JP2008311018A - プラズマ式点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れ、かつ着火性に優れたプラズマ式点火装置を提供する。
【解決手段】中心電極１１０と、中心電極１１０を保持する絶縁部材１２０と、絶縁部材１２０を介して中心電極１１０の外方に配設される接地電極１３０とからなるプラズマ式点火プラグ１０と、高電圧電源２０、３０から高電圧と大電流とを印加して、中心電極１１０と接地電極１３０との間に形成した放電空間１４０内の気体を高温高圧のプラズマ状態となして内燃機関４０内に噴射して点火するプラズマ式点火装置１において、放電空間１４０は、絶縁部材１２０の下部表面１２６を溝状に窪ませてなり、溝部１２１に中心電極１１０の一部と接地電極１３０の一部１３１とを対向せしめて両電極間に放電可能とする。本構成によれば、プラズマ状態となった気体は、内燃機関４０に対して全面に渡って開口する溝部１２１から速やかに放出され、熱エネルギーを損失することなく点火に利用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の点火に用いられるプラズマ式点火装置の耐久性向上と着火性安定化とに関するものである。

近年、環境保護の見地から、燃焼排気中のエミッション低減や燃費向上のために、内燃機関において希薄混合燃焼や、過給混合燃焼などが要求され、着火条件が厳しくなってきており、難着火性内燃機関でも安定した着火の得られる点火装置が望まれている。
図１２（ａ）に示すようなプラズマ式点火装置１ｚ点火では、イグニッションスイッチ２２ｚを投入すると、放電用バッテリ２１ｚから低電圧の一次電圧が点火コイル２３ｚの一次コイル２３１に印加され、電子制御装置（ＥＣＵ）２５ｚによって制御されたイグナイタ（トランジスタ）２４ｚのスイッチングによって一次電圧が遮断され、点火コイル２３ｚ内の磁界が変化し、点火コイル２３ｚの二次コイル２３２ｚに−１０〜−３０ｚＶの二次電圧が発生し、この二次電圧が中心電極１１０ｚと接地電極１３０ｚとの間に形成された放電空間１４０ｚ内で、放電ギャップ１４１ｚに比例する放電電圧に達すると放電が開始され、同時に、放電用バッテリ２１ｚとは別に設けたプラズマエネルギー供給用バッテリ３１ｚからコンデンサ３３ｚに蓄えられたエネルギー（例えば、−４５０Ｖ、１２０Ａ）が放電空間１４０ｚ内に一気に放出され、放電空間１４０ｚ内の気体が高温高圧のプラズマ状態となり、放電空間１４０ｚの先端に設けられた開口部１３２ｚから噴射されるため、指向性に富む上に容積的に大きな範囲で数千から数万度の極めて高い温度域が発生する。
そこで、この様なプラズマ式点火装置は、希薄混合燃焼や、過給混合燃焼などの難着火性の内燃機関における点火装置への応用が期待されている。

特許文献１には、中心電極の汚染を防止すべく、中心電極と中心に該中心電極を保持し縦に伸びる挿入孔を設けた絶縁部材と該絶縁部材を覆い下端に挿入孔と連通する開口を設けた接地電極とによって構成し、上記挿入孔内に放電ギャップを形成した表面ギャップ型点火プラグが開示されている。

ところで、この様な従来のプラズマ式点火装置１ｚにおいては、通常、整流素子２６ｚ、３４ｚにより、中心電極１１０ｚが陰極となるよう整流されて高電圧が印加される。
このため、図１２（ｂ）に示すように、中心電極１１０ｚの表面に高温プラズマ状態となった気体の内、質量の大きい窒素イオン等の陽イオン５０が衝突し、中心電極１１０ｚの表面が分解される陰極スパッタリングが発生する。
この陰極スパッタリングによって徐々に中心電極１１０ｚの表面が浸食され、中心電極１１０ｚと接地電極１３０ｚとの距離即ち放電距離１４１ｚが次第に長くなり、放電距離１４１ｚに比例して放電電圧が次第に上昇する。従って、長時間の使用により、やがて放電できなくなり、内燃機関の失火に至る虞がある。

そこで、本発明者等は、先に出願した特願２００７−０４６７２５において、図１１（ａ）に示すような、中心電極１１０ｘを陽極とし、接地電極１３０ｘを陰極として、高電圧電源２０、３０を接続することにより、陰極スパッタリングによる接地電極１３０ｘの消耗を抑制して耐久性に優れたプラズマ式点火装置１ｘを提案した。
中心電極１１０ｘ側を陽極としたプラズマ式点火装置１ｘでは、図１１（ｂ）に示すように、放電による電子の流れは接地電極１３０ｘから中心電極１１０ｘへ向かい、質量の小さい電子５１のみが中心電極１１０ｘの表面に衝突し、プラズマ状態の気体中、質量の大きい窒素イオン等の陽イオン５０は陽極である中心電極１１０ｘと電気的斥力によって反発するため、中心電極１１０ｘの表面が陰極スパッタリングにより浸食されることがない。

また、接地電極１３０ｘは陰極となっているので、質量の大きい陽イオン５０が衝突して、陰極スパッタリングを起こし、その表面が浸食される虞がある。
しかしながら、放電空間に接する接地電極１３０ｘの表面は、プラズマ状態の気体の噴射方向に対してほぼ直交するように配設されており、陽イオン５０は接地電極１３０ｘの表面に斜めに衝突することになり、陽イオンの衝突する力が弱まるので、従来の中心電極を陰極としたプラズマ式点火装置１ｚに比べ、陰極スパッタリングによる浸食の度合いが大幅に低減され、耐久性の高いプラズマ式点火装置１ｘの実現が可能となった。
米国特許第３５８１１４１号明細書

ところで、中心電極１１０ｘを陽極としたプラズマ式点火装置１ｘにおいて、放電空間１４０ｘは、中心電極１１０ｘを保持しつつ、噴射側に延設された筒状の絶縁部材１２０ｘの内側に形成されており、接地電極１３０ｘから中心電極１１０ｘへ向かう電子の放電経路は、絶縁部材１２０ｘの内周壁に沿って形成される。
このため、高温高圧のプラズマ状態となった電離気体が放電空間１４０ｘから噴射される際に、電離気体の持つ熱エネルギーの一部が絶縁部材１２０ｘと接地電極１３０ｘとを介して、エンジンブロック４０へ放出されると共に、放電空間１４０内を移動し、接地電極開口部１３２から噴射されるまでの運動エネルギーとして消費される。
加えて、延面放電経路が、絶縁部材１２０ｘの内周壁を這うように形成され、この延面放電経路の近傍で放電空間１４０内の気体の電離が多くなされるので、放電空間１４０内において発生するプラズマ状態の気体の分布密度に偏りが生じることが判明した。

従って、中心電極１１０ｘ側を陽極としたプラズマ式点火装置１ｘでは、通常のスパークプラグによる火花放電に比べれば、遙に容積の大きな高温領域が発生するが、上述した熱エネルギーの損失によって、希薄混合燃焼や、過給混合燃焼などを行う難着火性内燃機関の着火性を向上する効果が充分得られない虞があった。
また、中心電極１１０ｘ側を陽極としたプラズマ式点火装置１ｘは、特許文献１にあるような従来のプラズマ式点火装置に比べれば、遙に耐久性は向上するものの、プラズマ状態となった気体の噴射方向側に陰極である接地電極１３０ｘが配設されているため、陰極スパッタリングの発生を完全には抑制できず、耐久性の向上にも限界があった。

そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、プラズマ式点火装置の更なる耐久性の向上を図ると共に、着火性に優れたプラズマ式点火装置を提供することを目的とするものである。

請求項１の発明では、中心電極と、この中心電極を保持する絶縁部材と、この絶縁部材を介して上記中心電極の外方に配設される接地電極とからなるプラズマ式点火プラグと、該プラズマ式点火プラグに高電圧と大電流とを供給する高電圧電源とを具備し、上記高電圧電源から高電圧と大電流とを印加して、上記中心電極と上記接地電極との間に形成した放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態となして内燃機関内に噴射して点火するプラズマ式点火装置において、上記放電空間は、上記絶縁部材の下部表面を溝状に窪ませてなり、該溝部に上記中心電極の一部と上記接地電極の一部とを対向せしめて両電極間に放電可能とした。

請求項１の発明によれば、上記プラズマ式点火装置に上記高電圧電源から高電圧並びに大電流を印加したときに、上記溝部の下部表面に沿って上記接地電極から上記中心電極に向かう電子の延面放電経路が形成され、その延面経路の内燃機関側の気体がプラズマ状態となって内燃機関内に噴射される。
この時、上記溝部は内燃機関に対して溝部全面に渡って開口しているので、プラズマ状態となった気体は、速やかに内燃機関内に放出されるので、熱エネルギーを損失することがなく、内燃機関の点火に利用できる。従って、極めて着火性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。
更に、プラズマ状態となった気体の内、窒素イオン等の質量の大きな陽イオンは、陰極側から陽極側に向かう電子の延面放電経路の外側に発生し、速やかに放電空間から放出されるので、陰極への陽イオンの衝突頻度が低くなり、陰極スパッタリングによる陰極の消耗を抑制することが可能となる。従って、極めて耐久性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。

請求項２の発明では、上記中心電極を陽極とし、上記接地電極を陰極として、上記高電圧電源を接続する。

請求項２の発明によれば、加えて上記接地電極は、内燃機関に電気的に接地され、かつ、熱的にも結合されており、高温の陽イオンが衝突しても速やかに冷却されるので、陰極スパッタリングによる陰極の消耗が更に抑制される。
従って、着火性に優れ、かつ耐久性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。

具体的には、請求項３の発明のように、上記絶縁部材は、軸状に形成した上記中心電極を覆う略筒状に形成し、上記接地電極は、上記絶縁部材を覆う略環状に形成し、上記溝部は、上記絶縁部材の下部表面に１条以上形成した。

請求項３の発明によれば、従来のプラズマ式点火装置のような絶縁部材の内部ではなく、絶縁部材の下部表面に放電空間を設けることにより、放電空間内でプラズマ状態となった気体の持つ熱エネルギーが、放電空間内での移動のための運動エネルギーに費やされることが大幅に少なくなる。
従って、エネルギー効率が良好となり、極めて着火性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。

より具体的には、請求項４の発明のように、上記溝部は、上記中心電極の直径以下の幅で形成した。

請求項４の発明に示した範囲で、上記溝部を形成すれば、複数の放電空間を形成した場合でも、それぞれがほぼ独立した放電空間が形成できるので、特定の位置で放電を行うことができ、着火性をより安定化することが可能となる。
また、上記溝部の幅は本請求項の発明に示した範囲内であれば、内燃機関の特徴に応じて適宜変更することができる。

請求項５の発明では、上記溝部は、上記絶縁部材の下部表面の形状に沿って略一定の深さで形成した。

請求項５の発明によれば、上記絶縁部材の下部表面の形状が、いかなる形状であるかに関わらず、上記放電空間が略一定の深さで形成されるので、放電空間内においてプラズマ状態の気体がほぼ均一の密度で発生することになる。
従って、常に一定の状態でプラズマ状態の気体を発生させることができ、点火装置としての信頼性が向上する。

請求項６の発明では、上記中心電極は、上記接地電極よりも上記内燃機関の燃焼室側に突出せしめ、上記絶縁部材の下部表面は、上記中心電極の先端縁と上記接地電極の先端縁とを結ぶ傾斜面となした。

請求項６の発明によれば、所定の延面放電距離を確保するための上記プラズマ式点火プラグの体格を小さくすることができる。あるいは、所定の体格のプラズマ式点火プラグにおいて延面放電距離を長くすることができる。従って、高温領域の密度が高くなるので、更に熱エネルギーの損失を少なくし、内燃機関の点火に利用でき、より一層、着火性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。
また、陰極である接地電極が、プラズマ状態となった気体の噴出方向に対して下流側となるので、陽イオンの衝突頻度が下がり、更に耐久性が向上する。

また、請求項７の発明のように、上記中心電極は、上記接地電極よりも上記内燃機関の燃焼室側に突出せしめ、上記絶縁部材の下部表面は、上記中心電極の先端縁と上記接地電極の先端縁とを結び、燃焼室側に向かって凸となる略球面状の湾曲面となしても良い。

延面放電経路が湾曲すると、更に所定の延面放電距離を確保するための上記プラズマ式点火プラグの体格を小さくすることができる。あるいは、所定の体格のプラズマ式点火プラグにおいて延面放電距離を長くすることができる。従って、更に高温領域の密度が高くなるので、熱エネルギーの損失を少なくし、内燃機関の点火に利用でき、より一層、着火性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。また、陰極である接地電極が、プラズマ状態となった気体の噴出方向に対して下流側となるので、陽イオンの衝突頻度が下がり、更に耐久性が向上する。

請求項８の発明では、上記接地電極は、上記放電空間に露出する部位において上記放電空間に向かって延設せしめた突起部を具備する。

請求項８の発明によれば、上記接地電極の上記突起部における電界密度が高くなり、放電し易くなる。従って、電極の消耗を更に抑えることができる上に、着火性も向上する。

請求項９の発明では、上記中心電極は、上記溝部の条数に対応して、複数に分割し、絶縁部材を介して互いに独立せしめた。

請求項９の発明によれば、任意の位置の中心電極と接地電極と間に放電するように制御することが可能となり、内燃機関の状態に応じて放電位置を変えたり、電極の消耗を均一にするために放電位置を変えたりすることが可能となり、一層着火性を安定化することができる。従って、極めて耐久性に優れ、着火性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。

以下、本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置１の概要を示す一部断面図、（ｂ）は本図中Ｂ−Ｂ断面における断面図、（ｃ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。
図１（ａ）に示すように、本実施形態におけるプラズマ式点火装置１は、プラズマ式点火プラグ１０と高電圧電源として放電用電源２０とプラズマ発生用電源３０とで構成され、図略の内燃機関のエンジンブロック４０に装着されている。
プラズマ式点火プラグ１０は、中心電極１１０と中心電極１１０を覆うように絶縁保持する絶縁部材として筒状の絶縁碍子１２０と絶縁碍子１２０を覆う略環状に形成された金属製の接地電極１３０とで構成されている。
中心電極１１０の先端側は例えばイリジウム、イリジウム合金、銅等の導電性材料によって長軸状に形成され、内部には鉄鋼材料等の良電導性で高熱伝導性の金属材料からなる中心電極中軸１１１が形成され、基端側には絶縁碍子頭部１２２から露出し外部の放電用電源２０とプラズマ発生用電源３０とに接続される中心電極端子部１１２が形成されている。中心電極１１０の先端は、接地電極１３０の先端よりも内燃機関の燃焼室側に突出している。

接地電極１３０は、その基端側が絶縁碍子１２０を保持するハウジング１３５を構成し、接地電極１３０が図略の燃焼室内に露出するようにエンジンブロック４０にプラズマ式点火プラグ１を固定するとともに接地電極１３０とエンジンブロック４０とを電気的に接地状態とするためのネジ部１３２が形成され、更にその基端側外周部にはネジ部１３２を締め付けるためのハウジング六角部１３３が形成されている。接地電極１３０を含むハウジング１３５は、ニッケル、鉄等の金属材料によって形成されている。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、絶縁碍子１２０について詳述する。
絶縁碍子１２０は、耐熱性、機械的強度、高温における絶縁耐力、熱伝導率などに優れた高純度のアルミナ等からなり、中心電極１１０を保持する略筒状（内径φＤ１外径φＤ２）に形成されており、接地電極１３０の下端面の一部を覆うように外径（φＤ３）が拡径され、係止部１２５において接地電極１３０の下部表面に当接している。

絶縁部材１２０の下部表面は、中心電極１１０の先端縁と接地電極１３０の先端縁とを結び、燃焼室側に向かって凸となる湾曲面を形成している。
更に、本発明の要部として、絶縁部材１２０の下部表面１２６には、表面を一定の深さＨおよび一定の幅Ｗで溝状に窪ませて放電空間１４０を構成する溝部１２１が形成されている。

溝部１２１には、中心電極１１０の側面の一部が幅Ｗ×深さＨの範囲で露出し中心電極放電部を構成し、接地電極１３０の一部が幅Ｗ×長さＬ（≒Ｈ）の範囲で露出して接地電極放電部１３１を構成し、該中心電極放電部と接地電極放電部１３１との間で放電可能となっている。
具体的には、中心電極１１０の直径φＤ１は０．５ｍｍから３ｍｍ、接地電極の内径（若しくは絶縁部材の外径）φＤ２は、５ｍｍから１５ｍｍ、溝部幅Ｗは、０．５ｍｍから３ｍｍ、溝部１２１の深さＨは０．５から３ｍｍ、溝部１２１の形成数は１条から６条、中心電極１１０の下端面の位置と接地電極の下端面の位置との高低差は０．５ｍｍから５ｍｍの間でそれぞれ選定される。

絶縁碍子１２０の中腹には絶縁碍子１２０とハウジング１３５との図略の気密性を保持するシール部材等を介してハウジング１３５に係止する中心電極係止部が形成され、基端側には中心電極１２０とハウジング１３０とを絶縁し高電圧が上記電極以外に逃げるのを防止する絶縁碍子頭部１２２が形成されている。

以下に、図２（ａ）を参照して、本発明の第１の実施形態における高電圧電源である放電用電源２０とプラズマ発生用電源３０とについて詳述するとともに図２（ｂ）を参照して本実施形態の効果を説明する。
放電用電源２０は、第１のバッテリ２１、イグニッションキー２２、点火コイル２３、トランジスタからなるイグナイタ２４、電子制御装置２５によって構成され、整流素子２６を介してプラズマ式点火プラグ１０に接続されている。
本実施形態においては、第１のバッテリ２１は陽極側が接地され、整流素子２６により、中心電極１１０が陽極となるよう整流されている。

プラズマ発生用電源３０は、第２のバッテリ３１、抵抗体３２、プラズマ発生用コンデンサ３３によって構成され、整流素子３４を介してプラズマ式点火プラグ１０に接続されている。
第２のバッテリ３１は、陰極側が接地され、整流素子３４により中心電極１１０が陽極となるよう整流されている。

イグニッションスイッチ２２が投入され、ＥＣＵ２５からの点火信号により、第１のバッテリ２１から低電圧で負の一次電圧が点火コイル２３の一次コイル２３１に印加され、イグナイタ２４のスイッチングによって一次電圧が遮断されると、点火コイル２３内の磁界が変化し、自己誘導作用により点火コイル２３の二次コイル２３２に１０〜３０ｚＶの正の二次電圧が誘起される。
一方、第２のバッテリ３１によりプラズマ発生用コンデンサ３３が充電される(例えば、４５０Ｖ、１２０Ａ)。

図２（ｂ）に示すように、印加された上記二次電圧が中心電極１１０と接地電極１３０との間の延面放電距離に比例する放電電圧を超えると両電極間に放電が開始され、放電空間１４０内の気体が小領域でプラズマ状態となる。
このプラズマ状態の気体は、導電性を有し、プラズマ発生用コンデンサ３３の両極間に蓄えられた電荷の放電を引き起こし、放電空間１４０内の気体の更なるプラズマ状態化を誘発、領域を拡大する。
この時、延面放電経路は、溝部１２１の底面を這うように形成され、電子５１は接地電極放電部１３１の表面から中心電極１１０の側面へ向かい、質量の大きい窒素イオン等の陽イオン５０は、延面放電経路の外側（燃焼室側）を中心電極１１０から接地電極１３０へ向かうように発生する。
放電空間１４０は、容積に比して燃焼室に向かって開口する面積が大きいので、プラズマ状態の気体は高温・高圧となり、放電空間１４０から直ちに燃焼室内へ噴射される。
従って、本実施形態によれば、極めて高温で容積の大きなプラズマ状態の気体がほとんどエネルギー損失することなく内燃機関内に噴射されるので、速やかに内燃機関内で着火が誘発される。

更に、陽イオン５０は、電子５１の延面放電経路の外側に発生するのに加えて速やかに放電空間１４０から放出されるので、接地電極放電部１３１への衝突頻度が低く、陰極スパッタリングによる接地電極１３０の消耗を抑制することが可能となる。また、接地電極１３０はネジ部１３２によりエンジンブロック４０に直接螺結されているので、放熱し易く、電極の消耗を抑えることができる。
なお、本実施形態に示した放電用電源２０とプラズマ発生用電源３０とは、後述する本発明の第２〜第１１の実施形態においても適用できる。

本発明の第１の実施形態において溝部１２１は、等間隔で３条形成されているが、溝部１２１の数並びに溝部１２１の幅は、内燃機関の燃焼条件に応じて適宜変更可能である。
例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、プラズマ式点火プラグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの絶縁部材１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの下部表面に形成される溝部は、図３（ａ）に示すように、溝部１２１ａを絶縁部材１２０の下部表面に６条形成しても良いし、（ｂ）に示すように、溝部１２１ｂを接地電極１３０ｂに向かって幅が広くなるように形成しても良いし、（ｃ）に示すように、溝部１２１ｃを中心電極に向かって幅が広くなるように形成しても良い。

図３（ａ）に示すように、溝部の数を増やすことによって、プラズマ式点火プラグの耐久性を更に向上することができる。
図３（ｂ）に示すように、接地電極放電部１３１ｂ側に向かって徐々に溝部１２１ｂの幅を広くすると、放電空間１４０ｂ内において、接地電極放電部１３１側でのプラズマ状態の気体の密度が下がるので、プラズマ状態の気体の噴射方向を中心電極１１０側に偏らせることができる。
図３（ｃ）に示すように中心電極１１０側に向かって徐々に溝部１２１ｃの幅を広くすると、放電空間１４０ｃ内において、中心電極１１０側でのプラズマ状態の気体の密度が下がるので、プラズマ状態の気体の噴射方向を接地電極１３０側に偏らせることができる。

図４（ａ）中Ａ−Ａ断面における、溝部１２１の断面形状の例を図４（ｂ）〜（ｇ）に示す。（ａ）に示すように、溝部１２１の底面を放電空間１４０に向かって凸となる湾曲面状に形成してもよいし、（ｃ）に示すように、溝部１２１ｄの底面を平坦な断面コ字形に形成しても良いし、（ｄ）に示すように、溝部１２１ｅの壁面を外側に向かって拡幅するように形成してもよいし、（ｅ）に示すように、溝部１２１ｄの底面と壁面との角部にＲを設けた断面略コ字形に形成しても良いし、（ｆ）に示すように溝部１２１ｇの底面を丸くした断面Ｕ字形に形成しても良いし、（ｇ）に示すように溝部１２１ｈを断面Ｖ字形に形成しても良い。

図５を参照して本発明の第２の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｉについて説明する。
図５（ａ）は、本実施形態における要部断面図、（ｂ）は本図中Ｂ−Ｂ断面における断面図、（ｃ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。
本実施形態においては、上記第１の実施形態と基本的に同一の構成であるが、絶縁部材１２０ｉと接地電極１３０ｉとの形状のみが相違する。
第１の実施形態においては、上述したように、環状に形成した接地電極１３０の下端表面を絶縁部材１２０の拡径した係止部１２５によって覆い、溝部１２１を切り欠いた部分において接地電極１３０の一部が放電空間１４０に露出させて接地電極放電部１３１を形成したが、本実施形態においては、絶縁部材１２０ｉは、接地電極１３０ｉの内径に内接する筒状に形成し、放電空間１４０ｉを形成する位置に軸中心に向かって窪んだ切り欠き部を設け、接地電極１３０に該切り欠きに勘合するように軸中心に向かって突出する突起部１３１ｉを形成してある。この様な構造とすることによって、中心電極１１０ｉと接地電極１３０ｉとの間に高電圧を印加した時に突起部１３１ｉにおける電界密度が高くなり、放電が容易となる。
従って、本実施形態によれば、着火性が更に向上するのに加えて、電極の耐久性の向上も期待できる。なお、本実施形態においても、図３、４に示した変更を適用し得る。

また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁部材１２０ｊの拡径部の直径φＤ３を接地電極１３０の外径φＤ４と同じにして接地電極１３０の下部表面を完全に覆い、溝部１２１ｉにおいてのみ放電空間１４０ｉに露出する形状としても良い。接地電極放電部１３１ｉ以外の接地電極１３０の下部表面が絶縁部材１２０ｉに覆われているので、絶縁部材１２０ｉが保護部材として内燃機関からの熱を遮断し、更に接地電極１３０ｉの耐久性が向上する。

更に、図７（ａ）、（ｂ）に示しように、接地電極１３０の溝部１２１ｋに露出する部分のみを燃焼室側に向かって深さＹだけ突出せしめて接地電極放電部１３１ｋを形成しても良い。この様な形状とすることで接地電極放電部１３１ｋにおける電界密度が高くなり、放電が容易となる。
従って、本実施形態によれば、着火性が更に向上するのに加えて、電極の耐久性の向上も期待できる。

図８（ａ）は、本発明の第３の実施形態における要部断面図、（ｂ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。
本実施形態においては、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、絶縁部材１２０ｍの下部底面の形状ならび溝部１２１ｍの形状のみが相違する。
中心電極１１０ｍは、接地電極１３０ｍよりも内燃機関の燃焼室側に突出せしめ、絶縁部材１２０ｍの下部表面１２６は、中電極１１０の先端縁と接地電極１３０の先端縁とを結ぶ傾斜面１２６ｍを形成し、その表面が略一定の深さで窪んだ溝部１２１ｍが形成されている。
所定の延面放電距離を確保するためのプラズマ式点火プラグ１０ｍの体格を小さくすることができる。あるいは、所定の体格のプラズマ式点火プラグ１０ｍにおいて延面放電距離を長くすることができる。従って、高温領域の密度が高くなるので、更に熱エネルギーの損失を少なくし、内燃機関の点火に利用できる。

図９（ａ）は、本発明の第４の施形態における要部断面図、（ｂ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。本実施形態においては、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、絶縁部材１２０ｎの下部底面の形状ならび溝部１２１ｎの形状のみが相違する。
本実施形態においては、絶縁部材１２０ｎの下部表面１２６ｎは、中心軸に対して略直交する水平面に形成され、所定の延面放電距離を取るために、接地電極１３０ｎの外径が大きくなっている。
この様な構成とすることによって、燃焼室内へプラズマ式プラグ１０ｎの突出量を極めて小さくすることができるので、燃焼室内での気流に与える影響を極めて少なくできる。
更に、放電空間１４０ｎがプラズマ式プラグ１０ｎの軸中心に対してほぼ直交するように形成されるので、プラズマ状態となった気体は、プラズマ式プラグ１０ｎの軸心とほぼ平行に噴射されることになる。
従って、極めて安定した着火が期待できる。

図１０に本発明の第５の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｐの概要を示す。（ａ）は、頭部上視図、（ｂ）は、頭部断面図、（ｃ）は、要部断面図、（ｄ）は要部下視図。
図１０に示すように溝部１２１の条数に対応して、複数の中心電極１１０a、１１０ｂ、１１０ｃに分割されており、絶縁部材を介して互いに電気的に独立している。本実施形態においては，任意の位置の中心電極１１０a、１１０ｂ、１１０ｃと接地電極放電部１３１a、１３１ｂ、１３１ｃと間に放電するように制御することが可能となり、内燃機関の状態に応じて放電位置を変えたり、電極の消耗を均一にするために放電位置を変えたりすることが可能となり、一層着火性を安定化することができる。従って、極めて耐久性に優れ、着火性に優れたプラズマ式点火装置が実現できる。

当然のことながら、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、一つのプラズマ式点火プラグで構成されるプラズマ式点火装置について説明したが、本発明が多数の点火プラグを含む多気筒エンジンにも適用し得るものである。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置１の概要を示す一部断面図、（ｂ）は本図中Ｂ−Ｂ断面における断面図、（ｃ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ式点火装置１の回路を含む構成図、（ｂ）は、本実施形態における効果を示す要部断面図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に適用し得る変更例を示す要部平面図。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態における要部平面図、（ｂ）〜（ｇ）は、溝部の形状を変更した変更例を示す本図中Ａ−Ａ断面図。本発明の第１実施形態における効果を示す要部断面図。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図、（ｂ）は本図中Ｂ−Ｂ断面図、（ｃ）は、本図中Ａ−Ａ矢視図。 本発明に適用し得る変更例を示し、（ａ）は、要部断面図、（ｂ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。 本発明に適用し得る変更例を示し、（ａ）は、要部断面図、（ｂ）は本図中Ａ−Ａ矢視図。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図、（ｂ）は、本図中Ａ−Ａ矢視図。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態に用いられるプラズマ式点火プラグの要部断面図、（ｂ）は、本図中Ａ−Ａ矢視図。 本発明の第５の実施形態におけるプラズマ式点火プラグ１０ｐの概要を示し、（ａ）は、頭部上視図、（ｂ）は、頭部断面図、（ｃ）は、要部断面図、（ｄ）は要部下視図。 （ａ）は、耐久性を向上した従来のプラズマ式点火装置を示す構成図、（ｂ）は、本図構成における効果ならびに問題点を示す要部断面図。 （ａ）は、従来のプラズマ式点火装置を示す構成図、（ｂ）は、本図構成における問題点を示す要部断面図。

符号の説明

１ プラズマ式点火装置
１０ プラズマ式点火プラグ
１１０ 中心電極
１２０ 絶縁碍子（絶縁部材）
１２１ 溝部
１３０ 接地電極
１３１ 接地電極放電部
１４０ 放電空間
２０ 放電用電源（高電圧電源）
３０ プラズマ発生用電源（高電圧電源）
４０ エンジンブロック（内燃機関）

Claims (9)

1. 中心電極と、この中心電極を保持する絶縁部材と、この絶縁部材を介して上記中心電極の外方に配設される接地電極とからなるプラズマ式点火プラグと、該プラズマ式点火プラグに高電圧と大電流とを供給する高電圧電源とを具備し、
   上記高電圧電源から高電圧と大電流とを印加して、上記中心電極と上記接地電極との間に形成した放電空間内の気体を高温高圧のプラズマ状態となして内燃機関内に噴射して点火するプラズマ式点火装置において、
   上記放電空間は、上記絶縁部材の下部表面を溝状に窪ませてなり、該溝部に上記中心電極の一部と上記接地電極の一部とを対向せしめて両電極間に放電可能としたことを特徴とするプラズマ式点火装置。
2. 上記中心電極を陽極とし、上記接地電極を陰極として、上記高電圧電源を接続する請求項１に記載のプラズマ式点火装置。
3. 上記絶縁部材は、軸状に形成した上記中心電極を覆う略筒状に形成し、
   上記接地電極は、上記絶縁部材を覆う略環状に形成し、
   上記溝部は、上記絶縁部材の下部表面に１条以上形成した請求項１または２に記載のプラズマ式点火装置。
4. 上記溝部は、上記中心電極の直径以下の幅で形成した請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
5. 上記溝部は、上記絶縁部材の下部表面の形状に沿って略一定の深さで形成した請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
6. 上記中心電極は、上記接地電極よりも上記内燃機関の燃焼室側に突出せしめ、上記絶縁部材の下部表面は、上記中心電極の先端縁と上記接地電極の先端縁とを結ぶ傾斜面となした請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
7. 上記中心電極は、上記接地電極よりも上記内燃機関の燃焼室側に突出せしめ、上記絶縁部材の下部表面は、上記中心電極の先端縁と上記接地電極の先端縁とを結び、燃焼室側に向かって凸となる湾曲面となした請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
8. 上記接地電極は、上記放電空間に露出する部位において上記放電空間に向かって延設せしめた突起部を具備する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。
9. 上記中心電極は、上記溝部の条数に対応して、複数に分割し、絶縁部材を介して互いに独立せしめた請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプラズマ式点火装置。