JP7255798B2 - 点火プラグ装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグ装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、ハウジングと、ハウジングに接触して固定されたプラグカバーとにより副燃焼室（点火室）が形成されたスパークプラグ（点火プラグ装置）が開示されている。このようなスパークプラグは、内燃機関の燃焼室に取り付けられ、ハウジングの内部に設けられた中心電極に高電圧を印加することにより、中心電極と、プラグカバーに設けられた接地電極との間に火炎核を発生させる。スパークプラグは、この火炎核により燃焼室に充満された燃料と空気との混合気に点火を行う。

特開２０１５－１３０３０２号公報

ところで、点火プラグ装置においては、中心電極と接地電極との間において生じた火花により発生した衝撃波を、点火室の内壁を構成する各部材により反射して戻すことにより、エネルギを集約させ、点火確率を上げることが考えられている。エネルギを集約させて点火確率を向上させることにより、中心電極に加わる負荷を軽減することができると考えられる。

しかしながら、上記特許文献１のような構成においては、点火室における絶縁碍子側の内壁面において衝撃波が十分に反射されず、エネルギを集約することが難しい。したがって、中心電極に加わる負荷が大きくなる傾向がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、中心電極に加わる負荷をより軽減し、点火プラグ装置を長寿命化することによりを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、棒状の中心電極と、前記中心電極を囲むと共に１つの焦点を有するドーム型のプラグカバーと、前記中心電極の外周を囲う絶縁碍子とを備える点火プラグ装置であって、前記焦点を中心とした三次元形状の内壁面を有すると共に前記絶縁碍子及び前記プラグカバーと接触する反射壁部を備える、という構成を採用する。

第２の手段として、上記第１の手段において、前記反射壁部の内壁面は、前記焦点を中心とする球面の少なくとも一部により形成される、という構成を採用する。

第３の手段として、上記第１または第２の手段において、前記反射壁部は、前記絶縁碍子と一体として形成される、という構成を採用する。

第４の手段として、上記第３の手段において、前記絶縁碍子は、前記反射壁部の最大外径よりも太く形状設定される、という構成を採用する。

第５の手段として、上記第１または第２の手段において、前記反射壁部は、前記プラグカバーの一部とされる、という構成を採用する。

本発明に係る点火プラグ装置は、ドーム状のプラグカバーと、絶縁碍子と接触するように設けられた反射壁部とにより、焦点に向けて衝撃波を反射することが可能である。すなわち、エネルギを焦点に集約することができ、従来よりも小さなエネルギで点火することが可能である。したがって、接地電極及び中心電極に加わる負荷をより軽減し、点火プラグ装置を長寿命化することができる。

本発明の第１実施形態に係る点火プラグ装置の部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグ装置のプラグカバーを含む拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグ装置１の備える接地電極を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る点火プラグ装置のプラグカバーを含む拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る点火プラグ装置のプラグカバーを含む拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る点火プラグ装置の一実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る点火プラグ装置１の部分断面図である。また、図２は、本実施形態に係る点火プラグ装置１のプラグカバー４を含む拡大断面図である。
本実施形態に係る点火プラグ装置１は、例えば内燃機関等の燃焼室に設けられ、図１及び図２に示すように、ハウジング部２と、絶縁碍子３と、プラグカバー４と、中心電極５と、接地電極６と、ターミナル７とを備えている。この点火プラグ装置１は、プラグカバー４の内部に点火室Ａが形成されている。この点火室Ａは、焦点Ａ１を中心とした空間であり、内燃機関の燃焼室の内部に配置されている。

ハウジング部２は、中心電極５の外周に設けられており、中心電極５を保持する部材である。このハウジング部２は、ハウジング２ａと、ハウジング２ａの外周に固定されたガスケット２ｂとを有している。ハウジング２ａは、外周の直径が日本工業規格に規定されるＭ１４またはＭ１８のボルトと略等しく、中心軸線Ｌを中心とした円筒状であり、一方の端部にプラグカバー４が取り付けられている。
また、ハウジング２ａの他方の端部側は外径が拡径されており、図２に示すように、中心軸線Ｌ方向から見て略六角形形状とされている。ガスケット２ｂは、内燃機関に対して点火プラグ装置１を取り付ける際に、内燃機関に対して隙間を封止する部材である。

絶縁碍子３は、図１に示すように、ハウジング２ａと、中心電極５との間に配設され、中心軸線Ｌを中心とした略円筒状であり、セラミック等により形成される部材である。このような絶縁碍子３は、ハウジング２ａと中心電極５との間、及び、ハウジング２ａとターミナル７との間を絶縁している。絶縁碍子３は、図２に示すように、点火室Ａ側の端部において、径方向外側及びプラグカバー４側に向けて突出した反射壁部３ａを有しており、点火室Ａに面する端面３ｂ（すなわち、点火室Ａ側）が半球状（三次元形状）とされている。端面３ｂは、中心が焦点Ａ１となるように配置されている。

プラグカバー４は、図１、２に示すように、半球ドーム状の底部を有する有底円筒状の金属部材であり、絶縁碍子３と全周に渡り接触した状態で開放端がハウジング２ａの端部に固定されている。絶縁碍子３とプラグカバー４とがそれぞれ半球状とされ、かつ互いに対向して配置されていることにより、点火室Ａは、焦点Ａ１を中心とする略球状の空間とされる。また、プラグカバー４には、点火開口４ａが形成されている。点火開口４ａは、中心軸線Ｌの頂点を中心として１２０°間隔で３カ所に形成されている。この点火開口４ａは、内燃機関の燃焼室に充満された混合気を、点火室Ａに流入させるための開口である。プラグカバー４は、半球ドーム状の底部と反対側の端部において、１２０度間隔で３箇所に、中心軸線Ｌに沿う方向に接地電極６が係合されるスリットが形成されている。接地電極６が係合された状態でプラグカバー４がハウジング２ａに取り付けられると、プラグカバー４には、図１に示すように、スリットにおいて、接地電極６とハウジング２ａとの間に、気体導入口４ｃが形成される。すなわち、プラグカバー４は、スリットの接地電極６が配置されるよりもハウジング２ａ側（頂部と反対側）の領域が、ハウジング２ａの内側と燃焼室（外部空間）とを連通する気体導入口４ｃとなっている。

プラグカバー４の内壁面４ｂは、中心軸線Ｌ上に形成される焦点Ａ１を中心とした球面形状とされている。このようなプラグカバー４の球面形状の内壁面４ｂと絶縁碍子３の端面３ｂとにより、焦点Ａ１を中心とした略球状の点火室Ａが形成されている。また、内壁面４ｂは、焦点Ａ１を超えてハウジング２ａと接触する位置まで球面形状とされている。すなわち、内壁面４ｂは、焦点Ａ１を中心とする球面の少なくとも半分を超えた範囲により形成されている。

中心電極５は、絶縁碍子３の内側に中心軸線Ｌ上に設けられた略円柱形（棒状）の金属部材であり、絶縁碍子３の端部から先端部５ａが突出している。すなわち、中心電極５は、点火室Ａに向けて先端部５ａが突出している。なお、先端部５ａは、イリジウムやルテニウム等の高融点金属により構成され、焦点Ａ１よりも絶縁碍子３側に配置されている。また、この中心電極５は、先端部５ａと反対側の端部がターミナル７と接触している。この中心電極５にターミナル７を介して電圧が印加されることで、接地電極６との間で放電現象が生じる。

図３は、本実施形態に係る点火プラグ装置１の備える接地電極６を示す図である。接地電極６は、図３に示すように中心に中心開口が形成された平板状の部材であり、中心軸線Ｌを中心として１２０度間隔で３箇所より径方向外側に向けて係合片が突出している。なお、接地電極６は、ニッケル系耐熱合金により全体が構成され、中心開口６ａの外側の部位にイリジウムやルテニウム等により構成された略環状高融点金属部材が埋め込まれている。接地電極６の係合片は、プラグカバー４のスリットに係合する。また、図２に示すように、接地電極６のプラグカバー４側の面と、中心電極５の先端部５ａの端面とは、同一面上に配置される。接地電極６は、中心電極５に対して負極側の電極となっている。接地電極６に流れた電流は、プラグカバー４及びハウジング２ａを介して、内燃機関のシリンダヘッドに放電される。また、接地電極６の中心開口６ａには、中心軸線Ｌ方向（軸芯方向）から見て間隙Ｓ１を空けて中心電極５の先端部５ａが配置されている。

ターミナル７は、中心電極５の先端部５ａと反対側の端部に接触すると共に、中心軸線Ｌ上において絶縁碍子３の内側に配設された端子である。このターミナル７は、不図示のイグニッションコイル等に接続され、イグニッションコイル等により生成された電流を中心電極５へと流している。

このような本実施形態に係る点火プラグ装置１の着火動作を説明する。
イグニッションコイル等によって発生した電流は、ターミナル７を介して中心電極５に流れる。これにより、中心電極５と接地電極６との間で放電現象が発生し、焦点Ａ１近傍で火炎核が形成される。このとき、点火室Ａにおいて、中心電極５と接地電極６との間隙Ｓ１を中心として放射状に衝撃波が発生する。この衝撃波は、プラグカバー４の内壁面４ｂと、絶縁碍子３の端面３ｂとにより反射され、焦点Ａ１方向へと集められる。これにより、点火室Ａにおいて、焦点Ａ１の周囲に衝撃波のエネルギが集中し、混合気が断熱圧縮され、温度が急激に上昇する。なお、この温度の上昇までの期間は、放電期間と比較して極めて短い。このため、点火室Ａ内の混合気は、温度が上昇することで、より点火しやすい状態となる。したがって、点火プラグ装置１は、与えられる点火エネルギが小さくとも、点火させることが可能となる。

本実施形態によれば、絶縁碍子３の端面３ｂが半球状とされているため、半球状のプラグカバー４の内壁面４ｂと端面３ｂとにより、点火室Ａが略球形状とされている。これにより、放電時に発生した衝撃波が反射された際に、絶縁碍子３の端面３ｂ側に向かった衝撃波が焦点Ａ１へと集中することになる。したがって、焦点Ａ１の周囲に衝撃波のエネルギが集中しやすくなり、小さい点火エネルギで安定的に点火させることが可能であるため、中心電極５及び接地電極６における負荷を軽減することができ、点火プラグ装置１を長寿命化することが可能である。

［第２実施形態］
続いて、上記第１実施形態の変形例を、第２実施形態として説明する。なお、同一の構成については同一の符号とし、説明を省略する。図４は、本実施形態に係る点火プラグ装置１のプラグカバー４を含む拡大断面図である。

図４に示すように、本実施形態に係る点火プラグ装置１は、絶縁碍子３の直径が焦点Ａ１を中心とするプラグカバー４の内壁面の直径よりも太く形状設定されている。これに伴って、絶縁碍子３の反射壁部３ａは、絶縁碍子３から径方向外側に張り出すことなく、一体とされている。

このような太径の絶縁碍子３を備える点火プラグ装置１は、例えばレーシングカーのように頻繁に点火を繰り返すエンジンに対して設けられる。絶縁碍子３の径が大きいことで表面積が広くなるため、点火プラグ装置１内において点火によって発生した熱を外に逃がしやすくなり、点火プラグ装置１が過熱することを防止できる。

このような本実施形態に係る点火プラグ装置１においても、絶縁碍子３の端面３ｂ側に向かった衝撃波が焦点Ａ１へと集中することになり、焦点Ａ１の周囲に衝撃波のエネルギが集中しやすくなり、小さい点火エネルギで安定的に点火させることが可能である。

［第３実施形態］
続いて、上記第１実施形態の変形例を、第３実施形態として説明する。なお、同一の構成については同一の符号とし、説明を省略する。図５は、本実施形態に係る点火プラグ装置１のプラグカバー４を含む拡大断面図である。

図５に示すように、本実施形態に係る点火プラグ装置１は、平板状の接地電極６を有さず、接地電極６Ａを備えている。接地電極６Ａは、略棒状とされ、プラグカバー４の内壁面４ｂに接合されている。また、絶縁碍子３は、反射壁部３ａを備えていない。そして、プラグカバー４は、反射壁部４ｄを備えている。プラグカバー４の反射壁部４ｄは、内壁面４ｂと連続する焦点Ａ１を中心とする球面状とされ、径方向内側かつ絶縁碍子３側に向けて張り出すように形成されている。また、反射壁部４ｄは、絶縁碍子３に対して全周に渡り接触した状態とされる。このような反射壁部４ｄにより、プラグカバー４の内壁面４ｂは、略球面状とされている。なお、反射壁部４ｄは、溶接等により第１実施形態におけるプラグカバー４の内側に対して接合されることで形成されている。

このような本実施形態に係る点火プラグ装置１においても、絶縁碍子３の端面３ｂ側に向かった衝撃波が焦点Ａ１へと集中することになり、焦点Ａ１の周囲に衝撃波のエネルギが集中しやすくなり、小さい点火エネルギで安定的に点火させることが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態においては、反射壁部は、絶縁碍子３またはプラグカバー４と一体として形成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、反射壁部は、絶縁碍子３及びプラグカバー４と別部材とし、組み立て時において、絶縁碍子３及びプラグカバー４と接触した状態で固定されるものとしてもよい。

（２）上記実施形態においては、反射壁部は、球面状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、反射壁部は、焦点Ａ１を中心とする３次元多面体形状としてもよい。この場合についても同様に焦点Ａ１の周囲へと衝撃波を集めることが可能である。

（３）接地電極がプラグカバー４に取り付けられる場合とプレート状の場合とのいずれを問わず、上記第１～３実施形態における反射壁部の構造を取ることが可能である。

１……点火プラグ装置
３……絶縁碍子
３ａ……反射壁部
４……プラグカバー
４ｄ……反射壁部
５……中心電極
６……接地電極
Ａ……点火室
Ａ１……焦点

Claims (2)

1. 棒状の中心電極と、前記中心電極を囲むと共に１つの焦点を有するドーム型のプラグカバーと、前記中心電極の外周を囲う絶縁碍子とを備える点火プラグ装置であって、
   前記焦点を中心とした三次元形状である球面の一部からなる内壁面を有する反射壁部を備え、
   前記反射壁部が前記絶縁碍子と一体として形成され、
   前記絶縁碍子が前記反射壁部の内壁面からなる端面を有し、
   前記絶縁碍子の前記端面は、前記焦点を中心とした球面形状の前記プラグカバーの内壁面と接続されている
   ことを特徴とする点火プラグ装置。
2. 前記絶縁碍子は、前記反射壁部の最大外径よりも太く形状設定されることを特徴とする請求項１記載の点火プラグ装置。
   
   

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