JP7260111B2 - 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、ディスク型接地電極を有する点火プラグ装置においては、プラグカバーと接地電極との間の上部空間（点火室）と、接地電極と絶縁碍子との間の下部空間とが形成されている。上述のように、点火プラグ装置において、中心電極と接地電極との間において生じた火花により形成される火炎核がプラグカバーに形成された点火開口より燃焼室（外部空間）へと放出されることで、燃焼室中の混合気へと点火する。このとき、上部空間においては瞬時に圧力が上昇するが、下部空間においては、気体の流れが小さいため、圧力上昇に時間がかかる。また、接地電極と中心電極との間の放電経路によっては、下部空間において火炎核が形成される場合がある。しかしながら、このような場合には、上部空間と下部空間との圧力差や、接地電極やその他の構造部材に阻まれることにより、下部空間から火炎核が放出されず、燃焼室において着火に至らない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、点火プラグ装置における着火確率を上昇させることを目的とする。

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プラグカバーと、前記中心電極の外周に設けられると共にディスク型の接地電極と、前記接地電極を挟んで前記プラグカバーと対向する位置に設けられると共に前記中心電極の周囲を囲う絶縁碍子とを備える点火プラグ装置であって、前記プラグカバーには、前記接地電極と前記プラグカバーとの間の上部空間と外部空間とを連通する第１点火開口と、前記接地電極よりも前記絶縁碍子側に設けられ、前記接地電極と前記絶縁碍子との間の下部空間と外部空間とを連通する第２点火開口とが形成される、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、前記第２点火開口は、周方向において前記第１点火開口と重なり合う位置に設けられる、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、前記接地電極は、前記中心電極を囲む中心孔が、前記プラグカバー側よりも前記絶縁碍子側において径が大きく形状設定される、という構成を採用する。

本発明に係る点火プラグ装置は、第２点火開口が下部空間の近傍に形成されていることにより、下部空間において成長した火炎核を第２点火開口より速やかに放出することが可能である。したがって、下部空間において火炎核が発生した場合でも、確実に着火させることが可能であり、点火プラグ装置の着火確率を上昇させることが可能である。

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模式断面図である。 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模式断面図である。

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（上部空間）が形成されている。この点火室Ａは、焦点Ａ１を中心としたプラグカバー４と接地電極６とに囲まれる空間であり、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、径方向においてハウジング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。また、絶縁碍子３は、中心軸線Ｌに沿う方向において、接地電極６を挟んでプラグカバー４と対向する位置に設けられている。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。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、第１点火開口４ａが形成されている。第１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。この第１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り、点火室Ａと点火プラグ装置１の外部空間とを連通している。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、これらの構成部材は、一体で点火室Ａおよび下部空間Ｂを形成する。

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を中心とした略半球状の点火室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。

また、プラグカバー4には、第１点火開口よりも中心軸線Ｌに沿う方向において絶縁碍子３側であって、接地電極６よりも絶縁碍子３側の領域を含む部位に第２点火開口４ｃが形成されている。第２点火開口４ｃは、図１及び図２に示すように、第１点火開口４ａと周方向において等しい位置において３か所（すなわち、１２０°間隔）に設けられる。これにより、第２点火開口４ｃは、下部空間Ｂと外部空間とを連通しており、下部空間Ｂで形成された火炎核が短距離で移動可能である。

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（ディスク型）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、中心孔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の中心孔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。

また、点火プラグ装置１において、点火室Ａにおいては第１点火開口４ａから外部の気体が流入することで圧力が上昇する。これに対して下部空間Ｂにおいては、接地電極６によって阻害されることで気体の流入が遅れ、点火室Ａよりも相対的に圧力が小さい状態となる場合がある。このため、下部空間Ｂにおいて火炎核が発生した場合、第１点火口４ａから火炎が外部に放出されるまでに、接地電極６等の構造物に火炎が接触することによる消炎の可能性がある。一方で、本実施形態によれば、第２点火開口４ｃが下部空間Ｂの近傍に形成されていることにより、下部空間Ｂにおいて成長した火炎核を速やかに第２点火開口４ｃより放出することが可能である。したがって、下部空間Ｂにおいて火炎核が発生した場合でも、接地電極６等の構造物に阻害されることなく放出し、確実に着火させることが可能であり、点火プラグ装置１の着火確率を上昇させることが可能である。

また、本実施形態によれば、第２点火開口４ｃが形成されていることにより、第２点火開口４ｃより下部空間Ｂへと気体を導入することも可能である。これにより、下部空間Ｂにおいて、点火室Ａと圧力を均一とすることができ、下部空間Ｂにおいて成長した火炎核が直接第２点火開口を通過して外部へと放出されることが容易となる。これによっても、点火プラグ装置１の着火確率を上昇させ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を含む模式断面図である。

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、接地電極６に形成された中心孔６ａが、下部空間Ｂ側の開口径が点火室Ａ側の開口径よりも大きく形状設定されている。これにより、中心孔６ａは、断面形状において点火室Ａに向けて拡径されたテーパ形状とされている。

このような形状とすることにより、接地電極６と中心電極５との間の放電経路は、点火室Ａ側において近く、下部空間Ｂ側において遠くなる。したがって、点火室Ａ側の位置において火花が発生しやすく、点火室Ａに火炎核が形成されやすくなると共に、下部空間Ｂに火炎核が形成されることを防止できる。これによっても、点火プラグ装置１の着火確率を上昇させることが可能である。

［第３実施形態］
続いて、上記第２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を含む模式断面図である。

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、中心孔６ａが、第２実施形態において、下部空間Ｂ側の開口径が点火室Ａ側の開口径よりも大きく形状設定されている。さらに、中心孔６ａは、点火室Ａ側の開口の近傍において径の変化がなく断面形状において、台形形状となっている。これにより、中心電極５と最接近する部位が、円周面となっている。このような本実施形態における形状は、接地電極６において中心電極５と最も距離が近い部位の表面積が第２実施形態の形状よりも大きくなる。これにより、中心電極５と接地電極６との間において火花が形成された際に、接地電極６において第２実施形態よりも広い面積でダメージを受けることが可能となるため、接地電極６の摩耗を抑制す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、接地電極６は平板状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、接地電極６は、曲面状としてもよい。また、点火プラグ装置１は、接地電極６の外周から絶縁碍子３に向けて形成されると共に、接地電極６を支持するアームを有するものとしてもよい。このような形状においても、第２点火開口４ｃを形成することにより、下部空間Ｂにおける火炎核を外部空間へと放出することが可能である。

（２）また、上記実施形態においては、第２点火開口４ｃは、第１点火開口４ａと周方向において等しい位置に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、第２点火開口４ｃは、第１点火開口４ａと周方向において重ならない位置に、等間隔で形成されるものとしてもよい。

（３）また、第２点火開口４ｃは、接地電極６よりもプラグカバー４側に形成されるものとしてもよい。この場合においても、第２点火開口４ｃは、下部空間Ｂから最も近い開口となり、下部空間Ｂにおける火炎核が放出可能である。

（４）また、接地電極６の中心孔６ａは、断面形状が階段状となるように、段階的に点火室Ａ側に向けて拡径されるものとしてもよい。

１……点火プラグ装置
３……絶縁碍子
４……プラグカバー
４ａ……第１点火開口
４ｃ……第２点火開口
５……中心電極
６……接地電極
６ａ……中心孔
Ａ……点火室
Ｂ……下部空間

Claims (2)

1. 棒状の中心電極と、前記中心電極を囲むプラグカバーと、前記中心電極の外周に設けられると共にディスク型の接地電極と、前記接地電極を挟んで前記プラグカバーと対向する位置に設けられると共に前記中心電極の周囲を囲う絶縁碍子とを備える点火プラグ装置であって、
   前記プラグカバーには、
   前記接地電極と前記プラグカバーとの間の上部空間と外部空間とを連通する第１点火開口と、
   前記接地電極よりも前記絶縁碍子側に設けられ、前記接地電極と前記絶縁碍子との間の下部空間と外部空間とを連通する第２点火開口と
   が形成され、
   第１点火開口と第２点火開口とが３つ以上の同数設けられ、各々の第２点火開口が各々の第１点火開口と周方向において等しい位置に設けられている
   ことを特徴とする点火プラグ装置。
2. 前記接地電極は、前記中心電極を囲む中心孔が、前記プラグカバー側よりも前記絶縁碍子側において径が大きく形状設定され、
   前記中心電極が前記中心孔に挿入されている
   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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