JP2012219707A - Ignition device and ignition system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを生成して混合気等への着火を行うプラズマジェット点火プラグ用の点火装置に関する。 The present invention relates to an ignition device for a plasma jet ignition plug that generates plasma and ignites an air-fuel mixture or the like.
従来、内燃機関等の燃焼装置においては、火花放電により混合気へと着火する点火プラグが使用されている。また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている。 Conventionally, in a combustion apparatus such as an internal combustion engine, an ignition plug that ignites an air-fuel mixture by spark discharge is used. In recent years, in order to meet the demand for higher output and lower fuel consumption of combustion devices, as a spark plug that spreads quickly and can be ignited more reliably even with a lean mixture with a higher ignition limit air-fuel ratio, Plasma jet spark plugs have been proposed.
一般にプラズマジェット点火プラグは、軸孔を有する筒状の絶縁碍子と、先端面が絶縁碍子の先端面よりも没入した状態で軸孔内に挿設される中心電極と、絶縁碍子の外周に配置される主体金具と、主体金具の先端部に接合される円環状の接地電極とを備える。また、プラズマジェット点火プラグは、中心電極の先端面及び軸孔の内周面によって形成された空間(キャビティ部)を有しており、当該キャビティ部は接地電極に形成された貫通孔を介して外部に連通されるようになっている。 Generally, a plasma jet ignition plug is disposed on a cylindrical insulator having a shaft hole, a center electrode inserted into the shaft hole with the tip surface being more immersed than the tip surface of the insulator, and an outer periphery of the insulator. And a ring-shaped ground electrode joined to the tip of the metal shell. Further, the plasma jet ignition plug has a space (cavity portion) formed by the front end surface of the center electrode and the inner peripheral surface of the shaft hole, and the cavity portion passes through a through hole formed in the ground electrode. It is designed to communicate with the outside.
このようなプラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気への着火が行われる。まず、中心電極と接地電極との間に形成された間隙に電圧を印加して、当該間隙に火花放電を生じさせて絶縁破壊する。その上で、前記間隙に電力を投入することによってキャビティ部内の気体をプラズマ化させて、キャビティ部の内部にプラズマを発生させる。そして、発生したプラズマがキャビティ部の開口から噴出することで、混合気への着火が行われる。 In such a plasma jet ignition plug, the air-fuel mixture is ignited as follows. First, a voltage is applied to the gap formed between the center electrode and the ground electrode, and a spark discharge is generated in the gap to cause dielectric breakdown. After that, by supplying electric power to the gap, the gas in the cavity is turned into plasma, and plasma is generated inside the cavity. Then, the generated plasma is ejected from the opening of the cavity portion, so that the air-fuel mixture is ignited.
また、プラズマジェット点火プラグにおいてプラズマを発生させるために、一般的なプラズマジェット点火プラグの点火装置は、間隙に電圧を印加し火花放電を生じさせるための電圧印加部と、間隙に電力を投入するためのコンデンサ及びこれに充電するための電源を有してなる電力投入部とを備えている。加えて、プラズマジェット点火プラグと電圧印加部との間、及び、プラズマジェット点火プラグと電力投入部との間にはそれぞれダイオードが設けられ、電圧印加部及び電力投入部の一方から他方に対する電流の流入が防止されるようになっている(例えば、特許文献1等参照)。 In order to generate plasma in the plasma jet ignition plug, a general plasma jet ignition plug ignition device applies a voltage to the gap to generate a spark discharge, and supplies power to the gap. And a power input unit having a power source for charging the capacitor. In addition, diodes are provided between the plasma jet ignition plug and the voltage application unit, and between the plasma jet ignition plug and the power application unit, respectively. Inflow is prevented (see, for example, Patent Document 1).
ところで、より一層優れた着火性を実現する手法としては、コンデンサの静電容量を増大させることで、間隙における容量放電時に流れる電流を増大させ、より大きなプラズマを発生させることが考えられる。しかしながら、投入エネルギーを増大させると、容量放電初期の突入電流が増大してしまい、中心電極や接地電極が消耗しやすくなってしまう。その結果、火花放電に必要な電圧(要求電圧)が急速に増大してしまうおそれがある。 By the way, as a technique for realizing even better ignitability, it is conceivable to increase the current flowing at the time of capacitive discharge in the gap by increasing the capacitance of the capacitor, thereby generating a larger plasma. However, when the input energy is increased, the inrush current at the initial stage of capacitive discharge increases, and the center electrode and the ground electrode are easily consumed. As a result, the voltage (required voltage) necessary for spark discharge may increase rapidly.
そこで、可変コンデンサを用いて、内燃機関の運転条件等に基づき高着火性の要求される場合にのみコンデンサの静電容量を増大させることで、中心電極等の消耗を抑制し、点火プラグの長寿命化を図ることが考えられる。尚、一般的な可変コンデンサは、つまみ等を動作させることで自身の静電容量を変化させるものであり、静電容量はほぼ線形に変化する。従って、運転条件に合わせて静電容量を種々異なる値に設定することができる。 Therefore, by using a variable capacitor, the consumption of the center electrode and the like is suppressed by increasing the capacitance of the capacitor only when high ignitability is required based on the operating conditions of the internal combustion engine. It may be possible to extend the service life. A general variable capacitor changes its own capacitance by operating a knob or the like, and the capacitance changes almost linearly. Therefore, the capacitance can be set to various values according to the operating conditions.
しかしながら、運転条件は極めて短時間のうちに様々に変化するため、コンデンサの静電容量を種々異なる値に設定可能とすると、コンデンサの静電容量を運転条件の変化に対して追従させることができず、ひいては高着火性が要求される場合に静電容量を十分に増大させることができない等の不具合が生じてしまうおそれがある。 However, since the operating conditions change in a very short time, if the capacitance of the capacitor can be set to different values, the capacitance of the capacitor can be made to follow changes in the operating conditions. As a result, when high ignitability is required, there is a risk that problems such as the inability to sufficiently increase the electrostatic capacity may occur.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、コンデンサの静電容量を大小異なる二種の値に設定可能とすることにより静電容量の変化スピードを増大させることで、コンデンサの静電容量を運転条件等の変化に対して追従可能とし、ひいてはプラズマジェット点火プラグにおける高着火性及び長寿命化の両立を図ることができる点火装置、及び、点火システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to increase the changing speed of the capacitance by allowing the capacitance of the capacitor to be set to two different values. To provide an ignition device and an ignition system capable of following the capacitance of a capacitor with respect to changes in operating conditions, and thus achieving both high ignitability and long life in a plasma jet ignition plug. is there.
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。 Hereinafter, each configuration suitable for solving the above-described object will be described in terms of items. In addition, the effect specific to the corresponding structure is added as needed.
構成1.本構成の点火装置は、中心電極と、接地電極と、前記両電極間に形成された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するキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグに用いられる点火装置であって、
前記間隙に電圧を印加する電圧印加部と、
前記プラズマジェット点火プラグと前記電圧印加部との間において、前記プラズマジェット点火プラグと並列に接続されたコンデンサとを備え、
前記電圧印加部により前記コンデンサに蓄えられた電荷が前記間隙に投入されることで、前記キャビティ部内で容量放電を生じさせ、
前記コンデンサの静電容量は、大小異なる二種の容量値に変更可能であり、
前記コンデンサの静電容量を変更することで、第1点火モードと、当該第1点火モードよりも容量放電電流が小さい第2点火モードとを切替可能な容量制御部を備えることを特徴とする。
A voltage application unit for applying a voltage to the gap;
Between the plasma jet ignition plug and the voltage application unit, comprising a capacitor connected in parallel with the plasma jet ignition plug,
The electric charge stored in the capacitor by the voltage application unit is thrown into the gap, causing a capacitive discharge in the cavity,
The capacitance of the capacitor can be changed to two different capacitance values,
A capacitance control unit is provided that can switch between a first ignition mode and a second ignition mode having a smaller capacity discharge current than the first ignition mode by changing the capacitance of the capacitor.
上記構成1によれば、コンデンサの静電容量が大小異なる値に変更可能とされ、容量制御部により、容量放電電流が比較的大きい第1点火モードと、容量放電電流が比較的小さい第2点火モードとが切替可能とされている。従って、高着火性の要求される場合にのみ第1点火モードとし、通常時には第2点火モードとすることで、優れた着火性を実現しつつ、中心電極等の消耗を効果的に抑制することができる。また、コンデンサの静電容量は大小異なる二種の値にのみ設定可能であるため、静電容量の変化スピードを増大させることができ、運転条件等に対応して静電容量を素早く変化させることができる。その結果、プラズマジェット点火プラグにおいて、高着火性及び長寿命化の双方を効果的に実現することができる。
According to the
さらに、上記構成1によれば、コンデンサが点火プラグと並列に設けられており、電圧印加部から間隙に電圧を印加した際に、点火プラグ及びコンデンサの双方に電荷が充電される構成となっている。従って、プラズマ生成用の別途の電源等や逆流防止用のダイオードを設ける必要がなくなり、装置の小型化や製造コストの抑制を図ることができる。
Furthermore, according to the
併せて、ダイオードを設けると、ダイオードの存在により供給される電力の共振が抑制されてしまい、間隙に投入されるエネルギーが減少してしまうが、ダイオードを設けることなく構成すれば、電力の共振抑制という事態が生じなくなる。その結果、点火プラグへの投入エネルギーを増大させることができ、着火性をより一層向上させることができる。 In addition, if a diode is provided, resonance of power supplied due to the presence of the diode is suppressed and energy input to the gap is reduced. However, if a diode is not provided, resonance of power is suppressed. The situation will not occur. As a result, the input energy to the spark plug can be increased, and the ignitability can be further improved.
構成2.本構成の点火装置は、上記構成1において、前記第2点火モードにおいて、前記コンデンサの静電容量が35pF以下であることを特徴とする。
上記構成2によれば、第2点火モードにおけるコンデンサの静電容量が35pF以下と十分に小さくされている。従って、容量放電時の突入電流を十分に小さくすることができ、中心電極等の消耗をより確実に抑制することができる。その結果、点火プラグの更なる長寿命化を図ることができる。
According to the
構成3.本構成の点火装置は、上記構成1又は2において、前記第1点火モードにおいて、前記コンデンサの静電容量が50pF以上であることを特徴とする。
上記構成3によれば、第1点火モードにおけるコンデンサの静電容量が50pF以上とされている。従って、プラズマ生成量を十分に増大させることができ、高着火性の要求される第1点火モードにおいて、着火性を飛躍的に向上させることができる。
According to the
構成4.本構成の点火装置は、上記構成1乃至3のいずれかにおいて、前記電圧印加部は、前記プラズマジェット点火プラグに対する出力エネルギーを変更可能に構成され、
前記第1点火モードにおける前記電圧印加部からの出力エネルギーが、前記第2点火モードにおける前記電圧印加部からの出力エネルギーよりも大きくされることを特徴とする。
The output energy from the voltage application unit in the first ignition mode is greater than the output energy from the voltage application unit in the second ignition mode.
コンデンサの静電容量が比較的大きい場合に、電圧印加部からの出力エネルギーが小さいと、点火プラグに十分な電荷を蓄えることができず、中心電極及び接地電極間の電位差が火花放電を発生させるために必要な電圧(要求電圧)を上回らないおそれがある。この場合には、火花放電が生じなくなるため、コンデンサから間隙に対して電力を投入できず、プラズマを生成することができなくなってしまう。 When the capacitance of the capacitor is relatively large, if the output energy from the voltage application unit is small, sufficient charge cannot be stored in the spark plug, and the potential difference between the center electrode and the ground electrode causes spark discharge. Therefore, there is a possibility that the voltage (required voltage) necessary for the above will not be exceeded. In this case, since no spark discharge is generated, power cannot be supplied from the capacitor to the gap, and plasma cannot be generated.
この点を鑑みて、上記構成4によれば、コンデンサの静電容量が比較的大きくされる第1点火モードにおいて、電圧印加部からの出力エネルギーが第2点火モードにおける出力エネルギーよりも大きなものとされる。従って、コンデンサの静電容量が比較的大きなものとされる第1点火モードにおいても、点火プラグに十分な電荷を蓄えることができ、火花放電をより確実に発生させることができる。また、第2点火モードにおいては、放電エネルギーが低く抑えられるため、中心電極等の消耗を効果的に抑制することができる。
In view of this point, according to
構成5.本構成の点火装置は、上記構成1乃至4のいずれかにおいて、前記コンデンサは、
少なくとも前記第1点火モードにおいて、絶縁性の誘電体を挟んで配置される第1電極及び第2電極と、
前記第1電極及び前記第2電極のうちの少なくとも一方の電極を移動可能であり、前記移動可能な電極を前記第1点火モードにおいて所定の第1位置に配置し、前記第2点火モードにおいて所定の第2位置に配置する電磁スイッチとを備え、
前記容量制御部は、前記電磁スイッチを動作させ、前記移動可能な電極の配置位置を前記第1位置又は前記第2位置に切替えることで、前記コンデンサの静電容量を変更することを特徴とする。
At least in the first ignition mode, a first electrode and a second electrode arranged with an insulating dielectric interposed therebetween;
At least one of the first electrode and the second electrode is movable, the movable electrode is disposed at a predetermined first position in the first ignition mode, and predetermined in the second ignition mode. An electromagnetic switch disposed at the second position of
The capacitance control unit operates the electromagnetic switch to change the capacitance of the capacitor by switching the arrangement position of the movable electrode to the first position or the second position. .
上記構成5によれば、電磁スイッチを用いることにより、電極の配置位置を第1位置又は第2位置に瞬時に切替えることができ、ひいては第1電極及び第2電極間の静電容量(すなわちコンデンサの静電容量)を極めて素早く変更することができる。従って、運転条件等の変化に対してより速やかに、コンデンサの静電容量を変化させることができる。その結果、点火プラグにおける高着火性及び長寿命化を一層効果的に実現することができる。
According to the
構成6.本構成の点火装置は、上記構成5において、前記移動可能な電極が前記第1位置に配置されているとき、前記第1電極及び前記第2電極は前記誘電体を挟んで前記誘電体に接触しており、
前記移動可能な電極が前記第2位置に配置されているとき、前記第1電極及び前記第2電極のうちの少なくとも一方の電極は前記誘電体から離間していることを特徴とする。
When the movable electrode is disposed at the second position, at least one of the first electrode and the second electrode is separated from the dielectric.
上記構成6によれば、第1点火モードにおいて、第1電極及び第2電極が誘電体に接触する一方で、第2点火モードにおいて、少なくとも一方の電極と誘電体との間に隙間が形成される。従って、電極の移動距離をさほど大きくすることなく、両点火モード間でコンデンサの静電容量を大きく変化させることができる。その結果、コンデンサひいては点火装置の小型化を図りつつ、上記構成1等の作用効果をより確実に発揮させることができる。
According to the
構成7.本構成の点火装置は、上記構成5又は6において、前記第1電極及び前記第2電極は、前記誘電体を挟んで対向し、
前記第1電極及び前記誘電体のそれぞれの対向面と、前記第2電極及び前記誘電体のそれぞれの対向面とが平面であることを特徴とする。
Configuration 7. In the ignition device of this configuration, in the
The opposing surfaces of the first electrode and the dielectric and the opposing surfaces of the second electrode and the dielectric are flat surfaces.
上記構成7によれば、第1点火モードにおいて第1電極及び第2電極が誘電体に対して隙間なく面接触するため、第1電極及び第2電極の対向面積をさほど大きくすることなく、第1点火モードにおけるコンデンサの静電容量を十分に大きなものとすることができる。従って、点火装置(コンデンサ)の小型化を図りつつ、上記各構成による作用効果をより確実に発揮させることができる。 According to Configuration 7, since the first electrode and the second electrode are in surface contact with the dielectric without any gap in the first ignition mode, the opposing areas of the first electrode and the second electrode are not increased so much, The capacitance of the capacitor in the one ignition mode can be made sufficiently large. Therefore, the effects of the above-described configurations can be more reliably exhibited while reducing the size of the ignition device (capacitor).
構成8.本構成の点火装置は、上記構成5又は6において、前記第1電極及び前記第2電極のうちの一方の電極は筒状をなし、当該一方の電極は、前記電磁スイッチにより径方向に沿って分離移動可能に構成され、
前記一方の電極の内周に、筒状の前記誘電体が配置され、
前記誘電体の内周に、前記第1電極及び前記第2電極のうちの他方の電極が配置され、
前記一方の電極が前記第1位置に配置されているとき、前記一方の電極は前記誘電体に接触し、
前記一方の電極が前記第2位置に配置されているとき、前記一方の電極の少なくとも一部は前記誘電体から離間することを特徴とする。
Configuration 8. In the ignition device according to this configuration, in the
The cylindrical dielectric is disposed on the inner periphery of the one electrode,
The other electrode of the first electrode and the second electrode is disposed on the inner periphery of the dielectric,
When the one electrode is disposed at the first position, the one electrode contacts the dielectric;
When the one electrode is disposed at the second position, at least a part of the one electrode is separated from the dielectric.
上記構成8によれば、コンデンサを細長い柱状にすることができる。従って、内燃機関等に設けられた筒状のプラグホール内に点火装置を容易に配置することができる。 According to the configuration 8, the capacitor can be formed in a long and narrow column shape. Therefore, the ignition device can be easily arranged in a cylindrical plug hole provided in the internal combustion engine or the like.
尚、プラグホール内に点火装置を配置すれば、プラグホールがノイズシールドとして機能することとなり、ノイズの影響によりコンデンサの動作に異常が生じてしまうという事態を防止することができる。 If the ignition device is arranged in the plug hole, the plug hole functions as a noise shield, and it is possible to prevent a situation in which the operation of the capacitor becomes abnormal due to the influence of noise.
構成9.本構成の点火装置は、上記構成5において、前記第1電極及び前記第2電極のうちの一方の電極は筒状をなし、
前記一方の電極の内周に、筒状の前記誘電体が配置され、
前記誘電体の内周に、前記第1電極及び前記第2電極のうちの他方の電極が配置され、
前記電磁スイッチにより前記第1電極及び前記第2電極のうちの少なくとも一方が前記誘電体の軸方向に沿って移動可能とされ、
前記移動可能な電極が前記第1位置に配置されているときの前記第1電極及び前記第2電極の対向面積が、前記移動可能な電極が前記第2位置に配置されているときの前記第1電極及び前記第2電極の対向面積よりも大きくされることを特徴とする。
Configuration 9 The ignition device of the present configuration is the above-described
The cylindrical dielectric is disposed on the inner periphery of the one electrode,
The other electrode of the first electrode and the second electrode is disposed on the inner periphery of the dielectric,
The electromagnetic switch enables at least one of the first electrode and the second electrode to move along the axial direction of the dielectric,
The opposing area of the first electrode and the second electrode when the movable electrode is arranged at the first position is equal to the first area when the movable electrode is arranged at the second position. The area is larger than the facing area of one electrode and the second electrode.
上記構成9によれば、コンデンサを柱状に形成することができ、また、電極の移動方向が軸方向であるため、コンデンサをより細くすることができる。従って、プラグホール内に点火装置をより一層容易に配置することができる。 According to the configuration 9, the capacitor can be formed in a columnar shape, and the moving direction of the electrode is the axial direction, so that the capacitor can be made thinner. Therefore, the ignition device can be arranged more easily in the plug hole.
構成10.本構成の点火装置は、上記構成5乃至9のいずれかにおいて、少なくとも前記第2点火モードにおいて、前記第1電極及び前記第2電極のうちの少なくとも一方と前記誘電体との間の隙間に絶縁油が満たされることを特徴とする。
上記構成10によれば、少なくとも第2点火モードにおいて、第1電極及び第2電極のうちの少なくとも一方と誘電体との間の隙間が絶縁油で満たされるため、両電極間における電流のリークを効果的に抑制することができる。その結果、コンデンサの耐電圧性を向上させることができる。
According to the
構成11.本構成の点火装置は、上記構成1乃至10のいずれかにおいて、前記コンデンサは、絶縁性ゴム又は絶縁性樹脂からなる絶縁ケースで覆われることを特徴とする。
上記構成11によれば、コンデンサとその周囲に配置される金属物(例えば、プラグホール等)との間における電流のリークをより確実に防止することができ、コンデンサの耐電圧性をさらに向上させることができる。
According to the
構成12.本構成の点火システムは、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の点火装置と、
前記点火装置から電力が供給されるプラズマジェット点火プラグとを備えることを特徴とする。
And a plasma jet ignition plug to which electric power is supplied from the ignition device.
上記構成12によれば、上記構成1等と同様の作用効果が奏されることとなる。
According to the
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、プラズマジェット点火プラグ(以下、「点火プラグ」と称す)1と、点火装置31とを有する点火システム101の概略構成を示すブロック図である。尚、図1では、点火プラグ1を1つのみ示しているが、内燃機関ENには複数の気筒が設けられており、各気筒に対応して点火プラグ1が設けられている。そして、各点火プラグ1ごとに点火装置31が設けられている。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ignition system 101 having a plasma jet ignition plug (hereinafter referred to as “ignition plug”) 1 and an ignition device 31. In FIG. 1, only one
まず、点火プラグ1の概略構成を説明する。図2は、点火プラグ1を示す一部破断正面図である。尚、図2では、点火プラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ1の先端側、上側を後端側として説明する。
First, a schematic configuration of the
点火プラグ1は、筒状をなす絶縁碍子2、これを保持する筒状の主体金具3などから構成されるものである。
The
絶縁碍子2は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部10と、当該後端側胴部10よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部11と、当該大径部11よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部12と、当該中胴部12よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部13とを備えている。加えて、絶縁碍子2のうち、大径部11、中胴部12、及び、脚長部13は、主体金具3の内部に収容されている。そして、中胴部12と脚長部13との連接部にはテーパ状の段部14が形成されており、当該段部14にて絶縁碍子2が主体金具3に係止されている。
As is well known, the
さらに、絶縁碍子2には、軸線CL1に沿って軸孔4が貫通形成されており、当該軸孔4の先端側には中心電極5が挿入、固定されている。当該中心電極5は、熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層5A、及び、ニッケル(Ni)を主成分とするNi合金〔例えば、インコネル(商標名)600や601等〕からなる外層5Bを備えている。さらに、中心電極5は、全体として棒状(円柱状)をなし、その先端が絶縁碍子2の先端面よりも後端側に配置されている。加えて、中心電極5のうち、その先端から軸線CL1方向後端側に少なくとも0.3mmまでの部位には、耐消耗性の向上を図るべく、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により形成された電極チップ5Cが設けられている。
Further, the
また、軸孔4の後端側には、絶縁碍子2の後端から突出した状態で端子電極6が挿入、固定されている。
A
さらに、中心電極5と端子電極6との間には、円柱状のガラスシール部9が配設されている。当該ガラスシール部9により、中心電極5と端子電極6とがそれぞれ電気的に接続されるとともに、中心電極5及び端子電極6が絶縁碍子2に固定されている。
Further, a cylindrical glass seal portion 9 is disposed between the
加えて、前記主体金具3は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ1を燃焼装置(例えば、内燃機関や燃料電池改質器等)の取付孔に取付けるためのねじ部(雄ねじ部)15が形成されている。また、ねじ部15の後端側の外周面には座部16が形成され、ねじ部15後端のねじ首17にはリング状のガスケット18が嵌め込まれている。さらに、主体金具3の後端側には、主体金具3を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部19が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子2を保持するための加締め部20が設けられている。併せて、主体金具3の先端部外周には、軸線CL1方向先端側に向けて突出するように形成された環状の係合部21が形成されており、当該係合部21に対して後述する接地電極27が接合されている。尚、絶縁碍子2を挟んで対向する中心電極5及び主体金具3は、いわばコンデンサのように電荷を蓄えることが可能な構成となっており、点火プラグ1は、中心電極5と主体金具3との対向面積や絶縁碍子2の素材等に応じた静電容量を有している。
In addition, the
また、主体金具3の内周面には、絶縁碍子2を係止するためのテーパ状の段部22が設けられている。そして、絶縁碍子2は、主体金具3の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部14が主体金具3の段部22に係止された状態で、主体金具3の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって主体金具3に固定されている。尚、絶縁碍子2及び主体金具3双方の段部14,22間には、円環状の板パッキン23が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、絶縁碍子2の脚長部13と主体金具3の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。
A
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具3の後端側においては、主体金具3と絶縁碍子2との間に環状のリング部材24,25が介在され、リング部材24,25間にはタルク(滑石)26の粉末が充填されている。すなわち、主体金具3は、板パッキン23、リング部材24,25及びタルク26を介して絶縁碍子2を保持している。
Further, in order to make the sealing by caulking more complete,
また、主体金具3の先端部には、絶縁碍子2の先端よりも軸線CL1方向先端側に位置し、円板状をなす接地電極27が接合されている。当該接地電極27は、前記主体金具3の係合部21に係合された状態で、自身の外周部分が前記係合部21に対して溶接されることで主体金具3に接合されている。尚、本実施形態において、接地電極27は、W、Ir、Pt,Ni、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されている。
Further, a ground electrode 27 having a disk shape is joined to the front end portion of the
加えて、接地電極27は、自身の中央に板厚方向に貫通する貫通孔27Hを有している。そして、軸孔4の内周面と中心電極5の先端面とにより形成され、先端側に向けて開口する円柱状の空間であるキャビティ部28が、前記貫通孔27Hを介して外部へと連通されている。
In addition, the ground electrode 27 has a through hole 27H penetrating in the thickness direction at the center thereof. A cavity 28, which is a cylindrical space formed by the inner peripheral surface of the
上述した点火プラグ1においては、中心電極5と接地電極27との間に形成された間隙29に電力を投入することで、キャビティ部28にプラズマを発生させ、貫通孔27Hからプラズマを噴出させるようになっている。そこで次に、点火プラグ1の前記間隙29に対して電力を供給する前記点火装置31の構成について説明する。
In the
図1に示すように、点火装置31は、前記間隙29に電圧を印加するための電圧印加部41と、当該電圧印加部41により充電可能なコンデンサ51とを備えている。 As shown in FIG. 1, the ignition device 31 includes a voltage application unit 41 for applying a voltage to the gap 29, and a capacitor 51 that can be charged by the voltage application unit 41.
電圧印加部41は、一次コイル42、二次コイル43、コア44、及び、イグナイタ45を備えている。
The voltage application unit 41 includes a
一次コイル42は、前記コア44を中心に巻回されており、その一端が電力供給用のバッテリVAに接続されるとともに、その他端がイグナイタ45に接続されている。また、二次コイル43は、前記コア44を中心に巻回されており、その一端が一次コイル42及びバッテリVA間に接続されるとともに、その他端が点火プラグ1の端子電極6に接続されている。
The
加えて、イグナイタ45は、所定のトランジスタにより形成されており、所定の電子制御装置(ECU)61から入力される通電信号に応じて、バッテリVAから一次コイル42に対する電力の供給及び供給停止を切り替える。点火プラグ1に高電圧を印加する場合には、まず、ECU61からの通電信号がオンとされ、通電信号がオンの間、バッテリVAから一次コイル42に電流が流される〔尚、一次コイル42に流れる電流(一次電流)は、通電時間(通電信号のオン時間)に比例して増大する〕。一次電流が流れると、前記コア44の周囲に磁界が形成される。この状態で、ECU61からの通電信号をオンからオフに切り替えることで、バッテリVAから一次コイル42に対する電流を停止する。電流の停止により、前記コア44の磁界が変化し、自己誘電作用によって二次コイル43に負極性の二次電圧(数〜数十kV)が発生する。この二次電圧が点火プラグ1(端子電極6)に印加されることで、間隙29において火花放電が発生する。
In addition, the
尚、発生する二次電圧の大きさは、一次電流の大きさに対して正の相関をもって変化する。本実施形態において、ECU61は、通電信号のオン時間を変更可能に構成されており、その結果、一次電流の大きさひいては点火プラグ1に対する出力エネルギーを変更可能となっている。
Note that the magnitude of the generated secondary voltage changes with a positive correlation with the magnitude of the primary current. In the present embodiment, the
コンデンサ51は、電圧印加部41(二次コイル43)から供給される電力が充電されるとともに、充電された電力を点火プラグ1の間隙29に供給するものである。当該コンデンサ51は、その一端が点火プラグ1と電圧印加部41との間に接続され、その他端が接地されている(すなわち、点火プラグ1と並列に接続されている)。
The capacitor 51 is charged with power supplied from the voltage application unit 41 (secondary coil 43) and supplies the charged power to the gap 29 of the
また、図3(a),(b)に示すように、コンデンサ51は、コンデンサ構成部52と、電極ホールド53と、電磁スイッチ54とを備えている。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the capacitor 51 includes a
コンデンサ構成部52は、第1電極521と、第2電極522と、両電極521,522間に配置された誘電体523とを備えている。
The
第1電極521は、平板状をなすとともに、誘電体523の一部を挟んで第2電極522に対向している。第2電極522は、自身の一端部に、平板状をなし第1電極521に対向する平板部522Aを備えるとともに、自身の他端部に、前記平板部522Aと直交する方向に延び前記電極ホールド53によって支持される被支持部522Bを有している。また、第1電極521は接地されており、第2電極522は、点火プラグ1及び電圧印加部41間に接続され、電圧印加部41からの出力電圧が印加されるようになっている。
The first electrode 521 has a flat plate shape and faces the second electrode 522 with a part of the dielectric 523 interposed therebetween. The second electrode 522 has a
誘電体523は、所定の絶縁性素材により形成されており、少なくとも両電極521,522に挟まれる部位が平板状とされている。従って、本実施形態では、第1電極521及び誘電体523のそれぞれの対向面と、第2電極522及び誘電体523のそれぞれの対向面とが平面となっている。 The dielectric 523 is formed of a predetermined insulating material, and at least a portion sandwiched between the electrodes 521 and 522 is a flat plate. Accordingly, in the present embodiment, the opposing surfaces of the first electrode 521 and the dielectric 523 and the opposing surfaces of the second electrode 522 and the dielectric 523 are flat.
電極ホールド53は、所定の絶縁性材料により形成されるとともに、第1電極521や誘電体523の平板状部位と直交する方向に沿って、第1電極521や誘電体523に対して相対移動可能に構成されている。また、電極ホールド53と誘電体523との間には、前記相対移動方向に沿って伸縮可能な弾性部材(バネ部材)56が設けられており、電極ホールド53は、誘電体523側へと付勢された状態となっている。さらに、電極ホールド53には、永久磁石57が固定されている。
The electrode hold 53 is formed of a predetermined insulating material and can be moved relative to the first electrode 521 and the dielectric 523 along a direction orthogonal to the flat portion of the first electrode 521 and the dielectric 523. It is configured. In addition, an elastic member (spring member) 56 that can expand and contract along the relative movement direction is provided between the
電磁スイッチ54は、金属製の芯材(例えば、鉄芯)の周囲に導電性の金属線が巻回されてなり、電極ホールド53を挟んで誘電体523と反対側において、永久磁石57と対向する位置に配置されている。また、電磁スイッチ54の前記金属線は、ECU61に接続されており、ECU61に設けられた容量制御部62(図1参照)により電磁スイッチ54(の金属線)に対する通電のオン・オフが切替可能に構成されている。
The electromagnetic switch 54 is formed by winding a conductive metal wire around a metal core (for example, an iron core) and faces the
ここで、電磁スイッチ54に対する通電がオフとされると、図3(a)に示すように、弾性部材56の付勢力により電極ホールド53が誘電体523側へと移動し、ひいては第2電極522が所定の第1位置P1に配置される。第2電極522が第1位置P1に配置されると、第2電極522は誘電体523に接触し、第1電極521及び第2電極522の双方が誘電体523を挟んで誘電体523に接触することとなる。その結果、両電極521,522間の距離が比較的小さくなるとともに、第2電極522と誘電体523との間に隙間が介在されないこととなるため、コンデンサ51(コンデンサ構成部52)の静電容量が比較的大きなものとなる。
Here, when the energization of the electromagnetic switch 54 is turned off, as shown in FIG. 3A, the electrode hold 53 moves to the dielectric 523 side by the urging force of the
一方で、電磁スイッチ54に対する通電がオンにされると、電磁スイッチ54に磁力が生じ、永久磁石57が電磁スイッチ54に引き寄せられる。これにより、電極ホールド53が誘電体523から離間する側へと移動し、ひいては第2電極522が所定の第2位置P2に配置される。第2電極522が第2位置P2に配置されると、両電極521,522間の距離が比較的大きくなるとともに、第2電極522と誘電体523との間に誘電体523よりも誘電率の低い空気層が介在されることとなる。その結果、コンデンサ51(コンデンサ構成部52)の静電容量が比較的小さなものとなる。すなわち、コンデンサ51は、自身の静電容量を大小異なる二種の値に変更可能となっている。
On the other hand, when energization of the electromagnetic switch 54 is turned on, a magnetic force is generated in the electromagnetic switch 54 and the
尚、容量制御部62は、内燃機関の状態を検知する図示しない各種センサ(例えば、燃焼圧センサや空燃比センサ、温度センサなど)や間隙29に火花放電を発生させるために必要な電圧(絶縁破壊電圧)等の情報に基づいて、電磁スイッチ54に対する通電のオン・オフを切替えることで、点火プラグ1における点火モードを第1点火モード及び第2点火モードのいずれかに切替える。すなわち、第1点火モード(通常時よりも着火性を向上させる必要がある場合)では、電磁スイッチ54への通電をオフとし、コンデンサ51の静電容量を増大させる。その結果、コンデンサ51に蓄えられた電荷が間隙29に投入され、キャビティ部28内で容量放電が生じた際に、間隙29を流れる電流(容量放電電流)が比較的大きなものとされる。一方で、第2点火モード(通常時)では、電磁スイッチ54への通電をオンとし、コンデンサ51の静電容量を比較的小さくする。その結果、コンデンサ51に蓄えられた電荷が間隙29に投入された際に、容量放電電流が比較的小さなものとされる。
Note that the
さらに、誘電体523の構成材料(誘電体523の比誘電率)や両電極521,522の対向面積、第2電極522の移動距離などを調節することで、第2点火モードにおけるコンデンサ51の静電容量が35pF以下とされており、第1点火モードにおけるコンデンサ51の静電容量が50pF以上とされている。尚、本実施形態において、第2点火モードにおけるコンデンサ51の静電容量は点火プラグ1の静電容量以上とされ、第1点火モードにおけるコンデンサ51の静電容量は、中心電極5等の消耗抑制を図るべく、500pF以下とされている。
Further, by adjusting the constituent material of the dielectric 523 (the relative dielectric constant of the dielectric 523), the facing area of both electrodes 521 and 522, the moving distance of the second electrode 522, etc., the static of the capacitor 51 in the second ignition mode The electric capacity is set to 35 pF or less, and the capacitance of the capacitor 51 in the first ignition mode is set to 50 pF or more. In the present embodiment, the capacitance of the capacitor 51 in the second ignition mode is equal to or greater than the capacitance of the
加えて、上述の通り、ECU61は、通電信号のオン時間を変更可能に構成されているが、本実施形態において、ECU61は、第1点火モードにおける通電信号のオン時間を、第2モードにおける通電信号のオン時間よりも増大させるように構成されている。換言すれば、ECU61は、第1点火モードにおける電圧印加部41からの出力エネルギーを、第2点火モードにおける電圧印加部41からの出力エネルギーよりも大きくするように構成されている。
In addition, as described above, the
ここで、電圧印加部41からの出力エネルギーを変更するのは、次の理由による。すなわち、コンデンサ51の静電容量が比較的大きなときに、電圧印加部41からの出力エネルギーが比較的小さいと、コンデンサ51及び点火プラグ1に十分な電荷を蓄えることができないおそれがある。充電が不十分になってしまうと、間隙29の電圧(電位差)が間隙29の絶縁破壊電圧(要求電圧)を下回ってしまい、図4(a)に示すように、間隙29において火花放電が生じなくなり(このとき、間隙29の電圧波形は電圧印加部41の能力波形を示す)、ひいてはコンデンサ51から間隙29へと電力を投入できなくなってしまう。一方で、電圧印加部41からの出力エネルギーを常時増大させておく構成とすれば、コンデンサ51の静電容量が比較的大きなときであっても、点火プラグ1及びコンデンサ51の双方に十分な電荷を蓄えることができる。そのため、図4(b)に示すように、間隙29において火花放電を生じさせることができ、ひいては、この火花放電を契機として間隙29にコンデンサ51からの電力を投入し、プラズマを生成することができる。しかしながら、この場合には、容量放電後に生じる誘導放電の長期化等により放電エネルギーが増大してしまうため、中心電極5等が急激に消耗してしまい、火花放電が不能な状態に早期に陥ってしまうおそれがある(尚、気体のプラズマ化を促進し、プラズマの生成効率を高めるためには、容量放電電流を増大させることが肝要であり、誘導放電電流を増大させても着火性の向上効果は乏しい)。
Here, the output energy from the voltage application unit 41 is changed for the following reason. That is, if the output energy from the voltage application unit 41 is relatively small when the capacitance of the capacitor 51 is relatively large, there is a possibility that sufficient charge cannot be stored in the capacitor 51 and the
この点を鑑みて、本実施形態では、コンデンサ51の静電容量が比較的大きなものとされる第1点火モードでは、図5(a)に示すように、通電信号のオン時間を比較的長くすることで、電圧印加部41からの出力エネルギーを増大させる。これにより、点火プラグ1及びコンデンサ51への充電をより確実に行うことができ、ひいては火花放電及びプラズマ生成をより確実に発生できるようになっている。一方で、コンデンサ51の静電容量が比較的小さなものとされる第2点火モードでは、図5(b)に示すように、通電信号のオン時間を比較的短くすることで電圧印加部41からの出力エネルギーを比較的小さくする。これにより、中心電極5等の急激な消耗を防止できるようになっている。
In view of this point, in this embodiment, in the first ignition mode in which the capacitance of the capacitor 51 is relatively large, as shown in FIG. By doing so, the output energy from the voltage application part 41 is increased. As a result, charging of the
尚、本実施形態では、第2点火モードにおける電圧印加部41からの出力エネルギーが、第2点火モードにおけるコンデンサ51及び点火プラグ1に蓄えられ得る電力量よりも十分に大きくなる(例えば、電力量の1.25倍以上となる)ように設定されており、第2点火モードにおいて、火花放電やプラズマ生成がより確実に発生するように構成されている。
In the present embodiment, the output energy from the voltage application unit 41 in the second ignition mode is sufficiently larger than the amount of power that can be stored in the capacitor 51 and the
図3に戻り、耐電圧性の向上を図るべく、コンデンサ51は、絶縁性ゴム又は絶縁性樹脂(例えば、耐熱性に優れるシリコーンゴムやフッ素ゴム、フッ素樹脂等)からなる絶縁ケース55で覆われている。尚、耐電圧性の更なる向上を図るために、図6(a),(b)に示すように、コンデンサ構成部52を絶縁性樹脂等からなる内部ケース58で覆うとともに、内部ケース内58を絶縁油59で満たすこととしてもよい。また、この場合には、第1点火モード〔図6(a)〕において、第2電極522と誘電体523との間に、絶縁油59がほとんど介在しない状態とされる一方で、第2点火モード〔図6(b)〕において、第2電極522と誘電体523との間の隙間が絶縁油59で満たされるように構成することが好ましい。
Returning to FIG. 3, the capacitor 51 is covered with an insulating case 55 made of insulating rubber or insulating resin (for example, silicone rubber, fluororubber, fluororesin, etc. having excellent heat resistance) in order to improve the withstand voltage. ing. In order to further improve the withstand voltage, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
以上詳述したように、本実施形態によれば、コンデンサ51の静電容量が大小異なる値に変更可能とされ、容量制御部62により、容量放電電流が比較的大きい第1点火モードと、容量放電電流が比較的小さい第2点火モードとが切替可能とされている。従って、高着火性の要求される場合にのみ第1点火モードとし、通常時には第2点火モードとすることで、優れた着火性を実現しつつ、中心電極5等の消耗を効果的に抑制することができる。また、コンデンサの静電容量は大小異なる二種の値にのみ設定可能であり、かつ、電磁スイッチ54により第2電極522を瞬時に移動させることで変更される。従って、コンデンサ51の静電容量の変化スピードを飛躍的に高めることができ、運転条件等に対応して静電容量を素早く変化させることができる。その結果、点火プラグ1における高着火性及び長寿命化の双方を効果的に実現することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the capacitance of the capacitor 51 can be changed to a value different in magnitude, and the
さらに、本実施形態によれば、プラズマ生成用の別途の電源等や逆流防止用のダイオードを設ける必要がなくなり、装置の小型化や製造コストの抑制を図ることができる。また、ダイオードを設けることなく構成することで、点火プラグ1への投入エネルギーを増大させることができ、着火性をより一層向上させることができる。
Furthermore, according to this embodiment, it is not necessary to provide a separate power source for plasma generation or the like, or a diode for preventing backflow, and the apparatus can be reduced in size and manufacturing cost can be reduced. Further, by configuring without providing a diode, it is possible to increase the input energy to the
加えて、第2点火モードにおけるコンデンサ51の静電容量が35pF以下とされているため、容量放電時の突入電流を十分に小さくすることができる。これにより、中心電極5等の消耗をより確実に抑制することができ、点火プラグ1の更なる長寿命化を図ることができる。
In addition, since the capacitance of the capacitor 51 in the second ignition mode is set to 35 pF or less, the inrush current at the time of capacitive discharge can be sufficiently reduced. Thereby, consumption of the
さらに、第1点火モードにおけるコンデンサ51の静電容量が50pF以上とされており、高着火性の要求される第1点火モードにおいて、着火性を飛躍的に向上させることができる。 Furthermore, the capacitance of the capacitor 51 in the first ignition mode is 50 pF or more, and the ignitability can be dramatically improved in the first ignition mode where high ignitability is required.
また、コンデンサ51の静電容量が比較的大きくされる第1点火モードにおいて、電圧印加部41からの出力エネルギーが第2点火モードにおける出力エネルギーよりも大きなものとされている。従って、コンデンサ51の静電容量が比較的大きなものとされる第1点火モードにおいても、点火プラグ1に十分な電荷を蓄えることができ、火花放電をより確実に発生させることができる。また、第2点火モードにおいては、放電エネルギーが低く抑えられるため、中心電極5等の消耗を効果的に抑制することができる。
Further, in the first ignition mode in which the capacitance of the capacitor 51 is relatively large, the output energy from the voltage application unit 41 is greater than the output energy in the second ignition mode. Therefore, even in the first ignition mode in which the capacitance of the capacitor 51 is relatively large, a sufficient charge can be stored in the
併せて、第1点火モードにおいて、両電極521,522が誘電体523に接触する一方で、第2点火モードにおいて少なくとも第2電極522と誘電体523との間に隙間が形成されている。従って、第2電極522の移動距離をさほど大きくすることなく、両点火モード間でコンデンサ51の静電容量を大きく変化させることができる。また、第1点火モードにおいて両電極521,522が誘電体523に対して隙間なく面接触するため、両電極521,522の対向面積をさほど大きくすることなく、第1点火モードにおけるコンデンサ51の静電容量を十分に大きくすることができる。 In addition, in the first ignition mode, both the electrodes 521 and 522 are in contact with the dielectric 523, while in the second ignition mode, a gap is formed at least between the second electrode 522 and the dielectric 523. Therefore, the capacitance of the capacitor 51 can be changed greatly between the two ignition modes without significantly increasing the moving distance of the second electrode 522. In addition, since both the electrodes 521 and 522 are in surface contact with the dielectric 523 without any gap in the first ignition mode, the static area of the capacitor 51 in the first ignition mode is not increased so much as the facing area of both the electrodes 521 and 522 is not so large. The electric capacity can be increased sufficiently.
さらに、絶縁ケース55や絶縁油59を設けることで、両電極521,522間などにおける電流のリークを抑制することができ、コンデンサ51の耐電圧性を向上できる。 Furthermore, by providing the insulating case 55 and the insulating oil 59, current leakage between the electrodes 521 and 522 can be suppressed, and the withstand voltage of the capacitor 51 can be improved.
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、静電容量が一定(100pF)のコンデンサを有する点火システムのサンプルX(比較例に相当する)と、静電容量を20pF及び100pFのいずれかに設定可能なコンデンサを備え、第1点火モードにおいてコンデンサの静電容量を100pFとし、第2点火モードにおいてコンデンサの静電容量を20pFとする点火システムのサンプルY(実施例に相当する)とを作製し、各サンプルについて耐久性評価試験を行った。耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルの点火プラグを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を0.4MPa、チャンバー内の雰囲気を標準ガス雰囲気とし、電圧印加部における出力エネルギーを50mJ、出力電圧の周波数を100Hzとして(すなわち、毎分6000回の割合で)点火プラグを放電させた。そして、中心電極及び接地電極間の間隙の大きさが初期値(1.1mm)から1.3mmに到達するまでの時間(耐久時間)を測定した。図7に、当該試験の試験結果を示す。 Next, in order to confirm the operational effects achieved by the above embodiment, a sample X (corresponding to a comparative example) of an ignition system having a capacitor with a constant capacitance (100 pF) and capacitances of 20 pF and 100 pF. A sample Y of an ignition system including a capacitor that can be set to any one of them, the capacitance of the capacitor being 100 pF in the first ignition mode, and the capacitance of the capacitor being 20 pF in the second ignition mode (corresponding to the embodiment) And each sample was subjected to a durability evaluation test. The outline of the durability evaluation test is as follows. That is, after attaching a sample spark plug to a predetermined chamber, the pressure in the chamber is 0.4 MPa, the atmosphere in the chamber is a standard gas atmosphere, the output energy in the voltage application unit is 50 mJ, and the frequency of the output voltage is 100 Hz. (Ie, at a rate of 6000 cycles per minute). Then, the time (endurance time) until the size of the gap between the center electrode and the ground electrode reached 1.3 mm from the initial value (1.1 mm) was measured. FIG. 7 shows the test results of the test.
図7に示すように、実施例に相当するサンプルYは、耐久時間が800時間を超え、極めて優れた耐久性を有することが明らかとなった。これは、第2点火モード(通常時)におけるコンデンサの静電容量を低く抑えたことで、放電エネルギーの低減を図ることができたためであると考えられる。 As shown in FIG. 7, it was revealed that the sample Y corresponding to the example has extremely excellent durability, with a durability time exceeding 800 hours. This is considered to be because the discharge energy can be reduced by suppressing the capacitance of the capacitor in the second ignition mode (normal time) low.
上記試験の結果より、点火プラグの長寿命化を図るべく、コンデンサの静電容量を変更可能とするとともに、第1点火モードと第1点火モードよりも容量放電電流が小さい第2点火モードとを切替可能に構成することが好ましいといえる
次に、第2点火モードにおけるコンデンサの静電容量C2(pF)を種々変更した点火システムのサンプルを作製し、各サンプルについて上述の耐久性評価試験を行った。図8に、当該試験の試験結果を示す。
As a result of the above test, in order to extend the life of the spark plug, the capacitance of the capacitor can be changed, and the first ignition mode and the second ignition mode having a smaller capacity discharge current than the first ignition mode are provided. Next, it can be said that the switchable configuration is preferable. Next, samples of the ignition system in which the capacitance C2 (pF) of the capacitor in the second ignition mode is variously changed are manufactured, and the durability evaluation test described above is performed on each sample. It was. FIG. 8 shows the test results of the test.
図8に示すように、第2点火モードにおけるコンデンサの静電容量C2を35pF以下としたサンプルは、耐久性に優れることが明らかとなった。 As shown in FIG. 8, it was revealed that the sample in which the capacitance C2 of the capacitor in the second ignition mode was 35 pF or less was excellent in durability.
上記試験の結果より、点火プラグの長寿命化をより確実に実現するために、第2点火モードにおけるコンデンサの静電容量を35pF以下とすることが好ましいといえる。 From the results of the above test, it can be said that the capacitance of the capacitor in the second ignition mode is preferably set to 35 pF or less in order to more reliably realize the life of the spark plug.
次いで、第1点火モードにおけるコンデンサの静電容量C1(pF)を種々変更した点火システムのサンプルを作製し、各サンプルについて着火性評価試験を行った。着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルの点火プラグを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を0.4MPa、チャンバー内の雰囲気を標準ガス雰囲気とし、電圧印加部における出力エネルギーを50mJとして点火プラグを放電させた。そして、チャンバー内の空燃比を徐々に減少させていき、各空燃比における失火の生じた割合(失火確率)を測定した。尚、空燃比が大きく着火しにくい条件で失火確率が低いほど、着火性に優れるといえる。図9に、当該試験の試験結果を示す。尚、図9においては、静電容量C1を35pFとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、この試験結果の近似曲線を破線で示す。また、静電容量C1を50pFとしたサンプルの試験結果を三角で示し、この試験結果の近似曲線を一点鎖線で示す。さらに、静電容量C1を100pFとしたサンプルの試験結果を四角で示し、この試験結果の近似曲線を実線で示す。 Next, ignition system samples in which the capacitance C1 (pF) of the capacitor in the first ignition mode was variously changed were produced, and an ignitability evaluation test was performed on each sample. The outline of the ignitability evaluation test is as follows. That is, after attaching the spark plug of each sample to a predetermined chamber, the pressure in the chamber is 0.4 MPa, the atmosphere in the chamber is a standard gas atmosphere, the output energy in the voltage application unit is 50 mJ, and the spark plug is discharged. It was. Then, the air-fuel ratio in the chamber was gradually decreased, and the rate at which misfire occurred at each air-fuel ratio (misfire probability) was measured. It can be said that the lower the misfire probability under the condition that the air-fuel ratio is large and the ignition is difficult, the better the ignitability. FIG. 9 shows the test results of the test. In FIG. 9, the test result of the sample with the capacitance C1 of 35 pF is indicated by a circle, and an approximate curve of the test result is indicated by a broken line. Moreover, the test result of the sample with the capacitance C1 of 50 pF is indicated by a triangle, and an approximate curve of the test result is indicated by a one-dot chain line. Furthermore, the test result of the sample with the capacitance C1 of 100 pF is indicated by a square, and an approximate curve of the test result is indicated by a solid line.
図9に示すように、静電容量C1を50pF以上としたサンプルは、空燃比を20程度に増大させた場合であっても、失火確率が5%以下となり、優れた着火性を有することが確認された。 As shown in FIG. 9, the sample with the capacitance C1 of 50 pF or more has a misfire probability of 5% or less and has excellent ignitability even when the air-fuel ratio is increased to about 20. confirmed.
上記試験の結果より、着火性の向上をより確実に図るべく、第1点火モードにおけるコンデンサの静電容量を50pF以上とすることが好ましいといえる。 From the results of the above test, it can be said that the capacitance of the capacitor in the first ignition mode is preferably set to 50 pF or more in order to improve the ignitability more reliably.
次に、絶縁ケース及び絶縁油の有無、並びに、絶縁ケースの構成材料を変更した五種類の点火システムのサンプルA〜Eを用意し、各サンプルA〜Eについて耐電圧性評価試験を行った。耐電圧性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、接地電極を取外し、間隙において火花放電が生じない状態とした上で、点火プラグを、プラグホールを備えてなるエンジンヘッドを模した試験用のチャンバーに取付けた。そして、電圧印加部からの出力電圧を徐々に増大させていき、第1電極及び第2電極間や第1、第2電極及びプラグホール間などで電流のリークが生じた際の出力電圧(リーク電圧)を測定した。図10に、当該試験の試験結果を示す。尚、サンプルAは、絶縁ケース及び絶縁油を設けることなく構成したものであり、サンプルBは、絶縁ケースを設けなかったものの、第2点火モードにおいて一方の電極と誘電体との間の隙間が絶縁油で満たされるように構成したものであり、サンプルCは、絶縁油を設けず、コンデンサの周囲に絶縁性ゴムからなる絶縁ケースを設けたものである。また、サンプルDは、絶縁油を設けず、コンデンサの周囲に絶縁性樹脂からなる絶縁ケースを設けたものであり、サンプルEは、コンデンサの周囲に絶縁性ゴムからなる絶縁ケースを設けるとともに、第2点火モードにおいて一方の電極と誘電体との間の隙間が絶縁油で満たされるように構成したものである。 Next, samples of A to E of five types of ignition systems in which the presence or absence of an insulating case and insulating oil and the constituent materials of the insulating case were changed were prepared, and a withstand voltage evaluation test was performed on each of the samples A to E. The outline of the withstand voltage evaluation test is as follows. That is, the ground electrode was removed and no spark discharge was generated in the gap, and the spark plug was attached to a test chamber simulating an engine head having a plug hole. Then, the output voltage from the voltage application unit is gradually increased, and the output voltage (leakage) when current leakage occurs between the first electrode and the second electrode or between the first and second electrodes and the plug hole. Voltage). FIG. 10 shows the test results of the test. Note that sample A is configured without providing an insulating case and insulating oil, and sample B is not provided with an insulating case, but in the second ignition mode, there is a gap between one electrode and the dielectric. The sample C is configured to be filled with insulating oil, and the sample C is provided with an insulating case made of insulating rubber around the capacitor without providing insulating oil. Sample D is provided with an insulating case made of an insulating resin around the capacitor without providing insulating oil. Sample E is provided with an insulating case made of insulating rubber around the capacitor. In the two ignition mode, the gap between one electrode and the dielectric is filled with insulating oil.
図10に示すように、絶縁油や絶縁ケースを設けることで、コンデンサの耐電圧性を向上できることが明らかとなった。 As shown in FIG. 10, it has become clear that the withstand voltage of the capacitor can be improved by providing insulating oil or an insulating case.
上記試験の結果より、耐電圧性の向上を図るべく、少なくとも第2点火モードにおいて第1電極及び第2電極のうちの少なくとも一方と誘電体との間の隙間に絶縁油が満たされるように構成したり、コンデンサを絶縁性ゴム又は絶縁性樹脂からなる絶縁ケースで覆うように構成したりすることが好ましく、絶縁油及び絶縁ケースの双方を設けることが一層好ましいといえる。 As a result of the above test, in order to improve the withstand voltage, at least in the second ignition mode, the gap between at least one of the first electrode and the second electrode and the dielectric is filled with insulating oil. It is preferable that the capacitor be covered with an insulating case made of insulating rubber or insulating resin, and it is more preferable to provide both insulating oil and insulating case.
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。 In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.
(a)上記実施形態において、コンデンサ51は、第1電極521及び第2電極522のうちの平板状部位が誘電体523の平板状部位を挟んで対向する構成とされているが、コンデンサの構成はこれに限定されるものではない。 (A) In the above embodiment, the capacitor 51 is configured such that the flat plate portions of the first electrode 521 and the second electrode 522 face each other with the flat plate portion of the dielectric 523 interposed therebetween. Is not limited to this.
従って、例えば、図11(a),(b)に示すように、組付けられると筒状となる一対の半割電極721A,721Bからなり、電磁スイッチ74A,74B及び永久磁石77A,77Bにより径方向に沿って分離移動可能な第1電極721と、第1電極721の内周に配置された筒状の誘電体723と、誘電体723の内周に配置された第2電極722とを備えるようにコンデンサ71を構成してもよい。この場合には、コンデンサ71が細長い形状となるため、内燃機関のプラグホール内に点火装置を配設することが容易に可能となる。尚、このようなコンデンサ71においては、図11(a)に示すように、第1電極721が第1位置P1に配置されているとき(すなわち、第1点火モードのとき)、第1電極721の内周が誘電体723に対してほぼ隙間なく接近し、一方で、図11(b)に示すように、第1電極721が第2位置P2に配置されているとき(すなわち、第2点火モードのとき)、第1電極721の少なくとも一部(本別例では、第1電極721の内周面の全域)が誘電体723から離間することで、自身の静電容量を大小異なる二種の値に変更可能とされている。また、本別例では、コンデンサ71の長手方向に沿った一端側(図11の手前側)において、半割電極721A,721B間に弾性部材76Aが配置され、コンデンサ71の長手方向に沿った他端側(図11の奥側)において、半割電極721A,721B間に弾性部材76Bが配置されている。そして、両半割電極721A,721Bが相互に接近するように、弾性部材76A,76Bにより半割電極721A,721Bに付勢力が加えられている。
Therefore, for example, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), it is composed of a pair of half-
さらに、図12(a),(b)に示すように、筒状をなす第1電極821と、第1電極821の内周に配置された筒状の誘電体823と、誘電体823の内周に配置された第2電極822とを備え、第1電極821と、永久磁石87を備えるとともに第2電極822を支持する電極ホールド83と、電磁スイッチ84とが、第1電極821(誘電体823)の軸方向に沿って直列的に配置されるようにコンデンサ81を構成してもよい。この場合には、コンデンサ81をより一層細長い形状とすることができ、プラグホールPH内への点火装置の配設がより一層容易となる。尚、コンデンサ81においては、電磁スイッチ84により第2電極822が第1電極821(誘電体823)の軸方向に沿って移動可能とされており、第2電極822が第1位置P1に配置されているとき(すなわち、第1点火モードのとき)の両電極821,822の対向面積が、第2電極822が第2位置P2に配置されているとき(すなわち、第2点火モードのとき)の両電極821,822の対向面積よりも大きくされることで、自身の静電容量が大小異なる二種の値に変更可能となっている。また、本別例では、第1電極821の一端側において、第1電極821(誘電体823でもよい)と電極ホールド83との間に弾性部材86が配置され、弾性部材86により第2電極822に対して第1電極821の他端側(図11の下側)に向けた付勢力が加えられている。
Furthermore, as shown in FIGS. 12A and 12B, a cylindrical first electrode 821, a cylindrical dielectric 823 disposed on the inner periphery of the first electrode 821, A second electrode 822 disposed around the circumference, a first electrode 821, an
(b)上記実施形態において、点火装置31には1つのコンデンサ51が設けられているが、並列に接続された2つ以上のコンデンサを有するように構成してもよい。この場合には、各コンデンサの静電容量の総和が大小異なる二種の値に変更可能であればよい。 (B) In the above-described embodiment, the ignition device 31 is provided with one capacitor 51. However, the ignition device 31 may include two or more capacitors connected in parallel. In this case, it is only necessary that the total capacitance of each capacitor can be changed to two different values.
(c)上記実施形態では、ECU61が容量制御部62を備えるように構成されているが、ECU61とは別にマイコンやASIC等からなる容量制御部を設けることとしてもよい。
(C) In the embodiment described above, the
(d)上記実施形態では、第1電極や第2電極を移動させることでコンデンサの静電容量を変更可能とされているが、電磁スイッチ等により誘電体を移動させることで、コンデンサの静電容量を変更可能としてもよい。 (D) In the above embodiment, the capacitance of the capacitor can be changed by moving the first electrode or the second electrode. However, the capacitance of the capacitor can be changed by moving the dielectric using an electromagnetic switch or the like. The capacity may be changeable.
(e)上記実施形態では、各点火プラグ1ごとに電圧印加部41が設けられているが、各点火プラグ1ごとに電圧印加部41を設けることなく、電圧印加部41からの電力をディストリビュータを介して各点火プラグ1やコンデンサ51に供給してもよい。
(E) In the above embodiment, the voltage application unit 41 is provided for each
(f)上記実施形態における点火プラグ1の構成は例示であって、本発明を適用可能な点火プラグ1は特に限定されるものではない。
(F) The configuration of the
1…プラズマジェット点火プラグ(点火プラグ)
5…中心電極
27…接地電極
28…キャビティ部
29…間隙
31…点火装置
41…電圧印加部
51…コンデンサ
521…第1電極
522…第2電極
523…誘電体
54…電磁スイッチ
55…絶縁ケース
59…絶縁油
62…容量制御部
101…点火システム
P1…第1位置
P2…第2位置
1 ... Plasma jet ignition plug (ignition plug)
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記間隙に電圧を印加する電圧印加部と、
前記プラズマジェット点火プラグと前記電圧印加部との間において、前記プラズマジェット点火プラグと並列に接続されたコンデンサとを備え、
前記電圧印加部により前記コンデンサに蓄えられた電荷が前記間隙に投入されることで、前記キャビティ部内で容量放電を生じさせ、
前記コンデンサの静電容量は、大小異なる二種の容量値に変更可能であり、
前記コンデンサの静電容量を変更することで、第1点火モードと、当該第1点火モードよりも容量放電電流が小さい第2点火モードとを切替可能な容量制御部を備えることを特徴とする点火装置。 An ignition device used for a plasma jet ignition plug having a center electrode, a ground electrode, and a cavity that surrounds at least a part of a gap formed between the electrodes and forms a discharge space,
A voltage application unit for applying a voltage to the gap;
Between the plasma jet ignition plug and the voltage application unit, comprising a capacitor connected in parallel with the plasma jet ignition plug,
The electric charge stored in the capacitor by the voltage application unit is thrown into the gap, causing a capacitive discharge in the cavity,
The capacitance of the capacitor can be changed to two different capacitance values,
Ignition comprising a capacity control unit capable of switching between a first ignition mode and a second ignition mode having a capacity discharge current smaller than that of the first ignition mode by changing the capacitance of the capacitor. apparatus.
前記第1点火モードにおける前記電圧印加部からの出力エネルギーが、前記第2点火モードにおける前記電圧印加部からの出力エネルギーよりも大きくされることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の点火装置。 The voltage application unit is configured to be capable of changing output energy to the plasma jet ignition plug,
4. The output energy from the voltage application unit in the first ignition mode is made larger than the output energy from the voltage application unit in the second ignition mode. 5. Ignition device according to.
少なくとも前記第1点火モードにおいて、絶縁性の誘電体を挟んで配置される第1電極及び第2電極と、
前記第1電極及び前記第2電極のうちの少なくとも一方の電極を移動可能であり、前記移動可能な電極を前記第1点火モードにおいて所定の第1位置に配置し、前記第2点火モードにおいて所定の第2位置に配置する電磁スイッチとを備え、
前記容量制御部は、前記電磁スイッチを動作させ、前記移動可能な電極の配置位置を前記第1位置又は前記第2位置に切替えることで、前記コンデンサの静電容量を変更することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の点火装置。 The capacitor is
At least in the first ignition mode, a first electrode and a second electrode arranged with an insulating dielectric interposed therebetween;
At least one of the first electrode and the second electrode is movable, the movable electrode is disposed at a predetermined first position in the first ignition mode, and predetermined in the second ignition mode. An electromagnetic switch disposed at the second position of
The capacitance control unit operates the electromagnetic switch to change the capacitance of the capacitor by switching the arrangement position of the movable electrode to the first position or the second position. The ignition device according to any one of claims 1 to 4.
前記移動可能な電極が前記第2位置に配置されているとき、前記第1電極及び前記第2電極のうちの少なくとも一方の電極は前記誘電体から離間していることを特徴とする請求項5に記載の点火装置。 When the movable electrode is disposed at the first position, the first electrode and the second electrode are in contact with the dielectric across the dielectric,
The at least one of the first electrode and the second electrode is separated from the dielectric when the movable electrode is disposed at the second position. Ignition device according to.
前記第1電極及び前記誘電体のそれぞれの対向面と、前記第2電極及び前記誘電体のそれぞれの対向面とが平面であることを特徴とする請求項5又は6に記載の点火装置。 The first electrode and the second electrode face each other with the dielectric interposed therebetween,
The ignition device according to claim 5 or 6, wherein the opposing surfaces of the first electrode and the dielectric and the opposing surfaces of the second electrode and the dielectric are flat surfaces.
前記一方の電極の内周に、筒状の前記誘電体が配置され、
前記誘電体の内周に、前記第1電極及び前記第2電極のうちの他方の電極が配置され、
前記一方の電極が前記第1位置に配置されているとき、前記一方の電極は前記誘電体に接触し、
前記一方の電極が前記第2位置に配置されているとき、前記一方の電極の少なくとも一部は前記誘電体から離間することを特徴とする請求項5又は6に記載の点火装置。 One of the first electrode and the second electrode has a cylindrical shape, and the one electrode is configured to be movable along the radial direction by the electromagnetic switch.
The cylindrical dielectric is disposed on the inner periphery of the one electrode,
The other electrode of the first electrode and the second electrode is disposed on the inner periphery of the dielectric,
When the one electrode is disposed at the first position, the one electrode contacts the dielectric;
The ignition device according to claim 5 or 6, wherein when the one electrode is disposed at the second position, at least a part of the one electrode is separated from the dielectric.
前記一方の電極の内周に、筒状の前記誘電体が配置され、
前記誘電体の内周に、前記第1電極及び前記第2電極のうちの他方の電極が配置され、
前記電磁スイッチにより前記第1電極及び前記第2電極のうちの少なくとも一方が前記誘電体の軸方向に沿って移動可能とされ、
前記移動可能な電極が前記第1位置に配置されているときの前記第1電極及び前記第2電極の対向面積が、前記移動可能な電極が前記第2位置に配置されているときの前記第1電極及び前記第2電極の対向面積よりも大きくされることを特徴とする請求項5に記載の点火装置。 One of the first electrode and the second electrode has a cylindrical shape,
The cylindrical dielectric is disposed on the inner periphery of the one electrode,
The other electrode of the first electrode and the second electrode is disposed on the inner periphery of the dielectric,
The electromagnetic switch enables at least one of the first electrode and the second electrode to move along the axial direction of the dielectric,
The opposing area of the first electrode and the second electrode when the movable electrode is arranged at the first position is equal to the first area when the movable electrode is arranged at the second position. The ignition device according to claim 5, wherein the ignition device is larger than an opposing area of one electrode and the second electrode.
前記点火装置から電力が供給されるプラズマジェット点火プラグとを備えることを特徴とする点火システム。 The ignition device according to any one of claims 1 to 11,
An ignition system comprising: a plasma jet ignition plug to which electric power is supplied from the ignition device.
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