JP2005310532A - 点火栓とこれを備えたエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】
エンジンに供給する混合気の活性度が低下しないうちに混合気を完全燃焼させ、燃焼効率の改善を有効に発揮することである。
【解決手段】 中心電極２が絶縁部材３で包囲され、その絶縁部材のほぼ下半分がハウジング４内に固定され、そのハウジング下端部内周４ｆと絶縁部材下端部外周３ｂとの間に環状の空間部５が形成され、エンジンの燃焼室１１内で混合気に火花を飛ばす点火栓１で、これらの点火栓は、絶縁部材下端部外周に、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を固着したものまたは、絶縁部材の絶縁碍子の素材に前記粉末剤を混入して焼成したもので、燃焼室１１に臨むようにシリンダヘッド１０に配設したエンジンである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンの燃焼室内で混合気に火花を飛ばす点火栓とこれを備えたエンジンに関する。

従来、自動車などのエンジンに供給される空気を活性化する手段として、吸気経路に設けられたエアクリーナのエアフイルターもしくは、エアクリーナの下流側に設けられたエアフローチューブ（吸気管）の内側に、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を塗布されたものがある。また、エアフイルターに前記粉末剤を混入して一体的に成形されたものや、エアフローチューブの内側に前記粉末剤を含む筒状部材などが設けられているものがある（例えば、特許文献１参照）。

これらの前記粉末剤と接触してエアクリーナもしくは、エアフローチューブを通過する空気は、前記粉末剤から放射される電磁波による励起作用で酸素分子が活性化される。この酸素分子が燃料分子と混合されることで、混合気自体が活性化され、燃焼効率が改善されるものである。
特開２００３ー４２０１６（明細書段落番号０００６〜０００８、００１０、００１１、図１〜図３、図５、図６）

しかしながら、上述したエンジンに供給される空気を活性化する手段としての前記粉末剤が、エンジンの燃焼室から離れた位置に取付けられているエアクリーナのエアフイルターもしくは、エアフローチューブの内側に塗布されていたり、設けられたりしている。これらの前記粉末剤から放射される電磁波は吸入空気と接触して酸素分子を活性化するが、その活性度は瞬時のうちに低下する。例えば、空気を活性化する手段として設けられたエアクリーナのエアフイルターなどがエンジンの燃焼室から離れていることにより、エアフイルターに触れた吸入空気は先に流れるほどその活性度が低下する。つまり、吸入空気中の酸素分子は、エンジンの燃焼室に吸入されるまでに既に活性度は極端に低下し、エンジンに供給する混合気の燃焼効率がほとんど改善されないおそれがある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、混合気中の酸素分子の活性度が低下しないうちに混合気を完全燃焼させ、燃焼効率の改善効果を有効に発揮することを目的とする。

請求項１の発明は、頭部に接続端子を有する中心電極が絶縁部材で包囲され、その絶縁部材のほぼ下半分が筒状のハウジング内に固定され、そのハウジング下端部内周と前記絶縁部材下端部外周との間に環状の空間部が形成され、エンジンの燃焼室内で圧縮された混合気に高電圧で火花を飛ばす点火栓において、前記絶縁部材下端部外周に、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を塗装もしくは、接着で固着したことである。

このようにすることにより、点火栓の絶縁部材下端部外周に固着したトリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤に、空気と燃料（ガソリン）との混合気が触れることにより、混合気中の空気に含まれている酸素分子が、前記粉末剤から放射する電磁波に触れて活性化する。つまり、混合気は空気中の酸素分子と窒素分子とが分子状に細分化し、酸素分子と燃料分子とが緊密に接触して点火栓の着火により完全燃焼する。

請求項２の発明は、頭部に接続端子を有する中心電極が絶縁部材で包囲され、その絶縁部材のほぼ下半分が筒状のハウジング内に固定され、そのハウジング下端部内周と前記絶縁部材下端部外周との間に環状の空間部が形成され、エンジンの燃焼室内で圧縮された混合気に高電圧で火花を飛ばす点火栓において、前記絶縁部材が、絶縁碍子の素材にトリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を混入して焼成したことである。

このようにすることにより、点火栓の絶縁碍子の素材にトリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を混入して焼成した絶縁部材の下端部外周に、空気と燃料（ガソリン）との混合気が触れることにより、混合気中の空気に含まれている酸素分子が、前記粉末剤から放射される電磁波に触れて活性化する。つまり、混合気は空気中の酸素分子と窒素分子とが分子状に細分化し、酸素分子と燃料分子とが緊密に接触して点火栓の着火により完全燃焼する。

請求項３の発明は、シリンダ内に挿入されたピストンと、そのピストンの上死点における上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、その燃焼室内で混合気に火花を飛ばす点火栓とを備えたエンジンにおいて、前記点火栓は、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を含む絶縁部材を有し、前記燃焼室に臨むように前記シリンダヘッドに配設したことである。

このようにすることにより、空気と燃料（ガソリン）との混合気が、シリンダ内に流入する瞬間に燃焼室に臨む点火栓の絶縁部材に触れることにより、混合気中の空気に含まれている酸素分子が、前記粉末剤から放射される電磁波に触れて活性化する。つまり、空気中の酸素分子と窒素分子とが分子状に細分化され、酸素分子と燃料分子とが緊密に接触した混合気となり、その混合気はピストンの上昇にともない次第に燃焼室内で圧縮され、所定の点火時期に点火栓の着火によって完全に燃焼（爆発）する。

したがって、従来のように燃焼室から離れた位置で吸入空気を活性化する手段に比べ、混合気をシリンダの内部で活性化するようにしたので、活性度が低下しないうちに混合気は完全燃焼し、燃焼効率の改善を有効に発揮することができる。

請求項１の発明は、点火栓の絶縁部材下端部外周に、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を固着するようにし、その点火栓がエンジンの燃焼室内で圧縮された混合気に火花を飛ばすようにしたので、
（１）空気と燃料（ガソリン）との混合気はその空気に含まれている酸素分子が活性化し、燃料分子と緊密に接触して完全燃焼する。
（２）混合気の爆発力が増加してエンジンの出力が高まる。
（３）燃料消費量が減少する。
（４）排気ガスからは一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などの有害物質を排出しない。

請求項２の発明は、点火栓の絶縁部材が、絶縁碍子の素材にトリュウムを含む希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を混入して焼成するようにし、その点火栓がエンジンの燃焼室内で圧縮された混合気に火花を飛ばすようにしたので、
（１）空気と燃料（ガソリン）との混合気はその空気に含まれている酸素分子が活性化し、燃料分子と緊密に接触して完全燃焼する。
（２）混合気の爆発力が増加してエンジンの出力が高まる。
（３）燃料消費量が減少する。
（４）排気ガスからは一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などの有害物質を排出しない。
（５）絶縁部材の下端部外周に前記粉末剤を塗装もしくは、接着で固着する作業が省かれるので、製造コストが軽減できる。

請求項３の発明は、空気と燃料（ガソリン）との混合気を、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を含む点火栓の絶縁部材に触れるようにし、シリンダの内部で活性化するようにしたので、従来のように燃焼室から離れた位置で活性化する手段に比べ、
（１）混合気は活性度が低下しないうちに完全燃焼するので、燃焼効率の改善を有効に発揮することができる。
（２）エンジンの爆発行程における混合気の爆発力が増加するので、エンジンの出力が高まる。
（３）燃料消費量が減少する。
（４）排気ガスからは一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などの有害物質を排出しない。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に沿って説明する。

図１（ａ）は本発明の実施に係る点火栓の概略側面図で一部断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の点火栓の絶縁部材の断面図、図２（ａ）は本発明の実施に係る４サイクルエンジンの概略断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の点火栓取付部拡大図、図３は本発明の実施に係る２サイクルエンジンの概略断面図をそれぞれ示す。

図１（ａ）に示す点火栓１は、エンジンの燃焼室内で圧縮された混合気に高電圧で火花を飛ばす点火栓で、中心電極２とその中心電極を包囲する絶縁部材３と、絶縁部材のほぼ下半分を固定するハウジング４などを主要部としている。

中心電極２は頭部に高圧コード（不図示）と接続する端子２ａを形成し、絶縁部材３の内側に緊密に保持され、下端部２ｂが絶縁部材３の下端面３ａより僅かに突出している。ハウジング４は、絶縁部材３のほぼ下半分を内包して緊密に固定するために絶縁部材の外側形状に合わせて内側４ａを筒状に形成し、外側には上端部にかしめ部４ｂと、そのかしめ部に続いて六角頭部４ｃと、円形胴部４ｄ並びに、雄ネジ部４ｅなどを一体に形成している。ハウジング下端部である雄ネジ部４ｅの内周４ｆと、絶縁部材の下端部外周３ｂとの間に環状の空間部５を形成し、下端部には中心電極２の下端面２ｃに向かい火花の隙間を保つ接地電極６を溶接している。なお、円形胴部４ｄの下端面にはスナップリング４ｇを備えている。

次に、図１（ｂ）に示すように絶縁部材３は、中央部に大径の第１円柱部３ｃと、それに続いて上方部に中径の第２円柱部３ｄ並びに、第１円柱部３ｃの下方に中径の第３円柱部３ｅと下端部３ｂに小径の円柱部などを一体に形成し、各円柱部の中心部に中心電極２の挿入孔３ｆを設けている。この絶縁部材３はセラミック（陶器）製の絶縁碍子で、下端部３ｂの外周（太線部分）に、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤Ｈを塗装もしくは、接着で固着している。塗装用の塗料として、前記粉末剤に５０％以上の割合で混合するウレタン塗料や、無機質塗料並びに、有機無機複合塗料など耐熱性の塗料を使用している。なお、接着する場合は高分子で耐熱性の粘着剤を添加している。このような塗装もしくは、接着による固着以外に、絶縁部材３を、セラミック製の絶縁碍子の素材にトリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤（Ｈ）を混入して焼成することができる。

続いて、上述した点火栓１をガソリンエンジンに適用する場合の構成について説明する。図２に４サイクルエンジンの１例を示しており、そのエンジン７においてシリンダ８の内部８ａにピストン９が挿入され、そのピストン９の上死点の位置においてピストンの上面９ａと、シリンダヘッド１０の下面１０ａとの間に囲まれて燃焼室１１が形成されている。そして、この燃焼室に臨むように点火栓１の雄ネジ部４ｅが、シリンダヘッド１０の雌ネジ部１０ｂにスナップリング４ｇを介して締結されている。また、燃焼室１１には、吸気弁１２、排気弁１３の弁座１２ａ、１３ａが設けられ、これらの弁座を介して吸気通路１４と排気通路１５が通じており、吸気通路１４にはその上流側に吸気管１４ａとキャブレター１６並びに、エアクリーナ１７などを、排気通路１５の下流側には不図示の排気管とマフラーなどがそれぞれ設けられている。なお、図２（ａ）に示すように、シリンダ８にはクランクケース１８が繋がって設けられており、クランクケースに支持されたたクランクシャフト１９とピストン９とはコンロッド２０を介して連結されている。

次に、図３に２サイクルエンジンの１例を示しており、そのエンジン２１においてシリンダ２２の内部２２ａにピストン２３が挿入され、そのピストン２３の上死点の位置においてピストンの上面２３ａと、シリンダヘッド２４の下面２４ａとの間に囲まれて燃焼室２５が形成されている。そして、この燃焼室に臨むように図１（ａ）に示す点火栓１の雄ネジ部４ｅが、スナップリング４ｇを介してシリンダヘッド２４の雌ネジ部２４ｂに締結されている。

シリンダ２２にはクランクケース２６が繋がって設けられており、そのクランクケースには混合気をクランクケース内部２６ａに通す吸気通路２６ｂが設けられている。また、混合気をクランクケース内部からシリンダの内部２２ａに供給するための掃気通路２２ｂと、混合気の燃焼後の排気ガスを排出する排気通路２２ｃとを、それぞれ対向してシリンダ２２に設けられている。更に、吸気通路２６ｂには端部にリードバルブ２７を備え、図２（ａ）の４サイクルエンジンと同様に吸気管（１４ａ）、キャブレター（１６）、エアクリーナ（１７）などが上流側に設けられ、排気通路２２ｃの下流側には不図示の排気管とマフラーなどが設けられている。なお、図３に示すように、クランクケース２６にはクランクシャフト２８が支持されており、ピストン２３とはコンロッド２９を介して連結されている。

以上のような４サイクルエンジン７並びに、２サイクルエンジン２１に、上述した点火栓１を適用した場合の作用について以下に説明する。

ここで、点火栓１は、図１（ｂ）で説明したように絶縁部材３の下端部外周３ｂに、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤Ｈを固着したものまたは、絶縁部材の絶縁碍子の素材に前記粉末剤を混入して焼成したもので、いずれも前記粉末剤が絶縁部材に含まれているものである。

図２に示すように、４サイクルエンジン７では吸入行程時にピストン９が下降し、吸入空気（外気）が所定の流速でエアクリーナ１７に入り、キャブレター１６を通過する際に燃料（ガソリン）と混合して混合気（混合ガス）Ｍ１となり、吸気弁１２が開くとともに吸気通路１４から混合気Ｍ１がシリンダ内部８ａに流入する。流入した混合気は瞬時に燃焼室１１から点火栓１に形成された環状の空間部５に入り、前記粉末剤Ｈが含まれている絶縁部材下端部外周３ｂに触れる。そのことにより、混合気中の空気に含まれている酸素分子Ａが、前記粉末剤Ｈから放射される電磁波α線とβ線に直接触れることによりイオン化（クラスター化）して活性化される。そして、酸素分子Ａは、空気に含まれている窒素分子Ｂと分子状に細分化され燃料分子Ｃと緊密に接触し、その混合気Ｍ２がピストン９の上昇にともない次第に燃焼室１１の内部で圧縮される。このとき吸気弁１２は閉じ、所定の点火時期に点火栓１の着火によって完全に燃焼（爆発）する。燃焼した排気ガスは、排気行程で排気弁１３が開くことにより排出され、排気通路１５から不図示の排気管とマフラーを介して外部に放出される。

次に図３に示すように２サイクルエンジン２１では、ピストン２３が上昇するときが吸入行程で、リードバルブ２７が開かれて、上述した４サイクルエンジン７と同様の経路で、混合気Ｍ１が吸気通路２６ｂからクランクケース内部２６ａに吸入される。それと同時にピストン２３の上部においては、先に掃気通路２２ｂからシリンダの内部２２ａに入っていた混合気が圧縮される。つまり、２サイクルエンジンでは、混合気の吸入と圧縮が同時に行われ、先にシリンダの内部２２ａに入った混合気は、瞬時に燃焼室２５から点火栓１に形成された環状の空間部５（図１（ａ））に入り、前記粉末剤が含まれている絶縁部材下端部外周３ｂに触れることになる。その後の混合気Ｍ２に含まれている酸素分子の活性化は、上述の４サイクルエンジンの場合と同様である。このように燃焼室２５の内部で圧縮された混合気Ｍ２は、所定の点火時期に点火栓１の着火によって完全に燃焼（爆発）する。燃焼した排気ガスは、ピストン２３の下降により排気通路２２ｃから排出され、上述した４サイクルエンジンと同様に、不図示の排気管とマフラーとを介して外部に放出される。ピストン２３が更に下降することにより、クランクケース内部２６ａの混合気Ｍ１は掃気通路２２ｂからシリンダ内部２２ａに噴出され、爆発と掃気が同時に行われる。

以上のように、絶縁部材３にトリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤Ｈ、（Ｈ）を含む点火栓１を、エンジン７、２１の燃焼室１１、２５に臨むように配設したので、空気と燃料（ガソリン）との混合気Ｍ１がシリンダ内部８ａ、２２ａに流入する瞬間に点火栓１の絶縁部材に直接触れ、混合気Ｍ１の空気に含まれている酸素分子が活性化する。混合気Ｍ１は、酸素分子Ａと燃料分子Ｃとが緊密に接触した混合気Ｍ２となり、点火栓１の着火によって完全燃焼する。したがって、従来の空気を活性化する手段に比べ、混合気Ｍ２は活性度が低下しないうちに完全燃焼するので、燃焼効率の改善を有効に発揮することができる。そして、混合気Ｍ２の爆発力が増加してエンジンの出力が高まり、燃料消費量が減少し、燃焼したあとの排気ガスからは、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などの有害物質を排出することがない。

なお、本実施の形態において、吸気経路にキャブレターを設けたが、これに替えてフューエルインジェクション（燃料直接噴射装置）を適用してもよい。

図１（ａ）は本発明の実施に係る点火栓の概略側面図で一部断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の点火栓の絶縁部材の断面図をそれぞれ示す。 図２（ａ）は本発明の実施に係る４サイクルエンジンの概略断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の点火栓取付部拡大図をそれぞれ示す。 本発明の実施に係る２サイクルエンジンの概略断面図を示す。

符号の説明

１ 点火栓
２ 中心電極
２ａ 中心電極の接続端子
３ 絶縁部材
３ｂ 絶縁部材下端部外周
４ ハウジング
４ｆ ハウジング下端部内周
５ 環状の空間部
７、２１ エンジン
８、２２ シリンダ
９、２３ ピストン
１０、２４ シリンダヘッド
１０ａ、２４ａ シリンダヘッドの下面
１１、２５ 燃焼室
Ｈ、（Ｈ） トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤

Claims (3)

1. 頭部に接続端子を有する中心電極が絶縁部材で包囲され、その絶縁部材のほぼ下半分が筒状のハウジング内に固定され、そのハウジング下端部内周と前記絶縁部材下端部外周との間に環状の空間部が形成され、エンジンの燃焼室内で圧縮された混合気に高電圧で火花を飛ばす点火栓において、
   前記絶縁部材下端部外周に、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を固着したことを特徴とする点火栓。
2. 頭部に接続端子を有する中心電極が絶縁部材で包囲され、その絶縁部材のほぼ下半分が筒状のハウジング内に固定され、そのハウジング下端部内周と前記絶縁部材下端部外周との間に環状の空間部が形成され、エンジンの燃焼室内で圧縮された混合気に高電圧で火花を飛ばす点火栓において、
   前記絶縁部材が、絶縁碍子の素材にトリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を混入して焼成したことを特徴とする点火栓。
3. シリンダ内に挿入されたピストンと、そのピストンの上死点における上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、その燃焼室内で混合気に火花を飛ばす点火栓とを備えたエンジンにおいて、
   前記点火栓は、トリュウムを含有する希土類金属を主成分とする天然鉱石の粉末剤を含む絶縁部材を有し、前記燃焼室に臨むように前記シリンダヘッドに配設したことを特徴とするエンジン。

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