JP4211124B2 - 点火プラグ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料の着火に用いる点火プラグに関するもので、特に、直噴エンジン、リーンバーン(希薄燃焼)エンジン等に用いると有効である。
【0002】
【従来の技術】
近年、内燃機関における燃焼改善、排気ガス浄化、更に、直噴エンジンやリーンバーン(希薄燃焼)エンジンにおける着火性向上への要求が高まっており、これに対処するための一手法として、燃焼速度を大幅に短縮できる点火・燃焼システムが求められている。これに関連する先行技術文献としては、特開平6−68952号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、点火プラグの内部空間(放電空間)に大きなエネルギ(高電圧・大電流)を印加することでプラズマを生成し、そのプラズマが燃焼室内に噴出されることで火炎生成・伝播を促進させる技術が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のプラズマジェット点火プラグでは、プラズマを生成するため印加される放電エネルギが、一般の車両用内燃機関で用いられている点火プラグに印加される放電エネルギ(数十mJ)の10〜100倍程度が必要であるとされる。このため、システム全体に要求される耐電圧性、耐久性、耐熱性等が問題となり、加えて、機関自体の発生出力が放電エネルギの発生に使用されることで燃焼改善のメリットを相殺してしまうこととなる。
【0004】
ここで、通常レベルのエネルギ投入であっても、予混合燃焼方式の内燃機関であれば混合気が点火プラグの内部空間内に侵入できるため火花放電によって容易に点火燃焼開始しされ、点火プラグの噴孔(オリフィス孔)から火炎を噴出することができる。これに対して、直噴エンジンにおける成層燃焼では噴射された燃料が点火プラグ近傍に到達するタイミングを見計らって点火が行われている。ところが、直噴エンジンでは点火プラグが燃焼室壁面近傍にあるため噴霧速度が減速され、運転状態によっては点火プラグの内部空間内に噴霧燃料が殆ど侵入されなくて火花放電によって点火燃焼開始されず、火炎噴出が起こらないばかりか噴霧燃料に点火することさえもできないという不具合があった。
【0005】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、点火燃焼に必要な印加エネルギを抑制し、かつ噴霧燃料に対する着火性を向上可能な点火プラグの提供を課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の点火プラグによれば、中心電極に印加されたエネルギに基づき中間電極を介して、中間電極と接地電極との間の放電ギャップによって火花放電が発生される。この放電ギャップにおける火花放電によって絶縁体の内部空間内の空気や混合気が急速に膨張され絶縁体の内部空間外にガスが噴出される。このガスの噴出により放電ギャップにおける火花放電による火花・火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。これにより、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性が向上されるという効果が得られる。更に、絶縁体の内部空間において中間電極が開口側で大径とされ、かつ根元側で小径とされることで、絶縁体の内部空間を開口側で絞って大きな容積とすることができ、絶縁体の内部空間内からの噴出ガス量を増加させることができる。
【0007】
請求項2の点火プラグでは、噴孔が中間電極の大径部位と絶縁体の内部空間の開口近傍とで形成されるスリット状の間隙または中間電極に穿たれた孔によって形成されるため、絶縁体の内部空間及び中間電極の構成は比較的簡単で安価に実現できる。
【0008】
請求項3の点火プラグでは、噴孔が中間電極の大径部位とそれに対向した絶縁体の内部空間の開口近傍の内壁面とで形成された円錐テーパ状に形成される。これにより、絶縁体の内部空間内のガスを急速に膨張させることで噴孔から円錐状に噴出させ、円錐軸心部の燃焼室側のガス及び噴霧燃料を円錐頂点方向に誘導させることができる。
【0009】
請求項4の点火プラグによれば、中心電極に印加されたエネルギに基づき中間電極を介して、中間電極と接地電極との間の放電ギャップによって火花放電が発生される。この放電ギャップにおける火花放電によって絶縁体の内部空間内の空気や混合気が急速に膨張され絶縁体の内部空間外にガスが噴出される。このガスの噴出により放電ギャップにおける火花放電による火花・火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。これにより、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性が向上されるという効果が得られる。更に、中間電極が内部空間内にて中心電極に対向し、尚且つ接地電極との放電ギャップより短い放電ギャップを隔てて形成されている。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、中間電極と接地電極との間の放電ギャップにおける火花放電の発生を安定させることができる。
【0010】
請求項5の点火プラグの前記中間電極は、前記中心電極の軸心に対して径方向に隔てて配置されているものである。
【0011】
請求項6の点火プラグの前記接地電極の先端は、前記噴孔の軸心に対して径方向に隔てて配置されているものである。
【0012】
請求項7の点火プラグでは、中間電極が絶縁体の内部空間内の中心電極と絶縁体の内部空間の開口外側の接地電極との間に形成されており、中心電極と中間電極との間、中間電極と接地電極との間の両方で火花放電を発生させることができる。
【0013】
請求項8の点火プラグでは、中間電極が絶縁体の内部空間の開口近傍に接合されており、絶縁体の内部空間内外の2箇所で中間電極を介して火花放電を発生させることができる。これにより、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【0014】
請求項9の点火プラグでは、中間電極または接地電極の対向面に貴金属チップが接合されていることで電極消耗が抑制され、火花放電の発生が安定されるという効果が得られる。
【0015】
請求項10の点火プラグでは、絶縁体の内部空間の開口近傍に噴孔が形成されており、絶縁体の内部空間を開口近傍にて絞ることができ、絶縁体の内部空間内のガスを急速に膨張させることで噴孔から噴出させることができる。
【0016】
請求項11の点火プラグでは、中間電極が接地電極に対向し絶縁体から突出され、接地電極に対し放電ギャップが形成されているため、この放電ギャップでは火花放電の発生が安定して行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【0017】
請求項12の点火プラグでは、導電性金属からなる穴明き板の中間電極が絶縁体と一体的に焼成される。つまり、中間電極を絶縁体に接合することなく、セラミック焼成時の収縮作用が利用され一体化される。これにより、中間電極が絶縁体に一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度が保持され信頼性が確保される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【0022】
〈実施例1〉
図1は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図2は図1の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【0023】
図1及び図2において、点火プラグ100には、略筒状の絶縁碍子10の内部の奥側に中心電極20、この中心電極20と電気的に接続されるよう導電性の銅ガラス25が充填されたのちターミナル(入力端子)30が挿嵌されている。このターミナル30は絶縁碍子10の外部まで突出され、その先端に点火コイル(図示略)側からの高電圧が印加される。また、絶縁碍子10の内部でターミナル30と反対側には中心電極20に続き絶縁碍子10の内壁面を利用して、直径が最大4.0〔mm〕程度からなるキャビティ(内部空間)16が形成されている。この絶縁碍子10のキャビティ16の先端側には、直径0.5〜2.0〔mm〕、長さ1〜3〔mm〕の噴孔18が形成されている。このキャビティ16の内壁面には、中心電極20に対して放電ギャップ15を隔てて半導体材料からなる中間電極40がその開口近傍に形成された噴孔18及びその端面まで連続して形成されている。
【0024】
そして、絶縁碍子10の外周には、内燃機関のシリンダヘッド(図示略)に螺合させるための雄ねじ部51が形成され、螺合の際のシールのためのガスケット52を有するハウジング50がかしめられている。このハウジング50の燃焼室側(図1及び図2における下方向)の端面には、接地電極60が中間電極40端面に対し0.5〜1.5〔mm〕の放電ギャップ61を隔てて対向され溶接されている。なお、この放電ギャップ61に比べ、中間電極40と中心電極20との間の放電ギャップ15は小さく形成されている。また、図2以降では、ハウジング50の雄ねじ部51及びガスケット52は省略されている。
【0025】
次に、本実施例の点火プラグ100の作動状態について図3を参照して説明する。なお、本実施例の点火プラグ100は中心電極20と中間電極40との間に放電ギャップ15を有している。
【0026】
ターミナル30側から中心電極20に高電圧が印加されると、中心電極20と中間電極40との間に電位差が生じ、図3(a)に示すように、放電ギャップ15においてブレークダウンが生じ第1の放電が発生する。ここで、半導体材料からなる中間電極40は、第1の放電によって高電位になることにより、中間電極40の表面近傍にあるガスがイオン化され、キャビティ16内のガスがイオン化される。
【0027】
次に、中間電極40と接地電極60との間に電位差が生じ、図3(b)に示すように、放電ギャップ61においてブレークダウンが生じ第2の放電が発生する。この第2の放電により中間電極40の表面に沿って沿面放電が生じる。ここで、半導体表面は格子欠陥が多く自由電子の放出が多いため、その表面を電流が流れる性質があり、これを沿面放電という。すると、内燃機関の圧縮行程中にキャビティ16内に流入された混合気は、イオン化と火花放電により着火開始される(図3(b)に破線Gにて示す)。
【0028】
次に、キャビティ16は噴孔18側のみが外部に開口されているのでキャビティ16内で急速に膨張されたガスは噴孔18から燃焼室側へと噴出開始される(図3(c)に破線Gにて示す)。このとき、放電ギャップ61では第2の放電により火花が形成されているので、放電ギャップ61周辺の混合気は着火しているか、着火しつつある(図3(c)に一点鎖線GF にて示す)。
【0029】
このようにして、ガスの噴出により火花・火炎は、燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる(図3(d)に破線G及び一点鎖線GF にて示す)。したがって、キャビティ16内のガスを燃焼させ噴出させるには、プラズマを生成するときのような高電位は必要がなく、結果的に必要エネルギも小さくて済むこととなる。
【0030】
このように、本実施例の点火プラグ100は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子10の内部空間としてのキャビティ16の奥側に形成した中心電極20と、絶縁碍子10のキャビティ16の開口近傍に形成した中間電極40と、絶縁碍子10のキャビティ16の開口外側で中間電極40と放電ギャップ61を隔てて対向させ形成した接地電極60とを具備するものである。また、中間電極40は絶縁碍子10のキャビティ16の内壁面から開口外側の端面まで連続するよう半導体材料で形成したものである。そして、中間電極40は中心電極20に対向させ接地電極60との放電ギャップ61より短い放電ギャップ15を隔てて形成したものである。更に、絶縁碍子10のキャビティ16はその開口近傍に噴孔18を形成したものである。
【0031】
したがって、中心電極20と中間電極40との間の放電ギャップ15、中間電極40と接地電極60との間の放電ギャップ61によってそれぞれ火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギャップ15における火花放電によって絶縁碍子10のキャビティ16内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔18からガスが噴出される。そして、ガスの噴出により放電ギャップ61における火花放電による火花・火炎が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【0032】
次に、本発明の実施の形態の第1実施例にかかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図4の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点のみについて述べる。
【0033】
本変形例の点火プラグ100′では、中心電極20に対して放電ギャップをなくすよう中間電極40′を延長させ、中心電極20と中間電極40′とが接触され電気的に接続されている。したがって、上述の実施例における第1の放電は起こらず第2の放電のみが起こることとなる。このため、中間電極40′には中心電極20への電圧印加と同時に高電圧が印加され、イオン化が達成される。これにより、上述の実施例と同様の燃焼を実現することができる。
【0034】
次に、本発明の実施の形態の第1実施例にかかる点火プラグの他の変形例における要部構成を示す図5の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点のみについて述べる。
【0035】
本変形例の点火プラグ100″では、絶縁碍子10先端縁まで形成された中間電極40″と外周方向で対向するようハウジング50に接合された接地電極60″によって放電ギャップ61″が形成されている。これにより、噴孔18からのガスの噴出による燃焼と、放電ギャップ61″で生成される火花による燃焼が2箇所から同時に起きることとなり、上述の実施例にも増して速やかな燃焼が実現できる。
【0036】
〈実施例2〉
図6は本発明の実施の形態の第2実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図7は図6の要部構成を示す拡大詳細断面図である。なお、図中、上述の第1実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0037】
図6及び図7において、点火プラグ200には、中心電極120の先端側に絶縁碍子10の内壁面を利用してキャビティ(内部空間)116が形成されており、その先端側には直径2〜5〔mm〕の噴孔118が形成されている。この噴孔118の内壁面のみに、白金(Pt)を主成分とする中間電極140が直接接合されている。なお、中心電極120と中間電極140との放電ギャップ115は0.2〜5.0〔mm〕に設定されている。更に、ハウジング50の燃焼室側(図6及び図7における下方向)の端面には接地電極60、その先端側には貴金属チップ65が中間電極40端面に対し0.5〜1.5〔mm〕の放電ギャップ61を隔てて対向され溶接されている。
【0038】
次に、本実施例の点火プラグ200の作動状態について図8を参照して説明する。
【0039】
ターミナル30側から中心電極120に高電圧が印加されると、中心電極120と中間電極140との間に電位差が生じ、図8(a)に示すように、放電ギャップ115においてブレークダウンが生じ第1の放電が発生する。更に、中間電極140と接地電極60の貴金属チップ65との間に電位差が生じ、図8(a)に示すように、放電ギャップ61においてブレークダウンが生じ第2の放電が発生する。ここで、直噴エンジンの成層燃焼においては、点火時期直前に噴霧燃料が点火プラグ200に到達するため、キャビティ116内には殆ど空気しか存在しないこととなる(図8(a)に破線Gにて示す)。
【0040】
しかし、本実施例の点火プラグ200では、キャビティ116外側の放電ギャップ61でも第2の放電が発生されることで、到達された混合気に点火され火炎核FC が生成される(図8(a)参照)。このとき、キャビティ116内の空気が急速に加熱され膨張され噴孔118から噴出される(図8(b)に破線Gにて示す)。このため、図8(b)に示すように、火炎核FC が大きくなりつつ燃焼室側中央に押出され、噴霧燃料に次々に点火が伝播され着火性が格段に向上される。したがって、キャビティ116内の空気を加熱膨張させ噴出させるには、プラズマを生成するときのような高電位は必要がなく、結果的に必要エネルギも小さくて済むこととなる。
【0041】
なお、直噴エンジンの吸気行程での燃料噴射においては、キャビティ116内に混合気が侵入されるため火炎噴出が生じ着火性が向上されるのは言うまでもない。また、中間電極140に対向させ接地電極60に貴金属チップ65を接合させているのは、噴孔118の前方位置に火炎核FC を形成させ、この火炎核FC をキャビティ116内から噴出される空気によって燃焼室側中央に移動させ易くするためである。この貴金属チップ65は接地電極60の電極消耗を少なくする効果もあるが、必ずしも接合する必要はない。
【0042】
このように、本実施例の点火プラグ200は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子10の内部空間としてのキャビティ116の奥側に形成した中心電極120と、絶縁碍子10のキャビティ116の開口近傍に形成した中間電極140と、絶縁碍子10のキャビティ116の開口外側で中間電極140と放電ギャップ61を隔てて対向させ形成した接地電極60とを具備するものである。また、中間電極140は絶縁碍子10のキャビティ116の開口外側に形成した接地電極60と中心電極120との間に形成したものである。そして、中間電極140は絶縁碍子10のキャビティ116の開口近傍に接合したものである。更に、絶縁碍子10のキャビティ116はその開口近傍に噴孔118を形成したものである。また、接地電極60は対向面に貴金属チップ65を接合したものである。
【0043】
したがって、中心電極120と中間電極140との間の放電ギャップ115、中間電極140と接地電極60との間の放電ギャップ61によってそれぞれ火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギャップ115における火花放電によって絶縁碍子10のキャビティ116内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔118からガスGが噴出される。そして、ガスGの噴出により放電ギャップ61における火花放電による火炎核FC が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【0044】
〈実施例3〉
図9は本発明の実施の形態の第3実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図10は図9の要部構成を示す拡大詳細断面図である。なお、図中、上述の第1実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0045】
図9及び図10において、点火プラグ300には、中心電極220の先端側で絶縁碍子10の内壁面を利用してキャビティ(内部空間)216が形成されている。また、中心電極220の先端側の軸心には酸化銅等の電気的に半導体からなる中間電極240が挿入され溶接にて接合されている。この中間電極240はキャビティ216の開口側である燃焼室側が大径、かつ根元側が小径に形成されている。絶縁碍子10の先端内壁面と中間電極240の大径部位の外周面とには燃焼室側(図9及び図10における下方向)で外側に広がる円錐テーパが形成され、それらの間には0.5〜1.0〔mm〕の円錐スリット状の噴孔218が形成されている。また、中間電極240の燃焼室側先端にはイリジウム(Ir)等で形成された貴金属チップ245が接合されている。このため、中間電極240の中心電極220への挿入部分から燃焼室側に接合された貴金属チップ245の接合端面まで表面に沿った距離が放電ギャップ215となる(図10に破線にて示す)。更に、中間電極240の貴金属チップ245に対向する接地電極60の位置には貴金属チップ65が接合されており、貴金属チップ245,65との間で放電ギャップ61が形成されている。
【0046】
次に、本実施例の点火プラグ300の作動状態について図11を参照して説明する。
【0047】
ターミナル30側から中心電極220に高電圧が印加されると、中心電極220と中間電極240との間に電位差が生じ、半導体材料からなる中間電極240の表面に沿った放電ギャップ215においてブレークダウンが生じ沿面放電(第1の放電)が発生する。このとき、中間電極240の貴金属チップ245と接地電極60の貴金属チップ65との間にも電位差が生じ、放電ギャップ61においてもブレークダウンが生じ第2の放電が発生され、火炎核FC が生成される(図11(a)参照)。
【0048】
キャビティ216内の火花放電により内部の空気または混合気が急速に加熱され膨張されることで、キャビティ216内のガスが噴孔218から円錐状に噴出される(図11(b)に破線Gにて示す)。円錐状にガスが噴出されると、その軸心には円錐頂点方向に向かう逆流が生じる。ここで、点火時期においては、噴霧燃料が点火プラグ300近傍まで接近してきており、逆流によって放電ギャップ61方向に引寄せられ大きくなった火炎核FC によって確実に着火される。このように、半導体材料からなる中間電極240を用いることで放電電圧が低減でき、放電ギャップ215の距離を長く取ることができ、更に、キャビティ216の容積を大きくすることができ、そのキャビティ216からの噴出ガス量を増加させることができる。また、噴霧燃料にばらつきがあっても、噴霧燃料が放電ギャップ61近傍に誘導され点火されるため、着火性が格段に向上される。
【0049】
したがって、キャビティ216内の空気を加熱膨張させ噴出させるには、プラズマを生成するときのような高電位は必要がなく、結果的に必要エネルギも小さくて済むこととなる。ここで、点火コイルとしては、具体的に、通常の点火プラグに対する点火エネルギ70〜100〔mJ〕の2倍程度の点火エネルギ140〜200〔mJ〕を出力するものが必要であるが、プラズマ生成による点火プラグに対する点火エネルギ0.5〜1.0〔J〕に比べると非常に小さいものでよいこととなる。なお、直噴エンジンの吸気行程での燃料噴射においては、キャビティ216内に混合気が侵入され点火タイミングで混合気に着火され火炎噴出が生じることで着火性が向上、かつ燃焼期間短縮により出力向上されるのは言うまでもない。
【0050】
このように、本実施例の点火プラグ300は、略筒状の絶縁体としての絶縁碍子10の内部空間としてのキャビティ216の奥側に形成した中心電極220と、絶縁碍子10のキャビティ216の開口近傍に形成した中間電極240と、絶縁碍子10のキャビティ216の開口外側で中間電極240と放電ギャップ61を隔てて対向させ形成した接地電極60とを具備するものである。また、中間電極240は中心電極220の先端側から絶縁碍子10のキャビティ216の開口近傍まで半導体材料で形成したものである。そして、絶縁碍子10のキャビティ216はその開口近傍に噴孔218を形成したものである。更に、中間電極240は絶縁碍子10のキャビティ216の開口側を大径、かつ根元側を小径に形成したものである。また、噴孔218は中間電極240の大径部位と絶縁碍子10のキャビティ216の開口近傍とのスリット状の間隙にて形成したものである。そして、噴孔218は中間電極240の大径部位の外周面とそれに対向する絶縁碍子10のキャビティ216の開口近傍の内壁面との間で外側に広がる円錐テーパ状に形成したものである。更に、中間電極240、接地電極60は対向面に貴金属チップ245,65を接合したものである。
【0051】
したがって、中心電極220と中間電極240との間の放電ギャップ215、中間電極240と接地電極60との間の放電ギャップ61によってそれぞれ火花放電を発生させることができる。このとき、放電ギャップ215における火花放電によって絶縁碍子10のキャビティ216内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔218からガスGが噴出される。そして、ガスGの噴出により放電ギャップ61における火花放電による火炎核FC が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【0052】
次に、本発明の実施の形態の第3実施例にかかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図12の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の第3実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点についてのみ述べる。
【0053】
本変形例の点火プラグ300′では、中心電極220に挿入され接合されている中間電極240′の大径部分の外周面が絶縁碍子10の先端内周面に嵌合されキャビティ216が形成されている。そして、中間電極240′の大径部分に複数の噴孔218′が穿かれている。これにより、上述の実施例と同様の燃焼を実現することができる。
【0054】
このように、本変形例の点火プラグ300′の噴孔218′は、中間電極240′に穿たれた孔にて形成したものである。つまり、中間電極240′の沿面放電によって絶縁碍子10のキャビティ216内の空気や混合気が急速に膨張されることで噴孔218′からガスが噴出される。そして、ガスの噴出により放電ギャップ61における火花放電による火炎核が燃焼室側中央に押出され燃焼室内の混合気に対する速やかな燃焼が行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【0055】
ところで、上記実施例では、点火プラグの直噴エンジンへの適用について説明したが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、他の内燃機関としてリーンバーン(希薄燃焼)エンジン、ガス燃料エンジン等に適用しても同様に着火性を向上することができる。特に、上記実施例の点火プラグによって、点火初期における火炎核の生成・成長が助長されるため、燃焼ばらつきが低減され安定した燃焼が得られるという優れた効果がある。
【0056】
〈実施例4〉
図13は本発明の実施の形態の第4実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図14は図13の要部構成を示す拡大詳細断面図、図15は図14を下から見た部分構成図である。なお、図中、上述の第1実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0057】
図13、図14及び図15において、点火プラグ400には、中心電極320の先端側に絶縁碍子10の内壁面を利用してキャビティ(内部空間)316が形成されており、その先端側には直径2〜5〔mm〕の噴孔318が形成されている。また、絶縁碍子10のキャビティ316の先端側で噴孔318近傍の内壁面から外壁面に突出する中間電極340が一体的に形成されている。この中間電極340は白金(Pt)系合金またはイリジウム(Ir)系合金の貴金属からなり、絶縁碍子10の焼成前に予め中間電極340を挿嵌させたのち、一体的に焼成される。この焼成時、絶縁碍子10と中間電極340との線膨張率の違いにより絶縁碍子10に中間電極340が一体化されるのである。
【0058】
なお、絶縁碍子10と中間電極340との材料の選択では、線膨張率の近いものが組合わせられ冷熱応力が小さくなるように配慮される。また、中心電極320と中間電極340との放電ギャップ315は0.2〜5.0〔mm〕に設定されている。更に、ハウジング50の燃焼室側(図13及び図14における下方向)の端面には接地電極60、その先端側には貴金属チップ65が中間電極340端面に対し0.5〜1.5〔mm〕の放電ギャップ61を隔てて対向され溶接されている。ここで、本実施例の点火プラグ400の作動状態については、上述の第2実施例と同様であるためその説明を省略する。
【0059】
このように、本実施例の点火プラグ400は、中間電極340が白金(Pt)系合金またはイリジウム(Ir)系合金の貴金属で絶縁碍子10に一体的に焼成したものである。つまり、中間電極340は白金(Pt)系合金またはイリジウム(Ir)系合金の貴金属からなり、絶縁碍子10に挿嵌され絶縁碍子10と共に一体的に焼成される。この絶縁碍子10の収縮作用(一般的に焼成時20〔%〕程度収縮)を利用して中間電極340を絶縁碍子10と一体構成させるのである。これにより、簡単かつ安価な構成で一般的な、ロウ付け等では無理であった高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度を保持でき信頼性を確保することができる。
【0060】
また、本実施例の点火プラグ400は、中間電極340が接地電極60に対向して絶縁碍子10から突出させ接地電極60との放電ギャップ61を形成したものである。したがって、中間電極340と接地電極との放電ギャップ61において、火花放電の発生が安定して行われる。このため、点火燃焼に必要な印加エネルギが抑制されると共に、噴霧燃料に対する着火性を向上することができる。
【0061】
次に、本発明の実施の形態の第4実施例にかかる点火プラグの変形例における要部構成を示す図16の拡大詳細断面図を参照して説明する。なお、図中、上述の第4実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略し、相違点についてのみ述べる。
【0062】
本変形例の点火プラグ400′では、中間電極340′が絶縁碍子10の一部分として導電性を有するセラミックとしては、例えば、窒化ケイ素(Si3 N4 )にケイ化モリブデン(MoSiX )を混合させた材料を用いて成形されたのち、一体的に焼成されている。
【0063】
このように、本変形例の点火プラグ400′は、中間電極340′が導電性を有するセラミックで絶縁碍子10に一体的に焼成したものである。つまり、中間電極340′が導電性を有してはいるが、絶縁碍子10と同様なセラミックにて形成されている。これにより、中間電極340′と絶縁碍子10との線膨張率が同程度となるため焼成時の割れ等の発生が防止され歩留りが向上される。また、中間電極340′が絶縁碍子10に一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度を保持でき信頼性を確保することができる。
【0064】
〈実施例5〉
図17は本発明の実施の形態の第5実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図、図18は図17の要部構成を示す拡大詳細断面図である。なお、図中、上述の第1実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0065】
図17及び図18において、点火プラグ500には、中心電極420の先端側で絶縁碍子10の内壁面を利用してキャビティ(内部空間)416が形成されている。この絶縁碍子10の先端側には白金(Pt)を主成分とする導電性金属からなる穴明き板である中間電極440が一体的に形成されている。この中間電極440には直径2〜5〔mm〕の噴孔418が形成されている。また、中心電極420と中間電極440との放電ギャップ415は0.2〜5.0〔mm〕に設定されている。更に、ハウジング50の燃焼室側(図17及び図18における下方向)の端面には接地電極60、その先端側には貴金属チップ65が中間電極440端面に対し0.5〜1.5〔mm〕の放電ギャップ61を隔てて対向され溶接されている。ここで、本実施例の点火プラグ500の作動状態については、上述の第2実施例と同様であるためその説明を省略する。
【0066】
次に、絶縁碍子10と中間電極440との形成について、図19を参照して説明する。なお、図19(a)は焼成前の絶縁碍子10と中間電極440との寸法関係を示し、図19(b)は焼成後の絶縁碍子10と中間電極440との嵌合状態を示す。
【0067】
図19(a)に示すように、焼成前では絶縁碍子10の凹形状の内径寸法に対して中間電極440の逆テーパ形状を有する外形寸法は小さく容易に挿入される。そして、絶縁碍子10に対して中間電極440が位置決めされたのち、同時に一体的に焼成される。この焼成時、絶縁碍子10と中間電極440との線膨張率の違いにより、図19(b)に示すように、絶縁碍子10に中間電極440が嵌合状態で一体化されるのである。なお、絶縁碍子10と中間電極440との材料の選択では、線膨張率の近いものが組合わせられ冷熱応力が小さくなるように配慮される。
【0068】
このように、本実施例の点火プラグ500は、中間電極440が導電性金属からなる穴明き板で絶縁碍子10に一体的に焼成したものである。つまり、中間電極440を絶縁碍子10に接合することなく、セラミック焼成時の収縮作用を利用することで一体化される。これにより、中間電極440が絶縁碍子10に一体的に焼成されたのちでは、高温環境下や冷熱環境下でも十分な強度を保持でき信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図2】 図2は図1の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図3】 図3は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる点火プラグの作動状態を示す説明図である。
【図4】 図4は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図5】 図5は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる点火プラグの他の変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図6】 図6は本発明の実施の形態の第2実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図7】 図7は図6の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図8】 図8は本発明の実施の形態の第2実施例にかかる点火プラグの作動状態を示す説明図である。
【図9】 図9は本発明の実施の形態の第3実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図10】 図10は図9の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図11】 図11は本発明の実施の形態の第3実施例にかかる点火プラグの作動状態を示す説明図である。
【図12】 図12は本発明の実施の形態の第3実施例にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図13】 図13は本発明の実施の形態の第4実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図14】 図14は図13の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図15】 図15は図14を下から見た部分構成図である。
【図16】 図16は本発明の実施の形態の第4実施例にかかる点火プラグの変形例の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図17】 図17は本発明の実施の形態の第5実施例にかかる点火プラグの全体構成を示す部分断面図である。
【図18】 図18は図17の要部構成を示す拡大詳細断面図である。
【図19】 図19は本発明の実施の形態の第5実施例にかかる点火プラグの絶縁碍子と中間電極との形成を示す拡大詳細図である。
【符号の説明】
10 絶縁碍子(絶縁体)
15 放電ギャップ
16 キャビティ(内部空間)
18 噴孔
20 中心電極
40 中間電極
60 接地電極
61 放電ギャップ
100 点火プラグ
Claims (12)
- 略筒状を呈する絶縁体の内部空間の開口近傍に形成される噴孔とは反対側に形成した中心電極と、
前記中心電極の先端側から前記絶縁体の内部空間の開口近傍まで半導体材料で形成した中間電極と、
前記絶縁体の内部空間の開口外側で前記中間電極と放電ギャップを隔てて対向させ形成した接地電極と
を具備する点化プラグであって、
前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間の開口側を相対的に大径の大径部位、かつ根元側は相対的に小径の小径部位にて形成したことを特徴とする点火プラグ。 - 前記噴孔は、前記中間電極の大径部位と前記絶縁体の内部空間の開口近傍とのスリット状の間隙または前記中間電極に穿たれた孔にて形成したことを特徴とする請求項1に記載の点火プラグ
- 前記噴孔は、前記中間電極の大径部位の外周面とそれに対向する前記絶縁体の内部空間の開口近傍の内壁面との間で外側に広がる円錐テーパ状に形成したことを特徴とする請求項1または2に記載の点火プラグ。
- 略筒状を呈する絶縁体の内部空間の開口近傍に形成される噴孔とは反対側に形成した中心電極と、
前記絶縁体の内部空間の内壁面から開口外側の端面まで連続するよう半導体材料で形成した中間電極と、
前記絶縁体の内部空間の開口外側で前記中間電極と放電ギャップを隔てて対向する接地電極と
を具備する点火プラグであって、
前記中間電極は、前記内部空間の内側にて前記放電ギャップよりも短い放電ギャップを隔てて前記中心電極と対向し、かつ、前記両放電ギャップでは火花放電が発生し、前記中間電極では沿面放電が発生するとともに、前記中間電極と前記接地電極との間の前記放電ギャップは、前記絶縁体の軸方向において、前記噴孔を形成する前記絶縁体の開口側の外径よりも内側に形成されることを特徴とする点火プラグ。 - 前記中間電極は、前記中心電極の軸心に対して径方向に隔てて配置されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1つに記載の点火プラグ。
- 前記接地電極の先端は、前記噴孔の軸心に対して径方向に隔てて配置されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1つに記載の点火プラグ。
- 前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間の開口外側に形成した前記接地電極と前記中心電極との間に形成したことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1つに記載の点火プラグ。
- 前記中間電極は、前記絶縁体の内部空間の開口近傍に接合したことを特徴とする請求項4乃至7の何れか1つに記載の点火プラグ。
- 前記中間電極、前記接地電極は、対向面に貴金属チップを接合したことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1つに記載の点火プラグ。
- 前記中間電極、白金(Pt)系合金またはイリジウム(Ir)系合金の貴金属で前記絶縁体に一体的に焼成したことを特徴とする請求項4乃至9の何れか1つに記載の点火プラグ。
- 前記中間電極は、前記接地電極に対向して前記絶縁体から突出させ前記接地電極との前記放電ギャップを形成したことを特徴とする請求項10に記載の点火プラグ。
- 前記中間電極は、導電性金属からなる穴明き板で前記絶縁体に一体的に焼成したことを特徴とする請求項10に記載の点火プラグ。
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