JP2013004433A - 点火装置及び点火システム並びにプラズマジェット点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性の低下を招くことなく、着火性を飛躍的に向上させる。
【解決手段】点火装置７１は、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有する絶縁碍子２と、軸孔４内に挿設される主電極５と、主電極５との間に第１間隙２９を形成する主接地電極２７と、軸孔４の内周面と主電極５の先端面とにより形成されるキャビティ部２８とを有する点火プラグ１に用いられる。点火装置７１は、点火プラグ１を内燃機関ＥＮに取付けた状態において、自身の先端部が主接地電極２７よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置する補助電極３１と、補助電極３１との間で第２間隙３３を形成する補助接地電極３２とを備える。また、第２間隙３３は、軸線ＣＬ１上を通るとともに、第１間隙２９に印加される電圧よりも低い電圧が印加される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラズマを生成して混合気への着火を行うプラズマジェット点火プラグに関する。

従来、内燃機関等の燃焼装置においては、火花放電により混合気へと着火する点火プラグが使用されている。また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている。

一般にプラズマジェット点火プラグは、軸孔を有する筒状の絶縁体と、先端面が絶縁体の先端面よりも没入した状態で軸孔内に挿設される中心電極と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、主体金具の先端部に接合される円環状の接地電極とを備える。また、プラズマジェット点火プラグは、中心電極の先端面及び軸孔の内周面によって形成された空間（キャビティ部）を有しており、当該キャビティ部は接地電極に形成された貫通孔を介して外部に連通されるようになっている。

このようなプラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気への着火が行われる。まず、中心電極と接地電極との間に形成された間隙に電圧を印加して、当該間隙に火花放電を生じさせて絶縁破壊する。その上で、前記間隙に電力を投入することによってキャビティ部内の気体をプラズマ化させて、キャビティ部の内部にプラズマを発生させる。そして、キャビティ部の開口からプラズマが噴出することで、混合気への着火が行われる（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００７−２８７６６６号公報

ところで、プラズマジェット点火プラグにおいて一層優れた着火性を得るためには、キャビティ部の開口から噴出するプラズマ（プラズマフレーム）の噴出長を増大させるとともに、プラズマフレームをより大きくする（太くする）ことが考えられる。ここで、より太いプラズマフレームを得るためには、キャビティ部の開口径を増大させる必要があるが、キャビティ部の開口径を増大させると、プラズマフレームの噴出長が減少することとなってしまう。従って、プラズマフレームを太くしつつ、十分な噴出長を得るためには、間隙に投入する電力をより高エネルギーなものとする必要が生じる。ところが、高エネルギーの電力を投入すると、中心電極が消耗しやすくなってしまい、耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性の低下を招くことなく、プラズマフレームの噴出長及び太さを増大させることができ、着火性を飛躍的に向上させることができる点火装置及び点火システム並びにプラズマジェット点火プラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成の点火装置は、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように前記軸孔内に挿設される主電極と、前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置するように配置されるとともに前記主電極との間に第１間隙を形成する主接地電極と、前記軸孔の内周面と前記主電極の先端面とにより形成されるキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグ用の点火装置であって、
前記プラズマジェット点火プラグを燃焼装置に取付けた状態において、自身の先端部が前記主接地電極よりも前記軸線方向先端側に位置する補助電極と、
前記補助電極との間で第２間隙を形成する補助接地電極と、を備え、
前記第２間隙は、前記軸線上を通るとともに、前記第１間隙に印加される電圧よりも低い電圧が印加されることを特徴とする点火装置。

上記構成１によれば、点火装置には、補助電極及び補助接地電極が設けられており、両電極間に形成された第２間隙が、主接地電極よりも先端側の軸線上を通るように構成されている。すなわち、キャビティ部の開口から噴出するプラズマフレームが、第２間隙に入り込むように構成されている。そして、第２間隙には電圧が印加されており、第２間隙にイオン化された気体であるプラズマフレームが入り込むことで、補助電極及び補助接地電極間が導通状態となる。これにより、プラズマフレームにエネルギーを与えることができ、プラズマフレームを増幅させることができる。その結果、プラズマフレームの噴出長及び太さを増大させることができ、着火性を飛躍的に向上させることができる。

また、着火性を向上させるにあたって、プラズマ生成時の投入エネルギーを増大させる必要がないため、主電極や主接地電極の消耗を抑制することができる。さらに、第２間隙に印加される電圧は、プラズマ生成時に第１間隙に印加される電圧よりも低くされている。そのため、補助電極や補助接地電極の消耗を抑制することができ、主電極等の消耗抑制が図られることと相俟って、優れた耐久性を実現することができる。

尚、火花放電により着火する点火プラグの分野においては、主高圧電極と主接地電極と補助電極とを備え、主高圧電極及び主接地電極間に形成された放電領域で火花放電を生じさせる前に、補助電極により前記放電領域において予め電界又は磁界を生成しておき、火花放電により生成された火炎に含まれるイオン又は電子が前記電界又は磁界の領域内を移動することで、火炎を拡大させる技術が提案されている（特開２００７−３２３４９号公報参照）。これに対して、本願は、上述の通り、第２間隙に電圧が印加されており、噴出したプラズマフレームにより補助電極及び補助接地電極間を導通状態とすることで、プラズマフレームにエネルギーを与え、プラズマフレームを増幅させるものである。従って、本願と前記技術とは、構成及び作用の面で大きく相違しており、技術的思想が異なる。

構成２．本構成の点火装置は、上記構成１において、前記補助接地電極は、前記主接地電極に対して電気的に接続されることを特徴とする。

上記構成２によれば、補助接地電極が主接地電極に対して電気的に接続されている。そのため、両接地電極をそれぞれ異なるラインで接地させる場合と比較して、装置の簡素化を図ることができる。

構成３．本構成の点火装置は、上記構成１又は２において、前記軸線に垂直な面に前記キャビティ部の開口を投影したときの開口投影像と、前記主接地電極を投影したときの主接地電極投影像を除いた領域とが重なる領域に、前記補助電極の投影像が重なることを特徴とする。

上記構成３によれば、軸線方向先端側から見たときに、プラズマの噴出口に対して補助電極の少なくとも一部がかかるように構成されている。従って、第２間隙に対してプラズマフレームがより確実に入り込むこととなり、プラズマフレームをより確実に増幅させることができる。

構成４．本構成の点火装置は、上記構成１又は２において、前記軸線に垂直な面における、前記主接地電極の投影像に対して、前記補助電極の投影像の前記軸線に垂直な方向の先端が重なることを特徴とする。

上記構成４によれば、軸線方向先端側から見たときに、プラズマの噴出口に対して補助電極がかからないように構成されている。従って、補助電極によりプラズマフレームの噴出が阻害されてしまうといった事態をより確実に防止することができ、プラズマフレームの噴出長をより効果的に増大させることができる。

構成５．本構成の点火装置は、上記構成１又は２において、前記軸線に垂直な面における、前記キャビティ部の開口の投影像と前記主接地電極の投影像とが離間した領域を有しており、前記補助電極の投影像の前記軸線に垂直な方向の先端が、前記離間した領域に位置することを特徴とする。

上記構成５によれば、軸線方向先端側から見たときに、キャビティ部の開口よりも外周側に主接地電極が配置されており、キャビティ部の開口と主接地電極との間に、補助電極の先端が位置するように構成されている。従って、第２間隙に対してプラズマフレームをより確実に入り込ませることができるとともに、補助電極によるプラズマフレームの噴出阻害を極力抑制することができる。その結果、着火性の一層の向上を図ることができる。

構成６．本構成の点火システムは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように前記軸孔内に挿設される主電極と、前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置するように配置されるとともに前記主電極との間に第１間隙を形成する主接地電極と、前記軸孔の内周面と前記主電極の先端面とにより形成されるキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグと、
上記構成１乃至５のいずれかに記載の点火装置とを備えることを特徴とする。

上記構成６によれば、基本的に上記構成１等と同様の作用効果が奏されることとなる。

構成７．本構成の点火システムは、上記構成６において、前記主接地電極は、前記補助接地電極を兼ねることを特徴とする。

上記構成７によれば、補助接地電極としての機能を主接地電極が有することとなり、補助接地電極を省略することができる。そのため、点火プラグの構成をより簡素化することができ、製造コストの増大抑制等を図ることができる。

構成８．本構成の点火システムは、上記構成６又は７において、前記補助電極、及び、前記補助接地電極は、前記プラズマジェット点火プラグに設けられることを特徴とする。

補助電極や補助接地電極をプラズマジェット点火プラグとは別体で設ける場合には、点火プラグの構成を簡素化できるものの、補助電極等を設けるために、燃焼装置の構成（エンジンレイアウト等）を変更する必要が生じてしまう。

この点、上記構成８によれば、プラズマジェット点火プラグに補助電極及び補助接地電極が設けられている。従って、燃焼装置の構成を変更する必要がなく、従前の燃焼装置に対して点火システムを適用することができる。

構成９．本構成のプラズマジェット点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように前記軸孔内に挿設される主電極と、
前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置するように配置されるとともに前記主電極との間に第１間隙を形成する主接地電極と、
前記軸孔の内周面と前記主電極の先端面とにより形成されるキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグであって、
自身の先端部が前記主接地電極よりも前記軸線方向先端側に位置する補助電極と、
前記補助電極との間で第２間隙を形成する補助接地電極とを備え、
前記第２間隙は、前記軸線上を通るとともに、前記補助電極は、前記主接地電極及び前記主電極から絶縁された状態で配置されることを特徴とする。

上記構成９によれば、上記構成８と同様の作用効果が奏されることとなる。

点火システムの概略構成を示すブロック図である。 点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 点火プラグの先端部を示す拡大断面図である。 燃焼装置に取付けられた点火プラグを示す一部破断拡大正面図である。 点火プラグの別例を示す拡大断面図である。 キャビティ部及び主接地電極に対する補助電極の相対位置関係を示す投影図である。 別の実施形態における補助電極の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における補助電極の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における、キャビティ部等に対する補助電極の相対位置関係を示す投影図である。 別の実施形態における補助電極の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における、キャビティ部等に対する補助電極の相対位置関係を示す投影図である。 別の実施形態における補助電極を示す一部破断拡大正面図である。 別の実施形態における増幅用電圧印加部の構成を示すブロック図である。 別の実施形態における点火システムの構成を示すブロック図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、プラズマジェット点火プラグ（以下、「点火プラグ」と称す）１と、電圧印加部４１、電力投入部５１、及び、増幅用電圧印加部６１を具備する点火装置７１とを備えた点火システム１０１の概略構成を示すブロック図である。尚、図１では、点火プラグ１を１つのみ示しているが、燃焼装置としての内燃機関ＥＮには複数の気筒が設けられており、各気筒に対応して点火プラグ１が設けられている。そして、各点火プラグ１ごとに電圧印加部４１や電力投入部５１、増幅用電圧印加部６１が設けられている。

まず、点火システム１０１の説明に先立って、点火プラグ１の構成を説明する。

図２は、点火プラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図２では、点火プラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

点火プラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には主電極５が挿入、固定されている。主電極５は、熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金〔例えば、インコネル（商標名）６００や６０１等〕からなる外層５Ｂを備えている。さらに、主電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が絶縁碍子２の先端面よりも軸線ＣＬ１方向後端側に配置されている。加えて、主電極５のうち、その先端から軸線ＣＬ１方向後端側に少なくとも０．３ｍｍまでの部位には、Ｎｉ、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及び、タングステン（Ｗ）のうち少なくとも一種を含有する金属からにより形成された電極チップ５Ｃが設けられている。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、主電極５と端子電極６との間には、円柱状のガラスシール層９が配設されている。当該ガラスシール層９により、主電極５と端子電極６とがそれぞれ電気的に接続されるとともに、主電極５及び端子電極６が絶縁碍子２に固定されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２２が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２２に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって主体金具３に固定されている。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２２間には、円環状の板パッキン２３が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２４，２５が介在され、リング部材２４，２５間にはタルク（滑石）２６の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２３、リング部材２４，２５及びタルク２６を介して絶縁碍子２を保持している。

また、図３に示すように、主体金具３の先端内周面には、絶縁碍子２の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置するようにして、円板状をなす主接地電極２７が接合されている。主接地電極２７は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、及び、Ｗのうち少なくとも一種を含有する金属により構成されており、自身の中央に板厚方向に貫通する貫通孔２７Ｈを有している。そして、主電極５の先端部（電極チップ５Ｃ）と主接地電極２７の内周部分との間には、第１間隙２９が形成されている。

加えて、絶縁碍子２の先端部には、軸孔４の内周面と主電極５の先端面とにより形成された円柱状の空間であるキャビティ部２８が設けられている。当該キャビティ部２８内には、前記第１間隙２９が位置するとともに、キャビティ部２８は貫通孔２７Ｈを介して外部へと連通されている。そして、第１間隙２９に電圧を印加した上で第１間隙２９に電力を投入することにより、キャビティ部２８においてプラズマが生成され、当該プラズマが貫通孔２７Ｈを通って外部へと噴出するようになっている。尚、本実施形態では、貫通孔２７Ｈの先端の内径が、キャビティ部２８の先端の内径よりも大きくされており、主接地電極２７によるプラズマの噴出阻害が生じないようになっている。

さらに、本実施形態では、自身の先端部が主接地電極２７よりも先端側に位置する棒状の補助電極３１が設けられている。補助電極３１は、図２に示すように、工具係合部１９から座部１６にかけての外周面に設けられた窪みと、主体金具３のうち座部１６よりも先端側の部位に設けられた挿通孔とを通るようにして配置されている。また、補助電極３１の先端側は、主体金具３の先端面から突出しており、補助電極３１のうち主体金具３から突出する部位の略中間部分は、軸線ＣＬ１側へと曲げ返されている。

さらに、本実施形態では、補助電極３１のうち少なくとも前記主体金具３の窪みや挿通孔を通る部位の外周は、絶縁性材料からなる筒状の絶縁被膜（図示せず）で覆われている。そのため、補助電極３１は、主体金具３から絶縁された状態となっており、ひいては主体金具３に接合された主接地電極２７からも絶縁された状態となっている。また、補助電極３１は、絶縁碍子２を介することで、主電極５からも絶縁された状態となっている。

加えて、補助電極３１の先端部（補助電極３１のうち後述する第２間隙３３を形成する部位）は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、及び、Ｗのうち少なくとも一種を含有する金属により構成されている。

また、図３に示すように、主体金具３の先端部には、棒状の補助接地電極３２が接合されている。補助接地電極３２は、自身の略中間部分が軸線ＣＬ１側へと曲げ返され、自身の先端面が補助電極３１の先端面と対向するように構成されている。そして、補助電極３１の先端部と補助接地電極３２との間には第２間隙３３が形成されており、当該第２間隙３３は、軸線ＣＬ１上を通る位置に形成されている。加えて、軸線ＣＬ１に沿った主体金具３の先端面から第２間隙３３の中心までの距離が所定値（例えば、１０ｍｍ）以下とされており、噴出したプラズマが第２間隙３３に至るように構成されている（すなわち、キャビティ部２８からプラズマが噴出した際には、噴出したプラズマの少なくとも一部が第２間隙３３を通るように構成されている）。さらに、第２間隙３３の大きさは、所定数値範囲内（例えば、０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下）とされており、補助接地電極３２のうち第２間隙３３を形成する部位は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、及び、Ｗのうち少なくとも一種を含有する金属により構成されている。

本実施形態において、主体金具３は主接地電極２７に対して電気的に接続されているため、主体金具３に接合される補助接地電極３２は、主接地電極２７に対して電気的に接続されている。また、点火プラグ１を内燃機関ＥＮに取付けた際には、図４に示すように、接地状態のエンジンヘッドＥＨに対してガスケット１８を介して主体金具３が接触する。そのため、点火プラグ１を内燃機関ＥＮに取付けた状態においては、主体金具３及びこれに接合される主接地電極２７及び補助接地電極３２が接地されることとなる。

尚、図５に示すように、補助接地電極３２を省略し、主接地電極２７が補助接地電極を兼ねるように構成してもよい。この場合には、補助接地電極を兼ねる主接地電極２７と補助電極３１との間に第２間隙３３が形成されることとなる。

さらに、本実施形態では、キャビティ部２８、主接地電極２７、及び、補助電極３１の相対位置関係が次のように設定されている。すなわち、図６に示すように、軸線ＣＬ１と垂直な投影面ＰＳに、軸線ＣＬ１に沿ってキャビティ部２８の開口を投影したときの開口投影像Ｐ１と、投影面ＰＳに対して軸線ＣＬ１に沿って主接地電極２７を投影したときの主接地電極投影像Ｐ２とが離間しており、両投影像Ｐ１，Ｐ２の間には、領域Ｐ３（図６中、散点模様を付した部位）が形成されている。そして、投影面ＰＳに対して軸線ＣＬ１に沿って補助電極３１を投影したときの補助電極投影像Ｐ４（図６中、斜線を付した部位）のうち、軸線ＣＬ１と垂直な方向の先端（軸線ＣＬ１に最も接近する部位）ＰＸが前記領域Ｐ３に位置している。すなわち、軸線ＣＬ１方向先端側から見たとき、キャビティ部２８の開口と主接地電極２７の内周面先端との間に、補助電極３１の先端が位置するように構成されている。

上述した点火プラグ１においては、電圧印加部４１から第１間隙２９に高電圧を印加することにより火花放電を生じさせた上で、電力投入部５１から第１間隙２９に電力を投入し、放電状態を遷移させることで、キャビティ部２８にプラズマを生成するとともに、貫通孔２７Ｈからプラズマを噴出させる。また、増幅用電圧印加部６１から第２間隙３３に対して電圧が印加されており、貫通孔２７Ｈから噴出したプラズマフレーム（イオン化した気体）が第２間隙３３に入ると、第２間隙３３を形成する補助電極３１及び補助接地電極３２間が導通状態となり、その結果、プラズマフレームにエネルギーが与えられ、プラズマフレームが増幅される。

そこで次に、電圧印加部４１、電力投入部５１、及び、増幅用電圧印加部６１について説明する。

図１に示すように、電圧印加部４１は、電力投入部５１から自身に対する電流の流入を防止するためのダイオード４６、及び、ノイズ抑制用の抵抗４７を介して点火プラグ１に対して電気的に接続されている。また、電圧印加部４１は、一次コイル４２、二次コイル４３、コア４４、及び、イグナイタ４５を備えている。

一次コイル４２は、前記コア４４を中心に巻回されており、その一端が電力供給用のバッテリＶＡに接続されるとともに、その他端がイグナイタ４５に接続されている。また、二次コイル４３は、前記コア４４を中心に巻回されており、その一端が一次コイル４２及びバッテリＶＡ間に接続されるとともに、その他端が点火プラグ１に接続されている。

加えて、イグナイタ４５は、所定のトランジスタにより形成されており、所定のＥＣＵ（電子制御装置）８１から入力される通電信号に応じて、バッテリＶＡから一次コイル４２に対する電力の供給及び供給停止を切り替える。点火プラグ１に高電圧を印加する場合には、バッテリＶＡから一次コイル４２に電流を流し、前記コア４４の周囲に磁界を形成した上で、ＥＣＵ８１からの通電信号をオンからオフに切り替えることにより、バッテリＶＡから一次コイル４２に対する通電を停止する。通電の停止により、前記コア４４の磁界が変化し、二次コイル４３に負極性の高電圧（例えば、５ｋＶ〜３０ｋＶ）が発生する。この高電圧が点火プラグ１に印加されることで、第１間隙２９において火花放電を発生させることができる。

加えて、前記電力投入部５１は、ダイオード５３とインダクタ５４とを介して点火プラグ１に接続されており、電源装置ＰＳと、コンデンサ５２とを備えている。

電源装置ＰＳは、負極性の高電圧（例えば、５００Ｖ〜１５００Ｖ）を発生可能な電源回路であり、点火プラグ１及びコンデンサ５２に対して電気的に接続されている。また、ＥＣＵ８１により、電源装置ＰＳからコンデンサ５２に対する充電タイミングが制御されており、電力投入部５１（コンデンサ５２）から点火プラグ１に対する電力の投入前（点火プラグ１における火花放電の前）に、コンデンサ５２に対する充電が行われるようになっている。

加えて、コンデンサ５２は、一端が電源装置ＰＳ及びインダクタ５４間に接続されるとともに、自身の他端が接地されている。そして、点火プラグ１の第１間隙２９にて火花放電が生じ、主電極５及び主接地電極２７間が絶縁破壊されると、コンデンサ５２に蓄積された電力が点火プラグ１へと投入され、キャビティ部２８においてプラズマが生成されるようになっている。

さらに、増幅用電圧印加部６１は、定電圧を発生可能な電源回路であり、点火プラグ１の補助電極３１に対して接続されている。そして、増幅用電圧印加部６１により、第１間隙２９に印加される電圧よりも低い電圧（本実施形態では、１０Ｖ〜１ｋＶ）が第２間隙３３に常時印加されている。本実施形態では、上述の通り、第２間隙３３の大きさが所定数値以上（例えば、０．５ｍｍ以上）とされているため、常には補助電極３１及び補助接地電極３２間が絶縁状態とされている。一方で、第２間隙３３の大きさが所定数値以下（例えば、５．０ｍｍ以下）とされているため、第２間隙３３にプラズマフレーム（イオン化した気体）が入り込んだ場合には、両電極３１，３２間が導通状態となり、プラズマフレームにエネルギーが与えられるようになっている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、点火装置７１には、補助電極３１及び補助接地電極３２が設けられており、両電極３１，３２間に形成された第２間隙３３に対して、キャビティ部２８の開口から噴出するプラズマフレームが入り込むように構成されている。そして、第２間隙３３には電圧が印加されており、第２間隙３３にプラズマフレームが入り込むことで、補助電極３１及び補助接地電極３２間が導通状態となる。これにより、プラズマフレームにエネルギーを与えることができ、プラズマフレームを増幅させることができる。その結果、プラズマフレームの噴出長及び太さを増大させることができ、着火性を飛躍的に向上させることができる。

また、着火性を向上させるにあたって、プラズマ生成時の投入エネルギーを増大させる必要がないため、主電極５や主接地電極２７の消耗を抑制することができる。さらに、第２間隙３３に印加される電圧は、プラズマ生成時に第１間隙２９に印加される電圧よりも低くされている。そのため、補助電極３１や補助接地電極３２の消耗を抑制することができ、主電極５等の消耗抑制が図られることと相俟って、優れた耐久性を実現することができる。

加えて、補助接地電極３２が主接地電極２７に対して電気的に接続されているため、点火装置７１の簡素化を図ることができる。

さらに、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときに、キャビティ部２８の開口よりも外周側に主接地電極３２が配置されており、キャビティ部２８の開口と主接地電極２７との間に、補助電極３１の先端が位置するように構成されている。従って、第２間隙３３に対してプラズマフレームをより確実に入り込ませることができるとともに、補助電極３１によるプラズマフレームの噴出阻害を極力抑制することができる。その結果、着火性の一層の向上を図ることができる。

さらに、点火プラグ１に補助電極３１及び補助接地電極３２が設けられているため、燃焼装置の構成を変更する必要がなく、従前の燃焼装置に対して点火システム１０１を適用することができる。

また、主接地電極２７が補助接地電極を兼ねるように構成した場合には、点火プラグ１の構造をより簡素化することができ、製造コストの増大抑制等を図ることができる。

加えて、本実施形態によれば、第２間隙３３に電圧が常時印加されており、プラズマフレームの噴出を契機として、プラズマフレーム（イオン化した気体）により補助電極３１及び補助接地電極３２間が導通状態となり、プラズマフレームにエネルギーを与えることができる。従って、第２間隙３３に対する電圧の印加タイミングを制御するための機器等が不要となり、点火装置７１の簡素化を図ることができる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときに、キャビティ部２８の開口と主接地電極２７の内周面先端との間に、補助電極３１の先端が位置するように構成されているが、図７に示すように、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときに、キャビティ部２８の開口（プラズマの噴出口）上に補助電極３１の先端が位置するように構成してもよい。また、図８に示すように、貫通孔２７Ｈの先端内径がキャビティ部２８の開口径以下とされている場合（すなわち、プラズマの噴出口が貫通孔２７Ｈの先端となる場合）には、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときに、貫通孔２７Ｈ上に補助電極３１の先端が位置するように構成してもよい。すなわち、図９に示すように、前記開口投影像Ｐ１と、前記投影面ＰＳ上の全領域から前記主接地電極投影像Ｐ２を除いた領域Ｐ５とが重なる領域Ｐ６（図９中、散点模様を付した部位）に、前記補助電極投影像Ｐ４（図９中、斜線を付した部位）が重なるように構成してもよい。この場合には、噴出したプラズマフレームをより確実に第２間隙３３に入り込ませることができ、プラズマフレームをより一層確実に増幅させることができる。

また、図１０に示すように、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときに、主接地電極２７上に、補助電極３１の先端が位置するように構成してもよい。すなわち、図１１に示すように、前記投影面ＰＳにおいて、主接地電極投影像Ｐ２（図１１中、散点模様を付した部位）に対して、前記補助電極投影像Ｐ４（図１１中、斜線を付した部位）の先端ＰＸが重なるように構成してもよい。この場合には、補助電極３１によりプラズマフレームの噴出が阻害されてしまうといった事態をより確実に抑制することができ、プラズマフレームの噴出長をより効果的に増大させることができる。

（ｂ）上記実施形態では、点火プラグ１が補助電極３１を有するように構成されているが、図１２に示すように、点火プラグ１を燃焼装置ＥＮに取付けた状態において、自身の先端部が主接地電極２７よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置する補助電極９１を点火プラグ１とは別体で設けることとしてもよい。この場合には、点火プラグ１の構成を簡素化することができ、製造コストの低減等を図ることができる。尚、図１２においては、点火プラグ１に設けられた主接地電極２７が補助接地電極を兼ねる構成とされているが、補助接地電極を点火プラグ１と一体又は別体で設けることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態において、増幅用電圧印加部６１は、定電圧を発生可能な電源回路により構成されているが、図１３に示すように、増幅用電圧印加部９２を、コンデンサ９３とこれを充電可能な電源装置ＰＳ２とにより構成し、プラズマフレームの噴出時に、コンデンサ９３により蓄えられた電荷により、補助電極３１及び補助接地電極３２間を導通状態とするように構成してもよい。このように構成することで、第２間隙３３に定電圧を印加する場合と比較して、第２間隙３３に対して過度に大きな電圧が加わってしまうことを抑制でき、補助電極３１や補助接地電極３２の消耗をより効果的に抑制することができる。尚、電源装置ＰＳ２を設けることなく、電力投入部５１に設けられた電源装置ＰＳにより、コンデンサ９３の充電を行うこととしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、プラズマ生成用の電力を点火プラグ１へと投入すべく、電力投入部５１が設けられている。これに対して、図１４に示すように、電力投入部５１に代えて、電圧印加部４１から点火プラグ１に対する電圧の印加ラインに、点火プラグ１と並列にコンデンサ９４を接続し、電圧印加部４１からの出力電圧により、第１間隙２９にて火花放電を生じさせるとともに、コンデンサ９４を充電し、コンデンサ９４に蓄えられた電荷を第１間隙２９に投入することで、第１間隙にてプラズマを生成することとしてもよい。この場合には、電圧印加部４１からの出力電圧により、プラズマ生成のための出力を得ることができるため、電源装置ＰＳを設ける必要がなくなり、装置の小型化や製造コストの抑制を図ることができる。さらに、電力投入部５１から電圧印加部４１側への電流流入を防止するためのダイオードを設ける必要がなくなり、製造コストの更なる抑制を図ることができる。また、ダイオードを設けることなく構成すれば、ダイオードの存在によってコンデンサから供給される電力の共振が抑制され、点火プラグ１への投入エネルギーが低減してしまうという事態が発生しなくなる。従って、点火プラグ１への投入エネルギーを増大させることができ、着火性をより一層向上させることができる。

（ｅ）上記実施形態では、点火プラグ１において主接地電極２７及び補助接地電極３２が電気的に接続されているが、点火プラグ１において両電極２７，３２を電気的に独立させることとしてもよい。従って、例えば、点火プラグ１とは別体で補助接地電極を設けた場合には、主接地電極２７が接地されるラインとは異なるラインで、補助接地電極を接地させることとしてもよい。

（ｆ）上記実施形態において、主電極５の先端部や補助電極３１の先端部、主接地電極２７等が、ＮｉやＩｒ等を含有する金属により構成されているが、主電極５の先端部や補助電極３１の先端部等を前記金属とは異なる金属により構成してもよい。また、主電極５や補助電極３１、補助接地電極３２の全体をＮｉやＩｒ等を含有する金属により構成してもよいし、主接地電極２７の一部（例えば、主電極５との間で第１間隙２９を形成する部位）を、ＮｉやＩｒ等を含む金属により構成してもよい。

（ｇ）上記実施形態では、各点火プラグ１ごとに電圧印加部４１や電力投入部５１、増幅用電圧印加部６１が設けられているが、各点火プラグ１ごとに電圧印加部４１等を設けることなく、電圧印加部４１等からの電力をディストリビュータを介して各点火プラグ１に供給することとしてもよい。

（ｈ）上記実施形態では、増幅用電圧印加部６１から第２間隙３３に対して常時電圧が印加されているが、プラズマの生成タイミングに合わせて増幅用電圧印加部６１から第２間隙３３に対して電圧を印加してもよい。

１…点火プラグ（プラズマジェット点火プラグ）、２…絶縁体（絶縁碍子）、４…軸孔、５…主電極、２７…主接地電極、２８…キャビティ部、２９…第１間隙、３１…補助電極、３２…補助接地電極、３３…第２間隙、７１…点火装置、１０１…点火システム、ＣＬ１…軸線、Ｐ１…開口投影像、Ｐ２…主接地電極投影像、Ｐ４…補助電極投影像。

Claims (9)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように前記軸孔内に挿設される主電極と、前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置するように配置されるとともに前記主電極との間に第１間隙を形成する主接地電極と、前記軸孔の内周面と前記主電極の先端面とにより形成されるキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグ用の点火装置であって、
   前記プラズマジェット点火プラグを燃焼装置に取付けた状態において、自身の先端部が前記主接地電極よりも前記軸線方向先端側に位置する補助電極と、
   前記補助電極との間で第２間隙を形成する補助接地電極と、を備え、
   前記第２間隙は、前記軸線上を通るとともに、前記第１間隙に印加される電圧よりも低い電圧が印加されることを特徴とする点火装置。
2. 前記補助接地電極は、前記主接地電極に対して電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
3. 前記軸線に垂直な面に前記キャビティ部の開口を投影したときの開口投影像と、前記主接地電極を投影したときの主接地電極投影像を除いた領域とが重なる領域に、前記補助電極の投影像が重なることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
4. 前記軸線に垂直な面における、前記主接地電極の投影像に対して、前記補助電極の投影像の前記軸線に垂直な方向の先端が重なることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
5. 前記軸線に垂直な面における、前記キャビティ部の開口の投影像と前記主接地電極の投影像とが離間した領域を有しており、前記補助電極の投影像の前記軸線に垂直な方向の先端が、前記離間した領域に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
6. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように前記軸孔内に挿設される主電極と、前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置するように配置されるとともに前記主電極との間に第１間隙を形成する主接地電極と、前記軸孔の内周面と前記主電極の先端面とにより形成されるキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグと、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点火装置とを備えることを特徴とする点火システム。
7. 前記主接地電極は、前記補助接地電極を兼ねることを特徴とする請求項６に記載の点火システム。
8. 前記補助電極、及び、前記補助接地電極は、前記プラズマジェット点火プラグに設けられることを特徴とする請求項６又は７に記載の点火システム。
9. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   先端面が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように前記軸孔内に挿設される主電極と、
   前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置するように配置されるとともに前記主電極との間に第１間隙を形成する主接地電極と、
   前記軸孔の内周面と前記主電極の先端面とにより形成されるキャビティ部とを有するプラズマジェット点火プラグであって、
   自身の先端部が前記主接地電極よりも前記軸線方向先端側に位置する補助電極と、
   前記補助電極との間で第２間隙を形成する補助接地電極とを備え、
   前記第２間隙は、前記軸線上を通るとともに、前記補助電極は、前記主接地電極及び前記主電極から絶縁された状態で配置されることを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

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