JP6275065B2 - Ignition device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine using dielectric barrier discharge.
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。 As disclosed in Patent Document 1, in an ignition device using dielectric barrier discharge, studies have been made on an electrode structure for improving ignition performance and a method for controlling an applied voltage. The ignition device disclosed in Patent Document 1 improves the ignitability by generating a dielectric barrier discharge by covering one of the two electrodes with a dielectric and positively generating radicals.
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。 However, since the ignition device disclosed in Patent Document 1 uses dielectric barrier discharge, it is necessary to apply a high-voltage AC waveform. In the high-voltage path from the booster to the ignition plug, Unnecessary discharge occurs for ignition with peripheral devices. This discharge not only reduces the efficiency of ignition energy, but also causes peripheral equipment failure. The failure here is a failure caused by electrical damage due to discharge noise or thermal damage due to discharge. Even when the discharge itself is not generated, the high voltage path from the booster to the spark plug is likely to be a source of electromagnetic waves and noise because it transmits high voltage pulses.
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。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an ignition device that suppresses discharge and radiation noise unnecessary for ignition in a high voltage path from a booster device to a spark plug.
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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes an AC power source that generates an AC voltage. In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes an ignition plug that is disposed in a combustion chamber of an internal combustion engine and generates a discharge that ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber at a discharge voltage. In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a booster that boosts an AC voltage to a discharge voltage, a concave connection part into which a spark plug is inserted, a booster and a connection part. A barrier discharge coil having an internal wiring connecting the two, an insulator covering at least the connection portion and the internal wiring, and a conductor covering the periphery of the insulator.
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。 According to the present invention, it is possible to obtain an ignition device that suppresses discharge and radiation noise unnecessary for ignition in a high voltage path from the booster to the spark plug.
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。 Hereinafter, an ignition device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
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。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a gasoline engine to which an ignition device according to Embodiment 1 of the present invention is applied. FIG. 2 is a perspective view of the ignition device according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the ignition device according to the first embodiment. 2 and 3 show a state before the
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。
In the first embodiment, the spark
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
One end of the
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。
The
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。
In the
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。
The conductance component of the
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。 The AC power source 1 converts a DC voltage of a battery 71 described later to generate an AC voltage. The AC voltage generated by the AC power supply 1 has an absolute voltage value ranging from 12 V to 500 V and a frequency ranging from 20 kHz to 2 MHz.
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。 The AC voltage generated by the AC power supply 1 is not limited to a sine wave, and may be a rectangular wave, as long as dielectric barrier discharge is possible.
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。
FIG. 4 is a circuit diagram of the ignition device according to the first embodiment. The AC power supply 1 is obtained by boosting DC 12V, which is a voltage of a battery 71 of a general automobile, from 2 times to 40 times by a DC-
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。
Although the
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。
Further, the AC power source 1 can be configured by omitting the DC-
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。
The
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。
When the
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。
In the
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。
The ground of the
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。
The high voltage side of the
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。
The
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。
The
On the other hand, increasing the thickness of the dielectric 53 improves the electrical or mechanical strength, but the gap between the dielectric 53 and the
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。
In portions other than the
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。
The
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。
Considering that the size of the
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。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating another configuration of the barrier discharge coil of the ignition device according to the first embodiment. FIG. 5 shows a state before the
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。
In the first embodiment, the
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。
In the barrier
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。
Specifically, the casing of the
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。
In forming the
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。
A
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。
The uppermost part of the
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。
A method of molding the
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。
The
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。
In the case of a structure in which the
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。
In any case, when the
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。
Since the
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。
In the above description, the
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。
FIG. 8 is a perspective view of the ignition device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the ignition device according to the second embodiment. 8 and 9 show a state before the
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。
As shown in FIG. 8, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 9, when both the
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。
Similarly to the first embodiment, the
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。
Alternatively, the voltage may be raised only by reactance-conductance resonance using the DC-
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。
Since the configurations of the AC power supply 1 and the
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。
The
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。
FIG. 11: is sectional drawing which shows the example of the ignition
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。
The
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。
When applying a conductor, the melted metal may be applied directly to the surface, or a sprayed conductor may be applied using a conductive spray. Nickel or copper can be applied as the metal to be applied. When the melted metal is applied to the surface, the temperature becomes high, and thus it is necessary to pay attention to the melting and thermal deterioration of the
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。
In the case where the plating film is the
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。
Since the
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。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
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。 1 AC power supply, 2,91 connector, 3 transformer, 4 resonance coil, 5, 51 connection, 6 insulator, 7 conductor, 30, 31, 32 ignition device, 41, 42 internal wiring, 43 booster circuit, 52 1st electrode, 53 Dielectric, 54 2nd electrode, 55 Discharge area, 56 Hexagon part, 61 Spark plug mounting position, 62 Plug hole, 63 Combustion chamber, 64 Intake valve, 65 Exhaust valve, 66 Piston, 67 Gasoline engine , 71 battery, 72 DC-DC converter, 73 switching element, 74 full bridge circuit, 100, 101, 102 barrier discharge coil, 200 spark plug.
Claims (7)
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。 An AC power source for generating AC voltage;
An ignition plug that is disposed in a combustion chamber of an internal combustion engine and generates a discharge that ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber at a discharge voltage;
A booster that boosts the AC voltage to the discharge voltage, a concave connection part into which the spark plug is inserted, an internal wiring that connects the booster and the connection part, and at least the connection part and the internal wiring And a barrier discharge coil that includes a conductor that covers the periphery of the insulator without a gap and suppresses the occurrence of barrier discharge between the inside of the insulator and the outside of the insulator. that point the fire apparatus.
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。 The spark plug includes a first electrode, a second electrode disposed to face the first electrode, and a dielectric covering at least one of the first electrode and the second electrode,
Ignition device according to claim 1 or 2, characterized in that to generate the dielectric barrier discharge between the first electrode and the second electrode.
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。 The barrier discharge coil has at least one of a transformer and a resonance coil,
At least one with any one of 4 claims 1 to at least a portion of the boosting circuit formed by the said ignition plug is characterized in that it is covered with the insulator of the transformer the transformer and the resonant coil The ignition device described.
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、 An ignition plug that is disposed in a combustion chamber of an internal combustion engine and generates a discharge that ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber at a discharge voltage;
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。 A booster that boosts the AC voltage to the discharge voltage; an internal wiring that connects the booster and a connection to which the spark plug is connected; an insulator that covers at least the connection and the internal wiring; A conductor that covers the periphery of the insulator without any gap and suppresses the occurrence of barrier discharge between the inside of the insulator and the outside of the insulator, and is connected to the spark plug by a curable resin. An ignition device comprising a coil for barrier discharge.
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