JP2000331771A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火燃焼に必要な印加エネルギを抑制し、か
つ噴霧燃料に対する着火性を向上すること。 【解決手段】 点火プラグ１００は中心電極２０と中間
電極４０との間の放電ギャップ１５、中間電極４０と接
地電極６０との間の放電ギャップ６１によってそれぞれ
火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギ
ャップ１５における火花放電によって絶縁碍子１０のキ
ャビティ１６内の空気や混合気が急速に膨張されること
で噴孔１８からガスが噴出され、ガスの噴出により放電
ギャップ６１における火花放電による火花・火炎が燃焼
室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな
燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネ
ルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向
上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料の
着火に用いる点火プラグに関するもので、特に、直噴エ
ンジン、リーンバーン（希薄燃焼）エンジン等に用いる
と有効である。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関における燃焼改善、排気
ガス浄化、更に、直噴エンジンやリーンバーン（希薄燃
焼）エンジンにおける着火性向上への要求が高まってお
り、これに対処するための一手法として、燃焼速度を大
幅に短縮できる点火・燃焼システムが求められている。
これに関連する先行技術文献としては、特開平６−６８
９５２号公報にて開示されたものが知られている。この
ものでは、点火プラグの内部空間（放電空間）に大きな
エネルギ（高電圧・大電流）を印加することでプラズマ
を生成し、そのプラズマが燃焼室内に噴出されることで
火炎生成・伝播を促進させる技術が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のプラ
ズマジェット点火プラグでは、プラズマを生成するため
印加される放電エネルギが、一般の車両用内燃機関で用
いられている点火プラグに印加される放電エネルギ（数
十ｍＪ）の１０〜１００倍程度が必要であるとされる。
このため、システム全体に要求される耐電圧性、耐久
性、耐熱性等が問題となり、加えて、機関自体の発生出
力が放電エネルギの発生に使用されることで燃焼改善の
メリットを相殺してしまうこととなる。

【０００４】ここで、通常レベルのエネルギ投入であっ
ても、予混合燃焼方式の内燃機関であれば混合気が点火
プラグの内部空間内に侵入できるため火花放電によって
容易に点火燃焼開始しされ、点火プラグの噴孔（オリフ
ィス孔）から火炎を噴出することができる。これに対し
て、直噴エンジンにおける成層燃焼では噴射された燃料
が点火プラグ近傍に到達するタイミングを見計らって点
火が行われている。ところが、直噴エンジンでは点火プ
ラグが燃焼室壁面近傍にあるため噴霧速度が減速され、
運転状態によっては点火プラグの内部空間内に噴霧燃料
が殆ど侵入されなくて火花放電によって点火燃焼開始さ
れず、火炎噴出が起こらないばかりか噴霧燃料に点火す
ることさえもできないという不具合があった。

【０００５】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、点火燃焼に必要な印加エネル
ギを抑制し、かつ噴霧燃料に対する着火性を向上可能な
点火プラグの提供を課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の点火プラグに
よれば、中心電極に印加されたエネルギに基づき中間電
極を介して、中間電極と接地電極との間の放電ギャップ
によって火花放電が発生される。この放電ギャップにお
ける火花放電によって絶縁体の内部空間内の空気や混合
気が急速に膨張され絶縁体の内部空間外にガスが噴出さ
れる。このガスの噴出により放電ギャップにおける火花
放電による火花・火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼
室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。これに
より、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共
に、噴霧燃料に対する着火性が向上されるという効果が
得られる。

【０００７】請求項２の点火プラグでは、中間電極が絶
縁体の内部空間の内壁面から開口外側の端面まで連続し
て半導体材料で形成されており、この中間電極の表面で
沿面放電が発生されることで絶縁体の内部空間内の空気
や混合気が急速に膨張され、絶縁体の内部空間外にガス
を噴出させることができる。

【０００８】請求項３の点火プラグでは、中間電極が中
心電極と直接電気的に接続または中心電極に対向させ接
地電極との放電ギャップより短い放電ギャップにて形成
されている。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギ
が抑制されると共に、中間電極と接地電極との間の放電
ギャップにおける火花放電の発生を安定させることがで
きる。

【０００９】請求項４の点火プラグでは、中間電極が絶
縁体の内部空間内の中心電極と絶縁体の内部空間の開口
外側の接地電極との間に形成されており、中心電極と中
間電極との間、中間電極と接地電極との間の両方で火花
放電を発生させることができる。

【００１０】請求項５の点火プラグでは、中間電極が絶
縁体の内部空間の開口近傍に接合されており、絶縁体の
内部空間内外の２箇所で中間電極を介して火花放電を発
生させることができる。これにより、噴霧燃料に対する
着火性を向上することができる。

【００１１】請求項６の点火プラグでは、中間電極が中
心電極の先端側から絶縁体の内部空間の開口近傍まで半
導体材料にて形成されているため、この中間電極表面で
沿面放電が発生され絶縁体の内部空間内の空気や混合気
が急速に膨張され、絶縁体の内部空間外にガスを噴出さ
せることができる。

【００１２】請求項７の点火プラグでは、絶縁体の内部
空間の開口近傍に噴孔が形成されており、絶縁体の内部
空間を開口近傍にて絞ることができ、絶縁体の内部空間
内のガスを急速に膨張させることで噴孔から噴出させる
ことができる。

【００１３】請求項８の点火プラグでは、絶縁体の内部
空間において中間電極が開口側で大径とされ、かつ根元
側で小径とされることで、絶縁体の内部空間を開口側で
絞って大きな容積とすることができ、絶縁体の内部空間
内からの噴出ガス量を増加させることができる。

【００１４】請求項９の点火プラグでは、噴孔が中間電
極の大径部位と絶縁体の内部空間の開口近傍とで形成さ
れるスリット状の間隙または中間電極に穿たれた孔によ
って形成されるため、絶縁体の内部空間及び中間電極の
構成は比較的簡単で安価に実現できる。

【００１５】請求項１０の点火プラグでは、噴孔が中間
電極の大径部位とそれに対向した絶縁体の内部空間の開
口近傍の内壁面とで形成された円錐テーパ状に形成され
る。これにより、絶縁体の内部空間内のガスを急速に膨
張させることで噴孔から円錐状に噴出させ、円錐軸心部
の燃焼室側のガス及び噴霧燃料を円錐頂点方向に誘導さ
せることができる。

【００１６】請求項１１の点火プラグでは、中間電極ま
たは接地電極の対向面に貴金属チップが接合されている
ことで電極消耗が抑制され、火花放電の発生が安定され
るという効果が得られる。

【００１７】請求項１２の点火プラグでは、中間電極が
白金（Ｐｔ）系合金またはイリジウム（Ｉｒ）系合金の
貴金属からなり、絶縁体に挿嵌され絶縁体と共に一体的
に焼成される。この焼成時の絶縁体の収縮作用により中
間電極が絶縁体と一体構成される。これにより、簡単か
つ安価な構成で高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度
が保持され信頼性が確保される。

【００１８】請求項１３の点火プラグでは、中間電極が
接地電極に対向し絶縁体から突出され、接地電極に対し
放電ギャップが形成されているため、この放電ギャップ
では火花放電の発生が安定して行われる。このため、点
火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧
燃料に対する着火性を向上することができる。

【００１９】請求項１４の点火プラグでは、中間電極が
導電性を有してはいるが、絶縁体と同様なセラミックに
て形成されている。これにより、中間電極と絶縁体との
線膨張率が同程度となるため焼成時の割れ等の発生が防
止され歩留りが向上される。また、中間電極が絶縁体に
一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下
でも十分な強度が保持され信頼性が確保される。

【００２０】請求項１５の点火プラグでは、導電性金属
からなる穴明き板の中間電極が絶縁体と一体的に焼成さ
れる。つまり、中間電極を絶縁体に接合することなく、
セラミック焼成時の収縮作用が利用され一体化される。
これにより、中間電極が絶縁体に一体的に焼成されたの
ちでは、高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度が保持
され信頼性が確保される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００２２】〈実施例１〉図１は本発明の実施の形態の
第１実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断
面図、図２は図１の要部構成を示す拡大詳細断面図であ
る。

【００２３】図１及び図２において、点火プラグ１００
には、略筒状の絶縁碍子１０の内部の奥側に中心電極２
０、この中心電極２０と電気的に接続されるよう導電性
の銅ガラス２５が充填されたのちターミナル（入力端
子）３０が挿嵌されている。このターミナル３０は絶縁
碍子１０の外部まで突出され、その先端に点火コイル
（図示略）側からの高電圧が印加される。また、絶縁碍
子１０の内部でターミナル３０と反対側には中心電極２
０に続き絶縁碍子１０の内壁面を利用して、直径が最大
４．０〔ｍｍ〕程度からなるキャビティ（内部空間）１
６が形成されている。この絶縁碍子１０のキャビティ１
６の先端側には、直径０．５〜２．０〔ｍｍ〕、長さ１
〜３〔ｍｍ〕の噴孔１８が形成されている。このキャビ
ティ１６の内壁面には、中心電極２０に対して放電ギャ
ップ１５を隔てて半導体材料からなる中間電極４０がそ
の開口近傍に形成された噴孔１８及びその端面まで連続
して形成されている。

【００２４】そして、絶縁碍子１０の外周には、内燃機
関のシリンダヘッド（図示略）に螺合させるための雄ね
じ部５１が形成され、螺合の際のシールのためのガスケ
ット５２を有するハウジング５０がかしめられている。
このハウジング５０の燃焼室側（図１及び図２における
下方向）の端面には、接地電極６０が中間電極４０端面
に対し０．５〜１．５〔ｍｍ〕の放電ギャップ６１を隔
てて対向され溶接されている。なお、この放電ギャップ
６１に比べ、中間電極４０と中心電極２０との間の放電
ギャップ１５は小さく形成されている。また、図２以降
では、ハウジング５０の雄ねじ部５１及びガスケット５
２は省略されている。

【００２５】次に、本実施例の点火プラグ１００の作動
状態について図３を参照して説明する。なお、本実施例
の点火プラグ１００は中心電極２０と中間電極４０との
間に放電ギャップ１５を有している。

【００２６】ターミナル３０側から中心電極２０に高電
圧が印加されると、中心電極２０と中間電極４０との間
に電位差が生じ、図３（ａ）に示すように、放電ギャッ
プ１５においてブレークダウンが生じ第１の放電が発生
する。ここで、半導体材料からなる中間電極４０は、第
１の放電によって高電位になることにより、中間電極４
０の表面近傍にあるガスがイオン化され、キャビティ１
６内のガスがイオン化される。

【００２７】次に、中間電極４０と接地電極６０との間
に電位差が生じ、図３（ｂ）に示すように、放電ギャッ
プ６１においてブレークダウンが生じ第２の放電が発生
する。この第２の放電により中間電極４０の表面に沿っ
て沿面放電が生じる。ここで、半導体表面は格子欠陥が
多く自由電子の放出が多いため、その表面を電流が流れ
る性質があり、これを沿面放電という。すると、内燃機
関の圧縮行程中にキャビティ１６内に流入された混合気
は、イオン化と火花放電により着火開始される（図３
（ｂ）に破線Ｇにて示す）。

【００２８】次に、キャビティ１６は噴孔１８側のみが
外部に開口されているのでキャビティ１６内で急速に膨
張されたガスは噴孔１８から燃焼室側へと噴出開始され
る（図３（ｃ）に破線Ｇにて示す）。このとき、放電ギ
ャップ６１では第２の放電により火花が形成されている
ので、放電ギャップ６１周辺の混合気は着火している
か、着火しつつある（図３（ｃ）に一点鎖線ＧF にて示
す）。

【００２９】このようにして、ガスの噴出により火花・
火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対
する速やかな燃焼が行われる（図３（ｄ）に破線Ｇ及び
一点鎖線ＧF にて示す）。したがって、キャビティ１６
内のガスを燃焼させ噴出させるには、プラズマを生成す
るときのような高電位は必要がなく、結果的に必要エネ
ルギも小さくて済むこととなる。

【００３０】このように、本実施例の点火プラグ１００
は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子１０の内部空間と
してのキャビティ１６の奥側に形成した中心電極２０
と、絶縁碍子１０のキャビティ１６の開口近傍に形成し
た中間電極４０と、絶縁碍子１０のキャビティ１６の開
口外側で中間電極４０と放電ギャップ６１を隔てて対向
させ形成した接地電極６０とを具備するものである。ま
た、中間電極４０は絶縁碍子１０のキャビティ１６の内
壁面から開口外側の端面まで連続するよう半導体材料で
形成したものである。そして、中間電極４０は中心電極
２０に対向させ接地電極６０との放電ギャップ６１より
短い放電ギャップ１５を隔てて形成したものである。更
に、絶縁碍子１０のキャビティ１６はその開口近傍に噴
孔１８を形成したものである。

【００３１】したがって、中心電極２０と中間電極４０
との間の放電ギャップ１５、中間電極４０と接地電極６
０との間の放電ギャップ６１によってそれぞれ火花放電
を発生させることができる。このとき、放電ギャップ１
５における火花放電によって絶縁碍子１０のキャビティ
１６内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔１
８からガスが噴出される。そして、ガスの噴出により放
電ギャップ６１における火花放電による火花・火炎が燃
焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やか
な燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エ
ネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を
向上することができる。

【００３２】次に、本発明の実施の形態の第１実施例に
かかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図４
の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上
述の実施例と同様の構成または相当部分からなるものに
ついては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明
を省略し、相違点のみについて述べる。

【００３３】本変形例の点火プラグ１００′では、中心
電極２０に対して放電ギャップをなくすよう中間電極４
０′を延長させ、中心電極２０と中間電極４０′とが接
触され電気的に接続されている。したがって、上述の実
施例における第１の放電は起こらず第２の放電のみが起
こることとなる。このため、中間電極４０′には中心電
極２０への電圧印加と同時に高電圧が印加され、イオン
化が達成される。これにより、上述の実施例と同様の燃
焼を実現することができる。

【００３４】次に、本発明の実施の形態の第１実施例に
かかる点火プラグの他の変形例における要部構成を示す
図５の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図
中、上述の実施例と同様の構成または相当部分からなる
ものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細
な説明を省略し、相違点のみについて述べる。

【００３５】本変形例の点火プラグ１００″では、絶縁
碍子１０先端縁まで形成された中間電極４０″と外周方
向で対向するようハウジング５０に接合された接地電極
６０″によって放電ギャップ６１″が形成されている。
これにより、噴孔１８からのガスの噴出による燃焼と、
放電ギャップ６１″で生成される火花による燃焼が２箇
所から同時に起きることとなり、上述の実施例にも増し
て速やかな燃焼が実現できる。

【００３６】〈実施例２〉図６は本発明の実施の形態の
第２実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断
面図、図７は図６の要部構成を示す拡大詳細断面図であ
る。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成または
相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号
を付し、その詳細な説明を省略する。

【００３７】図６及び図７において、点火プラグ２００
には、中心電極１２０の先端側に絶縁碍子１０の内壁面
を利用してキャビティ（内部空間）１１６が形成されて
おり、その先端側には直径２〜５〔ｍｍ〕の噴孔１１８
が形成されている。この噴孔１１８の内壁面のみに、白
金（Ｐｔ）を主成分とする中間電極１４０が直接接合さ
れている。なお、中心電極１２０と中間電極１４０との
放電ギャップ１１５は０．２〜５．０〔ｍｍ〕に設定さ
れている。更に、ハウジング５０の燃焼室側（図６及び
図７における下方向）の端面には接地電極６０、その先
端側には貴金属チップ６５が中間電極４０端面に対し
０．５〜１．５〔ｍｍ〕の放電ギャップ６１を隔てて対
向され溶接されている。

【００３８】次に、本実施例の点火プラグ２００の作動
状態について図８を参照して説明する。

【００３９】ターミナル３０側から中心電極１２０に高
電圧が印加されると、中心電極１２０と中間電極１４０
との間に電位差が生じ、図８（ａ）に示すように、放電
ギャップ１１５においてブレークダウンが生じ第１の放
電が発生する。更に、中間電極１４０と接地電極６０の
貴金属チップ６５との間に電位差が生じ、図８（ａ）に
示すように、放電ギャップ６１においてブレークダウン
が生じ第２の放電が発生する。ここで、直噴エンジンの
成層燃焼においては、点火時期直前に噴霧燃料が点火プ
ラグ２００に到達するため、キャビティ１１６内には殆
ど空気しか存在しないこととなる（図８（ａ）に破線Ｇ
にて示す）。

【００４０】しかし、本実施例の点火プラグ２００で
は、キャビティ１１６外側の放電ギャップ６１でも第２
の放電が発生されることで、到達された混合気に点火さ
れ火炎核ＦC が生成される（図８（ａ）参照）。このと
き、キャビティ１１６内の空気が急速に加熱され膨張さ
れ噴孔１１８から噴出される（図８（ｂ）に破線Ｇにて
示す）。このため、図８（ｂ）に示すように、火炎核Ｆ
C が大きくなりつつ燃焼室側中央に押出され、噴霧燃料
に次々に点火が伝播され着火性が格段に向上される。し
たがって、キャビティ１１６内の空気を加熱膨張させ噴
出させるには、プラズマを生成するときのような高電位
は必要がなく、結果的に必要エネルギも小さくて済むこ
ととなる。

【００４１】なお、直噴エンジンの吸気行程での燃料噴
射においては、キャビティ１１６内に混合気が侵入され
るため火炎噴出が生じ着火性が向上されるのは言うまで
もない。また、中間電極１４０に対向させ接地電極６０
に貴金属チップ６５を接合させているのは、噴孔１１８
の前方位置に火炎核ＦC を形成させ、この火炎核ＦCを
キャビティ１１６内から噴出される空気によって燃焼室
側中央に移動させ易くするためである。この貴金属チッ
プ６５は接地電極６０の電極消耗を少なくする効果もあ
るが、必ずしも接合する必要はない。

【００４２】このように、本実施例の点火プラグ２００
は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子１０の内部空間と
してのキャビティ１１６の奥側に形成した中心電極１２
０と、絶縁碍子１０のキャビティ１１６の開口近傍に形
成した中間電極１４０と、絶縁碍子１０のキャビティ１
１６の開口外側で中間電極１４０と放電ギャップ６１を
隔てて対向させ形成した接地電極６０とを具備するもの
である。また、中間電極１４０は絶縁碍子１０のキャビ
ティ１１６の開口外側に形成した接地電極６０と中心電
極１２０との間に形成したものである。そして、中間電
極１４０は絶縁碍子１０のキャビティ１１６の開口近傍
に接合したものである。更に、絶縁碍子１０のキャビテ
ィ１１６はその開口近傍に噴孔１１８を形成したもので
ある。また、接地電極６０は対向面に貴金属チップ６５
を接合したものである。

【００４３】したがって、中心電極１２０と中間電極１
４０との間の放電ギャップ１１５、中間電極１４０と接
地電極６０との間の放電ギャップ６１によってそれぞれ
火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギ
ャップ１１５における火花放電によって絶縁碍子１０の
キャビティ１１６内の空気や混合気が急速に膨張される
ことで噴孔１１８からガスＧが噴出される。そして、ガ
スＧの噴出により放電ギャップ６１における火花放電に
よる火炎核ＦC が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混
合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火
燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃
料に対する着火性を向上することができる。

【００４４】〈実施例３〉図９は本発明の実施の形態の
第３実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断
面図、図１０は図９の要部構成を示す拡大詳細断面図で
ある。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成また
は相当部分からなるものについては同一符号及び同一記
号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００４５】図９及び図１０において、点火プラグ３０
０には、中心電極２２０の先端側で絶縁碍子１０の内壁
面を利用してキャビティ（内部空間）２１６が形成され
ている。また、中心電極２２０の先端側の軸心には酸化
銅等の電気的に半導体からなる中間電極２４０が挿入さ
れ溶接にて接合されている。この中間電極２４０はキャ
ビティ２１６の開口側である燃焼室側が大径、かつ根元
側が小径に形成されている。絶縁碍子１０の先端内壁面
と中間電極２４０の大径部位の外周面とには燃焼室側
（図９及び図１０における下方向）で外側に広がる円錐
テーパが形成され、それらの間には０．５〜１．０〔ｍ
ｍ〕の円錐スリット状の噴孔２１８が形成されている。
また、中間電極２４０の燃焼室側先端にはイリジウム
（Ｉｒ）等で形成された貴金属チップ２４５が接合され
ている。このため、中間電極２４０の中心電極２２０へ
の挿入部分から燃焼室側に接合された貴金属チップ２４
５の接合端面まで表面に沿った距離が放電ギャップ２１
５となる（図１０に破線にて示す）。更に、中間電極２
４０の貴金属チップ２４５に対向する接地電極６０の位
置には貴金属チップ６５が接合されており、貴金属チッ
プ２４５，６５との間で放電ギャップ６１が形成されて
いる。

【００４６】次に、本実施例の点火プラグ３００の作動
状態について図１１を参照して説明する。

【００４７】ターミナル３０側から中心電極２２０に高
電圧が印加されると、中心電極２２０と中間電極２４０
との間に電位差が生じ、半導体材料からなる中間電極２
４０の表面に沿った放電ギャップ２１５においてブレー
クダウンが生じ沿面放電（第１の放電）が発生する。こ
のとき、中間電極２４０の貴金属チップ２４５と接地電
極６０の貴金属チップ６５との間にも電位差が生じ、放
電ギャップ６１においてもブレークダウンが生じ第２の
放電が発生され、火炎核ＦC が生成される（図１１
（ａ）参照）。

【００４８】キャビティ２１６内の火花放電により内部
の空気または混合気が急速に加熱され膨張されること
で、キャビティ２１６内のガスが噴孔２１８から円錐状
に噴出される（図１１（ｂ）に破線Ｇにて示す）。円錐
状にガスが噴出されると、その軸心には円錐頂点方向に
向かう逆流が生じる。ここで、点火時期においては、噴
霧燃料が点火プラグ３００近傍まで接近してきており、
逆流によって放電ギャップ６１方向に引寄せられ大きく
なった火炎核ＦC によって確実に着火される。このよう
に、半導体材料からなる中間電極２４０を用いることで
放電電圧が低減でき、放電ギャップ２１５の距離を長く
取ることができ、更に、キャビティ２１６の容積を大き
くすることができ、そのキャビティ２１６からの噴出ガ
ス量を増加させることができる。また、噴霧燃料にばら
つきがあっても、噴霧燃料が放電ギャップ６１近傍に誘
導され点火されるため、着火性が格段に向上される。

【００４９】したがって、キャビティ２１６内の空気を
加熱膨張させ噴出させるには、プラズマを生成するとき
のような高電位は必要がなく、結果的に必要エネルギも
小さくて済むこととなる。ここで、点火コイルとして
は、具体的に、通常の点火プラグに対する点火エネルギ
７０〜１００〔ｍＪ〕の２倍程度の点火エネルギ１４０
〜２００〔ｍＪ〕を出力するものが必要であるが、プラ
ズマ生成による点火プラグに対する点火エネルギ０．５
〜１．０〔Ｊ〕に比べると非常に小さいものでよいこと
となる。なお、直噴エンジンの吸気行程での燃料噴射に
おいては、キャビティ２１６内に混合気が侵入され点火
タイミングで混合気に着火され火炎噴出が生じることで
着火性が向上、かつ燃焼期間短縮により出力向上される
のは言うまでもない。

【００５０】このように、本実施例の点火プラグ３００
は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子１０の内部空間と
してのキャビティ２１６の奥側に形成した中心電極２２
０と、絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口近傍に形
成した中間電極２４０と、絶縁碍子１０のキャビティ２
１６の開口外側で中間電極２４０と放電ギャップ６１を
隔てて対向させ形成した接地電極６０とを具備するもの
である。また、中間電極２４０は中心電極２２０の先端
側から絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口近傍まで
半導体材料で形成したものである。そして、絶縁碍子１
０のキャビティ２１６はその開口近傍に噴孔２１８を形
成したものである。更に、中間電極２４０は絶縁碍子１
０のキャビティ２１６の開口側を大径、かつ根元側を小
径に形成したものである。また、噴孔２１８は中間電極
２４０の大径部位と絶縁碍子１０のキャビティ２１６の
開口近傍とのスリット状の間隙にて形成したものであ
る。そして、噴孔２１８は中間電極２４０の大径部位の
外周面とそれに対向する絶縁碍子１０のキャビティ２１
６の開口近傍の内壁面との間で外側に広がる円錐テーパ
状に形成したものである。更に、中間電極２４０、接地
電極６０は対向面に貴金属チップ２４５，６５を接合し
たものである。

【００５１】したがって、中心電極２２０と中間電極２
４０との間の放電ギャップ２１５、中間電極２４０と接
地電極６０との間の放電ギャップ６１によってそれぞれ
火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギ
ャップ２１５における火花放電によって絶縁碍子１０の
キャビティ２１６内の空気や混合気が急速に膨張される
ことで噴孔２１８からガスＧが噴出される。そして、ガ
スＧの噴出により放電ギャップ６１における火花放電に
よる火炎核ＦC が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混
合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火
燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃
料に対する着火性を向上することができる。

【００５２】次に、本発明の実施の形態の第３実施例に
かかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図１
２の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、
上述の第３実施例と同様の構成または相当部分からなる
ものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細
な説明を省略し、相違点についてのみ述べる。

【００５３】本変形例の点火プラグ３００′では、中心
電極２２０に挿入され接合されている中間電極２４０′
の大径部分の外周面が絶縁碍子１０の先端内周面に嵌合
されキャビティ２１６が形成されている。そして、中間
電極２４０′の大径部分に複数の噴孔２１８′が穿かれ
ている。これにより、上述の実施例と同様の燃焼を実現
することができる。

【００５４】このように、本変形例の点火プラグ３０
０′の噴孔２１８′は、中間電極２４０′に穿たれた孔
にて形成したものである。つまり、中間電極２４０′の
沿面放電によって絶縁碍子１０のキャビティ２１６内の
空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔２１８′か
らガスが噴出される。そして、ガスの噴出により放電ギ
ャップ６１における火花放電による火炎核が燃焼室側中
央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が
行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが
抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上する
ことができる。

【００５５】ところで、上記実施例では、点火プラグの
直噴エンジンへの適用について説明したが、本発明を実
施する場合には、これに限定されるものではなく、他の
内燃機関としてリーンバーン（希薄燃焼）エンジン、ガ
ス燃料エンジン等に適用しても同様に着火性を向上する
ことができる。特に、上記実施例の点火プラグによっ
て、点火初期における火炎核の生成・成長が助長される
ため、燃焼ばらつきが低減され安定した燃焼が得られる
という優れた効果がある。

【００５６】〈実施例４〉図１３は本発明の実施の形態
の第４実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分
断面図、図１４は図１３の要部構成を示す拡大詳細断面
図、図１５は図１４を下から見た部分構成図である。な
お、図中、上述の第１実施例と同様の構成または相当部
分からなるものについては同一符号及び同一記号を付
し、その詳細な説明を省略する。

【００５７】図１３、図１４及び図１５において、点火
プラグ４００には、中心電極３２０の先端側に絶縁碍子
１０の内壁面を利用してキャビティ（内部空間）３１６
が形成されており、その先端側には直径２〜５〔ｍｍ〕
の噴孔３１８が形成されている。また、絶縁碍子１０の
キャビティ３１６の先端側で噴孔３１８近傍の内壁面か
ら外壁面に突出する中間電極３４０が一体的に形成され
ている。この中間電極３４０は白金（Ｐｔ）系合金また
はイリジウム（Ｉｒ）系合金の貴金属からなり、絶縁碍
子１０の焼成前に予め中間電極３４０を挿嵌させたの
ち、一体的に焼成される。この焼成時、絶縁碍子１０と
中間電極３４０との線膨張率の違いにより絶縁碍子１０
に中間電極３４０が一体化されるのである。

【００５８】なお、絶縁碍子１０と中間電極３４０との
材料の選択では、線膨張率の近いものが組合わせられ冷
熱応力が小さくなるように配慮される。また、中心電極
３２０と中間電極３４０との放電ギャップ３１５は０．
２〜５．０〔ｍｍ〕に設定されている。更に、ハウジン
グ５０の燃焼室側（図１３及び図１４における下方向）
の端面には接地電極６０、その先端側には貴金属チップ
６５が中間電極３４０端面に対し０．５〜１．５〔ｍ
ｍ〕の放電ギャップ６１を隔てて対向され溶接されてい
る。ここで、本実施例の点火プラグ４００の作動状態に
ついては、上述の第２実施例と同様であるためその説明
を省略する。

【００５９】このように、本実施例の点火プラグ４００
は、中間電極３４０が白金（Ｐｔ）系合金またはイリジ
ウム（Ｉｒ）系合金の貴金属で絶縁碍子１０に一体的に
焼成したものである。つまり、中間電極３４０は白金
（Ｐｔ）系合金またはイリジウム（Ｉｒ）系合金の貴金
属からなり、絶縁碍子１０に挿嵌され絶縁碍子１０と共
に一体的に焼成される。この絶縁碍子１０の収縮作用
（一般的に焼成時２０〔％〕程度収縮）を利用して中間
電極３４０を絶縁碍子１０と一体構成させるのである。
これにより、簡単かつ安価な構成で一般的な、ロウ付け
等では無理であった高温環境下や冷熱環境下でも十分な
強度を保持でき信頼性を確保することができる。

【００６０】また、本実施例の点火プラグ４００は、中
間電極３４０が接地電極６０に対向して絶縁碍子１０か
ら突出させ接地電極６０との放電ギャップ６１を形成し
たものである。したがって、中間電極３４０と接地電極
との放電ギャップ６１において、火花放電の発生が安定
して行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネル
ギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上
することができる。

【００６１】次に、本発明の実施の形態の第４実施例に
かかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図１
６の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、
上述の第４実施例と同様の構成または相当部分からなる
ものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細
な説明を省略し、相違点についてのみ述べる。

【００６２】本変形例の点火プラグ４００′では、中間
電極３４０′が絶縁碍子１０の一部分として導電性を有
するセラミックとしては、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ₃
Ｎ_４）にケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ_Ｘ ）を混合させ
た材料を用いて成形されたのち、一体的に焼成されてい
る。

【００６３】このように、本変形例の点火プラグ４０
０′は、中間電極３４０′が導電性を有するセラミック
で絶縁碍子１０に一体的に焼成したものである。つま
り、中間電極３４０′が導電性を有してはいるが、絶縁
碍子１０と同様なセラミックにて形成されている。これ
により、中間電極３４０′と絶縁碍子１０との線膨張率
が同程度となるため焼成時の割れ等の発生が防止され歩
留りが向上される。また、中間電極３４０′が絶縁碍子
１０に一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱
環境下でも十分な強度を保持でき信頼性を確保すること
ができる。

【００６４】〈実施例５〉図１７は本発明の実施の形態
の第５実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分
断面図、図１８は図１７の要部構成を示す拡大詳細断面
図である。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成
または相当部分からなるものについては同一符号及び同
一記号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００６５】図１７及び図１８において、点火プラグ５
００には、中心電極４２０の先端側で絶縁碍子１０の内
壁面を利用してキャビティ（内部空間）４１６が形成さ
れている。この絶縁碍子１０の先端側には白金（Ｐｔ）
を主成分とする導電性金属からなる穴明き板である中間
電極４４０が一体的に形成されている。この中間電極４
４０には直径２〜５〔ｍｍ〕の噴孔４１８が形成されて
いる。また、中心電極４２０と中間電極４４０との放電
ギャップ４１５は０．２〜５．０〔ｍｍ〕に設定されて
いる。更に、ハウジング５０の燃焼室側（図１７及び図
１８における下方向）の端面には接地電極６０、その先
端側には貴金属チップ６５が中間電極４４０端面に対し
０．５〜１．５〔ｍｍ〕の放電ギャップ６１を隔てて対
向され溶接されている。ここで、本実施例の点火プラグ
５００の作動状態については、上述の第２実施例と同様
であるためその説明を省略する。

【００６６】次に、絶縁碍子１０と中間電極４４０との
形成について、図１９を参照して説明する。なお、図１
９（ａ）は焼成前の絶縁碍子１０と中間電極４４０との
寸法関係を示し、図１９（ｂ）は焼成後の絶縁碍子１０
と中間電極４４０との嵌合状態を示す。

【００６７】図１９（ａ）に示すように、焼成前では絶
縁碍子１０の凹形状の内径寸法に対して中間電極４４０
の逆テーパ形状を有する外形寸法は小さく容易に挿入さ
れる。そして、絶縁碍子１０に対して中間電極４４０が
位置決めされたのち、同時に一体的に焼成される。この
焼成時、絶縁碍子１０と中間電極４４０との線膨張率の
違いにより、図１９（ｂ）に示すように、絶縁碍子１０
に中間電極４４０が嵌合状態で一体化されるのである。
なお、絶縁碍子１０と中間電極４４０との材料の選択で
は、線膨張率の近いものが組合わせられ冷熱応力が小さ
くなるように配慮される。

【００６８】このように、本実施例の点火プラグ５００
は、中間電極４４０が導電性金属からなる穴明き板で絶
縁碍子１０に一体的に焼成したものである。つまり、中
間電極４４０を絶縁碍子１０に接合することなく、セラ
ミック焼成時の収縮作用を利用することで一体化され
る。これにより、中間電極４４０が絶縁碍子１０に一体
的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下でも
十分な強度を保持でき信頼性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の第１実施例にか
かる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。

【図２】 図２は図１の要部構成を示す拡大詳細断面図
である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の第１実施例にか
かる点火プラグの作動状態を示す説明図である。

【図４】 図４は本発明の実施の形態の第１実施例にか
かる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細断面
図である。

【図５】 図５は本発明の実施の形態の第１実施例にか
かる点火プラグの他の変形例の要部構成を示す拡大詳細
断面図である。

【図６】 図６は本発明の実施の形態の第２実施例にか
かる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。

【図７】 図７は図６の要部構成を示す拡大詳細断面図
である。

【図８】 図８は本発明の実施の形態の第２実施例にか
かる点火プラグの作動状態を示す説明図である。

【図９】 図９は本発明の実施の形態の第３実施例にか
かる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。

【図１０】 図１０は図９の要部構成を示す拡大詳細断
面図である。

【図１１】 図１１は本発明の実施の形態の第３実施例
にかかる点火プラグの作動状態を示す説明図である。

【図１２】 図１２は本発明の実施の形態の第３実施例
にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細
断面図である。

【図１３】 図１３は本発明の実施の形態の第４実施例
にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図であ
る。

【図１４】 図１４は図１３の要部構成を示す拡大詳細
断面図である。

【図１５】 図１５は図１４を下から見た部分構成図で
ある。

【図１６】 図１６は本発明の実施の形態の第４実施例
にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細
断面図である。

【図１７】 図１７は本発明の実施の形態の第５実施例
にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図であ
る。

【図１８】 図１８は図１７の要部構成を示す拡大詳細
断面図である。

【図１９】 図１９は本発明の実施の形態の第５実施例
にかかる点火プラグの絶縁碍子と中間電極との形成を示
す拡大詳細図である。

【符号の説明】

１０ 絶縁碍子（絶縁体） １５ 放電ギャップ １６ キャビティ（内部空間） １８ 噴孔 ２０ 中心電極 ４０ 中間電極 ６０ 接地電極 ６１ 放電ギャップ １００ 点火プラグ

フロントページの続き (72)発明者 高桑 栄司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 牧野 功 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 吉永 融 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 加藤 毅彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 頼田 浩 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 武山 雅樹 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 池田 正俊 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Ｆターム(参考） 5G059 AA01 CC15 DD11 DD23 EE11

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略筒状の絶縁体の内部空間の奥側に形成
   した中心電極と、 前記絶縁体の内部空間の開口近傍に形成した中間電極
   と、 前記絶縁体の内部空間の開口外側で前記中間電極と放電
   ギャップを隔てて対向させ形成した接地電極とを具備す
   ることを特徴とする点火プラグ。
2. 【請求項２】 前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間
   の内壁面から開口外側の端面まで連続するよう半導体材
   料で形成したことを特徴とする請求項１に記載の点火プ
   ラグ。
3. 【請求項３】 前記中間電極は、前記中心電極と接合ま
   たは前記中心電極に対向させ前記接地電極との前記放電
   ギャップより短い放電ギャップを隔てて形成したことを
   特徴とする請求項１または請求項２に記載の点火プラ
   グ。
4. 【請求項４】 前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間
   の開口外側に形成した前記接地電極と前記中心電極との
   間に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の
   何れか１つに記載の点火プラグ。
5. 【請求項５】 前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間
   の開口近傍に接合したことを特徴とする請求項４に記載
   の点火プラグ。
6. 【請求項６】 前記中間電極は、前記中心電極の先端側
   から前記絶縁体の内部空間の開口近傍まで半導体材料で
   形成したことを特徴とする請求項１に記載の点火プラ
   グ。
7. 【請求項７】 前記絶縁体の内部空間は、その開口近傍
   に噴孔を形成したことを特徴とする請求項６に記載の点
   火プラグ。
8. 【請求項８】 前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間
   の開口側を大径、かつ根元側を小径に形成したことを特
   徴とする請求項６に記載の点火プラグ。
9. 【請求項９】 前記噴孔は、前記中間電極の大径部位と
   前記絶縁体の内部空間の開口近傍とのスリット状の間隙
   または前記中間電極に穿たれた孔にて形成したことを特
   徴とする請求項７に記載の点火プラグ。
10. 【請求項１０】 前記噴孔は、前記中間電極の大径部位
    の外周面とそれに対向する前記絶縁体の内部空間の開口
    近傍の内壁面との間で外側に広がる円錐テーパ状に形成
    したことを特徴とする請求項７に記載の点火プラグ。
11. 【請求項１１】 前記中間電極、前記接地電極は、対向
    面に貴金属チップを接合したことを特徴とする請求項１
    に記載の点火プラグ。
12. 【請求項１２】 前記中間電極は、白金（Ｐｔ）系合金
    またはイリジウム（Ｉｒ）系合金の貴金属で前記絶縁体
    に一体的に焼成したことを特徴とする請求項１に記載の
    点火プラグ。
13. 【請求項１３】 前記中間電極は、前記接地電極に対向
    して前記絶縁体から突出させ前記接地電極との前記放電
    ギャップを形成したことを特徴とする請求項１２に記載
    の点火プラグ。
14. 【請求項１４】 前記中間電極は、導電性を有するセラ
    ミックで前記絶縁体に一体的に焼成したことを特徴とす
    る請求項１に記載の点火プラグ。
15. 【請求項１５】 前記中間電極は、導電性金属からなる
    穴明き板で前記絶縁体に一体的に焼成したことを特徴と
    する請求項１２に記載の点火プラグ。