JP2022114784A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents
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Abstract
【課題】着火性を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグを提供すること。【解決手段】内燃機関用のスパークプラグ1において、プラグカバー5は、放電ギャップGが配される副燃焼室50を覆うようハウジング2の先端部に設けられている。プラグカバー5には複数の噴孔51が形成されている。噴孔の中心軸の延長線51Lは、放電ギャップGを通過しない。複数の噴孔51のうちの一部の噴孔51は、プラグ径方向におけるハウジング2の先端部の内周面21までの距離D1よりも、プラグ径方向におけるプラグ中心軸Cまでの距離D2が近い位置に形成された軸側噴孔510である。軸側噴孔510は、軸側噴孔510を開口方向に延長した延長領域が放電ギャップGを通過しないように形成されている。軸側噴孔510は、軸側噴孔510の開口方向から見たとき、軸側噴孔510の少なくとも一部が、接地電極6と重ならないように形成されている。【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。
例えば、特許文献1に開示されているように、先端に副燃焼室を備えたスパークプラグが知られている。当該スパークプラグにおいて、副燃焼室を覆うカバー部には、複数の噴孔が形成されている。これにより、噴孔を介して副燃焼室から主燃焼室に火炎を噴出させ、主燃焼室の混合気を燃焼させようとしている。
しかしながら、特許文献1に記載のスパークプラグは、副燃焼室内における混合気への着火、すなわち、初期火炎の形成自体については、考慮されていない。つまり、副燃焼室内の放電を引き伸ばして着火性を向上させることについては、何ら考慮されていない。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパーク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、筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(41)を突出させた中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記中心電極との間に放電ギャップ(G)を形成する接地電極(6)と、
上記放電ギャップが配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記接地電極は、上記ハウジング又は上記プラグカバーに固定された固定端部(62)から上記副燃焼室内に突出しており、
上記放電ギャップは、上記先端突出部の先端部と上記接地電極の基端面(61)とが、互いに対向することにより形成されており、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる複数の噴孔(51)が形成されており、
上記噴孔の中心軸の延長線(51L)は、上記放電ギャップを通過せず、
上記複数の噴孔のうちの一部の上記噴孔は、プラグ径方向における上記ハウジングの先端部の内周面(21)までの距離(D1)よりも、プラグ径方向におけるプラグ中心軸(C)までの距離(D2)が近い位置に形成された軸側噴孔(510)であり、
該軸側噴孔は、該軸側噴孔を開口方向に延長した延長領域(510E)が上記放電ギャップを通過しないと共に、該軸側噴孔の開口方向から見たとき、該軸側噴孔の少なくとも一部が、上記接地電極と重ならないように、形成されている、内燃機関用のスパークプラグ(1)にある。
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(41)を突出させた中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記中心電極との間に放電ギャップ(G)を形成する接地電極(6)と、
上記放電ギャップが配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記接地電極は、上記ハウジング又は上記プラグカバーに固定された固定端部(62)から上記副燃焼室内に突出しており、
上記放電ギャップは、上記先端突出部の先端部と上記接地電極の基端面(61)とが、互いに対向することにより形成されており、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる複数の噴孔(51)が形成されており、
上記噴孔の中心軸の延長線(51L)は、上記放電ギャップを通過せず、
上記複数の噴孔のうちの一部の上記噴孔は、プラグ径方向における上記ハウジングの先端部の内周面(21)までの距離(D1)よりも、プラグ径方向におけるプラグ中心軸(C)までの距離(D2)が近い位置に形成された軸側噴孔(510)であり、
該軸側噴孔は、該軸側噴孔を開口方向に延長した延長領域(510E)が上記放電ギャップを通過しないと共に、該軸側噴孔の開口方向から見たとき、該軸側噴孔の少なくとも一部が、上記接地電極と重ならないように、形成されている、内燃機関用のスパークプラグ(1)にある。
上記内燃機関用のスパークプラグは、複数の噴孔のうちの一部として、軸側噴孔を有する。それゆえ、軸側噴孔を介して副燃焼室に導入された気流、及び軸側噴孔を介して副燃焼室から導出される気流が、放電ギャップの近くを通過しやすい。この放電ギャップの近くを通過する気流の引き込み効果によって、放電ギャップに生じた放電を伸長させることができる。その結果、着火性を向上させることができる。
以上のごとく、上記態様によれば、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパーク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。
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)
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図1~図13を参照して説明する。
本形態の内燃機関用のスパークプラグ1は、図1、図2に示すごとく、筒状の絶縁碍子3と、中心電極4と、筒状のハウジング2と、接地電極6と、プラグカバー5と、を有する。中心電極4は、絶縁碍子3の内周側に保持されると共に絶縁碍子3の先端側に先端突出部41を突出させている。ハウジング2は、絶縁碍子3を内周側に保持する。接地電極6は、中心電極4との間に放電ギャップGを形成する。プラグカバー5は、放電ギャップGが配される副燃焼室50を覆うようハウジング2の先端部に設けられている。
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図1~図13を参照して説明する。
本形態の内燃機関用のスパークプラグ1は、図1、図2に示すごとく、筒状の絶縁碍子3と、中心電極4と、筒状のハウジング2と、接地電極6と、プラグカバー5と、を有する。中心電極4は、絶縁碍子3の内周側に保持されると共に絶縁碍子3の先端側に先端突出部41を突出させている。ハウジング2は、絶縁碍子3を内周側に保持する。接地電極6は、中心電極4との間に放電ギャップGを形成する。プラグカバー5は、放電ギャップGが配される副燃焼室50を覆うようハウジング2の先端部に設けられている。
接地電極6は、ハウジング2又はプラグカバー5に固定された固定端部62から副燃焼室50内に突出している。放電ギャップGは、先端突出部41の先端部と接地電極6の基端面61とが、互いに対向することにより形成されている。
プラグカバー5には、副燃焼室50と外部とを連通させる複数の噴孔51が形成されている。噴孔の中心軸の延長線51Lは、放電ギャップGを通過しない。複数の噴孔51のうちの一部の噴孔51は、図3に示すごとく、プラグ径方向におけるハウジング2の先端部の内周面21までの距離D1よりも、プラグ径方向におけるプラグ中心軸Cまでの距離D2が近い位置に形成された軸側噴孔510である。軸側噴孔510は、図4に示すごとく、軸側噴孔510を開口方向に延長した延長領域510Eが放電ギャップGを通過しないように、形成されている。また、軸側噴孔510は、図2に示すごとく、軸側噴孔510の開口方向から見たとき、軸側噴孔510の少なくとも一部が、接地電極6と重ならないように、形成されている。
本形態のスパークプラグ1は、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。図8に示すごとく、ハウジング2の外周面に形成した取付ネジ部22を、シリンダヘッド76のプラグホール761の雌ネジ部に螺合して、スパークプラグ1が内燃機関10に取り付けられる。
内燃機関10は、図8に示すごとく、シリンダ70内を往復運動するピストン74を備える。主燃焼室101は、ピストン74の往復運動によって、体積変化する。内燃機関10には、吸気ポート721及び排気ポート731が形成されており、それぞれ吸気弁72又は排気弁73が備えられている。
そして、スパークプラグ1の軸方向Zの一端が、内燃機関10の主燃焼室101に配置される。スパークプラグ1の軸方向Zにおいて、主燃焼室101に露出する側を先端側、その反対側を基端側というものとする。また、スパークプラグ1の軸方向Zを、適宜、プラグ軸方向Z、或いは単に、Z方向ともいう。なお、プラグ中心軸Cは、スパークプラグ1の中心軸Cを意味するものとする。また、プラグ中心軸Cは、本形態において、中心電極4の中心軸でもある。また、プラグ径方向とは、スパークプラグ1の中心軸Cに直交する平面上において、スパークプラグ1の中心軸Cを中心とする円の半径方向を意味する。
図1に示すごとく、プラグカバー5は、ハウジング2の先端部に溶接等によって接合されている。スパークプラグ1が内燃機関に取り付けられた状態において、プラグカバー5は、副燃焼室50を主燃焼室と区画している。
プラグカバー5は、副燃焼室50の外周側の一部を覆う周壁部52と、副燃焼室50の先端側を覆う底壁部53と、周壁部52と底壁部53とをつなぐ角部54とを有する。底壁部53には、軸側噴孔510が形成されている。
また、本形態において、噴孔51は、図1~図7に示すごとく、軸側噴孔510よりもプラグ径方向の外側に形成された外側噴孔514を有する。外側噴孔514は、図1に示すごとく、角部54に形成されている。
内燃機関に設置されたスパークプラグ1において、プラグカバー5に形成された噴孔51は、副燃焼室50と主燃焼室とを連通させている。内燃機関の圧縮行程等においては、噴孔51を通じて主燃焼室から副燃焼室50へ、気流が導入される。ここで、噴孔51を通じて副燃焼室50に導入される気流によって、副燃焼室50にスワール流(図7の破線矢印AF10参照)が生じるように、噴孔51が形成されている。
具体的には、図2に示すごとく、少なくとも軸側噴孔510以外の噴孔51の中心軸の延長線51Lは、プラグ軸方向Zから見て、プラグ径方向に対して傾斜している。つまり、本形態において、外側噴孔514は、Z方向から見たとき、外側噴孔514とプラグ中心軸Cとを通過するプラグ径方向に延びる仮想直線VLに対して、外側噴孔514の中心軸の延長線51Lが鋭角の角度をもって傾斜している。外側噴孔514は、各外側噴孔514における仮想直線VLに対する外側噴孔514の中心軸の延長線51Lの傾斜方向が、プラグ周方向における同じ側となっている。なお、プラグ周方向は、プラグ中心軸Cを中心とする円周に沿った方向である。
このような外側噴孔514の形成態様により、図7に示すごとく、外側噴孔514を介して副燃焼室50に導入された気流によって、副燃焼室50にスワール流が形成される。本形態の場合、スワール流AF10は、プラグ中心軸Cの周りに、図7における反時計回りの螺旋状に生じる。
また、内燃機関の膨張行程においては、それぞれの外側噴孔514を介して、副燃焼室50から主燃焼室へとガスが流出することにより、圧縮行程において形成されるスワール流とは逆回りのスワール流が形成される。
外側噴孔514は、図2、図6、図7に示すごとく、Z方向から見たとき、プラグ周方向に等間隔で形成されている。また、外側噴孔514は、図1、図3~図5に示すごとく、先端側へ向かうほどプラグ径方向の外側へ向かうように、Z方向に対して傾斜して開口している。また、外側噴孔514を開口方向に延長した延長領域(図示略)は、放電ギャップGを通過しない。
また、本形態において、軸側噴孔510は、図1~図7に示すごとく、他の噴孔51よりも開口面積が大きい。つまり、軸側噴孔510は、外側噴孔514よりも開口面積が大きい。
軸側噴孔510の内径は、例えば、外側噴孔514の内径の1.2倍~1.4倍とすることができる。また、軸側噴孔510の開口面積は、例えば、外側噴孔514の開口面積の1.4倍~2.0倍とすることができる。
また、放電ギャップGから軸側噴孔510までの距離は、放電ギャップGから外側噴孔514までの距離よりも短い。
図6に示すごとく、副燃焼室50の最大径D4の1/2の直径を有すると共に、プラグ中心軸Cを中心とする仮想円を、仮想円VCとする。本形態において、軸側噴孔510は、Z方向から見たとき、仮想円VCの外周よりも放電ギャップGに近い位置に形成されている。
また、図3に示すごとく、本形態において、距離D2は、距離D1の1/2以下となっている。また、距離D2は、先端突出部41の最大径D3以下となっている。ここで、距離D1は、厳密には、プラグ径方向における軸側噴孔510からハウジング2の先端部の内周面21までの距離とすることができる。また、距離D2は、プラグ径方向における軸側噴孔510からプラグ中心軸Cまでの距離とすることができる。
また、本形態において、軸側噴孔510は、図1に示すごとく、軸側噴孔510の中心軸の延長線51LがZ方向に沿うように、形成されている。また、軸側噴孔510は、軸側噴孔510の中心軸の延長線51Lが、先端突出部41を通過しないように形成されている。
本形態において、軸側噴孔510は、図2に示すごとく、軸側噴孔510の開口方向から見たとき、軸側噴孔510の全体が、接地電極6と重ならないように、形成されている。
本形態において、軸側噴孔510は、Z方向から見たとき、接地電極6の突出端部63の突出側に形成されている。
Z方向から見たとき、軸側噴孔510と放電ギャップGとは、接地電極6の突出端部63を挟んで、互いに反対側に位置している。また、Z方向から見たとき、接地電極6の突出方向において、軸側噴孔510と接地電極6の固定端部62とは、放電ギャップGを挟んで、互いに反対側に位置している。
図5に示すごとく、軸側噴孔510の外側開口部511の、プラグ径方向における、最も外側の外側端513と、先端突出部41の先端部とを最短距離でつなぐ線分L1は、接地電極6とプラグカバー5との双方を通過しない。
また、軸側噴孔510の外側開口部511の中心と、先端突出部41の先端部とを最短距離でつなぐ線分L2は、接地電極6とプラグカバー5との双方を通過しない。
軸側噴孔510の内側開口部512と、先端突出部41の先端部とを最短距離でつなぐ線分L3は、接地電極6を通過しない。
また、先端突出部41は、図1に示すごとく、大径部413と小径部412とを有する。小径部412は、大径部413の先端側に形成されると共に大径部413よりも外径が小さい。放電ギャップGは、小径部412と接地電極6との間に形成されている。
また、本形態において、放電ギャップGは、先端突出部41と接地電極6とが、プラグ軸方向Zに互いに対向することにより形成されている。
具体的には、中心電極4の先端面411と接地電極6の基端面61とが互いにZ方向に対向することにより、放電ギャップGが形成されている。なお、Z方向において互いに対向する中心電極4の先端面411と接地電極6の基端面61とのそれぞれに、チップを接合することもできる(図示略)。つまり、中心電極4の先端面411に接合されたチップと接地電極6の基端面61に接合されたチップとの間に、放電ギャップGを形成することもできる。チップは、例えば、イリジウムや白金等の貴金属、又はこれらを主成分とする合金とすることができる。
放電ギャップGは、例えば、中心電極4の小径部412をZ方向に投影した領域であって、小径部412の先端面411と接地電極6の基端面61との間の領域である。また、本形態において、プラグ中心軸Cは、放電ギャップGを通過する。
本形態において、放電ギャップGは、ハウジング2の先端よりも先端側に形成されている。すなわち、中心電極4の先端突出部41が、ハウジング2の先端よりも先端側に突出している。
また、接地電極6の固定端部62は、ハウジング2の先端部に固定されている。そして、接地電極6をハウジング2に固定した後に、プラグカバー5をハウジング2に固定することによって、本形態のスパークプラグ1を製造することができる。
本形態において、接地電極6は、図2、図6、図7に示すごとく、Z方向から見たとき、プラグ径方向に沿うように固定されている。また、本形態において、接地電極6は、略四角柱形状をなしている。つまり、接地電極6は、4つの平坦な側面を備えており、そのうちの一つが基端面61となっている。つまり、基端面61の全体が平坦な面となっている。
接地電極6の基端面61は、接地電極6の長手方向における、少なくとも放電ギャップGを形成する部位から接地電極6の突出端部63にわたって、傾斜面611を有する。傾斜面611は、図1に示すごとく、突出端部63に近づくに従って先端側に向かうように傾斜している。本形態においては、接地電極6の基端面61の全体が、傾斜面611となっている。
次に、本形態の作用効果を説明する。
上記内燃機関用のスパークプラグ1は、複数の噴孔51のうちの一部として、軸側噴孔510を有する。それゆえ、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流、及び軸側噴孔510を介して副燃焼室50から導出される気流が、放電ギャップGの近くを通過しやすい。この放電ギャップGの近くを通過する気流の引き込み効果によって、放電ギャップGに生じた放電を伸長させることができる。その結果、着火性を向上させることができる。
上記内燃機関用のスパークプラグ1は、複数の噴孔51のうちの一部として、軸側噴孔510を有する。それゆえ、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流、及び軸側噴孔510を介して副燃焼室50から導出される気流が、放電ギャップGの近くを通過しやすい。この放電ギャップGの近くを通過する気流の引き込み効果によって、放電ギャップGに生じた放電を伸長させることができる。その結果、着火性を向上させることができる。
すなわち、軸側噴孔510は、距離D1(図3参照)よりも距離D2(図3参照)が近い位置に形成されている。そのため、圧縮行程において、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流は、放電ギャップGの近くを通過しやすい。それゆえ、放電ギャップG及びその周辺のガスが、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流に引き込まれやすい。それゆえ、図9、図10に示すごとく、放電ギャップG及びその周辺において、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流AF11に向かう気流AF12が形成されやすい。それゆえ、図9に示すごとく、放電ギャップGに形成された放電Sは、図10に示すごとく、気流AF12によって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。
また、気流AF12によって伸長した放電S及び放電Sによって形成された初期火炎は、気流AF11によって副燃焼室50における基端側へ運ばれやすい。これによって、噴孔51から充分離れた位置から火炎が広がり、充分に内圧が高い状態で、火炎ジェットが噴孔51から主燃焼室に噴出することが期待できる。その結果、内燃機関の高負荷時のノック抑制、低負荷時もしくは中負荷時におけるEGR率(すなわち、排気再循環率)の向上が期待でき、燃費向上、エミッション低減が期待できる。
また、膨張行程においては、ピストンが先端側に移動することにより、主燃焼室が副燃焼室50に対して陰圧となる。これにより、噴孔51を介して、副燃焼室50から主燃焼室へとガスが導出される。そして、図11~図13に示すごとく、軸側噴孔510を介したガスの導出に伴って副燃焼室50に形成された気流AF13は、放電ギャップGの近くを通過しやすい。それゆえ、放電ギャップG及びその周辺において、軸側噴孔510を介して導出される気流AF13に向かう気流AF14が形成されやすい。それゆえ、図11に示すごとく、放電ギャップGに形成された放電Sは、図12に示すごとく、気流AF14によって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。
また、気流AF14によって伸長した放電Sは、気流AF13によって、更に軸側噴孔510に向かって伸長しやすい。また、着火位置を軸側噴孔510に近付けやすいため、例えば、副燃焼室50の温度が低い運転条件などでは、冷損も抑制され、主燃焼室への火炎ジェットを強化することができる。さらに、放電ギャップGにて生じた放電S或いは放電プラズマ、又は初期火炎が、軸側噴孔510から噴出しやすいため、主燃焼室での着火性を向上させることができる。
また、図11に示すごとく、膨張行程において、放電ギャップGに生じた放電Sの接地電極6側の起点SPは、図12に示すごとく、気流AF13、AF14により、軸側噴孔510に向って移動しやすい。それゆえ、放電Sは、軸側噴孔510に向かって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。また、場合によっては、図13に示すごとく、放電Sの起点SPは、接地電極6から軸側噴孔510の内面に移ることもある。そうすると、更に放電Sは伸長されると共に、放電Sの一部が軸側噴孔510から主燃焼室側へ飛び出すことも期待できる。これによって、主燃焼室の着火性を向上させることができる。
線分L1(図5参照)は、接地電極6とプラグカバー5との双方を通過しない。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップGに生じた放電は、接地電極6及びプラグカバー5によって短絡されにくくなる。これにより、放電を、軸側噴孔510及び主燃焼室に向かって確実に伸長させることができる。その結果、着火性を確実に向上させることができる。
つまり、仮に、線分L1が接地電極6及びプラグカバー5を通過する場合を想定する。この場合、軸側噴孔510に向かって伸長する放電は、接地電極6よりも軸側噴孔510側に伸長しようとしたときに、接地電極6によって短絡されやすい。また、放電が、軸側噴孔510の内側開口部512よりも外側に伸長しようとしたときに、プラグカバー5によって短絡されやすい。一方、本形態において、線分L1は、接地電極6とプラグカバー5との双方を通過しない。それゆえ、図11に示すごとく、膨張行程において、放電ギャップGに生じた放電Sは、図12、図13に示すように、接地電極6よりも軸側噴孔510側に伸長したとしても、接地電極6によって短絡されにくい。また、図13に示すごとく、放電が、軸側噴孔510の内側開口部512よりも外側に伸長したとしても、プラグカバー5によって短絡されにくい。その結果、着火性を向上させることができる。
また、線分L1が、接地電極6とプラグカバー5との双方を通過しないことにより、放電Sの接地電極6側の起点SPは、図13に示すように、軸側噴孔510の内面に移りやすい。さらに、起点SPは、軸側噴孔510の外側開口部511に向かって移動しやすい。それゆえ、放電Sを主燃焼室側に一層伸長させやすい。その結果、主燃焼室の着火性を一層向上させることができる。
また、線分L2(図5参照)は、接地電極6とプラグカバー5との双方を通過しない。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップGに生じた放電は、接地電極6及びプラグカバー5によって短絡されにくくなる。これにより、放電を、軸側噴孔510及び主燃焼室に向かって一層確実に伸長させることができる。
線分L3(図5参照)は、接地電極6を通過しない。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップGに生じた放電は、接地電極6によって、より短絡されにくくなる。これにより、放電を、軸側噴孔510及び主燃焼室に向かって、さらに一層確実に伸長させることができる。
接地電極6の基端面61は、接地電極6の長手方向における、少なくとも放電ギャップGを形成する部位から接地電極6の突出端部63にわたって、傾斜面611を有する。それゆえ、図11~図13に示すごとく、膨張行程において、放電ギャップG及びその周辺に形成された気流AF14は、傾斜面611によって、軸側噴孔510を介して副燃焼室50から導出される気流AF13側に案内されやすい。それゆえ、放電ギャップGに生じた放電Sは、軸側噴孔510に向かって一層伸長しやすい。その結果、着火性を一層向上させることができる。
また、少なくとも軸側噴孔510以外の噴孔51の中心軸の延長線51Lは、プラグ軸方向Zから見て、プラグ径方向に対して傾斜している。これにより、噴孔51を介して副燃焼室50に導入された気流によって、副燃焼室50内にスワール流を形成することができる。それゆえ、放電によって形成された初期火炎は、スワール流によって、副燃焼室50内に広がりやすい。その結果、副燃焼室50内の燃焼が促進されることにより、主燃焼室への火炎ジェットを強化することができる。
また、圧縮行程において、初期火炎は、スワール流によって副燃焼室50における基端側へ運ばれやすい。これによって、噴孔51から充分離れた位置から火炎が広がり、充分に内圧が高い状態で、火炎ジェットが噴孔51から主燃焼室に噴出することが期待できる。
また、噴孔51の中心軸の延長線51Lは、放電ギャップGを通過しない。それゆえ、噴孔51を介して副燃焼室50に導入された気流の流速が比較的速い場合であっても、流速の速い気流は放電ギャップGに流入しにくい。その結果、流速の速い気流による、放電ギャップGに生じた放電の吹き消え、短絡を抑制することができる。
また、噴孔51を開口方向に延長した延長領域は、放電ギャップGを通過しない。それゆえ、噴孔51を介して副燃焼室50に導入された気流の流速が比較的速い場合であっても、流速の速い気流は放電ギャップGに一層流入しにくい。また、噴孔51を介して副燃焼室50に導入された気流によって、放電ギャップGに乱流が形成されにくい。その結果、気流による放電の吹き消え、短絡を抑制できると共に、軸側噴孔510を介して導入された気流によって放電を確実に伸長させることができる。
軸側噴孔510は、他の噴孔51よりも開口面積が大きい。それゆえ、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流、及び軸側噴孔510を介して副燃焼室50から導出される気流が強くなりやすい。それゆえ、放電ギャップGの近くを通過する気流の引き込み効果を強くすることができる。その結果、放電ギャップGに生じた放電を、確実に伸長させることができる。
放電ギャップGは、ハウジング2の先端よりも先端側に形成されている。それゆえ、ハウジング2にプラグカバー5を固定する前において、ハウジング2に固定された接地電極6と中心電極4との間に形成された放電ギャップGを確認しやすい。それゆえ、放電ギャップGの調整を容易に行うことができる。その結果、スパークプラグ1を容易に製造することができる。
以上のごとく、本形態によれば、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ1を提供することができる。
(実施形態2)
本形態は、図14、図15に示すごとく、実施形態1に対し、軸側噴孔510の開口方向を変更した形態である。
すなわち、軸側噴孔510の中心軸の延長線51Lは、プラグ軸方向Zに対して傾斜していると共に、放電ギャップGの基端側を通過する。
本形態は、図14、図15に示すごとく、実施形態1に対し、軸側噴孔510の開口方向を変更した形態である。
すなわち、軸側噴孔510の中心軸の延長線51Lは、プラグ軸方向Zに対して傾斜していると共に、放電ギャップGの基端側を通過する。
本形態において、軸側噴孔510の中心軸の延長線51Lは、図14、図15に示すごとく、先端突出部41を通過する。また、軸側噴孔510の中心軸の延長線51Lは、実質的にプラグ中心軸Cを通過する。
その他は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
その他は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
軸側噴孔510の中心軸の延長線51Lは、プラグ軸方向Zに対して傾斜していると共に、放電ギャップGの基端側を通過する。それゆえ、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流、及び軸側噴孔510を介して副燃焼室50から導出される気流を、放電ギャップGの近くに通過させやすい。それゆえ、放電ギャップGに生じた放電に対する、当該気流の引き込み効果を強くすることができる。その結果、放電を確実に伸長させやすい。
また、図15に示すごとく、軸側噴孔510が上記のように形成されていることにより、線分L1及び線分L2が、接地電極6とプラグカバー5との双方を通過しにくい。それゆえ、膨張行程において、放電が接地電極6及びプラグカバー5によって短絡されにくい。その結果、膨張行程において、放電を効果的に伸長させることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
(実施形態3)
本形態は、図16に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の形状を変更した形態である。
本形態は、図16に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の形状を変更した形態である。
接地電極6は、図16に示すごとく、固定端部62よりも突出端部63に近い側の一部における、接地電極6の長手方向に直交する方向の厚みが、突出端部63に近づくに従って、徐々に小さくなっている。そして、接地電極6の先細り形状となった部分の先端側の面は、プラグカバー5の底壁部53の内壁面に沿って形成されている。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
(実施形態4)
本形態は、図17に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の基端面61の形状を変更した形態である。
本形態は、図17に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の基端面61の形状を変更した形態である。
接地電極6の基端面61は、図17に示すごとく、固定端部62よりも突出端部63に近い側の一部が、基端面61の他の部分よりも、Z方向に直交する面に対する傾斜角度が大きくなっている。そして、当該一部の基端面61と中心電極4との間に、放電ギャップGが形成されている。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
(実施形態5)
本形態は、図18に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の形状を変更した形態である。
本形態は、図18に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の形状を変更した形態である。
本形態において、接地電極6は、図18に示すごとく、ハウジング2の先端部に固定されると共に、固定端部62を含む固定側部64と、傾斜面611を備えた傾斜部65とを有する。固定側部64は、プラグ径方向に沿って形成されている。傾斜部65は、突出端部63に近づくに従って先端側に向かうようにZ方向に対して傾斜している。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
(実施形態6)
本形態は、図19に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の形状を変更した形態である。
本形態は、図19に示すごとく、実施形態1に対し、接地電極6の形状を変更した形態である。
本形態において、接地電極6は、図19に示すごとく、固定端部62を含むと共に傾斜面611を有する固定傾斜部66と、放電ギャップGを形成するギャップ形成部67とを有する。固定傾斜部66は、固定端部62に近づくに従って、基端側に向かうようにZ方向に対して傾斜している。ギャップ形成部67は、プラグ径方向に沿って形成されている。
本形態において、中心電極4の先端面411は、ギャップ形成部67の基端面61に沿うように形成されている。また、中心電極4の先端面411とギャップ形成部67の基端面61とは、それぞれ平坦な面となっている。そして、それぞれの平坦な面同士が、互いに略平行に対向配置されることにより、放電ギャップGが形成されている。
その他は、実施形態1と同様である。
その他は、実施形態1と同様である。
放電ギャップGは、中心電極4の先端面411とギャップ形成部67の基端面61とが略平行に対向配置されることにより、形成されている。これにより、中心電極4側の放電の起点位置を分散させやすい。そのため、中心電極4が局部的に摩耗することを抑制し、放電ギャップGの距離が拡大することを抑制することができる。その結果、スパークプラグ1の寿命を延ばすことができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
(実施形態7)
本形態は、図20に示すごとく、実施形態5に対し、中心電極4の先端部の形状を変更した形態である。
すなわち、中心電極4の先端面411は、接地電極6の傾斜面611に沿って傾斜している。
本形態は、図20に示すごとく、実施形態5に対し、中心電極4の先端部の形状を変更した形態である。
すなわち、中心電極4の先端面411は、接地電極6の傾斜面611に沿って傾斜している。
本形態において、中心電極4の先端面411と接地電極6の傾斜面611とは、それぞれ平坦な面となっている。そして、図20に示すごとく、それぞれの平坦な面同士が、互いに略平行に対向配置されることにより、放電ギャップGが形成されている。
その他は、実施形態5と同様である。
その他は、実施形態5と同様である。
中心電極4の先端面411は、接地電極6の傾斜面611に沿って傾斜している。それゆえ、中心電極4の先端面411と接地電極6の傾斜面611とを略平行にすることができる。これにより、中心電極4側の放電の起点位置を分散させやすい。そのため、中心電極4が局部的に摩耗することを抑制し、放電ギャップGの距離が拡大することを抑制することができる。その結果、スパークプラグ1の寿命を延ばすことができる。
その他、実施形態5と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態5と同様の作用効果を有する。
(実施形態8)
本形態は、図21に示すごとく、実施形態7に対し、中心電極4の先端部の形状を変更した形態である。
本形態は、図21に示すごとく、実施形態7に対し、中心電極4の先端部の形状を変更した形態である。
本形態において、中心電極4の先端部は、図21に示すごとく、先端側に向かうに従って縮径したテーパ形状を有する。テーパ形状を有する中心電極4の先端部は、略円錐台形状を有する。なお、中心電極4の先端部は、略円錐形状、略四角錐台形状、略四角錐形状等とすることができる。
中心電極4におけるテーパ形状を有する先端部のテーパ面414は、環状に形成されている。テーパ面414の一部は、接地電極6の傾斜面611に沿って傾斜している。そして、テーパ面414と、接地電極6の傾斜面611との間に、放電ギャップGが形成されている。
その他は、実施形態7と同様である。
その他は、実施形態7と同様である。
本形態は、テーパ面414と傾斜面611との間に、放電ギャップGが形成されている。それゆえ、本形態においても、中心電極4の局部的な摩耗を抑制し、放電ギャップGの距離が拡大することを抑制することができる。
その他、実施形態7と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態7と同様の作用効果を有する。
(実施形態9)
本形態は、図22、図23に示すごとく、実施形態1に対し、軸側噴孔510の形成位置等を変更した形態である。
本形態は、図22、図23に示すごとく、実施形態1に対し、軸側噴孔510の形成位置等を変更した形態である。
本形態において、軸側噴孔510と放電ギャップGとは、図22に示すごとく、Z方向から見たとき、接地電極6の幅方向に並んでいる。
接地電極6は、図22、図23に示すごとく、プラグ周方向を向く2つの周方向側面68を有する。図22に示すごとく、Z方向から見たとき、軸側噴孔510と放電ギャップGとは、一方の周方向側面68を挟んで、互いに反対側に位置している。
接地電極6は、Z方向から見たとき、接地電極6の長手方向に沿って延びる中心軸6Cが、プラグ径方向からずれた状態にて、ハウジング2に固定されている。つまり、接地電極6の中心軸6Cは、プラグ中心軸Cを通過しない。
また、接地電極6の基端面61は、接地電極6の幅方向における、軸側噴孔510側の一部が、中心電極4との間に放電ギャップGを形成している。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
その他の構成及び作用効果は、実施形態1と同様である。
(実施形態10)
本形態は、図24~図26に示すごとく、実施形態9に対し、接地電極6の形状等を変更した形態である。
本形態は、図24~図26に示すごとく、実施形態9に対し、接地電極6の形状等を変更した形態である。
本形態において、接地電極6は、図24~図26に示すごとく、噴孔側傾斜面612を有する。噴孔側傾斜面612は、Z方向から見たときの放電ギャップGと軸側噴孔510との並び方向において、軸側噴孔510に近づくに従って先端側に向かうように、Z方向に対して傾斜している。
本形態において、噴孔側傾斜面612は、図26に示すごとく、接地電極6の突出方向から見たとき、軸側噴孔に近づくに従って先端側に向かうように、Z方向に対して傾斜している。言い換えると、噴孔側傾斜面612は、図24~図26に示すごとく、接地電極6の幅方向において、軸側噴孔510に近づくに従って、徐々に先端側に向かっている。なお、接地電極は、接地電極の幅方向における噴孔側傾斜面が形成された側とは反対側の部分に、接地電極の幅方向において、軸側噴孔から離れるに従って先端側に向かうように、Z方向に対して傾斜した面を備えることができる。
噴孔側傾斜面612は、図24に示すごとく、Z方向から見たとき、接地電極6における、少なくとも軸側噴孔510と先端突出部41の先端部との間に挟まれた部位に形成されている。本形態において、噴孔側傾斜面612は、接地電極6の長手方向における全体に形成されている。
また、接地電極6は、Z方向から見たとき、プラグ径方向に沿って設けられている。
その他は、実施形態9と同様である。
その他は、実施形態9と同様である。
接地電極6は、噴孔側傾斜面612を有する。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップGに生じた放電は、接地電極6によって短絡されることなく、軸側噴孔510及び主燃焼室に向かって確実に伸長しやすい。
その他、実施形態9と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態9と同様の作用効果を有する。
(実施形態11)
本形態は、図27~図32に示すごとく、実施形態1に対し、噴孔51の開口方向等を変更した形態である。
本形態は、図27~図32に示すごとく、実施形態1に対し、噴孔51の開口方向等を変更した形態である。
本形態において、外側噴孔514は、図27、図28に示すごとく、少なくとも2つの大噴孔515と、大噴孔515よりも開口面積が小さい小噴孔516と、を有する。大噴孔515は、先端側へ向かうほどプラグ径方向の外側へ向かうように、プラグ軸方向Zに対して傾斜して開口している。
図27に示すごとく、プラグ中心軸Cを含む所定の平面Pによってスパークプラグ1を第一プラグ部11と第二プラグ部12とに2分割したとき、少なくとも2つの大噴孔515のいずれもが、第一プラグ部11に形成されている。接地電極6の固定端部62は、第一プラグ部11におけるハウジング2又はプラグカバー5に固定されている。軸側噴孔510は、第二プラグ部12に形成されている。
プラグ軸方向Zから見たとき、第一プラグ部11において、固定端部62は、プラグ周方向における、少なくとも2つの大噴孔515のそれぞれの中心軸の延長線51L同士の間に配置されている。
本形態において、プラグカバー5には、図27に示すごとく、2つの大噴孔515と、3つの小噴孔516とが形成されている。大噴孔515の内径は、例えば、小噴孔516の内径の1.2倍~1.4倍とすることができる。また、大噴孔515の開口面積は、例えば、小噴孔516の開口面積の1.4倍~2.0倍とすることができる。また、本形態において、複数の大噴孔515のそれぞれの開口面積は、互いに同等の大きさとなっている。また、大噴孔515の開口面積と、軸側噴孔510の開口面積とは、互いに同等の大きさとなっている。
図27に示すごとく、平面Pによってスパークプラグ1を2分割したとき、大噴孔515が形成されていると共に、接地電極6の固定端部62がある側が、第一プラグ部11となっている。つまり、Z方向から見たとき、複数の大噴孔515は、第一プラグ部11側に片寄って形成されている。
大噴孔515は、当該大噴孔515の中心軸の延長線51Lが、先端突出部41を通過しないように形成されている。プラグ軸方向Zから見たとき、少なくとも2つの大噴孔515のそれぞれの中心軸の延長線51L同士の交点を、交点Aとする。プラグ軸方向Zから見たとき、交点Aと大噴孔515とは、接地電極6の突出方向において、先端突出部41を挟んで互いに反対側に位置している。
Z方向から見たとき、小噴孔516は、小噴孔516の中心軸の延長線51Lがプラグ径方向に沿うように、形成されている。つまり、小噴孔516は、小噴孔516の中心軸の延長線51Lが実質的にプラグ中心軸Cを通過するように、形成されている。また、図28に示すごとく、小噴孔516の中心軸の延長線51Lは、放電ギャップGを通過しないと共に、放電ギャップGの基端側を通過する。
また、副燃焼室50は、中心電極4の先端突出部41の周辺における、ハウジング2の先端部の内周側の空間を含む。また、副燃焼室50は、後述するポケット部501をも含む。
図28に示すごとく、絶縁碍子3は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部31を有する。絶縁碍子3は、ハウジング2の内側に配置されるとともに、ハウジング2によってZ方向に支持されている。すなわち、ハウジング2の内周面に設けられた係止部23に、絶縁碍子3の外周面に設けられた被係止部32が、Z方向の先端側から係止されている。この被係止部32よりも先端側の絶縁碍子3の部分が、テーパ状先端部31となっている。このテーパ状先端部31の外側面とハウジング2の内面との間に、環状のポケット部501が形成されている。つまり、ポケット部501は、プラグ径方向における、テーパ状先端部31とハウジング2との間に形成された環状の空間である。
次に、上記スパークプラグ1を備えた内燃機関10を、図29、図30に示す。
スパークプラグ1は、プラグカバー5の外表面55が主燃焼室101に面するように配置されている。スパークプラグ1は、図30に示すごとく、プラグ軸方向Zから見たとき、少なくとも一つの大噴孔515の外側開口部511が吸気弁72側を向くように、配置されている。
スパークプラグ1は、プラグカバー5の外表面55が主燃焼室101に面するように配置されている。スパークプラグ1は、図30に示すごとく、プラグ軸方向Zから見たとき、少なくとも一つの大噴孔515の外側開口部511が吸気弁72側を向くように、配置されている。
また、本形態の内燃機関10は、図29に示すごとく、シリンダヘッド76と、シリンダブロック75と、シリンダ70内を往復運動するピストン74とを備える。そして、シリンダヘッド76、シリンダブロック75、及びピストン74に囲まれて、主燃焼室101が形成される。シリンダヘッド76には、吸気ポート721及び排気ポート731が形成されており、それぞれ吸気弁72又は排気弁73が備えられている。そして、シリンダヘッド76における吸気ポート721と排気ポート731との間に、スパークプラグ1が取り付けられる。詳細には、スパークプラグ1は、図30に示すごとく、シリンダヘッド76における、2つの吸気ポート721と2つの排気ポート731とに囲まれた位置に配設されている。
吸気ポート721及び排気ポート731は、図29に示すごとく、その開口方向が主燃焼室101の中心軸側に向かうように、ピストン74の進退方向に対して傾斜している。また、主燃焼室101の基端面は、スパークプラグ1から遠ざかるにつれて先端側へ向かうように傾斜している。
また、内燃機関10においては、ピストン74の往復運動に伴って、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順次繰り返される。内燃機関10の吸気行程において、2つの吸気ポート721からガスが主燃焼室101内に導入され、排気行程において、2つの排気ポート731から主燃焼室101内のガスが排出される。吸気行程における気流の導入のされ方等に起因して、主燃焼室101に所定の気流が形成され、圧縮行程においても、その気流は残る。
そして、主燃焼室101内においては、主として、図29の矢印AF2に示すごとく、ピストン74の摺動方向に直交する方向の軸周りの気流である、タンブル流が形成される。そして、この気流AF2は、図29、図30に示すごとく、主燃焼室101内のスパークプラグ1の先端部付近において、吸気弁72側から排気弁73側へ向かう向きとなる。より具体的には、図30に示すごとく、プラグ軸方向Zから見たとき、2つの吸気ポート721の中間位置から、2つの排気ポート731の中間位置へ向かう方向に沿った気流AF2が、スパークプラグ1の先端部付近の主な気流となる。
なお、主燃焼室101内の気流は、常に一定となっているわけではなく、サイクル間、或いは1サイクル中の異なるタイミングの間において、変動し得る。ただし、主な気流の向き、特に、点火タイミングにおける気流の向きは、概略定まっており、上述した気流AF2は、点火タイミングにおける主な気流を意味する。そして、「主燃焼室101の気流」というときは、特に断らない限り、上述の、点火タイミングにおける、スパークプラグ1の先端部付近の気流AF2を意味する。また、単に「上流側」、「下流側」というときは、特に断らない限り、上記「主燃焼室101の気流」における、上流側、下流側を意味する。
上記のように構成された内燃機関10においては、圧縮行程において、主燃焼室101のガスが、噴孔51を介して、副燃焼室50に導入される。ここで、大噴孔515は、小噴孔516に対して開口面積が大きいと共に、図29、図30に示すごとく、大噴孔515の外側開口部511が主燃焼室101の気流AF2の上流側を向いている。そのため、小噴孔516に対し、大噴孔515を介して、より多くのガスが副燃焼室50に導入される。
圧縮行程において、大噴孔515を介して副燃焼室50に導入されたガスの主流は、図31、図32の矢印AF15に示すごとく、副燃焼室50の下流側の内壁面502に向かうと共に、当該内壁面502に沿うように基端側へ向かい、下流側のポケット部501に導入される。下流側のポケット部501に入ったガスの主流は、ポケット部501内において上流側に向きを変えると共に、上流側のポケット部501に沿って、先端側へ向かう。つまり、Z方向に直交する方向の軸周りの気流(すなわち、タンブル流)が形成される。そして、先端側へ向かう気流AF15は、接地電極6の基端面61に案内されることにより、放電ギャップGへと向かう。以上の気流AF15は、あくまでも主流であり、必ずしもすべてのガスがそのような流れとなるとは限らない。
言い換えると、大噴孔515を介して副燃焼室50に導入された気流AF15は、第二プラグ部12の内壁面502に向かうと共に、第二プラグ部12のポケット部501に導入される。ポケット部501に導入された気流AF15は、第一プラグ部11側に向きを変えると共に、接地電極6の基端面61がある方向、すなわち先端側へ向かう。そして、気流AF15は、接地電極6の基端面61に案内されることにより、放電ギャップGへと向かうこととなる。
その他は、実施形態1と同様である。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態のスパークプラグ1は、プラグ軸方向Zから見たとき、第一プラグ部11において、接地電極6の固定端部62が、プラグ周方向における、少なくとも2つの大噴孔515のそれぞれの中心軸の延長線51L同士の間に配置されている。これにより、副燃焼室50内に形成される気流が、接地電極6の基端面61に案内されることにより放電ギャップGに向かいやすい。それゆえ、放電ギャップGに形成された放電が伸長しやすい。また、軸側噴孔510は、第二プラグ部12に形成されている。それゆえ、基端面61に案内された気流によって伸長した放電は、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流によって、更に基端側に伸長しやすい。その結果、着火性を一層向上させることができる。
すなわち、大噴孔515の開口面積は、小噴孔516の開口面積よりも大きい。そのため、圧縮行程において、大噴孔515を介して副燃焼室50に導入された気流は、小噴孔516を介して副燃焼室50に導入された気流に対し、強くなりやすい。また、大噴孔515は、先端側へ向かうほどプラグ径方向の外側へ向かうように、Z方向に対して傾斜して開口している。それゆえ、図31、図32に示すごとく、大噴孔515を介して副燃焼室50に導入された気流AF15は、第二プラグ部12の副燃焼室50の内壁面502に向かうと共に、副燃焼室50の基端側に向かいやすい。そして、副燃焼室50の基端側に向かった気流AF15は、向きを変え、第一プラグ部11側において先端側へ向かいやすい。それゆえ、気流AF15は、第一プラグ部11の接地電極6の基端面61に案内されることにより、放電ギャップGへと向かいやすい。それゆえ、放電ギャップGに生じた放電Sが第二プラグ部12側に伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。
また、第二プラグ部12側に伸長した放電Sは、図32に示すごとく、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流AF11、及び第二プラグ部12の基端側に向かう気流AF15によって、更に基端側に向かって伸長しやすい。また、形成された初期火炎も、これらの気流AF11、AF15によって、基端側に運ばれやすい。それゆえ、混合気の燃焼が、副燃焼室50における、より基端側の領域を起点に成長することで、火炎が噴孔51に到達する時点での副燃焼室50内の圧力を高くすることができる。その結果、主燃焼室101への火炎ジェットを強化することができる。
また、大噴孔515は、当該大噴孔515の中心軸の延長線51Lが、先端突出部41を通過しないように形成されている。また、Z方向から見たとき、交点Aと大噴孔515とは、接地電極6の突出方向において、先端突出部41を挟んで互いに反対側に位置している。それゆえ、大噴孔515を介して副燃焼室50に導入された気流が、先端突出部41に遮られ難くなり、タンブル流が形成されやすくなる。それゆえ、接地電極6の基端面61に案内される気流を強化することができる。その結果、放電ギャップGに形成された放電を、より伸長させることができる。
上記内燃機関10において、スパークプラグ1は、プラグ軸方向Zから見たとき、少なくとも一つの大噴孔515の外側開口部511が吸気弁72側を向くように、配置されている。これにより、プラグ軸方向Zから見たとき、大噴孔515を介して、副燃焼室50から主燃焼室101の吸気弁72側へ大きい火炎を噴出させることができる。それゆえ、プラグ軸方向Zから見て主燃焼室101における吸気弁72側の混合気の着火性を向上させることができる。それゆえ、主燃焼室101全体の混合気をバランスよく燃焼させることができる。その結果、ノッキング等の原因となる燃焼異常の抑制を図ることができる。
つまり、Z方向から見たとき、主燃焼室101における、高温のガスを排出する排気ポート731が設けられた排気弁73側と比較し、比較的低温のガスを主燃焼室101へ導入する吸気ポート721が設けられた吸気弁72側は、低温となりやすい。それゆえ、Z方向から見たとき、主燃焼室101における、排気弁73側の混合気に対し、吸気弁72側の混合気の燃焼が遅れることによって、主燃焼室101における混合気の燃焼のバランスが悪くなるおそれがある。しかし、本形態においては、上記のごとく、Z方向から見たとき、副燃焼室50から主燃焼室101の吸気弁72側へ大きい火炎を噴出させることができる。そのため、主燃焼室101全体の混合気をバランスよく燃焼させることができ、未燃燃料の局所的な残留も抑えることができる。その結果、ノッキング等の原因となる燃焼異常の抑制を図ることができる。
また、大噴孔515の外側開口部511は、Z方向から見たとき、吸気弁72側を向いている。それゆえ、大噴孔515の外側開口部511は、主燃焼室101の気流の上流側を向きやすい。それゆえ、大噴孔515を介して副燃焼室50にガスが導入されやすい。それゆえ、副燃焼室50に強い気流が生じやすい。その結果、放電ギャップGに生じた放電を、一層伸長させることができる。
その他、スワール流が形成されることによる作用効果を除き、実施形態1と同様の作用効果を有する。
その他、スワール流が形成されることによる作用効果を除き、実施形態1と同様の作用効果を有する。
(実験例1)
本例では、図33に示すように、実質的に実施形態11と同様の構成を有するスパークプラグ1につき、副燃焼室50内における気流を解析した。この気流の解析は、計算流動力学(以下において、CFDという。)を用いて、算出する。すなわち、実施形態11のスパークプラグ1を取り付けた内燃機関10において、実際の自動車用エンジンとして用いる際に生じる気流を想定して、CFDによって一般的なシミュレーション解析を行った。また、スパークプラグ1は、プラグ軸方向Zから見たとき、大噴孔515の外側開口部511が吸気弁側を向くように、内燃機関10に設置した。
本例では、図33に示すように、実質的に実施形態11と同様の構成を有するスパークプラグ1につき、副燃焼室50内における気流を解析した。この気流の解析は、計算流動力学(以下において、CFDという。)を用いて、算出する。すなわち、実施形態11のスパークプラグ1を取り付けた内燃機関10において、実際の自動車用エンジンとして用いる際に生じる気流を想定して、CFDによって一般的なシミュレーション解析を行った。また、スパークプラグ1は、プラグ軸方向Zから見たとき、大噴孔515の外側開口部511が吸気弁側を向くように、内燃機関10に設置した。
図33は、圧縮行程におけるBTDC(圧縮上死点前の略)35°CA(クランク角の略)の時点の解析結果を示す。この図において、多数の矢印のそれぞれが、各箇所における気流の向きを示す。
図33に示すごとく、大噴孔515を介して副燃焼室50に導入された気流AF15は、第二プラグ部12において、副燃焼室50の基端側に向かうことを確認した。そして、副燃焼室50の基端側に向かった気流AF15は、ポケット部501において向きを変え、第一プラグ部11側において先端側へ向かうことを確認した。そして、先端側へ向かった気流AF15は、第一プラグ部11の接地電極6の基端面61に案内され、放電ギャップGへと向かっている。これにより、放電ギャップGに生じた放電は、第二プラグ部12側に伸長しやすいと考えられる。
また、軸側噴孔510を介して副燃焼室50に導入された気流AF11は、放電ギャップGの近傍を通過すると共に、基端側に向かうことを確認した。これにより、気流AF15によって第二プラグ部12側に伸長した放電は、気流AF11、AF15によって、更に基端側に向かって伸長しやすいと考えられる。
(実施形態12)
本形態は、図34に示すごとく、インジェクタ71から噴射された噴射流Fが、実施形態11のスパークプラグ1における大噴孔515の外側開口部511に向かうように、スパークプラグ1が配置された内燃機関10の形態である。
本形態は、図34に示すごとく、インジェクタ71から噴射された噴射流Fが、実施形態11のスパークプラグ1における大噴孔515の外側開口部511に向かうように、スパークプラグ1が配置された内燃機関10の形態である。
本形態の内燃機関10は、図34に示すごとく、主燃焼室101に直接燃料を噴射するインジェクタ71を有する。スパークプラグ1は、内燃機関10の圧縮行程においてインジェクタ71から噴射された燃料を含む噴射流Fが、大噴孔515の外側開口部511に向かうように、配置されている。なお、図34に示す矢印Fは、燃料噴射直後の噴射流の向きを示すものであり、これは、必ずしも、圧縮行程又は膨張行程における主燃焼室101内の気流と一致するものではない。また、噴射流Fが大噴孔515の外側開口部511に向かうような状態は、プラグカバー5近傍の噴射流Fの方向から大噴孔515の外側開口部511が見えるような状態である。
本形態において、スパークプラグ1は、Z方向から見たとき、大噴孔515の外側開口部511が、排気弁73側を向くように、配置されている(図示略)。
また、吸気ポート721に隣接する位置に、インジェクタ71が設けてある。インジェクタ71は、主燃焼室101の中心軸側に向かって燃料を噴射するような姿勢にて、取り付けられている。
圧縮行程においては、主燃焼室101内の雰囲気が圧縮され、噴孔51を介して、副燃焼室へ気流が流入する。これにより、副燃焼室内の圧力が上昇する。そして、例えば、圧縮行程において、インジェクタ71が燃料を直接、主燃焼室101へ噴射する。
そして、主燃焼室101へ噴射された燃料は、図34に示すごとく、主燃焼室101内の空気と共に噴射流Fを形成して、ピストン74の基端面に当たる。本形態において、ピストン74の基端面は、凹状面を有する。ピストン74の基端面に当たった噴射流Fは、軌道を変えて、基端側、すなわちスパークプラグ1側へ向かう。このとき、噴射流Fは、スパークプラグ1における大噴孔515の外側開口部511付近に到達する。
噴射流Fは、燃料割合の比較的大きい混合気となっている。それゆえ、噴射流Fが到達した大噴孔515の外側開口部511付近は、燃料を多く含む混合気となる。そして、この混合気は、副燃焼室に、大噴孔515を介して導入されることとなる。そして、大噴孔515を介して導入された燃料密度の高い混合気が、放電ギャップに向かうこととなる。
そして、圧縮上死点付近において、スパークプラグ1の放電ギャップに放電を生じさせる。これにより、混合気への着火が効率的に行われる。なお、上述の燃料噴射タイミング、スパークプラグ1の放電点火タイミングは、後述するように、状況や目的等によって、種々変更しうる。
その他は、実施形態11と同様である。
その他は、実施形態11と同様である。
本形態の内燃機関10において、スパークプラグ1は、インジェクタ71から噴射された噴射流Fが、大噴孔515の外側開口部511に向かうように、配置されている。これにより、燃料密度の高い混合気が、大噴孔515から副燃焼室内へ導入されやすくなる。その結果、燃料密度の高い混合気が、放電ギャップに到達しやすくなり、着火性を向上させることができる。
また、例えば、内燃機関の高負荷運転において、プレイグニッションの抑制を目的として、リタード噴射、リタード点火を行う場合がある。リタード噴射、リタード点火は、一般的な燃料噴射及び点火のタイミングよりも遅いタイミングで行う、燃料噴射及び点火である。つまり、インジェクタ71からの燃料噴射タイミングを、例えば、圧縮行程における、ピストン74が上死点に達する直前のタイミングとする。具体的には、例えば、BTDC30°のタイミングにて、燃料を噴射する。そして、スパークプラグ1の点火を、実質的に圧縮上死点のタイミングとする。
このようなタイミングにて、燃料噴射及び点火を行うことで、所望のタイミングよりも早いタイミングでの着火、すなわち早期着火を抑制し、プレイグニッションを抑制することができる。その一方で、リタード噴射を行う場合、燃料が主燃焼室101に供給される際には、すでに副燃焼室内にある程度空気が充填されていると共に、主燃焼室101内の気流も弱まった状態となる。そうすると、プラグカバー5に形成された噴孔51から副燃焼室に導入される燃料が、比較的少なくなりやすい状況となる。
しかし、本形態のスパークプラグ1は、インジェクタ71から噴射された噴射流Fが、大噴孔515の外側開口部511に向かうように、配置されている。それゆえ、燃料密度の高い混合気が、大噴孔515を介して副燃焼室内へ導入されやすい。それゆえ、燃料密度の高い混合気が、放電ギャップに到達しやすい。その結果、副燃焼室内における着火性を向上させ、ひいては、主燃焼室101の着火性を向上させることができる。
その他、実施形態11と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態11と同様の作用効果を有する。
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…スパークプラグ、2…ハウジング、3…絶縁碍子、4…中心電極、41…先端突出部、5…プラグカバー、50…副燃焼室、51…噴孔、510…軸側噴孔、6…接地電極、61…基端面、62…固定端部、51L…噴孔の中心軸の延長線、510E…軸側噴孔を開口方向に延長した延長領域、C…プラグ中心軸、G…放電ギャップ
Claims (9)
- 筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(41)を突出させた中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記中心電極との間に放電ギャップ(G)を形成する接地電極(6)と、
上記放電ギャップが配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記接地電極は、上記ハウジング又は上記プラグカバーに固定された固定端部(62)から上記副燃焼室内に突出しており、
上記放電ギャップは、上記先端突出部の先端部と上記接地電極の基端面(61)とが、互いに対向することにより形成されており、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる複数の噴孔(51)が形成されており、
上記噴孔の中心軸の延長線(51L)は、上記放電ギャップを通過せず、
上記複数の噴孔のうちの一部の上記噴孔は、プラグ径方向における上記ハウジングの先端部の内周面(21)までの距離(D1)よりも、プラグ径方向におけるプラグ中心軸(C)までの距離(D2)が近い位置に形成された軸側噴孔(510)であり、
該軸側噴孔は、該軸側噴孔を開口方向に延長した延長領域(510E)が上記放電ギャップを通過しないと共に、該軸側噴孔の開口方向から見たとき、該軸側噴孔の少なくとも一部が、上記接地電極と重ならないように、形成されている、内燃機関用のスパークプラグ(1)。 - 上記軸側噴孔の外側開口部(511)の、プラグ径方向における、最も外側の外側端(513)と、上記先端突出部の先端部とを最短距離でつなぐ線分(L1)は、上記接地電極と上記プラグカバーとの双方を通過しない、請求項1に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 上記軸側噴孔の外側開口部の中心と、上記先端突出部の先端部とを最短距離でつなぐ線分(L2)は、上記接地電極と上記プラグカバーとの双方を通過しない、請求項2に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 上記軸側噴孔の内側開口部(512)と、上記先端突出部の先端部とを最短距離でつなぐ線分(L3)は、上記接地電極を通過しない、請求項3に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 上記軸側噴孔の中心軸の延長線は、プラグ軸方向(Z)に対して傾斜していると共に、上記放電ギャップの基端側を通過する、請求項1~4のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 上記放電ギャップは、上記ハウジングの先端よりも先端側に形成されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 上記接地電極の基端面は、上記接地電極の長手方向における、少なくとも上記放電ギャップを形成する部位から上記接地電極の突出端部(63)にわたって、上記突出端部に近づくに従って先端側に向かうように傾斜した傾斜面(611)を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 少なくとも上記軸側噴孔以外の上記噴孔の中心軸の延長線は、プラグ軸方向(Z)から見て、プラグ径方向に対して傾斜している、請求項1~7のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 上記噴孔は、上記軸側噴孔よりもプラグ径方向の外側に形成された外側噴孔(514)を有し、該外側噴孔は、少なくとも2つの大噴孔(515)と、該大噴孔よりも開口面積が小さい小噴孔(516)と、を有し、上記大噴孔は、先端側へ向かうほどプラグ径方向の外側へ向かうように、プラグ軸方向(Z)に対して傾斜して開口しており、プラグ中心軸を含む所定の平面(P)によって上記スパークプラグを第一プラグ部(11)と第二プラグ部(12)とに2分割したとき、上記少なくとも2つの大噴孔のいずれもが、上記第一プラグ部に形成されており、上記接地電極の固定端部は、上記第一プラグ部における上記ハウジング又は上記プラグカバーに固定されており、上記軸側噴孔は、上記第二プラグ部に形成されており、プラグ軸方向から見たとき、上記第一プラグ部において、上記固定端部は、プラグ周方向における、少なくとも2つの上記大噴孔のそれぞれの中心軸の延長線同士の間に配置されている、請求項1~7のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
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