JP2009085038A - Plasma ignition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の点火に用いられるプラズマ式点火装置の信頼性向上に関するものである。 The present invention relates to improving the reliability of a plasma ignition device used for ignition of an internal combustion engine.
自動車エンジン等の内燃機関において、図１２に示すようなプラズマ式点火装置１ｘが知られている。この装置では、プラズマ式点火プラグ１０ｘの中心電極１１０ｘと接地電極１３１ｘとの間に放電用電源２０ｘから高電圧を印加するとともに、中心電極１１０ｘと接地電極１３１ｘとの間に形成された放電空間１４０ｘ内で放電が開始する瞬間に、プラズマエネルギ供給用電源３０ｘから大電流を供給して、放電空間１４０ｘ内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして、放電空間１４０ｘの先端から噴射して点火をおこなうことができる。
In an internal combustion engine such as an automobile engine, a
プラズマ式点火装置１ｘによる点火では、容積的に大きな範囲の高温域が発生する上に、指向性に富んだ火炎核が着火源となって圧縮混合気の着火爆発が励起されるので、直噴エンジンの燃焼において希薄な混合気を燃焼させるため、点火プラグの付近に濃い混合気が集まるようにして、燃焼を容易にする成層燃焼への応用が期待されている。
In the ignition by the
しかし、プラズマ式点火装置１ｘにおいては、プラズマエネルギ供給用コンデンサ４３ｘ内に蓄えられたエネルギを瞬時にプラズマ式点火プラグへ供給するので、１０μｓｅｃ程度の極めて短い放電期間に１００Ａ程度の大電流が流れる。これがエンジンの回転に応じて周期的に繰り返されて、高周波の電波雑音が発生する。
この様な電波雑音は車両に搭載された電子制御装置の誤動作等を引き起こし、エンジンの失火に至る虞がある。
かかる電波雑音の防止方法として、特許文献１には、プラズマエネルギ供給用電線の外周を金属体でシールドすることにより電波雑音を遮断する方法が開示されている。
Such radio noise may cause malfunction of an electronic control unit mounted on the vehicle, and may cause engine misfire.
As a method for preventing such radio noise, Patent Document 1 discloses a method for shielding radio noise by shielding the outer periphery of a plasma energy supply wire with a metal body.
ところが、従来の方法では、シールドとしてプラズマ供給用電線を覆う金属体とプラズマ供給用電線との間に形成される浮遊容量は、曲げによって不規則に変化するため、新たな電波雑音の発生源となる虞がある。
又、シールドの不完全な所があれば電波雑音は漏れるので、放電用配線およびプラズマエネルギ供給用電線と点火プラグキャップとの全体をシールドする必要があり、近年の複雑化したエンジンルーム内で使用するには汎用性に欠け、搭載性が劣る。しかも、シールドが広範囲に渡ると、シールド自身がアンテナとして機能し、電波雑音を発信してしまう虞もある。
However, in the conventional method, the stray capacitance formed between the metal body that covers the plasma supply wire as a shield and the plasma supply wire changes irregularly due to bending, so that a new source of radio noise is generated. There is a risk of becoming.
Also, if there is an imperfect shield, radio noise will leak, so it is necessary to shield the entire discharge wiring, plasma energy supply wire, and spark plug cap. Therefore, the versatility is lacking and the mountability is inferior. In addition, when the shield extends over a wide area, the shield itself functions as an antenna and may cause radio noise.
加えて、上記点火コイルと放電場としてのプラズマ式点火プラグとによって発信回路が形成され、上記点火コイルから２次電圧が加わり放電を開始する時に電波雑音が発生し、上記プラズマエネルギ供給用電線がアンテナとなって外部に漏れる虞もある。しかしながら、上述した如く上記プラズマエネルギ供給用電線には大電流を流さなければならないので、上記プラズマエネルギ供給用電線上に抵抗を介装して放電開始時の電波雑音の発生を防止することはできない。 In addition, a transmission circuit is formed by the ignition coil and a plasma ignition plug as a discharge field. When a secondary voltage is applied from the ignition coil to start discharge, radio noise is generated. There is also a risk of leaking outside as an antenna. However, since a large current must flow through the plasma energy supply wire as described above, it is not possible to prevent generation of radio noise at the start of discharge by interposing a resistor on the plasma energy supply wire. .
そこで、本願発明はかかる実情に鑑み、電波雑音の遮断性に優れ、信頼性の高いプラズマ式点火装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present invention has an object to provide a plasma ignition device that is excellent in blocking radio noise and has high reliability.
請求項１の発明では、内燃機関に装着される点火プラグと、該点火プラグに高電圧の印加を行う放電用電源と大電流の供給とを行うプラズマエネルギ供給用電源とからなり、放電用電源からの高電圧の印加と上記プラズマエネルギ供給用電源回路からの大電流の供給とによって、放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、
少なくとも、プラズマエネルギ供給用電源から点火プラグへの電流を整流しつつ、放電用電源からプラズマエネルギ供給用電源への電流を阻止する整流素子と、放電用電源と点火プラグとの間に直列に介装した抵抗体と、整流素子とプラズマエネルギ供給用電源との間に点火プラグと並列に介装したコンデンサとを具備し、整流素子と抵抗体とコンデンサとによって構成する電波雑音低減素子部の少なくとも一部を上記内燃機関に形成されたプラグホール内に載置し、かつ、整流素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a spark plug mounted on the internal combustion engine, a discharge power source that applies a high voltage to the spark plug, and a plasma energy supply power source that supplies a large current. In the plasma ignition device for igniting the internal combustion engine with the gas in the discharge space in a high-temperature and high-pressure plasma state by applying a high voltage from and supplying a large current from the plasma energy supply power supply circuit,
At least a rectifying element that rectifies the current from the plasma energy supply power source to the spark plug while blocking the current from the discharge power source to the plasma energy supply power source, and is connected in series between the discharge power source and the spark plug. And a capacitor interposed in parallel with the spark plug between the rectifying element and the plasma energy supply power source, and at least a radio noise reduction element unit configured by the rectifying element, the resistor, and the capacitor. A part thereof is placed in a plug hole formed in the internal combustion engine, and the rectifying element uses a wide band gap semiconductor.
一般に、ワイドバンドギャップ半導体は、従来のシリコン半導体を用いた整流素子に比べ耐熱性が高く、従来使用できなかった高温環境下での動作が安定している。請求項１の発明によれば、以下の効果が期待できる。
（１）上記抵抗体により放電用電源からの放電電流による電波雑音を吸収することができる。又、
（２）上記コンデンサを上記整流素子の上流側で上記点火プラグの可及的近傍に載置することによって、プラズマエネルギ供給用電源からの電流が減衰されることなく、高周波の電波雑音のみをバイパスして外部への発信を防止できる。加えて、
（３）プラグホールが電波雑音を吸収する電磁シールドとして作用するので、エンジンの制御に影響を与える虞がない。更に、
（４）電波雑音低減素子部をプラグホール内の高温環境下に載置しても、高温安定性に優れたワイドバンドギャップ半導体を用いるので上記整流素子が熱暴走する虞がなく、安定した点火が可能となる。
従って、電波雑音の遮断性に優れ、かつ、高温環境下でも安定した点火が可能な信頼性の高いプラズマ式点火装置が実現できる。
In general, a wide band gap semiconductor has higher heat resistance than a rectifying element using a conventional silicon semiconductor, and is stable in a high temperature environment that could not be used conventionally. According to the invention of claim 1, the following effects can be expected.
(1) Radio wave noise due to a discharge current from a discharge power source can be absorbed by the resistor. or,
(2) By placing the capacitor on the upstream side of the rectifying element as close as possible to the spark plug, the current from the plasma energy supply power source is not attenuated and only high frequency radio noise is bypassed. Thus, outgoing calls can be prevented. in addition,
(3) Since the plug hole acts as an electromagnetic shield that absorbs radio noise, there is no possibility of affecting engine control. Furthermore,
(4) Even if the radio noise reduction element is placed in a high temperature environment in the plug hole, a wide band gap semiconductor having excellent high temperature stability is used, so there is no risk of the rectifying element going out of control and stable ignition. Is possible.
Therefore, it is possible to realize a highly reliable plasma ignition device that has excellent radio noise blocking properties and can perform stable ignition even in a high temperature environment.
点火プラグの放電によって発生する電波雑音は、出来るだけ点火プラグに近い所で減衰させると良い。そこで、点火プラグの可及的近傍に整流素子を載置するのが望ましい。
近年、自動車エンジンでは、構造上プラグホールを介してエンジンの奥に点火プラグが搭載されている。このためプラグホール内は、燃焼熱を受けて高温となっている。こうした高温環境下では、高温環境下での温度安定性が高く、信頼性のより高い、ワイドバンドギャップ半導体を使うのが有利である。
又、電波雑音低減の効果は、上記電波雑音低減素子部を構成する素子、即ち、上記整流素子、上記抵抗体、上記コンデンサの全てをプラグホール内に載置するのがより望ましいが、これらの素子の内、少なくとも上記整流素子がプラグホール内に載置されていれば、本発明の効果が発揮される。
Radio noise generated by the spark plug discharge should be attenuated as close to the spark plug as possible. Therefore, it is desirable to place a rectifying element as close as possible to the spark plug.
In recent years, a spark plug is mounted on the back of the engine through a plug hole in the automobile engine. For this reason, the inside of the plug hole is heated due to the combustion heat. Under such a high temperature environment, it is advantageous to use a wide band gap semiconductor that has high temperature stability under high temperature environment and higher reliability.
Further, the effect of reducing the radio noise is more desirable to place all the elements constituting the radio noise reduction element section, that is, the rectifying element, the resistor, and the capacitor in the plug hole. If at least the rectifying element is placed in the plug hole, the effect of the present invention is exhibited.
具体的には、請求項２の発明の様に、上記整流素子は、ワイドバンドギャップ半導体としてＳｉＣ半導体を用いたダイオードによって実現できる。ＳｉＣ半導体は、バンドギャップが大きいので耐熱性が高く、かつ電子移動度が高いので低抵抗化が期待できる。従って、プラズマエネルギ供給用電源からの大電流の損失が少なく、安定した点火を実現できる。 Specifically, as in the invention of claim 2, the rectifying element can be realized by a diode using a SiC semiconductor as a wide band gap semiconductor. Since the SiC semiconductor has a large band gap, the heat resistance is high and the electron mobility is high, so that a reduction in resistance can be expected. Therefore, there is little loss of a large current from the plasma energy supply power source, and stable ignition can be realized.
請求項３の発明では、上記整流素子は、高熱伝導率材料からなる放熱板を具備する。 According to a third aspect of the present invention, the rectifying element includes a heat sink made of a high thermal conductivity material.
請求項３の発明によれば、整流素子からの発熱を速やかに発散するので、更に整流素子の作動が安定化し、プラズマ式点火装置の信頼性が向上する。 According to the invention of claim 3, since the heat generated from the rectifying element is quickly diffused, the operation of the rectifying element is further stabilized, and the reliability of the plasma ignition device is improved.
請求項４の発明では、上記整流素子は、複数のダイオードを直列に接続して構成する。 According to a fourth aspect of the present invention, the rectifying element is configured by connecting a plurality of diodes in series.
請求項４の発明によれば、プラズマエネルギ供給用電源から供給エネルギを大電力とすることが可能となり、より多くの気体がプラズマ化され、点火源となる高温領域が、より大きな容積で発生するのでプラズマ式点火装置の信頼性が向上する。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to increase the supply energy from the plasma energy supply power source, more gas is converted into plasma, and a high-temperature region serving as an ignition source is generated with a larger volume. Therefore, the reliability of the plasma ignition device is improved.
請求項５の発明では、上記整流素子は、直列に接続された複数のダイオードを複数並列に接続して構成する。 In the invention of claim 5, the rectifying element is constituted by connecting a plurality of diodes connected in series in parallel.
請求項５の発明によれば、更にプラズマエネルギ供給用電源から供給エネルギを大電力とすることが可能となり、更にプラズマ式点火装置の信頼性が向上する。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to further increase the supply energy from the plasma energy supply power source, and further improve the reliability of the plasma ignition device.
請求項６の発明では、上記整流素子は、その周囲を耐熱性弾性緩衝部材で覆う。 In the invention of claim 6, the rectifying element covers the periphery thereof with a heat-resistant elastic buffer member.
請求項６の発明によれば、整流素子の熱膨張率と他の部材との熱膨張率との差によって生じるストレスを緩衝することができるので、更に整流素子の耐久性、安定性が向上する。更に信頼性の高いプラズマ式点火装置が実現できる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the stress caused by the difference between the thermal expansion coefficient of the rectifying element and the thermal expansion coefficient of the other member can be buffered, the durability and stability of the rectifying element are further improved. . Furthermore, a highly reliable plasma ignition device can be realized.
請求項７の発明では、少なくとも上記整流素子と上記抵抗体と上記コンデンサとを１のケース内に一体的に収納する。 In the invention of claim 7, at least the rectifying element, the resistor and the capacitor are integrally housed in one case.
請求項７の発明によれば、上記整流素子と上記抵抗体と上記コンデンサとが一体的に載置された上記低減素子部を構成し、少なくともその一部をプラグホール内に極めて容易に載置することが可能となる。従って、電波雑音の遮断性に優れ、耐久性の高いプラズマ式点火装置を実現できる。 According to a seventh aspect of the present invention, the reduction element portion in which the rectifying element, the resistor, and the capacitor are integrally mounted is configured, and at least a part of the reduction element portion is extremely easily mounted in the plug hole. It becomes possible to do. Therefore, it is possible to realize a plasma igniter that is excellent in radio wave noise blocking properties and has high durability.
請求項８の発明の様に、上記ケースは、軸条に形成し外部表面を金属のメッキを施した電気絶縁性の耐熱樹脂で構成しても良い。または、請求項９の発明の様に、上記ケースは、金属を用いて形成した筒体とその内部を充填する電気絶縁性の耐熱樹脂で構成しても良い。 As in the eighth aspect of the invention, the case may be formed of an electrically insulating heat-resistant resin formed on a shaft and having an outer surface plated with metal. Alternatively, as in the ninth aspect of the invention, the case may be formed of a cylindrical body formed of metal and an electrically insulating heat resistant resin filling the inside thereof.
請求項８および請求項９の発明によれば、上記整流素子、上記抵抗体、上記コンデンサとプラグホールとの電気絶縁性が確実となる、上に、ケースの金属部位が電磁シールドとして作用するため、電波雑音の遮断性が更に向上する。従って、高い信頼性を備えたプラズマ式点火装置を実現できる。 According to the eighth and ninth aspects of the invention, the electrical insulation between the rectifying element, the resistor, the capacitor and the plug hole is ensured, and the metal part of the case acts as an electromagnetic shield. In addition, the blocking property of radio noise is further improved. Therefore, a plasma ignition device having high reliability can be realized.
本発明の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。
本実施形態におけるプラズマ式点火装置１は、点火プラグ１０と放電用電源２０とプラズマエネルギ供給用電源３０と、本発明の要部である電波雑音低減素子部４０とによって構成されている。
点火プラグ１０の放電にて発生する電波雑音は、出来るだけ点火プラグ１０に近い所で減衰させると良い。そこで、点火プラグ１０の可及的近傍に整流素子３０５を載置するのが望ましい。
プラグホール５０１を介してエンジン５００の奥に点火プラグ１０が搭載されている。このためプラグホール５０１内は、燃焼室５１１からの燃焼熱を受けて高温となる。
本実施形態では、こうした高温環境下では、整流素子３０５に、高温環境下での温度安定性が高く、信頼性のより高い、ワイドバンドギャップ半導体としてＳｉＣダイオード３５０を使用している。
又、電波雑音低減の効果は、電波雑音低減素子部４０を構成する素子全部をプラグホール５０１内に載置するのがより望ましいが、少なくとも整流素子３５がプラグホール５０１内に載置されていれば、本発明の効果が発揮される。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The plasma ignition device 1 according to this embodiment includes an
The radio noise generated by the discharge of the
In this embodiment, in such a high temperature environment, the
The effect of reducing radio noise is more desirably placed in the
プラズマ式点火プラグ１０は、内燃機関５０のエンジンブロック５００とシリンダーブロック５１０とで形成される燃焼室５１１内に先端が露出するようにエンジンブロック５００に設けられたプラグホール５０１内に装着されている。
プラズマ式１０は、導電性の金属材料からなる円柱状の中心電極１１０と上記中心電極１１０を絶縁保持する筒形の絶縁碍子１２０と絶縁碍子１２０を覆う有底筒状の金属製のハウジング１３３とによって構成されている。
中心電極１１０の基端側は中心電極ターミナル部１１１と導通している。
The
The
The proximal end side of the
ハウジング１３３の先端部は、内側に向かって屈曲し、環状の接地電極開口部有する接地電極１３０となっている。
中心電極１１０の先端平面と絶縁碍子１２０の内側面と接地電極開口部の内側面とで放電空間１４０を形成している。
ハウジング１３３の先端側外周部には、エンジンブロック５００に設けられたプラグホール５０１内に固定するとともにハウジング１３３とエンジンブロック５００とを電気的に接地状態とするためのハウジングネジ部１３２が形成され、基端側外周部にはネジ部１３２を締め付けるためのハウジング六角部１３３が形成されている。
The distal end portion of the
A
A
放電用電源２０は、バッテリ、オルタネータ等の電源２０１、イグニションスイッチ２０２、点火コイル２０３、点火コイル駆動回路２０４、電子制御装置２０５、放電回路用整流素子２０６によって構成されている。
The
プラズマエネルギ供給用電源３０は、バッテリ、オルタネータ等の電源３０１、抵抗体３０、プラズマエネルギ供給用コンデンサ３０３によって構成されている。
The plasma energy
放電用電源２０は、抵抗体２０７を介して点火１０の中心電極ターミナル部１１１に接続されている。
プラズマエネルギ供給用電源３０は、整流素子３０５を介して中心電極ターミナル部１１１に接続されている。更に整流素子３０５とプラズマエネルギ供給用電源３０との間には、コンデンサ３０４が、プラズマエネルギ供給用コンデンサ３０３と並列に介装されている。
The
The plasma energy
イグニションスイッチ２０２を入れると、点火コイル２０３の一次側コイルに１次電圧が印加され、ＥＣＵ２０５の点火信号に従って、点火コイル２０４のスイッチングによって、点火コイル２０３の二次側コイルに数〜数１０ｋＶの高電圧が発生し、放電回路用整流素子２０６によって、中心電極１１０が陽極となり、接地電極１３０が陰極となるように整流され、抵抗２０７を介して、点火１０に印加される。
When the
放電用電源２０の二次電圧が点火プラグ１０の中心電極１１０と接地電極１３０との間に形成される放電空間１４０の絶縁耐圧以上に昇圧されると、放電空間１４０の絶縁が破壊されるブレークダウン放電が起こる。
一方、プラズマエネルギ供給用コンデンサ３０３は、電源３０１によって充電されている。ブレークダウン放電がおこるとプラズマエネルギ供給用コンデンサ３０３に蓄えられた電荷が大電流として放電され、放電空間１４０内に瞬間的に放出される。
放電回路用整流素子２０６は、放電用電源２０からの電流方向を整流するとともに、プラズマエネルギ供給電源３０からの電流の逆流を阻止している。
整流素子３０５は、プラズマエネルギ供給用電源３０から放電された大容量の電流を整流するとともに。放電用電源２０からの放電電流の逆流を阻止している。
When the secondary voltage of the
On the other hand, the plasma
The discharge
The rectifying
プラズマエネルギ供給用電源３０から大電流が放電されると放電空間１４０の気体が高温高圧のプラズマ状態となって燃焼室５１１内に噴射され、内燃機関の点火が行われる。
When a large current is discharged from the plasma energy
本発明の要部である電波雑音低減素子部４０について詳述する。
電波雑音低減素子部４０は、略筒状に形成された金属製のケース４０２とその内部に載置された抵抗体２０７とコンデンサ３０４と整流素子３０５とによって構成されている。
ケース４０２の外周には、プラグホール５０１内に螺結するためのケースネジ部４０３が形成されている。
ケース４０２の内部は、抵抗体２０７とコンデンサ３０４と整流素子３０５との絶縁と固定とを図るため、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の耐熱性樹脂４０１が充填されている。
更に、電波雑音低減素子部４０の先端側には、１０の頭部に嵌着するための耐熱ゴムなどの弾性緩衝部材からなり筒状の点火プラグキャップ４０４が形成されている。
The radio noise
The radio wave noise
A
The inside of the
Further, a cylindrical
尚、ケース４０２は、上述の如く金属で形成しても良いし、耐熱性樹脂で形成し、表面を金属メッキで覆う構造でも良い。
ケース４０２は電磁シールドとして機能し、発生した電波雑音がプラグホール５０１の外へ発信するのを防止できる。
The
The
整流素子３０５は、ＧａＮやダイヤモンド等と同じワイドバンドギャップ半導体の一種であるＳｉＣ半導体を用いたＳｉＣダイオード３５０を複数直列に接続して構成されている。複数のダイオードによって構成することで、プラズマエネルギ供給用電源３０から供給エネルギを大電力とすることが可能となる。より多くの気体がプラズマ化されるので、点火源となる高温領域の容積が大きくなりプラズマ式点火装置の信頼性が向上する。
プラグホール５０１内は、内燃機関５０からの熱と、電波雑音低減素子部４０に含まれる素子からの発熱によって、１５０℃以上の高温環境となる虞がある。従来のシリコン半導体は、１５０℃以上の高温では、過熱によって熱電子が発生し、キャリアの増加を招き、逆電流を許容してしまう熱暴走を起こす虞があるが、ＳｉＣ半導体は、１８０℃の耐熱性があり、プラグホール５０１内の高温環境下でも安定している。
更にＳｉＣダイオード３５０は、小型でも大容量の電流を流すことができる。加えて、従来のシリコンダイオードのオン電圧は４５ｖと高いが、本実施形態に用いたＳｉＣダイオード３５０のオン電圧は３５ｖと低いので、プラズマエネルギ供給用電源３０からのエネルギの放出残りを低くできる。
又、ＳｉＣダイオード３５０は、高周波特性が良好であるため、瞬間的に大電流を流すことが可能で、点火装置としての着火安定性の向上が期待できる。
The rectifying
The
Furthermore,
Further, since the
それぞれのＳｉＣダイオード３５０には、Ａｌ、Ｃｕ等の高熱熱伝導率金属材料、又は、ＳｉＣ、ＡｌＮ等の高熱伝導率セラミック材料を用いた放熱板３５１が取り付けられている。放熱板３５１によって、ＳｉＣダイオード３５０に発生した熱が速やかに放散されるので、更に熱暴走が抑制される。
Each
又、整流素子３０５は、フッ素ゴム、シリコンゴム等の耐熱性ゴムからなる弾性緩衝部材３５２によって覆われている。
弾性緩衝部材３５２は、整流素子３０５と他の部材との電気絶縁性を確保すると共に、整流素子３０５の熱膨張、収縮による体積変化を吸収していため、整流素子３０５に働く外部からの機械的ストレスが緩衝され整流素子３０５の耐久性が向上する。
尚、本実施形態においては、放電回路用整流素子２０６は、プラグホール５０１の外部に設けられているので、ＳｉＣダイオードを用いなくても良い。
The rectifying
The
In the present embodiment, since the discharge
放電用電源からのブレークダウン放電時に発生する電波雑音は、抵抗体２０７によって吸収され、又、プラズマエネルギ供給用電源３０から供給される電流の変化に伴い発生する高周波の電波雑音は、コンデンサ３０３と並列に介装されたコンデンサ３０４によって吸収される。
又、発生した電波雑音は、コンデンサ３０４と中心電極１１０との配線の長が長いほどこれがアンテナとなって外部に漏れやすくなる。従って、この距離は短いほど良く、プラグホール内に電波雑音低減素子部４０を載置することで、この配線の長を極めて短くすることができる。プラグホール５０１内に電波雑音発生源を収納することで、エンジンブロック５００が電磁シールドとして機能し、確実に電波雑音がプラグホール５０１から外部へ発信されるのを抑制できる。
Radio noise generated at the time of breakdown discharge from the discharge power source is absorbed by the
Also, the generated radio noise becomes more likely to leak to the outside as the length of the wiring between the
図２に、本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ａの全体構成を示す。第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付したので説明を省略し、相違点のみ説明する。本実施形態においては、放電回路用整流素子２０６ａは、整流素子３０５と同様にＳｉＣダイオードを用い、これを弾性緩衝部材２０８で覆いつつ、ケース４０２内に一体的に収納した点が第１の実施形態と相違する。
本実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様の効果に加え、この様な構成とすることによって、放電用電源２０から１０までの間で発生する電波雑音がプラグホール外へ放出するのを更に低減できるので、プラズマ式点火装置１ａの信頼性が更に向上する。
尚、放電回路用整流素子２０６ａには、流れる電流が小さいため、発熱量が少なく放熱板をつけなくても良い。
FIG. 2 shows the overall configuration of a
According to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, radio noise generated between the
In addition, since the flowing current is small, the discharge
又、放電回路用整流素子２０６ａと整流素子３０５との間には、耐熱性樹脂４０１が充填されているので、これが、絶縁部材として作用し、放電回路用整流素子２０６ａと整流素子３０５との間に高電圧がリークすることがない。
更に、弾性緩衝部材２０８によって、放電回路用整流素子２０６ａの熱膨張ストレスが緩衝される。
本実施形態では、優れた電波雑音の遮断性と、高い耐久性、安定性に加え、ケース４０２内に放電回路用整流素子２０６ａ、電波雑音低減用抵抗２０７、電波雑音低減用コンデンサ３０４、整流素子３０５が収納できるので、プラグホール５０１内への搭載性も向上する。
In addition, since the heat-
Further, the
In this embodiment, in addition to excellent radio noise blocking properties, high durability, and stability, the
図３に、本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火装置１ｂの全体構成を示す。第１、第２の実施形態と同じ構成については同じ符号を付したので説明を省略し、相違点のみ説明する。
図３に示すように、本実施形態では、整流素子３０５ｂは、直列に接続された複数のダイオード３５０ｂを更に複数並列に接続して構成してある。本実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様の効果に加え、この様な構成とすることで、更にプラズマエネルギ供給用電源から供給エネルギを大電力とすることが可能となり、プラズマ式点火装置の信頼性が更に向上する。
従来のシリコン半導体を用いたダイオードでは、ダイオードの順方向電圧は、負の温度特性を持っており、温度が上昇するにつれて、順方向電圧は低下するので、複数のダイオードを並列に接続しても、いずれか一方のダイオードの温度が上昇した場合には、温度が上昇した側のダイオードの順方向電圧が低下して、並列に接続されたダイオードに流れる電流にアンバランスが生じ、電流が多くなった側のダイオードは、自己発熱によって温度が上昇し、その結果、順方向電圧がさらに低下し、これが繰り返され、結局、一方のダイオードだけにしか電流が流れなくなってしまう虞があり、抵抗体を入れて電流を調整しなければならず、大電流を流すことができない。
本発明によれば、ワイドバンドギャップ半導体は、高温特性が安定しており、上記のような熱暴走の虞がなく、並列接続によって大容量化を図ることができる。
FIG. 3 shows the overall configuration of a
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the rectifying
In a conventional diode using a silicon semiconductor, the forward voltage of the diode has a negative temperature characteristic, and as the temperature rises, the forward voltage decreases. Therefore, even if multiple diodes are connected in parallel, When the temperature of one of the diodes increases, the forward voltage of the diode on the higher temperature side decreases, causing an imbalance in the current flowing through the diodes connected in parallel and increasing the current. The diode on the other side rises in temperature due to self-heating, and as a result, the forward voltage further decreases, and this is repeated, so that current may flow only to one of the diodes. In order to adjust the current, it is impossible to pass a large current.
According to the present invention, the wide band gap semiconductor has stable high-temperature characteristics, and there is no risk of thermal runaway as described above, and a large capacity can be achieved by parallel connection.
尚、上記ケースを、軸条に形成し外部表面を金属のメッキを施した電気絶縁性の耐熱性樹脂で構成しても良い。金属メッキ部が、電磁シールドの機能を果たす。耐熱性樹脂部が、各素子の収納保持と絶縁性確保の機能を果たす。 The case may be formed of an electrically insulating heat-resistant resin formed on a shaft and having an outer surface plated with metal. The metal plating part functions as an electromagnetic shield. The heat-resistant resin part functions to store and hold each element and ensure insulation.
図４に本発明に用いられるＳｉＣダイオードの形状例を示す。
本図（ａ）は、筒状のＳｉＣダイオード３５０に円盤状の放熱板３５１を付加した例を示し、（ｂ）は、角板状の樹脂モールドで封止したＳｉＣダイオード３５０ａに板状の放熱板３５１ａを付加した例である。
FIG. 4 shows a shape example of the SiC diode used in the present invention.
This figure (a) shows the example which added the disk-shaped
図５は、本発明のプラズマ式点火装置に適用し得る点火プラグの要部断面図を示し、本図（ａ）は、絶縁部材１２０ａ並びに接地電極１３０ａを筒状に形成したプラズマ式点火プラグ１０ａ、（ｂ）は、絶縁部材１２０ｂの下端面に沿って放電を行う沿面放電点火プラグ１０ｂ、（ｃ）は、中心電極１１０ｃが内燃機関内に露出した位置で対向する接地電極１３０ｃとの間で放電空間１４０ｃを形成するエアギャップ型のスパーク点火プラグ１０ｃである。
本発明のプラズマ式点火装置はいずれの点火プラグにも適宜採用できるものである。
加えて、本図（ａ）に示すプラズマ式点火プラグ１０ａを用いた場合、上述した本発明の効果に加えて、接地電極１３０ａが、放電空間１２０ａの内径よりも外側に配設されているので、プラズマ状態となった陽イオンの衝突力が弱まるので、陰極スパッタリングによる電極消耗が抑制され、点火装置としての信頼性が更に向上する。
又、本図（ｂ）に示す沿面放電プラグ１０ｂを用いた場合、上述した本発明の効果に加え、放電空間１４０ｂが、機関燃焼室内に完全に露出しているので、放電空間１４０ｂ内に放出されたエネルギーが放電空間１４０ｂ内の移動の為の運動エネルギーとして消費されっることなくほとんど全てを燃料の着火に利用できるので、更に着火安定性の向上が期待できる。
更に、本図（ｃ）の示すスパーク点火プラグ１０ｃを用いた場合、上述した本発明の効果に加え、狭い範囲の放電空間１４０ｃ内の気体を高密度でプラズマ状態とすることができるので、更に着火安定性の向上が期待できる
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the main part of a spark plug applicable to the plasma ignition device of the present invention. FIG. 5A shows a
The plasma ignition device of the present invention can be appropriately adopted for any spark plug.
In addition, when the
In addition, when the creeping
Furthermore, in the case where the
本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態においては、一の内燃機関に載置されたプラズマ式点火装置について説明したが、複数からなる内燃機関に気筒毎に載置されたプラズマ式点火装置においても、同様の効果が期待できる。
更に、上記実施形態においては、放電用電源回路を、点火コイルのスイッチングによって昇圧して放電する回路を用いた例について説明したが、点火コイル駆動回路として、電源と点火コイルとの間に直列に介装した昇圧用コンデンサを含み、該昇圧用コンデンサに蓄積した必要なだけの電荷を１次コイルに一気に放電し、点火コイルに急激な時速変化を与え、２次コイルに高電圧を発生させるＣＤＩを用いても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the present embodiment, the plasma ignition device mounted on one internal combustion engine has been described. However, the same effect can be obtained also in a plasma ignition device mounted on a plurality of internal combustion engines for each cylinder. I can expect.
Furthermore, in the above embodiment, an example in which the discharge power supply circuit is a circuit that boosts and discharges by switching of the ignition coil has been described. However, as an ignition coil drive circuit, a series connection between the power supply and the ignition coil is provided. CDI including an intervening boosting capacitor, discharging a necessary amount of electric charge stored in the boosting capacitor to the primary coil at once, causing a rapid change in speed to the ignition coil and generating a high voltage in the secondary coil May be used.
１ プラズマ式点火装置
１０ 点火
２０ 放電用電源
３０ プラズマエネルギ供給用電源
４０ 電波雑音低減素子部
５０ 内燃機関
１１０ 中心電極
１２０ 絶縁部材
１３０ 接地電極
１４０ 放電空間
２０７ 抵抗体
３０５ 整流素子
３５０ ＳｉＣダイオード（ワイドバンドギャップ半導体）
３５１ 放熱板
３５２ 耐熱性弾性緩衝部材
４０１ ケース
４０２ 耐熱性樹脂モールド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma
351
Claims (9)
上記放電用電源からの高電圧の印加と上記プラズマエネルギ供給用電源回路からの大電流の供給とによって、放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態にして内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、
少なくとも、上記プラズマエネルギ供給用電源から上記点火プラグへの電流を整流しつつ、上記放電用電源から上記プラズマエネルギ供給用電源への電流を阻止する整流素子と、
上記放電用電源と上記点火プラグとの間に直列に介装した抵抗体と、
上記整流素子と上記プラズマエネルギ供給用電源との間に上記点火プラグと並列に介装したコンデンサとを具備し、
上記整流素子と上記抵抗体と上記コンデンサとによって構成する電波雑音低減素子部の少なくとも一部を上記内燃機関に形成されたプラグホール内に載置し、かつ、
上記整流素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたことを特徴とするプラズマ式点火装置。 An ignition plug mounted on the internal combustion engine, a discharge power source for applying a high voltage to the spark plug, and a plasma energy supply power source for supplying a large current,
A plasma ignition device for igniting an internal combustion engine by applying a high voltage from the discharge power supply and supplying a large current from the plasma energy supply power supply circuit to bring the gas in the discharge space into a high-temperature and high-pressure plasma state. In
At least a rectifying element that rectifies a current from the plasma energy supply power source to the spark plug while blocking a current from the discharge power source to the plasma energy supply power source;
A resistor interposed in series between the discharge power source and the spark plug;
A capacitor interposed in parallel with the spark plug between the rectifier element and the plasma energy supply power source;
Placing at least a part of the radio noise reduction element portion constituted by the rectifying element, the resistor and the capacitor in a plug hole formed in the internal combustion engine; and
A plasma ignition device characterized in that the rectifying element uses a wide band gap semiconductor.
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