JP2010170996A - 点火プラグおよび点火システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】点火プラグ100は、中心電極20と、中心電極20を軸孔12内に保持する絶縁碍子10と、絶縁碍子10の先端部に接するように配置され、軸線を中心とした貫通孔31を有する接地電極30とを備える。このような点火プラグ100において、絶縁碍子10の表面の一部には、中心電極20と接地電極30とに接する半導体層62が形成されている。
【選択図】図2
Description
A.プラズマジェット点火プラグの構造:
B.点火システムの概略構成:
C.実施例:
図1は、本発明の一実施形態としてのプラズマジェット点火プラグ100の構造を示す部分断面図である。また、図2は、プラズマジェット点火プラグ100の先端部分を拡大した断面図である。なお、図1,2において、プラズマジェット点火プラグ100の軸線O方向を図面における上下方向とし、下側をプラズマジェット点火プラグ100の先端側、上側を後端側として説明する。
次に、プラズマジェット点火プラグ100の点火を制御する点火システム1の概要について説明する。
図4は、点火システム1の概略構成を示す図である。図4に示すように、点火システム1は、プラズマジェット点火プラグ100を備える内燃機関300と、プラズマジェット点火プラグ100の点火を行う点火装置320と、内燃機関300の運転状況を検出する各種センサと、これらのセンサが接続されたECU(Engine Control Unit)310とによって構成されている。
上述した実施形態に基づき製造されたプラズマジェット点火プラグ100に対して、本発明の効果を確認するための種々の実験を行った。以下、これらの実験の結果を示す。
まず、電極間抵抗値の異なる複数のプラズマジェット点火プラグ100を、実施例1〜6として用意し、これらのプラズマジェット点火プラグ100の着火性能を評価する実験を行った。
図7は、本評価実験における各実施例の実験結果を示す図である。各プラズマジェット点火プラグ100の、中心電極20と接地電極30との間の抵抗値を抵抗計で測定した電極間抵抗値(半導体層62表面における抵抗値)は、実施例1は10Ω、実施例2は100Ω、実施例3は1kΩ、実施例4は10kΩ、実施例5は100kΩ、実施例6は1MΩである。本実験では、それぞれの実施例について、大気圧の環境条件下と+1MPaの環境条件下とで、それぞれ20回放電させ、そのうち着火できた回数の割合を求めている。なお、本実験では、ソリッドタイプの半導体を中心電極と接地電極との間に有するイグナイタプラグを比較例として用意し、このイグナイタプラグについても同様の実験を行った。このイグナイタプラグの電極間抵抗値は1MΩであった。
続いて、上述した実施例1〜6のプラズマジェット点火プラグ100について、印加する電圧の昇圧速度を種々変更して放電の有無を確認する実験を行った。本実験では、各実施例に対して、0.01×1010(V/S)、0.1×1010(V/S)、1×1010(V/S)、10×1010(V/S)、の各昇圧速度で電圧を印加し、放電の有無を確認した。
次に、上述した各実施例の放電電圧を測定する実験を行った。この実験結果を図9に示す。この図9中、10MΩおよび100MΩの電極間抵抗値を有する点火プラグは、半導体層62を有しない従来の点火プラグである。100MΩの抵抗値を有する点火プラグは、ほぼ新品のプラグであり、10MΩの抵抗値を有するプラグは、ある程度の使用を重ねたプラグである。一般に、使用によって電極間にカーボンが堆積した状態のプラグであれば、10MΩ程度の抵抗値を有することになる。
最後に、半導体層62を介して絶縁碍子10の先端面16に接する接地電極30の接触長Cについて評価実験を行った。この実験結果を図10に示す。この実験では、接地電極30の厚みを0.5mm、接地電極30の貫通孔31の孔径を1.6mm、キャビティ60の孔径を1.6mm、絶縁碍子10の先端面16からのキャビティ60の深さを2.0mm、絶縁碍子10の先端面16の外径を5.5mm、電極間抵抗値を100Ωとし、接触長Cをそれぞれ、0mm、0.1mm、0.5mm、とした3種類のプラズマジェット点火プラグ100を用意した。そして、これらのプラズマジェット点火プラグ100について、環境圧力を+0.2MPa、環境温度を常温として、立ち上がり速度が6.2×1010(V/S)、放電エネルギが1Jの電源を用いて、1000回および5000回の放電を行った際の放電電圧をそれぞれ測定した。なお、本実験において、接触長Cが0mmとは、キャビティ60の内壁には半導体層62が形成されているが、半導体層62と接地電極30とは接触していない状態のことをいう。
ここで、本実施形態のプラズマジェット点火プラグ100によるプラズマの噴出例を図11に示す。図12には、従来の沿面放電タイプのイグナイタプラグによってプラズマが発生した様子を示している。図11に示すように、本実施形態のプラズマジェット点火プラグ100では、15mm程度の火炎が発生した。これに対して、従来のイグナイタプラグでは、7mm程度の火炎の噴出に止まった。つまり、上述した実施形態のプラズマジェット点火プラグ100は、従来のイグナイタプラグよりも、大きな火炎を生じさせることが可能になるので、混合気への着火性を高めることが可能になるのである。
10…絶縁碍子
12…軸孔
20…中心電極
30…接地電極
31…貫通孔(オリフィス)
40…端子金具
50…主体金具
60…キャビティ
62…半導体層
100…プラズマジェット点火プラグ
300…内燃機関
301…A/Fセンサ
302…ノックセンサ
303…水温センサ
304…クランク角センサ
305…スロットルセンサ
310…ECU
320…点火装置
Claims (12)
- 中心電極と、
前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、該軸孔内に前記中心電極を保持する略筒状の絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の先端部に接するように配置され、貫通孔を有する接地電極とを備えた点火プラグであって、
前記中心電極の先端部は、前記絶縁碍子の先端部よりも後端側に位置しており、
前記絶縁碍子の表面の一部に、前記中心電極と前記接地電極とに接する半導体層が形成されていることを特徴とする点火プラグ。 - 請求項1に記載の点火プラグであって、
前記接地電極の前記絶縁碍子側の面の少なくとも一部が、前記半導体層を介して前記絶縁碍子の先端部に接する点火プラグ。 - 請求項2に記載の点火プラグであって、
前記接地電極の、前記半導体層を介して前記絶縁碍子の先端部に接する部分が、前記貫通孔の内周から外周側へ0.1mm以上存在する点火プラグ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記半導体層は、前記半導体層の表面から前記絶縁碍子の内部に向かうほど電気伝導率が低くなる性質を有する点火プラグ。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との間の電極間抵抗値が1×101〜1×106Ωである点火プラグ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記半導体層は、半導体を前記絶縁碍子の表面の一部に拡散させることで形成されている点火プラグ。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記半導体層は、半導体を前記絶縁碍子の表面の一部に複数回焼結することで形成されている点火プラグ。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記半導体層は、酸化物半導体を含有する点火プラグ。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記半導体層の後端部は、前記中心電極の先端部の外周面に接している点火プラグ。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記接地電極の貫通孔の直径は、前記絶縁碍子の軸孔の直径以上の大きさである点火プラグ。 - 前記点火プラグは、プラズマジェット点火プラグである請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の点火プラグ。
- 燃料を点火する点火システムであって、
請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の点火プラグと、
前記点火プラグの前記中心電極または前記接地電極に対して、昇圧速度が、1×1010[V/秒]以上の電圧を印加する点火装置と
を備える点火システム。
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