JP2008153190A

JP2008153190A - プラズマ式点火装置

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Publication number: JP2008153190A
Application number: JP2007138824A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kato; 秀幸加藤; Toru Yoshinaga; 融吉永
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-07-03
Also published as: FR2919967A1

Abstract

【課題】プラズマ式点火装置において陰極スパッタリングによる陰極の消耗を抑制して耐久性に優れたプラズマ式点火装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置１において、プラズマ状態の気体からの熱によって溶融可能な導電材料からなる導電材料補給部１２１と導電材料の補給を受ける導電材料被補給部１２２とによって構成した放電距離固定部材１２０を、プラズマ状態の気体の衝突による陰極１１０の消耗に伴う放電距離変動を阻止すべく陰極１１０の表面を覆うように形成し、放電距離固定部材１２０の表面と陽極１５４との間で放電せしめる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火に用いられるプラズマ式点火装置の電極消耗対策に関するものである。

自動車エンジン等の内燃機関において、図１２（ａ）に示すような通常のスパークプラグ１Ｆによる点火は、イグニッションスイッチ３を投入すると、バッテリ２から低電圧の一次電圧が点火コイル４の一次コイル４１に印加され、電子制御装置（ＥＣＵ）６によって制御されたイグナイタ（トランジスタ）５のスイッチングによって上記一次電圧が遮断され、点火コイル４内の磁界が変化し、上記点火コイル４の二次コイル４２に−１０〜−３０ｋＶの二次電圧が発生し、図１２（ｂ）に示すように中心電極１１０Ｆと接地電極１５４Ｆとで放電が起こり、点火源となる高温域が狭い範囲で発生する。

これに対して、図１１（ａ）に示すようなプラズマ式点火装置１Ｅによる点火は、イグニッションスイッチ３を投入すると、バッテリ２から低電圧の一次電圧が点火コイル４の一次コイル４１に印加され、電子制御装置（ＥＣＵ）６によって制御されたイグナイタ（トランジスタ）５のスイッチングによって上記一次電圧が遮断され、点火コイル４内の磁界が変化し、点火コイル４の二次コイル４２に−１０〜−３０ｋＶの二次電圧が発生し、中心電極１１０Ｅと接地電極１５４Ｅとの間の放電距離２０１に比例する放電電圧に達し、放電が開始する瞬間に、バッテリ２とは別に設けたプラズマエネルギー供給用バッテリ１１からコンデンサ９に蓄えられたエネルギー（例えば、−４５０Ｖ、１２０Ａ）を中心電極１１０Ｅと接地電極１５４との間に形成された放電空間２００内に一気に放出し、放電空間２００内の気体を高温高圧のプラズマ状態として、上記放電空間２００の先端に設けられた開口部１５５から噴射するため、指向性に富む上に容積的に大きな範囲の高温域が発生する。
そこで、直噴エンジンの燃焼において希薄な混合気を燃焼させるため、点火プラグの付近に濃い混合気が集まるようにして、燃焼を容易にする成層燃焼への応用が期待されている。

この様なプラズマ式点火装置として、特許文献１には、中心電極の汚染を防止すべく、中心電極と中心に該中心電極を保持し縦に伸びる挿入孔を設けた絶縁体と該絶縁体を覆い下端に挿入孔と連通する開口を設けた接地電極とによって構成し、上記挿入孔内に放電ギャップを形成した表面ギャップ型点火プラグが開示されている。
米国特許第３５８１１４１号明細書

ところで、従来のプラズマ式点火装置においては、図１１（ｂ）に示すように、通常、中心電極１１０Ｅは陰極となっており、中心電極１１０Ｅの表面に質量の大きな陽イオン２０が衝突し、中心電極１１０Ｅの表面は徐々に分解される陰極スパッタリング現象が発生し、徐々に中心電極１１１０Ｅが浸食され、中心電極１１０Ｅと接地電極１５４との距離即ち放電距離２０１が次第に長くなるため放電電圧が次第に上昇する。
従って、長時間の使用によりやがて放電できなくなり内燃機関の失火に至る虞がある。

そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、プラズマ式点火装置において陰極スパッタリングによる陰極の消耗を抑制し、放電電圧の上昇が生じ難く、安定した点火を実現する耐久性に優れたプラズマ式点火装置を提供することを目的とするものである。

請求項１の発明では、内燃機関に装着され、先端側の底部中央に開口部を設けた筒状の接地電極と、上記接地電極の内側に当接し、上記底部に係止され、上記開口部と連通する内径を有した筒状の絶縁体と、上記絶縁体の中心に嵌着され、上記接地電極の先端面より内側に引き込んだ位置で、その先端面が露出する中心電極とからなり、上記接地電極と上記中心電極とのいずれか一方を陰極とし、他方を陽極とし、上記絶縁体の内側に形成された放電空間内で放電を行い、上記放電空間内の気体を高温・高圧のプラズマ状態で上記開口部から噴射し、上記内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、
上記プラズマ状態の気体からの熱によって溶融可能な導電材料からなる導電材料補給部と上記導電材料の補給を受ける導電材料被補給部とによって構成した放電距離固定部材を、上記プラズマ状態の気体の衝突による上記陰極の消耗に伴う放電距離変動を阻止すべく上記陰極の表面を覆うように形成し、上記放電距離固定部材の表面と上記陽極との間で放電せしめる。

請求項１の発明によれば、上記導電材料補給部の一部が溶融状態となり、該溶融状態の導電材料が上記導電材料被補給部に浸透拡散することで陰極スパッタリングによって浸食された上記放電距離固定部材の表面に導電材料を補給できるので、上記陰極と上記陽極との放電距離を常に一定の状態に保つことができる。
従って、上記プラズマ式点火装置の耐久性が向上する。

請求項２の発明では、上記放電距離固定部材は、上記放電空間と上記導電材料被補給部とを隣り合う位置に配設し、上記導電材料被補給部と上記導電材料補給部とを隣り合う位置に配設した層状構造とする。

請求項２の発明によれば、上記放電空間に露出した上記導電材料被補給部の表面が陰極スパッタリングにより浸食されても、隣り合った上記導電材料補給部からの導電材料の補給を受けるので、上記放電距離を常に一定の状態に保つことができる。
従って、プラズマ式点火装置の耐久性が向上する。

請求項３の発明では、上記導電材料被補給部は、絶縁材料と導電材料との混合焼結体によって形成する。

請求項３の発明によれば、上記絶縁材料の粒界に上記導電材料層が形成され、陰極スパッタリングによって、上記導電材料層が浸食されても、上記導電材料補給部から上記導電材料が上記絶縁材料の粒界に拡散し補給される。従って、上記放電距離固定部材と上記陰極との導通が確保され、上記放電距離を常に一定の状態に保つことができる。
従って、耐久性の高いプラズマ式点火装置を実現できる。

請求項４の発明では、上記導電材料被補給部は、上記導電材料補給部と接触する表面から上記放電空間に露出する表面まで貫通する多数の細孔を穿設した多細孔体によって形成する。

請求項４の発明によれば、上記細孔を通過して放電が開始されるので上記導電材料補給部の表面が溶融、陰極スパッタリングを起こすが、やがて上記細孔内に溶融状態の上記導電材料または陰極スパッタリングによって飛散した導電材料原子の付着によって上記細孔内に上記導電材料が充填され、上記導電材料被補給部の表面で放電を行うので、上記放電距離を一定にすることができる。
従って、耐久性高いプラズマ式点火装置を実現できる。

請求項５の発明では、上記導電材料被補給部は、多数の不定型な開空孔を有する多孔質体によって形成する。

請求項５の発明によれば、上記不定形開空孔を通過して放電が開始されるので上記導電材料補給部の表面が溶融、陰極スパッタリングを起こすが、やがて上記開空孔内に溶融状態の上記導電材料または陰極スパッタリングによって飛散した導電材料原子の付着によって上記導電材料が充填され、上記導電材料被補給部の表面で放電を行うので、上記放電距離を一定にすることができる。
従って、耐久性の高いプラズマ式点火装置を実現できる。

請求項６の発明では、上記導電材料被補給部は、絶縁材料と上記プラズマ状態の気体の衝突により浸食され難い高融点導電材料とのいずれか一方または両者からなる。

請求項６の発明によれば、上記放電距離固定部材の放電側の表面は放電により浸食されず上記放電距離を固定できる。
従って、耐久性の高いプラズマ式点火装置を実現できる。

請求項７の発明にでは、上記多数の細孔の開口形状は円形、６角形、４角形、あるいは溝状のいずれかの形状を有する。

請求項７も発明によれば、押出成形、プレス成形等の成型方法により、容易に上記多細孔体の形成が効能となり、耐久性の高いプラズマ式点火装置を実現できる。

請求項８の発明では、上記導電材料補給部に用いられる上記導電材料の材質は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉのいずれかから選択される遷移金属材料またはその化合物からなる。

請求項８の発明によれば、導電材料補給部が酸化されにくくなり、更に耐久性の高いプラズマ式点火装置を実現できる。

より、具体的には、請求項９の発明のように、上記導電材被補給部に用いられる絶縁材料の材質は、特に耐久評価にて消耗が見受けられなかったＳｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３のいずれかのセラミック材料によって形成すると良い。

また、請求項１０の発明のように、上記導電材被補給部に用いられる高融点材料の材質は、ＨｆＣセラミック材料を使用してもよい。
このＨｆＣセラミックは導電性を持っており、若干消耗はするが、導電材被補給部材としての機能に加え、導電電極材としての機能も持っている。
補給用導電材料として、請求項８の発明にあるＰｔ、Ａｇ、Ａｕを使えば、これらの融点はＨｆＣセラミックより低いため、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕが優先的に電極材として補給される。

以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜２を参照して説明する。
なお、以下の説明において特に指定しない限り図の上側を基端側、下側を先端側と称す。
図１は、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火プラグの概要を示す一部断面図であり、図２は、本発明の実施形態におけるプラズマ式点火装置の基本構成を示す回路図であり、（ａ）は、中心電極を陰極側とした場合の回路図、（ｂ）は、中心電極を陽極側とした場合の回路図である。
中心電極１１０は、円柱状に形成された、導電性の金属材料からなり、基端側は外部の通電装置に接続される中心電極端子１１３と導通し、先端側は本発明の要部である導電材料補給部１２１と導電材料被補給部１２２とで構成される放電距離固定部１２０で覆われている。
中心電極１１０および放電距離固定部１２０とは筒形の絶縁碍子１３０に絶縁保持され、絶縁碍子１３０の先端部１３１は、放電空間２００を形成するように、放電距離固定部１２０の先端位置より放電距離２０１分下方に延設されている。
放電距離固定部材１２０は、放電空間２００と導電材料被補給部１２２とを隣り合う位置に配設し、導電材料被補給部１２２と導電材料補給部１２１とを隣り合う位置に配設した層状構造となっている。

更に、絶縁碍子１３０は、筒状の金属製のハウジング１５０によって覆われている。
ハウジング１５０の先端部は、絶縁碍子先端部１３１を覆う接地電極１５４となっており、接地電極１５４には接地電極開口部１５５が形成されている。
また、ハウジング１５０の下部外周には、図略の内燃機関のエンジンヘッドに固定するとともに電気的に接地状態とするためのネジ部１５１が形成され、上部外周にはネジ部１５１を締め付けるための六角部１５２が形成されている。
絶縁碍子１３０には、係止部１３２が設けられ、気密性維持のためのパッキングワッシャ１４１、図略のシール部材等を介して、上記ハウジング１５０の加締め部１５３によって加締め固定されている。
また、上記実施形態において、導電材料補給部１２１と導電材料被補給部１２２とを予め溶着等によって接合した後、絶縁碍子１３１に嵌着せしめても良いし、絶縁碍子１３１の内側に径小となる係止部を設け、導電材料被補給部１２２と導電材料補給部１２１とを順に挿入係止せしめても良い。

図２（ａ）に示すように、上述したプラズマ式点火プラグ１には、放電用点火電源としてバッテリ２が、イグニッションスイッチ３、点火コイル４、電子制御装置（ＥＣＵ）６、イグナイタ５、整流素子７が接続され、更に、プラズマエネルギー供給用電源としてバッテリ１１、抵抗１０、コンデンサ９、整流素子８が、プラズマ式点火プラグ１の中心電極１１０が陰極となるように、接続されている。
イグニッションスイッチ３を投入すると、バッテリ２から低電圧の一次電圧が点火コイル４の一次コイル４１に印加され、電子制御装置（ＥＣＵ）６によって制御されたイグナイタ（トランジスタ）５のスイッチングによって上記一次電圧が遮断され、点火コイル４内の磁界が変化し、点火コイル4の二次コイル４２に−１０〜−３０ｋＶの二次電圧が発生し、中心電極１１０と接地電極１５４との間の放電距離２０１に比例する放電電圧に達し、放電が開始する。
この瞬間に、バッテリ２とは別に設けたプラズマエネルギー供給用バッテリ１１からコンデンサ９に蓄えられたエネルギー（例えば、−４５０Ｖ、１２０Ａ）を中心電極１１０と接地電極１５４との間に形成された放電空間２００内に一気に放出し、放電空間２００内の気体が高温高圧のプラズマ状態となり、放電空間２００の先端に設けられた開口部１５５から噴射するため、指向性に富む上に容積的に大きな範囲の高温域が発生する。
また、図２（ｂ）に示すように、基本となる構成は、図２（ａ）と同様で、放電用点火電源のバッテリ２’、イグナイタ５’、整流素子７’と、プラズマエネルギー供給用電源のバッテリ１１’、整流素子８’とが、プラズマ式点火プラグ１の中心電極が陽極となるように、接続した構成としても良い。本構成は、後述する本発明に第２、第３の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１’、１’’に適用される。

図３〜４に、本発明の第１の実施形態における効果を示す。
本実施形態において導電材料被補給部１２２ａは、図３（ａ）に示すように、導電材料補給部１２１と接触する表面から放電空間２００に露出する表面まで貫通する多数の細孔１２４ａを穿設した円盤状の多細孔体１２３ａによって形成されている。
例えば、多細孔体１２３ａは、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミック材料からなり、細孔１２４ａは、陰極スパッタリングに対して耐久性の高い、Ｎｉ、Fe、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料または、ＴｉＮ、ＭｏＳｉＯ₂等の導電性セラミックによって充填されている。
導電材被補給部１２１ａに用いられる絶縁材料の材質は、特に耐久評価にて消耗が見受けられなかったＳｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３のいずれかのセラミック材料によって形成すると良い。
図３（ｂ）は、上記放電空間２００内に放電が起こり、放電空間２００内の例えば、空気と燃料気体との混合気体がプラズマ状態となった瞬間を示す。
図３（ｂ）に示すように、放電距離固定部材１２０ａの表面と絶縁碍子先端部１３１と接地電極１５４とによって放電空間２００を形成しており、上記放電距離固定部材１２０ａは、導電材料補給部１２１と導電材料被補給部１２２ａとによって層状に構成され、放電空間２００に上記導電材料被補給部１２２ａの表面が露出している。
導電材料補給部１２１は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の難酸化性で、電気抵抗の低い導電材料によって形成されている。
図３（ｂ）に示すように、導電材料補給部１２１と細孔１２４ａとは電気的に導通状態で、細孔１２４ａの表面と接地電極１５４との間で絶縁碍子先端部１３１の内側表面を這うように沿面放電が起こり、放電空間２００内に大量の電子２１が放出され、窒素等は陽イオン２０となって、上記混合気体が電気的に中性で、高温・高圧のプラズマ状態となる。
なお、接地電極開口部１５５の開口径は、絶縁碍子先端部１３１の開口径と同一内径で形成しても良いし、絶縁碍子先端部１３１の開口径よりも大きく絶縁碍子先端部１３１の外周径と略同一に形成しても良い。

長時間の使用により、繰り返し放電を続けていくと、図４に示すように、例えば、Ｎ^＋イオン等の陽イオン２０が、細孔１２４ａの表面に衝突し、陰極スパッタリングおこると細孔１２４ａが浸食され空隙１２６ａが形成されていくが、多細孔体１２３ａの放電空２００側表面に露出した多数の細孔１２４ａの内で最も接地電極１５４に近い場所で放電が起こるため、放電距離２０１は常に一定範囲を維持するため、放電電圧の上昇は、起こらない。
更に、陰極スパッタリングにより細孔１２４ａの表面が浸食され多細孔体１２３ａの細孔１２４ａ内表面が露出しても、プラズマ状態の気体から受ける熱により導電材料補給部１２１の一部が溶融状態の導電材料１２４ａ’となり、空隙となった細孔１２４ａ’’’を埋め戻したり、多細孔体１２３ａの表面にスパッタリングされた導電材料１２４ａ’’が再蒸着したりする。
従って、導電材料補給部１２１から導電材料被補給部１２２ａに導電材料が補給されるので多細孔体１２３ａの表面には、導電材料１２１と導通する細孔１２４ａが形成され、放電距離２０１が常に一定に保たれる。
また、細孔１２４ａ’’’の如く、初めから細孔１２４ａに導電材料が充填されていない場合は、細孔１２４ａを通過して放電が開始されるので導電材料補給部１２１の表面が陰極スパッタリングによって浸食されるが、やがて細孔１２４ａ内に溶融状態の導電材料１２５ａ、１２４ａ’または陰極スパッタリングによって飛散した導電材料原子１２４ａ’’の付着によって細孔１２４ａ内に導電材料が充填され、導電材料被補給部の表面で放電を行うので、放電距離を一定にすることができる。

また、多細孔体１２３ａを絶縁性セラミック材料に替えて、例えば、ＨｆＣ等の高融点の導電性セラミック材料で形成しても良い。このセラミックは導電性を持っており、若干消耗はするが、導電材被補給部材としての機能に加え導電電極材としての機能も持っている。
この様な高融点材料を用いれば、細孔１２４ａ内の導電材料が先に陰極スパッタリングされるので、多細孔体１２３ａが導電材料であっても、浸食されにくく、絶縁性セラミックを用いた場合とほぼ同様の効果が期待できる。
本実施形態においては、導電材料補給部１２１ａと導電材料被補給部１２２ａとの間に形成される空隙１２６ａが導電材料補給部１２１ａと導電材料被補給部１２２ａとを完全に切り離すまで放電が可能となる。
補給用導電材料としてＰｔ、Ａｇ、Ａｕを使えば、これらの融点はＨｆＣセラミックより低いため、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕが優先的に電極材として補給される。

図５（ａ）〜（ｄ）に本発明の第１の実施形態に用いられる導電材料被補給部の複数の実施例１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅを示す。
上述した導電材料被補給部１２２ａと同様の部分については説明を省略する。
図５（ａ）に示すように、導電材料被補給部１２２ｂは、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁性セラミック材料によって形成し多数の開空孔１２４ｂを有する多孔質体１２３ｂからなる。
第１の実施形態と同様、上記開空孔１２４ｂは、開空孔のままでも良いし、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の導電材料や、ＴｉＮ、ＭｏＳｉＯ₂等の導電性セラミック材料を充填しても良い。
更にまた、多孔質体１２３ｂを絶縁性セラミック材料に替えて、例えば、ＨｆＣ等の高融点の導電性セラミック材料で形成しても良い。
本実施例によれば、多孔質体１２３ｂの放電空間２００に露出した表面で、導電性材料が充填された開空孔１２４ｂと接地電極１５４との間で放電がなされ、常に放電距離２０１が一定範囲内で維持される。

また、図５（ｂ）に示すように、導電材料被補給部１２２ｃは、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁性セラミック材料とＴｉＮ、ＭｏＳｉＯ₂等の導電性セラミック材料との混合焼結体を形成している。
本実施例において、絶縁性セラミック材料は、絶縁性セラミック層１２３ｃとして導電材料被補給部１２２ｃの母材を構成し、導電性セラミック材料は、導電性セラミック層１２４ｃとして絶縁性セラミック層１２３ｃの結晶粒界に存在する。
本実施例においては、導電性セラミック層１２４ｃが陰極スパッタリングによって浸食されても、導電材料補給部１２１から導電材料が上記結晶粒界中を拡散して補給するので、放電距離２０１が一定範囲内で維持される。

更に、導電材料被補給部１２２ｃ、１２２ｄは、多細孔体１２３ａにかえて、図５（ｃ）に示すような、複数の六角細孔を有するハニカム構造体１２３ｃや、図５（ｄ）に示すような、複数の四角細孔を有するハニカム構造体１２３ｄによって構成しても良い。
加えて、細孔１２４ｃ、１２４ｄが多角形状であると、導電材料被補給部１２２ｃ、１２２ｄに補給された導電材に角部ができ、該角部において電界密度の集中が起こり、放電電圧を下げる効果が得られる。
従って、放電電圧の低下によりスパッタリング力も下がり、更に陰極の消耗が少なくなる。

図６に、本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１’を示す。
本実施形態においては、図２（ｂ）に示した回路構成が用いられ、中心電極１１０が陽極となり、接地電極１５４’が陰極となっており、中心電極の表面部１１１と接地電極開口部１５５’の表面との間で放電される。
基本となる構成は、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１と同様であり、同じ構成については、同じ符号を付したので、説明を省略し、本実施形態における特徴的事項についてのみ説明する。
本実施形態によれば、中心電極表面部１１１は、正に帯電しているので、プラズマ化した気体中の電子のみが衝突し、質量の重い陽イオンは衝突しないので、中心電極１１０の耐久性が向上する。
また、ハウジング１５０の先端部が導電材料補給部１５８’となり、接地電極１５４’が放電距離固定部を構成し、陰極スパッタリングによる接地電極１５４’の消耗が抑制されている。

図７を参照して、本実施形態の要部について詳述するとともに、その効果について説明する。
ハウジング１５０の先端には、導電材料補給部１５８’が設けられ、これに接するように、導電材料被補給部１５６’と複数の細孔１５７’とによって構成される放電距離固定部として接地電極１５４’が配設されている。
導電材料被補給部１５６’は、絶縁材料を用いて略環状に形成されており、複数の細孔１５７’が導電材料補給部１５８’から放電空間２００へ向かって放射線状に穿設された多細孔体となっている。
導電材料補給部１５８’と細孔１５７’とは電気的に導通状態で、細孔１５７’の表面と中心電極１２１との間で絶縁碍子先端部１３１の内側表面を這うように沿面放電が起こり、放電空間２００内に大量の電子２１が放出され、窒素等は陽イオン２０となって、上記混合気体が電気的に中性で、高温・高圧のプラズマ状態となる。

なお、接地電極開口部１５５’の開口径は、絶縁碍子先端部１３１の開口径と同一内径で形成しても良いし、絶縁碍子先端部１３１の開口径よりも大きく絶縁碍子先端部１３１の外周径と略同一に形成しても良い。
上述した第１の実施形態における多細孔体１２３ａの細孔１２４ａと同様、細孔１５７’は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の導電材料や、ＴｉＮ、ＭｏＳｉＯ₂等の導電性セラミック材料を充填しても良いし、開孔のままでも良い。
細孔１５７’が開孔の場合、細孔１５７’内を這うように沿面放電がおこるので、導電材料補給部１５８’の表面と中心電極１２１の表面との間で放電が可能となる。
また、陰極スパッタリングによって細孔１５７’内の導電材料Mが放電空間２００内に飛散しても、第１の実施形態と同様、導電材料補給部１５８’から導電材料被補給部１５６‘へ導電材料が補充されるので、放電電圧をほぼ一定に保つことができる。

本実施形態における放電距離固定材１５４’の構造を図８に示す。
図８（ａ）に示すように、絶縁材料によって、表面に複数の溝１５７’（１）、１５７’（２）、１５７’（３）が放射線状に穿設された断面略台形で環状の放電距離固定部材１５４’（１）、１５４’（２）、１５４’（３）を複数枚形成し、これを積層し、更に略環状の放電距離固定部材１５４’（４）で覆えば、図８（ｂ）に示すような多細孔体からなる放電距離固定部１５４’を形成することができる。
なお、放電距離固定部１５４’は、本実施例のように複数層の放電距離固定部材１５４’（１）〜（４）を積層して構成しても良いし、図８（ｃ）に示すように、絶縁碍子１３１の先端下面と放電距離固定材１５４’（５）の基端側表面との境界部において、放電距離固定材１５４’（５）の表面に放射線状の複数の溝を形成した単層からなる放電距離固定部材１５４’（５）によって構成してもよい。

図９に、本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１’’を示す。本実施形態においては、図２（ｂ）に示した回路構成が用いられ、中心電極１２０が陽極となり、接地電極１５４’’が陰極となっている。
本実施形態においては、ハウジング１５０の先端に、導電材料補給部１５８’’が設けられ、これに接するように、接地電極１５４’’が配設されている。
更に、接地電極開口部１５５’’の開口径は、絶縁碍子先端部１３１の開口径よりも大きく絶縁碍子先端部１３１の外周径と略同一に形成してある。
陰極スパッタリングによって、電極材が飛び散り、絶縁碍子１３１の放電空間２００に対抗する表面の中心電極１１０近くまで付着すると、放電が不安定になることがある。
しかしながら、本実施例の構造のように、接地電極開口部１５５’’が絶縁碍子先端部１３１よりも広く開口していると、放電空間２００の内部まで電極材が飛び散ることが低減でき、放電が安定する。

図１０（ａ）〜（ｃ）に本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１’’に適用し得る放電距離固定部材の複数の実施例を示す。
本図中（a）は、多細孔体によって形成した場合、（ｂ）は、多孔質体によって形成した場合、（ｃ）は、絶縁性セラミック材料と導電性セラミック材料との混合焼結体によって形成した場合を示す。
本発明の第１、第２の実施形態と同様、本実施形態において（a）〜（ｃ）のいずれの場合も、接地電極開口部１５５’’a、１５５’’ｂ、１５５’’ｃの表面で陰極スパッタリングが生じても導電材料補給部１５８から導電材料被補給部１５６’’a、１５６’’ｂ、１５６’’ｃへ補充されるので、放電電圧の上昇が起こらず、耐久性の高いプラズマ式点火プラグ１’’が実現できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定する物ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能である。
例えば、第１の実施形態において、導電材料被補給部は、厚さ０．５ｍｍ程度に形成したが、導電材料被補給部の厚さが薄くなり過ぎると導電材料補給部から導電材料被補給部への物質移動は容易となるが、陰極スパッタリングにより侵食されやすくなり、導電材料被補給部の厚さが厚くなり過ぎると導電材料補給部から導電材料被補給部表面への物質移動が困難となる。
従って、使用する内燃機関に応じて上記導電材料被補給部の厚さを適宜調整するのが好ましい。

本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火プラグの構成を示す一部断面図。（ａ）は、本発明の実施形態において、中心電極を陰極とした場合における等価回路図、（ｂ）は、本発明の実施形態において、中心電極を陽極とした場合における等価回路図。（ａ）は、本発明の第１の実施形態に用いられる導電材料被補給部の概要を示す平面図、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を示す要部拡大断面図。本発明の第１の実施形態における効果を示す要部拡大図。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に用いられる導電材料被補給部の具体例を示す平面図および断面図。本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火プラグの構成を示す一部断面図。本発明の第２の実施形態における効果を示す要部拡大図。（ａ）は、本発明の第２の実施形態における複数層からなる導電材料被補給部の概要を示す展開図、（ｂ）は、複数層を積層した導電材料被補給部を示す一部切り欠き斜視図、（ｃ）は、本実施形態における単層からなる導電材料被補給部を示す一部切り欠き斜視図。本発明の第３の実施形態におけるプラズマ式点火プラグの構成を示す一部断面図。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に用いられる導電材料被補給部の具体例を示す一部切り欠き斜視図。（ａ）従来のプラズマ式点火装置の構成例を示す回路図、（ｂ）は従来のプラズマ式点火装置の問題点を示す要部拡大図。（ａ）は、通常のスパークプラグの構成例を示す回路図、（ｂ）は通常のスパークプラグの放電状態を示す要部拡大図。

符号の説明

１プラズマ式点火装置
１１０中心電極
１２０放電距離固定部
１２１導電材料補給部
１２２導電材料被補給部
１３０絶縁碍子
１３１絶縁碍子先端部
１５０ハウジング
１５４接地電極
１５５接地電極開口部
２００放電空間
２０１放電距離

Claims

内燃機関に装着され、
先端側の底部中央に開口部を設けた筒状の接地電極と、
上記接地電極の内側に当接し、上記底部に係止され、上記開口部と連通する内径を有した筒状の絶縁体と、
上記絶縁体の中心に嵌着され、上記接地電極の先端面より内側に引き込んだ位置で、その先端面が露出する中心電極とからなり、
上記接地電極と上記中心電極とのいずれか一方を陰極とし、他方を陽極とし、
上記絶縁体の内側に形成された放電空間内で放電を行い、上記放電空間内の気体を高温・高圧のプラズマ状態で上記開口部から噴射し、上記内燃機関の点火を行うプラズマ式点火装置において、
上記プラズマ状態の気体からの熱によって溶融可能な導電材料からなる導電材料補給部と上記導電材料の補給を受ける導電材料被補給部とによって構成した放電距離固定部材を、上記プラズマ状態の気体の衝突による上記陰極の消耗に伴う放電距離変動を阻止すべく上記陰極の表面を覆うように形成し、上記放電距離固定部材の表面と上記陽極との間で放電せしめることを特徴とするプラズマ式点火装置。
上記放電距離固定部材は、上記放電空間と上記導電材料被補給部とを隣り合う位置に配設し、上記導電材料被補給部と上記導電材料補給部とを隣り合う位置に配設した層状構造とする請求項１に記載のプラズマ式点火装置。
上記導電材料被補給部は、絶縁材料と導電材料との混合焼結体によって形成する請求項１または２に記載のプラズマ式点火装置。
上記導電材料被補給部は、上記導電材料補給部と接触する表面から上記放電空間に露出する表面まで貫通する多数の細孔を穿設した多細孔体によって形成する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記導電材料被補給部は、多数の不定型な開空孔を有する多孔質体によって形成する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記導電材料被補給部は、絶縁材料と上記プラズマ状態の気体の衝突により浸食され難い高融点導電材料とのいずれか一方または両者からなる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記多数の細孔の開口形状は円形、６角形、４角形、あるいは溝状のいずれかの形状を有する請求項４に記載のプラズマ式点火装置。
上記導電材料補給部に用いられる上記導電材料の材質は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇのいずれかから選択される遷移金属材料またはその化合物からなる請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
上記導電材被補給部に用いられる絶縁材料の材質は、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３のいずれかのセラミック材料からなる請求項６に記載のプラズマ式点火装置。
上記導電材料被補給部に用いられる高融点導電性材料の材質は、ＨｆＣセラミック材料からなる請求項６に記載のプラズマ式点火装置。