JP2008045449A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電開始電圧を高くすることなくプラズマジェットを噴射できる内燃機関用点火装置を提供すること。
【解決手段】本発明の内燃機関用点火装置１は、中心電極４と、接地電極５と、チャンバー空間３の少なくとも一部を区画するハウジング２と、を有し、中心電極４と接地電極５との間に電力を印加してチャンバー空間３内にプラズマを発生し、チャンバー空間３からプラズマを噴出して点火エネルギーを与えて点火する内燃機関用点火装置１であって、中心電極４の抵抗よりも大きな抵抗をもつ導電性の材質により構成され、その先端側と中心電極４との間を、その表面を経由して導電させる導電部を含む先端部６を、少なくともひとつ備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関において混合気に点火する内燃機関用点火装置に関し、詳しくは、プラズマを噴射して点火を行う内燃機関用点火装置に関する。

内燃機関は、シリンダ内に燃料を含む混合気を供給し、この混合気中の燃料に点火して膨張する力を発生し、この膨張する力でピストンを動かしてエネルギーを得ている。そして、内燃機関において混合気を点火する方法としては、プラズマジェットを噴射して混合気に点火する方法が開発されてきている。

プラズマジェットで点火を行う点火装置は、たとえば、特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１には、チャンバー空間を区画する略筒状のハウジングと、略筒状のハウジングのチャンバー空間の端部に嵌入された中心電極と、筒状のハウジングの他方の端部に設けられ外部とチャンバー空間とを連通する外部電極孔をもつ外部電極と、を有する点火装置が開示されている。この点火装置は、中心電極と外部電極との間に高電圧を印加してハウジングにより区画されたチャンバー空間内にプラズマを発生し、このプラズマが外部電極孔を通って噴出して混合気に点火する。

しかしながら、特許文献１に開示された点火装置においては、プラズマの発生のために付与される電圧（ブレークダウン電圧）が大きいという問題があった。一般的に、チャンバー空間の容積と発生するプラズマの量（プラズマジェットの噴出量）とは相関性を有し、チャンバー空間の容積が大きくなると、プラズマジェットの噴出長さが長くなる。しかし、チャンバー空間の容積が大きくなると中心電極と接地電極の間の距離も長くなり、両電極間の距離が長くなるとブレークダウン電圧が増加する。ブレークダウン電圧が大きくなると、ブレークダウン電圧を生成するためのコイルが粗大化し点火装置にブレークダウン電圧を印加する電源装置の体格が粗大化するとともに、高電圧を用いることでより高い安全性が要求されるようになるという問題があった。

このような問題に対して、中心電極を接地電極方向に突出させた点火装置が特許文献２〜３に開示されている。これらの点火装置は、中心電極がチャンバー空間に突出したことで、中心電極と接地電極との距離が短くなり、ブレークダウン電圧が低下する。

しかしながら、これらの点火装置においては、中心電極がチャンバー空間に突出したことで、チャンバー空間の容積が減少し、プラズマジェットの噴出量が小さくなるという問題があった。具体的には、プラズマジェットの噴出量が小さくなると混合気の一部分しか熱することができず安定した点火ができなくなる。また、噴射した燃料に直接点火を行う方式のエンジンでは、プラズマジェットの噴出量が小さいと噴霧（噴射された燃料）にプラズマジェットが届かなくなり点火ができなくなってしまう。

さらに、特許文献３の点火装置においては、中心電極の先端が接地電極に近接した位置まで突出している。特許文献３の点火装置においては、ブレークダウン電圧が小さくなる効果を発揮する。しかしながら、特許文献３の点火装置は、中心電極の突出長さが長すぎ、チャンバー空間の中心電極の基端側の領域でのプラズマの発生が不十分になり、結果としてプラズマジェットの噴出長さが短くなるという問題があった。具体的には、特許文献３の点火装置において、両電極間に電圧を印加すると、中心電極と接地電極との間の距離が最も短い部分である中心電極の先端部近傍においてプラズマが発生し、発生したプラズマのエネルギーがチャンバー空間内の近接した部分に広がって雰囲気をプラズマ化する。中心電極の基端側のチャンバー空間は中心電極の先端部とは距離が離れており、発生したプラズマのエネルギーが到達しにくかった。

特に、近年は、燃費低減の観点よりリーンバーン燃焼が求められており、希薄な混合気でも安定した燃焼ができる点火性能に優れた内燃機関用点火装置が求められている。
米国特許２８７４３２１号公報 実開昭５５−５１８２７号公報 実開昭５４−４８２２０号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、放電開始電圧を高くすることなくプラズマジェットを噴射できる内燃機関用点火装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らは、内燃機関用点火装置について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

本発明の内燃機関用点火装置は、中心電極と、中心電極に対向した位置に設けられた接地電極と、中心電極と接地電極との間のチャンバー空間の少なくとも一部を区画するハウジングと、をもち、中心電極と接地電極との間に電力を印加してチャンバー空間内にプラズマを発生し、チャンバー空間からプラズマを噴出して点火エネルギーを与えて点火する内燃機関用点火装置であって、中心電極の抵抗よりも大きな抵抗をもつ導電性の材質により構成され、その先端側と該中心電極との間を、その表面を経由して導電させる導電部を含む先端部を、少なくともひとつ備えることを特徴とする。

本発明の内燃機関用点火装置は、その先端側と該中心電極との間を、その表面を経由して導電させる導電部を含む先端部をもつ。本発明の内燃機関用点火装置は、先端部をもつことで小さな印加電圧でチャンバー空間内にプラズマを発生させることができる。

また、本発明の内燃機関用点火装置は、先端部の導電部の表面に沿面放電が発生し、この沿面放電によりチャンバー空間内の全体においてプラズマを発生させることができる。つまり、本発明の内燃機関用点火装置は、小さなエネルギーでプラズマジェットを噴射できる効果を発揮する。

本発明の内燃機関用点火装置は、中心電極、接地電極およびハウジングを有する。そして、本発明の内燃機関用点火装置は、中心電極と接地電極との間に電力を印加してチャンバー空間内にプラズマを発生し、発生したプラズマをチャンバー空間から噴出して混合気に点火エネルギーを与えて点火する。

そして、本発明の内燃機関用点火装置は、中心電極の抵抗よりも大きな抵抗をもつ導電性の材質により構成され、その先端側と中心電極との間を、その表面を経由して導電させる導電部を含む先端部を、少なくともひとつ備える。

そして、先端部は、径方向の肉厚を減少させて中心電極の上部（対向電極と対向した表面上）に突出するように形成させた突起部を備えることが好ましい。

本発明の点火装置は、中心電極から突出した突起部に導電部をもつことで、中心電極と接地電極に電圧を印加したときに、中心電極から突起部（導電部）を介して電流が流れ、突起部と接地電極との間で放電を生じプラズマを発生する。本発明の点火装置は、突起部をもつことで、先端部（突起部）と接地電極との距離が短くなり、ブレークダウン電圧が小さくなる。

導電部が導電性の材質よりなることで、電極間に電圧を印加したときに中心電極から導電部を介して電圧が流れる。この結果、突起部と接地電極との間に放電を生じることが可能となる。このとき、突起部（導電部）と接地電極との間の距離は、中心電極と接地電極との間の距離よりも短くなっており、ブレークダウン電圧が小さくなる。

さらに、突起部は、表面を経由して導電させる導電部をもつ。突起部と接地電極との間にて、初期の放電が開始されこの２点間の距離分の初期火花放電が形成されたのち、突起部よりも抵抗が小さい中心電極に向けて火花放電が拡大する。これにより火花放電の距離を長く設定でき、その後の電流印加によるプラズマの発生を促進できる。中心電極よりも大きな電気抵抗をもつことで、発生したプラズマがチャンバー空間内に広がり、チャンバー空間内の全体の雰囲気がプラズマ化する。具体的には、ブレークダウン電圧が付与されると、突起部（導電部）と接地電極との間に放電が発生し、この放電のエネルギーにより放電が生じた部分にプラズマが発生する。放電の直後（プラズマが発生した直後）においても、突起部（中心電極）と接地電極との間に電力（電圧）の付与がつづいている。放電が生じると放電経路が生じることにより、中心電極と接地電極の間の電気抵抗が大きく減少する。このときには、まだ、突起部（中心電極）と接地電極との間に電力（電圧）の付与がつづいており、付与された電力は過剰に大きく（かつ突起部の電気抵抗により）、電力の一部が突起部の表面を経由して沿面にそって流れる。つまり、突起部の表面にそって放電（沿面放電）を生じる。この沿面放電により突起部の基端側（中心電極側）においてもプラズマが発生する。つまり、チャンバー空間内の全体でプラズマが発生する。

導電部の体積抵抗率は、１〜１０¹²μΩ・ｍであることが好ましい。つまり、導電部を形成する導電性の材質の体積抵抗率は、１〜１０¹²μΩ・ｍであることが好ましい。体積抵抗率が１μΩ・ｍ未満では抵抗が小さすぎ、導電部（突起部）を電流が流れるようになり、沿面放電を生じなくなる。また、体積抵抗率が１０¹²μΩ・ｍを超えると、導電部（突起部）を電流が流れにくくなり、ブレークダウン電圧が大きくなる。

本発明の点火装置において、突起部は、少なくともひとつ形成されていればよい。つまり、突起部の数は、ひとつであっても、ふたつ以上であってもよい。突起部の数が多くなりすぎると、突起部によりチャンバー空間の容積が減少するため、突起部は過剰に多くならないことが好ましい。

本発明の点火装置において、導電部は、導電性の材質により形成されていればよい。このような材質としては、たとえば、窒化チタンなどの金属窒化物、ケイ化モリブデンなどの金属ケイ化物、タングステンカーバイドなどの金属炭化物、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化銀などの金属酸化物を挙げることができる。

突起部は、導電部以外の材質は限定されるものではない。つまり、突起部全体が表面を形成する材質により形成されていても、表面以外が別の材質により形成されていてもよい。この別の材質としては、特に限定されるものではないが、たとえば、中心電極と同じ材質を用いることが好ましい。

本発明の内燃機関用点火装置において、突起部は、接地電極と当接した状態で形成されていてもよいが、接地電極と当接しない状態で形成されていても、いずれでもよい。突起部と接地電極との間に放電を生じさせるとともにその後に沿面放電を生じさせることを容易にできるため、突起部と接地電極とは当接していない（離れて配置された）ことがより好ましい。また、突起部が接地電極と当接した状態であるときには、突起部と接地電極との間で放電を生じないため、突起部の表面での放電（沿面放電）によりチャンバー空間内でプラズマを発生させる。このため、突起部が接地電極と当接した状態であるときには、中心電極と接地電極の間には、突起部の表面で沿面放電を生じる程度に大きな電圧（電流）を印加する必要がある。

本発明の点火装置において、中心電極、接地電極およびハウジングは、従来公知の構成とすることができる。

中心電極および接地電極は、互いに対向した位置に、少なくともチャンバー空間にその表面が露出して配置された部材である。中心電極および接地電極は、両電極の間に電力を印加したときにチャンバー空間内でプラズマを発生する電極である。中心電極と接地電極は、イリジウムまたはイリジウム合金よりなることが好ましい。ここで、イリジウム合金とは、イリジウムを主成分とする合金である。各電極がイリジウム系の金属よりなることで、印加される高いエネルギーの電力や発生したプラズマにより電極が損傷することが抑えられる。ハウジングは、中心電極と接地電極との間のチャンバー空間の少なくとも一部を区画する部材である。また、中心電極と接地電極は、ニッケルまたはニッケル合金よりなることが好ましい。また、ハウジングは、中心電極と接地電極との間の電気絶縁性を確保する構成であってもよい。本発明の点火装置においてハウジングがチャンバー空間の少なくとも一部を区画しているが、チャンバー空間のほとんどの部分がハウジングのみにより区画されていることが好ましい。つまり、チャンバー空間を区画する壁面の一部がハウジング以外の部材により形成されていてもよい。たとえば、電極自身がハウジングのチャンバー空間を区画する壁面の一部をなしていてもよい。

チャンバー空間は、その外周形状が限定されるものではなく、従来公知の形状とすることができる。好ましくは、円柱状の形状である。

ハウジングは、絶縁性により、一般的にセラミックスからなることが好ましい。一般的に、セラミックスは、熱伝導性が低い（熱を伝達しにくい）。このため、ハウジングをセラミックスにより形成することで、チャンバー空間内に発生したプラズマの熱がハウジングに伝達されにくくなっている。ハウジングを熱が伝達することによプラズマのエネルギーの減少が抑えられる。このことは、低いエネルギーのプラズマで点火を行うことができることを示し、結果として、プラズマを発生させるための電力を小さくすることができる。

本発明の点火装置において、突起部は、中心電極から突出した形状であればその形状が限定されるものではない。たとえば、中心電極から突出した略柱状、略筒状をあげることができる。また、突起部の突出する方向に垂直な平面での突起部の断面形状についても、特に限定されるものではない。たとえば、円形や多角形をあげることができ、円形であることが好ましい。つまり、本発明の点火装置において、突起部は、中心電極から突出した略円柱状を有することが好ましい。また、本発明の点火装置において、突起部は、中心電極から突出した略円筒状を有することが好ましい。

本発明の点火装置において、突起部が円柱状をなすときに、突起部は、外周面がハウジングの内周面に当接したことが好ましい。つまり、突起部の外周面がハウジングの内周面と当接する形状となることで、円柱状の突起部の内部にチャンバー空間が形成されるようになる。このような形状となることで、チャンバー空間を広く確保することができる。また、通常の点火装置は、突起部の軸方向に伸びた状態でチャンバー空間が形成されており、チャンバー空間内に発生したプラズマの噴出方向と突起部の軸方向とが一致し、プラズマの噴出が阻害されなくなり、噴出長さを長くできる。

本発明の内燃機関用点火装置は、中心電極と接地電極との間にプラズマを発生させて点火する点火装置であり、プラズマを発生させるための電力を中心電極と接地電極とに印加する電源装置に接続されて用いられる。

本発明の内燃機関用点火装置において、中心電極と接地電極とに印加される印加電力は、パルス状の電力である。印加電力は、その印加時間ができるだけ短いことが好ましい。より好ましくは、０．１ｍｓｅｃ以下である。

本発明の内燃機関用点火装置は、中心電極、接地電極およびハウジング以外の構成は、特に限定されるものではなく、従来プラズマジェットを噴射して点火を行う点火装置と同様な構成とすることができる。たとえば、中心電極、接地電極およびハウジングを備えたプラズマジェット電極を形成することができる。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

本発明の内燃機関用点火装置の実施例として、内燃機関用点火装置のひとつの実施形態である点火プラグを製造した。

（実施例１）
本実施例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図１に示した。

点火プラグ１は、電気絶縁性をもつアルミナセラミックスなどの電気絶縁性をもつセラミックスよりなる略円筒状構造のハウジング２を有している。このハウジング２は、軸心部２０が中空となるように形成されている。このハウジング２は、チャンバー空間３の一部を区画する。

そして、このハウジング２には、軸心部２０に中心電極４が嵌入している。中心電極４は、軸心部２０の内径と同じ大きさの外径をもつ円筒状のニッケルよりなる部材である。中心電極４の先端側の端面４ａは、ハウジング２の先端側の端面２ａから内部に位置し、その端面４ａによりチャンバー空間３を区画している。また、中心電極４の先端側の端面４ａは、軸方向に垂直な平面を形成している。中心電極４の電気抵抗を測定したところ、０．０７６μΩ・ｍであった。

そして、ハウジング２は、先端が略有底筒状の外部電極５に挿入されている。外部電極５は、有底筒状の底面部にチャンバー空間３と外部とを連通する外部電極孔５０が設けられている。外部電極５は、導電性金属により構成され、外部電極５の略有底筒状の内周面はハウジング２の外周形状と一致する形状に形成されている。つまり、ハウジング２と外部電極５とは密着して設けられている。

そして、チャンバー空間３内には、突起部材６が一端が中心電極４に当接した状態で嵌入されている。突起部材６は、窒化チタン系セラミックス材よりなり、その外径がハウジング２の軸心部２０の内径と同じ大きさの外径をもつ円筒状の部材である。突起部材６は、他端が外部電極５と当接しない長さに形成されている。そして、突起部材６の軸心部の中空部は、チャンバー空間３の一部を区画する。本実施例において、突起部材６の一端は、中心電極４の先端側の端面４ａに溶接で接合されている。突起部材６の体積抵抗率を測定したところ、約４μΩ・ｍであった。

本実施例の点火プラグ１は、ハウジング２の軸心部２０の内径が１．９ｍｍ、軸方向の長さ３ｍｍ、容積４ｍｍ³の円柱状の空間となるように形成されている。外部電極５に開口した外部電極孔５０は、内径が１．９ｍｍの円柱状の空間となるように形成されている。また、突起部材６は、外径が１．９ｍｍ、内径が１．３ｍｍ、軸方向の長さが２．５ｍｍの円筒状に形成されている。なお、外部電極５の外部電極孔５０を区画する部分の厚さは、例えば０．１〜１．０ｍｍである。ここで、外部電極５の厚さの下限を０．１ｍｍとしているのは、外部電極５の形状を維持でき、外部電極５が変形しない限界値である。一方、外部電極５の厚さの上限を１．０ｍｍとしているのは、外部電極５が厚くなると外部電極５の熱伝導が良くなるためであり、外部電極５を介して放電による熱の伝達を防止するためである。

（比較例１）
本比較例は、突起部材６をもたない以外は、実施例１と同様な構成の点火プラグ１である。そして、本比較例の点火プラグ１は、実施例１の点火プラグ１の突起部材６がハウジング２により形成された構成を有している。従来公知の点火プラグのハウジング２と同一材量とした構成である。

本比較例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図２に示した。

（評価）
実施例１および比較例１の点火プラグ１の評価として、車両のエンジンに組み付けて点火を行った。

実施例１および比較例１の点火プラグ１は、たとえば、図３に示したように、電源装置７に接続され、エンジンに取り付けられて使用される。エンジンへの点火プラグ１の取付は、点火プラグ１の外周面にねじ部（図示せず）を形成しておき、このねじ部をエンジンのシリンダヘッド８に螺合させて組み付けることができる。

最初に、実施例１の点火プラグ１の動作について説明する。

まず、電源装置７で点火プラグ１に印加する印加電圧が作成される。図４は、印加電圧および放電電流を示した図である。図４に示されるように、実施例１の点火プラグ１に高電圧を印加する。

中心電極４に印加された印加電圧は突起部材６に印加され、−６ｋＶに達するとチャンバー空間３を介して突起部材６と外部電極５との間に放電を生じる。突起部材６と外部電極５との間に放電を生じると、突起部材６と外部電極５との間に電流が流れることとなり、チャンバー空間３におよそ１００Ａの放電電流が２０μｓｅｃの印加時間で流れる。

突起部材６と外部電極５との間に放電が起こると、この放電の熱により、チャンバー空間３内の空気が温められて電離を起こす。これに伴い、チャンバー空間３内にプラズマが発生する。また、放電によって温められた空気により、チャンバー空間３内が高圧状態となる。

そして、実施例１の点火プラグ１においては、突起部材６と外部電極５との間に放電が起きて放電電流が流れると、放電電流がおよそ１００Ａと大きいため、放電電流の一部が突起部材６の表面に沿って流れる。放電電流の一部が突起部材６の表面に沿って流れることは、突起部材６の表面にそって放電（沿面放電）が生じることを示し、この放電によりプラズマが発生する。この結果、チャンバー空間３内の全体でプラズマが発生する。

これらの効果により、チャンバー空間３内が高温・高圧プラズマ状態となり、プラズマがチャンバー空間３の開口部から外部電極孔５０を介してプラズマジェットとして燃焼室内に噴射される。

こうしてプラズマジェットが燃焼室内に噴射されると、そのプラズマジェットにより燃焼室内の混合気が着火する。これにより、燃焼室内にて混合気の燃焼が起こる。

以上のようにして、内燃機関用点火装置にてエンジンの燃焼室内のピストンを駆動し、エンジンに駆動力を発生させる。

次に、比較例１の点火プラグ１の動作について説明する。

比較例１の点火プラグ１の動作のために電源装置７で高電圧を発生させ中心電極４に印加する。この状況を図５に示す。

中心電極４に印加された印加電圧は、チャンバー空間３を介して流れ、−１８ｋＶほどで中心電極４と外部電極５との間に放電を生じる。中心電極４と外部電極５との間に放電を生じると、中心電極４と外部電極５との間に電流が流れることとなり、チャンバー空間３におよそ１２０Ａの放電電流が１０μｓｅｃの印加時間で流れる。

中心電極４と外部電極５との間に放電が起こると、この放電の熱により、チャンバー空間３内の空気が温められて電離を起こす。これに伴い、チャンバー空間３内にプラズマが発生する。また、放電によって温められた空気により、チャンバー空間３内が高圧状態となる。

チャンバー空間３内が高温・高圧プラズマ状態となると、プラズマがチャンバー空間３の開口部から外部電極孔５０を介してプラズマジェットとして燃焼室内に噴射される。

実施例１と比較例１の点火プラグ１は、ほぼ同等の容積のチャンバー空間３を有している。つまり、チャンバー空間３内に発生するプラズマはほぼ同じ程度の量で生成される。このことは、ほぼ同じ程度のプラズマジェットを噴出できることを示す。そして、実施例１の点火プラグ１は、放電を生じるための印加電圧（ブレークダウン電圧）が−６ｋＶと比較例１の−１８ｋＶよりも大幅に小さくなっている。つまり、実施例１の点火プラグ１は、小さな印加電圧で実用上十分なプラズマジェットを噴出できることを示す。

（実施例２）
本実施例は、突起部材６が円柱状をなしたこと以外は、実施例１の点火プラグ１と同様な構成の点火プラグ１である。本実施例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図６に示した。

本実施例において用いられた突起部材６は、窒化チタン系セラミックス材よりなり、その外径がハウジング２の軸心部２０の内径よりも小さな円柱状の部材である。突起部材６は、他端が外部電極５と当接しない長さに形成されている。突起部材６は、中心電極４の先端側の端面４ａに溶接で接合されている。突起部材６は、その中心軸が中心電極４の中心軸と一致した位置に接合されている。

本実施例の点火プラグ１の突起部材６は、外径が０．５ｍｍ、軸方向の長さが２．５ｍｍの円柱状に形成されている。突起部材６の体積抵抗率を測定したところ、約４μΩ・ｍであった。また、中心電極４の体積抵抗率を測定したところ、０．０７６μΩ・ｍであった。

（比較例２）
本比較例は、中心部材４の先端側の端面４ａから突出した突出部４０をもつこと以外は、比較例１と同様な構成の点火プラグ１である。このような構成は、従来公知の点火プラグの構成である。本比較例は、実施例２の点火プラグの突起部材６がニッケルにより形成された構成と同様の構成である。本比較例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図７に示した。

（評価）
実施例２および比較例２の点火プラグ１の評価として、実施例１の時と同様に車両のエンジンに組み付けて点火を行った。

実施例１の時と同様に実施例２の点火プラグ１の中心電極４に印加電圧を印加した。中心電極４に印加された印加電圧は突起部材６に印加され、チャンバー空間３を介して突起部材６の先端部と外部電極５との間に放電を生じる。突起部材６と外部電極５との間に放電を生じると、突起部材６と外部電極５との間に電流が流れることとなり、チャンバー空間３に放電電流が流れる。

突起部材６の先端部と外部電極５との間に放電が起こると、この放電の熱により、チャンバー空間３内の空気が温められて電離を起こす。これに伴い、チャンバー空間３内にプラズマが発生する。また、放電によって温められた空気により、チャンバー空間３内が高圧状態となる。

そして、実施例２の点火プラグ１においては、突起部材６と外部電極５との間に放電が起きて放電電流が流れると、放電電流が大きいため、放電電流の一部が突起部材６の表面に沿って流れる。放電電流の一部が突起部材６の表面に沿って流れることは、突起部材６の表面にそって放電（沿面放電）が生じることを示し、この放電によりプラズマが発生する。この結果、チャンバー空間３内の全体でプラズマが発生する。特に、沿面放電により、突起部材６と中心電極４の接合部近傍のチャンバー空間３の部分においてプラズマが発生する。

これらの効果により、チャンバー空間３内が高温・高圧プラズマ状態となり、プラズマがチャンバー空間３の開口部から外部電極孔５０を介してプラズマジェットとして燃焼室内に噴射される。

比較例２の点火プラグ１に、実施例２の時と同様の印加電圧を印加した。中心電極４に印加された印加電圧は、突起部材６の先端部から外部電極５にチャンバー空間３を介して流れ、突起部材６の先端部と外部電極５との間に放電を生じる。突起部材６の先端部と外部電極５との間に放電を生じると、中心電極４と外部電極５との間に電流が流れることとなり、チャンバー空間３に放電電流が流れる。

突起部材６の先端部と外部電極５との間に放電が起こると、この放電の熱により、チャンバー空間３内の空気が温められて電離を起こす。これに伴い、チャンバー空間３内にプラズマが発生する。また、放電によって温められた空気により、チャンバー空間３内が高圧状態となる。比較例２においては、突起部材６の先端部と外部電極５との間に放電が生じ、この放電により生じたプラズマがチャンバー空間３内の雰囲気をプラズマ化する。

チャンバー空間３内が高温・高圧プラズマ状態となると、プラズマがチャンバー空間３の開口部から外部電極孔５０を介してプラズマジェットとして燃焼室内に噴射される。

実施例２と比較例２の点火プラグ１は、ほぼ同等の容積および形状のチャンバー空間３を有している。そして、実施例２の点火プラグ１は突起部材６の表面に沿った放電（沿面放電）により、突起部材６と中心電極４の接合部近傍のチャンバー空間３の部分の雰囲気をプラズマ化する。これに対し、比較例２の点火プラグ１は、突起部材６の先端部と外部電極５との間の放電により発生したプラズマ自身のエネルギーでチャンバー空間３内の雰囲気をプラズマ化している。このため、比較例２の点火プラグ１においては、突起部材６と中心電極４の接合部近傍のチャンバー空間３の部分の雰囲気のプラズマ化が不十分になるというおそれがある。つまり、プラズマかが不十分となると、プラズマジェットの噴出量が十分に得られなくなる。

また、実施例２の点火プラグ２は、実施例１の点火プラグ１と同様に、小さな印加電圧で実用上十分なプラズマジェットを噴出できる。

上記したように、実施例２の点火プラグ１は、小さな印加電圧でチャンバー空間３内の全体の雰囲気をプラズマ化できる。

（実施例３）
本実施例は、突起部材６が、中心部材４と同様な材質のニッケルなどにより形成された基材６０と、基材６０の表面に形成された窒化チタン系セラミックス材よりなる表面層部６１と、からなること以外は、実施例２の点火プラグ１と同様な構成の点火プラグ１である。本実施例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図８に示した。

本実施例において用いられた突起部材６は、基材６０と表面層部６１と、から構成される。基材６０は、中心電極と同じ材質のニッケルなどよりなり、その外径がハウジング２の軸心部２０の内径よりも小さな円柱状の部材である。基材６０は、中心電極４の先端側の端面４ａと一体に形成された。基材６０は、その中心軸が中心電極４の中心軸と一致した位置に接合されている。

表面層部６１は、基材６０の表面に一体に形成された部材であり、窒化チタンにより形成されている。

本実施例の点火プラグ１の突起部材６は、外径が０．５ｍｍ、軸方向の長さが２．５ｍｍの円柱状に形成されている。突起部材６の表面層部６１の体積抵抗率を測定したところ、約４μΩ・ｍであった。また、中心電極４の体積抵抗率を測定したところ、０．０７６μΩ・ｍであった。

本実施例の点火プラグ１は、突起部材６が基材６０と表面層部６１とから形成された以外は、実施例２の点火プラグ１と同様な構成であり、放電のために印加電圧を印加したときに沿面放電を生じる。つまり、実施例２と同様にしてチャンバー空間３内にプラズマを発生することができる。この結果、本実施例の点火プラグ１は、実施例２の点火プラグ１と同様な効果を発揮する。

（実施例４）
本実施例は、突起部材６がハウジング２に当接しない円筒状をなしたこと以外は、実施例１の点火プラグ１と同様な構成の点火プラグ１である。本実施例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図９に、図９中のＩ−Ｉ線における断面を図１０に示した。

本実施例において用いられた突起部材６は、窒化チタン系セラミックス材よりなり、その外径がハウジング２の軸心部２０の内径よりも小さな円筒状の部材である。突起部材６は、他端が外部電極５と当接しない長さに形成されている。突起部材６は、中心電極４の先端側の端面４ａに溶接で接合されている。突起部材６は、その中心軸が中心電極４の中心軸と一致した位置に接合されている。

本実施例の点火プラグ１の突起部材６は、外径が０．５ｍｍ、内径が０．２５ｍｍ、軸方向の長さが２．５ｍｍの円柱状に形成されている。突起部材６の体積抵抗率を測定したところ、約４μΩ・ｍであった。また、中心電極４の体積抵抗率を測定したところ、０．０７６μΩ・ｍであった。

本実施例においても、実施例１〜３の時と同様な効果を発揮した。

（実施例５）
本実施例は、突起部材６が４本の棒状部材６３よりなること以外は、実施例１の点火プラグ１と同様な構成の点火プラグ１である。本実施例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図１１に、図１１中のＩＩ−ＩＩ線における断面を図１２に示した。

本実施例において用いられた棒状部材６３は、窒化チタン系セラミックス材よりなる棒状の部材である。棒状部材６３は、一端が中心電極４に接合された状態で他端が外部電極５と当接しない長さに形成されている。棒状部材６３は、中心電極４の先端側の端面４ａに溶接で接合されている。４本の棒状部材６３は、中心電極４の中心軸からわずかに離れた位置に、周方向で等間隔となるように接合されている。

本実施例の点火プラグ１の突起部材６（棒状部材６３）は、外径が０．１５ｍｍ、軸方向の長さが２．５ｍｍの棒状に形成されている。棒状部材６３の体積抵抗率を測定したところ、約４μΩ・ｍであった。また、中心電極４の体積抵抗率を測定したところ、０．０７６μΩ・ｍであった。

本実施例においても、実施例１〜４の時と同様な効果を発揮した。

（実施例６）
本実施例は、突起部材６が外周面に凹凸をもつ形状に形成された以外は、実施例２の点火プラグ１と同様な構成の点火プラグ１である。本実施例の点火プラグ１のチャンバー空間３近傍の構成を、軸方向の断面図で図１３に示した。

本実施例の突起部材６は、窒化チタン系セラミックス材よりなり、外径の大きな拡径部６５と、外径の小さな縮径部６６と、が軸方向に交互に配置された略柱状を有する部材である。突起部材６は、中心電極４の先端側の端面４ａに溶接で接合されている。突起部材６は、その中心軸が中心電極４の中心軸と一致した位置に接合されている。

本実施例の点火プラグ１の突起部材６は、拡径部６５の外径が０．５ｍｍ、縮径部６６の外径が０．３ｍｍ、軸方向の長さが２．５ｍｍの略円柱状に形成されている。突起部材６の体積抵抗率を測定したところ、約４μΩ・ｍであった。また、中心電極４の体積抵抗率を測定したところ、０．０７６μΩ・ｍであった。

本実施例においても、実施例１〜５の時と同様な効果を発揮した。

上記したように、各実施例の点火プラグは、小さな印加電圧でチャンバー空間３内にプラズマを発生させることができる。また、各実施例の点火プラグは、突起部材６の表面に発生する沿面放電により、チャンバー空間３内の全体においてプラズマを発生させることができる。

実施例１の点火プラグの構成を示した断面図である。 比較例１の点火プラグの構成を示した断面図である。 実施例１の点火プラグをエンジンに組み付けた状態の構成を示した図である。 実施例１の点火プラグに印加される印加電圧および放電電流の波形を示した図である。 比較例１の点火プラグに印加される印加電圧および放電電流の波形を示した図である。 実施例２の点火プラグの構成を示した断面図である。 比較例２の点火プラグの構成を示した断面図である。 実施例３の点火プラグの構成を示した断面図である。 実施例４の点火プラグの構成を示した断面図である。 実施例４の点火プラグの構成を示した断面図である。 実施例５の点火プラグの構成を示した断面図である。 実施例５の点火プラグの構成を示した断面図である。 実施例６の点火プラグの構成を示した断面図である。

符号の説明

１：点火プラグ
２：ハウジング ２０：軸心部
３：チャンバー空間
４：中心電極
５：外部電極 ５０：外部電極孔
６：突起部材 ６０：基材
６１：表面層部 ６３：棒状部材
６５：拡径部 ６６：縮径部
７：電源装置
８：シリンダヘッド

Claims (8)

1. 中心電極と、
   該中心電極に対向した位置に設けられた接地電極と、
   該中心電極と該接地電極との間のチャンバー空間の少なくとも一部を区画するハウジングと、
   をもち、該中心電極と該接地電極との間に電力を印加して該チャンバー空間内にプラズマを発生し、該チャンバー空間から該プラズマを噴出して点火エネルギーを与えて点火する内燃機関用点火装置であって、
   該中心電極の抵抗よりも大きな抵抗をもつ導電性の材質により構成され、その先端側と該中心電極との間を、その表面を経由して導電させる導電部を含む先端部を、少なくともひとつ備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 前記先端部は、径方向の肉厚を減少させて前記中心電極の上部に突出するように形成させた突起部を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
3. 前記導電部の体積抵抗率は、１〜１０¹²μΩ・ｍであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
4. 前記導電部は、金属窒化物、金属ケイ化物、金属炭化物、金属酸化物より選ばれる少なくとも一種により形成されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
5. 前記突起部は、前記中心電極から突出した略円柱状を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
6. 前記突起部は、前記中心電極から突出した略円筒状を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
7. 前記突起部は、外周面が該ハウジングの内周面に当接したことを特徴とする請求項６記載の内燃機関用点火装置。
8. 前記突起部は、その表面に凹凸を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。

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