(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を生成する交流電源と、
内燃機関の燃焼室に配置され、前記燃焼室内の混合気に着火する放電を放電電圧にて発生させる点火プラグと、
前記交流電圧を前記放電電圧に昇圧する昇圧装置と、前記点火プラグが挿入される凹状の接続部と、前記昇圧装置と前記接続部とを接続する内部配線と、少なくとも前記接続部及び前記内部配線を覆う絶縁体と、前記絶縁体の周囲を間隙無く覆い、前記絶縁体の内部と前記絶縁体の外部との間のバリア放電の発生を抑制する導電体とを有するバリア放電用コイルとを備える点火装置。
【請求項２】
前記点火プラグが挿入された前記接続部に流し込まれたグリス状の絶縁物を有することを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記点火プラグは、第一電極と、該第一電極に対向して配置された第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方を覆う誘電体とを備え、
前記第一電極と前記第二電極との間に誘電体バリア放電を発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
【請求項４】
前記導電体は、前記絶縁体の表面に形成された塗布膜又はめっき膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の点火装置。
【請求項５】
前記バリア放電用コイルは、変圧トランス及び共振用コイルの少なくとも一方を有し、
前記変圧トランス及び前記共振用コイルの少なくとも一方と前記点火プラグとによって構成された昇圧回路の少なくとも一部が前記絶縁体で覆われたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の点火装置。
【請求項６】
前記接続部と前記昇圧装置の少なくとも一部は、前記点火プラグを配置するために前記内燃機関に設けられたプラグホール内に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の点火装置。
【請求項７】
交流電圧を生成する交流電源と、
内燃機関の燃焼室に配置され、前記燃焼室内の混合気に着火する放電を放電電圧にて発生させる点火プラグと、
前記交流電圧を前記放電電圧に昇圧する昇圧装置と、前記昇圧装置と前記点火プラグが接続される接続部とを接続する内部配線と、少なくとも前記接続部及び前記内部配線を覆う絶縁体と、前記絶縁体の周囲を間隙なく覆い、前記絶縁体の内部と前記絶縁体の外部との間のバリア放電の発生を抑制する導電体とを有し、前記点火プラグと硬化性の樹脂で接続されたバリア放電用コイルとを備える点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体バリア放電を利用した内燃機関の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるように、誘電体バリア放電を利用した点火装置では、着火性能を向上させるための電極構造及び印加電圧の制御方法についての検討がなされている。特許文献１に開示される点火装置は、二つの電極の一方を誘電体で覆うことで誘電体バリア放電を発生させ、ラジカルを積極的に生成することで着火性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９２４２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示される点火装置は、誘電体バリア放電を利用するため、高電圧の交流波形を印加する必要があり、昇圧装置から点火プラグまでの高電圧経路において、エンジン筺体又は周辺機器との間で点火に不要な放電が発生する。この放電は点火エネルギの効率を低下させるだけでなく周辺機器の故障の原因となる。ここでいう故障とは、放電ノイズによる電気的な損傷又は放電による熱的な損傷に起因する故障である。また、放電そのものが発生していない場合であっても、昇圧装置から点火プラグまでの高電圧経路は、高電圧パルスを伝送するため電磁波及びノイズの発生源になりやすい。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、昇圧装置から点火プラグまでの高電圧経路における点火に不要な放電及び放射ノイズを抑制した点火装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電圧を生成する交流電源を備える。また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、内燃機関の燃焼室に配置され、燃焼室内の混合気に着火する放電を放電電圧にて発生させる点火プラグを備える。また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電圧を放電電圧に昇圧する昇圧装置と、点火プラグが挿入される凹状の接続部と、昇圧装置と接続部とを接続する内部配線と、少なくとも接続部及び内部配線を覆う絶縁体と、絶縁体の周囲を覆う導電体とを有するバリア放電用コイルを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、昇圧装置から点火プラグまでの高電圧経路における点火に不要な放電及び放射ノイズを抑制した点火装置を得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる点火装置を適用したガソリンエンジンの断面図
【図２】実施の形態１にかかる点火装置の斜視図
【図３】実施の形態１にかかる点火装置の構成を示す断面図
【図４】実施の形態１にかかる点火装置の回路図
【図５】実施の形態１にかかる点火装置のバリア放電用コイルの別の構成を示す断面図
【図６】実施の形態１にかかる点火装置のバリア放電用コイルの変圧トランスを省略した構成を示す断面図
【図７】実施の形態１にかかる点火装置のバリア放電用コイルと点火プラグとの接続部分を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態２にかかる点火装置の斜視図
【図９】実施の形態２にかかる点火装置の構成を示す断面図
【図１０】実施の形態２にかかる点火装置の共振用コイルのみを配置した昇圧装置を有するバリア放電用コイルの構成を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態３にかかる点火装置の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態にかかる点火装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる点火装置を適用したガソリンエンジンの断面図である。図２は、実施の形態１にかかる点火装置の斜視図である。図３は、実施の形態１にかかる点火装置の構成を示す断面図である。なお、図２及び図３は、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００とを接続する前の状態を示している。内燃機関であるガソリンエンジン６７は、内部で燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室６３と、燃焼室６３の吸気口を開閉する吸気バルブ６４と、燃焼室６３の排気口を開閉する排気バルブ６５と、燃焼室６３内への混合気の吸入、燃焼室６３内での混合気の圧縮及び燃焼室６３からの排気の排出を行うピストン６６とを有する。燃焼室６３には、点火プラグ２００が装着される点火プラグ装着位置６１が設けられている。点火プラグ装着位置６１の上部には、点火プラグ２００を配置するためのプラグホール６２が設けられている。点火プラグ装着位置６１は、点火プラグ２００が有する後述する雄ねじ形状に対応する雌ねじ形状を備えている。
【００１１】
実施の形態１では、点火プラグ装着位置６１は、吸気バルブ６４と排気バルブ６５との間に配置されているが、これに限定されない。また、点火プラグ装着位置６１は、２以上設けられていてもよい。
【００１２】
ガソリンエンジン６７は、吸気工程において吸気バルブ６４を開いて燃焼室６３内に混合気を取り込み、圧縮工程において混合気をピストン６６で断熱圧縮し、膨張工程において点火プラグ２００で混合気に点火して爆発させ、出力を取り出す。ガソリンエンジン６７は、排気工程において排気バルブ６５を開いてピストン６６で排気を燃焼室６３から押し出す。
【００１３】
点火装置３０は、交流電圧を生成する交流電源１と、ガソリンエンジン６７に配置され、燃焼室６３内の混合気に着火するための放電を放電電圧により発生させる点火プラグ２００と、交流電圧を昇圧する昇圧装置４０を備えたバリア放電用コイル１００とを有する。
【００１４】
バリア放電用コイル１００は、交流電源１への接続用のコネクタ２と、昇圧装置４０の一部である変圧トランス３と、昇圧装置４０の一部である共振用コイル４と、点火プラグ２００が挿入される凹状であり、昇圧装置４０へ繋がる内部配線４１に接続された接続部５と、昇圧装置４０と接続部５とを接続する内部配線４１と、昇圧装置４０、内部配線４１及び接続部５を封止する絶縁体６と、絶縁体６を覆う導電体７とを備える。
【００１５】
バリア放電用コイル１００は、バリア放電による混合気の点火時及びラジカル生成による燃焼支援時に、高電圧経路で発生する不要な放電を抑制したバリア放電式の点火装置３０の構成部品である。バリア放電用コイル１００内の昇圧装置４０は、絶縁体６で封止されており、絶縁体６の周囲は導電体７で覆われている。
【００１６】
バリア放電用コイル１００の一端は、交流電源１に接続され、他端は接続部５となっており、点火プラグ２００が挿入されて接続される。
【００１７】
点火プラグ２００は、バリア放電用コイル１００への接続部５１と、中心電極をなす棒状の導体である第一電極５２と、第一電極５２を全方位にわたって覆う誘電体５３と、誘電体５３の全方位を覆う周辺電極である第二電極５４と、点火プラグ装着位置６１への取り付け時及び点火プラグ装着位置６１からの取り外し時にトルクが加えられる六角部５６とを有し、放電領域５５で第一電極５２と第二電極５４との間に誘電体バリア放電を発生させる。
【００１８】
点火プラグ２００は、図１に示したプラグホール６２の最深部に位置する点火プラグ装着位置６１に取り付けられるように、第二電極５４が雄ねじ形状となっており、雄ねじ形状部の第二電極５４の上部には、一般的なプラグレンチで取り付けられるように六角部５６を備える。ガソリンエンジン６７が一般的な自動車用の内燃機関であるならば、第二電極５４の雄ねじ形状は、Ｍ１０又はＭ１２のメートルねじが適用される。点火プラグ２００は、点火プラグ装着位置６１に取り付けた際に、一端部に位置する放電領域５５が燃焼室６３に突き出す構造である。
【００１９】
点火プラグ２００のコンダクタンス成分は、共振用コイル４とともにリアクタンス−コンダクタンス共振を発生させる。すなわち、点火プラグ２００は、バリア放電用コイル１００の接続部５に挿入されると、変圧トランス３及び共振用コイル４とともに、交流電源１が生成する交流電圧を放電電圧に昇圧する昇圧回路４３をなす。
【００２０】
交流電源１は、後述するバッテリ７１の直流電圧を変換して交流電圧を生成する。交流電源１が生成する交流電圧は、電圧の絶対値が１２Ｖから５００Ｖ、周波数が２０ｋＨｚから２ＭＨｚの範囲である。
【００２１】
交流電源１が生成する交流電圧は、誘電体バリア放電が可能であれば良いため、正弦波に限定されることはなく、矩形波であってもよい。
【００２２】
図４は、実施の形態１にかかる点火装置の回路図である。交流電源１は、一般的な自動車のバッテリ７１の電圧である直流１２Ｖを直流−直流コンバータ７２で２倍から４０倍に昇圧した後に交流に変換したものである。直流から交流への変換は、スイッチング素子７３を四つ用いたフルブリッジ回路７４にて行う。
【００２３】
実施の形態１にかかる点火装置３０はフルブリッジ回路７４で直交変換を行うが、フルブリッジ回路７４の代わりにハーフブリッジ回路を用いてもよい。ハーフブリッジ回路は、二つのスイッチング素子で構成できるが、同じ昇圧比でも２倍の電圧がスイッチング素子に印加されるため、フルブリッジ回路７４に適用するスイッチング素子７３よりも耐圧が高いスイッチング素子で構成する必要がある。
【００２４】
また、交流電源１は、直流−直流コンバータ７２を省略して構成することも可能である。なお、直流−直流コンバータ７２を省略すると、バリア放電用コイル１００で必要な昇圧比が増加し、バリア放電用コイル１００のサイズが大きくなってしまう。したがって、バリア放電用コイル１００の小型化の観点では、直流−直流コンバータ７２は省略しないで構成した方が有利である。
【００２５】
バリア放電用コイル１００は、図３に示すコネクタ２を通じて交流電源１と接続されている。バリア放電用コイル１００は、昇圧装置４０の一部である共振用コイル４がプラグホール６２内に配置されるように構成されている。したがって、コネクタ２は、プラグホール６２よりも上部の領域における導電体７の側面に配置されている。なお、コネクタ２は、プラグホール６２よりも上部の領域における導電体７の上面に配置してもよい。
【００２６】
昇圧装置４０の一部がプラグホール６２内に配置されるようにバリア放電用コイル１００を構成すると、プラグホール６２によって昇圧装置４０の形状に幾何学的な制限がかかるが、電圧が最大となるリアクタンス−コンダクタンス共振後の高電圧経路がプラグホール６２内に配置されるため、放射ノイズが低減される。
【００２７】
コネクタ２では、交流電源１の高圧側出力端子と変圧トランス３の一次側とが接続される。また、コネクタ２では、交流電源１の接地端子と、変圧トランス３の一次側の接地端子と、変圧トランス３の二次側の接地端子とが接続される。なお、変圧トランス３の一次側は低電圧側であり、変圧トランス３の二次側は高電圧側である。
【００２８】
変圧トランス３の接地は、コネクタ２から取り出すのではなく、接地された導電体７に接続してもよい。接地をコネクタ２から取り出す場合には、伝導ノイズを低減するために変圧トランス３の低電圧側と高電圧側とを分離することができる。反対に、接地を導電体７に接続する場合には、絶縁体６内部での接地導体を短くできるため、高電圧領域との間で絶縁破壊するリスクを低減できる。
【００２９】
変圧トランス３の高電圧側は、共振用コイル４の一端に接続されている。共振用コイル４の他端は点火プラグ２００に接続されている。
【００３０】
図３に示す点火プラグ２００は、第一電極５２及び第二電極５４の少なくとも一方を誘電体５３で覆った構造を持つ。点火プラグ２００の中心には、第一電極５２が通されている。第一電極５２の一端は、共振用コイル４に接続されるバリア放電用コイル１００への接続部５１となっており、他端は放電領域５５まで到達している。バリア放電用コイル１００への接続部５１以外では、第一電極５２は、全方位にわたって誘電体５３で覆われている。誘電体５３の全方位は周辺電極である第二電極５４によって覆われている。このように、第一電極５２と、誘電体５３と、第二電極５４とは共通の中心軸を持ち、固定されて一体となっている。
【００３１】
放電領域５５は、誘電体５３と第二電極５４との間に放電ギャップをなす間隙が設けられており、混合気に点火するための誘電体バリア放電を発生させる。ガソリンエンジン６７が一般的な自動車用であり、第二電極５４の雄ねじ形状にＭ１０又はＭ１２のメートルねじが適用されているならば、間隙の大きさは０．２ｍｍから３ｍｍである。放電ギャップをなす間隙を設けることで、誘電体５３の肉厚は放電領域５５では薄くなる。第二電極５４の雄ねじ形状にＭ１０又はＭ１２のメートルねじが適用されているのであれば、放電領域５５での誘電体５３の厚さは０．１ｍｍから５ｍｍとなる。誘電体５３の肉厚が薄くなるほど誘電体５３の電気的又は機械的な強度は低下するが、誘電体５３と第二電極５４との間の間隙が大きくなって放電ギャップを長くとることができ、点火に有利となる。
反対に、誘電体５３の肉厚を厚くすると、電気的又は機械的な強度は向上するが、誘電体５３と第二電極５４との間の間隙が小さくなって放電ギャップが短くなるため点火に不利となる。さらに、誘電体５３の肉厚を厚くすると、誘電体５３において半径方向の温度勾配による熱応力が増加する。
【００３２】
放電領域５５以外の部分では、誘電体５３と第二電極５４とは接触していてもよいし、間に空気層が存在していてもよい。誘電体５３と第二電極５４とは、一部接触していてもよく、接触領域の長さを調整することで、第二電極５４から誘電体５３への熱の伝わりやすさを変化させることができ、エンジン稼働中の点火プラグ２００の温度が調整可能となる。雄ねじ形状部の第二電極５４の上部には、一般的なプラグレンチで取り付けられるように六角部５６が設けられている。六角部５６は、導電体７と接触しているため、燃焼室６３を含むガソリンエンジン６７の筐体、第二電極５４及び導電体７は全て接地される。
【００３３】
バリア放電用コイル１００は、変圧トランス３と共振用コイル４を用いたリアクタンス−コンダクタンス共振との二段階に分けて電圧を昇圧する。変圧トランス３で昇圧したのち、共振用コイル４のインダクタンス成分及び点火プラグ２００に含まれる静電容量との間のリアクタンス−コンダクタンス共振で交流電圧をさらに昇圧し、ガソリンエンジン６７の燃焼室６３に突き出した点火プラグ２００の放電領域５５で誘電体バリア放電を発生させる。このように、点火プラグ２００にある程度の静電容量を持たせる必要があり、点火プラグ２００は静電容量を確保できる構造となっている。具体的には、点火プラグ２００の長さ、すなわち第一電極５２及び第二電極５４を長くして両電極が対向する面積を大きくしたり、第一電極５２及び第二電極５４の距離を縮めたりすることで、点火プラグ２００の静電容量を１０ｐＦから１００ｐＦ程度にしている。駆動周波数を５００ｋＨｚ、点火プラグ２００の容量を２０ｐＦに設定すれば、共振が得られるリアクトル値は概ね５ｍＨとなる。また、点火プラグ２００の容量を２０ｐＦに設定し、駆動周波数が５０ｋＨｚで共振する場合には、リアクトル値は概ね５００ｍＨである。
【００３４】
リアクトル値が大きくなると、共振用コイル４のサイズも大きくなることを考慮すれば、点火プラグ２００の静電容量を大きくする必要がある。点火プラグ２００だけで静電容量を得ることが困難な場合には、共振用コンデンサをバリア放電用コイル１００の内部に挿入する。具体的には、共振用コイル４と点火プラグ２００との間に一点が接続され、他端が導電体７を介して接地されるように構成する。以上の構成をもって、点火する際には交流電圧を０．１ｍｓから０．５ｍｓの間印加する。共振用コイル４とは、リアクタンス−コンダクタンス共振に使用されるインダクタンス成分であればよく、変圧トランス３による漏れインダクタンスでもよい。換言すると、変圧トランス３による漏れインダクタンスでリアクタンス−コンダクタンス共振を実現する昇圧回路４３を構成できるのであれば、共振用コイル４を設けなくても良い。
【００３５】
図５は、実施の形態１にかかる点火装置のバリア放電用コイルの別の構成を示す断面図である。なお、図５は、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００とを接続する前の状態を示している。昇圧装置４０全体がプラグホール６２の外に配置されるようにバリア放電用コイル１００を構成している。昇圧装置４０全体がプラグホール６２の外に配置されるようにバリア放電用コイル１００を構成することにより、昇圧装置４０は、形状に幾何学的な制約を受けにくくなり、設計が容易となる。
【００３６】
また、実施の形態１では、バリア放電用コイル１００は、変圧トランス３及び共振用コイル４を用いたリアクタンス−コンダクタンス共振の二段階昇圧構造となっているが、必ずしも変圧トランス３を導電体７内に内蔵する必要はない。具体的には、交流電源１の中に変圧トランスを組み込むことで、バリア放電用コイル１００を小型化することが可能である。また、変圧トランス３を省略した構成とすることも可能である。図６は、実施の形態１にかかる点火装置のバリア放電用コイルの変圧トランスを省略した構成を示す断面図である。なお、図６は、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００とを接続する前の状態を示している。昇圧装置４０を共振用コイル４のみで構成し、電圧の昇圧を変圧トランスに頼らず共振用コイル４を用いたリアクタンス−コンダクタンス共振だけで行うことで、バリア放電用コイル１００の小型化を図れる。また、共振用コイル４を省略して変圧トランス３と点火用プラグ２００とで昇圧回路４３を構成することもできる。
【００３７】
実施の形態１にかかるバリア放電式の点火装置３０は、変圧トランス３から放電領域５５までの経路は高電圧となり、点火には不要な放電が発生する恐れがある。不要な放電は点火エネルギ効率の低下、周辺機器の放電ノイズによる電気的な損傷又は放電による熱的な損傷を招くため、抑制する必要がある。直流電圧を印加する場合の対策は高電圧領域を絶縁物で覆うだけでよいが、誘電体バリア放電に必須である交流電圧を印加する場合は、高電圧領域を覆った絶縁物と、周辺導体又は導体を覆った絶縁物との間でバリア放電が発生してしまう。このため、実施の形態１では、昇圧装置４０をモールドした絶縁体６の周囲を接地された導電体７で間隙無く覆っている。
【００３８】
具体的には、バリア放電用コイル１００の筐体を金属のような導体で作成して筐体そのものを導電体７とし、導電体７の内部に昇圧装置を配置した後に樹脂で内部をモールドして絶縁体６を形成する。バリア放電用コイル１００内では、高電圧経路と導電体７との間に空気層は存在しない。
【００３９】
バリア放電用コイル１００を形成するにあたっては、絶縁体６の絶縁破壊に注意する必要がある。絶縁体６の絶縁破壊強度を上回る電界が形成された場合は、絶縁体６が割れて、隙間を通って高電圧経路と導電体７との間でアーク放電が発生し、昇圧装置４０から点火プラグ２００までの高電圧経路である内部配線４１，４２が溶断される。このため、絶縁体６は、印加する交流電圧の大きさに応じて絶縁破壊が生じない厚さを確保する必要がある。六角部５６と導電体７とが接触する構造とすることにより、バリア放電用コイル１００とプラグホール６２を含むガソリンエンジン６７の筐体とが同電位で構成されるため、不要な放電を抑制できる。不要な放電を抑制することにより、点火エネルギの効率が向上するとともに、周辺機器の電気的及び熱的な損傷を防ぐことができる。
【００４０】
バリア放電用コイル１００の下部には、点火プラグ２００への接続用の凹型の接続部５を設け、点火プラグ２００の上部に位置するバリア放電用コイル１００への接続部５１と接続する。図７は、実施の形態１にかかる点火装置のバリア放電用コイルと点火プラグとの接続部分を示す断面図である。なお、図７は、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００とを接続した状態を示している。バリア放電用コイル１００又は点火プラグ２００が破損した場合には、破損した側のみを交換できるように、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００との接続部分は着脱可能とすることが好ましい。しかし、接続部分に空気層が存在すると不要な放電が発生するため、間隙を生じることなく着脱できるようにする必要がある。このため、凹形状の接続部５の内部にグリス状の絶縁物を流し込んだ後に点火プラグ２００を装着する。接続部５に流し込んだ絶縁物の粘度が低い場合は、点火プラグ２００の装着後に接続部５の外部に流れ出て接続部５内に空気層が形成される恐れがある。一方、接続部５に流し込んだ絶縁物の粘度が高い場合は、点火プラグ２００の装着時に絶縁物の内部に気泡ができてしまう。このため、接続部５に流し込む絶縁物は、液体と固体との中間の粘性を持つものを選定する。接続部５内に僅かでも空気層が存在すると不要な放電が発生してしまうため、点火プラグ２００の装着後にグリス状の絶縁物が接続部５から溢れ出る程度の量を使用することが好ましい。
【００４１】
点火プラグ２００の六角部５６の最上部と導電体７の最下部とが接触し、両者が電気的に接続されるが、接続部５でも隙間が生じると不要な放電が発生するため、接続部５及び接続部５１にテーパを設けるかはめ込み式にするかして、隙間が生じないよう接続する。
【００４２】
導電体７の内部にて変圧トランス３及び共振用コイル４を絶縁体６でモールドする方法には、樹脂を流し込んで固める方法が挙げられる。導電体７は全方位のうち、少なくともいずれか一つの面が取り外し可能となっており、モールド後に接着剤又はねじで密閉される。導電体７の内部に樹脂を流し込むのに先だって、段付きの筒のような形状となる導電体７の中に変圧トランス３及び共振用コイル４を配置する必要がある。一般的な自動車用のエンジンでは、１０ｋＶから３０ｋＶの電圧で誘電体バリア放電を発生させるため、高電圧経路での絶縁破壊の発生を防ぐためには、変圧トランス３及び共振用コイル４と導電体７との間に少なくとも０．１ｍｍの隙間を空ける必要がある。よって、モールドするときには導電体７の中にプラスチックのような突起状の絶縁物を配置しておき、変圧トランス３及び共振用コイル４を支えておく。変圧トランス３及び共振用コイル４が内部に配置された導電体７内に樹脂を流し込み、脱泡作業を行うことにより、導電体７の内部にて変圧トランス３及び共振用コイル４を絶縁体６でモールドできる。
【００４３】
なお、導電体７内部の高電圧領域の内部配線４１には、１００Ωから２０ｋΩの抵抗成分が含まれており、放射ノイズを低減する効果がある。しかし、必ずしも抵抗成分を意図的に設ける必要はなく、設けない場合には、消費電力を低減する効果が得られる。
【００４４】
バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００とを一体型とし着脱不可とした構造の場合は、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００との接続に硬化性の樹脂を使用可能であり、導電体７と六角部５６を溶接又ははんだ付けして固定できる。または、点火プラグ２００への接続部５の凹形状を円柱と六角柱との二段階構造とし、点火プラグ２００の六角部５６も絶縁体６の内部に押し込むようにしてもよい。
【００４５】
いずれの場合も、第二電極５４に設けた雄ねじ形状により点火プラグ装着位置６１に点火プラグ２００を取り付ける際には、一体型となっているバリア放電用コイル１００を点火プラグ２００とともに回さなければならない。このため、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００とを一体型とする場合には、導電体７の上部に取り付け用治具を設ける。取り付け用治具は、六角柱状の突起又は六角形形状の凹部である。なお、導電体７に取り付け用治具を設けるのではなく、プラグホール６２の上部にはみ出した部分の導電体７そのものを六角形状にしてもよい。導電体７の上部に取り付け用治具を設ける場合には、六角柱状の突起又は六角形形状の凹部のサイズを自由に設定できる利点がある。一方、導電体７の上部を六角形状とする場合には、取り付け用の治具が不要となって小型化できる利点がある。なお、取り付け用治具は、プラスドライバで締め付けられるように十字の溝を備えていてもよい。
【００４６】
実施の形態１にかかる点火装置３０は、放電領域５５で安定して誘電体バリア放電を発生させることができるため、燃焼室６３内の混合気が薄くても、点火させることができる。したがって、実施の形態１にかかる点火装置３０を適用したガソリンエンジン６７は、燃料消費量を抑えることが可能となる。また、実施の形態１にかかる点火装置３０は、高電圧経路における点火に不要な放電及び放射ノイズを抑制してエネルギ伝送効率をさせることができる。また、実施の形態１にかかる点火装置３０は、周辺機器への電気的及び熱的な損傷を抑制できる。
【００４７】
なお、上記の説明においては、絶縁体６は、昇圧装置４０、内部配線４１，４２及び接続部５を封止するとしたが、放電電圧が印加される接続部５及び内部配線４１を少なくとも覆うことにより、不要な放電及びノイズの発生を抑制する効果が得られる。すなわち、変圧トランス３及び共振用コイル４の少なくとも一方と点火プラグ２００とによって構成された昇圧回路４３の少なくとも一部が絶縁体６で覆うことにより、不要な放電及びノイズの発生を抑制する効果が得られる。
【００４８】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる点火装置の斜視図である。図９は、実施の形態２にかかる点火装置の構成を示す断面図である。なお、図８及び図９は、バリア放電用コイル１０１と点火プラグ２００とを接続する前の状態を示している。なお、以下の説明においては、実施の形態１と同様の機能を果たす部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４９】
実施の形態２にかかる点火装置３１は、図８に示すように、交流電源１とバリア放電用コイル１０１と、点火プラグ２００とで構成される。バリア放電用コイル１０１の構造は、実施の形態１のバリア放電用コイル１００とは異なっている。交流電源１及び点火プラグ２００は、実施の形態１にかかる点火装置３０と同様である。実施の形態１では、変圧トランス３と共振用コイル４との少なくとも一方を備えた昇圧装置４０をプラグホール６２の上部に配置していたが、実施の形態２ではプラグホール６２の上部には昇圧装置４０を配置する空間を設けない。
【００５０】
コネクタ９１は、導電体７の表面に配置されている。バリア放電用コイル１０１全体がプラグホール６２内に配置されるため、バリア放電用コイル１０１の上面にコネクタ９１を配置している。
【００５１】
図９に示すように、変圧トランス３と共振用コイル４との両方をプラグホール６２内に配置すると、高電圧領域がプラグホール６２内及び燃焼室６３内に限定されるため、放射ノイズが低減される。これは、高電圧に起因して発生する電磁波がプラグホール６２及び燃焼室６３の部分のエンジン筐体で反射及び吸収を繰り返すことで、交流電源１又は自動車に搭載されているエンジンコントロールユニットに到達する電磁波が弱められるためである。
【００５２】
実施の形態１と同様に、変圧トランス３を交流電源１に組み込んでバリア放電用コイル１００内に共振用コイル４のみを昇圧装置４０に配置してもよい。図１０は、実施の形態２にかかる点火装置の共振用コイルのみを配置した昇圧装置を有するバリア放電用コイルの構成を示す断面図である。なお、図１０は、バリア放電用コイル１０１と点火プラグ２００とを接続する前の状態を示している。この場合は、交流電源１のサイズが大きくなり、プラグホール６２の外に２ｋＶから３ｋＶの電圧経路が存在するが、バリア放電用コイル１００の小型化が可能である。
【００５３】
また、変圧トランス３を使用せず交流電源１の直流−直流コンバータ７２と共振用コイル４を用いたリアクタンス−コンダクタンス共振のみで電圧を上昇させてもよい。共振用コイル４を使用せずに変圧トランス３の漏れインダクタンスと点火プラグ２００の静電容量との間でリアクタンス−コンダクタンス共振を行ってもよい。変圧トランス３を使用しない場合は、交流電源１で必要とされる電圧の昇圧比が増加してしまい、共振用コイル４を使用しない場合はエネルギ損失が増加してしまうが、いずれもバリア放電用コイル１０１を小型化することが可能となる。
【００５４】
交流電源１及び点火プラグ２００の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。また、コネクタ９１は、交流電源１と昇圧装置４０との接続部であり、実施の形態２のバリア放電用コイル１０１における点火プラグ２００と反対側の端子に六角形状を備えて配置される。バリア放電用コイル１０１と点火プラグ２００とを着脱不可とした場合には、コネクタ９１をプラグレンチのような工具で回すことで、点火プラグ２００とエンジンとをねじで固定する。
【００５５】
実施の形態２にかかる点火装置３１は、実施の形態１にかかる点火装置３０と比較して、放射ノイズを低減することができる。
【００５６】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３にかかる点火装置の構例を示す断面図である。なお、図１１は、バリア放電用コイル１００と点火プラグ２００とを接続する前の状態を示している。なお、以下の説明においては、実施の形態１と同様の機能を果たす部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５７】
実施の形態３にかかる点火装置３２は、交流電源１と、バリア放電用コイル１０２と、点火プラグ２００とで構成される。バリア放電用コイル１０２の構造は、実施の形態１のバリア放電用コイル１００とは異なっている。交流電源１及び点火プラグ２００は、実施の形態１にかかる点火装置３０と同様である。バリア放電用コイル１０２は、導電体７の構成が、実施の形態１にかかる点火装置３０のバリア放電用コイル１００と異なっている。実施の形態１では、金属製の筐体を使用して導電体７にしていたが、実施の形態３では、プラスチックのような絶縁物を筐体に用いる。具体的には、図１１に示すように、絶縁物の筐体８１に絶縁体６及び昇圧装置４０を内蔵し、筐体８１の表面に導体を塗布又はめっきして膜状の導電体７とする。飛散物の衝突又は表面の腐食によって、導体の塗布膜又はめっき膜に間隙が生じると不要なバリア放電が発生してしまうため、導電体７は１μｍから３ｍｍの厚さを必要とする。
【００５８】
導体を塗布する場合は、溶かした金属を表面に直接塗布してもよいし、導電スプレーを用いて噴霧状の導体を塗布してもよい。塗布する金属は、ニッケル又は銅を適用できる。溶かした金属を表面に塗布する場合は、高温となるため、筐体８１の溶融及び熱的な劣化に注意する必要があるが、比較的間隙を生じることなく塗布しやすい。一方、噴霧状の導体を塗布する場合は、低温で塗布できる。
【００５９】
めっき被膜を導電体７とする場合は、めっき対象が絶縁物であるため、無電解めっきを施す。無電解めっきは、銅、ニッケル、コバルト、銀、白金といった金属をめっきすることが可能であり、電解めっきと比較すると一様にめっき可能であり、めっき被膜に穴が発生しにくい。
【００６０】
実施の形態３にかかる点火装置３２は、導電体７内に樹脂を流し込んで絶縁体６を形成する必要がないため、絶縁体６内に気泡が生じ、不要な放電が発生してしまうことを防止できる。
【００６１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  交流電源、２，９１  コネクタ、３  変圧トランス、４  共振用コイル、５，５１  接続部、６  絶縁体、７  導電体、３０，３１，３２  点火装置、４１，４２  内部配線、４３  昇圧回路、５２  第一電極、５３  誘電体、５４  第二電極、５５  放電領域、５６  六角部、６１  点火プラグ装着位置、６２  プラグホール、６３  燃焼室、６４  吸気バルブ、６５  排気バルブ、６６  ピストン、６７  ガソリンエンジン、７１  バッテリ、７２  直流−直流コンバータ、７３  スイッチング素子、７４  フルブリッジ回路、１００，１０１，１０２  バリア放電用コイル、２００  点火プラグ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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