JP2008218204A - Multi-point ignition plug - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数の点火ギャップを有する多点点火プラグに関する。 The present invention relates to a multipoint spark plug having a plurality of spark gaps.
高い燃焼速度が必要とされる超高速エンジンや、着火が不安定なことに加え火花伝播速度が遅いリーンバーンエンジンでは、確実な着火と初期火炎伝播速度の増大が必須である。 In an ultra-high speed engine that requires a high combustion rate, or a lean burn engine that has a slow spark propagation speed in addition to unstable ignition, it is essential to ensure ignition and increase the initial flame propagation speed.
この点に関し、特開2006-140072公報は、先端に複数の点火電極を配置し、複数の点火電極が点火ギャップを隔てて電気的に直列に接続されるようにした点火プラグを開示しており、この点火プラグを用いれば、混合気を複数の点火ギャップから同時に点火し、着火性を向上させるとともに高速燃焼を実現することができる。 In this regard, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-140072 discloses an ignition plug in which a plurality of ignition electrodes are arranged at the tip, and the plurality of ignition electrodes are electrically connected in series with an ignition gap therebetween. If this spark plug is used, the air-fuel mixture can be simultaneously ignited from a plurality of ignition gaps to improve the ignitability and realize high-speed combustion.
しかしながら、上記構成の点火プラグでは、複数の点火ギャップから同時に放電させる構成であるため、ブレークダウン電圧が高く、容量の大きな点火コイルが必要になるという問題があった。 However, since the spark plug having the above-described configuration is configured to discharge simultaneously from a plurality of ignition gaps, there is a problem that an ignition coil having a high breakdown voltage and a large capacity is required.
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、複数の点火ギャップを有する多点点火プラグにおいて、ブレークダウン電圧を下げることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a technical problem, and an object of the present invention is to lower a breakdown voltage in a multipoint ignition plug having a plurality of ignition gaps.
本発明に係る多点点火プラグは、ターミナルと、前記ターミナルと電気的に接続される主導体と、前記主導体を内部に保持する碍子部と、前記碍子部の先端部に外嵌される本体金具と、前記主導体に電気的に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するプラス電極と、一部が前記碍子部の内部に保持され、残りの部分が前記碍子部の先端から露出する1または2以上の中間電極と、前記本体金具に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するアース電極と、を備える。 A multipoint spark plug according to the present invention includes a terminal, a main conductor electrically connected to the terminal, a lever portion that holds the main conductor inside, and a main body that is externally fitted to a tip portion of the lever portion. A metal fitting, a positive electrode that is electrically connected to the main conductor and exposed from the tip of the lever portion, a part is held inside the lever portion, and the remaining portion is exposed from the tip of the lever portion One or two or more intermediate electrodes, and a ground electrode connected to the main body metal fitting and exposed from the tip of the insulator part.
そして、少なくとも前記プラス電極と前記中間電極の間に形成される点火ギャップと前記中間電極と前記アース電極の間に形成される点火ギャップが前記プラス電極、前記中間電極及び前記アース電極を介して電気的に直列に接続され、前記中間電極の前記碍子部に保持される部分が前記碍子部の一部を挟んで前記本体金具と対向することで前記中間電極と前記本体金具の間にコンデンサが形成される。 An ignition gap formed between at least the positive electrode and the intermediate electrode and an ignition gap formed between the intermediate electrode and the ground electrode are electrically connected via the positive electrode, the intermediate electrode, and the ground electrode. Are connected in series, and a portion of the intermediate electrode held by the insulator portion is opposed to the body metal fitting with a part of the insulator portion interposed therebetween, thereby forming a capacitor between the intermediate electrode and the body metal fitting. Is done.
本発明に係る多点点火プラグでは、一回の通電で全ての点火ギャップで放電が起こるが、ブレークダウン電圧は、各点火ギャップの隙間の総和に等しい単一の点火ギャップから放電を起こさせるのに必要な電圧よりも低くなる。 In the multi-point spark plug according to the present invention, discharge occurs in all ignition gaps by one energization, but the breakdown voltage causes discharge from a single ignition gap equal to the sum of the gaps of each ignition gap. The voltage is lower than that required for
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1(a)は本発明に係る点火プラグ1の部分断面図、図1(b)は点火プラグ1の先端面を示す底面図、図2は図1(b)のX矢視図である。
1A is a partial cross-sectional view of a
点火プラグ1は、ターミナル2と、ターミナル2に電気的に接続しプラグ軸方向に伸びる主導体3a、3bと、主導体3a、3bとほぼ同径の穴を有しその内部に主導体3a、3bを保持する碍子部4と、碍子部4の下側半分に外嵌される本体金具5と、碍子部4に保持されるプラス電極6及び3つの中間電極7a〜7cと、本体金具5の下端に接続するアース電極8と、本体金具5に外嵌されるガスケット9とを備える。主導体3a、3bの間には5kΩ程度の電気抵抗体10が介装される。電気抵抗体10は点火プラグ1の放電時に発生する電波ノイズを抑えるためのものである。
The
本体金具5の外周には六角部5aと螺子部5bが形成される。点火プラグ1は、六角部5aにプラグレンチを装着し、シリンダヘッドに形成されたプラグ穴にねじ込むことでシリンダヘッドに取り付けられる。図3は点火プラグ1を燃焼室一つにつき2つの吸気弁11と2つの排気弁12を備えた4バルブエンジンに取り付けた場合を示す。この図に示すように点火プラグ1は燃焼室のできるだけ中心に配置するのが、燃焼室周縁部までの火炎の伝播距離を小さくするのに有利である。
A
点火プラグ1の先端からは、プラス電極6、3つの中間電極7a〜7c及びアース電極8が突出している。プラス電極6とプラス電極6に最も近い中間電極7aの間、各中間電極7a〜7cの間、アース電極8に最も近い中間電極7cとアース電極8の間には、それぞれ点火ギャップ13a〜13dが形成される。各電極は各点火ギャップ13a〜13dを介して電気的に直列に接続され、各点火ギャップ13a〜13dは点火プラグ1の中心軸を中心とする同一円周上に等間隔で配置される。
From the tip of the
各点火ギャップ13a〜13dの間隔は、好ましくはアース電極8に近い下流側の点火ギャップほど大きくなるようにする。これにより、プラス電極6からはプラス電極6に最も近い中間電極7aに放電しやすくなり、プラス電極6から本体金具5やアース電極8への放電(リーク)を抑えることができる。
The interval between the
なお、この例ではプラス電極6、中間電極7a〜7c及びアース電極8の下端全体を露出させているが、各電極の下端全体を露出させる必要はなく、各電極の下端のうち少なくとも放電部となる部位のみが露出していればよい。
In this example, the entire lower ends of the plus
また、点火プラグ1の先端面1aの中央には熱価調整用の窪み14が形成されている。この窪み14の深さを浅くすれば点火プラグ1の熱はけがよくなり、点火プラグ1の熱価を高く、すなわち冷え型にすることができる。逆に、窪み14の深さを深くすれば、燃焼ガスにさらされる面積が増大して熱価が低くなり、カーボンが点火ギャップ13a〜13dに溜まり難い焼け型にすることができる。
Further, a
碍子部4と本体金具5は、本体金具5の上縁部5cをかしめることで結合される。本体金具5と碍子部4の間には緩衝性のあるシール部材16a〜16c、スペーサ17が介装されており、燃焼ガスが点火プラグ1内の隙間を通って外部に漏れるのを防止する。
The insulator part 4 and the main
本体金具5の六角部5aと螺子部5bの間には本体金具5の外周面をプラグ軸方向に湾曲させた湾曲部5dが設けられる。湾曲部5dは本体金具5の軸方向長さを調整するものであるが、上縁部5cのかしめ力が強すぎる場合はこの湾曲部5dをかしめることで、上縁部5cのかしめ力を緩和することができる。
Between the
碍子部4は、図4に示す本体碍子4aと、図5に示すように上下が開放した円筒状碍子4bを組み合わせて構成される。本体碍子4aは、胴部41aと、胴部41aの上に接続する頭部41bと、胴部41aの下に接続する脚部41cからなる。頭部41bには碍子部4の表面を伝って起こる放電を防止するためのコルゲーション43が形成されている(図1参照)。脚部41cは胴部41aよりも径が小さく、円筒状碍子42の内径とほぼ同径の丸棒状である。脚部41cを円筒状碍子42の内側に挿入して本体碍子41と円筒状碍子42を組み合わせると、脚部41cの下面は円筒状碍子42の下側開口から露出し、点火プラグ1の先端面1aを構成する。
The lever portion 4 is configured by combining a main body lever 4a shown in FIG. 4 and a cylindrical lever 4b whose upper and lower sides are opened as shown in FIG. The main body insulator 4a includes a
脚部41cの外周面には先端側から軸方向に延びる4本の電極保持溝44、45a〜45cが等間隔に形成される。電極保持溝44は他の電極保持溝45a〜45cよりも長く、脚部41cの軸方向中央まで延びており、脚部41cの軸方向中央に形成された径方向に伸びる横穴46に接続する。横穴46は本体碍子41の中央を軸方向に伸びる主導体3a、3bの保持用の穴47に接続する。残りの3つの電極保持溝45a〜45cは、脚部41cの下から1/4ほどの位置まで延び、脚部41cの途中の外周面に形成される円形凹部48に接続する。
Four
プラス電極6は図6に示すように、プラグ軸方向に延びる電極本体61と、電極本体61の上端から電極本体に対して直角方向に伸びる係止部62からなる。係止部62は上側が平坦の半円断面である。プラス電極6は、ニッケルを多く含んだ耐熱合金でできており、放電部となる電極本体61の先端部63には白金やイリジウムが溶着される。先端部63は電極本体61に対して側方に折れ曲がっており、プラス電極6とアース電極8との最短距離を全点火ギャップ13a〜13dの間隔の総和よりも大きくすることで、プラス電極6からアース電極8にリーク(放電)が起こらないようにしている。
As shown in FIG. 6, the plus
プラス電極6は、半円断面の係止部62を脚部41cの横穴46に挿入するとともに、電極本体61を脚部41cの電極保持溝44に収装することで脚部41cに装着される。このとき、電極本体61の表面が脚部41cの外周面と同じ曲率半径で湾曲し、電極本体61が電極保持溝44の深さに等しい厚みを有するので、プラス電極6は脚部41cに隙間なく収装される。
The
中間電極7a〜7cは図7に示すように、逆T字型の電極本体71と、電極本体71の上端に接続する円形の係止部72からなる。中間電極7a〜7cもプラス電極6と同様に、ニッケルを多く含んだ耐熱合金でできており、放電部となる電極本体の先端部73の両側74a、74bには白金やイリジウムが溶着される。
As shown in FIG. 7, the
電極本体71は、本体金具5と対向するプラグ周方向に湾曲する対向面75を有する。対向面75の面積(幅、長さ)は隣接する電極との間で絶縁性が確保できる範囲でなるべく大きくし、中間電極7a〜7cと本体金具5の間に形成されるコンデンサCの容量を十分に確保する。
The
中間電極7a〜7cは、円形の係止部72を脚部41cの円形凹部48に収装するとともに、電極本体71を脚部41cの電極保持溝45a〜45cに収装することで脚部41cに装着される。電極本体71の表面が脚部41cの外周面と同じ曲率半径で湾曲し、電極本体71が電極保持溝45a〜45cの深さに等しい厚みを有するので、中間電極7a〜7cは脚部41cに隙間なく収装される。
The
プラス電極6と中間電極7a〜7cが装着された脚部41cは円筒状碍子42に挿入される。これによって、プラス電極6と中間電極7a〜7cが本体碍子41と円筒状碍子42の間に挟持され、プラス電極6と中間電極7a〜7cが碍子部4に固定される。なお、プラス電極6と中間電極7a〜7cの固定方法はこれに限らず、水ガラスのような絶縁性と耐熱性のある接着剤を用いても構わない。
The
続いて上記構成の点火プラグ1の放電時の動作について説明する。
Next, the operation at the time of discharging of the
ターミナル2には図示しないプラグコードを介して点火コイルが接続される。点火コイルからターミナル2に電圧が印加されると、主導体3a、3bを介してプラス電極6に電圧が印加され、プラス電極6に近い点火ギャップから順次放電が起こる。
An ignition coil is connected to the terminal 2 via a plug cord (not shown). When a voltage is applied from the ignition coil to the terminal 2, a voltage is applied to the
一回の通電で全ての点火ギャップ13a〜13dで放電が起こるが、このとき必要とされる電圧(ブレークダウン電圧)は、各点火ギャップ13a〜13dの隙間の総和に等しい単一の点火ギャップから放電を起こさせるのに必要な電圧よりも7割〜8割程度に低くなる。これは中間電極7a〜7cと本体金具5の間にコンデンサCが形成され(図1参照)、このコンデンサCが下流側の点火ギャップでの放電に寄与しているためと考えられる。
Discharge occurs in all the
つまり、上流側の点火ギャップで放電が起こり、下流に位置するコンデンサに電荷が流入すると、さらに下流に位置する点火ギャップの電位差が増大し、その下流に位置する点火ギャップでも放電が起こる。隣接する点火ギャップの放電は、コンデンサのチャージに要する時間に対応して微少な時間差をおいて起こるので、結果として、全点火ギャップから同時に放電させるものと比べ、ブレークダウン電圧を大幅に下げることができるのである。 That is, when a discharge occurs in the upstream ignition gap and a charge flows into the capacitor located downstream, the potential difference between the ignition gaps located further downstream increases and a discharge occurs also in the ignition gap located downstream. Since the discharge of the adjacent ignition gap occurs with a slight time difference corresponding to the time required for charging the capacitor, as a result, the breakdown voltage can be greatly reduced compared to the case where the discharge is simultaneously performed from the entire ignition gap. It can be done.
図8は上記構成の点火プラグ1を用いて燃焼室内の混合気を点火した場合に燃焼室内に火炎が広がる様子を示している。
FIG. 8 shows how a flame spreads in the combustion chamber when the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited using the
点火当初は4つの点火ギャップ13a〜13dからそれぞれ火炎が円形状(3次元で見ると球状)に発生する。このため、点火当初の火炎全体の先端面はF1で示すように角の丸い四辺形となるが、火炎が広がるにつれ火炎全体の先端面はF2、F3で示すように点火プラグ1を中心とした円形に近づいていき、最終的には円形の火炎となってほぼ一様な速度Yで燃焼室の周縁部に向けて火炎が広がっていく。
At the beginning of ignition, each of the four
これは、火炎の先端は燃料がイオン化し発光しながら激しく酸化されている部分でプラスに帯電しており、隣接する点火ギャップからの火炎の先端面が両点火ギャップの間を通る線L1、L2上で衝突すると、火炎が押し合って燃焼室の径方向外側への速度Zが生じ、全ての火炎が径方向に広がるようになるためと考えられる。 This is because the front end of the flame is positively charged at the portion where the fuel is ionized and violently oxidized while emitting light, and the front end surface of the flame from the adjacent ignition gap passes between the two ignition gaps L1, L2. It is considered that when the collision occurs, the flames are pressed against each other and a velocity Z toward the outside in the radial direction of the combustion chamber is generated, so that all the flames spread in the radial direction.
したがって、上記構成の点火プラグ1によれば、多点点火により初期火炎核の数を増やすとともに点火プラグ1から混合気に注入されるエネルギーを増大させることでき、着火性の向上と、火炎伝播速度の増大による高速燃焼を実現することができる。
Therefore, according to the
高速エンジンは、ピストン速度が限界速度を超えないようにピストンストロークが小さく設定される一方で排気量を確保するためにシリンダー径が大きく設定されるので、半径方向の火炎の伝播速度向上が高速化の条件の一つになるが、上記構成の点火プラグ1によれば高速燃焼を実現できるので、このような要求にも対応可能である。また、従来の単一の点火ギャップのみを有する点火プラグでは安定した着火が困難であった空気過剰率が2程度の超希薄混合気であっても安定した着火性を得ることができ、上記構成の点火プラグ1をリーンバーンエンジンに用いれば、リーン限界を拡大することが可能である。なお、上記構成の点火プラグ1が適用可能なエンジンは高速エンジン、リーンバーンエンジンに限らず、火花点火エンジンに広く適用できることは言うまでもない。
The high-speed engine has a small piston stroke so that the piston speed does not exceed the limit speed, while a large cylinder diameter is set to ensure the displacement, thereby improving the radial flame propagation speed. However, according to the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記構成は、本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態の構成は、以下に述べるように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な改変が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said structure has shown one of the application examples of this invention, and is not the meaning which limits the technical scope of this invention to the said structure. As described below, the configuration of the above embodiment can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、3つの中間電極7a〜7cをプラス電極6とアース電極8の間に配置することで4つの点火ギャップ13a〜13dを形成しているが、中間電極の数を増減することで2以上の任意の数の点火ギャップの形成することができる。
For example, in the above embodiment, the three
また、図9は主導体13bとプラス電極6の間にスプリング81を介装した変形例である。この構成によればスプリング81が主導体13bとプラス電極6の係止部62に押しつけられるので、主導体13bとプラス電極6とを確実に導通させることが可能になる。なお、スプリング81を電気抵抗体10に代えることも可能である。
FIG. 9 shows a modification in which a
また、図10に示すように、プラグ先端面1aからのプラス電極6、中間電極7a〜7c、アース電極8の露出量(突出高さ)を小さく、あるいは、各電極の下端を先端面1aと面一にし、各点火ギャップ13a〜13dでの放電がプラグ先端面1aに沿う沿面放電になるようにしてもよい。この構成によれば、各電極の保持強度が増し、また、点火ギャップ13a〜13dが汚損に対して強くなるので安定した着火性を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 10, the exposure amount (projection height) of the
さらに、図11に示すように、主導体13bを延長して碍子部4を貫通させ、先端面1aの中央から露出する延長部1cの下端にプラス電極6を接続し、プラス電極6の先端を中間電極7aの側方まで延ばすようにしてもよい。この構成によれば、本体碍子41に横穴46を形成する必要がなくなり、プラス電極6の形状も簡単な形状になるので、点火プラグ1の製造コストを下げるとともに、碍子部4の強度を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 11, the
ただし、図11に示した構成では、熱価調整用の窪み14を点火プラグ1の先端面1a中央に形成することができないので、従来の点火プラグ1と同様に碍子部4と本体金具5の間に窪み82を形成し、この窪み82の幅、深さを調整することで点火プラグ1の熱価を調整するようにする。このとき、窪み82の深さは中間電極7a〜7cの碍子部4に保持される部分の長さよりも短くする。これは、中間電極7a〜7cの碍子部4に保持される部分の長さよりも窪み82の深さが大きくなると、中間電極7a〜7cと本体金具5の間にコンデンサが形成されなくなり、ブレークダウン電圧を下げることができなくなるからである。
However, in the configuration shown in FIG. 11, the
1 点火プラグ
2 ターミナル
3a、3b 主導体
4 碍子部
5 本体金具
6 プラス電極
7a〜7c 中間電極
8 アース電極
C コンデンサ
13a〜13d 点火ギャップ
14 窪み
41 本体碍子
42 円筒状碍子
82 窪み
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ターミナルと電気的に接続される主導体と、
前記主導体を内部に保持する碍子部と、
前記碍子部の先端部に外嵌される本体金具と、
前記主導体に電気的に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するプラス電極と、
一部が前記碍子部の内部に保持され、残りの部分が前記碍子部の先端から露出する1または2以上の中間電極と、
前記本体金具に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するアース電極と、
を備え、少なくとも前記プラス電極と前記中間電極の間に形成される点火ギャップと前記中間電極と前記アース電極の間に形成される点火ギャップが前記プラス電極、前記中間電極及び前記アース電極を介して電気的に直列に接続され、前記中間電極の前記碍子部に保持される部分が前記碍子部の一部を挟んで前記本体金具と対向することで前記中間電極と本体金具の間にコンデンサが形成されることを特徴とする多点点火プラグ。 Terminal,
A main conductor electrically connected to the terminal;
An insulator for holding the main conductor inside;
A body fitting that is externally fitted to the distal end of the lever part;
A positive electrode electrically connected to the main conductor and exposed from the tip of the insulator,
One or more intermediate electrodes, part of which is held inside the insulator part and the remaining part is exposed from the tip of the insulator part;
A ground electrode that is connected to the body fitting and exposed from the tip of the insulator,
An ignition gap formed between at least the positive electrode and the intermediate electrode and an ignition gap formed between the intermediate electrode and the ground electrode through the positive electrode, the intermediate electrode, and the ground electrode. A capacitor is formed between the intermediate electrode and the main body metal part by being electrically connected in series and a portion held by the insulator part of the intermediate electrode facing the main body metal part with a part of the insulator part in between. A multipoint spark plug characterized by being made.
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