JP6478575B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグに関する。

自動車等の内燃機関に用いられる点火プラグとして、特許文献１には、中心電極と、中心電極を囲って中心電極の先端との間に放電ギャップを形成する接地電極とを備え、中心電極と接地電極との間には内部室が形成されている構成が開示されている。特許文献１に開示の構成では、内部室を内燃機関の燃焼室内に露出させた状態で、中心電極と接地電極との間に火花放電を生じさせて、燃焼室内の混合気に着火する。そして、接地電極には複数個の貫通孔が設けられ、当該貫通孔を通じて内部室と接地電極の外側とが連通されている。これにより、内部室における中心電極周囲の気流の流通を改善して、中心電極周囲に混合気の濃度ムラが発生することや、燃焼室内のオイルが内部室に過度に滞留することを抑制することにより、高い着火性を得ている。

特開平１−２９２７７７号公報

しかしながら、燃焼室内には混合気の対流に起因するタンブル流が存在している。そのため、中心電極と接地電極との間に生じた火花放電は、接地電極の貫通孔を介して内部室に流入してきた混合気の気流に乗って内部室から燃焼室内に伸長しようとするが、燃焼室内のタンブル流に押し流されることとなる。その結果、当該火花放電は燃焼室の中央に向かって伸長することが阻害されるため、混合気の着火性が低下するという問題がある。さらに、タンブル流に押し流された火花放電は接地電極の表面を這うように進むこととなるため、当該火花放電による初期火炎の熱が接地電極に伝達して、初期火炎が冷却されることにより、混合気の着火性が低下するという問題も生じる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、着火性の低下を抑制することができる点火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、筒状のハウジングと、
該ハウジングの内側に保持される筒状の絶縁碍子と、
該絶縁碍子の内側に保持されるとともに、該絶縁碍子の先端から突出する中心先端部を有する中心電極と、
該中心電極の少なくとも上記中心先端部をプラグ周方向に囲む側壁部と、該側壁部の先端から上記中心先端部に向って延設されるとともに上記中心先端部との間に放電ギャップを形成する接地端部とを有する接地電極と、
を有し、
上記側壁部には、上記中心先端部の周面に対向する貫通孔が少なくとも一つ形成されているとともに、上記側壁部の先端には、プラグ軸方向に突出する突出部が形成されており、
上記貫通孔として、外周側から上記中心電極に向かうにつれてプラグ軸方向の先端側に向かうように傾斜しているとともに、プラグ軸方向から見て上記突出部と重なる位置に設けられたものを有することを特徴とする点火プラグにある。

上記点火プラグにおいては、接地電極の側壁部にプラグ軸方向に突出する突出部が形成されている。当該点火プラグを、プラグ軸方向から見たときに突出部が中心電極よりもタンブル流の上流側に位置するように内燃機関に取り付けることにより、突出部が中心電極の先端側を流通するタンブル流を遮ることとなる。その結果、中心電極と接地電極との間に生じた火花放電が、接地電極の貫通孔を介して内部室に流入してきた混合気の気流に乗って、内部室から燃焼室内に向けてプラグ軸方向に伸長しやすくなるため、着火性が向上する。さらに、上述の如く突出部がタンブル流を遮ることにより、当該火花放電がタンブル流によって接地電極に沿って押し流されることが抑制される。その結果、当該火花放電により生じる初期火炎の冷却が抑制され、混合気の着火性の低下を防止することができる。

以上のごとく、本発明によれば、着火性の低下を抑制することができる点火プラグを提供することができる。

実施例１における、点火プラグの正面図。 実施例１における、点火プラグの底面図。 図２における、点火プラグ先端部のIII-III線位置断面図。 実施例１における、点火プラグの火花放電の発生態様を示す模式図。 実施例１における、点火プラグの取付態様を示す模式図。 実施例１における、点火プラグに生じる火花放電を示す図。 比較例における、点火プラグに生じる火花放電を示す図。

本発明の点火プラグは、自動車等に備えられる内燃機関における着火手段として用いることができる。
上記内燃機関用の点火プラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側とし、先端側の端部を先端というものとする。また先端側の反対側を基端側とし、基端側の端部を基端というものとする。
また、本明細書において、プラグ軸方向とは、点火プラグの軸方向を意味する。

（実施例１）
本例の点火プラグにつき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の点火プラグ１は、図１〜図３に示すように、筒状のハウジング１０、筒状の絶縁碍子２０、中心電極３０、接地電極４０、及び内部室５０を有する。
筒状の絶縁碍子２０は、図３に示すように、ハウジング１０の内側に保持される。
中心電極３０は、絶縁碍子２０の内側に保持されるとともに、絶縁碍子２０の先端２１から突出する中心先端部３１を有する。
接地電極４０は、中心電極３０の少なくとも中心先端部３１を周方向に囲む側壁部４１と、側壁部４１の先端４１ａから中心先端部３１に向って延設されるとともに中心先端部３１との間に放電ギャップＧを形成する接地端部４２とを有する。
内部室５０は、ハウジング１０と、絶縁碍子２０と、中心電極３０と、接地電極４０とによって囲まれて形成されている。
そして、側壁部４１には、中心先端部３１の周面に対向する貫通孔４３が少なくとも一つ形成されているとともに、側壁部４１の先端４１ａには、プラグ軸方向Ｙに突出する突出部４４が形成されている。

以下、本例の点火プラグ１について、詳述する。
図１に示すように、本例では、ハウジング１０は、プラグ軸方向Ｙに延びる筒状を成しており、ハウジング１０の外周面には内燃機関に螺合するための取付ネジ部１１が形成されている。

図３に示すように、絶縁碍子２０は円筒形であって、絶縁碍子２０の外径は基部側Ｙ２が先端側Ｙ１に対して若干大きくなっている。絶縁碍子２０の外周面２２とハウジング１０の内周面１２とは離隔しており、両者の間の空間は内部室５０における基端側Ｙ２の領域を構成する内部室基端領域５２を形成している。絶縁碍子２０の先端側Ｙ１の端部（先端２１）は、内部室５０における先端側Ｙ１の領域である内部室先端領域５１に位置している。

図３に示すように、内部室先端領域５１は、ハウジング１０の先端側Ｙ１に設けられた接地電極４０の内面４０ａと、絶縁碍子２０の先端２１及び中心先端部３１との間の空間により形成されている。接地電極４０の側壁部４１はプラグ軸方向Ｙに延びる円筒形状を成している。側壁部４１の先端４１ａに設けられる接地端部４２は、側壁部４１の先端４１ａから中心先端部３１に向って延設されて円盤形状をなすとともに、図２に示すように、その中央には円形の開口部４５が形成されている。本例では、図３に示すように、開口部４５の径は中心電極３０の直径よりも大きく、絶縁碍子２０の外径よりも小さい。

中心電極３０において、絶縁碍子２０の先端２１から先端側Ｙ１に突出する中心先端部３１は、図３に示すように、中心電極３０における本体部３２の直径よりも小さい直径を有する円筒形の小径部３１１と、本体部３２と小径部３１１とを繋ぐとともに本体部３２から小径部３１１に向かうにつれて縮径するように形成された徐変部３１２とを有している。小径部３１１は、図２に示すように、プラグ軸方向Ｙから見たときに開口部４５の中心に位置しており、図３に示すように、開口部４５の内側に中心先端部３１の小径部３１１が位置している。そして小径部３１１と接地電極の接地端部４２との間に形成された空間が放電ギャップＧとなっている。

図３に示すように、接地電極４０における側壁部４１の先端４１ａには、突出部４４がプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に突出している。突出部４４の突出方向はプラグ軸方向Ｙに平行な方向となっている。そして、突出部４４はプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に延びる長板状となっており、プラグ軸方向Ｙに垂直な断面形状が矩形となっている。
なお、「平行な方向」とは、実質的に平行な方向と認識できるものをいうものであって、作用効果を奏する範囲でプラグ軸方向Ｙに対して若干の傾斜を有しているものを含むこととする。

図２に示すように、突出部４４のプラグ周方向の長さＬ１は接地電極４０における側壁部４１の外周面４１ｂの直径の１／４以上となっており、本例では、外周面４１ｂの直径が１０ｍｍであって、長さＬ１は２．５ｍｍとなっている。図３に示すように、突出部４４のプラグ軸方向Ｙの長さＬ２は、２．５ｍｍ〜５．０ｍｍとすることができ、本例では、２．６ｍｍである。

図３に示すように、接地電極４０の側壁部４１には貫通孔４３が形成されている。本例では接地電極４０の外周側から中心電極３０に向かうにつれてプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に向かうように、プラグ軸方向Ｙに対して傾斜している。貫通孔４３は円柱状を成しており、内部室５０の内部と外部とを連通させる。

図２に示すように、貫通孔４３は、プラグ軸方向Ｙから見たとき、突出部４４の中心４４ａの位置と中心電極３０の軸心３０ａを結ぶ仮想線分を基準Ｓとし、軸心３０ａを中心とするプラグ周方向両側に９０°以下の範囲Ｔ内に、貫通孔４３の中心４３ａが位置するように形成されている。範囲Ｔは、軸心３０ａと中心４３ａとを結ぶ仮想線分Ｔ１、Ｔ２と基準Ｓとのなす角α１、α２がそれぞれ９０°以下となる範囲であって、本例では、範囲Ｔは軸心３０ａを中心とする半円状の範囲となっている。

そして、本例では、図２に示すように、貫通孔４３は、プラグ軸方向Ｙから見たときに突出部４４と重なる位置に一つ形成されているとともに、当該貫通孔４３のプラグ周方向両側に４５°の間隔をおいて、それぞれ２つの貫通孔４３が形成されている。したがって、５つの貫通孔４３が、軸心３０ａを中心とするプラグ周方向に４５°の間隔で配置されている。

次に、本例の点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
点火プラグ１においては、接地電極４０の側壁部４１にプラグ軸方向Ｙに突出する突出部４４が形成されている。図４に示すように、点火プラグ１を、プラグ軸方向Ｙから見たときに突出部４４が中心電極３０よりもタンブル流Ｒの上流側に位置するように内燃機関に取り付けることにより、突出部４４が中心電極３０の先端側を流通するタンブル流Ｒ２を遮ることとなる。その結果、中心電極３０と接地電極４０との間に生じた火花放電Ｐが、接地電極４０の貫通孔４３を介して内部室５０に流入してきた混合気の気流に乗って、内部室５０から燃焼室内に向けてプラグ軸方向Ｙに伸長しやすくなるため、着火性が向上する。さらに、上述の如く突出部４４がタンブル流Ｒ２を遮ることにより、火花放電Ｐがタンブル流Ｒによって接地電極４０に沿って押し流されることが抑制される。その結果、火花放電Ｐにより生じる初期火炎の冷却が抑制され、混合気の着火性の低下を防止することができる。

本例では、突出部４４はプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に突出している。突出部４４はプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に延びる長板状となっており、プラグ軸方向Ｙに垂直な断面形状が矩形となっている。これにより、突出部４４を容易に形成することができる。

また、本例では、突出部４４のプラグ周方向の長さＬ１は接地電極４０における側壁部４１の外周面４１ｂの直径の１／４以上となっている。これにより、突出部４４のプラグ周方向の長さＬ１が十分確保されるため、火花放電Ｐに向かうタンブル流Ｒ２を確実に遮ることができる。その結果、火花放電Ｐが接地電極４０に沿って押し流されることを一層抑制することができ、混合気の着火性の低下をさらに防止することができる。また、火花放電Ｐがプラグ軸方向Ｙに一層伸長しやすくなるため、着火性の向上に寄与する。

図２に示すように、貫通孔４３は、プラグ軸方向Ｙから見たとき、突出部４４の中心４４ａの位置と中心電極３０の軸心３０ａを結ぶ仮想線分を基準Ｓとし、軸心３０ａを中心とするプラグ周方向両側に９０°以下の範囲Ｔ内に、貫通孔４３の中心４３ａが位置するように形成されている。これにより、図４に示すように、突出部４４が中心電極３０よりもタンブル流Ｒの上流側に位置するように配置することにより、一部のタンブル流Ｒ１を、貫通孔４３から内部室５０に流入させて、放電ギャップＧからプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に向かって流出させることができる。その結果、放電ギャップＧから流出する気流によって、火花放電Ｐがプラグ軸方向Ｙに一層伸長しやすくなるため、着火性の向上に寄与する。

本例では、複数の貫通孔４３の内、一つの貫通孔４３が、プラグ軸方向Ｙから見たときに突出部４４と重なる位置に形成されている。これにより、図４に示すように、点火プラグ１をプラグ軸方向Ｙから見たときに突出部４４が中心電極３０よりもタンブル流Ｒの上流側に位置するように内燃機関に取り付けた状態において、タンブル流Ｒ１を内部室５０に積極的に流入させるとともに、放電ギャップＧからプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に積極的に流出させることができる。その結果、火花放電Ｐがプラグ軸方向Ｙにより一層伸長しやすくなるため、着火性の向上に寄与する。

本例では、突出部４４をプラグ軸方向Ｙに垂直な断面形状が矩形である長板状としたが、これに替えて、当該断面形状が、三角形状、円形又は楕円形である棒状あるいは、当該断面形状が台形の長板状としてもよい。

本例では、貫通孔４３は、接地電極４０の外周側から中心電極３０に向かうにつれてプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に向かうようにプラグ軸方向Ｙに対して傾斜していることとしたが、プラグ軸方向Ｙに垂直な方向に延びるように形成してもよい。また、本例では、貫通孔４３は円柱状としたが、これに限らず、楕円柱状や矩形柱状であってもよい。

本例では、中心電極３０の中心先端部３１を小径部３１１と徐変部３１２とを有する形状としたが、これに替えて、中心先端部３１を本体部３２と同一の直径を有する円柱状としてもよい。

（比較試験）
本例の点火プラグ１による火花放電の発生態様について比較試験を行った。まず、図５に示すように、実験例として、本例の点火プラグ１を、内燃機関のシリンダ１００において、吸気ポート１０１と排気ポート１０２との間に設けられた取付孔に取り付けた。そして、中心電極３０よりも突出部４４が吸気ポート１０１側に位置するように調整した。

内燃機関のシリンダ１００内の燃焼室１００ａには、吸気ポート１０１からの混合気の吸気と、排気ポート１０２からの排ガスの排気とに伴って、シリンダ１００の軸方向に対流するタンブル流Ｒが発生する。タンブル流Ｒは、点火プラグ１の付近では、吸気ポート１０１から排気ポート１０２に向かっている。したがって、本実験例では、突出部４４が吸気ポート１０１側、すなわち、突出部４４が中心電極３０よりもタンブル流Ｒにおける上流側に位置するように内燃機関に取り付けた。なお、シリンダ１００内に発生させるタンブル流Ｒの流速は、２０ｍ／ｓとした。

当該実験例では、図６に示すように、突出部４４が、内部室５０から燃焼室１００ａに伸長した火花放電Ｐに向かうタンブル流Ｒ２を遮るとともに、貫通孔４３を介して内部室５０から流出した気流Ｒ１によって、火花放電Ｐがプラグ軸方向Ｙに十分伸長していることが確認できた。

次に、比較例として、突出部４４を有しておらず、突出部４４以外の構成は点火プラグ１と同一の構成を有する点火プラグ９００を、実験例の場合と同様に、内燃機関のシリンダ１００に取り付けた。図７に示すように、内部室５０から燃焼室１００ａに伸長した火花放電Ｐが、タンブル流Ｒ２によって接地電極４０に沿って押し流されて、プラグ軸方向Ｙに伸長することが阻害されていることが確認できた。

上記比較試験により、本例の突出部４４を有する点火プラグ１は、比較例の突出部４４を有しない点火プラグ９００に比べて、火花放電Ｐが接地電極４０に沿って押し流されることなく、プラグ軸方向Ｙに十分伸長することが確認できた。したがって、本例の点火プラグ１は、比較例の点火プラグ９００に比べて、十分高い着火性を有する。

１ 点火プラグ
１０ ハウジング
２０ 絶縁碍子
３０ 中心電極
３１ 中心先端部
４０ 接地電極
４１ 側壁部
４２ 接地端部
４３ 貫通孔
４４ 突出部
５０ 内部室

Claims (4)

1. 筒状のハウジング（１０）と、
   該ハウジング（１０）の内側に保持される筒状の絶縁碍子（２０）と、
   該絶縁碍子（２０）の内側に保持されるとともに、該絶縁碍子（２０）の先端（２１）から突出する中心先端部（３１）を有する中心電極（３０）と、
   該中心電極（３０）の少なくとも上記中心先端部（３１）を周方向に囲む側壁部（４１）と、該側壁部（４１）の先端（４１ａ）から上記中心先端部（３１）に向って延設されるとともに上記中心先端部（３１）との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地端部（４２）とを有する接地電極（４０）と、
   上記ハウジング（１０）と、上記絶縁碍子（２０）と、上記中心電極（３０）と、上記接地電極（４０）とによって囲まれて形成される内部室（５０）と、
   を有し、
   上記側壁部（４１）には、上記中心先端部（３１）の周面に対向する少なくとも一つの貫通孔（４３）が形成されているとともに、上記側壁部（４１）の先端には、プラグ軸方向（Ｙ）に突出する突出部（４４）が形成されており、
   上記貫通孔（４３）として、外周側から上記中心電極（３０）に向かうにつれてプラグ軸方向（Ｙ）の先端側（Ｙ１）に向かうように傾斜しているとともに、プラグ軸方向（Ｙ）から見て上記突出部（４４）と重なる位置に設けられたものを有することを特徴とする点火プラグ（１）。
2. 上記突出部（４４）は、プラグ軸方向（Ｙ）に延びる板状に形成されているとともに、プラグ軸方向（Ｙ）に垂直な断面形状が矩形であることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ（１）。
3. 上記突出部（４４）のプラグ周方向の長さ（Ｌ１）は、上記接地電極（４０）における側壁部（４１）の外周面（４１ｂ）の直径の１／４以上であることを特徴とすることを請求項１又は２に記載の点火プラグ（１）。
4. 上記貫通孔（４３）は複数備えられ、該複数の貫通孔（４３）は、プラグ軸方向（Ｙ）から見たとき、上記突出部（４４）の中心（４４ａ）の位置と上記中心電極（３０）の軸心（３０ａ）を結ぶ仮想線を基準（Ｓ）とし、上記軸心（３０ａ）を中心とするプラグ周方向両側に９０°以下の範囲（Ｔ）内に、上記貫通孔（４３）の中心（４３ａ）が位置するように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。