JP2010182536A - Plasma ignition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ点火装置に関する。 The present invention relates to a plasma ignition device.
内燃機関において、点火装置により気筒内全体の均質混合気又は気筒内の一部に存在する混合気を確実に着火させなければならない。しかしながら、点火ギャップに火花を発生させる一般的な点火装置は、混合気の一点を着火させるものであり、それほど高い着火性を有してはいない。 In an internal combustion engine, it is necessary to reliably ignite a homogeneous mixture in the entire cylinder or a mixture existing in a part of the cylinder by an ignition device. However, a general ignition device that generates a spark in the ignition gap ignites one point of the air-fuel mixture and does not have a very high ignitability.
着火性に優れた点火装置として、プラズマジェットを噴射するプラズマ点火装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。プラズマ点火装置は、絶縁体側壁により形成されたチャンバと、チャンバの基端側に配置された中心電極と、チャンバの先端側に配置された接地電極とを具備し、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して発生させた放電によってチャンバ内のガスをプラズマ化させ、こうしてチャンバ内の高温高圧のプラズマガスをプラズマジェットとしてチャンバと気筒内とを連通するように接地電極に形成された噴孔から噴射するものであり、噴射直後の比較的大きな表面積を有する略円筒状のプラズマジェットと接触する部分において混合気を同時に着火させることとなるために、高い着火性を実現することができる。 As an ignition device having excellent ignitability, a plasma ignition device that injects a plasma jet has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The plasma ignition device includes a chamber formed by an insulator side wall, a central electrode disposed on the proximal end side of the chamber, and a ground electrode disposed on the distal end side of the chamber. The gas in the chamber is turned into plasma by the discharge generated by applying a voltage between them, and thus the ground electrode is formed so that the chamber and the cylinder communicate with each other using the high-temperature and high-pressure plasma gas in the chamber as a plasma jet. Highly ignitable can be realized because the air-fuel mixture is simultaneously ignited in the portion that comes into contact with the substantially cylindrical plasma jet having a relatively large surface area immediately after the injection. .
前述のプラズマ点火装置において、チャンバを形成する絶縁体側壁の先端部は、接地電極に形成された噴孔の近傍に位置し、噴孔から噴射される直前にチャンバ内の全てのプラズマが必ず接触することとなる。それにより、絶縁体側壁の先端部は、基端部に比較して高温となって耐電圧性能が低下し、絶縁破壊が起こって貫通孔が形成される等の損傷が発生することがある。 In the plasma ignition device described above, the tip of the insulator side wall that forms the chamber is located in the vicinity of the nozzle hole formed in the ground electrode, and all the plasma in the chamber always comes into contact immediately before being injected from the nozzle hole. Will be. As a result, the distal end portion of the insulator side wall becomes higher in temperature than the base end portion, the withstand voltage performance is lowered, and damage such as dielectric breakdown may occur and a through hole may be formed may occur.
従って、本発明の目的は、プラズマ点火装置において、チャンバを形成する絶縁体側壁の噴孔近傍の先端部の絶縁破壊の発生を抑制することである。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress the occurrence of dielectric breakdown at the tip portion near the nozzle hole of the insulator side wall forming the chamber in the plasma ignition device.
本発明による請求項1に記載のプラズマ点火装置は、絶縁体側壁により形成されたチャンバと、前記チャンバの基端側に配置された中心電極と、前記チャンバの先端側に配置された接地電極とを具備し、前記中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加して発生させた放電によってチャンバ内のガスをプラズマ化させ、前記接地電極に形成された噴孔から前記チャンバ内のプラズマ化させたガスを噴射するプラズマ点火装置において、前記絶縁体側壁の先端部回りには、前記先端部を取り囲む金属製ハウジングとの間に空気層が形成されていることを特徴とする。
The plasma ignition device according to
本発明による請求項2に記載のプラズマ点火装置は、請求項1に記載のプラズマ点火装置において、前記接地電極に形成された前記噴孔は、円筒状の前記チャンバと同心の内径を有し、前記接地電極の噴孔回り部分は、前記噴孔から放射状に延在する少なくとも三本の切り込みにより少なくとも三分割され、外側へ弾性変形して前記絶縁体側壁の先端部の端面に当接することを特徴とする。
The plasma ignition device according to
本発明による請求項1に記載のプラズマ点火装置によれば、絶縁体側壁の先端部回りには、先端部を取り囲む金属製ハウジングとの間に空気層が形成されているために、絶縁体側壁の先端部が高温となって耐電圧性能が低下しても、金属製ハウジングとの間の絶縁性は、空気層により高められているために、損傷をもたらす絶縁破壊の発生を抑制することができる。 According to the plasma ignition device of the first aspect of the present invention, since the air layer is formed around the tip of the insulator side wall and the metal housing surrounding the tip, the insulator side wall is formed. Even if the tip of the metal becomes high temperature and the withstand voltage performance decreases, the insulation between the metal housing and the metal housing is enhanced by the air layer. it can.
本発明による請求項2に記載のプラズマ点火装置は、請求項1に記載のプラズマ点火装置において、接地電極に形成された噴孔は、円筒状のチャンバと同心の内径を有し、接地電極の噴孔回り部分は、噴孔から放射状に延在する少なくとも三本の切り込みにより少なくとも三分割され、外側へ弾性変形して絶縁体側壁の先端部の端面に当接するようになっており、絶縁体側壁の先端部が高温となっても接地電極側への良好な放熱により高温に維持され難くなり、耐電圧性能の大幅な低下を防止することができ、絶縁体側壁の先端部における絶縁破壊の発生をさらに抑制することができる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the plasma ignition device according to the first aspect, wherein the nozzle hole formed in the ground electrode has an inner diameter concentric with the cylindrical chamber. The portion around the nozzle hole is divided into at least three parts by at least three cuts extending radially from the nozzle hole, elastically deformed outward, and comes into contact with the end face of the tip of the insulator side wall. Even if the tip of the side wall becomes hot, it is difficult to maintain it at a high temperature due to good heat dissipation to the ground electrode side, which can prevent a significant drop in the withstand voltage performance. Occurrence can be further suppressed.
図1は本発明によるプラズマ点火装置の実施形態を示す概略縦断面図である。同図において、1は点火装置の軸線方向に延在するように絶縁体2の側壁により形成されてプラズマを生成する円筒状のチャンバであり、3はチャンバ1の基端側に配置された中心電極であり、4はチャンバ1の先端側に位置して金属製のハウジング4aと一体の接地電極である。もちろん、接地電極4はハウジング4aと別部材としてハウジング4aに電気的及び機械的に一体化するようにしても良い。5はチャンバ1と気筒内とを連通する噴孔であり、チャンバ1と同一内径Dを有して接地電極4に形成されている。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of a plasma ignition device according to the present invention. In the figure, 1 is a cylindrical chamber that is formed by a side wall of an
中心電極3及び接地電極4は、耐熱性と高い導電性とを有する金属、例えば、ステンレス等の鉄系金属、ニッケル系金属、又は、イリジウム系金属又はイリジウム合金とすることができる。中心電極3に対して接地電極4を絶縁するための絶縁体2の材質は、セラミックス(例えばアルミナセラミックス)とすることが好ましい。6は中心電極3へ電圧を印加するための導体であり、7は導体6と中心電極3との間を電気的に接続するための導電性接着剤である。
The
チャンバ1内のガスをプラズマ化させるには、先ずは、中心電極3と接地電極4との間に高電圧を印加し、絶縁体2の側壁内面上に沿面放電S1を発生させる。こうして、チャンバ1内の沿面放電近傍のガス(混合気)がプラズマ化されてイオン及び電子が生成されると、プラズマ化されたガスを通って比較的低い電圧での気中放電が可能となり、次いで、この気中放電S2を発生させる。
In order to turn the gas in the
こうして、気中放電S2によってチャンバ1内のガスの大部分がプラズマ化されると、チャンバ1内のガスは高温高圧となってプラズマジェットとして噴孔5から噴射され、気筒内の混合気を着火させる。もちろん、このように沿面放電及び気中放電を併用してチャンバ1内をプラズマ化させるのではなく、沿面放電又は気中放電だけによりチャンバ1内のガスをプラズマ化させるようにしても良い。
Thus, when most of the gas in the
ところで、チャンバ1を形成する絶縁体側壁の先端部2aは、接地電極4に形成された噴孔5の近傍に位置し、噴孔5から噴射される直前にチャンバ内の全てのプラズマが必ず接触することとなる。それにより、絶縁体側壁の先端部2aは、基端部に比較して高温となって耐電圧性能が低下し、絶縁破壊が起こって貫通孔が形成される等の損傷が発生することがある。
By the way, the tip 2a of the insulator side wall forming the
本実施形態のプラズマ点火装置において、絶縁体側壁の先端部2a回りには、先端部2aを取り囲む金属製ハウジング4aとの間に周方向に延在する空気層8が形成されている。それにより、絶縁体側壁の先端部2aが高温となって耐電圧性能が低下しても、金属製ハウジング4aとの間の絶縁性は、空気層8により高められているために、絶縁体側壁の先端部2aの内面から金属製ハウジング4aへの絶縁破壊の発生を抑制することができる。 In the plasma ignition device of the present embodiment, an air layer 8 extending in the circumferential direction is formed around the tip portion 2a of the insulator side wall and the metal housing 4a surrounding the tip portion 2a. Thereby, even if the end portion 2a of the insulator side wall becomes high temperature and the withstand voltage performance is lowered, the insulation between the metal housing 4a and the metal housing 4a is enhanced by the air layer 8; Occurrence of dielectric breakdown from the inner surface of the tip portion 2a to the metal housing 4a can be suppressed.
また、図1のP矢視図に示すように、接地電極4に形成された噴孔5は、円筒状のチャンバ1と同心の内径Dを有しており、接地電極4の噴孔回り部分4bは、噴孔5から等角度間隔で放射状に延在する八本の切り込み5aにより八分割され、こうして切り込み5aにより八分割された各部は、両側の切り込み5aの先端の間を根元として外側へ弾性変形し易くなっている。本実施形態において、切り込み5aは、等角度間隔で八本としたが、等角度間隔でなくても少なくとも三本の切り込みを形成して、二本の切り込みの間の角度をいずれも180度より小さくすれば、分割された各部を両側の切り込みの先端の間を根元として外側へ弾性変形し易くすることができる。
1, the
本実施形態において、絶縁体2は中心電極3近傍において切頭円錐外面2bを有し、この切頭円錐外面2bはハウジング4aの切頭円錐内面4cと対向しており、これらの間には金属シール9が配置されて絶縁体2とハウジング4aとの間の隙間がシールされる。
In this embodiment, the
このような構成において、一般的には、金属シール8を絶縁体2の切頭円錐外面2bとハウジング4aの切頭円錐内面4cとにより十分に押圧可能とするために、絶縁体2とハウジング4aと一体の接地電極4とは当接させないようになっており、絶縁体2の先端部2aが高温となっても、接地電極4へは放熱し難くなっている。
In such a configuration, in general, in order to allow the metal seal 8 to be sufficiently pressed by the truncated conical outer surface 2b of the
しかしながら、本実施形態においては、切り込み5aによって接地電極4の噴孔回り部分4bは外側へ弾性変形し易くなっており、金属シール9が絶縁体2の切頭円錐外面2bとハウジング4aの切頭円錐内面4cとにより十分に押圧された時には、絶縁体2の先端部2aの端面が接地電極4に当接して噴孔回り部分4bを外側へ弾性変形させるようになっている。それにより、絶縁体2の先端部2aと接地電極4とは密着しており、絶縁体側壁の先端部2aが高温となれば、接地電極4側への良好な放熱が実現され、先端部2aは高温に維持され難くなり、耐電圧性能が大きく低下することを防止することができる。
However, in this embodiment, the nozzle
ところで、チャンバ1内の沿面放電及び気中放電においては、接地電極4のエッジ部が使用される。それにより、噴孔5の内径Dをチャンバ1の内径より小さくして、切り込み5aの噴孔側部分をチャンバ1内に露出させれば、放電に使用される接地電極4のエッジ部を長くして、放電によるエッジ部の消耗を分散させることができるために、接地電極4の寿命を長くすることができる。
By the way, the edge portion of the
1 チャンバ
2 絶縁体
3 中心電極
4 接地電極
5 噴孔
5a 切り込み
8 空気層
DESCRIPTION OF
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012099461A (en) * | 2010-10-05 | 2012-05-24 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Plasma jet spark plug, and method of manufacturing the same |
JP2016051635A (en) * | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 株式会社デンソー | Spark plug for internal combustion engine and method of manufacturing the same |
JP7393971B2 (en) | 2020-02-21 | 2023-12-07 | 株式会社Soken | spark plug |
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- 2009-02-05 JP JP2009025155A patent/JP2010182536A/en active Pending
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