JP2019197717A - 多点点火装置及び多点点火エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】温度が上昇して電極保持部に周囲から圧縮力が作用しても影響のない多点点火装置を提供する。【解決手段】エンジン１の燃焼室４内の混合気に点火する多点点火装置１００は、内周が燃焼室４に臨むように環状に形成される絶縁部材１２と、絶縁部材１２を内周に保持する穴部１０ａを有する本体部１０と、絶縁部材１２に保持され、燃焼室４内の周方向に配置される複数の点火ギャップ１７を形成する複数の電極１４と、を備え、絶縁部材１２は、周の一部にスリット１２ａを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の点火ギャップを有する多点点火装置及び多点点火装置を備える多点点火エンジンに関する。

特許文献１には、燃焼室の外周側に環状の点火装置を備える内燃機関が開示されている。点火装置は、環状の本体部と、複数の点火ギャップを形成する中心電極部材と導電部とアースと、を有している。

特開２００９−０４７０５７号公報

しかしながら、特許文献１の内燃機関では、点火装置は、本体部の外周がシリンダヘッド及びシリンダブロックによって保持される。本体部はセラミックス等の絶縁材料からなり、シリンダヘッド及びシリンダブロックはアルミニウム合金や鋳鉄等の金属材料からなる。そのため、内燃機関の温度が上昇すると、シリンダヘッド及びシリンダブロックと本体部との熱膨張率の違いに起因して、点火装置に周囲から圧縮力が作用するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、温度が上昇して電極保持部に周囲から圧縮力が作用しても影響のない多点点火装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、エンジンの燃焼室内の混合気に点火する多点点火装置は、内周が前記燃焼室に臨むように環状に形成される電極保持部と、前記電極保持部を内周に保持する穴部を有する本体部と、前記電極保持部に保持され、前記燃焼室内の周方向に配置され複数の点火ギャップを形成する複数の電極と、を備え、前記電極保持部は、周の一部にスリットを有する。

本発明の他の態様によれば、上記多点点火装置を備える多点点火エンジンが提供される。

これらの態様では、電極保持部には、周の一部にスリットが設けられる。そのため、多点点火装置の温度が上昇して、本体部から電極保持部に圧縮力が作用しても、スリットが狭まることで圧縮力を吸収することができる。したがって、温度が上昇して電極保持部に周囲から圧縮力が作用しても影響のない多点点火装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る多点点火装置のエンジンへの取り付け状態を説明する側面の断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る多点点火装置の平面図であり、本体部の上面に設けられるガスケットを想像線で示す図である。 図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ断面図であり、多点点火装置とガスケットとをエンジンに取り付ける前の状態を示す図である。 図５は、図４において多点点火装置とガスケットとをエンジンに取り付けた状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る多点点火装置１００、及び多点点火装置１００を備える多点点火エンジン（以下、単に「エンジン」と称する。）１について説明する。

まず、主に図１を参照して、エンジン１の構成について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２内に形成されるシリンダ２ａと、シリンダ２ａ内を往復動するピストン２ｂと、シリンダブロック２に取り付けられてシリンダ２ａの頂部を閉塞するシリンダヘッド３と、点火プラグ７と、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に設けられる多点点火装置１００と、を備える。

エンジン１には、シリンダ２ａとピストン２ｂとシリンダヘッド３とによって燃焼室４が形成される。燃焼室４には、一対の吸気バルブ８が開閉する吸気ポート（図示省略）と一対の排気バルブ９が開閉する排気ポート（図示省略）とが接続される。

点火プラグ７は、燃焼室４の上部に配設される。点火プラグ７は、燃焼室４を平面視したときに略中心に位置するように設けられる（図２参照）。エンジン１は、燃焼室４内で圧縮された混合気に多点点火装置１００と点火プラグ７とが点火して燃焼させることによって動力を得る火花点火内燃機関である。

エンジン１では、燃焼室４内で圧縮された混合気に多点点火装置１００と点火プラグ７とで点火を行う。具体的には、イグニッションコイル（図示省略）からの点火電流を入力端子２２（図２参照）から入力し、多点点火装置１００の複数の点火ギャップ１７と点火プラグ７の点火ギャップ７ｂとに火花を発生させる。

このように、エンジン１では、点火プラグ７に加えて多点点火装置１００によっても点火が行われるので、燃焼による火炎流動を発生させることができる。その結果、スキッシュエリアを設けることなく急速燃焼を実現でき、冷却損失を減少させることができる。

次に、図１から図５を参照して、多点点火装置１００の構成について説明する。

図１及び図２に示すように、多点点火装置１００は、本体部１０と、電極保持部としての絶縁部材１２と、複数の電極１４と、ガスケットとしての一対のメタルガスケット１１と、を備える。

本体部１０は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に設けられる。本体部１０は、絶縁部材１２を内周に保持する円形の穴部１０ａを有する。本体部１０は、絶縁部材１２の外周に設けられる。本体部１０は、例えば、アルミニウム合金等の金属によって形成される。

本体部１０の上下面にはメタルガスケット１１が設けられる。即ち、メタルガスケット１１は、本体部１０とシリンダブロック２との間、及び本体部１０とシリンダヘッド３との間に設けられる。メタルガスケット１１を設けずに、本体部１０をガスケットとして用いてもよい。

本体部１０には、イグニッションコイルからの点火電流が入力される入力端子２２と、他の多点点火装置１００の入力端子２２又は点火プラグ７に接続される接続端子２３と、が設けられる。

これにより、多点点火装置１００の先に、プラグコード（図示省略）を介して他のシリンダ２ａの多点点火装置１００を直列に接続して同時に点火を行うことが可能である。また、一つの燃焼室４に設けられる多点点火装置１００と点火プラグ７とを、プラグコード（図示省略）を介して直列に接続して同時に点火を行うことも可能である。このとき、点火プラグ７の接地電極７ａがシリンダヘッド３に接触してアースとされる。

絶縁部材１２は、内周が燃焼室４に臨むように環状に形成される。絶縁部材１２は、例えばセラミックス等の絶縁体によって形成される。絶縁部材１２は、本体部１０よりも厚さ方向（中心軸方向）の寸法が小さく形成される。

図２及び図３に示すように、絶縁部材１２は、後述する一対の側方電極１５と複数の中間電極１６とを保持する。絶縁部材１２は、一対のメタルガスケット１１によってフローティング支持される。この支持構造については、図４及び図５を参照しながら、後で詳細に説明する。

絶縁部材１２は、周の一部が切断されて形成されるスリット１２ａを有する。これにより、絶縁部材１２は、スリット１２ａが開いたＣ字状になるが、スリット１２ａは微小であるため略環状である。なお、図２及び図３では、理解を容易にするために、スリット１２ａの開口幅を実際よりも大きく示している。

絶縁部材１２は、本体部１０における穴部１０ａの内径よりも外径が大きく形成される。絶縁部材１２は、スリット１２ａが狭められた状態で、本体部１０に対して作用する復元力によって穴部１０ａに保持される。

エンジン１の温度が上昇して多点点火装置１００の温度が上昇したときの熱膨張量は、絶縁部材１２よりも本体部１０の方が大きい。絶縁部材１２には、周の一部にスリット１２ａが設けられる。そのため、多点点火装置１００の温度が上昇して、本体部１０から絶縁部材１２に圧縮力が作用しても、スリット１２ａが吸収するので、圧縮力の絶縁部材１２への影響が抑制される。したがって、温度が上昇して絶縁部材１２の周囲から圧縮力が作用しても影響のない多点点火装置１００を提供することができる。

スリット１２ａは、絶縁部材１２の径方向に沿って形成される。スリット１２ａは、後述する隣り合う一対の側方電極１５の間に位置する。

これにより、多点点火装置１００の温度が上昇して、本体部１０から絶縁部材１２に圧縮力が作用し、スリット１２ａの幅が狭まっても、各点火ギャップ１７の大きさが変化することはない。よって、多点点火装置１００による安定した点火が可能である。

電極１４は、絶縁部材１２に保持され、燃焼室４内の周方向に複数の点火ギャップ１７を形成する。電極１４は、一対の側方電極１５と、複数の中間電極１６と、を有する。

一対の側方電極１５は、絶縁部材１２の周方向に隣り合って設けられる。側方電極１５は、碍子１５ａを介して絶縁部材１２に保持される。側方電極１５は、燃焼室４の内周に沿うように、互いに反対方向に向けて形成される。

図３に示すように、碍子１５ａは、絶縁部材１２の内周面から一部が突出すると共に、本体部１０を貫通する長さに形成される。

一方の側方電極１５は、絶縁部材１２及び本体部１０を貫通して、入力端子２２まで延設される。同様に、他方の側方電極１５は、絶縁部材１２及び本体部１０を貫通して、接続端子２３まで延設される。一方の側方電極１５には、入力端子２２を介してイグニッションコイルからの点火電流が入力される。

図２及び図３に示すように、中間電極１６は、一方の側方電極１５と他方の側方電極１５との間に直列に並べて設けられる。中間電極１６は、隣り合う他の中間電極１６との間に点火ギャップ１７を各々形成する。側方電極１５と隣り合う中間電極１６は、側方電極１５との間に点火ギャップ１７を形成する。

中間電極１６は、絶縁部材１２から燃焼室４内に突出する。中間電極１６は、絶縁部材１２に保持される一対の支持部１６ａと、支持部１６ａと一体に形成されて燃焼室４内に位置する電極部１６ｂと、を有する。

支持部１６ａは、基端部が絶縁部材１２に保持され、先端部が燃焼室４内に突出する。

電極部１６ｂは、支持部１６ａの先端部に設けられる。電極部１６ｂは、燃焼室４の内周面に沿った円弧状に形成される。電極部１６ｂの両端には、点火ギャップ１７が形成される。

電極部１６ｂは、その全長にわたって燃焼室４内に露出する。そのため、燃焼室４内で混合気が燃焼すると、電極部１６ｂの全体が加熱される。よって、火炎に曝される表面積が大きいため、熱価を低くすることができる。

次に、図４及び図５を参照して、本体部１０に対する絶縁部材１２の支持構造について説明する。

メタルガスケット１１は、本体部１０と絶縁部材１２との上下面に当接するように各々設けられる。メタルガスケット１１は、本体部１０と、絶縁部材１２の本体部１０に当接する外縁部と、を覆う。メタルガスケット１１は、本体部１０に対して絶縁部材１２を中心軸方向（図５では上下方向）にフローティング支持する。

具体的には、メタルガスケット１１は、平板部１１ａと、第１当接部１１ｂと、第２当接部１１ｃと、を有する。

平板部１１ａは、メタルガスケット１１がエンジン１に組み付けられた状態（図５に示す状態）で、シリンダブロック２若しくはシリンダヘッド３に当接する。平板部１１ａは、メタルガスケット１１とシリンダブロック２との間、及びメタルガスケット１１とシリンダヘッド３との間をシールして燃焼室４の機密性を持たせる。

第１当接部１１ｂは、本体部１０の穴部１０ａ近傍における平板部１１ａの一部に環状に形成される。第１当接部１１ｂは、平板部１１ａから本体部１０に向けて突出する。第１当接部１１ｂは、メタルガスケット１１がエンジン１に組み付けられた状態（図５に示す状態）で、本体部１０に当接する。第１当接部１１ｂは、メタルガスケット１１と本体部１０との間をシールして燃焼室４の機密性を持たせる。

第２当接部１１ｃは、平板部１１ａの内周に環状に形成される。第２当接部１１ｃの先端は、燃焼室４に臨む穴部１１ｄを形成する。第２当接部１１ｃは、平板部１１ａから絶縁部材１２に向けて突出する。第２当接部１１ｃは、メタルガスケット１１がエンジン１に組み付けられた状態（図５に示す状態）で、絶縁部材１２に当接する。第２当接部１１ｃは、メタルガスケット１１と本体部１０との間をシールして燃焼室４の機密性を持たせる。

ここで、絶縁部材１２は、本体部１０の穴部１０ａに保持されて径方向の位置が規定される。しかしながら、絶縁部材１２は、中心軸方向（図５に矢印で示す方向）には移動可能である。一対の第２当接部１１ｃは、絶縁部材１２を中心軸方向の両面から挟み込むように保持する。絶縁部材１２は、メタルガスケット１１における平板部１１ａに対する第２当接部１１ｃの可撓性により、絶縁部材１２の中心軸方向に移動可能なようにフローティング支持される。

よって、エンジン１の温度が上昇して多点点火装置１００の温度が上昇したときに、絶縁部材１２と本体部１０との間の熱膨張量の違いに起因して絶縁部材１２に作用する力を吸収することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

エンジン１の温度が上昇して多点点火装置１００の温度が上昇したときの熱膨張量は、絶縁部材１２よりも本体部１０の方が大きい。絶縁部材１２には、周の一部にスリット１２ａが設けられる。そのため、多点点火装置１００の温度が上昇して、本体部１０から絶縁部材１２に圧縮力が作用しても、スリット１２ａが狭まることで圧縮力を吸収することができる。したがって、圧縮力の絶縁部材１２への影響が抑制されるので、温度が上昇して絶縁部材１２の周囲から圧縮力が作用しても影響のない多点点火装置１００を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、多点点火装置１００では、本体部１０は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に設けられる。これに代えて、シリンダブロック２又はシリンダヘッド３内に絶縁部材１２を保持する溝を形成し、シリンダブロック２又はシリンダヘッド３を本体部としてもよい。

１００ 多点点火装置
１ エンジン
４ 燃焼室
７ｂ 点火ギャップ
１０ 本体部
１０ａ 穴部
１１ メタルガスケット（ガスケット）
１２ 絶縁部材（電極保持部）
１２ａ スリット
１４ 電極
１５ 側方電極
１６ 中間電極
１６ａ 支持部
１６ｂ 電極部
１７ 点火ギャップ

本発明のある態様によれば、エンジンの燃焼室内の混合気に点火する多点点火装置は、内周が前記燃焼室に臨むように環状に形成される電極保持部と、前記電極保持部を内周に保持する穴部を有する本体部と、前記電極保持部に保持され、前記燃焼室内の周方向に配置される複数の点火ギャップを形成する複数の電極と、を備え、前記電極保持部は、周の一部が切断されて形成されるスリットを有するＣ字状に形成される。

Claims (6)

1. エンジンの燃焼室内の混合気に点火する多点点火装置であって、
   内周が前記燃焼室に臨むように環状に形成される電極保持部と、
   前記電極保持部を内周に保持する穴部を有する本体部と、
   前記電極保持部に保持され、前記燃焼室内の周方向に配置される複数の点火ギャップを形成する複数の電極と、を備え、
   前記電極保持部は、周の一部にスリットを有する、
   ことを特徴とする多点点火装置。
2. 請求項１に記載の多点点火装置であって、
   前記スリットは、前記電極保持部の径方向に沿って形成される、
   ことを特徴とする多点点火装置。
3. 請求項１又は２に記載の多点点火装置であって、
   前記電極は、
   一対設けられて一方に点火電流が入力される側方電極と、
   一対の前記側方電極の間に設けられて周方向に前記複数の点火ギャップを形成する中間電極と、
   を有し、
   前記スリットは、隣り合う一対の前記側方電極の間に位置する、
   ことを特徴とする多点点火装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の多点点火装置であって、
   前記電極保持部は、前記穴部の内径よりも外径が大きく形成されて、前記スリットが狭められた状態で前記穴部に保持される、
   ことを特徴とする多点点火装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の多点点火装置であって、
   前記本体部の上下面に各々設けられ前記本体部と前記電極保持部の前記本体部に当接する外縁部とを覆うガスケットを更に備え、
   前記ガスケットは、前記本体部に対して前記電極保持部を中心軸方向にフローティング支持する、
   ことを特徴とする多点点火装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の多点点火装置を備える多点点火エンジン。

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