JP2007273412A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、インジェクタから中心電極向かう方向と延出部の延出方向とが直交するように接地電極が配置された場合と、インジェクタと中心電極との間に接地電極が配置された場合とにおいて安定した成層希薄燃焼を実現する点火プラグを提供する。
【解決手段】点火プラグ５０の接地電極５３は、プラグ本体５１から中心電極５２の先端側に延びる本体部５７と、プラグ本体５１の軸心線方向Ｄを横切る方向Ｅに沿って本体部５７の先端５７ｂから延びる延出部５８とを備える。本体部５７は、プラグ本体５１に接続される基部分５７ａよりも先端５７ｂが中心電極５２側に位置するように傾斜し、かつ、中心電極５２から本体部５７に向かう方向に本体部５７を貫通する貫通孔６０が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば筒内直噴型火花点火式内燃機関に用いられる点火プラグに関する。

従来、自動車のガソリンエンジンに用いられる点火プラグの構造として、１つの中心電極と、中心電極の周囲に配置されるとともに中心電極との間で火花放電が行われる接地電極を１つ備える構造がある。

接地電極は、一般に、点火プラグの軸心線方向に略沿って延びる本体部と、当該本体部の先端から点火プラグの軸心線方向を横切る方向に突出する延出部とを有している。そして中心電極と延出部との間で火花放電が行われる。

インジェクタを用いて燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直噴型の火花点火式内燃機関において、インジェクタが点火プラグに向かって燃料を直接的に噴射するスプレーガイド式のエンジンでは、圧縮行程に噴射した燃料の一部が，直接中心電極に到達・気化することに加え、残りの一部の燃料が，高温の接地電極にぶつかることによって拡散／空気との混合／気化が促進され、中心電極の周囲に滞留して混合気を形成する。そして、この混合気に点火して燃料を燃焼する。これにより，点火プラグの周辺を理論空燃比近傍とし，燃焼室全体では極めてリーンな空燃比での燃焼，所謂成層希薄燃焼を実現する。

しかしながら、インジェクタから噴射された燃料の一部を延出部の側面で受けるように点火プラグが配置される場合、言い換えると、インジェクタから中心電極に向かう方向と延出部の延出方向とが略直交するように点火プラグが配置されると、中心電極の周囲に混合気が過剰に滞留する傾向にある。

つまり、延出部と中心電極との間では火花放電が行われるので、延出部は、プラグ本体の軸心線方向に中心電極と略向かい合う位置まで延びている。それゆえ、延出部は、比較的長くなるので、延出部の側面も大きくなる傾向にある。

この結果、インジェクタから噴射された燃料の一部を延出部の側面で受けるように点火プラグが配置されると、延出部の側面で受ける燃料の量が多くなり、それゆえ、中心電極の周囲に混合気が過剰に滞留する傾向にある。

中心電極の周囲に過剰に滞留する混合気は、点火プラグのくすぶりの原因となるので、中心電極の周囲に混合気が過剰に滞留することは好ましくない。

このため、本体部を中心電極側に傾斜させることによって、延出部の長さを短くしても延出部が点火プラグ本体の軸心線方向い中心電極と略向かい合う位置に配置されるようにする点火プラグが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
実開平２―３２６９２号公報

しかしながら、一般に点火プラグはねじ込み式であるので、インジェクタに対する接地電極の位置を制御することは難しい。つまり、点火プラグをシリンダヘッドなどに固定する場合、点火プラグをシリンダヘッドにねじ込むが、特許文献１に開示されているように１つの接地電極を備える点火プラグでは、接地電極の位置はシリンダヘッドに対する点火プラグの回転具合に左右されるので、その位置を制御することは難しく、それゆえ、接地電極がインジェクタと中心電極との間に配置されることがある。

接地電極が中心電極とインジェクタとの間に配置されると、インジェクタから噴射される燃料は接地電極にぶつかって拡散されて空気との混合が促進されるものの、混合気は、接地電極にさえぎられて中心電極に周囲に滞留しにくくなる傾向にある。

安定した成層希薄燃焼を実現するためには、中心電極の周囲に燃料が滞留している必要があるので、接地電極がインジェクタと中心電極との間に配置されると、燃料を安定して燃焼することが難しくなる。

したがって、本発明の目的は、インジェクタから中心電極へ向かう方向と延出部の延出方向とが直交するように接地電極が配置された場合と、インジェクタと中心電極との間に接地電極が配置された場合とにおいて安定した成層希薄燃焼を実現する点火プラグを提供することにある。

本発明の点火プラグは、プラグ本体と、前記プラグ本体に設けられる中心電極と、前記プラグ本体において前記中心電極の周りに設けられて前記中心電極との間で火花放電が行われる接地電極とを備えて燃料を噴射するインジェクタが設けられる燃焼室内に設置される。前記接地電極は、前記プラグ本体から前記中心電極の先端側に延びる本体部と、前記プラグ本体の軸心線方向を横切る方向に沿って前記本体部の先端から延びる延出部とを備える。前記本体部は、前記プラグ本体に接続される基部分よりも先端が前記中心電極側に位置するように傾斜し、かつ、前記中心電極から前記本体部に向かう方向に前記本体部を貫通する貫通孔が形成される。

この構造によれば、本体部が傾斜することによって延出部の長さを短くすることができるので、インジェクタから中心電極へ向かう方向と延出部が延びる方向とが互いに略直交するように接地電極が配置された場合、インジェクタより噴射される燃料のうち延出部の側面にぶつかる量が少なくなる。

さらに、本体部がインジェクタと中心電極との間に配置された場合、インジェクタから噴射された燃料の一部は、貫通孔を通って中心電極まで到達するようになる。

本発明の好ましい形態では、前記本体部において前記中心電極の周方向を横切る両側面は、各々前記中心電極から離れるにしたがい、前記他方の側面側に傾斜する。

この構造によれば、点火プラグが燃焼室内に配置された際に、点火プラグの姿勢が、本体部が中心電極を挟んでインジェクタに対して反対側に位置する姿勢からインジェクタ側にプラグ本体の軸心線回りに略９０度回転した姿勢であっても、インジェクタから噴射された燃料は、傾斜する側面にぶつかるとともに当該側面に沿って中心電極から離れる方向に導かれる。

本発明によれば、インジェクタから中心電極へ向かう方向と延出部の延出方向とが直交するように接地電極が配置された場合と、インジェクタと中心電極との間に接地電極が配置された場合とにおいて安定した希薄成層燃焼を実現できる。

本発明の一実施形態に係る点火プラグを、図１〜４を用いて説明する。本実施形態の点火プラグ５０は、例えば、自動車のレシプロ式ガソリンエンジン２０に用いられる。エンジン２０は、多気筒エンジンである。また、エンジン２０は、筒内直噴型火花点火式内燃機関である。

図１は、エンジン２０の1つの燃焼室３０の近傍の断面図を示している。図１に示すように、エンジン２０は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、などを備えている。

シリンダブロック２１には、複数のシリンダ２３が形成されている。シリンダ２３には、ピストン２４が収容されている。ピストン２４は、図示しないコンロッドを介してクランクシャフトに連結されている。ピストン２４は、燃焼ガスの圧力エネルギを受けてシリンダ２３内を往復動する。クランクシャフトは、ピストン２４の往復動によって、回転する。シリンダブロック２１において、シリンダ２３の近傍には、ウォータージャケット２５が形成されている。ウォータージャケット２５内には、冷却水が流動している。

シリンダヘッド２２は、シリンダブロック２１の上端面２１ａに固定されている。シリンダヘッド２２において、シリンダ２３と重なる部位には、燃焼凹部２２ｂが形成されている。燃焼凹部２２ｂは、例えば屋根型である。燃焼凹部２２ｂは、上端面２１ａに開口するシリンダ２３の開口を覆っている。

燃焼凹部２２ｂと、ピストン２４の外面と、シリンダ２３の内面とによって規定される空間は、燃焼室３０となっている。

シリンダヘッド２２には、吸気通路２６と排気通路２７とが形成されている。吸気通路２６の一端は、燃焼凹部２２ｂ内に開口している。吸気通路２６において燃焼凹部２２ｂ側の開口端は、吸気口２６ａになっている。吸気口２６ａには、吸気バルブ２８が設けられている。

排気通路２７の一端は、燃焼凹部２２ｂ内に開口している。排気通路２７において燃焼凹部２２ｂ側の開口端は、排気口２７ａになっている。排気口２７ａには、排気バルブ２９が設けられている。

シリンダヘッド２２には、燃料を噴射するインジェクタ４０と、点火プラグ５０とが設けられている。

インジェクタ４０は、燃料を噴射する噴射口４１を有している。インジェクタ４０は、噴射口４１が燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃの近傍から燃焼凹部２２ｂ内に臨むように、シリンダヘッド２２の頂点部分２２ｃの近傍に取り付けられている。

点火プラグ５０は、燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃの近傍において、インジェクタ４０を避けた位置に取り付けられている。具体的には、点火プラグ５０は、インジェクタ４０に対して、図中右にずれた位置の傾斜部分２２ｅから燃焼室３０内に臨むように取り付けられている。

点火プラグ５０は、プラグ本体５１と、１つの中心電極５２と、１つの接地電極５３とを備えている。

プラグ本体５１は、点火プラグ５０において当該点火プラグ５０が固定される相手部材例えばシリンダヘッド２２などに支持される部分の概念である。プラグ本体５１は、略円柱状である。プラグ本体５１は、例えば、プラグハウジング５４や図示しない中軸や碍子５５などを備えている。中軸は、プラグハウジング５４内に収容される。中軸は、プラグハウジング５４内に電流を導く。碍子５５は、プラグハウジング５４内に収容されるとともに、一部がプラグハウジング５４の一端から出ている。

プラグ本体５１の先端側の周面には、ねじ部５６が形成されている。ねじ部５６には、雄ねじが形成されている。シリンダヘッド２２において点火プラグ５０が固定される部位には、ねじ部５６と螺合するように、雌ねじ部２２ｄが形成されている。雌ねじ部２２ｄには、雌ねじが形成されている。ねじ部５６が雌ねじ部２２ｄに螺合することによって、点火プラグ５０は、シリンダヘッド２２に固定される。

図２は、燃焼凹部２２ｂにおいてプラグ本体５１の先端側の周囲を拡大して示す断面図である。図２に示すように、中心電極５２は、プラグ本体５１内に収容されており、プラグ本体５１の軸線Ｃ上に配置されている。中心電極５２は、碍子５５によって囲まれている。

上記したように、点火プラグ５０が屋根型である燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃを避けた位置（傾斜部分２２ｅ）に取り付けられていることにともない、中心電極５２は、インジェクタ４０の噴射口４１よりも燃焼室３０の内側に位置するようになる。

接地電極５３は、プラグ本体５１の先端において中心電極５２の周囲に設置されている。接地電極５３は、本体部５７と延出部５８とを有している。

本体部５７の基部分５７ａは、プラグ本体５１に接続される。本体部５７は、直線状であって、基部分５７ａよりも先端５７ｂが中心電極５２側に位置するように、基部分５７ａから先端５７ｂにかけて中心電極５２側に傾斜している。それゆえ、本体部５７において中心電極５２と向かい合う内面６１は、先端５７ｂ側が中心電極５２側に位置するように傾斜している。

図３は、接地電極５３の本体部５７の背面５７ｃが見えるよう示す点火プラグ５０の側面図である。図３に示すように、本体部５７には、中心電極５２から本体部５７に向かう方向に当該本体部５７を貫通する貫通孔６０が形成されている。貫通孔６０は、本体部５７の基部分５７ａから本体部５７の先端５７ｂに向かって延びている。

図２に示すように、延出部５８は、本体部５７の先端５７ｂから軸心線方向Ｄを横切る方向例えば軸心線方向Ｄを略垂直に横切る方向Ｅに、軸心線方向Ｄに中心電極５２の先端５２ａと向かい合うように延びている。つまり、延出部５８の延出方向は、Ｅとなる。

なお、上記したように本体部５７が傾斜しているので、本体部５７の先端５７ｂは、本体部５７が軸心線方向Ｄに対して略平行である場合に比べて、中心電極５２側に位置している。それゆえ、本体部５７の先端５７ｂが中心電極５２側にシフトした分、延出部５８の長さは短くなる。

つぎに、点火プラグ５０の動作を説明する。まず、図４に示すように、インジェクタ４０の噴射口４１から中心電極５２に向かう方向Ｘと延出部５８の延出方向Ｅとが互いに直交するように接地電極５３が配置される場合における点火プラグ５０の動作を説明する。インジェクタ４０は、スプレーガイド式であって燃料をコーン状に噴射するとともに、燃料の一部が中心電極５２に向かうように調整されている。

図４は、シリンダ２３側からインジェクタ４０と点火プラグ５０とを見た状態を示す斜視図である。図４では、吸気バルブ２８や排気バルブ２９などの部品は、省略されている。図４は、延出部５８の延出方向Ｅがインジェクタ４０の噴射口４１から中心電極５２へ向かう方向Ｘに対して略直交するように点火プラグ５０が配置された状態を示している。

図４に示すように、延出部５８の延出方向Ｅがインジェクタ４０の噴射口４１から中心電極５２へ向かう方向Ｘに対して略直交するように点火プラグ５０が配置された場合、インジェクタ４０の噴射口４１から噴射された燃料のうち一部Ｆ１は、延出部５８の側面５８ａにぶつかる。なお、図中、一部Ｆ１にはハッチングを施して示している。それゆえ、このハッチングは、断面を表すものではない。

燃料の一部Ｆ１は、側面５８ａにぶつかることによって拡散され、空気との混合／気化が促進されて中心電極５２の周囲に滞留する。このとき、延出部５８の長さが比較的短いので、燃料のうち側面５８ａにぶつかる量は少なくなり、それゆえ、中心電極５２の周囲に滞留する混合気の量も比較的すくなくなる。

つぎに、接地電極５３がインジェクタ４０と中心電極５２との間に配置される場合における点火プラグ５０の動作を説明する。図２，３に示すように、インジェクタ４０の噴射口４１から噴射された燃料のうち一部Ｆ１は、本体部５７の背面５７ｃ（本体部５７において中心電極５２に対して反対側の面）にぶつかり、拡散されて空気と混合された混合気Ｍ（２点鎖線で示す）となり、貫通孔６０を通過して中心電極５２の周囲に滞留する。なお、一部Ｆ１には、ハッチングが施されている。それゆえ、このハッチングは、本体部５７の断面を示すものではない。

また、本体部５７の内面６１が傾斜することによってコアンダ効果が発生し、混合気Ｍのうち貫通孔６０を通過した一部は、本体部５７の内面６１と延出部５８の内面６１（中心電極５２側の面）に沿って中心電極５２に導かれる。それゆえ、貫通孔６０を小さくしても混合気が中心電極５２の周囲に導かれ充分滞留するようになる。

この構造によれば、延出部５８の延出方向Ｅがインジェクタ４０の噴射口４１から中心電極５２へ向かう方向Ｘに対して略直交するように点火プラグ５０が配置された場合であっても、中心電極５２の周囲に混合気が過剰に滞留することを抑制することができるので、点火プラグのくすぶりを抑制し，安定した成層希薄燃焼を実現できる。

また、接地電極５３がインジェクタ４０と中心電極５２との間に配置される場合であっても、混合気Ｍが貫通孔６０を通って中心電極５２の周囲まで到達するので、安定した成層希薄燃焼を実現できる。

さらに、コアンダ効果を利用することによって貫通孔６０を小さくすることができるので、本体部５７の表面積を小さくすることができる。混合気Ｍが燃焼して生じる火炎は、本体部５７に接触する。本体部５７の表面積が小さくなることによって、火炎における接地電極５３との接触範囲が減少する。それゆえ、火炎の温度低下が抑制されるので火炎が効率よく成長するようになり、燃料が安定して燃焼されるようになる。

つぎに、本発明の第２の実施形態に係る点火プラグを、図５を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様な機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、接地電極５３の本体部５７の形状が第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同様であってよい。上記異なる点について具体的に説明する。

図５は、本実施形態の点火プラグ５０が、インジェクタ４０の噴射口４１から中心電極５２に向かう方向Ｘと延出部５８の延出方向Ｅとが互いに直交するように燃焼室３０内に設置された状態を、軸心線Ｄ方向に沿ってシリンダ２３側から見ている。

図５に示すように、本体部５７において、中心電極５２の周方向Ｙを横切る側面１００，１０１は、互いに中心電極５２から離れるにしたがい相手側の側面に向かって傾斜している。つまり、側面１００は、中心電極５２から離れるにしたがい側面１０１側に向かって傾斜する。側面１０１は、中心電極５２から離れるにしたがい側面１００側に向かって傾斜する。

本実施形態では、点火プラグ５０がインジェクタ４０の噴射口４１から中心電極５２に向かう方向Ｘと延出部５８の延出方向Ｅとが互いに直交するように燃焼室３０内に設置された場合では、図に示すように、噴射口４１から噴射された燃料のうち一部Ｆ１は、本体部５７の側面１０１にぶつかるとともに、側面１０１が傾斜していることにともなって、図中矢印で示すように中心電極５２から離れる方向に導かれる。

その結果、第１の実施形態と同様な効果を得るとともに、点火プラグ５０がインジェクタ４０の噴射口４１から中心電極５２に向かう方向Ｘと延出部５８の延出方向Ｅとが互いに直交するように燃焼室３０内に設置された場合では、中心電極５２の周囲に滞留する混合気の量も比較的少なくなる。なお、点火プラグ５０が図５の位置から１８０度回転した場合では、一部Ｆ１は、側面１００にぶつかるので、上記した効果と同様の効果を得ることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが，本発明の形態はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では燃料をコーン状に噴射しているが，コーン状でなくても良い。

本発明の一実施形態に係る点火プラグを備えるエンジンの1つの燃焼室の近傍を示す断面図。 図１に示される燃焼凹部においてプラグ本体の先端側の周囲を拡大して示す断面図。 図１に示される接地電極の本体部の背面が見えるよう示す点火プラグの側面図。 図１に示されるシリンダ側からインジェクタと点火プラグとを見た状態を示す斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る点火プラグに向かって燃料が噴射した状態を示す平面図。

符号の説明

５０…点火プラグ、５１…点火プラグ本体、５２…中心電極、５２ａ…先端、５３…設置電極、５７…本体部、５７ａ…基部分、５７ｂ…先端、５８…延出部、６０…貫通孔、１００…側面、１０１…側面、Ｄ…軸心線方向、Ｙ…周方向。

Claims (2)

1. プラグ本体と、
   前記プラグ本体に設けられる中心電極と、
   前記プラグ本体において前記中心電極の周りに設けられて前記中心電極との間で火花放電が行われる接地電極と
   を具備して燃料を噴射するインジェクタが設けられる燃焼室内に設置される点火プラグであって、
   前記接地電極は、
   前記プラグ本体から前記中心電極の先端側に延びる本体部と、
   前記プラグ本体の軸心線方向を横切る方向に沿って前記本体部の先端から前記中心電極側に延びる延出部と
   を具備し、
   前記本体部は、前記プラグ本体に接続される基部分よりも先端が前記中心電極側に位置するように傾斜し、かつ、前記中心電極から前記本体部に向かう方向に前記本体部を貫通する貫通孔が形成されることを特徴とする点火プラグ。
2. 前記本体部において前記中心電極の周方向を横切る両側面は、各々前記中心電極から離れるにしたがい、他方の側面側に傾斜することを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。

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