(57)【要約】【課題】燃焼室内に電磁波により生成するプラズマと点火プラグの火花放電とを反応させて混合気に着火する場合に、点火プラグに取り付けられる点火コイルに電磁波が通る導体を内蔵させて、点火プラグの中心電極から電磁波を燃焼室内に放射する場合、点火コイルの点火プラグへの接続部から電磁波が漏洩することがある。【解決手段】点火プラグの火花放電と電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火プラグに着脱可能に直接取り付けられる火花点火式内燃機関の点火コイルであって、棒状の中心鉄心と中心鉄心の外側に巻かれる一次側巻線及び二次側巻線とを備えるコイル部と、コイル部の内部を通り電磁波を伝達する導体と、コイル部の二次側巻線及び導体を点火プラグに電気的に接続する接続部と、コイル部と接続部との外周部分に配置され点火プラグのハウジングまで延びる磁性体管部材とを備える。【選択図】図２
2010101208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグの火花放電と電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火プラグに着脱可能に直接取り付けられる火花点火式内燃機関の点火コイルであって、
棒状の中心鉄心と中心鉄心の外側に巻かれる一次側巻線及び二次側巻線とを備えるコイル部と、
コイル部の内部を通り電磁波を伝達する導体と、
コイル部の二次側巻線及び導体を点火プラグに電気的に接続する接続部と、
コイル部と接続部との外周部分に配置され点火プラグのハウジングまで延びる磁性体管部材とを備える火花点火式内燃機関の点火コイル。
【請求項２】
磁性体管部材が、単一内径及び単一外径の円筒形状であり、導体が磁性体管部材の径方向のほぼ中心を通る請求項１記載の火花点火式内燃機関の点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内にプラズマを生成させ、プラズマと点火プラグによる火花放電とにより混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火コイルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両、特には自動車に搭載される火花点火式内燃機関においては、点火プラグの中心電極と接地電極との間の火花放電により、点火時期毎に燃焼室内の混合気に着火している。このような点火プラグによる着火にあって、例えば燃料を直接気筒内に噴射する型式の内燃機関において、噴射した燃料を点火プラグの火花放電の位置に分布させないと、着火しないことが希に生じる。
【０００３】
このため、このような内燃機関では、点火プラグの火花放電を補うために、例えば特許文献１に記載のもののように、点火プラグの放電領域にプラズマ雰囲気を生成しておき、プラズマ雰囲気中にアーク放電を行うことにより、従来に比べて高い電圧を印加することなく燃焼室内の混合気に確実に着火し、安定した火炎を得ることができるように構成したものが知られている。
【特許文献１】特開２００７‐３２３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば大気圧下などでプラズマを生成する方法として、マグネトロンを用いるものが考えられている。マグネトロンにより燃焼室内にプラズマを生成する場合、マイクロ波を放射するアンテナが必要になる。この場合に、点火プラグの中心電極をアンテナとして使用することが可能である。
【０００５】
近年においては、点火プラグに点火コイルをイグナイタとともに取り付けるものがある。このような点火プラグでは、中心鉄心に対して二次コイル、一次コイルの順で巻き付け、一次コイルの外側に、円筒形状の外側鉄心を設け、中心鉄心の上端側にイグナイタを取り付け、中心鉄心の下端側に二次高圧端子を含む点火プラグとの接続部を備える構造である。
【０００６】
このような構造の点火コイルを介してマイクロ波を点火プラグの中心電極に供給すると、点火コイル内から接続部を介して、マイクロ波が漏洩する恐れがある。すなわち、マイクロ波を通す導体を点火コイルが内蔵するものあり、その導体からマイクロ波が放射されるが、外装鉄心がある部分はその外装鉄心がシールド部材となり、マイクロ波は遮断される。一方、接続部にあっては、外装鉄心がないために、マイクロ波を遮断することが不可能であった。
【０００７】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の火花点火式内燃機関の点火コイルは、点火プラグの火花放電と電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火プラグに着脱可能に直接取り付けられる火花点火式内燃機関の点火コイルであって、棒状の中心鉄心と中心鉄心の外側に巻かれる一次側巻線及び二次側巻線とを備えるコイル部と、コイル部の内部を通り電磁波を伝達する導体と、コイル部の二次側巻線及び導体を点火プラグに電気的に接続する接続部と、コイル部と接続部との外周部分に配置され点火プラグのハウジングまで延びる磁性体管部材とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、コイル部と接続部との外周部分に磁性体管部材を配置するので、磁性体管部材は、コイル部の一次側巻線及び二次側巻線に対しては外装鉄心として機能し、導体に対してはコイル部及び接続部の両方の部位において高周波に対する電磁シールド部材として機能する。それゆえ、内部から高周波が外部に漏洩することを抑制し得るものである。
【００１０】
磁性体管部材が、単一内径及び単一外径の円筒形状であり、導体が磁性体管部材の径方向のほぼ中心を通るものが好ましい。このような構成によれば、電磁波に対するインピーダンスを、磁性体管部材のほぼ全長にわたってほぼ均一にすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したような構成であり、磁性体管部材を、コイル部の一次側巻線及び二次側巻線に対しては外装鉄心として、さらに、導体に対してはコイル部及び接続部の両方の部位において高周波に対する電磁シールド部材として機能させることができ、よって内部から高周波が外部に漏洩することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に、１気筒における点火プラグ１の取付部分を拡大して示す火花点火式内燃機関であるエンジン１００は、例えば３気筒のダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）形式のもので、吸気ポート２の開口３及び排気ポート４の開口５が、燃焼室６の天井部分のほぼ中央に取り付けられる点火プラグ１を中心として対向配置されて、１気筒当たりそれぞれ２ヶ所に開口するものである。すなわち、このエンジン１００は、シリンダブロック７に取り付けられ、燃焼室６の天井部分を形成しているシリンダヘッド８には、吸気側と排気側とにそれぞれカムシャフト９、１０が取り付けてある。シリンダヘッド８の吸気ポート２は、カムシャフト９が回転することにより往復作動する吸気弁１１により、また排気ポート４は、カムシャフト１０が回転することにより往復作動する排気弁１２によりそれぞれ開閉されるものである。なお、この図１においては、点火プラグ１から点火コイル２０がはずされた状態で、エンジン１００を図示している。
【００１４】
点火プラグ１は、導電材料からなるハウジング１３と、ハウジング１３内に絶縁されて取り付けられる中心電極１４と、中心電極１４から離れてハウジング１３の下端に設けられる接地電極１５とを備える。すなわち、点火プラグ１は、ハウジング１３がほぼ円柱形状の絶縁碍子１６を支持し、絶縁碍子１６の上端に取り付けられる接続端子１７が、絶縁碍子１６の下端から突出する中心電極１４と図示しない中軸により電気的に接続され、ハウジング１３下端から中心電極１４下端に対向する位置まで延びる位置に接地電極１５がハウジング１３に一体的に設けてある構造である。
【００１５】
このような点火プラグ１に接続される点火コイル２０は、図２に示すように、イグナイタ２１を一体的に備えるもので、棒状の中心鉄心２２と中心鉄心２２の外側に巻かれる一次側巻線２３及び二次側巻線２４とを備えるコイル部２５と、コイル部２５の内部を通り燃焼室６内まで電磁波であるマイクロ波を伝達する導体２６と、コイル部２５の二次側巻線２４及び導体２６を点火プラグ１に電気的に接続する接続部２７と、コイル部２５と接続部２７との外周部分に配置される磁性体管部材２８とを備える構成である。点火コイル２０は、シリンダヘッド８に設けられる取付部３０に挿入されて点火プラグ１に結合された後、イグナイタ２１をシリンダヘッド８に固定して取り付けられる。なお、図２においては、点火プラグ１に取り付けた状態で点火コイル２０を図示し、点火プラグ１と点火コイル２０以外のエンジン１００の構成については、図示することを割愛した。
【００１６】
コイル部２５は、中心鉄心２２と、中心鉄心２２を内蔵する二次側巻線ボビン３１と、二次側巻線ボビン３１の外周面に巻かれる二次側巻線２４と、二次側巻線２４の外周に配置される一次側巻線ボビン３２と、一次側巻線ボビン３２の外周面に巻かれる一次側巻線２３とからなる。コイル部２５は、ほぼ円筒形状の磁性体管部材２８に内蔵され、接続部２７とは反対側の磁性体管部材２８の端部に取り付けられるイグナイタ２１と電気的に接続される。そして二次側巻線２４の一方端が、後述する接続部２７のコイルスプリング３３に電気的に接続されており、さらに、接続端子１７をコイルスプリング３３にガイドし、かつ点火コイル２０内部への異物等の侵入を防止する弾性部材製点火プラグ取付部３４を備える。
【００１７】
磁性体管部材２８は、コイル部２５に対して鉄心となるものであり、一次側巻線２３の外周に配置される。このような磁性体管部材２８は、磁気回路を形成することができる物質からなる管部材であれば各種のものを採用することができるもので、具体的には例えば、鉄や鉄合金などを素材とするものであればよい。すなわち、磁性体管部材２８は、コイル部２５の外径より大なる内径を有するものである。この実施形態の磁性体管部材２８は、接続部２７及び点火プラグ取付部３４をも被覆するもので、その端部は、図３に概略的に示すように、点火プラグ１のハウジング１３の端部を越えた位置まで延びている。磁性体管部材２８は、点火コイル２０がシリンダヘッド８に取り付けられた状態では、接地電位に保たれる。
【００１８】
接続部２７は、二次側巻線２４が電気的に接続される二次高圧端子３４と、その二次高圧端子３４と電気的に接続されるコイルスプリング３３とを備えている。接続部２７は、一次側巻線ボビン３２と一体に形成してある。
【００１９】
導体２６は、例えば同軸ケーブル３５の、絶縁体で被覆された内部導体からなるもので、イグナイタ２１から中心鉄心２２の中心部に設けた貫通孔を介して接続部２７まで延ばされて、接続部２７において点火プラグ１と電気的に接続し得るようになっている。この場合、導体２６は、接続部２７のスプリング３３に直接接触して電気的に接続されるものであってよく、またその先端をアンテナとしてスプリング３３との間に間隙をあけて非接触な状態において導通するように接続するものであってもよい。この導体２６に連続する同軸ケーブル３５は、マイクロ波を出力するマグネトロンに電気的に接続される導波管に同軸変換器を介して接続される。
【００２０】
このような構成において、このエンジン１００は、燃焼室６内の混合気に点火プラグ１を用いて着火する場合に、点火プラグ１の火花放電を燃焼室６内に生成するプラズマと反応させることにより、点火プラグ１の火花放電をプラズマと反応させない場合の火花放電に比較して、大きくしている。
【００２１】
点火に際しては、点火プラグ１に点火コイル２０により火花放電を発生させて、火花放電とほぼ同時あるいはその直後にマイクロ波により高周波電界を発生させてプラズマを生成させることにより、燃焼室６内の混合気を急速に燃焼させる構成である。
【００２２】
具体的には、点火プラグ１による火花放電が高周波電界中でプラズマになり、火炎が大きくなる。
【００２３】
これは、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、高周波電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、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ラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に火炎が大きくなるものである。
【００２４】
この結果、高周波電界と反応することにより増大した火花放電により混合気に着火するため、着火領域が拡大し、点火プラグ１のみの二次元的な着火から三次元的な着火になる。したがって、初期燃焼が安定し、上述したラジカルの増加に伴って燃焼が燃焼室６内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。
【００２５】
以上のようにして、燃焼室６内にプラズマを発生させる場合、導体２６を介して点火プラグ１の中心電極１４を、マイクロ波を放射するアンテナとして機能させる。この時、導体２６及び中心電極１４にはマイクロ波が流れるので、導体２６及び中心電極１４からマイクロ波が放射される状態にある。点火コイル２０は、シリンダヘッド８に取り付けた状態で、磁性体管部材２８が接地電位に保持されているので、導体２６及び中心電極１４から放射されるマイクロ波が磁性体管部材２８の外側つまり点火コイル２０の外側に漏洩することを抑制することができる。同様に、中心電極１４から放射されるマイクロ波が、金属製のハウジング１３を透過し外部に漏洩することもない。しかも、中心鉄心２２は、磁性体管部材２８の中心を貫通しているので、磁性体管部材２８の内面からの距離がほぼ一定であり、コイル部２５を通過する部分のインピーダンスをほぼ一定にすることができる。したがって、マイクロ波が減衰することを最小限にして燃焼室６にマイクロ波を供給することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
上述の実施形態においては、中心鉄心２２内を貫通する状態にして同軸ケーブル３５の絶縁体で被覆された内部導体からなる導体２６を設ける構成としたが、導体２６は磁性体管部材２８の内側に位置するものであれば、中心鉄心２２内に限定するものではない。例えば導体は、二次側巻線２４と一次側巻線ボビン３２との間を、同軸ケーブルの内部導体のみをイグナイタ２１側から接続部２７まで通すことで構成するものであってよい。この場合に、導体を接続部２７に電気的に接続するものであってよく、あるいは接続部２７に貫通孔を設けて、その貫通孔を通して燃焼室６内まで導くものであってよい。この場合、導体の先端は燃焼室６内に露出し、マイクロ波を放射するアンテナとして機能させるものである。
【００２８】
このような導体は、導波管に接続される同軸変換器を介してマグネトロンに接続されるものである。したがって、同軸変換器を一体に組み込まれた導波管を、点火コイル２０のイグナイタ２１側端部に直接的に取り付けることにより、導波管に接続され点火コイル２０内部に入るまでの間の同軸ケーブルを省略することができる。
【００２９】
加えて、上述の実施形態にあっては、磁性体管部材２８を一本の円筒形部材により構成したが、磁性体管部材は、コイル部２５の位置に対応して配置される第一部材と、接続部２７の位置に対応して配置される第二部材とで構成するものであってもよい。この場合に、第一及び第二部材はそれぞれ、同一の素材つまり磁性体により構成され、使用時においては接地電位に保たれる。
【００３０】
上述の実施形態ではマイクロ波を出力するものとしてマグネトロンを説明したが、マグネトロンに代えて、進行波管などであってよく、さらには半導体によるマイクロ波発振回路を備えるものであってもよい。
【００３１】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の活用例として、ガソリンや液化天然ガスを燃料として点火プラグによる火花放電を着火に必要とする火花点火式内燃機関に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態を適用するエンジンの要部を拡大して示す断面図。
【図２】同実施形態の断面図。
【図３】同実施形態の点火プラグと磁性体管部材の端部との関係を示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…点火プラグ
６…燃焼室
１３…ハウジング
２０…点火コイル
２２…中心鉄心
２３…一次側巻線
２４…二次側巻線
２５…コイル部
２７…接続部
２６…導体
２８…磁性体管部材
【図１】
2010101208.tif 000003
【図２】
2010101208.tif 000004
【図３】
2010101208.tif 000005