JP5574725B2

JP5574725B2 - 点火プラグ

Info

Publication number: JP5574725B2
Application number: JP2010019617A
Authority: JP
Inventors: 宏朗尾井; 毅芹澤
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: JP2011159475A

Description

本発明は、火花点火式内燃機関用の点火プラグに関する。

イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧が印加されて火花放電し火花点火する点火プラグが周知である。この種の点火プラグにおいては、火花放電に由来する高周波ノイズを減衰させ、高周波ノイズによる電子制御装置その他の電装系の誤動作を防ぐべく、図６に示すように、ターミナルａと中心電極ｂとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗ｃを介設していることが多い（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、燃焼室内の混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得ることができるようにするために、高周波発振器が発振する高周波電圧を中心電極に印加し、その高周波電界により中心電極と接地電極との間の空間にプラズマ雰囲気を生成し、プラズマ雰囲気中で火花点火することが試みられている。

上記点火方法を採用する場合に、上述した特許文献１記載のもののような点火プラグを使用すると、高周波発振器からの高周波電圧が抵抗により減衰するため、所望の効果を得にくくなるという不都合が発生する。

特開２００９−１９３７３７号公報

本発明は、以上の点に着目し、中心電極とターミナルとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させることなく、火花放電に由来する高周波ノイズを適正に抑制することを目的とする。

すなわち本発明に係る点火プラグは、イグナイタが電子制御装置からの点火信号を受けた際に点火コイルからの高電圧の印加により火花点火するようにしているものであって、高周波電圧を火花放電開始と略同時に中心電極に印加する高周波発振器が付設された点火装置に用いられ、点火コイルに接続するためのターミナルと、接地電極との間で火花放電を行う中心電極と、この中心電極と前記ターミナルとを抵抗を介することなく接続する導体と、この導体の周囲を取り囲むように配置した点火時に発生するノイズを減衰させるためのノイズ低減部材とを具備し、点火時に発生するノイズが属する周波数帯における透磁率の虚数成分が、それより低い前記高周波電圧が属する周波数帯における透磁率の虚数成分よりも大きい磁性材料を用いて前記ノイズ低減部材を形成していることを特徴とする。

ここで、「導体」は、中心電極又はターミナルのうちいずれか一方と一体に形成してもよい。また、中心電極、導体及びターミナルの全てを一体に形成してもよい。

このような構成によれば、中心電極とターミナルとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させる必要がない。特に、高周波発振器からの高周波電圧により中心電極と接地電極との間の空間にプラズマ雰囲気を生成させる場合にあっては、抵抗によって高周波電圧が減衰させられる上記不都合を回避できる。

その一方で、前記導体の周囲を取り囲むようにノイズ低減部材を設けたことにより、点火時に発生する高周波ノイズを減衰させ、高周波ノイズが電装系に到達する問題の発生を適切に予防することができる。

さらに、点火時に発生するノイズが属する周波数帯における透磁率の虚数成分が、それより低い前記高周波電圧が属する周波数帯における透磁率の虚数成分よりも大きい磁性材料を用いて形成しているので、このようなノイズ低減部材を導体の周囲を取り囲むように配置すれば、ノイズが属する周波数帯の電磁波を、磁性材料の透磁率の虚数成分を利用した透磁損失により減衰させ（ノイズ低減部材は、ノイズの磁界成分に作用してそのエネルギーを熱に変換し、ノイズを効果的に低減させる）つつ、より低い周波数帯の電磁波の減衰は抑えることができる。高周波発振器が発振する高周波電圧の周波数帯は、火花点火に起因する高周波ノイズの周波数よりも低いことから、プラズマ雰囲気の生成を妨げることがない。

さらに、ノイズ低減部材の配置の自由度の向上を図るために好適な構成として、フェライトを利用して前記ノイズ低減部材を形成しているものが挙げられる。フェライトは一般に絶縁体であるので、フェライトにより形成した円筒状のノイズ低減部材を導体に巻き付け、その外側に絶縁碍子を配する態様等を実現できるからである。

本発明によれば、中心電極とターミナルとの間に高周波ノイズ低減用の抵抗を介在させることなく、火花放電に由来する高周波ノイズを適正に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る点火プラグを示す中央縦断面図。同実施形態に係る点火プラグを採用した点火装置の回路図。同実施形態に係る点火プラグを採用した点火装置の構成説明図。ノイズ低減部材の透磁率の虚数成分の周波数特性を示すグラフ。本発明の他の実施形態に係る点火プラグを示す中央縦断面図。従来の点火プラグを示す中央縦断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態の点火プラグ１は、車両等に搭載されるエンジンに用いられ、図１に示すように、点火コイル３に接続するためのターミナル１１と、接地電極１７との間で火花放電を行う中心電極１２と、これら中心電極１２とターミナル１１とを高周波ノイズ低減用の抵抗を介することなく接続する導体１３と、この導体１３の周囲を取り囲むように配置した部材であり点火時に発生するノイズを減衰させるためのノイズ低減部材１４と、導体１３及びノイズ低減部材１４を被覆して絶縁する絶縁碍子１５と、絶縁碍子１５を外方から支持するとともに下端部に接地電極１７を設けたハウジング１６とを具備する。

本実施形態では、ターミナル１１、中心電極１２及び導体１３を一体に形成している。但し、ターミナル１１と導体１３とを別体として両者を導電接続した構造としてもよいし、中心電極１２と導体１３とを別体として両者を導電接続した構造としてもよい。

ノイズ低減部材１４は、例えば、Ｎｉ−Ｚｎフェライトを利用して形成した略円筒状の部材である。本実施形態では、ノイズ低減部材１４を、絶縁碍子１５内に埋設している。このノイズ低減部材１４の複素透磁率の虚数成分μ''は、図４に示すように、２ＭＨｚ以下の周波数帯域において略一定値をとり、少なくとも２ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数帯域では周波数が高くなるにつれ大きくなる。

この点火プラグ１は、図２及び図３に示すような点火装置１００において使用される。この点火装置１００は、電子制御装置４から発される点火信号を受けるイグナイタ２と、イグナイタ２が点火信号を受けた際に火花点火をもたらす高い誘導電圧を発生させる点火コイル３とを要素とする。

点火装置１００による火花点火の原理は、下記の通りである。電子制御装置４からの点火信号をイグナイタ２が受けると、まず点火コイル３の一次側３ａに電流が流れ、点火タイミングでこの電流が遮断されると、自己誘導作用が起こり、一次側３ａに高電圧が発生する。そして、一次側３ａと二次側３ｂとは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側３ｂにさらに高い誘導電圧が発生する。この高誘導電圧が点火プラグ１の中心電極１２に印加され、中心電極１２と接地電極１７との間で火花放電が発生する。

その上で、本実施形態では、図３に示すように、点火装置１００に高周波発振器５を付設しており、高周波発振器５による高周波電界と点火コイル３による高誘導電圧とを重ね合わせて点火プラグ１のターミナル１１ひいては中心電極１２に印加するようにしている。

高周波発振器５から出力される高周波電圧は、火花放電開始と略同時あるいは火花放電開始直後あるいは火花放電開始直前に、中心電極１２に印加される。これにより、中心電極１２と接地電極１７との間の空間に、高周波電界が形成される。そして、高周波電界中で火花放電を行うことによりプラズマが発生し、このプラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成する。

上記は、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが電界の影響を受け振動、蛇行することでその行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、すなわちプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎核も大きくなるのである。結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。

高周波発振器５は、例えば２００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ帯の高周波電圧を発生させるものである。一方、中心電極１２と接地電極１７との間の火花放電時に発生する高周波ノイズの主成分は、概ね６０ＭＨｚ帯にある。

ここで、図４に示しているように、ノイズ低減部材１４の透磁率の虚数成分μ''は、火花放電時に発生する高周波ノイズが属する周波数帯、具体的には６０ＭＨｚ帯において大きな値をとる。従って、火花放電に由来する高周波ノイズが導体１３のノイズ低減部材１４に取り囲まれた部位を通過すると、ノイズ低減部材１４が高周波ノイズの磁界成分に作用し、そのエネルギーの大部分が熱に変換される。つまり、高周波ノイズは透磁損失により減衰する。

これに対し、高周波発振器５により発生する高周波電圧の周波数帯は、上述したように２００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間にある。この周波数帯におけるノイズ低減部材１４の透磁率の虚数成分μ''は、６０ＭＨｚ帯における透磁率の虚数成分μ''より十分に小さい。また、本実施形態では、点火プラグ１の中心電極１２とターミナル１１とを、抵抗を介することなく導体１３により直結している。ゆえに、高周波電圧の減衰は少なく、プラズマ雰囲気の生成は妨げられない。

以上に述べたように、本実施形態に係る点火プラグ１の構成によれば、ターミナル１１と中心電極１２とを抵抗を介することなく導体１３により接続しているので、ターミナル１１と中心電極１２との間に抵抗を介在させた従来のプラグと比較して、高周波発振器５からの高周波電圧を減衰させることなく中心電極１２まで到達させることができる。よって、中心電極１２と接地電極１７との間の空間により確実にプラズマ雰囲気を生成することができる。加えて、点火プラグ１の導体１３の周囲を取り囲むようにノイズ低減部材１４を設けているので、火花点火時に発生する高周波ノイズはノイズ低減部材１４の近傍を通過する際に減衰する。従って、高周波ノイズが電装系に到達する問題の発生を適切に予防することができる。

また、このノイズ低減部材１４を構成するフェライトの透磁率の虚数成分μ''は、上述したように、火花点火時に発生する高周波ノイズが属する周波数帯において、それより低い周波数帯、具体的には高周波発振器５により発生する高周波電圧の周波数帯よりも大きな値をとる。そのため、このノイズ低減部材１４が、高周波発振器５により発生する高周波電圧の減衰を抑制し、プラズマ雰囲気の生成を妨げないようにしつつ、ノイズが属する周波数帯の電磁波を透磁損失により減衰させるローパスフィルタとして機能する。

なお、本発明は、以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、上述した実施形態のように絶縁碍子内に円筒状のフェライトで構成したノイズ低減部材を埋設することに替えて、図５に示すように、円筒状のフェライトで構成したノイズ低減部材Ａ１４を導体１３を取り巻くように配置し、そのノイズ低減部材Ａ１４の外周に絶縁碍子Ａ１５を配置するようにしてもよい。ここで、図５に示した点火プラグＡ１のノイズ低減部材Ａ１４及び絶縁碍子Ａ１５を除く各部位は、上述した実施形態における点火プラグ１における各部位と同様の構成を有する。そして、これら各部位には、上述した実施形態における点火プラグ１における各部位と同一の符号を付している。

あるいは、絶縁碍子の外周に円筒状のフェライトで構成したノイズ低減部材を配置することも考えられる。

ノイズ低減部材を構成するフェライトとしては、上述した実施形態で採用したＮｉ−Ｚｎフェライト以外のフェライト、例えば、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等を採用してもよい。

ノイズ低減部材として、フェライト、パーマロイ、センダスト等の材料で構成した小片を混入した状態で焼成した絶縁碍子等を採用してもよい。

ノイズ低減部材と絶縁碍子とを別体に構成するとともに、ノイズ低減部材が導体と直接接触しない構造とする場合、フェライト以外の材料、例えばパーマロイ（鉄ニッケル合金）やセンダスト（鉄ケイ素アルミ合金）等、点火時に発生する高周波ノイズが属する周波数帯における透磁率の虚数成分がそれより低い周波数帯における透磁率の虚数成分よりも大きい磁性材料を用いてノイズ低減部材を形成してもよい。

一方、ノイズ低減部材として、高周波ノイズが属する周波数帯における複素誘電率の虚数成分を、それより低い周波数帯における複素誘電率の虚数成分よりも大きくした、誘電損失により高周波ノイズを減衰させる材料を用いてもよい。このようなものであれば、高周波ノイズが属する周波数帯の電磁波の電界成分に作用してそのエネルギーを熱に変換し、ノイズを効果的に低減させることができる。具体的な材料としては、絶縁体に導電性物質を分散し抵抗率や導電率及び比誘電率を変化させたもの、例えば、シリコーンゴム等のエラストマーに導電性金属を混合したものや、シリコーンゴム等のエラストマーにカーボン粉末や膨張性黒鉛を添加したもの等が挙げられる。

本発明の点火プラグは、高周波発振器を付設していない従来型の点火装置１００に使用してもよく、その場合にも火花放電に由来する高周波ノイズを適正に抑制することができる。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

１…点火プラグ
１１…ターミナル
１２…中心電極
１３…導体
１４…ノイズ低減部材
２…イグナイタ
３…点火コイル

Claims

イグナイタが電子制御装置からの点火信号を受けた際に点火コイルからの高電圧の印加により火花点火するようにしている点火プラグであって、
高周波電圧を火花放電開始と略同時に中心電極に印加する高周波発振器が付設された点火装置に用いられ、
点火コイルに接続するためのターミナルと、
接地電極との間で火花放電を行う中心電極と、
この中心電極と前記ターミナルとを抵抗を介することなく接続する導体と、
この導体の周囲を取り囲むように配置した点火時に発生するノイズを減衰させるためのノイズ低減部材とを具備し、
点火時に発生するノイズが属する周波数帯における透磁率の虚数成分が、それより低い前記高周波電圧が属する周波数帯における透磁率の虚数成分よりも大きい磁性材料を用いて前記ノイズ低減部材を形成していることを特徴とする点火プラグ。
フェライトを利用して前記ノイズ低減部材を形成している請求項１記載の点火プラグ。