(57)【要約】  【課題】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ものにあって、火花放電時の高電圧により電界生成のための高周波電源に火花放電時の点火コイルに発生する高電圧による電流が、中心電極を介して高周波電源に印加されると、高周波電源内において、その高電圧により高周波電源が電磁雑音を発生させることがあった。  【解決手段】火花点火式内燃機関の点火プラグに電気的に接続されて高電圧を点火プラグに印加する点火コイルと、点火プラグに電気的に接続されて燃焼室内に電界を生成する電界発生回路とを備えてなる火花点火式内燃機関の点火装置であって、火花点火式内燃機関は、高電圧により点火プラグに生じる火花放電と生成された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ものであって、点火コイルに火花放電のための高電圧が生じた際に、電界発生回路を点火コイルに対して電気的にほぼ絶縁状態に保持する絶縁保持手段を備えてなる。【選択図】図１
2011099410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火式内燃機関の点火プラグに電気的に接続されて高電圧を点火プラグに印加する点火コイルと、点火プラグに電気的に接続されて燃焼室内に電界を生成する電界発生回路とを備えてなる火花点火式内燃機関の点火装置であって、火花点火式内燃機関は、高電圧により点火プラグに生じる火花放電と生成された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ものであって、
点火コイルに火花放電のための高電圧が生じた際に、電界発生回路を点火コイルに対して電気的にほぼ絶縁状態に保持する絶縁保持手段を備えてなる火花点火式内燃機関の点火装置。
【請求項２】
絶縁保持手段が、点火コイルの信号ラインとグランドラインとにおける電流の向きに対して逆方向に点火コイルの信号ラインとグランドラインとに接続されるダイオードからなる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の点火装置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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、プラズマ雰囲気と火花放電とを組み合わせて混合気を着火する場合に、上記特許文献１に記載のもののような特殊な電極構造の点火プラグを用いることなしに、現状広く使用されている、中心電極と接地電極とを有する点火プラグにより、同様な着火を実現させることが試みられている。この場合、点火プラグの中心電極に、プラズマ雰囲気を生成するための例えば高周波電圧を印加するために、高周波電源を電気的に接続するとともに、火花放電が起こるように点火コイルを電気的に接続する。
【０００６】
しかしながら、このような構成のものであると、火花放電時の点火コイルに発生する高電圧による電流が、中心電極を介して高周波電源に印加されることになり、高周波電源内において、その高電圧により高周波電源が電磁雑音を発生させることがあった。そして、そのような電磁雑音は、内燃機関に取り付けてある電磁式センサや、内燃機関の運転状態を制御する電子制御装置に悪影響を与えることがあった。
【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装置は、火花点火式内燃機関の点火プラグに電気的に接続されて高電圧を点火プラグに印加する点火コイルと、点火プラグに電気的に接続されて燃焼室内に電界を生成する電界発生回路とを備えてなる火花点火式内燃機関の点火装置であって、火花点火式内燃機関は、高電圧により点火プラグに生じる火花放電と生成された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ものであって、点火コイルに火花放電のための高電圧が生じた際に、電界発生回路を点火コイルに対して電気的にほぼ絶縁状態に保持する絶縁保持手段を備えてなることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、点火コイルに火花放電のための高電圧が生じた際に、絶縁保持手段が電界発生回路をほぼ絶縁状態に保持するので、火花放電のための高電圧が電界発生回路に侵入することを妨げる。これにより、電界発生回路に高電圧が侵入することで生じる電磁妨害（ＥＭＩ）を抑制することが可能になる。
【００１０】
絶縁保持手段は、具体的には、点火コイルの信号ラインとグランドラインとにおける電流の向きに対して逆方向に点火コイルの信号ラインとグランドラインとに接続されるダイオードからなるものが挙げられる。
【００１１】
電界発生回路は、点火プラグに対して交流電圧を印加する交流電圧発生回路、及び同じく点火プラグに脈流電圧を印加する脈流電圧発生回路などが挙げられる。交流電圧発生回路が出力する交流は、約２００ｋＨｚ〜５００ＭＨｚの周波数で、約３ｋＶｐ‐ｐ〜１０ｋＶｐ‐ｐの電圧のものが好ましい。
【００１２】
脈流電圧発生回路は、周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その直流電圧の波形は任意であってよい。すなわち、本願における脈流電圧は、０ボルトを含む基準となる電圧から、一定周期で一定電圧まで変化するパルス電圧や、一定周期で順次増減する電圧まで変化する、例えば交流電圧を半波整流したような波形の直流電圧、さらには交流に直流バイアスをかけた直流電圧などを含むものである。この場合において、一定周期は、上述の周波数に対応するものであってよい。なお、波形は、正弦波、鋸歯状波、三角波などであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上説明したような構成であり、点火コイルに火花放電のための高電圧が生じた際に、絶縁保持手段が電界発生回路をほぼ絶縁状態に保持するので、火花放電のための高電圧が電界発生回路に侵入することを防ぐことができ、電界発生回路に高電圧が侵入することで生じる電磁妨害（ＥＭＩ）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態の電界生成回路の構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態のＨブリッジ回路の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
火花点火式内燃機関（以下、エンジンと称する）１００は、例えば３気筒のもので、各気筒の燃焼室の内部に面して取り付けられる点火プラグ１を備えている。エンジン１００自体は、この分野でよく知られている構成のものであり、その構造の説明は割愛する。
【００１７】
中心電極２と接地電極３とを有してなる点火プラグ１には、点火装置４が電気的に接続される。点火装置４は、イグナイタ５と点火コイル６とミキサ７と電界生成回路８と、絶縁保護手段である第一ダイオード９及び第二ダイオード１０とを備えている。イグナイタ５は、エンジン１００の運転を制御するための図示しない電子制御装置から出力される点火タイミング信号を受けて、点火コイル６に対して点火パルス信号を出力する。点火コイル６は、一次側巻線と二次側巻線とを備えて、イグナイタ５からの点火パルス信号により二次側巻線に負の高圧パルス電圧を発生させる。イグナイタ５及び点火コイル６は、この分野でよく知られている構成のものであってよい。ミキサ７は、点火コイル６の二次側巻線に接続されるとともに、第一ダイオード９に接続され、点火コイル６の高圧パルス電圧を点火プラグ１の中心電極２に伝達するとともに、電界生成回路８が出力する高圧交流を整流した脈流を中心電極２に伝達する。
【００１８】
電界生成回路８は、バッテリ１１を電源として、低圧直流を高圧交流に変換する回路であって、バッテリ１１の電圧例えば約１２Ｖ（ボルト）を例えば約３００Ｖ〜５００Ｖに昇圧するＤＣ‐ＤＣコンバータ１２と、ＤＣ‐ＤＣコンバータ１２が出力する直流を交流にするＨブリッジ回路１３と、Ｈブリッジ回路１３が出力する交流をさらに高電圧に昇圧する昇圧トランス１４とを備えている。Ｈブリッジ回路１３は、直流を、周波数が約２００ｋＨｚ〜５００ＭＨｚ、好ましくは１００ＭＨｚの交流に変化させる。さらに昇圧トランス４４により構成である昇圧トランスは、一次側巻線と二次側巻線との巻線比が例えば１：１０で、ＤＣ‐ＤＣコンバータ１２の出力を約３ｋＶｐ‐ｐ〜１０ｋＶｐ‐ｐに昇圧する。
【００１９】
第一ダイオード９は、そのカソードが昇圧トランス１４の二次側巻線の信号ライン１５、つまりグランドライン１６に接続されていない二次側巻線の端部に接続され、そのアノードがミキサ７に接続される。すなわち、点火コイル６に火花放電のための負の高圧パルス電圧が生じた際に、その負の高圧パルス電圧による電流の向きに対して逆方向になるように、第一ダイオード９を信号ライン１５に接続している。第一ダイオード９の逆方向降伏電圧は、負の高圧パルス電圧を上回る電圧に設定する。
【００２０】
第二ダイオード１０は、そのアノードが昇圧トランス１４の二次側巻線のグランドライン１６に接続され、そのカソードがグランド１７すなわちエンジン１００の金属部分に接続される。すなわち、第一ダイオード９と同様に、点火コイル６に火花放電のための負の高圧パルス電圧が生じた際に、その負の高圧パルス電圧による電流の向き対して逆方向になるように、第二ダイオード１０をグランドライン１６に接続している。この第二ダイオード１０は、第一ダイオード９と同じ電気特性のものであってよい。
【００２１】
このような構成において、点火に際しては、点火プラグ１に点火コイル６からの負の高圧パルス電圧により火花放電を発生させて、火花放電開始とほぼ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電界生成回路８から出力される高圧交流を第一及び第二ダイオード９、１０で整流した脈流により、中心電極２と接地電極３との周辺に電界を発生させ、火花放電と電界とを反応させて中心電極２と接地電極３との間隙１８を含む空間にプラズマを生成させることにより、燃焼室内の混合気を急速に燃焼させる構成である。なお、火花放電開始直後とは、遅くとも火花放電を構成する誘導放電の開始時が好ましい。
【００２２】
具体的には、点火プラグ１による火花放電が電界中でプラズマになり、当該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燃焼室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。
【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、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。
【００２４】
この結果、火花放電と電界とが反応し発生したプラズマ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内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。
【００２５】
このようにして点火を実行する、すなわち点火コイル６に火花放電のための負の高圧パルス電圧が生じた際に、点火コイル６からミキサ７を介して負の高圧パルス電圧による電流が電界生成回路８に侵入しようとするが、第一ダイオード９が点火コイル６の信号ライン１９に対して、負の高圧パルス電圧による電流の向きに対して逆方向に接続してあるので、電界発生回路８は点火コイル６に対して電気的にほぼ絶縁状態に保持される。同様にして、第二ダイオード１０が、点火プラグ１において火花放電が生じた際に、グランド１７を介して負の高圧パルス電圧による電流が電界生成回路８に流れるのを阻止することで、グランド１７側においても同様に、電界生成回路８を点火コイル６に対して電気的にほぼ絶縁状態に保持する。
【００２６】
したがって、このような火花放電により発生する電流が電界生成回路８の昇圧トランス１４の二次側巻線に流れた場合には、昇圧トランス１４によりその電流が増幅されて、電磁妨害を生じるが、その電流が電界生成回路８に侵入することを第一ダイオード９及び第二ダイオード１０により遮断ことができる。このようにして、電磁妨害を未然に防ぐことで、エンジン１００を制御する電子制御装置の動作や、エンジン１００に装着されている各種の電磁センサの動作が不安定になることを防止することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
上述の実施形態にあっては、火花放電のために点火コイル６の二次側巻線に負の高圧パルス電圧が発生するものを説明したが、正の高圧パルス電圧が発生するものであってもよい。この場合、第一ダイオード及び第二ダイオードの接続方向は、上述の実施形態のものと反対方向になることはいうまでもない。
【００２９】
上述の実施形態の電界生成回路としては、脈流を発生させる回路を使用するものであってもよい。つまり、点火プラグに交流を印加する代わりに、パルス電圧などの脈流電圧を印加することにより、点火プラグの中心電極と接地電極間に電界を生成するものである。脈流発生回路は、上述の実施形態のものと同様に、バッテリから供給される直流をＤＣ？ＤＣコンバータで昇圧し、高圧の直流を所定周期で断続することにより脈流とし、その脈流を昇圧トランスにより昇圧して一対の電極に印加する構成である。脈流発生装置の場合、Ｈブリッジ回路に代えて周期的にオン・オフするスイッチング回路を用いる。このような脈流発生回路を使用することによっても、中心電極と接地電極間に電界を生成することができる。
【００３０】
また、電圧生成回路は、高周波発振器に上述の昇圧トランス１４を接続して構成するものであってもよい。高周波発振器の発振周波数は、上述の実施形態にて説明したものと同等であってよい。
【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。
【符号の説明】
【００３３】
１…点火プラグ
６…点火コイル
８…電界生成回路
９…第一ダイオード
１０…第二ダイオード
【図１】
2011099410.tif 000003
【図２】
2011099410.tif 000004
【図３】
2011099410.tif 000005