(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する火花点火式内燃機関が、中心電極と接地電極とを有する点火プラグと点火プラグの中心電極に接続される点火コイルとを気筒毎に備え、点火コイルから点火プラグの中心電極に印加される高電圧により生じる火花放電と、交流を発生する一つの交流発生装置により各点火プラグの中心電極を介して各気筒の燃焼室内に生成される電界とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火装置であって、
交流発生装置が出力する交流を前記高電圧と同一極性の電圧になるように整流して点火プラグの中心電極に印加する整流手段を、気筒数に対応する数だけ備えている火花点火式内燃機関の点火装置。
【請求項２】
交流発生装置が、位相が１８０度異なり、かつほぼ同電圧の二つの交流を同時に出力する出力手段を、火花点火式内燃機関の偶数気筒数の半数に等しく備える請求項１記載の火花点火式内燃機関の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に生成される電界と点火プラグによる火花放電とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火する火花点火式内燃機関において使用する点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼状態を良好にするために、点火プラグの火花放電を補うことが試みられている。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補助電極に高圧を印加して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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７-３２３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プラズマ雰囲気を生成するために交流発生装置を用いることがある。この交流発生装置は、一気筒に対して一台を適用し、点火タイミングに合わせて交流を点火プラグに印加するように作動させる。しかしながら、このような構成であると、気筒数の多い内燃機関では、気筒数に対応する数の交流発生装置が必要になる。交流発生装置は、少なくとも点火に対応して交流を出力すればよいので、稼働率が低い。このため、複数の交流発生装置を備えることは、稼働率が低い割に、各交流発生装置で消費される電力の合計が大きくなり、電源の負担を重くするものとなった。加えて、このような構成は、製造コストを押し上げるものとなり、また搭載スペースを多く占有することになった。
【０００５】
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】
【０００６】
すなわち、本発明の火花点火式内燃機関の点火装置は、複数の気筒を有する火花点火式内燃機関が、中心電極と接地電極とを有する点火プラグと点火プラグの中心電極に接続される点火コイルとを気筒毎に備え、点火コイルから点火プラグの中心電極に印加される高電圧により生じる火花放電と、交流を発生する一つの交流発生装置により各点火プラグの中心電極を介して各気筒の燃焼室内に生成される電界とを反応させてプラズマを生成して混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火装置であって、交流発生装置が出力する交流を前記高電圧と同一極性の電圧になるように整流して点火プラグの中心電極に印加する整流手段を、気筒数に対応する数だけ備えていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、一つの交流発生装置から出力される交流が、整流手段により整流されて点火のための高電圧と同一極性の脈流になって各点火プラグに印加される。そして点火プラグにおいて火花放電が生じた場合にのみ、印加された脈流が火花放電により中心電極と接地電極との間に流れるので、全ての気筒の点火プラグに対して交流を整流した脈流を供給しているにもかかわらず、消費電力を低減することが可能になる。また、複数の気筒に対して、交流発生装置が一つであるため、複数の交流発生装置を備える場合に比較して、製造コストを低減することが可能になる。
【０００８】
整流手段による電圧低下を補償するためには、交流発生装置が、位相が１８０度異なり、かつほぼ同電圧の二つの交流を同時に出力する出力手段を、火花点火式内燃機関の偶数気筒数の半数に等しく備えるものが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上説明したような構成であり、点火プラグにおいて火花放電が生じた場合にのみ、印加された交流を整流した脈流が中心電極と接地電極との間に流れるので、全ての気筒の点火プラグに対して脈流を供給しているにもかかわらず、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を適用するエンジンの要部を示す断面図。
【図２】同実施形態の回路図。
【図３】本発明の他の実施形態の回路図。
【図４】本発明のさらに他の実施形態の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、点火プラグ１を備える火花点火式内燃機関である二気筒のエンジン１００の一気筒の構成を示すものである。このエンジン１００は、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。そして、燃焼室６の天井部分には、点火プラグ１が取り付けられてあり、吸気ポート２には燃焼室６へ供給する混合気を生成するための燃料噴射弁を備える。なお、エンジン１００それ自体は、この分野で知られている火花点火式のものを適用するものであってよい。
【００１３】
この実施形態の点火プラグ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から火花放電が発生する間隙１４だけ離れてハウジング１３の下端に設けられる接地電極１６と、イグナイタと点火コイルとが構造上一体にされてなるイグナイタ付点火コイル（以下、点火コイルと称する）２１、２２が電気的に接続される接続端子１７とを基本的に備える。点火プラグ１は、この分野でよく知られたものを用いるものであってよい。
【００１４】
この点火プラグ１に接続される点火装置２０は、図２に示すように、第一気筒の点火プラグ１に接続される第一点火コイル２１と、第二気筒の点火プラグ１に接続される第二点火コイル２２と、第一点火コイル２１の二次側巻線２１ａにアノードが接続される整流手段である第一ダイオード２３と、第二点火コイル２２の二次側巻線２２ａにアノードが接続される整流手段である第二ダイオード２４と、昇圧トランスであるタップ付変圧器２５をその出力段に備える交流発生装置２６とを備えている。
【００１５】
交流発生装置２６は例えば、車両用のバッテリの電圧例えば約１２Ｖ（ボルト）を昇圧回路であるＤＣ−ＤＣコンバータにて３００〜５００Ｖに昇圧し、昇圧された直流をＨブリッジ回路にて周波数が約２００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚの交流に変化させ、さらにタップ付変圧器２５により約４ｋＶｐ‐ｐ〜８ｋＶｐ‐ｐに昇圧した交流を出力する構成である。タップ付変圧器２５は、巻数を二分割する位置にタップの形成されている。したがって、二次側巻線２５ａは、同一電圧で、かつ位相が１８０度異なる二つの交流を出力する。タップ付変圧器２５の二次側巻線２５ａが出力手段を構成する。このタップ付変圧器２５の二次側巻線２５ａのタップ２５ｂは、グランド（接地線）２７に接続してあり、二次側巻線２５ａの一方の端部２５ｃは第一ダイオード２３のカソードに接続され、その他方の端部２５ｄは第二ダイオード２４のカソードに接続される。交流発生装置２６は、前述のような周波数の交流を出力するものであれば、タップ付変圧器２５以外の構成は特にこの実施形態に限られるものではない。
【００１６】
第一及び第二ダイオード２３、２４は、交流発生装置２６が発生する交流に対しては整流手段として機能するとともに、第一及び第二点火コイル２１、２２が発生する火花放電のための高電圧に対しては、逆流防止ダイオードとして機能する。すなわち、この実施形態にあっては、燃焼行程において点火を実施する際には、点火コイル２１（２２）の二次側巻線２１ａ（２２ａ）から、点火プラグ１Ａの中心電極１４に負の高電圧が印加されるものである。したがって、第一及び第二ダイオード２３、２４は、そのそれぞれのアノードが対応する二次側巻線２１ａ、２２ａに接続されるので、前記負の高電圧が交流発生装置２６に逆流することを防止する。
【００１７】
このような構成において、エンジン１００の運転を制御する図示しない電子制御装置から出力される点火信号が点火コイル２１（２２）のイグナイタに入力されると、点火コイル２１（２２）の二次側巻線２１ａ（２２ａ）から、点火プラグ１Ａ（１Ｂ）の中心電極１４に負の高電圧が印加されて、火花放電が始まる。一方、交流発生装置２６が交流を出力すると、交流は第一及び第二ダイオード２３、２４によって整流され、それぞれの点火プラグ１Ａ、１Ｂの中心電極１４には負の脈流（電圧）が、エンジンの運転中は継続して印加される。したがって、交流発生装置２６が出力した交流を半波整流した脈流（電圧）の極性と、火花放電のための負の高電圧の極性とは一致するものである。この場合、第一ダイオード２３により整流されて得られる負の脈流（電圧）と、第二ダイオード２４により整流されて得られる負の脈流（電圧）とは、その位相が１８０度異なっている。
【００１８】
この実施形態では、交流発生装置２６からの交流が、第一及び第二ダイオード２３、２４により半波整流されて脈流（電圧）となって中心電極１４に印加され、脈流（電流）が中心電極１４と接地電極１５との間に流れることによって火花放電時に中心電極１４と接地電極１５との間に電界が生成される。生成された電界と、中心電極１４と接地電極１５との間に発生する火花放電とが反応してプラズマが生成され、混合気に着火するものである。
【００１９】
すなわち、点火に際しては、点火プラグ１Ａ（１Ｂ）に点火コイル２１（２２）により火花放電を発生させると、その火花放電に伴って点火プラグ１Ａ（１Ｂ）の間隙１８間に脈流（電流）が流れることによって電界が発生し、火花放電と電界とを反応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。
【００２０】
具体的には、点火プラグ１Ａ（１Ｂ）による火花放電が電界中でプラズマになる。この結果、生成したプラズマにて混合気に着火を行うことで火炎伝播燃焼の始まりとなる火炎核が火花放電のみの点火に比べて大きくなるとともに、所定空間内に大量のラジカルが発生することで燃焼が促進される。
【００２１】
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、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、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎伝播燃焼の始まりとなる火炎核も大きくなるものである。
【００２２】
このように、タップ付変圧器２５を交流発生装置２６の出力段に用いることにより、各気筒に対してほぼ同じ電圧の交流を出力することができる。このため、このタップ付変圧器２５によりあらかじめ出力する交流電圧値を高く設定しておくことにより、第一及び第二ダイオード２３、２４における電圧降下分を補償することができ、適切な密度のプラズマを生成することができる。
【００２３】
又、一つの交流発生装置２６を各気筒の点火プラグ１Ａ、１Ｂにダイオード２３、２４を介して接続しているが、脈流（電流）が点火プラグ１Ａ、１Ｂの中心電極１４と接地電極１５との間の間隙１８に流れるのは、火花放電により間隙間抵抗値が下がる場合のみである。したがって、燃焼行程にない気筒、例えば点火が第一気筒で実行され、第二気筒は火花放電がない圧縮行程にある場合、第二気筒では脈流（電流）は流れないため、交流は消費されない。このため、交流発生装置２６の消費電力は大きくならず、交流発生装置２６における消費電力の増加を抑制することができる。
【００２４】
なお、上述の実施形態においては、火花放電時に点火プラグ１Ａ、１Ｂの中心電極１４に印加される高電圧が負電圧であるものを説明したが、正電圧であってもよい。この場合、この正電圧に脈流（電圧）の極性を合わせるために、第一ダイオード２３及び第二ダイオード２４はカソードを点火プラグ１Ａ、１Ｂの中心電極１４に接続する。
【００２５】
エンジンは、二気筒以外、例えば直列四気筒や六気筒、Ｖ型四気筒や八気筒、水平対向型四気筒や八気筒などであってもよい。
【００２６】
四気筒エンジンの場合は、図３に示すように、交流発生装置１２６のタップ付変圧器１２５が、巻数を二分割する位置にタップの形成された二次側巻線を二回路分備えるものを用いる。すなわち、この実施形態においても、四気筒エンジンの気筒数の半数に等しい二回路の二次側巻線（出力手段）を備えるものである。それぞれの二次側巻線１２５ｃ、１２５ｄは、同一の規格つまり巻数のものである。そして、第一気筒と第二気筒との点火プラグ１Ｃ、１Ｄに、第一の二次側巻線１２５ｃをダイオード１２７、１２８を介して接続し、第三気筒と第四気筒との点火プラグ１Ｅ、１Ｆに、第二の二次側巻線１２５ｄをダイオード１２９、１３０を介して接続する。
【００２７】
この場合に、第一気筒と第四気筒とが同時に、また第二気筒と第三気筒とが同時にそれぞれ点火するので、対をなす気筒において同位相となるようにそれぞれの二次側巻線１２５ｃ、１２５ｄを点火プラグ１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆに接続する。なお、同図において、イグナイタ付点火コイルは、同一の型式のものであるので、同一の符号である１２１を付して示すものである。
【００２８】
このような構成であれば、上述の実施形態同様に、ダイオード１２７、１２８、１２９、１３０における電圧降下分を補償することができ、適切な密度のプラズマを生成することができる。したがって、気筒間における燃焼状態のばらつきを低減することができる。
【００２９】
さらには、四気筒エンジンの場合に、図４に示すように、上述の実施形態における交流発生装置２６に、一の気筒に対応する、点火コイル、点火プラグ及びダイオードで構成される点火回路２３０を、タップ付変圧器２５の二次側巻線２５ａの両端にそれぞれ２回路ずつ接続する構成の点火装置であってもよい。この場合、タップ付変圧器２５の二次側巻線２５ａの一端には第一気筒と第四気筒とのための点火回路２３０を接続し、二次側巻線２５ａの他端には第二気筒と第三気筒とのための点火回路２３０を接続する。この場合、タップ付変圧器２５の二次側巻線２５ａが一つですむので、タップ付変圧器２５を小型に維持したままで、四気筒エンジンのための点火装置を提供することができる。
【００３０】
以上にあっては、タップ付変圧器を出力段に有する交流発生装置を説明したが、二次側巻線にタップを備えない昇圧トランスを用いる交流発生装置であってもよい。この場合、二気筒のエンジンにあっては、昇圧トランスの二次側巻線の一端をグランドに接続し、他端に二本のダイオードのカソードを接続し、アノードをそれぞれの点火プラグの中心電極に接続して、交流発生装置が出力する交流を整流して得られる脈流を、各気筒の点火プラグの中心電極に印加する。
【００３１】
さらにまた、上述の実施形態においては、イグナイタ付点火コイルを説明したが、イグナイタと点火コイルとが別体になっているものであってもよい。
【００３２】
その他、各部の具体的構成についても上述の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】
【００３３】
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適用するものが挙げられる。
【符号の説明】
【００３４】
１…点火プラグ
６…燃焼室
１４…中心電極
１５…接地電極
２１、２２…イグナイタ付点火コイル
２３…第一ダイオード
２４…第二ダイオード
２５…タップ付変圧器
２６…交流発生装置
【図１】
0005593081.tif 000002
【図２】
0005593081.tif 000003
【図３】
0005593081.tif 000004
【図４】
0005593081.tif 000005