JP2018532225A - 内燃機関用点火プラグ - Google Patents

Abstract

上記のような目的を達成するための本発明は、内燃機関用点火プラグにおいて、所定の位置に溝が形成された主セルと、前記主セルを囲み、下部外側にねじ部が形成された補助セルとを備え、前記溝は主セルの外周面の環状に形成され、前記補助セルは、上部が前記主セルの方向にベンディングされて前記溝に引っかかるベンディング部を含み、前記ベンディング部の内側に載置リングカバー載置される、前記補助セルの下部内側には、火花を発生させる電極が受容される１次燃焼室が形成され、前記電極を囲むように前記補助セルの他端部に結合されるオリフィスバルブを含み、前記オリフィスバルブの中心部が前記補助セルの内側方向に突出して少なくとも１つ以上の噴出孔が形成されることを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。
上記のように構成されて作用する本発明は、プラグオフィリスバルブの内側にガイド部が形成されて１次燃焼室を介する爆発火炎が主燃焼室により速く、迅速に燃焼室内へ拡散噴出され、燃焼速度が主燃焼室の先端まで速くなり、点火遅角が可能になって燃焼性能が向上し、燃焼効率も上昇するようになり、燃費向上効果と排出ガスの減少を同時に得られる効果がある。

Description

本発明は内燃機関の点火プラグに関し、さらに詳しくは、構造改善によりプラグ内における自然点火を防止して燃焼効率を向上し、構造的に安定した内燃機関用点火プラグに関する。

高オクタン価ガソリンを使用する高性能の内燃機関において要求される適正出力の燃焼効率を得るためには、内燃機関の角回転速度に応じて低速である場合、機関の上死点（ＴＤＣ）前（ＢＴＤＣ）−５度〜−６度（土）角度で点火を行い、各機関速度の増加に応じて点火進角（Ａｄａｎｃｅ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）時点も５０度（±）上死点前角度で点火進角させて機関の最大出力を求めている。

従来の内燃機関用点火プラグについて本願出願人が先願で特許を受けた特許文献１に開示されているように、電気点火式内燃機関の圧縮された燃料混合気の一部を機関点火時点において一次的に予め着火、燃焼された後、これにより発生する小規模の爆発火炎を主燃焼室に排出させて燃焼室の主燃料混合がより速く確実に着火させることはもちろん、相対的に遥かに短い時間内に燃焼させることでクランク軸角上の燃料混合気全体の燃焼時間が最大限に短縮されるようにしている。

先願の図１の点火プラグ１００は、流体が出入りできるようにする円形状の噴出孔が１つ形成されていて、既存の点火プラグに比べて機関の燃焼時間は短縮されるが、小規模の爆発火炎が燃焼室に伝達されるという問題点がある。

大韓民国特許庁特許公報第０３２８４９０号

従って、本発明は前述のように従来技術の問題点を解決するために鑑みてなされたもので、本発明はオリフィスバルブの構造を改善して上記のような従来の点火プラグの有する限界を克服し、全体機関の燃焼速度が主燃焼室の先端部まで速くなるように低速、高速時にクランク軸角上において点火遅角（Ｒｅｔａｒｄ）を短縮することが可能な内燃機関用点火プラグを提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するための本発明は、内燃機関用点火プラグにおいて、所定の位置に溝が形成された主セルと、前記主セルを囲み、下部外側にねじ部が形成された補助セルとを備え、前記溝は、主セルの外周面の環状に形成され、前記補助セルは、上部が前記主セルの方向にベンディングされて前記溝に引っかかるベンディング部を含み、前記ベンディング部の内側に載置リングカバーが載置され、前記補助セルの下部内側には、火花を発生させる電極が受容される１次燃焼室が形成され、前記電極を囲むように前記補助セルの他端部に結合されるオリフィスバルブを含み、前記オリフィスバルブの中心部が前記補助セルの内側方向に突出して少なくとも１つ以上の噴出孔が形成されることを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。

また、前記オリフィスバルブの中心部に形成される１つの主噴出孔と、前記主噴出孔の円周方向に沿って形成される少なくとも１つ以上の補助噴出孔とを含むことを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。

また、前記補助噴出孔の内側先端は３６０度の全方向に一定曲率を有するガイド部が形成されるものの、前記ガイド部は前記補助噴出孔の外側先端を含んで連続的な面から成ることを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。

また、前記補助噴出孔の内側先端の直径（Ｄ_２）は外側先端の直径（Ｄ_１）より大きい（Ｄ_２＞Ｄ_１）ことを特徴とする内側機関用点火プラグが提供される。

また、前記リングカバーは銅と耐熱性アルミニウム合金、純銀や銀銅合金材または鉄から成るものを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。

また、前記電極は前記主セルの中心部から垂直方向に沿って直線状に設けられ、外部に露出される中心電極と、前記中心電極の周囲に円弧状に前記補助セルの下部内側に形成された１対の接地電極から成ることを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。

また、前記中心電極及び接地電極による点火時に火炎による熱を熱交換させて揮発性ガスの漏えいを遮断するため、前記主セルと前記補助セルの間に熱交換部材が載置されることを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。

また、火炎の伝播速度を速くするため、１つの主燃焼室に２つの前記燃焼機関用点火プラグを装備することを特徴とする内燃機関用点火プラグが提供される。

上記のように構成されて作用する本発明は、プラグオフィリスバルブの内側にガイド部が形成されて１次燃焼室を介する爆発火炎が主燃焼室により速く迅速に燃焼室内へ拡散噴出され、燃焼速度が主燃焼室の先端まで速くなり、点火遅角（Ｒｅｔａｒｄｅｄ ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が可能になって燃焼性能が向上し、燃焼効率も上昇することで燃費向上効果と排出ガスの減少を同時に得られる効果がある。

従来の本願出願人によって出願された特許文献１の点火プラグの正面図である。 本発明による内燃機関用点火プラグの正面図である。 本発明による内燃機関用点火プラグの断面図である。 図３の「Ａ」部分を拡大した拡大図である。 図３の「Ｂ」部分を拡大した拡大図である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後術されていて参照すると明確になるだろう。しかし、本発明は、以下の説明に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることができ、単に本説明は本発明の実施が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図２は、本発明による内燃機関用点火プラグの正面図である。

図３は、本発明による内燃機関用点火プラグの断面図である。図４は、図３の「Ａ」部分を拡大した拡大図である。図５は、図３の「Ｂ」部分を拡大した拡大図である。

図２と図３に示すように内燃機関用点火プラグ１００は、所定の位置に溝１１４が形成された主セル１１０と、下部外側にねじ部が形成された補助セル１２０とを備えている。

前記溝１１４は主セル１１０の外周面に環状に形成され、中室の前記主セル１１０には中心部から垂直方向に沿って直線状に設けられて外部に露出される中心電極１４１を備えて、前記主セル１１０の中空内に絶縁体１１１が装備され、前記絶縁体１１１は前記中心電極１４１を絶縁被覆した状態で主セル１１０に装備され、上部の端子１１１２と中心電極１４１に連結された軸対１３を一体的に被覆する。

前記補助セル１２０は前記主セル１１０を囲み、上部が前記主セル１１０の方向にベンディングされ、前記溝１１４に引っかかるベンディング部１２１が形成される。

また、前記ベンディング部１２０の内側に載置されるリングカバー１７０を備える。

前記主セル１１０と前記補助セル１２０の間にはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_２）または珪石混合体（ＳｉＯ_２）１６２が充てんされてもよい。

従って、前記補助セル１２０が前記主セル１１０から抜けることを防止して、より安定的な構造を有する内燃機関用点火プラグ１００を提供することができる。

また、前記補助セル１２０の下部側の内部には火花を発生させる電極１４０を備えていて、前記電極１４０を囲むように前記補助セルの他端部にオリフィスバルブ１５０が結合されて１次燃焼室１３０が形成される。

このような構造により、前記１次燃焼室１３０は吸気工程から吸入された主燃焼室（図示せず）の燃料混合気体が圧縮工程で圧縮されると同時に、ピストンに押されて上昇する燃料混合気体の一部を前記１次燃焼室１３０内に一部受容するようになる。

また、前記電極１４０は供給される電極によって互いに異なる極性を形成する。前記主セル１１０の中心部から垂直方向に沿って直線状に設けられて外部に露出される中心電極１４１と、前記中心電極１４１の周囲に円弧状に前記補助セル１２０の下部内側に形成された１対の接地電極１４２から成る。

前記中心電極１４１は垂直方向に沿って直線状になっている反面、１対の前記接地電極１４２はその端部が中心電極１４１に隣接して配置される。

前記接地電極１４２が前記補助セル１２０の下部内側に形成されることで、接地電極１４２は冷却作用が早期に実現されて中心電極１４１との通電作用がより効果的に行われる。

また、前記オリフィスバルブ（または切替火炎弁、Ｃｒｏｓｓ Ｆｌａｍｅ Ｖａｌｖｅと称することもある）１５０は、前記補助セル１２０の下段の周囲部を延長させることで一体的に形成されてもよく、組立及び分離ができるように前記補助セル１２０とは別途製造されて補助セル１２０に結合されてもよい。

しかし、オリフィスバルブ１６０を別途製造して補助セル１２０に結合させる場合には、燃焼室内の高い圧力などを考慮して補助セル１２０との気密性及び組立信頼性が確保される必要があり、レーザ溶接で結合することが好ましい。

前記オフィリスバルブ１５０は少なくとも１つ以上の噴出孔が形成され、中心部が前記補助セル１２０の内側方向に突出する。

前記オフィリスバルブ１５０の中心部には１つの主噴出孔１５１が形成され、前記主噴出１５１の円周方向に沿って少なくとも１つ以上の補助噴出孔１５２が形成される。

前記オフィリスバルブ１５０は耐熱耐酸化性の鋼材で形成されてもよく、原則としてオフィリスバルブの熱交換能力は自体４サイクル機関の膨張行程以外の行程において部分的に冷却されるように構成することが好ましく、熱吸収量が少ない金属を採択して体積内の限界が極めて少ない金属材質が適当である。

前記オフィリスバルブ１５０の下方に内燃機関に装備された点火プラグ１００がその下部に位置して上下往復運動するピストンと接触または衝突することもあるため、オフィリスバルブ１５０の下方突出の長さを適宜調節する必要がある。

また、前記主セル１１０と前記補助セル１２０の間には熱交換部材が載置され、前記熱交換部材は第１熱交換部材１６０と第２熱交換部材１６１とを含む。

前記第１熱交換部材１６０、前記第２熱交換部材１６１及び前記リングカバー１７０は、ヒートシンク（Ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）装置として、前記中心電極及び接地電極による点火時に前記１次燃焼室１３０で火炎によって発生する高熱を外部に熱交換させて揮発性ガスの漏えいを遮断する。

前記第１熱交換部材１６０と前記第２熱交換部材１６１及び前記リングカバー１７０は、多様な種類の金属材料で形成されてもよいものの、前記第１熱交換部材１６０と前記リングカバー１７０は、銅と耐熱性アルミニウム合金、純銀や銀銅合金材または鉄から成り、前記第２熱交換部材１６１は、インコネル６００やインコネル６０１から成ることが好ましい。

従って、前記内燃機関用点火プラグ１００内の温度を維持して自然点火を防止する最適の熱バス（ｐａｔｈ）構造に設計されている。

図４は、図３の「Ａ」部分を拡大した拡大図である。

図４を参照すると、前記主セル１１０の所定の位置に溝１１４が形成され、前記補助セル１２０は前記主セル１００を囲み、上部が前記主セル１１０の方向にベンディングされて前記溝１１４に引っかかるベンディング部１２１が形成される。

また、前記ベンディング部１２０の内側に載置されるリングカバー１７０を備えている。

前記主セル１１０と前記補助セル１２０の間にはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_２）または珪石混合体（ＳｉＯ_２）１６２が充填されてもよい。

従って、前記補助セル１２０が前記主セル１１０から抜けることを防止して、より安定的な構造を有する内燃機関用点火プラグ１００を提供することができる。

図５は、図３の「Ｂ」部分を拡大した拡大図である。

図５を参照すると、前記補助セル１２０の下部内側には火花を発生させる電極１４０が受容される１次燃焼室１３０が形成され、少なくとも１つ以上の噴出孔が形成され、前記電極１４０を囲むように前記補助セル１２０の他端部に結合されるオフィリスバルブ１５０を備えている。

前記オフィリスバルブ１５０の中心部が前記補助セル１２０の内側方向に突出し、前記少なくとも１つ以上の噴出孔が形成される。

前記オフィリスバルブ１５０の中心部に形成される１つの主噴出孔１５１と、前記主噴出孔１５１の円周方向に沿って形成される少なくとも１つ以上の補助噴出孔１５２が形成される。

前記補助噴出孔１５２の内側先端は３６０度の全方向に一定曲率を有するガイド部１５３が形成されるものの、前記ガイド部１５３は前記補助噴出孔の外側先端を含んで連続的な面から成る。

前記補助噴出孔１５２の内側先端の直径（Ｄ_２）は外側先端の直径（Ｄ_１）より大きく（Ｄ_２＞Ｄ_１）形成される。

このような構造により、燃焼行程の点火時点になれば前記電極１４０が通電されて電気的火花を発生するようになり、この火花が前記１次燃焼室１３０に密封された燃料混合気体を先に着火、燃焼させる。

前記１次燃焼室１３０の燃料混合気体が燃焼されれば、小規模の爆発火炎が発生して１次燃焼室１３０の内部に充填されるが、上昇するピストンによって１次燃焼室１３０内の爆発火炎は極めて短時間内に圧力が高く上昇する。

前記１次燃焼室１３０の圧力が主燃焼室の圧力より高くなる時点で１次燃焼室１３０内の小規模の爆発火炎は、前記主噴出孔１５１及び補助噴出孔１５２を介して主燃焼室側に排出される。

前記補助噴出孔１５２を介して主燃焼室側に排出される爆発火炎は、前記ガイド部１５３によって形成される緩やかな曲面に沿ってより円滑に１次燃焼室１３０を出入りすることができる。

また、前記主噴出孔１５１を介して主燃焼室側に排出される小規模の爆発火炎は、主噴出孔の周囲に緩やかな曲線が形成されて緩やかな曲面に沿ってより円滑に１次燃焼室１３０を出入りすることができる。

これによって、爆発火炎はオリフィスバルブ１５０の外側表面から平面上の放射方向に速く広がって主燃焼室内へ噴出されるようにして、主燃焼室内の圧縮された燃料混合気体を速く着火、燃焼させて燃焼速度を増速させ、点火遅角の短縮を可能にする。

既存の点火プラグに比べて前記点火プラグ１００は、点火遅角の短縮が可能であるために、速く確実に着火させることはもちろん、既存のものに比べて短時間内に全てが燃焼される。

従って、既存の点火プラグが設けられた燃焼室の体積より小さい燃焼室の体積で点火が起きるため、既存より少ない燃料で燃焼環境を作ることができて燃焼効率の向上のみならず、燃焼性能も向上する。

また、１つの主燃焼室に２つの前記点火プラグ１００を設けることができ、既存の主燃焼室に点火プラグ１００を１つ設けたときより主燃焼室に２つの点火プラグ１００を設ければ、火炎の伝播速度がさらに速くなる。

従って、２つの点火プラグ１００を設ければ、１つの点火プラグ１００を設けたときに比べてより点火遅角の短縮が可能になり、確実に点火されることはもちろん、既存に比べて短時間で燃焼される。

従って、点火プラグ１００を１つ設けたときに比べて燃焼室の体積がさらに小さい体積で点火が起きるために、より少ない燃料で燃焼環境を作ることができて燃焼効率の向上のみならず、燃焼性能も向上する。

本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更することなく他の具体的な形成で実施できることを理解することができるだろう。従って、前述した実施例は全ての面において例示的なものであり、限定的なものではないものと理解しなければならない。本発明の範囲は上記の詳細な説明より、後述の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等な概念から導出される全ての変更または変更された形態が本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。

１００：点火プラグ １１０：主セル
１１１：絶縁体 １１２：端子
１１３：軸封 １１４：溝
１２０：補助セル １２１：ベンディング部
１２２：ねじ部 １３０：１次燃焼室
１４０：電極 １４１：中心電極
１４２：接地電極 １５０：オリフィスバルブ
１５１：主噴出孔 １５２：補助噴出孔
１５３：ガイド部 １６０：第１熱交換部材
１６１：第２熱交換部材
１６２：アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または珪石混合体（ＳｉＯ_２）
１７０：リングカバー

Claims (8)

1. 内燃機関用点火プラグにおいて、
   所定の位置に溝が形成された主セルと、
   前記主セルを囲み、下部外側にねじ部が形成された補助セルと、を備え、前記溝は、主セルの外周面に環状に形成され、前記補助セルは、上部が前記主セルの方向にベンディングされて前記溝に引っかかるベンディング部を含み、
   前記ベンディング部の内側には、載置リングカバーが載置され、
   前記補助セルの下部内側には、火花を発生させる電極が受容される１次燃焼室、が形成され、
   前記電極を囲むように前記補助セルの他端部に結合されるオリフィスバルブを含み、前記オリフィスバルブの中心部が前記補助セルの内側方向に突出して少なくとも１つ以上の噴出孔が形成されることを特徴とする内燃機関用点火プラグ。
2. 前記オリフィスバルブの中心部に形成される１つの主噴出孔と、前記主噴出孔の円周方向に沿って形成される少なくとも１つ以上の補助噴出孔とを含むことを特徴とする
   請求項１に記載の内燃機関用点火プラグ。
3. 前記補助噴出孔の内側先端は３６０度の全方向に一定曲率を有するガイド部が形成されるものの、前記ガイド部は前記補助噴出孔の外側先端を含んで連続的な面から成ることを特徴とする
   請求項２に記載の内燃機関用点火プラグ。
4. 前記補助噴出孔の内側先端の直径（Ｄ_２）は外側先端の直径（Ｄ_１）より大きい（Ｄ_２＞Ｄ_１）ことを特徴とする
   請求項３に記載の内側機関用点火プラグ。
5. 前記リングカバーは銅と耐熱性アルミニウム合金、純銀や銀銅合金材または鉄から成るものを特徴とする
   請求項１に記載の内燃機関用点火プラグ。
6. 前記電極は
   前記主セルの中心部から垂直方向に沿って直線状に設けられて外部に露出される中心電極と、前記中心電極の周囲に円弧状に前記補助セルの下部内側に形成された１対の接地電極から成ることを特徴とする
   請求項１に記載の内燃機関用点火プラグ。
7. 前記中心電極及び接地電極による点火時に火炎による熱を熱交換させて揮発性ガスの漏えいを遮断するため、前記主セルと前記補助セルの間に熱交換部材が載置されることを特徴とする
   請求項１に記載の内燃機関用点火プラグ。
8. 火炎の伝播速度を速くするために１つの主燃焼室に２つの前記燃焼機関用点火プラグを装備することを特徴とする
   請求項１に記載の内燃機関用点火プラグ。