JP2021077606A

JP2021077606A - 点火プラグ

Info

Publication number: JP2021077606A
Application number: JP2019205762A
Authority: JP
Inventors: 翔太木下; Shota Kinoshita; 文明青木; Fumiaki Aoki; 嶋本　大祐; Daisuke Shimamoto; 大祐嶋本; 俊杉田; Shun Sugita; 裕貴河田; Yuki Kawada
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: JP7340424B2

Abstract

【課題】着火性の向上が図られる点火プラグを提供すること。【解決手段】本実施形態の点火プラグ１は、プラグ軸方向先端側Ｙ１に副室２を有する。そして、点火プラグ１は、副室２を形成する副室形成部３０と、副室２内に先端部１１が位置する中心電極１０とを備える。副室形成部３０は、外表面３０ａがプラグ軸方向基端側Ｙ２に凹んでなる凹部３１を有する。凹部３１には、副室２を主燃焼室３に連通させる凹部噴孔３５が貫通形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、点火プラグに関する。

従来、点火プラグとして、主燃焼室と連通する噴孔を有する副室を備え、噴孔を介して副室内に混合気を流入させて、副室内で生じた火炎を噴孔から主燃焼室内に噴出させるものがある。例えば、特許文献１には、副室に外表面から内方に向けて突出した突起を設けることにより、副室内の火炎核を副室の内周面から離して噴孔からの火炎噴出を促す構成が開示されている。

特許第６０１５６７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、噴孔から噴出される火炎の長さ、すなわち、ペネトレーションが大きいと、噴出した火炎がシリンダヘッドにより形成される主燃焼室の内壁に衝突して、熱損失が増加し、着火性の低下を招いていた。一方、ペネトレーションを小さくすると、噴孔から噴出した火炎と混合気との接触面積が低下し、着火性が低下する恐れがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、着火性の向上が図られる点火プラグを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、プラグ軸方向先端に位置する副室（２）と、該副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、を備え、
上記副室形成部は、外表面がプラグ軸方向基端側に凹んでなる凹部を有し、
上記凹部には、上記副室を主燃焼室（３）に連通させる凹部噴孔が貫通形成されている、点火プラグにある。

上記点火プラグでは、凹部噴孔が副室形成部のプラグ軸方向先端側に設けられた凹部に形成されている。これにより、副室のプラグ軸方向先端側において、凹部噴孔がプラグ軸方向基端側に位置することとなり、当該凹部噴孔から噴出される火炎のペネトレーションを増加させつつ、火炎が主燃焼室の内壁に接触しにくくすることができる。これにより、火炎と混合気との接触面積を広く確保しつつ、火炎の主燃焼室の内壁への接触による冷損を抑制することができ、主燃焼室における着火性の向上が図られる。

以上のごとく、本発明によれば、着火性の向上が図られる点火プラグを提供することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、点火プラグの側面図。図１における、II-II線位置の断面一部拡大図。実施形態１における、点火プラグの底面図。（ａ）実施形態１における点火プラグの使用態様を表した概念図、（ｂ）比較形態における点火プラグの使用態様を表した概念図。実施形態２における、点火プラグの側面図。図５における、IV-IV線位置の断面一部拡大図。実施形態２における点火プラグの使用態様を表した概念図。実施形態３における、図１のII-II線に相当する位置の断面一部拡大図。実施形態３における、点火プラグの使用態様を表した概念図。実施形態４における、点火プラグの使用態様を表した概念図。実施形態５における、図１のII-II線に相当する位置の断面一部拡大図。実施形態６における、図１のII-II線に相当する位置の断面一部拡大図。実施形態７における、図１のII-II線に相当する位置の断面一部拡大図。

（実施形態１）
点火プラグの実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態の点火プラグ１は、プラグ軸方向先端側Ｙ１に副室２を有する。
そして、図２に示すように、点火プラグ１は、副室２を形成する副室形成部３０と、副室２内に先端部１１が位置する中心電極１０とを備える。
副室形成部３０は、外表面３０ａがプラグ軸方向基端側Ｙ２に凹んでなる凹部３１を有する。
凹部３１には、副室２を主燃焼室３に連通させる凹部噴孔３５が貫通形成されている。

以下、本実施形態の点火プラグ１について、詳述する。
図１に示すように、本実施形態の点火プラグ１は、先端が内燃機関の主燃焼室３に露出するように内燃機関のシリンダヘッド１０１に取り付けられる。図２に示すように、点火プラグ１は、プラグ軸方向Ｙを長手方向とする筒状のハウジング４０を有する。ハウジング４０内にハウジング４０と同軸上に筒状の絶縁碍子５０が配置されている。ハウジング４０のプラグ軸方向先端側Ｙ１には副室２を形成する副室形成部３０が設けられている。なお、本実施形態では、ハウジング４０と副室形成部３０とは一体としたが、これに替えて、両者を別体で形成して互いに溶接して接合してもよい。また、副室形成部３０をシリンダヘッド１０１と一体で形成してもよい。

図２に示すように、絶縁碍子５０の内側には絶縁碍子５０と同軸上に中心電極１０が配置されている。中心電極１０のプラグ軸方向先端側Ｙ１の先端部１１は、副室２内に露出している。副室２内には、ハウジング４０から延設された接地電極１５が設けられている。接地電極１５の先端部１６は、中心電極１０の先端部１１と所定距離をおいて対向しており、両者の間に放電ギャップＧが形成されている。

図２に示すように、副室形成部３０には凹部３１が形成されている。凹部３１は副室形成部３０のプラグ軸方向先端側Ｙ１において、プラグ軸方向基端側Ｙ２に向けて凹んでいる。本実施形態では、凹部３１はプラグ中心軸１０ａを軸心とする円錐形状となっている。そのため、凹部３１の外表面３１ａ、すなわち、副室形成部３０において凹部３１を形成する部分の主燃焼室３に面する側の表面はプラグ中心軸１０ａに対して傾斜している。そして、外表面３１ａにおいて、最もプラグ軸方向基端側Ｙ２に位置する最基端位置３１ｂは、プラグ中心軸１０ａ上に位置している

図２に示すように、凹部３１の外表面３１ａには凹部噴孔３５が形成されている。図３に示すように、本実施形態では、凹部噴孔３５として、第１凹部噴孔３５１、第２凹部噴孔３５２、第３凹部噴孔３５３及び第４凹部噴孔３５４とを備える。凹部噴孔３５１〜３５４は、プラグ中心軸１０ａを中心とする仮想円Ｃ１上に周方向に均等に配置されている。

図２に示すように、第１凹部噴孔３５１は、第１凹部噴孔３５１の主燃焼室側開口部を通ってプラグ中心軸１０ａを含む第１断面において、第１凹部噴孔３５１の中心線Ｌ１を第１断面に投影した第１仮想投影線Ｌ１ｖとプラグ中心軸１０ａとが主燃焼室３内で交差するように構成されている。なお、凹部３１内の空間は主燃焼室３の一部を構成している。ここで、第１凹部噴孔３５１の中心線Ｌ１は、第１凹部噴孔３５１における副室２側の開口部の中心と主燃焼室側の開口部の中心とを通る仮想線である。他の噴孔３５２〜３５４においても各中心線Ｌ２〜Ｌ４は同様に規定される。

また、図２に示すように、第２凹部噴孔３５２は、第２凹部噴孔３５２の主燃焼室側開口部を通ってプラグ中心軸１０ａを含む第２断面において、第２凹部噴孔３５２の中心線Ｌ２を第２断面に投影した第２仮想投影線Ｌ２ｖとプラグ中心軸１０ａとが主燃焼室３内で交差するように構成されている。なお、上記第１断面と上記第２断面とは同一断面であってもよいし、互いに異なる断面であってもよい。

図２、図３に示すように、第３凹部噴孔３５３及び第４凹部噴孔３５４も第１凹部噴孔３５１及び第２凹部噴孔３５２と同様に構成されている。そして、本実施形態では、各凹部噴孔３５１〜３５４の中心線Ｌ１〜Ｌ４は互いにねじれの位置の関係となっており、主燃焼室３内で互いに最も近接するように傾斜している。

本実施形態における点火プラグ１の使用態様について以下に詳述する。
図４（ｂ）に示す凹部３１を有しない比較形態の点火プラグ９では、噴孔９３から噴出された火炎Ｆ９はシリンダヘッド１０１により形成される主燃焼室３の内壁である主室内壁３ａに接している。一方、図４（ａ）に示す本実施形態における点火プラグ１では、比較形態の点火プラグ９の場合の火炎Ｆ９と同等の長さの火炎Ｆ１が噴出されても、当該火炎Ｆ１がシリンダヘッド１０１に接していない。

次に、本実施形態の点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の点火プラグ１では、凹部噴孔３５が副室形成部３０のプラグ軸方向先端側Ｙ１に設けられた凹部３１に形成されている。これにより、副室２のプラグ軸方向先端側Ｙ１において、凹部噴孔３５がプラグ軸方向基端側Ｙ２に位置することとなり、凹部噴孔３５から噴出される火炎Ｆ１のペネトレーションを増加させつつ、火炎Ｆ１が主室内壁３ａに接触しにくくすることができる。これにより、火炎Ｆ１と混合気との接触面積を広く確保しつつ、火炎Ｆ１の主室内壁３ａへの接触による冷損を抑制することができ、主燃焼室３における着火性の向上が図られる。

また、本実施形態では、凹部３１の外表面３１ａにおいて、最もプラグ軸方向基端側Ｙ２に位置する最基端位置３１ｂは、点火プラグ１のプラグ中心軸１０ａ上に位置している、これにより、凹部噴孔３５が凹部３１の外表面３１ａにバランスよく配置されて、主燃焼室３における着火性の向上が図られる。

また、本実施形態では、凹部噴孔３５として第１凹部噴孔３５１と第２凹部噴孔３５２とを含む。そして、第１凹部噴孔３５１は、第１凹部噴孔３５１の主燃焼室側開口部を通ってプラグ中心軸１０ａを含む第１断面において、第１凹部噴孔３５１の中心線Ｌ１を上記第１断面に投影した第１仮想投影線Ｌ１ｖとプラグ中心軸１０ａとが主燃焼室３内で交差するように構成されている。さらに、第２凹部噴孔３５２は、第２凹部噴孔３５２の主燃焼室側開口部を通ってプラグ中心軸１０ａを含む第２断面において、第２凹部噴孔３５２の中心線Ｌ２を第２断面に投影した第２仮想投影線Ｌ２ｖとプラグ中心軸１０ａとが主燃焼室３内で交差するように構成されている。これにより、第１凹部噴孔３５１及び第２凹部噴孔３５２はそれぞれから遠い方の主室内壁３ａに向けて、火炎Ｆ１を噴出することとなるため、火炎Ｆ１のペネトレーションを長く保って混合気との接触面積をより確実に広くすることができ、主燃焼室３における着火性の向上が図られる。

なお、本実施形態では、凹部噴孔３５として４個の凹部噴孔３５１〜３５４を備えることとしたが、これに限らず、凹部噴孔３５として、２個又は３個、あるいは５個以上の凹部噴孔３５を備えていてもよい。

なお、本実施形態の点火プラグ１は、副室２内に燃料を投入する構成を備えていてもよい。また、本実施形態の点火プラグ１は放電ギャップＧに気中放電を発生させる構成としたが、これに替えて、放電ギャップＧに沿面放電を生じる構成としてもよい。いずれの場合も本実施形態と同等の作用効果を奏することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、着火性の向上が図られる点火プラグ１を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態２の点火プラグ１では、図５〜図７に示すように、副室形成部３０には、凹部３１のプラグ径方向外側に、副室２を主燃焼室３に連通させる外側噴孔３６を備える。そして、外側噴孔３６の開口径Ｄ２は凹部噴孔３５の開口径Ｄ１と同等となっている。なお、その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態２では、図７に示すように、外側噴孔３６として、第１外側噴孔３６１、第２外側噴孔３６２、第３外側噴孔３６３及び第４外側噴孔３６４とを備える。外側噴孔３６１〜３６４は、プラグ中心軸１０ａを中心とする仮想円Ｃ２上に周方向に均等に配置されている。

図６に示すように、第１外側噴孔３６１は中心線Ｍ１に沿って形成されている。図７に示すように、プラグ軸方向Ｙから見て中心線Ｍ１は第１外側噴孔３６１の主燃焼室側開口部の中心とプラグ中心軸１０ａとを通っている。同様に第２外側噴孔３６２〜第４外側噴孔３６４は中心線Ｍ２〜Ｍ４に沿ってそれぞれ形成されており、中心線Ｍ２〜Ｍ４は第２外側噴孔３６２〜第４外側噴孔３６４のそれぞれの主燃焼室側開口部の中心とプラグ中心軸１０ａとを通っている。

本実施形態２の点火プラグ１によれば、実施形態１と同等の作用効果を奏する。さらに、第１凹部噴孔３５１〜３５４から火炎Ｆ１〜Ｆ４を主燃焼室３の中央領域に向けて噴出し、第１外側噴孔３６１〜第４外側噴孔３６４から火炎Ｅ１〜Ｅを主室内壁３ａに向けて噴出するようにすることができ、主燃焼室３における着火性を一層向上することができる。

（実施形態３）
上記実施形態２では、図７に示すように、外側噴孔３６の開口径Ｄ２を凹部噴孔３５の開口径Ｄ１と同等としたが、これに替えて、本実施形態３では、図８、図９に示すように、外側噴孔３６の開口径Ｄ２は凹部噴孔３５の開口径Ｄ１よりも大きい。なお、その他の構成要素は実施形態２の場合と同様であり、本実施形態３においても実施形態２の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態３の点火プラグ１によれば、実施形態２と同等の作用効果を奏する。さらに、第１外側噴孔３６１〜第４外側噴孔３６４から噴出される火炎Ｅ１〜Ｅ４のペネトレーションが実施形態２の場合よりも短くなるため、当該火炎Ｅ１〜Ｅ４がシリンダヘッド１０１により形成される主室内壁３ａに接しにくくなり、冷損を抑制することができる。その結果、主燃焼室３における着火性の向上が図られる。

（実施形態４）
本実施形態４の点火プラグ１では、図１０に示すように、凹部噴孔３５１〜３５４の主燃焼室側開口部からそれぞれの中心線Ｌ１〜Ｌ４に沿って主燃焼室３側に延ばした第１仮想線Ｌ１ａ〜Ｌ４ａと、外側噴孔３６１〜３６４の主燃焼室側開口部からそれぞれの中心線に沿って主燃焼室側に延ばした第２仮想線Ｍ１ａ〜Ｍ４ａとが、プラグ軸方向Ｙから見て、プラグ中心軸１０ａを中心に周方向に交互に位置している。なお、その他の構成要素は実施形態２の場合と同様であり、本実施形態４においても実施形態２の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態４の点火プラグ１によれば、実施形態２と同等の作用効果を奏する。さらに、第１仮想線Ｌ１ａ〜Ｌ４ａと第２仮想線Ｍ１ａ〜Ｍ４ａとが、プラグ軸方向Ｙから見て、プラグ中心軸１０ａを中心に周方向に交互に位置していることにより、互いの火炎Ｆ１〜Ｆ４、Ｅ１〜Ｅ４が干渉することが抑制されて、各火炎Ｆ１〜Ｆ４、Ｅ１〜Ｅ４のペネトレーションが維持されて噴出されるため、主燃焼室３における着火性の向上が図られる。

（実施形態５）
本実施形態５の点火プラグ１では、図１１に示すように、中心電極１０の先端部１１がプラグ軸方向先端側Ｙ１に延設されて、凹部３１における最基端位置３１ｂの内側面に所定距離をおいて対向している。そして、副室形成部３０において凹部３１を形成する部分が接地電極１５を構成するとともに、副室形成部３０において最基端位置３１ｂの内側面の部分が接地電極１５の先端部１６を構成し、接地電極１５の先端部１６と中心電極１０の先端部１１との間に放電ギャップＧが形成されている。そして、接地電極１５の先端部１６は鋭角をなすように形成されている。その他の構成は、実施形態１の場合と同様であり、本実施形態５においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態５の点火プラグ１においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。さらに、本実施形態５では、ハウジング４０から副室２内に接地電極を突出させる必要がないため、その分熱損失を低減することができる。また、接地電極１５の先端部１６が鋭角をなすため、電解集中が発生して放電に必要な電圧を低減することができる。

（実施形態６）
本実施形態６の点火プラグ１では、図１２に示すように、凹部３１における最基端位置３１ｂの曲率が小さくなっており、なだらかな面を形成している。その他の構成は、実施形態１の場合と同様であり、本実施形態６においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態６においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。さらに、本実施形態６の点火プラグ１によれば、凹部３１の副室２内側の表面積が小さくなるため、副室２内での火炎の冷損が低減されて火炎成長が促され、着火性の向上を図ることができる。

（実施形態７）
本実施形態７の点火プラグ１では、図１３に示すように、凹部３１においてプラグ中心軸１０ａ上の位置にプラグ軸方向先端側Ｙ１に向けて突出した突出部３２を備えるとともに、突出部３２の副室２内側に副室内凹部２２を有する。突出部３２において最もプラグ軸方向先端側Ｙ１に位置する最突出位置３２ａは、凹部３１内に位置している。その他の構成は、実施形態１の場合と同様であり、本実施形態７においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態７においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。なお、本実施形態７では凹部３１に一つの突出部３２を設けたが、これに限らず、複数の突出部３２を設けて凹部３１の壁面が複数の凹凸を有するようにしてもよい。

本発明は上記各実施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において種々の実施形態に適用することが可能である。

１…点火プラグ、２…副室、３…主燃焼室、３ａ…主室内壁、１０…中心電極、１０ａ…プラグ中心軸、１１…先端部、３０…副室形成部、３１…凹部、３１ａ…外表面、３１ｂ…最基端位置、３５、３５１〜３５４…凹部噴孔、３６、３６１〜３６４…外側噴孔、Ｇ…放電ギャップ

Claims

プラグ軸方向先端に位置する副室（２）と、該副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、を備え、
上記副室形成部は、外表面がプラグ軸方向基端側に凹んでなる凹部を有し、
上記凹部には、上記副室を主燃焼室（３）に連通させる凹部噴孔が貫通形成されている、点火プラグ。
上記凹部の外表面（３１ａ）において、最もプラグ軸方向基端側に位置する最基端位置（３１ｂ）は、上記点火プラグのプラグ中心軸（１０ａ）上に位置している、請求項１に記載の点火プラグ。
上記凹部噴孔として第１凹部噴孔（３５１）と第２凹部噴孔（３５２）とを含み、
上記第１凹部噴孔は、該第１凹部噴孔の主燃焼室側開口部を通ってプラグ中心軸を含む第１断面において、上記第１凹部噴孔の中心線（Ｌ１）を上記第１断面に投影した第１仮想投影線（Ｌ１ｖ）と上記プラグ中心軸とが上記主燃焼室内で交差するように構成されており、
上記第２凹部噴孔は、該第２凹部噴孔の主燃焼室側開口部を通ってプラグ中心軸を含む第２断面において、上記第２凹部噴孔の中心線（Ｌ２）を上記第２断面に投影した第２仮想投影線（Ｌ２ｖ）と上記プラグ中心軸とが上記主燃焼室内で交差するように構成されている、請求項１又は２に記載の点火プラグ。
上記副室形成部には上記凹部のプラグ径方向外側に、上記副室を上記主燃焼室に連通させる外側噴孔（３６）を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火プラグ。
上記外側噴孔の開口径は上記凹部噴孔の開口径よりも大きい、請求項４に記載の点火プラグ。
上記凹部噴孔及び上記外側噴孔はいずれも複数備えられており、
上記凹部噴孔の主燃焼室側開口部からそれぞれの中心線に沿って主燃焼室側に延ばした第１仮想線（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ）と、上記外側噴孔の主燃焼室側開口部からそれぞれの中心線に沿って主燃焼室側に延ばした第２仮想線（Ｍ１ａ〜Ｍ４ａ）とが、プラグ軸方向から見て、プラグ中心軸を中心に周方向に交互に位置している、請求項４又は５に記載の点火プラグ。