JP2014143127A - プラズマジェット点火プラグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中心電極と、中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、軸孔内に中心電極を保持する略筒状の絶縁体と、絶縁体を保持する主体金具と、主体金具に接合され、または、主体金具の一部として形成され、絶縁体よりも先端側に配置される接地電極と、を備え、中心電極の先端部は、絶縁体の先端部よりも後端側に位置しているプラズマジェット点火プラグは、絶縁体材料、または、半導体材料により形成された略棒状の中心棒を備え、中心棒の後端部が中心電極の先端部に取り付けられ、中心棒の先端部が後端部よりも接地電極に近接するように配置されている。
【選択図】図2
Description
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体と、前記絶縁体を保持する主体金具と、前記主体金具に接合され、または、前記主体金具の一部として形成され、前記絶縁体よりも先端側に配置される接地電極と、を備え、前記中心電極の先端部は、前記絶縁体の先端部よりも後端側に位置しているプラズマジェット点火プラグが提供される。このプラズマジェット点火プラグは、絶縁体材料、または、半導体材料により形成された略棒状の中心棒を備え、前記中心棒の後端部が前記中心電極の先端部に取り付けられ、前記中心棒の先端部が前記後端部よりも前記接地電極に近接するように配置されていることを特徴としている。
この構成によれば、キャビティの内側において、中心電極の先端部に取り付けられた中心棒の表面で沿面放電を発生させるため、キャビティの側面部における沿面放電の発生を抑制することができる。これにより、キャビティの側面部を構成する絶縁体の溶融の発生を抑制して、プラズマジェット点火プラグの耐久性の向上を図ることができる。
前記接地電極は、前記絶縁体の軸孔と連通する貫通孔を備えており、前記貫通孔の内径は、前記軸孔の内径よりも小さくなるように構成され、前記中心棒の先端部から前記貫通孔の内周面までの最短距離Gと、前記中心棒から前記軸孔の内周面までの最短距離Lは、G<Lであることを特徴としていてもよい。
この構成によれば、キャビティの内側において、中心棒からキャビティの側面部を構成する絶縁体の軸孔の内周面に向けて気中放電が発生することを抑制し、中心棒の先端部から接地電極の貫通孔の内周面に向けて気中放電を発生させることができる。これにより、絶縁体の軸孔の内周面から接地電極に向かう沿面放電が発生することを抑制することができる。
前記中心電極の先端部は、前記先端部の外径が前記絶縁体の軸孔の内径よりも小さくなるように構成されており、前記中心棒の先端部から前記貫通孔の内周面までの最短距離Gと、前記中心電極の先端部から前記軸孔の内周面までの最短距離Aは、G<Aであることを特徴としていてもよい。
この構成によれば、キャビティの内側において、中心電極の先端部からキャビティの側面部を構成する絶縁体の軸孔の内周面に向けて気中放電が発生することを抑制し、中心電極の先端部から中心棒に向かう沿面放電を発生させることができる。これにより、絶縁体の軸孔の内周面から接地電極に向かう沿面放電が発生することを抑制することができる。
前記中心電極は、外周面が前記軸孔の内周面と当接する、または、前記外周面と前記軸孔の内周面との間の最短距離が0.1mm以下となる本体部と、前記本体部の先端側に形成され、前記本体部よりも外径が小さい縮径部と、を含んで構成されており、前記中心電極の先端部とは、前記縮径部の先端側の端部であり、前記本体部の前記外周面の先端側から前記中心電極の先端部までの前記軸線方向の最短距離Bと、前記中心棒の先端部から前記貫通孔の内周面までの最短距離Gは、2G<Bであることを特徴としていてもよい。
この構成によれば、キャビティの内側において、中心電極の本体部からキャビティの側面部を構成する絶縁体の軸孔の内周面に向けて気中放電が発生したり、中心電極と絶縁体とが接触している場合には、中心電極から絶縁体に直接的に電力が伝送されることを抑制し、中心電極の先端部から中心棒に向かう沿面放電を発生させることができる。これにより、絶縁体の軸孔の内周面から接地電極に向かう沿面放電が発生することを抑制することができる。
前記中心電極の先端部から前記軸孔の内周面までの最短距離Aは、A≦1mmであることを特徴としていてもよい。この構成によれば、キャビティの内側の体積の増大による着火性能の低下を抑制することができる。
前記中心棒は、外表面に自身の軸線方向に沿った溝部を備えていることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心棒において沿面放電を容易に発生されることができる。
前記中心棒は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素のいずれかを主成分とするセラミックであることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心棒の耐久性の向上を図ることができる。
前記中心棒は、前記主成分以外の成分が0.5wt%以下であることを特徴としていてもよい。この構成によれば、中心棒の耐久性をより向上させることができる。
図1は、第1実施形態におけるプラズマジェット点火プラグ100の概略構成を説明するための説明図である。図1において、プラズマジェット点火プラグ100の中心軸である軸線Oの右側には、プラズマジェット点火プラグ100の側面構成を例示し、軸線Oの左側には、プラズマジェット点火プラグ100の断面構成を例示している。以下の説明では、接地電極40が配置されている側(図1の上方側)をプラズマジェット点火プラグ100の「先端側」と呼び、端子金具19が配置されている側(図1の下方側)をプラズマジェット点火プラグ100の「後端側」と呼ぶ。
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試験を行った。以下、これらの試験の結果を示す。
まず、最短距離G(図4)と最短距離Aを変更させた複数のプラズマジェット点火プラグ100を用意し、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試験を行った。用意したサンプルは、2種類の最短距離G(G=0.8mm、0.5mm)と、6種類の最短距離A(A=0.6mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm)とを組み合わせた12種類のプラズマジェット点火プラグ100である。最短距離B(図7)はいずれも1.1mmである。この12種類のサンプルのそれぞれに対して、同条件で50mJのエネルギーを投入してキャビティ60内にプラズマを発生させ、プラズマジェット点火プラグ100の外部に噴出されるフレームの観察をおこなった。試験は、各サンプルを加圧チャンバーに設置して、大気雰囲気下、0.4MPaの圧力下でおこなった。各サンプルの着火性能は、フレーム噴出開始から297μsec後に観察されたフレームの面積(フレーム面積)をシュリーレン可視化法により測定することによって評価した。具体的には、フレーム噴出開始から297μsec後のシュリーレン画像を撮影し、撮影された画像を2値化して、黒色部分の面積をプラズマフレームの高密度部として面積を測定した。
図10は、耐久性能評価試験に用いたプラズマジェット点火プラグ100のサンプルの構成と、各サンプルの評価結果を示した説明図である。ここでは、中心棒50の有無、中心棒50の溝部55の有無のほか、最短距離A、最短距離Bを変更させた19種類のサンプル(サンプルS01〜S19)の耐久性能の評価をおこなった。サンプルS01〜S19の具体的な構成は以下のとおりである。
サンプルS01は、中心棒50を備えていないプラズマジェット点火プラグ100である。
<サンプルS02〜S10>
サンプルS02〜S10は、溝部55が形成されていない中心棒50を備えたプラズマジェット点火プラグ100である。サンプルS02〜S10は、3種類の最短距離A(A=0.4mm、0.5mm、0.6mm)と、3種類の最短距離B(B=0.9mm、1.0mm、1.1mm)とを組み合わせた9種類の構成にそれぞれ対応している。サンプルS02〜S10の最短距離Gは、いずれもG=0.5mmである。
<サンプルS11〜S19>
サンプルS11〜S19は、溝部55が形成されている中心棒50を備えたプラズマジェット点火プラグ100である。溝の深さは0.2mmである。サンプルS11〜S19は、サンプルS02〜S10と同様に、3種類の最短距離A(A=0.4mm、0.5mm、0.6mm)と、3種類の最短距離B(B=0.9mm、1.0mm、1.1mm)とを組み合わせた9種類の構成にそれぞれ対応している。サンプルS11〜S19の最短距離Gは、いずれもG=0.5mmである。
図11と図12を用いて、第2実施形態におけるプラズマジェット点火プラグ100dの概略構成を説明する。図11は、第2実施形態におけるプラズマジェット点火プラグ100dの概略構成を説明するための第1の説明図である。図12は、第2実施形態におけるプラズマジェット点火プラグ100dの概略構成を説明するための第2の説明図である。図11は、第1実施形態の図4と対応しており、図12は、第1実施形態の図7と対応している。第2実施形態のプラズマジェット点火プラグ100dは、第1実施形態のプラズマジェット点火プラグ100と比較すると、接地電極40と絶縁碍子20とが接触していない点のみが異なる。第2実施形態のプラズマジェット点火プラグ100dは、接地電極40と絶縁碍子20との間に隙間を有している。
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
図14は、変形例1におけるプラズマジェット点火プラグ100e,100fの概略構成を説明するための説明図である。絶縁碍子20の軸孔21の形状は、本実施形態の構成に限定されない。例えば、図14(a)に示すプラズマジェット点火プラグ100eように、絶縁碍子20eの軸孔21eは、本実施形態の先端小径部28を備えていなくてもよい。また、図14(b)に示すプラズマジェット点火プラグ100fように、絶縁碍子20fの軸孔21fは、先端部に向かって縮径する形状であってもよい。
図15は、変形例2における中心棒50g,50h,50iの概略構成を説明するための説明図である。中心棒50の溝部55の形状は、本実施形態の構成に限定されない。例えば、図15(a)に示す中心棒50gように、溝部55gの断面は曲線形状であってもよい。また、図15(b)に示す中心棒50hように、溝部55hの断面はV字状であってもよい。また、図15(c)に示す中心棒50iように、溝部55iは、複数形成されていてもよい。
本実施形態では、中心棒50は、軸線O方向に沿っているものとして説明したが、中心棒50は、中心電極10と接触する後端部51よりも先端部52が接地電極40に近い構成であれば、軸線O方向と平行になっていなくてもよい。すなわち、中心電極10は、軸線O方向に対して斜めになっていてもよい。
本実施形態では、主体金具30と接地電極40とは別体であるものとして説明したが、接地電極40は、主体金具の一部として形成されていてもよい。
本実施形態では、プラズマジェット点火プラグ100の中心電極10には、電極チップ15が取り付けられているものとして説明したが、中心電極10の先端部には電極チップ15が取り付けられていなくてもよい。すなわち、プラズマジェット点火プラグ100は、中心電極10の本体部14に直接的に中心棒50が取り付けられた構成であってもよい。
6…リング部材
8…パッキン
9…タルク
10…中心電極
11…先端部
12…後端部
13…金属芯
14…本体部
15…電極チップ
16…先端面
17…拡径部
18…シール体
19…端子金具
20…絶縁碍子
21…軸孔
21fi…内周面
22…内側段状部
23…胴部
24…脚長部
25…外側段状部
26…後端側軸孔部
27…先端側軸孔部
28…先端小径部
29…鍔部
30…主体金具
31…工具係合部
32…ねじ部
33…加締部
34…鍔部
35…座面
36…係止部
39…先端部
40…接地電極
41…オリフィス(貫通孔)
41fi…内周面
50…中心棒
51…後端部
52…先端部
55…溝部
60…キャビティ(放電空間)
100、100a〜f…プラズマジェット点火プラグ
Claims (8)
- 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体と、
前記絶縁体を保持する主体金具と、
前記主体金具に接合され、または、前記主体金具の一部として形成され、前記絶縁体よりも先端側に配置される接地電極と、を備え、
前記中心電極の先端部は、前記絶縁体の先端部よりも後端側に位置しているプラズマジェット点火プラグであって、
絶縁体材料、または、半導体材料により形成された略棒状の中心棒を備え、前記中心棒の後端部が前記中心電極の先端部に取り付けられ、前記中心棒の先端部が前記後端部よりも前記接地電極に近接するように配置されていることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 - 請求項1に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記接地電極は、前記絶縁体の軸孔と連通する貫通孔を備えており、
前記貫通孔の内径は、前記軸孔の内径よりも小さくなるように構成され、
前記中心棒の先端部から前記貫通孔の内周面までの最短距離Gと、前記中心棒から前記軸孔の内周面までの最短距離Lは、
G<Lであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 - 請求項2に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心電極の先端部は、前記先端部の外径が前記絶縁体の軸孔の内径よりも小さくなるように構成されており、
前記中心棒の先端部から前記貫通孔の内周面までの最短距離Gと、前記中心電極の先端部から前記軸孔の内周面までの最短距離Aは、
G<Aであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 - 請求項3に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心電極は、外周面が前記軸孔の内周面と当接する、または、前記外周面と前記軸孔の内周面との間の最短距離が0.1mm以下となる本体部と、前記本体部の先端側に形成され、前記本体部よりも外径が小さい縮径部と、を含んで構成されており、
前記中心電極の先端部とは、前記縮径部の先端側の端部であり、
前記本体部の前記外周面の先端側から前記中心電極の先端部までの前記軸線方向の最短距離Bと、前記中心棒の先端部から前記貫通孔の内周面までの最短距離Gは、
2G<Bであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 - 請求項3または請求項4に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心電極の先端部から前記軸孔の内周面までの最短距離Aは、
A≦1mmであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心棒は、外表面に自身の軸線方向に沿った溝部を備えていることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心棒は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素のいずれかを主成分とするセラミックであることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 - 請求項7に記載のプラズマジェット点火プラグにおいて、
前記中心棒は、前記主成分以外の成分が0.5wt%以下であることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3264545A4 (en) * | 2015-02-26 | 2018-10-10 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Plasma jet plug |
Citations (3)
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JPS5524789U (ja) * | 1978-08-07 | 1980-02-18 | ||
JP2007287665A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-11-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | プラズマジェット点火プラグおよびその点火システム |
JP2008311018A (ja) * | 2007-06-13 | 2008-12-25 | Denso Corp | プラズマ式点火装置 |
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- 2013-01-25 JP JP2013011710A patent/JP6030460B2/ja not_active Expired - Fee Related
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