JP2009228505A - プラズマジェット点火プラグの点火装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマジェット点火プラグ100には電雑ノイズ低減用の抵抗が内蔵されていない。火花放電回路部110から中心電極20への経路上に1KΩ以上20KΩ以下の抵抗R1を設けてトリガー放電時の電雑ノイズの発生を低減しつつ、プラズマ放電回路部130から中心電極20への配線B−A間の内部抵抗R2を1Ω以下とすることで、プラズマ放電時にはエネルギーの損失を低減することができ、混合気への着火に十分な大きさを持ったフレーム状のプラズマを噴出することができる。
【選択図】図2
Description
I/t1≦2.5×106[A/sec.]・・・(1)
を満たすことを規定している。後述する実施例2によれば、単位時間あたりの電流値の変動を2.5×106[A/sec.]以下に抑えることで、電雑ノイズの発生を十分に抑制することができる。
I≧5[A]・・・(2)
を満たすことを規定して、噴出されるプラズマの大きさが小さくならないようにしている。後述する実施例2によれば、プラズマ放電時に火花放電間隙を流れる電流の最大値Iが5A以上となれば、混合気への着火に十分な大きさを持ったフレーム状のプラズマを噴出させることができる。
t1≦75[μsec.]・・・(3)
を満たすことを規定している。上記のように、電雑ノイズの発生を抑制するには単位時間あたりの電流値の変動が少ないほどよいが、混合気への着火に十分な大きさを持ったフレーム状のプラズマを噴出させるには、短時間で多くのエネルギーを火花放電間隙に供給する必要がある。このためにはプラズマ放電を開始してから、火花放電間隙を流れる電流が最大値Iに達するまでの時間が早い方がよく、後述する実施例3によれば、t1が75μsec.以下であるとよいことがわかった。
t2≦150[μsec.]・・・(4)
を満たすことを規定している。後述する実施例4によれば、t2が150μsec.以下であれば、プラズマ形成のためのエネルギーが比較的早い時期に供給されるので、エネルギーの損失を抑制し、混合気への着火に十分な大きさを持ったフレーム状のプラズマを噴出させることができる。
t1/t3≦3/5・・・(5)
を満たすことを規定している。t1/t3が1に近づくほど、単位時間あたりの電流値の変動が少なくなり電雑ノイズの発生を低減できるが、混合気への着火に十分な大きさを持ったフレーム状のプラズマを噴出させるには、短時間で多くのエネルギーを火花放電間隙に供給する必要がある。コンデンサ132に蓄えられたエネルギーを短時間でより多く放出するには、後述する実施例5によれば、t1/t3が3/5以下であるとよいことがわかった。
まず、火花放電回路部110とプラズマジェット点火プラグ100との間に1KΩ以上20KΩ以下の抵抗R1を設け、さらに、プラズマ放電回路部130とプラズマジェット点火プラグ100とを接続する配線B−A間の内部抵抗R2を1Ω以下となるように設定したことによる効果を確認するため、評価試験を行った。本評価試験では、Ir−5Ptを材料に、厚みを1.0mm、連通孔の内径をφ1.0mmに形成した接地電極を用意した。この接地電極を組み付け、キャビティの内径をφ0.8mm、キャビティの深さ(軸線O方向の長さ)を1.5mmに形成した試験用のプラズマジェット点火プラグを完成させ、試験用の点火装置に接続した。そして、電気抵抗値を0〜30KΩの範囲で異ならせた複数の抵抗を用意し、抵抗R1として点火装置に組み付けた。また、電気抵抗値を0〜1.5Ωの範囲で異ならせた複数の抵抗を別途用意し、配線B−A間に組み付けて、配線B−Aの内部抵抗R2を模擬した。なお、抵抗R1や内部抵抗R2の電気抵抗値が0Ωである場合の評価試験は、実際には抵抗R1や内部抵抗R2を組み付けずに短絡させて行ったものである。
次に、プラズマ放電時に火花放電間隙を流れる電流の最大値Iと、最大値Iとなるまでにかかる時間t1との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例1と同様の試験用のプラズマジェット点火プラグを用意し、抵抗R1を20KΩ、内部抵抗R2を1Ωとした試験用の点火装置に接続して、実施例1と同様の机上点火試験を行った。このとき、点火装置のプラズマ放電回路部に使用するインダクタおよびコンデンサとして、インダクタンスの異なる種々のインダクタと、静電容量の異なる種々のコンデンサを用意した。そして、それらインダクタとコンデンサとを適宜組み合わせてプラズマ放電を行わせ、そのとき点Aを流れた電流を測定し、最大値Iと、時間t1とを求めた。さらに、各組み合わせについて、火花放電間隙を流れる電流の最大値Iを、その最大値Iに達するまでの時間t1で割った、単位時間あたりの電流の流量の変動を示す、I/t1の値を求めた。そして、実施例1と同様に、プラズマジェット点火プラグから発生した電雑ノイズのレベル測定と、プラズマの噴出状態の判定とを行った。なお、電雑ノイズのレベル測定については、実施例1で説明したCISPR12で定められた許容値よりも10dB低いレベルを満たすか否かによって、良否判定した。この評価試験の結果を表3
および図5,図6に示す。
次に、プラズマ放電時に火花放電間隙を流れる電流が最大値Iとなるまでにかかる時間t1について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例1と同様の試験用のプラズマジェット点火プラグを用意し、抵抗R1を20KΩ、内部抵抗R2を1Ωとした試験用の点火装置に接続した。このとき、点火装置が1回のプラズマ噴出を行うために供給するエネルギー量(トリガー放電用のコンデンサから供給されるエネルギー量と、プラズマ放電用のコンデンサからの供給されるエネルギー量と和)は150mJとした。また、プラズマ放電回路部に使用するインダクタとして、インダクタンスの異なる種々のインダクタを用意し、適宜取り換えた上で、試験用のプラズマジェット点火プラグをチャンバーに取り付け、着火性の確認を行った。具体的には、プラズマジェット点火プラグを取り付けた後、チャンバー内を空気とC3H8ガスとの混合比(空燃比)を20とした混合気で充填し、気圧を0.05MPaとする(ガス充填工程)。点火装置によりプラズマジェット点火プラグにトリガー放電およびプラズマ放電を行い、混合気への点火を試みる(電圧印加工程)。チャンバー内の圧力変化を圧力センサで測定し、混合気に着火したか否か確認を行う(着火確認工程)。この一連の工程を100回試行し、着火確率を算出した。また、プラズマ放電の際に点Aを流れた電流を測定し、最大値Iに達するまでにかかる時間t1を求めた。この試験の結果を図7のグラフに示す。
次に、トリガー放電によって火花放電間隙に絶縁破壊が生じてから、プラズマ放電によって火花放電間隙を流れる電流が最大値Iとなるまでにかかる時間t2について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例1と同様の試験用のプラズマジェット点火プラグを用意し、抵抗R1を20KΩ、内部抵抗R2を1Ωとした試験用の点火装置に接続した。このとき、プラズマ放電回路部からプラズマジェット点火プラグにエネルギーを供給する経路上、具体的には配線B−A間にスイッチを設け、火花放電間隙における絶縁破壊が生じてから、プラズマ放電を開始するまでの時間を適宜調整できるようにした。また、プラズマ放電開始から60μsec.後に点Aを流れる電流の最大値Iが50Aとなるように、プラズマ放電回路部に用いるコンデンサを選定した。なお、点火装置が1回のプラズマ噴出を行うために供給するエネルギー量は150mJとなる。
次に、プラズマ放電を開始してから、エネルギーの供給が終了するまでにかかる時間t3に対する、火花放電間隙を流れる電流が最大値Iとなるまでにかかる時間t1の割合t1/t3について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例1と同様の試験用のプラズマジェット点火プラグを用意し、抵抗R1を20KΩ、内部抵抗R2を1Ωとした試験用の点火装置に接続した。このとき、実施例4と同様に、プラズマ放電回路部からプラズマジェット点火プラグにエネルギーを供給する経路上(配線B−A間)にスイッチを設け、火花放電間隙における絶縁破壊が生じてから、プラズマ放電を開始するまでの時間を60μsec.遅らせるようにした。また、プラズマ放電開始から60μsec.後に点Aを流れる電流の最大値Iが50Aとなるように、プラズマ放電回路部に用いるコンデンサを選定した。なお、点火装置が1回のプラズマ噴出を行うために供給するエネルギー量は150mJとなる。さらに、プラズマ放電回路部に使用するインダクタとして、インダクタンスの異なる種々のインダクタを用意した。
20 中心電極
30 接地電極
60 キャビティ
100 プラズマジェット点火プラグ
110 火花放電回路部
130 プラズマ放電回路部
200 点火装置
R1 抵抗
R2 内部抵抗
Claims (5)
- 中心電極と接地電極との間に形成される火花放電間隙の少なくとも一部の周囲を包囲して放電空間を形成したキャビティを有し、そのキャビティに設けられた開口部から、前記火花放電間隙における火花放電に伴い前記キャビティ内で形成されるプラズマを噴出するプラズマジェット点火プラグに電圧を印加するためのプラズマジェット点火プラグの点火装置であって、
前記火花放電間隙にて絶縁破壊による前記火花放電を発生させるための電圧を前記プラズマジェット点火プラグに印加する放電電圧印加手段と、
当該放電電圧印加手段における電圧の印加によって生じた前記火花放電に併せてプラズマを形成するため、前記火花放電間隙にエネルギーを供給するエネルギー供給手段と
を備え、
前記プラズマジェット点火プラグと前記放電電圧印加手段との間に抵抗器を配設して両者間の電気抵抗値を1KΩ以上20KΩ以下とすると共に、前記プラズマジェット点火プラグと前記エネルギー供給手段との間の電気抵抗値を1Ω以下としたことを特徴とするプラズマジェット点火プラグの点火装置。 - 前記プラズマジェット点火プラグからの一回のプラズマの噴出において、
前記エネルギー供給手段から前記火花放電間隙へのエネルギーの供給が開始されたタイミングを基点とし、これに伴い前記火花放電間隙に流される電流の値が最大値I[A]となるまでにかかる時間をt1[sec.]としたときに、
I/t1≦2.5×106[A/sec.] ・・・ (1)
を満たし、且つ、
I≧5[A] ・・・ (2)
を満たすことを特徴とする請求項1に記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置。 - 前記プラズマジェット点火プラグからの一回のプラズマの噴出において、
前記エネルギー供給手段から前記火花放電間隙へのエネルギーの供給が開始されたタイミングを基点とし、これに伴い前記火花放電間隙に流される電流の値が最大値I[A]となるまでにかかる時間をt1[sec.]としたときに、
t1≦75[μsec.] ・・・ (3)
を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置。 - 前記プラズマジェット点火プラグからの一回のプラズマの噴出において、
前記放電電圧印加手段による電圧の印加によって、前記火花放電間隙での絶縁破壊による前記火花放電の生じたタイミングを基点とし、前記エネルギー供給手段からのエネルギーの供給に伴い前記火花放電間隙に流される電流の値が最大値I[A]となるまでにかかる時間をt2[sec.]としたときに、
t2≦150[μsec.] ・・・ (4)
を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置。 - 前記プラズマジェット点火プラグからの一回のプラズマの噴出において、
前記エネルギー供給手段から前記火花放電間隙へのエネルギーの供給が開始されたタイミングを基点とし、これに伴い前記火花放電間隙に流される電流の値が最大値I[A]となるまでにかかる時間をt1[sec.]、前記エネルギー供給手段からのエネルギーの供給が終了するまでにかかる時間をt3[sec.]としたときに、
t1/t3≦3/5 ・・・ (5)
を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のプラズマジェット点火プラグの点火装置。
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