JP2016058196A - 内燃機関用の点火プラグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】筒状の接地電極2と筒状の絶縁碍子3と中心電極4とを備え、中心電極4に高周波電圧を印加することによって、接地電極2と中心電極4との間に放電を生じさせるよう構成された、内燃機関用の点火プラグ1。接地電極2の表面上の任意の起点と、絶縁碍子3の外周面とを結ぶプラグ径方向の線分を、線分Hとし、線分Hと絶縁碍子3の外周面との交点を、交点Kとし、線分Hの長さをL1とし、交点Kと絶縁碍子3の先端との間の軸方向距離をL2としたとき、接地電極2の表面には、L1+L2が最も短くなるような起点となる最短放電形成部位21が、プラグ周方向の一部に局部的に設けてある。
【選択図】図3
Description
該接地電極の内側に保持されると共に、上記接地電極の先端よりも先端側へ突出した筒状の絶縁碍子と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に、該絶縁碍子の先端よりも先端側へ突出した中心電極とを備え、
該中心電極に高周波電圧を印加することによって、上記接地電極と上記中心電極との間に放電を生じさせるよう構成された、内燃機関用の点火プラグであって、
上記接地電極の表面上の任意の起点と、上記絶縁碍子の外周面とを結ぶプラグ径方向の線分を、線分Hとし、
該線分Hと上記絶縁碍子の外周面との交点を、交点Kとし、
上記線分Hの長さをL1とし、
上記交点Kと上記絶縁碍子の先端との間の軸方向距離をL2としたとき、
上記接地電極の表面には、L1+L2が最も短くなるような上記起点となる最短放電形成部位が、プラグ周方向の一部に局部的に設けてあることを特徴とする内燃機関用の点火プラグにある。
上記内燃機関用の点火プラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。
また、本明細書において、プラグ軸方向とは、点火プラグの軸方向を意味し、プラグ径方向とは、点火プラグの径方向を意味し、プラグ周方向とは、点火プラグの周方向を意味する。
上記内燃機関用の点火プラグにつき、図1〜図6を用いて説明する。
本例の点火プラグ1は、図1、図2に示すごとく、筒状の接地電極2と、接地電極2の内側に保持されると共に、接地電極2の先端よりも先端側へ突出した筒状の絶縁碍子3と、絶縁碍子3の内側に保持されると共に、絶縁碍子3の先端よりも先端側へ突出した中心電極4とを備えている。
点火プラグ1は、中心電極4に高周波電圧を印加することによって、接地電極2と中心電極4との間に放電を生じさせるよう構成されている。
図3〜図5に示すごとく、接地電極2の表面上の任意の起点と、絶縁碍子3の外周面とを結ぶプラグ径方向の線分を、線分Hとする。
また、線分Hと絶縁碍子3の外周面との交点を、交点Kとする。
線分Hの長さをL1とする。
交点Kと絶縁碍子3の先端との間の軸方向距離をL2とする。
そして、接地電極2の表面には、L1+L2が最も短くなるような上記起点となる最短放電形成部位21が設けてある。
まず、接地電極2の表面上の任意の起点と、絶縁碍子3の外周面とを結ぶプラグ径方向の線分を、線分Hとする。
ここで、接地電極2の表面上の任意の起点として、例えば、図4、図5の点Aに示す部位を選ぶと、線分Hは、点Aと、点Aにプラグ径方向において対向する絶縁碍子3の外周面の点Bとを結ぶ線分となる。そして、点Bが上記交点Kとなる。また、AB間の距離Laが、線分Hの長さL1となる。そして、点Bと絶縁碍子3の先端との間の軸方向距離Lbが、交点Kと絶縁碍子3の先端との軸方向距離L2となる。
最短放電形成部位21は、プラグ周方向における2箇所に設けられており、一対の最短放電形成部位21の間のプラグ周方向における間隔は、π/2[rad]以上である。本例においては、両者の間隔はπ[rad]であり、中心電極4を挟んで互いに反対側に一対の最短放電形成部位21が配置している。なお、一対の最短放電形成部位21の間のプラグ周方向における間隔とは、プラグ先端側から見たとき、プラグ中心と各最短放電形成部位21とを結ぶ一対の直線同士がなす角度であって、π[rad]以下の角度をいう。
接地突出部22は2個設けられており、2個の接地突出部22に、最短放電形成部位21が設けられている。2個の接地突出部22は、絶縁碍子3を間に配置した状態で、互いに対向した対向内面221を備えている。そして、最短放電形成部位21は、対向内面221の先端に配されることとなる。
上記点火プラグ1においては、接地電極2の表面に、L1+L2が最も短くなるような上記起点となる最短放電形成部位21が設けてある。これにより、最短放電形成部位21において、放電が開始されやすくなる。つまり、プラグ周方向における特定の位置において、放電が生じやすくなる。それゆえ、最短放電形成部位21を起点とした放電が、気流によって効率的に引き伸ばされるような姿勢で、点火プラグ1を内燃機関に設置することにより、高い確率で放電を絶縁碍子3の表面から引き離すことが可能となる。これにより、点火プラグ1の安定した着火性を確保することができる。
本例は、図7に示すごとく、接地突出部22の形状を変更した点火プラグ1の例である。
本例の点火プラグ1においては、接地突出部22の対向内面221を、曲面状に形成してなる。すなわち、プラグ先端側から見たとき、対向内面221は、中心電極4側に凸の状態で略円弧状に湾曲している。
そして、曲面状の対向内面211のうち、最も絶縁碍子3の外周面に近い位置における先端部に、最短放電形成部位21が形成される。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図8、図9に示すごとく、ピン状の接地突出部220を設けた点火プラグ1の例である。
すなわち、本例の点火プラグ1は、接地電極2の本体部20の先端に、ピン状の接地突出部220を固定してなる。接地突出部220は、接地電極2の本体部20から先端側へ向かって突出するように取り付けられている。そして、接地突出部220の先端が最短放電形成部位21となる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図10、図11に示すごとく、一対の最短放電形成部位21のプラグ周方向における間隔を、π[rad]未満とした点火プラグ1の例である。
実施例1の点火プラグ1においては、一対の最短放電形成部位21のプラグ周方向における間隔が、π[rad]であり、一対の最短放電形成部位21は、中心電極4を挟んで対称となる位置に形成されている(図4)。これに対し、本例の点火プラグ1においては、一対の最短放電形成部位21が、プラグ中心を挟んで対称となる位置にはない。そして、一対の最短放電形成部位21の間のプラグ周方向における間隔(角度θ)が、π[rad]以下となっている。また、角度θは、π/2[rad]以上である。
なお、プラグ先端側から見たとき、一対の対向内面221の法線に対して同等の角度となる方向から、気流が流れるように、点火プラグ1を内燃機関に設置することで、効果的に放電の引き伸ばし効果を得ることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、一対の最短放電形成部位21を形成するにあたり、両者間のプラグ周方向における間隔、すなわち上記角度θをどの程度とすべきかを検証した例である。
実験に当たっては、図12、図13に示すごとく、最短放電形成部位21を有しない点火プラグ9を用いた。すなわち、点火プラグ9は、筒状の接地電極2と、接地電極2の内側に保持されると共に、接地電極2の先端よりも先端側へ突出した筒状の絶縁碍子3と、絶縁碍子3の内側に保持されると共に、絶縁碍子3の先端よりも先端側へ突出した中心電極4とを備えている。
すなわち、圧力容器に、点火プラグ9を取り付け、圧力容器内に高圧空気を導入すると共に一定の向きに流動させた。高圧空気の圧力は0.6MPaとし、流速は30m/sとした。この状態で、点火プラグ9に高周波電圧を印加して放電を生じさせた。印加した電圧の周波数は、820kHz、印加電圧は30kVpp、一回の放電期間は0.8msとした。
そして、放電開始位置と放電の伸びとの関係を調べると、図14のグラフに示す結果が得られた。ここで、放電開始位置は、接地電極2における放電の起点位置Pである。そして、プラグ先端側から見たとき、プラグ中心から起点位置Pに向かうベクトルの向きと、気流Fのベクトルと逆向きのベクトルの向き(図15、図16における左方)とのなす角度を、放電開始位置αとした。つまり、図15に示す放電開始位置αはπ/2[rad]であり、図16に示す放電開始位置αは0[rad]である。
また、プラグ中心から最も遠くまで延びた瞬間の放電S2のプラグ径方向の端部までの距離を、放電S2の伸びMとした。なお、図15、図16において、符号S1が放電開始直後の放電を示し、符号S2が気流Fによって引き伸ばされた状態の放電を示す。
つまり、角度θをπとすることにより、一対の最短放電形成部位21の並び方向が気流の方向に対して直交するように点火プラグ1を配置すれば、いずれの最短放電形成部位21において放電が開始されても、放電が効果的に引き伸ばされることとなる。
また、角度θをπ/2[rad]以上としておけば、放電と気流との位置関係、すなわち、上記放電開始位置αをπ/4[rad]≦α≦3π/4[rad]となるように点火プラグ1を設置することが可能となる。これにより、いずれの最短放電形成部位21において放電が開始されても、放電が充分に引き伸ばされることとなる。
本例は、図17、図18に示すごとく、中心電極4に、中心電極4からプラグ径方向外側へ延びる延長電極41を接続してある例である。
延長電極41は、最短放電形成部位21に向かって延びている。
その他は、実施例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図19に示すごとく、接地電極2にピン状の内向突出部222を設けた点火プラグ1の例である。
すなわち、接地電極2の本体部20は、先端側へ突出した先端突出部22を有する。
先端突出部22の対向内面221から、プラグ径方向の内側に向かって、内向突出部222が設けてある。すなわち、内向突出部222は、絶縁碍子3の外周面に向かって突出している。そして、内向突出部222の内側端縁が、L1+L2が最短となるような接地電極2の表面上の起点となる最短放電形成部位21である。
その他は、実施例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例は、図20に示すごとく、接地電極2の先端突出部22に段差部223を設けた点火プラグ1の例である。
段差部223は、先端突出部22における外周部の一部を内周部よりも先端側へ突出させてなる。段差部223の内側端縁は、絶縁碍子3の外周面から遠い位置に配されている。また、段差部223には、内側から切り込まれた溝部224が、プラグ軸方向に直交する方向に沿って形成されている。
本例は、図21に示すごとく、先端突出部22の先端面225が湾曲している点火プラグ1の例である。
先端突出部22の先端面225は、凹状の曲面となっている。そして、先端突出部22の先端面225の外周端縁226が、内周端縁227よりも先端側に位置している。ただし、本例において、接地電極2の表面上の任意の起点として、外周端縁226を選んだとき、L1+L2は、最小とならない。つまり、外周端縁226は最短放電形成部位21ではない。そして、内周端縁227の一部が、L1+L2が最短となるような接地電極2の表面上の起点となる最短放電形成部位21である。
本例は、図22に示すごとく、先端突出部22の先端面225が、プラグ中心軸に近づくほど先端側へ向かうように傾斜したテーパ面となっている、点火プラグ1の例である。
本例の点火プラグ1においても、実施例1と同様に、先端突出部22の内周端縁が、最短放電形成部位21となる。
その他は、実施例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
また、最短放電形成部位21が鋭角状の角部に形成されることとなるため、電界集中が生じやすく、一層放電が生じやすくなる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図23に示すごとく、実施例5の変形例であり、延長電極41の形状を変更した例である。
すなわち、実施例5の点火プラグ1(図17参照)においては、基端側屈曲部411は、絶縁碍子3の先端面から外周面に向かって絶縁碍子3の表面に沿うように湾曲しているが、本例の点火プラグ1においては、図23に示すごとく、基端側屈曲部411が、延長電極41の外周側端部から略直角に基端側へ屈曲している。
その他は、実施例5と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例5において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例5と同様の構成要素等を表す。
その他、実施例5と同様の作用効果を有する。
2 接地電極
21 最短放電形成部位
3 絶縁碍子
4 中心電極
Claims (6)
- 筒状の接地電極(2)と、
該接地電極(2)の内側に保持されると共に、上記接地電極(2)の先端よりも先端側へ突出した筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子(3)の内側に保持されると共に、該絶縁碍子(3)の先端よりも先端側へ突出した中心電極(4)とを備え、
該中心電極(4)に高周波電圧を印加することによって、上記接地電極(2)と上記中心電極(4)との間に放電を生じさせるよう構成された、内燃機関用の点火プラグ(1)(1)であって、
上記接地電極(2)の表面上の任意の起点と、上記絶縁碍子(3)の外周面とを結ぶプラグ径方向の線分を、線分Hとし、
該線分Hと上記絶縁碍子(3)の外周面との交点を、交点Kとし、
上記線分Hの長さをL1とし、
上記交点Kと上記絶縁碍子(3)の先端との間の軸方向距離をL2としたとき、
上記接地電極(2)の表面には、L1+L2が最も短くなるような上記起点となる最短放電形成部位(21)が、プラグ周方向の一部に局部的に設けてあることを特徴とする内燃機関用の点火プラグ(1)。 - 上記最短放電形成部位(21)は、プラグ周方向における2箇所に設けられており、一対の最短放電形成部位(21)の間のプラグ周方向における間隔は、π/2[rad]以上であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用の点火プラグ(1)。
- 上記接地電極(2)は、部分的に先端部を先端側へ突出させた接地突出部(22、220)を有し、該接地突出部(22、220)に上記最短放電形成部位(21)が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関用の点火プラグ(1)。
- 上記中心電極(4)には、該中心電極(4)からプラグ径方向外側へ延びる延長電極(41)を接続してあり、該延長電極(41)は、上記最短放電形成部位(21)に向かって延びていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火プラグ(1)。
- 上記延長電極(41)は、プラグ径方向における外側端部から上記絶縁碍子(3)の先端よりも基端側へ屈曲した基端側屈曲部(411)を有することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関用の点火プラグ(1)。
- 上記基端側屈曲部(411)の基端と上記絶縁碍子(3)の先端との間のプラグ軸方向の距離をL3とし、上記基端側屈曲部(411)の基端と上記絶縁碍子(3)の外周面との間のプラグ径方向の距離をL4としたとき、L4<L3であることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関用の点火プラグ(1)。
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