JP4905371B2

JP4905371B2 - プラズマ式点火装置

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Publication number: JP4905371B2
Application number: JP2008008713A
Authority: JP
Inventors: 秀幸加藤; 融吉永; 正道柴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: JP2009170324A

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の雑音電波低減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、図１３（ａ）に示すようなプラズマ式点火装置１ｘが知られている。この装置では、点火プラグ１０ｘの中心電極１１０ｘと接地電極１３１ｘとの間に放電用電源２０ｘから高電圧を印加して、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内の絶縁を破壊するブレークダウン放電が行われた瞬間に、プラズマエネルギ供給用電源３０ｘから大電流を供給して、放電空間１４０ｘ内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして、放電空間１４０ｘの先端から噴射することができる。

プラズマ式点火装置１ｘは、容積的に大きな範囲の高温域が発生する上に、指向性に富んだ火炎核が着火源となって圧縮混合気の着火爆発が励起されるので、成層リーンバーン、均質リーンバーン、過給気混合燃焼等の難着火性機関の点火装置としての応用が期待されている。

しかし、プラズマ式点火装置１ｘにおいては、図１３（ｂ）に示すように放電用電源２０ｘから高電圧が印加された瞬間に微少な電流が流れ、また、プラズマエネルギ供給用コンデンサ３３ｘ内に蓄えられたエネルギを点火プラグ１０ｘへ供給する際に、１０μｓｅｃ程度の極めて短い期間に１２０Ａ程度の大電流が流れる。このような大きな電流変化がエンジンの回転に応じて周期的に繰り返されると、高周波の電波雑音が発生する。
かかる電波雑音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。

このような課題に対して、特許文献１には、高抵抗紐よりなる火花点火方式の電源からの給電線と抵抗なしのプラズマエネルギ供給用電源の給電線とを点火プラグ全体を覆うシールド管式のプラグキャップ内で結線するとともに、プラズマエネルギ供給用電源の給電線の外周を金属製の蛇腹管でシールドすることにより、電波雑音を遮断する方法が開示されている。

ところが、特許文献１等の方法では、シールドとしてプラズマ供給用電線を覆う金属製の蛇腹管とプラズマエネルギ供給用の給電線との間に形成される浮遊容量が、曲げによって不規則に変化するため、新たな電波雑音の発生源となる虞がある。
また、シールドの不完全な所があれば電波雑音は漏れるので、放電用配線及びプラズマエネルギ供給用給電線とシールド管式のプラグキャップとの全体をシールドする必要があり、近年の複雑化したエンジンルーム内で使用するには汎用性に欠け、搭載性が劣る。しかも、シールドが広範囲に渡ると、シールド自身がアンテナとして機能し、電波雑音を発信してしまう虞もある。

そこで、本発明者等は、先に特願２００７−１７３７４５において、図１２に示すようなプラズマ式点火装置１ｚを提案した。プラズマ式点火装置１ｚでは、プラズマ発生用コンデンサ３３ｚ、３４ｚの一部又は全部と、第１の整流素子２６ｚと、第２の整流素子３５ｚとを中心電極１１０ｚの周辺に設けられた素子収納部５０ｚ内に載置し、第１の整流素子２６ｚと中心電極１１０ｚとの間に抵抗体１５０ｚを介装した構成となっている。

このような構成とすることにより、抵抗体１５０ｚが、放電用電源２０ｚから中心電極１１０ｚまでの配送線２７０ｚとエンジンヘッド４１との間に形成される浮遊容量Ｃ_Ｓ１によって発生する電波雑音を吸収し、また、プラズマ発生用コンデンサ３３、３４の一部が、電波雑音吸収用コンデンサ３４として機能し、さらに、エンジンヘッド４１全体が電磁シールドとして作用し、内燃機関４０の失火を招くような、強力な電波雑音の発信を防ぐことができるようになった。
実開昭５５−１７２６５８号公報

しかし、図１１及び図１２に示すように、抵抗体１５０ｚの下流側においては、中心電極１１０ｚと接地電極１３０ｚを含むハウジング１３ｚ又はエンジンヘッド４１との間にも浮遊容量Ｃ_Ｓ２が形成される。抵抗体１５０ｚの上流側に形成される浮遊容量Ｃ_Ｓ１に起因して発生する電波雑音は、抵抗体１５０ｚにより吸収可能であるが、抵抗体１５０ｚの下流側に発生する浮遊容量Ｃ_Ｓ２に起因して発生する電波雑音は、抵抗体１５０ｚによって吸収することができない。このため、従来のプラズマ式点火装置１ｚでは、近年の厳しいＥＭＩ規制を満足するだけの十分な電波雑音遮断性が実現できていない。

そこで、本願発明はかかる実情に鑑み、電波雑音遮断性能のさらなる向上を図り、信頼性の高いプラズマ式点火装置を提供すること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、絶縁体を介して配設した中心電極と接地電極との間に放電空間を設けた点火プラグと、該点火プラグに高電圧の印加を行う放電用電源と、大電流の供給を行うプラズマエネルギ供給用電源と、を具備し、上記高電圧の印加と上記大電流の供給とによって、上記放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、上記中心電極は、上記放電空間にその表面が露出する中心電極放電部と、先端側は抵抗体を介して上記中心電極放電部に接続し、基端側は上記放電用電源に接続する高電圧用電極部と、先端側は上記中心電極放電部に接続し、基端側は上記プラズマ発生用電源に接続する大電流用電極部と、上記高電圧用電極部と上記大電流用電極部との絶縁性を確保する電極部絶縁体と、を具備する。

請求項１の発明によれば、中心電極内の先端部に設けられた中心電極放電部の可及的近傍に抵抗体を載置することができるので、上記放電用電源から上記中心電極放電部に至るまでの浮遊容量によって発生する電波雑音を上記抵抗体によって効率よく吸収できる。
さらに、先端部に設けた中心電極放電部は小さくできるため、この部材とグランド間で形成される浮遊容量も小さくできる。この浮遊容量部に貯まった電荷が少なければ、これからの電波雑音の発生が抑えられる。
また、プラズマ発生用電源からの大電流は、上記大電流用電極部を通って、上記中心電極放電部に直接供給されるので、エネルギ損失が少なく、効率よく上記放電空間内の気体をプラズマ化できる。
したがって、電波雑音の発生が少なく、かつ発生した雑音電波を効率よく吸収し、電波雑音の遮断性に優れたプラズマ式点火装置の実現が可能となる。

具体的には、請求項２の発明のように、上記中心電極放電部は、略柱状に形成し、上記大電流用電極部は、略長軸状に形成し、その下端面と上記中心電極放電部の上端面とを接続せしめ、上記抵抗体は、上記中心電極放電部の側面外周を覆う略筒状に形成し、その内周面と上記中心電極放電部の側面外周とを接続せしめ、上記電極部絶縁体は、上記大電流用電極部の外側を覆う略筒状に形成し、上記高電圧用電極部は、上記電極部絶縁体の外周の一部又は全部を覆う略帯状又は略筒状に形成し、その下端面と上記抵抗体の上端面とを接続せしめて、これらを略長軸状の上記中心電極となしても良い。

また、請求項３の発明のように、上記中心電極放電部は、略柱状に形成し、上記抵抗体は、略柱状に形成し、その下端面と上記中心電極放電部の上端面とを接続せしめ、上記高電圧用電極部は、略長軸状に形成し、その下端面と上記抵抗体の上端面とを接続せしめ、
上記電極部絶縁体は、上記高電圧用電極部の外側を覆う略筒状に形成し、上記大電流用電極部は、上記電極部絶縁体の外周の一部又は全部を覆う略帯状又は略筒状に形成し、下端部においてその内周面と上記抵抗体の側面外周とを接続せしめて、これらを略長軸状の上記中心電極となしても良い。

請求項２、又は、請求項３のいずれの発明によっても、上記放電用電源から上記中心電極放電部に至るまでの浮遊容量に起因する電波雑音を上記抵抗体によって吸収できるので、プラズマ式点火装置の信頼性が極めて高くなる。上記抵抗体をできるだけ上記中心電極放電部の近くに置けば、浮遊容量に起因する電波雑音の発生を効率よく抑えられる。

より具体的には、請求項４の発明のように、上記点火プラグは、上記中心電極放電部の下端面と、上記中心電極の外周を覆いつつ、上記中心電極放電部の下端面よりも下方に伸びる略筒状に形成した絶縁体の内周壁と、該絶縁体を覆いつつ、上記絶縁体の内周壁に連通して開口する略筒状に形成した接地電極の接地電極開口部内周壁と、によって上記放電空間を区画した構造でも良い。

請求項４の発明によれば、電波雑音を効率よく遮断しつつ、筒状に形成された上記絶縁体内に放電空間が形成され、該放電空間内に上記放電用電源からの高電圧の印加と上記プラズマ発生用電源からの大電流の供給とによって、上記放電空間内の気体が、高温、高圧のプラズマ状態として、上記接地電極開口部から噴射することができる。したがって、電波雑音の遮断性が高く、成層リーンバーン等の難着火性機関の点火を可能とするプラズマ式点火装置が実現できる。

加えて、請求項５の発明のように、上記点火プラグは、上記中心電極の外周を覆う略筒状に形成した絶縁体の下端面と、上記絶縁体の下端面から露出した中心電極放電部の外周面と、上記絶縁体を覆いつつ、略環状に形成した接地電極の接地電極開口部内周壁と、によって上記放電空間を区画した構造でも良い。

請求項５の発明によれば、優れた電波雑音の遮断性に加え、上記放電用電源からの高電圧の印加によって、上記絶縁体の下面に沿って上記中心電極と上記接地電極との間に沿面放電経路が形成され、上記プラズマ発生用電源からの大電流の供給によって、上記沿面放電経路近傍の気体をプラズマ状態とすることができる。よって、電波雑音の遮断性が高く、均質リーンバーン等の難着火性機関の点火を可能とするプラズマ式点火装置が実現できる。

さらに、請求項６の発明のように、上記点火プラグは、上記中心電極放電部の下端面の少なくとも一部を先端方向へ延設して、上記中心電極の外周を覆う略筒状に形成した絶縁体の下端面から露出せしめた中心電極突出部と、上記絶縁体の外周を覆う接地電極の一部を略Ｌ字形に延設して、上記中心電極突出部の下端面と所定の放電距離を設けて対向せしめて、上記放電空間となした構造でも良い。

請求項６の発明によれば、電波雑音の遮断性に優れ、かつ、中心電極と対向する接地電極との間に形成される狭い領域内の気体を高密度でプラズマ化できるので、着火性の高いプラズマ式点火装置が実現できる。

請求項７の発明では、上記放電用電源からの高電圧を整流しつつ、上記プラズマ発生用電源からの逆流を阻止する第１の整流素子と、上記プラズマ発生用電源からの電流を整流しつつ、上記放電用電源からの逆流を阻止する第２の整流素子と、上記プラズマ発生用電源と上記点火プラグとの間で並列に介装されるノイズ低減用コンデンサと、を具備し、少なくとも上記第１の整流素子と上記第２の整流素子とを上記内燃機関のプラグホール内に載置せしめる。

請求項７の発明によれば、上記抵抗体の電波雑音吸収効果に加え、第１の整流素子並びに第２の整流素子が逆バイアスとなった状態では小容量のコンデンサとして機能し、上記点火プラグと並列に発生する浮遊容量を低下することができ、さらに、上記プラグホールが電磁シールドとして作用する。したがって雑音電波の遮断性に優れた極めて信頼性の高いプラズマ式点火装置が実現できる。

図１に本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置１の概要を示す。プラズマ式点火装置１は、内燃機関４０のプラグホール４１０内に載置される点火プラグ１０と放電用電源２０とプラズマ発生用電源３０とによって構成されている。
点火プラグ１０は、内燃機関４０のエンジンブロック４１０とシリンダブロック４２０で区画される燃焼室４００内に先端部が露出するように螺結固定されている。点火プラグ１０は、絶縁体１２０を介して配設した中心電極１１０と接地電極１３０との間に放電空間１４０を設けてある。

中心電極１１０は、中心電極放電部１１１と、抵抗体１５０と高電圧用電極部１５１と中心電極絶縁部１６０と大電流用電極部１７０とによって構成されている。中心電極放電部１１１の表面は、放電空間１４０に露出している。高電圧用電極部１５１は、先端側が抵抗体１５０を介して中心電極放電部１１１に接続され、基端側が高電圧用配送線２７０、２７１及び第１の整流素子２６を介して、放電用電源２０に接続されている。大電流用電極部１７０は、先端側が中心電極放電部１１１に接続され、基端側がプラズマエネルギ配送線３６０、３６１及び第２の整流素子３５を介してプラズマ発生用電源３０に接続されている。中心電極絶縁部１６０は、体高電圧用電極部１５１と大電流用電極部１７０との電気絶縁性を確保している。

接地電極１３０は、略筒状に形成されており、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４１に螺結するためのネジ部１３２が形成され、さらに、その基端側には、絶縁体１２０を収納保持するハウジング部１３が形成されている。ハウジング部１３の外周には、ネジ部１３３をネジ締めするための六角部１３４が形成され、基端側には、絶縁体１２０を固定するための加締め部１３５が形成されている。
接地電極１３０を含むハウジング部１３は、例えば、ニッケル、鉄等の金属材料によって形成されている。ネジ部１３３によって、点火プラグ１０をプラグホール４１０内に固定するともに、接地電極１３０がエンジンブロック４１に電気的に接地された状態とすることができる。

絶縁体１２０は、略筒状で、基端側には中心電極とハウジング部１３との電圧リークの防止を図るべくコルゲート状の絶縁体頭部１２２が形成されている。絶縁体１２０の中腹には、ハウジング部１３の内側に係止する大径部１２１が形成されている。絶縁体１２０は、アルミナなどの高耐熱性、高絶縁性、高強度のセラミック材料が用いられている。

放電用電源２０は、電源２１とイグニッションスイッチ２２と点火コイル２３と点火コイル駆動回路２４と電子制御装置２５とによって構成されている。放電用電源２０から、高電圧電極１５１までは、高電圧配送線２７０、２７１によって接続されている。高電圧配送線２７０、２７１には、高抵抗線を用いても良い。更に、高電圧配送線２７１には、第１の整流素子２６が介装されている。

プラズマ発生用電源３０は、電源３１と抵抗３２とプラズマエネルギ充電用コンデンサ３３とによって構成されている。プラズマ発生用電源３０から、大電流電極１７０までは、抵抗なし線からなる大電流配送線３６０、３６１によって接続されている。更に大電流配送線３６１には、第２の整流素子３５が介装されている。

第１の整流素子２６は、点火コイル２３によって昇圧された高電圧を整流するとともに、プラズマ発生用電源３０からの電流の逆流を阻止している。第２の整流素子３５は、プラズマエネルギ放電用コンデンサ３３からの大電流を整流するとともに、放電用電源２０からの電流の逆流を阻止している。第１の整流素子２６、第２の整流素子３５は、ダイオードが用いられ、特に第２の整流素子３５には、大電流を流すことができ、放熱性に優れた、ＳｉＣ半導体等のワイドバンドギャップ半導体を有するパワーダイオードを用いるのが良い。なお、第１の整流素子２６、第２の整流素子３５は、電極の耐久性向上の観点から、中心電極１１０が陽極側となり、接地電極１３０が陰極側となるように、整流する方向に配設するのが望ましい。

第１の整流素子２６を含む高電圧配送線２７１と、第２の整流素子３５を含む大電流配送線３６１とは、例えば、ポキシ樹脂等からなる樹脂モールド５１によって覆われ、互いに電気絶縁性を保っている。さらに樹脂モールド５１は、電磁シールドを兼ねたケース５０によって覆われ、プラグホール４１０内に載置され、エンジンブロック４１に固定されている。樹脂モールド５１の先端側には、ケース５０を、点火プラグ１０の絶縁体頭部１２２に嵌着すべく、筒状に形成された耐熱ゴム等の弾性部材からなるキャップ部５２が形成されている。

プラズマ発生用電源３０から、中心電極１１０までを接続する配送線３６０、３６１には、電波雑音低減用コンデンサ３４が点火プラグ１０と並列に介装されている。

点火プラグ１０に、放電用電源２０から高電圧の印加を行うとともに、プラズマ発生用電源３０から大電流の供給を行うと、放電空間１４０内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関４０の燃焼室４００内に噴射して内燃機関４０の点火を行うことができる。

図２を参照して、本発明の効果について説明する。図２は、本発明のプラズマ式点火装置の等価回路図である。図２に示すように、放電用電源２０から中心電極放電部１１１に至るまでの高電圧配送線２７０、２７１及び高電圧電極１５１と、接地電極１３０を含むハウジング部１３及びエンジンブロック４１との間に浮遊容量Ｃ_Ｓ１が形成されるが、浮遊容量Ｃ_Ｓ１によって発生する電波雑音は抵抗体１５０によって効率よく吸収できる。
なお、抵抗体１５０に直接接続されている中心電極放電部１１１の導体部とネジ部１３２（グランド）間にも極僅かながら浮遊容量の存在が考えられるため、この中心電極放電部１１１は、小さくするほど良い。さらに、抵抗体１５０と中心電極放電部１１１とは別の部材を介さずに直接接続させるのが望ましい。
抵抗体１５０は、中心電極放電部１１１の可及的近傍を覆う構造となっており、中心電極放電部１１１の浮遊容量の発生を抑える構造となっている。
したがって、極めて効率的に、抵抗体１５０により浮遊容量Ｃ_Ｓ１による電波雑音を吸収できる。
一方、プラズマ発生用電源３０からの大電流は、大電流用電極部１７０を通って、抵抗体１５０に消費されることなく中心電極放電部１１１に直接供給されるので、エネルギ損失が少なく、効率よく放電空間１４０内の気体をプラズマ化できる。
したがって、電波雑音の遮断性に優れ、かつ、着火性に優れたプラズマ式点火装置１の実現が可能となる。

図３を参照して、本発明の第１の実施形態における点火プラグ１の具体的な構造について詳述する。本図（ａ）は、本図（ｂ）のＡ−Ａに沿った矢視断面図、（ｂ）は、本実施形態における点火プラグ１０の縦断面図である。
本実施形態おいて、大電流用電極部１７０は、長軸状に形成され、点火プラグ１０の軸心に配設されている。大電流用電極部１７０の先端には、段付き柱状に形成された中心電極放電部１１１が接続されている。中心電極絶縁体部１６０は、略筒状に形成され、大電流用電極部１７０の外周を覆っている。高電圧用電極部１５１は、略筒状に形成され、中心電極絶縁体部１６０を覆っている。抵抗体１５０は、略筒状に形成され、中心電極放電部１１１を覆いつつ、上端面が高電圧用電極部１５１の下端面と接続され、外周面が中心電極放電部１１１の内周面と接続されている。抵抗体１５０は、導電性セラミックや抵抗材料と接着剤との混合物などによって形成されており、抵抗値を３〜１０ｋΩに調整するのが望ましい。抵抗体１５０の抵抗値をこの範囲に調整することにより、最も効果的に電波雑音が吸収できることが判明した。

なお、本実施形態において、高電圧用電極部１５１は、金属等の導電性材料を筒状に加工しても良いし、中心電極絶縁部１６０の外周面に、導体メッキ又は、導体印刷によって膜状に形成しても良い。

図４に示すように、本発明の第１の実施形態において、第１の整流素子２６を含む高電圧配送線２７１と、第２の整流素子３５を含む大電流配送線３６１とは、例えば、ポキシ樹脂等からなる樹脂モールド５１によって覆われ、互いに電気絶縁性を保っている。さらに樹脂モールド５１は、電磁シールドを兼ねたケース５０によって覆われている。樹脂モールド５１の先端側には、ケース５０を、点火プラグ１０の絶縁体頭部１２２に嵌着すべく、筒状に形成された耐熱ゴム等の弾性部材からなるキャップ部５２が形成されている。ケース５０の基端側外周にはエンジンブロック４１に固定するためのケースネジ部５０１が形成されている。

高電圧配送線２７１の先端には、高電圧電極１５１の絶縁体頭部１２２から露出した部位に嵌着するための高電圧端子金具２７２が配設されている。高電圧端子金具２７２は、例えば一部を切り欠いた環状で、高電圧電極１５１の外径よりもわずかに小径となるように形成したり、先端に内側に向かって屈曲する突起部を形成したりすることによって、高電圧電極１５１に嵌着したときに弾性的に高電圧電極１５１を把持するので、高電圧電極１５１と高電圧端子金具２７２との導通が確保されている。また、大電流配送線３６１の先端には、バネ部材３６３を介して柱軸状に形成された大電流端子金具３６２が接続されている。

本実施形態においては、大電流用電極部１７０の基端側は、中心電極絶縁部１６０よりも短く形成されているので、中心電極絶縁部１６０の凹陥部に、大電流端子金具３６２を挿入し、バネ部材３６３の弾性力によって大電流電極１７０の上端面に押圧されて、大電流用電極部１７０と大電流端子金具３６２との導通が確保されている。
このような構成とすることで、点火プラグ１０の頭部にケース５０を装着するだけで、極めて容易に、高電圧電源２０と高電圧電極１５１との導通とプラズマ発生用電源３０と大電流電極１７０との導通とを確保できる。したがって、電波雑音の遮断性に優れたプラズマ式点火装置１の実現が可能となる。

図５を参照して、本発明の第２の実施形態における点火プラグ１０ａの構成について説明する。なお、第１の実施形態と同一部分については同一の符号を付したので説明を省略し、本実施形態における特徴的な部分についてのみ説明する。
本実施形態においては、上記実施形態とは逆に、高電圧電極１５１ａが長軸状に形成され、点火プラグ１０ａの軸心に配設され、大電流電極１７０ａが筒状に形成されている。
高電圧電極１５１ａの先端には、柱状に形成された抵抗体１５０ａが接続されており、さらに、その先端には、段付き柱状に形成された中心電極放電部１１１ａが接続されている。中心電極絶縁体部１６０ａは、略筒状に形成され、高電圧極部１５１ａの外周を覆っている。大電流用電極部１７０ａは、略筒状に形成され、中心電極絶縁体部１６０ａを覆いつつ、下端部において、内側に向かって屈曲し、中心電極放電部１１１ａと接続されている。
このような構成とすることによっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図６に示すように、本発明の第２の実施形態において、第１の整流素子２６ａを含む高電圧配送線２７１ａと、第２の整流素子３５ａを含む大電流配送線３６１ａとは、例えば、ポキシ樹脂等からなる樹脂モールド５１ａによって覆われ、互いに電気絶縁性を保っている。高電圧配送線２７１ａの先端には、バネ部材２７３ａ介して柱軸状に形成された高電圧端子金具２７２ａが接続されている。また、大電流配送線３６１の先端には、大電流電極１７０ａの絶縁体頭部１２２から露出した部位に嵌着するための大電流端子金具３６２ａが配設されている。高電圧用電極部１５１ａの基端側は、中心電極絶縁部１６０ａよりも短く形成されているので、中心電極絶縁部１６０ａの凹陥部に、高電圧端子金具２７２ａを挿入し、バネ部材２７３ａの弾性力によって高電圧電極１７０の上端面に押圧されて、高電圧用電極部１５１ａと高電圧端子金具２７３ａとの導通が確保されている。

大電流端子金具３６２ａは、例えば一部を切り欠いた環状で、大電流電極１７０ａの外径よりもわずかに小径となるように形成したり、先端に内側に向かって屈曲する突起部を形成したりすることによって、大電流電極１７０ａに嵌着したときに弾性的に大電流電極１７０ａを把持するので、大電流電極１７０ａと大電流端子金具３６２ａとの導通が確保されている。
このような構成とすることで、点火プラグ１０ａの頭部にケース５０を装着するだけで、極めて容易に、高電圧電源２０と高電圧電極１５１ａとの導通とプラズマ発生用電源３０と大電流電極１７０ａとの導通とを確保できる。
したがって、電波雑音の遮断性に優れたプラズマ式点火装置１ａの実現が可能となる。

図７に、本発明の第３の実施形態における点火プラグ１０ｂの断面図を示す。
本図中（ａ）は、（ｂ）のＡ−Ａに沿った矢視断面図である。第１の実施形態において、高電圧電極１５１及び抵抗体１５０は、略筒状に形成したが、本実施形態においては、図７に示すように、高電圧電極１５１ｂ及び抵抗体１５０ｂは、帯板状に形成され、高電圧電極１５１ｂの基端側が折り曲げられ高電圧電極弾性部１５２ｂが形成されている。このような形状としても、上述の実施形態と同様、抵抗体１５０ｂを点火プラグ１０ｂ内に載置して、浮遊容量Ｃ_Ｓ１によって発生する電波雑音を吸収する本発明の効果が得られる。

図８に、本発明の第４の実施形態における点火プラグ１０ｃの要部断面図を示す。本実施形態においては、大電流電源１７０ｃを中心電極絶縁部１６０ｃよりも長く形成し、大電流端子金具３６２ｃをこれにあわせた形状とした点のみが第１の実施形態と相違する。大電流用電極部１７０ｃの基端部が中心電極絶縁部１６０ｃから露出し、大電流端子金具３６２ｃによって弾性的に把持することができる。このような形状としても、上述の実施形態と同様、抵抗体１５０ｃを点火プラグ１０ｃ内に載置して、浮遊容量Ｃ_Ｓ１によって発生する電波雑音を吸収する本発明の効果が得られる。
なお、本実施形態のように軸心側の電極を中心電極絶縁部から露出せしめた形状を他の実施形態に適用しても良い。

図９に、本発明の第５の実施形態における点火プラグ１０ｄを示す。本実施形態においては、点火プラグ１０ｄは、中心電極１１０ｄの外周を覆う略筒状に形成した絶縁体１２０ｄの下端面と、絶縁体１２０ｄの下端面から露出した中心電極放電部１１１ｄの外周面と、絶縁体１２０ｄを覆いつつ、略環状に形成した接地電極１３０ｄの接地電極開口部１３１内周壁と、によって放電空間１４０ｄを区画した構造となっている。
なお、中心電極１１０ｄは、本図に示すように、上記実施形態と同様、軸心側に大電流電極１７０ｄを配し、外側に略筒状の高電圧電極１５１ｄを配した構造でも良いし、軸心側に高電圧電極を配し、外側に略筒状の大電流電極を配した構造でも良い。
さらに、絶縁体１２０の下端面は、図９に示したような平面のみならず、中心電極放電部１１１ｄを下方に延設して、絶縁体１２０の下端面をテーパ状に傾斜した円錐面としても良いし、下に突となる湾曲面状に形成しても良い。
このような構造とすることで、放電用電源２０からの高電圧の印加によって、絶縁体１２０ｄの下端面から突出した中心電極放電部１１１ｄの外周面と接地電極開口部１３１ｄの内周壁との間で放電が起こったときには、絶縁体１２０の下端面に沿った延面放電経路が形成され、プラズマ発生用電源３０からの大電流の供給によって、該沿面放電経路近傍の気体をプラズマ状態とすることができる。
このような、いわゆる沿面放電型の点火プラグ１０ｄを用いた場合であっても、抵抗体１５０ｄを点火プラグ１０ｄ内に載置することによって、電波雑音を効果的に遮断する本発明の効果が発揮できる。

図１０に、本発明の第５の実施形態における点火プラグ１０ｅを示す。
本実施形態においては、点火プラグ１０ｅは、中心電極放電部１１１ｅの下端面の少なくとも一部を先端方向へ延設して、中心電極１１０ｅの外周を覆う略筒状に形成した絶縁体１２０ｅの下端面から露出せしめた中心電極突出部１１２ｅと、絶縁体１２０ｅの外周を覆う接地電極１３０ｅの一部を略Ｌ字形に延設して、中心電極突出部１１２ｅの下端面と所定の放電距離を設けて対向せしめて、放電空間１４０ｅとなした構造としてある。このような、いわゆるエアギャップ放電型の点火プラグ１０ｅを用いた場合であっても、抵抗体１５０ｅを点火プラグ１０ｅ内の所定の部位に載置することによって、浮遊容量Ｃ_Ｓ１によって発生する電波雑音を効果的に遮断する本発明の効果が発揮できる。加えて、通常のスパークプラグに適用される点火コイル等からの高電圧の印加のみによる放電に比べて、遥かに大きなエネルギを短時間に発生させることができるので、中心電極突出部１１２ｅと対向する接地電極１３１ｅとの間に形成される狭い領域１４０ｅ内の気体を高密度でプラズマ化できるので、電波雑音の遮断性に優れ、かつ、極めて着火性に優れた点火装置が実現できる。
なお、本実施形態においても上述の実施形態と同様、中心電極１１０ｅは、本図に示すように、軸心側に大電流電極１７０ｅを配し、外側に略筒状の高電圧電極１５１ｅを配した構造でも良いし、軸心側に高電圧電極を配し、外側に略筒状の大電流電極を配した構造でも良い。

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、２つの異なる電源２１、３１を用いたが、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いて、一つの電源から異なる電圧を取り出す構造としても良い。
また、放電用電源２０には、最も基本的な点火コイル昇圧型の高電圧電源を示したが、コンデンサを用いて昇圧するＣＤＩ等を用いても良い。

は、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概要を示す構成図。本発明の効果を示す等価回路図。（ａ）は、本図（ｂ）中Ａ−Ａに沿った矢視断面図、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置に適用可能な点火プラグの縦断面図。本発明の第１の実施形態における、中心電極頭部近傍の要部断面図。本発明の第２の実施形態における点火プラグの詳細を示す縦断面図。本発明の第２の実施形態における、中心電極頭部近傍の要部断面図。本発明の第３の実施形態における点火プラグの詳細を示す縦断面図。本発明の第３の実施形態における、中心電極頭部近傍の要部断面図。本発明の第４の実施形態における点火プラグの詳細を示す縦断面図。本発明の第５の実施形態における点火プラグの詳細を示す縦断面図。従来の問題点を示す等価回路図。従来のプラズマ式点火装置１ｚの概要を示す全体構成図。（ａ）は、従来のプラズマ式点火装置１ｘの概要を示す構成図、（ｂ）は、従来のプラズマ式点火装置のタイムチャート。

符号の説明

１プラズマ式点火装置
１０点火プラグ
１１０中心電極
１１１中心電極放電部
１２０絶縁体
１３０接地電極
１４０放電空間
１５０抵抗体
１５１高電圧用電極部
１６０中心電極絶縁部
１７０大電流用電極部

Claims

内燃機関に装着され、絶縁体を介して配設した中心電極と接地電極との間に放電空間を設けた点火プラグと、該点火プラグに高電圧の印加を行う放電用電源と、大電流の供給を行うプラズマエネルギ供給用電源と、を具備し、上記高電圧の印加と上記大電流の供給とによって、上記放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、
上記中心電極は、
上記放電空間にその表面が露出する中心電極放電部と、
先端側は抵抗体を介して上記中心電極放電部に接続し、基端側は上記放電用電源に接続する高電圧用電極部と、
先端側は上記中心電極放電部に接続し、基端側は上記プラズマ発生用電源に接続する大電流用電極部と、
上記高電圧用電極部と上記大電流用電極部との絶縁性を確保する電極部絶縁体と、
を具備することを特徴とするプラズマ式点火装置。
上記中心電極放電部は、略柱状に形成し、
上記大電流用電極部は、略長軸状に形成し、その下端面と上記中心電極放電部の上端面とを接続せしめ、
上記抵抗体は、上記中心電極放電部の側面外周を覆う略筒状に形成し、その内周面と上記中心電極放電部の側面外周とを接続せしめ、
上記電極部絶縁体は、上記大電流用電極部の外側を覆う略筒状に形成し、
上記高電圧用電極部は、上記電極部絶縁体の外周の一部又は全部を覆う略帯状又は略筒状に形成し、その下端面と上記抵抗体の上端面とを接続せしめて、
これらを略長軸状の上記中心電極とな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。
上記中心電極放電部は、略柱状に形成し、
上記抵抗体は、略柱状に形成し、その下端面と上記中心電極放電部の上端面とを接続せしめ、
上記高電圧用電極部は、略長軸状に形成し、その下端面と上記抵抗体の上端面とを接続せしめ、
上記電極部絶縁体は、上記高電圧用電極部の外側を覆う略筒状に形成し、
上記大電流用電極部は、上記電極部絶縁体の外周の一部又は全部を覆う略帯状又は略筒状に形成し、下端部においてその内周面と上記抵抗体の側面外周とを接続せしめて、
これらを略長軸状の上記中心電極とな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。
上記点火プラグは、
上記中心電極放電部の下端面と、
上記中心電極の外周を覆いつつ、上記中心電極放電部の下端面よりも下方に伸びる略筒状に形成した絶縁体の内周壁と、
該絶縁体を覆いつつ、上記絶縁体の内周壁に連通して開口する略筒状に形成した接地電極の接地電極開口部内周壁と、
によって上記放電空間を区画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。
上記点火プラグは、
上記中心電極の外周を覆う略筒状に形成した絶縁体の下端面と、
上記絶縁体の下端面から露出した中心電極放電部の外周面と、
上記絶縁体を覆いつつ、略環状に形成した接地電極の接地電極開口部内周壁と、
によって上記放電空間を区画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。
上記点火プラグは、
上記中心電極放電部の下端面の少なくとも一部を先端方向へ延設して、上記中心電極の外周を覆う略筒状に形成した絶縁体の下端面から露出せしめた中心電極突出部と、
上記絶縁体の外周を覆う接地電極の一部を略Ｌ字形に延設して、上記中心電極突出部の下端面と所定の放電距離を設けて対向せしめて、
上記放電空間とな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。
上記放電用電源からの高電圧を整流しつつ、上記プラズマ発生用電源からの逆流を阻止する第１の整流素子と、
上記プラズマ発生用電源からの電流を整流しつつ、上記放電用電源からの逆流を阻止する第２の整流素子と、
上記プラズマ発生用電源と上記点火プラグとの間で並列に介装されるノイズ低減用コンデンサと、
を具備し、
少なくとも上記第１の整流素子と上記第２の整流素子とを上記内燃機関のプラグホール内に載置せしめ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。