JP2011129511A - Ｈｆ点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＦ点火装置の寿命を改善する方法を示す。
【解決手段】本発明は、中心電極（２）と、中心電極（２）が挿通する絶縁ボディ（３）と、絶縁ボディ（３）の少なくとも一部を囲む金属ハウジングボディ（５）を、その一端に持つハウジング（４）と、内燃機関にねじ込まれる雄ねじ（５ａ）と、前記中心電極（２）をＨＦ励起するための回路を備えた内燃機関の燃焼性ガス混合物を点火するためのＨＦ点火装置に関する。本発明によれば、ハウジングボディ（５）を囲む絶縁ボディ（３）の部分が、導電性コーティング（６）を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前提部に示された様相を持つ高周波点火装置に関する。

このタイプのＨＦ点火装置は、特許文献１で知られている。

エンジン中の燃焼性ガス混合物を点火するために、そのようなＨＦ点火装置の中心電極は、例えばＨＦ発振回路のような適切な回路を用いて電流が流される。中心電極は、それから、エンジンの燃焼室中に高周波電磁波を放射し、これにより、点火を引き起こすプラズマを生成する。

コロナ放電によって点火を生じさせるＨＦ点火装置は、アーク放電を用いて点火を引き起こし、電極焼失によりかなりの損耗を受ける従来のスパークプラグの代わりの選択肢である。ＨＦ点火装置は、未だ達成されていないが、長寿命を達成する可能性を持つ。

ヨーロッパ特許ＥＰ １ ５１５ ５９４ Ａ２号公報

従って、本発明の課題は、ＨＦ点火装置の寿命を改善する方法を示すことにある。

この課題は、請求項１中に示された様相を有するＨＦ点火装置によって解決される。本発明の有利な発展形は、従属請求項の主題である。

高周波電磁波を放射するよう中心電極に電流を流すため、ＨＦ点火装置は、回路、典型的には発振回路、又は例えば、圧電ＨＦ発生器を含む。この回路の１つの要素はキャパシタであり、その誘電体は絶縁ボディによって形成される。

典型的に少なくとも１ＭＨｚの周波数及び数ｋＶの電圧に対して、動作中の絶縁耐力に問題があることが分った。電圧の過負荷及び部分的な放電は、しばしば、ＨＦ点火装置に早期の故障を生じさせる。

驚くべきことに、絶縁耐力は、絶縁ボディのハウジングボディを囲む部分に導電性コーティングを与えることによって著しく改善される。本発明による点火装置の場合、絶縁ボディの導電性コーティングは、中心電極との組合せでキャパシタを形成し、その誘電体は絶縁ボディである。これに対して、特許文献１で知られた点火装置の場合、金属ハウジングボディは、中心電極との組合せでキャパシタを形成し、これにより結果として一様でない電場を生じ、従って、低い絶縁耐力を生じる。

導電性コーティングは、例えば金属性コーティングであることができる。しかしながら、導電性コーティングは、好ましくはセラミックコーティングである。セラミックコーティングは、非常に強固であるという利点を有する。強固なコーティングは、絶縁ボディがハウジングボディ中に挿入されたときに発生する損傷のリスクを大幅に減らす。コーティングの損傷は、フィールドピークが発生する弱いスポットを作り出し、部分放電の結果につながるので、これは重要な利点である。

適切なコーティングには、例えば、ホウ化物、特に２ホウ化物、例えばホウ化チタン又はホウ化ジルコニウム、炭化物、特に炭化チタンまたは炭化珪素、及び、窒化物のような非酸化物セラミックスのコーティングが含まれる。窒化セラミックコーティングは、窒化物が良好な導電性を大きな硬さ及び高い耐化学性と結び付けるので、特に好適である。特に、窒化チタン及び／又は窒化クロムをベースとするセラミック材料を用いることにより良好な結果が得られる。他の可能性は、酸化物、たとえば酸化インジウムスズ、特に、以下に示すような、酸化インジウムを主成分とする酸化インジウムスズをベースとするセラミックコーティングを含む。

導電性コーティングは、好ましくは１００μｍ未満、特に好ましくは５０μｍ未満、特に２０μｍ以下の厚みを有する。寿命を改良するためには、非常に薄いコーティングでも十分である。しかしながら、好ましくは、コーティングは少なくとも１μｍの厚みを有する。

本発明による点火装置の絶縁ボディは、例えば蒸着、特にＰＶＤあるいはＣＶＤにより導電性コーティングを与えられることができる。

導電性コーティングは好ましくは１層でなる。しかしながら、例えば窒化クロムをベースとするコーティングと、窒化クロムチタンをベースとする更なる層を含む多層コーティングを用いることもできる。

導電性コーティングは、好ましくは５０Ω未満、特に好ましくは２０Ω未満、特に１０Ω以下のシート抵抗を有する。一般的に、コーティングの導電性が大きくなるほど、電圧過負荷及び部分放電をもたらすフィールドピークを妨げるのが容易となる。

絶縁ボディの導電層は、金属ハウジングボディと電気的に接触する。動作中、導電層は、従って、金属ハウジングボディと同様に典型的に接地される。導電ボディは、ハウジングボディ中に例えば接着又はロウ付けされることができる。しかしながら、好ましくは、絶縁ボディは、ハウジングボディ中にクランプの方法で保持される。これは、例えば、絶縁ボディをハウジングボディ中に圧入したり、又は、熱収縮嵌合することにより達成される。セラミックコーティングの硬さは、そのようなタイプの結合工程に十分であり、有利である。

好ましくは、導電性コーティングは、少なくとも１５００ＨＶ０．０５、特に好ましくは、２０００ＨＶ０．０５の硬度を有する。これらの数値は、試験荷重０．０５キログラム重を用いるビッカース硬度試験に基づく。

本発明の有利な発展によれば、コイルがハウジング内に配置され、これは、導電性コーティングと中心電極によって形成されるキャパシタとの組合せで、ＨＦ励起のための回路を形成する。このタイプの回路は、発振回路である。この回路は、好ましくは直列共振回路である。しかしながら、基本的に、並列共振回路を用いることもできる。

本発明の更に好適な発展によれば、絶縁ボディのコーティングされていない部分がハウジングボディの外に延びる。

本発明の更に好適な発展によれば、絶縁ボディの燃焼室に近い端部が、ハウジングボディの外に延び、その点でハウジングボディをカバーする。この方法で、絶縁ボディは、ハウジングボディが止まる受けを形成することができる。これは、絶縁ボディとハウジングボディを、例えばプレス嵌合により結合するのを容易にするので有利である。更に、このタイプの受けは、絶縁ボディに作用する燃焼室圧力を吸収することができ、これにより、ハウジングボディ中の絶縁ボディの座が、特にエンジン動作中に発生する圧力ピークによって影響されないことを保証することができる。

本発明の更なる詳細及び利点は、実施形態を用い、添付図面を参照して説明される。同一又は同様な部分は、同じ参照数字を用いて符号付けされる。

本発明によるＨＦ点火装置の実施形態の概略図。 図１のＡ部の詳細を示す断面図 絶縁ボディをハウジングボディに結合するための更なる実施形態を示す概要図

図１は、内燃機関の燃焼性ガス混合物を点火するための高周波点火装置を示す。図１の丸で囲ったＡ部の詳細が図２に断面図で示されている。

前記ＨＦ点火装置は、点火チップ２ａで終端する中心電極２と、中心電極２が挿通するセラミック絶縁ボディ３と、絶縁ボディ３の少なくとも一部を囲み、内燃機関にねじ込まれる雄ねじ５ａを有する金属ハウジングボディ５を、その一端に持つハウジング４を備えている。

ハウジングボディ５によって囲まれた絶縁ボディ３の部分は、ハウジングボディ５に近接し、それと電気的に接触する導電性コーティング６を備えている。導電性コーティング６と中心電極２はキャパシタを形成し、その誘電体は、コーティング６によってカバーされた絶縁ボディ３の部分である。

このキャパシタは、中心電極２に高周波電流を流すための回路の一部である。図示した実施形態において、この回路は、中心電極２に接続されたコイル７も備えている。コイル７は、前記キャパシタとの組合せで、中心電極２に電流を流すのに用いることができる電気発振回路を形成し、これにより、絶縁ボディ３から外に延びた、その点火チップ２ａが、燃焼室内にプラズマを生成し、これにより点火を引き起こす高周波電磁波を発生するのを可能にする。

共振回路は、１ＭＨｚより大きい、好ましくは１０ＭＨｚより大きい、特に好ましくは１００ＭＨｚより大きい共振周波数を有する。従って、中心電極２の点火チップ２ａは、動作中に、１ＭＨｚより大きい周波数をもつ電磁波を発生する。１０ＭＨｚから１０ＧＨｚの周波数範囲が特によく適合する。

図示した実施形態において、導電性コーティング６はセラミックコーティングである。例えば、窒化チタンをベースとする窒化セラミックコーティングが特に好適である。図示した実施形態において、コーティングは、１μｍと１０μｍの間の厚みと、１Ωより小さいシート抵抗を有する。前記導電性コーティングは、例えばＰＶＤ（物理蒸着）又はＣＶＤ（化学蒸着）を用いて蒸着することができる。

絶縁ボディ３は、ハウジングボディ５中にクランプの方法で保持される。絶縁ボディは、例えばハウジングボディ５中に圧入される。他の可能性は、特に、ハウジングボディ５を加熱し、冷却中にそれが絶縁ボディ３上で収縮することを許容することである。このタイプの熱収縮嵌合は、圧入嵌合と同様に、絶縁ボディ３とハウジングボディ５の間で有利な気密結合を生じさせるのが可能である。

絶縁ボディ３の燃焼室に近い端部のコーティングされていない部分が、ハウジングボディ５から外に延びている。該コーティングされていない部分は、より大きな径を有し、ハウジングボディ５をカバーしている。図示した実施形態において、ハウジングボディ５の燃焼室に近い端部は、完全にカバーされている。中心電極２とハウジングボディ５間の電気抵抗を増やすためには、絶縁ボディ３がハウジングボディの一部をカバーするようにすれば十分である。より大きな距離は、短絡形成のリスクを減らす。

図２に示される実施形態において、絶縁ボディ３とハウジングボディ５は筒状圧入結合により形成されている。図３は、セラミック絶縁ボディ３と金属ハウジングボディ５がテーパー状圧入結合で形成された変形実施形態の概念図である。ハウジングボディ５は、例えば鋼で構成され、絶縁ボディ３は、例えば酸化アルミニウムで構成されることができる。

２…中心電極
２ａ…点火チップ
３…絶縁ボディ
４…ハウジング
５…ハウジングボディ
５ａ…雄ねじ
６…コーティング
７…コイル

Claims (10)

1. 内燃機関の可燃性ガス混合物を点火するための、
   中心電極（２）と、
   該中心電極（２）が挿通する絶縁ボディ（３）と、
   該絶縁ボディ（３）の少なくとも一部を囲む金属ハウジングボディ（５）を一端に持つハウジング（４）と、
   前記中心電極（２）をＨＦ励起するための回路と、
   を備えたＨＦ点火装置において、
   前記絶縁ボディ（３）のハウジングボディ（５）を囲む部分が導電性コーティング（６）を備えたことを特徴とするＨＦ点火装置。
2. 請求項１に記載のＨＦ点火装置において、前記導電性コーティング（６）がセラミックコーティング（６）であることを特徴とするＨＦ点火装置。
3. 請求項２に記載のＨＦ点火装置において、前記コーティング（６）が窒化セラミックでなることを特徴とするＨＦ点火装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のＨＦ点火装置において、前記導電性コーティング（６）が、１００μｍ未満、好ましくは５０μｍ未満、特に２０μｍ以下の厚みを有することを特徴とするＨＦ点火装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のＨＦ点火装置において、前記コーティング（６）が、少なくとも１μｍの厚みを有することを特徴とするＨＦ点火装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のＨＦ点火装置において、前記コーティング（６）が、５０Ω未満、好ましくは２０Ω未満、特に好ましくは１０Ω以下のシート抵抗を有することを特徴とするＨＦ点火装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のＨＦ点火装置において、前記絶縁ボディ（３）が、前記ハウジングボディ（５）中にクランプされて保持されていることを特徴とするＨＦ点火装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のＨＦ点火装置において、前記絶縁ボディ（３）の燃焼室に近い端部が、前記ハウジングボディ（５）から外に延びて、その点で、前記ハウジングボディ（５）を少なくとも部分的にカバーしていることを特徴とするＨＦ点火装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のＨＦ点火装置において、前記絶縁ボディ（３）のコーティングされていない部分が、前記ハウジングボディ（５）から外に延びていることを特徴とするＨＦ点火装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のＨＦ点火装置において、前記コーティング（６）が蒸着により作り出されたことを特徴とするＨＦ点火装置。

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