JP2007134127A - 点火プラグ及び点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部の気流に影響されることなく、供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる点火プラグ及び点火プラグを用いた点火装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の点火装置１は、点火プラグ２と、点火用電源３とから構成されている。点火プラグ２のチャンバー２７内には、Ｏ^-イオン発生部材２５が配設されている。点火用電源３は、点火プラグ２に放電を発生させない電圧を印加する。これにより、放電前に、チャンバー２７内に充分なＯ^-イオンを確保できる。チャンバー２７は外部電極２０に取り囲まれているため、発生したＯ^-イオンが外部の気流によって拡散されることはない。その後、点火用電源３は、点火プラグ２に放電を発生させる電圧を印加する。これにより、チャンバー２７内で放電が発生する。従って、外部の気流に影響されることなく、Ｏ^-イオンの効果によって供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、点火プラグ及びその点火プラグを用いた点火装置に関する。

近年、車両の燃費を向上させるため、希薄燃焼エンジンの検討が進められている。希薄燃焼エンジンは、酸素過剰状態、つまり、燃料希薄状態で運転を行うエンジンである。そのため、混合気により多くのエネルギーを与えないと着火することができない。そこで、点火プラグに供給するエネルギーを増加させ、着火性を確保している。しかし、点火プラグに供給するエネルギーが増加すると、点火プラグの寿命が低下する。

ところで、混合気中に酸素負イオン（Ｏ^-）が存在する場合、反応のために供給するエネルギーを抑えることができる。そのため、点火プラグに供給するエネルギーを抑えることができる。これは、図１４に示すように、燃料（Ｃ_nＨ_m）と酸素負イオン（Ｏ^-）とを反応させるための活性エネルギーが、燃料（Ｃ_nＨ_m）と酸素（Ｏ₂）とを反応させるための活性エネルギーより低いためである。

このような特性を有する酸素負イオンを発生させる方法として、特開２００４−７５４３１号公報に開示されている酸素負イオンの発生方法がある。この方法は、アルミナセメントに電圧を印加することで、酸素負イオンを発生させるものである。この方法によれば、点火プラグにおいて、例えば、所定間隔を隔てて配設されている円柱形状の中心電極と、板状の接地電極のいずれかにアルミナセメントを設けることで、アルミナセメントに電圧が印加され、電極周辺に酸素負イオンが発生する。さらに、電極間で放電することで、燃料希薄状態においても、酸素負イオンの効果により供給するエネルギーを抑え、確実に着火させることができる。
特開２００４−７５４３１号公報

点火プラグの電極は、一般的に、エンジンのシリンダ内に露出した状態で配設される。そのため、電極周辺で発生した酸素負イオンは、シリンダ内で発生する気流によって拡散されてしまい、前述した供給するエネルギーを抑える効果が充分に得られない可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外部の気流に影響されることなく、供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる点火プラグ及びその点火プラグを用いた点火装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、第１電極に取り囲まれ、外部と隔絶して形成される放電空間内に、Ｏ^-イオン発生手段を配設することで、外部の気流に影響されることなく、供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の点火プラグは、一部に開口部を有して放電空間を取り囲む第１電極と、前記放電空間に前記開口部と所定間隔を隔てて配設される第２電極と、前記開口部を通じて着火雰囲気に連通する連通孔とを有し、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで前記放電空間にて放電し、前記放電空間から前記開口部を通じた前記放電空間の外の空間にかけて放電エネルギーを放射する点火プラグにおいて、前記放電空間内に、Ｏ^-イオンを発生するＯ^-イオン発生手段が配設されていることを特徴とする。この構成によれば、外部の気流に影響されることなく、供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。Ｏ^-イオン発生手段は、第１電極に取り囲まれて外部と隔絶した放電空間内に配設されているため、発生したＯ^-イオンが、外部の気流によって拡散されることはない。そのため、第１電極と第２電極の周辺にＯ^-イオンを留めておくことができる。これにより、外部の気流に影響されることなく、Ｏ^-イオンの効果によって供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。

請求項２に記載の点火プラグは、請求項１に記載の点火プラグにおいて、さらに、前記Ｏ^-イオン発生手段は、１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ₁₂Ａｌ₁₀Ｓｉ₄Ｏ₃₅、及びＣａＦｅ₂Ｏ₅の少なくともいずれかであることを特徴とする。この構成によれば、Ｏ^-イオンを確実に発生させることができる。１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ₁₂Ａｌ₁₀Ｓｉ₄Ｏ₃₅、及びＣａＦｅ₂Ｏ₅は、電界を印加されることでＯ^-イオンを放出する特性を有する材料である。これらのうち、少なくともいずれかの材料で構成されたＯ^-イオン発生手段を、第１電極と第２電極の間に形成された放電空間に配設することで、電界を印加することができる。そのため、Ｏ^-イオン発生手段からＯ^-イオンを確実に放出させることができる。

請求項３に記載の点火プラグは、請求項２に記載の点火プラグにおいて、さらに、前記Ｏ^-イオン発生手段は、前記第１電極に接触していることを特徴とする。この構成によれば、Ｏ^-イオンを安定して発生させることができる。Ｏ^-イオン発生手段は、第１電極に接触することで確実に電子の供給を受けることができる。そのため、供給された電子によってＯ^-イオンを安定して生成することができる。これにより、Ｏ^-イオンを安定して発生させることができる。

請求項４に記載の点火プラグは、請求項２に記載の点火プラグにおいて、さらに、前記Ｏ^-イオン発生手段は、前記第２電極に接触していることを特徴とする。この構成によれば、Ｏ^-イオンを安定して発生させることができる。Ｏ^-イオン発生手段は、第２電極に接触することで確実に電子の供給を受けることができる。そのため、供給された電子によってＯ^-イオンを安定して生成することができる。これにより、Ｏ^-イオンを安定して発生させることができる。

請求項５に記載の点火装置は、請求項１又は２に記載の点火プラグと、前記点火プラグに電圧を印加する電圧印加手段とを有することを特徴とする。この構成によれば、外部の気流に影響されることなく、点火プラグに供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。電圧印加手段は、点火プラグに電圧を印加することができる。電圧が印加されると、点火プラグは放電空間内で放電する。放電空間内には、外部の気流に影響されることなく、発生したＯ^-イオンが留まっている。そのため、供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。

請求項６に記載の点火装置は、請求項３に記載の点火プラグと、前記第２電極を基準として前記第１電極に、放電を発生させない負極性の電圧を印加した後、放電を発生させる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする。この構成によれば、外部の気流に影響されることなく、点火プラグに供給するエネルギーを確実に抑え、燃料に着火することができる。電圧印加手段は、第２電極を基準として第１電極に、放電を発生させない負極性の電圧を印加することができる。そのため、１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ₁₂Ａｌ₁₀Ｓｉ₄Ｏ₃₅、及びＣａＦｅ₂Ｏ₅の少なくともいずれかで構成されるＯ^-イオン発生手段に電界が印加され、Ｏ^-イオンを確実に放出させることができる。また、第１電極を介して、Ｏ^-イオン発生手段に電子が供給され、Ｏ^-イオンを安定して生成させることができる。これにより、放電前に、放電空間内に充分なＯ^-イオンを確保することができる。その後、電圧印加手段は、第２電極を基準として第１電極に、放電を発生させる電圧を印加する。電圧が印加されると、点火プラグは放電空間内で放電する。放電空間内には、外部の気流に影響されることなく、発生したＯ^-イオンが充分に確保されている。そのため、外部の気流に影響されることなく、点火プラグに供給するエネルギーを確実に抑え、燃料に着火することができる。

請求項７に記載の点火装置は、請求項４に記載の点火プラグと、前記第１電極を基準として前記第２電極に、放電を発生させない負極性の電圧を印加した後、放電を発生させる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする。この構成によれば、外部の気流に影響されることなく、点火プラグに供給するエネルギーを確実に抑え、燃料に着火することができる。電圧印加手段は、第１電極を基準として第２電極に、放電を発生させない負極性の電圧を印加することができる。そのため、１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ₁₂Ａｌ₁₀Ｓｉ₄Ｏ₃₅、及びＣａＦｅ₂Ｏ₅の少なくともいずれかで構成されるＯ^-イオン発生手段に電界が印加され、Ｏ^-イオンを確実に放出させることができる。また、第２電極を介して、Ｏ^-イオン発生手段に電子が供給され、Ｏ^-イオンを安定して生成させることができる。これにより、放電前に、放電空間内に充分なＯ^-イオンを確保することができる。その後、電圧印加手段は、第１電極を基準として第２電極に、放電を発生させる電圧を印加する。電圧が印加されると、点火プラグは放電空間内で放電する。放電空間内には、外部の気流に影響されることなく、発生したＯ^-イオンが充分に確保されている。そのため、外部の気流に影響されることなく、点火プラグに供給するエネルギーを確実に抑え、燃料に着火することができる。

請求項８に記載の点火装置は、請求項６又は７に記載の点火装置において、さらに、前記電圧印加手段は、指令に基づいて前記放電を発生させる電圧の印加を停止することを特徴とする。この構成によれば、外部の気流に影響されることなく、点火プラグに供給するエネルギーを確実にしかも効率よく抑え、燃料に着火することができる。放電前、放電空間内には、外部の気流に影響されることなく、Ｏ^-イオンが確保されている。そのため、着火に必要なエネルギーが抑えられ、例えばエンジンの負荷状態によっては、放電するまでもなく、圧縮自己着火することができる場合がある。従って、指令に基づいて放電を発生させる電圧の印加を停止させることで、点火プラグに供給するエネルギーを確実にしかも効率よく抑え、燃料に着火することができる。

なお、本明細書でいう第１及び第２電極は、電極をそれぞれ区別するために便宜的に導入したものである。

本実施形態は、本発明に係る点火プラグを用いた点火装置を、車両に搭載されたエンジンの点火装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
第１実施形態における点火装置の構成図を図１に、図１における点火プラグの軸方向断面図をを図２に、点火装置の動作を説明する説明図を図３に、外部電極に対する中心電極の電圧波形を図４に、点火プラグへの供給エネルギーに対するリーン燃焼限界のグラフを図５にそれぞれ示す。そして、図１〜図５を参照し構成、動作、効果の順で具体的に説明する。

まず、具体的構成について説明する。図１に示すように、点火装置１は、点火プラグ２と、点火用電源３（電圧印加手段）とから構成されている。点火装置１は、エンジンの状態に応じて点火のための指令を出力するエンジンＥＣＵ４に接続されている。

点火プラグ２は、エンジンのシリンダヘッドに装着され、電圧を印加されることで放電して、エンジンのシリンダ内に噴射された燃料に着火する装置である。図２に示すように、点火プラグ２は、外部電極２０（第１電極）と、碍子２１と、ターミナル２２と、中軸２３と、中心電極２４（第２電極）と、Ｏ^-イオン発生部材（Ｏ^-イオン発生手段）２５とから構成されている。

外部電極２０は、碍子２１を介して、ターミナル２２、中軸２３、及び中心電極２４を収容し、これらをエンジンのシリンダヘッドに一体的に装着するとともに、車体に接地される、例えば金属からなる有底円筒形状の部材である。外部電極２０は、筒部２０ａと、筒部２０ａの端部から縮径方向に延在する底部２０ｂとから構成されている。筒部２０ａの外周面には、点火プラグ２をエンジンのシリンダヘッドに固定するためのネジ部２０ｃが形成されている。また、底部２０ｂの中央には、円形状の貫通孔２０ｄが設けられている。

碍子２１は、ターミナル２２、中軸２３、及び中心電極２４を外部電極２０から絶縁して固定する、例えばセラミックからなる略円柱形状の部材である。碍子２１には、中心軸に沿って円形状の貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２１ａは、中径部２１ｂと、小径部２１ｃと、大径部２１ｄとから構成されている。中径部２１ｂは、中軸２３が収容され固定される部分であり、碍子２１の上端面から下方に向かって形成されている。小径部２１ｃは、中心電極２４が収容され固定される部分であり、中径部２１ｂの下端から碍子２１の下方に向かって形成されている。大径部２１ｄは、後述するチャンバー２７（放電空間）が形成される部分であり、小径部２１ｃの下端から碍子２１の下端面に向かって形成されている。

ターミナル２２は、電圧が印加される、例えば金属からなる略円柱形状の部材である。ターミナル２２は、碍子２１の上端面に固定されている。

中軸２３は、ターミナル２２に印加された電圧を中心電極２４に伝達する、例えば金属からなる円柱形状の部材である。中軸２３は、碍子２１の中径部２１ｂに収容され固定されている。中軸２３の一端部はターミナル２２に電気的に接続されている。

中心電極２４は、ターミナル２２及び中軸２３を介して電圧が印加され、外部電極２０との間で放電する、例えばニッケルなどからなる円柱形状の部材である。中心電極２４は、一端部を中径部２１ｂに、他端部を大径部２１ｄにそれぞれ突出させた状態で、小径部２１ｃに収容され固定されている。中心電極２４の一端部は、導電性接着剤２６を介して、中軸２３の他端部に電気的に接続されている。

ターミナル２２、中軸２３、及び中心電極２４の固定された碍子２１は、上端部を外部電極２０の開放端部から突出させるとともに、下端面を外部電極２０の底部２０ｂに当接させた状態で、筒部２０ａに収容され固定されている。このとき、外部電極２０に取り囲まれ、碍子２１の大径部２１ｄと、外部電極２０の底部２０ｂによって、外部と隔絶した円柱形状の空間であるチャンバー２７が形成される。チャンバー２７は、外部電極２０の貫通孔２０ｄを介して、点火プラグ２の外部に連通している。また、中心電極２４の下端部は、外部電極２０の底部２０ｂから所定間隔を隔てて配設されている。

Ｏ^-イオン発生部材２５は、電界を印加されることでＯ^-イオンを発生する、例えば１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナセメント）からなる円筒形状の部材である。Ｏ^-イオン発生部材２５は、外周面を碍子２１の大径部２１ｄの内周面に当接させるとともに、下端面を外部電極２０の底部２０ｂに接触させた状態で、チャンバー２７内に配設されている。

図１に戻り説明する。点火用電源３は、エンジンＥＣＵ４から出力される、点火時期を指示する点火信号に基づいて、点火プラグ２に電圧を供給する装置である。図１に示すように、点火用電源３の入力端子はエンジンＥＣＵ４に接続されている。また、一方の出力端子は点火プラグ２に接続され、他方の出力端子は車体に接地されている。点火信号が入力されると、点火用電源３は、車体を基準として、点火プラグ２において放電を発生させない、例えば１ｋＶ〜４ｋＶの正極性の電圧を０．１ｍｓ〜５ｍｓの間出力する。その後、点火プラグ２において放電を発生させるのに充分な、例えば８ｋＶ〜３０ｋＶの正極性の電圧を出力する。

次に、具体的動作について説明する。図３において、エンジンＥＣＵ４が点火信号を出力すると、点火用電源３は、ターミナル２２を介して中心電極２４に、放電を発生させない１ｋＶ〜４ｋＶの正極性の電圧を０．１ｍｓ〜５ｍｓの間印加する。外部電極２０は車体に接地されているため、図４に示すように、外部電極２０を基準として中心電極２４に、１ｋＶ〜４ｋＶの正極性の電圧が、０．１ｍｓ〜５ｍｓの間印加される。逆に中心電極２４を基準にすると、外部電極２０に−１ｋＶ〜−４ｋＶの負極性の電圧が、０．１ｍｓ〜５ｍｓの間印加されることになる。

電圧が印加されると、図３において、チャンバー２７内に配設されているＯ^-イオン発生部材２５に電界が印加される。Ｏ^-イオン発生部材２５を構成する１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃は、電界が印加されることで正極性側である内周面側からＯ^-イオンを放出する。また、Ｏ^-イオン発生部材２５は、中心電極２４に対して負極性である外部電極２０に接触している。そのため、外部電極２０を介してＯ^-イオン発生部材２５に電子が供給され、Ｏ^-イオンを安定して生成する。これにより、放電前に、チャンバー２７内の中心電極２４の周辺に充分なＯ^-イオンが確保される。ところで、チャンバー２７は、外部電極２０に取り囲まれ、外部と隔絶して形成されている。そのため、外部の気流によってＯ^-イオンが外部に拡散されることはない。

その後、点火用電源３は、ターミナル２２を介して中心電極２４に、放電を発生させるのに充分な８ｋＶ〜３０ｋＶの正極性の電圧を印加する。図４に示すように、外部電極２０を基準として中心電極２４に、８ｋＶ〜３０ｋＶの正極性の電圧が印加される。逆に中心電極２４を基準にすると、外部電極２０に−８ｋＶ〜−３０ｋＶの負極性の電圧が印加されることになる。

電圧が印加されると、図３において、チャンバー２７内の外部電極２０と中心電極２４との間で放電が発生し、貫通孔２０ｄを介して外部に噴射された燃料に着火する。このとき、チャンバー２７内にはＯ^-イオンが充分に確保されているため、点火プラグ２に供給するエネルギーを抑え燃料に着火することができる。

最後に、具体的効果について説明する。第１実施形態の点火プラグによれば、外部の気流に影響されることなく、点火プラグ２に供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。Ｏ^-イオン発生部材２５は、外部電極２０に取り囲まれ、外部と隔絶したチャンバー２７内に配設されているため、発生したＯ^-イオンが、外部の気流によって拡散されることはない。そのため、外部電極２０と中心電極２４の周辺にＯ^-イオンを留めておくことができる。これにより、外部の気流に影響されることなく、図５に示すように、Ｏ^-イオンの効果によって供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。

また、第１実施形態の点火プラグによれば、Ｏ^-イオンを確実に発生させることができる。Ｏ^-イオン発生部材２５を構成する１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃は、電界を印加されることで、Ｏ^-イオンを放出する特性を有する材料である。Ｏ^-イオン発生手段を、外部電極２０と中心電極２４の間に形成されたチャンバー２７に配設することで、電界を印加することができる。そのため、Ｏ^-イオン発生部材２５からＯ^-イオンを確実に放出させることができる。

さらに、第１実施形態の点火プラグによれば、Ｏ^-イオンを安定して発生させることができる。Ｏ^-イオン発生部材２５は、外部電極２０に接触することで確実に電子の供給を受けることができる。そのため、供給された電子によってＯ^-イオンを安定して生成することができる。これにより、Ｏ^-イオンを安定して発生させることができる。

第１実施形態の点火装置によれば、外部の気流に影響されることなく、点火プラグ２に供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。

点火用電源３は、中心電極２４を基準として外部電極２０に、放電を発生させない負極性の電圧を印加することができる。そのため、Ｏ^-イオン発生部材２５に電界が印加され、Ｏ^-イオンを確実に放出させることができる。また、外部電極２０を介して、Ｏ^-イオン発生部材２５に電子が供給され、Ｏ^-イオンを安定して生成させることができる。これにより、放電前に、チャンバー２７内に充分なＯ^-イオンを確保することができる。

その後、点火用電源３は、中心電極２４を基準として外部電極２０に、放電を発生させる電圧を印加する。電圧が印加されると、チャンバー２７内の外部電極２０と中心電極２４との間で放電する。チャンバー２７内には、外部の気流に影響されることなく、発生したＯ^-イオンが充分に確保されている。そのため、外部の気流に影響されることなく、Ｏ^-イオンの効果によって供給するエネルギーを抑え、燃料に着火することができる。

なお、第１実施形態では、放電時に正極性の電圧を印加している例を挙げているが、これに限られるものではない。図６に示すように、放電時に、−８ｋＶ〜−３０ｋＶの負極性の電圧を印加するようにしてもよい。この場合においても、確実に放電させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態における点火プラグの軸方向断面図を図７に、点火装置の動作を説明する説明図を図８に、外部電極に対する中心電極の電圧波形を図９にそれぞれ示す。

第２実施形態における点火装置は、第１実施形態における点火装置に対して、点火プラグにおけるＯ^-イオン発生部材の接触する電極を、外部電極から中心電極に変更するとともに、それに伴って、点火用電源による電圧に印加方法を変更したものである。ここでは、第１実施形態における点火装置との相違部分である点火プラグにおけるＯ^-イオン発生部材の構成及び点火用電源の電圧の印加方法についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、具体的構成について説明する。図７示すように、碍子２１０は、ターミナル２２、中軸２３、及び中心電極２４０（第２電極）を外部電極２０（第１電極）から絶縁して固定する、例えばセラミックからなる略円柱形状の部材である。碍子２１０には、中心軸に沿って円形状の貫通孔２１０ａが形成されている。貫通孔２１０ａは、大径部２１０ｂと、小径部２１０ｃとから構成されている。大径部２１０ｂは、中軸２３が収容され固定される部分であり、碍子２１０の上端面から下方に向かって形成されている。小径部２１０ｃは、中心電極２４０が収容され固定されるとともに、チャンバー２７０（放電空間）が形成される部分であり、大径部２１０ｂの下端から碍子２１０の下端面に向かって形成されている。

中心電極２４０は、ターミナル２２及び中軸２３を介して電圧が印加され、外部電極２０との間で放電する、例えばニッケルなどからなる円柱形状の部材である。中心電極２４０は、一端部を大径部２１０ｂに突出させるとともに、他端部の端面を碍子２１０の下端面から中軸側に後退させた状態で、小径部２１０ｃに収容され固定されている。中心電極２４０の一端部は、導電性接着剤２６を介して、中軸２３の他端部に電気的に接続されている。

ターミナル２２、中軸２３、及び中心電極２４０の固定された碍子２１０は、上端部を外部電極２０の開放端部から突出させるとともに、下端面を外部電極２０の底部２０ｂに当接させた状態で、筒部２０ａに収容され固定されている。このとき、外部電極２０に取り囲まれ、中心電極２４０の下端面と、碍子２１０の小径部２１０ｃと、外部電極２０の底部２０ｂによって、外部と隔絶した円柱形状の空間であるチャンバー２７０が形成される。

Ｏ^-イオン発生部材２５０（Ｏ^-イオン発生手段）は、電界を印加されることでＯ^-イオンを発生する、例えば１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナセメント）からなる円柱形状の部材である。Ｏ^-イオン発生部材２５０の外径は、小径部２１０ｃの内径より小さくなるように設定されている。Ｏ^-イオン発生部材２５０は、外周面の一部を碍子２１０の小径部２１０ｃの内周面に当接させるとともに、上端面を中心電極２４０の下端面に接触させた状態で、チャンバー２７０内に配設されている。

点火用電源３００（電圧印加手段）は、エンジンＥＣＵ４から出力される、点火時期を指示する点火信号に基づいて、点火プラグ２に電圧を供給する装置である。図８に示すように、点火用電源３００は、点火信号が入力されると、車体を基準として、点火プラグ２において放電を発生させない、例えば−１ｋＶ〜−４ｋＶの負極性の電圧を０．１ｍｓ〜５ｍｓの間出力する。その後、点火プラグ２において放電を発生させるのに充分な、例えば−８ｋＶ〜−３０ｋＶの負極性の電圧を出力する。

次に、具体的動作について説明する。図８において、エンジンＥＣＵ４が点火信号を出力すると、点火用電源３００は、ターミナル２２を介して中心電極２４０に、放電を発生させない−１ｋＶ〜−４ｋＶの負極性の電圧を０．１ｍｓ〜５ｍｓの間印加する。外部電極２０は車体に接地されているため、図９に示すように、外部電極２０を基準として中心電極２４に、−１ｋＶ〜−４ｋＶの負極性の電圧が０．１ｍｓ〜５ｍｓの間印加される。

電圧が印加されると、図８において、チャンバー２７０内に配設されているＯ^-イオン発生部材２５０に電界が印加される。Ｏ^-イオン発生部材２５０を構成する１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃は、電界が印加されることで、正極性側である下端面側からＯ^-イオンを放出する。また、Ｏ^-イオン発生部材２５０は、外部電極２０に対して負極性である中心電極２４０に接触している。そのため、中心電極２４０を介してＯ^-イオン発生部材２５０に電子が供給され、Ｏ^-イオンを安定して生成する。これにより、放電前に、チャンバー２７０内の外部電極２０の上方に充分なＯ^-イオンが確保される。ところで、チャンバー２７０は、外部電極２０に取り囲まれ、外部と隔絶して形成されている。そのため、外部の気流によってＯ^-イオンが外部に拡散されることはない。

その後、点火用電源３００は、ターミナル２２を介して中心電極２４０に、放電を発生させるのに充分な−８ｋＶ〜−３０ｋＶの負極性の電圧を印加する。図９に示すように、外部電極２０を基準として中心電極２４に、−８ｋＶ〜−３０ｋＶの負極性の電圧が印加される。

電圧が印加されると、図８において、チャンバー２７０内において、外部電極２０と、Ｏ^-イオン発生部材２５０に接触していない中心電極２４０の部分との間で放電が発生し、貫通孔２０ｄを介して外部に噴射された燃料に着火する。このとき、チャンバー２７０内にはＯ^-イオンが充分に確保されているため、点火プラグ２に供給するエネルギーを抑え燃料に着火することができる。

最後に、具体的効果について説明する。第２実施形態の点火プラグ及び点火装置においても、第１実施形態における点火プラグ及び点火装置と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態では、放電時に、負極性の電圧を印加している例を挙げているが、これに限られるものではない。図１０に示すように、放電時に、８ｋＶ〜３０ｋＶの正極性の電圧を印加するようにしてもよい。この場合においても、確実に放電させることができる。

また、第２実施形態では、中心電極２４０の下端面に、円柱形状のＯ^-イオン発生部材２５０を接触させて配設している例を挙げているが、これに限られるものではない。図１１に示すように、中心電極２４１の下端部に形成された突部２４１ａに、有底円筒形状のＯ^-イオン発生部材２５１を接触させて配設してもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態における点火装置の構成図を図１２に、点火装置の動作を説明する説明図を図１３に、外部電極に対する中心電極の電圧波形を図１４にそれぞれ示す。

第２実施形態における点火装置は、第１実施形態における点火装置に対して、点火用電源による電圧に印加方法を変更したものである。ここでは、第１実施形態における点火装置との相違部分である点火用電源についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、具体的構成及び具体的動作について説明する。図１２に示すように、点火用電源３０１（電圧印加手段）は、エンジンＥＣＵ４００から出力される、点火時期を指示する点火信号、及び放電の停止を指示する放電停止信号に基づいて、点火プラグ２に電圧を供給する装置である。ここで、放電停止信号は、エンジンの負荷状態に応じて出力される。例えばエンジンが低負荷状態であり、Ｏ^-イオンの存在により、圧縮自己着火が可能であると判断されたとき出力される。逆にエンジンが高負荷状態であり、Ｏ^-イオンの存在だけでは、圧縮自己着火が不可能であると判断されたときは出力されない。点火用電源３０１の入力端子はエンジンＥＣＵ４００に接続されている。また、一方の出力端子は点火プラグ２に接続され、他方の出力端子は車体に接地されている。

図１３において、点火信号及び放電停止信号が入力されると、図１４（ａ）に示すように、点火用電源３０１は、車体を基準として、点火プラグ２において放電を発生させない、例えば１ｋＶ〜４ｋＶの正極性の電圧を０．１ｍｓ〜５ｍｓの間出力する。その後、放電を発生させる電圧は出力しない。

これに対し、図１３において、点火信号のみが入力されると、図１４（ｂ）に示すように、点火プラグ２において放電を発生させない、例えば１ｋＶ〜４ｋＶの正極性の電圧を０．１ｍｓ〜５ｍｓの間出力する。その後、点火プラグ２において放電を発生させるのに充分な、例えば８ｋＶ〜３０ｋＶの正極性の電圧を出力する。

最後に、具体的効果について説明する。第３実施形態の点火装置によれば、外部の気流に影響されることなく、点火プラグ２に供給するエネルギーを確実にしかも効率よく抑え、燃料に着火することができる。

点火信号及び放電停止信号が入力されたとき、点火用電源３０１は、中心電極２４を基準として外部電極２０に、放電を発生させない負極性の電圧を印加することができる。これにより、放電前に、チャンバー２７内に充分なＯ^-イオンを確保することができる。その後、放電を発生させる電圧を印加することはない。しかし、この場合、エンジンは低負荷状態であり、Ｏ^-イオンによって点火に必要なエネルギーも充分に抑えられ、圧縮自己着火することができるため問題となることはない。これにより、点火プラグ２に供給するエネルギーを効率よく抑えることができる。

これに対し、点火信号のみが入力されたとき、点火用電源３０１は、中心電極２４を基準として外部電極２０に、放電を発生させない負極性の電圧を印加する。これにより、放電前に、チャンバー２７内に充分なＯ^-イオンを確保することができる。その後、点火用電源３０１は、中心電極２４を基準として外部電極２０に、放電を発生させる電圧を印加する。電圧が印加されると、点火プラグ２はチャンバー２７内で放電する。チャンバー２７内には、外部の気流に影響されることなく、発生したＯ^-イオンが充分に確保されている。そのため、エンジンが高負荷状態であり、Ｏ^-イオンの存在だけでは、圧縮自己着火が不可能であっても確実に着火することができる。従って、外部の気流に影響されることなく、点火プラグ２に供給するエネルギーを確実にしかも効率よく抑え、燃料に着火することができる。

なお、第３実施形態では、放電時に、正極性の電圧を印加している例を挙げているが、これに限られるものではない。第１実施形態において述べたと同様に、放電時に、−８ｋＶ〜−３０ｋＶの負極性の電圧を印加するようにしてもよい。この場合においても、確実に放電させることができる。

また、第３実施形態では、Ｏ^-イオン発生部材２７が外部電極２０に接触している例を挙げているが、これに限られるものではない。第２実施形態で示したように、Ｏ^-イオン発生部材が中心電極に接触していてもよい。この場合におていも、印加する電圧の極性を反転させることで、同様の効果を得ることができる。

さらに、前述した第１〜第３実施形態では、Ｏ^-イオン発生部材２５、２５０として、１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃を用いている例を挙げているが、これに限られるものではない。Ｏ^-イオン発生部材２５、２５０は、１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ₁₂Ａｌ₁₀Ｓｉ₄Ｏ₃₅、及びＣａＦｅ₂Ｏ₅のうち、少なくともいずれかで構成されていればよい。この場合においても、Ｏ^-イオンを発生し、同様の効果を得ることができる。

第１実施形態における点火装置の構成図である。 図１における点火プラグの軸方向断面図である。 点火装置の動作を説明する説明図である。 外部電極に対する中心電極の電圧波形である。 点火プラグへの供給エネルギーに対するリーン燃焼限界のグラフである。 外部電極に対する中心電極の別の電圧波形である。 第２実施形態のおける点火プラグの軸方向断面図である。 点火装置の動作を説明する説明図である。 外部電極に対する中心電極の電圧波形である。 外部電極に対する中心電極の別の電圧波形である。 Ｏ^-イオン発生部材の別の構成に関する点火プラグのチャンバー周辺の部分断面図である。 第３実施形態における点火装置の構成図である。 点火装置の動作を説明する説明図である。 外部電極に対する中心電極の電圧波形である。 燃料と酸素及び燃料と酸素負イオンの反応におけるエネルギー曲線である。

符号の説明

１・・・点火装置、２・・・点火プラグ、２０・・・外部電極（第１電極）、２０ａ・・・筒部、２０ｂ・・・底部、２０ｃ・・・ネジ部、２０ｄ・・・貫通孔（連通孔）、２１、２１０・・・碍子、２１ａ、２１０ａ・・・貫通孔、２１ｂ・・・中径部、２１ｃ、２１０ｃ・・・小径部、２１ｄ、２１０ｂ・・・大径部、２２・・・ターミナル、２３・・・中軸、２４、２４０、２４１・・・中心電極（第２電極）、２４１ａ・・・突部、２５、２５０、２５１・・・Ｏ^-イオン発生部材（Ｏ^-イオン発生手段）、２６・・・導電性接着剤、２７、２７０・・・チャンバー（放電空間）、３、３００、３０１・・・点火用電源（電圧印加手段）、４、４００・・・エンジンＥＣＵ

Claims (8)

1. 一部に開口部を有して放電空間を取り囲む第１電極と、前記放電空間に前記開口部と所定間隔を隔てて配設される第２電極と、前記開口部を通じて着火雰囲気に連通する連通孔とを有し、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで前記放電空間にて放電し、前記放電空間から前記開口部を通じた前記放電空間の外の空間にかけて放電エネルギーを放射する点火プラグにおいて、
   前記放電空間内に、Ｏ^-イオンを発生するＯ^-イオン発生手段が配設されていることを特徴とする点火プラグ。
2. 前記Ｏ^-イオン発生手段は、１２ＣａＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ₁₂Ａｌ₁₀Ｓｉ₄Ｏ₃₅、及びＣａＦｅ₂Ｏ₅の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記Ｏ^-イオン発生手段は、前記第１電極に接触していることを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。
4. 前記Ｏ^-イオン発生手段は、前記第２電極に接触していることを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。
5. 請求項１又は２に記載の点火プラグと、前記点火プラグに電圧を印加する電圧印加手段とを有することを特徴とする点火装置。
6. 請求項３に記載の点火プラグと、前記第２電極を基準として前記第１電極に、放電を発生させない負極性の電圧を印加した後、放電を発生させる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする点火装置。
7. 請求項４に記載の点火プラグと、前記第１電極を基準として前記第２電極に、放電を発生させない負極性の電圧を印加した後、放電を発生させる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする点火装置。
8. 前記電圧印加手段は、指令に基づいて前記放電を発生させる電圧の印加を停止することを特徴とする請求項６又は７に記載の点火装置。

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