JP7291611B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグに関する。

従来、点火プラグとして、主燃焼室と連通する噴孔を有する副室を備え、噴孔を介して副室内に混合気を流入させて、副室内で生じた火炎を噴孔から主燃焼室内に噴出させるものがある。例えば、特許文献１には、噴孔として径の大きい大噴孔と径の小さい小噴孔とを備え、大噴孔間の開き角を小噴孔間の開き角よりも小さくした構成が開示されている。かかる構成では、大噴孔から噴出した火炎を燃焼室中央部から燃焼室底面に沿って外側方向に拡散させるとともに、小噴孔から噴出した火炎を主燃焼室の外周側に拡散させることにより、燃焼室内の混合気を完全燃焼させることを図っている。

特開２００１－２２７３４４公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、小噴孔から噴出された火炎は着火エネルギが小さいため、着火性を向上するには更なる燃焼速度の向上が求められる。一方、燃焼速度を向上するために噴孔から噴出される火炎の長さ、すなわちペネトレーションを大きくすると、火炎がピストンやシリンダライナなどの燃焼室壁面に衝突して冷損が増大して、かえって着火性が低下する恐れがある。そのため、主燃焼室における着火性を向上するには改善の余地がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、着火性の向上が図られ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、プラグ軸方向先端側に位置する副室（２）と、該副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、を備え、
上記副室形成部には、上記副室を主燃焼室（３）に連通させる複数の噴孔（３５）が形成されており、
該複数の噴孔のうち少なくとも２つの噴孔（３５１、３５２）は、それぞれの中心線（Ｌ１、Ｌ２）が主燃焼室内で互いに交差する、点火プラグ（１）にある。

上記点火プラグでは、副室形成部に設けられた少なくとも２つの噴孔は、それぞれの中心線が主燃焼室内で互いに交差している。そのため、当該噴孔から噴出された火炎は、主燃焼室内において互いに衝突することとなる。これにより、それぞれの噴孔から噴出した火炎が主燃焼室内で並進する場合に比べて、主燃焼室内での火炎の乱れが大きくなる。その結果、主燃焼室内で当該火炎によって着火される領域を拡大することができ、主燃焼室での燃焼速度を上昇させて、着火性を向上することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、着火性の向上が図られる点火プラグを提供することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、点火プラグの側面図。 図１における、II-II線位置の断面一部拡大図。 実施形態１における、点火プラグの底面図。 （ａ）比較例の点火プラグの底面図、（ｂ）比較例の評価試験の結果を示す図、（ｃ）試験例の評価試験の結果を示す図。 変形形態１における、点火プラグの底面図。 図５における、VI-VI線位置の断面一部拡大図。 実施形態２における、点火プラグの底面図。 図７における、VIII-VIII線位置の断面一部拡大図。 図７における、IX-IX線位置の断面一部拡大図。 実施形態３における、点火プラグの底面図。 図１０における、XI方向から見た点火プラグの側面一部拡大図。 図１０における、XII方向から見た点火プラグの側面一部拡大図。 実施形態４における、点火プラグの底面図。 変形形態２における、点火プラグの底面図。 変形形態３における、点火プラグの底面図。 変形形態４における、点火プラグの底面図。 図１６における、XVI-XVI線位置の断面一部拡大図。

（実施形態１）
点火プラグの実施形態について、図１～図４を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態の点火プラグ１は、プラグ軸方向先端側Ｙ１に位置する副室２と、副室２を形成する副室形成部３０と、副室２内に先端部１１が位置する中心電極１０とを備える。
副室形成部３０には、副室２を主燃焼室３に連通させる複数の噴孔３５が形成されている。
複数の噴孔３５のうち少なくとも２つの噴孔３５１、３５２は、それぞれの中心線Ｌ１、Ｌ２が主燃焼室３内で互いに交差する。

以下、本実施形態の点火プラグ１について、詳述する。
図１に示すように、本実施形態の点火プラグ１は、先端が内燃機関の主燃焼室３に露出するように内燃機関のシリンダヘッド１０１に取り付けられる。図２に示すように、点火プラグ１は、プラグ軸方向Ｙを長手方向とする筒状のハウジング４０を有する。ハウジング４０内にハウジング４０と同軸上に筒状の絶縁碍子５０が配置されている。ハウジング４０のプラグ軸方向先端側Ｙ１には副室２を形成する副室形成部３０が設けられている。副室形成部３０は、ハウジング４０とは別部品として形成されている。副室形成部３０のプラグ軸方向基端側Ｙ２には嵌合部３３が形成されており、当該嵌合部３３にハウジング４０のプラグ軸方向先端側Ｙ１に形成された被嵌合部４３が嵌合して、副室形成部３０がハウジング４０に取り付けられている。なお、本実施形態では、ハウジング４０と副室形成部３０とを別体としたが、これに替えて、両者を一部品として一体的に形成してもよい。また、副室形成部３０をシリンダヘッド１０１と一体で形成してもよい。

図２に示すように、絶縁碍子５０の内側には絶縁碍子５０と同軸上に中心電極１０が配置されている。中心電極１０のプラグ軸方向先端側Ｙ１の先端部１１は、副室２内に露出している。副室２内において、副室形成部３０の底部３１の副室２内側面には接地電極１５が設けられている。本実施形態では、接地電極１５はプラグ中心軸１０ａ上に立設されており、接地電極１５の先端部１６は中心電極１０の先端部１１と所定距離をおいて対向して、両者の間に放電ギャップＧが形成されている。

図２、図３に示すように、副室形成部３０の底部３１には、複数の噴孔３５が形成されている。本実施形態では、噴孔３５として、第１噴孔３５１と第２噴孔３５２とを含む。図２に示すように、第１噴孔３５１は中心線Ｌ１に沿って底部３１を貫通するように形成されている。ここで、第１噴孔３５１の中心線Ｌ１は、第１噴孔３５１における副室２内側の開口部の中心と主燃焼室３側の開口部の中心とを通る仮想線である。

図２、図３に示すように、第２噴孔３５２はプラグ中心軸１０ａと中心に第１噴孔３５１と対称の位置に設けられている。第２噴孔３５２は中心線Ｌ２に沿って底部３１を貫通するように形成されている。そして、中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とは互いに主燃焼室３内に位置する第１の交点Ｐ１で交差している。なお、本実施形態では、第１の交点Ｐ１において、中心線Ｌ１及び中心線Ｌ２はプラグ中心軸１０ａとも交差している。

（評価試験）
次に火炎噴出のシミュレーションに基づく評価試験を行った。
当該評価試験では、試験例として本実施形態の点火プラグ１を用い、比較例として図４（ａ）に示す点火プラグ９を用いた。比較例の点火プラグ９では、副室形成部３０の底部に噴孔９１、９３が形成されている。そして、噴孔９２、９１の互いの中心線Ｌ１’、Ｌ２’は互いに交差していない。試験条件は、燃料種プロパン(空燃比：ストイキ)、圧力２ＭＰａ、点火エネルギ５０ｍＪとした。

図４（ｂ）に示すように、比較例の点火プラグ９では、噴孔９１、９２から噴出された火炎は並進して互いに干渉しにくくなっている。そのため、主燃焼室３における火炎の乱れが小さく、主燃焼室３内での火炎の成長は小さくなっている。一方、図４（ｃ）に示す試験例の点火プラグ１では、第１噴孔３５１から噴出した火炎と第２噴孔３５２から噴出された火炎とが主燃焼室３内で互いに衝突して火炎の乱れが大きくなっており、主燃焼室３内で火炎が大きく成長し拡大している。

次に、本実施形態の点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の点火プラグ１では、副室形成部３０に設けられた少なくとも２つの噴孔３５１、３５２は、それぞれの中心線Ｌ１、Ｌ２が主燃焼室３内で互いに交差している。そのため、当該噴孔３５１、３５２から噴出された火炎は、主燃焼室３内において互いに衝突することとなる。これにより、それぞれの噴孔３５１、３５２から噴出した火炎が主燃焼室３内で並進する場合に比べて、主燃焼室３内での火炎の乱れが大きくなり、その結果、主燃焼室３内で当該火炎によって着火される領域を拡大することができ、主燃焼室３での燃焼速度を上昇させて、着火性を向上することができる。なお、中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とは実質的に交差していればよく、厳密には交差していない場合であっても噴孔３５１、３５２から噴出された火炎が主燃焼室３内において互いに衝突して火炎の乱れが大きくなる場合も本実施形態に含むものとする。

なお、本実施形態では、複数の噴孔３５として、第１噴孔３５１と第２噴孔３５２を備えていたが、これに限らず３個以上の噴孔３５を備えていてもよい。例えば、図５、図６に示す変形形態１では、第１噴孔３５１及び第２噴孔３５２に加えて、第３噴孔３５３及び第４噴孔３５４を備える。第３噴孔３５３及び第４噴孔３５４は、それぞれの中心線Ｌ３、Ｌ４が第１の交点Ｐ１で交差するように構成されている。そして、図６に示すように第１噴孔３５１～第４噴孔３５４は、プラグ軸方向Ｙからみて仮想円Ｃ１上に位置している。そして、第３噴孔３５３及び第４噴孔３５４の中心線Ｌ３、Ｌ４は、プラグ軸方向Ｙからみて中心線Ｌ１、Ｌ２と垂直となっている。当該変形形態１においても、本実施形態１と同等の作用効果を奏する。

なお、本実施形態の点火プラグ１は、副室２内に燃料を投入する構成を備えていてもよい。また、本実施形態の点火プラグ１は放電ギャップＧに気中放電を発生させる構成としたが、これに替えて、放電ギャップＧに沿面放電を生じる構成としてもよい。いずれの場合も本実施形態と同等の作用効果を奏することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、着火性の向上が図られる点火プラグを提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態２の点火プラグ１では、図７、図８及び図９に示すように、上記変形形態１と同様に、第１噴孔３５１～第４噴孔３５４を備える。そして、本実施形態では、図８に示すように、第３噴孔３５３の中心線Ｌ３と第４噴孔３５４の中心線Ｌ４とは主燃焼室３内に位置する第２の交点Ｐ２で交差している。そして、図８、図９に示すように、第２の交点Ｐ２は、プラグ中心軸１０ａ上において、第１の交点Ｐ１よりも点火プラグ１から離れた位置にある。その他の構成は、実施形態１、変形形態１と同等であって、本実施形態２においても実施形態１、変形形態１と同一の符合を付してその説明を省略する。

従って、本実施形態２では、複数の噴孔３５は、それぞれの中心線Ｌ１、Ｌ２が第１の交点Ｐ１で互いに交差する複数の噴孔３５１、３５２からなる第１の噴孔群３５Ａと、それぞれの中心線Ｌ３、Ｌ４が第２の交点Ｐ２で互いに交差する複数の噴孔３５３、３５４からなる第２の噴孔群３５Ｂとを含み、第１の交点Ｐ１と第２の交点Ｐ２とは、互いに異なる位置に位置するように構成されている。これにより、第１の噴孔群３５Ａの噴孔３５１、３５２と第２の噴孔群３５Ｂの噴孔３５３、３５４とによって、火炎の乱れが促進されてより広い範囲で着火させることができるため、燃焼速度を一層早めて着火性をさらに向上することができる。なお、本実施形態２においても、実施形態１と同等の作用効果を奏する。

また、本実施形態２では、第１の交点Ｐ１と第２の交点Ｐ２とは、プラグ軸方向Ｙにおいて異なる位置に位置している。これにより、主燃焼室３において火炎の乱れが促進されてより広い範囲で着火させることができるため、燃焼速度を一層早めて着火性をさらに向上することができる。

（実施形態３）
本実施形態３では、図１０、図１１及び図１２に示すように、第１噴孔３５１と第２噴孔３５２とが設けられている。図１０及び図１２に示すように、プラグ軸方向Ｙから見て、第１噴孔３５１の中心線Ｌ１と第２噴孔３５２の中心線Ｌ２とは副室２内側から主燃焼室３側に向かうにつれて、プラグ中心軸１０ａから離れるように傾斜している。そして、図１０に示すように、プラグ軸方向Ｙから見て、第１噴孔３５１の中心線Ｌ１と第２噴孔３５２の中心線Ｌ２とが交差する第１の交点Ｐ１は、副室形成部３０と重ならない位置にある。その他の構成は実施形態１と同等であって、本実施形態３においても実施形態１と同一の符合を付してその説明を省略する。そして、本実施形態３の点火プラグ１によっても、実施形態１と同等の作用効果を奏する。

（実施形態４）
本実施形態３では、第１噴孔３５１と第２噴孔３５２とを備えることとしたが、本実施形態４では、図１３に示すように、第１噴孔３５１及び第２噴孔３５２に加えて、第３噴孔３５３及び第４噴孔３５４を備える。そして、第３噴孔３５３及び第４噴孔３５４は第１噴孔３５１及び第２噴孔３５２と同様に形成されており、第３噴孔３５３の中心線Ｌ３と第４噴孔３５４の中心線Ｌ４とが交差する第２の交点Ｐ２は、第１の交点Ｐ１とは異なる位置に設けられている。

従って、本実施形態４では、複数の噴孔３５は、それぞれの中心線Ｌ１、Ｌ２が第１の交点Ｐ１で互いに交差する複数の噴孔３５１、３５２からなる第１の噴孔群３５Ａと、それぞれの中心線Ｌ３、Ｌ４が第２の交点Ｐ２で互いに交差する複数の噴孔３５３、３５４からなる第２の噴孔群３５Ｂとを含み、第１の交点Ｐ１と第２の交点Ｐ２とは、互いに異なる位置に位置するように構成されている。これにより、第１の噴孔群３５Ａの噴孔３５１、３５２と第２の噴孔群３５Ｂの噴孔３５３、３５４とによって、火炎の乱れが促進されてより広い範囲で着火させることができるため、燃焼速度を一層早めて着火性をさらに向上することができる。なお、本実施形態３においても、実施形態１と同等の作用効果を奏する。

なお、第１の交点Ｐ１及び第２の交点Ｐ２の位置は限定されないが、本実施形態４では、第１の交点Ｐ１と第２の交点Ｐ２とは、プラグ中心軸１０ａを中心に互いに対称の位置にある。

本実施形態４では、第１の噴孔群３５Ａと第２の噴孔群３５Ｂとを備えることとしたが、図１４に示す変形形態２のように、第５噴孔３５５及び第６噴孔３５６からなる第３の噴孔群３５Ｃを備えることとしてもよい。第５噴孔３５５及び第６噴孔３５６は、第１噴孔３５１及び第２噴孔３５２と同様に形成されており、第５噴孔３５５の中心線Ｌ５と第６噴孔３５６の中心線Ｌ６とが交差する第３の交点Ｐ３は、第１の交点Ｐ１及び第２の交点Ｐ２とは異なる位置に設けられている。これにより、当該変形形態２によれば、実施形態４の場合よりも一層広い範囲で火炎の乱れを促進させることができるため、燃焼速度を一層早めて着火性をさらに向上することができる。なお、本変形形態２においても、実施形態１と同等の作用効果を奏する。

図１４に示すように、プラグ軸方向Ｙからみて、第１の交点Ｐ１とプラグ中心軸１０ａとを結んでなる第１の仮想線分Ｍ１と、第２の交点Ｐ２とプラグ中心軸１０ａとを結んでなる第２の仮想線分Ｍ２とがなす角θ１は、４５°～１８０°の範囲内であって、好ましくは９０°～１２０°の範囲内であり、本実施形態４では１２０°としている。これにより、第１の交点Ｐ１と第２の交点Ｐ２とがプラグ中心軸１０ａ中心とする周方向において適度に離間することとなるため、一層広い範囲で火炎の乱れを促進させることができるため、燃焼速度を一層早めて着火性をさらに向上することができる。

なお、第３の交点Ｐ３とプラグ中心軸１０ａとを結んでなる第３の仮想線分Ｍ３と第２の交点Ｐ２とがなす角θ２、第３の仮想線分Ｍ３と第１の仮想線分Ｍ１とがなす角θ３もθ１と同様とすることができ、本変形形態３ではθ２及びθ３を１２０°としている。これにより、プラグ中心軸１０ａ中心とする周方向において、火炎がバランスよく噴出されるとともに火炎の乱れが促進されるため、より一層着火性を向上することができる。

さらに、図１５に示す変形形態３では、図１４に示す変形形態２の構成に、図５に示す変形形態１の噴孔３５１～３５４と同等の噴孔３６１～３６４を組み合わせた構成を有する。当該変形形態３においても、変形形態１、３と同等の作用効果を奏する。

さらに、図１６、図１７に示す変形形態５では、副室形成部３０にプラグ軸方向先端側Ｙ１にプラグ軸方向基端側Ｙ２に向けて凹んでなる凹部３７が形成されている。凹部３７はプラグ中心軸１０ａを軸心とする円錐形状となっている。凹部３７において、最もプラグ軸方向基端側Ｙ２に位置する最基端位置３７ａは、プラグ中心軸１０ａ上に位置している。凹部３７には、上述の変形形態１と同様に第１噴孔３５１～第４噴孔３５４が形成されている。その他の構成は、実施形態１と同等であって、実施形態１と同一の符号を付してその説明を省略する。そして、変形形態５においても、実施形態１と同等の作用効果を奏する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１…点火プラグ、２…副室、３…主燃焼室、１０…中心電極、１０ａ…プラグ中心軸、１１…先端部、３０…副室形成部、３５、３５１～３５４、３６１～３６４…噴孔、３５Ａ～３５Ｃ…噴孔群、Ｇ…放電ギャップ、Ｌ１～Ｌ６…中心線、Ｍ１～Ｍ３…仮想線分

Claims (4)

1. プラグ軸方向先端側に位置する副室（２）と、該副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、を備え、
   上記副室形成部には、上記副室を主燃焼室（３）に連通させる複数の噴孔（３５）が形成されており、
   該複数の噴孔のうち少なくとも２つの噴孔（３５１、３５２）は、それぞれの中心線（Ｌ１、Ｌ２）が主燃焼室内で互いに交差する、点火プラグ（１）。
2. 上記複数の噴孔は、それぞれの中心線（Ｌ１、Ｌ２）が第１の交点（Ｐ１）で互いに交差する複数の噴孔（３５１、３５２）からなる第１の噴孔群（３５Ａ）と、それぞれの中心線（Ｌ３、Ｌ４）が第２の交点で互いに交差する複数の噴孔（３５３、３５４）からなる第２の噴孔群（３５Ｂ）とを含み、
   上記第１の交点と上記第２の交点とは、互いに異なる位置に位置している、請求項１に記載の点火プラグ。
3. 上記第１の交点と上記第２の交点とは、プラグ軸方向において異なる位置に位置している、請求項２に記載の点火プラグ。
4. プラグ軸方向からみて、上記第１の交点とプラグ中心軸とを結んでなる第１の仮想線分（Ｍ１）と、上記第２の交点とプラグ中心軸とを結んでなる第２の仮想線分（Ｍ２）とがなす角は、４５°～１８０°の範囲内である、請求項２又は３に記載の点火プラグ。

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