JPH0467754B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 内部領域を有するスパーク空洞、前記内部領
域からの出口および３つの電極として第１電極
５、第２電極６および接地電極７を備え、すべて
の電極が互いに絶縁されており、第１スパークギ
ヤツプが前記第１電極５および第２電極６間にお
いて前記空洞４の内側に形成されており、第２ス
パークギヤツプが前記第２電極６および接地電極
７間に形成されているスパークプラグにおいて、
前記２つのスパークギヤツプが電気的に直列に配
置され、前記第２スパークギヤツプが前記空洞４
の出口を横切つていることを特徴とするスパーク
プラグ。

２ 前記第１ギヤツプを形成する電極６，５は前
記空洞４の内部領域のベースに配置された第１電
極５、および前記内部領域の一方側に配置され、
前記第１電極５から間隔を置いて配置された第２
電極６からなり、前記第２電極６の一部が前記空
洞４の出口に近接し、前記第２ギヤツプを形成す
る電極は前記第２電極６および前記第２電極６か
ら前記空洞４の出口を横切つて間隔を置いて配置
された接地電極７からなることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載のスパークプラグ。

３ 前記第２電極６および接地電極７はプラグ１
の面３と同一面内に配置されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載のスパークプラ
グ。

４ 前記第２電極６および接地電極７はプラグ１
の面３の外方にのびていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項または第２項に記載のスパーク
プラグ。

５ 前記第２電極６および接地電極７はプラグ１
の面３の外方の前記第１絶縁電極５と反対向きに
突出する延長部８，９を有することを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載のスパークプラグ。

発明の技術分野 本発明は内燃機関その他に使用可能なスパーク
プラグに関するものである。

背景技術 すでに提案されたスパークプラグにおいては燃
焼が２電極間のアーク衝撃に基づいて発生したプ
ラズマにより開始されるものである。典型的には
スパークエネルギーは30〜40ｍＪである。これら
の装置は化学量より十分に大きい空／燃比の混合
物を点火することができないものである。

文献等は高い空／燃比による混合物の点火にお
いてはプラズマジエツトを用いることが効果的で
あることを示している（たとえばSAE技術誌
770355及び800042参照）。高い空／燃比において
プラズマジエツトを発生させるための別のスパー
クプラグにおいてはアーク中で消費されるべき高
エネルギー（＞1J）が要求される。

発明の開示 本発明の１つの目的は従来のスパークプラグに
おける上記のような不利益を軽減しようとするこ
とである。

本発明によるスパーククラブは少なくとも２個
の絶縁電極と１個の接地電極とを直列に配置し、
発生したアークが隣接電極間において直列的に発
生するように構成したことを特徴とするものであ
る。

本発明を具体化したスパークプラグについて
は、以下添付の図面を参照して例示的に説明する
ものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は１つの典型的な従来型スパークプラグ
を示す略縦断面図、第２図は別の従来型スパーク
プラグを示す略縦断面図、第３図は本発明による
スパークプラグを示す略縦断面図、第４図は本発
明によるスパークプラグの第２の実施例を示す略
縦断面図、第５〜８図は本発明によるスパークプ
ラグの種々の電極形状をそれぞれ示す略縦断面
図、第９図は本発明によるさらに別のスパークプ
ラグの実施例を示す略縦断面図、第１０図は本発
明によるスパークプラグのための駆動ユニツトの
配置を示す略図である。

図面を参照すると、第１図は電極Ａ，Ｂ間のア
ーク衝撃により発生したプラズマにより燃焼を開
始させるようにしたスパークプラグを示すもので
ある。典型的にはこのスパークエネルギーは30〜
40ｍＪである。このようなプラグは化学量より十
分大きい空／燃比の混合物を点火することはでき
ない。第２図は別の従来型スパークプラグの関連
部分を示す断面図である。このプラグは高い空／
燃比の燃焼用混合物を点火するためのプラズマジ
エツトを発生することができる。アークは端電極
Ａと、セラミツク体Ｄにおける空洞Ｃ内の中央絶
縁電極Ｂとの間で付勢される。アーク中では十分
なエネルギー（＞1J）が消費され、空洞Ｃ内では
高レベルのイオン化が生じる。消費されたエネル
ギーはガスを加熱してこれを急激に膨脹させる。
その結果、イオン化したガスが空洞Ｃよりプラズ
マジエツトＥとして噴出される。

本発明を具体化したスパークプラグは第３〜９
図に示されており、これらの図において同一の参
照符号は同一部分を指すものとする。第３図を参
照すると、プラズマジエツトＥを発生するため
に、基本的にはツインギヤツプ型スパークプラグ
を構成するようにした本発明のスパークプラグ１
が示されている。スパークプラグ１のスパーク形
成部分は、表面３で終わるセラミツク体２からな
る絶縁物を具備している。この絶縁物は中央絶縁
電極５を含む空洞４を包囲している。このプラグ
にはさらに絶縁電極６及び接地電極７を装備して
いる。これらの電極は互いに分離し、かつ協同電
極対７−６及び６−５の列を形成するものであ
る。

本発明のスパークプラグ１は次のように動作す
る。

アークは電極７，６間及び６，５間において同
時に付勢され、電極７，６，５間のアーク列をな
すものである。電極６，５間のアークにより発生
した熱は空洞４内のガスを膨脹させ、空洞４から
噴出させる。このように膨脹したガスが空洞４か
ら排出する場合、そのガスは電極７，６間のアー
クを通過することによりイオン化される。これに
よりプラズマジエツトわ図のＥのごとく発生す
る。

このようなプラズマジエツト発生システムはき
わめて効率的であり、100ｍＪ以下、たとえば約
50〜100ｍＪの範囲内におけるスパークエネルギ
ーにおいて十分作動するものである。

装置動作は固有の設計に基づく負帰還作用によ
り自己安定機能を発生する。電極７，６間及び
６，５間のアークは直列となる。膨脹したガスが
アーク７，６を通過することによりそのアークを
消滅させようとする傾向は、アーク電流の減少を
生じる。このアーク電流の減少はアーク６，５を
形成する電流を減少させる。その結果、空洞４内
での熱放散が減少する。したがつてガス膨脹は緩
慢となり、結局アーク７，６を消滅させようとす
る勢いが減少する。このようにして２個の直列配
置されたスパークギヤツプが有効に用いられるわ
けである。すなわち１つのスパークギヤツプは空
洞の内側においてガスを加熱し、かつ膨脹させ
る。また、他方とギヤツプは空洞の出入口にまた
がつて空洞から排出されようとする膨脹ガスをイ
オン化するものである。この場合、100ｍＪより
小さいプラズマ熱エネルギーを発生することがで
きる。

本４図を参照すると、本発明によるスパークプ
ラグ１の部分の縦断面が示されている。このスパ
ークプラグは高い空／燃比の燃焼用混合物を点火
するためのプラズマジエツトを発生することがで
きる。スパークプラグ１のスパーク形成部分は表
面３で終わるセラミツク体２からなる絶縁物を有
する。この絶縁物は中央絶縁電極５を含む空洞４
を包囲している。セラミツク体にはさらに絶縁電
極６及び接地電極７が設けられる。

図から明らかな通り、電極６及び７はセラミツ
ク本体２の表面から上方に向かつてそれぞれ突出
している。図示の実施例において電極６及び７の
各突出部８及び９は互いに開きながら上向きにの
びている。

上記のスパークプラグが使用される際、アーク
は電極７，６間及び６，５間において同時に発生
し、これらの電極に亘るアーク列を形成する。空
洞４から排出される膨脹ガスは、１０で示すよう
なシート状放電を形成する。このシート状放電の
効果は、通常の狭いスパーク放電のみを目的とす
る電極７，６間のアークを付勢することのみによ
つては生じない。本発明によるスパークプラグ１
はしたがつて空洞４内で膨脹し、かつそこから噴
出する加熱ガスのイオン化を行ない、矢印“Ｅ”
で示すようなプラズマジエツトを生成するシート
放電を形成するものである。ジエツトＥは好まし
くない空／燃比の混合物の燃焼信頼性を提供する
ものである。

シート放電を提供する電極の突出部８及び９は
スパークプラグのギヤツプが効果的に延長され、
しかも燃焼を達するための電圧が上昇しないよう
にしたことを意味する。

さらにガスイオン化のためのスパークは自己安
定型である。すなわち電極６，７間のスパークが
空洞４から出る膨脹ガスにより吹き消されようと
する傾向はアーク電流を減少させ、したがつて空
洞４内の熱消費を少なくし、その結果、ガス膨脹
を緩慢にして電極６，７間のスパークを消滅させ
ようとする傾向を減少させ、かくしてシート放電
１０を維持し、ガスの包括的なイオン化を提供す
るものである。総合的な効果としてプラズマジエ
ツトＥが維持される。

プラズマジエツトＥは本発明のこのようなプラ
グにおいて100ｍＪより小さいエネルギーを発生
することができる。

以上に述べ、かつ図示したスパークプラグの変
形例として、たとえば突出部８及び９を収れん型
とするか、または実質上の平行型とすることもで
きる。

第５〜８図を参照すると、本発明によるスパー
クプラグの種々の電極形状が示されている。第５
図において、電極６及び７は面３と同一面をなす
平坦型であるが、第６図において電極６及び７は
表面３からの突起として示されている。第７図は
表面３自体が傾斜して実質的な截頭円錐型を形成
した電極を示すものであり、電極６及び７は第４
図に示すような表面３から突出した傾斜電極を形
成している。

この実施例において用いられるジエツトの運動
はプラグに近接した活性領域への新鮮な供給を意
味するものであり、これによつて混合物を活性化
し、燃焼度を改良するものである。

同じく第８図において電極６及び７はそれぞれ
突出部８及び９を有する。これらの電極はアーク
への燃料供給のための最大露出において、絶縁物
の表面に設置されたものである。

第５〜８図においてはプラグ１を内燃機関中に
ねじ止めするためのねじ部を有する金属体１１が
示されている。これらのプラグにおいて、中央ロ
ツド電極５は空洞４内に露出する面を適宜のたと
えばポリテトラフルオルエチレン（PTFE）のよ
うなプラスチツク物質１２内に挿入されている。

第９図はスパークプラグ電極６の別の実施例と
して２部分６Ａ及び６Ｂを含むことを示してお
り、これら２部分は図示の通り電気的に接続され
ている。図示の通り電極７−６Ａ間及び６Ｂ−５
間にそれぞれアーク列が発生し、突出部８及び９
間にシート放電部が形成される。

第５〜９図において空洞４からの出口は空洞そ
れ自体よりせばまつている。第９図３において出
口の幅は１mmであり、空洞４の容積は28mm³、そし
て突出部の長さは３mmである。突出部の長さとは
突出部の自由端から表面３までの垂直距離を意味
する。

第４，８及び９図に示した実施例においては、
たとえば突出部８及び９が電極６，７に保持され
たワイヤーまたはチユーブにより、あるいは電極
に一体形成された所望の延長部により形成され
る。これらの突出部はアーク／プラズマジエツト
の形状を変形することにより、好ましくない混合
物の連続的な燃焼を提供するものである。各実施
例において形成される安定なシート放電は、低エ
ネルギーにおいて生成可能であり、内燃機関にお
ける好ましくない空燃比の燃焼混合物の点火に有
用となる。

第１０図は本発明を具体化したスパークプラグ
１を駆動するための駆動ユニツトを略示するもの
である。

プラグ１はバツテリー１２（＋350V電源）と、
電子スイツチ１３と、コンデンサ１４及び点火コ
イル１５を含む回路中に接続される。

コンデンサは1μFの容量を有する。

したがつてこれに蓄積されるエネルギーは CV²／２＝60ｍＪとなる。

この回路を用いて0.5ｍ秒間スイツチを閉じる
ことにより、ピーク値約75ｍＡのスパーク電流は
指数関数的に降下して0.5ｍ秒経過した時点で20
ｍＡのピーク値となり、回路は約4KHzで減衰振
動（リンギング）する。

空洞４の容積は電極５の本体２に関する位置を
調整することにより変えることができる。

電極６及び７の対向面の間隔は幅／直径比で
0.508mmであり、これはまた空洞の横向き範囲に
等しいものである。電極６の（図示の）底部と、
電極５の（図示の）頂部との間隔は0.381mmとす
ることができる。

本発明を具体化したスパークプラグは内燃機関
に限らず、種々の装置に適用することができる。

たとえば １ プラグを用いることができる他の型のエンジ
ン (a) ガスタービン (b) ガスエンジン (c) 火花点火ジーゼル (d) 火花から燃焼を開始させる他の形式のエン
ジン ２ 本発明のプラグは静止装置の点火器として使
用することができる。

(a) ボイラー (b) ヒーター (c) プロセス設備 (d) ガスジエツト (e) ブローランプ (f) トーチ ３ 本発明のプラグはイオンパルス源を用いるに
ふさわしい分野において使用することができ
る。

(a) イオン衝撃による洗浄効果 (b) 表面処理 (c) 表面誘導化学変化 (d) 電気放電のトリガー (e) デイスプレイ (f) 誘導化学反応 すべての実施例において、直列した２個のアー
クを用いることはエネルギーのより効率的な利用
を可能にするものであり、そのエネルギーの大部
分はアーク中において消費され、（外部）駆動回
路ではわずかしか消費されない。