JP2011069272A

JP2011069272A - 内燃機関の点火装置

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Publication number: JP2011069272A
Application number: JP2009220262A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Shimizu; 尚博清水; Wataru Shionoya; 亘塩野谷
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: JP5383404B2

Abstract

【課題】放電が発生する領域が広くなり過電流が流れることを防止することができる内燃機関の点火装置を提供することを目的とする。
【解決手段】陰極の放電部は、陽極の放電部から一定の距離を保つ。浮遊電極の放電部は、前記陽極の放電部から等距離を保ち、陽極の放電部と陰極の放電部との間に介在する。パルス電源は、陽極の放電部と浮遊電極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に弱い電気パルスの後に陽極の放電部と陰極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に強い電気パルスを陽極と陰極との間に印加する。過電流カット器は、前記パルス電源の正出力端に接続される第１の電極と、前記陽極に接続される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれ前記第１の電極から前記第２の電極へ向かう電界が印加されると内部に空乏層が発生する半導体積層構造と、を備える。搬送体積層構造に代えて絶縁体も用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火装置に関する。

特許文献１は、内燃機関の点火装置に関する。特許文献１の内燃機関の点火装置は、パルス電源から陽極と陰極との間に電気パルスを印加しストリーマ放電を発生させ、活性種を発生させる。また、特許文献１は、ストリーマ放電を複数回発生させることに言及している。さらに、特許文献１は、棒形状を有する陽極に言及する。

特許文献２も、内燃機関の点火装置に関する。特許文献２の内燃機関の点火装置は、パルス電源から陽極と陰極との間に電気パルスを印加し、放電を発生させる。特許文献２は、ダイオード、コンデンサ等によりノイズを遮断することに言及している。さらに、特許文献２は、従来の技術の説明の中において、シールド線による電気パルスの伝送に言及している。

特開２００９−４７１４９号公報特開２００８−１７５１９７号公報

しかし、従来の内燃機関の点火装置においては、放電が発生する領域が狭く、活性種が十分に発生しないという問題があった。また、従来の内燃機関の点火装置においては、ストリーマ放電を発生させようとしても、パルス電源から陽極と陰極との間に過電流が流れ、ストリーマ放電ではなくアーク放電が発生してしまう場合があった。

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、放電が発生する領域が広くなり過電流が流れることを防止することができる内燃機関の点火装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を以下に示す。

本発明の第１の局面によれば、内燃機関の点火装置は、放電部を有する陽極と、前記陽極の放電部から等距離を保つ放電部を有する陰極と、前記陽極の放電部から等距離を保ち前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間に介在する放電部を有する浮遊電極と、前記陽極と前記陰極との間に電気パルスを印加するパルス電源と、前記陽極と前記パルス電源の正出力端との間に挿入され過電流が流れることを防止する過電流カット器と、を備え、前記パルス電源は、前記陽極の放電部と前記浮遊電極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に弱い電気パルスの後に前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に強い電気パルスを前記陽極と前記陰極との間に印加し、前記過電流カット器は、前記パルス電源の正出力端に接続される第１の電極と、前記陽極に接続される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれる絶縁体と、を備える。

本発明の第２の局面によれば、内燃機関の点火装置であって、放電部を有する陽極と、前記陽極の放電部から等距離を保つ放電部を有する陰極と、前記陽極の放電部から等距離を保ち前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間に介在する放電部を有する浮遊電極と、前記陽極と前記陰極との間に電気パルスを印加するパルス電源と、前記陽極と前記パルス電源の正出力端との間に挿入され過電流が流れることを防止する過電流カット器と、を備え、前記パルス電源は、前記陽極の放電部と前記浮遊電極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に弱い電気パルスの後に前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に強い電気パルスを前記陽極と前記陰極との間に印加し、前記過電流カット器は、前記パルス電源の正出力端に接続される第１の電極と、前記陽極に接続される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれ前記第１の電極から前記第２の電極へ向かう電界が印加されると内部に空乏層が発生する半導体積層構造と、を備える。

本発明の第３の局面によれば、第２の局面の内燃機関の点火装置において、前記半導体積層構造は、前記第１の電極の側から前記第２の電極の側へ向かってｎ型半導体、真性半導体及びｐ型半導体を順に積層した構造を有する。

本発明の第４の局面によれば、第２の局面の内燃機関の点火装置において、前記半導体積層構造は、前記第１の電極の側から前記第２の電極の側へ向かってｎ型半導体及び真性半導体を順に積層した構造を有する。

本発明の第５の局面によれば、第１の局面から第４の局面のまでのいずれかの内燃機関の点火装置において、前記過電流カット器から前記陽極と前記陰極との間へ電気パルスを伝送する電磁シールドケーブル、をさらに備える。

本発明の第６の局面によれば、第１の局面から第５の局面のまでのいずれかの内燃機関の点火装置において、前記パルス電源の正出力端と前記陽極との間に挿入されノイズを遮断するノイズカット器、をさらに備え、前記ノイズカット器は、第１のリード線が前記パルス電源の正出力端に接続され第２のリード線が前記陽極に接続される抵抗器と、前記抵抗器を空芯内に収容し一端が前記抵抗器の第１のリード線に接続され他端が前記抵抗器の第２のリード線に接続される空芯コイルと、強磁性体からなり前記抵抗器と前記空芯コイルとの複合体が内部に配置される貫通孔が形成された貫通孔形成体と、を備える。

第１の局面の発明によれば、非降伏状態においては分極電流より大きな電流が流れることが抑制され、降伏状態においては漏れ電流より大きな電流が流れることが抑制され、過電流が流れることが抑制される。

第２の局面から第４の局面までの発明によれば、非降伏状態においては逆回復電流より大きな電流が流れることが抑制され、降伏状態においては漏れ電流より大きな電流が流れることが抑制され、過電流が流れることが抑制される。

第５の局面の発明によれば、ノイズの漏洩が抑制される。

第６の局面の発明によれば、抵抗器、空芯コイル及び貫通孔形成体が複合的にノイズの遮断に寄与するので、ノイズが効果的に遮断される。

第１実施形態の内燃機関の点火装置の模式図である。イグナイタの斜視図である。イグナイタの断面図である。パルス電源の回路図である。第１実施形態の過電流防止器の断面図である。過電流防止器を設けない場合の電圧及び電流の時間変化を示す図である。過電流防止器を設ける場合の電圧及び電流の時間変化を示す図である。ノイズカット器の斜視図である。電磁シールドケーブルの斜視図である。電磁シールドケーブルとイグナイタとの接続を説明する図である。電磁シールドケーブルとイグナイタとの接続を説明する図である。第２実施形態の過電流防止器の断面図である。第３実施形態の過電流防止器の断面図である。

＜１第１実施形態＞
（内燃機関の点火装置）
第１実施形態は、内燃機関の点火装置１０００に関する。第１実施形態の内燃機関の点火装置１０００は、自動車に搭載されたレシプロエンジンの気筒内の混合気に着火する。ただし、第１実施形態の内燃機関の点火装置１０００は、他の種類の内燃機関における混合気への着火にも用いられる。

図１は、第１実施形態の内燃機関の点火装置１０００の模式図である。

図１に示すように、点火装置１０００は、電気パルスの供給を受けて電極と電極との間にパルス放電を発生させるイグナイタ１００２と、電気パルスを発生するパルス電源１００４と、過電流が流れることを防止する過電流カット器１００６と、ノイズを遮断するノイズカット器１００８と、直流を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１０１４と、電気パルスを伝送する電気パルス伝送ケーブル１０１０と、直流を伝送する直流伝送ケーブル１０１２と、を備える。

点火装置１０００においては、直流伝送ケーブル１０１２によりバッテリからパルス電源１００４へ直流が伝送される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１４により昇圧された直流は、パルス電源１００４へ入力される。パルス電源１００４が出力する電気パルスは、電気パルス伝送ケーブル１０１０により、ノイズカット器１００８及び過電流カット器１００６を経由して、パルス電源１００４からイグナイタ１００２へ伝送される。バッテリから伝送される直流の電圧がパルス電源１００４が要求する電圧に適合する場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１４は省略される。

（イグナイタ１００２）
図２及び図３は、イグナイタ１００２の模式図である。図２は、イグナイタ１００２の斜視図、図３は、イグナイタ１００２の断面図である。イグナイタ１００２は、従来の点火プラグに代えてレシプロエンジンに取り付けられる。

図２及び図３に示すように、イグナイタ１００２は、パルス放電の始点となる陽極１１００と、パルス放電の終点となる陰極１１０２及び浮遊電極１１０４と、アーク放電を抑制する被覆１１０６と、陽極１１００及び浮遊電極１１０４を保持する基体１１０８と、混合気の漏洩を防ぐシール１１１０と、を備える。

（陽極１１００）
陽極１１００は、棒形状を有する。陽極１１００は、中心軸Ａの位置に配置され、中心軸Ａの方向に延在する。陽極１１００は、白金−ロジウム合金等の合金、タングステン等の金属等の導電体からなる。陽極１１００は、パルス電源１００４の正出力端１２２０に接続される。

陽極１１００の前端側の先端の近傍の放電部１１１２は、基体１１０８の表面から突出し、パルス放電に寄与する。これにより、パルス放電が大きく広がる。このことは、効率的なプラズマの発生に寄与する。陽極１１００の先端以外を基体１１０８の表面から突出させずに陽極１１００の先端のみが基体１１０８の表面に露出するようにしてもよい。陽極１１００の先端を基体１１０８の内部に埋設し陽極１１００の先端が基体１１０８の表面に露出しないようにしてもよい。陽極１１００の先端を基体１１０８の表面に露出させない場合は、被覆１１０６は省略される。陽極１１００の先端を基体１１０８の内部に埋設する場合でも、陽極１１００の先端は基体１１０８の表面の近傍に配置される。例えば、陽極１１００の先端は基体１１０８の表面から０．１〜１．５ｍｍの深さの位置に配置される。放電部１１１２のうちパルス放電に主に寄与する部分は、イグナイタ１００２の構造等により異なる場合がある。すなわち、放電部１１１２の全体が均等にパルス放電に寄与する場合もあるし、放電部１１１２の先端に近い部分がパルス放電に支配的に寄与する場合もあるし、放電部１１１２の基体１１０８の表面に近い部分がパルス放電に支配的に寄与する場合もある。

（被覆１１０６）
被覆１１０６は、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなる。被覆１１０６は、ポアが少なく不純物の含有量が少ないセラミックスからなることが望ましい。これにより、アーク放電が抑制され、陽極１１００が保護される。被覆１１０６は、誘電率が大きく導電率が小さいセラミックからなることが望ましい。

被覆１１０６は、どのように作製してもよいが、陽極１１００の表面にセラミックス成形体の膜をゲルキャスト法により形成しセラミックス成形体の膜を陽極１１００と一体的に焼成することにより、作製することが望ましい。

少なくとも陽極１１００のパルス放電に寄与する部分が被覆１１０６に覆われることが望ましいが、陽極１１００の全体が被覆１１０６に覆われる必要はない。例えば、陽極１１００のうち基体１１０８の表面から突出するパルス放電に寄与する部分のみを被覆１１０６で覆うことも許される。

（陰極１１０２）
陰極１１０２は、円筒形状部分１１１４と扁平環形状部分１１１６を有する。陰極１１０２は、導電体からなる。陰極１１０２は、パルス電源１００４の負出力端１２２４に接続される。

陰極１１０２の円筒形状部分１１１４は、中心軸Ａの方向に延在し、陰極１１０２の円筒形状部分１１１４の外面には、オネジ１１１６が形成される。陰極１１０２の円筒形状部分１１１４は、中心軸Ａの方向に延在する。陰極１１０２の円筒形状部分１１１４の円筒軸は、中心軸Ａの位置にある。すなわち、陰極１１０２の円筒形状部分１１１４は、陽極１１００と同軸配置される。

陰極１１０２の扁平環形状部分１１１６には、中心軸Ａを中心とする丸孔がある。陰極１１０２の扁平環形状部分１１１６は、陰極１１０２の円筒形状部分１１１４の前端側にあり、陰極１１０２の円筒形状部分１１１４から径方向内側へ向かって延在する。

陰極１１０２は、イグナイタ１００２のハウジングも兼ね、陰極１１０２の内部には、陽極１１００と被覆１１０６とを一体化した陽極複合体１１１８、浮遊電極１１０４、基体１１０８及びシール１１１０が収容される。陰極１１０２の扁平環形状部分１１１６の丸孔の中には、基体１１０８に形成された凹部１１２０、凹部１１２０の底から突出する陽極複合体１１１８及び凹部１１２０に露出する浮遊電極１１０４が見える。

陰極１１０２の扁平環形状部分１１１６の先端の放電部１１２２は、陽極１１００の放電部１１１２から等距離を保つ。陰極１１０２の扁平環形状部分１１１６の先端以外もパルス放電に寄与するような構造を採用してもよい。陰極１１０２の放電部１１２２は、基体１１０８の表面（凹部１１２０の底）に沿って陽極１１００の放電部１１１２から第１の距離Ｌ１だけ離れた位置にある。

図２及び図３に示すイグナイタ１００２においては、陰極１１０２が基体１１０８の外部にある。しかし、陰極１１０２とは別にハウジングを設け、陰極１１０２を基体１１０８の内部に設けてもよい。この場合、陰極１１０２の放電部１１２２を基体１１０８の表面に露出させてもよいし、陰極１１０２の放電部１１２２を基体１１０８の内部に埋設し陰極１１０２の放電部１１２２が基体１１０８の表面に露出しないようにしてもよい。陰極１１０２の放電部１１２２を基体１１０８の内部に埋設する場合でも、陰極１１０２の放電部１１２２は基体１１０８の表面の近傍に配置される。例えば、陰極１１０２の放電部１１２２は基体１１０８の表面から０．１〜１．５ｍｍの深さの位置に配置される。

（浮遊電極１１０４）
浮遊電極１１０４は、円筒形状部分１１２４と扁平環形状部分１１２６とを有する。浮遊電極１１０４は、金属、合金等の導電体からなる。浮遊電極１１０４は、パルス電源１００４の正出力端１２２０及び負出力端１２２４のいずれにも接続されない。したがって、浮遊電極１１０４は、陽極１１００及び陰極１１０２とは異なる電位をとり得る。

浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４は、中心軸Ａの方向に延在する。浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４の円筒軸は、中心軸Ａの位置にある。すなわち、浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４は、陽極１１００と同軸配置される。

浮遊電極１１０４の扁平環形状部分１１２６は、中心軸Ａと垂直をなし、浮遊電極１１０４の扁平環形状部分１１２６には、中心軸Ａを中心とする丸孔がある。浮遊電極１１０４の扁平環形状部分１１２６は、浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４の後端側にあり、浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４から径方向外側へ向かって延在する。浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４の前端側は、基体１１０８の表面（凹部１１２０の底）に露出する。

浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４の先端の放電部１１２８は、陽極１１００の放電部１１１２から等距離を保ち、陽極１１００の放電部１１１２と陰極１１０２の放電部１１２２との間に介在する。浮遊電極１１０４の円筒形状部分１１２４の先端以外もパルス放電に寄与するような構造を採用してもよい。浮遊電極１１０４の放電部１１２８は、基体１１０８の表面に沿って陽極１１００の放電部１１１２から第１の距離Ｌ１より短い第２の距離Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）だけ離れた位置にある。

図２及び図３に示すイグナイタ１００２においては、浮遊電極１１０４の放電部１１２８が基体１１０８の表面に露出する。しかし、浮遊電極１１０４の放電部１１２８を基体１１０８の内部に埋設し浮遊電極１１０４の放電部１１２８が基体１１０８の表面に露出しないようにしてもよい。浮遊電極１１０４の放電部１１２８を基体１１０８の内部に埋設する場合でも、浮遊電極１１０４の放電部１１２８は基体１１０８の表面の近傍に配置される。例えば、浮遊電極１１０４の放電部１１２８は基体１１０８の表面から０．１〜１．５ｍｍの深さの位置に配置される。

（陽極１１００、陰極１１０２及び浮遊電極１１０４の形状の変形）
下述する２段階のパルス放電を発生させるために重要なことは、パルス放電の始点又は終点となる陽極１１００の放電部１１１２と陰極１１０２の放電部１１２２と浮遊電極１１０４の放電部１１２８との位置関係である。したがって、上述した位置関係が満たされていれば、陽極１１００、陰極１１０２及び浮遊電極１１０４の形状は変形しうる。特に、パルス放電の始点又は終点とならない放電部１１１２，１１２２，１１２８以外の形状は、電気パルスの給電の都合、イグナイタ１００２の組み立ての都合、陽極１１００、陰極１１０２及び浮遊電極１１０４の製造の都合等により変形される。陰極１１０２及び浮遊電極１１０４が管形状を有する場合は、それぞれ、陽極１１００の放電部１１１２の近傍にあって陽極１１００の放電部１１１２を囲む環形状部分が陰極１１０２の放電部１１２２及び浮遊電極１１０４の放電部１１２８となるが、陰極１１０２の放電部１１２２及び浮遊電極１１０４が環形状を有する場合は、それぞれ、全体が陰極１１０２及び陽極１１００の放電部１１１２となる。

（基体１１０８及びシール１１１０）
基体１１０８は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、セリア、チタニア等の絶縁体からなる。基体１１０８は、前端側部材１１３０と後端側部材１１３２とを備える。前端側部材１１３０と後端側部材１１３２との間隙には、浮遊電極１１０４が挟まれる。前端側部材１１３０と後端側部材１１３２との間隙の浮遊電極１１０４がない部分には、シール１１１０が充填され、前端側部材１１３０、後端側部材１１３２、浮遊電極１１０４及びシール１１１０は、一体化された状態で陰極１１０２の内部に収容される。

（パルス電源１００４の回路）
パルス電源１００４は、ストリーマ放電を引き起こす電気パルスを陽極１１００と陰極１１０２との間に繰り返し印加する。

パルス電源１００４には、誘導性素子に磁界として蓄積されたエネルギーを短時間で放出し電気パルスを発生する誘導エネルギー蓄積型電源回路（以下では「ＩＥＳ回路」という。）を採用することが望ましい。ＩＥＳ回路における誘導性素子へ流れ込む電流をスイッチングするスイッチング素子は、ターンオン時間及びターンオフ時間が短い静電誘導サイリスタ（以下では「ＳＩサイリスタ」という。ＳＩ：Static Induction ）であることが望ましい。これにより、パルス電源１００４が立ち上がりの早い電気パルスを発生する。ＩＥＳ回路の動作原理は、飯田克ニ、佐久間健著「ＳＩサイリスタによる極短パルス発生回路（ＩＥＳ回路）」（第１５回ＳＩデバイスシンポジウム講演論文集）等に記載されている。

図４は、パルス電源１００４の回路図である。図４に示すように、パルス電源１００４は、コンデンサ１２００と、インダクタ１２０２と、ＳＩサイリスタ１２０４と、ダイオード１２０６と、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）１２０８と、ゲート駆動回路１２１０と、を備える。

コンデンサ１２００の一端は直流入力部１２１２の正入力端１２１４に接続され、コンデンサ１２００の他端は直流入力部１２１２の負入力端１２１６に接続される。コンデンサ１２００は、直流入力部１２１２に接続される直流供給源（図１に示す点火装置１０００においては、バッテリ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１０１４）からの電流の供給を安定させる。

直流入力部１２１２の正入力端１２１４とインダクタ１２０２の一端とが接続され、インダクタ１２０２の他端とＳＩサイリスタ１２０４のアノードとが接続され、ＳＩサイリスタ１２０４のカソードとＭＯＳＦＥＴ１２０８のドレインとが接続され、ＭＯＳＦＥＴ１２０８のソースと直流入力部１２１２の負入力端１２１６とが接続される。

インダクタ１２０２は、エネルギーを磁界として蓄積する誘導性素子の一例である。インダクタ１２０２の一端は電気パルス出力部１２１８の負出力端１２２４に接続され、インダクタ１２０２の他端は電気パルス出力部１２１８の正出力端１２２０に接続される。これにより、インダクタ１２０２にエネルギーが磁界として蓄積された状態においてＳＩサイリスタ１２０４のアノードとカソードとの間が急に非導通状態になると、インダクタ１２０２の両端に誘導起電力が発生し、電気パルス出力部１２１８から電気パルスが出力される。パルストランスの１次側を誘導性素子とし、パルストランスの２次側の一端を電気パルス出力部１２１８の正出力端１２２０に接続し、パルストランスの２次側の他端を電気パルス出力部１２１８の負出力端１２２４に接続してもよい。インダクタ１２０２にタップを設けて電気パルスの電圧を調整してもよい。

ダイオード１２０６のカソードは、インダクタ１２０２の一端（直流入力部１２１２の正入力端１２１４）に接続され、ダイオード１２０６のアノードは、ＳＩサイリスタ１２０４のゲートに接続される。これにより、ＳＩサイリスタ１２０４のゲートが正バイアスされた場合に電流が流れることが阻止されＳＩサイリスタ１２０４が電流駆動となることが防止される。

ＭＯＳＦＥＴ１２０８のゲートとソースとの間には、ゲート駆動回路１２１０が接続される。

ゲート駆動回路１２１０からＭＯＳＦＥＴ１２０８のゲートとソースとの間へのオン信号の入力を開始すると、ＭＯＳＦＥＴ１２０８のドレインとソースとの間が導通状態になり、インダクタ１２０２に電流が流れる。これにより、インダクタ１２０２には磁界の形でエネルギーが蓄積される。この状態において、ゲート駆動回路１２１０からＭＯＳＦＥＴ１２０８のゲートとソースとの間へのオン信号の入力を終了すると、ＳＩサイリスタ１２０４のゲートから電荷が引き抜かれ、ＳＩサイリスタ１２０４のアノードとカソードとの間が短時間で非導通状態になる。これにより、インダクタ１２０２の両端に誘導起電力が発生し、電気パルス出力部１２１８から電気パルスが出力される。

パルス電源１００４が出力する電気パルスの強さは、インダクタ１２０２に蓄積されるエネルギーの大きさによって調整される。したがって、ゲート駆動回路１２１０からＭＯＳＦＥＴ１２０８へ入力するオン信号の長さを調整することにより、パルス電源１００４が出力する電気パルスの強さが調整される。ゲート駆動回路１２１０は、自動車に搭載されたＥＣＵ（電子制御ユニット）により制御される。

（２段階のパルス放電）
混合気に着火する場合、相対的に弱い（相対的に電圧が低い）電気パルスが陽極１１００と陰極１１０２との間に印加され、陽極１１００の放電部１１１２と浮遊電極１１０４の放電部１１２８との間の第１の放電領域Ｒ１（図３参照）にストリーマ放電が発生させられる。その後に、相対的に強い（相対的に電圧が高い）電気パルスが陽極１１００と陰極１１０２との間に印加され、陽極１１００の放電部１１１２と陰極１１０２の放電部１１２２との間の第２の放電領域Ｒ２（図３参照）にストリーマ放電が発生させられる。これにより、段階的に放電領域が拡大され、広い範囲に放電領域が拡大され、活性種が効率的に発生させられる。

なお、陽極１１００と陰極１１０２とを遠く離すことによっても放電領域が拡大されるが、陽極１１００と陰極１１０２との距離を遠く離すことによる放電領域の拡大は、陽極１１００と陰極１１０２との間に印加する電圧を高くすることを要求する。これに対して、上述した二段階のパルス放電は、陽極１１００と陰極１１０２との間に印加する電圧を高くすることなく放電領域を拡大することを可能にする。

（過電流カット器１００６）
図５は、第１実施形態の過電流カット器１００６の模式図である。図５は、過電流カット器１００６の断面を示す。

図５に示すように、第１実施形態の過電流カット器１００６は、第１の電極１３００と第２の電極１３０２との間に絶縁体からなる板１３０４を挟んだ構造を有し、コンデンサとして機能する。過電流カット器１００６は、パルス電源１００４の正出力端１２２０とイグナイタ１００２の陽極１１００との間に挿入され、第１の電極１３００は、パルス電源１００４の正出力端１２２０に接続され、第２の電極１３０２は、イグナイタ１００２の陽極１１００に接続される。

板１３０４の材質は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、セリア、チタニア等の絶縁セラミックス等の常誘電体であることが望ましい。ただし、板１３０４の材質が、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）等の絶縁セラミックス等の強誘電体であることも妨げられない。

過電流カット器１００６により、非降伏状態においては分極電流より大きな電流が流れることが抑制され、降伏状態においては漏れ電流より大きな電流が流れることが抑制され、過電流が流れることが抑制される。これにより、アーク放電が抑制されストリーマ放電が維持される。

板１３０４の板厚は、０．５〜５ｍｍであることが望ましい。板厚がこの範囲内であれば、過電流が流れることが効果的に抑制されるからである。一方、板１３０４の板厚がこの範囲より薄くなると、過電流カット器１００６の耐圧が不足する傾向があるからである。また、板１３０４の板厚がこの範囲より厚くなると、陽極１１００と陰極１１０２との間への高電圧の印加が困難になる傾向があるからである。

過電流カット器１００６は、パルス電源１００４の正出力端１２２０と陽極１１００との間であれば、どの位置に挿入されてもよいが、望ましくは、環境の変化を受けにくい位置に挿入される。

（過電流カット器１００６の電流抑制効果）
図６及び図７は、相対的に強い電気パルスを印加する場合の過電流カット器１００６の電流抑制効果を説明する図である。図６は、過電流カット器１００６を設けない場合の電圧（図６（ａ））及び電流（図６（ｂ））の時間変化を示す図である。図７は、過電流カット器１００６を設ける場合の電圧（図７（ａ））及び電流（図７（ｂ））の時間変化を示す図である。

図６及び図７に示すように、ピーク電圧が２０ｋＶ弱の電気パルスを印加する場合は、過電流カット器１００６を設けないとピーク電流は約３０Ａに達するが、過電流カット器１００６を設けるとピーク電流は約５Ａに収まる。

（ノイズカット器１００８）
図８は、ノイズカット器１００８の模式図である。図８は、ノイズカット器１００８の斜視図である。

図８に示すように、ノイズカット器１００８は、抵抗器１４００と空芯コイル１４０２とトロイダルコア１４０４とを備える。ノイズカット器１００８は、パルス電源１００４の正出力端１２２０とイグナイタ１００２の陽極１１００との間に挿入される。

抵抗器１４００の第１のリード線１４０６はパルス電源１００４の正出力端１２２０に接続され、第２のリード線１４０８はイグナイタ１００２の陽極１１００に接続される。

抵抗器１４００の第１のリード線１４０６と第２のリード線１４０８との間の抵抗値は、５０〜２００オームであることが望ましい。抵抗値がこの範囲内であれば、ノイズが効率的に遮断されるからである。抵抗器１４００は、アキシャルリード型及びラジアルリード型のいずれであってもよいが、構造的にノイズカット器１００８を作製しやすいのはアキシャルリード型である。

空芯コイル１４０２の一端は抵抗の第１のリード線１４０６に接続され、空芯コイル１４０２の他端は抵抗の第２のリード線１４０８に接続される。空芯コイル１４０２は、導電体からなる線材を数ターンから数十ターン巻回した構造を有する。空芯コイル１４０２の空芯内には、抵抗器１４００が収容される。

トロイダルコア１４０４は、フェライト等の強磁性体からなる。トロイダルコア１４０４の貫通孔の内部には、抵抗器１４００と空芯コイル１４０２との複合体（並列接続体）が配置される。

なお、トロイダルコア１４０４は、抵抗器１４００及び空芯コイル１４０２に電流が流れたときに強磁性体の内部の閉じた磁路に沿う磁界を発生させ、複合体にインダクタンスを付与する。このため、より一般的には、円環形状（トロイド形状）を有する「トロイダルコア」に代えて、強磁性体からなり複合体が内部に配置される貫通孔が形成された貫通孔形成体が採用される。

ノイズカット器１００８により、抵抗器１４００、空芯コイル１４０２及びトロイダルコア１４０４が複合的にノイズの遮断に寄与するので、ノイズが効果的に遮断される。

（電気パルス伝送ケーブル１０１０）
電気パルス伝送ケーブル１０１０の全部又は一部、特に、過電流カット器１００６からイグナイタ１００２の陽極１１００と陰極１１０２との間へ電気パルスを伝送する部分は、ノイズの漏洩を抑制するため、電磁シールドケーブルであることが望ましい。

図９は、電磁シールドケーブル１５００の模式図である。図９は、電磁シールドケーブル１５００の斜視図である。

図９に示すように、電磁シールドケーブル１５００は、内部導体１５０２と外部導体１５０４とを同軸配置し、内部導体１５０２と外部導体１５０４との間に充填体１５０６を充填し、外部導体１５０４を被覆体１５０８で被覆した構造を有する。

内部導体１５０２は、線形状を有する。内部導体１５０２は、導電体からなる。

外部導体１５０４は、管形状を有する。外部導体１５０４は、導電体からなる。外部導体１５０４は、導電率が高い材質からなることが望ましく、透磁率が高い材質からなることが望ましい。導電率が高い材質としては、銅、アルミニウム等が例示される。透磁率が高い材質としては、パーマロイ等が例示される。導電率が高い材質又は透磁率が高い材質で外部電極を構成することにより、外部導体１５０４のシールド能力が向上し、電磁波の漏洩が抑制される。これは、導電体の内部へ進入する電磁波の電界及び磁界は、導電率が高くなるほど又は透磁率が高くなるほど小さくなるからである。

図９に示す外部導体１５０４の外側に別の外部導体を同軸配置することも望ましい。すなわち、電磁シールドケーブル１５００は、二重シールドケーブル、より一般的には、多重シールドケーブルであることが望ましい。多重シールドケーブルを採用する場合、複数の外部導体の全部又は一部が異なる材質で構成されることが望ましい。例えば、一の外部導体を導電率が高い材質で構成するとともに、他の外部導体を透磁率が高い材質で構成することも望ましい。

（電磁シールドケーブル１５００とイグナイタ１００２との接続）
図１０及び図１１は、電磁シールドケーブル１５００とイグナイタ１００２との接続を説明する図である。

電磁シールドケーブル１５００とイグナイタ１００２との接続においては、図１０に示すように、圧着部１６０２と収容部１６０４とを備える接続部材１６００を準備し、接続部材１６００の圧着部１６０２に電磁シールドケーブル１５００の内部導体１５０２を圧着し、接続部材１６００の収容部１６０４に陽極１１００の後端側の先端を収容し、カシメ、スポット溶接、レーザ溶接等により接続部材１６００の収容部１６０４に陽極１１００の後端側の先端を接続する。

又は、図１１に示すように、陽極１１００の後端側の先端に圧着部１７０２を形成し、圧着部１７０２に電磁シールドケーブル１５００の内部導体１５０２を圧着する。これにより、接続箇所が減少するので、電磁シールドケーブル１５００とイグナイタ１００２との接続の信頼性が向上する。

＜２第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態の過電流カット器１００６に代えて採用される過電流カット器２００６に関する。

図１２は、第２実施形態の過電流カット器２００６の模式図である。図１２は、過電流カット器２００６の断面を示す。

図１２に示すように、過電流カット器２００６は、第１の電極２３００と第２の電極２３０２との間に半導体積層構造２３０４を挟んだ構造を有し、ｐｉｎダイオードとして機能する。過電流カット器２００６は、パルス電源１００４の正出力端１２２０とイグナイタ１００２の陽極１１００との間に挿入され、第１の電極２３００は、電気パルス伝送ケーブル１０１０によりパルス電源１００４の正出力端１２２０に接続され、第２の電極２３０２は、電気パルス伝送ケーブル１０１０によりイグナイタ１００２の陽極１１００に接続される。

半導体積層構造２３０４は、第１の電極２３００の側から第２の電極２３０２の側へ向かってｎ型半導体２３０８、真性半導体２３１０及びｐ型半導体２３１２を順に積層した構造を有する。電気パルスの印加により第１の電極２３００から第２の電極２３０２へ向かう電界が印加されｐｉｎダイオードが逆バイアスされると、半導体積層構造２３０４の内部に空乏層が発生し、ｐｉｎダイオードはコンデンサとして機能する。

真性半導体としては、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム等が例示される。

半導体積層構造２３０４の板厚は、０．０５〜５ｍｍであることが望ましい。板厚がこの範囲内であれば、過電流が流れることが効果的に抑制されるからである。一方、半導体積層構造２３０４の板厚がこの範囲より薄くなると、過電流カット器２００６の耐圧が不足する傾向があるからである。また、半導体積層構造２３０４の板厚がこの範囲より厚くなると、陽極１１００と陰極１１０２との間への高電圧の印加が困難になる傾向があるからである。

過電流カット器２００６により、非降伏状態においては逆回復電流より大きな電流が流れることが抑制され、降伏状態においては漏れ電流より大きな電流が流れることが抑制され、いずれにせよ過電流が流れることが抑制される。

＜３第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態の過電流カット器１００６に代えて採用される過電流カット器３００６に関する。

図１３は、第３実施形態の過電流カット器３００６の模式図である。図１３は、過電流カット器３００６の断面を示す。

図１３に示すように、過電流カット器３００６は、第１の電極３３００と第２の電極３３０２との間に半導体積層構造３３０４を挟んだ構造を有し、ショットキーダイオードとして機能する。過電流カット器３００６は、パルス電源１００４の正出力端１２２０とイグナイタ１００２の陽極１１００との間に挿入され、第１の電極３３００は、電気パルス伝送ケーブル１０１０によりパルス電源１００４の正出力端１２２０に接続され、第２の電極３３０２は、電気パルス伝送ケーブル１０１０によりイグナイタ１００２の陽極１１００に接続される。

半導体積層構造３３０４は、第１の電極３３００の側から第２の電極３３０２の側へ向かってｎ型半導体３３１４及び真性半導体３３１６を順に積層した構造を有する。電気パルスの印加により第１の電極３３００から第２の電極３３０２へ向かう電界が印加されショットキーダイオード１２０６が逆バイアスされると、半導体積層構造３３０４の内部に空乏層が内部に発生し、ショットキーダイオード１２０６はコンデンサとして機能する。

真性半導体としては、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム、炭素（Ｃ）等が例示される。

半導体積層構造３３０４の板厚は、０．２〜５ｍｍであることが望ましい。半導体積層構造３３０４の板厚がこの範囲内であれば、過電流が流れることが効果的に抑制されるからである。一方、半導体積層構造３３０４の板厚がこの範囲より薄くなると、過電流カット器３００６の耐圧が不足する傾向があるからである。また、半導体積層構造３３０４の板厚がこの範囲より厚くなると、陽極１１００と陰極１１０２との間への高電圧の印加が困難になる傾向があるからである。

過電流カット器３００６により、非降伏状態においては逆回復電流より大きな電流が流れることが抑制され、降伏状態においては漏れ電流より大きな電流が流れることが抑制され、いずれにせよ過電流が流れることが抑制される。

＜その他＞
この発明は詳細に説明されたが、上述の説明は全ての局面において例示であって、この発明は上述の説明に限定されない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定されうる。特に、説明した事項を組み合わせることは当然に予定されている。

１００６，２００６，３００６過電流カット器
１３００，２３００，３３００第１の電極
１３０２，２３０２，３３０２第２の電極
１３０４板
２３０４，３００４半導体積層構造
１００８ノイズカット器
１４００抵抗器
１４０２空芯コイル
１４０４トロイダルコア
１５００電磁シールドケーブル
１１００陽極
１１０４浮遊電極
１１０８陰極

Claims

内燃機関の点火装置であって、
放電部を有する陽極と、
前記陽極の放電部から等距離を保つ放電部を有する陰極と、
前記陽極の放電部から等距離を保ち前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間に介在する放電部を有する浮遊電極と、
前記陽極と前記陰極との間に電気パルスを印加するパルス電源と、
前記陽極と前記パルス電源の正出力端との間に挿入され過電流が流れることを防止する過電流カット器と、
を備え、
前記パルス電源は、
前記陽極の放電部と前記浮遊電極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に弱い電気パルスの後に前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に強い電気パルスを前記陽極と前記陰極との間に印加し、
前記過電流カット器は、
前記パルス電源の正出力端に接続される第１の電極と、
前記陽極に接続される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれる絶縁体と、
を備える内燃機関の点火装置。
内燃機関の点火装置であって、
放電部を有する陽極と、
前記陽極の放電部から等距離を保つ放電部を有する陰極と、
前記陽極の放電部から等距離を保ち前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間に介在する放電部を有する浮遊電極と、
前記陽極と前記陰極との間に電気パルスを印加するパルス電源と、
前記陽極と前記パルス電源の正出力端との間に挿入され過電流が流れることを防止する過電流カット器と、
を備え、
前記パルス電源は、
前記陽極の放電部と前記浮遊電極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に弱い電気パルスの後に前記陽極の放電部と前記陰極の放電部との間にストリーマ放電を発生させる相対的に強い電気パルスを前記陽極と前記陰極との間に印加し、
前記過電流カット器は、
前記パルス電源の正出力端に接続される第１の電極と、
前記陽極に接続される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれ前記第１の電極から前記第２の電極へ向かう電界が印加されると内部に空乏層が発生する半導体積層構造と、
を備える内燃機関の点火装置。
請求項２の内燃機関の点火装置において、
前記半導体積層構造は、
前記第１の電極の側から前記第２の電極の側へ向かってｎ型半導体、真性半導体及びｐ型半導体を順に積層した構造を有する内燃機関の点火装置。
請求項２の内燃機関の点火装置において、
前記半導体積層構造は、
前記第１の電極の側から前記第２の電極の側へ向かってｎ型半導体及び真性半導体を順に積層した構造を有する内燃機関の点火装置。
請求項１から請求項４までのいずれかの内燃機関の点火装置において、
前記過電流カット器から前記陽極と前記陰極との間へ電気パルスを伝送する電磁シールドケーブル、
をさらに備える内燃機関の点火装置。
請求項１から請求項５までのいずれかの内燃機関の点火装置において、
前記パルス電源の正出力端と前記陽極との間に挿入されノイズを遮断するノイズカット器、
をさらに備え、
前記ノイズカット器は、
第１のリード線が前記パルス電源の正出力端に接続され第２のリード線が前記陽極に接続される抵抗器と、
前記抵抗器を空芯内に収容し一端が前記抵抗器の第１のリード線に接続され他端が前記抵抗器の第２のリード線に接続される空芯コイルと、
強磁性体からなり前記抵抗器と前記空芯コイルとの複合体が内部に配置される貫通孔が形成された貫通孔形成体と、
を備える内燃機関の点火装置。