JP2009209832A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒内開口部と気筒内開口部に対向する底面とを有して軸線方向に延在するチャンバ１と、気筒内開口部回りの接地電極２と、チャンバの底面に配置された中心電極３とを具備し、中心電極と接地電極との間に電圧を印加してチャンバ内にプラズマを発生させ、チャンバの気筒内開口部からプラズマジェットを噴射する点火装置において、接地電極２の放熱が促進されるようにする。
【解決手段】接地電極２は、チャンバ１の気筒内開口部が位置するシリンダヘッド７に直接的に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火装置に関する。

内燃機関において、点火プラグにより気筒内全体の均質混合気又は気筒内の一部に存在する混合気を確実に着火させなければならない。しかしながら、点火ギャップに火花を発生させる一般的な点火プラグは、混合気の一点を着火させるものであり、それほど高い着火性を有してはいない。

着火性に優れた点火装置として、プラズマジェットを噴射する点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この点火装置は、気筒内開口部と気筒内開口部に対向する底面とを有して軸線方向に延在するチャンバと、気筒内開口部回りの接地電極と、チャンバの底面に配置された中心電極とを具備し、中心電極と接地電極との間に電圧を印加してチャンバ内にプラズマを発生させる。こうして、チャンバの気筒内開口部からプラズマジェットを噴射し、プラズマジェットの断面積に相当する混合気の所定面積を同時に着火させることによって、高い着火性を有している。

特開２００６−２９４２５７ 特開２００７−６４０７０ 特開２００６−１６１７３６ 特開２００６−２４２１０２

特許文献１に記載の点火装置は、接地電極と一体又は別体の金属製のハウジングを有してシリンダヘッドへ取り付けられ、ハウジング及び接地電極に対して中心電極は絶縁部材により絶縁支持されるように、チャンバの周壁が絶縁部材により形成される。このような構成において、接地電極は、金属製のハウジングによって覆われているために、シリンダヘッドへの放熱が不十分となって高温に維持され、プレイグニッションを発生したり、また、接地電極が溶損したりすることがある。

従って、本発明の目的は、気筒内開口部と気筒内開口部に対向する底面とを有して軸線方向に延在するチャンバと、気筒内開口部回りの接地電極と、チャンバの底面に配置された中心電極とを具備し、中心電極と接地電極との間に電圧を印加してチャンバ内にプラズマを発生させ、チャンバの気筒内開口部からプラズマジェットを噴射する点火装置において、接地電極の放熱が促進されるようにすることである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の点火装置は、気筒内開口部と前記気筒内開口部に対向する底面とを有して軸線方向に延在するチャンバと、前記気筒内開口部回りの接地電極と、前記チャンバの前記底面に配置された中心電極とを具備し、前記中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加して前記チャンバ内にプラズマを発生させ、前記チャンバの気筒内開口部からプラズマジェットを噴射する点火装置において、前記接地電極は、前記気筒内開口部が位置するシリンダヘッド又はシリンダブロックに直接的に固定されることを特徴とする。

本発明による請求項２に記載の内燃機関の点火装置は、請求項１に記載の内燃機関の点火装置において、前記接地電極はイリジウム合金から形成されることを特徴とする。

本発明による請求項３に記載の内燃機関の点火装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の点火装置において、前記チャンバの周壁を形成する絶縁部材は、シリンダヘッド又はシリンダブロックの取付穴に取り付けられ、前記絶縁部材と前記接地電極との間には、前記絶縁部材回りの前記取付穴の隙間への燃焼ガスの流入を防止するためのガスケットが配置されていることを特徴とする。

本発明による請求項４に記載の内燃機関の点火装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の点火装置において、前記接地電極は、シリンダヘッド又はシリンダブロックの鋳造時に鋳込まれることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の点火装置によれば、チャンバ内にプラズマを発生させるために、チャンバの底面に配置された中心電極との間に電圧が印加される接地電極は、チャンバの気筒内開口部が位置するシリンダヘッド又はシリンダブロックに直接的に固定されており、それにより、接地電極からシリンダヘッド又はシリンダブロックへの放熱が促進され、接地電極が高温に維持されて、プレイグニッションを発生させたり、接地電極が溶損したりすることを防止することができる。

本発明による請求項２に記載の内燃機関の点火装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の点火装置において、接地電極はイリジウム合金から形成されるために、接地電極の耐熱性及び耐腐食性を向上させることができる。

本発明による請求項３に記載の内燃機関の点火装置によれば、請求項１又は２に記載の内燃機関の点火装置において、チャンバの周壁を形成する絶縁部材は、シリンダヘッド又はシリンダブロックの取付穴に取り付けられ、絶縁部材と接地電極との間には、絶縁部材回りの取付穴の隙間への燃焼ガスの流入を防止するためのガスケットが配置されているために、この隙間への高温の燃焼ガスの流入によって絶縁部材からシリンダヘッド又はシリンダブロックへの放熱が阻害されることはなく、絶縁部材の温度上昇を抑制することができる。

本発明による請求項４に記載の内燃機関の点火装置によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の点火装置において、接地電極は、シリンダヘッド又はシリンダブロックの鋳造時に鋳込まれるために、接地電極とシリンダヘッド又はシリンダブロックとの確実な固定を実現することができる。

図１は本発明による内燃機関の点火装置を示す断面図である。同図において、１は点火装置の軸線方向に延在してプラズマを生成するチャンバであり、気筒内開口部Ａと気筒内開口部に対向する底面Ｂとを有している。気筒内開口部Ａ回りには接地電極２が配置され、底面Ｂには中心電極３が配置されている。

接地電極２及び中心電極３は、耐熱性と高い導電性を有する金属、例えば、ステンレス等の鉄系金属、ニッケル系金属、又は、イリジウム系金属又はイリジウム合金とすることができる。外部電極２に対して、中心電極３は絶縁部材４により絶縁され、絶縁部材４の筒状先端部がチャンバ１の軸線方向の周壁を形成している。絶縁部材４は、セラミックス（例えばアルミナセラミックス）とすることが好ましい。

５は中心電極３へ電圧を印加するための導体（例えばニッケル）であり、６は導体５と中心電極３とを電気的に接続するための導電性接着剤である。絶縁部材４の長手方向の中央には、外方向に突出する段部４ａが形成されている。シリンダヘッド７には、絶縁部材４の段部４ａ及びその先端側を収納する取付穴７ａが形成されており、取付穴７ａの気筒内開口は、本点火装置の気筒内開口部Ａと一致し、円筒外周面を有する接地電極２がしまり嵌め等によって固定されている。本点火装置は、シリンダヘッドだけに取り付けられることが意図されているわけではなく、シリンダブロックに取り付けられる場合には、シリンダブロックに同様な取付穴を形成すれば良い。

８は取付具であり、段部４ａを利用して絶縁部材４をシリンダヘッド７の取付穴７ａに取り付けるためのものである。取付具８の絶縁部材の段部４ａを取り囲む下部８ａは、シリンダヘッド７の取付穴７ａの上部の内側ネジと螺合する外側ネジ８ｂを有し、取付具８の上部８ｃの外周断面は、六角形等の角を有する任意の形状（例えば、三角形、四角形、又は五角形でも良い）とされている。それにより、工具によって取付具８の上部８ｃを把持して取付具８を取付穴７ａへ締め付けることにより、絶縁部材４をシリンダヘッド７に取り付けることができる。

シリンダヘッド７の取付穴７ａは、絶縁部材４より一回り大きく形成されており、取り付け時において、絶縁部材４が取付穴７ａに当接しないようにされている。それにより、絶縁部材４とシリンダヘッド７との熱膨張係数の違いによっても、シリンダヘッド７と絶縁部材４との間に大きな圧縮力が発生しないようになっている。

絶縁部材４の段部４ａの下側切頭円錐面４ｂと、シリンダヘッド７の取付穴７ａの対向面（同じく切頭円錐面）との間には、弾性を有するガスケット９が配置されている。また、絶縁部材４の段部４の上側切頭円錐面４ｃと、取付具８の対向面（同じく切頭円錐面）との間にも、弾性を有するガスケット１０が配置されている。これらガスケット９及び１０によって、接地電極２と絶縁部材４の先端との間の僅かな隙間（絶縁部材４に大きな圧縮力が作用しないように僅かな隙間が設けられる）を介して気筒内の燃焼ガスが絶縁部材４回りの取付穴７ａの隙間から外部へ漏れることが防止される。

また、ガスケット９及び１０の弾性変形によって、シリンダヘッド７と絶縁部材４との間及び取付具８と絶縁部材４との間において、絶縁部材４に過剰な圧縮力が作用しないようになっている。絶縁部材４を段部は、もちろん、上下に切頭円錐面を有するように形成されなくても良く、例えば、上面及び下面の一方及び両方を絶縁部材の中心軸線に垂直な環状面なるようにしても良い。

このように構成された本実施形態の点火装置は、導体５及びシリンダヘッド７を介して、中心電極３と接地電極２との間に電圧が印加されると、先ずは、中心電極３と接地電極２との間の絶縁部材４の周壁内表面において沿面放電が発生する。この沿面放電を発生させ易くするために、接地電極２の絶縁部材４側の内径は、絶縁部材４の内径より小さくされている。こうして沿面放電が発生すると、次いで、中心電極３と接地電極２との間において、チャンバ１内中央部を通るアーク放電が発生する。このアーク放電によってチャンバ１内のガスをプラズマ化させると共に熱膨張させるために、チャンバ１の気筒内開口部Ａからは、気筒内へ電子及び正イオン等を含むプラズマジェットが噴射される。プラズマジェットは、ある程度の大きさの断面積を有するために、気筒内全体の均質混合気又は気筒内の一部に位置する可燃混合気の比較的広範囲部分を同時に着火燃焼させることができ、着火性が非常に優れている。

プラズマジェットを噴出する一般的な点火装置は、接地電極２が点火装置のハウジングに固定されている。それにより、プラズマジェットの噴出に際して高温度となる接地電極２は、ハウジングを介してシリンダヘッド７へ放熱することとなり、放熱が不十分となって高温に維持され易い。それにより、プレイグニッションの発生原因となったり、接地電極２が溶損したりすることがあった。これに対して、本点火装置において、接地電極２は、シリンダヘッド７に直接的に固定されているために、接地電極２からシリンダヘッド７への放熱が促進され、接地電極２が高温に維持されて、プレイグニッションを発生させたり、接地電極２が溶損したりすることを防止することができる。１１は接地電極２の近傍においてシリンダヘッド７に形成されたウォータジャケットであり、このように、接地電極２の近傍を冷却水が通過するようにすれば、さらに接地電極２の放熱を促進させることができる。

図２は、本点火装置の変形例を示す先端側の断面図である。図１の点火装置との違いについてのみ以下に説明する。本変形例においては、絶縁部材４とシリンダヘッド７との間のガスケット９’は、リング形状とされ、絶縁部材４の先端部と接地電極２との間に配置されている。

図１の点火装置では、接地電極２と絶縁部材４の先端との間の僅かな隙間を介して絶縁部材４とシリンダヘッド７との間のガスケット９までは、絶縁部材４回りの隙間へ燃焼ガスが流入するために、絶縁部材４の先端部の放熱が阻害され、絶縁部材４の先端部の耐熱性を高めることが必要である。しかしながら、本変形例では、ガスケット９’によって、絶縁部材４回りの隙間への燃焼ガスの流入を防止することができるために、絶縁部材４からシリンダヘッド７への放熱が阻害されることはなく、絶縁部材４の温度上昇を抑制することができ、絶縁部材４の耐熱性をそれほど高める必要はない。こうして、絶縁部材４の先端部の厚さを薄くしたりすることが可能となる。

また、図１に示す点火装置では、絶縁部材４の取り付け時において、絶縁部材４の先端部に大きな圧縮力を発生させないように、絶縁部材４と接地電極２との間に僅かな隙間を設けるようにしなければならない。そのために、接地電極２と中心電極３との間の距離を一定とすることが難しい。しかしながら、本変形例では、絶縁部材４の先端部と接地電極２との間には弾性ガスケット９’が配置され、絶縁部材４の取り付け時に弾性ガスケット９’を弾性変形させることにより、絶縁部材４の先端部に大きな圧縮力が発生することはなく、接地電極２と中心電極３との距離を容易に一定にすることができる。

図３は、図１の点火装置のもう一つの変形例を示す先端側の断面図である。図１の点火装置との違いについてのみ以下に説明する。本変形例の点火装置において、接地電極２’は、外方向に延在する延在部２ａ’を有し、シリンダヘッド７の鋳造時に鋳込まれている。鋳造後には、必要に応じて、接地電極２’を追加機械加工するようにしても良い。このような構成により、接地電極２’とシリンダヘッド７との確実な固定を実現することができる。

本発明による内燃機関の点火装置を示す断面図である。 図１の点火装置の変形例を示す先端側の断面図である。 図１の点火装置のもう一つの変形例を示す先端側の断面図である。

符号の説明

１ チャンバ
２，２’ 接地電極
３ 中心電極
４ 絶縁部材
７ シリンダヘッド

Claims (4)

1. 気筒内開口部と前記気筒内開口部に対向する底面とを有して軸線方向に延在するチャンバと、前記気筒内開口部回りの接地電極と、前記チャンバの前記底面に配置された中心電極とを具備し、前記中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加して前記チャンバ内にプラズマを発生させ、前記チャンバの気筒内開口部からプラズマジェットを噴射する点火装置において、前記接地電極は、前記気筒内開口部が位置するシリンダヘッド又はシリンダブロックに直接的に固定されることを特徴とする内燃機関の点火装置。
2. 前記接地電極はイリジウム合金から形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
3. 前記チャンバの周壁を形成する絶縁部材は、シリンダヘッド又はシリンダブロックの取付穴に取り付けられ、前記絶縁部材と前記接地電極との間には、前記絶縁部材回りの前記取付穴の隙間への燃焼ガスの流入を防止するためのガスケットが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の点火装置。
4. 前記接地電極は、シリンダヘッド又はシリンダブロックの鋳造時に鋳込まれることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の点火装置。

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