(57)【要約】【課題】  プラズマジェットにて点火を行う内燃機関用点火装置において、省電力化を図る。【解決手段】  内燃機関用点火装置において、点火プラグ１００は、絶縁碍子２０の外周に設けられると共に管状構造になっていて、この管状構造の一端側の外周にねじ部１２が形成され、ねじ部側の端部１３が絶縁碍子の先端面２２と同じ面上もしくは絶縁碍子の先端面が端部から突出するように配置される主体金具１０と、主体金具１０のねじ部１２よりも肉厚が薄い金属容器として構成され、その金属容器の開口端部が主体金具１０のねじ部１２側の端部１３に接合されることで、金属容器の内壁面および絶縁碍子２０の先端面２２のみでキャビティー空間７０を形成するカバー６０と、を備えていることを特徴としている。このような構造により、主体金具１０を介してキャビティー空間７０内の熱を点火プラグ１００外に放出することを防止する。【選択図】        図２
2006127887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電を発生させてプラズマを生成すると共に、そのプラズマをプラズマジェット（７０）として噴出することで、エンジン（３００）の燃焼室（３２０）内の燃料を着火する点火プラグ（１００）と、
前記放電を発生させるためのパルス電圧を前記点火プラグに出力するパルス電源（２００）と、を備え、
前記点火プラグは、
柱状の中心電極（３０）と、
前記中心電極の一端側に接合される電極部（４０、４１、５０）と、
前記電極部が先端面（２２）から露出するように、前記中心電極の外周に設けられる絶縁碍子（２０）と、
前記絶縁碍子の外周に設けられると共に管状構造になっていて、この管状構造の一端側の外周にねじ部（１２）が形成され、前記ねじ部側の端部が前記絶縁碍子の先端面と同じ面上もしくは前記絶縁碍子の先端面が前記端部から突出するように配置される主体金具（１０）と、
前記主体金具のねじ部よりも肉厚が薄い金属容器として構成され、その金属容器の開口端部が前記主体金具の前記ねじ部側の端部（１３）に接合されることで、前記金属容器の内壁面および前記絶縁碍子の先端面のみでキャビティー空間（７０）を形成すると共に、前記キャビティー空間内に生成される前記プラズマを前記プラズマジェットとして噴出する孔（６３）が設けられたカバー（６０）と、を有していることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記パルス電源は、前記点火プラグにて発生する放電の放電電流が１０Ａ以上、１００Ａ以下となるように、パルス幅が０．０１ｍｓ以上、０．１ｍｓ以下であるパルス電圧を生成すると共に、このパルス電圧を前記点火プラグに出力するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記孔は、前記点火プラグがエンジン（３００）に設置され、シリンダ（３３０）内のピストン（３４０）が上死点にあるとき、前記ピストンの上端面（３４１）を引き延ばしたときに前記上端面が前記シリンダの内壁面（３３１）に交差する交線に対向するように、前記カバーに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項４】
前記孔の径は、φ１以上、φ３以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】
前記電極部は、円板状の円板電極（４０）の外周に、棒状の接続電極（４１）の一端側が接合され、前記接続電極の他端側に放電電極（５０）が接合された状態になっており、
前記円板電極は、その円板の中心に前記中心電極の一端側が接合された状態になっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
【請求項６】
前記放電電極および前記接続電極は、前記円板電極に複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項７】
前記カバーの内壁面には、前記放電電極に対向する位置に接地電極（５１）が接合されていることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項８】
前記放電電極は、イリジウムを含む金属で構成されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
【請求項９】
前記カバーの厚みは、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
【請求項１０】
前記キャビティー空間の容量は、０．１ｃｃ以上、３．０ｃｃ以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電を起こす電極の摩耗を低減でき、省電力でプラズマジェットを発生させる点火プラグを備えた内燃機関用点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高温・高密度のプラズマを発生させて、このプラズマをプラズマジェットとしてエンジンの燃焼室内に噴射すると共に、混合気に点火する点火プラグを備えたプラズマジェット点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、上記従来の点火プラグの概略断面図である。図８に示されるように、点火プラグＪ１は、中心電極Ｊ２と、中心電極Ｊ２の外周に設けられた絶縁体Ｊ３と、絶縁体Ｊ３の外周に設けられ、エンジンのシリンダヘッドＪ１０に装着するためのネジ部が形成された外部電極Ｊ４と、を備えて構成されている。
【０００４】
中心電極Ｊ２と外部電極Ｊ４との間に絶縁体Ｊ３が設けられていることにより、各電極Ｊ２、Ｊ４は絶縁状態が保たれている。また、外部電極Ｊ４の内部には放電空間Ｊ５が形成されており、中心電極Ｊ２の先端と外部電極Ｊ４の内壁面との間に放電が生じるようになっている。さらに、外部電極Ｊ４の先端部には、放電空間Ｊ５に生じたプラズマを噴出する噴口Ｊ６が設けられている。
【０００５】
図９は、点火プラグＪ１に印加電圧−２０ｋＶ、パルス幅１ｍｓである矩形波を印加したときの放電電流波形を示した図である。図９に示されるように、放電電流波形のパルス幅は１ｍｓ、最大放電電流値は例えば−１Ａになっている。したがって、放電エネルギーは、（−２０ｋｖ）×（−１Ａ）×１ｍｓ×（１／２）＝１０Ｊとなる。なお、係数（１／２）は、放電電流の波形が三角波になっていることに基づいている。
【０００６】
図８に示される点火プラグＪ１において、中心電極Ｊ２に電圧が印加されると、中心電極Ｊ２の先端部と外部電極Ｊ４の内壁面との間に図９に示される放電電流が流れ、放電が発生する。この放電によって、放電空間Ｊ５内の空気が高温のプラズマ状態になると共に、このプラズマが噴口Ｊ６からプラズマジェットＪ７として噴出する。これにより、エンジンの燃焼室内の混合気が着火し、燃焼することとなる。
【０００７】
このようにプラズマジェットＪ７を発生させて点火を行う点火プラグＪ１では、エンジンの運転条件に応じて中心電極Ｊ２と外部電極Ｊ４との間の放電電流値および放電時間を制御することで省電力化を図っている。また、放電電流値および放電時間の正確な制御によって、中心電極Ｊ２に必要以上の電圧を印加しないようにすると共に、放電によって生じる中心電極Ｊ２の摩耗の低減を図っている。
【特許文献１】特開平６−６６２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術では、放電空間Ｊ５内に発生した放電によって放電空間Ｊ５内の空気が温められたとしても、外部電極Ｊ４がシリンダヘッドＪ１０にネジ固定されているため、放電空間Ｊ５内の熱が外部電極Ｊ４を介してシリンダヘッドＪ１０に逃げてしまう。これにより、放電空間Ｊ５内に放電が起こってもプラズマが生成されない場合がある。したがって、点火プラグＪ１からプラズマジェットを噴出させるため、プラズマが生成されるまで放電を繰り返す必要がある。このように、従来の点火プラグＪ１は熱損失を起こす構造になっているため、点火プラグＪ１の省電力化を図るまでには至っていない。
【０００９】
また、上記従来の点火プラグＪ１において、放電電流値や放電時間を制御することで中心電極Ｊ２の摩耗の低減を行おうとしている。しかしながら、中心電極Ｊ２は耐摩耗材料で構成されていないため、中心電極Ｊ２の摩耗は放電電流値や放電時間によって左右されることとなる。したがって、上述のように繰り返し放電がなされると、放電による熱によって中心電極Ｊ２の表面が融解してしまう。その結果、中心電極Ｊ２が摩耗してしまい、放電が起こらなくなる可能性が生じる。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、プラズマジェットにて点火を行う内燃機関用点火装置において、省電力化を図ることを第１の目的とし、放電用電極の摩耗を低減させることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、点火プラグ（１００）は、絶縁碍子（２０）の外周に設けられると共に管状構造になっていて、この管状構造の一端側の外周にねじ部（１２）が形成され、ねじ部側の端部（１３）が絶縁碍子の先端面（２２）と同じ面上もしくは絶縁碍子の先端面が端部から突出するように配置される主体金具（１０）と、主体金具のねじ部よりも肉厚が薄い金属容器として構成され、その金属容器の開口端部が主体金具のねじ部側の端部（１３）に接合されることで、金属容器の内壁面および絶縁碍子の先端面のみでキャビティー空間（７０）を形成するカバー（６０）と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
このように、点火プラグにおいて、絶縁碍子の先端面およびカバーの内壁面のみでキャビティー空間を形成する。これにより、キャビティー空間内に発生される放電の熱が各部材、特に主体金具を介してキャビティー空間外に放出されることを防止することができる。したがって、点火プラグの熱損失を低減させることができ、キャビティー空間内の空気を放電の熱によって確実にプラズマ化させることができる。こうして、内燃機関用点火装置としての省電力化を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、パルス電源（２００）は、点火プラグにて発生する放電の放電電流が１０Ａ以上、１００Ａ以下となるように、パルス幅が０．０１ｍｓ以上、０．１ｍｓ以下であるパルス電圧を生成すると共に、このパルス電圧を前記点火プラグに出力するようになっていることを特徴としている。
【００１４】
このように、放電電流が１０〜１００Ａとなるように、点火プラグに印加するパルス電圧のパルス幅を０．０１〜０．１ｍｓとする。この値は、従来示されている印加電圧のパルス幅の例えば１００分の１であるため、放電電流を従来の例えば１０倍である１０Ａとすると、放電エネルギー（＝印加電圧×放電電流×時間×（１／２））は１Ｊとなる。この放電エネルギーは従来の点火プラグの１０分の１に相当する。したがって、印加電圧のパルス幅を少なくとも０．１ｍｓ以下とすることで、１回の放電の際に消費される放電エネルギーを例えば１０分の１に低減することができる。これにより、放電に必要な消費電力を低減させることができ、内燃機関用点火装置としての省電力化を図ることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、孔は、点火プラグがエンジン（３００）に設置され、シリンダ（３３０）内のピストン（３４０）が上死点にあるとき、ピストンの上端面（３４１）を引き延ばしたときに上端面がシリンダの内壁面（３３１）に交差する交線に対向するように、カバーに設けられていることを特徴としている。
【００１６】
このように、カバーにおける孔の向きを設定する。これにより、孔から噴射されるプラズマジェットを燃焼室内の遠い位置まで行き渡らせることができる。したがって、燃焼室内の燃焼を促進させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、孔の径は、φ１以上、φ３以下であることを特徴としている。このように、孔の径を規定する。孔の径の下限をφ１とすることで、キャビティー空間内に生成されたプラズマを確実に噴出させることができる。また、孔の径の上限をφ３とすることで、孔から噴出されるプラズマを直線的に噴出させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、電極部は、円板状の円板電極（４０）の外周に、棒状の接続電極（４１）の一端側が接合され、接続電極の他端側に放電電極（５０）が接合された状態になっており、円板電極は、その円板の中心に中心電極の一端側が接合された状態になっていることを特徴としている。
【００１９】
このように、円板電極の円板中心に中心電極の一端側を接合する。これにより、円板電極と中心電極の一端側との接合面積を中心電極の径にすることができる。また、円板電極の円板外周に棒状の接続電極を接合する。これにより、円板電極と接続電極との接合面積を接続電極の径とすることができる。したがって、放電によって接続電極が受けた熱を円板電極に伝わりにくくすると共に、円板電極が受けた熱を中心電極に伝わりにくくすることができる。こうして点火プラグの熱損失を低減させることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、放電電極および接続電極は、円板電極に複数設けられていることを特徴としている。このように、複数の放電電極を用意する。これにより、放電ギャップがもっとも小さい放電電極から放電が発生するため、各放電電極および各接地電極の消耗を抑制でき、ひいては各放電電極および各接地電極の寿命を延ばすことができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、カバーの内壁面には、放電電極に対向する位置に接地電極（５１）が接合されていることを特徴としている。このように、カバーの内壁面に接地電極を接合する。これにより、放電電極と接地電極との間に放電を発生させることができる。したがって、放電エネルギーの損失を低減することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、放電電極は、イリジウムを含む金属で構成されていることを特徴としている。このように、放電電極としてイリジウムを採用する。イリジウムは耐熱性および耐摩耗性に優れた材質であるため、放電の熱による放電電極表面の消耗を低減させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、カバーの厚みは、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることを特徴としている。このように、カバーの厚みを規定する。カバーの厚さの下限を０．１ｍｍとすることで、カバーの形状を保つことができる。また、カバーの厚さの上限を１．０ｍｍとすることで、カバーを介して放電の熱が伝達されることを防止できる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明では、キャビティー空間の容量は、０．１ｃｃ以上、３．０ｃｃ以下であることを特徴としている。このように、キャビティー空間の容量を規定する。キャビティー空間の容量の下限を０．１ｃｃとすることで、放電により温める空気を確保できる。また、キャビティー空間の容量の上限を３．０ｃｃとすることで、キャビティー空間内の空気の量を制限でき、キャビティー空間内の空気を確実に温めることができる。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略断面図である。図１に示されるように、内燃機関用点火装置は、点火プラグ１００と、パルス電源２００と、を備えて構成されている。点火プラグ１００は、エンジン３００のシリンダヘッド３１０に設置されていると共に、パルス電源２００と電気的に接続された状態になっている。以下、点火プラグ１００、パルス電源２００について、詳しく説明する。
【００２８】
図２は、図１に示される点火プラグ１００の概略断面図である。点火プラグ１００は、鉄やステンレス等の金属よりなる円管状構造の主体金具（ハウジング）１０を有している。この主体金具１０には、主体金具１０を介して点火プラグ１００がシリンダヘッド３１０に固定されるように、フランジ部１１およびねじ部１２が形成されている。フランジ部１１においては、レンチを用いて点火プラグ１００をシリンダヘッド３１０に取り付けるためのレンチとの嵌合部としてその外周が例えば六角形状になっている。
【００２９】
主体金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）等からなる絶縁碍子２０が固定されている。絶縁碍子２０には内孔２１が設けられており、この内孔２１には柱状の中心電極３０が絶縁碍子２０の先端部２２から露出して固定されている。したがって、中心電極３０は、絶縁碍子２０を介して主体金具１０と絶縁状態が保たれている。
【００３０】
ここで、絶縁碍子２０の外周に設けられた主体金具１０のねじ部１２側の端部１３は、絶縁碍子２０の先端面２２と同じ面上もしくは絶縁碍子２０の先端面２２が主体金具１０の端部１３から突出するように配置される。
【００３１】
中心電極３０は、導電性金属（例えば、ステンレス）よりなるものであり、第１電極３１、第２電極３２、第３電極３３を備えて構成されている。なお、これらは溶接等の方法により互い接合されている。
【００３２】
具体的には、第１電極３１は、一端側がパルス電源２００に電気的に接続されてパルス電源２００からパルス電圧が印加される電極であり、他端側に第２電極３２が接合されている。第２電極３２は、その一端側が第１電極３１の他端側に接合されていると共に、第１電極３１よりも径が細くなっている。
【００３３】
第３電極３３は、その一端側が第２電極３２の他端側に接合されていると共に、第２電極３２よりも径が細くなっている。この第３電極３３の他端側は、絶縁碍子２０から突き出た状態になっており、その他端側の先端部分に円板状の円板電極４０が接合されている。詳しくは、第３電極３３の円板面が絶縁碍子２０の先端部２２に平行になるように、第３電極３３の他端側に第３電極３３の円板面の中心が接合される。
【００３４】
円板電極４０の外周部には、接続電極４１の一端側が接合されている。本実施形態では、接続電極４１は２つ用意され、円板電極４０においてそれぞれ反対側となる位置に配置される（後述する図３参照）。また、接続電極４１の他端側には放電電極５０がレーザ溶接等により接合される。
【００３５】
放電電極５０は、中心電極３０に印加されるパルス電圧に応じて放電を起こさせる電極であり、耐熱性導電体で構成される。このような放電電極５０は、例えばＩｒ（イリジウム）を含む金属で構成される。イリジウムは耐熱性および耐摩耗性に優れた材質であるため、放電電極５０として好ましい材料であると言える。なお、イリジウムを含む金属とは、イリジウムを含有した合金を指すだけでなく、イリジウム単体で構成される金属も指す。また、円板電極４０、接続電極４１、放電電極５０は、本発明の電極部に相当する。
【００３６】
主体金具１０の端部１３には、円筒形状の容器であるカバー６０が溶接等により接合されている。このカバー６０は、鉄やステンレス等の金属で形成された容器として形成されており、その肉厚は、主体金具１０のねじ部１２よりも薄くなっている。
【００３７】
このようなカバー６０の肉厚は例えば０．１〜１．０ｍｍである。ここで、カバー６０の厚さの下限を０．１ｍｍとしているのは、カバー６０の形状を維持でき、カバー６０が変形しない限界値である。一方、カバー６０の厚さの上限を１．０ｍｍとしているのは、カバー６０が厚くなるとカバー６０の熱伝導が良くなるためであり、カバー６０を介して放電による熱の伝達を防止するためである。
【００３８】
また、図１に示されるように、カバー６０が主体金具１０に接合されることにより、カバー６０の内壁面と絶縁碍子２０の先端部２２とでキャビティー空間７０が形成される。具体的には、キャビティー空間７０は、カバー６０の開口端部が主体金具１０のねじ部側の端部１３に接合されることで、カバー６０の内壁面および絶縁碍子２０の先端面２２のみで形成される。これにより、キャビティー空間７０内の熱が主体金具１０を介して点火プラグ１００外に放出されることを防止できる。
【００３９】
キャビティー空間７０の容量は、例えば０．１〜３．０ｃｃとされる。ここで、キャビティー空間７０の容量の下限を０．１ｃｃとしているのは、放電により加熱する空気を確保するためである。一方、キャビティー空間７０の容量の上限を３．０ｃｃとしているのは、キャビティー空間７０内の空気の量を制限し、キャビティー空間７０内の空気を燃料が着火する温度にまで確実に温めるためである。
【００４０】
図３は、図２のＡ矢視図である。図３に示されるように、カバー６０の内壁面には、上述した放電電極５０に対向する位置に火花放電ギャップ７１（例えば１ｍｍ）を介して接地電極５１がレーザ溶接等により接合されている。接地電極５１は、上述した放電電極５０と同様に、耐熱性導電体で構成される。この耐熱性導電体として、例えばイリジウムが採用される。
【００４１】
さらに、カバー６０において、その端面６１の外周部分がテーパ面６２になっていると共に、そのテーパ面６２において外壁面から内壁面を貫通する孔６３が設けられている。この孔６３は、後で詳しく説明するが、キャビティー空間７０内に生成されたプラズマをエンジン３００の燃焼室３２０内にプラズマジェット８０として噴出させるプラズマ噴き出し口である。このプラズマジェット８０は、テーパ面６２に垂直な方向に噴出される。
【００４２】
この孔６３は、カバー６０のテーパ面６２において、各火花放電ギャップ７１に対向する位置にそれぞれ設けられている。したがって、図１に示されるように、２つの孔６３がカバー６０のテーパ面６２に形成されている。本実施形態では、各孔６３の径は、φ１〜φ３とされる。ここで、キャビティー空間７０内に生成されたプラズマを確実に噴出させるため、孔６３の径の下限をφ１としている。一方、孔６３から噴出されるプラズマを直線的に噴出させるため、孔６３の径の上限をφ３としている。
【００４３】
上記カバー６０のテーパ面６２および孔６３の燃焼室３２０内における具体的な向きについて説明する。図１に示されるように、点火プラグ１００はエンジン３００のシリンダヘッド３１０にねじ固定される。そして、シリンダ３３０内のピストン３４０が上死点にあるとき、ピストン３４０の上端面３４１を引き延ばしたときにその上端面３４１がシリンダ３３０の内壁面３３１に交差する交線の方向にプラズマジェット８０が噴出されるように、テーパ面６２の角度が設定されている（図１参照）。言い換えると、ピストン３４０の上端面３４１を引き延ばしたときに上端面３４１がシリンダ３３０の内壁面３３１に交差する交線の方向にカバー６０の孔６３が対向するように、テーパ面６２の角度が決定される。
【００４４】
このような角度でカバー６０の孔６３からプラズマジェット８０を噴出させると、プラズマジェット８０を燃焼室３２０内のより遠くの位置まで行き渡らせることができる。これにより、燃焼室３２０内に火炎核を行き渡らせることができ、燃焼を促進させることができるのである。以上が、点火プラグ１００の構成である。
【００４５】
パルス電源２００は、パルス電圧を作成して上述した点火プラグ１００に入力するものであり、パルス電圧を発生させる回路やパルス電圧発生のタイミングを制御する回路等を備えている。本実施形態では、パルス電源２００が作成する印加電圧は例えば−２０ｋＶ、印加電圧のパルス幅は０．０１〜０．１ｍｓであり、この印加電圧に応じて点火プラグ１００にて発生する放電の放電電流は１０〜１００Ａである。パルス電源２００にて作成された印加電圧のパルス電圧信号は、点火プラグ１００の中心電極３０に出力される。
【００４６】
以上が、本実施形態に係る内燃機関用点火装置の構成である。
【００４７】
次に、上記内燃機関用点火装置の作動について、図４〜図６を参照して説明する。まず、パルス電源２００にて点火プラグ１００に印加するパルス電圧が作成される。図４は、印加電圧パルスおよび放電電流パルスを示した図である。図４に示されるように、本実施形態においてパルス電源２００で作成される印加電圧パルスは、電圧値−２０ｋＶ、パルス幅０．０１ｍｓである。
【００４８】
このようなパルス印加電圧が作成されると、そのパルス信号がパルス電源２００から点火プラグ１００の中心電極３０、詳しくは第１電極３１に入力される。具体的には、中心電極３０の第１電極３１にパルス信号が入力されると、そのパルス信号は、第２電極３２、第３電極３３、円板電極４０、そして接続電極４１を介して放電電極５０に印加される。本実施形態では、円板電極４０に２本の接続電極４１が接合されているが、いずれか一方の接続電極４１および放電電極５０にパルス電圧が印加されることとなる。
【００４９】
放電電極５０にパルス電圧が印加されると、火花放電ギャップ７１を介して放電電極５０とカバー６０に設置された接地電極５１との間に放電電流が流れ、放電が生じる。図４に示されるように、本実施形態では、火花放電ギャップ７１に１０Ａの放電電流が流れる。なお、この放電電流は、カバー６０、主体金具１０を介してシリンダヘッド３１０に流れる。
【００５０】
上記のように放電が起こると、この放電の熱により、キャビティー空間７０内の空気が温められて電離を起こす。これに伴い、キャビティー空間７０内にプラズマが発生する。また、放電によって温められた空気により、キャビティー空間７０内が高圧状態となる。これにより、キャビティー空間７０内が高温・高圧プラズマ状態となり、プラズマがカバー６０に設けられた各孔６３からプラズマジェット８０（図２参照）として燃焼室３２０内に噴射される。
【００５１】
点火プラグ１００においては、上述のように、主体金具１０、中心電極３０、そしてカバー６０が、低熱伝導率であるステンレス系の金属で構成されている。このため、放電によって発生した熱が、キャビティー空間７０からこれらの部材を介して点火プラグ１００外に熱伝達しにくくなっている。
【００５２】
具体的には、放電電極５０は接続電極４１を介して円板電極４０と接続されているため、放電の熱が接続部３４を介して円板電極４０に伝達しにくくなっている。さらに、円板電極４０は、第１電極３１から段々と径が細くなった第３電極３３に接合されているため、円板電極４０が放電によって受ける熱は中心電極３０外に逃げにくくなっている。さらに、カバー６０の厚さは、上述のように０．１〜１．０ｍｍであるため、放電の熱が薄いカバー６０を介して主体金具１０に伝達しにくくなっている。
【００５３】
以上のように、点火プラグ１００に用いられている材質や構造により、放電の熱損失を防止できるので、キャビティー空間７０内でプラズマを発生させる温度にまで確実に温めることができる。このようにして熱損失を防止できるため、キャビティー空間７０内の空気を温めるための放電回数を低減でき、ひいては省電力化を図ることができる。
【００５４】
上記のようにプラズマジェット８０が噴射される際、点火プラグ１００のカバー６０において、ピストン３４０の上端面３４１を引き延ばしたときに上端面３４１がシリンダ３３０の内壁面３３１に交差する交線の方向に向かってプラズマジェット８０が噴射される。したがって、プラズマジェット８０は、孔６３から燃焼室３２０内の遠い位置まで噴射されるため、燃焼室３２０内に火炎核を行き渡らせることができ、燃焼を促進させることができるのである。
【００５５】
こうしてプラズマジェット８０が燃焼室３２０内に噴射されると、そのプラズマジェット８０により燃焼室３２０内の混合気が着火する。これにより、燃焼室３２０内にて混合気の燃焼が起こる。
【００５６】
以上のようにして、内燃機関用点火装置にてエンジン３００の燃焼室３２０内のピストン３４０を駆動し、エンジン３００に駆動力を発生させる。
【００５７】
このようにエンジン３００を駆動する内燃機関用点火装置の点火プラグ１００において、発明者らは、印加電圧のパルス幅に対する上記プラズマジェット８０の長さを、放電電流が１Ａおよび１０Ａのそれぞれの場合について調べた。図５は、印加電圧のパルス幅とプラズマ噴き出し長さとの関係を示した図である。プラズマ噴き出し長さとは、カバー６０のテーパ面６２に垂直な方向において、カバー６０の孔６３からプラズマジェット８０の先端までの長さを指す。図５に示されるように、放電電流が１Ａ、１０Ａのいずれの場合においても、印加電圧のパルス幅が長くなるほど、プラズマ噴き出し長さが長くなっている。
【００５８】
本実施形態では、中心電極３０に印加する印加電圧のパルス幅は、上述のように、０．０１ｍｓであり、プラズマ噴き出し長さは１５ｍｍである。この放電の際の放電電流は、１０Ａである。一方、従来のように、印加電圧のパルス幅が１ｍｓである場合、図５に示されるように、プラズマ噴き出し長さは１５ｍｍである。
【００５９】
ここで、図５に示されるように、プラズマ噴き出し長さが１５ｍｍの場合における１パルス当たりの放電エネルギーを各放電電流の場合について求める。まず、１パルス当たりの放電エネルギー［Ｊ］は、印加電圧×放電電流×印加電圧のパルス幅×（１／２）より求めることができる。なお、係数（１／２）は、放電電流波形が三角波になっていることに基づいている。
【００６０】
放電電流が１Ａ（パルス幅；１ｍｓ）である従来の場合、１パルス当たりの放電エネルギーは、（−２０ｋＶ）×（−１Ａ）×１ｍｓ×（１／２）＝１０Ｊとなる。一方、放電電流が１０Ａ（パルス幅０．０１ｍｓ）の場合、１パルス当たりの放電エネルギーは、（−２０ｋＶ）×（−１０Ａ）×０．０１ｍｓ×（１／２）＝１Ｊとなる。これら放電エネルギーの差を、具体的に図６に示す。
【００６１】
図６は、本発明の点火プラグ１００と従来との放電エネルギーの差を示した図である。上述のように、放電電流が１Ａおよび１０Ａでは、それぞれプラズマ噴き出し長さは互いに１５ｍｍである。しかしながら、上記計算および図６に示されるように、放電電流が１０Ａの場合の放電エネルギーは、放電電流が１Ａの場合の放電エネルギーの１０分の１になっている。言い換えると、放電電流を従来の値に対して１０倍とし、かつ、印加電圧のパルス幅を１００分の１にすることで、放電エネルギーを１０分の１にできると共に、従来と同じプラズマ噴き出し長さを確保することができるのである。
【００６２】
本実施形態では、印加電圧のパルス幅を０．０１〜０．１ｍｓ、放電電流を１０〜１００Ａとしているので、図５に示されるように、プラズマ噴き出し長さを最低１５ｍｍとすることができる。したがって、印加電圧のパルス幅もしくは放電電流の値を変更することで、従来よりも低い放電エネルギーでプラズマ噴き出し長さを伸ばすことができる。プラズマ噴き出し長さを伸ばすということは、燃焼室３２０内において、点火プラグ１００からより遠い点で点火を行うことができるということに相当する。これは、燃焼室３２０に火炎核を行き渡らせることとなり、ひいては燃焼を促進する効果をもたらす。
【００６３】
以上、説明したように、本実施形態では、点火プラグ１００においてキャビティー空間７０を絶縁碍子２０の先端面２２およびカバー６０の内壁面のみで形成していることを特徴としている。これにより、キャビティー空間７０内に生成される放電の熱が各部材、特に主体金具１０を介してキャビティー空間７０の外部に逃げてしまうことを防止できる。したがって、キャビティー空間７０内の空気を放電の熱によって確実にプラズマ化させることができる。こうして、点火プラグ１００の熱損失を低減させることができ、内燃機関用点火装置としての省電力化を図ることができる。
【００６４】
また、０．０１〜０．１ｍｓのパルス幅のパルス電圧を点火プラグ１００に印加している。これにより、上述のように、放電エネルギーを従来の放電エネルギーの１０分の１にすることができる（図６参照）。したがって、印加電圧のパルス幅を少なくとも０．１ｍｓ以下とすることで、１回の放電の際に消費される放電エネルギーを低減させることができ、放電に必要な消費電力を低減させることができる。
【００６５】
本実施形態では、円板電極４０に複数の接続電極４１を接合することで、複数の火花放電ギャップ７１が形成されている。このように、電極を多極化することで、火花放電ギャップ７１がもっとも小さい放電電極５０から放電を発生させることができる。これにより、各放電電極５０および各接地電極５１の寿命を延ばすことができる。
【００６６】
また、放電電極５０および接地電極５１に耐熱性および耐摩耗性に優れたイリジウムを採用している。このような材質の放電電極５０および接地電極５１を用いることで、放電の熱による放電電極５０および接地電極５１の各表面の消耗を低減させることができる。
【００６７】
さらに、本実施形態では、カバー６０の厚み、カバー６０における孔６３の向き、孔６３の径、キャビティー空間７０の容量を規定している。カバー６０の厚みを規定することで、カバー６０を介して放電の熱が伝達されることを防止できる。カバー６０における孔６３の向きを設定することで、プラズマジェット８０を燃焼室３２０内の遠い位置まで行き渡らせることができる。また、孔６３の径を規定することで、プラズマジェット８０を直線的に噴出させることができる。そして、キャビティー空間７０の容量を規定することで、キャビティー空間７０内の空気の量を制限でき、キャビティー空間７０内の空気を確実に温めることができる。
【００６８】
（他の実施形態）
上記第１実施形態で示される点火プラグ１００の構成は、一例を示すものであって、これに限定されるものではない。例えば、中心電極３０の材質や形状、放電電極５０の材質、カバー６０におけるテーパ面６２および孔６３の向き等、各エンジン３００に応じて設計されることが好ましい。
【００６９】
上記第１実施形態では、カバー６０にはテーパ面６２が形成されているが、カバー６０の外壁面は球面形状であっても構わない。
【００７０】
上記第１実施形態では、円板電極４０の外周に２つの接続電極４１を接合することで、キャビティー空間７０内に放電させる場所を２カ所設けていた（実際に放電が起こるのは２カ所のうちいずれか一方）が、放電させる場所は２カ所以上あっても良い。
【００７１】
図７は、多極化電極の一例を示した図であり、図２のＡ矢視図に相当する。図７に示されるように、キャビティー空間７０内に放電させる場所が４カ所設けられている。これら多極化電極は、第１実施形態と同様に、円板電極４０に接続電極４１を介して放電電極５０が接合されると共に、カバー６０の内壁面において各放電電極５０に対向する位置に接地電極５１が接合されている。こうして、各放電電極５０と接地電極５１との間に火花放電ギャップ７１を介して放電が発生する。
【００７２】
図７に示されるように、多極化電極の場合であっても、放電は、火花放電ギャップ７１がもっとも狭い１カ所の電極間でのみ起こる。このように、点火プラグ１００に多極化電極を設けることで、火花放電ギャップ７１がもっとも狭い電極間で放電が起こるため、各放電電極５０および各接地電極５１の消耗を抑制でき、ひいては各放電電極５０および各接地電極５１の寿命を延ばすことができる。
【００７３】
また、上記第１実施形態では、カバー６０の内壁面において、放電電極５０の対向する位置に接地電極５１を接合しているが、接地電極５１を設けない構造としても良い。このような場合、放電は、カバー６０の内壁面のいずれかの場所と放電電極５０との間に発生することとなる。
【００７４】
さらに、図７のように放電電極５０を多極化する場合、カバー６０において孔６３は各火花放電ギャップ７１に対向する位置に設けられることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関用点火装置の全体構成図である。
【図２】図１に示される点火プラグの概略断面図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】印加電圧パルスおよび放電電流パルスを示した図である。
【図５】印加電圧のパルス幅とプラズマ噴き出し長さとの関係を示した図である。
【図６】本発明の点火プラグと従来の点火プラグとのパルスエネルギーの差を示した図である。
【図７】多極化電極の一例を示した図である。
【図８】従来の点火プラグの概略断面図である。
【図９】図８に示す点火プラグにパルス電圧を印加したときの放電電流波形を示した図である。
【符号の説明】
【００７６】
１００…点火プラグ、１０…主体金具、２０…絶縁碍子、３０…中心電極、
３１…第１電極、３２…第２電極、３３…第３電極、４０…円板電極、
４１…接続電極、５０…放電電極、５１…接地電極、６０…カバー、６３…孔、
７０…キャビティー空間、７１…火花放電ギャップ、８０…プラズマジェット、
２００…パルス電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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