JP6397687B2 - 交流点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電圧の印加により発生させたストリーマ放電を利用して内燃機関の点火を行う交流点火装置に関する。

近年、従来の点火装置では着火が困難な、過給気エンジンや超希薄燃焼エンジン等の難着火性の内燃機関において、着火性の向上を図るべく、点火プラグに高周波の電気エネルギを印加して発生させたコロナ放電によって、混合気中に荷電粒子を発生させ着火性の向上を図ろうとする技術について種々提案されている。

例えば、特許文献１には、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、自身の先端部が前記絶縁体から露出するように前記軸孔の先端に設けられた中心電極と前記絶縁体の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、前記中心電極と電気的に接続され、インダクタンス成分を有するインダクタンス部材と、を有し、交流電力の供給を受けて前記中心電極の先端部でプラズマを発生させるスパークプラグであって、前記インダクタンス部材よりも先端側の部分の静電容量は、１０ｐＦ以下であることを特徴とするスパークプラグが開示されている。

特開２０１３−１６１５２１号公報

ところが、特許文献１にあるような従来の放電装置では、ブレイク放電時に生じる昇圧トランスからのサージ電流によるノイズが点火プラグに伝播する間に輻射される虞がある。
また、従来の放電装置ように、点火プラグ内に収容したコイルだけでは十分なインダクタンスを確保することができず、交流ストリーマ放電を交流アーク放電に遷移させることができない虞がある。
特に、車両用エンジン等の内燃機関の点火を図ろうとした場合、電源となるバッテリの容量に制限があり、消費電力を抑制する必要もある。
さらに、一般的な火花点火装置に行われているように、点火プラグ内に抵抗体を設けてノイズ吸収を図ろうとした場合、内蔵する抵抗体には数ｋΩと比較的大きな抵抗値が必要となるため、ジュール熱の発生による消費電力の損失を生じることになる。
また、交流アーク放電を開始する前の沿面ストリーマ放電の期間は比較的大きな電流が流れるため、抵抗値の大きな抵抗体が設けられていると、発熱量が大きくなり焼損を招く虞もある。
したがって、電源から点火プラグの放電部に至るまでの抵抗値はできるだけ小さくする必要がある。

また、高周波交流点火装置においては、交流電源から点火コイルを経由して点火プラグに至るまでの伝送線路について分布定数回路的な取扱いが必要となるため、インダクタンス等の位置が周波数特性に重要な影響を与えることになる。
特に、複数の気筒からなる内燃機関の気筒毎に設けた点火プラグに対して交流電圧を印加する場合、高周波電源回路は、高周波部品が高額となる。
このため、コストを優先する場合には一つにまとめた交流電源からそれぞれの点火プラグに接続した伝送線路を介して分配する手法が有効となる。
このとき、インダクタを交流電源側若しくは点火コイル側又は点火プラグ側のいずれの位置に設けるかによって周波数特性に違いを生じることになる。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、交流アーク放電への移行時に発生するサージ電流の低減と消費電力の抑制との両立を可能とする交流点火装置の提供を目的とする。

本発明は（１、１ａ〜１ｅ）、内燃機関（１１）に設けられ、柱状の中心電極（７）と、該中心電極の側面を覆う筒状の誘電体（８）と、該誘電体を収容保持する筒状のハウジング（９）と、該ハウジングの先端に延設され前記内燃機関の燃焼室に臨む環状の接地電極（９０）とを有する点火プラグ（６、６ｂ、６ｃ、６ｄ）と、前記中心電極と前記接地電極との間に所定の周波数の交流電圧を発生する交流電源（１０）と、前記交流電源の電圧を昇圧する点火コイル（２、２ａ）とを具備し、前記交流電源からの交流電圧の印加により、前記誘電体で覆われた前記中心電極と前記接地電極との間に高周波電界を作用させて、前記誘電体の表面を這うように形成される沿面ストリーマ放電を発生させることにより、又は、前記沿面ストリーマ放電を前駆として交流アーク放電を発生させることにより、上記内燃機関に設けた燃焼室（１１０）の内側に導入した混合気の点火を行う交流点火装置であって、
前記点火コイルが、前記交流電源からの一次電圧を入力する一次コイル（２４）と該一次コイルに対して所定の巻回比で巻回した二次コイル（２２）と、磁気コア（２０、２０ａ）とからなり、前記点火コイルと前記点火プラグとの間をつなぐ伝送線（４４）を具備すると共に、
前記点火コイルと前記点火プラグとの間で直列に接続され、
前記点火コイルと電磁的に独立したインダクタンス（Ｌ１、Ｌ２）を付与する複数のインダクタ（４、４ａ、４ｅ、５、５ｂ、５ｄ、５ｅ）を設け、前記複数のインダクタが、前記伝送線の一方の端であって、前記点火コイルに接続する側に直列したコイル側インダクタ（４、４ａ、４ｅ）を有しており、かつ、
前記二次コイルと前記コイル側インダクタとを電磁的に独立させる磁気遮蔽手段（３、３ａ）を具備することを特徴とする。

本発明の交流点火装置（１、１ａ〜１ｅ）によれば、前記点火コイルと磁気的に独立したインダクタンス（Ｌ_１、Ｌ_２）を形成する複数のインダクタ（４、５）を点火コイル側と点火プラグ側とのそれぞれに介挿することで、沿面ストリーマ放電から交流アーク放電に遷移する際に生じる過渡共振に対するタ゛ンハ゜作用を発揮させて、サージ電流の低減を図ると共に、従来の抵抗体のみの介挿によるノイズ吸収に比べ、通電経路における抵抗値を低くし、ジュール損失による消費電力の増大を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態における交流点火装置１の概要を示す縦断面図 本発明の第２の実施形態における交流点火装置１ａの概要を示す縦断面図 本発明の第３の実施形態における交流点火装置１ｂの概要を示す縦断面図 本発明の第４の実施形態における交流点火装置１ｃの概要を示す縦断面図 本発明の第５の実施形態における交流点火装置１ｄの概要を示す縦断面図 本発明の第６の実施形態における交流点火装置１ｅの概要を示す構成図 本発明の交流点火装置の点火時における放電特性を示す特性図 比較例として示す従来の交流点火装置における放電開始後の電流特性を示す特性図 比較例と共に本発明の消費電力低減効果を示す特性図 比較例と共に本発明のサージ電流低減効果を示す特性図 比較例と共に本発明の交流点火装置のフィルタ部におけるゲイン特性を示す特性図

図１を参照して、本発明の第１の実施形態における交流点火装置１の概要について説明する。
本実施形態における交流点火装置１は、交流電源１０と、点火コイル２と、電磁シールド３と、コイル側インダクタ４と、プラグ側インダクタ５と、点火プラグ６とによって構成されている。
点火プラグ６は、内燃機関１１の気筒毎に設けられている。

点火コイル２は、交流電源１０から入力された交流電圧を昇圧して所定の周波数ｆと尖頭値Ｖ_ＰＰを有する交流高電圧Ｖ_２を点火プラグに印加する。
交流点火装置１は、点火プラグ６の誘電体８で覆われた中心電極７と接地電極３０との間に高周波電界を作用させて、誘電体８の表面を這うように形成される沿面ストリーマ放電を発生させることにより、又は、沿面ストリーマ放電を前駆として交流アーク放電を発生させることにより、内燃機関１１の運転状況に応じて沿面ストリーマ放電又は交流アーク放電を発生して内燃機関１１の点火を行う。

交流点火装置１は、点火コイル２と点火プラグ６との間に、点火コイル２から電磁的に分離された、第１段のインダクタンスＬ_１を構成するプラグ側インダクタ５と第２段のインダクタンスＬ_２を構成するコイル側インダクタ４とを配設したことを特徴とし、沿面ストリーマ放電から交流アーク放電に遷移する際に発生するサージ電流を吸収しつつ、電力消費を抑制した交流点火装置である。

本発明の交流点火装置１の適用される内燃機関１１は、いわゆるレシプロエンジンであり、エンジンヘッド１１１と図略のシリンダとのシリンダ内を昇降可能に収容したピストンとによって燃焼室１１０を区画し、燃焼室１１０内に導入した混合気の燃焼膨張力によりピストンを押し下げ動力を発生する。
なお、内燃機関１１は、液体燃料と気体燃料とのいずれを用いるものであっても良い。

交流電源１０は、所定の周波数ｆを有する正弦波交流を発生するもので、図略の制御回路から発せられた点火信号にしたがって、所定の期間だけ点火プラグ６に交流電圧を供給するものである。
なお、内燃機関１１が車両用エンジンであり、電源がバッテリ等の直流電源である場合には、交流電源１０は、直流電源から供給された直流を交流に変換する公知のインバータ回路によって実現できる。

交流電源１０から供給された一次電圧Ｖ_１は、点火コイル２によって、所定の尖頭値電圧Ｖ_ＰＰ（例えば、１５ｋＶ）を有する二次電圧Ｖ_２に昇圧して、点火プラグ６に供給する。
なお、交流電源１０は、図略のエンジン制御装置から、内燃機関１１の運転状況に応じて発信された点火信号ＩＧｔにしたがって点火プラグ６への電力供給を制御する図略の点火制御装置（イグナイタとも称する。）によって駆動制御され、運転状況によって出力周波数ｆを適宜変更し得るように構成するのが望ましい。

また、点火制御装置の一部又は全部は、交流電源１０と一体的に構成しても良いし、点火コイル２と一体的に構成しても良い。
複数の気筒からなる内燃機関１１の気筒毎に設けた点火プラグ６に対して交流電圧を印加する場合、一般的に高周波電源回路は、高周波部品が高額となるため、コストを優先する場合には、一つにまとめた交流電源１０からそれぞれの点火プラグ６に接続した伝送線路を介して分配する手法が有効である。
なお、各伝送線路での損失が問題となる場合には、気筒毎に高周波交流電源１０を具備するようにし、伝送線路における損失の低減を図ることもできる。

なお、内燃機関１１の燃焼条件がリッチ燃焼領域や低負荷領域においては、混合気の着火が容易となる条件であるため、沿面ストリーマ放電のみによって混合気の点火を行うことで、点火プラグ６の電極消耗を抑制することができ、リーン燃焼時や高負荷時においては、高エネルギの交流アーク放電を発生させることで、難着火性の条件でも安定した着火を実現することができる。
具体的には、例えば、二次電圧Ｖ_２を尖頭値Ｖ_ＰＰで、５ｋＶ以上１５ｋＶ以下とすることで、沿面ストリーマ放電を維持することが可能となり、二次電圧Ｖ_２を尖頭値Ｖ_ＰＰで１５ｋＶ以上となるように設定することで、沿面ストリーマ放電から交流アーク放電へと遷移させることができ、交流アーク放電の発生後は、放電空間のインピーダンス低下によって、尖頭値Ｖ_ＰＰが５ｋＶ程度で、交流アーク放電の維持が可能となる。

また、出力周波数ｆを制御することによって、沿面ストリーマ放電と交流アーク放電との使い分けをすることもできる。
例えば、沿面ストリーマ放電を維持する場合には、出力周波数ｆを４００ｋＨｚ未満の周波数に設定し、交流アーク放電に移行する場合には、出力周波数ｆを、４００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下に設定するようにしても良い。

出力周波数ｆが高いほど、交流アーク放電に移行し易くなるが、一定の周波数を超えると、ストリーマ放電からアーク放電に移行する前に電流が交番するため、アーク放電への移行が抑制されることになる。
但し、純粋に出力周波数ｆのみによってアーク放電への移行を抑制しようとすると数ＭＨｚ以上の高周波を印加する必要がある。

アーク放電抑制の境界は１ＭＨｚ程度となり、その際ＬＰＦの遮断閾値は２ＭＨｚ等となるので、外部への高周波ノイズの輻射を抑制できる。
さらに、交流電源１０が共振型である場合、共振点から周波数をずらすことによって増幅率を調整し、電圧波高値を低減させることも可能である。
例えば、交流アーク放電が生起する周波数から例えば１０ｋＨｚ以上ずらすことでストリーマ放電の維持を図ることもできる。

本実施形態における点火コイル２は、軸状に伸びる中心コア２０と、中心コア２０と同心に配設した筒状の二次側スプール２１と、二次スプール２１に二次巻線を所定の二次巻回数Ｎ_２だけ巻回した二次コイル２２と、二次コイル２２と同心に配設した筒状の一次側スプール２３と、一次側スプール２３に一次巻線を所定の一次巻回数Ｎ_１だけ巻回した一次コイル２４と、これらを収容する点火コイルハウジング２５とによって構成されている。
点火コイル２は、交流電源１０から供給された一次電圧Ｖ_１を一次コイル２４と二次コイル２２との巻回比Ｎ_２/Ｎ_１倍の二次電圧Ｖ_２に昇圧することができる。

中心コア２０は、磁性材料からなる平板状の鋼板の表面に絶縁被覆を施した珪素鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを積層した積層コアや、磁性材料の表面に絶縁被覆を施した磁性粉末を圧縮成形し加熱処理した圧粉コア等の公知の磁性材料を用いて、円柱状又は角柱状に形成されている。
中心コア２０は、磁気コアを構成している。
また、電磁鋼板や圧粉コアによって断面Ｃ字型筒状に形成した外周コアを一次コイル２４の外周を覆うように配設して、閉磁路を構成しても良い。
一次巻線及び二次巻線には、銅線やアルミニウム線等の導線にホルマル樹脂、ウレタン樹脂等の絶縁性被覆を施した公知の絶縁被覆導線が用いられている。
本図においては、一次巻線及び二次巻線を断面円形に表現してあるが、断面矩形の巻線を使用しても良いことはいうまでもなく、模式的な表現であり、具体的な巻回数を示すものでもない。

さらに、本実施形態においては、磁気遮蔽手段として、磁気シールド３が設けられており、点火コイル２と第２段のインダクタンスＬ_２を形成するコイル側インダクタ４とを磁気的に分離している。
磁気シールド３には、金属メッシュ、発砲金属、鉄ニッケル合金（パーマロイ）、珪素鋼板、軟磁性金属材料、ソフトフェライト等の公知の磁気シールド材料を用いることができる。

本実施形態におけるコイル側インダクタ４は、軸状の中心コア４０とその周囲を覆うように設けた筒状のスプール４１とスプール４１に巻回した巻線４２とこれらを覆うインダクタハウジング４３と、巻線４２に接続された伝送線４４とによって構成されている。
中心コア４０には、公知の積層鋼板、圧粉コア等の磁性材料を用いることができる。
スプール４１は、エポキシ樹脂等公知の絶縁材料からなり、筒状に形成されている。
本実施形態においては、複数の鍔部を設けた構成を示してあるがこれに限定するものではない。

巻線４２は、一方の端が点火コイル２の二次コイル２２の出力端に接続され、他方の端が伝送線４４の芯線に接続されている。
本実施形態において、巻線４２は、公知のコイル巻線をスプール４１に巻回した構成を示しているが、これに限定するものではない。
例えば、コイル巻線をスプールなしで巻回した後、絶縁被覆を互いに融着固化させた、いわゆる自己融着型のインダクタでも良い。

伝送線４４には、銅線等からなる芯線をフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の耐熱樹脂からなる筒状の絶縁体で覆い、その外周に編組線等のシールドで覆い、さらにその外周をフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の耐熱樹脂からなる筒状の絶縁被覆で覆った公知の耐熱性同軸ケーブルを用いることができる。
また。高周波によるコロナ放電の虞もあるので耐熱性に加え耐コロナ性を考慮して芯線と絶縁体の間にカーボンテープ等半導体系の電界緩和層を設けた同軸ケーブルを用いることもできる。

第２段のインダクタンスＬ_２は、直列に接続された伝送線４４の芯線の抵抗値R_２と、並列に接続された状態となる伝送線４４等に寄生する静電容量Ｃ_２とによって、第２段のＬＲＣローパスフィルタ（ＬＰＦ_２）を構成することになる。
なお、同軸ケーブル４４の寄生容量としては、ｎＦオーダとなると考えられる。
また、本実施形態においては、コイル側インダクタ４は、点火コイル２と一体的に収容され、二次コイル２２と巻線４２との配線距離が短く、サージ電流の伝播距離が短いので、より一層、ノイズ輻射が抑制されることになる。

本実施形態における第１段のインダクタンスＬ_１として設けられたプラグ側インダクタ５は、伝送線４４のプラグ側の端部において直列に接続されている。
プラグ側インダクタ５は、軸状の中心コア５０と、その周囲を覆うように設けた筒状のスプール５１と、スプール５１に巻回した巻線５２と、これらを覆うインダクタハウジング５３と、巻線５２に接続されたバネ端子５４と、バネ端子５４に接続され点火プラグ６の中心電極端子部７５に嵌着されるターミナルキャップ５５とによって構成されている。

インダクタハウジング５３の全部又は一部は、耐熱性ゴム等の弾性部材によって筒状に形成され、少なくとも先端側がプラグキャップ（ブーツとも称する。）を構成し、点火プラグ６の誘電体頭部８３を覆うように嵌着されている。
なお、第１段のインダクタンスＬ_１は、本実施形態に限定するものではなく、第２段のインダクタンスＬ_２と同様、コアレスとしたり、スプールレスとしたり、適宜変更可能である。
第１段のインダクタンスＬ_１を所定の比抵抗を有する公知の抵抗巻線によって形成してもよい。

本実施形態における第１段のインダクタンスＬ_１は、第１段のインダクタンスＬ_１と、直列に接続された点火プラグ６の中心電極７によって形成される抵抗値Ｒ_１と、点火プラグ６の中心電極７とハウジング８との間に形成される浮遊容量Ｃ_１とによって、第１段のＬＲＣローパスフィルタ（ＬＰＦ_１）を構成することになる。

点火コイル２と点火プラグ６との間に形成された分布定数回路において、第１段のインダクタンスＬ_１として設けたプラグ側インダクタ５よって構成された第１段のＬＲＣローパスフィルタＬＰＦ_１と第２段のインダクタンスＬ_２として設けたコイル側インダクタ４とによって構成されたＬＲＣローパスフィルタＬＰＦ_２とによって２段のローパスフィルタが構成されるため、高周波のサージ電流を効果的に遮断することができる。
なお、本発明の具体的な効果については、図７〜図１１を参照して詳述する。

点火プラグ６は、柱状に伸びる中心電極７と、中心電極７の外周を覆う筒状の誘電体８と、誘電体８を収容保持する筒状のハウジング９と、ハウジング９に延設した環状の接地電極９０と、接地電極９０と誘電体８との間に区画した環溝状の放電空間１００と、によって構成されている。

中心電極７は、鉄、ニッケルや、これらの合金等の、耐熱性、導電性に優れた金属材料からなり柱状に形成されている。
中心電極７は、中心電極放電部７０、中心電極高熱伝導部７１、中心電極連結部７２、中心電極埋込部７３中心電極中軸部７４、中心電極端子部７５によって構成されている。

中心電極放電部７０には、イリジウム、Ｐｔ、Ｐｔ合金等の高耐熱性貴金属やその合金を用いることができる。
中心電極放電部７０の先端は、筒状の誘電体８の先端側から露出している。
中心電極高熱伝導部７１には、鉄、ニッケル、これらの合金等の耐熱性金属材料に銅、アルミニウム等の高熱伝導性材料が埋設されて構成されている。

中心電極連結部７２において、銅等の導電性材料を、ガラス中に分散させた導電性接着剤を用いて中心電極高熱伝導部７１と中心電極埋込部７２との電気的な接続を図ると共に、中心電極埋込部７２を誘電体８内で気密に固定している。
中心電極放電部７０、中心電極高熱伝導部７１、中心電極連結部７２、中心電極埋込部７３中心電極中軸部７４、中心電極端子部７５は、電気的に接続されており、中心電極端子部７５が、誘電体８の基端側から露出し、プラグ側インダクタ５に接続されている。

中心電極７を構成する各伝導性部材（７０〜７５）の合成抵抗（Ｒ_１）と第１段のインダクタンスＬ_１とが直列に接続された状態となっている。
なお、本実施例においては、製造が容易となるように、中心電極放電部７０、中心電極高熱伝導部７１、中心電極連結部７２、中心電極埋込部７３、中心電極中軸部７４、中心電極端子部７５を別体で構成しているが、これに限定するものではない。

誘電体８（絶縁碍子とも称する。）は、アルミナ、ジルコニア等の高耐熱性の絶縁セラミック材料を用いて、筒状に形成されている。
誘電体８は、中心電極７の外周を覆い、中心電極７とハウジング９及び接地電極９０との電気絶縁性を確保している。

誘電体８の基端側からは、中心電極端子部７５が露出し、プラグ側インダクタ４に接続されている。
誘電体８の内周表面が中心電極７の外周表面と接する位置には、中心電極７の表面との間でストリーマ放電が起こらないよう、図略の金属膜を形成し、誘電体８の外周表面と中心電極１７内周表面とが弾性的に当接して密着状態となっている。

誘電体８は、誘電体脚部８０と、誘電体胴部８１と、誘電大径部８２と、誘電体頭部８３によって構成されている。
誘電体脚部８０は、誘電体胴部８１よりも細径に形成され、その一部が接地電極９０の先端から燃焼室１１０内に突出している。

誘電体胴部８１の基端側は、径大となるように拡径され、鍔状に張り出した誘電体大径部８２が形成され、タルク等の粉末充填剤及びメタルシール等の公知の封止部材９７を介してハウジング９によって加締め固定されている。
誘電大径部８２の基端側には、ハウジング９から露出する誘電体頭部８３が形成されている。

誘電体頭部８３の一部をコルゲート状に形成して沿面距離を長くして、中心電極端子部７５とハウジング９との間での沿面放電の発生を防止するようにしても良い。
接地電極９０の内周面と誘電体脚部７０の内周面と誘電胴部８１の内周面とで環状の放電空間１００が区画されており、放電空間１００は燃焼室１１０に連通している。

ハウジング９は、鉄、ニッケル、これらの合金、ステンレス等の公知の耐熱性金属材料が用いられ、筒状に形成されている。
本実施形態におけるハウジング９は、接地電極９０と、筒状部９１と、ネジ部９２と、径変部９３と、胴部９４と、加締部９５と、六角部９６とによって構成されている。
ハウジング９は、誘電体８に保持された中心電極７の先端を燃焼室１１０の所定位置に保持するとともに、ハウジング９の先端に延設した環状の接地電極９０をエンジンヘッド１１１に接地状態としている。

接地電極９０は、ハウジング９の先端において内燃機関１１の燃焼室１１０に臨むように設けられ、環状に形成されている。
接地電極９０は、一定の間隙を隔てて誘電体脚部８０の外周表面を取り囲んでいる。

接地電極９０の基端側に延設して筒状の側面電極９１が形成されている。
なお、接地電極９０の先端側内周面の一部又は全部を誘電体脚部８０に向かって突出させて、誘電体脚部８０の表面との距離を短くした電界集中部を設けても良い。

側面電極９１の内側には、誘電体胴部８１が収容されている。
側面電極９１の外周には、点火プラグ６を内燃機関１１のエンジンヘッド１１１に螺旋締め固定するためのネジ部９２が形成されている。
側面電極９１の基端側に延設して、先端側に向かって縮径する径変部９３と筒状の胴部９４が設けられている。

胴部９４に内側には、誘電体拡径部８３が収容されている。
誘電体拡径部８３は、径変部９３と加締部９５とによって挟持され封止部材９７を介した状態で加締め固定している。

封止部材９７には、タルク等の粉末充填部材や金属製パッキン等のシール部材等からなる公知の封止部材を用いることができ、加締部９５によって、誘電体拡径部８３に軸力を作用させ、誘電体８をハウジング９内に気密に保持している。
胴部９４の外周には、ネジ部９２をエンジンヘッド１１１に螺結するための六角部９６が形成されている。

図２を参照して、本発明の第２の実施形態における交流点火装置１ａの概要について説明する。
なお、以下の実施形態において、前記実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、相違する部分について各実施形態に対応してアルファベットの枝番を付したので、共通する部分については説明を省略し、各実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

前記実施形態においては、点火コイル２と第２段のインダクタンスＬ２を付与するコイル側インダクタ４が、磁気シールド３によって分離された構成を示したが、本実施形態における交流点火装置１ａでは、第二段のインダクタンスＬ_２を付与するコイル側インダクタ４ａが点火コイル２ａを構成する二次コイル２２と一体的に形成されている点が相違する。
点火コイル２ａでは、二次巻線を巻回する二次スプール２１ａに沿設して、コイル側インダクタ４ａを構成するスプール４１ａが一体的に形成されており、二次コイル２２ａと巻線４２ａとが連続的に巻回されている。

また、前記実施形態においては、磁気シールド３を設けて、点火コイル２と、 コイル側インダクタ４とを磁気的に分離した例を示したが、本実施形態では、二次コイル２２ａと巻線４２ａとが、スプールを共有し連続的に巻回されつつも、中心コア２０ａは、点火コイル２ａ内に留まり、コイル側インダクタ４ａには、磁気遮蔽手段として、中心コアを廃して空気層３ａが設けられている。
本実施形態では、巻線４２ａを二次コイル２２ａと一体的に形成することができるので、製造コストの削減も図ることができる。

但し、本実施形態においては、コイル側インダクタ４ａに中心コアが設けられていない分、得られるインダクタンスＬ_２が小さくなるので、プラグ側インダクタ５によってインダクタンスの低下分を補う必要がある。
また、空気層３ａだけでは、点火コイル２ａとコイル側インダクタ４ａとを磁気的に完全分離することが困難となり、弱いながらも点火コイル２ａとコイル側インダクタ４ａとの磁気的な結合を生じるため自己誘導によるダンパ作用が弱くなる虞がある。
しかし、コアレスとすることによる、インダクタンス低下のデメリットに対する措置として、スプール４１ａを細くし、その分、巻線４２ａの巻回数を増やすことで、インダクタンス４ａの低下を抑制することも可能である。

一般に、コイルのインダクタンスは長岡の式よりコイル径と巻き数の２乗に比例することが知られており、スプール径の減少よりも巻き数増加効果が大きければインダクタンス向上が見込まれる。
Ｌ（インダクタンス）＝ｋ×μ ₀×π×ａ ²×ｎ ²／ｂ
ｋ：長岡係数
μ ₀：真空の透磁率
ａ：コイル径
ｂ：コイル長さ
ｎ：コイル巻き数

図３を参照して、本発明の第３の実施形態における交流点火装置１ｂの概要について説明する。
前記実施形態においては、同軸コイル４４の端部において、点火プラグ６の誘電体頭部８３に嵌着されるインダクタハウジング５３内に第１段のインダクタンスＬ１を付与する巻線５２を配置した例を示したが、本実施形態においては、プラグ側インダクタ５ｂとして、点火プラグ６ｂの誘電体７ｂ内に中心コア５０ｂ、スプール５１ｂ、巻線５２ｂを配設した点が相違する。

点火プラグ６ｂにインダクタ５ｂを内蔵させることで、点火プラグ６ｂの放電部７０からインダクタ５ｂに至るまでに形成される寄生容量Ｃ_１を小さくし、サージ電流を更に小さくすることができる。
なお、寄生容量Ｃ_１は、１０〜１００ｐＦ程度と考えられる。
また、点火プラグ６ｂ内にインダクタ５ｂを配設することで、前記実施形態のように点火プラグ６に外付けした場合に比べ、装置全体の体格を小さくできる。

特に、中心電極端子部７５とハウジング９との間の絶縁性を確保する必要性から、誘電体頭部８３の長さを短くして装置の小型化に対応するのには限界がある。
しかし、本実施形態にでは、中心電極中軸７４ｂ、７３ｂを挿入するために誘電体２ｂの内側に穿設した貫通孔を第１段のインダクタンス５ｂを収容するスペースとして利用できるため、誘電体頭部８３にプラグ側インダクタンス５を外付けする場合に比べ、容易に装置全体の小型化を図ることができる。

但し、搭載スペースが限られているので、十分なインダクタンスを確保できない虞があり、その場合、点火プラグ６ｂに外付けしたインダクタンスと内蔵したインダクタンスとを併用することになる。
このような場合であっても、単独でプラグ側インダクタンス５を点火プラグ６に外付けする場合に比べ、外付けされるインダクタンスを小さくできるので装置全体の体格を小さくできる。
さらに、体格を問題としない場合には、プラグ側インダクタンス５ｂとして、点火プラグ６ｂの内外にインダクタンスを設けることで第１段のインダクタンスＬ_１を大きくし、ノイズ低減効果を高めることもできる。

図４を参照して、本発明の第４の実施形態における交流点火装置１ｃの概要について説明する。
本実施形態においては、点火プラグ６ｃにおいて、中心電極連結部７２と中心電極中軸７４との間に、導電性接着剤にアルミナ等の絶縁粒子を分散させて、抵抗値を高くした雑音防止抵抗体７３ｃを形成した点が相違する。

この場合、インダクタンスに比べ、サージ吸収能力の高い抵抗体を併用することで、サージ電流の吸収効果を高めることができる。
しかも、従来の抵抗体のみによってサージ吸収を図ろうとした場合には、必要となる抵抗値（例えば、５ｋΩ）が高く、ジュール損失が大きくなり無駄な消費電力を生じていたが、プラグ側インダクタ５と抵抗体７３ｃとの併用により、抵抗体７３ｃに要求される抵抗値（例えば、０．５ｋΩ）を低くすることが可能となり、消費電力の抑制を図ることもできる。

また、本実施形態と前記実施形態とを適宜組み合わせて構成することも可能である。
なお、抵抗体７３ｃは第１段のインダクタンスＬ_１と併用する場合には抵抗値を１０Ω以上とすることで、本発明の効果を発揮できる。

図５を参照して、本発明の第５の実施形態における交流点火装置１ｄの概要について説明する。
交流点火装置１ｄでは、プラグ側インダクタ５ｄとして、点火プラグ６ｄ内において、中心電極７ｄの中軸７４ｄと埋込部７３ｄとの間に金属抵抗線等からなる巻線５２ｄを配設した点が相違する。

本実施形態においても、前記実施形態と同様、点火コイル２と点火プラグ６ｄとの間にコイル側とプラグ側とに振り分けて複数のインダクタンスＬ_１、Ｌ２を設けることで、２段のローパスフィルタを構成して、高周波ノイズを除去する効果が発揮される。
加えて、本実施形態によれば、プラグ側インダクタ５と抵抗体７３ｃとを別体で配設する場合に比べ、体格を小さくできる。

図６を参照して、本発明の第６の実施形態における交流点火装置１eの概要について説明する。
前記実施形態においては、内燃機関１１の気筒に設けた点火プラグ６に対して、それぞれ独立に交流電源１０、点火コイル２、電磁遮断手段３、第２段のインダクタンスＬ_２、第１段のインダクタンスＬ_１を設けた例を示したが、本実施形態においては、複数の気筒を有する多気筒エンジンに対し、気筒毎に設けられた点火プラグ６への電力供給を一つの交流電源１０と点火コイル２ｅとから分配して行うように構成した点が相違する。

本図中、点火信号ＩＧ_１〜ＩＧｎとして示すように、各気筒の点火時期が異なるため、点火時期に合わせて点火コイル２ｅと各気筒に設けた点火プラグ６との接続を切換えるスイッチング手段４５を設けることで、１つの交流電源を共用することが可能となり、製造コストの削減、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
本実施形態においては、第１段のインダクタンスＬ１５ｅは、それぞれの点火プラグ６に設けられており、それぞれが伝送線４４ｅを介してスイッチング手段４５と接続されている。
なお、第１の実施形態〜第５の実施形態に示した構成と本実施形態と組み合わせて適用することも可能である。

図７を参照して、本発明の交流点火装置１に交流電圧を印加したときの二次電圧Ｖ_２の変化について説明する。
内燃機関１１の点火時期に合わせて、図略のエンジン制御装置から点火信号ＩＧｔが発信されると、点火信号ＩＧｔがオンとなっている間、交流電源１０からの交流電圧の供給が開始される。
交流電源１０から印加された交流電圧が、昇圧トランスを構成する点火コイル２によって所定の尖頭値Ｖ_ＰＰに昇圧され、尖頭値Ｖ_ＰＰが所定の電圧（例えば、Ｖ_ＰＰ＝１５ｋＶ）を超えると、中心電極放電部７０と接地電極９０との間に区画された放電空間１００において誘電体８０の表面を這うようにして沿面ストリーマ放電が開始される。

その後、誘電体８０の表面を這うように沿面ストリーマ放電が形成されると、比較的低い電圧で、速やかに、放電空間１００の絶縁破壊が起こる。
これにより、沿面ストリーマ放電から交流アーク放電に移行する。
このとき、放電空間１００のインピーダンスが低下するため、沿面ストリーマ放電の発生時よりも低い電圧（例えば、Ｖ_ＰＰ＝５ｋＶ））で交流アーク放電は安定的に維持される。
点火信号ＩＧｔがオンされ、交流電源１０から電流供給されている間は、交流アーク放電が途切れることなく継続され、放電空間１００内の混合気の着火を安定して引き起こすことができる。

図８を参照して、本発明に係る第１段のインダクタンス５及び第２段のインダクタンス４を設けていない場合に発生するサージ電流について説明する。
図７に示したように、点火プラグ６に交流電流を投入し、一定期間経過すると、沿面ストリーマ放電から交流アーク放電への遷移が起こる。
このとき、点火プラグ６の放電部におけるインピーダンス変化により、印加電圧Ｖ_２が大きく減少し、点火コイル２や点火プラグ６に形成された浮遊容量Ｃ_２に蓄積されたエネルギが一気に放出される。
このため、図８に示すように、交流点火装置に大きな電流波高を有するサージ電流が生じることになる。
本発明によれば、このようなサージ電流を効果的に遮断して、外部への輻射を防止することができる。

図９を参照して、本発明の消費電力低減効果について説明する。
図９において、比較例１は、プラグ側にのみ、８２０μＨのインダクタンスを設けた場合の消費電力を示し、比較例２は、コイル側にのみ、８２０μＨのインダンスを設けた場合の消費電力を示し、比較例３は、０．５ｋΩの抵抗体のみを点火プラグに設けた場合の消費電力を示し、実施例１では、コイル側インダクタ４として２０μＨのインダクタを配設すると共に、プラグ側インダクタンスとして８００μＨのインダクタを配設した場合の消費電力を示し、実施例２は、実施例１に０．５ｋΩの抵抗体を加えた場合の消費電力を示す。
なお、実験は、点火プラグ同一、印加電圧一定の条件で行っている。

各消費電力は、比較例３の消費電力を１００とする相対値で示している。
比較例３として示す、抵抗のみによって、ノイズ吸収を図った場合にくらべ、本発明の実施例１、２のように、インダクタンスを設けることで、消費電力を抑制できることが分かる。
また、インダクタンスによってエネルギは消費されず、コイル側とプラグ側とに振り分けて複数段のインダクタを配設しても、消費電力に対する影響は変わらない。

実施例２のように、コイル側インダクタ５又はプラグ側インダクタ４のいずれか一方又は両方に抵抗分を含ませることで、消費電力の抑制を図りつつ、インダクタンスによる高周波ノイズの遮断効果の向上を図ることもできる。
なお、一般的なスパーク放電型の直流交流点火装置では、雑音防止抵抗として５ｋΩ程度の抵抗体が用いられており、比較例３よりも消費電力は遙かに大きい。
また、比較例３と実施例２は共に０．５ｋΩの抵抗を有するが、インダクタの挿入により回路のＱ値が向上し消費電力が低減されたものと考えられる。

図１０を参照して、本発明のサージ電流低減効果について説明する。
比較例１、比較例２、比較例３、実施例１、実施例２は、図９に示した条件と同等である。
なお、本図においては、比較例１のサージ電流波高値を１とする相対値によって、他の比較例２、３及び実施例１、２におけるサージ電流波高値を示している。
本図に示すように、インダクタンスをコイル側とプラグ側のいずれか一方にのみ配設した場合にくらべ、実施例１、２に示すように、インダクタンスをコイル側とプラグ側とに振り分けることで、抵抗体によってノイズ吸収を図った場合と遜色のないサージ電流の吸収効果を発揮できることが判明した。

図９、図１０に示したように、本発明の実施例１、２では、通電経路における抵抗ジュール熱による消費電力を比較例３の半分以下とすることを実現しつつ、１つのインダクタのみを配設した比較例１、２に比べて遜色のないサージ電流遮断効果を発揮することができることが判明した。

図１１を参照して、本発明の交流点火装置の周波数特性について説明する。
放電破壊時に生じるサージ電流は、点火プラグ６や伝送線４４に蓄積されていた容量エネルギによる過渡振動現象に起因するものと考えられる。
そこで、本発明においては、点火コイル２と点火プラグ６との間にコイル側インダクタ４及びプラグ側インダクタ５を直列に配設することで、過渡振動に対してローパスフィルタを設けた効果を発揮することになる。
従来の交流点火装置のように、一つのインダクタンスを点火コイル側か点火プラグ側の一方に配設したインダクタによって形成した場合、フィルタ段数は１段となるが、本発明においては、コイル側とプラグ側とに分割してインダクタを設けることで、複数段のインダクタンスを構成し、通電経路のレジスタンス及びキャパシタンスと共に複数段のフィルタを構成するので、重畳的に高周波ノイズの減衰能の向上を図ることができる。
抵抗分をＲ、インダクタンス分をＬ、キャパシタンス分をＣとすると、フィルタの１段分の伝達関数Ｇ（ｓ）は、下記数式で表すことができる。

本発明の第１の実施形態における交流点火装置１の場合、第１段のフィルタＬＰＦ_１は、主にプラグ側インダクタ５のインダクタンスＬ_１、点火プラグ６に内蔵した抵抗体７６のプラグ抵抗Ｒ_１、中心電極７とハウジング９との間に配設した誘電体２により形成されたプラグ容量Ｃ_１によって構成され、第２段のフィルタＬＰＦ_２は、主にコイル側インダクタ４のインダクタンスＬ_２、伝送線４４の配線抵抗R₂、配線容量Ｃ_２によって構成されている。
フィルタの２段分の伝達関数Ｇ(s)は、１段目の伝達関数Ｇ_１（ｓ）と２段目の伝達関数Ｇ_２(s)との積によって求めることができる。
ここに、各容量成分の典型的な値を例示する。
プラグ容量Ｃ_１：１０〜１００ｐＦ（プラグ径、誘電体２の材質等に依存して変化する。）
配線容量Ｃ_２：ｎＦオーダ(但し、実際の配線条件等により大きく変わる。)
単純な同軸線路では、０．１〜１ｎＦ／ｍ程度
理想的には、第１段のインダクタンスＬ_１と第２段のインダクタンスＬ_２の重畳的効果により、従来の１のインダクタンスが設けられた場合に比べ、フィルタの減衰傾度は２倍となるが、実際には、その他の浮遊容量や、インダクタの線間容量等の様々な要素が直並列につながり、より複雑となる。
その場合、２段フィルタの減衰傾度が２倍になるには至らないもの、主要サージ領域の遮断には十分な効果が発揮される。

点火コイル２と点火プラグ６との間に設けるインダクタンスは、できるだけ大きくした方が高周波の減衰能が向上するが、フィルタの共振周波数においては、ＬＣ共振による電圧の増幅を生じるため、過剰な電圧増幅による素子破壊等の問題を生じる虞もある。
そこで、過剰な電圧増幅を防ぎつつ、共振周波数が主要サージ域から外れるように各段のインダクタンスを設定するのが望ましい。
また、共振周波数が印加周波数と一致し、遮断領域において利得が単調減少するようにするようにインダクタンスを設定するのが望ましい。

本図に示すように、比較例においては、カットオフ周波数が主要サージ域内に存在するため、高周波ノイズが遮断されることなく伝播される虞があるのに対し、本発明の実施例においては、カットオフ周波数が主要サージ領域か低周波側に外れており、高周波ノイズを効率良く遮断することができる。
例えば、交流電源１０から点火プラグ６に印加される交流電圧の印加周波数ｆを１MHｚとした場合、主要サージ域が共振周波数よりも１桁以上高い周波数域となるため、サージ電流を効果的に遮断することができる。

なお、前記実施形態においては、点火コイル２を点火プラグ６の中心軸と中心軸を一致させて筒状に形成した、いわゆるスティックコイル型の例を示してあるが、本発明において、点火コイル２の形状を筒状に限定する必要はない。
例えば、中心コアが点火プラグの軸方向に対して、直交する方向に向かって延びるように配設された、いわゆる矩形型コイルにおいても、本発明を適宜採用し得る。

１ 交流点火装置
１０ 交流電源
２ 点火コイル
２０ 中心コア
２１ 二次側スプール
２２ 二次コイル
２３ 一次側スプール
２４ 一次コイル
２５ 点火コイルハウジング
３０ 磁気シールド
４ コイル側インダクタ
４０ 中心コア
４１ スプール
４２ 巻線
４３ インダクタハウジング
４４ 伝送線（同軸ケーブル）
５ プラグ側インダクタ
５０ 中心コア
５１ スプール
５２ 巻線
５３ インダクタハウジング（プラグキャップ）
５４ バネ端子
５５ ターミナルキャップ
６ 点火プラグ
７ 中心電極
７０ 中心電極放電部
７１ 高熱伝導部
７２ 連結部
７３ 埋込部
７４ 中軸
７５ 端子部
８ 誘電体
８０ 誘電体脚部
８１ 誘電体胴部
８２ 誘電体拡径部
８３ 誘電体頭部
９ ハウジング
９０ 接地電極放電部
９１ 筒状部
９２ ネジ部
９３ 係止部
９４ 胴部
９５ 加締部
９６ 六角部
９７ 封止部材
１００ 放電空間
１１ 内燃機関
１１０ 燃焼室
１１１ シリンダヘッド
Ｌ_１ 第１段のインダクタンス
Ｌ_２ 第２段のインダクタンス
ＬＰＦ_１ 第1段のローパスフィルタ（プラグ側）
ＬＰＦ_２ 第2段のローパスフィルタ(コイル側)

Claims (8)

1. 内燃機関（１１）に設けられ、柱状の中心電極（７）と、該中心電極の側面を覆う筒状の誘電体（８）と、該誘電体を収容保持する筒状のハウジング（９）と、該ハウジングの先端に延設され前記内燃機関の燃焼室に臨む環状の接地電極（９０）とを有する点火プラグ（６、６ｂ、６ｃ、６ｄ）と、
   前記中心電極と前記接地電極との間に所定の周波数の交流電圧を発生する交流電源（１０）と、
   前記交流電源の電圧を昇圧する点火コイル（２、２ａ）とを具備し、
   前記交流電源からの交流電圧の印加により、前記誘電体で覆われた前記中心電極と前記接地電極との間に高周波電界を作用させて、前記誘電体の表面を這うように形成される沿面ストリーマ放電を発生させることにより、又は、前記沿面ストリーマ放電を前駆として交流アーク放電を発生させることにより、
   上記内燃機関に設けた燃焼室（１１０）の内側に導入した混合気の点火を行う交流点火装置であって、
   前記点火コイルが、前記交流電源からの一次電圧を入力する一次コイル（２４）と該一次コイルに対して所定の巻回比で巻回した二次コイル（２２）と、磁気コア（２０、２０ａ）とからなり、前記点火コイルと前記点火プラグとの間をつなぐ伝送線（４４）を具備すると共に、
   前記点火コイルと前記点火プラグとの間で直列に接続され、
   前記点火コイルと電磁的に独立したインダクタンス（Ｌ１、Ｌ２）を付与する複数のインダクタ（４、４ａ、４ｅ、５、５ｂ、５ｄ、５ｅ）を設け、前記複数のインダクタが、前記伝送線の一方の端であって、前記点火コイルに接続する側に直列したコイル側インダクタ（４、４ａ、４ｅ）を有しており、かつ、
   前記二次コイルと前記コイル側インダクタとを電磁的に独立させる磁気遮蔽手段（３、３ａ）を具備することを特徴とする交流点火装置（１、１ａ〜１ｅ）
2. 前記複数のインダクタが、前記コイル側インダクタと、前記伝送線の他方の端であって、前記点火プラグに接続する側に直列したプラグ側インダクタ（５、５ｂ、５ｄ、５ｅ）とからなる請求項１に記載の交流点火装置（１、１ａ〜１ｅ）
3. 前記磁気遮蔽手段が、前記二次コイルと前記コイル側インダクタとの間に設けた磁気シールド（３）である請求項２に記載の交流点火装置（１、１ｂ、１ｃ〜１ｅ）
4. 前記二次コイルと前記コイル側インダクタとを連続して巻回すると共に、前記磁気コア（２０ａ）は、前記二次コイルの内側に留め、前記磁気遮蔽手段として、前記コイル側インダクタの内側には空気層（３ａ）を形成した請求項２に記載の交流点火装置（１ａ）
5. 前記プラグ側インダクタ（５、５ｅ）が、前記伝送線を前記点火プラグの頭部に固定するためのプラグキャップ（５３）の内側に配設された請求項２ないし４のいずれかに記載の交流点火装置（１、１ｅ）
6. 前記プラグ側インダクタ（５ｂ、５ｄ）が、前記点火プラグを構成する前記誘電体の内側に収容された請求項２ないし５のいずれかに記載の交流点火装置（１ｂ、１ｄ）
7. 前記プラグ側インダクタ（５ｄ）が、１０Ω以上の抵抗値を合わせ持つ抵抗巻線（５２ｄ）である請求項２ないし６のいずれかに記載の交流点火装置（１、１ａ〜１ｅ）
8. 前記中心電極（７ｃ）が１０Ω以上の抵抗値を有する抵抗体（７３ｃ）を具備する請求項１ないし７のいずれかに記載の交流点火装置（１ｃ）

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