JP2023066893A - 内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した着火性を得ることができる内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。【解決手段】スパークプラグ1を備えた内燃機関10。スパークプラグ1は、絶縁碍子3と、中心電極4と、ハウジング2と、中心電極4との間に第1放電ギャップG1を形成する接地電極6と、プラグカバー5と、を有する。プラグカバー5は、副燃焼室50と外部とを連通させる噴孔51を有する。第1放電ギャップG1は、プラグ軸方向Zと噴孔51の噴孔軸Lとの双方に直交する方向から見て、噴孔軸Lと重なる位置、若しくは噴孔軸Lよりも先端側の位置に、形成されている。中心電極4とハウジング2との間には、絶縁碍子3の表面を介した第2放電ギャップG2が設けてある。内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグに関する。
副燃焼室を備えたスパークプラグが、例えば特許文献1に開示されている。かかるスパークプラグにおいては、放電ギャップにおいて発生した初期火炎が、副燃焼室内において成長し、噴孔から火炎ジェットを噴出させる。これにより、主燃焼室に噴出した火炎ジェットによって、主燃焼室における混合気に着火して、燃焼を生じさせる。特許文献1に記載のスパークプラグにおいては、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられている。それゆえ、火炎の失火が生じなければ、副燃焼室内において充分に成長した後の火炎が噴孔から噴出することとなるため、火炎ジェットを強化しやすい。
しかしながら、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられていると、冷却損失の影響により、火炎の失火を招きやすい。特に内燃機関の低負荷時においては、ハウジングやプラグカバーの温度が比較的低いために、失火が懸念される。一方、内燃機関の高負荷時等、ハウジングやプラグカバーの温度が比較的高い場合には、失火は生じにくい。そのため、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられていることは、着火性の観点において有利となると考えられる。このように、特許文献1に記載のスパークプラグは、内燃機関の運転状態によって、着火性が変動することが懸念される。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び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、スパークプラグ(1)を備えた内燃機関(10)であって、
上記スパークプラグは、
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から先端側に突出した中心電極(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第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、プラグ軸方向(Z)と上記噴孔の噴孔軸(L)との双方に直交する方向から見て、該噴孔軸と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関にある。
上記スパークプラグは、
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から先端側に突出した中心電極(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第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、プラグ軸方向(Z)と上記噴孔の噴孔軸(L)との双方に直交する方向から見て、該噴孔軸と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関にある。
本発明の他の態様は、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から先端側に突出した中心電極(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第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、上記噴孔の噴孔軸(L)と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
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から先端側に突出した中心電極(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第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、上記噴孔の噴孔軸(L)と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関用のスパークプラグ(1)にある。
上記内燃機関においては、内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている。それゆえ、比較的内燃機関の負荷が低いときは、放電発生位置が第1放電ギャップとなり、比較的内燃機関の負荷が高いときは、放電発生位置が第2放電ギャップとなる。これにより、比較的低負荷の状態においては、比較的噴孔に近い第1放電ギャップ付近に初期火炎が形成されることとなり、失火を抑制しつつ、噴孔から火炎ジェットを噴出することができる。また、比較的高負荷の状態においては、比較的噴孔から遠い第2放電ギャップ付近に初期火炎が形成されることとなり、充分に成長した火炎を噴孔から火炎ジェットとして噴出することができる。
このように、低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。
このように、低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。
上記内燃機関用のスパークプラグにおいては、副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている。これにより、内燃機関の低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。
以上のごとく、上記態様によれば、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び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10及び内燃機関用のスパークプラグ1に係る実施形態について、図1~図6を参照して説明する。
本形態の内燃機関10は、スパークプラグ1を備えた内燃機関である。
スパークプラグ1は、図1~図3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。
内燃機関10及び内燃機関用のスパークプラグ1に係る実施形態について、図1~図6を参照して説明する。
本形態の内燃機関10は、スパークプラグ1を備えた内燃機関である。
スパークプラグ1は、図1~図3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から先端側に突出している。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との間に第1放電ギャップG1を形成する。プラグカバー5は、第1放電ギャップG1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は、副燃焼室50と外部とを連通させる噴孔51を有する。図1に示すごとく、第1放電ギャップG1は、噴孔51の噴孔軸Lと重なる位置、若しくは噴孔軸Lよりも先端側の位置に、形成されている。中心電極4とハウジング2との間には、絶縁碍子3の表面を介した第2放電ギャップG2が設けてある。
内燃機関10の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。
内燃機関10の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。
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。スパークプラグ1のプラグ軸方向Zの一端が、内燃機関10の主燃焼室101に露出する。プラグ軸方向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の中心軸(すなわちプラグ中心軸C)に直交する方向を、プラグ径方向というものとする。また、プラグ中心軸Cを中心とした円周に沿った方向を、プラグ周方向というものとする。
スパークプラグ1は、ハウジング2の外周に形成された取付ネジ部23を、プラグホール71に形成された雌ネジ部に螺合することにより、内燃機関10に取り付けられる。
ハウジング2は、金属製の略円筒状体である。図1に示すごとく、ハウジング2の内周側に、略円筒形状の絶縁碍子3が保持されている。ハウジング2は、内周側に突出した係止凸部21を有する。絶縁碍子3は外周側に突出した段部31を有する。絶縁碍子3の段部31がハウジング2の係止凸部21に係止されることにより、絶縁碍子3がハウジング2の内周側に保持されている。絶縁碍子3は、アルミナ等のセラミックからなる。
ハウジング2は、金属製の略円筒状体である。図1に示すごとく、ハウジング2の内周側に、略円筒形状の絶縁碍子3が保持されている。ハウジング2は、内周側に突出した係止凸部21を有する。絶縁碍子3は外周側に突出した段部31を有する。絶縁碍子3の段部31がハウジング2の係止凸部21に係止されることにより、絶縁碍子3がハウジング2の内周側に保持されている。絶縁碍子3は、アルミナ等のセラミックからなる。
絶縁碍子3の内周側に、中心電極4が挿通保持されている。中心電極4は、絶縁碍子3の先端よりも先端側へ突出している。中心電極4の中心軸は、プラグ中心軸Cと一致している。絶縁碍子3の先端部における中心電極4の側面と、ハウジング2の係止凸部21との間に、第2放電ギャップG2が形成される。第2放電ギャップG2は、絶縁碍子3の表面に沿った沿面ギャップである。
接地電極6は、副燃焼室50の外周壁部に固定された固定端部61からプラグ中心軸Cへ向かって突出するように形成されている。接地電極6の一部と中心電極4の先端部とが、第1放電ギャップG1を介してプラグ軸方向Zに対向している。接地電極6は、ハウジング2の先端部に、溶接等にて接合されている。接地電極6は、固定端部61から突出端へ向かうほど先端側へ向かうように、傾斜している。
ハウジング2の先端部には、プラグカバー5が接合されている。プラグカバー5には、複数の噴孔51が形成されている。図2に示すごとく、本形態において、噴孔51は、4個、プラグ周方向に等間隔に形成されている。図1に示すごとく、噴孔51の中心軸である噴孔軸Lは、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜している。噴孔軸Lとプラグ軸方向Zとの双方に直交する方向から見て、第1放電ギャップG1は、噴孔軸Lと重なる位置、若しくは噴孔軸Lよりも先端側に配置されている。
本形態においては、噴孔軸Lとプラグ軸方向Zとの双方に直交する方向から見て、第1放電ギャップG1が、噴孔軸Lよりも先端側に配置されている。すなわち、噴孔軸Lとプラグ軸方向Zとの双方に直交する方向から見て、噴孔軸Lは、第1放電ギャップG1よりも基端側において、プラグ中心軸Cと交わっている。
内燃機関10は、シリンダ70内におけるピストン74(後述する図9参照)の往復運動に伴い、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を、順次繰り返す。そして、圧縮行程から膨張行程に切り替わるピストン74の上死点付近のタイミングにおいて、スパークプラグ1に電圧を印加する。これにより、図4、図5に示すごとく、第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とのいずれかに、火花放電を生じさせる。
第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とのうち、スパークプラグ1に電圧を印加した時点における、放電電圧の低い方に火花放電が生じることとなる。
上述のように、第1放電ギャップG1は、中心電極4の先端部と接地電極6との間の空間に形成されている。一方、第2放電ギャップG2は、絶縁碍子3の表面に沿った沿面ギャップである。
上述のように、第1放電ギャップG1は、中心電極4の先端部と接地電極6との間の空間に形成されている。一方、第2放電ギャップG2は、絶縁碍子3の表面に沿った沿面ギャップである。
いずれの放電ギャップにおいても、雰囲気圧力が高いほど、放電電圧が高くなる。雰囲気圧力は、内燃機関10の負荷が大きくなるほど高くなる。そして、内燃機関の負荷Bと放電電圧との関係は、概ね図6に示すような関係となる。同図において、第1放電ギャップG1における、負荷Bと放電電圧との関係を、線V1にて示す。また、第2放電ギャップG2における、負荷Bと放電電圧との関係を、線V2にて示す。
同図から分かるように、第1放電ギャップG1における、負荷Bの上昇に対する放電電圧の上昇割合は、全運転領域において概ね一定である(線V1参照)。これに対して、沿面放電ギャップである第2放電ギャップG2においては、負荷Bがある程度大きくなると、負荷Bの上昇に対する放電電圧の上昇割合が小さくなる(線V2参照)。このように、第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とにおける、負荷Bと放電電圧との関係は、図6に示すように、互いに異なる傾向を示す。
ここで、内燃機関10の運転領域が高負荷領域である場合においては、ハウジング2やプラグカバー5の温度が高い状態にあるため、失火が生じにくい状態にある。それゆえ、噴孔51から遠い第2放電ギャップG2において放電を発生させることが、燃焼性の観点において有利となる。
一方、内燃機関10の運転領域が低負荷領域である場合においては、ハウジング2やプラグカバー5の温度が低い状態にあるため、失火が生じやすい状態にある。それゆえ、噴孔51に近い第1放電ギャップG1において放電を発生させることが、燃焼性の観点において有利となる。
そこで、図6に示すごとく、高負荷領域においては第2放電ギャップG2の放電電圧V2が第1放電ギャップG1の放電電圧V1よりも低くなり、低負荷領域においては第1放電ギャップG1の放電電圧V1が第2放電ギャップG2の放電電圧V2よりも低くなるようにする。つまり、線V1と線V2とが交わるように、第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とにおける放電電圧を調整する。この調整は、例えば、第2放電ギャップG2の距離を調整することにより、行うことができる。すなわち、第2放電ギャップG2を短くすることで、放電電圧V2を低くすることができ、第2放電ギャップG2を長くすることで、放電電圧V2を高くすることができる。
なお、一般的なスパークプラグにおいては、第1放電ギャップG1に相当する放電ギャップのみで放電させるべく(換言すると、図6における線V1と線V2とが交わらないように)、第2放電ギャップG2に相当する部分の長さを充分に長くしている。これに対し、本形態のスパークプラグ1においては、敢えて第2放電ギャップG2をある程度短くして、図6における線V1と線V2とが適切な位置において交わるようにしている。
図6において、線V1と線V2との交点に対応する負荷(以下、境界負荷B0という。)が、理論的には、第1放電ギャップG1での放電と、第2放電ギャップG2での放電との切り替わりの境界となる。すなわち、境界負荷B0よりも高負荷の場合に、第2放電ギャップG2にて放電し、境界負荷B0よりも低負荷の場合に、第1放電ギャップG1にて放電する。ただし、実際には、境界負荷B0の近傍においては、第1放電ギャップG1にて放電したり、第2放電ギャップG2にて放電したりすることとなる。
具体的には、内燃機関10の負荷が第1基準負荷B1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、内燃機関10の負荷が第2基準負荷B2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるようにする。第1基準負荷B1は第2基準負荷B2以下である。例えば、第1基準負荷B1を全負荷の1/4、第2基準負荷B2を全負荷の3/4とすることができる。
そして、これを実現するために、例えば、第2放電ギャップG2の長さを調整して、上記境界負荷B0が、第1基準負荷B1と第2基準負荷B2との間の値となるように、調整する。また、例えば、中心電極4の先端部の消耗により、第1放電ギャップG1が徐々に拡大することも想定される。この場合、第1放電ギャップG1における放電電圧が徐々に高くなり、図6における線V1が上方へシフトすることとなる。このとき、境界負荷B0が第1基準負荷B1に近付くことになる。このように、境界負荷B0が変動し得ることを考慮して、変動した場合にもB1≦B0≦B2の関係が保たれるようにすることが好ましい。
なお、「主として第1放電ギャップG1に放電が生じる」とは、例えば、第1放電ギャップG1における放電確率(すなわち、一定期間内の或いは一定のサイクル数における放電回数)が、第2放電ギャップG2における放電確率の10倍以上である場合を意味するものとすることができる。同様に、「主として第2放電ギャップG2に放電が生じる」とは、例えば、第2放電ギャップG2における放電確率が、第1放電ギャップG1における放電確率の10倍以上である場合を意味するものとすることができる。
このように、本形態の内燃機関10は、内燃機関10の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。
また、上述のように、内燃機関10の負荷が高くなるほど、雰囲気圧力すなわち、副燃焼室50内の圧力が高くなるという関係にある。それゆえ、本形態のスパークプラグ1は、副燃焼室50内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている、ということができる。
そして、本形態のスパークプラグ1は、以下のように構成されているといえる。すなわち、常温において、副燃焼室50の圧力Pが第1基準圧力P1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、副燃焼室50の圧力Pが第2基準圧力P2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるよう構成されている。第1基準圧力P1は第2基準圧力P2以下である。
このようなスパークプラグ1の構成は、例えば以下の試験によって確認することができる。すなわち、スパークプラグ1を、主燃焼室を模したチャンバに装着し、チャンバ内の圧力を変動させる。チャンバ内の温度は常温とする。この状態において、スパークプラグ1に電圧を印加したときに、主として第1放電ギャップG1に放電が生じるか、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるか、を観測する。
このとき、「チャンバ内の圧力(すなわち、副燃焼室50の圧力)が第1基準圧力P1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、チャンバ内の圧力(すなわち、副燃焼室50の圧力)が第2基準圧力P2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じる」という状態が確認できれば、上記の要件を満たすことが確認できる。
なお、「常温において」としたのは、あくまでも、上記のような試験において常温で試験した場合を想定したものであり、実際にスパークプラグ1を使用する際に、常温とすることを意味するものではない。
ここで、例えば、第1基準圧力P1を0.5MPa、第2基準圧力を1.5MPaとすることができる。また、図6において、線V1と線V2との交点に対応する圧力Pを境界圧力P0とする。境界圧力P0と第1基準圧力P1と第2基準圧力P2とは、P1≦P0≦P2を満たす。
なお、特に言及しない限り、副燃焼室50の圧力とは、スパークプラグ1の点火時点における、副燃焼室50の圧力を意味するものとする。
なお、本形態において、中心電極4の材料として、例えば、ニッケル合金を用いることができる。特に、ニッケル93%以上と、クロム3%以下とを含有する合金を用いることが、第2放電ギャップG2における放電による中心電極4のチャネリングを抑制できる観点で、好ましい。
また、本形態においては、中心電極4及び接地電極6のいずれにおいても、第1放電ギャップG1に対向する部分に、貴金属チップを設けていない形態を示している。しかし、中心電極4及び接地電極6の少なくとも一方に、第1放電ギャップG1に対向する部分に、貴金属チップを設けることもできる。貴金属チップとしては、例えば、イリジウム合金、白金合金等を用いることができる。第1放電ギャップG1に対向する部位に貴金属チップを設けることによって、第1放電ギャップG1の拡大を抑制することができる。これにより、第1放電ギャップG1における放電電圧の変化を抑制することができる。
また、本形態においては、噴孔51の噴孔軸Lがプラグ中心軸Cに向かうように形成されたものを示した。しかし、噴孔軸がプラグ中心軸からずれるように噴孔を形成することもできる。例えば、噴孔から副燃焼室内に流入した気流によって、プラグ周方向に旋回するスワール流が、副燃焼室内に形成されるように、噴孔を形成することもできる。
次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関10においては、内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。それゆえ、比較的内燃機関10の負荷が低いときは、放電発生位置が第1放電ギャップG1となり、比較的内燃機関10の負荷が高いときは、放電発生位置が第2放電ギャップG2となる。
上記内燃機関10においては、内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。それゆえ、比較的内燃機関10の負荷が低いときは、放電発生位置が第1放電ギャップG1となり、比較的内燃機関10の負荷が高いときは、放電発生位置が第2放電ギャップG2となる。
これにより、比較的低負荷の状態においては、図4に示すごとく、比較的噴孔51に近い第1放電ギャップG1付近に初期火炎が形成されることとなり、失火を抑制しつつ、噴孔51から火炎ジェットを噴出することができる。また、比較的高負荷の状態においては、図5に示すごとく、比較的噴孔51から遠い第2放電ギャップG2付近に初期火炎が形成されることとなり、充分に成長した火炎を噴孔51から火炎ジェットとして噴出することができる。
このように、低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。
そして、内燃機関10の負荷が第1基準負荷B1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、内燃機関10の負荷が第2基準負荷B2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるようにしている。これにより、所定の低負荷時においても、所定の高負荷時においても、主燃焼室101へ火炎ジェットを確実に噴出させることができる。
すなわち、例えば、第2放電ギャップG2の大きさを調整することで、境界負荷B0を第1基準負荷B1と第2基準負荷B2との間となるように調整する。これにより、内燃機関10の負荷が第1基準負荷B1よりも低いときは、少なくとも、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、内燃機関10の負荷が第2基準負荷B2よりも高いとき、少なくとも、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるようにすることができる。
また、本形態のスパークプラグ1は、副燃焼室50内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。これにより、内燃機関10の低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを主燃焼室101へ効果的に噴出させることができる。
また、常温において、副燃焼室50の圧力が第1基準圧力P1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、副燃焼室50の圧力が第2基準圧力P2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるよう構成されている。これにより、所定の低負荷時においても、所定の高負荷時においても、火炎ジェットを主燃焼室101へ確実に噴出させることができる。
以上のごとく、本形態によれば、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
(実施形態2)
本形態は、図7、図8に示すごとく、中心電極4が径方向突出部41を有する形態である。
径方向突出部41は、絶縁碍子3の先端面に沿ってプラグ径方向に突出している。中心電極4における絶縁碍子3の先端から突出した部位の一部を、プラグ径方向に突出させて、径方向突出部41が形成されている。
本形態は、図7、図8に示すごとく、中心電極4が径方向突出部41を有する形態である。
径方向突出部41は、絶縁碍子3の先端面に沿ってプラグ径方向に突出している。中心電極4における絶縁碍子3の先端から突出した部位の一部を、プラグ径方向に突出させて、径方向突出部41が形成されている。
本形態においては、図8に示すごとく、径方向突出部41は、プラグ周方向の全周にわたり、円環状に形成されている。ただし、プラグ周方向の一部のみにおいて、径方向突出部41を突出させた構成とすることもできる。また、径方向突出部41の外周端と、ハウジング2の内周面との間の距離は、第1放電ギャップG1の距離よりも長い。
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。
本形態においては、第2放電ギャップG2が絶縁碍子3の先端角部を経由しない状態にしやすくすることができる。これにより、第2放電ギャップG2における放電によって、絶縁碍子3の先端角部に局部的な損傷(すなわちチャネリング)が生じることを抑制することができる。また、径方向突出部41の突出長さを調整することで、第2放電ギャップG2の長さ調整を容易に行うこともできる。
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9~図11に示すごとく、プラグ軸方向Zから見て、接地電極6の固定端部61が、吸気弁72側を向いている形態である。
接地電極6は、固定端部61からプラグ中心軸Cへ向かって突出するように形成されている(図11参照)。接地電極6の一部と中心電極4の先端部とは、第1放電ギャップG1を介してプラグ軸方向Zに対向している(図11参照)。
本形態は、図9~図11に示すごとく、プラグ軸方向Zから見て、接地電極6の固定端部61が、吸気弁72側を向いている形態である。
接地電極6は、固定端部61からプラグ中心軸Cへ向かって突出するように形成されている(図11参照)。接地電極6の一部と中心電極4の先端部とは、第1放電ギャップG1を介してプラグ軸方向Zに対向している(図11参照)。
内燃機関10は、図9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。すなわち、図9、図10に示すごとく、スパークプラグ1は、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、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。
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。吸気行程において、吸気ポート721からガス(主として空気)が主燃焼室101内に導入され、排気行程において、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9の矢印AF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AFは、図9、図10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は、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10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AF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AF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AFを意味する。
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。
本形態の内燃機関10においては、プラグ軸方向Zから見て、接地電極6の固定端部61が、吸気弁72側を向いている。それゆえ、図9、図10に示すごとく、接地電極6の固定端部61側の噴孔51が、主燃焼室101における気流AFの上流側を向くこととなる。そうすると、図11に示すごとく、主として、固定端部61側の噴孔51から気流Fが導入される。これにより、副燃焼室50内において、矢印Fにて示すように、固定端部61と反対側の内壁面に沿って基端側へ向かった後、固定端部61側の内壁面に沿って先端側へ向かうタンブル流が形成される。そうすると、接地電極6の基端側面によって、気流Fが第1放電ギャップG1に導かれる。その結果、第1放電ギャップG1に形成される放電を引き伸ばしやすくなり、着火性を向上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。
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、10…内燃機関、2…ハウジング、3…絶縁碍子、4…中心電極、5…プラグカバー、50…副燃焼室、51…噴孔、6…接地電極、G1…第1放電ギャップ、G2…第2放電ギャップ、L…噴孔軸、Z…プラグ軸方向
Claims (7)
- スパークプラグ(1)を備えた内燃機関(10)であって、
上記スパークプラグは、
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から先端側に突出した中心電極(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第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、プラグ軸方向(Z)と上記噴孔の噴孔軸(L)との双方に直交する方向から見て、該噴孔軸と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関。 - 上記内燃機関の負荷(B)が第1基準負荷(B1)よりも低いとき、主として上記第1放電ギャップに放電が生じ、上記内燃機関の負荷が第2基準負荷(B2)よりも高いとき、主として上記第2放電ギャップに放電が生じるよう構成され、
上記第1基準負荷は上記第2基準負荷以下である、
請求項1に記載の内燃機関。 - 上記中心電極は、上記絶縁碍子の先端面に沿ってプラグ径方向に突出した径方向突出部(41)を有する、請求項1又は2に記載の内燃機関。
- 上記接地電極は、上記副燃焼室の外周壁部に固定された固定端部(61)からプラグ中心軸へ向かって突出するように形成され、上記接地電極の一部と上記中心電極の先端部とが、上記第1放電ギャップを介してプラグ軸方向に対向しており、プラグ軸方向から見て、上記固定端部は、吸気弁(72)側を向いている、請求項1~3のいずれか一項に記載の内燃機関。
- 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から先端側に突出した中心電極(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第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、上記噴孔の噴孔軸(L)と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関用のスパークプラグ(1)。 - 常温において、上記副燃焼室の圧力(P)が第1基準圧力(P1)よりも低いとき、主として上記第1放電ギャップに放電が生じ、上記副燃焼室の圧力が第2基準圧力(P2)よりも高いとき、主として上記第2放電ギャップに放電が生じるよう構成され、
上記第1基準圧力は上記第2基準圧力以下である、
請求項5に記載の内燃機関用のスパークプラグ。 - 上記中心電極は、上記絶縁碍子の先端面に沿ってプラグ径方向に突出した径方向突出部(41)を有する、請求項5又は6に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
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