JPH02502661A - 電界放電の形成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電界放電の形成 〔発明および従来技術の背景〕 本発明は、燃料点火システムに関し、特に内燃機関における炭化水素燃料の燃焼 の火炎前面において電界放電を形成する如きシステムに関する。 燃料点火システムおよび内燃機関用燃料については、空気／燃料（空燃）混合気 の燃焼を改善する目的を以て多くの研究が行なわれてきた。特に、過去３０年間 においては、燃料点火のための点火システム、特に、より高い機関圧縮比がより 高い内燃機関効率のため使用できるように、薄い空燃混合物の更に有効な燃焼の ため、また更に燃料自体のアンチノック特性の改善のための固有のクリーナの能 力改善のための研究が行なわれてきた。 従来技術の点火についての研究は、点火電圧および火花エネルギ内容の改善、お よび火炎前面における高い電ｆｆｌ　（ＥＭ）界の維持に集約されてきた。しか し、火炎前面に対する電気的な結合を実際に改善すること、および電気（放電） エネルギを吸収するための点火プラズマの供給源として炭化水素の空気／燃料の 火炎前面を使用することはそれほど注目されていなかったように思われる。 炭化水素燃料についての従来の研究は、主に燃料のアンチノック特性即ちオクタ ン価の改善、および燃料の揮発性についての研究に限られてきたように見える。 点火および燃焼の改善のための研究としては、燃料の燃焼プラズマ生成特性（即 ち、以下に述べる如きプラズマ価）の使用についてはほとんどあるいは全く注目 されていないように思われる。燃料についてのこのような限られた研究しかなか ったのは、少数の例外を除き、内燃機関における燃料の火炎プラズマ生成特性を 用いて薄い混合気の燃焼を改善するよう燃焼を電気的に誘起する実用的な提案が なされなかった故である。 火花点火の特質についての従来技術の研究は多数あり、例えば、Ｅ、　Ｆ、　０ ｂｅｒｔの著書「内燃機関および空気汚染」５３２〜５６６頁の「火花点火機関 」（ＩｎｔｅｘｔＥｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ　１９７３年 刊）に要約される。 この０ｂｅｒｔの研究およびその後のほとんどの研究は、火炎プラズマ特性につ いて論議していない。本出願人によるより以前の研究は、主として火炎プラズマ に対する非常に高い周波数（マイクロ波）の結合に限られてきた。例えば、燃焼 室内における高い電磁界の生成および維持についての研究が米国特許第３，９３ ４，５６６号および同第４，１３８，８９０号に開示されており、これにおいて は電磁気的に誘起された燃焼の概念が紹介されている。これらの場合においては 、ＥＭ誘起は、１０００ボルト／Ｃｌ１ｌ／大気圧程度の電界強さにより燃焼室 内に共鳴的に蓄積された高周波電界により全燃焼容積中に生じるようにすること ができ、火炎前面プラズマに中間の分子レベルを励起する。本出願人の他の従来 技術は、米国特許出願第７７９，７９０号に基いて米国特許出願第８８５，９６ １号に開示されているが、これにおいてはｒＥＭ点火」といわれるシステムによ り火花点火プラグ付近にＥＭ火炎前面誘起が生じる。 これら全ての場合においては、火炎プラズマと相互に作用する概念が重要である かあるいは役立つが、火炎放電点火が自然に生じる如何なる程度にも強化あるい は極大化し、あるいは火炎前面を強制的に点火火花回路に対する放電経路となる ようにする「点火」系統の再検討の論議は実際にはない。最も近い公知の従来技 術は本出願人のものであり、即ち、上記参照されたＥＭ点大である。これによる と、ＥＭ火炎前面の誘起が火炎前面と結合する下記の如き大きなアンテナ型のプ ラグ尖端部を用いることにより生じる。即ち、１）二次パルスの高電圧の起生と 関連する予備放電電界、および２）火花をピストン面に接地することから生じる 火花プラグ部分における高周波（メガＨｚ範囲の）ＥＭ電界である。これらの電 界は、数μ秒　（μ５ｅｃ）まで存続する。いずれの場合も、本発明の対象であ る。 更に、開示されたこのＥＭ点火系統のアンテナ型プラグ尖端部について注意深く 検討すると、絶縁材料により側面が尖端を設けるかあるいはこれにより包囲され た略々収束する金属の先端部である絶縁端部が生じて、本発明に関して開示され るものよりは電界強さを著しく減じる。 更に、前に触れた場合および本出願人が知る全ての従来技術の研究においては、 火炎前面における電気的エネルギを選好的に吸収するため燃料自体を変えてその 火炎プラズマ特性を改善することの論議は存在しない。 燃料に関する多くの従来技術の研究は、主としてオクタン価を上昇させるため鉛 を使用することに関するものであって、鉛が燃焼後の区域あるいは本発明にとり て有害な火炎輪郭の「尾引き」領域により高い密度のプラズマを維持するため電 子とイオンの再結合係数を減じる関連従来技術である。同様に、燃料にアルカリ 土類金属（イオン化電位が低い）を付加すると大量の高密度のプラズマを点火中 に生じるが、このプラズマが主として燃料の加熱により生成されるため、プラズ マの密度輪郭は火炎温度輪郭に追従し、再び火炎の尾引き領域に大きなプラズマ を生じる。 他の関連する従来技術は、例えば、ＨｉｌｌｉａｒｄおよびＷａｉｎｂｅｒｇ　 （ｒ　Ｎａｔｕｒｅ」２５９　　（１９７６年刊））による連続プラズマ流点火 装置の領域にあり、これにおいては余分な燃料がプラズマ流腔部に送られて、局 所的に濃密な燃焼火炎によりプラズマに化学エネルギを与える。このようなシス テムは、２種類の燃料を取扱う全ての関連問題を伴なう二種燃料形式のものであ る。 〔発明の要約） 本発明は、現存する点火原理および新しいＥＭ点火概念を点火プロセスの内在部 分として高密度の化学的に生じた炭化水素の火炎プラズマを含むように拡げるこ とにより、「点火」に関する新しく具なる相関関係となるものと信じられるもの を取入れることに基き、点火に対する更に一般的で統合された試みが得られる結 果をもたらすものである。この新しい点火の相関結果から、新しい最適化された 点火系が創案され、これまで未解決であった点火の論争に対する解答が見出され た。 点火に対するこの新しい統合された試みにおいては、点火火花、初期火炎（プラ ズマ）および火花プラグ設置場所における電界が、進かに一般的な点火プロセス 全体の相互に関連して共存する特質即ち特性として注目される。これらの相互に 関連した点火プロセスを存効に結び付ける程度は、点火系全体の多寡を問わない 効果をもたらすものである。更に、このような種々の相互に関連する点火プロセ スを更に良好に結び付けけるため行なうこの試みは、主として取扱われる物理的 な諸条件あるいは環境に依存し、達成を試みる結果に依存する。 今日の水準技術の点火システムは、非常に大きな点火容積内の静電的かつ誘導的 な火花要素を更に最適な方法で包含するよう設計された最近開示されたＥＭ点火 システムであると信じられる０本発明は、これらの特性に、前記の新しい相関関 係を取上げかつ首尾一貫した方法で電気火花放電特性、関連する電界および火花 放電の電界環境において結果として生じる火炎プラズマの挙動を含めることによ り成立つものである。この新しい相関関係は、ＥＣＤ　ＩおよびＰＦＤＩと呼ば れる新しい点火システム、およびＥＭＴ燃料と呼ばれるこのようなシステムのた めの更に最適化された燃料についての発明をもたらした。 これらの新しいシステムの第１のものは、自然に生じる電界（火花放電と関連す る）の火花プラグ位置に生じる初期の火炎前面プラズマに対する最適な結合を得 るべく意図により、「強化された従来の火花点火」（以下本文においては、時折 りＥＣＤ　Ｉシステムと呼ぶ）を提供する標準的な点火システムの修正である。 このシステムは、駆動する高効率高エネルギの従来のコイル、あるいは以下に述 べる以下本文において着火光たりより多くのエネルギを蓄えこれを標準的な点火 を何回も７０乃至８０％もの非常に高い有効で「火花」に供給するＥＣＤＣＣと 呼ぶ修正のいずれかを使用することができる。このＥＣＤ　Ｉシステムは、この ようなＥＣＤＣＣシステムを用いることが望まし新しい総合された試みから生じ る本発明の別の態様は、火花プラグの先端部の付近に依然としである間火炎が初 期火花の場所から遠去かる方向に伝搬するに伴ない火炎のプラズマの電気エネル ギの反復される放電を用いる。このような態様は、以下本文においては「パルス 化火炎放電点火Ｊ　　（ＰＦＤ　Ｉ　）と呼ぶ。更に、本発明のこの態様は、間 隔時間火花および火炎プラズマ放電特性と特殊な点火エネルギ供給システムおよ びプラグ構造による挙動とを組合せることにより最適化された薄い混合気点火シ ステムを提供して、初期の移動する火炎前面即ち火炎プラズマにおける「点火」 火花即ち放電を生じるようにする。本システムは更に、以下に述べる如き燃料の 比較的高い「プラズマ価」即ちｒＰＲＪ価を持つように選択された空気と炭化水 素燃料の点火された混合気における火炎の特性を生じる改善されたプラズマを含 むことによって改善される。 改善された（ＥＭＴ）燃料に関して、火炎前面プラズマの前縁部から電気的な付 勢エネルギを減殺する火炎前面の背後に大きな「尾引き」プラズマを生じるため 、燃料中の鉛の使用は望ましくないことを知るべきである。同様に、本発明にお ける燃料のアルカリ土類金属添加物の使用は、もしその存在が火炎の尾引き領域 に主要なプラズマを生じ、このため電気的な付勢エネルギの初期火炎を減殺する 傾向があるならば望ましいものではない。 本発明のパルス化火炎放電点火の態様は、その実施基礎において、係属中の米国 特許出願第６８８，０３０号において記載される如き高エネルギおよび非常に高 い効率を有する高効率の電圧倍加コイルと、係属中の米国特許出願第８８５，９ ６１号に記載されたＥＭ点火システムのアンテナ型プラグ先端部に規定される大 きなｒＥＭ点火容積」の概念とを有する。本発明は、（これに限定するものでは ないが、火花プラズマ温度および再結合係数、薄い炭化水素／空気の混合気の火 炎プラズマ密度および電子の中立衝突周波数（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｎｅｕｔｒａ ｌｃａｌｌｉｓｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、点火発生周波数、火炎速度およ び機関速度（ＲＰＭ）、点火パルス列の時間的特性、火花プラグ先端部の構造お よびこれが取付けられる構造、およびピストン運動、およびピストン運動に対す る、そして更に一般的にはプラグ先端部における流体運動に対する前記構造およ びプラグ先端部の位置関係のようなもので）事前および事後の絶縁破壊の空間電 界強さく大きさと方向の両方）を規定するある点火パラメータの厳密さの認識に 基いている。これらのパラメータおよび構造は、本文の開示において選定される と、次いでパルス化火炎放電点火（以下本文では、時折りＰＦＤＩと呼ぶ）を得 ることができ、点火エネルギは火炎前面において減衰でき、火炎前面に数百ワッ トの電力を蓄えて非常に薄い混合気を燃焼させ・る強い電気的付勢エネルギを生 じるのである。 本発明において使用されるため選択される燃料は、火炎前面に高い即ち増強され た密度で、また他の場所では低い密度でプラズマを生成するように、即ちプラズ マを化学的に生成するように調整されることが望ましい。 このような増強措置は、燃料の炭化水素に対する炭素の比率即ちＣ／Ｈ比率を修 正し、また同時にプラズマの再結合係数を減じ尾引きプラズマを増大する添加物 を取除くことによって達成される。一般に、低イオン化性の金属の如き添加物は 、これまで高密度のプラズマの生成のため用いたよりも道かに少量でなければ使 用しないことが望ましい。このような微量の添加物は、尾引き密度が火炎前面密 度よりも道かに小さいことを前提として、特に前縁部における全火炎形状にわた る密度の僅かな増強作用をもたらすことが望ましい。 内燃機関における燃料として使用される時、上記の如き燃料は、望ましくは初期 燃焼領域における燃焼室内に保持される強い電界により誘起に適する火炎プラズ マ密度特性を生じる。この電気エネルギは、火炎前面プラズマにおいて、また限 界的には尾部において結合されて、火炎前面における強い分子の内部付勢を生じ て稀薄燃焼火炎のより速やかかつより完全な燃焼を助ける。本文に提起する斬新 な点火システムに関して更に重要なことは、このような燃料は非常に薄い混合気 の燃焼を可能にするその有効性を更に強化することである。 要点を繰返せば、本発明においては、点火は空気の単なる電気的な絶縁破壊と見 做すのではなく、混合気に対する高いまた更に高い電気エネルギ（それぞれ約１ ００または５００ワツト）の供給を部分的に特徴とするＥＣＤ　ＩおよびＰＦＤ Ｉ法のいずれを実現するかに従って多かれ少なかれ点火火花（特に、移動する「 火花」）となる火炎前面自体と結合される放電の形成と見做される。これを達成 するためには、火花および移動火炎のプラズマ放電の空間的および時間的変化を 伴なう電界の相互作用が新しい統合された相関関係から詳細に考察される。これ は、一部は、これまで明らかに関連付けられなかったこれらの点火プロセスがこ の新しい相関関係から結び付けることができるような諸条件を課して電気エネル ギが供給されるプロセスを初期の火花右部（の残余）即ち火花のチャネルのみで なく初期の火炎前面プラズマに対しても着火させるため、本出願人により米国特 許第６８８，０３０号および同第８８５，９６１号において開発された強力な新 しい点火技術および試みを用いることを目的とすることによってなされる。 〔発明の目的〕 本発明の主な目的は、火花放電の全長の大部分がプラグ先端部周囲の電界に対し 略々直角に燃料／空気の混合気（空燃混合気）内に延長し、かつ結果として生じ る初期火炎前面が依然として前記電界の影響下にある間電界に対し徐々に平行に 空燃混合気内に伝搬するように構成されたプラグを含む空燃混合気用の新しい改 善された点火システムの提供にある。 本発明の別の目的は、点火エネルギの大きな部分が火炎に供給される点火エネル ギを生じる火花点火装置を含む点火システムとの組合せにおいて、炭化水素の火 炎の高プラズマ生成特性を用いること、およびこのような火花からの火炎前面が 最初この火炎前面と平行な電界強さが増大する方向に移動する如きシステムを提 供することにある。 本発明の他の目的は、その長さの大部分が火花プラグ先端部における電界強さと 直交し、かつ火花から伝搬する火炎がその方向がプラグ構造および取付は面によ り規定される電界強さと徐々に平行になるように移動して、（ＣＤＣＣ）点火の これ以上のパルス動作と同時に電気的な「火花」放電が火炎前面内に形成されて 数百ワットまでの電力を火炎前面内に圧縮するように、またこれに対し前記エネ ルギが同じ最初（火花の残余）の場所で形成する火花に供給されて伝搬する火炎 にほとんどあるいは全く助けを生じないように、中程度の大きさの容量成分が（ 望ましくはＣＤＣＣ型の高効率（小さな巻線比）の電圧倍加点火コイルとの関連 において）形成されるように、多重パルス状の火炎放電点火を提供することにあ る。 本発明の他の目的は、低い火花放電電流（例えば、５０乃至２００ｒｎ　Ａ　） と関連する約５００ボルトの高放電電圧対する結合状態を改善するシステムを提 供し、放電電流が１００乃至４００ｍ　Ａの範囲内のピーク振幅を持つ正弦波形 を呈する如きシステムを提供し、火花に対する電界の大きな直角成分を与える突 起型火花プラグ先端部とより長い火炎経路と対応する長い点火期間を生じるプラ グ先端部におけるボタンの約２．５４ｍａ＋　（約０．１インチ）の大きな火花 間隙を有する如きシステムを提供し、放電電界がこのボタンとプラグ・シェルに より画成されるより大きな容積にわたり火炎プラズマと結合されるようにするこ とにある。 本発明の他の目的は、燃料中の炭化水素に対する炭素の比率（Ｃ／Ｈ）が０．５ 乃至２．０の範囲内にあって燃料の高いプラズマ価即ちＰＲを生じて電気エネル ギを結合する能力を改善するように修正された成分を炭化水素燃料に提供するこ とにある。 本発明の更に他の目的は、空気と燃料の混合気が点火される時、尾引き区域にお ける密度を不当に増大することなく火炎の全輪郭即ち火炎区域にわたるプラズマ 密度を増強するに充分な微量の低イオン化性材料が存在する如き燃料を提供し、 また微量以上ではないアルカリ土類金属、および点火と同時に結果として生じる 火炎プラズマ密度が純粋の炭化水素燃料／空気の燃焼の急速に低減するプラズマ の尾引き特性を依然として呈するプラズマ輪郭により増強されるに充分な量の１ 種以上の別の化合物を任意に含む如き燃料を提供することに燃料の高オクタン価 と関連して、上記の如き点火された空燃混合気における火炎前面プラズマ密度生 成特性を増大することにある。 本発明の他の目的は、燃料の燃焼を電磁的に誘発する手法を用いる、連続流燃焼 システム、例えばタービンまたはバーナーとこのような高プラズマ密度生成燃料 の組合せを提供することにある。 本発明の他の目的は、順次パルス化される点火の「着火」と、火炎がプラグ先端 部から遠去かるように伝搬するに伴なって火花に対してほとんど直角にかつ火炎 に対しほとんど平行に分布される電界成分により先端部に予め放電開始電界分布 を生じるような輪郭を持つアンテナ型プラグ先端部とを特徴とするＥＭ点火シス テムにおいてこのような燃料を使用することにある。 本発明の他の目的は、５０％より大きな火花エネルギ供給効率を提供するシステ ム、即ち、望ましくは３６０乃至６６０ボルト間に充電された一層回路コンデン サと、一部が典型的な作動条件下で大きな点火容積および少なくとも２００ボル トの大きなアーク燃焼電圧を生じる突起先端部を有する火花プラグに取付けられ た「ブーツ」　（またはプラグ自体）に含まれる約２００ｐＦの二次回路容量を 有する小さな巻線比の電圧倍加コイルを使用するＣＤＣＣシステムにおいて、こ のような燃料を使用することにある。 本発明の他の目的は、大きな容量成分と大きな振動正弦波の誘導成分とを有する 単一正弦波火花の順次の生成を特徴とする点火の「火花輪郭」を有し、このよう な密な間隔の単一正弦波形の火花が火花プラグ・シェルおよび（または）ピスト ン面に対して形成されてより長い持続期間の予備放電状態の局所的電界を生じ、 その後に火花プラグ先端部の周囲の火炎前面におけるある程度の放電状態が存在 するＥＭ点火システムにおいて、このような燃料を使用することにある。 本発明の他の目的は、プラグの点火の全段階において存在する電界の収束を生じ るよう輪郭が与えられた部分的に絶縁された中心電極の先端部を持つ火花プラグ を使用することにあり、このプラグ先端部が、放電開始電圧を低減する円筒状プ ラグ端部を包囲する小さな円環状の領域に電界の収束のための、また更に、初期 火炎が初期火花場所から室内へ遠去かるように、またプラグの先端部を包囲する 大きな円環状間隙の周囲に伝搬するに伴ない、前記プラグ先端部が、初期火炎に 対して電気火花エネルギを案内１ノ結合するための１つのシートの双曲面に似た 略々円筒状の電界レンズとなるようにする。 本発明の他の目的は、最大径がプラグ先端部のセラミック絶縁管端部を丁度越え て突出しかつ電界の収束を更に改善しかつこれにより更に最適化された電界収束 レンズ・プラグ（即ちＥＦＦＬプラグ）を提供するためプラグ・レンズの一部と なるよう輪郭が与えられた小さな直径の腐食に耐える材料から作られた点火端部 ボタン先端部を有する如き収束レンズ・プラグの提供にある。 本発明の他の目的は、プラグ・シェル端部の輪郭およびシリンダ・ヘッドに関す る配置に関するこのようなＥＦＦＬプラグのプラグ先端部の輪郭を更に与えて、 前記プラグ先端部と前記の包囲する接地面との間の放電開始電圧を低下させて初 期火炎前面に対する結合を更に改善するように、前記プラグ接地シェル端部およ び（または）前記プラグ・シェル端部周囲のシリンダ・ヘッドの縁部からなる包 囲する接地面に対する収束を改善することにある。 本発明の他の目的は、絶縁材とプラグ接地シェルとの間の間隙が最小限度であっ て、プラグの点火端部付近のシェルの内側が約７．６２乃至９．１４ｏ＋ｍ　（ ０，３０乃至０．３６インチ）の全絶縁体の直径と、プラグの点火端部に置かれ た絶縁体断面が約５．５９乃至６．６０＋ｏ■（０，２２乃至０．２６インチ） の範囲内のより小さな全絶縁体の直径と、高電圧の金属製の点火端部ボタンの約 ６．３５ｍｍ　（０，２５提供する領域における直径が約２．２９乃至３．０５ ａ＋ｓ　（０，０９乃至０．１２インチ）の中心部の高電圧の導体を包囲する厚 さが約２．５４乃至３．０５ｍｍ　（０，１乃至０．１２インチ）の絶縁体を有 する工業規格で１４ｍｍのねじを設けたシェル・プラグ用の如きＥＦＦＬプラグ を提供することにある。 本発明の他の目的は、約５０ｐ　Ｆの容量のより小さな容量ブーツと、望ましく は高いインダクタンスおよび低い抵抗の火花プラグ・ワイヤとを含み、ＣＤＣＣ 点火システムの容量放電システムが絶縁筐体内部に点火コイルと共に含まれ、コ イルの一次電流経路を最小限度に抑えることにより高い点火システム効率を提供 し、改善された即ち最適化されたＣＤＣＣ点火を規定する導電性材料の更に別の 筐体を用いることによりＥＭＩが低減し得るＣＤＣＣ点火システムを備える如き ＥＦＦＬプラグを使用することにある。 本発明の他の目的は、望ましくは１００　Ａの電流における１ボルトの順方向降 下の火花パルス動作スイッチとして低い順方向降下ＳＣＲを使用し、またＳＣＲ の点火中のＳＣＲトリガー・ゲートに負のバイアスを自然かつ単に与えてＳＣＲ の回復時間を短縮しかつ本発明における最適化された点火パルス列を生じる高速 遮断回路によりもたらされる８０乃至１００μ秒の短い持続期間の密な間隔の多 重火花パルスを生じることができる高効率の容量放電点火システムを提供するこ とにある。 本発明の他の目的は、ＳＣＲのラッチ動作なしに点火が最小のパルス点火時間（ 現在の低い順方向電圧ＳＣＲにおいて８０μ秒）を持ち得るように、またこれに より点火動作層たり多数の火花パルス、例えば低い機関ＲＰＭでＩＯｌまた高速 ＲＰＭにおいて少なくとも３つの火花パルスを生じ得るように前記高速ＳＣＲ遮 断回路を含めることにより、またＣＥＩ点火システムと定義される最適化された ＰＤＩシステムを提供するように点火システムのパラメータを更に調整し洗練す ることによって、前記の改善されたＣＤＣＣ点火システムを最適化することにあ る。 本発明の他の目的は、約１００μ秒のより短い火花パルス周期および小さな一層 コイル巻線数、即ち使用される一次電圧に応じてｌＯ乃至３０回の巻線数を持ち 、望ましくは改善されたＥＣＤ　Ｉシステムの放電コンデンサに蓄えられる比較 的低いエネルギを補充するための再充電回路を持つやや高いピーク電流（即ち、 約ＩＡ）のＥＣＤ　Ｉシステムを提供することにある（即ち、標準的なＰＣＩシ ステムにおける３００乃至５００ミリジユールに対して、１００乃至３００ミリ ジユール）。 本発明の他の目的については、一部が以下において明らかになり、また本文に記 されよう。従って、本発明は、構造、要素の組合せおよび部品の配置を含む装置 と、いくつかのステップおよび１つ以上のかかるステップ相互に関する関係を含 む方法とを構成し、その全ては以降の詳細な説明において例示され、その用途の 範囲は請求の範囲において記載されよう。 本発明の性格および目的を更によく理解するため、添付図面に関して以降の詳細 な説明を参照すべきである。 （図面の簡単な説明〕 第１図は、火花間隙を規定しかつ種々の火花特性を示す標準的な火花プラグ先端 部の理想化された部分的な断面図、 第１ａ図は、先端部周囲の電界分布を示す内燃機関室の端部付近に取付けられた ＥＭ点火システムのアンテナ型火花プラグ先端部の部分的断面図、 第１ｂ図は、第１図に示される如き標準的な火花プラグの典型的な電圧／電流間 の放電特性のグラフ、第２図は、初期火花即ちアークと伝搬する火炎前面の双方 に関するプラグ先端部構造により規定される電界分布図をも含む、本発明の原理 を実施した特にＥＣＤ　１システムにおいて有効な突出型火花プラグ先端部の理 想化された部分縦断面図、 第２ａ図は、初期火花の位置を制御するローブを含む第２図のプラグ先端部に関 する断面図、第２ｂ図および第２Ｃ図は、第２図および第２ａ図のプラグ先端部 を備えた点火システムと関連して使用される望ましい放電電流／電圧カーブを示 すグラフ、第２ｄ図は、本発明の原理を実施した、特にＰＦＤＩシステムにおい て有効な突出型火花プラグ先端部を示し、火花に対し直角をなしかつ伝搬する火 炎前面プラズマに対し更に平行な電界を示す理想化された部分縦断面図、 第３図は、あるモデルの一次元の火炎の火炎前面における典型的な熱の解放、プ ラズマ密度および温度の空間的な分布を示すグラフ、 第３ａ図は、本発明の火炎プラズマ密度分布ｎ　（０゜φ、ｆ）対標準的な燃料 および望ましい燃料の燃料／空気の相当比率を示すグラフ、 第４図は、１つの短い持続時間の初期火花の初期アーク密度／時間分布および火 花により開始される４つの相当比率の火炎に対する火炎密度分布を示すグラフ、 第５図は、アンテナ型火花プラグ先端部および非常に薄い望ましい燃料の火炎を 用いて本発明の点火システムにおける多重火花アークおよび続いて生じる火炎プ ラズマの時間の関数としてプラズマ密度特性を示すグラフ、 第６図は、標準的な燃料に関して本発明により処理されたある範囲の燃料におけ る火炎位置の関数として密度分布ｎ　（ｘ、φ＝１．ｆ）を示すグラフ、第７図 は、ＰＦＤＩシステムまたはＥＣＤ　Ｉシステムのいずれかにおける使用に適す る単独にあるいは第８図のブーツと共に使用される望ましい火花プラグを示す理 想化された断面図、 第８図は、特にＰＦＤＩシステムにおける使用に適する望ましい容量型ブーツを 備えた望ましいプラグを示す理想化された部分断面図、 第８ａ図は、第８図の実！！様の等価回路を示す概略図、 第９図は、種々の時間に依存するプラズマの形成および時間的減少を示す非常に 薄い炭化水素燃料／空気の混合気を用いて″Ｊｊ重火花ＣＤＣＣシステムである ことが望ましいＰＦＤＩシステムにおける点火から結果として生じる時間の関数 として火花および火炎プラズマの分布を示すグラフ、 第９ａｂ図乃至第９ａｆ図は、連続する各点火における時間の関数として火花お よび火炎プラズマ（電界方向に関する）大きさおよび位置を示す第２ｄ図のＰＦ ＤＩ火花プラグ先端部の一連の部分断面図、第９ｂ図は、各前面に重ねられた平 均電界の方向における連続する各点火動作（第１０図により例示されるシステム の第９図および第９ａ図により示される）における時間の関数として火花および 火炎前面プラズマの相対的大きさおよび方向を示すグラフ、第１０図は、ＥＭ干 渉抑制回路およびケーブルを有する容量性放電回路を含む多重シリンダ内燃機関 における使用に適する本発明の完全なＰＦＤＩシステムの望ましい実施態様を示 す一部が概略図の理想化された部分ブロック図、 第１１図は、同時に端部ボタンの大きさを小さくしかつ絶縁体の表面から遠去か るよう初期火花パルスを保持しながら、初期の火炎が伝搬することにより初期伝 播火炎前面に対する電気エネルギの結合を改善するシリンダ・ヘッド領域の付近 に電界を収束する原理を実施するように円環状間隙を画成し輪郭を与えた電界収 束レンズ（ＥＦＦＬ）火花プラグ端部を示す部分縦断面図。 第１１ａ図は、略々焦点の円形縁部として働くと共に内部に形成された初期火花 パルスから単一の点火システムの以降の火花パルスへの徐々の遷移を生じるよう に更に輪郭を与えたシェル端部な有する１８ｍｍプラグに基いて第１１図と比較 される変更設計のＥＦＦＬ火花プラグのプラグ端部を示す部分縦断面図、第１１ ｂ図は、絶縁体端部が初期火花パルスを絶縁体表面から遠去かるように保持する ことを助けるためやや大きな端部直径を提供するような輪郭を更に与えられた第 １１図と比較される変更設計のＥＦＦＬプラグを示す半分の部分縦断面図、 第１１ｃ図は、放電開始電圧を減じである最大出力電圧に対する比較的大きな火 花間隙を生じるように、シェル端部の縁部に対してプラグ先端部のレンズが直接 収束するように輪郭を与えたプラグ先端部およびシェル端部を有する、第１１図 と比較される変更設計のＥＦＦＬプラグを示す部分縦断面図、 第１ｉｄ図は、プラグ先端部のレンズがシェル端部をやや越えてかつシリンダ・ ヘッド縁部付近で収束するように、またシェルの内端面が、電界収束効果と組合 せて火花パルスが外方およびプラグ端部により画成される円環状間隙周囲に移動 するよう付勢されるように、緩やかな勾配を形成するような輪郭が与えられたプ ラグ端部およびシェル端部を苔する、第月図と比較される変更設計のＥＦＦＬプ ラグを示す部分縦断面図、 第１ｉｅ図は、プラグ先端部のレンズと組合せて、更にプラグ端部ボタンとプラ グ・シェル縁部との間の電界を強化するのを助ける部分的な電界レンズとなるよ うな輪郭を更に与えたシェルの内端面を有する、第１１図と比較される変更設計 のＥＦＦＬプラグを示す部分縦断面図、 第１１ｆ図は、火花プラグ端部ボタンに対し収束する更に別の電界を生じるため プラグ・シェルの内側に沿って輪郭が与えられた機関のシリンダの側壁面付近に 置かれた第１１図と比較される変更設計のＥＦＦＬプラグを示す部分縦断面図、 第１１ｆ　ｆ図は、プラグ先端部レンズと組合せて、プラグ端部ボタンとプラグ ・シェルの内部点との間の電界を更に強化する電界レンズを形成するような輪郭 が与えらｊた内表面を有する余分に延長されたシェル端部を有する理想化された ＥＦＦＬプラグを示す部分縦断面図、 第１２図は、望ましい高いインダクタンス、低い抵抗、低いＥＭｒ火花プラグ・ ワイヤが結合される望ましい特に簡単で柔軟性に富む低いＥＭＩの中程度のキャ パシタンス（３０乃至５０ｐＦ）を有する特に簡単な構造のＥＦＦＬプラグを示 す理想化された部分断面図、および 第１３図は、多重シリンダ内燃機関における使用に適するＣＥＩ点火と呼ばれる 本発明の最適化された点火形態の望ましい実施態様を示す一部概略図の理想化さ れた部分ブロック図である。 〔塗す令や望ましい実施態様の説明〕 ＥＭＦ、焼銹起の出現により、また最近は更に実際的なＥＭ点大手法の出現によ り、炭化水素燃料／空気混合気に対する点火システムを電気的に絶縁された即ち 独立的な火花発生器としてではなく、点火システムあるいは電気回路の一部とし て空気／燃料燃焼混合気の火炎プラズマ特性を含む更に一般的なシステムとして 見るという考えが導入された。火花放電プラズマの空間／時間特性に照して更に 考察すると、実質的に改善されたシステム（本発明を実施する）、即ち、典型的 に１００ワツトの火花電力を生じる標準的な点火（ＥＣＤ　ｒ　）に基いて比較 的低い電力の態様、および典型的に５００ワツトを生じるＥＭ点火（ＰＦＤ　Ｉ 　）に基〈比較的高い電力の態様が開発された。 両方のシステムにおいて、火花プラグが取付けられる表面に関してこの火花プラ グの先端部の再構成が行なわれる。「従来のグロー放電」の数百ｍＡの電流ある いは「従来のアーク放電」の１乃至２Ａの電流で作動する高エネルギ／高効率点 火（ＣＤＣＣシステム）と関連して再構成されたこのようなプラグ先端部を使用 することにより、また約５０乃至２００ｍＡの範囲内の電流に対して存在する高 い電界を介して、あるいは初期火炎前面自体を数百ワットまでの電力（Ａ電流の 範囲内）を吸収することによりシステムの稀薄燃焼能力を著しく改善する隼力な 火花放電プラズマに強制的にすることによって、実質的な点火エネルギを火炎前 面と結合することができる。 本発明のこの「低」電流即ちＥＣＤ　Ｉ態様は、大きな火炎経路において約２． ５４ｍｍ　（０，１インチ）の間隙を持つやや突出した特殊な形式の火花プラグ 先端部を使用即ちＰＦＤＩ態様においては、更に突出する長さが約５．０８ｍｍ 　（０，２インチ）プラグ先端部が用いられ、初期火花が主として電界の強さに 直角をなすように形成され、その結果以降の点火パルスにおいて減衰する点火火 花プラズマとの結合が非常に貧弱であるが、火炎前面が電界と徐々に平行となっ て電力を吸収し得る故に初期火花から伝播する火炎との結合が強くなる。火炎前 面自体が点火火花となり、点火回路がこれを介して完成される。 燃料自体を変更することにより更に稀薄な燃焼を実現するためこれらの効果を更 に強化することができ、その結果電界エネルギをその空燃混合気の火炎前面プラ ズマと更に容易に結合することができるようになる。このような燃料はＥＭＴ燃 料と呼ばれている。 このように変更された燃料は、燃焼中化学的イオン化現象により生じる火炎前面 における通常の電子プラズマ密度より高い密度を有することを特徴とする。この 燃料は、１付近、更に一般的には０．５乃至２．０の範囲内のＣ／Ｈ比率を有す るのが望ましい。微量のアルカリ土類金属を、適当なＣ／Ｈ比率（０，５乃至２ ．０）の燃料、および（または）望ましくは尾引きプラズマを迅速に強制的に減 衰させる全プラズマ再結合係数の燃料と組合せて使用することができる。 火炎の有効な誘起は、このようなＥＭＴ燃料を着火中点火がオン／オフ状態に交 番され得、火炎前面の領域に連続的な高低の電界を生じる内燃機関において使用 することによフて達成される。このように、電気エネルギは、必要とされる火炎 前面プラズマにおいて結合され、また連続する火花プラズマおよび火炎背後の尾 引きプラズマとより少ない程度に結合され、即ち、化学的に生じた火炎前面プラ ズマが体積および強さにおいて徐々に生長して火炎がｒＥＭ制御容積」　（空気 ／燃料火炎プラズマが影響を受ける容Ｎ）内にある間連続パルスにおける、より 多くの電気エネルギを徐々に吸収しながら、パルス動作が火花および尾引きプラ ズマが電界のオフ期間中に減衰させられることを保証する。 本発明の変更された燃料（ＥＭＴ燃料）は、燃料が燃焼区域に共鳴的に蓄えられ たＥＭ電界と関連して使用することができるガス・タービンから、それぞれ初期 火花および伝搬する火炎前面プラズマと関連する主要な直角および平行の電界に より大きなＥＭ制御容積を生じるための突起火花プラグ先端部を用いて燃料がＥ Ｍ点火と関連して使用することができるｈａｍ燃焼型往復機関およびロータリー 機関まで全ての内燃（ＩＣ）機関において使用することができる。このような燃 料はまた。タービンと類似する作動を育するバーナーにも使用可能である。 第１図は、側面において先端絶縁体１８により包囲された直径「２ａ」の中心の 金属電極１１を含む従来技術形式の火花プラグｌＯの先端部を示す部分縦断面図 である。電Ｖｉｌｌは、接地電極１３に対して巾「ｈ」の火花間Ｗ、１７を画成 する未絶縁の一端部を有する。また、本出願人により間隙１７における誘電体の 絶縁破壊と同時に形成される初期の容量成分と、典型的には標準的な誘導型点火 システムのコイルに蓄えられた磁気エネルギの供給から結果として生じる「誘導 」成分が後続する高電圧の二次容量の以降の放電、および電！　（ＥＭ）電界成 分１６（電界方向を指す矢印のある実線）を含むように規定された火花１４も示 されるが、このような電界はここでは本出願人により全ての点火相において存在 （共存）することが要求される。 第１ａ図は、電界線１６ａ％１６ａａがその影響力を有する拡大された領域、即 ちＥＭ副制御容積１９を示す係属中の米国特許出願第８８５，９６１号において 本出願人により最近開示された従来技術の「アンテナ型」の火花プラグ先端部の 部分縦断面図である。この構造においては、プラグ先端部１１ａは、図示の如く ピストン１３ｂに対して火花＋４ａａを（ならびに、プラグ・シェル＋３ａに対 して火花１４ａを）更に容易に形成するように電界を収束することができるよう 略々尖端部とされている。 時に、このプラグにより生じた火花（即ち、火花１４ａ）はその方向が電界Ｅに 対してほとんど直角をなし得るが、その結果生じる火炎１５ａ（図中、クロスハ ツチで示される）もまた電界に対してほとんど直角となり、大きな成分Ｅｎに対 し大きな接線成分Ｅｔを存し、後者の方が望ましい。更に、先端部１１ａの円錐 形状および外方に延長する尖端部を有する絶縁体の先端部１８ａは。 先端部１１ａの表面とシリンダ・ヘッド１２の表面１２ａとの間の大きく湾曲し た経路長さの故に、電界（線１６ａ）の強さを減殺する。電界に対して平行な火 花１４ａａの場合は、本発明の効果は全く得られない。 米国特許出願第８８５　、９６１号に開示されるものと類似する火花プラグは、 （主ワイヤ１１はど突出せずかつ同じ直径を有する先端部１１ａを除いて）　１ ９８５年の１．３リツターのフォードのＥｓｃｏｒｔ機間に搭載された。この機 関は、高オクタンの無鉛燃料を用いて優れた稀薄燃焼結果を生じた。しかし、機 関が第１ａ図に示したものと類似する燃焼室の一端部付近の湾曲面の付近に置か れた火花プラグを有する半ヘッド型のものであるため、プラグのねじ先端部は必 然的にシリンダ面より大きく突出して、最良の結果を達成した（これがシリンダ 面へ収束する電界を減じるため、本発明の教示内容とは矛盾する）。 先端部自体および絶縁体先端部の円錐形状は更に、既に第１ａ図に関して指摘し たように、ここでは望ましいと思われるものよりも電界強さを減じた。更にまた 、火花がシリンダ・ヘッドの左側（第１ａ図参照）に形成された時は常に、この 火花から伝播する火炎前面と結合する電界は、電界がこの火花とほとんど直角を なすため貧弱であった。 第１ｂ図は、第１図のプラグの典型的な電圧／電流の放電特性を示し、更に本発 明において問題の３つの主なｇＩ＠、即ち約５０ｍ　Ａまでのカーブの該当部分 （および約５００ボルトの電位）として定義されるグロー放電領域Ｉと、約５０ ｍ　Ａの電流（約５００ボルトの電圧）と約２Ａの電流（５０ボルトの電圧）と の間のカーブの該当部分として定義される遷移領＠ＩＩと、２Ａより大きな電流 に対する４０ボルトの略々一定の電圧で定義されるアーク放電領域ＩＩＩを示す 。 本発明のシステムの２つの主な態様（ＥＣＤ　ＩおよびＰＦＤ　１　）について 記述する目的のため、過渡的グロー放電に対してＴＧＤとして、また過渡的アー ク放電に対してＴＡＤとして示される領＠Ｉ工の２つのサブ領域がある。領域Ｔ ＧＤは４０乃至４００ｍＡの電流範囲にわたり、また領域ＴＡＤは４００ｍＡ乃 至２Ａの範囲にわたる。ＥＣＤ　ＩおよびＰＦＤＩシステムは、以降の論議にお いて判るように、それぞれＴＧＤおよびＴＡＤ領域によって定義される。 再び第１図において、典型的な従来技術の５０ｍ　Ａの火花電流の場合は、（空 気中、あるいは典型的には空気／燃料混合気における）火花間隙１７における電 圧は略々５００ボルトであり、約１．０　ｍ＋ｎ　（０，０４０インチ）の間隙 中りにおいて５０００ポルト／Ｃｌ１１の電界の強さを表わしている。ここで電 界即ち電界の火炎の誘起の相関関係から見ると、この表記が点火火花と共に機関 あるいはバーナーの作動のほとんど全ての使用条件下で火花間［１７に炭化水素 燃料／空気混合気の火炎を誘起するため要求される強さく１０００ボルト／ｃｙ ａ／大気圧）の電界が存在することが判るであろう。ここで、火炎の電界誘起は 低電流の（２００ｍＡより小さな）火花点火のこれまで認識されなかった主な特 徴であることが表明される。確かに、このことが妥当する許りでなく、一旦この ことが受入れられると、いくつかの長い間の点火の論争もまた解消され、「点火 の電気および熱理論」の確証を助けると思われる。 １つのこのような論争は、点火における電流の大きさの役割に関するものである 。Ｂｏｓｃｈ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ１９７７年第５号は、電流が ２５ｍ　Ａから５０ｍ　Ａ、また１００ｍＡに増加される時、稀薄な混合気が点 火する能力が徐々に増え、従ってもし電流が更に２００ｍＡ、更に４００ｍＡへ の増加するならば限界に達することが示されている。ｚｔｂ図を参照して判るよ うに、電流が３００ｍＡから増加するにつれて、電界の強さは、２００ｍＡ以上 では火炎を強化するための限界値となるまで徐々に低下する。即ち、電流が増加 する伴ない、電界の強さは点火８部の大きさく電流）との兼合いとなる。 このような兼合いは、充分な電界が依然として火花間隙の燃焼反応を強化するよ う維持され得るため、１００乃至２００ｍ　Ａまでは非常に望ましい。４００ｍ Ａを越えると、電界の強さは失われ、電流による点火能力についての観察と一致 する。更に、約ＩＡのピーク電流においては、システムの点火能力は場合によっ ては１００ｍＡにおける能力より小さくなることが観察されてきた。、ＩＡにお いては、火花間隙における電界が標準的な間隙において５０ボルトとなり、　１ ００　ｍＡにおけると同じ間隙に対するエネルギ供給を表わすため、この差はＩ Ａの電流レベルにおけるフィールドの強化の喪失によるものと結論し得る。 別のこれまで未解決の問題はＨａｎｃｏｃｋ等のｒＳＡＥ論文８６０３２］Ｊ　 　（１９８６年）による測定に関するもので、それぞれ化学量論的な火炎と稀薄 火炎における最適の最小点火持続期間を０．４および０．６ミリ秒とするもので ある。ミリ秒当たり２．４　ｍｍの火炎速度および間隙１７の１．０　ｍｍの半 径においては、横断時間は０．４ミリ秒で、これを越えると火花の持続期間を延 長してもこれ以上の点火の改善がない（火花間隙においてほとんど流体の移動が ない静止燃焼の場合）ものとしてＨａｎｃｏｃｋが測定したものと等しい。これ は、火炎が間隙にある間電気的に強化されるという観点の更なる確認であること が提出された。火炎速度が空燃混合比と共に低下することが知られるため、混合 気が薄くなるに伴ない増加される時間は一定となる。２．４　ｍｍ／ミリ秒の火 炎速度は、４０ｃｍ／秒のガソリンの火炎速度の６倍であり、初期火炎の６倍の 膨張効果と対応する、即ち火炎の温度は気体温度の６倍となる。 最後に、Ｈａｎｃｏｃｋ等は、点火時期および間隙中の関数として周期単位の変 化（ＣＢＣＶ）における差異を図解している。特に、顕著な差異が、間隙中が３ ．０ｍｍの場合（差異が認められない場合の０．９　ａｍと対比）の上死点前（ ＢＴＤＣ）３２および５５°の点火時期と対応するＣＢＣＶ対アーク持続時間の カーブの形状および大きさの双方において見出される。ここで、この差異が電界 の強化効果によるものであること、即ち７．５の圧縮比の機関の略々三分の−の 負荷設定において、３２および５５°のＢＴＤＣでは、空気密度がそれぞれ略々 ２および１気圧の圧力のシリンダ内の付加圧力と対応することが表明される。　 ３．０　ｍｍの間隙中および５００ポルトの仮定されたアーク電圧の場合、この 空気密度は更にそれぞれ７５０および１，５００ボルト／ｃｍ／大気圧（ｖ　／ ｃｔａ／　ａ　）の電界強さと対応する。しかし、これは本発明の教示と正確に 一致すること、即ち、７５０　ｖ　／　ｃｔｒｒ／　ａの値においては、電界の 強さが前記間隙内の火炎を誘起する上で限界的に有効であり、２０％の貧弱なＣ ＢＣＶでは比較的平担なＣＢＣＶ／アーク持続時間カーブを生じるが、１．５０ ０　ｖ　／　ｃｍ／　ａの場合は、電界の強さは全く有効で、火炎が前記間隙内 にあり（￥４界の誘起を受ける）時間と対応する０、５ミリ秒において１０％ま でのＣＢＣＶにおける鋭い降下を示している。０．９１１１０１の間隙中の場合 は、ＣＢ　ＣＶ／アーク持続時間カーブの挙動における差異は、次に説明される ３２および５５°のＢＴＤＣにおける点火時期では示されないが、これは電界が 両方の場合において非常に高い、即ち両方の場合において強い誘起を生じる２、 ５００および５，０００　ｖ　／　ｃｔａ／　ａであるためである。 従って、本発明は、間隙サイズの増加（電界が８００ｖ　／　ｃｒａ／　ａより 減じる地点までは増加されない）に加えて、電極の間隙領域を増加し、このため 対応算して電界の強化された火炎の移動長さおよび火花め持続期を増加すること により、標準的な点火システムを最適化する働きがある。このような場合、火花 電流は典型的に約２００ボルトの放電電圧と対応する約３００ｍＡの値から始め 、徐々に降下して電圧を増加しかつ電界誘起効果を増加する。Ｗ、理においては 、このような増強は制限のない経路長さに対して拡張できるが、実際の制限は維 持できる電界の強さである。 第２図は、低電流の電界の強化された従来の放電点火、即ち本発明のＥＣＤＩＢ 様を更に最適化して使用するために適する火花プラグの部分縦断面図である。 このプラグは、それ自体接地電極がないという点において第１図に示される従来 技術のプラグとは実質的に具なり、またこれが耐腐食性のある金属プラグ先端部 、即ち以下に定義される少なくとも長さ２Ｌ１において略々一定の約１．５２乃 至２．０３ｍｍ　（０，０６乃至０．０８インチ）の厚さの電気的に絶縁性のあ る層２８により覆われた直径が典型的に約２．２９ｍｍ　（０−０９０インチ） である軸方向に配置された導体２１上に取付けられた（略々平担な外側面２９ｂ を持つ）耐腐食性の大きな金属プラグ先端部即ち「ボタン」２１ａを含むという 点において第１ａ図の従来技術の形式のプラグとは大きく異なっている。層２８ の外表面には、約０．５１乃至１．０２ｍａ＋　（０，０２乃至０．０４インチ ）の範囲の均一な距離だけ中心ワイヤ２１から隔てられた突出する円筒状の端部 ２３ａを含む導電性のあるプラグ・シェル２３が配置されている。ボタン２］ａ と端部２３ａの底部との間の軸方向距離として定義される長さ「Ｌｌ」は、約１ ．５２乃至３．０５ａ＋ｍ　（０，０６乃至０．１２インチ）の範囲内にある。 ボタン２］ａの円筒周部の一部は、先端部から遠去かる方向にワイヤ２１の軸心 に対して約４５°の角度で円錐台２９ａを形成している。従って、略々円環状の 間隙２７が円錐台２９ａと部分２３ａ間に形成され、必要に応じて大きな点火容 積を提供する。ボタン２１ａの周部な円錐台として形成することにより提供され る形状は、更に重要な２つの利点を供する。即ち、間隙２７における電界を強化 すること、およびにッケル合金であることが望ましいボタン２１ａの比較的大き な質量の故に）点火火花からの表面腐食の悪影響を減じることである。 第２ａ図は、中心部の導体２１ｂが絶縁層２８ａで包囲され、いくつかのローブ ２６ａ、２６ｂ　、　２６ｃ　、　２６ｄが絶縁体２８ａの表面に小さな間隙ｇ ｏを形成することによりこれら間隙における電界を強化する第２図のＣ５により 第２図のプラグ先端部を調べると、その火炎経路の長さおよびこのためその電界 強化容積が第１図のそれよりも著しく大きいことが判る。この電界が強化された 容積はまた、比較的小さな量だけ火炎経路を増加させるという付加的な利点を有 するボタン面２９ａを横切る大きな接地電極を付加することにより増加すること ができる。しかし、この利点は、大きな熱吸収接地電極の短所により更に相殺さ れ、電力の供給が比較的少ないため、比較的長い火花の持続期間を提供すること が更に容易となる。火花および電界を相互に平行にすることに対してこのプラグ 先端部の形状により決定される相互にある角度を呈することもまた不利となる。 図示された望ましい構造においては、火花２４はシェル部分２３ａと絶縁体の表 面２８との間の間隙ｇｏにわたる局所的な初期絶縁破壊を形成し、前記絶縁体を 横切って略々全点火電圧が加えられる。従フて、局所的な放電プラズマは（他の 電極を求めて）絶縁体の表面に沿って移動し、それ自体をボタン２］ａ上に止め て電界線２６に対してほとんど直角の火花方向を規定し、火炎前面２５（クロス ハツチで示される）は電界線２６に対して徐々に平行になるよう遠去かるように 移動する。火花２４は略々電界に対して直角である故に、比較的高い初期（過渡 的）アーク電圧ｖ　ａｒｃが得られ、０．Ｉ　Ａにおいて通常５００ボルトの１ 蚤となり、このため放電サイクルの一部の間にある間隙長さ「Ｌｇ」にわたり比 較的高い電界を生じる。 更にまた、第２ｄ図に関して更に詳細に論述するように、火炎前面２５に対する 結合が改善されるが、これは電界線２６が火炎前面に対して（火花から遠去かる ように）徐々に更に平行となるためである。更に、ディストリビュータが使用さ れる自動車の用途においては、第１Ｏ図に関して論述するように、更に大きな火 花間隙電圧Ｖａｒｃ　　（ロータの間隙電圧Ｖ　ｒｏｔｏｒに膀る）によって全 効率が改善される。 このように記述した（ＥＣＤ　Ｉ　）システムは、米国特許出願第６８８，０３ ０号において述べたＣＤＣＣ形式の点火システムに対する修正を用いることによ り更に改善される。提案されたこの修正は、従来のシステムにおいて用いられた 一次巻線数の略々５倍、および−次エネルギの蓄積キャパシタンスの約半分を用 いて、従来の（ＣＤＣＣ）システムの略々１／８の初期ピーク電流即ち３００ｍ Ａおよび正弦波の周期の略々５倍（例えば、０．４ミリ秒）を正弦波電流に与え る。このように、３ミリ秒の持続期間の点火放電が８回の完全振動で容易に達成 することができる。コイルの巻線比は５０、キャパシタンスは、約３５０ボルト まで充電されて０．３ジュールの蓄積エネルギを生じる４μＦであることが望ま しい。 このような修正されたコイルに対する実際の構造は、断面が約６４５　ａ＋ａ＋ ２（１平方インチ）、巻線長さが約６３．５ａ＋ａ＋　（２，５インチ）であり 、＃１４番手の一次線（＃１３乃至＃１５）を約１００回、および＃２８番手の 二次ワイヤを５，０００回巻いて６０乃至８０％の非常に高い全効率を提供する 標準的なＵ字形コア／１字形バーの組合せを使用することが望ましい。このよう なシステムは、例えば２０：１乃至２１：ＩＡＦＲの如き中程度の稀薄燃焼が要 求され、またコスト（以下に述べるＯＥＭに更に好適なＰＦＤＩシステムに対し て）が更に重要である仕様変更用途において特に関心の対象となろう。 この修正された点火システム（以下においては、しばしばＥＣＤＣＣと呼ばわる ）は、第２ｂ図、第２Ｃ図に示されるように多重パルス点火モードで使用される ことが望ましく、同図においては参照番号１２２および１２３が正弦波電流の２ つの半分を表わし、参照番号１２２ａ、１２３ａが対応するアーク電圧波形を表 わし、４００μ秒の周期およびパルス間の期間が１００μ秒（即ち、０乃至２５ ０μ秒）であり、その結果以降の「火花Ｊ　１２４　／１２５　、１２６　／１ ２７等は更に可能な改善のため移動火炎前面プラズマに形成する機会が生じるよ うにする。明らかに、３００ｍＡは強い初期火炎前面を生じる最初のピークとし て選定されたが、電流の正弦波の性質は２００ｍＡにおいて重要な持続期間を生 じ、こわにおいては電界の強化は電圧１２２ａ／１２３ａと同程度に大きい。連 続的な半波形の電流ピークが徐々に２００ｍＡまで減衰すると、電圧は最大値を とりこの値において略々平坦（一定）となる、即ち電圧波形１２２ａ、１２３ａ 、　１２４ａ、　１２５ａ、１２６ａ、　　１２７ａが徐々に平坦となり、火炎 の最大強さにおけるピーク電圧付近でより大きなアーク時間が責やされるため、 電界の強さは最大となる。第１ｂ図においては、今定義したＥＣＤ　Ｉシステム か必要に応して定義されたＴＧＤ領域内で作動されることが判る。 このようなＥＣＤ　Ｉシステムの典型的なエネルギ供給速度は　１００ワツト、 即ち平均電流を２００ｍＡおよびアーク燃焼電圧を５００ボルトとすると、標準 的な点火の５倍となる。電力供給速度を増加するため、独立変数を修正する、即 ち火花電流または火花間隙の大きさを増加することを試み勝ちである。しかし、 （間隙は一定のままで）火花電流を増すと、（全利得を零として）電圧の低下お よび電界の強さの低下を伴なう。間隙サイズを増すと電界の強さを低減する。 示唆されることは、エネルギ供給速度を増すためには他の試みを行なわねばなら ないことであり、これが本発明の他の特質即ちＰＦＤｒ特性をもたらしたのであ る。この特質においては、電界放電の強化（ＥＣＤ　Ｉ　）が打切られ、米国特 許出願第６８８，０３０号のＣＤＣＣシステムにより（実際に、コスト効率のよ い方法で）提供することができる数アンペアのピークである進かに大きな電流が 使用される。この比較的低いアーク燃焼電圧は、第２図のプラグ先端部を第２ｄ 図に示されるものまで更に延長することにより増加され、火花に対し約５００ワ ツトの更に高い電力を提供するが、電界が小さな時は初期火炎前面に対しては比 較的小さな電力を提供する。その結果、（本発明のＰＦＤＩ態様に到達するには ）別のステップ、即ちプラグ構造、燃料燃焼特性、火花放電特性および点火シス テムの特性に限定されるのではないがこれを含むパラメータの調整と関連して点 火を反復的に脈動させることにより火炎前面において実際のプラズマ放電を形成 することが行なわれる。以下は、本発明のＰＦＤＩ態様の望ましい実施態様およ びその作動原理の理解のため必要な分析の説明が続く。 同じ番号が（第２図に関して）類似の部分を示す第２ｄ図においては、典型的に 約５．０８＋ａｍ　（０，２インチ）と等しい長さＬ２だけシェル２３を越えて かなり延長されたプラグ先端部３０が示されている。先端部３０は間隙３０ａ（ 巾ｇｌ）に比して長いため、電界線２６は火花６部２４ａ（キャパシタンス火花 成分）の大部分に対し略々直角をなし、こわが（状況に応じて）存在する火花あ るいは残余の火花即ち火花残部に対する電界の結合を減じる。 このような形態においては、強化された点火を生じるために必要である（が、充 分でない）条件のいくつかが確保されるが、火花放電と関連する電界が火炎の強 化を提供する先に述べたＥＣＤ　Ｉ型についてのものではなく、むしろ火炎前面 プラズマ自体が点火プラズマとなる「パルス化火炎放電点火」についてのもので ある。即ち、クロスハツチ線で典型的に２５ａ、２５ｂ５２５ｃにおいて示され る火炎前面が火花２４ａよりも電界に対して平行な道かに多くのその前面を有す るため、また火花が電界即ち直角方向成分Ｅｎを排除しようとする本例では優勢 である非常に高密度のプラズマであるため、有効な結合が火炎に対して生じ得る が、初期の絶縁破壊後は火花に対して電気エネルギはほとんど結合され得ない。 しかし、放電電界が低い（１乃至３Ａの比較的高いピーク電流に対して）ため、 火炎前面自体が放電プラズマとなるように点火がパルス化される別の（ＰＦＤＴ ）の試みが用いられる。換言すれば、火花、火炎プラズマ、点火および電界（一 部はプラグおよび取付は構造部の形状により支配される）を用いて、この用途に 設計されかつ正確にパルス化されたＣＤＣＣ点火システムにおいては、弱い非常 に稀薄な火炎に対して数百ワットの電力を供給して大きな比率の火炎誘起を生じ るため、点火放電を火炎前面にわたって生じるようにさせることができる。 更に、第２ｄ図のプラグ先端部の望ましい実施態様は、円の略々９０°の弧を表 わす面２９ａでボタン２１ａにおいて終る直径が約２．２９ｍｍ　（０，０９イ ンチ）を持つ中心部導体２１を持つことが望ましい。プラグ・シェルは、シリン ダ・ヘッドの面２２ａから約２５．４１１１１　（１インチ）の１／３２乃至３ ／３２だけ凹んで、長さ「Ｌ２」の略々三分の二である「Ｌｏ」で示される長さ を画成することが望ましい。絶縁体２８は、その面が略々垂直（導体２１に対し て平行）であり、その厚さが約１．５２乃至２．２９ｍｍ（０，０６乃至０．０ ９インチ）である。間隙ｇ１は、約０．５１乃至１．５２ｍｍ　（０，０２乃至 ０．０６インチ）の範囲内にあり、望ましくは約１．０２ｍｍ　（０，０４イン チ）である。このような形状により、火花２４ａの形成は電界に対してその大部 分が直角をなして生じる。第１の火炎前面２５ａは、第１の火花放電の端部にお いて火花６部２４ａを包囲する銹導領域２４ｂから結果として生じる。火炎前面 ２５ｂおよび２５ｃは、図に示した尺度においてＩＩＩＩＩＯだけ隔てられ、火 炎速度を倍加する中速（１，００ＯＲＰＭ）の機関速度が生じる空気流を仮定し て、火炎前面位置を】／４および】７２ミリ秒後に表わす。このように、火炎前 面２５ｃは電界に対して非常に強く結合するが、これはその前面が電界に対して ほとんど完全に平行であるためであり、この電界は図に示した形状の故に比較的 大きな強さを有し、即ち経路長さｒＬｇＪが長さ「Ｌ」よりも僅かに長く、電界 の大きさ「Ｅ」がＥ＝Ｖ／Ｌｇ（但し、■は導体２１ａにおける電圧）で与えら れる。 更に、図に示されるように、火炎前面２５ｃの場所には電界線（線２６の集合） のいくらかの収束があり、この火炎前面における放電の形成を更に助ける。この ように、もし点火が反復的に例えば１／４ミリ秒毎にオン／オフパルス動作して 火炎前面が２５ｃにより示される場所にある時はオンのパルス動作が生じるよう にするならば、放電が火炎前面２５ｃ内に形成されることが前提となる。この状 態がどんな程度に生じさせられるかは、一旦火炎前面プラズマおよび他の特性が 検討されればより正確に定義することができ、これは第３図乃至第６図に関して 、また更に点火システムの特性に関して記載した望ましい燃料との関連で有利に 行なうことができる。このため、パラメータの適正な設計および選定により、は とんどの燃焼システムにおいて使用される非常に存効なＰＦＤＩシステムを開発 し得ることを示すことができよう。 第３図は、−次元の炭化水素（ＨＣ）燃料／空気の火炎前面における種々の空間 的分布を示している。 図には、参照番号３１により識別されるその前縁部を画成し、更に熱放出カーブ ３３（点！り、温度カーブ３４（鎖線）および火炎前面プラズマの濃度カーブ３ ２即ち密度ｎ（ｘ）（実線）により画成される火炎前面が示されている。火炎前 面プラズマの巾３６（ｘ（０））は反応区域の巾と対応している。同図に示され ることは、ＨＣ燃料／空気の火炎の化学／イオン化性であり、これは密度濃度カ ーブｎ　（ｘ）がその前縁部を熱放出速度カーブ゛３３の前縁部と一致させるこ とを示している。 これらカーブの後縁部はまた、初めは一致し、次いで発散して、第４図に関して 論述する電子／イオンの再結合プロセスにより支配される密度カーブの尾部３２ ａを形成する。更に完全にはｎ　（ｘ、φ、ｆ）として表わされる密度間数ｎ　 （ｘ）は、更に、空燃混合気の相当空燃比率「φ」およびＨＣ燃料ｒｆＪの種類 に依存している。 化学／イオン化が全てのＨＣ燃料／空気の燃焼の特異な化学的イオン化現象特性 であることを認識すべきであり、このことは略々３０年前に発見され、燃料にお けるＣ−Ｈ＠台の存在に依存することが判った。 更に、ＨＣ燃料／空気の火炎前面プラズマ密度ｎ（０゜φ、ｆ）（あるいは、簡 単にはｎ　（０）　）のピーク値が熱的な問題において示される値よりも６倍の 大きさであることが化学的に生じるため判った。本目的においては、火炎前面プ ラズマ密度は、点火および燃焼プロセスにおける重要な考察において充分な大き さである。 ここで、この密度は点火の固有部分であること、適正に考察され実現される時稀 薄燃焼間則の解法に対する主塾な要因となることが要求される。点火の電気的理 論においては、欠落した要因である。 第３図に関して、下記の如く定義できる。即ち、ｘ　（１）　＝カーブ３２ａが ある予め定めた低い値まで減衰した値として定義される尾部の巾 全プラズマ（電子）カウントである。 燃料のオクタン価パラメータと類似する火炎前面プラズマ価の表示は、特性因数 ＰＦおよび密度因数ＤＦに関して燃料ｒｆＪのプラズマ価パラメータｒＰＲ（ｆ ）Ｊとして定義することができる。即ち、ＰＦ　（ｆ）＝　Ｃ特性回数ＰＦ］＊ ［密度因数ＤＦ］ＰＦ＝　　［２＊ｎ（０）＊ｘ（０）／Ｎ（Ｘｉ）］ＤＦ＝　 　１０＊Ｉｏｇ　［ｎ　（０，φ＝０．６．ｆ）］但し、ｌｏｇは「底を】０と する対数」を意味する。 暗黙の中に、典型的即ち標準的なＨＣ燃料が、添加物を含まずかつ特性因数が１ ．０（即ち、尾部におけると同量のプラズマが火炎前面に存在する）を有するＣ ／Ｈ比率が０．５であり、そのピーク密度が３５であり、相当比率φ＝０．６． あるいは２４対１のガソリンの空燃比率（ＡＰＲ）が１００１０である（但し、 「本＄」は累乗を意味する。）燃料であるものとする。このように、そのプラズ マ価ＰＲは１００に等しい。 燃料のＰＲの定義は、明らかに任意のものであるが、本発明の相関関係からの燃 料間の比較の実施を可能にするものであり、かつ理想的な燃料の特徴付けに資す るものである。上記の式が意味するものは、特性因数ＰＦに照して、反応区域２ ６（尾部に対して）内におけるプラズマが多ければ多い程よいことであり、こわ は目的が尾部（火炎の背後部分）ではなく火炎前面を電気的に誘起することであ るためである。密度因数ＤＦに間しては、目的は望ましくはＰＲ価が１００以上 であるＨＣ燃料（以下本文においてはＥＭＴ燃料と呼ぶ）を得ることであるため 、ピーク密度（１０口１０と呼ぶ）が高い程よい。 第３ａ図は、いくつかの測定結果における燃料ｆの大気圧における空燃比率φの 関数として、火炎前面プラズマ密度カーブ３７を示し、密度が化学量における１ ０１６１２からφ＝０．６　　（点３９）におけるＩＱ＊＊１０より少なく低減 することを示す。明らかなように、同図で示された値ｎ　（０，０，６、ｆ）に より記述される燃料は、本目的における使用における限界となる（約９６のＰＲ 値を表わす）、燃料特性を改善するため、例えば０．６６（即ち、ＡＰＲに対し て２２）なる比較的高いφ値で満足するか、あるいは（φ＝０．６の限界内で満 足するならば、僅かだけ）燃料を処理することを必要とする。 カーブ３８は、平均値の５倍の「増強された」火炎プラズマ密度」およびＰＲ価 １０６（即ち、点３９ａにより示される如＜　ｎ　（０，（１６、ｆ＋　）　＝ ４＊ＩＯ＊＊ＩＯを持ち、また特性因数ＰＦが１．０で不変である）を有するＥ ｕＴ燃料ｆ１を表わす。このような燃料の修正の有効性については、本発明にお いては最初の点火火花の発動に続いて火炎プラズマが完了する特性である火花の 時間的なプラズマの減衰特性に関して本文で論述しよう。 第４図は、（約８０μ秒の振動期間を持つ）ＣＤＣＣシステムにより形成される 火花の場合に対応するｎ（ａｒｃ、ｔ）として示される単一の火花４２の時間的 な密度の分布、およびそれぞれ１．０　、’０．８．０．７　、０．６なる相当 比φを有する４つの火炎プラズマ４３．４４．４５．４６の仮定された時間的な 密度の展開の対数を示す。 アークのプラズマ減衰速度は、主概念である下記の再結合式により支配される。 即ち、 ｎ　（ｔ）−ｎ　（０）／　［１＋ｎ　（ｏ）＊α＊ｔ］但し、温度の３乗の逆 数で増加するαは、火炎の温度および低電流（１−１０Ａ）アークに対する値と 対応する２　＊　ｌＱ本＊　（−７）　ｃｍ”　７秒とされる。 変数のｔからＴ（但し、Ｔは５０μ秒単位で表わされた時間、ＣＤＣＣ点火シス テムの点火パルス間の典型的な時間の四分の−であり、かつ１から３ｍ秒への典 型的な火炎速度時間スケールと対応する時間より逢かに小さい）へ変化させて、 上式は下記となる。即ち、ｎ　（Ｔ）　＝ｎ　（０）　／　［１＋ｎ　（０）　 掌（３０＄１−１１）＊Ｔ）強さの容量火花成分を持つ１気圧の圧力における火 花プラズマは、１０＊＊１８／　ｃａ＋３（ｃｃ）の初期アーク密度を持つこと が予期され、従って上式は下記となる。 即ち、 ｎ　（Ｔ）　＝　（１０傘＊１１）　／Ｔ　　但し、Ｔは５０μ秒単位の時間で ある。このため、問題となる時間スケールにおいては、密度の値１０本本１］／ ｃｃは密度のスケールとなり、即ち火炎プラズマが完了しなければならない値と なるが、これが本発明の主概念である。 第４図のカーブは、先に定義した時間スケールＴの一部における減衰するアーク ・プラズマの密度の尾引き４７を満たすように生じる化学量論的なＨＣ／空気の 火炎に対する火炎プラズマ密度４３を示しており、またφ＝０．８の中程度の稀 薄火炎においてはプラズマ密度カーブ４４が約１．０Ｔの尾引き４７を満たし、 φ＝０．７の非常にｆｔ＃Ｊ薄な火炎においては、密度カーブ４５は約２．ＯＴ における尾引き４７を満たし、φ；０．６の極端に薄い火炎においては、密度カ ー１４６は決して火花尾引き４７には達しない。非常に一般的な方法において、 第５図に関して更に正確に行なわれるように、有効な火花点火と火炎のプラズマ 密度との間の関係を推論することができる。 第５図は、φ比率が０．７の典型的なＨＣ燃料、即ちＡＰＲが２１対１のガソリ ンを用いる燃焼室内における第１ａ図のＥＭ点火型火花プラグにおける３００μ 秒毎に脈動するＣＤＣＣ型の多重脈動点火の火花および火炎プラズマの時間的な 対数の密度分布を示している。時間は、最初の火花の終りで始まり、その減衰５ ２および火炎プラズマ５６の形成を示す。この火炎プラズマは、正弦波形の火花 の終了後の電界の形成の結果として生じ、これが電界エネルギ（第１ａ図に示さ れたＥＭ制御容積内）と結合する。火炎プラズマ密度は、点火がビーク５６ａに 再び発火すると同時に増加するが、これは以降の火花形成５３の初期段階に先立 つ、またその間の初期の高い電界の故である。この過程は、火炎プラズマが次の 火花５４に先立ちカーブ５７で示される如く生長すると共に継続する。 次に、もし火花脈動過程において火炎６部が依然としてＥＭ制御容積内にあるな らば、火花プラズマ５５および火炎プラズマ５８の代りに、火炎前面において放 電が生じ得、道かに低い火花プラズマ５５ａ（前の火花場所における）と、道か に高い「火花」火炎プラズマ密度５８ａを生じる。この過程は、もし燃料が高い 燃料／空気の火炎プラズマ価（ＰＲ）を生じるように変更されか、あるいはプラ グ先端部が第２ｄ図に関して論述した原理に沿って再設計されるならば、強化す ることができる。このように、例え標準的な未修正のＨＣ燃料を用いても、注意 深くシステムを（第２ｄ図のＰＤＦＩシステムに）設計することにより、数百ワ ットまでを火炎前面に供給して火炎を大きく誘起するカーブ５８ａにより示され る「火炎点火」効果を生じることができる。 第６図は、標準的なＨＣ燃料の火炎６１および燃料を修正することにより達成可 能な他の火炎の空間的ブラズマ密度特性を示す。最も簡単かつ最も有効な修正は 、化学的イオン化が一般弐〇ｎＨ２ｎ−６を持つ芳香旌燃料群（ベンゼン誘導体 ）において最大となるＣ／Ｈ結合と関与する反応に基くことから、燃料の火炎プ ラズマ密度は１つのＣ／Ｈ比率において最大となることが知られるため、燃料の Ｃ／Ｈ比率を実際のものに近付けるように増加することである。 今日作ることができるＥＭＴ燃料の１つの特定の事例として、典型的に（平均８ つの炭素原子に対し１８の水素原子を持つ燃料を表わす）　０．４５のＣ／Ｈ比 率を持つ安価な低オクタン価の燃料が取上げられ、式ＣフＨ８を持つ芳香族メチ ル・ベンゼン（非常に高いオクタン価を持つ）を約２０％添加し、０．５よりも 少し大きなＣ／Ｈ比率（および非常に高いオクタン価）を持つ燃料が得られ、こ れは高圧縮比の稀薄燃焼機関において有効なＥＭＴ燃料として分類される。 カーブ６２は、１に近いＣ／Ｈ比率を持つ燃料における予期された密度特性ｎ２ を示し、約ＩＱＳ付近のＰＲ価を持つ優れたＥＭＴ燃料である。カーブ６３は、 数ｐｐｍの量のセシウムまたはカリウムの如き低イオン化性のアルカリ金属を基 剤とした火炎の密度特性である。 ピークのイオン化値は非常に高い（さもなければ、約１２０のＰＲ価に至る）が 、尾部は非常に低い再結合係数の故に非常に太きため、ＰＲ価は５０より小さな 受入れられない値となる。一方、リチウムおよびナトリウムはセシウムおよび力 °リウムの１０倍の再結合係数を持ち、（燃料中におけるその微量の塩類あるい は有機化合物の形態において）これらは密度特性ｎ４および６０と１００の間の ＰＲ価を持つ６４の如きカーブを生じることになる。ある芳香族物質（これまた オクタン価を増強する）を用い、また僅かに微量（１ｐｐｍ以下の程度）のアル カリ金属のリチウムおよびナトリウムアルアリ および舎÷今→土類金属カルシウムのグループから選択された金属の化合物を用 いるある特別の仕様により、密度ｎ５のカーブ６５における如き１１６なるＰＲ 価を得ることができる。このＰＲ値は非常に高く、本発明のシステムにおいて非 常に薄い混合気を燃焼する際使用される理想的なＥＭＴ燃料を呈示する。 本発明の燃料の特質（火炎プラズマ）をこのように理解して、ＰＦＤＩシステム に関してシステムの残部を統合するため、次に分析を行なう。初めに、第２ｄ図 のプラグ先端部（こわによりＰＦＤＩシステムが定義され、以降の論議において そのように呼ぶ）の絶縁層２８の側面がワイヤ２１の軸心に対して略々平行であ るものとして、接線成分Ｅｔおよび直角成分Ｅｎの関係が電界Ｅｓに関して下記 の如く展開される。 即ち、 Ｎ　ｅ　＝　１０＊＊Ｉ２／　ｃｃを単位として表わされる電子の密度Ｗ　Ｐ　 ＝　１０＊＊９を単位として表わされるプラズマ周波数Ｎｕ＝　１気圧において ３ネｌＯ本本１１とすることができる電子／中立衝突周波数 ｆ＝作動周波数 にｒ＝−敗北された複素数の比誘電率の虚数部（損失部分） ＷＰ”２＊π＊　ｓ　＊　５丁１１Ｔ；　ｗ＝　ｚ　＊π＊ｆＥｔ＝Ｅｓ Ｅ　ｎ　＝　Ｅ　ｓ　／　Ｋ　ｒ　　これはＫｒ傘＄２がこの場合非常に大きい ためである。 実際の場合を考えるのが有効である。即ち、ｆ＝１００　ＫＨｚ　、　　Ｎｅ＝ ３＊１０＊＊１０電子／ｃｃ（にｒ＝１０、Ｅｎ＝Ｅｓ／１０を与える） 即ち、電界Ｅｎの直角成分は付随成分Ｅｔの１０分の１である。 火花プラズマの減衰のための以前の式に基いて、ｎ　（Ｔ）　＝　（１０＊＊１ １）　／ＴＮ　ｅ　＝　３　＊　］Ｏ率＊１０と対応するｎ　（Ｔ）の値が３． ３＊Ｔ即ち１６５μ秒であることが判る。第３ａ図から、このＮｅの値は、標準 的なＨＣ燃料におけるＡＦＲＰＲ価：１と対応することが判る。これらの値から 、空燃混合気の比率２１：１（相当比率φ＝　０．７）において、点火が前の火 花の終りから１６５μ秒の遅れの後再び着火されるならば、この時電界の強さお よび方向を無視して、火花が火炎前面における如き前の火花の場所で同様に形成 することを推論できる。 実際には、略々２４：工のＡＦＲ（φ＝　０．５）の更に薄い空燃混合気を点火 することが必要となり、この場合現在は入手できない理想的なＥＭ丁燃料以外で は、火炎プラズマ密度は】６５μ秒後の火花密度よりも著しく低い。しかし、電 界成分に関して本文に述べたことがこれを可能にするが、これは火炎が原理にお いて残留火花と結合されるよりも１０倍程度その前面と結合される電界を持ち得 る故である。 状況は上に述べた程にはよくないが、これは上記の分析がやや過分に簡単化した ためである。残留火花は、（火花が生じる）間隙３０ａにおいて加えられる非常 に高い電界（火花を開始する電界）を有するが、この電界は局所的なイオン化を 生じまた残留火花の御蔭で電界を歪める傾向があり、Ｅｎから推量されるよりも 残留火花長さの大部分に沿って大きな有効な電界を生じる（このために、間隙ｇ １が他の制限（即ち、電気的な絶縁破壊限界）内で実際的な大きさに保持される ことを要求する）。また、火花はＥｓに対して小さいが顕著であるその長さの大 きな部分に沿フであるＥｔ酸成分育する。これらの因子は、残留火花における電 界Ｅｎが最終的には実験的に決定され、また本目的のためには（３乃至８の範囲 内で）５に評価されてＥｎをＥｎｌに修正する１つの因子によって調整（増強） されねばならないことを示唆する。 即ち、 Ｅｎ　１　＝Ｅｎ／に＝Ｅｓ／に＊にｒ但し、１７に＝５　（あるいは３乃至８ ）第２ｄ図においては、先端部の形状は、火花６部２４ａの長さと略々等しい長 さＬｇ　（ｆｉも望ましい火炎前面の場所２５ｃと対応する）を生じるように見 え、火炎前面対心部における電界強さの比率が下式により与えられることを７ｖ 唆する。即ち。 Ｅ　ｓ　／　Ｅ　ｎ　＝　ｋ　＊　Ｋ　ｒ更に、（電気エネルギの放電を電力の 吸収が制御することを前提に）プラズマ密度比の対応する平方根により乗じられ る上記の比率が１より大きいか小さいかに従って、最後の火花のｔμ秒後に生じ る点火パルスが、初期の火炎前面あるいは残留火花において形成するという控え 目な仮定を行なうことができる。火炎／火花比率に対してＦＳＲとして示される 比率が下式により与えられる。即ち、 ＦＳＲ＝　　［に＊　Ｋｒｌ　＊　　［ｎ　（ｆＪａｍｅ、φ、ｔ）　／　ｎ（ ａｒｃ、ｔ）］但し、上記の密度の表示は第４図において示される。 第１の順位として、火炎の密度は（与えられた相当比率に対して）一定とするこ とができ、火花の減衰式を代入すると。 ＦＳＲ＝　［ｋ＊にｒ］＊　　［ｎ（ｏ、φ、ｆ）　本Ｔ］但し、ｎ（０，φ、 ｆ）は１０本＄１１を単位として表わされる。例えば、ｋ＝０．２．にｒ＝ｌｏ 、Ｔ＝４（２００μ秒）　、ｎ　（０，０，６、ｆ　）　＝　　０．１　（１０ ＊ｔｌｌを単位として）の場合、 ＦＳＲ＝［０，２本　１０］　ネ　　　　［０，１＄　４］＝２＄０．６３＝１ ．３ となりで、火花は３０％以上となりこれらの条件下の前の火花場所よりも火炎場 所において更に形成しようとすることを示唆する。 明らかに、上式は正確な理論ではなく、最終的には実験に基いて調整されねばな らないが、本発明のＰＦＤＩシステムの設計のために非常に有効かつ重要な方向 付けとして役立つ。 最後に、火花の】６５μ秒後の火炎の位置について（第２ｄ図の火炎前面２５ａ 、２５ｂ、２５ｃに関して先に実施された手順に従って）考察しなければならな い。 ＣＤＣＣシステム自体の火花は、典型的には初期の２乃至３Ａのピーク電流、例 えば２つの初期の全正弦波形の振動を有し、火炎領域２４ｂとして外方へ拡張し て最初の火炎前面を更に望ましい場所２５ａへ移動させようとするが、ピストン 運動により生じる空気の流れの結果として、１．６　ｍｍ／　ｍ秒として引用さ れた火炎速度Ｖｆ−は機関においては更に大きな値をとることになる。即ち、６ ００ＲＰＭの機関速度において８ｃｍのピストン行程を仮定するならば、平均ピ ストン速度は上記の引用火炎速度である１、６　＠ｍ／　ｍ秒（および稀薄混合 気の機関運転のための典型的な進められた点火時期と対応する４５°のＢＴＤＣ におけるピストン速度）と等しい。このように、下式において、機関速度Ｓプラ ス１、あるいは更に控え目にＳに略々比例して増加するように初期の機関火炎速 度ＶＥｆｉをとることができる。即ち、 ＶＥｆｉ＝Ｃ１＊Ｓ＊Ｖｆ 但し、Ｃ１は０と１の間にあり、火炎の方向に沿ったピストンが誘起する流体運 動の成分を表わす。 このことは、２５ｂ、２５ｃにより表わされる火炎位置が、それぞれ（１／２な る典型的なＣ１の値に対して）１．８００および３．６０ＯＲＰ　Ｍにおける第 ２の火花パルスと対応することを暗示する。従って、１．８０ＯＲＰ　Ｍにおい ては、第３の点火パルスが（ここで論述しつつある諸条件に対して）火炎前面内 の放電を最もよく形成しそうなものであり、また３、６０ＯＲＰ　Ｍにおいては 、これは第２のパルスである。火花プラグ位置における高度の乱流あるいは強い 衝突あるいは渦巻の条件下では、速度ＶＥｆ　ｉは明らかに大きくなるが、これ はこれらの流れがピストン速度よりも大きな火炎前面の運動方向の速度を与える ことができ、ｌより大きなＣＩの値を生じるためである。 ＦＳＲについての上記の式は、火炎前面がその前面を点火の再着火と同時に火花 プラグ先端部付近の電界に対して略々平行にすることにより画成される望ましい 位置にある時に、火花が再び着火することを前提とすることを知るべきである。 上記の論議から。 火炎の運動が形態式の右側における乗数因子によりＦＳＲの式に明らかに含み得 ることが明瞭である。 即ち、 ｌ／［１＋Ｃ２／（Ｓ＊Ｔ）］ 但し、Ｃ２は１かう５までの範囲内の定数である。 最後に、火花プラズマ再結合係数「α」の値に関してなされた臨界条件について は、生じた情報に照してここで再評価しなければならない。このαの値は、ピー ク火炎前面温度である約２．０００°Ｃと対応するものと仮定された。本文で提 起される点火法においては、これが適正な仮定であることが自明である。 グロー放電の場合は、中性およびイオン系統の温度が気体温度に近い。アーク放 電への遷移が行なわれる際、イオン温度が上昇し、】乃至１．ＯＤＤ　Ａの範囲 内の電流において１，０００乃至＋０．０００°Ｃの値となる。（火花と関連す る）再結合係数αの最大値を維持するためには、ピーク・アーク電流が低く保持 されることが望ましいことが明らかである。しかし、（論議中のＰＦＤＩシステ ムの）ＣＤＣＣ点火の場合、このことは、主要火花エネルギが１乃至３Ａの電流 の範囲内で供給される際に妥当する。 従って、残る全ては、通常は初期の火花６部の点火能力を最適になるよう最大化 される高いピーク容量電流が、（他者が引用する１、０００　Ａではなく）第７ 図および第８図から判るように行なわれる１０乃至２００Ａの値に保持されるこ とを保証することである。 このことは、プラグ先端部付近の優勢な温度が低電流アークのアーク電流温度と 同様な値である火炎温度であるため、またＰＦＤＩ効果が典型的に（冷却のため 初期容量火花チャネル時間を与える）初期ピーク容量電流の数百μ秒後に生じる ため、前もそうであったようにαの値を選定することは適当な仮定である。 ＰＦＤ　Ｉ効果を最適化するため火炎前面における放電の形成を強化する諸因子 は下記の如く要約される。 即ち、 １）炭化水素燃料のＰＲ価を、（良好なＥＭＴ燃料となるように）約１００以上 まで上げること２）初期火炎前面に対しより大きな速度が与えられるように、（ プラグ周囲のその運動を妨げることなく）火花プラグの場合における渦巻、衝突 あるいは望ましくは微小乱流の導入により流動係数ＣＩをやや増加すること ３）（ピストンが生じる流体運動の大きな成分が初期火炎前面に対し直角の方向 に現れるように）火花プラグの軸心をしてピストンの運動軸心に大きな角度を最 小にして、ＰＦＤＩ効果が、初期火花が燃焼室内および空燃混合気の流動域にお けるプラグ位置に関して形成されるプラグの周囲における場所に対し比較的鈍感 となるようにすること ５）例えば火花開始間隙の片側のみにおける非対称ローブ（第２ａ図参照）を用 い、また火花がＰＦＤＩ効果の形成に関して最も望ましい位置関係に形成される ようにプラグ位置を決めること ６）残留火花の大きさを最小にしながら点火を保証するため、中程度に大きな初 期の容量性電流を生じるよう高電圧点火回路を設計すること ７）火花プラグに対する平均電力供給を更に減少するため限られた用途であるが 、低速から中速の機関ＲＰＭに対してパルス間の時間を４Ｔあるいは５Ｔ（２０ ０または２５０μ秒）に増加して火炎前面がより良好な位置へ移動すると共に残 留火花密度を低減するため火炎前面により多くの時間を与えること ８）周波数ｆの値を上記の仮定値１００にＨｚから５０にＨｚ以下に減少させる 、例えば２５０ｐＦの高出力容量（コイルにおいては例えば１００ｐＦ、ブーツ において１００ｐＦ、およびプラグにおいては５０ｐＦ）を用いることにより（ Ｋｒを増やしてＥｎｌを減じる）周波数ｆを減少させること ９）特に第２ｄ図および第７図に示されるように、火花プラグ先端部を設計して 、残留火花との結合を更に減じ、火炎前面プラズマとの結合を増加させるように パラメータを調整すること。 第７図および第８図は、上記の諸効果を最適に達成するための実際のプラグおよ び実際の容量ブーツを示しており、また再び同じ参照番号が類似部分を示す第２ 図および第２ｄ図のプラグ先端部設計を実質的に含んでいいる。第７図および第 ８図のプラグの先端部は、それぞれ第２ｄ図および第２図の先端部と対応するよ うに任意に選定されている。第７図に示されたプラグは、電気抵抗を最小にしか つ電気容量および熱伝達を最大にするよう設計された中心電極構造を除いて、第 ８図において使用可能なプラグの一例の詳細図である。 １４ｍｍの標準プラグに基く第７図の望ましい実施態様は、コネクタ７４で終る 大径的６．３５１１１１Ｏ（０，２５インチ）の上部７１ｂと、大径が約８．１ ３＋ａｍ　（０，３２インチ）および約３．８１ｍｍ　（０，１５インチ）の中 間直列部分７１ａ　、　７１と、直径が約８．１３ｍｍ　（０，３２インチ）の ボタン２１ａで終る小径が約２．２９　＋ｅ＋ａ　　（０，０９インチ）の下部 ２１とからなる中心部即ち軸心ワイヤを含む。部分２１の直径は、振幅が大きく 周波数が高い（ＭＨｚレンジ）の容量性電流を極端に制限する程小さくないが、 より良好なＰＦＤＩ効果を許容（してプラグ先端部の小さな全直径を提供）する よう小さくされる。上部７１／７］ａ（および７１ｂ）は、容量性電流に対し小 さな抵抗を、またそれぞれプラグ・シェルの導通部分２３／７３により更に包囲 される部分７１／７１ａをそれぞれ包囲する絶縁層７８／７８ａに関して定義さ れる最大プラグ・キャパシタンスを生じるように大きな直径となっている。小径 のワイヤ２１は、できるだけその電気抵抗を減少し、かつニッケル合金の如き高 い耐腐食性のある材料から作られることが望ましい冷却ボタン２１ａに対する良 好な熱伝達能力を提供するため、銅から作られることが望ましい。ワイヤ７１、 ７１ａ、　７１ｂは、望ましくは容量性電流に対し低い抵抗を与えよう銅めっき を施した他の金属から作ることができる。 また、（第２図に関して述べたように）ボタン２１ａの円筒状周部の少なくとも 一部が、第２ｄ図に関して論述したようにシェル端部２３ａ（およびシリンダ・ ヘッド面２２ａ）に対して電界を収束させるため、ワイヤ２１の軸心に対し約４ ５°の角度で円錐台２９ａを形成している。このため、前に述べたように、円環 状間隙３０が円錐台２９ａとシェル端部２３ａと（第８図に関して示されるシリ ンダ面２２ａと）の間に形成され、その周囲に沿って火炎放電が点火オン期間中 円環状間隙全体を点火させるＰＦＤ　Ｉシステムの一部として生じ得る。 １４ｍｍブラダに基〈端部の望ましい寸法は、＋４１１１０１ねじを設けた主要 部に沿ワて約９．［１５ｍ５　（０，３８インチ）であるシェル内径部２３ｂ１ 約６．３５ｍ１（０，２５インチ）である絶縁体２８の先端部点火端部の外径部 、および約８．１３ｍａ＋（ｆ）、３２インチ、約０．８８９　ａｍ　（０，０ ３５インチ）に等しい間隙寸法ｇ１をもたらす）であるシェル端部の内径部２３ ｃで示される。他の図示寸法を伴なうこれらの寸法は、プラグの充分なホールド オフ電圧および最大キャパシタンスのため絶縁体７８および７９ａの約２．７９ 乃至３．０５ｍｍ（０，１１乃至０．１２インチ）の厚さを提供するが、これら の値は中心導体７］ａおよびシェルフ３間に挟まれた絶縁体部７８ａの長さを図 示した約１２．７ｃ＋＋＋　（１７２インチ）の値から約２５．４ｍ＋ｓ　（１ インチ）まで増すことにより、また更に大きな誘電係数の絶縁用セラミック材料 の使用によって更に高めることができる。ＰＦＤＩシステムの場合には約３．０ ５乃至８．１０ｍａ＋　（０，１２乃至０．２４インチ）の間（ＥＣＤＩシステ ムの場合にはその半分）に設定されるシェル端部２３ａを越える絶縁体の突出長 さしは、（ＰＦＤ　Ｉの場合と対応する）約４．０６１１１１１　（０，１６イ ンチ）として示される。 上記寸法については、これらの寸法が、火花プラグの「弁部」の直径が僅かに約 ２２．２３ｍｏ＋　　（７／８インチ）である現存する機関に適する火花プラグ の全寸法に一致するように選定されていることが強調される。明らかに、はとん どの寸法は、本文に紹介された原理に執着する限り、寸法を犬きくあるいは小さ く変更することも可能である。 本文に引用した寸法に関しては、これら寸法は一般に±１０％とされ、用語「約 」および「略々」とは寸法諸元の前に用いられる場合、これらは更に大きな範囲 を意味するものとし１例えば「約」は±２５％、また「略々」は±５０％を意味 し得る。用語「（大きさの）程度」とは、引用された数字の上下１０の因数範囲 内の通常の意味をもつ。 火花プラグの絶縁体７８／　７８　ａ　／　７８　ｂは、火花プラグの最終的な 破損に導く高電圧からの局所的なイオン化を生じないように鋭角があフてはなら ない絶縁体部７８が最初に燃焼室と連通ずる基部の接合部７６ではなく、プラグ ・シェルの最も大きな直径部７３の底端部領域８０にその座を有することが望ま しい。接合容積部７６は、一部は絶縁体の追従を阻止するため、また一部（本用 途における）は火炎前面が接合部まで移動する時その電気的な短絡効果を拡散す るために用いられる。 頂部の絶縁部７８ｂは、約１２．７ｍｍ　（４インチ）の内径を持つことが呈ま しい第８図のブーツ絶縁体９０の内径と一致する約２２．７ｍｍ（４インチ）の 外径を持つことが望ましい。この大径部もまた、既に述べたように、層７３／　 ７８ａ　／　７１ａにより画成される如きプラグ自体における最大キャパシタン スを提供するように選定される。絶縁体７８ｂはまた、封止セメント７５を収容 するため内部導体７１ｂに対して空隙（約１．２４ｍｍ＋　（０，０４５インチ ）が示される）を提供する。シェル領域７３は、望ましくは約１９．０５ｍｍ　 　（％インチ）の六角ねじおよび容量性ブーツの外側金属チューブ８６の接地点 を形成するため容量性ブーツ９０と共に使用される望ましくは１３／　１６−２ ０Ｕ　Ｎ　Ｅ　Ｆねじを設けたねじ部７２を収容する。 第８図は、第７図のプラグの別の変更例（簡素例）を示し、これにおいては第７ 図の中心部導体部２１／７１は１つの部分２１ｂに組合され、部分７１ａ７７１ ｂ（第７図）は１つの部分７１ｃに組合され、その上に新しい容量性ブーツ９０ が取付けられている。このブーツは長い絶縁体チューブ８５から形成され、その 一端部は実質的に中空の導体７１ｃの延長部を形成する金属シリンダ８４の上端 部と接触するよう着座されかつこわから延長している。シリンダ８４の上端部に は、ＥＭＩ効果が問題となる即ち３０ＭＨｚ以上のスペクトルの非常に高い周波 数端において吸収し始める望ましくは抵抗材料が装填された磁気材料の６部の周 囲に巻付けられた低い抵抗ワイヤの撚りとして形成された望ましくはＥＭＩ抑制 誘導巻線８７ａを含む火花プラグ・ワイヤ８７が結合されている。ワイヤ８７は 、望ましは（火花プラグ・ワイヤ８７の分配端部が、その分配ブーツが取付けら れたワイヤ８７の分配端部の前にその底端部から絶縁チューブ８５内に挿入され る一体部分を表わす）クリンプにより端部８４と接続されている。 望ましい実施態様においては、シリンダ８４と火花プラグ絶縁体の上部７８ｂの 外径は同じ即ち約１２．７ｍｍ（１インチ）であり、抵抗値はＰＦＤＩシステム における１Ω／フイートと等しいかあるいはこれより小さく、ＥＣＤ　Ｉシステ ムの場合はｌＯΩ／フィート程度であることが望ましい。 火花プラグのブーツは長い絶縁体チューブ８５からなり、その一端部はシェルフ ３の部分７２の上端部と接触状態に置かれかつこれから延長している。絶縁体チ ューブ８５の内径は、絶縁体部分７８ｂとチューブ８４の双方と丁度滑り嵌めを 生じるような寸法となっている。チューブ８５の上端部には、長さが約ＩＣ７ｍ ｍ　（★インチ）であることが望ましい頂部９０ｂが設けられ、この頂部は外側 の金属チューブ部８６の頂端部８６ｂが位置する肩部９０ｂを形成し、この頂端 部８６ｂは最頂部の電界の強さを減じてここに金属チューブ８６を所定位置に保 持するクリンプを形成するためより大きな厚さとなっている。 金属チューブ８６は、部分９０ａを除いてその全長にわたってシリンダ８５を包 囲し、チューブ８６の底端部は火花プラグのシェルのねじ部７２に螺合するよう ねじが設けられていることが望ましい。 前記絶縁チューブ８５が形成される材料の比誘電率は、５０乃至２００ｐＦの範 囲内のキャパシタンスを育するように６乃至３０の範囲内にあることが望ましい 。 絶縁体の材料は、１０乃至１００　ＭＨｚの範囲内の低損失係数、約１１．８ｘ 　１０３ｊボルト／　ｍａ＋　（３００ボルト／ミル）より大きな絶縁破壊電圧 および少なくとも約１４９°Ｃ（３００下）の作動温度を持つことが望ましい、 絶縁体８５の厚さｒｔｂＪは、約３．１８ｍｍ　（，１７８インチ）であること が望ましい、チューブ８４の頂端部を捕捉する最小径２ｄ’は、主内径２ｄより やや小さい。 第８図の等価回路が第８ａ図に示されており、同図ではも同じ番号が類似部分を 示している。第８ａ図の中心にはワイヤ７１ｃがあり、その一端部がシェル２３ ａから間隙３０により分割されたプラグ先端部２１ａと接続されている。ワイヤ ７１ｃは、コンデンサ７９を介して接地され、また誘導子８７ａを介して高電圧 電源（点火コイルの二次側）に対するターミナル７７と接続され、これに跨がっ てコイル出力キャパシタンス９が接続されている。キャパシタンス７９は、第８ 図の実施態様において、同軸コンデンサの外側極板を形成するプラグ・シェルフ ３および金属チューブ８６と、内側極板を形成する金属シリンダ８４（および僅 かに導体７１ｃ）と、コンデンサ極板間の必要な高い話電率を提供する絶縁チュ ーブ８５とにより形成される。間ＶＸ３０の絶縁破壊と同時に、コンデンサ７９ がそのエネルギを非常に迅速に（約１μ秒）イオン化された間隙を介して２０乃 至５０Ｍ）ｌｚの範囲の周波数における５０および４００Ａの中程度の大きさの 電流として放電するが、誘導子８７ａはコンデンサ７９を放電させるための並列 経路に対して非常に高いインピーダンスを提供する。ワイヤ８７ａのインダクタ ンスは、非常に小さな抵抗の（ＥＭＩ態様からの）「低い」周波数と同調した、 出力コンデンサ９（典型的には２０乃至１００ｐ　Ｆの範囲内のキャパシタンス を有する）を有する回路を（ＥＭＩ効果を最小限度に抑えながら）提供する。こ のように、コンデンサ９は、そのエネルギを低い（非ＥＭＩ効果を生じる）！乃 至５　ＭＨｚの周波数範囲で放電し、間隙３０における火花に対し数μ秒維続す るＩＯＡ程度のピーク電流を生じ、このため火花チャネル温度（前に火花再結合 係数αに関して論議したように）を不当に上昇させることなく初期火花に対して 有効な点火エネルギを生じる。 最後に、ＥＭＩおよび再結合係数（α）特性からの、プラグ・ブーツに蓄えられ た容量性エネルギの放電を「減衰」させることが更に有利であり、これは例えば ４μヘンリーのインダクタンスのコイル（第１０図に示される）に、より大きな 直径の中心部のプラグ導体７１ｃを置換することにより有利に行なうことができ 、これは１００ｐＦのキャパシタンス・ブーツにより、２０乃至１００Ａの範囲 内のピーク電流により約］ＯＭＨｚの比較的低い周波数の振動を生じることにな る。 第９図は、例えば第２ｄ図または第７図のプラグ先端部構造、特に後述の第９ａ 図に示される第２ｄ図のそれを用いてＰＦＤＩシステムの望ましい（ＣＤＣＣ点 火の）点火脈動シーケンスの火花および火炎プラズマ密度の分布を示している。 示されているのは、約１００μ秒の期間および（最小）約１５０μ秒のパルス間 の時間の点火火花である。形状９２．９３．９４．９５は対数スケールにおける 火花密度分布であり、形状９６．９７．９８．９９および１００は、良好なＰＲ 価を持つ現存するガソリン燃料、例えばオクタン価を増強する芳香族物質を用い て高オクタン価の無鉛燃料の非常に稀薄な火炎（φ＝０．６）のための対応する 火炎プラズマ密度分布を示している。問題となるのは、ピーク形状９２．９３に より明らかなように火花に対してほとんどのエネルギが供給されるが、最初の２ つのパルス９６．９７における火炎プラズマ密度の徐々の形成である。３番目の パルスにおいては、火炎前面プラズマの最初の「点弧」が生じ、残留火花の脈動 プラズマのピーク形状９４より高いピーク・レベルを持つピーク形状９８におけ る密度分布を生じるが、これは火炎がこの時電界が強くその前面に結合する位置 にあるためである。その後、エネルギは火炎前面と結合し続けて更に連続的なピ ーク形状９９．１００を生じ、残留火花が小さな最後の小さなピーク９５に減衰 し、次いで減衰し続ける間火炎が発される。 第９ａ図は、エネルギをプラグ先端部に供給する５つの点火パルスの電気作用に より、第９図に示される密度／時間の形状を生じることができる（ＰＦＤＩシス テムの好ましい構造の例として）第２ｄ図の火花プラグ先端部の５つの部分断面 図を示す。これら図面は、第２ｄ図と同じ番号が類似部分を示す、２５０ｐ秒間 隙において観察される同じプラグ先端部を示している。中心部導体２１、望まし いボタン２１ａ、先端絶縁体２８、火花プラグ・シェル２３（シリンダ・ヘッド ２２の表面２２ａからやや凹んでいる）、および（４つの）２６で示される電界 線が示されている。各図は、点火エネルギ（電流）が（２つの半分の正弦波カー ブのいずれのピークにおける）最大となる時点における点火のパルス動作を示し ている。 左から右方に見て、第９ａｂ図は、主に直角の電界成分を持つ初期火花９２ａお よび火炎前面９６ａを示し、第９ａｃ図は２５０ｐ秒後の同じ場所におけるより 弱い火花９３ａ（細い線）および部分的に平行な電界成分を持つ火炎前面９７ａ を示し、第９ａｄ図は更に２５０ｐ秒後の非常に減衰した火花９４ａ（一点ｗ４ 線）および電界に対しほとんど平行でありかつほとんどエネルギを吸収する（「 火花」密度の大半を導通する）火炎前面９８ａを、第９ａｅ図は更に　２５０ｐ 秒後の更に減衰した火花９５ａ（点線）および電界に対し平行な今度はより大き な火炎前面９９ａを、第９ａｆ図は最後の２５０ｐ秒後の初期火花９２ａの残余 および遠去かる大きさが生長する火炎前面１００ａを示し、その上部１００ａａ が電界の影響外に移動しその下部＋００ｂｂが側方に生長しつつあり、即ち、４ 番目のパルス動作（７５０μ秒後）に続いて、火炎前面９９ａは電界の結合が最 も強いプラグ／シリンダの円形縁部の周囲に沿って側方に移動してこの周囲に沿 って火炎放電を形成して円環状間隙を点火する。 第９ｂ図は、火花および火炎プラズマの強さおよび第９ａ図に示されかつ第９ａ 図に示されたその位置と垂直位置で一致するように置かれた第９図に示された同 じ時間ベースにおけるその平均的な位置をバー形状で略図的に示している。火花 および火炎前面に対する電界の方向は、（平均的な相対的方向を表わす）バーに 交わる矢印として示される。第９ａ図に示されるように電界が徐々に平行になり 火炎プラズマが徐々に位１ｉ９６ｂから位置９８ｂに生長する間、火花は（電界 は常にその火炎前面に対して直角をなす）位置９２ｂから９３ｂ、更に９４ｂへ 減衰することが判る。火炎プラズマは、位置９４ａにおける火花に代り位置９８ ｂにおいて優勢となり始め、更に（位置９５ｂにおける火花に代り）位置９９ｂ でもそうなる。その後、元の火花プラグ位置（第９ａ図の９２ａ）における火花 が完全に消滅し、位置１００　ｂにおける火炎プラズマがこれに平行な強い電界 で強まって、上記の如くプラグの周囲に沿って新しい前面を形成する。 第１０図は、典型的には１２または２４ボルトである電圧ＶＢのバッテリ８と結 合されるべき高い効率（望ましくは７０乃至８０％）のＤＣ−ＤＣコンバータ１ ０２を含むＣＤＣＣ形式の望ましい回路を示している。ＤＣ−ＤＣコンバータ１ ０２からの１つの出力ターミナルが接地され、他方がダイオード７のアノ、−ド と結合されている。この回路は、電源、およびコンバータ１０２の出力ターミナ ルに跨がって結合された直列の分割抵抗１０４ａ％１０４ｂの接合点と結合され ることにより出力電圧を調整する（これにより給電されるバッテリ８と結合され た）コントローラ１０３の入力ターミナル】０１におけるトリガーの受取りと同 時に点火パルス列を生じるように制御される。絶縁電源ダイオード７は、そのカ ソードがダイオード６のカソードと結合され、そのアノードが接地されている。 コンデンサ４．５ＣＲ５、ダイオード６および特殊なＣＤＣＣコイル３の一次巻 線１が容量性放電（ＣＤ）回路を構成し、この回路においては５ＣＲ５がダイオ ード６に跨がって結合され、このＳＣＲのゲートはコントローラ＋０３の出力側 と結合されている。コンデンサ４は、ダイオード７のカソードと変圧器３の一次 巻線１の高圧側との間に結合され、この−次巻線の他の側は接地されている。こ の変圧器（コイル）３は、二次巻線２およびコンデンサ９を有する閉路されたフ ェライト鉄心３ａを有する。 一次巻線１に跨がり結合されているのは、直列に接続されたコンデンサ４ａおよ び誘導子４ｂからなる能動型スナップ（５ｎｕｂ）回路である。変圧器３の二次 巻線２の高圧側即ちホット側は、火花プラグのワイヤ１０８ｂ　（または第８図 の８７）と同様、抵抗が小さく誘導性の高いワイヤである主幹リード線１０８ａ を介して従来の分配器１０７０入力側と結合されている。分配器の出力は、誘導 子１０８ｃが既に述べたブーツ・キャパシタンス（図示せず）の放電を低下させ るため加えられる図示した別の変更例を含むこわまで本文に開示されたどんな形 式ものでもよい火花プラグ１０９と結合されている。 このような変更は、中程度のキャパシタンス、例えば約４０ｐ　Ｆがプラグに形 成され、ＥＭＩを制限するため連続的な誘導子１０８ｂを形成する誘導子１０８ Ｃを用いて点火のための中程度の強さであるが低エネルギの容量性火花を生じる 図示した実施例において更に有効である。 （第８図に示された形式９０の）容量性ブーツは、充分なキャパシタンスが火花 プラグに形成されるならば省くことができる。 （例えば、ＰＦＤＩシステムの）作動においては、トリガー・パルスがターミナ ル＋０１において受取られ、コントローラ１０３からの以後の出力が５ＣＲ５を 「オン」にし、分配器のロータ！０７ａとその一地点との間に高電圧Ｖｓを生じ る。このロータ先端部の間隙は、できるだけ小さいこと、例えば約０．３９７　 ｒｌｌｍ　（１／６４インチ）であることが望ましく、ロータ先端部はニッケル の如き耐腐食性材料から作られることが望ましい。 分配器における出力電圧が上昇し、ロータＩＱ７ａの先端部とプラグ端部ｌ０９ ａにおける間隙を絶縁破壊する。 コンデンサ４は、３５Ｑポルトの電圧Ｖｐまで充電さ九、約８μＦの値を持つこ とが望ましい。−次巻線１の漏れインダクタンスＬｐｅは約２０マイクロヘンリ ー（μＨ）であり、（ＳＣＲ５の回復期間により示される）８０ａ秒の振動期間 を生じる。スナツパ（ｓｎｕｂｂｅｒ）　　・コンデンサ４ａはコンデンサ４の 値の約４％であり、誘導子４ｂはＯ（インジケータ０）から略々Ｌｐｅの値まで の値をとる。 このように、絶縁破壊と同時に、−次および二次の火花電流が８０ａ秒の周期で 振動し、火花電流は変圧器３の４５と５０の間の仮定された巻線比Ｎに対して２ Ａ乃至３Ａの初期最大電流を有する。この振動期間の終りに、（ＳＣＲ５が回復 して再びトリガーされないものとして）コンデンサ４ａはそのエネルギを連続的 なリンギングとして火花に供給し、１５乃至３０ａ秒の周期および主要の８０ａ 秒の振動ピークの１／ＩＯ乃至１１５のピーク電流で、即ち典型的に２００乃至 ３００ｍＡの初期ピーク電流で振動が減衰し、このため強い（ＥＣＤ　Ｉ　）電 界の強化効果を生じる。スナツグ回路はまた５ＣＲ５の保護にも役立つ。ＰＦＤ Ｉ効果は、５ＣＲ５が例えば（１乃至３ｍ秒の持続期間にわたり）２４０μ秒毎 に順次トリガーされる時達成され、また特に火花間隙長さ「Ｌ」が約３．０５ｍ ｍ　（０，１２インチ）のＰＦＤＩシステムにおいである最小値に保持される時 、あるＥＣＤ　Ｉ効果もまたコンデンサ４ａからのエネルギの放電により達成さ れる。 コントローラ１０３は機関ＲＰＭを検出し、米国特許出願第６８８，０３６号（ 機関ＲＰＭによりパルス巾を減じる）に開示されるように点火パルス列中のみで なく、着火間の期間を調整してＲＰＭにより例えば１，５００ＲＰＭまでの時４ ００μ秒から例えば３，０ＯＯＲＰ　Ｍにおいて３００μ秒、また例えば４．５ ０ＯＲＰＭ以上において２００μ秒まで減じるようにすることが望ましい。これ を達成する望ましい方法は、着火間の期間が例えば２００μ秒の初期値から例え ば３ｍ秒内で４００μ秒まで増加するように調整された電圧同調可能な発振器を 使用して、パルス列中が１．５０ＯＲＰ　Ｍにおける３ｍ秒から、３．０００　 ＲＰ　Ｍにおける２ｍ秒、４．５０ＯＲＰＭにおける１ｍ秒まで変化して必要に 応じてＲＰＭと共に減じる平均パルス巾を生じるようにすることである。あるい はまた、パルス間の時間は、パルス巾に対しである比率で増加することもできる 。 比較的低い機関速度における可変な（更に長い）点火期間の利点は、点火により 以前として影響を受けながら火炎が円環状間隙全体を点火する時間が与えられる こと、即ち、特に空気の運動が小さくかつ混合気の点火が更に困難である低速度 において火炎がその周囲で燃焼する際、ＰＦＤＩシステムの多重火炎放電がプラ グ周囲で（円環状間隙３０内で）形成できることである。 全ＣＤシステム効率ＥＦＦは下記の如く査定することができる。即ち、 ＥＥＦ＝Ｐａｒｃ／［Ｐａｒｃ　＋Ｐｓｃｒ　＋Ｐｃｏｊｌ−１−Ｐｒｏｔｏｒ 　］但し、 Ｐａｒｃ＝火花（プラグ端部］０９ａ）に供給されるエネルギ Ｐ　ｓｃｒ　＝　Ｓ　ＣＲ５（およびダイオード６）において消散されるエネル ギ Ｐｃｏｉｌ＝変圧器３において消散されるエネルギＰｒｏｔｏｒ＝分配器におけ るロータ間隙において消散されるエネルギである。 Ｐ　ａｒｃの１０％に保持することができるＰｃｏｉｌを無視すれば、上式は下 記になる。即ち、 Ｅ　Ｆ　Ｆ＝Ｖａｒｃ　／　［Ｖａｒｃ　＋Ｖｒｏｔｏｒ　＋ＮＶｓｃｒ　］但 し、 Ｖａｒｃ＝平均プラグ先端部アーク燃焼電圧Ｖ　ｒｏｔｏｒ　＝平均ロータ先端 部アーク燃焼電圧ＶＳＣｒ＝その時の導通段階におけるＳＣＲの平均順方向電圧 降下 Ｎ＝コイル巻線比 典型的な望ましいＰＦＤＩシステムの場合は、Ｅ　Ｆ　Ｆ　＝　　２４０／　［ ２４０＋　４０＋Ｌ、Ｓ　　本５０コ　＝２４０　／３６０ＥＦＦ＝６７％であ り、これは、エネルギが数百ワットの率（標準的な点火の場合より１０倍大きい ）でプラグ端部に供給されることを考えれば、非常に高い効率である。 特に注目に価することは、標準的な＠線比Ｎより低い（５０に対して１００）こ と、大きな間隙により生じる電圧ＶａｒＣ対Ｖ　ｒｏｔｏｒが大きくなること、 および火花に対する電界成分（Ｅｎ）が略々直角となるという利点であり、これ は更に電流形成の早期の段階においてＶ　ｒｏｔｏｒおよびＮ　＊　ｖ　ｓｃｒ 以上にＶ　ａｒｃを更に増加させる。 典型的な望ましいＥＣＤ　Ｉシステムにおいては、Ｅ　Ｆ　Ｆ　＝　８００７　 ［８００＋　３５０＋　　１．０＊ｓｏ）　＝　８ｏｏ／１２００ＥＦＦ＝６７ ％ これは、同じ入力電力レベルを用いるにも拘らず標準的な点火効率よりも略々５ 倍高く、各々入力電力レベルを用いても略々５倍の電力を供給する。上記の両方 の場合において、Ｐｃｏｉｌは小さいが、従来技術の点火システムのＰｃｏｉｌ は一般にシステムの低効率における主な根源である。 ＰＦＤＩシステムの論議はガソリン機関の用途に集中したが、ＰＦＤＩは明らか に、用途が特定の問題である「火花」点火されるディーゼル機関を含むあらゆる 燃焼システムに対して通用し得るものである。このような用途においては、ガソ リン機関と関連する流体／火炎速度よりも大きさが一段階大きな燃料噴射速度（ 燃料が同伴された空気を含む）を取扱う。 従って、このような用途においては、パルス間の時間を略々Ｔ（５０μ秒）に短 縮しかつプラグの先端部を噴霧の適当な部分にくるように配置すること、また火 花を噴霧に対して適当に指向させるように任意に非対称的なローブを持つプラグ を使用することが必要がある。 更に、本発明のｐｐＤｒｇ様における主な用途は稀薄燃焼機関の分野にあるが、 ＰＦＤＩが基礎とする原理は逢かに広い範囲のものである。ＰＦＤＩは、点火が 依然として活動状態にありかつ火炎が依然としてその初期の生長段階にあって点 火システムの影響範囲にある時、時間Ｔｉｇｎの期間中空燃混合気に対する電気 的な「点火」手段を提供することに基いている。ＰＦＤＩにおいては、初期の点 火火花により発される火炎がＴｉｇｎの間生じる点火エネルギを吸収する点で、 以前の火花の位置においてプラズマにより（即ち、残留火花により）吸収される エネルギよりも少しずつ恩恵を蒙る。本発明のＰＦＤＩは、２つの対向する電極 により画成される小さな間隙を提供し、その一方が部分的に絶縁され、電極の間 隙に跨がり全電圧が加えられて初期のイオン化プラズマを生じる非常に高い電界 領域を生じる。このプラズマは、他の方法で絶縁された電極（望ましくは、最初 にイオン化する電界に対して火花長さの主要部分を強制的に直角に形成する）の 露出部分に引張られて曲げられることにより火花チャネルに形成する。このため 、プラズマは、点火の以降の遮断およびその再着火（１つの点火を形成するパル ス列を有する多数の脈動点火の一部として）と同時に残留火花に対する電気的な 結合を減じるように安定な電気火花放電を形成するよう留められる。一方、発生 した火炎は、ある充分に画成された時間Ｔｉｇｎの中間期間の初めの期間におい て、火炎に対する電気的結合が強固となるように移動する。第２ｄ図は、この状 態を生じる最適の方法を示している。更に、端部のボタンが適当な輪郭を与えら れかつプラグ・シェルが適当な輪郭のシリンダ・ヘットから凹んでいるこのよう な構成により、イオン化火炎が存在しなくても（また外方に移動する火花領域か らのプラズマの存在のみから）二次放電がプラグ先端部とシリンダ・ヘッドとの 間の火花プラグの絶縁表面から外方へ遠去かるように形成する如き電界のシリン ダ・ヘッド縁部に対する強力な収束を得ることができる。 その後、火炎が周部に移動するに伴ない、以降の点火パルスが火炎前面内で放電 して、円環状間隙全体を点火する。 更に、本発明は固定電極に限定されるものではない。 例えば、時間Ｔｉｇｎ内で、かつパルス列の期間と関連して、可動の要素（例え ば、従来の機関のピストン、あるいはＷａｎｋｅ１機関のロータ）を、点火火花 に非常に僅かに遅れた時点において、また火炎が僅かに異なる位置にある時、即 ち、火炎が移動する位置を画成する間隙が大きさにおいて減じる間初期の火花を 画成する間隙の大きさが増加する時、火花（または残留火花）に対する結合が低 減され火炎に対する結合が改善されるように運動するよう設計することができる 。 ＰＦＤＩ（およびＥＣＤ　ＩおよびＥＭＴ燃料）に関して本文に開示した概念が 一部において従来技術の概念とは実質的に異なり、かつ点火に関する実質的に異 なる相関関係（例えば、火花チャネルに対する多量のエネルギの供給が無駄であ ること）を導入するため、システムの最適化においてなされるべき必然的に全く 新しい範囲の消長が生じることを強調する。 ＰＦＤＩが基礎とするこの広い概念即ち原理が提示さね（かつ１つ以上の特定の 望ましい実施態様により支持され）、かつこれらが（その開示内容の枠組内で） ある範囲の重要な消長を支持するものである。 特に、 １）火炎の移動を助けると共に点火期間内の円環状領域全体を点火するその運動 を禁じる流動速度の二面性を開示する際して、特に他の因子が考えられる時、中 間の流動速度（例えば、少ない渦巻数を苔するもの）が望ましいことが判る。 ２）点火コイル、ブーツおよびプラグのキャパシタンス間から二次回路における キャパシタンスの形成に際して、呈ましい設計は、容量性火花の温度を緩和する ため約２００ｐＦの全キャパシタンスに対して、プラグにおいては約２０％のキ ャパシタンス、ブーツにおいては４０％、コイルにおいては４０％のキャパシタ ンスを提供することである。 ３）ＰＦＤｒシステムの点火システムの反復的な着火と同時に伝播する火炎前面 に七ける電界エネルギの放電に対する電界の収束効果を改善する際には、取付は シリンダ面に対する。即ちこれから凹んでいるプラグ・シェル端部の構造および 位置が、最善のＰＦＤＩ効果を達成する上で重要である。 ４）パルス間の望ましい２丁乃至５Ｔ（１５０乃至２５０μ秒）の時間および例 えば低回転数において８つのパルスを生じる要求が与えられたＰＦＤＩの場合の ＣＤＣＣ点火システムを作動させる際は、ＣＤコンデンサを着火の間に再充電す ることは実用的ではなく、従ってＣＤＣＣシステムの効率を最大化することが、 このような８つのパルスを一回の放電毎に保持できるようにすることが重要とな り、最高の効率およびやや少ない電流を生じるための、（３５０ボルトに対して ）約７．７４ｃｍ２（１，２平方インチ）の断面のフェライト鉄心上に巻線比４ ５で固く巻かれた略々２４回の一次巻線数を有する点火コイル、および約８μＦ のコンデンサの設計を導く。 ５）開示されたＥＣＤ　Ｉシステムに関しては、作動の原理は、下記の如く構造 を修正することによって接地電極を有する火花プラグを用いてさえ中程度の効率 で使用することができる。即ち、例えば、約３．１８ｍｍ　（１／８インチ）の 延長された絶縁体先端部と例えば絶縁体を約６．３５ｍａｒ　（１７４インチ） 越える延長さ九だ中心部導線とを持つ火花プラグを用いることにより、中心部の 導体を包囲しかつこれと平行に伸び、かつ中心部の導体先端部を部分的に覆うた めその端部付近で折曲げられて約２．０３ｍ＋＋＋　（０，０８インチ）の軸方 向の火花間隙を形成する多数のく典型的には、２または４個の）接地電極を付加 することができる。あるいは接地電極はまた中心部導体の周囲に閉鎖された梁部 を形成するよう一緒に接合され、中心部導体は、１４ｍｍのプラグの場合シェル の内径を約９．５釦ａ＋（３７８インチ）に増加することにより、中心部電極と 接地電極により画成される平行部分間の約２．５４ｍｍ　（０，１インチ）の側 部空隙を維持しながら、腐食を最小限度に抑えるため約３．０５ｍｍ　（０，１ ２インチ）のやや大きな直径を持たせるような寸法とすることが望ましい。ＥＣ ＤＣＣ点火の作動と同時に、火花は軸方向先端部に形成し、従って火炎は約２． ５４ｍｍ（０，１インチ）の間隙間の（ＥＣＤ　Ｉ　）電界により支持され、か つピストンが生じた流れ（この場合、ピストンの運動により軸方向に取付けられ たプラグの場合はワイヤに沿う火炎の運動方向にある、即ち、Ｃ１が１である） により更に助けられた（中心部導体の方向により規定される）軸心とその前部が 直角をなす平行なワイヤに沿ってその間に部分的に移動する。このように、（５ ｍ秒までの）長い持続期間にわたりパルス・モードで生じる高効率のＥＣＤＣＣ 点火と関連してＥＣＤ　１システムの本文に開示した原理を用いることにより、 多数の接地電極を有する現存する火花プラグに対する簡単な変更である火花プラ グのプラグ端部周囲の大きな容積の点火を保証することができる。 ６）最後に、自動車産業における動向が１４ｍｍねじおよび約３．１８ｍｍ　（ ５７８インチ）の六角体部を持つ比較的小さな直径の火花プラグ（１２ｍｍプラ グの場合さえある）に向っていることを知るべきである。はとんどの場合、これ に対する非常に重要な理由は存在せず、従って、プラグ・シェル端部に比較的大 きな周部を提供し従って（ＥＣＤＩまたはＰＤＩシステムのいずれかで）点火さ れるより大きな円環状間隙を提供するために。 依然としである用途において使用される以前の１８１！１Ｉ１１の如き比較的大 きな直径の火花プラグを使用し、また一般にある部品を１０乃至４０％の範囲、 例えば約２．７９ｍａ＋（０，１Ｔインチ）の直径に対する中心部導体の場合で ２０％、例えば約２．２９ｍｍ　（０，０９インチ）の絶縁体先端部の厚さで１ ０％、スケールアップすることが有利となり、このことは（約ＬＯ２ｍｍ　（０ ，０４インチ）の半径方向の同軸状間隙において）約４．７６ｍｍ　（３／１６ インチ）のプラグ・シェル端部に実質的な縁部を残すことになり、例えば中心部 電極の縁部と端部におけるボタンとの間の間隙により画成される円環状間隙内に 収束する電界を改善するための凹状面に対する縁部の輪郭付けを可能にする。 以降の開示においては、初期火炎前面に対する改善された結合、ならびに最適化 された点火の達成に関する如きＰＤＩ、ＥＣＤ　ＩおよびＥＭＴ燃料の効率を改 善するため点火システム全体の改善された設計をもたらす火花プラグの点火端部 の形態の更なる改善が示される。この開示は、一部は、先に述べた電界収束効果 が、前に開示した火花プラグ端部ボタンのみの輪郭付けのみならず、火花プラグ のシェル端部およびシリンダ・ヘッドとの関連において絶縁体先端部の輪郭付け を行なうことにより著しい改善が可能であるという概念に基いている。これは、 収束点を持つ円筒状電界収束「レンズ」を得るために行なうことができ（この「 レンズ」が１枚のシートの双曲面に似た円筒状レンズであるため）、絶縁破壊を 減少し移動する初期火炎前面との結合を改善するため電気エネルギが更に案内で きるようにする。絶縁体端部のこのような輪郭の別の利点は、燃焼室の最小限度 の物理的摂動を生じる端部電極即ちボタンの最小寸法、およびこれによる燃焼エ ネルギの最小限度の吸収を招来することにある。 また、このような収束は、既に述べた部分的に絶縁された補助間隙を開始する小 さな火花を必要とせずに、非常に大きな間隙の火花点火を可能にする。第１１図 乃至第１１ｆｆ図は、以下に時折り触れるように、電界収束レンズのプラグ端部 、即ちｒＥ　Ｆ　Ｆ　ＬＪプラグの実施態様を示す。 （第２図、第２ｄ図および第７図と）同じ番号が類似の部分を示す第１１図にお いては、中心部の高電圧部分と接地シェルの端部２３ｄおよびシリンダ・ヘッド ２２間の円環状間隙３０を画成する電界収束用レンズ（ＥＦＦＬ）のプラグ端部 の部分縦断面図が示される。 火花プラグ先端部は、本例においては初期火炎が伝播するシリンダ・ヘッド縁部 １１９　ｂ　／　１１９　ｃの付近における電界の収束の原理を実体化するよう な輪郭が与えられている。絶縁体端部は、３つの部分、即ち大径部１１８と、垂 直に対し３０乃至５０°の角度で典型的に収束する収束部１１７と、先に述べた ような略々直線状部分２８とからなっている。前記「レンズ」は、電界線即ちそ の面に対し直角の放射線１１Ｏ（直角方向の放射線］１０）を持つ絶縁部１１７ の表面２８ａ、直角方向の放射線１１１を有する端部の絶縁部２８の面２８ｂお よび端部ボタン２１ａ／］１４の面２９ａからなっており、この端部ボタン面は 垂直に対し１５乃至４５°間の角度をなし、直角方向の放射線１１２、放射線１ １０　、Ｉｌｌおよび１１２は「レンズ焦点」Ｆと呼ばれた番号１１６により示 される焦点Ｆに収束する。面１１３により画成される「レンズ」が電界レンズで あるため、これは包囲する導電性のある接地面２２／　２３　ｄにより影響を受 けて、点１１６（レンズ焦点Ｆ）から縁部の接地導体面の点】１６ａへ放射線１ １０　、１１１　、１１２が、接地焦点Ｆ゛である点１１６ａで終る新しい放射 線１１０ａ、　１ｌｌａおよび１１２ａをそれぞれ形成するように導体表面２２ ／　２３　ｄの存在により曲げ（歪め）られるため生じる。明らかに、ＦｏがＦ に近ければ近い程、点Ｆ°における直角方向の電界は強くなる。 このように、電界を領域１１６　／　１１６ａに対して収束する実質的に静電レ ンズ１１３が構成され、この領域で２５の如き多数の脈動火花点火列の火花パル スが後で生じる。この収束領域は、プラグ端部の面２８ａ／２８ｂから遠く離れ 、かつ円環状容８ｉ３０の端部にあり、初期の火花２４から遠去って外方に伝播 する初期の火炎前面に対する電界エネルギの著しく改善された結合を可能にする 。これは、端部２１ａ／１１４の大きさを同時に縮減しながら行なわれるが、こ の端部はクリンプ１１５により中心部導体２】に対してクリンプされる耐腐食性 の中空ボタン１１４からなる状態で示されている。 レンズ１１３を形成する面の角度における比較的大きな変更は絶縁体の面から遠 去かるよう初期の火花２４を保持することを助けるが、比較的厚い絶縁領域１１ ８はシェル面１１９ａおよびこれを横切る絶縁面により画成される火花を開始す る部分的に絶縁された補助間隙３０ａの周囲の絶縁部分に対する破損の防止を助 ける。 図示したプラグ端部の構造は、略々６倍の尺度であり、先に開示したようにシリ ンダ・ヘッドに凹んで示される１４ｍｍのプラグ・シェルに基くものである。 しかし、この構造においては、保護用の接合容積７６はシェル内に形成され、絶 縁体端部１１８／１１７／２８の構造を簡単にする（が、火花追跡面を減少する ）、即ちこのシェル端部はその端部に切込まれた形状部２３ｄを有し、火花を開 始する間隙３０ａの接合容積部７６および１つの面１１９ａの双方を形成する。 種々の直径について示される寸法は１４ｍｍプラグを表わし、厚さが約］、２７ ＋ｎｍ　（０，０５インチ）の先端絶縁体２８および約２．２９乃至３．０５ｍ ｍ＋（０，０９乃至０．１２インチ）の基部１１８における絶縁厚さを提供し、 電圧破裂を生じることなく部分１１８が全二次電圧に耐えることを可能にする。 中心ワイヤ２１の直径は、絶縁端部のやや大きな直径部Ｄ２に一致するよう先に 開示されたものよりやや犬きくなっている。これは、初期火花パルス２４および 後続の火花パルスのあるものがボタン１１４の表面２９ａの基縁部と絶縁体２８ の外縁部との接合点２９ｂにおいて終り、レンズ１】３の形成に寄与することに 関することを除いて、Ｄ２より直径が進かに大きなボタンを有することにはそれ 程大きな利点はない。図示の如く約５．５９乃至６．６０ｍｍ　（０，２２乃至 ０．２６インチ）の大きな絶縁体の直径Ｄ２を持ち面２９ａおよび縁部２９ｂを 縁部１１９ｂ／］１９ｃに近付けて、望ましい多数のパルス点火において生じる （初期火花パルス２４に続く）火花パルスが更に容易に面］１９ｂ／１１９ｃに 達することができるようにする。 このように、先に開示したものよりもやや大きなワイヤおよび絶縁の直径Ｄ１、 Ｄ２、および端部直径Ｄ２と一致するためＤ２より僅かに１０乃至２０％大きな ボタン径が示されている。明らかに、電気的および熱的な伝導度を改善するため に、約２．５４乃至３．０５ｍｍ（０，１０乃至０．１２インチ）の範囲内のや や大きな中心部導体径（ＤＩ）のワイヤを使用することが更に有利である。 他の寸法Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５は、１４ｍｍプラグについて先に開示されたことと一 致する間隙中３０ａおよび接合容積部７６を提供するように与えられる。先端部 長さＬ２は、絶縁部１１７および２８と対応する２つの長さＬ２２とＬ２１、即 ち約５．０８ｍｍ　（０，２インチ）に等しいＬ２に対する約２．０３ｍｍ　（ ０，０８インチ）および約３．０５ｍｍ　（０，１２インチ）になるように略々 ２／３の比率に分割されている。典型的には、Ｌ２２／Ｌ２１の比率は０．３乃 至０．４の範囲内にあり、Ｌ２は約３．８１ｍｍ　（０，１５インチ）乃至約７ ．６２０１１１（０，３０インチ）の範囲内にある。 第１１ａ図は、１８ｍｍのプラグに基＜ＥＦＦＬ火花プラグ端部の部分縦断面図 であり、第１１図と類似部分は同じ番号で示し、シェル端部２３ｅは更に、Ｆお よびＦｏが一致する焦点として画成される「理想的な接地焦点」Ｆ”　（口６ｂ ）として働くと共に、火炎前面が初期火花２４から遠去かるよう移動するに伴な い火花パルス２５ａ、２５ｂ、２５ｃが形成し「活動」し得るテーバ状の火花あ るいはアークの「伝播路」部１１９ｄを提供するように輪郭が与えられている。 更に、レンズの収束効果は、一部あるいは全ての点火作動条件下で火花が道かに 小さな補助間隙３０ａにおいて始まるのではなく火花２５ｃにより示され大きな 間隙にわたり形成する。この結果、プラグ先端部の絶縁体面２８ａ／２８ｂから 充分に離れて非常に大きな初期火花の形成をもたらす結果となる。 このような火花形成は、面２８ａ　／　２８ｂ　／　２９ａを、例えば更に強く 充分に画成された焦点Ｆ”　（点１＋６ｂ）を生じる放物線の一部に近似する湾 曲面を形成するように輪郭を与える際より大きな柔軟性を与える比較的大きな直 径の１８ｍｍプラグから得ら九る逢かに大きなプラグ端部寸法を有利に用いるこ とにより更に容易に達成される、即ち略々放物面レンズ１１３がシェル縁部（点 １１６ｂ）の末端まで即ち点１１６ｂを丁度越えて電界の直角方向の放射線１］ Ｏｂ、　１ｌｌｂ　、　ｌｌ２ｂを収束する。 このような構造においては、実際には、第１１ｃ図に関しても示されるように、 火花がシェル端部の周部に沿って移動する火炎に追従するような選好をもたらし 、このことはＥＣＤ　Ｉの場合に特に有効である。 このような構造においては、ボタン１１４の基縁部２９ｂの直径Ｄ２°は、絶縁 体２８の端部の直径Ｄ２よりやや大きく（即ち、１０乃至３０％）、距１１Ｌ３ を（放射線１１２ｂに沿って）約２．５４乃至５．０８ｍｍ　（０，１乃至０． ２インチ）の（それにも拘らず大きな）距離に縮減する。 第１１ａ図の１８ＩＩｌｆｆｌプラグの場合には、プラグ先端部２８の冷却を改 善するため絶縁体の座１２０をシェルにその端部付近に形成することは特に簡単 である。また、中心部導線２１の直径は、図示の如きシェル端部に比較的近い例 えば約７．６２１１１Ｗｉ（０，３インチ）の大きな直径７１ｄに増やすことが でき、その結果シェル２３の約１３．４６　ｍ＋ａ（０，５３インチ）の内径に より、単位長さ当たり比較的大きなキャパシタンスが略々９の誘電率を持つ高純 度（’１１３乃至　９９．９％）のアルミナである絶縁層７８に形成される。略 々３０ｐ　Ｆのプラグのキャパシタンスが約２５．４乃至５０．８ｍｍ　（１乃 至２インチ）のシェル長さにより達成できる。最後に、先端部１１５はまた、点 火時期がＴＤＣ付近であり機関のシリンダ圧力が最大となる点火条件下では先端 部１１５からピストン面に点火が発生し得、このため例えば約１．５２乃至３． ０５ｍｍ　（０，０５０乃至０．１２インチ）の比較的小さな間隙を形成するよ うに、形状および寸法を決めることができる。第１１ａ図のスケールは実寸法の 略々５倍である。 第１１ｂ図は、第１１図の１４ｍｍプラグの設計に基〈ＥＦＦＬプラグの部分縦 断面図であり、第１１図と類似の部分は同じ番号で示している。同図に示された 主な相違は、部分２８ｄに面２８ｃを付加するように絶縁先端部に更に輪郭付け を行ない、絶縁体表面から初期火花パルスを離して保持することを助けるためや や大きな絶縁体端部径を与え、即ち、もし初期火花が面２８ｃ、２８ｂ、２８ａ に沿った経路上に、次いで示された経路２４に沿うのではなく間隙３０ａにわた り形成するならば、部分２８ｄが初期火花が生じる経路を増やす。このような構 造においては、レンズ１１３もまた、接地焦点Ｆ’　　（点１］６ａ）に対して 収束する１１１１０ａ、１ｌｌａ、１１２ａおよび１１２ｂによりやや更に対称 的なレンズとなる。 第１１ｃ図は、第１１図の１４０ｍプラグの構造に基くＥＦＦＬプラグの部分縦 断面図であり、第１１図と類似部分は同じ番号で示し、主な差異は、レンズ１１ ３がその直角方向の放射線１１０ｃ、　］］］ｃ、１１２Ｃを直接シェルの縁部 に対して収束して、これまた第１１ａ図の比較的大きな）８ｃｍのプラグ態様に おいて達成される如き理想的な接地焦点Ｆ”　　（点］］６ｂ）を生じるように 、絶縁部１１７　／２８およびシェル端部２３ｆの寸法および輪郭を決めること である。部分２３ｆ１特に端部２３ｆｆは、２５で示される初期および（または ）追従火花パルスのための基地として作用し、部分２３ｆは、初期火花がカーブ ２４により示される内部位置に形成するならばアーク経路として作用する。 このようなプラグ構造もまた、実寸法の略々６倍であり、第１図における寸法Ｄ Ｉ乃至Ｄ５はこの場合ＤＩ＝約２．７９ａ＋ｍ　（０，１１インチ）、Ｄ２＝約 ５．８４ｍｍ（０，２３インチ）、Ｄ３＝約８．３８ｍｍ　（０，３３インチ） およびＤ４＝約９．９１ｍｍ　（０，３９インチ）により与えられる。 長ざＬ２．Ｌ２１、Ｌ２２およびＬ３はそれぞれ、約４．０６ｍ＋ｎ（０，１６ インチ）、約２．５４ｎ＋ｍ　（０−１インチ）、約］、５２ｍｍ（０，０６イ ンチ）および約３．０５ｍｍ　（０，１２インチ）であり、Ｌ３はＥＣＤ　Ｉの 場合における望ましい長さを表わしている。Ｌ２＋およびＬ２２は、約２．５４ ｍｍ　（０，１インチ）として示される長さＬ４のシェル端部２３ｆと関連して シェルの内縁部である点Ｆ”　（］１５ｂ）において電界を収束するように決め られる。既に述べたカーブ２４は、絶縁体先端部１１８／１１７／２８の形成が なければ、選好された経路対通常選好される経路となるかなり長い表面経路２４ ａの関係を表わすが、前に述べたように、初期火花が間隙３０ｂにおけるイオン 化の故に、（イオン化を開始するＦ”における強い電界の結果として）経路２５ に沿うかあるいは湾曲２４または２４ａに沿って形成し得ることに注意されたい 。 このプラグ端部設計においては、第１１ａ図に関して既に開示した特徴点、即ち プラグ端部付近の座１２０を形成すること、および絶縁体の破裂を防止するため 少なくとも約２．７９ｍ＋ｏ　（０，１１インチ）の絶縁体７８の厚さを提供し ながら単位長さ当たり中程度に高いキャパシタンスを提供するように、この場合 には絶縁部７８に沿って約８．３８ｍｍ　（０，３３インチ）から約９．９１ｍ ｍ　（０，３９インチ）までのシェル内径の増加と共に、約２．７Ｌｍｍ（０， １１インチ）から約４．０６ｍｍ　（０，１６インチ）に中心部導体（４体７１ ｄ）の直径２１が増加すること、が共有される。 第１’ｄ図は、第１１図、第１１ａ図および第１１ｃ図のプラグ端部の構造に基 〈更に最適化された１４ｍｍのＥＦＦＬプラグの部分縦断面図であり、第１１図 、第１１ａ図および第１１ｃ図の類似部分は同じ番号で示される。寸法ＤＩ乃至 Ｄ５は、寸法Ｌ４およびＬ２２と同様に、第１１ｃ図に関して示されたものと略 々同じであるが、長さＬ２およびＬ２１はそれぞれやや長く、即ち約４．５７ｍ ｍ　（０，１８インチ）および約３．０５ｍｍ　（０，１２インチ）であり、シ ェル縁部２３ｇｇをやや越えて焦点Ｆ　　（１１６）を形成し、やや更に長い火 花長さく長さＬ２を５０％まで比例的に増すことによって増加することができる ）を生じる。 この構造においては、第１】図、第１ｅａ図および第１１ｃ図に関して開示さ九 た特殊な特徴のいくつかがこれに含まれ、より関連の大きなもののいくつかが下 記のように列記される。即ち、 １）焦点Ｆを更に押出して外方に移動する火炎前面に対する結合の改善を助ける と共に、経路長さ２４に関して表面経路長さ２４ａ（および２４ａａ）を増大し て絶縁体表面２８ａ／２８ｂから遠去かる経路２４（または２５ｂ）に沿って初 期火花の形成を促進する部分１１７の鋭角（垂直に対し約４０°）の形成 ２）内側のシェル隅部１１９ｂおよび絶縁体縁部１１８ａ間に間隙３０ｂを形成 するようシェル端部２３ｇを成形し、間隙３０ｂのシェル縁部点１１９ｂが縁部 １１８ａから僅かに下方に（約０．２５乃至０．７６ｍｍ　（０，０１乃至０． ０３インチ））変位されて、初期火花パルスをプラグ先端部の絶縁体表面から離 して保持することを更に助けること３）垂直に対して６乃至３６°の傾斜および 傾斜線２８ａと３６乃至９０°の挟角θ１を形成するようにシェル端部２３ｇの 内側面１１９ｄに輪郭を与えて、シェル縁部２３ｇｇに対する放射線】１０ａの 収束を改善し、かつ火花パルスが経路２４から経路２５ａ、２５ｂ、２５Ｃへ、 またぐ接地焦点Ｆ”（１１６ａ）に加えて）第２の接地焦点Ｆ　１　”　　（］ ］６ｃ）として示される、シェル縁部２３ｇｇおよびシリンダ・ヘッド縁部１１ ６Ｃの周囲より更に外方およびその周囲の他の経路へ順次移動することを促進す るアーク経路面１］９ｄを生じること ４）シリンダ・ヘッドから僅かに、例えば約０．７９ｍｒｎ（１／３２インチ） だけシェル縁部２３ｇｇを凹ませて、そわぞれが更に離れかつそれぞわが他のも のよりも更に強く多数の脈動点火の火花パルスを促進して移動する火炎前面に対 して火花エネルギを連続的に結合するよう火炎前面より外方にかつこれと共に移 動する、３つの焦点Ｆ”、Ｆｌ“、Ｆを実際に与えること ５）中心部ワイヤ２１の直径を約２．７９ｍｍ　（０，１１インチ）から約４． ５７ｍｍ　（０，１８インチ）（直径Ｄｉ’）１．：増大することにより絶縁層 ７８および７８ａの厚さを最小限度に抑えて絶縁体を破裂させることなく最大キ ャパシタンスを生じ、また銅製であることが望ましい中心部ワイヤ７１ｄの抵抗 およびインダクタンスを最小限度に抑えること、である。 上記および他の特徴は、火炎前面が周部の周囲で外方に移動するに伴ない火炎前 面に追従する大きな高電流火花が形成されるＰＤＩの場合においてプラグ端部を 特に有効にする。また、凹んだ点１１９ｂが無くてもよい（直径ｄ５＝約１０． １６　ｍｍ　（０，４０インチ）に対して、直径Ｄ４＝約１０．１６　ｍｍ　（ ０，４０インチ））コとも知ルヘキテあるが、この場合隅点１１９ｂが絶縁体縁 部】］８ａを直接横切つて第１１ｆ図および第１２図に示されるように最小の水 平間隙を形成することが望ましい。 第１１ｅ図は、前の図（第１ｉｄ図）の＋４ｎｍプラグの構造に基＜ＥＦＦＬプ ラグの部分縦断面図であり、第１１ｄ図と類似部分は同じ番号で示され、主な相 違は、実際に接地焦点レンズとなってプラグ先端部２８ａ／２８ｂ／２９ａを補 強し、また電界線を火花プラグの外方領域へ、即ちプラグ端部のボタン１１４お よびシェル縁部２３ｈｈへ集中させるように、シェル端部２３ｈの内面１１９ｅ の寸法および輪郭が決められている。中心部導体２】の直径は、やや小さく（図 では約２２．８６　ｍｍ（０，９インチ））作られると共に、絶縁体の背部１１ ８の直径は接地レンズ１１９ｄを形成するためより厚いシェル端部２３ｈを提供 するように作られる。１８ｍｍプラグの場合は、中心部ｓ、ｉおよび絶縁体が更 に大きな直径に維持できるように、シェル端部２３ｈの必要な厚さを既に有する 。接地レンズ１１９ｅは、第１１ｄ図および第１１ａ図（１８ｍｍプラグ）の経 路面１１９ｄの洗練されたものとして見做すことができる。 図示を容易にするため、また接地レンズ１１９ｅを画成する１つの方法として、 その直角方向の放射線１１２Ｃがあたかも電界の供給源であるかのように縁部２ ９ｂに収束する状態で示され、縁部２９ｂは焦点Ｆｌ即ち点＋１４ａとして示さ れ、即ちこれらの放射線は、プラグ先端部が明らかに放射線］１２ｃを歪めるこ とを認識して。 形状１］９ｅを画成する１つの方法としてプラグ先端部とは独立的に示されてい る。その最も簡単な形態においては、接地レンズ１１９ｅは、やや湾曲しかつ垂 直に対して更に大きな角度をなして略々９０°に等しい挟角θ１を形成する点を 除いて、第１ｉｄ図のそれと類似している。 図の左半分には、プラグ先端部から形成された実際の電界線１１０ｄが示され、 電界がシェル端部２３ｈの縁部点２３ｈｈ、即ち焦点Ｆ”　（１］６ａ）に集中 する傾向を有することを示している。このように、より高い圧力を含む限られた 数の条件下を除いて、シリンダ・ヘッド面２２ａに対し直角の大きな流体速度が 存在する時、カーブ２４ではなくカーブ２５に沿って火花を形成しようとする選 好が存在する。このように、プラグ先端部およびプラグ・シェル端部の双方の寸 法および輪郭を選択的に決めることにより、電界の最適の収束度を達成すること ができる。 、第１１ｆ図は、特に第１ｉｄ図および第１ｉｅ図のプラグ端部の構造に基いて 更に最適化された１４ａ＋ｍのＥＦＦＬプラグの部分縦断面図であり、第１１ｄ 図および第１１ｅ図と類似部分は同じ番号で示される。この場合、プラグ端部は 、機関のシリンダ・ヘッド端部の如き湾曲面１１９ｆの周部２２ｂ付近に置かれ 、実際に第１ｉｅ図に関して既に開示した接地レンズ１１９ｆの如く作用して電 界線１］２ｄを絶縁体２８の直径よりもやや張出した状態で示されるプラグ端部 のボタン１１４に対して収束して焦点Ｆｌ（１１４ａ）を形成する。このプラグ 先端部自体は、電界ｉ＆９１］Ｏａ／　１ｌｌａ／　１１２ａから通常の接地焦 点Ｆ＠（＋１６ａ）を形成する。この２つの焦点ＦｌおよびＦ”は、火花パルス がこれらを接合するカーブ２５の如きカーブに沿って形成するよう励起し、外方 および高電界の領域に向って移動する火炎前面を発して、火炎が未燃焼気体（シ ェル周部にあるものを含む）に移動するに伴ない、火炎を供給する電界エネルギ で初期火炎前面が全側面から浸透した状態になるようにする。本実施態様におい ては、シェル縁部１１９ｂは突出せず、間隙３０ｂの構造の望ましい一実施態様 として先に述べた如き絶縁体縁部１１８ａを直接横切っている。 第１１ｆ図と同様にこれまた実寸法の略々６倍である第１１ｆ図に基〈第１１ｆ ｆ図の部分図は、第１１ｆ図と類似部分が同じ番号で示され、第１１ｆ図におけ るように、焦点と接合する火花２５による２つの焦点Ｆ　１　　（１１４ａ）お よびＦ　”　　（１１６ａ）の形成を示すプラグ端部の別の望ましい実施態様を 示す上で役立つ。本実施態様においては、容積部７６は実際になくなり面２８ａ および１１９ｇにより画成される７６′で置換され、プラグ先端部全体は実際に 長いシェル２３ｉの内側に含まれ、このシェルは中実の円筒あるいは軸方向に切 られた円筒のいずれかであり得る。 他の類似の設計に勝るこの設計の主な利点は、非常に大きな火花（間隙）２５を 許容しかつ火花／火炎を強力な電界に行渡らせて２つの焦点間に含まれる円環状 の容積に沿って形成される火花パルス２５から伝搬する初期の火炎前面を励起す る電界分布を提供する焦点Ｆｌ、Ｆ”の形成にある。一般に、比較的長い持続期 間のＥＣＤ　１システムまたはその変更例を用いることにより望ましくは多数の 脈動点火が活動状恩となる期間中、プラグ先端部とプラグ・シェル２３ｉ間に含 まれる大きな容積全体を点火することができる。 第１２図は、特に簡単な構造であり、望ましく高いインダクタンスで低いＥＭＩ 火花プラグ・ワイヤ８７が結合される望ましい特に簡単で柔軟性に富み、低いＥ ＭＩの中程度のキャパシタンスで容量性ブーツ９ｏを備えたＥＦＦＬプラグの理 想化された部分断面図である。同図においては、前のように、同じ番号が第８図 および第１１図における類似部分を示している。 第８図の実施例に対比する本実施例の主な特徴は、軽度に（３０％）装填された 、５乃至１０の比誘電率を持ち、３０乃至ｓｏｐ　Ｆ間のブーツ・キャパシタン スを提供するシリコン・ゴムの如き柔軟性に冨む誘電率が比較的低い材料８５を 用いることにより可能となる内部が柔軟性に富むブーツ９０の使用にある。比較 的低い二次プラグ／ブーツのキャパシタンスを使用することは、初期火花の残留 プラズマを強化するため大きな容量性の初期火花を持つことは望ましくないとい う最近の認識に基いている。むしろ、比較的低い全容量エネルギが選好され、プ ラグ・シェル部分に１０乃至２０ｐＦを、またブーツに３０乃至５０ｐ　Ｆを形 成することにより得られる非常に強いが比較的低い全エネルギの容量性火花を生 じるため非常に短い時間内に供給され、（例えば、銀メッキを施すことにより） 中心部導体７１ｄ／２］に高い周波数（即ち、　１００　ＭＨｚ）で非常に低い 抵抗を生じる。このように、柔軟性があり、（例えば、ｂ鳴る 接地ストラップにおけるように編み材の）柔軟性嬢会咎ケーシング８６内に含ま れる比較的低い誘電率の材料８５を使用することができる。更にブーツは、プラ グの上部絶縁体７８ｂ上で弾性材８５が延伸することを許すことにより火花プラ グの絶縁体７８ｂ上に丁度嵌合させることができる。 他の点では、本実施例において１４ｍｏ＋プラグ・シェルの約１５．８８　ｍｍ 　（５７８インチ）の六角火花プラグと嵌合するように設計され、これにより比 較的小さな外径および約１４．２８　ｍｍ　（９７１６インチ）の弾性体８５の 外径を持つ点を除いて、プラグ・ブーツ９０は第８図のそれと類似している。こ の構造を簡素化する別の特徴は、これまた層８４ａ／８５／８６により画成され るコンデンサの内部導体として働く典型的に長さが約２５．４乃至５０．８ｍａ ＋　（１乃至２インチ）の火花プラグのワイヤ・クリンプ要素８４ａを使用する ことである。また注目に価することは、大きな直径（約４．５７ｍｍ　（０，１ ８インチ））の中心ワイヤ部７１ｄおよび外側シェル部２３／７３と関連して、 望ましくは１５乃至２０ｐ　Ｆのプラグのキャパシタンスを提供する火花プラグ の長い部分７８である。キャパシタンスを加えまた更にＥＭＩを抑制するため任 意のシールド８６ｃを使用することができる。 望ましい実施態様においては、この構造全体は、約１５ｐＦが火花プラグ・シェ ル２３／７３に包含されるプラグ部に、約１０ｐＦがプラグの上方部分に（上部 絶縁部７８ｂに沿）て）、また約３５ｐＦがクリンプ要素８４ａおよび金属ケー シング８６間の層に沿ってあり、従って約６０ｐ　Ｆのキャパシタンスを有する 。また、前に述べ本文に示したように、プラグの上部絶縁体部分７８ｂおよびク リンプ要素８４ａは、一定の内径（望ましくは弾性を有する）誂電材料８５を収 容するため同じ外径を有することが望ましい。 第１３図は、複シリンダの内燃機関における使用に適する最適化されたＣＥＩ点 火の望ましい実施態様を示す部分的にブロック図、また部分的に概略図の理想化 された図である。この点火は、第１θ図のそれに基〈もめで、同図および第１０ 図に続く図面に開示されたように作動し、第１０図と類似する部分は同じ番号で 示される。 ＤＣ−ＤＣコンバータ】０２ａは、出力ダイオード装置とその内部の電圧調整装 置（第１０図に明瞭に示される）を含む。 既に述べたように、第１３図に示された点火システムは、本文に開示した原理お よび他の関連する特許および特許出願に基いて開発された最適化システムを示し 、以下本文においては時にＣＥＩ点火と呼ばれる。このシステムは、改善された 効率、改善されたＥＭＩ、改善された作動、および稀薄混合気の点火における改 善された効率の諸分野において、第１０図に示されたシステムに勝るいくつかの 他と異なる諸特徴（改善）を有する。 前記ＣＥＩ点火は、第１２図に示される更に最適化されたプラグおよびブーツ１ ０９を使用することが望ましく、また既に開示したように、８０乃至１００μ秒 の典型的な火花着火期間により、略々２５０乃至４００μ秒毎に着火する点火当 たり多数の火花パルスを生じる。 この期間は、一部は順方向降下が小さな標準的な回復型ＳＣＲにおいて典型的に ３５乃至４０ａ秒であるＳＣＨの回復時間により決定される。更に最適化された ＣＥＩ点火においては、比較的長い全持続期間、即ち低い機関速度において約３ ミリ秒および高い機関速度において１ミリ秒の期間よりも初期火炎前面に影響し 得るように、比較的短い持続期間のものではなく更に短い持続期間（単一正弦波 ）の火花パルスを有することが望ましい。これは、一部は２つの更に別の改善を 用いることにより達成される。 その第１は、５ＣＲ５のゲート５ａに対して負のバイアス電圧を与えることによ り５乃至１０ａ秒だけＳＣＲのターン・オフする時間を短縮するスピードアップ ・ターンオフ回路である。この電圧は、コンデンサ４の放電サイクルの最初と最 後の四分の−サイクルにおいて負の電気的極性を有する点Ｐ（コイルの一層巻線 ！の高電圧側）から得られる。図示のように、ダイオード１３８、抵抗１３８ａ 　（大きさが５にΩ程度）、コンデンサ１３８ｃ　（約０．２μＦ）を点Ｐとア ース間で直列に接続し、次いで図示の如く点ＰＩ　　（抵抗１３８ａおよびコン デンサ１３８ｃの交点）を（１００Ω程度の）抵抗１３ａｂを介して５ＣＲ５の ゲート５ａと接続することにより、（４００ボルトの容量性放電（ＣＤＣＣ）シ ステムの場合に）ゲー）５ａに対して約−１ボルトの平均負電圧を印加し、ＳＣ Ｒの回復時間を短縮（改善）する。抵抗５ｂは典型的には５０Ωであり、Ｍｏｔ ｏｒｏｌａ社のＭ　ＣＲ２６５−８の如き本用途において使用される典型的なＳ ＣＲの場合にＳＣＲに組込まれる。 高速ターン・オフ回路と関連して使用されるＳＣＲは、比較的大きなダイ、比較 的大きなリード線等の使用により、また本願において使用される方法を利用する （例えば、逆のホールドオフ電圧等を要求しない）ことにより、ＭＣＲ２１ｉ５ の如き現在の水準技術の部品に勝るＳＣＲ設計を改善することにより達成可能な 、コイルの一層＠線１の１２０　Ａのピーク電流において１ボルトの低い順方向 降下を有することが望ましい。 第２の改善は、放電コンデンサ４の大きさを小さくする（例えば、８μＦから５ μＦへ）か、あるいは最近発行された米国特許第４，６７７．９６０号に開示さ れた電圧倍加特性を保持し、あるいは放電コンデンサ４のキャパシタンスを保持 するかあるいは（例えば、８μＦから１２μＦへ）増大しながら作動電圧を（例 えば、３５０ボルトから２００ボルトへ）低下することにより、ＣＤＣＣ放電回 路（開示済み）を修正することに関する。両方の場合において、電圧再充電回路 ４ｃ／４　ｅ　／　４　ｆが使用されることが望ましい。このように、８０乃至 １００μ秒の火花パルス当たり少ないエネルギが供給されるが、初期火花パルス に関して後続の火花パルスにおいて更に多くのエネルギを持つ一層多くの火花パ ルスを供給するため、コンデンサ４Ｃ、チョーク誘導子４ｅおよびダイオード４ ｆからなる再充電回路を用いる（抵抗４ｄは除去する）ことによって同じ総エネ ルギを供給することができる。この方策は、初期パルス対後続パルスにおいて遥 かに高い（低い周波数１０ＫＨｚ　）火花エネルギを供給しないという観点と一 致する。コンデンサ４Ｃは、コンデンサ４の値と略々等しい値、あるいは放電コ ンデンサ４が減らされる値と略々等しい値を持つことが望ましく、例えば、コン デンサ４が８μＦから５μＦに減じられる場合は、略々３μＦとなる。チョーク ４ｅのインダクタンス値は、（チョーク４ｅ、コンデンサ４およびコイルの一次 巻線１を用いて）ＳＣＲ５の点弧と同時に、ＳＣＲの再点弧直前のサイクルの半 分（典型的には、２５０乃至４００μ秒）だけＳＣＲが振動して、電荷をコンデ ンサ４に供給してＳＣＲのラッチを阻止するように決定される。このチョークの インダクタンス４ｅは、本文に開示した典型的なＣＤＣＣ点火の場合には約１０ ｍ　Ｈの値を有する。 電圧倍加特性を維持するためには、入力電圧Ｖｐ、最大所要二次出力電圧ＶＳ、 放電コンデンサ４の値Ｃｐおよび二次出力コンデンサ９（第１θ図）の値Ｃｓに 照して、コイルの巻線比Ｎを規定する式が、（米国特許第４，６７７．９６０号 における開示内容に基いて）開発された。これは、下式により与えられる。即ち 、Ｎ　＝　［（Ｖｐ／Ｖｓ）　＊　（Ｃｐ　／Ｃｓ）］”ｒ　　Ｉ　　÷　　　 ［１−（Ｃｓ／Ｃｐ）　傘（Ｖｓ／Ｖｐ）　　＊＊　　２］］またこれを簡単に すると、 Ｎ　　＝　　［Ｖｓ／（２本Ｖｐ）］　　＊＊　［１÷　（］／４）”（Ｃｓ／ Ｃｐ）　　＊　　（Ｖｓ／Ｖｐ）＊孝２］ （Ｃｓ／Ｃｐ）　＊　（Ｖｓ／Ｖｐ）　１１２が１よす％　ｈ’　ニ小サイ条件 である。 プラグおよびブーツのキャパシタンスを低下させること（改善として本文に開示 される）によりコイル出力キャパシタンスＣｓを低下させることは、コイルの巻 線比Ｎを減少させ、またこれにより点火システムの効率を向上させる上で役立つ ことが判る。また、これは、放電コンデンサＣｐが５μＦとして規定された点火 の更に効率のよいまた更に適当な再充電回路形態の一態様において先に開示され た如き放電コンデンサｃｐの比較的低い値を許容する。 例えば、Ｃｐ＝５ｐＦ、Ｃｓ＝］＆ＯｐＦ％Ｖｐ＝３５０ボルト（４０（ｌボル トのコンデンサを仮定して）、Ｖｓ　＝、３３ＫＶを用いて下式を得る。即ち、 Ｎ　　＝　　［３３，（１００／７００　　コ　＊　　［１＋０．０７１　　＝ ５０二わが望ましくは低い巻線比である。 （ＣＥ　Ｉ点火の）ＰＤＩシステムにおける最適化されたコイルの設計について は、約６．４５ｃｍ”　　（１平方インチ）（あるいは、実施においてはそれ以 下）の断面積を持つフェライトまたは他の損失の小さく、かつ高い飽和磁束密度 を有し、また望ましくは一次巻線数が約２５である長さ約７６．２ｘ巾約２５． ４ｍｍ　（長さ３×中１インチ）の巻線穴を有するコア、および（４００ポルト 定格のコンデンサ４の場合）約５０なるコイル巻線比Ｎを使用することが望まし い。（−次＠線１および二次巻線２がコア３ａの同じ部分に巻付けられる場合） このような構造は２０乃至３０μＨのコイル漏れインダクタンスを生じ、６乃至 ＩＯμＦの放電コンデンサ４において８０乃至１００μ秒の望ましい放電期間を 与える。低い放電コンデンサの値、例えば５μＦの場合は、望ましい８０乃至１ ００μ秒の放電期間を維持するためコイル漏れインダクタンスを大きくすること ができる。これは、コアの穴の長さ対中の比季を（例えば、３：１から２．５　 　：　１に）減じるか、あるいは比較的低いインダクタンス（透＆！ｉ率）のコ アを使用することにより、そして（または）コイルの巻線１および２０巻線数を 増やすことによって達成される。コアがコスト競争力を持ちかつ効率がよいもの でなければならない場合は、例えばニッケル鉄の如き６乃至１２キロガウスの比 較的高い飽和磁束密度の材料を使用することにより、更に小さなコア断面積を使 用することができる。低コストの鉄粉心の技術における最近の改善（効率の改善 ）は、これらをインダクタンスが低いものから中程度の材料のコアの使用を選好 する本願における理想的な候補にし得る。 例えばピーク火花電流がＩＡ、および作動周波数が１０にＨｚであるＥＣＤ　Ｉ システム、あるいはＥＣＤ　ＩおよびＰＤＩの間の特性を有するその変更例の場 合は、（］０ＫＨｚの周波数を得るのに比較的低いコイルの漏れインダクタンス が許される）コンデンサ４の場合に、８乃至１２μＦの高いキャパシタンスの例 えば２００ボルト（２５０ボルトのコンデンサ）の比較的低い電圧システムを使 用することもできる。このようなシステムにおいては、約１００回の巻線数が指 定されるが、（約６．４５ｃｏ＋２（１平方インチ）のコアの場合）−次＠線数 は僅かに１５に過ぎず、従ってコアサイズは実際には比較的小さなサイズの二次 巻線が同数の巻数の故に一次巻線の巻数か少なくかつ寸法が小さな二次巻線であ るため一次巻線が小さい故にコアの大きさは実際には小さくなる。放電回路には 少ないエネルギ（２５０ミリジユール）しか蓄えられないため、より多くのエネ ルギを必要とする場合は再充電回路を必要とする。 寸法およびコストが重要である用途においては、−次巻線１および二次＠１１２ が第１３図に示されるように同一直線上に巻かれるがコア３ａの３つの脚が除か れた巻線に対して外側にある如きＣＥＩ点大のためのＣＤＣＣコイルを設計する ことができる。巻線に対し内側の単一の（開放）コアは、コイル巻線間にやや強 い結合を提供し、その結果ピーク電圧は（フェライトコアの場合）僅かに５％し か減じないが、これは巻線を３％だけ増やすことにより容易に補償される。 効率はほとんど減じることがなく、放電期間の減少も、僅かに大きな放電コンデ ンサ４を使用するかあるいは既に開示した他の方法により補償することができる 。 特に高いＲＰＭで運転する機関用の点火のための点火システムの動作を更に改善 するため２つのＳＣＲを使用することができ、この場合一方は最初のパルスと同 時に点弧され、他方は点火パルス列の残りのパルスに対して点弧される。 もし再充電回路が用いられなければ、（抵抗４ｄをｌ乃至１０Ωの低い値、ある いは０に設定すれば）コンデンサ４ｃは依然として低いの値であるＯ９ｌ乃至０ ．２μＦの二次スナツパ・コンデンサとして保持することができる。このような コンデンサはまた、第２ｂ図、第２Ｃ図および第１０図に関して開示した如きＳ ＣＲの遮断に続く火花放電に対して高い周波数で比較的低いピーク（ＥＣＤＩ） 電流の火花エネルギを供給するためコンデンサ４ａと共に作動する。 更に最適化されたＣＥＩ点火の別の主な特徴は、有効な電気エネルギを吸収する ことなく電気的遮蔽を行なうための望ましくは絶縁ケーシング１３３および開放 された金属ケーシング１３２を含む非強磁性材料から作られた同じ筺体１３０内 部にコイルおよび放電回路全体を設置することである。これにより、−次＠ｔｔ ｌＡ１の長さを最小にすることによって、ＥＭＩを最小限度に抑えることおよび 容量性放電点火効率を最適化することの両方を助ける。ＥＭＩ（および容量性の 干渉を含む他の形態の干渉）の更なる改善は、ファラデー・シールド１３５（開 回路）をコイルの＠＆１１および２間に置き、これを都合のよい点１３６におけ る二次巻線の低電圧側と接続することによって達成される。 火花プラグ付近の約５０ｐＦの（ブーツ）キャパシタンス値Ｃｓｂを得る観点に おけるＣＥＩ点火の別の望ましい実ａ＝様は、火花プラグのワイヤ１０８ｂ上に 編み針金の構造シールド８６ｃを使用することであり、この場合この針金は非常 に低いインダクタンスＬｓｂ（０，１乃至１μＨ）で非常に低い抵抗値を有し、 かつ初期の放２（火花形成）と同時に強いが比較的低いエネルギの容量性火花を 生じるため必要なキャパシタンスを有する直線的な大きな直径の金属線となる。 典型的なＣｓｂ値を６０ｐ　ＦおよびＬｓｂの値を０．６μＨと仮定すると、ソ ースのインピーダンスＺｓｂは下式により与えられる。即ち、 Ｚｓｂ＝　　Ｌｓｂ／Ｃ５ｂ＝　　１００Ωしかし、第１１図乃至第１１ｆｆ図 に開示されたＥＦＦＬプラグは、（典型的な約３．０５乃至５．０８ｍ＋ｎ　（ ０，１２乃至０．２０インチ）の収束火花間隙の場合）大気圧において８乃至も たらす。即ち、 Ｉ　ｓ　ｂ＝Ｖｂ／Ｚｓ　ｂ　＝１００　Ａ大気圧において、この値は本発明の 用途に対する絶縁破壊容量性火花に対する値の範囲内にある。 火花プラグのワイヤは、中心部導体の直径および銹電率、および絶縁体の厚さを 調整することにより、キャパシタンスと（単位長さ当たりの）インダクタンスの ある範囲の値を与えるように設計することができる。 このようにして、所望のピーク電流および容量性エネルギは最良の点火に対して 得ることができる。この実施態様においては、主幹リード線１０８ａは、非常に 低い対接地キャパシタンスを持つ高い誘導性吸収ワイヤであることが望ましい。 このソース・インピーダンスの概念は、ＣＥＩ点火を部分的に構成するＥＦＦＬ プラグと共に使用されるＣＤＣＣ点火の諸パラメータの開示および定義において 有効である。火花期間における電流に対するそれぞれの一次および二次回路のソ ース・インピーダンスＺｐ、Ｚｓは下記に等しく示すことができる。即ち、ｚｐ ＝ｔ／（２＊π＊ｆ＊Ｃｐ） Ｚｓ＝Ｎ＊Ｚｐ アーク燃焼電圧Ｖ　ａｒｃおよびアーク電流１　ａｒｃに関して与えられる火花 間隙の等価抵抗Ｒａｒｃは下記の如くである。即ち、 Ｒａｒｃ　＝　Ｖ　ａｒｃ　／　１　ａｒｃＣＥＩ点大の望ましい実施態様の開 示されたＰＤＩ態様においては、ｆを約１０にＨｚと等しく、Ｃｐを約８μＦと 等しく、またＮを約５０に等しくとり、Ｚｐ＝２Ω Ｚｓ＝］００Ω とすれば、２００ポルトの平均−次回路電圧Ｖｐに対するアーク（二次回路）電 流１　ａｒｃの値、２Ａを導き（但し、点火の作動中、Ｖｐは３５０ポルトから １００ボルトまでの範囲にある）。即ち Ｉａｒｃ　　＝Ｖｐ／Ｚｓ＝　　２００／１００　　＝２Ａしかし、本文に開示 されたＰＤＩシステムにおいて使用される如き約２．５４乃至５．０８ａ＋ｍ　 （０，１乃至０．２インチ）の間隙を有する典型的なＥＦＦＬプラグは、２Ａの 電流において約２００ボルトのアーク電圧Ｖａｒｃを有し、下記のアーク抵抗値 Ｒａｒｃを導き、 Ｒａｒｃ　＝　Ｖａｒｃ　／　Ｉ　ａｒｃ　＝　２００／　２　＝　　１００Ω ＣＤＣＣ電源とＥＦＦＬ火花プラグとの間に完全な整合を暗示する。従って、本 文に開示した他の利点、特に最も重要である、火炎放電の点火を生じるため火炎 前面における直接的な放電を提供しながら、エネルギ移動の最適化を達成する。 ＥＣＤ　Ｉシステムの場合は、等価アーク抵抗は少なくとも更に大きな大きさと なるが、Ｚｓはそれほど高くなく、その結果本例においては、システムは電気的 エネルギを火炎前面プラズマに結合する望ましい円環状間隙を横切って自然に存 在する高い電界を利用するよう設計された。本文に開示されたＣＤＣＣシステム およびＥＦＦＬプラグ（および使用される炭化水素燃料）に基いて、全て本発明 の本文の開示範囲内に該当する最適化されたＧＥＴ点火システムの変更例をもた らすようある範囲のパイグリッド・システムを設計することができる。 ＣＥＩ点大の開発に伴ないかつこれを助ける実際的な考察、特に筺体１３０内の 各部分の更に最適な配置は、（米国特許出願第８８５，９１２号および対応する 外国出願において開示゛される）電流ポンプと呼ばれる完全に新規な形式のＤＣ −ＤＣコンバータであり、これは筐体１３０内に示される各部分の配置を可能に する負荷が置かわる場所に対する不感性を含む多くの新しい確実な特徴を有する 。更に、電流ポンプおよび米国特許第４，６７７．９６０号のＣＤＣＣ点火シス テム、先のＥＭ点火および本発明（空燃混合気および伝播する初期火炎前面に対 する電気的エネルギの最適な結合をもたらす）を含むいくつかの他の発明の展開 が、本文に開示された最適化されたＣＥＩ点火を導くものであった。 要約すると、ＣＥＩ点火は、達成すべきものおよび達成すべき方法の両方の観点 において点火を定義し直して、前には存在しなかった能力の実用的かつ高度に有 効な点火を生じるシステムである。その基本的レベルでは、このＣＥＩ点火は、 初期の火炎を組織的な方法で更に完全な「点火のプロセス」の一部としてこれに 最も有効な影響を与えるため勘案する。この最適な稀薄混合気の点火を達成する ため同様に重要な実際的な方法が本文に開示されている。これらは、共働するよ うに本発明に開示された展開を以前の発明（ＣＤＣＣ１電流ポンプおよびＥＭ点 火）と共に用いて、（４乃至５の空燃比）の稀薄燃焼能力における主な改善をも たらし、これが今日の設計の機関および未だ開発中の次の世代の機関の双方にお ける正確なテストによって確証付けられた。 「同軸状間隙」について、本文に用いられる如き用語「同軸状間隙」は２つの同 軸状の電極間の空間の容積を指すことが意図され、明示的に記載されるのでなけ れば、特定の半径方向あるいは軸方向の如何なる限定も含むものと解釈すべきで ないことを知るべきである。 従って、本発明に関しては、本文に含まれる本発明の範囲から逸脱することなく 上記の装置および方法においである変更が可能であるため、本文の記述に含まれ あるいは添付図面に示される全ての事項は例示であって限定の意味において解釈 されてはならないものであることを特に強調する。 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　ｌａ従米扶狗 浄Ｌ’Ｆ（内容に変更なし） ｉ？ＩＩＩＦ（内容１こ変更なし） ｌＩｌｌ（内゛ａに変更なしン ＦＩＧ、３ａ ０　　　　　　１ｏｏ　　　　　２００　　　　３００　　　　４００　　　　 　ｔ　ｐ９ＦＩＧ、　４ 浄；（内容に変更なし） ＦＩＧ、　　５ ＦＩＧ、　　６ ？Ｔｌ書（内容に変ｇＬなし） ＦＩＧ、　９ａｂ　ＦＩＧ、　９ａｃ　ＦＩＧ、９ａｄ　ＦＩＧ、　９ａｅ　Ｆ ＩＧ、　９ａｆＦＩＧ、　９ｂ 浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 平成　２年す月千日′ 特許庁長官　　吉　１）文毅　殿 ＰＣＴ／ＵＳ８７１０３３４６ ２、発明の名称 電界放電の形成 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所 名　称　　コンパッション・エレクトロマグネチツクス・インコーホレーテッド ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　　平成　２年　５月　８日　（発送日）６、補正の対象 （１）出願人の代表音名を記載した国内書面国際調査報告 一１四掴醪＾醋−と酔６１１１１１１．　ｐｃｒｌσ５８７１０３３４６ｂｕｅ ｒｓａｂ＠＋＋ａ＋＾１１１１１＜Ｎｏクー−−−１’ＰＣ’ｒ１０５８７１０ ３３４６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．火花プラグ手段の外側の第２の電極即ちシェルの端部と該シェル端部に隣接 する内側面領域とを含みかつその間の領域として画成された接地点火縁部即ち接 地電極を持つ内側面を有する支持構造に載置された火花プラグ手段を有する燃焼 室と、点火縁部と同軸状の間隙を形成する金属の点火先端部またはその端部に設 置されたボタンを持つセラミック先端部を更に含む前記火花プラグ手段の中心部 電極の部分的に絶縁された端部を含む中心部の点火端部即ち先端部と、前記燃焼 室内で空燃混合気を点火するため前記火花プラグ手段により提供される火花手段 と、該火花手段に対して電気エネルギを供給して前記混合気を点火する手段とを 備え、該火花手段は前記火花プラグ手段に対する前記電気エネルギの印加と同時 に１回以上の火花パルス放電および１つ以上の電界を生じる点火システムにおい て、前記点火端部および点火縁部が実質的な電界即ち静電収束レンズ、即ちＥＦ ＦＬを形成するように該点火端部および点火縁部の成形および配置を行ない、前 記同軸状間隙の最小寸法は約２．０３ｍｍ（０．０８０インチ）より大きく、前 記ＥＦＦＬプラグ手段は、無制限数の同軸状の均一なシリンダ間に形成される等 しい間隙に対して火花放電を形成するよう該同軸状間隙を電気的に絶縁破壊する ため必要な電圧を実質的に低減するも、等しい間隙の無制限数の同軸状シリンダ に対する火花放電の間アーク燃焼電圧を増大することを特徴とする点火システム 。 ２．前記点火縁部を部分的に画成する前記シェル端部が、前記点火縁部を一緒に 画成する前記内側支持面に対して凹んでおり、前記点火端部を面成する前記先端 部の前記ボタンおよびセラミック部が、前記点火端部と、前記同軸状間隙を画成 する前記点火縁部の外側領域との間の前記電界の強い収束を生じるような形状お よび位置が与えられ、電気エネルギの多くのパルス放電による火花発生と同時に 、前記中心部電極から前記外側の点火縁部まで延長する少なくとも１つの火花が 形成されることを特徴とする請求項１記載のシステム。 ３．前記ボタンの形状および前記先端部の前記セラミック部が一緒になって、一 枚のシートの双曲面に略々似た軸方向の凹面を有する略々不均一な円筒を形成す るようになっており、前記ボタンの最大径が前記セラミック先端部の基部即ち最 大径の略々三分の二であることを特徴とする請求項２記載のシステム。 ４．１つ以上の火花パルス放電が与えられ、前記電極および間隙が、前記パルス 放電の最初の１つの長さが、以降のパルスよりも前記プラグ先端部周囲の前記電 界に対して更に直角に前記混合気中に延在するように形状および位置が与えられ 、前記火花放電が、前記電界に対して略々平行な前記空燃混合気中に伝播する前 面を有する火炎を、該火炎前面に与えられる実質量の前記電気エネルギを以て生 成することを特徴とする請求項１記載のシステム。 ５．多くのパルス状放電を反復的に点火する間隔が０．５ミリ秒より短い多くの パルス状火花放電を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。 ６．前記電気エネルギを供給する前記手段が、８０乃至１２０μ秒間の火花電流 パルスの持続期間を有し、かつ０．４乃至４Ａ間のピーク正弦波形のパルス電流 を以て点火着火当たり多数の個々の正弦波形の火花パルス放電を生じるよう構成 されることを特徴とする請求項５記載のシステム。 ７．前記多くのパルス放電が、最初、８０乃至２００μ秒間の点火期間と、該パ ルス間に１００乃至３００μ秒の範囲の遅れを有する電流の約２００乃至１．０ ００ｍＡの範囲内のパルス形態を呈することを特徴とする請求項５記載のシステ ム。 ８．前記火炎前面自体が、前記電極における前記エネルギの順次の放電と同時に 放電経路となることを特徴とする請求項２記載のシステム。 ９．前記火花放電が、約６．４５ｃｍ２（１平方インチ）のコア断面積を有する 閉鎖型の磁気コア上に約２５回巻付けられ、かつ巻線比が略々５０であり、一次 電圧が約３５０ボルトである一次コイルを有する変圧器を含む点火システムによ り生じることを特徴とする請求項６記載のシステム。 １０．前記電極および間隙は、前記電界が最初前記中心部電極から遠去かるよう に移動するに伴なって方向が該電界の方向に対して徐々に更に平行になる初期火 炎前面を生成するような形状および位置が与えられることを特徴とする請求項１ 記載のシステム。 １１．前記電気エネルギを供給する前記手段が、前記混合気の誘電性を破壊して 、前記火花放電における約５０乃至５００ｍＡ間の電流と関連する少なくとも５ ００ボルトの電圧から少なくとも２，０００ボルト／ｃｍの電界の強さを生じる に充分なエネルギを提供するように構成されることを特徴とする請求項１記載の システム。 １２．前記火花放電が、略々６０のコイル巻線比を有する変圧器を含む点火シス テムによって生成され、前記一次電圧が約３００ボルトであることを特徴とする 請求項１１記載のシステム。 １３．前記点火システムが、前記一次コイルと結合され、約５μＦのキャパシタ ンスを有するコンデンサを含むことを特徴とする請求項１２記載のシステム。 １４．前記混合気が炭化水素燃料であり、該燃料は、点火と同時に、前記電気エ ネルギを前記火炎前面における電子プラズマに結合しかつ該電子プラズマを介し て前記火炎前面の強い分子内の励起を生じることにより、前記燃焼室内で前記間 隙の付近に維持される強い電界による誘起に適する火炎プラズマ密度輪郭を生じ ることを特徴とする請求項１記載のシステム。 １５．前記炭化水素燃料の組成は、含まれる炭素対水素の比率が０．５乃至２． ０の範囲内にあることを特徴とする請求項１４記載のシステム。 １６．前記燃料が、前記混合気が点火される時、純粋の炭化水素燃料／空気の燃 焼の急激に落るプラズマの尾引き特性を依然として呈するプラズマ輪郭を有する 前記火炎前面の輪郭全体におけるプラズマ密度を増強するに充分な微量の低イオ ン化性の物質を含むことを特徴とする請求項１５記載のシステム。 １７．前記混合気が、点火と同時に前記燃料の前面の結果として生じるピーク・ プラズマ密度が典型的な燃料に勝る少なくとも２の因数で増強されるように充分 な芳香族炭化水素化合物を有する燃料を含み、前記プラズマの輪郭が純粋の炭化 水素燃料／空気の燃焼の急激に落るプラズマ尾引き特性を依然として呈すること を特徴とする請求項１記載のシステム。 １８．前記プラグ先端部端部の前記ＥＦＦＬが、一枚のシートの双曲面を実質的 に含み、他端部の直径の略々三分の二の直径を持つ前記双曲面の一端部を含む前 記端部ボタンが、前記先端部のセラミック絶縁層の基部を含むことを特徴とする 請求項１記載のシステム。 １９．前記プラグ手段が１４ｍｍのプラグ・シェルを有する火花プラグからなり 、前記ボタンの直径、前記先端部の絶縁部分および内側シェル端部の最小および 最大直径が、それぞれ約６．６０、５．８４、０．８１および９．９１ｍｍ（０ ．２６、０．２３、０．３２および０．３９インチ）であることを特徴とする請 求項１８記載のシステム。 ２０．前記ＥＦＦＬ火花プラグが、シェル端部の内側端面に対して収束すること を特徴とする請求項１９記載のシステム。 ２１．前記ＥＦＦＬ火花プラグが、前記シェル端部を少し越えて置かれる円に対 し、また更に前記燃焼室内に収束することを特徴とする請求項１９記載のシステ ム。 ２２．燃焼室を有する内燃装置のための火花プラグにおいて、 前記燃焼室の壁面に取付けるための金属チューブにより同軸状に包囲され、かつ 該チューブと中心部ワイヤとの間に配置された一層の電気絶縁物質を有する長い 導電性の中心部導体を設け、該導体と前記チューブと層とがコンデンサを構成し 、 前記チューブの一端部が円形縁部を形成し、前記導体の一端部が前記縁部を実質 的に超えて軸方向に延長し、 前記壁面が前記縁部に隣接してこれを包囲するリムを有し、該リムは前記縁部と 略各々同じ表面中を持つことにより画成され、 前記導体の前記一端部に取付けられた導電性を有するボタンを設け、該ボタンは 、放電による腐食および前記内燃装置の内部環境に対して実質的に抵抗性のある 材料から形成され、前記ボタンは前記導体の前記端部より大きな直径を有し、か つ前記導体の充電と同時に前記リムに対して電界線を収束するような輪郭を有す ることを特徴とする火花プラグ。 ２３．前記中心部導体の前記一端部および絶縁物質層が、前記円形縁部を越えて 約２．０３乃至４．０６ｍｍ（０．８乃至０．１６インチ）の範囲の距離だけ軸 方向に延在し、前記縁部が実質的に同軸状の間隙により前記ボタンから隔てられ ることを特徴とする請求項２２記載の火花プラグ。 ２４．前記縁部の付近における前記絶縁物質が、前記中心部導体の軸方向距離の 一部である長さにわたり前記チューブの内径より小さな外径を有し、前記縁部の 付近における前記絶縁物質の周囲に基部の接合用中空容積部を形成することを特 徴とする請求項２３記載の火花プラグ。 ２５．前記縁部が、前記導体から間隔をおいてこれに向って突出する１つ以上の 小さなローブを有することを特徴とする請求項２４記載の火花プラグ。 ２６．前記縁部の付近における前記絶縁物質の厚さは約２．５４ｍｍ（０．１イ ンチ）であり、前記中心部導体の直径は約２．５４ｍｍ（０．１インチ）であり 、前記層の物質は、８乃至４０間の比誘電率および２５０ボルト／ミル（約０． ０２５ｍｍ）より大きな放電開始電圧を有することを特徴とする請求項２４記載 の火花プラグ。 ２７．前記ワイヤの前記一端部に隣接する第１の部分の断面径は、前記導体の残 りの部分の断面径より実質的に小さく、前記ボタンは、前記導体の第１の部分の 直径より大きな直径を有することを特徴とする請求項２６記載の火花プラグ。 ２８．前記ボタンの周部は、小径部を有しかつ前記導体の前記一端部と結合され た略々円錐台として成形され、該円錐台は垂直に対し３０乃至４５°の角度を有 することを特徴とする請求項２２記載の火花プラグ。 ２９．前記ボタンの周部は、断面が円弧の一部として形成されることを特徴とす る請求項２２記載の火花プラグ。 ３０．前記導体の反対側端部に対して電気的に結合されたインダクタンスを有す ることを特徴とする請求項２２記載の火花プラグ。 ３１．前記インダクタンスが、１Ω／フィート（約３０５ｍｍ）と略々等しいか あるいはこれより小さな抵抗値と、５０μＨ／フィート（約３０５ｍｍ）程度の インダクタンスを有する低い抵抗値の巻線であることを特徴とする請求項３０記 載の火花プラグ。 ３２．前記金属チューブ内に収容された前記導体の前記残りの部分の直径は、前 記残りの部分と前記チューブとの間に扶持された前記絶縁体が、前記プラグの使 用中前記絶縁体の誘電破壊による破裂に耐える最小厚さであるように選択される ことを特徴とする請求項２６記載の火花プラグ。 ３３．前記絶線物質の一部を包囲する金属シェルと標準的な１４ｍｍねじを有す る一端部を有し、前記導体の前記残りの部分および挟持されたアルミナが２つの 関連する外径を有し、即ち前記導体においては約４．０６および８．１３ｍｍ（ ０．１６および０．３２インチ）であり、前記アルミナにおいては約９．９１お よび１３．９７ｍｍ（０．３９および０．５５インチ）であることを特徴とする 請求項３２記載の火花プラグ。 ３４．燃焼室内で空燃混合気を点火する電気的点火システムにおいて、 ａ）中心部の電極と該中心部電極の周囲に同軸状に配置された第２の電極とを有 する先端部を含む火花プラグを設けて該電極間に少なくとも約２．０３ｍｍ（０ ．０８インチ）の同軸状間隙を提供し、該間隙間で１つ以上の火花パルス放電お よび電界が前記プラグに対する電気エネルギの印加と同時に起生し、 ｂ）前記プラグを付勢する点火回路を設け、該回路は更に、 入力ＤＣ−ＤＣコンバータと、 火花プラグと直接あるいは間接に結合する高電圧の二次巻線と、前記ＤＣ−ＤＣ コンバータと結合された一次巻線とを有する変圧器即ちコイル手段と、前記一次 巻線に跨がって結合されたスナッパー・コンデンサと、 前記一次巻線と、該一次巻線の高圧側と結合された入力コンデンサと、該入力コ ンデンサにより前記一次巻線に与えられる前記電圧の印加を制御するスイッチ手 段とを含むことを特徴とする電気的点火システム。 ３５．前記スイッチ手段が、８０乃至１２０μ秒間の正弦波の周期の多数の正弦 波パルス火花放電を制御し切換えるため使用される１つ以上の低順方向電圧降下 ＳＣＲを含み、更に、ダイオードと高い値の抵抗Ｒ１ｓｐと前記コイルの前記一 次巻線に跨がり結合されたコンデンサＣｓｐとからなるＳＣＲスピードアップ・ ターンオフ回路を含み、ダイオードのカソードが前記一次巻線の高圧側と結合さ れかつコンデンサが接地側と結合され、前記ＳＣＲのゲートと、コンデンサＣｓ ｐと抵抗Ｒ１ｓｐ間の交点との間に結合された低い値の抵抗Ｒ２ｓｐを含むこと を特徴とする請求項３４記載のシステム。 ３６．入力コンデンサが４００ボルト定格のコンデンサであり、前記スピードア ップ・ターンオフ回路を構成する諸要素の値は、Ｒ１ｓｐでは約３ＫΩ、Ｃｓｐ では約０．２２μＦおよびＲ２ｓｐでは約１００Ωであることを特徴とする請求 項３５記載のシステム。 ３７．前記ＤＣ−ＤＣコンバータが電流ポンプＤＣ−ＤＣコンバータであること を特徴とする請求項３４記載のシステム。 ３８．前記電流ポンプＤＣ−ＤＣコンバータが７０％より大きな効率を有し、前 記容量性放電回路が５０％より大きな効率を有することを特徴とする請求項３７ 記載のシステム。 ３９．前記火花プラグが更に、前記第２の電極を形成する金属チューブにより同 軸状に包囲された長い導電性を有する中心部導体と、前記チューブと前記導体と の間に置かれた一層の電気絶縁物質とを含み、該導体、チューブおよび層がコン デンサを構成するようにし、前記チューブの一端部が円形縁部を形成し、前記導 体の一端部が前記縁部を実質的に越えて軸方向に延在し、前記中心部導体を形成 しかつ該導体の前記一端部に取付けられた金属ボタンを含み、該ボタンは放電か らの腐食および前記燃焼室の内部環境に対して実質的に抵抗性のある材料から形 成され、前記ボタンは前記導体の前記端部よりも大きな直径を有しかつ電界収束 レンズ即ちＥＦＦＬの一部を形成することを特徴とする請求項３４記載のシステ ム。 ４０．前記入力コンデンサが４乃至１２μＦのキャパシタンスを有し、前記コン バータは前記コンデンサを約３５０ボルトの電圧まで充電するためのものであり 、前記変圧器手段は閉鎖された磁気コアを有し、該変圧器における前記二次巻線 対一次巻線の巻線比は約４５乃至６０の範囲内にあることを特徴とする請求項３ ４記載のシステム。 ４１．前記スナッパー・コンデンサが０．０５乃至０．２５μＦ間のキャパシタ ンスを有することを特徴とする請求項３４記載のシステム。 ４２．前記二次巻線の高圧側と結合された分配器手段を設け、該分配器手段の出 力は前記プラグと結合され、前記分配器手段は１つのロータと、該ロータの先端 部から約０．３９７ｍｍ（１／６４インチ）の間隙で離間された少なくとも１つ の分配器の点とを有し、該ロータの先端部は放電からの腐食に耐える材料から形 成されることを特徴とする請求項３４記載のシステム。 ４３．前記放電回路は前記プラグに対し一連の電気パルスを生じるよう構成され 、各パルスは８０乃至２０μ秒間隔の範囲内の持続期間を有し、約１５０乃至３ ００μ秒の間で点火されることを特徴とする請求項３４記載のシステム。 ４４．前記放電回路はまた、前記小さなコンデンサの放電により、前記各パルス の終りにおいて約１０乃至３０μ秒のリンギングを生じることを特徴とする請求 項３４記載のシステム。 ４５．前記空燃混合気は炭化水素燃料を含み、該燃料は、点火と同時に、前記燃 焼室内に維持される強い電界による誘起に適するプラズマ密度輪郭を有する前面 を持つ火炎を生じ、該誘起は前記火炎前面の電子プラズマにおける電気エネルギ を結合しかつ該プラズマにおける電子の作用により前記火炎前面における強い分 子の内部励起を生じることにより起生することを特徴とする請求項３４記載のシ ステム。 ４６．前記炭化水素燃料の組成は、含まれる炭素対水素の比率が０．５乃至２． ０の範囲内にあることを特徴とする請求項４５記載のシステム。 ４７．前記燃料が、前記混合気が点火される時、前記火炎の尾引き区域における 密度を不当に増加させることなく、前記火炎前面の輪郭全体におけるプラズマ密 度を増強するに充分な微量の低イオン化性の物質を含むことを特徴とする請求項 ４５記載のシステム。 ４８．前記低イオン化性物質が、リチウム、ナトリウムおよびカルシウムからな るグループから選択された金属の化合物であることを特徴とする請求項４７記載 のシステム。 ４９．前記燃料が、点火と同時に、前記火炎前面の結果として生じるプラズマ密 度が、純粋の炭化水素燃料／空気の燃焼の急激に落ちるプラズマ尾引き特性を依 然として呈するプラズマ輪郭により増強されるような充分な芳香族炭化水素化合 物を有することを特徴とする請求項４８記載のシステム。 ５０．内燃装置用の火花プラグのための容量性ブーツであって、該プラグが先端 部と反対側端部とを有する長い中心部導体と、該中心部導体をその端部に隣接す る部分を除いて包囲する絶縁層と、該絶縁層の一部を包囲する金属シェルとを有 するブーツにおいて、−端部が前記導体の前記反対側端部に丁度嵌合してこれと 電気的接触を生じる寸法である内径を有する導電性を有する円筒部と、 該円筒部の周囲に同軸状に配置され、前記シェルの少なくとも一部に丁度嵌合し てこれと電気的接触を生じる寸法である金属の中空チューブと、該チューブと前 記円筒部との間に置かれた実質的に一定の厚さの第２の層の電気絶縁性の中実の 誘電物質とを設け、前記チューブと円筒部と第２の層とがコンデンサを構成し、 該第２の層の少なくとも一部が前記絶縁層の周囲に丁度嵌合するように配置され る管状延長部であることを特徴とするブーツ。 ５１．前記反対側端部が約３．１８ｍｍ（１／８インチ）より大きな厚さを持つ 前記金属チューブと特徴とし、前記誘電物質が前記反対側端部を少なくとも約１ ２．７ｍｍ（１／２インチ）だけ越えて突出し、前記円筒部が前記反対側端部か ら凹んでいることを特徴とする請求項５０記載のブーツ。 ５２．前記導体の前記反対側端部に対し電気的に結合された誘導性のある小さな 抵抗の巻線を含むことを特徴とする請求項５０記載のブーツ。 ５３．前記シェルの外側と、前記シェルに対して電気的接触を生じる前記チュー ブの前記部分の内表面とに、それぞれ一致するねじが設けられていることを特徴 とする請求項５０記載のブーツ。 ５４．前記チューブと、前記チューブの内方のねじとが、該チューブおよびシェ ルのねじが部分的に螺合する時前記導電性円筒部と前記導体の前記反対側端部と の間に良好な電気的接触が生じるように構成されており、前記誘電層は前記プラ グの前記絶縁層をほとんど完全に覆うことを特徴とする請求項５３記載のブーツ 。 ５５．前記第２の誘電層の比誘電率が約５乃至５０の間にあって、前記ブーツに 約３０乃至１００ｐＦ間のキャパシタンスを提供することを特徴とする請求項５ ０記載のブーツ。 ５６．前記円筒部の外径が約１０．２乃至１２．７ｍｍ（０．４乃至０．５イン チ）の間にあり、包囲する誘電層の外径は約１４．３乃至１９．１ｍｍ（９／１ ６乃至３／４インチ）の間にあり、かつ前記ブーツの全長は約２５．４乃至１０ １．６ｍｍ（１乃至４インチ）の間にあることを特徴とする請求項５０記載のブ ーツ。 ５７．前記円筒部の前記反対側端部と結合された火花プラグのワイヤを設け、該 ワイヤは約１Ω／フィート（約３０５ｍｍ）以下の抵抗を有し、かつ１０乃至１ ００μＨ／フィート（約３０５ｍｍ）間のインダクタンスを有する巻線を形成す るよう巻付けられていることを特徴とする請求項５０記載のブーツ。 ５８．前記円筒部の凹んだ端部から少し張出す前記誘電物質が、前記巻線の外径 に丁度嵌合して前記円筒部の前記凹んだ端部に対する座と）て働くように前記円 筒部の直径より小さな直径を有することを特徴とする請求項５２記載のブーツ。 ５９．前記第２の絶縁性を有する誘電物質が、延伸して前記プラグの絶縁層の外 表面に丁度嵌合するように弾性を有することを特徴とする請求項５０記載のブー ツ。 ６０．内燃機関用の強化された従来の放電点火システムにおいて、 約１００乃至５００ｍＡの間で放電を生じる容量性放電手段と、 結合されることにより付勢されるように前記放電手段と結合された火花プラグ手 段とを設け、該火花プラグ手段は、実質的に円環状の火花間隙を有し、かつ実質 的な成分が前記プラグ手段の付勢により生じた火花の方位に対し直角をなす実質 的な成分を有する電界を生じるような形状および位置が与えられた先端部を有し 、該電界は、前記放電の少なくとも一部において、また前記機関の部分負荷運転 の少なくとも一部において、少なくとも８００ボルト／ｃｍ／大気圧の電界の強 さを有することを特徴とするシステム。 ６１．前記火花プラグ手段に置かれた２０乃至８０ｐＦ間のキャパシタンスを有 する出力コンデンサを設けることを特徴とする請求項６０記載のシステム。 ６２．前記火花プラグ手段の先端部が、中心部の導体の端部と、誘電体により前 記中心部導体から分離された同軸状に配置された導電性を有する鞘部とを含み、 前記円環状火花間隙が前記中心部導体と前記鞘部の対応する端部間に位置するこ とを特徴とする請求項６０記載のシステム。 ６３．前記中心部導体の前記端部が、前記鞘部の前記端部を越えて軸方向に約１ ．５２乃至３．０５ｍｍ（０．０６乃至０．１２インチ）間の距離だけ突出する ことを特徴とする請求項６１記載のシステム。 ６４．前記放電手段が、前記電流に実質的に周期的に０．２５ミリ秒の周期を与 えることを特徴とする請求項６０記載のシステム。 ６５．前記火花間隙が指渡し約２．５４ｍｍ（０．１インチ）であることを特徴 とする請求項６０記載のシステム。 ６６．前記放電の電流が、約６．４５ｃｍ２（１平方インチ）のコア断面積を有 する閉鎖された磁気コア上に５０乃至６０の巻線比で巻付けられた変圧器を含む 点火システムにより生成され、一次電圧は約３５０ボルトであり、前記一次コイ ルと結合された約６μＦのコンデンサを設けることを特徴とする請求項６０記載 のシステム。 ６７．前記放電の電流が、約２５の巻線比を有する変圧器を含む点火システムに より生成され、一次電圧は約６００ボルトであり、前記一次コイルと結合された 約３μＦのコンデンサを設けることを特徴とする請求項６０記載のシステム。 ６８．内燃機関用のパルス化火炎放電点火システムにおいて、付勢されるように 振動放電手段を提供し、約３．８ｍｍ（０．１５インチ）の同軸状の火花間隙で 分離された１対の同軸状に配置された電極を有する容量性放電手段を設け、プラ グ手段が一枚のシートの双曲面に似た静電収束レンズを設けするような形状およ び位置が与えられた中心先端部を有することを特徴とするシステム。 ６９．前記火花プラグ手段の先端部が、ボタンと接触する前記中心部導体の前記 部分の直径を有するボタンで終る中心部導体と、該中心部導体から誘電体により 分離された同軸状に置かれた導電性を有する鞘部とを含み、前記ボタンと前記鞘 部の対応する端部とが同軸状の火花間隙を形成するようにすることを特徴とする 請求項６８記載のシステム。 ７０．前記ボタンの外表面が実質的に平坦であり、該ボタンの周部が、小径端部 を前記中心部導体と結合させた円錐台として形成されることを特徴とする請求項 ６９記載のシステム。