JP2005135709A - Spark plug device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の点火プラグ装置に関し、より詳しくは、成層燃焼可能な筒内噴射式内燃機関に用いられて好適な内燃機関の点火プラグ装置に関する。 The present invention relates to an ignition plug device for an internal combustion engine, and more particularly to an ignition plug device for an internal combustion engine suitable for use in a direct injection internal combustion engine capable of stratified combustion.
従来、かかる成層燃焼可能な筒内噴射式内燃機関(以下、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関とも云う)に用いられている点火プラグ装置としては、例えば、特許文献1に開示のものが知られている。
Conventionally, as a spark plug device used in such a stratified combustion in-cylinder injection internal combustion engine (hereinafter also referred to as a in-cylinder fuel injection spark ignition internal combustion engine), for example, the one disclosed in
この点火プラグは、図6に模式的に示すように、2つの接地電極(側方電極)Bと、2つの中心電極Aとを有しており、夫々対を成す接地電極Bと中心電極Aとが点火ギャップGを形成している。ここで、接地電極Bはシリンダヘッドのプラグ孔に螺合されるハウジングHの先端に直立して形成され、一方、中心電極Aは、ハウジングH内に配置された截頭円錐状の絶縁碍子Cから突出されると共に、その先端側が接地電極Bへ向けて曲折され、それぞれの先端部と上述の接地電極Bの先端部との間に点火ギャップGを形成するようにしている。 As schematically shown in FIG. 6, this spark plug has two ground electrodes (side electrodes) B and two center electrodes A, and the ground electrode B and the center electrode A that make a pair, respectively. Form an ignition gap G. Here, the ground electrode B is formed upright at the tip of the housing H screwed into the plug hole of the cylinder head, while the center electrode A is a frustoconical insulator C disposed in the housing H. And the tip end side thereof is bent toward the ground electrode B, and an ignition gap G is formed between each tip portion and the tip portion of the ground electrode B described above.
なお、主と補助との2つの中心電極を有する点火プラグとして、特許文献2に開示のものも知られている。これは、主中心電極と接地電極との対向面近傍に、さらに加えて、該共通の接地電極と相対向する補助中心電極を設けるようにしている。そして、主中心電極と共通の接地電極との点火ギャップに比べ補助中心電極と共通の接地電極との点火ギャップを小さく形成することにより、前放電と主放電とを生じさせて、確実な放電作動をなすようにしている。ここで、主中心電極と補助中心電極とは、明細書中に何等の説明はなされていないが、図面には、先細の絶縁碍子の脚部によって囲繞された形態が示されている。 In addition, the thing disclosed by patent document 2 is also known as a spark plug which has two center electrodes of the main and auxiliary | assistant. In addition, an auxiliary center electrode opposite to the common ground electrode is provided in the vicinity of the opposing surface of the main center electrode and the ground electrode. And, by forming the ignition gap between the auxiliary center electrode and the common ground electrode smaller than the ignition gap between the main center electrode and the common ground electrode, the pre-discharge and the main discharge are generated, and reliable discharge operation is performed. It is trying to make. Here, the main center electrode and the auxiliary center electrode are not described at all in the specification, but in the drawings, a form surrounded by legs of a tapered insulator is shown.
ところで、特許文献1に開示の点火プラグにあっては、2つの中心電極Aが截頭円錐状の絶縁碍子Cから突出された形態に構成されているので、絶縁碍子Cの先端部に生じる熱膨張の影響から、絶縁碍子Cの割れや中心電極Aの折れが発生する可能性が高いという問題があった。すなわち、図6に示すように(なお、説明の便宜上、図には誇張して示されている)、絶縁碍子Cは燃焼室内の燃焼による熱負荷および新気導入や燃料噴射による冷却により、その截頭円錐状の先端部において延伸方向Xに膨張(破線で示す)および収縮(実線で示す)を繰り返すことになる。この結果として、絶縁碍子Cの割れや中心電極Aの折れが発生する可能性が高くなるのである。
By the way, in the spark plug disclosed in
これへの対策として、特許文献2に示されるように、中心電極のそれぞれを先細の絶縁碍子の脚部によって囲繞することも考えられるが、このようにすると新たな問題が生ずる可能性がある。すなわち、点火プラグは規格化された寸法のプラグ孔に螺合されることから、ハウジングの径寸法は制限されており、絶縁碍子を先細の脚部とした場合には、その先端部は極端に薄くならざるを得ないことになる。このように先端部の厚みが薄くなると、脚部の熱伝導が悪化し、その先端部分の温度のみが極端に高くなってしまう。この結果、中心電極の熱の逃げが阻害され早期着火が生じたり、絶縁碍子の胴部と脚部先端との温度差が大きくなって熱歪により割れ易くなるのである。 As a countermeasure against this, as shown in Patent Document 2, it is conceivable to surround each of the center electrodes with legs of a tapered insulator, but this may cause a new problem. That is, since the spark plug is screwed into the standardized plug hole, the diameter of the housing is limited. When the insulator is a tapered leg, its tip is extremely small. It must be thin. When the thickness of the tip portion is reduced in this way, the heat conduction of the leg portion is deteriorated, and only the temperature of the tip portion becomes extremely high. As a result, the heat escape of the center electrode is hindered and premature ignition occurs, or the temperature difference between the body portion of the insulator and the tip of the leg portion becomes large and is easily broken by thermal strain.
本発明は、かかる従来の問題を解消し、絶縁碍子の熱による変形を少なくすることにより、絶縁碍子の割れや、中心電極の折れを低減することのできる内燃機関の点火プラグ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ignition plug device for an internal combustion engine that can eliminate such conventional problems and reduce cracking of the insulator and breakage of the center electrode by reducing deformation of the insulator due to heat. With the goal.
上記目的を達成する本発明の一形態による内燃機関の点火プラグ装置は、ハウジング内に設けられた絶縁碍子内に2つ以上の中心電極が配置されると共に、中心電極に対応する数の接地電極がハウジングに設けられた内燃機関の点火プラグ装置であって、
前記絶縁碍子は、前記ハウジングに気密に保持された断面略円形の胴部と、該胴部から延出され前記中心電極を囲繞する略円筒状の脚部とを有することを特徴とする。
An ignition plug device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention that achieves the above object has two or more center electrodes disposed in an insulator provided in a housing, and a number of ground electrodes corresponding to the center electrodes. Is a spark plug device for an internal combustion engine provided in the housing,
The insulator includes a body portion having a substantially circular cross section that is hermetically held in the housing, and a substantially cylindrical leg portion that extends from the body portion and surrounds the center electrode.
ここで、前記略円筒状の脚部の外周面は、前記断面略円形の胴部の外周面に幾何学的に内接する関係に形成されていることが好ましい。 Here, it is preferable that the outer peripheral surface of the substantially cylindrical leg portion is formed in a geometrically inscribed relationship with the outer peripheral surface of the body portion having a substantially circular cross section.
また、本発明の内燃機関の点火プラグ装置は、成層燃焼可能な筒内噴射式内燃機関に用いられ、前記中心電極と接地電極との間に形成される2つの点火ギャップが、燃料噴射の方向と直交する方向に並んで配置されることが好ましい。 An ignition plug device for an internal combustion engine according to the present invention is used in an in-cylinder injection internal combustion engine capable of stratified combustion, and two ignition gaps formed between the center electrode and a ground electrode are in the direction of fuel injection. It is preferable that they are arranged side by side in a direction orthogonal to the direction.
本発明の一形態による内燃機関の点火プラグ装置によれば、絶縁碍子内に配置された2つ以上の中心電極は、ハウジングに気密に保持された断面略円形の胴部から延出された略円筒状の脚部によって略等しい厚さで囲繞されているので、先端部分のみの温度が極端に高くなることがなく、熱による変形を少なくすることができる。その結果、絶縁碍子の割れや、中心電極の折れを低減することができる。 According to the ignition plug device for an internal combustion engine according to one aspect of the present invention, the two or more center electrodes disposed in the insulator are substantially extended from the body having a substantially circular cross section that is hermetically held in the housing. Since the cylindrical legs are surrounded by substantially the same thickness, the temperature of only the tip portion does not become extremely high, and deformation due to heat can be reduced. As a result, cracking of the insulator and breakage of the center electrode can be reduced.
なお、前記略円筒状の脚部の外周面が、前記断面略円形の胴部の外周面に幾何学的に内接する関係に形成されている形態によれば、径寸法が制限されているハウジングにおいて、中心電極間(点火ギャップ間)距離を長くとることができる。 According to the embodiment in which the outer peripheral surface of the substantially cylindrical leg portion is formed in a geometrically inscribed relationship with the outer peripheral surface of the body portion having a substantially circular cross section, the housing whose diameter is limited. , The distance between the center electrodes (between the ignition gap) can be increased.
以下、図面を参照しながら本発明による点火プラグ装置の好適な実施形態について、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に適用した例に基づいて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a spark plug device according to the present invention will be described in detail based on an example applied to an in-cylinder fuel injection spark ignition internal combustion engine with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
ここでまず、本発明に係る点火プラグ100の構造に付き説明する。点火プラグ100は、図1に示されるように、金属製筒状のハウジング110とその内部に配置された絶縁碍子120とを備えている。ハウジング110は、シリンダヘッドのプラグ孔への螺合用のねじ部111と、ガスケット112が装着されるネック部113と、締付け用のナット部114とを備えている。そして、ハウジング110の先端部には径方向に対向して2つの接地電極115,115が設けられている。また、ハウジング110の内側は、後述するように、絶縁碍子との気密性確保のための環状リブ116が形成された小径孔部117と、絶縁碍子の大径部を収容する大径孔部118とに形成されると共に、後端部には、肉薄とされたカシメ部119が形成されている。
First, the structure of the
一方、絶縁碍子120は、上述の小径孔部117とほぼ同径で円形の中径胴部121および大径孔部118とほぼ同径で円形の大径胴部122と、中径胴部121に湾曲面を介して連続し上述の環状リブ116の内径よりやや小さい外径の小径胴部123と、該小径胴部123から延出する平行な2つの略円筒状脚部124,124とを備えている。円筒状脚部124,124の間には股部125が形成されている。また、大径胴部122は、上述のカシメ部119が係合するネック部126を介して頭部127に連なっている。
On the other hand, the
さらに、絶縁碍子120には、上述の平行な円筒状脚部124,124の中心と小径胴部123とを通る2つの中心電極130,130が平行に配置されている。中心電極130,130は、中径胴部121および大径胴部122を通り、抵抗を含む中軸131、131を介して、ターミナル132,132に連結されている。
Furthermore, two
中心電極130,130はほぼ均一な肉厚の円筒状脚部124,124に囲繞され、その先端部は、円筒状脚部124,124の先端から突出し、上述の接地電極115,115の曲折された先端部との間に点火ギャップ部135,135を形成している。
The
そして、中心電極130,130、中軸131、131、およびターミナル132,132が配置された絶縁碍子120が、ハウジング110内に挿入されて点火プラグ100が組立てられるが、このとき、中径胴部121および小径胴部123の境の湾曲面と環状リブ116との間には気密性確保(ガスシール)用のパッキン136が必要に応じて介設され、その後、ハウジング110の後端部の肉薄のカシメ部119が絶縁碍子120のネック部126にカシメられ、組立てが完了する。この結果、カシメ部119により軸線方向の軸力が与えられてパッキン136が圧縮され、絶縁碍子120がハウジング110に気密に保持されることになる。
The
ここで、中心電極130,130を囲繞している略円筒状脚部124,124は、図2に示すように、点火プラグ100をその先端側から見たとき、該脚部の外周円と小径胴部123の外周円とが幾何学的に内接するような関係で、小径胴部123から延出されて形成されている。このようにすると、平行な2つの略円筒状脚部124,124により定まる点火ギャップ部135,135の間の距離、換言すると、中心電極130,130の間の距離Lを、寸法的に制限されるハウジング110延いては小径胴部123の中で長くとることができる。
Here, as shown in FIG. 2, the substantially
なお、本発明における略円筒状脚部とは、内周面と外周面とが幾何学的に平行であるものに限られず、磁器等から形成される絶縁碍子の型からの抜き勾配を考慮した、ややテーパーが付けられた形態をも含む意味で用いられている。 In addition, the substantially cylindrical leg portion in the present invention is not limited to the one in which the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are geometrically parallel, and the draft from the mold of the insulator formed of porcelain or the like is considered. It is used in the meaning including a slightly tapered form.
次に、上記構成になる点火プラグ100が装着される筒内燃料噴射式火花点火内燃機関200に付き図3を参照しつつ説明する。筒内燃料噴射式火花点火内燃機関200は、吸気ポート202および吸気弁203と排気ポート204および排気弁205と点火プラグ100とを備えたシリンダヘッド207、シリンダ208が形成されたシリンダブロック209、およびシリンダ208(シリンダブロック209)に対して往復動可能に内装されたピストン210を主に備えて構成されている。燃焼室211は、シリンダヘッド207の下面と、ピストン210の頂面210aと、キャビティ215の周壁面215a及び底壁面215bとで画成される空間にて構成されている。ピストン210には、その側面にピストンリング212が複数設けられ、燃焼室211からのガスの吹き抜けを防止している。
Next, the in-cylinder fuel injection spark ignition
燃料噴射弁213は、シリンダヘッド207の吸気弁203側に、ノズル先端213aが略シリンダ208の中心軸に向かうと共にやや下向きに傾斜して取り付けられている。本実施の形態においては、図4(A)に示すように、2つの吸気弁203を有しており、燃料噴射弁213は吸気弁203の間に位置されている。そして、燃料噴射弁213は、燃料の噴霧流の中心が直接点火プラグ100に当たらず、キャビティ215に向けて燃料を噴射するように配置されている。
The
キャビティ215は、ピストン210の頂部で、燃料噴射弁213のノズル先端213aと点火プラグ100とをほぼ両端としてピストン頂面210aに開口した状態に形成されている。そして、キャビティ215は略筒状の周壁面215aと周壁面215aに滑らかに接続された底壁面215bとを有しており、圧縮上死点で、点火プラグ100の点火ギャップ部135,135がシリンダヘッド207の下面とキャビティ215の底壁面215bの略中央あるいは中央からややシリンダヘッド207側に寄った位置となるようにされている。ここで、燃料噴射弁213は、ノズル先端213aが略シリンダ中心軸に向かうと共にやや下向きに傾斜して取り付けられているので、キャビティ215の底壁面215bに向けて燃料が噴射されることになる。
The
また、燃料噴射弁213からの噴射方向に直角な方向におけるキャビティ215の全幅をWとすると、キャビティ215の平面視形状は、図4(A)に示すように、全幅Wを長軸とするほぼ楕円形状であり、さらに、周壁面215aでの幅は、噴霧先端がシリンダ208の中心に達したときの噴霧の幅よりも大きくなるようにされている。すなわち、燃焼室211内にある噴霧は、ピストン210の上昇によってもキャビティ215内に収まるようにされている。また、キャビティ215の周壁面215aは、少なくとも点火プラグ100側が凹曲面とされている。
Further, assuming that the total width of the
ピストン210が下死点から上死点に向かう圧縮行程で、燃焼室211内の空気が圧縮され、この圧縮の過程において燃料噴射弁213から燃料が噴射される。噴射された燃料の噴霧は、シリンダ208の中心軸に直交する平面内においてほぼ扇状に、点火プラグ100に対して略対称に広がる。噴霧は、キャビティ215の底壁面215bからこの底壁面215bと周壁面215aとの接続部分に沿い、更に、その接続部分から周壁面215aに沿ってキャビティ215の上方に向かって空気と共に流れる。この結果、点火プラグ100に向かって上昇する層状混合気の流れが形成され、これとピストン210の上昇が相まって、圧縮上死点前には着火に適した濃度の混合気が点火プラグ100の点火ギャップ部135,135の周辺に分布することになる。
In the compression stroke of the
なお、点火プラグ100は、前述のように、それぞれ対を成す接地電極115と中心電極130とが点火ギャップ部135を構成し、それぞれ別の点火コイル(図示せず)に接続されている。点火プラグ100は、図4(A)に示されるように、燃料噴射弁213の噴射方向に直角な方向に2つの点火ギャップ部135,135が並んで配設されるように、位置決めされてシリンダヘッド207に取付けられる。
In the
筒内燃料噴射式火花点火内燃機関200において、混合気の粗密に対応して確実に着火させ、火炎伝播距離を短縮して燃焼時間を短くするには、図4(B)に示すように、点火ギャップ間の距離Dがキャビティ215の全幅Wのほぼ半分に設定することが好ましいと云える。しかし、点火プラグ100は上述のように、そのプラグ孔径との関係でハウジング110のねじ部111の外径が制限されており、2つの点火ギャップ部135,135の間の距離Lは、この外径を越えることはできない。そこで、本実施の形態においては、上述のように、円筒状脚部124,124が、図2に示すように、その外周円と小径胴部123の外周円とが幾何学的に内接するような関係で、小径胴部123から延出されて形成され、点火ギャップ部135,135の間(中心電極130、130間)の距離Lを極力長くとるようにしているが、これは少なくとも3mm以上あれば、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関200は安定して運転することが可能である。
In the in-cylinder fuel injection type spark ignition
本実施の形態にあっては、燃料噴射弁213からキャビティ215の底壁面215bに向けて噴射された燃料により、キャビティ215の底壁面215bから周壁面215aに沿って点火プラグ100に向けて上昇する混合気が形成される。このとき、キャビティ215とピストン210の頂面210aによるスキッシュ流により、混合気はキャビティ215内に収まる。そして、点火プラグ100により着火されて形成された火炎は火炎伝播によりキャビティ215内に発達する。点火プラグ100は、点火プラグ100に向けて上昇する混合気のうちの着火可能な混合気に着火し得るように、所定距離L隔てて設けられた2つの点火ギャップ部135,135を有しているので、2つの点火ギャップ部135,135の両者に対して、周辺に存在する混合気の濃度が同時に適正な着火可能な混合気濃度の範囲を超える確率は極めて小さい。従って、いずれかの点火ギャップ部135で失火が発生したとしても、他の点火ギャップ部135では正常に着火され得るので、その気筒としては正常な燃焼が行われる。この結果、失火の発生が大幅に抑制されることになる。
In the present embodiment, the fuel injected from the
また、空間的に離れた2つの点火ギャップ部135,135にて着火すれば、夫々の点火ギャップ部135,135での燃焼速度は同じであるが、その気筒全体で見れば燃焼が加速された状態となる。従って、噴射された燃料が周辺に過拡散する前に燃焼させることができ、トルク変動の発生を大幅に抑制することができる。また、燃焼効率が高まることと、サイクルの等容度が高まることとの相乗効果により、燃費を向上することもできる。
Further, if ignition is performed in two
なお、本発明の実施の形態における点火プラグ100においても、着火によるキャビティ215ないしは燃焼室内の燃焼による熱負荷および吸気ポート202からの新気導入や燃料噴射弁213からの燃料噴射による冷却により、膨張および収縮を繰り返す。この様子を図5に示す(なお、説明の便宜上、図には誇張して示されている)。ところで、本発明の実施の形態における点火プラグ100にあっては、燃焼室内に露出される絶縁碍子の脚部124,124が中心電極130,130を略均一な肉厚で囲繞する略円筒状に形成されているので、上述の熱サイクルの影響を受けた場合でも、その膨張(破線で示す)および収縮(実線で示す)が略均等に生じ、延伸方向Xに無理な力が発生しない。この結果として、絶縁碍子の割れや中心電極130,130の折れが発生する可能性が低くなるのである。
Note that the
100 点火プラグ
110 ハウジング
115 接地電極
120 絶縁碍子
121 中径胴部
122 大径胴部
123 小径胴部
124 円筒状脚部
130 中心電極
135 点火ギャップ部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記絶縁碍子は、前記ハウジングに気密に保持された断面略円形の胴部と、該胴部から延出され前記中心電極を囲繞する略円筒状の脚部とを有することを特徴とする内燃機関の点火プラグ装置。 An ignition plug device for an internal combustion engine in which two or more center electrodes are arranged in an insulator provided in a housing, and a number of ground electrodes corresponding to the center electrodes are provided in the housing,
The insulator has an approximately circular body section that is hermetically held in the housing, and a substantially cylindrical leg section that extends from the body section and surrounds the center electrode. Spark plug device.
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