JPS593884A

JPS593884A - 水素ガスエンジン用点火プラグ

Info

Publication number: JPS593884A
Application number: JP57112309A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　賢弐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-29
Filing date: 1982-06-29
Publication date: 1984-01-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は水素ガスを燃料とする内燃機関用の点火プラグ
に関するものである。

水素ガスを燃料とする内燃機関は石油系燃料エンジンに
比較して燃費の経済性と無公害という利点を有するため
、既に各種の分野において試作研究がなされている。し
かし乍も今日まで試作された殆どの水素ガスエンジンは
、出力、エンジン形状及び重量及び経済性などの面にお
いて従来の石油系燃料を用いるエンジンに比較して実用
性が大幅に劣り、開発に行詰りを生じているのが現状で
ある。

従来において試みられた水素エンジンが未だ実用の段階
に到達し得ない根本的な原因は、その全ての試みが水素
ガスの燃焼爆発エネルギーを石油系燃料の燃焼爆発エネ
ルギーと同様そのままの形で機械的運動エネルギーに転
換させようと試みているからに外ならない。

水素ガスを機械的運動エネルギーを得るための燃料とし
て考察した場合、水素ガスはその燃焼速度が石油系燃料
のそれと比較して著しく急速であり、その結果書られる
燃焼爆発エネルギーの機械的運動エネルギーへの転換率
が著しく低いため、機械的運動エネルギーに転換されな
い残余熱エネルギーが蓄積増大すること−なり燃焼室形
成部分及びその周辺機器の異常温度上昇を来し、水素ガ
スの燃焼室内への円滑な供給と要求着火時期とが不確実
となって適切なエンジン駆動が行えないとと（なる。、水素ガスを内燃機関、の燃料とする場合における具体的
問題点は、燃料供給量の少ないアイドリング運転におい
ては空気を絞らない希薄混合気でも運転ができるが、高
負荷時に燃料を増して水素濃度が高まると、過早着火し
バツクファイアとノッキングが発生しやすくなり、かつ
圧力上昇が急激となるという点である。

この問題を解決するために、従来では燃焼ガス温度およ
び過熱面の温度降下を目的としで、水素ガスに水を吸入
混合させた状態で燃焼室へ供給するという手段が既に提
唱されている。しかし乍ら従来におけるこの種の試みは
、いずれも水素と水と空気とを予め混合した状態で燃焼
室内に送るというものであるため、バツクファイアやノ
ッキングの防止は成る程度はたし得ても、燃焼熱量の減
少、異常燃焼の抑制のために最大出力をガソリンエンジ
ンの場合の≦０４程度に制限せざるを得す、それ以上の
出力性能を充分に発揮できないというのが現状である。

本発明者はこのような水素ガスエンジンの問題点に鑑み
、燃焼室内に水素ガスと霧氷とを予混合の状態ではなく
夫々別個の噴射ノズルによって直接噴射供給させ、水素
ガスの燃焼による熱エネルギーを直接機械的運動エネル
ギーに転換させると共に、この熱エネルギーによって燃
焼室内の霧氷を瞬間的に蒸気エネルギーに変化させ、水
素ガスの爆発熱エネルギーと蒸気エネルギーとの併合に
より効率的な機械的運動エネルギーが得られるような水
素ガスエンジンを先に提唱したく特願昭３６−　／１０
ＩＩ０９号）。

この水素ガスエンジンにおいては、霧氷の別途供給によ
って水素ガスの燃焼爆発エネルギーを効率的な機械的運
動エネルギーに転換し得るという利点を有する外に、水
素ガスの急速燃焼による高温高圧状態の燃焼室内に霧氷
が直接供給されることによって、燃焼室形成部分及び同
室周辺機器部の温度上昇を抑制し、水素ガスの燃焼室内
への円滑な供給より高負荷時の過早着火或はバツクファ
イアやノッキングなどを確実に防止し得るという利点を
有する。

本発明に係る水素ガスエンジン用の点火プラグは、上記
の水素ガスエンジンに使用することを目的として考えら
れたものであり、点火プラグとしての機能の外に水素ガ
ス噴射ノズル及び霧氷噴射ノズルとしての機能が一体に
兼備されるようにしたことを特徴としている。

本−発明者によって先に提唱された前記の水素ガスエン
ジンにおいては、シリンダーヘッドに点火プラグとは別
に水素ガス噴射ノズルと霧氷噴射ノズルとを別個に設け
るため、既在のガソリンエンジンを用いて前記水素ガス
エンジンに改良する場合においては、夫々の燃焼室のシ
リンダーヘッドに水素ガス噴射用と霧氷噴射用の両ノズ
ルを取伺けるための２個の孔を開設するという改修加工
作業が必要となる。当然のことながらこれらのノズル取
付孔はｑ気筒エンジンでｇ個、６気筒では７．２個開設
することになるため、取付孔の開設作業はエンジンを車
体から取外した状態で特定の穿孔加工設備によって行わ
なければならず１．改修加工作業全体に多くの時間と労
力と費用とを必要とすることになる。

本発明に係る点火プラグは上記の問題点を解消し、点火
プラグ自体に水素ガス噴射ノズルと４水噴射ノズルを併
設する構造とし、既存のガソリンエンジンのシリンダー
ヘッドにノズル取付孔を設けずに点火プラグの取付孔を
利用することによって、点火プラグ本来の機能はもとよ
り水素ガス及び排水の噴射供給機能が支障なく行えるよ
うにしたものである。

次に本発明に係る点火プラグを図面に示す実施例によっ
て詳記すれば、第１図は分解状態における断面図、第２
図は一体に接続された状態の断面図を示している。第７
図に示す如くこの発明における点火プラグはシリンダヘ
ッド（ハに取付けられる下部栓（２）とこの下部栓（，
２）上に接続される下部栓（３）とから構成される。

下部栓（３）はセラミック等からなる絶縁体（４’）に
よって中心電極（３）の上端部が固定保持されるが、該
電極固定部分の下方には電極（りと絶縁体（ｌｌｌとの
間に水素ガス供給路（６）が形成されるようになってい
る。また絶縁体（＜’）の外周には、外部の燃料供給管
（ざ）と前記水素ガス供給路（６）とを接続するための
接続端（７）が設けられており、水素ガス供給路（６）
の上端を該接続端（７）内に貫通させて、前記燃料供給
管（、ｒ）より送られる水素ガス（９）が接続端（７）
内の流路（ｇｌ）を経て前記水素ガス供給路（≦）内に
供給されるようになっている。

前記の中心電極（Ｓ）は、水素ガス供給路（６）内に位
置する部分から下方部が中空管によって形成され、この
管の内周面にセラミック等の耐熱性絶縁材層（Ｉ／、／
）が設けられることによって管内に霧氷用の給水路（／
のが形成されている。この給水路（／のの上端には電極
（３））の側壁を貫通して前記接続端（７）内に突出す
るような給水用接続端（／／）が設けられており、外部
の給水管（１２）と該接続端（／／）とが接続されて給
水管（１２）から送られる水が接続端（ｌｌ）内の流路
（／１０）を紗で電極自給水路（ｌの内に供給されるよ
うになっている。また該ｘｉ内内水水路ｌのの下端には
霧氷噴射ノズル（１３）が設けられており、給水路（／
の内の水が該ノズル（／３）により霧氷状態とされて燃
焼室（／４１）内に噴射されるようになっている。

更に前記水素ガス供給路（Ｊ＋には逆火防止弁（ｌｓ）
が設けられでいる。この逆火防止弁（ｔＳ　）は第３図
及び第４図に示すように供給路（６）内に設けられた複
数個の気孔（１７）を有する弁座（１６）の下面に配置
された該弁座（１６）の内径よりも小径の環状弁板ａ８
）が、供給路（６）内に互にスリン）　（２０）を隔て
へ突設された多数の支持突片（１９）によって支えられ
るようになっており、水素ガス（９）は気孔（１７）よ
り弁板（１８）の側方を通って支持突片（１９）の間か
ら下方に供給される。

下部栓（３）における絶縁体（４）の下端は、下部栓（
２）の絶縁体（２６）上端に密着嵌合されるような接合
口（２１）が設けられており、この接合口（２１）の外
側には連結体としての雌ねじ付きナツ）　（２２）が該
接合口（２１）の上方外周に設けられたフランジ（２３
）により支持されている。

一方下部栓（２）はシリンダーヘッド（１）の取付孔幅
）に螺合される金属製外殻（２５）とこの外殻（２５）
内の上端に一体に設けられた絶縁体（２６）とからなっ
ている。この絶縁体（２６）は下部栓（３）の絶縁体（
４）と同じ素材からなり、上端には下部栓絶縁体（４）
の接合口（２１）と密着接続する接合口（２７）を有し
、該接合口（２７）の下方部外周には下部栓（３）のナ
ツ）　（２２）が螺合される雄ねじ（２８）を有してい
る。

絶縁体（２６）及び外殻（２５）の内側には、前記下部
栓（３）を該下部栓（２）に接続するに際して中心電極
（５）を挿入することができ、しかも下部栓（３）の水
素ガス供給路（６）と連通する水素ガス供給路（６２）
が設けられている。該水素ガス供給路（６２）内の下端
部即ち外殻（２５）の下端面より路上方のガス供給路（
６２）内には、挿入された中心電極（５）の下端部をガ
ス供給路（６２）の正確な中心線上に固定保持するため
の複数個の突片（２９）が設けられている。該突片（２
９）により保持された状態の中心′電極（５）の下端（
３０）は、第５図に示す如（外殻（２５）の下端面（３
１）より下方に突出されるが、第１図及び第２図に示す
ようにこの外殻（２５）の下端面（３１）の一部には相
対向する位置に一対の側方電極（３２）が突設されてい
て、この側方電極（３２）と前記中心電極下端（３０）
との間に放電間隙（３３）が形成される。また第５図に
示すように、側方゛成極（３２）を有さない外殻下端面
（３１）の内側における中心電極下端（３ｏ）の周囲に
は、上方の水素ガス供給路（６２）より通ずる水素ガス
噴射ノズル（３４）が形成されるようになっている。

上記の構造からなる点火プラグは、シリンダーヘッド（
１）の取付けに際して上部枠（３）と下部栓（２）とを
第１図の如く分離した状態とし、まず下部栓（３）のみ
をシリンダーヘッド（１）の取付孔（２４）に螺合装着
する。上部枠（３）は、第２図に示す接続端（力に対す
る燃料供給管（８）の接続及び接続端（１１）に対する
給水管（１２）の接続を行う前の状態において、接合口
（２１）を下部栓（２）の接合口（２７）に嵌合し、ナ
ツト（２２）を締付けることにより下部栓（２）に対し
一体に接続させる。このように両栓（２）　（３）が一
体に接続された状態において第２図の如く上部枠（３）
の接続端（力に燃料供給管（８）、同じ（接続端（１１
）に給水管０２）を夫々接続させる。

燃焼室（１４）内に対する水素ガス噴射ノズル（３４）
からの水素ガス（９）の噴射及び霧氷噴射ノズル（１３
）からの霧氷（３５）の噴射は、いずれもピストン圧縮
工程において行われるが、ピストンの上死点到達直前に
噴射が止められ、同時に中心電極（５）と側方電極（３
２）との間に発生する火花放電により圧縮された一水素
ガスが点火爆発する。この水素ガスの燃焼爆発による熱
エネルギーは！機械的運動エネルギーに直接転換される
と共に、その一部が燃焼室内の霧氷（３５）を瞬間的に
蒸気エネルギーに変化させ、水素ガスの爆発燃エネルギ
ーと蒸気エネルギーとが併合して総体的な機械的運動エ
ネルギーに転換される。

この発明に係る点火プラグを用いた水素ガスエンジンに
おいては、水素ガス自体の燃焼速度は早いが、この燃焼
によってもたらされる霧氷の蒸気化速度が石油系燃料の
燃焼速度に比較して遅いため、水素ガスの爆発燃焼と霧
氷の蒸気化とが同一燃焼室内で一連のつながりを持つ状
態で行われ、その結果機械的運動エネルギーへの転換を
石油系燃料の燃焼による機械的運動エネルギーへの転換
に近い状態とすることができる。その結果この発明に係
る点火プラグを用いた水素ガ、スエンジンにおいては、
水素ガスのみを燃焼させた場合に機械的運動エネルギー
として有効に転換できずば徒らに排出されていた水素ガ
スの熱エネルギーを逃がすことなく効率良く利用するこ
とができ、その分機械的運動エネルギーを増大させるこ
とが可能となる。

またこの点火プラグを用いたエンジンにおいては、水素
ガスと共に燃焼室内に供給される水を、水素ガスとは予
め混合されていない霧氷の状態で直接供給するので、該
排水の供給により水素ガスの急速燃焼による高温高圧状
態の燃焼室内において効果的蒸気エネルギーの発生を得
ることができ、この蒸気エネルギーの発生が水素ガスの
燃焼に基く機械的運動エネルギーへの転換率を向上する
ことに役立つ。しかもこの霧氷の供給により水素ガスの
燃焼に伴う残余熱エネルギーが減少するため、燃焼室形
成部分並びに燃焼室周辺機器部の温度上昇を抑制するこ
とができ、従って水素ガスの燃焼室内への円滑な供給と
、要求される着火時期とが得られるという利点を備えて
いる。

またこの発明の点火プラグは、水素ガス供給路（６）内
に逆火防止弁（１５）を有しているため、燃焼室（１４
）内の爆発により栓内の水素ガス供給路（６２）を通し
ての逆火が該防止弁（１５）により阻止され、燃料供給
路（８）へ支障を与えることはない。

更に実施例に示した如（上部枠（３）と下部栓（２）と
を分離して構成することにより、栓のシリンダーヘッド
への装着と栓に対する燃料系及び給水系の接続とを支障
なく行うことができる。

以上に述べた如（本発明に係る点火プラグにおいて（ζ
水素ガスエンジン用の点火プラグに燃料としての水素ガ
ス噴射ノズルと霧氷噴射ノズルとを併設し得るようにし
たので、既存のガソリンエンジンを水素ガスエンジンに
改修する場合において、シリンダーヘッドに夫々のノズ
ルを別個に取付けるための加工を必要とせず、点火プラ
グを取付けるだけの作業で改修を終了することかでき、
改修を経済的、能率的に行えるという利点を南−するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る点火プラグの分解状態における断
面図、第２図は一体に接続された状態の断面図、第３図
は第１図の上部栓における逆火防止弁部の詳細を示す拡
大断面図、第４図は第３図のｙ−■線における断面図、
第５図は第２図のＶ−■線における断面図、第６図は第
２図のＶＩ　−ＶＩ線における下面図である。図におい
て、（１）ニジリンダ−ヘッド、（２）：下部栓、（３
）：上部栓、（４）（２６Ｘ４１）　：絶縁体、（５）
：中心電極、（６）（６２）　：水素ガス供給路、（７
）（１１）：接続端、（８）：燃料供給管、（９）：水
素ガス、（１０）：給水路、（１２）　：給水管、（１
３）霧氷噴射ノズル、（１４）　：燃焼室、（１５）　
：逆火防止弁、（１６）　：弁座、（１７）　：気孔、
（１８）　：　Ｒ駄弁板、（１９）　：支持突片、（２
０）　ニスリット、（２１）（２７）　：接合口、（２
２）　：ナット、（２４）　：取付孔、（２５）　：外
殻、（２９）　：突片、（３０）　：中心電極下端、（
３１）　：外殻下端面、（３２）　：側方電極、（３３
）　：放電間隙、（３４）　：水素ガス噴射ノズル、（
３５）　：霧水、手続補正書昭和５７年゛８月／７日特許庁長官　若　杉　和　夫殿１、事件の表示昭和５７年特　許　願第１１２３０９号２、発明の名称水素ガスエンジン用点火プラグ３、補正をする者事件との関係　　　特許　　出願人民　名（名称）　　　渡　　辺　　賢　　弐馬　　場　
　勝　　二４、代理人拒絶理由通知５、補正命令の０４寸（自発）昭和　　年　　月　　日
（発送日　昭和　　年　　月　　日）６、補正の対象　　明細書及び図面（第１図、第２図、
第４図）明細書の一部を下記の如く補正します。記１、明細書第８貞第９行目に［・・・・・・　して前記
接続端（力内に」とあるな「・・・・・・して前記接続
端（７）内を経たのち開端外に」と補正します。以　　　上第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　燃焼室内に水素ガスと霧氷とを夫々直接噴出
させる水素ガスエンジン用の点火プラグであり、中心電
極を内部に給水路を有する中空管として該給水路下端に
霧氷噴射ノズルを設け、中心電極の外側には中間に逆火
防止弁を有した水素ガス供給路を設けて該供給路下方の
外殻下端面における中心電極の周囲を水素ガス噴射ノズ
ルとし、絶縁体上部外周に前記給水路及び水素ガス供給
路の接続端を夫々突設させてなる水素ガスエンジン用点
火プラグ。
（２）外殻により固定された絶縁体を有する下部栓と、
該下部栓の上端に連結体を介して着脱可能に接続される
下部栓とからなり、下部栓は内部に給水路と下端に霧氷
噴射ノズルとを有した中空管よりなる中心電極の上端部
を絶縁体により固定すると共に、該電極固定部の下方に
は電極と絶縁体との間に外部の供給源に通ずる逆火防止
弁封の水素ガス供給路を有ノし、下部栓は内部に下部栓の中心電極を挿入した状態で
該電極と絶縁体及び外殻との間に下部栓の水素ガス供給
路と連通する同様の供給路が形成され、該供給路下方の
外殻下端面における中心電極の周囲を水素ガス噴射ノズ
ルとした水素ガスエンジン用点火プラグ。