JP4730243B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、例えば筒内直噴式のエンジンに用いられる点火プラグに関する。

インジェクタを用いて燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直噴式のエンジンにおいて、インジェクタが点火プラグに向かって燃料を直接的に噴射するスプレーガイド式のエンジンは、噴射された燃料と空気との混合気に点火して当該混合気を燃焼させる構造である。

噴射された燃料は、点火プラグの接地電極にぶつかることによって拡散し、空気との混合／気化が促進されて中心電極の周辺に滞留する。このように滞留した混合気に点火プラグが点火する。

燃料を安定して燃焼させるための点火時期は、上記した混合気の滞留状態によって変化する。混合気の滞留状態によって、燃料を安定して燃焼させるための混合気の点火時期の自由度は、比較的大きくなったり、短くなったりする。

点火プラグが一つの接地電極を備える構造である場合、上記された混合気の滞留状態は、インジェクタに対する接地電極の位置つまりインジェクタに対する中心電極の姿勢によって変化する。

しかしながら、インジェクタに対する点火プラグの姿勢を調整することは、難しい。この点について具体的に説明する。点火プラグは、当該点火プラグに形成されたねじ部がシリンダヘッドなどに螺合することによって固定される。このため、インジェクタに対する点火プラグの姿勢は、シリンダヘッドに点火プラグが最後まで締め付けられたときの姿勢となるので、インジェクタに対する点火プラグの姿勢を調整することは、難しくなる。

多気筒エンジンの場合、上記のように各気筒ごとにインジェクタに対する点火プラグの姿勢が異なることが多くなる傾向にあり、よって各気筒によって混合気の点火時期の自由度が異なる。このような場合、採用される点火タイミングは、各気筒における安定して燃料が燃焼する点火時期の自由度のうちの共通期間になる。

それゆえ、多気筒エンジンでは、全ての気筒に共通して燃料を安定燃焼するための点火時期の自由度が小さくなる傾向にあるので、燃料を安定して燃焼させることが難しくなることが考えられる。

そこで、噴射された燃料とぶつかる障害物を中心電極の周囲に多く設けることによって、インジェクタに対する点火プラグの姿勢がどのようのな状態であっても、噴射された燃料が良く拡散されるようにする技術が提案されている。この構造の一例として、複数の接地電極を備える構造が考えられる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１―１１０５４６号公報

一方、点火プラグは、中心電極を保持する碍子と、碍子を内側に収容するとともに接地電極が設けられるプラグハウジングとを備えている。プラグハウジングと碍子との間には、燃料の燃焼の際に発生するカーボンによって中心電極とプラグハウジングとが互いに導通することを抑制するために、プラグポケットが形成されている。

しかしながら、特許文献１に開示されているように、複数の接地電極を備えることによって燃料が良く拡散されるようになると、中心電極の周囲に滞留する混合気がリッチ状態になる傾向にある。この混合気は、プラグポケットに入り込むと、プラグポケット内に滞留する。リッチな混合気がプラグポケット内に滞留，燃焼すると、プラグがくすぶりやすくなり燃料の安定燃焼に支障をきたすので、リッチな混合気がプラグポケット内に滞留することは好ましくない。

したがって、本発明の目的は、燃料を安定して燃焼させることができる点火プラグを提供することにある。

本発明の点火プラグは、インジェクタから噴射される燃料に直接点火するスプレーガイド式のエンジンに設けられる点火プラグである。前記点火プラグは、中心電極と、碍子と、プラグハウジングと、接地電極と、噴霧制御側柱とを備える。前記碍子は、前記中心電極を、当該中心電極の先端を露出した状態で保持する。前記プラグハウジングは、前記碍子を内側に収容するとともに前記碍子を内側に収容した状態において前記碍子の周囲との間に隙間を有して前記中心電極の先端側が開口する筒状である。前記プラグハウジングは、前記隙間の内側と外側とを連通する連通孔を有する。前記接地電極は、前記プラグハウジングの先端面に設けられて突出し、前記中心電極との間で火花を生じる。前記噴霧制御側柱は、前記プラグハウジングの前記先端面に少なくとも１つ設けられて突出し、燃料または混合気の流動を制御する。

この構成によれば、燃料または混合気は、接地電極また噴霧制御側柱のいずれかに当たることによって拡散して、中心電極の周囲に滞留するようになる。それゆえ、点火プラグは、例えば筒内直噴式であってインジェクタから噴射された燃料に直接点火するスプレーガイド式のエンジンにも効果的に用いられるようになる。さらに、燃料噴射に誘起された流動によって燃焼室内の気体が連通孔を通して隙間内に流入することによって、拡散された燃料または混合気が隙間内に滞留するのを抑制する。

さらに、前記接地電極は、前記中心電極の軸心線に沿って前記中心電極の先端と対向する対向部を有する。前記接地電極の前記対向部と、前記噴霧制御側柱の先端とは、前記軸心線を垂直に横切る略同一平面上に位置する。前記接地電極と前記噴霧制御側柱とは、前記中心電極回りに、略等間隔離れて配置される。前記連通孔は、前記プラグハウジングにおいて、前記先端面において前記接地電極と前記噴霧制御側柱とが設けられる部位から前記中心電極の前記軸心線と平行となる位置にそれぞれ設けられる。

この構成によれば、接地電極と噴霧制御側柱とが等間隔離間して配置されるので、燃料の拡散状態は、点火プラグへ向かう燃料に対する点火プラグの姿勢、例えば筒内直噴式であってインジェクタから噴射された燃料に直接点火するスプレーガイド式のエンジンの場合ではインジェクタに対する点火プラグの姿勢、によって大きく変化することが抑制される。

上記形態のさらに好ましい形態では、前記噴霧制御側柱は、３つ用いられ、前記接地電極の前記対向部を除いた部位と略同形状となる。

この構成によれば、点火プラグへ向かう燃料または混合気に対する点火プラグの姿勢、例えば筒内直噴式であってインジェクタから噴射された燃料に直接点火するスプレーガイド式のエンジンの場合ではインジェクタに対する点火プラグの姿勢、によって大きく変化することがより一層抑制される。

上記形態のさらに好ましい形態では、前記連通孔は、前記プラグハウジングの少なくとも燃料または混合気が供給される側に形成される。

この構成によれば、連通孔は点火プラグに向かう燃料に対向するようになるので、燃料の流れに誘起される燃焼室内の気体が隙間に効率よく導かれるようになる。

本発明は点火プラグの姿勢の変化によって生じる燃料の拡散のばらつきが抑制されるとともに、碍子とプラグ本体との間に規定される隙間にリッチ混合気が滞留することが抑制されるので、燃料が安定して燃焼されるようになる。

本発明の第１の実施形態に係る点火プラグを、図１から図９を用いて説明する。本実施形態の点火プラグ１０は、例えば、自動車のレシプロ式ガソリンエンジン２０に用いられる。エンジン２０は、多気筒エンジンである。また、エンジン２０は、筒内直噴式エンジンである。

図１は、エンジン２０の1つの燃焼室３０の近傍の断面図を示している。図１に示すように、エンジン２０は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、などを備えている。

シリンダブロック２１には、複数のシリンダ２３が形成されている。シリンダ２３には、ピストン２４が収容されている。ピストン２４は、図示しないコンロッドを介してクランクシャフトに連結されている。ピストン２４は、シリンダ２３内を往復動する。クランクシャフトは、ピストン２４の往復動によって、回転する。

シリンダブロック２１においてシリンダ２３の近傍には、ウォータージャケット２５が形成されている。ウォータージャケット２５内には、冷却水が流動している。

シリンダヘッド２２は、シリンダブロック２１の上端面２１ａに固定されている。シリンダヘッド２２においてシリンダ２３と重なる部位には、燃焼凹部２２ｂが形成されている。燃焼凹部２２ｂは、例えば屋根型である。燃焼凹部２２ｂは、上端面２１ａに開口するシリンダ２３の開口を覆っている。

燃焼凹部２２ｂと、ピストン２４の外面と、シリンダ２３の内面とによって規定される空間は、燃焼室３０となっている。

シリンダヘッド２２には、吸気通路２６と排気通路２７とが形成されている。吸気通路２６の一端は、燃焼凹部２２ｂ内に開口している。吸気通路２６において燃焼凹部２２ｂ側の開口端は、吸気口２６ａになっている。吸気口２６ａには、吸気バルブ２８が設けられている。

排気通路２７の一端は、燃焼凹部２２ｂ内に開口している。排気通路２７において燃焼凹部２２ｂ側の開口端は、排気口２７ａになっている。排気口２７ａには、排気バルブ２９が設けられている。

また、シリンダヘッド２２には、燃料Ｆ（図４に示す）を噴射するインジェクタ４０と、点火プラグ１０とが設けられている。エンジン２０は、インジェクタ４０から噴射された燃料Ｆに点火プラグ１０が直接点火するスプレーガイド式である。

インジェクタ４０は、噴射口４１を有している。インジェクタ４０は、噴射口４１が燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃの近傍から燃焼凹部２２ｂ内に臨むように、シリンダヘッド２２の頂点部分２２ｃの近傍に取り付けられている。

点火プラグ１０は、燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃの近傍においてインジェクタ４０を避けた位置に取り付けられている。本実施形態では、点火プラグ１０は、インジェクタ４０に対して、図中右にずれた位置に配置されている。

図２は、点火プラグ１０を先端から見た状態を示す斜視図である。図３は、点火プラグ１０の先端の内部を示す断面図である。図２，３に示すように、点火プラグ１０は、中心電極５２と、碍子５５と、プラグハウジング５４と、接地電極５３と、複数の噴霧制御側柱と、を備えている。

中心電極５２は、碍子５５によって保持されている。中心電極５２の先端部５２ａは、碍子５５から露出している。プラグハウジング５４は、碍子５５を内側に収容する。図３に示すように、プラグハウジング５４は、碍子５５を内側に収容した状態において、中心電極５２の先端部５２ａ側が開口するとともに、碍子５５の周囲との間にプラグポケットＳが規定される筒状である。プラグポケットＳは、本発明で言う隙間である。

プラグハウジング５４は、ねじ部５６とシュラウド部５７とを有している。ねじ部５６の外周面には、雄ねじが形成されている。シリンダヘッド２２には、ねじ部５６と螺合するように、雌ねじ部２２ｄが形成されている。雌ねじ部２２ｄの内周面には、雌ねじが形成されている。シュラウド部５７は、点火プラグ１０がシリンダヘッド２２に固定された状態において、燃焼凹部２２ｂ内に露出する。シュラウド部５７の先端面５７ａは、中心電極５２の先端部５２ａの近傍まで延びており、平坦である。シュラウド部５７には、連通孔５７ｂが形成されている。連通孔５７ｂは、後に詳細に説明される。

接地電極５３は、シュラウド部５７の先端面５７ａに設けられている。接地電極５３は、中心電極５２の周囲に設置されている。接地電極５３の先端部５３ａは、中心電極５２の軸心線Ｃに沿って中心電極５２と向かい合うように、プラグハウジング５４の内側に向かって折れ曲がっている。接地電極５３の先端部５３ａは、本発明で言う、対向部である。接地電極５３の先端部５３ａと中心電極５２との間で、火花放電が行われる。

図２に示すように、本実施形態では、複数の噴霧制御側柱の一例として、第１の噴霧制御側柱６１と第２の噴霧制御側柱６２と第３の噴霧制御側柱６３とを備えている。

第１の噴霧制御側柱６１は、接地電極５３に対して図中時計回り方向Ｏ１に進んだ位置に配置されている。第２の噴霧制御側柱６２は、接地電極５３に対して図中反時計回り方向Ｏ２に進んだ位置に配置されており、第１の噴霧制御側柱６１に向き合っている。第３の噴霧制御側柱６３は、第１の噴霧制御側柱６１に対して図中時計回り方向Ｏ１に進んだ位置に配置されており、接地電極５３に向き合っている。

接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とは、中心電極５２の周方向に、互いに等間隔離間して配置されている。つまり、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とは、中心電極５２まわりに９０度の間隔で離間して配置されている。

第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の形状は、同じであってよいので、第３の噴霧制御側柱６３を代表して説明する。図３に示すように、第３の噴霧制御側柱６３は、プラグハウジング５４の内側に向かって折れ曲がっている。第３の噴霧制御側柱６３の先端部６０は、接地電極５３の先端部５３ａに接触しないように考慮されている。

第１，２の噴霧制御側柱６１，６２の先端部６０も、第３の噴霧制御側柱６３の先端部６０と同様に折れ曲がっている。

図２に示すように、中心電極５２の周方向に沿う第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の幅Ｗ１と、中心電極５２の周方向に沿う接地電極５３の幅Ｗ２とは、略同じである。また、図３に示すように、中心電極５２の軸心線Ｃに沿う接地電極５３の長さＬ２と、軸心線Ｃに沿う第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の長さＬ１とは、略同じである。すなわち、噴霧制御側柱６１〜６３の形状は、接地電極５３の対向部つまり先端部５３ａを除いた形状と略同形状となる。

それゆえ、接地電極５３の先端５３ｂと、第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の先端６０ａとは、中心電極５２の軸心線Ｃを垂直に横切る第１の仮想平面７１内に略位置する。ここで、連通孔５７ｂについて説明する。連通孔５７ｂは、シュラウド部５７において接地電極５３および第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３から軸心線Ｃと平行となる位置に１つずつ形成されている。

つぎに、点火プラグ１０の姿勢について、具体的に説明する。図４は、シリンダ２３側からインジェクタ４０と点火プラグ１０とを見た斜視図である。なお、図４中では、吸気バルブ２８や排気バルブ２９などの部品は、省略されている。

図４に示すように、第２の仮想平面７２と第３の仮想平面７３とを設定する。第２の仮想平面７２は、インジェクタ４０の噴射口４１の中心と中心電極５２の軸心線Ｃとを通る。第３の仮想平面７３は、軸心線Ｃを通って第２の仮想平面７２と垂直な面である。

第２の仮想平面７２と第３の仮想平面７３とによって区画される第１の仮想領域８１と第２の仮想領域８２と第３の仮想領域８３と第４の仮想領域８４とを設定する。

第１の仮想領域８１は、図中、左上の領域である。第２の仮想領域８２は、図中、左下の領域である。第３の仮想領域８３は、図中、右上の領域である。第４の仮想領域８４は、図中、右下の領域である。

点火プラグ１０は、ねじ部５６が雌ねじ部２２ｄに螺合することによって、シリンダヘッド２２に固定されている。

それゆえ、インジェクタ４０に対する接地電極５３と各噴霧制御側柱６１〜６３との姿勢は、点火プラグ１０の取り付け具合、つまりシリンダヘッド２２に対する点火プラグ１０の回転具合によって変化する。

インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢には、以下に説明する第１の姿勢と、第２の姿勢とがある。

第１の姿勢について説明する。ここで、第１〜４の仮想線９１，９２，９３，９４を設定する。

第１の仮想線９１は、中心電極５２の周方向に沿う接地電極５３の幅の中心から、第１の仮想平面７１と軸心線Ｃとの交点Ｐに向かう線である。第２の仮想線９２は、中心電極５２の周方向に沿う第１の噴霧制御側柱６１の幅の中心から、交点Ｐに向かう線である。第３の仮想線９３は、中心電極５２の周方向に沿う第２の噴霧制御側柱６２の幅の中心から交点Ｐに向かう線である。第４の仮想線９４は、中心電極５２の周方向に沿う第３の噴霧制御側柱６３の幅の中心から交点Ｐに向かう線である。

それゆえ、第１の仮想線９１と第４の仮想線９４とは、同一直線上にある。第２の仮想線９２と第３の仮想線９３とは、同一直線上にある。

第１の姿勢とは、第１〜４の仮想線９１，９２，９３，９４が、第２，３の仮想平面７２，７３上にある状態である。

それゆえ、第１の姿勢の一例としては、図４に示すように、第１の仮想線９１と第４の仮想線９４とが、第２の仮想平面７２と重なり、第２の仮想線９２と第３の仮想線９３とが第３の仮想平面７３と重なる。

または、図示していないが、第１の姿勢としては、点火プラグ１０が、図４の状態から軸心線Ｃ回りに９０度ずつ回転した状態がある。その一例として、第２の仮想線９２と第３の仮想線９３とが第２の仮想平面７２上に位置し、第１の仮想線９１と第４の仮想線９４とが第３の仮想平面７３上に位置する場合などがある。

図４は、上記に説明された第１の姿勢のうち、接地電極５３に対して第３の噴霧制御側柱６３がインジェクタ４０側に位置しており、かつ第１，４の仮想線９１，９４が第２の仮想平面７２上に位置している状態である。

第２の姿勢とは、第１〜４の仮想線９１，９２，９３，９４が、第１〜４の仮想領域８１，８２，８３，８４内に1つずつ配置される状態である。

図５は、シリンダ２３側からインジェクタ４０と点火プラグ１０とを見た斜視図であって、第２の姿勢の一例を示している。図５では、吸気バルブ２８や排気バルブ２９などの部品は、省略されている。

図５では、第１の仮想線９１が第３の仮想領域８３内に位置し、第２の仮想線９２が第４の仮想領域８４内に位置し、第３の仮想線９３が第１の仮想領域８１内に位置し、第４の仮想線９４が第２の仮想領域８２内に位置している。

第２の姿勢の他の例としては、第１の仮想線９１が第１の仮想領域８１内に位置し、第３の仮想線９３が第２の仮想領域８２内に位置し、第４の仮想線９４が第４の仮想領域８４内に位置し、第２の仮想線９２が第３の仮想領域８３内に位置するような状態である。

図５に示された第２の姿勢は、第２の仮想平面７２と第３の仮想線９３とのなす角度αは、略４５度である。第２の仮想平面７２と第４の仮想線９４とのなす角度βは、略４５度である。第２の仮想平面７２と第１の仮想線９１とのなす角度θは、略４５度である。第２の仮想平面７２と第２の仮想線９２とのなす角度γは、略４５度である。

なお、第１〜４の仮想線９１，９２，９３，９４において隣り合うどうしは、互いに直交する。それゆえ、第２の姿勢では、第１，２の仮想領域８１，８２内において、第１〜４の仮想線９１，９２，９３，９４のうちいずれか1つと第２の仮想平面７２とのなす角度は、４５度以内となる。

例えば、図５において、第３の仮想線９３と第２の仮想平面７２とのなす角度αが例えば５０度となると、第４の仮想線９４と第２の仮想平面７２とのなす角度βは、４０度となる。同様に、第３の仮想線９３と第２の仮想平面７２とのなす角度αが例えば８０度となる場合は、第４の仮想線９４と第２の仮想平面７２とのなす角度βは、１０度となる。

このように、第２の姿勢では、第１，２の仮想領域８１，８２内において、第１〜４の仮想線９１，９２，９３，９４のうちいずれか1つと第２の仮想平面７２とのなす角度は、４５度以内となる。

図５に示すように、第２の姿勢において各仮想線９１，９２，９３，９４と第２の仮想平面７２とのなす角度が４５度である状態を、第３の姿勢とする。

第２の姿勢は、第１〜４の仮想線９１，９２，９３，９４が、それぞれ1つずつ、第１〜４の仮想領域８１，８２，８３，８４のいずれかに配置される状態である。

それゆえ、第２，３の姿勢では、接地電極５３の一部または第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３のうちいずれかの一部は、中心電極５２よりもインジェクタ４０側に位置する。つまり、第１，２の仮想領域８１，８２内に接地電極５３または第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３いずれかの一部が位置することによって、これら一部は、点火プラグ１０よりもインジェクタ４０側に位置することになる。

つぎに、点火プラグ１０の動作を説明する。図６は、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢が図４に示された第１の姿勢であるときに、インジェクタ４０から燃料Ｆが噴射された状態を示す平面図である。図６は、点火プラグ１０の先端を軸心線Ｃ方向から見ている。図６では、吸気バルブ２８や排気バルブ２９などの部品は、省略されている。

図４と図６とに示すように、インジェクタ４０は、点火プラグ１０に向かって燃料Ｆを噴射する。図６に示すように、インジェクタ４０から噴射された燃料Ｆのうち燃料Ｆ１は、主に第１，２の噴霧制御側柱６１，６２に当たることによって拡散して空気との混合が促進された後、運動エネルギを失って中心電極５２の周辺に滞留する。

なお、図中、Ｘは、燃料Ｆ１と空気とが混合された混合気が滞留している状態を示している。

インジェクタ４０の噴射口４１は、噴射された燃料Ｆが主に接地電極５３の先端部５３ａまたは第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の先端部６０に当たるように設定されている。それゆえ、混合気Ｘは、図３に示すように、中心電極５２の先端部５２ａと接地電極５３の先端部５３ａとの間に位置するようになる。中心電極５２と接地電極５３の先端部５３ａとの間で火花放電が飛ばされることによって、燃料Ｆと空気との混合気Ｘは、着火する。

図３に示すように、噴射された燃料Ｆが主に接地電極５３の先端部５３ａまたは第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の先端部６０に当たるように設定されていることによって、燃料Ｆ（燃料Ｆ１を含む）の流れによって負圧が生じ、燃焼室３０内の空気などの気体Ｇが連通孔５７ｂからプラグポケットＳのシュラウド部５７側に入り込み、中心電極５２、接地電極５３、噴霧制御側柱６１〜６３側へ流れる。このときの気体Ｇの流れによって、混合気ＸがプラグポケットＳのシュラウド部５７側に滞留することや、プラグポケットＳのねじ部５６側に入り込むことが抑制される。

図７は、燃料Ｆの安定燃焼領域を示すグラフである。安定燃焼領域とは、燃料Ｆが安定して燃焼するための点火時期の範囲である。つまり、インジェクタ４０の噴射時期に対する点火プラグ１０の点火時期が、安定燃焼領域によって囲まれる範囲内であれば、燃料Ｆを安定して燃焼する。

上記のように、混合気Ｘは、第２，３の噴霧制御側柱６２，６３当たることによって空気との混合が促進されて中心電極５２の周囲に滞留するので、第１の姿勢では、燃料Ｆが噴射されてから点火するまでの期間を比較的広くすることができる。したがって、図７に示すように、第１の姿勢の安定燃焼領域１０１は、比較的広くなる。

図８は、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢が図５に示された第３の姿勢であるときに、インジェクタ４０から燃料Ｆが噴射された状態を示す平面図である。図８は、点火プラグ１０の先端を軸心線Ｃ方向から見ている。

図８に示すように、図５に示された第３の姿勢では、インジェクタ４０から噴射された燃料Ｆのうち燃料Ｆ１は、主に、第２，３の噴霧制御側柱６２，６３に当たることによって、拡散して空気との混合が促進される。そして、噴射された燃料Ｆは、第２，３の噴霧制御側柱６２，６３に当たることによって運動エネルギを失って、中心電極５２の周囲に滞留する。

それゆえ、第３の姿勢では、燃料Ｆが中心電極５２の周囲に滞留するので、燃料Ｆが噴射されてから点火するまでの期間を比較的広くすることができる。それゆえ、図７に示すように、第３の姿勢の安定燃焼領域１０３は、比較的広くなる。この場合、第３の姿勢では、燃料Ｆを安定して燃焼するための点火時期は、第１の姿勢の安定燃焼領域１０１よりも広い。

図９は、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢が、第２の姿勢であってかつ第３の仮想線９３と第２の仮想平面７２とがなす角度αが例えば５０度である場合において、インジェクタ４０から燃料Ｆが噴射された状態を、点火プラグ１０の軸心線Ｃ方向から見た平面図である。

図９に示すように、第３の姿勢を除く第２の姿勢であっても、インジェクタ４０から噴射された燃料Ｆの内燃料Ｆ１は、第２，３の噴霧制御側柱６２，６３に当たることによって、拡散されて空気との混合が促進される。そして、運動エネルギを失った燃料Ｆは、中心電極５２の周囲に滞留する。

それゆえ、図７に示すように、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢が第３の姿勢を除く第２の姿勢である場合の安定燃焼領域１０２の境界は、第１の姿勢の安定燃焼領域１０１の境界と第３の姿勢の安定燃焼領域１０３の境界との間に位置する。それゆえ、この状態の安定燃焼領域１０２は、比較的広い。

上記のように、本実施形態では、第１の姿勢の安定燃焼領域１０１が最も狭くなる。それゆえ、インジェクタ４０に対する各点火プラグ１０の姿勢が各気筒で異なる場合、例えば1つの点火プラグ１０が第１の姿勢であって、他の1つの点火プラグ１０の姿勢が第３の姿勢であって、さらに他の1つの点火プラグ１０の姿勢が第３の姿勢を除く第２の姿勢である場合であっても、第１の姿勢の安定燃焼領域１０１は、各点火プラグ１０に共通な安定燃焼領域となる。

一方、各点火プラグ１０の姿勢がどのような姿勢であっても、噴射された燃料Ｆは、接地電極５３または第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３に当たることによって拡散して中心電極５２の周囲に滞留するので、噴霧制御側柱が存在しない１つの接地電極を備えるプラグに比べて非常に大きい安定燃焼領域を備え、第１〜３の姿勢の安定燃焼領域１０１，１０２，１０３は、互いにそれほど大きく異なることはない。

つまり、第１〜３の状態では、多少の違いはあるものの安定燃焼領域に大きな違いはないので、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢がどのような状態であっても、安定燃焼領域、すなわち燃焼条件は、大きく異ならない。

このように構成される点火プラグ１０は、第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３を備えている。接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とは、互いに等間隔離間して配置されている。

それゆえ、インジェクタ４０から噴射された燃料Ｆは、中心電極５２に直接当たることなく接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とのいずれかに当たることによって、拡散して空気との混合が促進される。そして、燃料Ｆは、運動エネルギを失って中心電極５２の周囲に滞留する。

つまり、点火プラグ１０が噴霧制御側柱を備えていない場合、噴射された燃料Ｆは、接地電極５３に当たることによって拡散するが、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢によっては、接地電極５３に当たって拡散された燃料Ｆが中心電極５２の周囲に滞留しないことがありえる。燃料Ｆが中心電極５２の周囲に滞留したとしても滞留する量が少なく安定燃焼領域が非常に小さくなる。

しかし、上記のような場合であっても、点火プラグ１０が第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３を備えることによって、燃料Ｆは、第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３に当たって拡散されて、中心電極５２の周囲に滞留するようになる。

それゆえ、燃料Ｆの着火性が向上するとともに、安定燃焼領域が広くなる。さらに、燃料の拡散状態や安定燃焼領域は、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢の変化に関わらず大きく変化しなくなるので、燃料Ｆは、安定して燃焼される。

さらに、燃料Ｆの流れによって負圧が生じ、プラグポケットＳのシュラウド部５７側に連通孔５７ｂを通って空気などの気体Ｇが流入するとともに、当該気体Ｇの流れによって混合気ＸがプラグポケットＳのねじ部５６側に入り込むことが抑制される。また、万が一、プラグポケットＳ内に混合気が入り込んでも、入り込んだ混合気は連通孔５７ｂから排出されるのでプラグポケットＳ内に滞留しにくくなる。または、連通孔５７ｂを通して空気が供給されることによって混合気は十分に酸素がある状態でプラグポケットＳ内で燃焼されるので、点火プラグ１０はくすぶりにくくなる。この結果、燃料Ｆは、安定して燃焼されるようになる。

また、点火プラグ１０が第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３（３つの噴霧制御側柱）を備えている。そして、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とは、互いに９０度離間して中心電極５２の周方向に配置されている。

それゆえ、インジェクタ４０に対する点火プラグ１０の姿勢は、第１の姿勢または第２の姿勢のどちらかになり、点火プラグ１０の姿勢による燃焼条件の変化に大きな違いが生じなくなる。そして、各点火プラグ１０の共通する安定燃焼領域は、例えば第１の姿勢の安定燃焼領域１０１と同じになる。第１の姿勢の安定燃焼領域１０１は、広い。したがって、多気筒を有するエンジン２０であっても、共通する安定燃焼領域を広くすることができるので、燃料Ｆは、安定して燃焼される。さらに、先端部５３ａを除いた接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とは、略同じ形状であるので、燃料Ｆはより一層安定して燃焼される。

また、接地電極５３の先端部５３ａは、軸心線Ｃ方向に中心電極５２と対向するように、プラグハウジング５４の内側に折り曲がっている。そして、中心電極５２は、接地電極５３の先端部５３ａとので軸心線Ｃ方向に火花放電を行う。

それゆえ、中心電極５２の先端と接地電極５３の先端部５３ａとの間に混合気Ｘが滞留すればよいので、点火プラグ１０の軸心線Ｃ方向の取り付け誤差は、中心電極５２の先端と接地電極５３の先端部５３ａとの間に規定される空間によって吸収される。さらに、接地電極５３の先端と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の先端とが隔離しているため、中心電極５２の先端と接地電極５３の先端部５３ａとの間に規定される空間の調整が容易に行える。また、接地電極５３の先端である火花放電面積が大きくなると冷却損失が大となり、着火性が悪化するが、接地電極５３の先端と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の先端とが隔離しているため、火花放電面積が大きくなることなく着火性の悪化を招くことがない。

また、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の先端５３ｂ，６０ａは、中心電極５２の軸心線Ｃを横切る第１の仮想平面７１内に位置するので、燃料が安定して燃焼されるようになる。この点について具体的に説明する。第１の姿勢には４つのパターンがある。これは、中心電極５２の軸心線Ｃ回りに９０度ずつ回転しても同じだからである。これは、第２，３の姿勢でも同じである。

先端５３ｂ，６０ａが中心電極５２の軸心線Ｃを横切る第１の仮想平面７１内に配置されることによって、第１の姿勢の４パターンの各々の障害物（接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３を含む概念）のインジェクタ４０に対する作用が略同じになる。このことは、第２，３の姿勢であっても同じである。この結果、燃料Ｆが安定して燃焼されるようになる。

また、連通孔５７ｂが、中心電極５２の軸心線Ｃに平行方向に沿って接地電極５３と向き合う位置と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３と向き合う位置とに形成されている。つまり、本実施形態では、連通孔５７ｂは、４個形成されている。このことによって、連通孔５７ｂのうち少なくとも１つがインジェクタ４０側に面することになる。

この結果、インジェクタ４０から噴霧された燃料Ｆによって誘起される気体Ｇの流れが効率よくプラグポケットＳのシュラウド部５７側に流入するようになる。

つぎに、本発明の第２の実施形態に係る点火プラグ１０を、図１０，１１とを用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様な機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の形状が、第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同様であってよい。

上記異なる点について、具体的に説明する。図１０は、本実施形態の点火プラグ１０の先端側を示す斜視図である。図１１は、本実施形態の点火プラグ１０の先端部１０ａの一部を切り欠いて示す断面図である。

図１０と図１１とに示すように、本実施形態の第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の先端部６０は、プラグハウジング５４の内側に折れ曲がることなく、中心電極５２の軸心線Ｃに沿って延びている。

本実施形態であっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

つぎに、本発明の第３の実施形態に係る点火プラグ１０を、図１２を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様な機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、接地電極５３および第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の形状が第１の実施形態と異なる。上記異なる点について、具体的に説明する。

図１２は、本実施形態の点火プラグ１０の先端部１０ａの一部を切り欠いて示す断面図である。図１２に示すように、本実施形態の接地電極５３および第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３は、プラグハウジング５４の内側に向かって傾いて延びている。それゆえ、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とは、中心電極５２の軸心線Ｃに対して所定の傾きを有している。

なお、図１に示すように、点火プラグ１０は、インジェクタ４０に対して図中右側に配置されている。そして、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とは、噴射口４１よりも図中下側に位置している。

それゆえ、燃料Ｆは、図１２中に矢印で示すように、噴霧制御側柱６３側から接地電極５３に向かって斜めに噴射される。

上記のように接地電極５３および第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３が軸心線Ｃに対して傾きを有することによって、噴射された燃料Ｆのうち、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とに当たる量は、少なくなる。

言い換えると、軸心線Ｃに対する接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３との傾きを調整することによって、燃料Ｆのうち、これら接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とに当たる量を調整することができる。

つまり、軸心線Ｃに対する接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の傾きを調整することによって、燃料Ｆの流れる方向内での、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の姿勢が変改する。この姿勢の変化によって、燃料Ｆのうち接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３に当たる量が調整される。

例えば、中心電極５２の周辺に滞留する燃料Ｆが多い場合、軸心線Ｃに対する接地電極５３および第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の傾きを調整することによって、これら接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３に当たる燃料Ｆの量を調整する。

具体的には、図１２に示されるように、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３をプラグハウジング５４の内側に向かって傾かせる。このようにすると、燃料Ｆのうち接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とに当たる量は、少なくなる。

燃料Ｆのうち、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３とに当たる量が少なくなると、中心電極５２に周囲に滞留する燃料の量が少なくなる。

本実施形態では、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。さらに、軸心線Ｃに対する接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の傾きを調整することによって、中心電極５２の周囲に滞留する燃料の量を調整することができる。それゆえ、燃料Ｆの燃焼状態をより向上することができる。

つぎに、本発明の第４の実施形態に係る点火プラグ１０を、図１３を用いて説明する。なお、第３の実施形態と同様な機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、接地電極５３および第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の形状が第３の実施形態と異なる。上記異なる点について、具体的に説明する。

図１３は、本実施形態の点火プラグ１０の先端部１０ａの一部を切り欠いて示す断面図である。図１３に示すように、接地電極５３および第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３は、中心電極５２の先端部５２ａよりも先に向かって、狭まるようになだらかに突出するように湾曲している。

上記のように、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３の湾曲状態によって、燃料Ｆのうち、接地電極５３と第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３に当たる量が調整される。

本実施形態では、第３の実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、第１〜４の実施形態では、噴霧制御側柱は、３つ用いられているが、これに限定されない。例えば、３つや５つであってもよい。

なお、第１〜４の実施形態では、燃料Ｆは、第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３に当たることによって拡散されたが、これに限定されない。例えば、第１〜３の姿勢であっても、軸心線Ｃ回りに９０度回転することによって、接地電極５３の位置は、４パターン存在する。それゆえ、例えば、接地電極５３が第１，２の仮想領域８１，８２に位置してもよい。この場合は、噴射された燃料Ｆは、接地電極５３に当たって拡散されるようになる。

また、第１〜４の実施形態では、1つの接地電極５３が用いられたが、これに限定されない。例えば複数の接地電極５３が用いられてもよい。また、第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３と接地電極５３とには、燃料Ｆのうち燃料Ｆ１がぶつかるとしたが、実際には、燃料Ｆのうち噴射後から第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３と接地電極５３とにぶつかるまでの間に気化して混合気となったものも第１〜３の噴霧制御側柱６１〜６３と接地電極５３とにぶつかる。

本発明の第１の実施形態に係る点火プラグを備えるエンジンの燃焼室を示す断面図。 図１に示された点火プラグの先端部を示す斜視図。 図１に示された点火プラグの先端部を中心電極の軸心線に沿って示す断面図。 図１に示された点火プラグの姿勢が第１の姿勢である場合に、インジェクタから燃料が噴射された状態を、インジェクタの軸心線方向に見た斜視図。 図１に示された点火プラグの姿勢が第３の姿勢である場合に、インジェクタから燃料が噴射された状態を、インジェクタの軸心線方向に見た斜視図。 インジェクタから噴射された燃料が図４に示された中心電極の周囲に滞留している状態を、点火プラグの軸心線方向から見た平面図。 点火プラグの安定燃焼領域を示すグラフ。 図５に示された中心電極の周囲に滞留している混合気を、点火プラグの軸心線方向から見た状態を示す平面図。 図１に示された点火プラグの姿勢が第３の姿勢を除く第２の姿勢である場合に、中心電極の周囲に滞留している混合気を、点火プラグの軸心線方向から見た状態を示す平面図。 本発明の第２の実施形態に係る点火プラグの先端部を示す斜視図。 図１０に示された点火プラグの先端部の一部を切り欠いて示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係る点火プラグの先端部を示す断面図。 本発明の第４の実施形態に係る点火プラグの先端部を示す断面図。

符号の説明

１０…点火プラグ、５２…中心電極、５３…接地電極、５３ａ…先端部（対向部）、５３ｂ…先端（接地電極の先端）、５５…碍子、５７ａ…先端面、５７ｂ…連通孔、６１…第１の噴霧制御側柱、６２…第２の噴霧制御側柱、６３…第３の噴霧制御側柱、６０ａ…先端（噴霧制御側柱の先端）、Ｃ…軸心線、Ｓ…プラグポケット（隙間）。

Claims (3)

1. インジェクタから噴射される燃料に直接点火するスプレーガイド式のエンジンに設けられる点火プラグであって、
   中心電極と、
   前記中心電極を、当該中心電極の先端を露出した状態で保持する碍子と、
   前記碍子を内側に収容するとともに前記碍子を内側に収容した状態において前記碍子の周囲との間に隙間を有してかつ前記中心電極の先端側が開口する筒状であって、前記隙間の内側と外側とを連通する連通孔を有するプラグハウジングと、
   前記プラグハウジングの先端面に設けられて突出し、前記中心電極との間で火花を生じる接地電極と、
   前記プラグハウジングの前記先端面に少なくとも１つ設けられて突出し、燃料または混合気の流動を制御する噴霧制御側柱と
   を備え、
   前記接地電極は、前記中心電極の軸心線に沿って前記中心電極の先端と対向する対向部を有し、
   前記接地電極の前記対向部と、前記噴霧制御側柱の先端とは、前記軸心線を垂直に横切る略同一平面上に位置し、
   前記接地電極と前記噴霧制御側柱とは、前記中心電極回りに、略等間隔離れて配置され、
   前記連通孔は、前記プラグハウジングにおいて、前記先端面において前記接地電極と前記噴霧制御側柱とが設けられる部位から前記中心電極の前記軸心線と平行となる位置にそれぞれ設けられる
   ことを特徴とする点火プラグ。
2. 前記噴霧制御側柱は、３つ用いられ、前記接地電極の前記対向部を除いた部位と略同形状となることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記連通孔は、前記プラグハウジングの少なくとも燃料または混合気が供給される側に形成されることを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。

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