(57)【要約】  難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる点火方法、点火装置及びエンジンを提供する。プラグは、構造物、第１の電極及び第２の電極を備える。構造物は、根元から先端へ軸方向に延在する。構造物は、外部空間に露出する絶縁体露出面を有する。絶縁体露出面は、根元側の境界から先端側の境界まで連続する。根元側の境界及び先端側の境界は、軸方向に離れる。第１の電極と第２の電極との間にパルス電圧が印加され、絶縁体露出面に沿う沿面放電が発生する。沿面放電は、根元側の境界と先端側の境界とを結ぶ。
2013099672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気に点火する点火方法であって、
(a) 構造物、第１の電極及び第２の電極を備え、前記構造物が絶縁体からなり、前記第１の電極及び前記第２の電極が導電体からなり、前記構造物が根元から先端へ軸方向に延在し、前記構造物が外部空間に露出する絶縁体露出面を有し、前記絶縁体露出面が根元側の境界から先端側の境界まで連続し、前記根元側の境界及び前記先端側の境界が前記軸方向に離れ、前記第１の電極が前記外部空間に露出する第１の導電体露出面を有し、前記第１の導電体露出面が前記根元側の境界において前記絶縁体露出面に接し、前記第２の電極が前記外部空間に露出する第２の導電体露出面を有し、前記第２の導電体露出面が前記先端側の境界において前記絶縁体露出面に接するプラグを準備する工程と、
(b) 前記根元側の境界と前記先端側の境界とを結び前記絶縁体露出面に沿う沿面放電を発生させる工程と、
(c) 前記沿面放電によりプラズマを生成する工程と、
(d) 前記工程(c)と同時に又は前記工程(c)の後に前記混合気に火炎を誘発する工程と、
を備える点火方法。
【請求項２】
請求項１の点火方法において、
前記構造物の最大径が前記根元側の境界から前記先端側の境界までの前記軸方向の最短距離より細い点火方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の点火方法において、
前記第２の電極は、
前記軸方向に延在し、前記構造物に埋設される棒形状体
を備え、
(e) 前記工程(b)の前に前記第１の電極と前記棒形状体との間に誘電体バリア放電を発生させる工程、
をさらに備える点火方法。
【請求項４】
混合気に点火する点火装置であって、
プラグと、
前記プラグにパルス電圧を印加するパルス電圧印加機構と、
を備え、
前記プラグは、
絶縁体からなり、根元から先端へ軸方向に延在し、外部空間に露出する絶縁体露出面を有し、前記絶縁体露出面が根元側の境界から先端側の境界まで連続し、前記根元側の境界及び前記先端側の境界が前記軸方向に離れる構造物と、
導電体からなり、前記外部空間に露出する第１の導電体露出面を有し、前記第１の導電体露出面が前記根元側の境界において前記絶縁体露出面に接する第１の電極と、
導電体からなり、前記外部空間に露出する第２の導電体露出面を有し、前記第２の導電体露出面が前記先端側の境界において前記絶縁体露出面に接する第２の電極と、
を備え、
前記パルス電圧印加機構は、
前記根元側の境界と前記先端側の境界とを結び前記絶縁体露出面に沿う沿面放電を発生させる波形を持つパルス電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加するように構成される
点火装置。
【請求項５】
請求項４の点火装置において、
前記構造物の最大径が前記根元側の境界から前記先端側の境界までの前記軸方向の最短距離より細い
点火装置。
【請求項６】
請求項４の点火装置において、
前記構造物、前記第１の電極及び前記外部空間が集合する根元側の三重点が前記根元側の境界に形成され、
前記根元側の三重点において前記絶縁体露出面と前記第１の導電体露出面とが前記外部空間を挟んでなす角が鋭角に設定され、
前記構造物、前記第２の電極及び前記外部空間が集合する先端側の三重点が前記先端側の境界に形成され、
前記先端側の三重点において前記絶縁体露出面と前記第２の導電体露出面とが前記外部空間を挟んでなす角が鋭角に設定される
点火装置。
【請求項７】
請求項４の点火装置において、
前記第２の電極は、
前記軸方向に延在し、前記構造物に埋設される棒形状体
を備え、
前記パルス電圧印加機構は、
前記第１の電極と前記棒形状体との間に誘電体バリア放電を発生させる波形を持つ先行パルス電圧を前記パルス電圧の前に前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加するように構成される
点火装置。
【請求項８】
請求項４の点火装置において、
前記第２の電極は、
前記軸方向に延在し、前記構造物に埋設される棒形状体
を備え、
前記構造物は、
前記根元から前記先端へ向かって径が細くなる先細り形状を持つ
点火装置。
【請求項９】
請求項７の点火装置において、
前記構造物は、
前記根元から前記先端へ向かって径が細くなる先細り形状を持つ
点火装置。
【請求項１０】
請求項４から請求項９までのいずれかの点火装置において、
前記絶縁体の比誘電率が１０以上である
点火装置。
【請求項１１】
エンジンであって、
混合気が満たされる燃焼室が形成された燃焼容器と、
前記燃焼容器に取り付けられるプラグと、
前記プラグにパルス電圧を印加するパルス電圧印加機構と、
を備え、
前記プラグは、
絶縁体からなり、根元から先端へ軸方向に延在し、前記燃焼室に露出する絶縁体露出面を有し、前記絶縁体露出面が根元側の境界から先端側の境界まで連続し、前記根元側の境界及び前記先端側の境界が前記軸方向に離れる構造物と、
導電体からなり、前記燃焼室に露出する第１の導電体露出面を有し、前記第１の導電体露出面が前記根元側の境界において前記絶縁体露出面に接する第１の電極と、
導電体からなり、前記燃焼室に露出する第２の導電体露出面を有し、前記第２の導電体露出面が前記先端側の境界において前記絶縁体露出面に接する第２の電極と、
を備え、
前記パルス電圧印加機構は、
前記根元側の境界と前記先端側の境界とを結び前記絶縁体露出面に沿う沿面放電を発生させる波形を持つパルス電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加するように構成される
エンジン。
【請求項１２】
請求項１１のエンジンにおいて、
前記構造物の最大径が前記根元側の境界から前記先端側の境界までの前記軸方向の最短距離より細い
エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気に点火する点火方法、混合気に点火する点火装置及びエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な点火プラグは、中心電極と側方電極とを備える。中心電極と側方電極との間には、放電ギャップが形成される。放電ギャップのギャップ長は、パルス電圧の波形、混合気の組成、圧力及び温度等に依存するが、典型的には約１ｍｍである。中心電極と側方電極との間にパルス電圧が印加され、放電ギャップに放電が発生させられる。放電により混合気への点火が行われ、放電ギャップに火炎が生成する。【０００３】
特許文献１には、従来の沿面放電型プラグが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−０７３９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術においては、放電ギャップを長くすることが困難であり、大きく広がる火炎を生成することが困難であった。希薄燃焼が行われる場合等の難燃焼条件においては、火炎が広がりにくいことは点火の安定性を損なう。【０００６】
本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる点火方法、点火装置及びエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１から第３までの局面は、混合気に点火する点火方法に向けられる。【０００８】
本発明の第１の局面においては、プラグが準備され、沿面放電が発生させられ、沿面放電によりプラズマが生成される。プラズマの生成と同時に又はプラズマの生成の後に混合気に火炎が誘発される。【０００９】
プラグは、構造物、第１の電極及び第２の電極を備える。構造物は、絶縁体からなる。第１の電極及び第２の電極は、導電体からなる。【００１０】
構造物は、根元から先端へ軸方向に延在する。構造物は、外部空間に露出する絶縁体露出面を有する。絶縁体露出面は、根元側の境界から先端側の境界まで連続する。根元側の境界及び先端側の境界は、軸方向に離れる。【００１１】
第１の電極は、外部空間に露出する第１の導電体露出面を有する。第１の導電体露出面は、根元側の境界において絶縁体露出面に接する。【００１２】
第２の電極は、外部空間に露出する第２の導電体露出面を有する。第２の導電体露出面は、先端側の境界において絶縁体露出面に接する。【００１３】
沿面放電は、根元側の境界と先端側の境界とを結び、絶縁体露出面に沿う。【００１４】
本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第２の局面においては、構造物の最大径が根元側の境界から先端側の境界までの軸方向の最短距離より細い。【００１５】
本発明の第３の局面は、本発明の第１又は第２の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第３の局面においては、第２の電極は、軸方向に延在し構造物に埋設される棒形状体を備える。沿面放電が発生する前に第１の電極と棒形状体との間に誘電体バリア放電が発生させられる。【００１６】
本発明の第４から第１０までの局面は、混合気に点火する点火装置に向けられる。【００１７】
本発明の第４の局面においては、プラグ及びパルス電圧印加機構が設けられる。プラグは、本発明の第１の局面のプラグと同様である。パルス電圧印加機構は、パルス電圧を第１の電極と第２の電極との間に印加するように構成される。パルス電圧は、絶縁体露出面に沿う沿面放電を発生させる波形を持つ。沿面放電は、根元側の境界と先端側の境界とを結ぶ。【００１８】
本発明の第５の局面は、本発明の第４の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第５の局面においては、構造物の最大径が根元側の境界から先端側の境界までの軸方向の最短距離より細い。【００１９】
本発明の第６の局面は、本発明の第４又は第５の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第６の局面においては、構造物、第１の電極及び外部空間が集合する根元側の三重点が根元側の境界に形成される。根元側の三重点において絶縁体露出面と第１の導電体露出面とが外部空間を挟んでなす角は鋭角に設定される。構造物、第２の電極及び外部空間が集合する先端側の三重点が先端側の境界に形成される。先端側の三重点において絶縁体露出面と第２の導電体露出面とが外部空間を挟んでなす角は鋭角に設定される。【００２０】
本発明の第７の局面は、本発明の第４から第６までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第７の局面においては、第２の電極は、軸方向に延在し構造物に埋設される棒形状体を備える。パルス電圧印加機構は、誘電体バリア放電を発生させる波形を持つ先行パルス電圧を沿面放電を発生させる波形を持つパルス電圧の前に第１の電極と第２の電極との間に印加するように構成される。誘電体バリア放電は、第１の電極と棒形状体との間に発生する。【００２１】
本発明の第８の局面は、本発明の第４から第６までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第８の局面においては、第２の電極は、軸方向に延在し構造物に埋設される棒形状体を備える。構造物は、根元から先端へ向かって径が細くなる先細り形状を持つ。【００２２】
本発明の第９の局面は、本発明の第７の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第９の局面においては、構造物は、根元から先端へ向かって径が細くなる先細り形状を持つ。【００２３】
本発明の第１０の局面は、本発明の第４から第９までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第１０の局面においては、絶縁体の比誘電率が１０以上である。【００２４】
本発明の第１１の局面は、エンジンに向けられる。【００２５】
本発明の第１１の局面においては、燃焼容器及び本発明の第４の局面の点火装置が設けられる。燃焼容器には、混合気が満たされる燃焼室が形成される。プラグは、燃焼容器に取り付けられる。絶縁体露出面、第１の導電体露出面及び第２の導電体露出面は、燃焼室に露出する。【００２６】
本発明の第１２の局面は、本発明の第１１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第１２の局面においては、構造物の最大径が根元側の境界から先端側の境界までの軸方向の最短距離より細い。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、放電開始電圧が低くなり、放電距離が長くなる。火炎が大きく広がり、難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる。プラグの径が細くなり、プラグが占有する体積が減少する。【００２８】
特に、本発明の第２の局面によれば、プラグの径がさらに細くなり、プラグが占有する体積が減少する。【００２９】
特に、本発明の第３の局面によれば、沿面放電の放電経路の抵抗が低下し、沿面放電が発生しやすくなる。【００３０】
特に、本発明の第５の局面によれば、プラグの径がさらに細くなり、プラグが占有する体積が減少する。【００３１】
特に、本発明の第６の局面によれば、三重点に電界が集中し、沿面放電が発生しやすくなる。電極が磨耗しても沿面放電に影響が出にくく、プラグの耐久性が向上する。【００３２】
特に、本発明の第７の局面によれば、沿面放電の放電経路の抵抗が低下し、沿面放電が発生しやすくなる。【００３３】
特に、本発明の第８及び第９の局面によれば、先端寄りにおいて棒形状体を被覆する絶縁体が薄くなり、誘電体バリア放電が促進され、沿面放電が発生しやすくなる。根元寄りにおいて棒形状体を被覆する絶縁体が厚くなり、棒形状体の絶縁が容易になる。【００３４】
特に、本発明の第１０の局面によれば、誘電体バリア放電が促進され、沿面放電が発生しやすくなる。【００３５】
特に、本発明の第１１の局面によれば、プラグの径がさらに細くなり、プラグが占有する体積が減少する。【００３６】
これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】エンジンの模式図である。
【図２】プラグの斜視図である。
【図３】プラグの断面図である。
【図４】パルス電圧の波形の模式図である。
【図５】パルス電流の波形の模式図である。
【図６】混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図７】混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図８】混合気への点火の流れを示す模式図である。
【図９】根元側の境界の近傍の断面図である。
【図１０】先端側の境界の近傍の断面図である。
【図１１】三重点への電界の集中の原理を示す模式図である。
【図１２】三重点への電界の集中の原理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（概略）
この望ましい実施形態は、混合気に点火する点火装置、混合気に点火する点火方法及びエンジンに関する。
【００３９】
（エンジンの構成物）
図１の模式図は、エンジンの望ましい実施形態を示す。
【００４０】
図１に示すように、エンジン１０００は、燃焼容器１０２０、吸気機構１０２２、排気機構１０２４及び点火装置１０２６を備える。点火装置１０２６は、プラグ１０４０及びパルス電圧印加機構１０４２を備える。燃焼容器１０２０は、本体１０６０及びピストン１０６２を備える。燃焼容器１０２０には、燃焼室１０８０が形成される。パルス電圧印加機構１０４２は、パルス発生回路１１００及びケーブル１１０２を備える。
【００４１】
（エンジンの運転）
エンジン１０００が運転される場合には、吸気機構１０２２により燃焼室１０８０へ混合気が吸気され、燃焼室１０８０が混合気で満たされる。燃焼室１０８０を満たした混合気は、上死点へ向かうピストン１０６２により圧縮される。点火装置１０２６は、圧縮された混合気に点火する。混合気が燃焼し、ピストン１０６２が下死点へ向かう。排気機構１０２４により燃焼室１０８０からの排気が行われる。エンジン１０００が直噴エンジンである場合は、吸気機構１０２２により空気が燃焼室１０８０へ吸気され、燃焼室１０８０に燃料油が噴射される。
【００４２】
（プラグの構成物）
図２及び図３の模式図は、プラグの望ましい実施形態を示す。図２及び図３は、それぞれ、斜視図及び断面図である。
【００４３】
図２及び図３に示すように、プラグ１０４０は、碍子１１４０、主体金具１１４２及び中心電極１１４４を備える。図３に示すように、碍子１１４０は、突出構造物１１６０及び被収容構造物１１６２を備える。突出構造物１１６０は、絶縁体露出面１１８０を有する。中心電極１１４４は、先端キャップ１２００及び棒形状体１２０２を備える。先端キャップ１２００は、導電体露出面１１８４を有する。主体金具１１４２は、導電体露出面１１８２を有する。
【００４４】
（沿面放電）
プラグ１０４０が使用される場合は、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電が発生させられる。沿面放電により、プラズマが生成する。プラズマの生成と同時に又はプラズマの生成の後に火炎が誘発され、燃焼室１０８０を満たす混合気への点火が行われる。
【００４５】
沿面放電により混合気への点火が行われる場合は、沿面放電以外の放電により混合気への点火が行われる場合と比較して、放電開始電圧が低くなる。これにより、中心電極１１４４を被覆する絶縁体を薄くでき、プラグ１０４０の径を細くできる。また、碍子１１４０のくすぶり、すなわち、混合気の燃焼により碍子１１４０の表面に付着した炭素が沿面放電により焼き払われる。これにより、耐くすぶり性が向上する。
【００４６】
（プラグの構造）
突出構造物１１６０は、根元１２２０から先端１２２２へ中心軸１２４０の方向に延在する。中心軸１２４０は、まっすぐに延在するが、若干曲がってもよい。
【００４７】
プラグ１０４０が燃焼容器１０２０に取り付けられる場合は、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０、主体金具１１４２の導電体露出面１１８２及び先端キャップ１２００の導電体露出面１１８４は、外部空間の燃焼室１０８０に露出する。これにより、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電が発生した場合に、沿面放電により、燃焼室１０８０にプラズマが生成し、燃焼室１０８０を満たす混合気への点火が行われる。
【００４８】
突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０は、根元１２２０の側の境界１２６０から先端１２２２の側の境界１２６２まで連続する。これにより、根元１２２０の側の境界１２６０と先端１２２２の側の境界１２６２とを結び突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電の経路が形成される。沿面放電の放電開始電圧は低い。したがって、沿面放電の経路が形成された場合は、放電開始電圧が低くなり、放電距離が長くなる。放電距離が長くなった場合は、プラズマが大きく広がる。これにより、希薄燃焼が行われる場合等の難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる。
【００４９】
突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０と主体金具１１４２の導電体露出面１１８２とは、根元１２２０の側の境界１２６０において接する。突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０と主体金具１１４２の導電体露出面１１８２とは、線状の根元１２２０の側の境界１２６０を挟んで連続する。これにより、主体金具１１４２の導電体露出面１１８２を始点又は終点とする放電が突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿って伸展する。
【００５０】
突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０及び先端キャップ１２００の導電体露出面１１８４は、先端１２２２の側の境界１２６２において接する。突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０及び先端キャップ１２００の導電体露出面１１８４は、線状の先端１２２２の側の境界１２６２を挟んで連続する。これにより、先端キャップ１２００の導電体露出面１１８４を始点又は終点とする放電が突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿って伸展する。
【００５１】
根元１２２０の側の境界１２６０及び先端１２２２の側の境界１２６２は、中心軸１２４０の方向に離れる。突出構造物１１６０の最大径Ｄは、望ましくは、根元１２２０の側の境界１２６０から先端１２２２の側の境界１２６２までの中心軸１２４０の方向の最短距離Ｌより細い。これにより、プラグ１０４０の径が細くなり、プラグ１０４０が占有する体積が減少する。ただし、最大径Ｄが最短距離Ｌより細くない場合もプラズマＰを大きく広げるというプラグの効用は完全には失われない。突出構造物１１６０の最大径Ｄは、中心軸１２４０に垂直な径方向の突出構造物１１６０の寸法の最大値である。突出構造物１１６０の最大径Ｄが細くなることは、中心電極１１４４の絶縁性を若干低下させる。しかし、プラグ１０４０においては、沿面放電の利用により放電開始電圧が低下しているので、中心電極１１４４の絶縁性が若干低下しても大きな問題は生じない。
【００５２】
プラグ１０４０が占有する体積が減少することは、燃焼容器１０２０に２個以上のプラグ１０４０を取り付けることを容易にし、混合気への多点点火を容易にする。多点点火によれば、希薄燃焼が行われる場合等の難燃焼条件であっても混合気に安定して点火できる。
【００５３】
（パルス電圧の波形及び点火の流れ）
図４の模式図は、プラグに印加されるパルス電圧の波形を示す。図５は、プラグに流れるパルス電流の波形を示す。図６から図８までの模式図は、点火の流れを示す。
【００５４】
図４に示すように主体金具１１４２と中心電極１１４４との間に１次パルス電圧ＰＶ１が印加され１次パルス電流ＰＣ１が流れた場合は、図６に示すように主体金具１１４２と棒形状体１２０２との間に誘電体バリア放電ＤＢＤが発生する。誘電体バリア放電ＤＢＤにより形成されるプラズマは導電性を有する。このため、誘電体バリア放電ＤＢＤにより、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電の放電経路の抵抗が低下し、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電が発生しやすくなる。
【００５５】
突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電が発生しやすくなった状態において、図４に示すように主体金具１１４２と中心電極１１４４との間に２次パルス電圧ＰＶ２が印加され２次パルス電流ＰＣ２が流れた場合は、図７に示すように突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電ＣＤが実際に発生する。沿面放電ＣＤは、根元１２２０の側の境界１２６０と先端１２２２の側の境界１２６２とを結ぶ。
【００５６】
図８に示すように、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電ＣＤにより不定形のプラズマＰが生成する。プラズマＰの生成と同時に又はプラズマＰの生成の後に火炎が誘発され、混合気への点火が行われる。プラズマＰの生成から遅れて火炎が誘発されてもよい。
【００５７】
２次パルス電流ＰＣ２は１次パルス電流ＰＣ１より著しく大きい。２次パルス電流ＰＣ２が流れた場合は、著しい電圧降下が発生する。このため、２次パルス電圧ＰＶ２は、１次パルス電圧ＰＶ１より低くなる。
【００５８】
誘電体バリア放電ＤＢＤを発生させた後に沿面放電ＣＤを発生させることは、放電開始電圧を低下させ沿面放電ＣＤを発生しやすくすることに寄与する。しかし、放電開始電圧が若干上昇する可能性があるが、誘電体バリア放電ＤＢＤを発生させることなく沿面放電ＣＤを発生させることも許される。
【００５９】
（１次パルス電圧及び２次パルス電圧の繰り返し）
１次パルス電圧ＰＶ１は、図４に示すように２個以上の単パルスの繰り返しであるが、１個の単パルスであってもよい。２次パルス電圧ＰＶ２も、図４に示すように２個以上の単パルスの繰り返しであるが、１個の単パルスであってもよい。２個以上の単パルスの繰り返しを構成する各々の単パルスの波形が異なってもよい。
【００６０】
１次パルス電圧ＰＶ１のピーク電圧は５〜３０ｋＶであり、半値幅は０．１〜２０μｓである。望ましくは、半値幅は１００〜１０００ｎｓである。２個以上の単パルスが繰り返される場合は、繰り返し周波数は１０〜２００ｋｐｐｓである。
【００６１】
２次パルス電圧ＰＶ２のピーク電圧は０．３〜１０ｋＶであり、半値幅は０．２〜２０μｓである。望ましくは、半値幅は１〜２０μｓである。２個以上の単パルスが繰り返される場合は、繰り返し周波数は１０〜６００ｋｐｐｓである。望ましくは、繰り返し周波数は１０〜２００ｋｐｐｓである。
【００６２】
典型的には、１次パルス電圧ＰＶ１及び２次パルス電圧ＰＶ２は単極性の正パルスであり、中心電極１１４４がアノードになり、主体金具１１４２がカソードになる。ただし、１次パルス電圧ＰＶ１及び２次パルス電圧ＰＶ２が単極性の負パルスであり、中心電極１１４４がカソードになり、主体金具１１４２がアノードになることも許される。１次パルス電圧ＰＶ１及び２次パルス電圧ＰＶ２が双極性であってもよい。
【００６３】
（高周波化による誘電体バリア放電の促進）
１次パルス電圧ＰＶ１が２個以上の単パルスの繰り返しであり、その繰り返し周波数が十分に高い場合は、誘電体バリア放電ＤＢＤが促進され、沿面放電ＣＤが発生しやすくなる。これは、先の単パルスの印加により生成されたプラズマが消失しないうちに後の単パルスによりさらにプラズマが生成し、プラズマが成長するためである。
【００６４】
２次パルス電圧ＰＶ２が２個以上の単パルスの繰り返しであり、その繰り返し周波数が十分に高い場合は、プラズマＰが大きく広がる。これは、先の単パルスの印加により生成されたプラズマが消失しないうちに後の単パルスによりさらにプラズマが生成し、プラズマが成長するためである。
【００６５】
（アークの浮遊）
立ち上がりの早い２次パルス電流ＰＣ２、すなわち、立ち上がり時の電流Ｉの時間係数ｄＩ／ｄｔが大きい２次パルス電流ＰＣ２が流れた場合には、大きな熱が発生し、急速な膨張が発生し、アークが吹き飛ばされ、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０からアークが浮遊する。これにより、プラズマＰが大きく広がる。
【００６６】
（混合気の流れの影響）
吸気機構１０２２により吸気が行われる場合は、タンブル、スワール、スキッシュ等の混合気の流れが燃焼室１０８０に発生する。突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０から浮遊したアークは、混合気の流れにのって混合気の流れの下流側に伝播する。２次パルス電圧ＰＶ２が２個以上の単パルスの繰り返しである場合は、混合気の流れの下流側にアークが伝播しても、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０に沿う沿面放電ＣＤが再発生し、新たなアークが供給される。このため、２次パルス電圧ＰＶ２が２個以上の単パルスの繰り返しである場合は、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０から混合気の流れの下流側にプラズマＰが成長し、プラズマＰが大きく広がる。
【００６７】
（三重点）
図９の模式図は、根元の側の境界の近傍の断面図である。
【００６８】
図９に示すように、根元１２２０の側の境界１２６０には、突出構造物１１６０、主体金具１１４２及び燃焼室１０８０が集合する根元１２２０の側の三重点が形成される。突出構造物１１６０の根元１２６０が丸孔１２８０の開口より奥に配置されることにより、根元１２２０の側の三重点が形成される。
【００６９】
根元１２２０の側の三重点においては、望ましくは、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０と主体金具１１４２の導電体露出面（主体金具１１４２の丸孔１２８０の内周面）１１８２とが燃焼室１０８０を挟んでなす角θ１が鋭角に設定される。これにより、根元１２２０の側の三重点に電界が集中し、沿面放電ＣＤが発生しやすくなる。主体金具１１４２が磨耗しても沿面放電ＣＤには影響が出にくく、プラグ１０４０の耐久性が向上する。
【００７０】
図１０の模式図は、先端の側の境界の近傍の断面図である。
【００７１】
図１０に示すように、先端１２２２の側の境界１２６２には、突出構造物１１６０、先端キャップ１２００及び燃焼室１０８０が集合する先端１２２２の側の三重点が形成される。
【００７２】
先端１２２２の側の三重点においては、望ましくは、突出構造物１１６０の絶縁体露出面１１８０と先端キャップ１２００の導電体露出面（つば１３００の内面）１１８４とが燃焼室１０８０を挟んでなす角θ２が鋭角に設定される。これにより、先端１２２２の側の三重点に電界が集中し、沿面放電ＣＤが発生しやすくなる。中心電極１１４４が磨耗しても沿面放電ＣＤには影響が出にくく、プラグ１０４０の耐久性が向上する。
【００７３】
なす角θ１及びθ２は、望ましくは９０°以下であり、さらに望ましくは約１４°である。なす角θ１及びθ２が鋭角であることが望ましいが、なす角θ１及びθ２が鋭角でない場合もプラズマＰを大きく広げるというプラグ１０４０の効用は完全には失われない。
【００７４】
（三重点への電界の集中の原理）
図１１及び図１２の模式図は、三重点への電界の集中の原理を示す断面図である。
【００７５】
図１１に示すように、相対的に高い誘電率を持つ高誘電率物質（例えば、セラミックス）１５００と相対的に低い誘電率を持つ低誘電率物質（例えば、空気）１５０２とが接地面１５２０と高圧面１５２２との間に存在する２次元モデルが作成される。高誘電率物質１５００と低誘電率物質１５０２との界面１５４０と接地面１５２０とが低誘電率物質１５０２を挟んでなす角θは鋭角に設定される。
【００７６】
この場合は、低誘電率物質１５０２の側の電気力線が高誘電率物質１５００の側へ向かう作用が生じる。このため、図１２に示すように、三重点１５６０の近傍においては、高誘電率物質１５００の側で等電位面ＥＳの間隔が広くなり、低誘電率物質１５０２の側で等電位面ＥＳの間隔が狭くなる。すなわち、三重点１５６０の近傍においては、低誘電率物質１５０２の側に強い電界が発生する。このことは、接地面１５２０と高圧面１５２２とが入れ替えられても同様である。また、電界を強くする効果は、なす角θが小さくなるほど顕著に現れる。
【００７７】
（主体金具）
図３に示すように、主体金具１１４２には、丸孔１２８０が形成される。丸孔１２８０の内部には、被収容部１１６２が収容される。主体金具１１４２が、「主体金具」とは呼びがたい形状物に置き換えられてもよい。例えば、主体金具１１４２が、丸孔１２８０が形成された板、棒、直方体等の立体物に置き換えられてもよい。丸孔１２８０が他の形状を持つ孔に置き換えられてもよい。主体金具１１４２のうち、放電の始点又は終点になるのは、開口の近傍である。このため、主体金具１１４２が、突出構造物１１６０の根元１２２０の近傍に配置されたリング形状物に置き換えられてもよい。
【００７８】
（中心電極）
中心電極１１４４は、碍子１１４０により、主体金具１１４２から電気的に絶縁され、主体金具１１４２の中心軸１２４０に機械的に固定される。
【００７９】
棒形状体１２０２は、丸棒形状を有する。棒形状体１２０２が、丸棒形状以外の棒形状を有してもよい。棒形状体１２０２は、碍子１１４０に埋設され、中心軸１２４０の方向に延在する。棒形状体１２０２は、少なくとも突出構造物１１６０の根元１２２０から先端１２２２までの区間の内部に埋設される。これにより、主体金具１１４２と棒形状体１２０２とが突出構造物１１６０により隔てられ、沿面放電ＣＤの放電経路が存在する空間に誘電体バリア放電ＤＢＤが発生する。棒形状体１２０２は、被収容構造物１１６２の内部にも至る。
【００８０】
先端キャップ１２００は、碍子１１４０の外部に露出する。先端キャップ１２００は、突出構造物１１６０の先端１２２２に配置される。
【００８１】
先端キャップ１２００の先端側は、丸められる。これにより、先端キャップ１２００の先端側の磨耗が抑制される。先端キャップ１２００の根元側からは、つば１３００が伸びる。これにより、先端キャップ１２００の根元の側に末広がりの先端収容空間が形成される。先端収容空間には、突出構造物１１６０の先端１２２２が収容される。これにより、先端キャップ１２００が突出構造物１１６０に固定される。
【００８２】
（突出構造物及び被収容構造物）
突出構造物１１６０は、根元１２２０から先端１２２２へ向かって径が細くなる先細り形状（テーパー形状）を持つ。これにより、先端１２２２の側において棒形状体１２０２を被覆する絶縁体が薄くなり、誘電体バリア放電ＤＢＤが促進され、沿面放電ＣＤが発生しやすくなる。また、主体金具１１４２の開口に近づく根元１２２０の側において棒形状体１２０２を被覆する絶縁体が厚くなり、棒形状体１２０２の絶縁が容易になる。
【００８３】
ただし、突出構造物１１６０の径が一定である場合、又は、突出構造物１１６０が根元１２２０から先端１２２２へ向かって径が太くなる先太り形状（逆テーパー形状）を持つ場合も、プラズマＰを大きく広げるというプラグの効用は完全には失われない。
【００８４】
突出構造物１１６０は、主体金具１１４２の丸孔１２８０の開口から突出する。被収容構造物１１６２は、主体金具１１４２の丸孔１２８０の内部に収容される。被収容構造物１１６２の断面形状は、主体金具１１４２の丸孔１２８０の断面形状に適合する。これにより、被収容構造物１１６２が主体金具１１４２の丸孔１２８０に固定され、碍子１１４０が主体金具１１４２に対して固定される。突出構造物１１６０が主体金具１１４２の開口から突出する状態で保持され、主体金具１１４２と中心電極１１４４とが図４に示す波形を持つパルス電圧を印加できる程度に絶縁される限り、被収容構造物１１６２の形状、構造等が変更されてもよい。突出構造物１１６０と被収容構造物１１６２とが一体物でなくてもよい。
【００８５】
（材質）
碍子１１４０は、絶縁体からなる。絶縁体としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスが採用されてもよいし、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等の樹脂が採用されてもよい。
【００８６】
碍子１１４０の材質は、望ましくは比誘電率が１０以上の絶縁体から選択される。これにより、誘電体バリア放電ＤＢＤが促進され、沿面放電ＣＤが発生しやすくなる。
【００８７】
主体金具１１４２及び中心電極１１４４は、導電体からなる。導電体としては、白金等の金属が採用されてもよいし、ステンレス鋼、ニッケル合金等の合金が採用されてもよいし、導電性セラミックスが採用されてもよい。
【００８８】
（パルス電圧印加機構）
図１に示すように、中心電極１１４４とパルス発生回路１１００の正極１１２０とは、ケーブル１１０２により電気的に接続される。主体金具１１４２及びパルス発生回路１１００の負極１１２２は、接地される。
【００８９】
パルス発生回路１１００が正極１１２０と負極１１２２との間にパルス電圧を発生させた場合は、プラグ１０４０の中心電極１１４４と主体金具１１４２との間にパルス電圧が印加される。
【００９０】
ケーブル１１０２が省略され、パルス発生回路１１００の正極１１２０が中心電極１１４４に直付けされてもよい。
【００９１】
パルス発生回路１１００の形式は、望ましくは、誘導エネルギー蓄積型である。ただし、パルス発生回路１１００の形式が誘導エネルギー蓄積型以外であってもよい。
【００９２】
パルス発生回路１１００においては、図４に示す波形を持つパルス電圧を発生できるように、回路定数が選択される。又は、パルス発生回路１１００は、図４に示す波形を持つパルス電圧を発生できるように、コントローラーにより制御される。
【００９３】
（エンジン）
エンジン１０００は、望ましくはレシプロエンジンである。レシプロエンジンは、４サイクルエンジン及び２サイクルエンジンのいずれであってもよい。ただし、エンジン１０００がレシプロエンジン以外であってもよい。例えば、エンジン１０００がロータリーエンジンであってもよい。エンジン１０００がガスエンジン、ガスタービンエンジン又はジェットエンジンであってもよい。
【００９４】
エンジン１０００は、典型的には、自動車に組み込まれる。ただし、エンジン１０００が自動車以外の輸送機械に組み込まれてもよい。例えば、エンジン１０００が鉄道車両、産業車両、船舶、航空機、宇宙船等に組み込まれてもよい。エンジン１０００が輸送機械以外の機械に組み込まれてもよい。例えば、エンジン１０００が工具、農具、発動発電機等に組み込まれてもよい。
【００９５】
（混合気）
混合気は、空気と燃料油との混合物である。混合気が空気と可燃性気体との混合物であってもよい。例えば、混合気が空気と水素ガス、プロパンガス、ブタンガス等との混合物であってもよい。可燃性気体が混合物であってもよい。
【００９６】
空気が他の種類の支燃性気体に置き換えられてもよい。例えば、空気が酸素に置き換えられてもよい。燃料油が他の種類の可燃性液体に置き換えられてもよい。例えば、燃料油がメタノールに置き換えられてもよい。
【００９７】
混合気の圧力は、典型的には大気圧であるが、減圧又は加圧されてもよい。
【００９８】
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。したがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。
【符号の説明】
【００９９】
１０００  エンジン
１０２０  燃焼容器
１０２６  点火装置
１０４０  プラグ
１０４２  パルス電圧印加機構
１０８０  燃焼室
１１４０  碍子
１１４２  主体金具
１１４４  中心電極
【図１】
2013099672.tif 000003
【図２】
2013099672.tif 000004
【図３】
2013099672.tif 000005
【図４】
2013099672.tif 000006
【図５】
2013099672.tif 000007
【図６】
2013099672.tif 000008
【図７】
2013099672.tif 000009
【図８】
2013099672.tif 000010
【図９】
2013099672.tif 000011
【図１０】
2013099672.tif 000012
【図１１】
2013099672.tif 000013
【図１２】
2013099672.tif 000014
【国際調査報告】
2013099672.tif 000015
2013099672.tif 000016
2013099672.tif 000017
2013099672.tif 000018