JP4674219B2 - プラズマジェット点火プラグの点火システム - Google Patents
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Description
そして、プラズマジェット点火プラグによる混合気への点火を行うにあたり、50mJ以上200mJ以下の出力の電源を使用することが望ましい。火花放電に伴いキャビティ内で形成されて噴出されるプラズマは、供給されるエネルギー量が大きいほど大きく成長する。そこで、プラズマを成長させ、十分に、有効なフレーム状のプラズマを噴出させるには、プラズマ形成のためのエネルギーとして50mJ以上の電源を用いるとよい。そしてプラズマの形状がフレーム形状となれば、混合気との接触面積が大きくなるので、着火性を向上することができる。また、十分な着火性を得られる電源を用いる場合であっても、接地電極の消耗を抑制するためには、プラズマ形成のため供給するエネルギーを200mJ以下とすることが望ましい。従って、50mJ以上200mJ以下の電源を用いてプラズマジェット点火プラグによる混合気への点火を行えば、有効なフレーム状のプラズマを噴出できて着火性を向上することができると共に、プラズマジェット点火プラグの耐久性の低下を抑制することができる。なお、この出力はプラズマジェット点火プラグから噴出されるプラズマが1噴射(1ショット)する間に消費するエネルギーを示すものである。
まず、キャビティ60の内径dより接地電極30の開口部31の内径Dが小さい場合に噴出されるプラズマの形状について確認した。この評価試験を行うにあたり、内径dが1.5mmで深さ(長さ)L2が1.7mmになるようにキャビティ60を形成し、厚みL1が0.8mmで開口部31の内径Dが0.8mmの接地電極30を接合したサンプル(すなわちL1+L2が2.5mmでd>Dであるサンプル)と、その比較例として、キャビティ60の内径dを0.8mm(すなわちd=D)としたサンプルを作製した。更に、内径dが1.5mmで深さ(長さ)L2が3.5mmになるようにキャビティ60を形成し、厚みL1が1.5mmで開口部31の内径Dが0.8mmの接地電極30を接合したサンプル(すなわちL1+L2が5.0mmでd>Dであるサンプル)と、その比較例として、キャビティ60の内径dを0.8mm(すなわちd=D)としたサンプルを作製した。
次に、プラズマ形成のため供給されるエネルギー量が160mJであっても、噴出されるプラズマがフレーム状となれば着火性が向上することを確認するため評価試験を行った。この評価試験では、d=0.8,L1+L2=2.5(mm)としたサンプル(サンプル1番)、d=1.2,L1+L2=2.0(mm)としたサンプル(サンプル2番)、およびd=2.0,L1+L2=1.0(mm)としたサンプル(サンプル3番)を作製し、それぞれについて着火限界空燃比を測定した。なお、いずれのサンプルも、d=Dとなるように接地電極30を形成した。着火限界空燃比の測定は、各サンプルを6気筒2000ccのエンジンに組み付け、このエンジンを2000rpmで駆動させ、1分あたりの失火の発生頻度が0となる燃料と空気の混合比を確認することによって行った。
次に、プラズマジェット点火プラグ100に供給するエネルギー量として混合気への着火性を十分に得られるエネルギー量を確認するための評価試験を行った。この評価試験を行うにあたり、開口部の内径Dを1.0mm、厚みL1を1.0mmとした接地電極と、内径(開口端の内径)dを0.5mm、深さL2を2.0mmとするキャビティが形成された絶縁碍子とを用いて作製したプラズマジェット点火プラグのサンプルを用意した。なお、以下の評価試験は、本実施の形態の電力供給装置200として図示しないCDI式の電源を用いて行ったものだが、点火方式については評価試験の結果に影響を与えるものではなく、例えばフルトランジスター式、ポイント(接点)式など、その他のいかなる点火方式の電源を用いても同様の結果を得ることが可能なものである。
もっとも、プラズマジェット点火プラグ100に供給するエネルギー量が大きくなるほど接地電極30への負荷も大きくなるため、上記のサンプルを複数用意し、プラズマジェット点火プラグ100に供給可能なエネルギー量としての上限を確認するための評価試験を行った。
12 軸孔
20 中心電極
25 電極チップ
26 先端面
30 接地電極
31 開口部
50 主体金具
60 キャビティ
61 先端小径部
100 プラズマジェット点火プラグ
200 電力供給装置
233 高電圧発生回路
250 点火システム
Claims (4)
- 中心電極と、
軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極の先端面を前記軸孔内に収容すると共に当該中心電極を保持する絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の先端側で、前記軸孔の内周面と前記中心電極の先端面とを壁面とする凹部状に形成されたキャビティと、
前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、
前記主体金具と電気的に接続された板状の電極で、前記絶縁碍子の先端面に設けられ、前記キャビティと外気とを連通する開口部を有する接地電極と
を備え、
前記接地電極の前記開口部の内径をD、前記接地電極の厚みをL1、前記キャビティの内径をd、前記軸線方向における前記中心電極の先端面と前記絶縁碍子の先端面との間の長さをL2としたとき、
d≦D≦3dである場合において、
0.5≦d≦1.5(mm)、
L1≦1.5(mm)、
2d≦L2≦3.5(mm)、および、
L2+{(D−d)/2}≦3.5(mm)
を同時に満たすプラズマジェット点火プラグを、出力が50mJ以上200mJ以下の電源に接続して使用することを特徴とするプラズマジェット点火プラグの点火システム。 - 前記プラズマジェット点火プラグが0.8≦L1(mm)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のプラズマジェット点火プラグの点火システム。
- 前記プラズマジェット点火プラグの前記キャビティの内径dは、前記中心電極の外径よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマジェット点火プラグの点火システム。
- 前記プラズマジェット点火プラグを、出力が160mJの電源に接続して使用することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のプラズマジェット点火プラグの点火システム。
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