(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略筒状を呈する絶縁体の内部空間の開口近傍に形成される噴孔とは反対側に形成した中心電極と、
前記中心電極の先端側から前記絶縁体の内部空間の開口近傍まで半導体材料で形成した中間電極と、
前記絶縁体の内部空間の開口外側で前記中間電極と放電ギャップを隔てて対向させ形成した接地電極と
を具備する点化プラグであって、
前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間の開口側を相対的に大径の大径部位、かつ根元側は相対的に小径の小径部位にて形成したことを特徴とする点火プラグ。
【請求項２】
前記噴孔は、前記中間電極の大径部位と前記絶縁体の内部空間の開口近傍とのスリット状の間隙または前記中間電極に穿たれた孔にて形成した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】
前記噴孔は、前記中間電極の大径部位の外周面とそれに対向する前記絶縁体の内部空間の開口近傍の内壁面との間で外側に広がる円錐テーパ状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の点火プラグ。
【請求項４】
略筒状を呈する絶縁体の内部空間の開口近傍に形成される噴孔とは反対側に形成した中心電極と、
前記絶縁体の内部空間の内壁面から開口外側の端面まで連続するよう半導体材料で形成した中間電極と、
前記絶縁体の内部空間の開口外側で前記中間電極と放電ギャップを隔てて対向する接地電極と
を具備する点火プラグであって、
前記中間電極は、前記内部空間の内側にて前記放電ギャップよりも短い放電ギャップを隔てて前記中心電極と対向し、かつ、前記両放電ギャップでは火花放電が発生し、前記中間電極では沿面放電が発生するとともに、前記中間電極と前記接地電極との間の前記放電ギャップは、前記絶縁体の軸方向において、前記噴孔を形成する前記絶縁体の開口側の外径よりも内側に形成されることを特徴とする点火プラグ。
【請求項５】
前記中間電極は、前記中心電極の軸心に対して径方向に隔てて配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の点火プラグ。
【請求項６】
前記接地電極の先端は、前記噴孔の軸心に対して径方向に隔てて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の点火プラグ。
【請求項７】
前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間の開口外側に形成した前記接地電極と前記中心電極との間に形成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の点火プラグ。
【請求項８】
前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間の開口近傍に接合したことを特徴とする請求項４乃至７の何れか１つに記載の点火プラグ。
【請求項９】
前記中間電極、前記接地電極は、対向面に貴金属チップを接合したことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の点火プラグ。
【請求項１０】
前記中間電極、白金（Ｐｔ）系合金またはイリジウム（Ｉｒ）系合金の貴金属で前記絶縁体に一体的に焼成したことを特徴とする請求項４乃至９の何れか１つに記載の点火プラグ。
【請求項１１】
前記中間電極は、前記接地電極に対向して前記絶縁体から突出させ前記接地電極との前記放電ギャップを形成したことを特徴とする請求項１０に記載の点火プラグ。
【請求項１２】
前記中間電極は、導電性金属からなる穴明き板で前記絶縁体に一体的に焼成したことを特徴とする請求項１０に記載の点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料の着火に用いる点火プラグに関するもので、特に、直噴エンジン、リーンバーン（希薄燃焼）エンジン等に用いると有効である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関における燃焼改善、排気ガス浄化、更に、直噴エンジンやリーンバーン（希薄燃焼）エンジンにおける着火性向上への要求が高まっており、これに対処するための一手法として、燃焼速度を大幅に短縮できる点火・燃焼システムが求められている。これに関連する先行技術文献としては、特開平６−６８９５２号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、点火プラグの内部空間（放電空間）に大きなエネルギ（高電圧・大電流）を印加することでプラズマを生成し、そのプラズマが燃焼室内に噴出されることで火炎生成・伝播を促進させる技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のプラズマジェット点火プラグでは、プラズマを生成するため印加される放電エネルギが、一般の車両用内燃機関で用いられている点火プラグに印加される放電エネルギ（数十ｍＪ）の１０〜１００倍程度が必要であるとされる。このため、システム全体に要求される耐電圧性、耐久性、耐熱性等が問題となり、加えて、機関自体の発生出力が放電エネルギの発生に使用されることで燃焼改善のメリットを相殺してしまうこととなる。
【０００４】
ここで、通常レベルのエネルギ投入であっても、予混合燃焼方式の内燃機関であれば混合気が点火プラグの内部空間内に侵入できるため火花放電によって容易に点火燃焼開始しされ、点火プラグの噴孔（オリフィス孔）から火炎を噴出することができる。これに対して、直噴エンジンにおける成層燃焼では噴射された燃料が点火プラグ近傍に到達するタイミングを見計らって点火が行われている。ところが、直噴エンジンでは点火プラグが燃焼室壁面近傍にあるため噴霧速度が減速され、運転状態によっては点火プラグの内部空間内に噴霧燃料が殆ど侵入されなくて火花放電によって点火燃焼開始されず、火炎噴出が起こらないばかりか噴霧燃料に点火することさえもできないという不具合があった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、点火燃焼に必要な印加エネルギを抑制し、かつ噴霧燃料に対する着火性を向上可能な点火プラグの提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の点火プラグによれば、中心電極に印加されたエネルギに基づき中間電極を介して、中間電極と接地電極との間の放電ギャップによって火花放電が発生される。この放電ギャップにおける火花放電によって絶縁体の内部空間内の空気や混合気が急速に膨張され絶縁体の内部空間外にガスが噴出される。このガスの噴出により放電ギャップにおける火花放電による火花・火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。これにより、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性が向上されるという効果が得られる。更に、絶縁体の内部空間において中間電極が開口側で大径とされ、かつ根元側で小径とされることで、絶縁体の内部空間を開口側で絞って大きな容積とすることができ、絶縁体の内部空間内からの噴出ガス量を増加させることができる。
【０００７】
請求項２の点火プラグでは、噴孔が中間電極の大径部位と絶縁体の内部空間の開口近傍とで形成されるスリット状の間隙または中間電極に穿たれた孔によって形成されるため、絶縁体の内部空間及び中間電極の構成は比較的簡単で安価に実現できる。
【０００８】
請求項３の点火プラグでは、噴孔が中間電極の大径部位とそれに対向した絶縁体の内部空間の開口近傍の内壁面とで形成された円錐テーパ状に形成される。これにより、絶縁体の内部空間内のガスを急速に膨張させることで噴孔から円錐状に噴出させ、円錐軸心部の燃焼室側のガス及び噴霧燃料を円錐頂点方向に誘導させることができる。
【０００９】
請求項４の点火プラグによれば、中心電極に印加されたエネルギに基づき中間電極を介して、中間電極と接地電極との間の放電ギャップによって火花放電が発生される。この放電ギャップにおける火花放電によって絶縁体の内部空間内の空気や混合気が急速に膨張され絶縁体の内部空間外にガスが噴出される。このガスの噴出により放電ギャップにおける火花放電による火花・火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。これにより、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性が向上されるという効果が得られる。更に、中間電極が内部空間内にて中心電極に対向し、尚且つ接地電極との放電ギャップより短い放電ギャップを隔てて形成されている。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、中間電極と接地電極との間の放電ギャップにおける火花放電の発生を安定させることができる。
【００１０】
請求項５の点火プラグの前記中間電極は、前記中心電極の軸心に対して径方向に隔てて配置されているものである。
【００１１】
請求項６の点火プラグの前記接地電極の先端は、前記噴孔の軸心に対して径方向に隔てて配置されているものである。
【００１２】
請求項７の点火プラグでは、中間電極が絶縁体の内部空間内の中心電極と絶縁体の内部空間の開口外側の接地電極との間に形成されており、中心電極と中間電極との間、中間電極と接地電極との間の両方で火花放電を発生させることができる。
【００１３】
請求項８の点火プラグでは、中間電極が絶縁体の内部空間の開口近傍に接合されており、絶縁体の内部空間内外の２箇所で中間電極を介して火花放電を発生させることができる。これにより、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【００１４】
請求項９の点火プラグでは、中間電極または接地電極の対向面に貴金属チップが接合されていることで電極消耗が抑制され、火花放電の発生が安定されるという効果が得られる。
【００１５】
請求項１０の点火プラグでは、絶縁体の内部空間の開口近傍に噴孔が形成されており、絶縁体の内部空間を開口近傍にて絞ることができ、絶縁体の内部空間内のガスを急速に膨張させることで噴孔から噴出させることができる。
【００１６】
請求項１１の点火プラグでは、中間電極が接地電極に対向し絶縁体から突出され、接地電極に対し放電ギャップが形成されているため、この放電ギャップでは火花放電の発生が安定して行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【００１７】
請求項１２の点火プラグでは、導電性金属からなる穴明き板の中間電極が絶縁体と一体的に焼成される。つまり、中間電極を絶縁体に接合することなく、セラミック焼成時の収縮作用が利用され一体化される。これにより、中間電極が絶縁体に一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度が保持され信頼性が確保される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２２】
〈実施例１〉
図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図２は図１の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【００２３】
図１及び図２において、点火プラグ１００には、略筒状の絶縁碍子１０の内部の奥側に中心電極２０、この中心電極２０と電気的に接続されるよう導電性の銅ガラス２５が充填されたのちターミナル（入力端子）３０が挿嵌されている。このターミナル３０は絶縁碍子１０の外部まで突出され、その先端に点火コイル（図示略）側からの高電圧が印加される。また、絶縁碍子１０の内部でターミナル３０と反対側には中心電極２０に続き絶縁碍子１０の内壁面を利用して、直径が最大４．０〔ｍｍ〕程度からなるキャビティ（内部空間）１６が形成されている。この絶縁碍子１０のキャビティ１６の先端側には、直径０．５〜２．０〔ｍｍ〕、長さ１〜３〔ｍｍ〕の噴孔１８が形成されている。このキャビティ１６の内壁面には、中心電極２０に対して放電ギャップ１５を隔てて半導体材料からなる中間電極４０がその開口近傍に形成された噴孔１８及びその端面まで連続して形成されている。
【００２４】
そして、絶縁碍子１０の外周には、内燃機関のシリンダヘッド（図示略）に螺合させるための雄ねじ部５１が形成され、螺合の際のシールのためのガスケット５２を有するハウジング５０がかしめられている。このハウジング５０の燃焼室側（図１及び図２における下方向）の端面には、接地電極６０が中間電極４０端面に対し０．５〜１．５〔ｍｍ〕の放電ギャップ６１を隔てて対向され溶接されている。なお、この放電ギャップ６１に比べ、中間電極４０と中心電極２０との間の放電ギャップ１５は小さく形成されている。また、図２以降では、ハウジング５０の雄ねじ部５１及びガスケット５２は省略されている。
【００２５】
次に、本実施例の点火プラグ１００の作動状態について図３を参照して説明する。なお、本実施例の点火プラグ１００は中心電極２０と中間電極４０との間に放電ギャップ１５を有している。
【００２６】
ターミナル３０側から中心電極２０に高電圧が印加されると、中心電極２０と中間電極４０との間に電位差が生じ、図３（ａ）に示すように、放電ギャップ１５においてブレークダウンが生じ第１の放電が発生する。ここで、半導体材料からなる中間電極４０は、第１の放電によって高電位になることにより、中間電極４０の表面近傍にあるガスがイオン化され、キャビティ１６内のガスがイオン化される。
【００２７】
次に、中間電極４０と接地電極６０との間に電位差が生じ、図３（ｂ）に示すように、放電ギャップ６１においてブレークダウンが生じ第２の放電が発生する。この第２の放電により中間電極４０の表面に沿って沿面放電が生じる。ここで、半導体表面は格子欠陥が多く自由電子の放出が多いため、その表面を電流が流れる性質があり、これを沿面放電という。すると、内燃機関の圧縮行程中にキャビティ１６内に流入された混合気は、イオン化と火花放電により着火開始される（図３（ｂ）に破線Ｇにて示す）。
【００２８】
次に、キャビティ１６は噴孔１８側のみが外部に開口されているのでキャビティ１６内で急速に膨張されたガスは噴孔１８から燃焼室側へと噴出開始される（図３（ｃ）に破線Ｇにて示す）。このとき、放電ギャップ６１では第２の放電により火花が形成されているので、放電ギャップ６１周辺の混合気は着火しているか、着火しつつある（図３（ｃ）に一点鎖線ＧF にて示す）。
【００２９】
このようにして、ガスの噴出により火花・火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる（図３（ｄ）に破線Ｇ及び一点鎖線ＧF にて示す）。したがって、キャビティ１６内のガスを燃焼させ噴出させるには、プラズマを生成するときのような高電位は必要がなく、結果的に必要エネルギも小さくて済むこととなる。
【００３０】
このように、本実施例の点火プラグ１００は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子１０の内部空間としてのキャビティ１６の奥側に形成した中心電極２０と、絶縁碍子１０のキャビティ１６の開口近傍に形成した中間電極４０と、絶縁碍子１０のキャビティ１６の開口外側で中間電極４０と放電ギャップ６１を隔てて対向させ形成した接地電極６０とを具備するものである。また、中間電極４０は絶縁碍子１０のキャビティ１６の内壁面から開口外側の端面まで連続するよう半導体材料で形成したものである。そして、中間電極４０は中心電極２０に対向させ接地電極６０との放電ギャップ６１より短い放電ギャップ１５を隔てて形成したものである。更に、絶縁碍子１０のキャビティ１６はその開口近傍に噴孔１８を形成したものである。
【００３１】
したがって、中心電極２０と中間電極４０との間の放電ギャップ１５、中間電極４０と接地電極６０との間の放電ギャップ６１によってそれぞれ火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギャップ１５における火花放電によって絶縁碍子１０のキャビティ１６内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔１８からガスが噴出される。そして、ガスの噴出により放電ギャップ６１における火花放電による火花・火炎が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態の第１実施例にかかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図４の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点のみについて述べる。
【００３３】
本変形例の点火プラグ１００′では、中心電極２０に対して放電ギャップをなくすよう中間電極４０′を延長させ、中心電極２０と中間電極４０′とが接触され電気的に接続されている。したがって、上述の実施例における第１の放電は起こらず第２の放電のみが起こることとなる。このため、中間電極４０′には中心電極２０への電圧印加と同時に高電圧が印加され、イオン化が達成される。これにより、上述の実施例と同様の燃焼を実現することができる。
【００３４】
次に、本発明の実施の形態の第１実施例にかかる点火プラグの他の変形例における要部構成を示す図５の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点のみについて述べる。
【００３５】
本変形例の点火プラグ１００″では、絶縁碍子１０先端縁まで形成された中間電極４０″と外周方向で対向するようハウジング５０に接合された接地電極６０″によって放電ギャップ６１″が形成されている。これにより、噴孔１８からのガスの噴出による燃焼と、放電ギャップ６１″で生成される火花による燃焼が２箇所から同時に起きることとなり、上述の実施例にも増して速やかな燃焼が実現できる。
【００３６】
〈実施例２〉
図６は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図７は図６の要部構成を示す拡大詳細断面図である。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
図６及び図７において、点火プラグ２００には、中心電極１２０の先端側に絶縁碍子１０の内壁面を利用してキャビティ（内部空間）１１６が形成されており、その先端側には直径２〜５〔ｍｍ〕の噴孔１１８が形成されている。この噴孔１１８の内壁面のみに、白金（Ｐｔ）を主成分とする中間電極１４０が直接接合されている。なお、中心電極１２０と中間電極１４０との放電ギャップ１１５は０．２〜５．０〔ｍｍ〕に設定されている。更に、ハウジング５０の燃焼室側（図６及び図７における下方向）の端面には接地電極６０、その先端側には貴金属チップ６５が中間電極４０端面に対し０．５〜１．５〔ｍｍ〕の放電ギャップ６１を隔てて対向され溶接されている。
【００３８】
次に、本実施例の点火プラグ２００の作動状態について図８を参照して説明する。
【００３９】
ターミナル３０側から中心電極１２０に高電圧が印加されると、中心電極１２０と中間電極１４０との間に電位差が生じ、図８（ａ）に示すように、放電ギャップ１１５においてブレークダウンが生じ第１の放電が発生する。更に、中間電極１４０と接地電極６０の貴金属チップ６５との間に電位差が生じ、図８（ａ）に示すように、放電ギャップ６１においてブレークダウンが生じ第２の放電が発生する。ここで、直噴エンジンの成層燃焼においては、点火時期直前に噴霧燃料が点火プラグ２００に到達するため、キャビティ１１６内には殆ど空気しか存在しないこととなる（図８（ａ）に破線Ｇにて示す）。
【００４０】
しかし、本実施例の点火プラグ２００では、キャビティ１１６外側の放電ギャップ６１でも第２の放電が発生されることで、到達された混合気に点火され火炎核ＦC が生成される（図８（ａ）参照）。このとき、キャビティ１１６内の空気が急速に加熱され膨張され噴孔１１８から噴出される（図８（ｂ）に破線Ｇにて示す）。このため、図８（ｂ）に示すように、火炎核ＦC が大きくなりつつ燃焼室側中央に押出され、噴霧燃料に次々に点火が伝播され着火性が格段に向上される。したがって、キャビティ１１６内の空気を加熱膨張させ噴出させるには、プラズマを生成するときのような高電位は必要がなく、結果的に必要エネルギも小さくて済むこととなる。
【００４１】
なお、直噴エンジンの吸気行程での燃料噴射においては、キャビティ１１６内に混合気が侵入されるため火炎噴出が生じ着火性が向上されるのは言うまでもない。また、中間電極１４０に対向させ接地電極６０に貴金属チップ６５を接合させているのは、噴孔１１８の前方位置に火炎核ＦC を形成させ、この火炎核ＦC をキャビティ１１６内から噴出される空気によって燃焼室側中央に移動させ易くするためである。この貴金属チップ６５は接地電極６０の電極消耗を少なくする効果もあるが、必ずしも接合する必要はない。
【００４２】
このように、本実施例の点火プラグ２００は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子１０の内部空間としてのキャビティ１１６の奥側に形成した中心電極１２０と、絶縁碍子１０のキャビティ１１６の開口近傍に形成した中間電極１４０と、絶縁碍子１０のキャビティ１１６の開口外側で中間電極１４０と放電ギャップ６１を隔てて対向させ形成した接地電極６０とを具備するものである。また、中間電極１４０は絶縁碍子１０のキャビティ１１６の開口外側に形成した接地電極６０と中心電極１２０との間に形成したものである。そして、中間電極１４０は絶縁碍子１０のキャビティ１１６の開口近傍に接合したものである。更に、絶縁碍子１０のキャビティ１１６はその開口近傍に噴孔１１８を形成したものである。また、接地電極６０は対向面に貴金属チップ６５を接合したものである。
【００４３】
したがって、中心電極１２０と中間電極１４０との間の放電ギャップ１１５、中間電極１４０と接地電極６０との間の放電ギャップ６１によってそれぞれ火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギャップ１１５における火花放電によって絶縁碍子１０のキャビティ１１６内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔１１８からガスＧが噴出される。そして、ガスＧの噴出により放電ギャップ６１における火花放電による火炎核ＦC が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【００４４】
〈実施例３〉
図９は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図１０は図９の要部構成を示す拡大詳細断面図である。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
図９及び図１０において、点火プラグ３００には、中心電極２２０の先端側で絶縁碍子１０の内壁面を利用してキャビティ（内部空間）２１６が形成されている。また、中心電極２２０の先端側の軸心には酸化銅等の電気的に半導体からなる中間電極２４０が挿入され溶接にて接合されている。この中間電極２４０はキャビティ２１６の開口側である燃焼室側が大径、かつ根元側が小径に形成されている。絶縁碍子１０の先端内壁面と中間電極２４０の大径部位の外周面とには燃焼室側（図９及び図１０における下方向）で外側に広がる円錐テーパが形成され、それらの間には０．５〜１．０〔ｍｍ〕の円錐スリット状の噴孔２１８が形成されている。また、中間電極２４０の燃焼室側先端にはイリジウム（Ｉｒ）等で形成された貴金属チップ２４５が接合されている。このため、中間電極２４０の中心電極２２０への挿入部分から燃焼室側に接合された貴金属チップ２４５の接合端面まで表面に沿った距離が放電ギャップ２１５となる（図１０に破線にて示す）。更に、中間電極２４０の貴金属チップ２４５に対向する接地電極６０の位置には貴金属チップ６５が接合されており、貴金属チップ２４５，６５との間で放電ギャップ６１が形成されている。
【００４６】
次に、本実施例の点火プラグ３００の作動状態について図１１を参照して説明する。
【００４７】
ターミナル３０側から中心電極２２０に高電圧が印加されると、中心電極２２０と中間電極２４０との間に電位差が生じ、半導体材料からなる中間電極２４０の表面に沿った放電ギャップ２１５においてブレークダウンが生じ沿面放電（第１の放電）が発生する。このとき、中間電極２４０の貴金属チップ２４５と接地電極６０の貴金属チップ６５との間にも電位差が生じ、放電ギャップ６１においてもブレークダウンが生じ第２の放電が発生され、火炎核ＦC が生成される（図１１（ａ）参照）。
【００４８】
キャビティ２１６内の火花放電により内部の空気または混合気が急速に加熱され膨張されることで、キャビティ２１６内のガスが噴孔２１８から円錐状に噴出される（図１１（ｂ）に破線Ｇにて示す）。円錐状にガスが噴出されると、その軸心には円錐頂点方向に向かう逆流が生じる。ここで、点火時期においては、噴霧燃料が点火プラグ３００近傍まで接近してきており、逆流によって放電ギャップ６１方向に引寄せられ大きくなった火炎核ＦC によって確実に着火される。このように、半導体材料からなる中間電極２４０を用いることで放電電圧が低減でき、放電ギャップ２１５の距離を長く取ることができ、更に、キャビティ２１６の容積を大きくすることができ、そのキャビティ２１６からの噴出ガス量を増加させることができる。また、噴霧燃料にばらつきがあっても、噴霧燃料が放電ギャップ６１近傍に誘導され点火されるため、着火性が格段に向上される。
【００４９】
したがって、キャビティ２１６内の空気を加熱膨張させ噴出させるには、プラズマを生成するときのような高電位は必要がなく、結果的に必要エネルギも小さくて済むこととなる。ここで、点火コイルとしては、具体的に、通常の点火プラグに対する点火エネルギ７０〜１００〔ｍＪ〕の２倍程度の点火エネルギ１４０〜２００〔ｍＪ〕を出力するものが必要であるが、プラズマ生成による点火プラグに対する点火エネルギ０．５〜１．０〔Ｊ〕に比べると非常に小さいものでよいこととなる。なお、直噴エンジンの吸気行程での燃料噴射においては、キャビティ２１６内に混合気が侵入され点火タイミングで混合気に着火され火炎噴出が生じることで着火性が向上、かつ燃焼期間短縮により出力向上されるのは言うまでもない。
【００５０】
このように、本実施例の点火プラグ３００は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子１０の内部空間としてのキャビティ２１６の奥側に形成した中心電極２２０と、絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口近傍に形成した中間電極２４０と、絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口外側で中間電極２４０と放電ギャップ６１を隔てて対向させ形成した接地電極６０とを具備するものである。また、中間電極２４０は中心電極２２０の先端側から絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口近傍まで半導体材料で形成したものである。そして、絶縁碍子１０のキャビティ２１６はその開口近傍に噴孔２１８を形成したものである。更に、中間電極２４０は絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口側を大径、かつ根元側を小径に形成したものである。また、噴孔２１８は中間電極２４０の大径部位と絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口近傍とのスリット状の間隙にて形成したものである。そして、噴孔２１８は中間電極２４０の大径部位の外周面とそれに対向する絶縁碍子１０のキャビティ２１６の開口近傍の内壁面との間で外側に広がる円錐テーパ状に形成したものである。更に、中間電極２４０、接地電極６０は対向面に貴金属チップ２４５，６５を接合したものである。
【００５１】
したがって、中心電極２２０と中間電極２４０との間の放電ギャップ２１５、中間電極２４０と接地電極６０との間の放電ギャップ６１によってそれぞれ火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギャップ２１５における火花放電によって絶縁碍子１０のキャビティ２１６内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔２１８からガスＧが噴出される。そして、ガスＧの噴出により放電ギャップ６１における火花放電による火炎核ＦC が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【００５２】
次に、本発明の実施の形態の第３実施例にかかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図１２の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の第３実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点についてのみ述べる。
【００５３】
本変形例の点火プラグ３００′では、中心電極２２０に挿入され接合されている中間電極２４０′の大径部分の外周面が絶縁碍子１０の先端内周面に嵌合されキャビティ２１６が形成されている。そして、中間電極２４０′の大径部分に複数の噴孔２１８′が穿かれている。これにより、上述の実施例と同様の燃焼を実現することができる。
【００５４】
このように、本変形例の点火プラグ３００′の噴孔２１８′は、中間電極２４０′に穿たれた孔にて形成したものである。つまり、中間電極２４０′の沿面放電によって絶縁碍子１０のキャビティ２１６内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔２１８′からガスが噴出される。そして、ガスの噴出により放電ギャップ６１における火花放電による火炎核が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【００５５】
ところで、上記実施例では、点火プラグの直噴エンジンへの適用について説明したが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、他の内燃機関としてリーンバーン（希薄燃焼）エンジン、ガス燃料エンジン等に適用しても同様に着火性を向上することができる。特に、上記実施例の点火プラグによって、点火初期における火炎核の生成・成長が助長されるため、燃焼ばらつきが低減され安定した燃焼が得られるという優れた効果がある。
【００５６】
〈実施例４〉
図１３は本発明の実施の形態の第４実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図１４は図１３の要部構成を示す拡大詳細断面図、図１５は図１４を下から見た部分構成図である。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
図１３、図１４及び図１５において、点火プラグ４００には、中心電極３２０の先端側に絶縁碍子１０の内壁面を利用してキャビティ（内部空間）３１６が形成されており、その先端側には直径２〜５〔ｍｍ〕の噴孔３１８が形成されている。また、絶縁碍子１０のキャビティ３１６の先端側で噴孔３１８近傍の内壁面から外壁面に突出する中間電極３４０が一体的に形成されている。この中間電極３４０は白金（Ｐｔ）系合金またはイリジウム（Ｉｒ）系合金の貴金属からなり、絶縁碍子１０の焼成前に予め中間電極３４０を挿嵌させたのち、一体的に焼成される。この焼成時、絶縁碍子１０と中間電極３４０との線膨張率の違いにより絶縁碍子１０に中間電極３４０が一体化されるのである。
【００５８】
なお、絶縁碍子１０と中間電極３４０との材料の選択では、線膨張率の近いものが組合わせられ冷熱応力が小さくなるように配慮される。また、中心電極３２０と中間電極３４０との放電ギャップ３１５は０．２〜５．０〔ｍｍ〕に設定されている。更に、ハウジング５０の燃焼室側（図１３及び図１４における下方向）の端面には接地電極６０、その先端側には貴金属チップ６５が中間電極３４０端面に対し０．５〜１．５〔ｍｍ〕の放電ギャップ６１を隔てて対向され溶接されている。ここで、本実施例の点火プラグ４００の作動状態については、上述の第２実施例と同様であるためその説明を省略する。
【００５９】
このように、本実施例の点火プラグ４００は、中間電極３４０が白金（Ｐｔ）系合金またはイリジウム（Ｉｒ）系合金の貴金属で絶縁碍子１０に一体的に焼成したものである。つまり、中間電極３４０は白金（Ｐｔ）系合金またはイリジウム（Ｉｒ）系合金の貴金属からなり、絶縁碍子１０に挿嵌され絶縁碍子１０と共に一体的に焼成される。この絶縁碍子１０の収縮作用（一般的に焼成時２０〔％〕程度収縮）を利用して中間電極３４０を絶縁碍子１０と一体構成させるのである。これにより、簡単かつ安価な構成で一般的な、ロウ付け等では無理であった高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度を保持でき信頼性を確保することができる。
【００６０】
また、本実施例の点火プラグ４００は、中間電極３４０が接地電極６０に対向して絶縁碍子１０から突出させ接地電極６０との放電ギャップ６１を形成したものである。したがって、中間電極３４０と接地電極との放電ギャップ６１において、火花放電の発生が安定して行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【００６１】
次に、本発明の実施の形態の第４実施例にかかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図１６の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の第４実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点についてのみ述べる。
【００６２】
本変形例の点火プラグ４００′では、中間電極３４０′が絶縁碍子１０の一部分として導電性を有するセラミックとしては、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）にケイ化モリブデン（ＭｏＳｉX ）を混合させた材料を用いて成形されたのち、一体的に焼成されている。
【００６３】
このように、本変形例の点火プラグ４００′は、中間電極３４０′が導電性を有するセラミックで絶縁碍子１０に一体的に焼成したものである。つまり、中間電極３４０′が導電性を有してはいるが、絶縁碍子１０と同様なセラミックにて形成されている。これにより、中間電極３４０′と絶縁碍子１０との線膨張率が同程度となるため焼成時の割れ等の発生が防止され歩留りが向上される。また、中間電極３４０′が絶縁碍子１０に一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度を保持でき信頼性を確保することができる。
【００６４】
〈実施例５〉
図１７は本発明の実施の形態の第５実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図１８は図１７の要部構成を示す拡大詳細断面図である。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
図１７及び図１８において、点火プラグ５００には、中心電極４２０の先端側で絶縁碍子１０の内壁面を利用してキャビティ（内部空間）４１６が形成されている。この絶縁碍子１０の先端側には白金（Ｐｔ）を主成分とする導電性金属からなる穴明き板である中間電極４４０が一体的に形成されている。この中間電極４４０には直径２〜５〔ｍｍ〕の噴孔４１８が形成されている。また、中心電極４２０と中間電極４４０との放電ギャップ４１５は０．２〜５．０〔ｍｍ〕に設定されている。更に、ハウジング５０の燃焼室側（図１７及び図１８における下方向）の端面には接地電極６０、その先端側には貴金属チップ６５が中間電極４４０端面に対し０．５〜１．５〔ｍｍ〕の放電ギャップ６１を隔てて対向され溶接されている。ここで、本実施例の点火プラグ５００の作動状態については、上述の第２実施例と同様であるためその説明を省略する。
【００６６】
次に、絶縁碍子１０と中間電極４４０との形成について、図１９を参照して説明する。なお、図１９（ａ）は焼成前の絶縁碍子１０と中間電極４４０との寸法関係を示し、図１９（ｂ）は焼成後の絶縁碍子１０と中間電極４４０との嵌合状態を示す。
【００６７】
図１９（ａ）に示すように、焼成前では絶縁碍子１０の凹形状の内径寸法に対して中間電極４４０の逆テーパ形状を有する外形寸法は小さく容易に挿入される。そして、絶縁碍子１０に対して中間電極４４０が位置決めされたのち、同時に一体的に焼成される。この焼成時、絶縁碍子１０と中間電極４４０との線膨張率の違いにより、図１９（ｂ）に示すように、絶縁碍子１０に中間電極４４０が嵌合状態で一体化されるのである。なお、絶縁碍子１０と中間電極４４０との材料の選択では、線膨張率の近いものが組合わせられ冷熱応力が小さくなるように配慮される。
【００６８】
このように、本実施例の点火プラグ５００は、中間電極４４０が導電性金属からなる穴明き板で絶縁碍子１０に一体的に焼成したものである。つまり、中間電極４４０を絶縁碍子１０に接合することなく、セラミック焼成時の収縮作用を利用することで一体化される。これにより、中間電極４４０が絶縁碍子１０に一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度を保持でき信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図２】  図２は図１の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図３】  図３は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる点火プラグの作動状態を示す説明図である。
【図４】  図４は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図５】  図５は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる点火プラグの他の変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図６】  図６は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図７】  図７は図６の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図８】  図８は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる点火プラグの作動状態を示す説明図である。
【図９】  図９は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図１０】  図１０は図９の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図１１】  図１１は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる点火プラグの作動状態を示す説明図である。
【図１２】  図１２は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図１３】  図１３は本発明の実施の形態の第４実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図１４】  図１４は図１３の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図１５】  図１５は図１４を下から見た部分構成図である。
【図１６】  図１６は本発明の実施の形態の第４実施例にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図１７】  図１７は本発明の実施の形態の第５実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図１８】  図１８は図１７の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図１９】  図１９は本発明の実施の形態の第５実施例にかかる点火プラグの絶縁碍子と中間電極との形成を示す拡大詳細図である。
【符号の説明】
１０  絶縁碍子（絶縁体）
１５  放電ギャップ
１６  キャビティ（内部空間）
１８  噴孔
２０  中心電極
４０  中間電極
６０  接地電極
６１  放電ギャップ
１００  点火プラグ
【図１】
0004211124.tif 000002
【図２】
0004211124.tif 000003
【図３】
0004211124.tif 000004
【図４】
0004211124.tif 000005
【図５】
0004211124.tif 000006
【図６】
0004211124.tif 000007
【図７】
0004211124.tif 000008
【図８】
0004211124.tif 000009
【図９】
0004211124.tif 000010
【図１０】
0004211124.tif 000011
【図１１】
0004211124.tif 000012
【図１２】
0004211124.tif 000013
【図１３】
0004211124.tif 000014
【図１４】
0004211124.tif 000015
【図１５】
0004211124.tif 000016
【図１６】
0004211124.tif 000017
【図１７】
0004211124.tif 000018
【図１８】
0004211124.tif 000019
【図１９】
0004211124.tif 000020