JP2018147617A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高気流条件下において火花放電の短絡を抑制することで着火性を向上し、内燃機関における燃焼を安定させ、トルク変動を抑制する。【解決手段】接地電極１６は、中心電極１０に対向する面に中心電極１０に向かい合う接地電極対向チップ２２と、中心電極１０に対向しない面である側面に接地電極側面チップ２４と、を備える内燃機関の点火装置とする。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の点火装置に関する。

絶縁碍子によって絶縁保持された中心電極と接地電極とを備え、中心電極と接地電極の間に電圧を印加することによって火花を発生させる内燃機関の点火装置（点火プラグ）が知られている。

ここで、接地電極において中心電極に対向する一面に中心電極側へ延びる円柱状の突出部が形成されており、中心電極と突出部の直径が共に２．３ｍｍ以下であり、点火エネルギが１７ｍＪ未満とされた点火装置が開示されている（特許文献１）。また、絶縁碍子を覆うハウジングを設け、ハウジングにより内燃機関の燃焼室筒内の気流を整流すると共に、接地電極の先端を中心軸に対して所定の角度で偏心させた構成を有する点火装置が開示されている（特許文献２）。また、内燃機関の燃焼室筒内の気流の向きに応じて着火性を向上させるための電極形状を備えた点火装置が開示されている（特許文献３）。

特開２００２−３１９４６９号公報 特開２０１０−２３８３７７号公報 特開２０１１−２３３３８８号公報

ところで、中心電極の突起とそれに対向する接地電極の突起とが点火装置の中心軸上に設けられた構成（針−針型）では、図１０に示すように、接地電極の幅が広く、接地電極が筒内の気流の上流側である場合に接地電極によって流れが妨げられる。これによって、気流速度が低下し、放電伸張が抑制される。その結果、点火装置における着火性が低下する。

一方、接地電極の側面方向からの気流が形成されている場合、図１１に示すように、接地電極側の放電路端が突起先端より下流側の接地電極本体に移動し易くなり、放電路の端部と端部との間隔が大きくなる。これによって、点火装置における短絡が抑制され、着火性が向上する。

また、接地電極に設けられた突起が点火装置の中心軸から偏心させられた構成（スラント型）では、図１２に示すように、接地電極の幅を小さくすることで気流の減速を抑制して、気流を斜め下向きに変化させることができる。その結果、放電伸張が促進され、点火装置における着火性が向上する。

一方、接地電極の側面方向からの気流が形成されている場合、図１３に示すように、接地電極の幅が狭いと放電路端の移動が生じ難くなり、放電伸張は弱くなる。その結果、点火装置における着火性を高めることができない。

本発明に係る点火装置は、燃焼室内の燃料の点火を行う内燃機関の点火装置であって、絶縁碍子と、前記絶縁碍子から先端部が突出するように設けられた中心電極と、前記中心電極に対向する対向部を有する接地電極と、を備え、前記接地電極は、前記中心電極に対向する面に前記中心電極に向かい合う第１突起と、前記中心電極に対向しない面である側面に第２突起と、を備えることを特徴とする内燃機関の点火装置である。

また、前記第２突起は、前記第１突起と同一の素材からなり、前記第１突起と一体であることが好適である。

また、前記第１突起の端部と前記第２突起の先端部とは、滑らかな稜線によって接続されていることが好適である。

また、前記第１突起及び前記第２突起は、貴金属を含む素材からなることが好適である。

本発明によれば、高気流条件下において火花放電の短絡を抑制することで着火性を向上し、内燃機関における燃焼を安定させ、トルク変動を抑制することができる。

本発明の実施の形態における内燃機関の点火装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における点火装置の構成を示す部分拡大図である。 本発明の実施の形態における点火装置の作用を説明する図である。 本発明の実施の形態における点火装置の作用を説明する図である。 本発明の変形例１における点火装置の構成を示す部分拡大図である。 本発明の変形例１における点火装置の作用を説明する図である。 本発明の変形例２における点火装置の構成を示す部分拡大図である。 本発明の変形例２における点火装置の製造方法を説明する図である。 本発明の変形例２における点火装置の作用を説明する図である。 従来の点火装置の課題を説明するための図である。 従来の点火装置の課題を説明するための図である。 従来の点火装置の課題を説明するための図である。 従来の点火装置の課題を説明するための図である。

本発明の実施の形態における内燃機関の点火装置１００は、図１に示すように、中心電極１０、絶縁碍子１２、ハウジング１４及び接地電極１６を備えて構成される。点火装置１００は、内燃機関の燃焼室に装着され、燃焼室内に供給された燃料（混合気）に点火するために用いられる。

中心電極１０は、燃料に点火するための電圧が印加される電極である。中心電極１０は、導電性の高い金属材料によって構成される。中心電極１０は、例えば、内材としてＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料が用いられ、外材としてＮｉ合金等の耐久性及び耐食性に優れた金属材料を用いて形成することが好適である。中心電極１０は、後述する絶縁碍子１２を貫くように円柱棒状の形状とされる。中心電極１０の先端部１０ａは、点火装置１００が内燃機関に装着された状態で燃焼室内に露出するように設けられる。中心電極１０の端子部１０ｂは、点火回路からの導線に接続するために絶縁碍子１２から露出した状態とされる。

絶縁碍子１２は、中心電極１０と接地電極１６及び他の部材との間の電気的な絶縁を維持するための部材である。絶縁碍子１２は、電気的に絶縁性を有し、耐熱性に優れた材料によって構成される。絶縁碍子１２は、例えば、高純度アルミナ等のセラミック材料を用いて形成することが好適である。絶縁碍子１２は、略円筒形状に形成され、中心軸孔に中心電極１０が挿入されて固定されている。絶縁碍子１２の先端部１２ａは、点火装置１００が内燃機関に装着された状態で燃焼室内に露出するように設けられる。絶縁碍子１２の基端部１２ｂは、内燃機関の取り付け部分から突出した状態とされる。基端部１２ｂは、コルゲート状に形成することが好適であり、これにより中心電極１０と他の部材との間の絶縁リークを防止することができる。

ハウジング１４は、絶縁碍子１２の先端側を覆って側面電極を形成している。ハウジング１４は、導電性の高い金属材料によって構成される。ハウジング１４は、例えば、低炭素鋼等の高耐熱性の金属材料で構成することが好適である。ハウジング１４には、内燃機関のシリンダヘッドに設けられたネジ穴に固定するためのねじ部１４ａが設けられている。ねじ部１４ａにより点火装置１００を内燃機関のシリンダヘッドに固定することによって、ハウジング１４は内燃機関に電気的に接地される。ねじ部１４ａの先端側には内燃機関の燃焼室内に露出するシュラウド部１４ｂが設けられている。

接地電極１６は、電気的に接地される電極である。接地電極１６は、導電性の高い金属材料によって構成される。接地電極１６は、例えば、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金等を用いて構成することが好適である。接地電極１６は、ハウジング１４に電気的に導通するように接続される。接地電極１６は、内燃機関の燃焼室内に突出し、中心電極１０に対向するように略Ｌ字型に形成される。

接地電極１６は、接地電極１６の先端と中心電極１０の先端とを結ぶ直線Ｍが中心電極１０の中心軸Ｎに対して偏心角度θをなすように形成されたスラント型に形成されている。

本実施の形態における点火装置１００では、図２の部分拡大図に示すように、中心電極１０の先端部１０ａに中心電極放電チップ２０と、接地電極１６の先端部に接地電極対向チップ２２及び接地電極側面チップ２４と、が設けられる。

中心電極放電チップ２０は、中心電極１０の先端部１０ａに設けられた突起部であり、耐熱性に優れた導電部材で構成される。中心電極放電チップ２０は、例えば、イリジウム合金やプラチナ合金等の貴金属から構成することが好適である。中心電極放電チップ２０は、例えば、円柱形状とされ、接地電極１６の接地電極対向チップ２２に対向する位置に設けられる。なお、中心電極放電チップ２０の先端部は後述する接地電極対向チップ２２の先端部と平行な面とすることが好適である。なお、中心電極放電チップ２０の形状及びサイズは、点火装置１００を用いる内燃機関の容量や構成に応じて適宜設定することが好適である。

接地電極対向チップ２２は、接地電極１６の先端部に設けられた第１突起部であり、耐熱性に優れた導電部材で構成される。接地電極対向チップ２２は、例えば、イリジウム合金やプラチナ合金等の貴金属から構成することが好適である。接地電極対向チップ２２は、例えば、円柱形状とされ、中心電極１０の中心電極放電チップ２０に対向する面（対向部）に設けられる。すなわち、接地電極対向チップ２２は中心電極放電チップ２０と向かい合うように配置される。なお、接地電極対向チップ２２の形状及びサイズは、点火装置１００を用いる内燃機関の容量や構成に応じて適宜設定することが好適である。

接地電極側面チップ２４は、接地電極１６の先端部に設けられた第２突起部であり、耐熱性に優れた導電部材で構成される。接地電極側面チップ２４は、例えば、イリジウム合金やプラチナ合金等の貴金属から構成することが好適である。接地電極側面チップ２４は、例えば、円柱形状とされ、中心電極１０の中心電極放電チップ２０に対向しない面（側面）に設けられる。すなわち、接地電極側面チップ２４は中心電極放電チップ２０と向かい合わないように配置される。なお、接地電極側面チップ２４の形状及びサイズは、点火装置１００を用いる内燃機関の容量や構成に応じて適宜設定することが好適である。

本実施の形態にように接地電極側面チップ２４を設けた構成では、図３（ａ）の部分拡大斜視図及び図３（ｂ）の部分拡大正面図に示すように、接地電極１６の側面方向から燃料（混合気）の気流が流れている状態において中心電極１０と接地電極１６との間に形成される放電経路が接地電極側面チップ２４に移動し易い。すなわち、放電初期には中心電極放電チップ２０と接地電極対向チップ２２との間に形成される放電経路が気流によって流されても、放電経路は接地電極対向チップ２２の端部に移動した状態（図中、太破線で示す経路２００）を経た後、接地電極対向チップ２２から接地電極側面チップ２４へと経路が移動して、経路の途中が拡がった状態（図中、太実線で示す経路２０２）となる。

このとき、接地電極側面チップ２４を設けていなければ、図４（ａ）に示すように、中心電極放電チップ２０の端部と接地電極対向チップ２２の端部とを繋ぐ放電経路の最近接距離δＬが狭くなり、地点１と地点２とが短絡してしまう可能性が高くなる。これに対して、本実施の形態のように接地電極側面チップ２４を設けることによって、図４（ｂ）に示すように、接地電極対向チップ２２から接地電極側面チップ２４へと放電経路が移動し、放電経路の最近接距離が狭くなることを防ぐことができ、放電経路の途中における短絡を抑制することができる。

このように、放電経路が中心電極放電チップ２０と接地電極側面チップ２４との間に形成されることによって、放電経路の端と端との距離が大きくなり、放電経路の途中において短絡が発生することを抑制することができる。したがって、高気流条件下において火花放電の短絡を抑制することで着火性を向上し、内燃機関における燃焼を安定させ、トルク変動を抑制することができる。

＜変形例１＞
変形例１における点火装置１００では、図５の部分拡大図に示すように、接地電極１６の先端部に設けられた接地電極対向チップ２２と接地電極側面チップ２４とが一体化された接地電極チップ３０が設けられる。

接地電極チップ３０は、接地電極１６の先端部において中心電極放電チップ２０に向かい合う突起部と側面に設けられた突起部とを一体化した構造であり、耐熱性に優れた導電部材で構成される。接地電極チップ３０は、例えば、イリジウム合金やプラチナ合金等から構成することが好適である。また、接地電極チップ３０は、中心電極放電チップ２０に向かい合う突起部の先端から側面に設けられた突起部に向けて滑らかな稜線で接続した形状とすることが好適である。接地電極チップ３０は、例えば、円錐の一部を切り取った形状とされる。なお、接地電極チップ３０の形状及びサイズは、点火装置１００を用いる内燃機関の容量や構成に応じて適宜設定することが好適である。

本実施の形態にように接地電極チップ３０を設けた構成では、図６（ａ）の部分拡大斜視図及び図６（ｂ）の部分拡大正面図に示すように、接地電極１６の側面方向から燃料（混合気）の気流が流れている状態において中心電極１０と接地電極１６との間に形成される放電経路が接地電極チップ３０の側面部分に移動し易い。すなわち、放電初期には中心電極放電チップ２０と接地電極チップ３０の中心電極放電チップ２０に対向する位置との間に放電経路（図中、太破線で示す経路２０４）が形成され、その後、放電経路が気流によって流された場合に接地電極チップ３０の側面部分に経路が連続的に滑らかに移動して、経路の途中が拡がった状態（図中、太実線で示す経路２０６）となる。

このように、放電経路が中心電極放電チップ２０と接地電極チップ３０の側面部との間に形成されることによって、放電経路の端と端との距離が大きくなり、放電経路の途中において短絡が発生することを抑制することができる。特に、接地電極チップ３０を中心電極放電チップ２０に向かい合う突起部の先端から側面に設けられた突起部に向けて滑らかな稜線で接続した形状とすることによってより滑らかに放電経路を接地電極チップ３０の側面部に移動させることができる。したがって、高気流条件下において火花放電の短絡を抑制することで着火性を向上し、内燃機関における燃焼を安定させ、トルク変動を抑制することができる。

＜変形例２＞
変形例１における接地電極チップ３０は接地電極１６の先端部の周囲を囲むように設けたが、図７の部分拡大図に示すように、接地電極チップ３２を接地電極１６の先端部に取り付けた構成としてもよい。当該構成においても上記変形例１と同様の効果を得ることができる。例えば、図８に示すように、接地電極対向チップ２２と接地電極側面チップ２４とが一体化された接地電極チップ３２を接地電極１６とは別に形成しておき、接地電極１６の先端部に溶接等で取り付ければよい。なお、接地電極チップ３２の形状及びサイズは、点火装置１００を用いる内燃機関の容量や構成に応じて適宜設定することが好適である。

本実施の形態にように接地電極チップ３２を設けた構成においても、変形例２と同様に、図９（ａ）の部分拡大斜視図及び図９（ｂ）の部分拡大正面図に示すように、接地電極１６の側面方向から燃料（混合気）の気流が流れている状態において中心電極１０と接地電極１６との間に形成される放電経路が接地電極チップ３２の側面部分に移動し易い。すなわち、放電初期には中心電極放電チップ２０と接地電極チップ３２の中心電極放電チップ２０に対向する位置との間に放電経路（図中、太破線で示す経路２０８）が形成され、その後、放電経路が気流によって流された場合に接地電極チップ３２の側面部分に経路が移動して、経路の途中が拡がった状態（図中、太実線で示す経路２１０）となる。

本変形例２の構成においても放電経路の途中において短絡が発生することを抑制することができる。特に、接地電極チップ３２を中心電極放電チップ２０に向かい合う突起部の先端から側面に設けられた突起部に向けて滑らかな稜線で接続した形状とすることによってより滑らかに放電経路を接地電極チップ３２の側面部に移動させることができる。したがって、高気流条件下において火花放電の短絡を抑制することで着火性を向上し、内燃機関における燃焼を安定させ、トルク変動を抑制することができる。

１０ 中心電極、１０ａ 先端部、１０ｂ 端子部、１２ 絶縁碍子、１２ａ 先端部、１２ｂ 基端部、１４ ハウジング、１４ａ ねじ部、１４ｂ シュラウド部、１６ 接地電極、２０ 中心電極放電チップ、２２ 接地電極対向チップ、２４ 接地電極側面チップ、３０ 接地電極チップ、３２ 接地電極チップ、１００ 点火装置、２００，２０２，２０４，２０６，２０８，２１０ 経路。

Claims (4)

1. 燃焼室内の燃料の点火を行う内燃機関の点火装置であって、
   絶縁碍子と、前記絶縁碍子から先端部が突出するように設けられた中心電極と、前記中心電極に対向する対向部を有する接地電極と、を備え、
   前記接地電極は、
   前記中心電極に対向する面に前記中心電極に向かい合う第１突起と、
   前記中心電極に対向しない面である側面に第２突起と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の点火装置であって、
   前記第２突起は、前記第１突起と同一の素材からなり、前記第１突起と一体であることを特徴とする内燃機関の点火装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の点火装置であって、
   前記第１突起の端部と前記第２突起の先端部とは、滑らかな稜線によって接続されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の点火装置であって、
   前記第１突起及び前記第２突起は、貴金属を含む素材からなることを特徴とする内燃機関の点火装置。
   

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