JP4139848B1 - 多点点火装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多点点火装置において電極対の汚損、プレイグニッションの発生を防止する。
【解決手段】複数の電極対Ｐ１〜Ｐ８の温度がいずれも自己清浄温度以上の温度を下限温度としプレイグニッション発生温度未満の温度を上限温度とする適正温度範囲内に保たれるように、複数の電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価を個別に設定する。
【選択図】 図２
【解決手段】複数の電極対Ｐ１〜Ｐ８の温度がいずれも自己清浄温度以上の温度を下限温度としプレイグニッション発生温度未満の温度を上限温度とする適正温度範囲内に保たれるように、複数の電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価を個別に設定する。
【選択図】 図２
Description
本発明は燃焼室一つにつき複数の点火ギャップを配置する多点点火装置に関する。
特許文献１、２は、点火ギャップを構成する電極対をシリンダ開口部の周囲に複数配置し、複数の点火ギャップから燃焼室内の混合気に点火する多点点火装置を開示している。
この装置によれば、燃焼室中央のみから点火を行う従来の点火プラグと比べ、燃焼室周縁部における混合気の燃焼を促進することができ、エンジンの出力、燃費を向上させることが可能である。
電極対の温度が自己清浄温度（450℃〜500℃）よりも低いとカーボンが電極対に付着し、二次電圧がリークして電極対から火花が飛ばなくなる汚損が発生する。逆に、電極対の温度が1000℃を超えて上昇すると、電極対自身が熱源となって火花が飛ぶ前に着火が起こるプレイグニッションが発生する。このため、上記多点点火装置においても、各電極対の温度が適正範囲内（450℃〜1000℃、好ましくは余裕をとって500℃〜850℃）に保たれる必要がある。
しかしながら、上記従来技術では、電極対が燃焼室の壁面、燃焼ガスから受ける熱量、新気によって奪われる熱量が、電極対の位置によって異なるにもかかわらず、それらの熱価をすべて同じに設定している。このため、ある電極対では適正温度範囲よりも温度が低くなって汚損が発生する一方で、ある電極対では適正温度範囲を超えて温度が上昇してプレイイグニッションが発生するという問題が生じうる。
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたもので、多点点火装置において電極対の汚損、プレイグニッションの発生を防止することを目的とする。
本発明のある態様では、点火ギャップを構成する電極対を複数備え、前記複数の電極対をエンジンのシリンダ開口部の周囲に配置する多点点火装置において、隣接する電極対を電気的に接続する中間部材と、前記エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に介装され、前記中間部材が埋設される介装部材と、を備え、前記複数の電極対の温度がいずれも自己清浄温度以上の温度を下限温度としプレイグニッション発生温度未満の温度を上限温度とする適正温度範囲内に保たれるように、前記中間部材と前記介装部材の接触面積を変更することで前記中間部材に接続する電極対の熱価を変更し、前記複数の電極対の熱価を個別に設定する。
また、本発明の別の態様では、点火ギャップを構成する電極対を複数備え、前記複数の電極対をエンジンのシリンダ開口部の周囲に配置する多点点火装置において、隣接する電極対を電気的に接続する中間部材と、前記エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に介装され、前記中間部材が埋設される介装部材と、を備え、前記複数の電極対の温度がいずれも自己清浄温度以上の温度を下限温度としプレイグニッション発生温度未満の温度を上限温度とする適正温度範囲内に保たれるように、前記中間部材と前記電極対の材質を異ならせることで前記中間部材に接続する電極対の熱価を変更し、前記複数の電極対の熱価を個別に設定する。
また、本発明の別の態様では、点火ギャップを構成する電極対を複数備え、前記複数の電極対をエンジンのシリンダ開口部の周囲に配置する多点点火装置において、隣接する電極対を電気的に接続する中間部材と、前記エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に介装され、前記中間部材が埋設される介装部材と、を備え、前記複数の電極対の温度がいずれも自己清浄温度以上の温度を下限温度としプレイグニッション発生温度未満の温度を上限温度とする適正温度範囲内に保たれるように、前記中間部材と前記電極対の材質を異ならせることで前記中間部材に接続する電極対の熱価を変更し、前記複数の電極対の熱価を個別に設定する。
本発明によれば、いずれの電極対の温度も適正温度範囲内に保たれ、電極対の汚損、プレイグニッションの発生を防止することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、電極対の放熱性を従来の点火プラグと同じく「熱価」と表現し、放熱性が良いものを「熱価が高い」、逆に、放熱性が悪いものを「熱価が低い」と表現する。
図１は本発明に係る多点点火装置７を備えたエンジン１の概略構成を示している。エンジン１は、一つの燃焼室２に対して２つの吸気バルブ３と２つの排気バルブ４を備えた４バルブエンジンである。この例では、吸気バルブ３が水平に近い状態（バルブステムが垂直に近い状態）で取り付けられており、吸気ポート５から吸気バルブ３を介して燃焼室２内に導入される新気の大部分は、燃焼室２の上面に沿って排気側へと流れる。
多点点火装置７は、図２に示すように、エンジン１のヘッドガスケット８と一体となっている。多点点火装置７がエンジン１のシリンダヘッド９とシリンダブロック１０の間に挟持されると、シリンダブロック１０の上面に開口するシリンダ開口部１４の周囲に点火ギャップＧ１〜Ｇ８を構成する複数の電極対Ｐ１〜Ｐ８が略等間隔に配置される。電極対Ｐ１〜Ｐ８は、それぞれ通電電極と、これに微小間隔をおいて対向するアース電極からなり、既存のエンジンの点火プラグの電極と同様にニッケルや白金等の耐熱性の高い金属で構成される。
ヘッドガスケット８には複数の開口が形成されており、中央の最も大きな開口１３はシリンダ開口部１４と略同径で、シリンダ開口部１４に重ねて配置される。中央の開口１３の周囲に配置される複数の開口１５は、シリンダヘッド９、シリンダブロック１０に形成される冷却水通路に接続する水穴である。
電極対Ｐ１〜Ｐ８には、導電性材料で構成される中間部材１６がそれぞれ接続し、隣接する電極対は中間部材１６によって接続される。中間部材１６は電極対Ｐ１〜Ｐ８と同じ材質、例えばニッケルで構成されるが、後述するように異なる材質で構成してもよい。中間部材１６はヘッドガスケット８内に埋設、保持され、これによって、電極対Ｐ１〜Ｐ８がヘッドガスケット８に保持される。
中間部材１６は電極対Ｐ１〜Ｐ８を保持する機能のほか、電極対Ｐ１〜Ｐ８を電気的に直列に接続する機能も有している。これにより、ターミナル２０に高圧の二次電圧を印加すると、まず、ターミナル２０に接続する電極対Ｐ１のギャップＧ１で放電が起こり、続いて、これに隣接する電極対Ｐ２のギャップＧ２でも放電が起こる。放電はターミナル２０側から順に連鎖的に起こり、最終的には、アース端子２１に接続する電極対Ｐ８のギャップＧ８でも放電が起こる。
このような多点点火装置７においても、従来の点火プラグ同様に、電極対Ｐ１〜Ｐ８の温度が自己清浄温度よりも低いと汚損が発生し。逆に、過度に上昇するとプレイグニッションが発生する。このため、電極対Ｐ１〜Ｐ８の温度がいずれも適正温度範囲内に保たれるように、好ましくは、適正温度範囲内の所定温度に略等しくなるように、電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価をそれぞれ適切な値に調整する必要がある。適正温度範囲の下限温度は自己清浄温度以上の温度（例えば、450℃、余裕を持たせて500℃）であり、上限温度はプレイグニッション発生温度未満の温度（例えば、1000℃、余裕を持たせて850℃）である。
そこで、本発明に係る多点点火装置７においては、電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価をそれらの位置によって次のように個別に設定する。
まず、図３に破線で示すように、シリンダ開口部１４の排気側（排気ポート側）に配置される電極対ほど基本熱価を高く設定する。基本熱価とは、電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価を設定する際に用いるパラメータであり、電極対Ｐ１〜Ｐ８が配置される燃焼室壁の温度に応じて電極対毎に設定される。排気側の基本熱価を吸気側よりも高く設定するのは、エンジン１の運転条件にもよるが、高温になる排気バルブ４やそのバルブシート部からの伝熱によって、燃焼室壁の排気側が吸気側に比べて５０℃以上高温になり、その近傍に配置される電極対の放熱性が悪くなるからである。
次に、電極対Ｐ１〜Ｐ８のうち、吸気ポート５から燃焼室２に導入される新気が直接当たる電極対、この実施形態では、吸気ポート５の延長線上に配置される電極対Ｐ３、Ｐ５の熱価を、それらの基本熱価よりも低い値に設定する。「新気が直接当たる」とは、燃焼室２内に導入された新気が燃焼室壁やピストン冠面に衝突する前に電極対に当たることを意味する。新気が直接当たる電極対Ｐ３、Ｐ５の熱価を基本熱価よりも下げるのは、これらの電極対Ｐ３、Ｐ５は新気によって熱が奪われ、温度が下がるからである。熱価を基本熱価より低くすることで、電極対Ｐ３、Ｐ５の温度を自己清浄温度以上に保つことができる。一方、新気が直接当たらない電極対Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６〜Ｐ８については、熱価を上記の通り設定した基本熱価に設定する。
このように電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価をそれらの位置に応じて個別に設定することにより、電極対Ｐ１〜Ｐ８の温度をいずれも適正温度範囲内、好ましくは、適正温度範囲内の所定温度に保つことができ、電極対Ｐ１〜Ｐ８の汚損、プレイグニッションの発生を防止することができる。
なお、ここでは電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価を、電極対の位置、及び、新気が直接当たるか否かのみを考慮して設定しているが、電極対Ｐ１〜Ｐ８の放熱性に与えるその他の要因、例えば、燃焼ガスから受ける熱量、冷却水通路からの距離等を考慮してもよい。
また、この実施形態のエンジン１は燃焼室２内にガス流動を生じさせない構成であるが、燃焼室内にガス流動（スワール流、タンブル流）を起こすエンジンにおいては、ガス流動の最上流に位置する電極対の基本熱価からの熱価の低下量を最も大きくし、ガス流動の向きに沿って基本熱価からの熱価の低下量を減らしていけばよい。
続いて、電極対Ｐ１〜Ｐ８の熱価の具体的な調整方法について説明する。
第１の方法は、ヘッドガスケット８と中間部材１６の接触面積を変更する方法である。電極対Ｐ１〜Ｐ８のうち、ある電極対（以下、Ｐｘとする）の熱価を調整する場合、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６の長さＬ、幅Ｗ、厚さＴ（図４参照）の少なくとも一つを変更し、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６とヘッドガスケット８との接触面積を変更すればよい。
例えば、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６の長さＬ、幅Ｗ、厚さＴの少なくとも一つを増大させると、電極対Ｐｘから中間部材１６、ヘッドガスケット８を通って、シリンダヘッド９、シリンダブロック１０へと伝わる熱量が増え、電極対Ｐｘの熱価を高くすることができる。逆に、電極対Ｐｘの熱価を下げたい場合は、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６の長さＬ、幅Ｗ、厚さＴの少なくとも一つを減少させればよい。
あるいは、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６の表面に溝、凸条等の凹凸を形成する、表面を湾曲させることで、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６とヘッドガスケット８との接触面積を増大させてもよい（図示せず）。この構成によっても、電極対Ｐｘの放熱性が向上し、熱価を高くすることができる。
またあるいは、図５に示すように、ヘッドガスケット８と中間部材１６の間に１又は２以上の空隙８ｖを形成し、これによって、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６とヘッドガスケット８との接触面積を減少させてもよい。この構成によれば、電極対から中間部材１６、ヘッドガスケット８を通って、シリンダヘッド９、シリンダブロック１０へと伝わりにくくなり、電極対Ｐｘの熱価を低くすることができる。
多点点火装置７の強度を確保するために、空隙８ｖに断熱材を充填するようにしてもよく、さらに、ヘッドガスケット８側ではなく中間部材１６側に凹凸を設けることでヘッドガスケット８と中間部材１６の間に空隙を形成するようにしてもよい。
第２の方法は、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６を電極対Ｐｘと異なる材質で構成する方法である。中間部材１６を電極対Ｐｘよりも熱伝導性の高い材質、例えば、銅で構成すれば、電極対Ｐｘから中間部材１６、ヘッドガスケット８を通って、シリンダヘッド９、シリンダブロック１０へと伝わる熱量が増え、電極対Ｐｘの熱価を高くすることができる。逆に、電極対Ｐｘの熱価を下げるには、電極対Ｐｘに接続する中間部材１６の材質を電極対Ｐｘよりも熱伝導性の低い材質、例えば、炭素やガラス繊維にカーボンをまぶしたもので構成すればよい。
なお、ここで説明した第１及び第２の方法は熱価調整方法の一例にすぎず、これ以外の方法を用いてもよい。また、ここで説明した第１及び第２の方法も含め、複数の熱価調整方法を組み合わせて実施しても構わない。
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を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記具体的構成に限定する趣旨ではない。
Ｐ１〜Ｐ８ 電極対
Ｇ１〜Ｇ８ 点火ギャップ
２ 燃焼室
８ ヘッドガスケット（介装部材）
８ｖ 空隙
９ シリンダヘッド
１０ シリンダブロック
１４ シリンダ開口部
１６ 中間部材
Ｇ１〜Ｇ８ 点火ギャップ
２ 燃焼室
８ ヘッドガスケット（介装部材）
８ｖ 空隙
９ シリンダヘッド
１０ シリンダブロック
１４ シリンダ開口部
１６ 中間部材
Claims (5)
- 点火ギャップを構成する電極対を複数備え、前記複数の電極対をエンジンのシリンダ開口部の周囲に配置する多点点火装置において、
隣接する電極対を電気的に接続する中間部材と、
前記エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に介装され、前記中間部材が埋設される介装部材と、
を備え、
前記複数の電極対の温度がいずれも自己清浄温度以上の温度を下限温度としプレイグニッション発生温度未満の温度を上限温度とする適正温度範囲内に保たれるように、前記中間部材と前記介装部材の接触面積を変更することで前記中間部材に接続する電極対の熱価を変更し、前記複数の電極対の熱価を個別に設定したことを特徴とする多点点火装置。 - 前記中間部材の長さ、幅、厚みの少なくとも一つを変更することで前記中間部材と前記介装部材の接触面積を変更したことを特徴とする請求項１に記載の多点点火装置。
- 前記中間部材と前記介装部材の間に１又は２以上の空隙を設けることによって前記中間部材と前記介装部材の接触面積を変更したことを特徴とする請求項２または３に記載の多点点火装置。
- 前記中間部材と前記電極対の材質を異ならせることで前記中間部材に接続する電極対の熱価を変更したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の多点点火装置。
- 点火ギャップを構成する電極対を複数備え、前記複数の電極対をエンジンのシリンダ開口部の周囲に配置する多点点火装置において、
隣接する電極対を電気的に接続する中間部材と、
前記エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に介装され、前記中間部材が埋設される介装部材と、
を備え、
前記複数の電極対の温度がいずれも自己清浄温度以上の温度を下限温度としプレイグニッション発生温度未満の温度を上限温度とする適正温度範囲内に保たれるように、前記中間部材と前記電極対の材質を異ならせることで前記中間部材に接続する電極対の熱価を変更し、前記複数の電極対の熱価を個別に設定したことを特徴とする多点点火装置。
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