JPH01313873A - 定電圧放電管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関の点火装置における点火プラグと直列
に接続されて使用される定電圧放電管に関するものであ
る。

従来の技術 従来より一般に使用されている内燃機関の点火装置にあ
っては、その寿命を考える場合、点火プラグの汚損の影
響がきわめて大きいことが知られている。

点火プラグの汚損とは、点火プラグの絶縁磁器体表面に
カーボン、水あるいは鉛化合物等の導電物質が付着し、
この導電物質を介して火花電流が漏洩して横飛びしたり
して火花が正常に電極間で飛ばなくなることであり、上
記の導電物質の種類によってくすぶり汚損と鉛汚損とに
大別されている。

一方、上記のような汚損による悪影響をなくすために点
火プラグと点火コイルとの間に直列火花間隙放電管を設
け、点火プラグに印加する電圧を急激に立上げて点火に
必要なエネルギーを汚損による漏洩電流が罐れないうち
に点火プラグに供給することが、たとえば特開昭４７−
１０５５６号公報等に提案、開示されている。

上記文献は、高電圧導線中にガス充填の閉鎖放電空量的
にある直列火花間隔を接続されたものにおいて、８ｋＶ
と３０ｋＶの間にある固定点火電圧値で応動する直列火
花間隙の自由端が１〜５Ｍ、より好ましくは１．５〜３
＋ａだけ互いに離れており、少なくとも火花フラッシュ
オーバの範囲において飛散しない材料からなり、１〜１
０気圧、より好ましくは２〜５気圧の圧力で上記材料と
反応しないガスで包囲されていることを特徴とする内燃
機関の作動用点火コイル装置を提案したものである。

また、上記ガスが少なくとも９８％の純度を持つ窒素あ
るいは少な（とも９９％の純度を持つアルゴンであり、
さらに上記自由端、すなわち電極が９０重量％以上、ア
ルミニウム、セリウム、ハフニウム、ランタン、ニオブ
、タンタル、チタン。

バナジウムあるいはジルコニウムの窒化物からなり、ま
たはこれら金属の窒化物の混合物からなり、化合物の２
５８子％以下の酸素含有量に相当する酸化物あるいは酸
化窒化物を含有していることも開示されている。

発明が解決しようとする課題 上述のような構成を有する上記提案は、点火プラグに汚
損が生じても電圧印加から点火プラグの電極間が絶縁破
壊し、飛火するまでの時間が短（、汚損による漏洩電流
の影響を大きく受けないという効果を期待できる。

しかし、以下に述べるような諸点を考慮すると、点火プ
ラグが適正な点火動作を行えない場合を生じてしまうお
それがあるという不都合を依然として有し、その実用化
を考える場合、改善が望まれる。

すなわち、点火プラグの点火電圧は、先の提案にも記載
されているように供給される８〜３０ｋＶの平均電圧値
に応動し、また低減された方が雑音の発生あるいは点火
装置の小型化の点でも好ましいのは周知のことであり、
一方近年においては、燃費向上を目指しての圧縮比の上
昇傾向を考慮して、通常、１０〜２５ｋＶ程度に設定さ
れている。

ところが、内燃機関のくすぶりを確実に防止するために
は、点火プラグへの電圧供給を直列火花間隔を介して急
峻に行う場合においても、その供給電圧をある程度以上
の高い値に設定しなければならないことが実験により確
認できており、たとえばある内燃機関にあっては、汚損
によるくすぶりを確実に防止できた点火プラグへの急峻
な供給電圧値は１８ｋＶ以上であった。

すなわち、１８ｋＶ以下の電圧を供給した場合には、内
燃機関のくすぶりが生じ、アイドリンク時の回転数がき
わめて不安定となってしまうという問題が発生した。

また、もし上述の直列火花間隔の設けられる閉鎖放電空
間に大気が混合した場合でも、点火コイルが供給可能な
２５ｋＶ以下の電圧で確実に放電させるために上記直列
火花間隔長を約１２ｍ以下に設定しなければならないこ
とが、第４図における大気中での放電電圧がきわめて太
き（ばらつ（ことを考慮した実験結果から確認できてい
る。

さて、ここで前述した提案についてみてみると、電極間
隔は１〜５ｍｍ、より好ましくは１．５〜３Ｗ１１とし
ているが、かかる放電長においてたとえば前述の１８ｋ
Ｖという高電圧の放電開始電圧を設定することは、上記
提案に開示の窒素あるいはアルゴンを封入ガスとして１
〜１０気圧、より好ましくは２〜５気圧という封入圧力
条件で使用する場合、きわめて困難となる。

すなわち、前述の提案装置は火花間隔の放電長が短くか
つ封入ガス圧もあまり高くなく、放電開始電圧を１８ｋ
Ｖ以上という高電圧に簡単には設定できず、汚損の状態
によっては適正な点火動作を行えない場合を生じてしま
うおそれを有しているわけである。

なお、上述した放電長を５Ｉ１ｗ１１以上とすることも
考えられるが、この場合には、新たに直列火花間隔の外
周に存在するアース体の影響が出始める。

すなわち、一般に上記火花間隔はエネルギーロスを防ぐ
ために点火プラグのすぐ上に設けられており、この場合
内燃機関本体がアース体となり、この本体と主電極の先
端部、すなわち放電部分との間のコンダクタンスＣが影
響し始め、第５図に示したように電気的に上記コンダク
タンスＣが上記火花間隔と点火プラグの直列体と並列に
接続された状態と等価となり、狙いとは逆に放電開始電
圧が低下してしまうというおそれがある。

したがって、前述の提案装置にあっては、いたずらに放
電長を長くすることはできなかった。

また、上記放電長は、前述の提案においては後放電の電
圧の点からも５聰以下に限定されている。

すなわち、上記後放電の電圧いわゆる放電維持電圧の低
い方が入力側のエネルギー量を少なくできるなど好まし
く、先の提案では点火電圧の１／４以下、より好ましく
は１／１０以下に設定するために電極間隔を１〜５薗、
より好ましくは１．５〜３ｍｍに設定しているわけであ
る。

しかしながら、本願出願人の実験によると、放電長の長
・短も確かに放電維持電圧の高・低に寄与しているもの
の、放電空間に封入するガスの種類および圧力の方がよ
り大きな影響力を有していることが確認できている。

すなわち、簡単に述べると、窒素を封入するよりアルゴ
ンを封入する方がはるかに放電維持電圧は低下する。

したがって、先の提案においても放電維持電圧だけを考
えればアルゴンを使用すれば良いわけであるが、この場
合放電開始電圧も低下し、その文献中にも記載しである
ように、たとえば１２ｋＶ以下の放電開始電圧の場合に
適用できるだけであり、提案装置のままでは、たとえば
前述した１８ｋＶ以上の放電開始電圧を設定することは
できず、汚損により生じる問題を確実に防止することが
できないという不都合を有することになる。

本発明は、上述したような諸点を考慮してなしたもので
、放電開始電圧が１８ｋＶ以上の高電圧であり、かつ放
電維持電圧がきわめて低い内燃機関の点火装置用の定電
圧放電管を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の定電圧放電管は、円筒外囲器の両端に気密封着
される一対の主電極を備えた放電管であり、主電極間隔
Ｇを５〜１２ｍに設定し、円筒外囲器内に純度９９％以
上のキセノンガスを６．５〜２０気圧のガス圧で封入し
、かつ主電極間隔Ｇと、主電極の放電部と部外囲器の内
壁面との最短距離りとの関係を０．２×Ｇ≦Ｄとなし、
さらに放電開始電圧が１８〜２５ｋＶの範囲内となるよ
うに主電極間隔Ｇおよびガス圧を上述した５〜１２ｍｍ
あるいは６．５〜２０気圧の範囲内としている。

作用 本発明による定電圧放電管は、主電極の放電部と外囲器
内壁との距離りを主電極間隔Ｇの０．２倍以上とする条
件により、主電極の放電部とアース体である内燃機関本
体との間の距離が太き（設定できることになる。

したがって、主電極間隔を長くした場合であっても上記
アース体によるコンダクタンスの影響を防止でき、放電
開始電圧の低下を生じないようにできることになる。

すなわち、本発明による定電圧放電管は、主電極間隔を
５ＩＩｌＩＩ＋以上と長（設定しており、その長（した
ことによる放電開始電圧の高圧化が狙いどおりに達成さ
れることになる。

また、放電開始電圧および放電維持電圧の低いキセノン
ガスを封入ガスとして使用しているものの、その封入圧
力を高く設定していることから、上記した主電極間隔を
長くする場合同様、放電開始電圧は高圧化されることに
なる。

実施例 第１図は本発明による内燃機関用の定電圧放電管の一実
施例を示す断面図である。

図からも明らかなように、この実施例は、たとえばセラ
ミックである絶縁体からなる円筒外囲器１の両端に点火
装置の点火コイル（図示せず）と接続される第１主電極
２と、点火プラグ（図示せず）と接続される第２主電極
３とが、接着部材４を用いる周知の加熱封着作業により
気密封着されている。

第１主電極２は金属導体キャップ５とこのキャップ５に
溶接されるエミッション剤を含む焼結合金製電極６とで
形成され、また、第２主電極３は金属導体キャップ７と
このキャップ７に溶接される棒状電極８とで形成されて
いる。

上記焼結合金製電極６は、たとえばタングステン、タン
タル、モリブデンなどの高融点金属からなる主金属とニ
ッケル、チタン、バナジウム、ジルコニウムなどからな
る還元剤およびセシウム。

アルミニウム、バリウム、ストロンチウムなどのエミッ
ション剤とで構成されている。一方、棒状電極８は、た
とえばタングステン、タンタル、モリブデンなどの高融
点の純金属またはその酸化物あるいは窒化物で構成され
ている。

円筒外囲器１と第１主電極２．第２主電極３とによって
形成される閉鎖空間９には、純度９９％以上のキセノン
ガスが後述する実験結果に基づきたとえば１０気圧の封
入圧力で封入されている。

また図示例の各部の寸法は、後述する実験結果に基づき
円筒外囲器１が外径１６ｍ＋ａ、内径８　ｍｍ　。

焼結合金製電極６の先端部・、すなわち放電部が外径２
　ｍ　、棒状電極８が外径１謹、上記両電極間の距離Ｇ
、すなわち放電長Ｇが１０ｗｗに設定されている。

すなわち、放電長Ｇと電極の放電部と円筒外囲器１の内
壁面との最短距離りとの関係が先の０．２×Ｇ≦Ｄなる
条件を満足していることは明らかである。

さらに、金属導体キャップ５，７および接着部材４は夫
々その熱膨脹係数が円筒外囲器１の熱膨脹係数と等しい
もしくは略等しいものが適宜選択。

使用されることも言うまでもない。加えて、第１図から
も明らかなように金属導体キャップ５，７は、その周縁
に円筒外囲器１の端面に設けられた溝部１ａに接着部材
４を介して位置せしめられる突起部５ａ、７ａを有し、
したがって接着部材４の円筒外囲器１と金属導体キャッ
プ５，７間に対する作用範囲がきわめて広くなり、この
実施例は強固な金属導体キャップ５，７の封着部分を形
成できることになる。

さて、ここで上述したような構造の本発明による定電圧
放電管の一実施例において、その放電量、始電圧と放電
維持電圧とを調べてみると、それぞれ２０ｋｖ、０．２
５ｋＶという値であった。

すなわち、放電開始電圧は先に述べた１８ｋｖ以上の値
であり、かつ放電維持電圧はその１／８０ときわめて低
減されており、点火プラグの汚損による内燃機関のくす
ぶりを少ないエネルギー量で薙実に防止できる、きわめ
て好ましい特性を得られることが確認できたわけである
。

一方、上記放電開始電圧等は、図示した実施例における
放電長等の各部の寸法あるいは封入ガス圧によって影響
を受けることはいうまでもな（、以下この点について詳
述する。

まず、初めに放電長Ｇと電極放電部と円筒外囲器１の内
壁面との最短距離りとの関係について述べる。

上記関係を確認するため、本願出願人は上記放電長Ｇと
距離りとの関係を種々変化させた放電管を作り、単独で
、すなわちアース体が存在しない状態で放電させた場合
と、内燃機関本体に近接配置して、すなわちアース体が
存在する状態で放電させた場合とにおける放電開始電圧
を調べ、その比を調査する実験を行なった。

第２図はその実験結果を示す特性図であり、かかる図面
からも明らかなように、放電長Ｇと距離りとの関係、す
なわちＤ／Ｇが０．２以上になると放電開始電圧に対す
るアース体の影響がなくなることが確認できた。なお、
上記Ｄ／Ｇが同じであっても、たとえば放電長Ｇの値に
よっては特性に多少のばらつきが発生するが、かかるば
らつきは大部分上記Ｄ／Ｇが０．２以下の領域にて発生
し、上述の確認内容に特に問題はない。

すなわち、放電長Ｇを長く設定しても上記Ｄ／Ｇが０．
２以上となるよう距離りを設定してやれば、アース体の
有無に関係なく放電長Ｇを長くしたことによる放電開始
電圧の高圧化を狙いどうりに期待できることになるわけ
である。

次に放電開始電圧あるいは放電維持電圧と封入ガス圧お
よび放電長Ｇとの関係について述べる。

上記関係を確保するため、本願出願人は前述した放電長
Ｇと距１ｌｌｌＤとの関係Ｄ／Ｇが０．２以上であると
ともに１２＋ｍ以下の種々の放電長を有し、かつキセノ
ンガスを種々の圧力で封入した第１図に図示したような
構造を有する種々の放電管を作り、それぞれの放電開始
電圧および放電維持電圧を調査する実験を行なった。

第３図（ａ）、　（ｂ）はその実験結果を示す特性図で
あり、同図（ａ）、　（ｂ）からも明らかなように放電
開始電圧、放電維持電圧は両者とも放電長が長く、また
封入ガス圧が高くなるほど高電圧となる特性を示すこと
が確認できた。なお、放電維持電圧については、種々の
入力電圧値に対する特性を調査したが放電した場合はと
んど差異はなく、第３図（ｂ）には３５ｋＶの高電圧を
入力した場合の特性を示している。

さて、ここで、まず放電開始電圧と放電長、封入ガス圧
との関係についてみてみる。

放電開始電圧については、先にも述べたように点火プラ
グの汚損による悪影響を確実に防止するためには１８ｋ
Ｖ以上の高電圧を急峻に点火プラグに供給しなければな
らず、また通常１０〜２５ｋＶに設定されている点火プ
ラグの点火電圧を考えると、１８〜２５ｋＶの範囲に設
定することが好ましいことは詳述するまでもなく、本願
出願人も上記範囲でさらに検討を加えた。

すなわち、上記電圧範囲内における放電長と封入ガス圧
との関係をより詳しくみてみると、放電長が短い領域で
は封入ガス圧がきわめて高（なっており、したがってか
かる領域では放電管の製造が困難になることが考えられ
る。

換言すると、第１図に示した本発明による定電圧放電管
の一実施例は、外囲器１と電極２，３との気密封着を接
着部材４を用いた加熱作業により行なっており、その加
熱温度にもよるが封入ガスの熱膨張あるいは封着部の機
械的強度を考えると、封入ガス圧が高い程ガス封入作業
および上記加熱封着作業が困難となることは詳述するま
でもない。

したがって、放電長は冒頭に述べた提案装置に開示され
たような短い値にいたずらに設定することはできず、本
願出願人の検討によると現状では２０気圧程度までが封
入ガス圧の高圧化限界であり、かかる点から前述した電
圧範囲の放電開始電圧を設定する場合、放電長は５ｍｍ
以上に設定する必要性のあることが確認できた。

一方、放電維持電圧については、第３図（ｂ）からも明
らかなように、放電長、封入ガス圧によって多少の差異
はあるものの、先に述べた１２ｍｍ以下、２０気圧以下
の条件では０．６ｋＶ以下となっており、第１図に示し
たような構造を有しキセノンガスを封入した放電管はき
わめて好ましい特性を有していることが確認できた。

なお、放電管の量産性あるいは点火装置の小型化を考慮
するなら、封入ガス圧は低（、また放電に必要な入力電
圧値も低い方が良いことから、放電長は、より好ましく
は８〜１０ｍ＋にまた放電開始電圧も２０ｋＶ±２ｋＶ
程度に設定すべきである。何故ならば、封入ガス圧の低
下だけを考えれば放電長を１２ｍｍとすることにより７
気圧で１８ｋＶの放電開始電圧を得られることになるが
、点火装置は放電長を１２＋ｍａ以下とした場合より大
型　。

化してしまうことになり、かかる点から上記のような放
電長および放電開始電圧範囲が量産性、装置形状を考え
た場合特に実用的な範囲となるわけである。

発明の効果 本発明による定電圧放電管は、放電開始電圧が１８〜２
５ｋＶの高電圧となるよう放電長を５〜１２ｍｍの範囲
から、また放電空間に封入するキセノンガスの圧力を６
．５〜２０気圧の範囲内の値に設定し、さらに主電極放
電部の外囲器内壁面との最短距離を放電長の０．２倍以
上となしていることから、内燃機関の点火プラグと直列
に用いることにより上記点火プラグの汚損によるくすぶ
りを確実に防止できるという効果を期待できる。

・また、封入ガスとして純度９９％以上のキセノンガス
を使用することから、放電維持電圧を低い値に制御でき
、上記のような適用を考えた場合、点火装置の点火エネ
ルギー量を少な（できるという効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による定電圧放電管の一実施例を示す断
面図、第２図は放電長Ｇと主電極放電部の外囲器内壁面
との最短距離りとの関係をアース体が存在する場合と存
在しない場合の放電開始電圧の比率で示す特性図、第３
図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ種種の放電長における放電
開始電圧とキセノンガスの封入圧との関係および放電維
持電圧とキセノンガスの封入圧との関係を示す特性図、
第４図は大気中における放電開始電圧と放電長との関係
を示す特性図、第５図は内燃機関本体のアース体として
の影響を説明するための等価回路図である。 １・・・・・・円筒外囲器、２・・・・・・第１主電極
、３・・・・・・第２主電極、４・・・・・・接着部材
、５．７・・・・・・金属導体キャップ、６・・・・・
・焼結合金製電極、８・・・・・・棒状電極、９・・・
・・・閉鎖空間。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名ｔ・−Ｆ１
ｇｌ外目各 ２−・・才ｆｔ＊謄 第２図 吟 第３図 打入力°ス圧ｒ気圧】 （ｂ） 季丁入プス圧

【翫ε】

第４図 第５図 ７−又％

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミック等の絶縁体からなる円筒外囲器の両端に一対
   の主電極を備えてなり、前記主電極間隔Ｇを５〜１２ｍ
   ｍに設定し、前記円筒外囲器内に純度９９％以上のキセ
   ノンガスを６．５〜２０気圧のガス圧で封入し、かつ前
   記主電極間隔Ｇと前記主電極の放電部と前記円筒外囲器
   の内壁面との最短距離Ｄとの関係を０．２×Ｇ≦Ｄとな
   し、さらに放電開始電圧が１８〜２５ｋＶの範囲内とな
   るように前記主電極間隔Ｇおよび封入ガス圧を前記５〜
   １２ｍｍあるいは６．５〜２０気圧の範囲内とした定電
   圧放電管。