JP2009176503A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関用の点火プラグのくすぶり時における火炎の成長の阻害を回避する。
【解決手段】点火プラグ（１）は、先端にて一の方向に突出する中心電極（１２）と、該中心電極に前記先端の側で空間を隔てて相対向する接地電極（１３）と、中心電極の根元側における外周面を少なくとも部分的に覆うと共に、中心電極から距離を隔てた部位にて一の方向に沿う方向に突出する突起部（１４ａ）を有する碍子（１４）とを備える。くすぶり時に、突起部を介して中心電極及び接地電極間において沿面放電が起こることによって、発生した火炎の熱が周囲の部材に奪われ、成長が悪くなったり、消炎したりすることを回避することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車、自動二輪車等の車両に搭載される内燃機関用の点火プラグの技術分野に関する。

この種の点火プラグでは、中心電極及び接地電極間における正常な放電の阻害の回避が図られる。例えば、特許文献１には、点火プラグ本体から略下方へ延び出している平行接地電極に、噴射燃料の流れ方向と略反対側で絶縁碍子の外面と小隙を隔てて対向する予備接地電極を形成する技術が記載されている。特許文献２には、接地電極に中心電極における沈積物の生じる個所に対向する個所に材料突起を持たせる技術が記載されている。特許文献３には、接地電極における中心電極に近づくように傾斜した傾斜部の先端に、中心電極の軸方向に略平行に延びる直伸部を形成する技術が記載されている。

特開２００６−８５９０９号公報 特開２０００−３０８３５号公報 特開２００６−２１００３９号公報

しかしながら上述の背景技術によれば、中心電極の根元側における外周面を覆う碍子にカーボンが付着している、くすぶり時に、中心電極及び予備接地電極等間で火花放電が生じるが、中心電極及び予備接地電極等間の間隙が小さいため、該間隙で発生した火炎は周囲の部材に熱を奪われ、火炎の成長が悪くなったり、消炎したりする可能性があるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、くすぶり時における火炎の成長の阻害を回避することができる点火プラグを提供することを課題とする。

本発明の点火プラグは、上記課題を解決するために、先端にて一の方向に突出する中心電極と、該中心電極に前記先端の側で空間を隔てて相対向する接地電極と、前記中心電極の根元側における外周面を少なくとも部分的に覆うと共に、前記中心電極から距離を隔てた部位にて前記一の方向に沿う方向に突出する突起部を有する碍子とを備える。

本発明の点火プラグによれば、中心電極は、先端にて一の方向（例えば、当該点火プラグの軸方向）に突出している。接地電極は、中心電極に先端の側で空間を隔てて相対向している。碍子は、中心電極の根元側における外周面を少なくとも部分的に覆うと共に、中心電極から距離を隔てた部位にて一の方向に沿う方向に突出する突起部を有する。例えば、中心電極における碍子表面から露出して接地電極側に延びる先端部分の長さと、突出部の突出長とは、同程度とされる。

本願発明者の研究によれば、一般に、くすぶり時には、中心電極の根元側における外周面を覆う碍子に付着したカーボンを放電火花によって焼き切るために、碍子の表面に沿って放電するように（即ち、沿面放電するように）しなければならない。このため、必然的に、中心電極と該中心電極の径方向の外面に対向する位置との間隙で放電を起こす必要がある。しかしながら、前記間隙は小さいため、発生した火炎は周囲の部材に熱を奪われ、火炎の成長が悪くなったり、消炎したりする。すると、付着したカーボンを焼き切るには、複数回連続して放電する必要があるので、カーボンを焼き切っている際における、例えばエンジン等の燃焼状態が不安定になり、例えば、車両の走行状態に影響を与えたり、操縦者等に違和感を与えたりすることが判明している。

しかるに本発明では、碍子に中心電極から距離を隔てた部位にて一の方向に沿う方向に突出した突起部が形成されている。この突起部を介する中心電極及び接地電極間における沿面放電の要求電圧は、典型的には、中心電極及び碍子を外周側から支持するハウジング間における沿面放電の要求電圧より低くなるように設定されている。このため、くすぶり時に、突起部を介して中心電極及び接地電極間において沿面放電が起こる。この放電は、中心電極の径方向ではなく、中心電極が突出している一の方向に沿って起こる。即ち、放電火花の位置が、中心電極の径方向に発生する場合に比べて、当該点火プラグが設けられる燃焼室の中心に近い位置となる。加えて、発生した放電火花の周囲に、例えばハウジング等の火炎の熱を奪う部材が少ない。従って、発生した火炎の熱が周囲の部材に奪われ、成長が悪くなったり、消炎したりすることを回避することができる。

本発明の点火プラグの一態様では、前記突起部にその先端の側で空間を隔てて相対向する補助接地電極を更に備える。

この態様によれば、補助接地電極は、碍子の突起部にその先端の側で空間を隔てて相対向している。くすぶり時には、突起部を介して中心電極及び補助接地電極間において放電が起こる。尚、補助接地電極は、接地電極上に配置されていてもよいし、接地電極とは別の部材によって支持されていてもよい。

これにより、突起部及び補助接地電極間における放電の要求電圧が所定値となるように、突起部及び補助接地電極間の距離を調整する際に、加工の比較的容易な補助接地電極の高さを調整すればよく、実用上非常に有利である。

補助接地電極が接地電極上に配置されている場合は、中心電極及び接地電極間における放電の要求電圧も所定値となるように、中心電極及び接地電極間の距離が調整される。この場合にも、中心電極及び接地電極間の距離の調整にほとんど影響されることなく、突起部及び補助接地電極間の距離の調整ができる。

更に、当該点火プラグを内燃機関に実装する際に、内燃機関に供給された燃料によって生じる気流の流路において、補助接地電極が、中心電極の下流側に位置するようにすれば、気流によって、放電火花が流される（即ち、放電路が長くなり要求電圧が高くなる）ような場合に、中心電極及び補助接地電極間において火花放電が起こり、要求電圧の上昇を抑制することができ、実用上非常に有利である。

本願研究者の研究によれば、気流によって放電火花が流され、放電路が長くなることにより要求電圧が上昇すると、早期に放電が終了してしまったり、途中で吹き消えてしまったりする可能性がある。すると、混合気への着火が不十分になり、燃焼状態が悪くなる。特に、燃焼性向上のために、スワール流やタンブル流によって気流を強くする必要がある、例えばリーンバーンエンジン等では気流による影響が顕著となることが判明している。

補助接地電極を備える態様では、前記接地電極は、前記一の方向と交わる方向に延びる第１部分を有し、前記補助接地電極は、前記第１部分上に配置されていてもよい。

このように構成すれば、比較的容易にして、補助接地電極を突起部と空間を隔てて対向させるように支持することができる。ここに、本発明に係る「一の方向と交わる方向」とは、典型的には、一の方向を法線方向とする面に沿う方向を意味する。

この態様では、前記補助接地電極は、前記第１部分の端部に配置されていてもよい。

このように構成すれば、気流によって放電火花が流された場合に、補助接地電極によって、確実に要求電圧の上昇を抑制することができる。つまり、どんなに放電火花が流されたとしても、放電が起こる限り、中心電極及び接地電極間に放電路が形成される。そして、多くの場合、放電路の一端は接地電極の端部に接続されるため、端部に突出部である補助接地電極を配置すれば（即ち、放電路における、一の方向に沿う方向の距離を小さくすれば）、放電路の長さを短くすることができ、要求電圧の上昇を抑制することができる。

尚、本発明に係る「端部」は、端部に限らず、端部近傍を意味してよい。即ち、補助接地電極は、実用上端部とみなされる位置に配置されていればよい。

補助接地電極を備える態様では、前記補助接地電極を支持する支持部材を更に備えてもよい。

このように構成すれば、突起部及び補助接地電極間の距離の調整を、中心電極及び接地電極間の距離の調整に影響されることなく、相互に独立して行えるので、実用上非常に有利である。

補助接地電極を備える態様では、前記碍子を前記碍子の外周側から支持すると共に、前記接地電極と一体として形成されたハウジングを更に備え、前記中心電極及び前記補助接地電極間における放電の要求電圧は、前記中心電極及び前記ハウジング間における放電の要求電圧より低くてもよい。

このように構成すれば、くすぶり時において、確実に、突起部を介して中心電極及び補助接地電極間において放電が起こり、実用上非常に有利である。ここに、本発明に係る「中心電極及び補助接地電極間における放電の要求電圧」とは、突起部を介する中心電極及び補助接地電極間の沿面放電の要求電圧を意味し、「中心電極及びハウジング間における放電の要求電圧」とは、碍子表面を介する中心電極及びハウジング間の沿面放電の要求電圧を意味する。

尚、接地電極及びハウジングは、典型的には、同一材料により形成されており、接地電極は、ハウジングから延在する形で、ハウジングと一体として形成されている。即ち、同一部材の一部分が接地電極として機能し、その他の部分がハウジングとして機能する。

本発明の点火プラグの他の態様では、前記接地電極は、前記沿う方向に延びる第２部分を有し、前記中心電極の軸方向から平面的に見て、前記中心電極と前記突起部とを結ぶ直線と、前記中心電極と前記第２部分とを結ぶ直線とが交わっている。

この態様によれば、接地電極は、一の方向に沿う方向に延びる第２部分を有している。そして、中心電極の軸方向から平面的に見て、中心電極と突起部とを結ぶ直線と、中心電極と第２部分とを結ぶ直線とが交わっている。

上述の如く、当該点火プラグを内燃機関に実装する際に、気流の流路において補助接地電極が中心電極の下流側に位置することが望ましい。すると、補助接地電極に対向している突起部と中心電極とを結ぶ直線が延びる方向は、気流に沿う方向となる。従って、気流の流路上に第２部分が配置されることがないので、第２部分によって気流が乱されることがない。このため、気流によって放電火花が流されることを考慮して当該点火プラグを設計することができ、実用上非常に有利である。

本発明の点火プラグの他の態様では、前記接地電極は、前記中心電極に前記空間を隔てて相対向するように、前記接地電極から前記沿う方向に突出する突出電極部を有する。

この態様によれば、中心電極及び接地電極間の距離を調整する際に、突出電極部の高さを調整すればよく、実用上非常に有利である。また、突出電極部を、例えばイリジウム合金等で構成すれば、着火性能を向上することができると共に、耐用期間を長くすることができる。加えて、接地電極全体を、例えばイリジウム合金等にする場合に比べて、極めて安価に当該点火プラグを製造することができる。

この態様では、前記突起部及び前記補助接地電極間のギャップは、前記中心電極及び前記突出電極部間のギャップより小さくてよい。

このように構成すれば、くすぶり時に、確実に、突起部を介する中心電極及び補助接地電極間の沿面放電を起こすことができる。また、気流によって放電火花が流される場合であっても、中心電極及び補助接地電極間の距離を比較的短くすることができ、要求電圧の上昇をより抑制することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、本発明の点火プラグに係る実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の点火プラグに係る第１実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。ここに、図１（ａ）は、第１実施形態に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。

図１において、点火プラグ１は、先端にて一の方向（即ち、図１（ａ）中の上下方向）に突出する中心電極１２と、該中心電極１２の先端の側で、中心電極１２と空間を隔てて相対向する接地電極１３と、中心電極１２の根元側における外周面を少なくとも部分的に覆うと共に、中心電極１２から距離を隔てた部位にて一の方向に沿う方向に突出する突起部１４ａを有する碍子１４と、突起部１４ａの先端の側で、突起部１４ａと空間を隔てて相対向する補助接地電極１５と、碍子１４を外周側から支持すると共に、接地電極１３と一体として形成されたハウジング１１とを備えて構成されている。接地電極１３には、中心電極１２と空間を隔てて相対向すると共に、接地電極１３から一の方向に沿う方向に突出する突出電極部１３ａを有している。更に、接地電極１３は、一の方向に交わる方向に延びる第１部分１３ｂと、一の方向に沿う方向に延びる第２部分１３ｃとを有している。

点火プラグ１が、例えばエンジン等の内燃機関に実装される際には、典型的には、供給された燃料によって生じる気流の流路において、中心電極１２の下流側に突起部１４ａ及び補助接地電極部１５が配置される。

次に、点火プラグ１における放電の様子について、図２乃至図５を参照して説明を加える。ここに、図２は、通常時における放電の様子を示す概念図であり、図３は、放電火花が気流によって流された場合の放電の様子を示す概念図であり、図４は、くすぶり時における放電の様子を示す概念図であり、図５は、くすぶり時にリークする場合の放電の様子を示す概念図である。尚、図５は、説明の便宜上、ハウジング１１の一部を除いて記載している。

図２に示すように、燃料によって生じる気流が比較的弱い通常時では、中心電極１２及び突起電極部１３ａ間における放電火花は気流に流されて、放電路ｅ１のようになる。尚、図２における放電路ｅ１は、説明の便宜上、実際より誇張して記載している。

気流が強くなるに従って、放電火花が下流側に延びる。そして、放電火花が補助接地電極１５近傍まで流されると、図３に示す放電路ｅ２のように、中心電極１２及び補助接地電極１５間において火花放電が起こる。これにより、放電路の長さが約半分になり、要求電圧の上昇が抑制されると共に、放電火花の吹き消えを防止することができる。

ここで、図１に示す、中心電極１２及び補助接地電極１５間の距離ｄ３は、気流により放電火花が流された場合に、許容可能な放電火花長さに合わせて、即ち、放電路ｅ１の要求電圧が許容可能な範囲になるように設定されている。言い換えれば、距離ｄ３は、中心電極１２及び突起電極部１３間における火花放電の放電路ｅ１が長くなることにより、早期に放電が終了したり、放電火花が吹き消えたりする要求電圧より所定値だけ低い電圧に達した際に、中心電極１２及び補助接地電極１５間において火花放電が起こる距離として設定されている。

碍子１４表面にカーボンが付着したくすぶり時には、図４に示す放電路ｅ３のように、突起部１４ａを介して中心電極１２及び補助接地電極１５間において沿面放電が起こる。この沿面放電によって、突起部１４ａ及び補助接地電極１５間に火炎が生じる。このため、例えば、中心電極１２及び接地電極１３の第２部分１３ｃ間において沿面放電が起こる場合に比べて、点火プラグ１が設けられる燃焼室の中心に近い位置に火炎が生じ、且つ生じた火炎の周囲の空間が広い（即ち、周囲に生じた火炎の熱を奪う部材が少ない）ので、生じた火炎の熱が周囲の部材に奪われ、成長が悪くなったり、消炎したりすることを回避することができる。

ここで、突起部１４ａは、単純には、沿面放電により生じる放電火花の位置を決定すればよいので、わずかでも突出していればよいが、突起部１４ａの高さである、図１に示した距離ｄ２は、突起部１４ａの先端が、中心電極１２における碍子１４表面から露出して接地電極１３側に延びる先端部分の長さと同程度となるような距離であることが望ましい。これは、点火プラグ１の軸方向において、中心電極１２及び突出電極部１３ａ間が火炎の成長に望ましい位置であるため、該望ましい位置と同等の位置で火炎が生じるようにするためである。

また、突起部１４ａ及び補助接地電極１５間の距離ｄ１は、突起部１４ａを介した中心電極１２及び補助接地電極１５間の沿面放電の要求電圧が、図５に示すような、碍子１４の表面を介してハウジング１１に電気がリークする放電路ｅ４の要求電圧より低くなるように設定されている。これにより、くすぶり時には突起部１４ａを介して中心電極１２及び補助接地電極１５間において、確実に沿面放電を起こすことが可能となる。従って、本実施形態に係る点火プラグ１によれば、くすぶり時に発生した火炎の熱が周囲の部材に奪われ、成長が悪くなったり、消炎したりすることを回避することができる。

（第１変形例）
次に、第１実施形態に係る点火プラグの第１変形例について、図６を参照して説明する。ここに、図６は、図１（ａ）と同趣旨の、第１実施形態の第１変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図である。

図６に示すように、本変形例に係る点火プラグ２では、接地電極１３の先端が突起部１４ａに近づくように曲げられている。即ち、接地電極１３の先端が補助接地電極１５の機能を兼ねている。尚、本変形例においても、突起部１４ａ及び接地電極１３の先端間の距離ｄ４は、上述した図１における距離ｄ１と同様に設定されている。

（第２変形例）
次に、第１実施形態に係る点火プラグの第２変形例について、図７を参照して説明する。ここに、図７は、図１（ａ）と同趣旨の、第１実施形態の第２変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図である。

図７に示すように、本変形例に係る点火プラグ３では、接地電極１３に、突出電極部１３ａ及び補助接地電極１５が配置されていない。このため、点火プラグ３を製造する際のコストを低減することができる。尚、本変形例においても、突起部１４ａ及び接地電極１３間の距離ｄ５は、上述した図１における距離ｄ１と同様に設定されている。

（第３変形例）
次に、第１実施形態に係る点火プラグの第３変形例について、図８を参照して説明する。ここに、図８（ａ）は、図１（ａ）と同趣旨の、第１実施形態の第３変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、図８（ｂ）は、図１（ｂ）と同趣旨の、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。

図８（ｂ）に示すように、本変形例に係る点火プラグ４では、中心電極１２及び突起部１４ａ（又は、補助接地電極１５）を結ぶ直線Ｌ１と、中心電極１２及び接地電極１３の第２部分１３ｃを結ぶ直線Ｌ２とが交わっている。また、図８（ａ）に示すように、第２部分１３ｃは、気流の妨げにならない位置に配置されている。そして、放電火花が気流によって適度に流されることによって、中心電極１２及び突出電極部１３ａ間よりも広い空間で火炎が生じることとなり、火炎の成長を促進することができる。更に、気流が強くなった場合でも、放電火花が、期待通り、補助接地電極１５に向かって流れることとなり、速やかに、中心電極１２及び補助接地電極１５間における火花放電に移行することができ、実用上非常に有利である。

＜第２実施形態＞
本発明の点火プラグに係る第２実施形態を、図９を参照して説明する。第２実施形態では、補助接地電極が専用の支持部材によって支持されている以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図９を参照して説明する。ここに、図９は、図１（ａ）と同趣旨の、第２実施形態に係る点火プラグの構成を示す側面図である。

図９において、点火プラグ５は、補助接地電極１５を支持すると共に、ハウジング１１と一体として形成された支持部材１６を備えて構成されている。このように構成すれば、中心電極１２及び突出電極部１３ａ間の距離と、突起部１４ａ及び補助接地電極１５間の距離とを相互に独立して調整することができ、実用上非常に有利である。

（第１変形例）
次に、第２実施形態に係る点火プラグの第１変形例について、図１０を参照して説明する。ここに、図１０（ａ）は、図１（ａ）と同趣旨の、第２実施形態の第１変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、図１０（ｂ）は、図１（ｂ）と同趣旨の、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。

図１０に示すように、本変形例に係る点火プラグ６では、接地電極１３の第２部分１３ｃが、気流の妨げにならない位置に配置されている。このため、少なくとも、中心電極１２及び突出電極部１３ａ間における火花放電によって生じる火炎の成長を促進することができる。

（第２変形例）
次に、第２実施形態に係る点火プラグの第２変形例について、図１１を参照して説明する。ここに、図１１（ａ）は、図１（ａ）と同趣旨の、第２実施形態の第２変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、図１１（ｂ）は、図１（ｂ）と同趣旨の、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。

図１１に示すように、本変形例に係る点火プラグ７では、接地電極１３の第２部分及び支持部材１６が、気流の妨げにならない位置に配置されている。このため、中心電極１２及び突出電極部１３ａ間における火花放電によって生じる火炎の成長を促進することができると共に、気流が強くなった場合に、速やかに、中心電極１２及び補助接地電極１５間における火花放電に移行することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う点火プラグもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

（ａ）は、第１実施形態に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、（ｂ）は、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。 第１実施形態に係る点火プラグの通常時における放電の様子を示す概念図である。 第１実施形態に係る点火プラグの放電火花が気流によって流された場合の放電の様子を示す概念図である。 第１実施形態に係る点火プラグのくすぶり時における放電の様子を示す概念図である。 第１実施形態に係る点火プラグのくすぶり時にリークする場合の放電の様子を示す概念図である。 第１実施形態の第１変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図である。 （ａ）は、第１実施形態の第３変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、（ｂ）は、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。 第２実施形態に係る点火プラグの構成を示す側面図である。 （ａ）は、第２実施形態の第１変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、（ｂ）は、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。 （ａ）は、第２実施形態の第１変形例に係る点火プラグの構成を示す側面図であり、（ｂ）は、当該点火プラグを中心電極の軸方向から見た平面図である。

符号の説明

１〜７…点火プラグ、１１…ハウジング、１２…中心電極、１３…接地電極、１３ａ…突出電極部、１３ｂ…第１部分、１３ｃ…第２部分、１４…碍子、１４ａ…突起部、１５…補助接地電極、１６…支持部材

Claims (9)

1. 先端にて一の方向に突出する中心電極と、
   該中心電極に前記先端の側で空間を隔てて相対向する接地電極と、
   前記中心電極の根元側における外周面を少なくとも部分的に覆うと共に、前記中心電極から距離を隔てた部位にて前記一の方向に沿う方向に突出する突起部を有する碍子と
   を備えることを特徴とする点火プラグ。
2. 前記突起部にその先端の側で空間を隔てて相対向する補助接地電極を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記接地電極は、前記一の方向と交わる方向に延びる第１部分を有し、
   前記補助接地電極は、前記第１部分上に配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。
4. 前記補助接地電極は、前記第１部分の端部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の点火プラグ。
5. 前記補助接地電極を支持する支持部材を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。
6. 前記碍子を前記碍子の外周側から支持すると共に、前記接地電極と一体として形成されたハウジングを更に備え、
   前記中心電極及び前記補助接地電極間における放電の要求電圧は、前記中心電極及び前記ハウジング間における放電の要求電圧より低い
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の点火プラグ。
7. 前記接地電極は、前記沿う方向に延びる第２部分を有し、
   前記中心電極の軸方向から平面的に見て、前記中心電極と前記突起部とを結ぶ直線と、前記中心電極と前記第２部分とを結ぶ直線とが交わっている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の点火プラグ。
8. 前記接地電極は、前記中心電極に前記空間を隔てて相対向するように、前記接地電極から前記沿う方向に突出する突出電極部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の点火プラグ。
9. 前記突起部及び前記補助接地電極間のギャップは、前記中心電極及び前記突出電極部間のギャップより小さいことを特徴とする請求項８に記載の点火プラグ。

Images