Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plasmazündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zum Herstellen des Plasmazündsystems. Die Ausführungsbeispiele betreffen Maßnahmen gegen einen Elektrodenverbrauch in einem Plasmazündsystem, das zum Zünden einer Verbrennungskraftmaschine verwendet wird.The present invention relates to a plasma ignition system for an internal combustion engine and a method for manufacturing the plasma ignition system. The exemplary embodiments relate to measures against electrode consumption in a plasma ignition system that is used to ignite an internal combustion engine.
Ein bekanntes Plasmazündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise in der Druckschrift US 4 388 549 A offenbart.A known plasma ignition system for an internal combustion engine is for example in the document US 4,388,549 A disclosed.
Wie in 6A gezeigt, wird in einem Plasmazündsystem 1h in einer Verbrennungskraftmaschine, wie etwa einem Automobilmotor, durch Anlegen einer Hochspannung zwischen einer Mittelelektrode 110h und einer Masseelektrode 131h einer Plasmazündkerze 10h über eine Entladungsenergiequelle 20h sowie durch Anlegen eines Hochstroms von einer Plasmaerzeugungsenergiequelle 30h zum Zeitpunkt des Starts einer Entladung in einem Entladungsraum 140h zwischen der Mittelelektrode 110h und der Masseelektrode 131h Gas in dem Entladungsraum 140h in einen Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck überführt, und anschließend aus einem Endbereich des Entladungsraums 140h eingespritzt bzw. eingespeist, um eine Zündung durchzuführen.As in 6A is shown in a plasma ignition system 1h in an internal combustion engine, such as an automobile engine, by applying a high voltage between a center electrode 110h and a ground electrode 131h a plasma spark plug 10h via a discharge energy source 20h and by applying a high current from a plasma generating power source 30h at the time of starting a discharge in a discharge room 140h between the center electrode 110h and the ground electrode 131h Gas in the discharge room 140h transferred into a plasma state with high temperature and high pressure, and then from an end portion of the discharge space 140h injected or injected to perform an ignition.
Das Plasmazündsystem 1h weist eine größere Richtcharakteristik auf und erzeugt einen extrem hohen Temperaturbereich von mehreren Tausend bis mehreren Zehntausend Kelvin in einem großen Volumenbereich. Um demzufolge ein verdünntes Luft-Treibstoff-Gemich in einer Treibstoffdirekteinspritzungsmaschine zu verbrennen, wird das Plasmazündsystem 1h vorzugsweise bei einer Schichtladung angewendet, wodurch zum Unterstützen dessen Verbrennung ein dichtes Luft-Treibstoff-Gemisch gesteuert wird, um sich um eine Zündkerze anzusammeln.The plasma ignition system 1h has a larger directivity and produces an extremely high temperature range of several thousands to several tens of thousands Kelvin in a large volume range. Thus, to burn a diluted air-fuel mixture in a direct fuel injection engine, the plasma ignition system becomes 1h is preferably applied to a stratified charge whereby a dense air-fuel mixture is controlled to assist combustion around a spark plug to assist in its combustion.
Als das Plasmazündsystem ist in dem US-Patent US 3 581 141 A eine Oberflächenspaltzündkerze offenbart, um eine Kontamination einer Mittelelektrode zu verhindern. Die Oberflächenspaltzündkerze umfasst die Mittelelektrode, einen Isolator und eine Masseelektrode. Der Isolator weist ein Einführloch auf, das die Mittelelektrode an dessen Mitte hält, und sich in Längsrichtung erstreckt. Die Masseelektrode bedeckt den Isolator und weist eine Öffnung auf, die mit dem Einführloch an dessen unterem Endabschnitt verbunden ist. Die Oberflächenspaltzündkerze weist einen Entladungsspalt in dem Einführloch auf.As the plasma ignition system is disclosed in US Patent US Pat. No. 3,581,141 discloses a surface gap spark plug to prevent contamination of a center electrode. The surface-gap spark plug includes the center electrode, an insulator, and a ground electrode. The insulator has an insertion hole which holds the center electrode at the center thereof and extends in the longitudinal direction. The ground electrode covers the insulator and has an opening connected to the insertion hole at the lower end portion thereof. The surface-gap spark plug has a discharge gap in the insertion hole.
Jedoch dienen in dem konventionellen Plasmazündsystem 1h die Mittelelektrode 110h als ein negativer Pol und die Masseelektrode 131h als eine positive Elektrode, wie in 6B gezeigt. Demzufolge wird ein Kathodenzerstäuben, wodurch ein Kation 50h mit großer Masse mit einer Oberfläche der Mittelelektrode 110h kollidiert, wodurch die Oberfläche zersetzt wird, leicht verursacht. Die Oberfläche der Mittelelektrode 110h wird schwerwiegend aufgrund der Kathodenzerstäubung erodiert.However, in the conventional plasma ignition system 1h the center electrode 110h as a negative pole and the ground electrode 131h as a positive electrode, as in 6B shown. As a result, a sputtering, creating a cation 50h of large mass with a surface of the center electrode 110h collides, causing the surface to be easily decomposed. The surface of the center electrode 110h is severely eroded due to cathode sputtering.
Eine Entladungsdistanz 141h zwischen der Mittelelektrode 110h und der Masseelektrode 131h wird aufgrund der Erosion der Mittelelektrode 110h allmählich vergrößert. Eine Entladungsspannung steigt allmählich proportional zu der Entladungsdistanz 141h an, und die elektrische Entladung kann nicht durchgeführt werden, wenn die Entladungsspannung gleich oder größer einer erzeugten Spannung der Entladungsenergiequelle 20h ist. Als eine Folge kann in der Verbrennungskraftmaschine eine Fehlzündung verursacht werden.A discharge distance 141h between the center electrode 110h and the ground electrode 131h is due to the erosion of the center electrode 110h gradually enlarged. A discharge voltage gradually increases in proportion to the discharge distance 141h and the electric discharge can not be performed when the discharge voltage is equal to or greater than a generated voltage of the discharge power source 20h is. As a result, a misfire can be caused in the internal combustion engine.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit den vorstehenden Nachteilen. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Plasmazündsystem und ein Verfahren zum Herstellen des Plasmazündsystems bereitzustellen, in dem ein Verbrauch eines negativen Pols aufgrund einer Kathodenzerstäubung eingeschränkt wird, und sich eine Entladungsspannung nur schwer erhöht. Das Plasmazündsystem realisiert eine stabile Zündung und weist eine gute Haltbarkeit auf.The present invention addresses the above disadvantages. Therefore, it is an object of the present invention to provide a plasma ignition system and a method for manufacturing the plasma ignition system in which consumption of a negative pole due to sputtering is restricted, and a discharge voltage is difficult to increase. The plasma ignition system realizes a stable ignition and has a good durability.
Die Aufgabe wird durch ein Plasmazündsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.The object is achieved by a plasma ignition system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 6.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist ein Plasmazündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Das System umfasst eine an der Maschine fixierte Plasmazündkerze zum Einspritzen von Gas, das sich in einem Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck befindet, in einen inneren Abschnitt der Maschine, um ein Treibstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Die Plasmazündkerze umfasst eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode, ein dielektrisches Element und eine Erosionswiderstandsschicht bzw. eine Erosions-beständige Schicht. Das dielektrische Element weist eine zylindrische Form auf, um einen Entladungsraum in dem dielektrischen Element zu definieren. Das dielektrische Element isoliert die Mittelelektrode von der Masseelektrode. Gas in dem Entladungsraum wird durch eine zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode angelegte Hochspannung in den Plasmazustand überführt. Die Erosionswiderstandsschicht bedeckt eine Oberfläche der Mittelelektrode oder der Masseelektrode. Diese Mittelelektrode oder Masseelektrode dient als eine negative Elektrode. Die Oberfläche liegt dem Entladungsraum gegenüber. Die Erosionswiderstandsschicht umfasst eine Vielzahl von Schichten, die eine nach der anderen zwischen einer äußersten Schicht und einer innersten Schicht gestapelt sind. Die äußerste Schicht befindet sich auf der Seite des Entladungsraums, und die innerste Schicht befindet sich auf der entgegengesetzten Seite der äußersten Schicht. Materialien, die die Vielzahl von Schichten bilden, weisen voneinander unterschiedliche thermische Eigenschaften auf. Die äußerste Schicht dient als eine Schicht mit hohem Siedepunkt, mit dem höchsten Siedepunkt unter der Vielzahl von Schichten. Die innerste Schicht dient als eine Schicht hoher thermischer Leitfähigkeit, mit der größten thermischen Leitfähigkeit unter der Vielzahl von Schichten. Eine thermische Leitfähigkeit der Vielzahl von Schichten wird in einer Richtung von der äußersten Schicht zu der innersten Schicht größer. Ein Siedepunkt der Vielzahl von Schichten wird in einer Richtung von der innersten Schicht zu der äußersten Schicht größer.In order to achieve the object of the present invention, there is provided a plasma ignition system for an internal combustion engine. The system includes an on-machine plasma spark plug for injecting gas in a high temperature, high pressure plasma state into an interior portion of the engine to ignite a fuel-air mixture. The plasma initiating candle comprises a center electrode, a ground electrode, a dielectric member, and an erosion resistance layer and an erosion-resistant layer, respectively. The dielectric member has a cylindrical shape to define a discharge space in the dielectric member. The dielectric element isolates the center electrode from the ground electrode. Gas in the discharge space is transferred to the plasma state by a high voltage applied between the center electrode and the ground electrode. The erosion resistance layer covers a surface of the center electrode or the ground electrode. This center electrode or ground electrode serves as a negative electrode. The surface is opposite the discharge space. The erosion resistance layer comprises a plurality of layers, one after the others are stacked between an outermost layer and an innermost layer. The outermost layer is on the side of the discharge space, and the innermost layer is on the opposite side of the outermost layer. Materials that form the plurality of layers have different thermal properties from each other. The outermost layer serves as a high boiling point layer, with the highest boiling point among the plurality of layers. The innermost layer serves as a layer of high thermal conductivity, with the highest thermal conductivity among the plurality of layers. A thermal conductivity of the plurality of layers becomes larger in a direction from the outermost layer to the innermost layer. A boiling point of the plurality of layers becomes larger in a direction from the innermost layer to the outermost layer.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist ebenso ein Verfahren zum Herstellen des Plasmazündsystems bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren wird die Mittelelektrode oder die Masseelektrode, die als die negative Elektrode dient, einstückig mit der Erosionswiderstandsschicht ausgebildet. Gemäß dem einstückigen Ausbilden der Mittelelektrode oder der Masseelektrode mit der Erosionswiderstandsschicht, ist ein Umformwerkzeug bereitgestellt, und das Umformwerkzeug ist mit der Mittelelektrode oder der Masseelektrode, dem Material mit hohem Siedepunkt und dem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit gefüllt. Das Material mit hohem Siedepunkt und das Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit befinden sich in einem pulverisierten Zustand. Das Zusammensetzungsverhältnis zwischen dem Material mit hohem Siedepunkt und dem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit variiert fortschreitend in der Erosionswiderstandsschicht, so dass das Zusammensetzungsverhältnis des Materials mit hohem Schmelzpunkt in der Richtung von der innersten Schicht in Richtung der äußersten Schicht größer wird, und dass das Zusammensetzungsverhältnis des Materials mit hoher thermischer Leitfähigkeit in der Richtung von der äußersten Schicht in Richtung der innersten Schicht größer wird. Weiterhin wird ein Formteil durch Komprimieren der Mittelelektrode oder der Masseelektrode, des Materials mit hohem Siedepunkt und des Materials mit hoher thermischer Leitfähigkeit unter Verwendung des Umformwerkzeugs ausgebildet. Ein Impulsstrom wird durch das Umformwerkzeug an das Formteil angelegt, wenn das Formteil weiterhin unter Verwendung des Umformwerkzeugs komprimiert wird. Das Formteil wird durch in dem Formteil erzeugte Hitzeenergie gesintert.In order to achieve the object of the present invention, there is also provided a method of manufacturing the plasma ignition system. According to the method, the center electrode or the ground electrode serving as the negative electrode is formed integrally with the erosion resistance layer. According to integrally forming the center electrode or the ground electrode with the erosion resistance layer, a forming die is provided, and the forming die is filled with the center electrode or the ground electrode, the high boiling point material and the high thermal conductivity material. The high boiling point material and the high thermal conductivity material are in a powdered state. The composition ratio between the high boiling point material and the high thermal conductivity material progressively varies in the erosion resistance layer, so that the composition ratio of the high melting point material in the direction from the innermost layer toward the outermost layer becomes larger, and the composition ratio of Material with high thermal conductivity in the direction from the outermost layer in the direction of the innermost layer becomes larger. Further, a molded article is formed by compressing the center electrode or the ground electrode, the high-boiling-point material and the high-thermal-conductivity material using the forming die. A pulse current is applied to the molding by the forming tool when the molding is further compressed using the forming tool. The molding is sintered by heat energy generated in the molding.
Die Erfindung, zusammen mit zusätzlichen Zielen, Merkmalen und Vorteilen davon, wird am Besten anhand der nachfolgenden Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den angehängten Zeichnungen verstanden, wobei in den Zeichnungen gilt:The invention, together with additional objects, features and advantages thereof, will be best understood from the following description, the appended claims and the appended drawings, in which:
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines Plasmazündsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; 1 Fig. 10 is a schematic view illustrating a configuration of a plasma ignition system according to a first embodiment of the invention;
2A ist ein Schaltungsdiagramm für das Plasmazündsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 2A FIG. 12 is a circuit diagram for the plasma ignition system according to the first embodiment; FIG.
2B ist eine Teilansicht eines Hauptabschnitts einer Plasmazündkerze, das die Vorzüge in dem Schaltungsdiagramm veranschaulicht; 2 B Fig. 10 is a partial view of a main portion of a plasma ignition plug illustrating the merits in the circuit diagram;
3A ist ein Graph, der eine Zusammensetzungscharakteristik eines Gradientmaterials zeigt, in dem ein Zusammensetzungsverhältnis zwischen einem Material mit hohem Siedepunkt und einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit linear variiert wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 3A FIG. 12 is a graph showing a composition characteristic of a gradient material in which a composition ratio between a high boiling point material and a high thermal conductivity material is linearly varied according to the first embodiment; FIG.
3B ist ein Graph, der eine Zusammensetzungscharakteristik eines Gradientmaterials zeigt, in dem das Zusammensetzungsverhältnis kurvenförmig variiert wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 3B Fig. 12 is a graph showing a composition characteristic of a gradient material in which the composition ratio is varied in a curve shape according to the first embodiment;
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Plasmasintereinheit veranschaulicht, die in einem Prozess verwendet wird, in dem eine Erosionswiderstandsschicht und eine als negativer Pol dienende Elektrode einstückig gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet werden; 4 FIG. 12 is a schematic view illustrating a configuration of a plasma sintering unit used in a process in which an erosion resistance layer and a negative pole electrode are formed integrally according to the first embodiment; FIG.
5A ist ein Schaltungsdiagramm gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 5A is a circuit diagram according to a second embodiment of the invention;
5B ist eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts einer Plasmazündkerze, der die Vorzüge in dem Schaltungsdiagramm veranschaulicht; 5B Fig. 10 is a sectional view of a main portion of a plasma ignition plug illustrating the merits in the circuit diagram;
6A ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines herkömmlichen Plasmazündsystems veranschaulicht; und 6A Fig. 12 is a schematic view illustrating a configuration of a conventional plasma ignition system; and
6B ist eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts einer herkömmlichen Plasmazündkerze, welche die Probleme in der schematischen Ansicht veranschaulicht. 6B FIG. 12 is a sectional view of a main portion of a conventional plasma ignition plug illustrating problems in the schematic view. FIG.
(Erstes Ausführungsbeispiel)(First embodiment)
Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ein Plasmazündsystem 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Hochspannungsenergieversorgung mit einer Entladungsenergiequelle 20 und einer Plasmaerzeugungsenergiequelle 30, sowie einer Plasmazündkerze 10.Hereinafter, a first embodiment of the invention with reference to 1 described. A plasma ignition system 1 According to the first embodiment comprises a high voltage power supply with a Discharge power supply 20 and a plasma generation power source 30 , as well as a plasma spark plug 10 ,
Die Plasmazündkerze 10 umfasst eine Mittelelektrode 110, ein dielektrisches Element 120 und ein Gehäuse 130. Die Mittelelektrode 110 besitzt eine axiale Form. Das dielektrische Element 120 besitzt eine zylindrische Form, und hält die Mittelelektrode 110 zum Isolieren. Das Gehäuse 130 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, weist einen unteren Abschnitt auf, und bedeckt das dielektrische Element 120. Das Gehäuse 130 besitzt eine Masseelektrode 131 an dessen Endabschnitt, und ist elektrisch leitfähig.The plasma spark plug 10 includes a center electrode 110 , a dielectric element 120 and a housing 130 , The center electrode 110 has an axial shape. The dielectric element 120 has a cylindrical shape, and holds the center electrode 110 to isolate. The housing 130 is formed in a cylindrical shape, has a lower portion, and covers the dielectric member 120 , The housing 130 has a ground electrode 131 at its end portion, and is electrically conductive.
Eine Erosionswiderstandsschicht 150 mit einer Schicht mit hohem Siedepunkt 151, einer schrägen Schicht 152 und einer Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153, die nachstehend detaillierter beschrieben werden, ist auf einer Oberfläche der Masseelektrode 131, gegenüberliegend einem Entladungsraum 140 ausgebildet.An erosion resistance layer 150 with a high boiling point layer 151 , a sloping layer 152 and a layer of high thermal conductivity 153 , which will be described in more detail below, is on a surface of the ground electrode 131 , opposite a discharge room 140 educated.
Das dielektrische Element 120 umfasst zum Beispiel hochreines Aluminiumoxid, das einen exzellenten Wärmewiderstand, mechanische Festigkeit, dielektrische Festigkeit bei hohen Temperaturen und thermische Leitfähigkeit aufweist. Ein Endseitenabschnitt des dielektrischen Elements 120 definiert den Entladungsraum 140 mit einer zylindrischen Form, und erstreckt sich von einer Endoberfläche der Mittelelektrode 110 nach unten. Das dielektrische Element 120 besitzt einen Arretierabschnitt eines dielektrischen Elements, das das dielektrische Element 120 und das Gehäuse 130 über ein Dichtelement zum Bewahren einer Luftdichte zwischen dem dielektrischen Element 120 und dem Gehäuse 130 an dessen Halbierungsabschnitt arretiert. Ein Kopfabschnitt des dielektrischen Elements ist an der anderen Endseite des dielektrischen Elements 120 ausgebildet. Der Kopfabschnitt des dielektrischen Elements isoliert die Mittelelektrode 110 von dem Gehäuse 130, und verhindert, dass Hochspannung an anderen Abschnitten als der Elektrode angelegt wird.The dielectric element 120 For example, it includes high purity alumina which has excellent heat resistance, mechanical strength, high temperature dielectric strength, and thermal conductivity. An end side portion of the dielectric element 120 defines the discharge space 140 with a cylindrical shape, and extends from an end surface of the center electrode 110 downward. The dielectric element 120 has a locking portion of a dielectric member constituting the dielectric member 120 and the case 130 via a sealing element to maintain an air density between the dielectric element 120 and the housing 130 arrested at its halving section. A head portion of the dielectric member is on the other end side of the dielectric member 120 educated. The head portion of the dielectric element insulates the center electrode 110 from the case 130 , and prevents high voltage from being applied to other portions than the electrode.
Die Masseelektrode 131 ist an einem Endabschnitt des Gehäuses 130 ausgebildet. Die Masseelektrode 131, die das dielektrische Element 120 bedeckt, weist eine ringförmige Form auf, und ein Endabschnitt der Masseelektrode 131 ist nach innen gebogen. Ein Gehäusegewindeabschnitt 133 zum Fixieren des Gehäuses 130 an eine Wandoberfläche (Motorblock 40) einer (nicht gezeigten) Verbrennungskraftmaschine, so dass die Masseelektrode 131 in das Innere der Verbrennungskraftmaschine freigelegt ist, und zum elektrischen Erden des Gehäuses 130 und des Motorblocks 40 ist an einem äußeren Umfangsabschnitt eines Mittelabschnitts des Gehäuses 130 ausgebildet. Ein sechseckiger Gehäuseabschnitt 134 zum Schrauben des Gehäusegewindeabschnitts 133 ist an einem äußeren Umfangsabschnitt der anderen Endseite des Gehäuses 130 ausgebildet.The ground electrode 131 is at an end portion of the housing 130 educated. The ground electrode 131 which is the dielectric element 120 covered, has an annular shape, and an end portion of the ground electrode 131 is bent inwards. A housing threaded portion 133 for fixing the housing 130 to a wall surface (engine block 40 ) of an internal combustion engine (not shown) such that the ground electrode 131 is exposed in the interior of the internal combustion engine, and for electrical grounding of the housing 130 and the engine block 40 is at an outer peripheral portion of a central portion of the housing 130 educated. A hexagonal housing section 134 for screwing the housing thread portion 133 is at an outer peripheral portion of the other end side of the housing 130 educated.
Eine Masseelektrodeöffnung 132 ist an der Masseelektrode 131 ausgebildet. Die Masseelektrodeöffnung 132 steht in Verbindung mit einem inneren Abschnitt des dielektrischen Elements 120, und liegt dem Entladungsraum 140 gegenüber. Die Masseelektrode 131 weist die Erosionswiderstandsschicht 150 auf, die deren Oberfläche, die dem Entladungsraum 140 gegenüber liegt, bedeckt.A ground electrode opening 132 is at the ground electrode 131 educated. The ground electrode opening 132 is in communication with an inner portion of the dielectric member 120 , and lies the discharge space 140 across from. The ground electrode 131 has the erosion resistance layer 150 on, the surface of which, the discharge space 140 opposite, covered.
Ein Gradientmaterial, das so ausgebildet ist, dass dessen thermischen Eigenschaften schrittweise in Schichten zwischen der äußersten Schicht und der innersten Schicht variieren, dient als die Erosionswiderstandsschicht 150. Die Schicht mit hohem Siedepunkt 151 ist an der äußersten Schicht aus einem Material mit hohem Siedepunkt ausgebildet. Die schräge Schicht 152 ist an einer hinteren Oberflächenseite der Schicht mit hohem Siedepunkt 151 ausgebildet. Die schräge Schicht 152 umfasst das Material mit hohem Siedepunkt und ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit in einem schrittweise variierenden Zusammensetzungsverhältnis zwischen den beiden Materialien in einer Dickerichtung der Schicht. Die Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 ist aus dem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit an einer hinteren Oberflächenseite der schrägen Schicht 152 ausgebildet. Die Schicht mit hohem Siedepunkt 151, die schräge Schicht 152 und die Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 bilden die Erosionswiderstandsschicht 150. Folglich wird ein Erzeugen einer internen Spannung, die durch eine Differenz der Materialeigenschaften verursacht wird, eingeschränkt.A gradient material, which is formed so that its thermal properties gradually vary in layers between the outermost layer and the innermost layer, serves as the erosion resistance layer 150 , The high boiling point layer 151 is formed on the outermost layer of a high boiling point material. The oblique layer 152 is on a back surface side of the high boiling point layer 151 educated. The oblique layer 152 includes the high boiling point material and a high thermal conductivity material in a stepwise varying composition ratio between the two materials in a thickness direction of the layer. The layer with high thermal conductivity 153 is made of the high thermal conductivity material on a back surface side of the inclined layer 152 educated. The high boiling point layer 151 , the oblique layer 152 and the high thermal conductivity layer 153 form the erosion resistance layer 150 , Consequently, generation of an internal stress caused by a difference in material properties is restricted.
Alternativ kann die Erosionswiderstandsschicht 150 aus gestapelten Schichten ausgebildet sein, und ein Material, das einen hohen Siedepunkt bildet, das thermische Eigenschaften eines hohen Siedepunkts aufweist, und ein Material, das eine hohe thermische Leitfähigkeit bildet, das thermische Eigenschaften von hoher thermischer Leitfähigkeit aufweist, kann in einer solchen Weise kombiniert werden, dass ein Zusammensetzungsverhältnis zwischen den beiden Materialien in jeder Schicht variiert.Alternatively, the erosion resistance layer 150 may be formed of stacked layers, and a material that forms a high boiling point having high boiling point thermal properties and a material that forms a high thermal conductivity having thermal properties of high thermal conductivity may be combined in such a manner be that a composition ratio between the two materials in each layer varies.
Weiterhin kann die Erosionswiderstandsschicht 150 als ein Gradientmaterial ausgebildet sein, wobei ein Zusammensetzungsverhältnis davon so angepasst ist, dass eine thermische Leitfähigkeit des dieses bildenden Materials in einer Richtung von der äußersten Schicht zu der innersten Schicht größer wird, und dass ein Siedepunkt des dieses bildenden Materials in einer Richtung von der innersten Schicht zu der äußersten Schicht höher wird.Furthermore, the erosion resistance layer 150 be formed as a gradient material, wherein a composition ratio thereof is adapted so that a thermal conductivity of the material forming this becomes larger in a direction from the outermost layer to the innermost layer, and that a boiling point of the material forming this in a direction from the innermost Layer becomes higher to the outermost layer.
Ein Material mit hohem Siedepunkt, das Metalle und/oder Metalllegierungen mit einem Siedepunkt, der gleich oder größer als 3500°C ist, umfasst, wird für das Material mit hohem Siedepunkt der Erosionswiderstandsschicht 150 verwendet. Insbesondere werden Edelmetallmaterialien, wie etwa Kobalt (Co), vorzugsweise als das Metall verwendet, und Karbide oder Nitride, wie etwa Tantalcarbide (TaC), Hafniumcarbide (HfC), Titancarbide (TiC) oder Titannitride (TiN), oder ein Material, in dem diese zusammen legiert sind, vorzugsweise als der Metallverbundstoff verwendet. A high boiling point material comprising metals and / or metal alloys having a boiling point equal to or greater than 3500 ° C becomes the high boiling point material of the erosion resistance layer 150 used. In particular, noble metal materials such as cobalt (Co) are preferably used as the metal, and carbides or nitrides such as tantalum carbide (TaC), hafnium carbide (HfC), titanium carbide (TiC) or titanium nitride (TiN), or a material in which these are alloyed together, preferably used as the metal composite.
Ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, das irgendein Metall oder Metallverbundstoff mit einer thermischen Leitfähigkeit gleich oder größer als 100 W/m·K umfasst, und Kohlenstofffasern werden beispielsweise für das Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit verwendet. Insbesondere können Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Gold (Au) vorzugsweise als das Metall verwendet werden, und Metallcarbide, wie etwa Siliziumcarbid (SiC) und Wolframcarbid (WC) vorzugsweise als der Metallverbundstoff verwendet werden. Ein Kohlenstoffnanorohr (CNT) oder eine Kohlenstoffnanofaser (CNF) kann vorzugsweise als die Kohlenstofffaser verwendet werden. Insbesondere weisen Kohlenstofffasern, wie etwa CNT und CNF eine extrem hohe thermische Leitfähigkeit im Bereich von 1000 W/m·K bis 3000 W/m·K auf, und besitzen ein extrem gutes Abstrahlungsvermögen.A high thermal conductivity material comprising any metal or metal composite having a thermal conductivity equal to or greater than 100 W / m · K, and carbon fibers are used, for example, for the high thermal conductivity material. In particular, copper (Cu), silver (Ag) or gold (Au) may preferably be used as the metal, and metal carbides such as silicon carbide (SiC) and tungsten carbide (WC) are preferably used as the metal composite. A carbon nanotube (CNT) or a carbon nanofiber (CNF) may preferably be used as the carbon fiber. In particular, carbon fibers such as CNT and CNF have extremely high thermal conductivity in the range of 1000 W / m · K to 3000 W / m · K, and have extremely good radiating ability.
Ein Endseitenabschnitt der Mittelelektrode 110 ist aus einem Material mit hohem Siedepunkt ausgebildet, wie etwa Wolfram (W), Tantal (Ta), Molybden (Mo), Hafnium (Hf), TaC oder TiN. Eine Mittelelektrodenachse 111, die aus einem metallischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, wie etwa ein Stahlmaterial, ist in der Mittelelektrode 110 ausgebildet.An end side portion of the center electrode 110 is formed of a high boiling point material such as tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), TaC or TiN. A center electrode axis 111 , which consists of a metallic material with high electrical conductivity, such as a steel material, is in the center electrode 110 educated.
Ein Mittelelektrodenanschlussabschnitt 112 ist an der anderen Endseite der Mittelelektrode 110 ausgebildet. Der Mittelelektrodenanschlussabschnitt 112 ragt aus dem dielektrischen Element 120 heraus, um mit der Entladungsenergiequelle 20 und der Plasmaerzeugungsenergiequelle 30, die außen angeordnet sind, verbunden zu werden.A center electrode terminal section 112 is on the other end side of the center electrode 110 educated. The center electrode terminal section 112 protrudes from the dielectric element 120 out to with the discharge power source 20 and the plasma generation power source 30 which are arranged outside to be connected.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 2A gezeigt, ist die Polarität der Entladungsenergiequelle 20 und der Plasmaerzeugungsenergiequelle 30 so eingestellt, dass deren Mittelelektroden 110-Seite ein positiver Pol ist, und eine Masseelektrode 131-Seite ein negativer Pol ist.In the first embodiment, as in 2A shown is the polarity of the discharge energy source 20 and the plasma generation power source 30 adjusted so that their center electrodes 110 Side is a positive pole, and a ground electrode 131 Side is a negative pole.
Die Entladungsenergiequelle 20 umfasst eine erste Batterie 21, einen Zündschlüssel 22, eine Zündspule 23, eine Zündvorrichtung 24 mit einem Transistor und eine elektrische Steuereinheit (ECU) 25. Die Entladungsenergiequelle 20 ist mit der Plasmazündkerze 10 über eine Gleichrichteinrichtung 26 verbunden. Eine positive Polseite der ersten Batterie 21 ist geerdet.The discharge energy source 20 includes a first battery 21 , an ignition key 22 , an ignition coil 23 , an ignition device 24 with a transistor and an electrical control unit (ECU) 25 , The discharge energy source 20 is with the plasma spark plug 10 via a rectifying device 26 connected. A positive pole side of the first battery 21 is grounded.
Die Plasmaerzeugungsenergiequelle 30 umfasst eine zweite Batterie 31, einen Widerstand 32 und eine Plasmaerzeugungskapazität 33. Die Plasmaerzeugungsenergiequelle 30 ist über eine Gleichrichteinrichtung 34 mit der Plasmazündkerze 10 verbunden. Eine negative Polseite der zweiten Batterie 31 ist geerdet.The plasma generation energy source 30 includes a second battery 31 , a resistance 32 and a plasma generation capacity 33 , The plasma generation energy source 30 is via a rectifying device 34 with the plasma spark plug 10 connected. A negative pole side of the second battery 31 is grounded.
Wenn der Zündschlüssel 22 eingeschaltet wird, wird eine negative Primärspannung, die eine Niederspannung ist, einer Primärspule 231 der Zündspule 23 von der ersten Batterie als Folge auf ein Zündsignal von der ECU 25 angelegt. Wenn die Primärspannung durch Schalten der Zündvorrichtung 24 abgetrennt wird, schwankt ein magnetisches Feld in der Zündspule 23, wodurch eine positive Sekundärspannung von 10 bis 30 kV in eine Sekundärspule 232 der Zündspule 23 durch Selbstinduktion induziert wird. In der Zwischenzeit wird die Plasmaerzeugungskapazität 33 durch die zweite Batterie 31 aufgeladen.When the ignition key 22 is turned on, a negative primary voltage, which is a low voltage, a primary coil 231 the ignition coil 23 from the first battery as a result of an ignition signal from the ECU 25 created. If the primary voltage by switching the igniter 24 is disconnected, a magnetic field fluctuates in the ignition coil 23 , whereby a positive secondary voltage of 10 to 30 kV in a secondary coil 232 the ignition coil 23 induced by self-induction. In the meantime, the plasma generation capacity becomes 33 through the second battery 31 charged.
Wenn die angelegte Sekundärspannung eine Entladungsspannung übersteigt, die proportional einer Entladungsdistanz zwischen der Mittelelektrode 110 und der Masseelektrode 131 ist, wird eine Entladung zwischen der Mittelelektrode 110 und der Masseelektrode 131 gestartet, und dadurch wird Gas in dem Entladungsraum 140 in einem kleinen Bereich in einen Plasmazustand überführt.When the applied secondary voltage exceeds a discharge voltage proportional to a discharge distance between the center electrode 110 and the ground electrode 131 is a discharge between the center electrode 110 and the ground electrode 131 started, and thereby gas in the discharge space 140 transferred in a small area in a plasma state.
Das Gas in dem Plasmazustand in dem kleinen Bereich besitzt elektrische Leitfähigkeit, und verursacht, dass eine elektrische Ladung, die zwischen beiden Polen der Plasmaerzeugungskapazität 33 gespeichert ist, entladen wird. Demzufolge wird das Gas in dem Entladungsraum 140 weiterhin in den Plasmazustand überführt, und dadurch wird der Bereich vergrößert. Das vermehrte Gas in dem Plasmazustand besitzt eine hohe Temperatur und einen hohen Druck, und wird in eine Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine eingespeist.The gas in the plasma state in the small area has electrical conductivity, and causes an electric charge between the two poles of the plasma generation capacity 33 is stored, unloaded. As a result, the gas in the discharge space becomes 140 continues to be transferred to the plasma state, thereby increasing the area. The increased gas in the plasma state has a high temperature and a high pressure, and is fed to a combustion chamber of the internal combustion engine.
Wie in 2B gezeigt, wird das Gas in dem Entladungsraum 140 in den Plasmazustand mit hoher Temperatur und hohem Druck überführt, und ein Kation 50 mit großer Masse kollidiert mit einer Oberfläche der auf der Masseelektrode 131 ausgebildeten Masseelektrodenöffnung 132.As in 2 B shown, the gas is in the discharge space 140 transferred to the plasma state with high temperature and high pressure, and a cation 50 large mass collides with a surface of the ground electrode opening formed on the ground electrode 131 132 ,
Die Erosionswiderstandsschicht 150, die die Schicht mit hohem Siedepunkt 151, die schräge Schicht 152 und die Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 umfasst, wird an der Oberfläche, die dem Entladungsraum 140 gegenüber liegt, ausgebildet. Demzufolge gilt, dass auch wenn das Kation 50 mit hoher Temperatur mit der Schicht mit hohem Siedepunkt 151 kollidiert, eine Erosion der Oberfläche der Masseelektrodenöffnung 132 aufgrund von Kathodenzerstäuben eingeschränkt wird, da die Schicht mit hohem Siedepunkt 151 einen hohen Siedepunkt aufweist, und Wärme schnell an die Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 abstrahlt, um gekühlt zu werden.The erosion resistance layer 150 containing the high boiling point layer 151 , the oblique layer 152 and the high thermal conductivity layer 153 includes, on the surface, which is the discharge space 140 is opposite, trained. Consequently, even if the cation 50 at high temperature with the high boiling point layer 151 collides, erosion of the surface of the ground electrode opening 132 is limited due to cathode sputtering, since the high boiling point layer 151 has a high boiling point, and heat quickly reaches the high thermal conductivity layer 153 radiates to be cooled.
Andererseits wird das Kation 50 elektrisch zurückgedrängt, und kollidiert daher nicht mit einer Oberfläche der Mittelelektrode 110, die ein positiver Pol ist, und nur ein Elektron 51 mit kleiner Masse kollidiert mit der Oberfläche der Mittelelektrode 110. Als eine Folge wird eine Erosion aufgrund direkten Kathodenzerstäubens nicht verursacht.On the other hand, the cation becomes 50 pushed back electrically, and therefore does not collide with a surface of the center electrode 110 , which is a positive pole, and only one electron 51 with small mass collides with the surface of the center electrode 110 , As a result, erosion due to direct sputtering is not caused.
Weiterhin gilt, dass weil die Mittelelektrode 110 aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt ausgebildet ist, die Mittelelektrode 110 ebenso von indirekter Erosion aufgrund abgestrahlter Wärme vor dem Gas in dem Plasmazustand geschützt wird.Furthermore, because the center electrode 110 is formed of a material having a high melting point, the center electrode 110 is also protected from indirect erosion due to radiated heat from the gas in the plasma state.
In dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Erosionswiderstandsschicht 150 durch Bilden der Schicht mit hohem Siedepunkt 151, der schrägen Schicht 152 und der Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 getrennt und in Schichten gestapelt ausgebildet werden. Alternativ kann die Erosionswiderstandsschicht 150 als eine Elektrode ausgebildet sein, in der die Schicht mit hohem Siedepunkt 151 und die Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 kontinuierlich schwankt, durch Verwenden eines Gradientmaterials, in dem ein pulverisiertes Material mit hohem Siedepunkt und ein pulverisiertes Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit zusammengesetzt sind, wobei deren Zusammensetzungsverhältnis so angepasst ist, dass eine thermische Leitfähigkeit der Bestandteile des Gradientmaterials in der Richtung von der äußersten Schicht zu der innersten Schicht größer wird, und dass ein Siedepunkt der Bestandteile in der Richtung von der innersten Schicht zu der äußersten Schicht größer wird.In the first embodiment, the erosion resistance layer 150 by forming the high boiling point layer 151 , the oblique layer 152 and the high thermal conductivity layer 153 be formed separately and stacked in layers. Alternatively, the erosion resistance layer 150 be formed as an electrode in which the high boiling point layer 151 and the high thermal conductivity layer 153 varies continuously by using a gradient material in which a high boiling point pulverized material and a high thermal conductivity pulverized material are composed, the composition ratio of which is adjusted so as to increase thermal conductivity of the gradient material components in the direction from the outermost layer the innermost layer becomes larger, and a boiling point of the components in the direction from the innermost layer to the outermost layer becomes larger.
Wie in 3A gezeigt, sind die beiden Materialien so zusammengesetzt, dass ein Zusammensetzungsverhältnis des Materials mit hohem Siedepunkt in der äußersten Schicht, die dem Entladungsraum 140 gegenüber liegt, die größte ist, und das Zusammensetzungsverhältnis des Materials mit hohem Siedepunkt schrittweise abnimmt, und ein Zusammensetzungsverhältnis des Materials mit hoher thermischer Leitfähigkeit schrittweise in der Richtung zu der innersten Schicht anwächst.As in 3A As shown, the two materials are composed so that a composition ratio of the high boiling point material in the outermost layer to the discharge space 140 is the largest, and the composition ratio of the high boiling point material gradually decreases, and a composition ratio of the high thermal conductivity material gradually increases in the direction toward the innermost layer.
Das Zusammensetzungsverhältnis zwischen dem Material mit hohem Siedepunkt und dem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit in der Schicht mit hohem Siedepunkt 151 und der Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 muss nicht unbedingt linear variieren. Alternativ, wie in 3B gezeigt, kann das Zusammensetzungsverhältnis kurvenförmig schwanken.The composition ratio between the high boiling point material and the high thermal conductivity material in the high boiling point layer 151 and the high thermal conductivity layer 153 does not necessarily have to vary linearly. Alternatively, as in 3B As shown, the composition ratio may vary in a curved manner.
Durch Verwenden einer Plasmasintereinheit 500 in 4, wird eine Elektrode, in der die Erosionswiderstandsschicht 150 mit unterschiedlichen Eigenschaften der Schicht mit hohem Siedepunkt 151, der schrägen Schicht 152 und der Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153, komplett in der Masseelektrode 131 integriert ist, einfach ausgebildet. Ein Produktionsprozess, wobei die Masseelektrode 131, die als ein negativer Pol dient, und die Erosionswiderstandsschicht 150 komplett einstückig ausgebildet sind, wird nachstehend detailliert beschrieben. Die Schicht mit hohem Siedepunkt 151, die schräge Schicht 152 und die Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 sind ausgebildet, um die Masseelektrode 131 von einem in die Masseelektrode 131 gebildeten Metallmaterial abzudecken, und ein Material mit hohem Siedepunkt und ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, die in der Erosionswiderstandsschicht 150 ausgebildet sind, befinden sich alle in einem pulverisierten Zustand. Zu diesem Zweck wird ein Formblock mit einer oberen Lochung 54a, einer unteren Lochung 54b, einem Umformwerkzeug 56 und einem Kernanschluss 55, die in einer Vakuumkammer 58 angebracht sind, mit drei Materialien gefüllt, wobei ein Zusammensetzungsverhältnis jeder Schicht schrittweise variiert, so dass das Zusammensetzungsverhältnis des Materials mit hoher thermischer Leitfähigkeit von der äußersten Schichtseite in Richtung der innersten Schichtseite der Erosionswiderstandsschicht 150 größer wird, und dass das Zusammensetzungsverhältnis des Materials mit hohem Siedepunkt von der innersten Schichtseite in Richtung der äußersten Schichtseite größer wird.By using a plasma unit 500 in 4 , is an electrode in which the erosion resistance layer 150 with different properties of the high boiling point layer 151 , the oblique layer 152 and the high thermal conductivity layer 153 , completely in the earth electrode 131 integrated, simply trained. A production process, where the ground electrode 131 which serves as a negative pole, and the erosion resistance layer 150 are formed in one piece, will be described in detail below. The high boiling point layer 151 , the oblique layer 152 and the high thermal conductivity layer 153 are formed around the ground electrode 131 from one to the ground electrode 131 to cover the formed metal material, and a high boiling point material and a high thermal conductivity material contained in the erosion resistance layer 150 are formed, all are in a pulverized state. For this purpose, a mold block with an upper hole 54a , a lower hole 54b , a forming tool 56 and a core connection 55 in a vacuum chamber 58 are filled with three materials, wherein a composition ratio of each layer varies stepwise so that the composition ratio of the high thermal conductivity material from the outermost layer side toward the innermost layer side of the erosion resistance layer 150 becomes larger, and that the composition ratio of the high boiling point material increases from the innermost layer side toward the outermost layer side.
Anschließend wird ein Formstück durch Anlegen von Druck auf die zusammengesetzten Materialien in dem Umformwerkzeug 57 zwischen der oberen Lochung 54a und der unteren Lochung 54b über eine Druckeinrichtung 53 ausgebildet. Während weiterhin Druck auf das Formteil durch die Druckeinrichtung 53 angelegt wird, wird elektrische Energie, die in einer Gleichstrompulsenergieversorgung 510 erzeugt wird, dem Formteil über eine Elektrode 52a und eine Elektrode 52b zugeführt, wobei deren Temperatur über eine Temperaturüberwachung 57 überwacht wird.Subsequently, a molding is formed by applying pressure to the composite materials in the forming tool 57 between the upper perforation 54a and the lower hole 54b via a printing device 53 educated. While still pressure on the molding by the printing device 53 is applied, electrical energy is generated in a DC power supply 510 is generated, the molding via an electrode 52a and an electrode 52b supplied, with their temperature via a temperature monitor 57 is monitored.
Demzufolge wird eine extrem hohe Temperaturwärmeenergie in dem Formteil erzeugt, so dass ein Sintern des Formteils unterstützt wird. Als eine Folge wird ein gesintertes Formstück in der Elektrode, in der die Erosionswiderstandsschicht 150 mit der Masseelektrode 131 komplett integriert ist, erhalten. Die auf diese Weise ausgebildete Elektrode und das Gehäuse 130 werden zum Beispiel durch Laserschweißen zusammengefügt.As a result, an extremely high temperature heat energy is generated in the molded article, so that sintering of the molded article is promoted. As a result, a sintered molding is formed in the electrode in which the erosion resistance layer 150 with the ground electrode 131 completely integrated, received. The thus formed electrode and the housing 130 are joined together, for example, by laser welding.
(Zweites Ausführungsbeispiel)Second Embodiment
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in 5A gezeigt, ist die Polarität einer Entladungsenergiequelle 20b und einer Plasmaerzeugungsenergiequelle 30b so eingestellt, dass deren Mittelelektrode 110E-Seite ein negativer Pol und eine Masseelektrode 131B-Seite ein positiver Pol ist. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Basiskonfiguration gleich dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher werden die gleichen Bezugszeichen für deren entsprechenden Komponenten verwendet, und deren Beschreibungen werden weggelassen.In a second embodiment of the invention, as in 5A shown is the polarity of a discharge energy source 20b and a plasma generation power source 30b adjusted so that its center electrode 110E Side a negative pole and a ground electrode 131B Side is a positive pole. In the second embodiment, a basic configuration is the same as the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are used for their respective components, and their descriptions are omitted.
In einer Plasmazündkerze 10b des zweiten Ausführungsbeispiels, wie in 5B gezeigt, wird eine Erosionswiderstandsschicht 150 ausgebildet, um eine Oberfläche der Mittelelektrode 110B, die einem Entladungsraum 140 gegenüberliegt, zu bedecken. Die Erosionswiderstandsschicht 150 ist als ein Gradientmaterial ausgebildet, wobei thermische Eigenschaften davon schrittweise in Schichten von der äußersten Schicht in Richtung der innersten Schicht variieren. Die Erosionswiderstandsschicht 150 umfasst eine Schicht mit hohem Siedepunkt 151, eine schräge Schicht 152 und eine Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153.In a plasma spark plug 10b of the second embodiment, as in 5B becomes an erosion resistance layer 150 formed to a surface of the center electrode 110B which is a discharge room 140 opposite, to be covered. The erosion resistance layer 150 is formed as a gradient material with thermal properties thereof gradually varying in layers from the outermost layer toward the innermost layer. The erosion resistance layer 150 includes a high boiling point layer 151 , a sloping layer 152 and a high thermal conductivity layer 153 ,
Die Schicht mit hohem Siedepunkt 151 wird an der äußersten Schicht ausgebildet, und die Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 wird an dessen Rückseite ausgebildet, wobei die schräge Schicht 152 dazwischen liegt. Aufgrund solch einer Konfiguration, auch wenn ein Kation 50 mit einer Oberfläche der Erosionswiderstandsschicht 150 kollidiert, ist es schwierig, die Schicht mit hohem Siedepunkt 151 zu zerstäuben, und Wärmeenergie des Kations 50 wird schnell zu der Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit 153 abgestrahlt, so dass eine Temperatur der Schicht mit hohem Siedepunkt 151 schnell abnimmt. Demzufolge gilt, dass gleich dem ersten Ausführungsbeispiel, ein Elektrodenverbrauch aufgrund der Kathodenzerstäubung eingeschränkt wird.The high boiling point layer 151 is formed at the outermost layer, and the high thermal conductivity layer 153 is formed on the rear side thereof, the oblique layer 152 lies in between. Because of such a configuration, even if a cation 50 with a surface of the erosion resistance layer 150 collides, it is difficult to the high boiling point layer 151 to atomize, and heat energy of the cation 50 quickly becomes the high thermal conductivity layer 153 emitted, leaving a temperature of the high boiling point 151 decreases rapidly. Accordingly, the same as the first embodiment, electrode consumption due to the sputtering is restricted.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Herstellungsverfahren, das die vorstehende Plasmasintereinheit 500 verwendet, angewendet werden, um die Erosionswiderstandsschicht 150 und die Mittelelektrode 110B einstückig auszubilden. In diesem Fall gilt, dass – weil die Mittelelektrode 110E eine säulenförmige Form aufweist – der Kernanschluss 55, der zum Ausbilden der ringförmigen Masseelektrode 131 verwendet wird, die in dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Erosionswiderstandsschicht 150 bedeckt ist, nicht notwendig ist.In the second embodiment, the manufacturing method comprising the above plasma unit 500 used, applied to the erosion resistance layer 150 and the center electrode 110B to train in one piece. In this case, that is true - because the center electrode 110E has a columnar shape - the core connection 55 for forming the annular ground electrode 131 used in the first embodiment with the erosion resistance layer 150 is covered, is not necessary.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, und verschiedene Veränderungen können angemessen durchgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel wird in den vorstehenden Ausführungsbeispielen die Erosionswiderstandsschicht 150 nur in der Elektrode ausgebildet, die ein negativer Pol ist. Jedoch kann durch Ausbilden einer positiven Elektrode durch Anordnen einer Schicht mit hohem Schmelzpunkt und einer Schicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit in Schichten, die ein ähnliches Herstellungsverfahren der Erosionswiderstandsschicht 150 verwenden, eine Haltbarkeit der positiven Elektrode verbessert werden. Demzufolge wird erwartet, dass eine Haltbarkeit des Plasmazündsystems 1 weiterhin verbessert wird.Of course, the invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be appropriately made without departing from the scope of the invention. For example, in the above embodiments, the erosion resistance layer becomes 150 formed only in the electrode, which is a negative pole. However, by forming a positive electrode by arranging a high-melting-point layer and a high-thermal-conductivity layer in layers, a similar manufacturing method of the erosion resistance layer can be adopted 150 use, a durability of the positive electrode can be improved. Consequently, it is expected that durability of the plasma ignition system 1 continues to be improved.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist das Plasmazündsystem 1 mit einer Plasmazündkerze beschrieben. Jedoch kann die Erfindung ebenso bei einem Mehrzylindermotor mit mehreren Zündkerzen angewendet werden.In the above embodiments, the plasma ignition system is 1 described with a Plasmazündkerze. However, the invention can also be applied to a multi-cylinder engine having a plurality of spark plugs.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind dem Fachmann ersichtlich. Die Erfindung in deren weitesten Sinn ist daher nicht auf die bestimmten Details, charakteristische Vorrichtung und veranschaulichende Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.Additional advantages and modifications will be apparent to those skilled in the art. The invention in its broadest sense is therefore not limited to the specific details, characteristic apparatus, and illustrative examples shown and described.
Ein Plasmazündsystem (1) umfasst eine Plasmazündkerze (10), die Gas in einem Plasmazustand in eine Maschine einspeist, um ein Treibstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Die Kerze (10) umfasst eine Mittelelektrode (110), eine Masseelektrode (131), ein dielektrisches Element (120), das einen Entladungsraum (140) darin definiert, und die Mittelelektrode (110) von der Masseelektrode (131) isoliert, und eine Erosionswiderstandsschicht (150), die eine Oberfläche der Mittelelektrode (110) und/oder der Masseelektrode (131) bedeckt. Die Mittelelektrode (110) oder die Masseelektrode (131) dienen als eine negative Elektrode, und die Oberfläche steht dem Raum (140) gegenüber. Die Erosionswiderstandsschicht (150) umfasst eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Schichten zwischen einer äußersten Schicht mit dem höchsten Siedepunkt und eine innerste Schicht mit der höchsten thermischen Leitfähigkeit. Eine thermische Leitfähigkeit der Vielzahl von Schichten wird von der äußersten Schicht in Richtung der innersten Schicht größer. Ein Siedepunkt der Vielzahl von Schichten wird von der innersten Schicht in Richtung der äußersten Schicht höher.A plasma ignition system ( 1 ) comprises a plasma spark plug ( 10 ) which injects gas in a plasma state into an engine to ignite a fuel-air mixture. The candle ( 10 ) comprises a center electrode ( 110 ), a ground electrode ( 131 ), a dielectric element ( 120 ), which has a discharge space ( 140 ) defined therein, and the center electrode ( 110 ) from the ground electrode ( 131 ), and an erosion resistance layer ( 150 ) having a surface of the center electrode ( 110 ) and / or the ground electrode ( 131 ) covered. The center electrode ( 110 ) or the ground electrode ( 131 ) serve as a negative electrode, and the surface is the space ( 140 ) across from. The erosion resistance layer ( 150 ) comprises a plurality of stacked layers between an outermost layer having the highest boiling point and an innermost layer having the highest thermal conductivity. Thermal conductivity of the plurality of layers increases from the outermost layer toward the innermost layer. A boiling point of the plurality of layers becomes higher from the innermost layer toward the outermost layer.
