JP4968203B2 - Plasma ignition device - Google Patents

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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着火安定性の向上に関するものである。   The present invention relates to improvement of ignition stability of a plasma ignition device used for ignition of an internal combustion engine.

近年、自動車等の内燃機関においては、燃焼排気中に含まれる、窒素酸化物、二酸化炭素等の環境荷物質の低減を図るべく、更なる燃費の向上、希薄化が望まれている。成層希薄燃焼や均質希薄燃焼等の希薄燃焼機関は、高出力化、低燃費化が期待できる反面、着火性が低下する。このため、これらの難着火性機関の点火に用いられる点火プラグには、高い着火性が求められている。
このような難着火性機関に用いられる着火性の高い点火装置として、プラズマ式点火装置が期待されている。プラズマ式点火装置は、点火プラグの中心電極と接地電極とこれらの間を絶縁する略筒状の絶縁体とによって該絶縁体の内側に区画された放電空間内に、高電圧の印加と大電流の供給とを行うことによって、該放電空間内の気体を高温・高圧のプラズマ状態にして、内燃機関の燃焼室内に高いエネルギを噴射して、難着火性の混合気の点火を行うものである(例えば、特許文献1等参照。)。
実開昭55−051827号公報
In recent years, in an internal combustion engine such as an automobile, further improvement in fuel consumption and dilution have been desired in order to reduce environmental load substances such as nitrogen oxides and carbon dioxide contained in combustion exhaust. A lean combustion engine such as stratified lean combustion or homogeneous lean combustion can be expected to have higher output and lower fuel consumption, but its ignitability is reduced. For this reason, ignition plugs used for ignition of these inflammable engines are required to have high ignitability.
As an ignition device with high ignitability used for such an inflammable engine, a plasma ignition device is expected. The plasma ignition device applies a high voltage and a large current in a discharge space partitioned inside the insulator by a center electrode and a ground electrode of the spark plug and a substantially cylindrical insulator that insulates between them. The gas in the discharge space is made into a high-temperature and high-pressure plasma state by injecting high energy into the combustion chamber of the internal combustion engine to ignite the non-ignitable air-fuel mixture. (For example, refer patent document 1 etc.).
Japanese Utility Model Publication No. 55-051827

ところが、このようなプラズマ式点火装置において、放電空間を形成する筒状の絶縁体の内周壁に、混合気の不完全燃焼等によりデポジットが堆積したり、放電時のスパッタリングにより蒸散した電極の金属成分が蒸着して導通経路を形成するチャネリングを起こしたりする虞がある。高電圧を印加した時に、これらのデポジットやチャネリング等の付着物は抵抗成分となり、これらの付着物を介して中心電極と接地電極とが短絡するため、放電空間内に放電経路が形成されず、大電流が放電空間内に流れない虞があることが判明した。   However, in such a plasma ignition device, deposits are deposited on the inner peripheral wall of the cylindrical insulator forming the discharge space due to incomplete combustion of the air-fuel mixture, or the metal of the electrode evaporated by sputtering during discharge. There is a risk that the components may be vapor deposited to cause channeling to form a conduction path. When a high voltage is applied, deposits such as deposits and channeling become resistance components, and the center electrode and the ground electrode are short-circuited through these deposits, so a discharge path is not formed in the discharge space. It has been found that a large current may not flow into the discharge space.

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、中心電極と接地電極とを絶縁する絶縁体内部に区画された放電空間内に高エネルギを供給して該放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態として噴射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、放電空間を形成する絶縁体内周表面に付着物が形成された場合であっても、安定した着火を実現すると共に、無用なトリガ放電は避けて過剰な電極の消耗を抑制することができるプラズマ式点火装置の提供を目的とするものである。 Therefore, in view of such circumstances, the present invention supplies high energy into the discharge space partitioned inside the insulator that insulates the center electrode and the ground electrode, and changes the gas in the discharge space to a high-temperature and high-pressure plasma state. In a plasma ignition device that injects and ignites an internal combustion engine, even if deposits are formed on the peripheral surface of the insulator forming a discharge space, stable ignition is achieved and unnecessary trigger discharge is performed. An object of the present invention is to provide a plasma ignition device that can avoid excessive electrode consumption .

請求項1の発明では、中心電極と接地電極とこれらを絶縁する絶縁体とによって区画した放電空間とを有する点火プラグと、該点火プラグに高エネルギを供給する高エネルギ電源として、1回の点火毎に複数回のトリガ放電を行う複数回トリガ電源と、該トリガ放電によって絶縁破壊された上記放電空間内に大電流を供給するプラズマエネルギ電源とを具備し、上記放電空間内の気体に上記高エネルギ電源から高エネルギを加えて高温・高圧のプラズマ状態となして、内燃機関の混合気に点火するプラズマ式点火装置であって、上記複数回トリガ電源は、複数のトリガ放電回路からなり、それぞれのトリガ放電回路が電源電圧を蓄積するエネルギ蓄積手段としてコンデンサを具備し、該エネルギ蓄積手段からの放電電圧を昇圧する昇圧手段としてコイルを具備し、それぞれのトリガ放電回路を、上記点火プラグに対して並列に接続せしめ、上記複数回トリガ放電を、BTDC30°からTDCまでの点火工程において行うと共に、その繰り返し発せられるトリガ放電の放電間隔が20μs以内であることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, an ignition plug having a discharge space partitioned by a center electrode, a ground electrode, and an insulator that insulates them, and a high energy power source for supplying high energy to the ignition plug is used as a single ignition. A plurality of trigger power sources that perform a plurality of trigger discharges each time, and a plasma energy power source that supplies a large current into the discharge space that is broken down by the trigger discharge, and the gas in the discharge space is A plasma ignition device that ignites an air-fuel mixture of an internal combustion engine by applying high energy from an energy power source to form a high-temperature / high-pressure plasma state, wherein the multiple-time trigger power source includes a plurality of trigger discharge circuits, The trigger discharge circuit comprises a capacitor as energy storage means for storing the power supply voltage, and boosting means for boosting the discharge voltage from the energy storage means; Comprising a coil Te, each of the trigger discharge circuit, allowed connected in parallel with the spark plug, the multiple trigger discharge, it performs the ignition process to TDC from BTDC 30 °, the trigger discharge emanating the repetition The discharge interval is within 20 μs .

また、請求項2の発明のように、上記複数回トリガ電源は、トリガ回数に応じた複数のトリガ放電回路からなり、それぞれのトリガ放電回路が電源電圧を蓄積すると共に高電圧を発生するエネルギ蓄積手段として圧電トランスを具備し、それぞれのトリガ放電回路を、上記点火プラグに対して並列に接続せしめ、上記複数回トリガ放電を、BTDC30°からTDCまでの点火工程において行うと共に、その繰り返し発せられるトリガ放電の放電間隔が20μs以内であることを特徴とする構成としても良い。 According to a second aspect of the present invention, the multi-time trigger power source is composed of a plurality of trigger discharge circuits corresponding to the number of triggers, and each of the trigger discharge circuits accumulates a power source voltage and generates energy at a high voltage. A piezoelectric transformer is provided as means, and each trigger discharge circuit is connected in parallel to the spark plug, and the trigger discharge is performed in the ignition process from BTDC 30 ° to TDC, and the trigger is repeatedly generated. It is good also as a structure characterized by the discharge interval of discharge being less than 20 microseconds .

また、請求項3の発明のように、上記複数回トリガ電源は、上記内燃機関の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置と、該点火信号に対して複数回のトリガ信号を発して上記複数のトリガ放電回路のいずれか一つを選択的に制御するトリガ放電回路選択制御装置とを具備する構成としても良い。 According to a third aspect of the present invention, the multi-time trigger power supply includes an electronic control device that generates an ignition signal in accordance with an operating condition of the internal combustion engine, and a multi-time trigger signal in response to the ignition signal. A trigger discharge circuit selection control device that selectively controls any one of the plurality of trigger discharge circuits may be provided.

また、請求項4の発明のように、上記複数回トリガ電源は、上記エネルギ蓄積手段からの放電を遅延せしめる放電遅延手段を具備し、上記放電遅延手段によって、上記昇圧手段からの複数回の放電に時間差を設ける構成としても良い。 According to a fourth aspect of the present invention, the multiple-time trigger power supply includes a discharge delay means for delaying a discharge from the energy storage means, and the discharge delay means causes a plurality of discharges from the boosting means. Alternatively, a time difference may be provided.

更に、請求項5の発明のように、上記複数回トリガ電源は、上記プラズマ電源から流れる大電流を検知するプラズマ電流検知手段を具備し、該プラズマ電流が検出された場合には、上記トリガ放電を停止せしめるのが望ましい。   Further, according to a fifth aspect of the present invention, the multiple-time trigger power supply includes plasma current detection means for detecting a large current flowing from the plasma power supply, and the trigger discharge is detected when the plasma current is detected. It is desirable to stop

また、請求項の発明のように、上記点火プラグは、長軸状の中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁部材と該絶縁部材の外周を覆う略環状の接地電極とからなり、上記絶縁体を上記中心電極下端面よりの燃焼室側下方に延設せしめて、上記絶縁体の内側に上記放電空間を形成して上記接地電極の開口部から内燃機関の燃焼室内に噴射する構成としても良い。このような、構成とすることによって、容積の大きな体積プラズマを噴射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、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。 According to a sixth aspect of the present invention, the spark plug includes a long-axis center electrode, a cylindrical insulating member that covers the outer periphery of the center electrode, and a substantially annular ground electrode that covers the outer periphery of the insulating member. The insulator is extended downward from the lower end surface of the center electrode toward the combustion chamber, the discharge space is formed inside the insulator, and is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine from the opening of the ground electrode. It is good also as composition to do. With such a configuration, in a plasma ignition device that ignites an internal combustion engine by injecting a large volume of plasma, a short circuit due to deposits or the like existing on the discharge path is suppressed and reliable ignition is performed. It can be carried out.

更に、請求項の発明のように、上記点火プラグは、中心電極と該中心電極を覆う絶縁体と該絶縁体を覆う環状の接地電極とからなり、上記中心電極の下端面と上記接地電極の下端面とが略面一となるように、若しくは上記中心電極の下端面が上記接地電極の下端面よりも燃焼室側に突出するように配設せしめ、上記絶縁体の下端面が上記燃焼室内に向かって露出し、極浅い放電空間を形成し、上記中心電極の外周面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめた構成としても良い。このような、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。 Further, according to a seventh aspect of the present invention, the spark plug includes a center electrode, an insulator that covers the center electrode, and an annular ground electrode that covers the insulator, and a lower end surface of the center electrode and the ground electrode The lower end surface of the insulator is disposed so that it is substantially flush with the lower end surface of the center electrode, or the lower end surface of the center electrode protrudes toward the combustion chamber from the lower end surface of the ground electrode. A configuration may be adopted in which an extremely shallow discharge space is formed facing the room, and the outer peripheral surface of the center electrode and the inner peripheral surface of the ground electrode are opposed to the discharge space. Even in such a plasma ignition device using a so-called creeping discharge type ignition plug, a short circuit due to deposits or the like existing on the discharge path can be suppressed and reliable ignition can be performed.

加えて、請求項の発明のように、上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁体と該絶縁体の外周を覆う略環状の接地電極との少なくとも一部を中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめて、燃焼室内に上記放電空間を形成した構成としても良い。このような、いわゆるスパークプラグ型の点火プラグを用いたプラズマ式点火プラグにおいても、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。 In addition, as in an eighth aspect of the invention, the spark plug includes at least a part of a center electrode, a cylindrical insulator covering the outer periphery of the center electrode, and a substantially annular ground electrode covering the outer periphery of the insulator. It is good also as a structure which extended this to the combustion chamber side lower side of the center electrode, and formed the said discharge space in the combustion chamber. In such plasma spark plugs using so-called spark plug type spark plugs and in plasma ignition devices using so-called creeping discharge spark plugs, short-circuiting due to deposits etc. existing on the discharge path can be achieved. Suppressing and reliable ignition can be performed.

本発明によれば、上記内燃機関の運転状況に応じて上記電子制御装置から発せられる点火信号に従って上記複数回トリガ電源から上記点火プラグに高電圧20μs以内の極めて短い放電間隔で複数回に渡って印加することができ、上記点火プラグ内に区画された放電空間内に20μs以内の極めて短い放電間隔で複数回のトリガ放電が行われる。
このとき、上記放電空間を形成する絶縁体の内周壁や、絶縁体下端面等の放電経路上に、混合気の不完全燃焼等により形成されたデポジットや、放電時のスパッタリングにより蒸散した電極の金属成分の蒸着物等が付着していた場合には、上記複数回のトリガ放電によって放電電流が該付着物に流れると、付着物が内部抵抗により自己発熱して焼失し、又はスパッタリングによる再蒸散によって除去される。
また、複数回のトリガ放電によって付着物が完全に除去されないまでも、放電位置が変化することにより、上記放電空間内の絶縁が破壊され気中放電が起こる場合もある。
According to the present invention, a high voltage is applied from the multi-time trigger power source to the spark plug in accordance with an ignition signal generated from the electronic control unit in accordance with an operation state of the internal combustion engine, and at a plurality of times with a very short discharge interval within 20 μs. The trigger discharge is performed a plurality of times at an extremely short discharge interval within 20 μs in the discharge space defined in the spark plug.
At this time, deposits formed by incomplete combustion of the air-fuel mixture, etc. on the inner peripheral wall of the insulator forming the discharge space, the lower end surface of the insulator, etc., or electrodes evaporated by sputtering during discharge When deposits of metal components, etc. are attached, if a discharge current flows to the deposits due to the above-mentioned multiple trigger discharges, the deposits will self-heat due to internal resistance and burn out, or re-transpiration by sputtering. Removed by.
Further, even if the deposits are not completely removed by a plurality of trigger discharges, the discharge position may change, whereby the insulation in the discharge space may be broken and an air discharge may occur.

複数回トリガ放電により、付着物の除去又は別の気中放電経路の形成がなされ上記放電空間内の絶縁が破壊されると、上記プラズマ電源から極めて短時間に大電流が上記放電空間内に一気に放出され、上記放電空間内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室内に噴射され、燃焼室内の混合気を点火することができる。   When a plurality of trigger discharges removes deposits or forms another air discharge path and the insulation in the discharge space is broken, a large current flows from the plasma power source into the discharge space in a very short time. The gas in the discharge space is released into a high-temperature and high-pressure plasma state, and is injected into the combustion chamber as volume plasma having a large volume, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber can be ignited.

一方、上記放電空間を区画する上記絶縁体の内周壁に付着物が存在しない場合には、上記複数回トリガ電源からの初回のトリガ放電が起こったときに上記放電空間内の絶縁が破壊され、上記プラズマ電源から大電流が上記放電空間内に一気に放出され、上記放電空間内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室内に噴射され、燃焼室内の混合気を点火することができる。   On the other hand, if there is no deposit on the inner peripheral wall of the insulator that partitions the discharge space, the insulation in the discharge space is destroyed when the first trigger discharge from the multiple trigger power supply occurs, A large current is discharged from the plasma power source into the discharge space at once, and the gas in the discharge space becomes a high-temperature and high-pressure plasma state, and is injected into the combustion chamber as a large volume plasma, igniting the mixture in the combustion chamber can do.

本発明によれば、付着物への短絡によって気中放電経路が形成されない場合には、複数トリガ放電によって付着物を除去又は別の気中放電経路を形成し、確実に体積プラズマの噴射が可能となる。一方、付着物が存在せず1回のトリガ放電によって体積プラズマを噴射できる場合には、無用なトリガ放電は避けて過剰な電極の消耗を抑制することができる。したがって、極めて信頼性に高い難着火性の内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置が実現できる。   According to the present invention, when an air discharge path is not formed due to a short circuit to the deposit, the deposit is removed by multiple trigger discharge or another air discharge path is formed, and volume plasma can be reliably injected. It becomes. On the other hand, when there is no deposit and volume plasma can be ejected by one trigger discharge, unnecessary trigger discharge can be avoided and excessive electrode consumption can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a plasma ignition device that performs ignition of a highly ignitable internal combustion engine with extremely high reliability.

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の概要について、図1を参照して説明する。プラズマ式点火装置1は、図略の内燃機関40のシリンダヘッド401に装着される点火プラグ10と、点火プラグ10に高エネルギを供給する高エネルギ電源として、本発明の要部である複数回トリガプラズマ電源(MTPDS)20と、内燃機関40の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置(ECU)30とによって構成されている。
MTPDS20は、ECU30からの点火信号を受けると点火プラグ10に高エネルギとして電流量の大きなプラズマ電流IPLZが流れるまで複数回のトリガ放電(VTRG1、VTRG2、VTRG3・・・)を繰り返す。
The outline | summary of the plasma ignition device 1 in the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. The plasma ignition device 1 includes a spark plug 10 mounted on a cylinder head 401 of an internal combustion engine 40 (not shown), and a high energy power source for supplying high energy to the spark plug 10. A plasma power source (MTPDS) 20 and an electronic control unit (ECU) 30 that generates an ignition signal in accordance with the operation status of the internal combustion engine 40 are configured.
MTPDS20 repeats the plurality of times of triggering discharge to draw large plasma current I PLZ current amount as high energy (V TRG1, V TRG2, V TRG3 ···) to the spark plug 10 receives an ignition signal from the ECU 30.

本実施形態において、点火プラグ10は、導電性金属材料からなる長軸状に伸びる中心電極11と、中心電極11の外周を覆う略筒状の絶縁体12と絶縁体12を覆う略筒状の金属からなるハウジング13とハウジング13の先端に連なる略環状の接地電極130とによって構成されている。   In the present embodiment, the spark plug 10 includes a center electrode 11 made of a conductive metal material extending in a long axis shape, a substantially cylindrical insulator 12 covering the outer periphery of the center electrode 11, and a substantially cylindrical shape covering the insulator 12. A housing 13 made of metal and a substantially annular ground electrode 130 connected to the tip of the housing 13 are formed.

中心電極11の先端側には、例えばイリジウム、イリジウム合金等の耐熱性導電性材料によって細軸状に形成された中心電極放電部110が設けられ、中心電極放電部110は、導電性接着剤111等を介して、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部112と接続されている。中心電極中軸部112の基端側には、プラズマ電源20に接続される中心電極ターミナル部113が形成されている。   A center electrode discharge part 110 formed in a thin-shaft shape by a heat-resistant conductive material such as iridium or an iridium alloy is provided on the tip side of the center electrode 11, and the center electrode discharge part 110 is formed of a conductive adhesive 111. Are connected to the central electrode central shaft portion 112 made of a metal material having good electrical conductivity and high thermal conductivity such as steel material and copper. A central electrode terminal portion 113 connected to the plasma power source 20 is formed on the proximal end side of the central electrode central shaft portion 112.

絶縁体12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、中心電極11の外周を覆いつつ、先端側には、中心電極放電部110の先端から下方に向かって伸びる筒状の絶縁体基部120が形成され、中腹にはハウジング13の内側に係止し、ハウジング13によって加締め固定される径大部121が形成され、基端側には、コルゲート状の絶縁体頭部122が形成され、中心電極ターミナル部112とハウジング13との電気絶縁性を確保している。
絶縁体基部120の内側は、放電空間140が形成され、中心電極放電部110と接地電極130との間で放電可能となっている。
The insulator 12 is made of high-purity alumina or the like excellent in heat resistance, mechanical strength, high-temperature dielectric strength, thermal conductivity, and the like. A cylindrical insulator base 120 extending downward from the distal end of 110 is formed, and a large-diameter portion 121 that is locked to the inside of the housing 13 and is crimped and fixed by the housing 13 is formed in the middle. On the side, a corrugated insulator head portion 122 is formed to ensure electrical insulation between the center electrode terminal portion 112 and the housing 13.
Inside the insulator base 120, a discharge space 140 is formed, and discharge is possible between the center electrode discharge part 110 and the ground electrode 130.

ハウジング13は、略筒状のハウジング基部132が形成され、絶縁体基部120を覆っている。
ハウジング基部132の外周には内燃機関40に螺結するためのネジ部133が形成され、基端側には、絶縁体径大部121を保持する係止部133が形成され、更にハウジング13の基端側外周には、ネジ部133をネジ締めするための六角部134が形成されている。絶縁体径大部121は、加締め部135によって封止部材等を介して加締め固定されている。
The housing 13 is formed with a substantially cylindrical housing base 132 and covers the insulator base 120.
A screw part 133 for screwing to the internal combustion engine 40 is formed on the outer periphery of the housing base part 132, and a locking part 133 for holding the large insulator diameter part 121 is formed on the base end side. A hexagonal portion 134 for tightening the screw portion 133 is formed on the outer periphery on the base end side. The large-diameter insulator 121 is caulked and fixed by a caulking portion 135 via a sealing member or the like.

接地電極130は、放電空間140に連通する接地電極開口部131を有す略環状に形成されている。
接地電極130を含むハウジング13は、ニッケル、鉄等の金属材料によって形成されている。 点火プラグ10は、内燃機関40の燃焼室300内に接地電極開口部131が開口するように装着されると共に、接地電極130が内燃機関40に電気的に接地された状態となっている。中心電極放電部110の下端面と接地電極130の内周壁とが放電空間140に露出している。
The ground electrode 130 is formed in a substantially annular shape having a ground electrode opening 131 communicating with the discharge space 140.
The housing 13 including the ground electrode 130 is formed of a metal material such as nickel or iron. The spark plug 10 is mounted so that the ground electrode opening 131 is opened in the combustion chamber 300 of the internal combustion engine 40, and the ground electrode 130 is electrically grounded to the internal combustion engine 40. The lower end surface of the center electrode discharge part 110 and the inner peripheral wall of the ground electrode 130 are exposed to the discharge space 140.

本実施形態において、ECU30からの点火信号に従ってMTPDS20から、高電圧が複数回に渡って点火プラグ10に印加されると、放電空間140内に複数回のトリガ放電が行われる。このとき、放電空間140を形成する絶縁体120の内周壁に、混合気の不完全燃焼等により形成されたデポジットや、チャネリングを引起こす放電時のスパッタリングにより蒸散した電極の金属成分の蒸着物等が付着していた場合には、複数回のトリガ放電によって放電電流が抵抗体としての付着物に流れると、付着物が発熱し、焼失又はスパッタリングによる再蒸散がおこり除去される。また、複数回のトリガ放電によって付着物が完全に除去されないまでも、放電位置が変化することにより、放電空間140内の絶縁が破壊され気中放電が起こる場合もある。   In the present embodiment, when a high voltage is applied to the spark plug 10 from the MTPDS 20 a plurality of times in accordance with the ignition signal from the ECU 30, a plurality of trigger discharges are performed in the discharge space 140. At this time, deposits formed by incomplete combustion of the air-fuel mixture on the inner peripheral wall of the insulator 120 forming the discharge space 140, deposits of metal components of the electrode evaporated by sputtering during discharge causing channeling, etc. When the discharge current flows to the deposit as a resistor by a plurality of trigger discharges, the deposit generates heat and is removed by burning or re-transpiration due to sputtering. Further, even if the deposits are not completely removed by a plurality of trigger discharges, the discharge position may change, whereby the insulation in the discharge space 140 may be broken and an air discharge may occur.

本発明の要部である複数回トリガ放電により、付着物の除去又は別の気中放電経路の形成がなされると、放電空間140内の絶縁が破壊され、プラズマ電流IPLZが放電空間140内に一気に放出され、放電空間140内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室400内に噴射され、燃焼室400内の混合気を点火することができる。
一方、放電空間140を区画する絶縁体120の内周壁に付着物が存在しない場合には、MTPDS20からの初回のトリガ放電によって放電空間140内の絶縁が破壊されプラズマ電流IPLZが放電空間140内に一気に放出され、放電空間140内の気体が高温・高圧のプラズマ状態となり、容積の大きな体積プラズマとして燃焼室400内に噴射され、燃焼室400内の混合気を点火することができる。
When deposits are removed or another air discharge path is formed by a plurality of trigger discharges, which is the main part of the present invention, the insulation in the discharge space 140 is destroyed, and the plasma current I PLZ is generated in the discharge space 140. The gas in the discharge space 140 becomes a high-temperature and high-pressure plasma state and is injected into the combustion chamber 400 as a large volume plasma, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 400 can be ignited.
On the other hand, when there is no deposit on the inner peripheral wall of the insulator 120 that partitions the discharge space 140, the insulation in the discharge space 140 is broken by the first trigger discharge from the MTPDS 20 and the plasma current I PLZ is changed into the discharge space 140. The gas in the discharge space 140 becomes a high-temperature and high-pressure plasma state and is injected into the combustion chamber 400 as a large volume plasma, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 400 can be ignited.

したがって、本発明によれば、付着物が存在せず1回のトリガ放電によって体積プラズマを噴射できる場合には、無用なトリガ放電は避けて過剰な電極の消耗を抑制しつつ、付着物への短絡によって気中放電経路が形成されない場合には、複数トリガ放電によって付着物を除去又は別の気中放電経路を形成し、確実に体積プラズマの噴射を行い、難着火性の内燃機関の点火を確実に行うプラズマ式点火装置が実現できる。   Therefore, according to the present invention, when there is no deposit and volume plasma can be ejected by a single trigger discharge, unnecessary trigger discharge is avoided and excessive electrode consumption is suppressed, while If the air discharge path is not formed due to a short circuit, deposits are removed by multiple trigger discharges or another air discharge path is formed, and volume plasma injection is performed reliably to ignite a difficult-ignition internal combustion engine. A reliable plasma ignition device can be realized.

図2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の効果を示す。比較例1は、放電空間140内に付着物が存在する点火プラグ10に対して従来と同様、1回の点火毎に1回のトリガ放電を行い、100回の点火試験を実施した結果を示し、実施例1、2、3、4、5、6は、同様に放電空間140内に付着物が存在する点火プラグ10に対して、それぞれ、1回の点火毎にトリガ放電を2回、3回、4回、5回、6回、7回行って、100回の点火試験を実施した結果を示し、横軸はトリガ放電回数n、縦軸は異常発生頻度P(%)を表す。   FIG. 2 shows the effect of the plasma ignition device 1 in the first embodiment of the present invention. Comparative Example 1 shows the result of performing 100 times of ignition tests by performing one trigger discharge every time of ignition for the spark plug 10 in which deposits are present in the discharge space 140 as in the conventional case. In the first, second, third, fourth, fifth, and sixth embodiments, the trigger discharge is performed twice for each ignition for the spark plug 10 in which deposits are present in the discharge space 140. Shows the results of 100 ignition tests performed 4 times, 5 times, 6 times, and 7 times, the horizontal axis represents the number of trigger discharges n, and the vertical axis represents the occurrence frequency P (%).

比較例1に示すように、点火毎に1回のトリガ放電のみを行った場合には、100回中80回もプラズマ電流IPLZが流れない点火ミスが発生した。一方、実施例1〜6に示すように、複数回トリガ放電を行うことによりに飛躍的にプラズマ電流IPLZを流すことができるようになり、1回の点火に対して5回以上のトリガ放電を行えば、確実に点火ミスの防止が可能であると判明した。 As shown in Comparative Example 1, when only one trigger discharge was performed for each ignition, an ignition error in which the plasma current I PLZ did not flow as many as 80 times out of 100 occurred. On the other hand, as shown in Examples 1 to 6, it is possible to flow the plasma current IPLZ dramatically by performing the trigger discharge a plurality of times, and the trigger discharge is performed five times or more for one ignition. It was proved that ignition mistakes could be prevented reliably.

本試験から、複数回トリガ放電の間隔を開けた状態で行った場合には、比較例1と同様に、プラズマ電流IPLZを流すことができない虞があると推察される。
したがって、複数回トリガ放電は、点火のタイミングに合わせて、BTDC30°からTDCまでの圧縮行程において行うのが望ましく、複数回トリガ放電のそれぞれの放電間隔が空いたタイミング、例えば吸気工程や排気工程において、点火を伴うトリガ放電とは別に行っても着火性の向上に結びつかず、無用な放電により電極の消耗を引き起こす虞があると推察される。
From this test, it is presumed that, when the test discharge is performed a plurality of times at intervals of trigger discharge, the plasma current IPLZ may not be allowed to flow, as in Comparative Example 1.
Therefore, it is desirable that the multiple trigger discharges be performed in the compression stroke from BTDC 30 ° to TDC in accordance with the ignition timing, and at the timing when the respective discharge intervals of the multiple trigger discharges are open, for example, in the intake process or the exhaust process. Even if it is performed separately from the trigger discharge accompanied by ignition, it does not lead to improvement in ignitability, and it is presumed that there is a possibility of causing exhaustion of the electrode due to unnecessary discharge.

これは、圧縮工程においては、放電空間140内の圧力及び温度が高く、付着物が加熱され焼失され易い状態になっているのに加えて、放電電圧が高くなっているので、付着物が存在する場合には、トリガ放電を行った時に付着物により放電電流が流れ易く、付着物の内部抵抗によって自己発熱し、焼失又は蒸散により除去され易くなっており、また、点火のタイミングで複数回トリガ放電を行うことによって、別の気中放電経路が形成され易くなっていると推察される。   This is because, in the compression process, the pressure and temperature in the discharge space 140 are high, and the deposit is heated and easily burned out. In addition, the discharge voltage is high, so the deposit is present. When trigger discharge is performed, the discharge current easily flows due to the deposit, self-heats due to the internal resistance of the deposit, is easily removed by burning or transpiration, and is triggered multiple times at the timing of ignition. It is presumed that another air discharge path is easily formed by discharging.

一方、吸気行程や排気行程においては、放電空間140内の圧力が低く、放電電圧が低いために、トリガ放電を行っても、付着物に放電電流が流れず気中放電がなされ、付着物が除去されない虞もある。このような場合、圧縮行程で通常の1回のトリガ放電を行っても、放電電圧が高いため、付着物に放電電流が短絡し、放電空間140内に気中放電を起こさず、プラズマ電流IPLZが流れなくなるものと推察される。 On the other hand, in the intake stroke and the exhaust stroke, since the pressure in the discharge space 140 is low and the discharge voltage is low, even if trigger discharge is performed, the discharge current does not flow to the deposit, and the air discharge is performed. There is also a risk that it will not be removed. In such a case, even if a normal one-time trigger discharge is performed in the compression stroke, the discharge voltage is high, so that the discharge current is short-circuited to the deposit, and the air discharge is not caused in the discharge space 140, and the plasma current I It is inferred that PLZ will not flow.

図3を参照して本発明の第1の実施形態におけるプラズマ式点火装置1aのより具体的な構成について説明する。
本実施形態において、複数回トリガ放電プラズマ電源MTPDS20aは、いわゆるCDI型の放電回路からなる第1のトリガ放電回路210aと第2のトリガ放電回路220aとを含む複数回トリガ放電手段21aと、内燃機関40の運転状況に応じて点火信号を送信する電子制御装置ECU30と、ECU30からの点火信号に従って第1のトリガ放電回路210aと第2のトリガ放電回路220aとのいずれかに選択的にトリガ信号を送信して複数回トリガ放電手段21aを駆動する駆動制御装置EDU31aと、大電流を供給するプラズマ電流回路23と、点火プラグ10とによって構成されている。
EDU31aから第1のトリガ放電回路210aと第2のトリガ放電回路220aとに選択的にトリガ信号が送信され、複数回のトリガ放電が交互になされる。複数回のトリガ放電によって放電空間内の絶縁が破壊されるとプラズマ電流回路23から大電流IPLZが流れ、放電空間内の気体が体積プラズマとなって噴射される。
A more specific configuration of the plasma ignition device 1a in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the multi-time trigger discharge plasma power supply MTPDS 20a includes a multi-time trigger discharge means 21a including a first trigger discharge circuit 210a and a second trigger discharge circuit 220a formed of a so-called CDI type discharge circuit, and an internal combustion engine. The electronic control unit ECU 30 that transmits an ignition signal according to the operation status of 40, and a trigger signal is selectively sent to either the first trigger discharge circuit 210a or the second trigger discharge circuit 220a according to the ignition signal from the ECU 30. The driving control unit EDU 31a that transmits and drives the trigger discharge means 21a a plurality of times, the plasma current circuit 23 that supplies a large current, and the spark plug 10 are configured.
A trigger signal is selectively transmitted from the EDU 31a to the first trigger discharge circuit 210a and the second trigger discharge circuit 220a, and a plurality of trigger discharges are alternately performed. When insulation in the discharge space is broken by a plurality of trigger discharges, a large current IPLZ flows from the plasma current circuit 23, and the gas in the discharge space is ejected as volume plasma.

図4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のより具体例としてプラズマ式点火装置1aを等価回路で示す。
本実施形態において、複数回トリガ放電手段21aは、並列に接続された第1のトリガ回路210aと第2のトリガ回路220aとによって構成されている。第1のトリガ回路210aと第2のトリガ回路220aとは、電源211a、221aと、抵抗212a、222aと、電源211a、221aの電圧を蓄積するコンデンサ213a、223aと、コンデンサ213a、223aに蓄積された電圧を更に昇圧する点火コイル213a、223aと、点火コイル215a 、225a とを開閉するスイッチング素子214a、224aを含む駆動回路と、トリガ電圧を整流する整流素子216a、226aとからなる同一の回路が並列に接続され、ノイズ吸収抵抗217aを介して点火プラグ10に接続されている。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of a plasma ignition device 1a 1 as a more specific example of the plasma ignition device according to the first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the multiple-time trigger discharge means 21a is constituted by a first trigger circuit 210a and a second trigger circuit 220a connected in parallel. The first trigger circuit 210a and the second trigger circuit 220a are stored in power supplies 211a and 221a, resistors 212a and 222a, capacitors 213a and 223a that store voltages of the power supplies 211a and 221a, and capacitors 213a and 223a. voltage further the ignition coil 213a 1, 223a 1 for boosting was composed of the ignition coil 215a 1, switching element 214a for opening and closing the 225a 1, a drive circuit including 224a, rectifier elements 216a for rectifying the trigger voltage, and 226a The same circuit is connected in parallel and connected to the spark plug 10 via a noise absorbing resistor 217a.

プラズマ電流回路23は、点火プラグ10に接続され、点火プラグ10と並列に接続される電源230と電源230のエネルギを蓄積するコンデンサ232と、電源230とコンデンサ232との間に接続される抵抗233と、コンデンサ232から放出される大電流を整流する整流素子233とによって構成されている。   The plasma current circuit 23 is connected to the spark plug 10, a power source 230 connected in parallel with the spark plug 10, a capacitor 232 that stores energy of the power source 230, and a resistor 233 connected between the power source 230 and the capacitor 232. And a rectifying element 233 that rectifies a large current discharged from the capacitor 232.

電源211a、221aは、点火コイル215a、225aの1次側コイルを励磁し、ECU30からの点火信号に従って、スイッチング素子214a、224a点火コイル駆動回路214a、224aのスイッチングにより、1次電圧が遮断されると、1次側コイルに誘導電流が流れ、点火プラグ10に高電圧が印加される。このとき、EDU31aによってスイッチング素子214a、224aが所定のタイミングにより交互に開閉されるため、点火プラグ10には複数回のトリガ放電が所定のタイミングで実施される。絶縁体12の内周壁に付着物が存在しても複数回のトリガ放電によって除去され、又は、別な気中放電経路が形成されて、放電空間140内の絶縁が破壊されると、放電空間140内は電流が流れやすい状態となる。 The power supplies 211a and 221a excite the primary coils of the ignition coils 215a 1 and 225a 1 and the primary voltage is cut off by switching of the switching elements 214a and 224a ignition coil drive circuits 214a and 224a in accordance with an ignition signal from the ECU 30. Then, an induced current flows through the primary coil, and a high voltage is applied to the spark plug 10. At this time, since the switching elements 214a and 224a are alternately opened and closed at a predetermined timing by the EDU 31a, a plurality of trigger discharges are performed on the spark plug 10 at a predetermined timing. Even if deposits are present on the inner peripheral wall of the insulator 12, they are removed by a plurality of trigger discharges, or when another insulation discharge path is formed and the insulation in the discharge space 140 is destroyed, the discharge space The inside of 140 is in a state where current easily flows.

一方、コンデンサ232は、電源230によって充電されている。点火プラグ10への放電に伴い、コンデンサ232から大電流が点火プラグ10に流れ、放電空間140内の気体が電離され、高温・高圧の体積プラズマとなって噴射される。
なお、本実施形態において、電源211a、221a、230は、450vに設定され、コンデンサ232は2μFに設定され、トリガ放電の放電電圧VTRG1、VTRG2、VTRG3・・・は、後の放電ほど放電電圧が小さくなるように設定されている。
更に、繰り返し発せられるトリガ放電の放電間隔は20μsec以内である。
なお、コンデンサ232から放電空間140に供給されるエネルギは、100〜200mJ程度である。
On the other hand, the capacitor 232 is charged by the power source 230. Along with the discharge to the spark plug 10, a large current flows from the capacitor 232 to the spark plug 10, and the gas in the discharge space 140 is ionized and injected as high-temperature and high-pressure volumetric plasma.
In this embodiment, the power supplies 211a, 221a, and 230 are set to 450v, the capacitor 232 is set to 2 μF , and the discharge voltages V TRG1 , V TRG2 , V TRG3. The discharge voltage is set to be small.
Furthermore, the discharge interval of the repeated trigger discharge is within 20 μsec.
The energy supplied from the capacitor 232 to the discharge space 140 is about 100 to 200 mJ.

図5には、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変形例としてプラズマ式点火装置1aを示す。本実施形態においては、上記実施形態と基本構成を同一とし、同一の構成については同じ符号を付したので説明を省略し、相異する点についてのみ説明する。第1のトリガ放電回路210aと第2のトリガ放電回路220aとにおいて、電源211a、221a及び点火コイル216a、226aの2次側コイルをそれぞれの回路が兼用している点が上記実施形態と相違する。本実施形態においても、上記実施形態と同様に、点火毎に、複数回のトリガ放電を行って、絶縁体12の内周壁に存在する付着物を除去し、又は、付着物を避ける放電経路を放電空間140内に形成して、確実に放電空間140内で気中放電を行い、次いでプラズマ電流回路からプラズマ電流IPLZを放出し、放電空間140内の気体を高温・高圧の体積プラズマとして噴射できる。 FIG. 5 shows a plasma ignition device 1a 2 as a modification of the plasma ignition device in the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, and the same reference numerals are given to the same configuration, and thus description thereof is omitted, and only differences are described. In the first trigger discharge circuit 210a 2 and the second trigger discharge circuit 220a 2 , the respective secondary circuits of the power sources 211a 2 and 221a 2 and the ignition coils 216a 2 and 226a 2 are shared by the respective circuits. It is different from the above embodiment. In the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, a discharge path that performs a plurality of trigger discharges for each ignition to remove deposits present on the inner peripheral wall of the insulator 12 or to avoid deposits is provided. It is formed in the discharge space 140, and the air discharge is surely performed in the discharge space 140, and then the plasma current IPLZ is released from the plasma current circuit, and the gas in the discharge space 140 is injected as high-temperature and high-pressure volumetric plasma. it can.

図6には、第1の実施形態におけるプラズマ式点火装置の別の変形例としてプラズマ式点火装置1aを示す。本実施形態においては、電源211a、221aを昇圧する昇圧回路として点火コイル216a、226aに換えて圧電トランスPRS219、229を用いた点が相異する。本実施形態においても、上記実施形態と同様に、点火毎に、複数回のトリガ放電を行って、絶縁体12の内周壁に存在する付着物を除去し、又は、付着物を避ける放電経路を放電空間140内に形成して、確実に放電空間140内で気中放電を行い、次いでプラズマ電流回路からプラズマ電流IPLZを放出し、放電空間140内の気体を高温・高圧の体積プラズマとして噴射できる。加えて、本実施形態によれば、圧電トランスは容量放電を行うのでトリガ放電時間が短くなり、過剰な電極の消耗を抑制できる。 Figure 6 shows the plasma ignition system 1a 3 as another modification of the plasma ignition system according to the first embodiment. The present embodiment is different in that piezoelectric transformers P Z T RS 219 and 229 are used instead of the ignition coils 216a and 226a as boosting circuits for boosting the power supplies 211a 3 and 221a 3 . In the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, a discharge path that performs a plurality of trigger discharges for each ignition to remove deposits present on the inner peripheral wall of the insulator 12 or to avoid deposits is provided. It is formed in the discharge space 140, and the air discharge is surely performed in the discharge space 140, and then the plasma current IPLZ is released from the plasma current circuit, and the gas in the discharge space 140 is injected as high-temperature and high-pressure volumetric plasma. it can. In addition, according to this embodiment, since the piezoelectric transformer performs capacitive discharge, the trigger discharge time is shortened, and excessive consumption of the electrodes can be suppressed.

図7にプラズマ式点火装置1bを参考例として示す。本参考例においては、内燃機関40の運転状況に応じて、点火信号を発するECU30と、ECU30からの点火信号に従ってトリガ信号を発するEDU31bと、トリガ信号に従って複数回のトリガ放電VTRG1、VTRG2、VTRG3・・を行うトリガ放電回路210bとプラズマ電流IPLZを供給する大電流回路23とによって構成されている。 FIG. 7 shows a plasma ignition device 1b as a reference example . In this reference example , the ECU 30 that emits an ignition signal according to the operating condition of the internal combustion engine 40, the EDU 31b that emits a trigger signal according to the ignition signal from the ECU 30, a plurality of trigger discharges V TRG1 and V TRG2 according to the trigger signal, is constituted by a large-current circuit 23 supplies a trigger discharge circuit 210b and the plasma current I PLZ performing V TRG3 · ·.

図8に、参考例におけるプラズマ式点火装置1bのより具体的な構成例を等価回路図で示す。 FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing a more specific configuration example of the plasma ignition device 1b in the reference example .

図8に示す参考例において、プラズマ電流回路23は、点火プラグ10に接続され、点火プラグ10と並列に接続される電源230と電源230のエネルギを蓄積するコンデンサ232と、電源230とコンデンサ232との間に接続される抵抗233と、コンデンサ232から放出される大電流を整流する整流素子233とによって構成されコンデンサ232と接地との間にはプラズマ電流を検知する電流検知コイル218又は電流検知抵抗が設けられている。
上記実施形態において、本参考例に示した電流検知コイル218を組み合わせて、電流検出コイル218によって、プラズマ電流回路23からプラズマ電流I PLZ が流れるのを確認するまでトリガ放電を行うようにして、過剰なトリガ放電を抑制する事も可能となる。
In the reference example shown in FIG. 8, the plasma current circuit 23 is connected to the spark plug 10, the power source 230 connected in parallel with the spark plug 10, the capacitor 232 that stores the energy of the power source 230, the power source 230, and the capacitor 232. A resistor 233 connected between the capacitor 232 and a rectifying element 233 that rectifies a large current discharged from the capacitor 232, and a current detection coil 218 that detects a plasma current or a current detector between the capacitor 232 and the ground. resistance that provided.
In the above embodiment, the current detection coil 218 shown in this reference example is combined, and the current detection coil 218 performs trigger discharge until it is confirmed that the plasma current I PLZ flows from the plasma current circuit 23. It is also possible to suppress the trigger discharge.

図9に本発明の第3の実施形態におけるプラズマ式点火装置1cの概要を示す。本実施形態においては、電源の電気エネルギを充電と放電とを行う複数の充放電手段213c、213cと該充放電手段213c、213cの放電を遅延させる放電遅延手段218cとトリガ放電回路214c、215cとを設け、ECU30から点火信号を受けると、複数の充放電手段からの放電が放電遅延手段によって時間差を設けてトリガ回路214c、215cを介して、複数回のトリガ放電が実施される。 FIG. 9 shows an outline of a plasma ignition device 1c in the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, a plurality of charging and discharging means 213c 1, 213c 2 and this charge-discharge unit 213c 1, the discharge delay means 218c and trigger discharge circuit for delaying discharge of 213c 2 of the electrical energy of the power source performing charging and discharging 214c and 215c are provided, and when an ignition signal is received from the ECU 30, a plurality of trigger discharges are performed via the trigger circuits 214c and 215c with a time difference between the discharges from the charge / discharge units by the discharge delay unit. .

図10に本発明の第3の実施形態におけるプラズマ式点火装置1cのより具体的な構成を等価回路図で示す。
本実施形態において、充放電手段としてコンデンサ213c、213cを具備し、放電遅延手段としてチョークコイル218cをコンデンサ213c1とコンデンサ213c2との間に介装してある。トリガ回路として、コンデンサ231c1、213c2に蓄えられたエネルギを更に昇圧する点火コイル215cと点火コイル215cを開閉駆動するスイチング素子214cを含む駆動制御装置が設けられている。ECU30からの点火信号によって、スイッチング素子214cが開閉されると、コンデンサ213c1に蓄えられたエネルギによって誘導された高電圧が整流素子216cを介して点火プラグ10に印加される。次いで、コンデンサ213c2に蓄えられたエネルギがチョークコイル218cによって遅延されて点火コイル215cを介して誘導された高電圧が整流素子216cを介して点火プラグ10に印加される。このため点火プラグ10に複数開の高電圧がトリガ放電として印加され、放電空間内の絶縁が破壊されると電源230によって充電されたコンデンサ232内のエネルギが整流素子217cを介して点火プラグ10に供給され、放電空間140内の気体が体積プラズマとなって噴射される。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing a more specific configuration of the plasma ignition device 1c in the third embodiment of the present invention.
In this embodiment, capacitors 213c 1 and 213c 2 are provided as charge / discharge means, and a choke coil 218c is interposed between the capacitors 213c1 and 213c2 as discharge delay means. As the trigger circuit, there is provided a drive control device including an ignition coil 215c that further boosts the energy stored in the capacitors 231c1 and 213c2, and a switching element 214c that opens and closes the ignition coil 215c. When the switching element 214c is opened and closed by the ignition signal from the ECU 30, a high voltage induced by the energy stored in the capacitor 213c1 is applied to the spark plug 10 via the rectifying element 216c. Next, the energy stored in the capacitor 213c2 is delayed by the choke coil 218c, and the high voltage induced through the ignition coil 215c is applied to the spark plug 10 through the rectifying element 216c. For this reason, when a plurality of open high voltages are applied as a trigger discharge to the spark plug 10 and the insulation in the discharge space is broken, the energy in the capacitor 232 charged by the power source 230 is applied to the spark plug 10 via the rectifying element 217c. The gas in the discharge space 140 is supplied and ejected as volume plasma.

本発明は上記実施形態に限定するものではなく、トリガ放電を複数回実施することにより放電経路内に存在する付着物等を除去して、確実な点火を実施する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、放電空間を絶縁体内部に形成して、高温・高圧の体積プラズマを噴射して機関の点火を行うプラズマ式点火装置について説明したが、点火プラグの形態はこれに限定されるものではない。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and a range that does not depart from the gist of the present invention in which deposits and the like existing in the discharge path are removed by performing trigger discharge a plurality of times to perform reliable ignition. It can be changed as appropriate.
For example, in the above embodiment, the plasma ignition device has been described in which the discharge space is formed inside the insulator and the high temperature and high pressure volume plasma is injected to ignite the engine. It is not limited.

点火プラグとして、中心電極と該中心電極を覆う絶縁体と該絶縁体を覆う環状の接地電極とからなり、上記中心電極の下端面と上記接地電極の下端面とが略面一となるように、若しくは上記中心電極の下端面が上記接地電極の下端面よりも燃焼室側に突出するように配設せしめ、上記絶縁体の下端面が上記燃焼室内に向かって露出し、極浅い放電空間を形成し、上記中心電極の外周面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめた構成としても良い。このような、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。   The spark plug includes a center electrode, an insulator that covers the center electrode, and an annular ground electrode that covers the insulator, so that the lower end surface of the center electrode and the lower end surface of the ground electrode are substantially flush with each other. Or, the lower end surface of the center electrode is arranged so as to protrude to the combustion chamber side from the lower end surface of the ground electrode, and the lower end surface of the insulator is exposed toward the combustion chamber, so that an extremely shallow discharge space is formed. The outer peripheral surface of the center electrode and the inner peripheral surface of the ground electrode may be formed so as to face the discharge space. Even in such a plasma ignition device using a so-called creeping discharge type ignition plug, a short circuit due to deposits or the like existing on the discharge path can be suppressed and reliable ignition can be performed.

加えて、上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁体と該絶縁体の外周を覆う略環状の接地電極との少なくとも一部を中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめて、燃焼室内に上記放電空間を形成した構成としても良い。このような、いわゆるスパークプラグ型の点火プラグを用いたプラズマ式点火プラグにおいても、いわゆる沿面放電型の点火プラグを用いたプラズマ式点火装置においても、放電経路上に存在する付着物等による短絡を抑制し、確実な点火を行うことができる。   In addition, the spark plug includes at least a part of a center electrode, a cylindrical insulator that covers the outer periphery of the center electrode, and a substantially annular ground electrode that covers the outer periphery of the insulator. Further, the discharge space may be formed in the combustion chamber. In such plasma spark plugs using so-called spark plug type spark plugs and in plasma ignition devices using so-called creeping discharge spark plugs, short-circuiting due to deposits etc. existing on the discharge path can be achieved. Suppressing and reliable ignition can be performed.

また、本発明において、特に内燃機関の燃料の種類、噴射方法を限定するものではい。   In the present invention, the type of fuel and the injection method of the internal combustion engine are not particularly limited.

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全体図。1 is an overall view showing a configuration of a plasma ignition device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の効果を比較例と共に示す特性図。The characteristic view which shows the effect of this invention with a comparative example. 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。The block diagram which shows the outline | summary of the plasma ignition device in the 1st Embodiment of this invention. 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具体例を示す等価回路図。The equivalent circuit schematic which shows the specific example of the plasma ignition device in the 1st Embodiment of this invention. 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変形例を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the modification of the plasma ignition device in the 1st Embodiment of this invention. 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他の変形例を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the other modification of the plasma ignition device in the 1st Embodiment of this invention. 参考例におけるプラズマ式点火装置の概要を示す構成図。 The block diagram which shows the outline | summary of the plasma ignition device in a reference example . 参考例におけるプラズマ式点火装置の具体例を示す等価回路図。 The equivalent circuit diagram which shows the specific example of the plasma type ignition device in a reference example . 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概要を示す構成図。The block diagram which shows the outline | summary of the plasma type ignition device in the 3rd Embodiment of this invention. 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具体例を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the specific example of the plasma ignition device in the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 プラズマ式点火装置
10 プラズマ式点火プラグ
11 中心電極
110 中心電極放電部
12 絶縁体
120 絶縁体基部
13 ハウジング
130 接地電極
140 放電空間
20 複数回トリガ放電プラズマ電源(MTPDS)
30 電子制御装置(ECU)
40 内燃機関
400 燃焼室
401 シリンダヘッド
TRG1、VTRG2、VTRG3・・・ トリガ放電電圧
PLZ プラズマ電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma type ignition device 10 Plasma type spark plug 11 Center electrode 110 Center electrode discharge part 12 Insulator 120 Insulator base 13 Housing 130 Ground electrode 140 Discharge space 20 Multiple times trigger discharge plasma power supply (MTPDS)
30 Electronic control unit (ECU)
40 Internal combustion engine 400 Combustion chamber 401 Cylinder heads V TRG1 , V TRG2 , V TRG3 ... Trigger discharge voltage I PLZ plasma current

Claims (8)

中心電極と接地電極とこれらを絶縁する絶縁体とによって区画した放電空間とを有する点火プラグと、該点火プラグに高エネルギを供給する高エネルギ電源として、1回の点火毎に複数回のトリガ放電を行う複数回トリガ電源と、該トリガ放電によって絶縁破壊された上記放電空間内に大電流を供給するプラズマエネルギ電源とを具備し、上記放電空間内の気体に上記高エネルギ電源から高エネルギを加えて高温・高圧のプラズマ状態となして、内燃機関の混合気に点火するプラズマ式点火装置であって、
上記複数回トリガ電源は、複数のトリガ放電回路からなり、それぞれのトリガ放電回路が電源電圧を蓄積するエネルギ蓄積手段としてコンデンサを具備し、該エネルギ蓄積手段からの放電電圧を昇圧する昇圧手段としてコイルを具備し、
それぞれのトリガ放電回路を、上記点火プラグに対して並列に接続せしめ、
上記複数回トリガ放電を、BTDC30°からTDCまでの点火工程において行うと共に、
その繰り返し発せられるトリガ放電の放電間隔が20μs以内であることを特徴とするプラズマ式点火装置。
As a spark plug having a discharge space partitioned by a center electrode, a ground electrode, and an insulator that insulates them, and a high energy power source for supplying high energy to the spark plug, multiple trigger discharges for each ignition And a plasma energy power source that supplies a large current to the discharge space that is broken down by the trigger discharge, and applies high energy from the high energy power source to the gas in the discharge space. A plasma ignition device that ignites an air-fuel mixture of an internal combustion engine in a high temperature and high pressure plasma state,
The multi-time trigger power supply comprises a plurality of trigger discharge circuits, each trigger discharge circuit including a capacitor as energy storage means for storing a power supply voltage, and a coil as boosting means for boosting the discharge voltage from the energy storage means Comprising
Each trigger discharge circuit is connected in parallel to the spark plug,
While performing the above-described multiple trigger discharges in the ignition process from BTDC 30 ° to TDC ,
The plasma ignition device characterized in that the discharge interval of the repeated trigger discharge is within 20 μs .
中心電極と接地電極とこれらを絶縁する絶縁体とによって区画した放電空間とを有する点火プラグと、該点火プラグに高エネルギを供給する高エネルギ電源として、1回の点火毎に複数回のトリガ放電を行う複数回トリガ電源と、該トリガ放電によって絶縁破壊された上記放電空間内に大電流を供給するプラズマエネルギ電源とを具備し、上記放電空間内の気体に上記高エネルギ電源から高エネルギを加えて高温・高圧のプラズマ状態となして、内燃機関の混合気に点火するプラズマ式点火装置であって、
上記複数回トリガ電源は、複数のトリガ放電回路からなり、それぞれのトリガ放電回路が電源電圧を蓄積すると共に、高電圧を発生するエネルギ蓄積手段として圧電トランスを具備し、
それぞれのトリガ放電回路を、上記点火プラグに対して並列に接続せしめ、
上記複数回トリガ放電を、BTDC30°からTDCまでの点火工程において行うと共に、
その繰り返し発せられるトリガ放電の放電間隔が20μs以内であることを特徴とするプラズマ式点火装置。
As a spark plug having a discharge space partitioned by a center electrode, a ground electrode, and an insulator that insulates them, and a high energy power source for supplying high energy to the spark plug, multiple trigger discharges for each ignition And a plasma energy power source that supplies a large current to the discharge space that is broken down by the trigger discharge, and applies high energy from the high energy power source to the gas in the discharge space. A plasma ignition device that ignites an air-fuel mixture of an internal combustion engine in a high temperature and high pressure plasma state,
The multi-time trigger power supply comprises a plurality of trigger discharge circuits, each trigger discharge circuit stores a power supply voltage, and includes a piezoelectric transformer as energy storage means for generating a high voltage,
Each trigger discharge circuit is connected in parallel to the spark plug,
While performing the above-described multiple trigger discharges in the ignition process from BTDC 30 ° to TDC ,
The plasma ignition device characterized in that the discharge interval of the repeated trigger discharge is within 20 μs .
上記複数回トリガ電源は、上記内燃機関の運転状況に応じて点火信号を発する電子制御装置と、該点火信号に対して複数回のトリガ信号を発して上記複数のトリガ放電回路のいずれか一つを選択的に制御するトリガ放電回路選択制御装置とを具備する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。   The multi-time trigger power source is any one of an electronic control unit that generates an ignition signal according to an operating state of the internal combustion engine, and a multi-time trigger signal that generates a multi-time trigger signal in response to the ignition signal. A plasma ignition device according to claim 1 or 2, further comprising a trigger discharge circuit selection control device for selectively controlling the discharge. 上記複数回トリガ電源は、上記エネルギ蓄積手段からの放電を遅延せしめる放電遅延手段を具備し、上記放電遅延手段によって、上記昇圧手段からの複数回の放電に時間差を設ける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。   The multi-time trigger power supply includes a discharge delay means for delaying a discharge from the energy storage means, and the discharge delay means provides a time difference in the multiple discharges from the boosting means. The plasma ignition device according to any one of 1 to 3. 上記複数回トリガ電源は、上記プラズマ電源から流れる大電流を検知するプラズマ電流検知手段を具備し、該プラズマ電流が検出された場合には、上記トリガ放電を停止せしめる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。   2. The multi-time trigger power supply includes plasma current detection means for detecting a large current flowing from the plasma power supply, and the trigger discharge is stopped when the plasma current is detected. 5. The plasma ignition device according to any one of items 4 to 4. 上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁部材と該絶縁部材の外周を覆う略環状の接地電極の少なくとも一部を上記中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめた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。   The spark plug includes at least a part of a center electrode, a cylindrical insulating member that covers the outer periphery of the center electrode, and a substantially annular ground electrode that covers the outer periphery of the insulating member. 6. The plasma ignition device according to claim 1, wherein the plasma ignition device is damped. 上記点火プラグは、中心電極と該中心電極を覆う絶縁体と該絶縁体を覆う環状の接地電極とからなり、上記中心電極の下端面と上記接地電極の下端面とが略面一となるように、若しくは上記中心電極の下端面が上記接地電極の下端面よりも燃焼室側に突出するように配設せしめ、上記絶縁体の下端面が上記燃焼室内に向かって露出し、極浅い放電空間を形成し、上記中心電極の外周面と上記接地電極の内周面とを上記放電空間に対向せしめた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。   The spark plug includes a center electrode, an insulator that covers the center electrode, and an annular ground electrode that covers the insulator, and the lower end surface of the center electrode and the lower end surface of the ground electrode are substantially flush with each other. Or the lower end surface of the center electrode protrudes to the combustion chamber side with respect to the lower end surface of the ground electrode, and the lower end surface of the insulator is exposed toward the combustion chamber, so that an extremely shallow discharge space is provided. 6. The plasma ignition device according to claim 1, wherein an outer peripheral surface of the center electrode and an inner peripheral surface of the ground electrode are opposed to the discharge space. 上記点火プラグは、中心電極と該中心電極の外周を覆う筒状の絶縁体と該絶縁体の外周を覆う略環状の接地電極との少なくとも一部を中心電極の、燃焼室側下方に延設せしめた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The spark plug includes at least a part of a center electrode, a cylindrical insulator that covers the outer periphery of the center electrode, and a substantially annular ground electrode that covers the outer periphery of the insulator. 6. The plasma ignition device according to claim 1, wherein the plasma ignition device is damped.
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