JPS59501886A - スパ−クプラグ - 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】 ヌ　パ　−　り　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７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ェットを用いる 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７　’７０３５５ 及び８０００４２参照〕。高い空／燃比においてプラズマジェットを発生させる だ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（ ＞ＩＪ　）が要求される。

発明の開示 本発病の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プラグは少なくとも２個の絶縁電憧と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口、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 を示す一路縦断面図、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だめの駆動ユニ ッ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ｍＡ、ＢＭ！７）アーク衝撃によ多発生したプラ ズア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／Ｐ Ｆ、比の燃焼用混合物を点火するためのプラズマジェットを発生ｆることかでき る。アークは端室ｉＡと、セラミック体りにおける空洞Ｃ内の中央絶縁型ｉＢと の間で付勢される。アーク中では十分なエネルギー（＞ＩＪ　）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勢し てこれを急激に膨張させる。その結果、イオン化したガスが空洞Ｃよシプラズマ ジェット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図に示されておシ、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 ズマジェットＥを発生するために、基本的にはツインギャッ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ｆｉｌ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］で終わるセラミック体（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（７１−（６）及 びｆ６）　−＋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 ）間のアークによ多発生した熱は空洞（４）内のガスを膨張させ、空洞（４）か ら噴出させる。このように膨張したガスが空洞（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 によシプラズマジェットが図ＯＥのごとく発生する。

このようなプラズマジェット発生シヌテムはきわめて効率的であシ、ｌＱＱｍＪ 以下、たとえば約５０〜１０　ＱｍＪ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。

装置動作は固存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。膨張したガスが アーク（７）、　（６１を通過するととによシ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６臓少はアーク（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。したがってガス膨張は緩慢となシ、結局アーυ７）、（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ャ ップが有効に用いられるわけである。すなわち１つのスパークギャップは空洞の 内側においてガスを加熱し、かつ膨張させる。

また、他方のギャップは空洞の出入口にまたがって空洞から排出されようとする 膨張ガスをイオン化するものである。

コノ場合、１０　ＱｍＪよシ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だめの プラズマジェッ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１３）で終わるセラミック体（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。セラミック体 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９、電極（６）及び（７）はセラミック本体（２）の表面から 上方に向かっ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ノ゛が使用される際、アークは電価（７）、（６）間及び（ ６）、（５）間において同時に発生し、これらの電価に亘るアーク列を形成する 。空洞（４）から排出される膨張ガスは、α０）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 電価（７Ｌ（６）間のアークを付勢することのみによっては生じない。本発明に よるスパークプラグ（１）はしたがって空洞（４）内で膨張し、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ェット を生成するシート放電ヲ診成するものである。ジェノｌ−Ｂは好ましくない空／ 燃比の混合物の燃焼信顆性を提供するものである。

シート放電を提供する電圧の突出部（８）及び（９）はスパークプラグのギャッ 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）から出る膨張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、したがって空洞（４）内の熱消費を少なくし、 その結果、ガス膨張を緩慢にして電極（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、かぐしてシート放！　＋１０）　’ｅ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ェットＥが維持される。

プラズマジェットＥは本発明のこのようなプラグにおいて１００　ｍＪ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、かつ図示しだ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、するが、または実質上の平行型とすることもできる 。

の種々の電極形状が示されている。第５図において、電価（６）及び（７）は面 （３）と同一面をなす平坦型であるが、第６図において電圧（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シ、電４Ｍ　［６Ｊ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ェッ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シ、こ扛によっ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） ヲ有する。これらの電圧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だめのねじ部を 有する金属体ＬＤが示されている。これらのプラグにおいて、中央ロッド電極（ ５）は空洞（４）内に露出する面全適宜のたとえばポリテトラフルオルエチレン （ＰＴＦＥ　）のようなプラスチック物質ｕ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（６ Ｂ）を含むことを示しておシ、これら２部分は図示の通り電気的に接続されてい る。図示の通シ電極（７１−（６Ａ）間及び（６Ｂ）−［５１間にそれぞれアー ク列が発生し、突出部（８）及び（９１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シせばまっている。

第９図において出口の幅は１ｊＩＩＩ＋であシ、空洞（４）の容積は２８−１そ して突出部の長さは３朋である。

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） が電圧（６）、（７）に保持されたワイヤーまたはチューブにより、あるいは電 圧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／ プラズマジェットの形状を変形することによシ、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シ、内燃機関における好ましくない空燃比の 燃料混合物の点火に有用となる。

第１０図は本発明を具体化しだスパークプラグ（１）全駆動するだめの駆動ユニ ットヲ略示するものである。

プラグＵ＋はバッテリー１１２１　（＋　３５０　Ｖ電源〕と、電子ヌイツチα Ｊと、コンデンサ０４１及び点火コイルｔｔｓ＋’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。

したがってこれに蓄積されるエネルギーはこの回路を用いて０．５ｍ秒間ヌイツ チを閉じることにより、ピーク値約７５　ｒｎ　Ａのスパーク電流は指数関数的 に降下して０．５　ｍ秒経過した時点で２０ｒｒ２Ａのピーク値となシ、回路は ＦＪ４ＫＨ２で減衰振動（リンギング〕する。

空洞（４）の容積は電価（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ｑ（６）及び（７）の対向面の間隔は幅／直径比で帆５０８朋であり、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０．３ ８１１１ｊｌとすることができる。

本発明を具体化した７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 ■　プラグヲー用いることができる他の型のエンジン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ｂ）ヒーター Ｃ）プロセス設備 ３　本発明のプラグはイオンパルス源を用いるにふされ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工程 ｂ）表面処理 り　表面誘導化学変化 ｄ）電気放電のトリガー ｅ）デイヌプレイ 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じか消費されない。

ＦＩＧＩ　ＦＩＧ２゜ ｌＧ０９゜ ｌＧ１０ 手続補正書ｃ方式） ％式％（ ２、発明の名称　ヌパークプラク ３、補正をする者 事イ′１との関係　特許出願人 氏名（名称）ウテック　へヌローテン　ヘンノートシャツプロ、補正により増加 する発明の数 ８補正の内容 別紙の通り 補正の内容 （１）　特許法第１８４条の５第１項の規定による書面を別紙の通り補正する。

添附書類の目録 （１）　特許法第１８４条の５第１項の規定による書面　１通１−二 （”　ａ−ｉｗ　″　０　゛ 追って、同時手続で特許出願人名義変更届全提出致し１した。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　少なくとも２個の電極（５）及び（６）と、別の１個の電極（４）とを、ア ークがｔ極（７）、（６）間と電極（６八（５）間とで直列的に付勢されるよう に配列したことを特徴とするスパークプラグ。 ２　電極（６）、（７）がプラグ（１）の表面（３）と同一面をなすことを特徴 とする請求の範囲第１項記載のスパークプラグ。 ３　電極（６）、（７）がプラグ（１）の表面＋３１から突起したものであるこ とを特徴とする請求の範囲第１項記載のスパークプラグ。 ４　表面（３）の外側において電極（５）から離間する方向に突出した電極（６ ）、（７）の突出部（８］及び（９）を設けたことを特徴とする請求の範囲第１ 項記載のスパークプラグ。 ５　電極（６）、（７）にワイヤーからなる突出部（８１及び（９）を保持した ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のスパーク６　電極（６）、（７）に円 筒体からなる突出部１８）、（９）を保持したことを特徴とする請求の範囲第４ 項記載のスパークプラグ。 ７　突出部＋８）　、　（９）が表面（３）に近接した一端よシさらに表面から 遠い自由端を有するようにしたことを特徴とする請求の範囲第４〜６項・のいず れか１項に記載の７パークグラグ。 ８　表面（３）が実質的な截頭円錐型からなることを特徴とする請求の範囲第１ 〜７項のいずれかに記載のスパークプラグ。 ９　電極（５）がプラズマ発生室（４）内に位置することを特徴とする請求の範 囲第１〜８項のいずれかに記載のヌノ（−クプラグ。 ＩＯプラズマ発生室（４）の容積が調整可能であることｔ特徴とする請求の範囲 第９項記載のスパークプラグ。 浄書（内容（こ変更なし）