(57)【要約】【課題】中心電極を介して高周波電界により点火コイルに逆起電力が生じないように構成することにより、点火プラグに接続される点火コイルを介して、電子機器に電源電圧以上の電圧がかかる悪影響を回避する。【解決手段】本発明に係る火花点火式内燃機関１００の点火プラグ１は、導電材料からなるハウジング１３と、ハウジング１３内に絶縁されて取り付けられる中心電極１４と、中心電極１４から離れてハウジング１３の下端に設けられる接地電極１５とを備え、中心電極１４と接地電極１５との間に発生する火花放電と燃焼室６内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関１００の点火プラグ１であって、中心電極１４は、火花点火式内燃機関１００に取り付けられた際に、火花放電可能な接地電位に保たれるハウジング１３により電磁的に遮断される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料からなるハウジングと、ハウジング内に絶縁されて取り付けられる中心電極と、中心電極から離れてハウジングの下端に設けられる接地電極とを備え、中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火プラグであって、
中心電極は、火花点火式内燃機関に取り付けられた際に、火花放電可能な接地電位に保たれるハウジングにより電磁的に遮断される火花点火式内燃機関の点火プラグ。
【請求項２】
接地電極が、ハウジング下端にハウジングと一体に形成される請求項１記載の火花点火式内燃機関の点火プラグ。
【請求項３】
接地電極が、ハウジング下端から中心電極下端に対向する位置まで延びている請求項１記載の火花点火式内燃機関の点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両、特には自動車に搭載する火花点火式内燃機関の点火プラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両、特には自動車に搭載される内燃機関のうち、ガソリンを燃料とする火花点火式内燃機関つまりエンジンでは、燃焼室内の混合気に、点火プラグの火花放電により着火して、混合気を燃焼させている。このため、点火プラグを含む点火装置には、確実に混合気を燃焼させる火花放電を生成することが要求される。このため、点火プラグの火花放電を補うために、例えば特許文献１に記載のもののように、点火プラグの放電領域にプラズマ雰囲気を生成しておき、プラズマ雰囲気中にアーク放電を行うことにより、従来に比べて高い電圧を印加することなく燃焼室内の混合気に確実に着火し、安定した火炎を得ることができるように構成したものが知られている。
【０００３】
ところで、点火プラグは、鉄などの金属からなるハウジングと、ハウジング内に絶縁されて取り付けられる中心電極と、中心電極から離れてハウジングの下端に設けられる接地電極とを備える構成が一般的である。このような点火プラグは、着火性を高めるため、中心電極がハウジング下端より突出して、燃焼室に取り付けられた際に、燃焼室内に飛び出す構造をとっている。このような電極構造は、特許文献１においても同様であり、中心電極に相当する主電極が、ハウジング下端より突出している。
【特許文献１】特開２００７‐０３２３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃焼を良好にするために、点火プラグの火花放電を、大きくする試みがなされている。この場合、燃焼室内に設けるアンテナから高周波の電磁波、具体的にはマグネトロンが出力するマイクロ波を放射することにより形成する高周波電界中に火花放電を形成することにより、点火プラグの中心電極周辺にプラズマを形成して、プラズマに含まれるラジカルを増加することで着火及び燃焼の伝播を良好にしている。
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の下端から飛び出した主電極を有する点火プラグを上述の構成にて用いると、その主電極の突出部分がアンテナとなり得る。そして、アンテナとなった場合は、点火プラグに接続されている点火コイルの二次巻線にマイクロ波による電流が流れ、高電圧が生じる。その結果、点火コイルの一次巻線側には、巻き線比に応じて電圧が発生し、エンジンを制御する電子制御装置の電源システム（例えば、その電圧が１２ｖ）に対して十分高い電圧になることがあり、電子制御装置を構成するＩＣや他の電子部品に悪影響を与える恐れがある。
【０００６】
そこで、このようなマイクロ波により点火コイルに発生する異常電圧が電子制御装置に印加するのを防ぐためにアイソレータを用いる方法が考えられるが、アイソレータ導入に伴うシステムコストの増加は避けられない。
【０００７】
そこで本発明は上記のような課題に着目したものであり、アイソレータを用いることなく、中心電極をアンテナとして機能しにくい構造を採用することにより、点火プラグに接続される点火コイルを介して、電子機器に電源電圧以上の電圧がかかる悪影響を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような課題を解決するためになされた本発明に係る火花点火式内燃機関の点火プラグは、導電材料からなるハウジングと、ハウジング内に絶縁されて取り付けられる中心電極と、中心電極から離れてハウジングの下端に設けられる接地電極とを備え、中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関の点火プラグであって、中心電極が、火花点火式内燃機関に取り付けられた際に、火花放電可能な接地電位に保たれるハウジングにより電磁的に遮断されることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、中心電極が電磁的に遮断されることにより、プラズマを例えばマイクロ波により生成する場合においてアンテナとして機能しにくくなる。したがって、点火プラグに接続される点火コイルを介して、電子機器に電源電圧以上の電圧がかかる悪影響を回避できる。
【００１０】
以上の構成において、接地電極が、ハウジング下端にハウジングと一体に形成されるものであれば、部品点数及び加工工数の削減を図ることができる。
【００１１】
また、接地電極が、ハウジング下端から中心電極下端に対向する位置まで延びているものであれば、ハウジングの外部で火花放電を生じさせることできるため、燃焼室内のマイクロ波と反応しやすくなり、混合気に着火させやすい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中心電極をアンテナとして機能しにくい構造を採用することにより、点火プラグに接続される点火コイルを介して電子機器に電源電圧以上の電圧がかかるという悪影響を回避する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に点火プラグ１の取付部分を拡大して示す火花点火式内燃機関であるエンジン１００は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）形式のもので、吸気ポート２の開口３及び排気ポート４の開口５が、燃焼室６の天井部分のほぼ中央に取り付けられる点火プラグ１を中心として対向配置されて、１気筒当たりそれぞれ２ヶ所に開口するものである。すなわち、このエンジン１００は、シリンダブロック７に取り付けられ、燃焼室６の天井部分を形成しているシリンダヘッド８には、吸気側と排気側とにそれぞれカムシャフト９、１０が取り付けてある。シリンダヘッド８の吸気ポート２は、カムシャフト９が回転することにより往復作動する吸気弁１１により、また排気ポート４は、カムシャフト１０が回転することにより往復作動する排気弁１２によりそれぞれ開閉されるものである。そして、燃焼室６の天井部分には、点火プラグ１に加えて、プラズマを生成するためのアンテナ２１が取り付けてある。
【００１５】
この実施例の点火プラグ１は、図２及び図３に示すように、導電材料からなるハウジング１３と、ハウジング１３内に絶縁されて取り付けられる中心電極１４と、中心電極１４から離れてハウジング１３の下端に設けられる接地電極１５とを備える。すなわち、点火プラグ１は、ハウジング１３がほぼ円柱形状の絶縁碍子１６を支持し、絶縁碍子１６の上端に取り付けられる接続端子１７が、絶縁碍子１６の下端から突出する中心電極１４と図示しない中軸により電気的に接続され、ハウジング１３下端から中心電極１４下端に対向する位置まで延びる位置に接地電極１５がハウジング１３に一体的に設けてある構造である。絶縁碍子１６は、中心電極１４とエンジン１００への取付部であるハウジング１３とを絶縁するとともに、中心電極１４と接続端子１７との接続部材である中軸も絶縁するもので、ほぼ円筒形状をしている。
【００１６】
ハウジング１３は、絶縁碍子１６を収容するのに十分な内部空間を備える円筒形状のもので、導電材料である、例えばステンレス製のものである。ハウジング１３は、その上端部分が、絶縁碍子１６を密着し気密性を維持するために内側に絞り込まれている。また、その長手方向の中央部から下側部分の外周には、シリンダヘッド８への取付のための雄ねじ部１８が形成してある。加えて、雄ねじ部１８と上端部分との間には、取り付ける場合に取付台座部となる主体金具１９が、雄ねじ部１８より大きな外径で形成してある。
【００１７】
中心電極１４は、例えば柱状の金属材料にて形成されており、その下端が絶縁碍子１６から露出するとともに、ハウジング１３の下端面を含む仮想平面、言い換えれば下端開口２０から突出しない長さに設定してある。すなわち、中心電極１４は、ハウジング１３の下端部に形成される内部空間内に位置し、その内部空間から外側には延出しない長さで形成してある。このことは、点火プラグ１がエンジン１００に取り付けられた際に、ハウジング１３が接地電位に維持され、したがって中心電極１４は内部空間内に電磁的に遮蔽された状態におかれること意味するものである。
【００１８】
このような中心電極１４に対して、接地電極１５は、ハウジング１３下端面に一体的に形成される側面視ほぼＬ字状のもので、その先端は、中心電極１４の中心軸にほぼ一致する位置まで延びている。接地電極１５は、このようにハウジング１３に一体的に設けられているので、使用時にあってはハウジング１３と同電位に維持される。
【００１９】
このような構成において、点火プラグ１はエンジン１００のそれぞれの気筒に対して取り付けられる。このエンジン１００は、燃焼室６内の混合気に点火プラグ１を用いて着火する場合に、点火プラグ１の火花放電を燃焼室６内に生成するプラズマと反応させることにより、点火プラグ１の火花放電をプラズマと反応させない場合の火花放電に比較して、大きくしている。このために、エンジン１００は、マイクロ波によりプラズマを生成するためのアンテナ２１を、燃焼室６内に備えている。アンテナ２１は、例えばホーン型アンテナで、燃焼室６の天井に取り付けられている。アンテナ２１は、円錐型のホーン形状をしており、その先端部分はセラミックスなどの誘電体２２により塞がれている。このアンテナ２１には、図示しないマグネトロンが接続されている。マグネトロンから出力されるマイクロ波は、アンテナ２１に印加されるものである。そして、燃焼室６内には、マイクロ波により、点火プラグ１の中心電極１４と接地電極１５との間で生じる火花放電に対して直交する方向に高周波電界が形成される。
【００２０】
点火に際しては、点火プラグ１に図示しない点火コイルにより火花放電を発生させて、火花放電とほぼ同時あるいはその直後にマイクロ波により高周波電界を発生させてプラズマを生成させることにより、燃焼室６内の混合気を急速に燃焼させる構成である。
【００２１】
具体的には、点火プラグ１による火花放電が高周波電界中でプラズマになり、火炎が大きくなる。
【００２２】
これは、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、高周波電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に火炎が大きくなるものである。
【００２３】
この結果、高周波電界と反応することにより増大した火花放電により混合気に着火するため、着火領域が拡大し、点火プラグ１のみの二次元的な着火から三次元的な着火になる。したがって、初期燃焼が安定し、上述したラジカルの増加に伴って燃焼が燃焼室６内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。
【００２４】
本実施形態によれば、導電材料からなるハウジング１３と、ハウジング１３内に絶縁されて取り付けられる中心電極１４と、中心電極１４から離れてハウジング１３の下端に設けられる接地電極１５とを備え、中心電極１４と接地電極１５との間に発生する火花放電と燃焼室６内に生成されるプラズマとを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関１００の点火プラグ１であって、中心電極１４が、ハウジング１３の下端部よりも内側に位置した状態で、しかも接地電極１５が燃焼室６内に延出した状態で火花点火式内燃機関１００に取り付けられている。このようなものであれば、中心電極１４は、火花放電可能な接地電位に保たれるハウジング１３により電磁的に遮断され、したがって高周波電界中にさらされないため、アンテナとして機能しにくくなる。このため、点火プラグに接続される点火コイルを介して、電子機器に電源電圧以上の電圧がかかる悪影響を回避できる。
【００２５】
また、接地電極１５が、ハウジング１３下端から中心電極１４下端に対向する位置まで側面視Ｌ字形に延びているので、中心電極１４がハウジング１３の下端部よりも内側に取り付けられていたとしても、ハウジング１３の外部言い換えればマイクロ波による高周波電界の内部で火花放電を生じさせることができるため、燃焼室６内にプラズマが発生しやすくなり、混合気に容易に着火することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
上記実施形態においては、接地電極１５がハウジング１３下端から突出し、しかも中心電極１４の直下の位置まで先端が延びたものを説明したが、本発明の火花点火式内燃機関１００の点火プラグ１の他の実施形態として、図４及び図５に示すように、接地電極１５が突出することなくハウジング１３と一体である構成のものであってもよい。すなわち、ハウジング１３の中心電極１４を取り巻く部分が、接地電極１５として機能するものである。このようなものであれば、接地電極１５がハウジング１３に一体的に設けられているので、使用時にあってはハウジング１３と同電位に維持される。また、鋭部ほど放電を受けやすいという電気的性質から、中心電極１４から放電された火花は、接地電極１５の下端面内側の角部に向かって放電されることとなる。
【００２８】
また、これらの本発明の点火プラグ１は、ハウジング１３の下端が燃焼室６の天井表面から突出するように取り付けるものであってもよい。この場合、ハウジング１３が接地電位に保たれるので、中心電極１４は電磁的に遮断された状態を保持されるものである。
【００２９】
また、本実施形態においては、マイクロ波によりプラズマを生成するためのアンテナとして燃焼室に面している先端部が誘電体により塞がれているホーン型アンテナを用いたが、そのアンテナ自体がセラミックスなどの誘電体からできているものであってもよい。さらに、ホーン型アンテナの代わりとして、例えば逆Ｌ字型アンテナ等のモノポール型アンテナを燃焼室の天井に取り付けてもよい。本実施形態におけるアンテナとしてモノポール型アンテナを使用する場合には、燃焼室に面している先端部分の耐熱性を考慮して、アンテナをタングステン等の耐熱性の高いものにするか、またはアンテナを誘電体で被覆する等して使用することが考えられる。
【００３０】
高周波発生源としては、上述のようなマグネトロン以外に、進行波管などであってよく、さらには半導体によるマイクロ波発振回路を備えるものであってもよい。
【００３１】
その他各部の具体的構成についても上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を適用するエンジンの要部を拡大して示す断面図。
【図２】同実施形態の点火プラグの正面図。
【図３】同実施形態の点火プラグの断面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示す点火プラグの正面図。
【図５】同実施形態の点火プラグの断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１００…エンジン
１…点火プラグ
１３…ハウジング
１４…中心電極
１５…接地電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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