JP6395162B1 - 高周波放電点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の高周波放電点火装置の構造では、カップリング回路と金属製の筐体間との容量成分が電気的な経路となり、この経路に電位差が生じて容量放電電流が流れることにより、外部に放射ノイズを放射し、周辺機器の誤動作を引き起こしてしまう。【解決手段】金属製の第１の筐体を接地することで、カップリング回路から発生する放射ノイズはシールドされる。また、第１の筐体と第２の筐体とがお互いに接触しないように、第１の筐体を金属製の第２の筐体で内包し、第２の筐体をエンジンブロックに接続することで接地することによって、カップリング回路と第１の筐体との間の容量成分によって発生する放射ノイズは第２の筐体によってシールドされる。これにより、高周波放電点火装置周辺の機器への影響を抑えることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、主に内燃機関に用いられる高周波放電点火装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界においてもこれらの対応が急務となっている。この対応の一例として、過給機を利用したエンジンダウンサイジングにより燃料消費量を改善する方法がある。

しかし、過給機を用い、高過給状態になると、燃焼を伴っていない状態でも、エンジン燃焼室内の圧力が非常に高くなり、燃焼を開始するための火花放電を発生させることが困難になる。その解決策として、点火プラグのギャップを狭め、火花放電が発生しやすい状態を作っている。しかし、点火プラグのギャップを狭めると、電極部による消炎作用、すなわち、温度の低い電極部によって、発生直後の火花が成長するエネルギーが消耗される作用の影響が大きくなり、始動性の低下または燃焼性の低下が発生する。

この問題を解決するために、消炎作用によって消耗される熱エネルギーを上回るエネルギーを火花放電で与える手段が考えられている。例えば、特許文献１には、点火コイルによって発生された火花放電に、昇圧回路によって昇圧された高周波エネルギーをカップリングし、結果として得られる高電圧の高周波エネルギーを、点火プラグに供給することで、高エネルギーの火花放電の形成を可能にした高周波放電点火装置が記載されている。

特許第５２５０１１９号

しかしながら、特許文献１に記載された高周波放電点火装置では、カップリング回路と、カップリング回路を内蔵する金属製の第１の筐体との間に容量成分が生じる。この容量成分の両端に電位差が生じて容量放電電流が流れると、この容量成分は、外部に放射ノイズを放射し、周辺機器の誤動作を引き起こすという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、周辺機器への放射ノイズの影響を低減する高周波放電点火装置を提供することを目的とするものである。

この発明による高周波放電点火装置は、高周波エネルギー供給回路から供給される高周波エネルギーを、点火コイルから供給される高電圧パルスとカップリングして、エンジンブロックに接続される点火プラグに供給し、カップリングされたエネルギーを点火プラグに供給するカップリング回路を有する出力装置と、出力装置が収容される第１の筐体と、エンジンブロックに接続される第２の筐体とを有し、出力装置は点火プラグに直付けされ、第１の筐体および第２の筐体はそれぞれ金属製であり、第１の筐体は接地され、第１の筐体は第２の筐体に内包され、第１の筐体は第２の筐体と離間し、カップリング回路は、樹脂製の内部筐体内に樹脂モールドされ、内部筐体は、第１の筐体に収納される。
この発明による高周波放電点火装置は、高周波エネルギー供給回路から供給される高周波エネルギーを、点火コイルから供給される高電圧パルスとカップリングして、エンジンブロックに接続される点火プラグに供給し、カップリングされたエネルギーを点火プラグに供給するカップリング回路を有する出力装置と、出力装置が収容される第１の筐体と、エンジンブロックに接続される第２の筐体とを有し、出力装置は点火プラグに直付けされ、第１の筐体および第２の筐体はそれぞれ金属製であり、第１の筐体は接地され、第１の筐体は第２の筐体に内包され、第１の筐体は第２の筐体と離間し、第２の筐体は、本体部およびカバー部を有し、高周波エネルギー供給回路は、カバー部に内蔵される。

この発明の高周波放電点火装置によれば、カップリング回路を収容する第１の筐体は接地される。第２の筐体は、エンジンブロックに接続され、接地される。第２の筐体は、第１の筐体と接触しないように、第１の筐体を内包する。そのため、第２の筐体は、カップリング回路と第１の筐体との間の容量放電電流によって発生する放射ノイズを、第２の筐体の外へ出さないようにすることができる。

これにより、周辺機器への放射ノイズの影響を低減する高周波放電点火装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１による高周波放電点火装置の回路構成を示すブロック図である。 実施の形態１による高周波放電点火装置の分解斜視図である。 実施の形態１による高周波放電点火装置の上面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図４に対する変形例を示す断面図である。 実施の形態１の効果を説明するための図であり、第１の筐体を内包する第２の筐体がない場合の高周波放電点火装置の回路構成のブロック図である。 本発明の実施の形態２による高周波放電点火装置における、第１の筐体の分解斜視図である。 実施の形態２の変形例による高周波放電点火装置における、第１の筐体の分解斜視図である。 本発明の実施の形態３による高周波放電点火装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態４による高周波放電点火装置の斜視図である。

以下、本発明における高周波放電点火装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、同一または相当部分については同一符号で示し、重複する説明は省略する。
また、本実施の形態について、「高電圧パルス」の電圧は３０〜４０ｋＶ、「高周波エネルギー」の電圧は１〜２ｋＶ、「高周波」の周波数は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚを想定している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における高周波放電点火装置１０１およびその周辺装置の回路構成を示すブロック図である。高周波放電点火装置１０１は、カップリング回路３５、第１の筐体１および第２の筐体２によって構成されている。カップリング回路３５は、第１の筐体１に収容されている。第１の筐体１は、第２の筐体２に内包されている。

電源３２の電圧は、昇圧回路３３によって昇圧される。昇圧された電圧を用いて、高周波エネルギー供給回路１１は、高周波エネルギーを発生し、カップリング回路３５に供給する。また、点火コイル１０は、高電圧パルスを発生し、カップリング回路３５に供給する。カップリング回路３５は、高周波エネルギーを高電圧パルスとカップリングして、エンジンブロックに接続されている点火プラグ８に供給する。高周波エネルギー供給回路１１および点火コイル１０の回路の駆動制御は、ＥＣＵ３４によって行われる。

以下、本明細書においては、３種類の放射ノイズＮ１〜Ｎ３が取り扱われる。
第１の放射ノイズＮ１は、カップリング回路３５が発生する放射ノイズである。
第２の放射ノイズＮ２は、カップリング回路３５と第１の筐体１との間の容量成分Ｃ１に起因して発生する放射ノイズである。この容量成分Ｃ１の両端に電位差が生じると、容量放電電流が流れ、第２の放射ノイズＮ２が放射される。
第３の放射ノイズＮ３は、第１の筐体１と第２の筐体２との間の容量成分Ｃ２に起因して発生する放射ノイズである。この容量成分Ｃ２の両端に電位差が生じると、容量放電電流が流れ、第３の放射ノイズＮ３が放射される。

高周波放電点火装置１０１の構成について、図２から図４を用いて説明する。
図２は、高周波放電点火装置１０１の内部構造を示す分解斜視図である。
エンジンブロック９には、点火プラグ８が取り付けられる。点火プラグ８が取り付けられる部位の周辺には、雌ねじ部１４が４つ設けられている。この４つの雌ねじ部１４は、第２の筐体２を固定する際に用いられる。

第１の筐体１は、ベース３およびカバー４によって形成されており、出力装置５を収容している。出力装置５は、カップリング回路３５、プロテクタ１２、接続端子５０および接続端子５１によって構成される。カップリング回路３５は、第１の筐体１内に、ねじ止めされている。プロテクタ１２は、点火プラグ８に装着される。すなわち、出力装置５は、点火プラグ８に電気的に直接接続される。接続端子５０は、ハーネス１７を介して、点火コイル１０に接続される。接続端子５１は、ハーネス１６を介して、高周波エネルギー供給回路１１に接続される。

第１の筐体１の外側には、第１の筐体１を離間して、内包するように、第２の筐体２が設けられている。第２の筐体２には、穴４０、穴４１および４つのフランジ穴１３が設けられている。４つのフランジ穴１３には、それぞれボルト６が通される。それぞれのボルト６は、エンジンブロック９の雌ねじ部１４に締結される。これにより、第２の筐体２は、エンジンブロック９に接続される。穴４０には、点火コイル１０に向かうハーネス１７が通される。穴４１には、高周波エネルギー供給回路１１に向かうハーネス１６が通される。
なお、第１の筐体１および第２の筐体２は、金属で形成されている。例えば、その材質としては、アルミニウムまたはステンレス鋼が挙げられる。

図３は、高周波放電点火装置１０１の上面図であり、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
図４に示すように、点火プラグ８は、エンジンブロック９に取り付けられている。点火プラグ８は、プロテクタ１２によって、カップリング回路３５に直付けされている。また、点火プラグ８および第１の筐体１に、接続部材７は挟まれている。
また、第２の筐体２は、フランジ穴１３、ボルト６によって、エンジンブロック９の雌ねじ部１４に固定されている。

次に、高周波放電点火装置１０１の電気的な経路について、図４を用いて説明する。
第１の筐体１は、接続部材７を介して、点火プラグ８に電気的に接続されている。そのため、第１の筐体１の電位は、ＧＮＤ電位である０Ｖとなる。すなわち、第１の筐体１は接地されている、これにより、カップリング回路３５から発生する第１の放射ノイズＮ１は、第１の筐体１によってシールドされる。
第１の筐体１は、点火プラグ８に接続されることにより接地されているが、図５に示すように、金属製のリード線３７を第１の筐体１に対してねじ３８で固定され、エンジンブロック９に対してねじ３９で固定されることによって、接地されてもよい。

第２の筐体２は、第１の筐体１と接触しないように、離間されて、固定されている。また、第２の筐体２は、エンジンブロック９に接続されている。したがって、第２の筐体２は、接地されている。これにより、カップリング回路３５と第１の筐体１との間の容量成分Ｃ１に起因する第２の放射ノイズＮ２は、第２の筐体２によってシールドされる。

ここで、第２の筐体２が、第１の筐体１と一部でも接触すると、第１の筐体１は第２の筐体２と電気的には一体となる。そのため、カップリング回路３５と第１の筐体１との間に流れる容量放電電流は、この接触部を通して、第２の筐体２およびエンジンブロック９にも流れる。したがって、第２の筐体２の外部表面およびエンジンブロック９の表面から、第２の放射ノイズＮ２が外部に放射される。すなわち、第２の筐体２が第１の筐体１と接触すると、第２の筐体２は、第２の放射ノイズＮ２をシールドする効果を失ってしまう。

なお、第１の筐体１および第２の筐体２は、ともに接地されており、同電位である。したがって、第１の筐体１と第２の筐体２との間の容量成分Ｃ２に容量放電電流は流れず、第３の放射ノイズＮ３は発生しない。

図６は、第１の筐体を内包する第２の筐体がない場合の高周波放電点火装置の回路構成を示すブロック図である。図６において、第１の筐体１は、カップリング回路３５を内蔵している。第１の筐体１は接地されているので、カップリング回路３５が発生する第１の放射ノイズＮ１は、第１の筐体１によってシールドされる。しかしながら、第１の筐体１を内包する第２の筐体は存在しないので、カップリング回路３５と第１の筐体１との間の容量成分Ｃ１に起因して発生する第２の放射ノイズＮ２は、シールドされることなく、第１の筐体１の外部に放射される。

このように、実施の形態１における高周波放電点火装置１０１は、高周波エネルギー供給回路１１から供給される高周波エネルギーを、点火コイル１０から供給される高電圧パルスとカップリングして、エンジンブロック９に接続される点火プラグ８に供給する。高周波放電点火装置１０１は、カップリングされたエネルギーを点火プラグ８に供給するカップリング回路３５を有する出力装置５と、出力装置５が収容される第１の筐体１と、エンジンブロック９に接続される第２の筐体２とを有し、出力装置５は点火プラグ８に直付けされ、第１の筐体１および第２の筐体２はそれぞれ金属製であり、第１の筐体１は接地され、第１の筐体１は第２の筐体２に内包され、第１の筐体１は第２の筐体２と離間している。

これにより、周辺機器への放射ノイズの影響を低減する高周波放電点火装置を提供することができる。

また、第１の筐体１は、点火プラグ８、またはエンジンブロック９に電気的に接続されることにより接地されている。これにより、第１の筐体１が接地されるまでの距離が短くなり、カップリング回路３５から、点火プラグ８、エンジンブロック９（接地）、第１の筐体１を通り、カップリング回路３５に戻る経路が短くなる。そのため、カップリング回路３５と第１の筐体１との間の容量による第２の放射ノイズＮ２の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２における高周波放電点火装置について、図７を用いて説明する。実施の形態２の高周波放電点火装置では、カップリング回路は内部筐体に内蔵されている。

図７は、実施の形態２による高周波放電点火装置において、第１の筐体の構成を示す斜視図である。カップリング回路３５は、樹脂製の内部筐体１８の内部にねじ止めされている。内部筐体１８の内部は、さらに注型樹脂１９にて固着されている。すなわち、内部筐体１８は樹脂モールドされている。固着後の内部筐体１８は、金属製のベース２０に挿入される。ベース２０に設けられたフランジ穴２３に対して、穴部２１が設けられた金属製のカバー２２が、ねじ２４によって固定される。ベース２０およびカバー２２は第１の筐体６１を構成する。

この時、内部筐体１８を用いることなく、カップリング回路３５を、金属製の第１の筐体６１内に、直接、注型樹脂にて固着させる方法が考えられる。しかしながら、注型樹脂の材質によっては、注型樹脂が、金属と固着せず剥がれてしまうことがある。この場合、カップリング回路３５は固着されない。これに対して、本実施の形態２のように樹脂製の内部筐体１８を用いると、注型樹脂１９の剥がれが起こることないので、カップリング回路３５は内部筐体１８内に固着される。

次に、図８を用いて変形例について説明する。図８は、実施の形態２の変形例による高周波放電点火装置の第１の筐体の構成を示す斜視図である。図８に示すように、カップリング回路３５が内蔵された樹脂製の内部筐体１８は、金属製のベース２６に対して、接着剤２５によって固定される。ベース２６は、第１の筐体を構成する。

このように、実施の形態２における高周波放電点火装置では、カップリング回路３５は、樹脂製の内部筐体１８内に樹脂モールドされ、内部筐体１８は、第１の筐体６１または２６に収納される。これにより、内部回路が３０〜４０ｋＶ程度の高電圧となるカップリング回路３５の絶縁性を高めることができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３における高周波放電点火装置について、図９を用いて説明する。実施の形態１では、高周波エネルギー供給回路が、高周波放電点火装置と別個に設けられていたが、実施の形態３では、高周波エネルギー供給回路が、高周波放電点火装置内に取り込まれている。

図９は、実施の形態３による高周波放電点火装置１０３の構成を示す斜視図である。図９に示すように、第１の筐体１は、接続部材７を介して、点火プラグ８に装着される。第１の筐体１は、カップリング回路３５を内蔵している。接続部材７は、金属製であり、リング形状をしている。

第１の筐体１を内包するように、第２の筐体７０が設けられている。第２の筐体７０は、カバー部２７および本体部７１を有し、組み合わせることで箱型形状となる。カバー部２７には、高周波エネルギー供給回路１１が内蔵されている。カバー部には４隅にフランジ穴２９が設けられている。本体部７１には、フランジ穴２９に対応する４隅の位置に雌ねじ部２８が設けられている。フランジ穴２９にはボルト３０が通され、雌ねじ部２８に締結されることで、カバー部２７は本体部７１に固定される。

このように、実施の形態３による高周波放電点火装置１０３では、第２の筐体７０は、本体部７１およびカバー部２７を有し、高周波エネルギー供給回路１１は、カバー部２７に内蔵されている。これにより、高周波エネルギー供給回路１１からカップリング回路３５へ伝導する、高周波エネルギーの配線長を短くできるため、配線から発生するノイズを少なくできる。また、配線長が短くなることで、高周波放電点火装置１０３に対するシールドを施す範囲を小さくできるため、ノイズへの対処が容易になる。

また、カバー部２７は、本体部７１に固定されている。これにより、カバー部２７に内蔵されている高周波エネルギー供給回路１１の耐振動性を向上させることができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４における高周波放電点火装置について、図１０を用いて説明する。実施の形態４の高周波放電点火装置では、第２の筐体に、ハーネス用の穴の他に、放熱用の開口部が設けられている。

図１０は、実施の形態４による高周波放電点火装置１０４の構成を示す斜視図である。図１０に示すように、第２の筐体７２には、ハーネス１７および１６が通される穴４０および４１の他に、円形の開口部３１が２つ設けられている。開口部３１は、第１の筐体１と第２の筐体７２との間の空間を、第２の筐体７２の外部とに連通させる。この開口部３１によって、第２の筐体７２の内部で発生する熱を、第２の筐体７２の外部に逃がすことができる。開口部３１は通気孔を形成する。

なお、開口部３１からのノイズ漏れが懸念されるため、許容できる開口部３１のサイズおよび個数は、以下の方法により決定される。

まず、電波法の規格により、許容できるノイズレベルを決定する。決定されたノイズレベルと、現行のノイズレベルとの差を余裕度Ｓ［ｄＢ］とする。シールド特性は、以下の式（１）で表される。
Ｓ＝２０×ｌｏｇ｛１５０／ｆ／ｌ／√ｎ｝ …（１）
ここで、用いる周波数ｆ［ＭＨｚ］の電波における波長をｗ［ｍ］とすると、開口部３１の直径ｌ［ｍ］は、
ｌ≦ｗ／２
で決められる。したがって、余裕度Ｓ［ｄＢ］、周波数ｆ［ＭＨｚ］およびｌ［ｍ］を、式（１）に代入すると、許容できる開口部３１の個数ｎが算出できる。

以下に一例を挙げる。ＥＴＣの無線通信に用いられる電波の周波数を仮にｆ＝３０００ＭＨｚとすると、波長ｗは０．１ｍ程度であるので、開口部３１の直径ｌは、０．０５ｍ以下となる。余裕度を−３ｄＢとし、ｌ＝０．０５ｍとすると、式（１）により、ｎはほぼ２となる。すなわち、許容できるノイズレベルを−３ｄＢとした場合、第２の筐体７２には、直径が０．０５ｍの開口部３１であれば、２個まで空けても良い事を示している。

このように、実施の形態４による高周波放電点火装置１０４では、第２の筐体７２には開口部３１が設けられている。これにより、第２の筐体７２内部の熱を逃がすことができる。

１，６１ 第１の筐体、２，７０，７２ 第２の筐体、５ 出力装置、８ 点火プラグ、９ エンジンブロック、１０ 点火コイル、１１ 高周波エネルギー供給回路、１８ 内部筐体、２６ ベース（第１の筐体）、２７ カバー部、３１ 開口部（通気孔）、３５ カップリング回路、７１ 本体部、１０１，１０２，１０３，１０４ 高周波放電点火装置。

Claims (7)

1. 高周波エネルギー供給回路から供給される高周波エネルギーを、点火コイルから供給される高電圧パルスとカップリングして、エンジンブロックに接続される点火プラグに供給する高周波放電点火装置であって、
   前記カップリングされたエネルギーを前記点火プラグに供給するカップリング回路を有する出力装置と、
   前記出力装置が収容される第１の筐体と、
   前記エンジンブロックに接続される第２の筐体とを有し、
   前記出力装置は前記点火プラグに直付けされ、
   前記第１の筐体および前記第２の筐体はそれぞれ金属製であり、
   前記第１の筐体は接地され、
   前記第１の筐体は前記第２の筐体に内包され、
   前記第１の筐体は前記第２の筐体と離間し、
   前記カップリング回路は、樹脂製の内部筐体内に樹脂モールドされ、
   前記内部筐体は、前記第１の筐体に収納される
   高周波放電点火装置。
2. 前記第１の筐体は、前記点火プラグ、または前記エンジンブロックに電気的に接続されることにより接地される
   請求項１に記載の高周波放電点火装置。
3. 前記第２の筐体は、本体部およびカバー部を有し、
   前記高周波エネルギー供給回路は、前記カバー部に内蔵される
   請求項１または２に記載の高周波放電点火装置。
4. 高周波エネルギー供給回路から供給される高周波エネルギーを、点火コイルから供給される高電圧パルスとカップリングして、エンジンブロックに接続される点火プラグに供給する高周波放電点火装置であって、
   前記カップリングされたエネルギーを前記点火プラグに供給するカップリング回路を有する出力装置と、
   前記出力装置が収容される第１の筐体と、
   前記エンジンブロックに接続される第２の筐体とを有し、
   前記出力装置は前記点火プラグに直付けされ、
   前記第１の筐体および前記第２の筐体はそれぞれ金属製であり、
   前記第１の筐体は接地され、
   前記第１の筐体は前記第２の筐体に内包され、
   前記第１の筐体は前記第２の筐体と離間し、
   前記第２の筐体は、本体部およびカバー部を有し、
   前記高周波エネルギー供給回路は、前記カバー部に内蔵される
   高周波放電点火装置。
5. 前記第１の筐体は、前記点火プラグ、または前記エンジンブロックに電気的に接続されることにより接地される
   請求項４に記載の高周波放電点火装置。
6. 前記カバー部は、前記本体部に固定される
   請求項３から５のいずれか１項に記載の高周波放電点火装置。
7. 前記第２の筐体には通気孔が設けられる請求項１から６のいずれか１項に記載の高周波放電点火装置。

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