(57)【要約】【課題】プラズマ点火装置において、放電により接地電極が消耗しても、必要な放電電圧がそれほど高くならないようにする。【解決手段】絶縁体２側壁により形成された円筒状のチャンバ１と、チャンバの基端側に配置された中心電極３と、絶縁体側壁の先端面に当接してチャンバと同心同径の開口５が形成された接地電極４とを具備するプラズマ点火装置において、絶縁体側壁の先端部は先細形状であり、絶縁体側壁の先端面２ａはチャンバの中心軸線に対するテーパ面とされている。【選択図】図１
2010140680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体側壁により形成された円筒状のチャンバと、前記チャンバの基端側に配置された中心電極と、絶縁体側壁の先端面に当接して前記チャンバと同心同径の開口が形成された接地電極とを具備するプラズマ点火装置において、前記絶縁体側壁の先端部は先細形状であり、前記絶縁体側壁の前記先端面は前記チャンバの中心軸線に対するテーパ面とされていることを特徴とするプラズマ点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、点火装置により気筒内全体の均質混合気又は気筒内の一部に存在する混合気を確実に着火させなければならない。しかしながら、点火ギャップに火花を発生させる一般的な点火装置は、混合気の一点を着火させるものであり、それほど高い着火性を有してはいない。
【０００３】
着火性に優れた点火装置として、プラズマジェットを噴射するプラズマ点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。プラズマ点火装置は、絶縁体側壁により形成された円筒状のチャンバと、チャンバの基端側に配置された中心電極と、絶縁体側壁の先端面に当接してチャンバと同心同径の開口が形成された接地電極とを具備し、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して発生させた放電によってチャンバ内に高温高圧のプラズマを発生させるものである。こうしてチャンバ内に発生させたプラズマは、接地電極の開口からプラズマジェットとして気筒内へ噴射され、プラズマジェットの断面積に相当する混合気の所定面積を同時に着火させることによって、高い着火性を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９４２５７
【特許文献２】特表平０９−５０９７８５
【特許文献３】特開２００７−１４１７８５
【特許文献４】特開２００８−４５４４９
【特許文献５】特開２００８−１８４９６４
【特許文献６】特開平６−６６２３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなプラズマ点火装置において、プラズマを発生させるための接地電極の放電位置は、絶縁体側壁の先端面に当接する開口内周縁となり、放電が繰り返されると、接地電極の開口内周縁は絶縁体側壁の先端面に沿って半径方向外側へ楔状に消耗する。それにより、接地電極と中心電極との間の放電距離が長くなって必要な放電電圧がかなり高くなってしまう。
【０００６】
従って、本発明の目的は、絶縁体側壁により形成された円筒状のチャンバと、チャンバの基端側に配置された中心電極と、絶縁体側壁の先端面に当接してチャンバと同心同径の開口が形成された接地電極とを具備するプラズマ点火装置において、放電により接地電極が消耗しても、必要な放電電圧がそれほど高くならないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載のプラズマ点火装置は、絶縁体側壁により形成された円筒状のチャンバと、前記チャンバの基端側に配置された中心電極と、絶縁体側壁の先端面に当接して前記チャンバと同心同径の開口が形成された接地電極とを具備するプラズマ点火装置において、前記絶縁体側壁の先端部は先細形状であり、前記絶縁体側壁の前記先端面は前記チャンバの中心軸線に対するテーパ面とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
絶縁体側壁により形成された円筒状のチャンバと、チャンバの基端側に配置された中心電極と、絶縁体側壁の先端面に当接してチャンバと同心同径の開口が形成された接地電極とを具備するプラズマ点火装置は、チャンバ内にプラズマを発生させるための放電に際して、接地電極の放電位置が、絶縁体側壁の先端面に当接する開口内周縁となり、放電が繰り返されると、接地電極の開口内周縁は絶縁体側壁の先端面に沿って楔状に消耗するが、本発明による請求項１に記載のプラズマ点火装置によれば、絶縁体側壁の先端部は先細形状であり、絶縁体側壁の先端面はチャンバの中心軸線に対するテーパ面とされているために、絶縁体側壁の先端面がチャンバの中心軸線に対して垂直面とされている一般的な場合に比較して、絶縁体側壁の先端面に沿う接地電極の開口内周縁の楔状の消耗はチャンバの中心軸線基端側にも進行するために半径方向外側へはそれほど進行せず、接地電極と中心電極との間の放電距離がそれほど長くならないために、必要な放電電圧がそれほど高くならないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明のプラズマ点火装置の第一実施形態を示す先端部の概略縦断面図であり、（Ａ）は新品状態を示し、（Ｂ）は多数回の放電が繰り返された状態を示している。これらの図において、１は絶縁体２の側壁により形成された円筒状のチャンバであり、チャンバ１の基端側には中心電極３が配置され、絶縁体２の側壁の先端面２ａには、チャンバ１と同心同径の開口５が形成された接地電極４が当接している。絶縁体２の側壁の先端部は先細形状（切頭円錐形状）であり、絶縁体２の側壁の先端面２ａはチャンバの中心軸線に対するテーパ面とされている。
【００１０】
中心電極３及び接地電極４は、耐熱性と高い導電性とを有する金属、例えば、ステンレス等の鉄系金属、ニッケル系金属、又は、イリジウム系金属又はイリジウム合金とすることができる。中心電極３に対して接地電極４を絶縁するための絶縁体２の材質は、セラミックス（例えばアルミナセラミックス）とすることが好ましい。
【００１１】
バッテリの電圧を点火コイルにより増幅して中心電極３と接地電極４との間に印加すると、新品状態の図１（Ａ）にＳで示すように、絶縁体２の側壁上の沿面放電が発生し、チャンバ１内のガス（混合気）をプラズマ化させる。こうして、チャンバ１内のガスがプラズマ化されると、チャンバ１内のガスは高温高圧となってプラズマジェットとして開口５から気筒内へ噴射される。
【００１２】
沿面放電によりチャンバ１内のガスの大部分をプラズマ化させるようにしても良いが、沿面放電によりチャンバ１内のガスの一部がプラズマ化されれば、チャンバ１内の気中放電が発生し易くなるために比較的低い電圧で気中放電を発生させることができる。こうして、最初に沿面放電を発生させ、次いで気中放電を発生させることにより、それほど高電圧を必要とすることなくチャンバ１内のガスを効率的にプラズマ化させることもできる。
【００１３】
ところで、沿面放電及び気中放電のいずれにおいても、中心電極３の放電位置は接地電極側の外周縁３ａであり、接地電極４の放電位置は絶縁体２の先端面２ａに当接する開口内周縁４ａとなる。このような放電が繰り返されると、中心電極３の外周縁３ａは面取り状に消耗し、接地電極４側においては、絶縁体２の先端部が消耗し、接地電極４の開口内周縁４ａは絶縁体２の側壁の先端面２ａに沿って楔状に消耗する。
【００１４】
図３は、従来のプラズマ点火装置の先端部を示す概略縦断面図であり、（Ａ）は新品状態を示し、（Ｂ）は多数回の放電が繰り返された状態を示している。図３において、本実施形態に対応する部材は同じ参照番号にダッシュを付して示されている。従来のプラズマ点火装置のように、絶縁体２’の側壁の先端面２ａ’がチャンバ１’の中心軸線に対して垂直面とされていると、放電が繰り返されて接地電極４’の開口内周縁４ａ’が絶縁体２’の側壁の先端面２ａ’に沿って楔状に消耗する際に、図３（Ｂ）に示すように半径方向外側へ大きく消耗してしまう。
【００１５】
それにより、図３（Ｂ）にＳ’で示すように、絶縁体２’の先端部の消耗位置から接地電極４’へ向けての半径方向外側への放電において、中心電極３’と接地電極４’との間の放電距離がかなり長くなって必要な放電電圧が非常に高くなってしまう。
【００１６】
これに対して、本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、放電が繰り返されて接地電極４の開口内周縁４ａが絶縁体２の側壁の先端面２ａに沿って楔状に消耗する際に、先端面２ａがテーパ面であるために絶縁体２の先端部を含めて同量だけ消耗するとしても、チャンバ１の中心軸線基端側へも消耗するために、半径方向外側へはそれほど大きくは消耗しない。それにより、Ｓで示すように、絶縁体２の先端部の消耗位置から接地電極４へ向けての半径方向外側への放電において、中心電極３と接地電極４との間の放電距離はそれほど長くはならず、必要な放電電圧がそれほど高くならないようにすることができる。
【００１７】
図２は本発明のプラズマ点火装置の第二実施形態を示す先端部の概略縦断面図であり、新品状態を示している。第一実施形態と同じ部材は同じ参照番号により示されている。第一実施形態との違いは、接地電極４０の先端部が、絶縁体２の先端部と同様に先細形状とされていることである。それにより、一点鎖線で示すように、接地電極４０の先端部に隣接して冷却水通路Ｃを形成すれば、第一実施形態に比較して、冷却水通路Ｃをプラズマ点火装置のチャンバ１に近づけることができ、高温となるチャンバ１、中心電極３、接地電極４、及び、開口５を良好に冷却することができる。また、接地電極４の材料を少なくして接地電極４のコストを低減することができる。
【００１８】
第一及び第二実施形態において、接地電極４、４０は、絶縁体２を覆うハウジングとしても機能している。しかしながら、これは本発明を限定するものではなく、絶縁体２を覆うハウジングは安価な金属により形成し、このようなハウジングに、高価な金属により形成された開口５回りのリング状の接地電極を、溶接等により電気的及び機械的に気密に接合するようにしても良い。
【００１９】
第一及び第二実施形態において、絶縁体２の先端面２ａはテーパ面だけから構成されるようにしたが、内側の僅かな幅だけを、チャンバ１の中心軸線に垂直なリング面とするようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるプラズマ点火装置の第一実施形態を示す先端部の概略縦断面図であり、（Ａ）は新品状態を示し、（Ｂ）は多数回の放電が繰り返された状態を示している。
【図２】本発明によるプラズマ点火装置の第二実施形態を示す先端部の概略縦断面図である。
【図３】従来のプラズマ点火装置の先端部の概略縦断面図であり、（Ａ）は新品状態を示し、（Ｂ）は多数回の放電が繰り返された状態を示している。
【符号の説明】
【００２１】
１    チャンバ
２    絶縁体
２ａ    先端面
３    中心電極
４、４０    接地電極
５    開口
【図１】
2010140680.tif 000003
【図２】
2010140680.tif 000004
【図３】
2010140680.tif 000005