JP2017004882A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグの点火性能を高める。【解決手段】内燃機関に用いられる点火プラグ１０であって、放電部を備える中心電極２０と、中心電極２０の外側に設けられる絶縁碍子２１と、絶縁碍子２１の外側に設けられるハウジング２２と、ハウジング２２の端部に設けられ、放電部に対向する対向部を備える接地電極３１と、ハウジング２２の端部に設けられ、放電部および対向部を覆う電極カバー３２と、を有し、電極カバー３２は、放電部および対向部を囲み、かつ複数のスリット４５が形成される円筒部４２を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関に用いられる点火プラグに関する。

内燃機関であるエンジンには、中心電極およびこれに対向する接地電極を備えた点火プラグが装着されている。この点火プラグにおいては、電極間の放電によって火花を発生させることができ、燃焼室内の混合気に点火して燃焼させることができる。ところで、エンジンの燃費性能や排気性能を向上させるためには、いわゆる成層燃焼による混合気の希薄化を進めることが重要となっている。しかしながら、希薄な混合気を良好に燃焼させるためには、点火プラグの点火性能を高めることが必要であった。そこで、点火プラグに混合気の減衰流路を設けることにより、電極近傍の混合気を減速させて点火性能を高める技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−４０１２２号公報

ところで、希薄な混合気を適切に燃焼させるためには、点火プラグの電極近傍に適切な燃料濃度の混合気を集めることが重要である。しかしながら、特許文献１に記載の点火プラグにおいては、減衰流路によって電極近傍の混合気を絞る構造であるため、電極近傍に適切な燃料濃度の混合気を集めることは困難であった。また、特許文献１に記載の点火プラグは、減衰流路内に電極が配置される構造であることから、噴射燃料が減衰流路に流れ込んだ場合には、電極が液体の噴射燃料に曝されて点火プラグの点火性能が極端に低下することも考えられる。

本発明の目的は、点火プラグの点火性能を高めることにある。

本発明の点火プラグは、内燃機関に用いられる点火プラグであって、放電部を備える中心電極と、前記中心電極の外側に設けられる絶縁部材と、前記絶縁部材の外側に設けられるハウジングと、前記ハウジングの端部に設けられ、前記放電部に対向する対向部を備える接地電極と、前記ハウジングの端部に設けられ、前記放電部および前記対向部を覆うカバー部材と、を有し、前記カバー部材は、前記放電部および前記対向部を囲み、かつ複数の開口部が形成される筒部を備える。

本発明によれば、放電部および対向部を覆うカバー部材に、複数の開口部が形成される筒部を設けるようにしたので、カバー部材によって混合気を捕捉することができ、点火プラグの点火性能を高めることができる。

点火プラグを備えたエンジンの一部を示す概略図である。 （ａ）は点火プラグを示す正面図であり、（ｂ）は点火プラグを示す底面図である。 図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿って点火プラグを概略的に示す断面図である。 点火プラグの電極カバーおよびその近傍を拡大する部分断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、成層混合気の流れを概略的に示す説明図である。 （ａ）は点火プラグを示す正面図であり、（ｂ）は点火プラグを示す底面図である。 点火プラグの電極カバーおよびその近傍を拡大する部分断面図である。 図８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、成層混合気の流れを概略的に示す説明図である。

［実施形態１］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、実施形態１として、本発明の一実施の形態である点火プラグ１０について説明する。図１は点火プラグ１０を備えたエンジン１１の一部を示す概略図である。図１に示すように、内燃機関であるエンジン１１は、ピストン１２が収容されるシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３に取り付けられるシリンダヘッド１４と、を有している。シリンダヘッド１４には、燃焼室１５に連通する吸気ポート１６が形成されており、燃焼室１５に連通する排気ポート１７が形成されている。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１５内に燃料を噴射するインジェクタ１８が組み付けられており、燃焼室１５内の混合気に点火する点火プラグ１０が組み付けられている。

図示するエンジン１１は、いわゆる層状給気によって混合気を成層燃焼させるエンジンである。このエンジン１１においては、点火プラグ近傍に燃料濃度の濃い混合気（以下、成層混合気Ｆと記載する）が供給される。すなわち、点火プラグ近傍においては燃料濃度が濃く設定されており、燃焼室１５の他の領域においては燃料濃度が薄く設定されている。これにより、燃焼室１５内の混合気を良好に燃焼させるとともに、混合気全体に占める燃料の希薄化を達成することができ、エンジン１１の燃費性能や排気性能を高めることができる。なお、図示するエンジン１１は、燃焼室１５内に燃料を噴射するインジェクタ１８を備えたエンジンであるが、これに限られることはなく、吸気ポート１６内に燃料を噴射するインジェクタを備えたエンジンであっても良い。

続いて、点火プラグ１０の構造について説明する。図２（ａ）は点火プラグ１０を示す正面図であり、図２（ｂ）は点火プラグ１０を示す底面図である。図３は図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿って点火プラグ１０を概略的に示す断面図である。なお、本明細書においては、図２（ａ）における下側つまり燃焼室１５内に配置される側を、点火プラグ１０の先端側として説明し、図２（ａ）における上側つまり図示しない点火コイルに接続される側を、点火プラグ１０の基端側として説明する。

図２および図３に示すように、点火プラグ１０は、中心に配置される中心電極２０と、中心電極２０の外側に設けられる絶縁碍子（絶縁部材）２１と、絶縁碍子２１の外側に設けられるハウジング２２と、を有している。図３に示すように、筒状の絶縁碍子２１には、先端側に突出する中心電極２０と、基端側に突出する通電軸部２３と、中心電極２０および通電軸部２３を電気的に接続する抵抗体２４と、が収容されている。また、通電軸部２３の基端側にはターミナル２５が接続されており、ターミナル２５には図示しない点火コイルが接続される。図２および図３に示すように、取付金具として機能するハウジング２２には、レンチ等の工具が係合する工具係合部２６が形成されており、シリンダヘッド１４に締め込まれる取付ネジ部２７が形成されている。工具係合部２６と取付ネジ部２７との間には座部２８が設けられており、座部２８と取付ネジ部２７との間にはガスケット２９が組み付けられている。また、取付ネジ部２７の先端部３０には、接地電極３１を備えた電極カバー（カバー部材）３２が設けられている。つまり、ハウジング２２の先端部（端部）３０には、電極カバー３２が設けられるとともに、電極カバー３２を介して接地電極３１が設けられている。

図４は点火プラグ１０の電極カバー３２およびその近傍を拡大する部分断面図である。図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４に示すように、中心電極２０には放電側チップ（放電部）４０が設けられており、接地電極３１には放電側チップ４０に対向する接地側チップ（対向部）４１が設けられている。また、放電側チップ４０と接地側チップ４１との間には、所定の放電ギャップＧが設けられている。中心電極２０に対して図示しない点火コイルの高電圧を印加することにより、放電側チップ４０と接地側チップ４１との間で放電による火花を飛ばすことができ、放電ギャップＧ内の混合気に点火して燃焼室１５内の混合気を燃焼させることができる。

ところで、点火プラグ１０を用いて混合気に点火するためには、点火可能な燃料濃度の成層混合気Ｆを、電極近傍に安定的に供給することが重要である。そこで、図４に示すように、ハウジング２２の先端部３０には、放電側チップ４０および接地側チップ４１を覆う電極カバー３２が設けられている。電極カバー３２は、ハウジング２２に設けられる円筒部（筒部）４２と、円筒部４２の先端に設けられる略半球形状のドーム部４３と、によって構成されている。図４および図５に示すように、放電側チップ４０および接地側チップ４１を囲む円筒部４２には、周方向に所定間隔で配置される４つの側壁４４ａ〜４４ｄが設けられている。すなわち、電極カバー３２の円筒部４２には、側壁４４ａ〜４４ｄによって複数のスリット（開口部）４５が区画されている。また、図４に示すように、電極カバー３２の側壁４４ａには、接地電極３１が一体に設けられている。

続いて、点火プラグ１０における成層混合気Ｆの流れについて説明する。図６（ａ）および（ｂ）は成層混合気Ｆの流れを概略的に示す説明図である。図６（ａ）には図５に示す部位と同じ部位が示され、図６（ｂ）には図４に示す部位と同じ部位が示されている。図６（ａ）に矢印で示すように、点火プラグ１０に向かう成層混合気Ｆの一部は、電極カバー３２のスリット４５から内側に流れ込み、電極カバー３２の側壁４４ａ〜４４ｄによってカバー内に留められる。これにより、放電側チップ４０および接地側チップ４１の近傍に、より多くの成層混合気Ｆを滞留させることができ、点火に適した混合気場を生成することができる。すなわち、点火プラグ１０の電極カバー３２によって成層混合気Ｆを捕捉することにより、電極カバー３２内の燃料濃度を点火可能な濃度に高めることができ、点火プラグ１０の点火性能を高めることができる。

また、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、シリンダヘッド１４に点火プラグ１０を取り付けた場合には、点火プラグ１０に向かって流れる成層混合気Ｆに対向する位置に、電極カバー３２の側壁４４ａが配置される。このように、電極カバー３２の側壁４４ａを成層混合気Ｆに対向させるようにしたので、側壁４４ａによって成層混合気Ｆの直接的な流入を抑制することができる。これにより、液体燃料の塊が成層混合気Ｆに含まれていた場合であっても、液体燃料による点火プラグ１０の燻りを抑制することができ、点火プラグ１０の点火性能を確保することができる。さらに、図６（ｂ）に矢印で示すように、電極カバー３２は略半球形状のドーム部４３を備えることから、ドーム部４３の内側に沿って電極カバー３２内に渦を発生させることができる。このように、電極カバー３２内に渦を発生させることにより、混合気を積極的に流動させることができ、混合気を良好に燃焼させることが可能である。

図示する例では、電極カバー３２に対して４つのスリット４５を形成しているが、これに限られることはなく、電極カバー３２に対して２つ以上のスリットが形成されていれば良い。また、図示する例では、点火プラグ１０の軸線方向に対してほぼ平行に、電極カバー３２に対してスリット４５を形成しているが、これに限られることはない。例えば、点火プラグ１０の軸線方向に対して傾斜するスリットを形成しても良く、点火プラグ１０の軸線方向に対して直交するスリットを形成しても良い。さらに、電極カバー３２に形成される開口部としては、スリット４５に限られることはなく、円形等の他の形状からなる開口部を電極カバー３２に形成しても良い。また、電極カバー３２の先端を構成するドーム部４３に対し、１つまたは複数の開口部を形成しても良い。

［実施形態２］
実施形態２として、本発明の他の実施の形態である点火プラグ５０について説明する。図７（ａ）は点火プラグ５０を示す正面図であり、図７（ｂ）は点火プラグ５０を示す底面図である。また、図８は点火プラグ５０の電極カバー５１およびその近傍を拡大する部分断面図であり、図９は図８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、図７〜図９において、図２、図４および図５に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７（ａ）および（ｂ）に示すように、ハウジング２２つまり取付ネジ部２７の先端部３０には、メッシュ状に形成される電極カバー（カバー部材）５１が設けられている。電極カバー５１は、ハウジング２２に設けられる円筒部５２（筒部）と、円筒部５２の先端に設けられる略半球形状のドーム部５３と、によって構成されている。図８および図９に示すように、電極カバー５１は網状のメッシュ材を用いて形成されおり、電極カバー５１には多数の網目５４が形成されている。すなわち、電極カバー５１の円筒部５２には、メッシュ材を構成する線材５５によって複数の網目（開口部）５４が区画されている。また、図８に示すように、ハウジング２２つまり取付ネジ部２７の先端部３０には、Ｌ字状に折り曲げられる接地電極５６が設けられている。

続いて、点火プラグ５０における成層混合気Ｆの流れについて説明する。図１０（ａ）および（ｂ）は成層混合気Ｆの流れを概略的に示す説明図である。図１０（ａ）には図９に示す部位と同じ部位が示され、図１０（ｂ）には図８に示す部位と同じ部位が示されている。図１０（ａ）に矢印で示すように、点火プラグ５０に向かう成層混合気Ｆの一部は、電極カバー５１の網目５４から内側に流れ込み、電極カバー５１の線材５５によって電極カバー５１内に留められる。これにより、放電側チップ４０および接地側チップ４１の近傍に、より多くの成層混合気Ｆを滞留させることができ、点火に適した混合気場を生成することができる。すなわち、点火プラグ５０の電極カバー５１によって成層混合気Ｆを捕捉することにより、電極カバー５１内の燃料濃度を点火可能な濃度に高めることができ、点火プラグ５０の点火性能を高めることができる。

また、図１０（ｂ）に矢印で示すように、電極カバー５１は略半球形状のドーム部５３を備えることから、ドーム部５３の内側に沿って電極カバー５１内に渦を発生させることができる。このように、電極カバー５１内に渦を発生させることにより、混合気を積極的に流動させることができ、混合気を良好に燃焼させることが可能である。さらに、メッシュ材を用いて電極カバー５１を形成することにより、成層混合気Ｆを多数の線材５５に衝突させることができる。これにより、成層混合気Ｆに含まれる燃料を微細にすることができ、混合気を良好に燃焼させることが可能である。なお、電極カバー５１を構成するメッシュ材の線材５５としては、断面形状が円形の線材であっても良く、断面形状が矩形等の他の形状からなる線材を採用しても良い。

また、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、シリンダヘッド１４に点火プラグ５０を取り付けた場合には、点火プラグ５０に向かって流れる成層混合気Ｆに対向する位置に、ハウジング２２に固定される接地電極５６の基部５７が配置される。接地電極５６の基部５７を成層混合気Ｆに対向させるようにしたので、基部５７によって成層混合気Ｆの直接的な流入を抑制することができる。これにより、液体燃料の塊が成層混合気Ｆに含まれていた場合であっても、液体燃料による点火プラグ５０の燻りを抑制することができ、点火プラグ５０の点火性能を確保することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、電極カバー３２，５１を構成する筒部として、円形の断面形状を備える円筒部４２，５２を採用しているが、これに限られることはなく、矩形や楕円形等の他の断面形状を備える筒部を採用しても良い。また、前述の説明では、電極カバー３２，５１を構成する筒部の先端にドーム部４３，５３を設けているが、これに限られることはなく、例えば筒部の先端に平板部材を設けても良い。

図４に示す例では、電極カバー３２と接地電極３１とを一体に設けているが、これに限られることはなく、電極カバー３２と接地電極３１とを別体に設けても良い。また、図８に示す例では、電極カバー５１と接地電極５６とを別体に設けているが、これに限られることはなく、電極カバー５１と接地電極５６とを一体に設けても良い。なお、電極カバー３２，５１の材料としては、接地電極３１，５６やハウジング２２等に採用される金属材料を用いることが可能である。

前述の説明では、中心電極２０に放電側チップ４０を設けているが、これに限られることはなく、中心電極２０から放電側チップ４０を外しても良い。この場合には、中心電極２０の先端部が放電部として機能することになる。また、前述の説明では、接地電極３１，５６に接地側チップ４１を設けているが、これに限られることはなく、接地電極３１，５６から接地側チップ４１を外しても良い。この場合には、接地電極３１，５６の先端部やその近傍が対向部として機能することになる。

１０ 点火プラグ
１１ エンジン（内燃機関）
２０ 中心電極
２１ 絶縁碍子（絶縁部材）
２２ ハウジング
３０ 先端部（端部）
３１ 接地電極
３２ 電極カバー（カバー部材）
４０ 放電側チップ（放電部）
４１ 接地側チップ（対向部）
４２ 円筒部（筒部）
４３ ドーム部
４５ スリット（開口部）
５０ 点火プラグ
５１ 電極カバー（カバー部材）
５２ 円筒部（筒部）
５３ ドーム部
５４ 網目（開口部）
５６ 接地電極

Claims (5)

1. 内燃機関に用いられる点火プラグであって、
   放電部を備える中心電極と、
   前記中心電極の外側に設けられる絶縁部材と、
   前記絶縁部材の外側に設けられるハウジングと、
   前記ハウジングの端部に設けられ、前記放電部に対向する対向部を備える接地電極と、
   前記ハウジングの端部に設けられ、前記放電部および前記対向部を覆うカバー部材と、
   を有し、
   前記カバー部材は、前記放電部および前記対向部を囲み、かつ複数の開口部が形成される筒部を備える、点火プラグ。
2. 請求項１記載の点火プラグにおいて、
   前記カバー部材は、前記筒部の先端に設けられるドーム部を備える、点火プラグ。
3. 請求項１または２記載の点火プラグにおいて、
   前記開口部は、スリットである、点火プラグ。
4. 請求項１または２記載の点火プラグにおいて、
   前記カバー部材は、メッシュ材を用いて形成され、
   前記開口部は、前記メッシュ材の網目である、点火プラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の点火プラグにおいて、
   前記カバー部材と前記接地電極とは、一体に設けられる、点火プラグ。

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