(57)【要約】  中心電極（２）と、絶縁体材料（４）から形成されている発射路（６）と、発射路に対して同心であり且つ放出開口を形成する接地電極（３）とを有する、内燃機関用のプラズマジェット・点火プラグにおいて、中心電極（２）が円錐形に形成される。発射路（６）は、接地電極に向かうその延在経過内で、プラズマのための加速区間として作用する先細部（６−５）を有している。
2007507060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、絶縁体材料から形成されている発射路と、発射路に対して同心であり且つ放出開口を形成する接地電極とを有する、内燃機関用のプラズマジェット・点火プラグにおいて、
中心電極が円錐形に形成されていること、及び、発射路が、接地電極に向かうその延在経過内で、プラズマのための加速区間として作用する先細部を有していることを特徴とする点火プラグ。
【請求項２】
絶縁体材料が接地電極に接していることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項３】
接地電極が中心電極上に至るまで引き込まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の点火プラグ。
【請求項４】
接地電極と絶縁材料の間に円環形状の空気空間が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の点火プラグ。
【請求項５】
空気空間が中心電極の高さのところでその最大の広さを有することを特徴とする、請求項４に記載の点火プラグ。
【請求項６】
接地電極に形成されている放出開口が外側に向かって漏斗形状に広がっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の点火プラグ。
【請求項７】
点火プラグが、内燃機関の燃焼室内で少なくともほとんど面一に延在していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心電極と、絶縁体材料から形成されている発射路と、発射路に対して同心であり且つ放出開口を形成する接地電極とを有する、内燃機関用のプラズマジェット・点火プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料消費と有害物質放出を低下させる試みにより、希薄な燃料空気混合気（１よりも大きな空気比率を有する燃料空気混合気）の使用が要求される。このことは、希薄な混合気の燃焼プロセスを効率的に開始させる高効率のスパークプラズマの発生をも要求する。
【０００３】
冒頭に掲げた形式の点火プラグは、インターネットを介してアクセス可能なＲＷＴＨアーヘンの公開ページである非特許文献１から知られている。
【０００４】
この点火プラグは、点火プラグの外側にプラズマを発生させることができる。しかしスパークエネルギーの大部分がガスに伝播されることはない。ガス内へのスパークプラズマの進入深さは僅かである。従ってこの点火プラグは、条件付けられてのみ、希薄な燃料空気混合気を点火することができるものである。
【０００５】
【非特許文献１】http://www.vka.rwth-aachen.de/sfb_224/Kapitel/pfd/kap3_2.pdf  図３.２−８、１１４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、スパークエネルギーの大部分を燃料空気混合気に伝播することのできる、冒頭に掲げた形式の点火プラグを創作することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題は、本発明に従い、特許請求項１に記載した措置により解決される。
【０００８】
中心電極の円錐形状がプラズマ形成を支援する。発射路の形成、及び、接地電極に向かうその延在経過内で有効な加速区間が、混合気内へのプラズマの深い進入をもたらし、結果として、極端に希薄な混合気においても最適な点火作用をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１及び図２において部分的に描かれている点火プラグ１は、中心電極２と、接地電極３と、セラミック体４とを有している。中心電極２は円錐形に形成されている。接地電極３は放出開口５を形成し、放出開口５は外側に向かって漏斗形状に広げられている。
【００１１】
中心電極２と接地電極３の間においてセラミック体４内には発射路６が形成されている。発射路６は接地電極３に向かうその延在経過内で先細部７を有し、先細部７はプラズマのための加速区間として作用する。プラズマは、以下で詳細を説明するが、中心電極２の先端２’の領域に形成される。
【００１２】
セラミック体４は放出開口５の領域で直接的に即ちいかなる空隙も伴わずに接地電極３に接している。接地電極３は中心電極２上に至るまで引き込まれていて、接地電極３の外面上にはねじ山８が設けられていて、ねじ山８を用い、この点火プラグ１が非図示のシリンダヘッド内にねじ込まれている。点火プラグ１は内燃機関の燃料室内でおおよそ面一であるように延在している。
【００１３】
接地電極３とセラミック体４の間には円環（トーラス）形状の空気空間９が設けられていて、空気空間９は、中心電極２の高さのところでその最大の広さを有している。
【００１４】
プラズマの発生は点火プラグ１内部の中空室１０内で行われる。図２にはこの中空室が拡大されて描かれている。
【００１５】
原理的に中空室１０はホローカソード装置に対応する。円錐形に延びる中心電極２と点火プラグ１を外側に向かって閉鎖している接地電極３との間に電界が構成され、この電界により中空室１０内のガスが電離（イオン化）され、電気的な絶縁破壊が発生する。
【００１６】
中空室１０は特別な幾何学的形態を有している。中空室１０は円筒形の領域「Ａ」を有し、この領域には円錐形に延びる部分「Ｂ」が続き、この部分は円筒形状「Ｃ」に通じている。領域「Ｃ」に続く接地電極３は「Ｄ」で記されている横断面を円錐形に開いていて、形成される発射路６の最後を意味している。
【００１７】
この形状にすることは電子技術的且つ流れ動力学的な理由をもっている。一方では、その形状にすることが電界の適切な案内のために用いられ、他方では、領域「Ｃ」にある狭窄部により「ラバルノズル」に対応して超音速の流れが生成され、この流れがプラズマのより高い放出パルスを導く。
【００１８】
中心電極の適切な配線により得られる例えばほぼ６０００Ｋへのプラズマ温度の迅速な上昇は同時に圧力波を発生させ、この圧力波は、中空室１０内の静圧力と機関の燃料室内の圧力との間の臨界超過の圧力比を導く。このことは、最も狭い横断面を示す円筒形の部分の流れがマッハ＝１に加速され、発散部分ではマッハ＞１に加速されるという結果を伴う。
【００１９】
強いプラズマを形成するためには、高い電界強度をもったできるだけ大きな空間領域を生成することが必要不可欠である。熱いプラズマが熱的に良伝導性のセラミック絶縁部の壁部熱損失により弱化されないためには、円錐形に延びる中心電極２の上側の領域に電界を集中させることが有意義である。前述の電気力線密度は、セラミック絶縁体４の形状の形態により、決定的な集束作用をこうむる。こん棒状の形状はその誘電特性に基づき電極先端２’に電気力線を導く。セラミックに割り当てられる電界強度の部分は、空気空間９内の区間を克服するために費やされる電界強度に比べて小さい。従って電極間の対応的な高電圧により電極先端２’の領域には中空室１０内の空間を電離させることのできる電界強度が得られている。その上、電界の形成は、接地電極３を丸まった形状とすることにより促進される。更にこの輪郭は燃焼空間の形に空気力学的に有利に作用する。
【００２０】
セラミック体４内で延在する円筒形の形状へと円錐形の中心電極２が移行する領域において電離は望まれず、その理由は、その結果として得られる電気的な絶縁破壊がその熱エネルギーを直接的にセラミック絶縁部に導いてしまうためである。この理由から、ここでセラミック絶縁部は先細部１１をもち、つまり、印加する電圧が、有利には、電界強度が中心電極２のこの領域で減少し、それにより電離が防止されるように分配される。
【００２１】
紹介されたように電界を案内することにより、放出開口５に向かう最適の指向作用が得られる。発生した電気的な電荷担体は対応的な加速をこうむり、それにより他の原子或いは分子が電離され、なだれ効果が発生する。
【００２２】
本発明に従う点火プラグの他の長所は次のとおりである：
【００２３】
水素機関及びガソリン機関における自己点火の危険が排除される。より良い混合気引火が得られる、つまり、特に直接噴射機関では不燃焼の炭化水素の放出の減少により有益さが得られる。
【００２４】
燃焼室内に突出する電極がないので、燃焼室の構造上の形態において自由度が向上し、この自由度の向上は、例えば、圧縮比の向上及びそれと結び付けられた熱効率の増加の可能性と置き換えられ得る。
【００２５】
ＨＣ放出の低下が想定可能であり、その理由は「火炎影」を形成してしまう突き出した電極がないためである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従う点火プラグの縦断面を概要として示す図である。
【図２】図１の一部分を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      点火プラグ
２      中心電極
２’    先端
３      接地電極
４      セラミック体
５      放出開口
６      発射路
７      先細部
８      ねじ山
９      空気空間
１０      中空室
１１      先細部
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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