイル３２と外部の電子制御装置ＥＣＵ３４からの点火指令によって火コイル３２を駆動する点火コイル駆動回路３３と放電電流を整流する整流素子３５とによって構成され、プラズマ発生用電源回路４００は、電源４０に接続され、ＤＣ―ＤＣコンバータ４４、抵抗４１、プラズマ発生用コンデンサ４２、４２ａによって構成されている。

点火コイル駆動回路３３は、外部に設けられた電子制御装置（ＥＣＵ）３４によって開閉制御されるトランジスタを含み、電源３０からの電圧を点火コイル３２によって、昇圧した高電圧のプラズマ式点火プラグ１０への供給を制御している。

放電電流を整流する整流素子３５は、点火コイル３２からの高電圧を整流するとともにプラズマ発生用コンデンサ４２からの大電流の逆流を阻止している。
点火コイル３２と放電電流を整流する整流素子３５とは高抵抗線３６によって接続されており、抵抗素子３７は、放電電流を整流する整流素子３５と中心電極１１０との間で中心電極１１０の可及的近傍となる位置、即ち、抵抗素子３７から中心電極ターミナル部１１１までの下流側放電用配送線３７０をできる限り短くするように載置されている。

プラズマ発生用コンデンサ４２は、電源４０によって充電され、放電時にはプラズマ式点火プラグ１０に大電流を放出する。

プラズマ電流を整流する整流素子４３は、中心電極ターミナル部１１１までの下流側大電流配送線４３０をできる限り短くするように載置され、プラズマ発生用コンデンサ４２からの大電流を整流するとともに点火コイル３２からの放電電圧の逆流を阻止している。

プラズマ式点火プラグ１０は、導電性金属材料からなる柱状の中心電極１１０と中心電極１１０を絶縁保持する筒形の絶縁部材１２０と絶縁部材１２０を覆う筒状の金属からなる接地電極１３０とによって構成されている。

中心電極１１０の先端側は、例えばイリジウム、イリジウム合金等の導電性材料によって長軸状に形成され、内部には鉄鋼材料、銅等の良電導性で高熱伝導性の金属材料からなる中心電極中軸が形成され、基端側は中心電極ターミナル部１１１が形成されている。

接地電極１３０は、その下端には接地電極開口部１３１が形成され、その外周にはエンジンブロック５１に螺結するためのネジ部１３２が形成され、基端側には、絶縁部材１２０を収納保持するハウジング部１３５が形成され、さらに、ハウジング１３５の外周には、ネジ部１３２をネジ締めするための六角部１３３が形成されている。
接地電極１３０を含むハウジング１３５は、ニッケル、鉄等の金属材料によって形成されている。

絶縁部材１２０の内側には、放電空間１４０が形成され、中心電極１１０と接地電極１３０との間で放電可能となっている。
絶縁部材１２０は、耐熱性、機械的強度、高温における絶縁耐力、熱伝導率などに優れた高純度のアルミナ等からなり、基端側は、絶縁部材頭部１２１が形成され、中心電極ターミナル部１１１とハウジング１３５との電気絶縁性を確保している。

プラズマ式点火プラグ１０は、図略の内燃機関のエンジンブロック５１とシリンダーブロック５３とで形成される燃焼室５内に先端が露出するように、エンジンブロック５１に設けられたプラグホール５２内に装着されとともに、接地電極１３０がエンジンブロック５１に電気的に接地された状態となっている。

本発明の要部である素子収納部２は、内部に素子として、抵抗素子３７とプラズマ電流を整流する整流素子４３とを収納し、抵抗素子３７の上流側で放電用電源回路３００と抵抗素子３７とを繋ぐ上流側放電用配送線３７１の一部と、抵抗素子３７の下流側で抵抗素子とコモン電極２１０とを繋ぐ下流側放電用配送線３７０と、プラズマ電流を整流する整流素子４３の上流側でプラズマ発生用電源回路４００とプラズマ電流を整流する整流素子とを繋ぐ上流側大電流配送線４１０、４３１と、プラズマ電流を整流する整流素子４３の下流側でプラズマ電流を整流する整流素子４３とコモン電極２１０とを繋ぐ下流側大電流配送線４３０と、コモン電極２１０と中心電極ターミナル部１１１とを繋ぐバネ電極２１１と、これらを覆うエポキシ樹脂等からなる絶縁樹脂モールド２００、２０１、２０３と、プラズマ式点火プラグ１０の絶縁部材頭部１３０に装着すべく、弾性部材により筒状に形成された絶縁部２０５とによって構成されている。
素子収納部２は、エンジンブロック５１のプラグホール５２内でプラグホール５２の開口をほぼ塞ぐように収納されている。

下流側放電用配送線３７０、下流側大電流配送線４３０、コモン電極２１０、バネ端子２１１、は、抵抗素子３７から中心電極ターミナル部１１１の上端面に至るまでにプラグホール５２の周壁との間に形成される浮遊容量と、プラズマ電流を整流する整流素子４３から中心電極ターミナル部１１１の上端面に至るまでにプラグホール５２の周壁との間に形成される浮遊容量とをできる限り小さくするため、抵抗素子３７の下端面から中心電極ターミナル部１１１に至る距離Ｌ_１とプラズマ電流を整流する整流素子４３の下端面から中心電極ターミナル部１１１に至る距離Ｌ_２とをできる限り短く設定するのが望ましい。

図２は、本実施形態におけるプラズマ式点火装置１の電磁波ノイズ測定方法の概要を示す。図２に示すように、プラズマ点火装置１から、所定の距離を離してノイズ検出コイル（φ８２ｍｍ、２０Ｔ）を設け、オシロスコープによって、電波雑音を１０回測定した最大幅Ｐ−Ｐｍａｘ（Ｖ）を測定した。
表１に示す条件で、抵抗素子３７から中心電極ターミナル部１１１の上端面までの距離Ｌ_１及び、プラズマ電流を整流する整流素子４３から中心電極ターミナル部１１１の上端面までの距離Ｌ_２を変化させた実施例と抵抗素子３７が介装されていない比較例とについて測定を行った。なお、本図中、破線ＳＬＤは、ほとんど全ての回路をプラグホール（ＰＨ）５２内に載置した実施形態における電磁シールドを表している。

図３に本発明の効果を比較例とともに示す。
実施例１は、図２に示すように、全ての回路をプラグホール５２内に収納し、エンジンブロック５１をシールド（ＳＬＤ）として使用する本発明の最もノイズ低減効果の高い実施形態において、Ｌ_２を固定（３ｍｍ）し、Ｌ_１を変更した場合のノイズ低減効果を示す。なお、図３において、縦軸はノイズレベル、横軸はＬ_１とＬ_２の合計長さを示す。
実施例２は、抵抗素子３７とプラズマ電流を整流する整流素子４３とをプラグホール５２外に収納し、Ｌ_１を固定し、Ｌ_２を変更した場合のノイズ低減効果を示す。
実施例３は、抵抗素子３７とプラズマ電流を整流する整流素子４３とをプラグホール５２外に収納し、Ｌ_２を固定し、Ｌ_１を変更した場合のノイズ低減効果を示す。
比較例１は、抵抗素子３７を具備せず、抵抗線によって放電用電源と中心電極とを接続した従来のプラズマ式点火装置における電磁波ノイズ状態を示す。
比較例２は、従来の抵抗素子を具備せず、抵抗線によって放電用電源と中心電極とを接続した従来のプラズマ式点火装置において、Ｌ_２を固定し、Ｌ_１を変化させた場合のノイズ低減効果を示す。抵抗素子３７がない時のＬ_１の長さは、放電電流を整流する整流素子３５と中心電極ターミナル部１１１までの距離とする。
比較例３は、抵抗素子３７を具備せず、抵抗線によって放電用電源と中心電極とを接続した従来のプラズマ式点火装置において、回路全体をプラグホール５２内に載置した場合のノイズ低減効果を示す。

図３に示すように、実施例２、実施例３の結果から、抵抗素子３７とプラズマ電流を整流する整流素子４３とを、中心電極ターミナル部１１１の周辺に載置した場合のノイズ低減効果は、どちらもほぼ等しく、Ｌ_１又はＬ_２のいずれか一方が長くなれば、電磁ノイズが増加することが判明した。さらに、Ｌ_１とＬ_２の合計距離を短くするほどノイズレベルを小さくできることが判明した。
また、放電電流を整流する整流素子３５を中心電極ターミナル部１１１の周辺に載置した場合にも、放電電流を整流する整流素子３５から中心電極ターミナル部１１１までの距離Ｌ_１を短くするほど、ノイズ低減効果が増加することが判明した。
さらに、素子収納部２内に可能な限り素子の全てを収納し、プラグホール５２内に載置することによって、最も効果的に電磁波ノイズを低減できることが判明した。
また、抵抗素子３７とプラズマ電流を整流する整流素子４３は、プラグホール５２内で横に並べて設置すると、Ｌ_１とＬ_２の配線長さを短くでき、よりノイズ低減効果が高くなると期待される。
抵抗素子３７とプラズマ電流を整流する整流素子４３とを上下にずらして設置すると、幾何学的にＬ_１とＬ_２の合計長さは並べて配置するより長くなり、その結果、ノイズも大きくなる虞がある。

本試験により、望ましくは、抵抗素子３７の下端と中心電極ターミナル部１１１の上端までの距離Ｌ_１を３０ｃｍ以下に設定し、プラズマ電流を整流する整流素子４３と中心電極ターミナル部１１１の上端までの距離Ｌ_２を３０ｃｍ以下に設定することにより、より効果的に電磁波ノイズを低減できることが判明した。
Ｌ_１、Ｌ_２の長さが短くなるように素子収納部２内に素子を収納すれば、ノイズを低減できる。この時、前述したように、素子収納部２をプラグホール５２に入れるとノイズ低減効果が高くなる。

プラグホール５２を区画するエンジンヘッド５１がシールド材料で構成されていれば、電磁シールドとしての効果が期待できる。
プラグホール５２を区画するエンジンヘッド５１がシールド材料で構成されていない時には、シールド機能を素子収納部２に付加すれば良い。
素子収納部２にシールド機能を付加する材料としては、放射ノイズを接地に流せる電導性のある金属（銅、鉄、Ｎｉ、Ａｌ等及びその合金）、あるいは、電波吸収体（磁性体、電磁材など）を用いるのが望ましい。
また、構造的には、これらシールド材料を素子収納部２の表面に膜として付けたり、塗装したり、シート状に形成したものを挟み込んだり、貼り付けたり、素子収納部を形成する樹脂・ゴム材等の材料に混ぜたりする、などが考えられる。

本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｅについて図４を参照して説明する。本実施形態においては、上記第１の実施形態と基本構成を同一とし、放電用電源回路３００ｅとプラズマ発生用電源回路４００ｅとの接続方法が僅かに異なる点が相違する。本実施形態においては、点火コイル３２ｅの二次コイル３２２ｅをプラズマ発生用電源回路４００ｅに接続し、プラズマ電流を整流する整流素子４３を放電電流の整流に兼用する構成としている。このような構成としても、上記実施形態と同様に抵抗素子３７と放電電流整流素子を兼ねたプラズマ電流整流素子４３とを中心電極ターミナル部１１１までの距離（Ｌ _１、Ｌ _２）をできる限り短くするように素子収納部２内に載置することによって電磁波ノイズを低減する効果が発揮できる。

本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ａについて、図５を参照して説明する。本実施形態におけるプラズマ式点火装置１ａは、上記第１の実施形態と基本構成を同一とし、素子収納部２ａをシールド部材２０４によって覆っている点が相違する。このような構成とすることにより、エンジンブロック５１が電磁シールドとして機能し、電磁波ノイズがプラグホール５２の外部へ放射されるのを効率よく抑制できる。

本発明の第４の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｂについて、図６を参照して説明する。なお、上記実施形態と共通する部分については、同じ符号を付したので説明を省略し、本実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｂの特徴的な部分についてのみ説明する。本発明の要部である素子収納部２ｂは、点火コイル駆動回路３３ｂと、点火コイル３２ｂと、放電電流を整流する整流素子３５と、抵抗素子３７と、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂと、プラズマ電流を整流する整流素子４３と、これらを覆うエポキシ樹脂等からなる絶縁樹脂モールド２０１ｂと、プラズマ式点火プラグ１０の絶縁部材頭部１３０に装着すべく、弾性部材により筒状に形成された絶縁部２０５ｂと、中心電極ターミナル部１１１に接続される第１のターミナル２１０とによって構成され、全体が電磁波シールドを兼ねたケース２００ｂによって覆われ、ケース２００に設けられたケースネジ部２２０ｂによってエンジンブロック５１のプラグホール５２内に螺結されている。なお、ケース２００ｂは、全体を金属で形成しても良いし、樹脂で形成し、表面の一部又は全部を金属メッキで覆って形成しても良い。

点火コイル駆動回路３３ｂは、外部に設けられた電子制御装置（ＥＣＵ）３４によって開閉制御されるトランジスタを含み、電源４０ｂからの電圧を点火コイル３２ｂによって、昇圧した高電圧のプラズマ式点火プラグ１０への供給を制御している。

プラズマ発生用コンデンサ４２ｂは、電源４０ｂによって充電され、放電時にはプラズマ式点火プラグ１０に大電流を放出する。
本実施形態において、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂは、エンジンブロック５１と接地状態となっており、放電時に発生する電磁波ノイズをエンジンブロック５１へバイパスする電磁波ノイズ低減用コンデンサとしても機能している。

なお、電源４０から、接点４１１までは抵抗線４１によって接続され、接点４１１で、並列に接続される点火コイル３２の一次側とプラズマ発生用コンデンサ４２ｂとプラズマ電流を整流する整流素子４３とは、抵抗なし線によって接続されている。

図７を参照して本発明の第４の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｂの回路構成並びに本発明の効果について詳述する。
プラズマ式点火装置１ｂは、点火プラグ１０と、電源４０ｂ、イグニッションスイッチ３１、点火コイル３２ｂ、トランジスタを含む点火コイル駆動回路３３ｂ、電子制御装置３４、抵抗線３６ｂ、放電電流を整流する整流素子３５、抵抗素子３７、抵抗線４１、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂ、プラズマ電流を整流する整流素子４３、素子収納部２ｂによって構成されている。
電源４０ｂは、マイナス側が接地され、点火プラグ１０の中心電極１１０が陽極となり、接地電極１３０が陰極となるように接続されている。また、電源４０から、接点４１１までは抵抗線４１によって接続され、接点４１１ｂで、並列に接続される点火コイル３２ｂの一次側とプラズマ発生用コンデンサ４２ｂとプラズマ電流を整流する整流素子４３とは、抵抗なし線によって接続されている。

点火コイル３２ｂの二次コイルと中心電極１１０との間に高抵抗線３６ｂを介して放電電流を整流する整流素子３５が直列に設けられ、さらに、整流素子３５と中心電極１１０との間で、中心電極１１０の極近傍に抵抗素子３７が介装されている。
プラズマ電流を整流する整流素子４３は、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂと中心電極１１０との間で放電電流を整流する整流素子３５と並列に介装されている。

放電電流を整流する整流素子３５とプラズマ電流を整流する整流素子４３とプラズマ発生用コンデンサ４２ｂと点火コイル３２と点火コイル駆動回路３３ｂとをケース２００ｂで覆い、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂの接地側とケース２００とが接地されている。
放電電流を整流する整流素子３５、プラズマ電流を整流する整流素子４３にはダイオードが用いられている。
なお、本実施形態において、抵抗線３６には、１６ｋΩ／ｍの抵抗線が用いられ、抵抗線４１には、電源４０から接点４１１までの全長に渡る抵抗値が一定となる（例えば１ｋΩ）抵抗線が用いられ、抵抗素子３７には、５ｋΩの固定抵抗素子が用いられ、プラズマ発生用コンデンサには２μＦの容量のコンデンサが用いられている。
なお、抵抗素子３７を１５ｋΩ以上の高抵抗とすると電磁波ノイズは抑えられるが、放電が充分に行われなくなり着火性に影響を与えることが判明した。したがって、１５ｋΩが、放電が充分に行われる限界値となる。
また、抵抗線４１の配線長の一部分のみを抵抗線とし、その長さを各気筒への配線にて一定とし、その他の部分は抵抗なし電線として、各気筒における抵抗値を等しくするのが望ましい。この時、抵抗線を用いる位置は、ノイズ発生源であるプラグ１０に近い側とするのが良い。

イグニッションスイッチ３１が投入され、ＥＣＵ３４からの点火信号により、電源４０ｂの一次電圧が点火コイル３２の一次コイル３２１に印加され、点火コイル駆動回路３３のスイッチングによって一次電圧が遮断されると、点火コイル３３内の磁界が変化し、自己誘導作用により点火コイル３３の二次コイル３２２に１０〜３０ｋＶの正の二次電圧が誘起される。
一方、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂは、プラズマ式点火プラグ１０と並列に接続されており、電源４０ｂによりプラズマ発生用コンデンサ４２ｂが充電される。

印加された二次電圧が中心電極１１０と接地電極１３０との放電電圧を超えると両電極間に放電が開始され、放電空間１４０内の気体が小領域でプラズマ状態となる。このプラズマ状態の気体は、導電性を有し、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂの両極間に蓄えられた電荷の放電を引起し、放電空間１４０内の気体の更なるプラズマ状態化を誘発、領域を拡大する。このプラズマ状態の気体は、高温・高圧となり、内燃機関内へ噴射される。

この時、電磁波ノイズが発生するが、放電電流を整流する整流素子３５とプラズマ電流を整流する整流素子４３とプラズマ発生用コンデンサ４２ｂとを中心電極１１０の可及的近傍に載置することにより、点火コイル３２ｂからの放電電圧の減衰を伴うことなく、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂによって、放電時に発生する高周波のノイズ電流のみを素子収納部２ｂをグランドとしてバイパスできる。
また、プラズマ発生用コンデンサ４２ｂと中心電極１１０とを繋ぐ大電流配送線４３０を極めて短くすることができるので、大電流配送線４３０がアンテナとならず、電磁波ノイズが発生しても、素子収納部２ｂの外部へ発信されるのを防ぐことができる。

さらに、点火コイル３２ｂと点火コイル駆動回路３３ｂとが、素子収納部２ｂ内に載置されており、点火コイル３２ｂと中心電極１１０を繋ぐ放電用配送線（抵抗線）３６ｂを短くできるので、放電用配送線３６ｂがアンテナとならず、電磁波ノイズの外部への発信を防ぐことができる。
加えて、エンジンブロック５１が電磁波シールドとして機能しており、プラグホール５２内にノイズ発生源を包括的に収納することにより、プラグホール５２から電磁波ノイズの漏れを防止できる。
なお、本実施形態において、電源４０ｂの電圧を予め昇圧した昇圧電源を用いることにより、点火コイル３２ｂを小型化し、さらに、搭載性を向上することも可能となる。

図８に本発明の第５の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０を複数の気筒からなる内燃機関５００に複数装着したプラズマ式点火装置１ｃの構成を示す。なお、本発明の第５の実施形態と共通する部分につては図中に同じ符号を記したので、説明を省略する。
本実施形態においては、第５の実施形態に示した効果に加えて、複数の素子収納部２（１〜ｎ）が一定形状のケース２００によって形成されている
ので、浮遊容量が一定で、接地電位が一定となるので、素子収納部間での電位差による新たな電磁波ノイズが発生しない。
したがって、複数気筒からなる難着火性の内燃機関５００においてプラズマ式点火装置１ａによる安定した着火が実現可能となる。
なお、本実施形態において、抵抗線と抵抗なし線を用いて、抵抗線４１（１〜ｎ）の各抵抗値が一定となるように配線されている。
回路上、各気筒への配線長さが変わっても抵抗線の全長の各配線の抵抗値をほぼ等しくできる。よって、各気筒への配線の長さ当たりの抵抗値は異なることがありうる。なお、各配線長の一部分のみを抵抗線とし、その長さを各気筒への配線にて一定とし、その他の部分は抵抗なし電線として、各気筒における抵抗値を等しくしてもよい。この時の抵抗線の位置はノイズ発生源であるプラグに近い側に使うと良い。

図９に本発明の第６の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｄの概要を示す。本実施形態は、第４の実施形態と基本構成は同様であるが、点火コイル３２ｄと点火コイル駆動回路３３ｄを素子収納部２ｄの外部に配設し、点火コイル３２ｄと素子収納部２ｄとの接続に第２のターミナル部２３０を設け、電源４０と素子収納部２ｄとの接続に第３のターミナル２４０を設け、さらに、第２のターミナル２３０と第３のターミナル２４０とを互いに直交する位置に配設した点が相違する。

電磁波ノイズが収納部２ｄの外部に漏れないようにするためには、プラズマ発生用コンデンサ４２と第３のターミナル部２４０との間に電磁波ノイズが乗らないように注意する必要がある。
そこで、本実施形態では、電磁波ノイズが発生する放電電流を整流する整流素子３５とその配線３６からプラズマ発生用コンデンサ４２を離し、第２のターミナル部２３０と第３のターミナル部２４０とを離した構造としてある。
プラズマ発生用コンデンサ４２を第３のターミナル２４０の近傍に設けることにより、さらに、電磁波ノイズの発生を低減できるとの知見を得た。
加えて、プラズマ発生用コンデンサ４２の載置位置を第２のターミナル部２３０から離すことにより、第２のターミナル部２３０に印加される高圧の放電用電圧がプラズマ発生用コンデンサ４２にリークするのを防止できる。
また、素子収納部２ｄの形状を簡易な形状にすることができるので、製造が容易で実用性が極めて高い。

本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、点火プラグとして、中心電極を覆う絶縁部材の内側に形成された放電空間内で中心電極と接地電極との放電を行うプラズマ式点火プラグ１０を用いた場合について説明したが、本発明のプラズマ式点火装置は、点火プラグとして、中心電極と接地電極との間のエアギャップに放電するスパークプラグや絶縁体表面で放電を行う延面放電プラグにも適宜採用し得るものである。

本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の構成を示す要部断面図。プラズマ式点火装置の評価方法を示す構成図。本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置の効果を比較例とともに示す特性図。本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火装置の構成を示す要部断面図。本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火装置の構成を示す要部断面図。本発明の第４の実施形態におけるプラズマ式点火装置の構成を示す要部断面図。本発明の第４の実施形態におけるプラズマ式点火装置の回路図。本発明の第５の実施形態におけるプラズマ式点火装置の回路図。本発明の第６の実施形態におけるプラズマ式点火装置の構成を示す要部断面図。複数の気筒からなる内燃機関に設けられた従来のプラズマ式点火装置の構成並びに問題点を示す回路図。（ａ）は、従来のプラズマ式点火装置の構成を示す回路図、（ｂ）は、本図における動作波形を示す動作特性図。（ａ）は、通常のスパークプラグの構成を示す回路図、（ｂ）は、本図における動作波形を示す動作特性図。

符号の説明

１プラズマ式点火装置
１０プラズマ式点火プラグ
１１０中心電極
１１１中心電極ターミナル部
１２０絶縁部材
１４０接地電極
１４０放電空間
２素子収納部
３２点火コイル
３３点火コイル駆動回路
３４電子制御装置（ＥＣＵ）
３５放電電流整用整流素子
３６、３７１上流側放電用配送線
３７抵抗素子
３７０下流側放電用配送線
３０、４０電源
４１０、４３１上流側大電流用配送線
４２、４２ａコンデンサ
４３プラズマ電流整流用整流素子
４３０下流側大電流用配送線
５２プラグホール（ＰＨ）
３００放電用電源回路
４００プラズマ発生用電源回路

Claims

内燃機関に装着される点火プラグと、放電用電源回路と、プラズマ発生用電源回路とを具備し、上記放電用電源回路からの高電圧の印加と、上記プラズマ発生用電源回路からの大電流の印加とによって、上記点火プラグの中心電極と接地電極との間に形成された放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態として、上記内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、
上記放電用電源回路は、電源電圧を昇圧する昇圧手段と該昇圧手段から放電される放電電流を整流するとともに、上記プラズマ発生用電源回路からの逆流を阻止する放電電流整流素子とを含み、
上記放電電流整流素子と上記中心電極との間で、抵抗素子を該抵抗素子から上記中心電極までを繋ぐ上記抵抗素子の下流側の放電用電流配送線をできる限り短くするように上記中心電極の可及的近傍となる位置に介装し、
上記プラズマ発生用電源回路と上記中心電極との間で、該プラズマ発生用電源回路から放電されるプラズマ電流を整流するとともに、上記放電用電源回路からの逆流を阻止するプラズマ電流整流素子を該プラズマ電流整流素子から上記中心電極までを繋ぐ上記プラズマ電流整流素子の下流側の大電流配送線をできる限り短くするように上記中心電極の可及的近傍となる位置に介装し、
上記抵抗素子と上記プラズマ電流整流素子とを上記中心電極の周辺に設けた素子収納部内に載置せしめたことを特徴とするプラズマ式点火装置。
上記抵抗素子の下端から上記中心電極の上端までの距離Ｌ_１と上記プラズマ電流整流素子の下端から上記中心電極の上端までの距離Ｌ _２との合計距離（Ｌ _１＋Ｌ _２）を３０ｃｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ式点火装置。
上記抵抗素子と上記プラズマ電流整流素子とを上記中心電極の上部に横に並べて配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ式点火装置。
上記素子収納部の一部又は全部を、上記内燃機関のエンジンブロックに設けたプラグホール内に載置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記素子収納部は、上記プラグホールの開口部を塞ぐように設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記素子収納部は、金属材料又は、磁性材料からなる電波吸収部材を含んだことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記プラズマ発生用電源回路は、電源によって充電される複数のコンデンサを含み、該コンデンサの一部又は全部を上記素子収納部内に載置したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記放電用電源回路は、上記昇圧手段として点火コイルと、該点火コイルを駆動する点火コイル駆動回路とを含み、上記点火コイルを上記素子収納部内に載置したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記抵抗素子の抵抗値は、３ｋΩ以上、より好ましくは５ｋΩ以上に設定したことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記点火コイルと上記放電電流整流素子とを抵抗線によって接続したことを特徴とする請求項８又は９に記載のプラズマ式点火装置。
上記抵抗線の抵抗値は、１０〜２０ｋΩ／ｍに設定したことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ式点火装置。
上記電源と上記コンデンサとを抵抗線によって接続するとともに、上記コンデンサと上記中心電極とを抵抗なし線によって接続したことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記電源と上記コンデンサとを接続する上記抵抗線の全長に渡る抵抗値は、１ｋΩ以上の所定値に設定したことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ式点火装置。
上記抵抗線の抵抗値のバラツキを、±１００Ω以内としたことを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。