(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室内の混合気に点火する多点点火プラグであって、
扁平に形成され、先端部が前記燃焼室に臨むように前記エンジンの挿入孔に挿入される本体部と、
前記先端部に設けられる電極保持部と、
前記電極保持部に保持され、前記電極保持部から前記燃焼室内に突出して複数の点火ギャップを形成する電極と、を備え、
前記電極は、
前記先端部の長手方向に間隙を空けて一対設けられる側方電極と、
一対の前記側方電極の前記間隙に設けられ、前記先端部の長手方向に沿って前記複数の点火ギャップを形成する中間電極と、を有し、
前記電極保持部は、前記側方電極を保持する部分と前記中間電極を保持する部分とが別体に形成されて前記本体部との間を絶縁し、前記先端部から前記燃焼室内に突出することを特徴とする多点点火プラグ。
【請求項２】
請求項１に記載の多点点火プラグを製造するための多点点火プラグの製造方法であって、
前記電極と前記電極保持部との少なくともいずれか一方の前記燃焼室内における表面積の違いによって熱価が設定されることを特徴とする多点点火プラグの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の多点点火プラグの製造方法であって、
前記電極保持部の突出長さの違いによって前記電極保持部の前記燃焼室内における表面積が設定されることを特徴とする多点点火プラグの製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の多点点火プラグの製造方法であって、
前記電極の突出長さの違いによって前記電極の前記燃焼室内における表面積が設定されることを特徴とする多点点火プラグの製造方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一つに記載の多点点火プラグの製造方法であって、
前記電極保持部の突出幅の違いによって前記電極保持部の前記燃焼室内における表面積が設定されることを特徴とする多点点火プラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の点火ギャップを有する多点点火プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介装されるヘッドガスケットに保持される複数の中間部材によって複数の点火ギャップを形成する多点点火装置が開示されている。この多点点火装置では、中間部材の一部を燃焼室に露出させることによって熱価を低くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０４１３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の多点点火装置では、中間部材の露出面積を調整することで熱価を調整することはできるが、中間部材の表面積は小さいので、熱価の調整範囲を広くすることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、広い範囲で熱価の調整が可能な多点点火プラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、扁平に形成され、先端部が前記燃焼室に臨むように前記エンジンの挿入孔に挿入される本体部と、前記先端部に設けられる電極保持部と、前記電極保持部に保持され、前記電極保持部から前記燃焼室内に突出して複数の点火ギャップを形成する電極と、を備え、前記電極は、前記先端部の長手方向に間隙を空けて一対設けられる側方電極と、一対の前記側方電極の前記間隙に設けられ、前記先端部の長手方向に沿って前記複数の点火ギャップを形成する中間電極と、を有し、前記電極保持部は、前記側方電極を保持する部分と前記中間電極を保持する部分とが別体に形成されて前記本体部との間を絶縁し、前記先端部から前記燃焼室内に突出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この態様では、多点点火プラグの本体部の先端部から燃焼室内に電極保持部が突出し、更に電極保持部から燃焼室内に電極が突出する。したがって、燃焼室内へ突出する部分の表面積が大きいので、電極と電極保持部との少なくともいずれか一方の燃焼室内における表面積の違いによって、広い範囲で熱価を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る多点点火プラグのエンジンへの取り付け状態を説明する図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１における側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、多点点火プラグのエンジンへの他の取り付け状態を説明する側面図である。
【図３】図３は、多点点火プラグの斜視図である。
【図４】図４は、図３における平面図である。
【図５】図５は、燃焼室内への電極保持部の突出長さによって熱価が低く設定される多点点火プラグのエンジンへの取り付け状態を説明する図である。
【図６】図６は、燃焼室内への電極の突出長さによって熱価が低く設定される多点点火プラグのエンジンへの取り付け状態を説明する図である。
【図７】図７は、燃焼室内へ突出する電極保持部の突出幅によって熱価が低く設定される多点点火プラグのエンジンへの取り付け状態を説明する図である。
【図８】図８は、温度調整部による多点点火プラグの温度調整について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る多点点火プラグ１００について説明する。
【００１０】
まず、図１，図２Ａ，及び図２Ｂを参照して、多点点火プラグ１００が適用されるエンジン１の構成について説明する。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２内に形成されるシリンダ２ａと、シリンダ２ａ内を往復動するピストン２ｂと、シリンダブロック２に取り付けられてシリンダ２ａの頂部を閉塞するシリンダヘッド３（図２Ａ参照）と、を備える。エンジン１には、シリンダ２ａとピストン２ｂとシリンダヘッド３とによって燃焼室４が形成される。エンジン１は、燃焼室４内で圧縮された混合気に点火プラグ７と多点点火プラグ１００とが点火して燃焼させることによって動力を得る火花点火内燃機関である。
【００１２】
エンジン１は、多点点火プラグ１００を挿入するための一対の挿入孔５を有する。図２Ａに示すように、挿入孔５は、シリンダヘッド３に形成される。これに限らず、図２Ｂに示すように、挿入孔５を、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間のヘッドガスケット６に形成してもよい。また、図示しないが、挿入孔５を、シリンダブロック２に形成してもよい。
【００１３】
エンジン１では、挿入孔５は、燃焼室４における吸気バルブ８側と排気バルブ９側との点火プラグ７から離れた位置（燃焼室４の下端部）にそれぞれ形成される。エンジン１では、点火プラグ７に加えて多点点火プラグ１００によっても点火が行われるので、燃焼による火炎流動を発生させることができる。その結果、スキッシュエリアを設けることなく急速燃焼を実現でき、冷却損失を減少させることができる。
【００１４】
なお、これに限らず、挿入孔５を、燃焼室４において点火プラグ７から離間しており、かつ混合気の温度が低い箇所、即ちノッキングが発生しやすい箇所に形成してもよい。また、挿入孔５を、燃焼室４の一箇所のみに形成してもよく、三箇所以上の複数箇所に形成してもよい。このように、燃焼室４の形状に応じて挿入孔５を形成することで、任意の数の多点点火プラグ１００を設けることができる。
【００１５】
次に、図３及び図４を参照して、多点点火プラグ１００の構成について説明する。
【００１６】
図３及び図４に示すように、多点点火プラグ１００は、扁平に形成されて先端部１１が燃焼室４に臨むようにシリンダヘッド３の挿入孔５に挿入される本体部１０と、先端部１１から燃焼室４内に突出して設けられる電極保持部としての碍子１５と、碍子１５に保持され、碍子１５から燃焼室４内に更に突出して複数の点火ギャップ１４を形成する電極１７と、多点点火プラグ１００の温度を調整する温度調整部１８と、本体部１０と比較して大きく形成されてシリンダヘッド３に取り付けられる取付部としてのフランジ部２０と、を備える。
【００１７】
本体部１０は、挿入孔５の形状に対応する角丸長方形の断面形状を有し、挿入孔５に対応した長さに形成される。本体部１０は、アルミニウム等の金属によって形成される。図４に示すように、本体部１０には、挿入孔５との隙間を閉塞する第１シール材としての後述するメタルガスケット１６が巻装される。
【００１８】
先端部１１は、燃焼室４の内周と同じ形状に形成されて、燃焼室４の内周の一部を構成する。即ち、先端部１１は、半球型の燃焼室４を有するシリンダヘッド３に多点点火プラグ１００が取り付けられる場合には、半球型の燃焼室４と同一の半径を有する球面形状に形成される。また、先端部１１は、ヘッドガスケット６に多点点火プラグ１００が取り付けられる場合には、シリンダ２ａの内周と同一の半径を有する曲面形状に形成される。
【００１９】
電極１７は、先端部１１の長手方向に間隙を空けて一対設けられる側方電極１２と、一対の側方電極１２の間隙に設けられ、先端部１１の長手方向に沿って複数の点火ギャップ１４を形成する中間電極１３と、一対の側方電極１２の間隙に設けられ、先端部１１の長手方向に沿って複数の点火ギャップ１４を形成する中間電極１３と、を有する。図４に示すように、碍子１５の先端からの電極１７の突出長さをＬｅとする。
【００２０】
側方電極１２は、碍子１５を介して本体部１０に保持される。側方電極１２は、碍子１５から燃焼室４内に更に突出する。側方電極１２は、先端部１１からＬ字状に突出して形成される。一方の側方電極１２は、本体部１０及びフランジ部２０を貫通して、後述する入力端子２２まで延設される。同様に、他方の側方電極１２は、本体部１０及びフランジ部２０を貫通して、後述する接続端子２３まで延設される。一対の側方電極１２は、互いの先端が対向するように設けられる。一方の側方電極１２には、入力端子２２を介してイグニッションコイル（図示省略）からの点火電流が入力される。
【００２１】
中間電極１３は、対向する一対の側方電極１２の間に一対設けられる。中間電極１３は、碍子１５を介して本体部１０に保持される。中間電極１３は、碍子１５から燃焼室４内に更に突出する。中間電極１３は、側方電極１２とは異なり本体部１０を貫通せずに、本体部１０に一部のみが挿入されて保持される。
【００２２】
中間電極１３は、対向する一対の側方電極１２の間に三つの点火ギャップ１４を等間隔に形成するように直線状に配置される。このように、扁平に形成される本体部１０の先端部１１には、長手方向に沿って複数の点火ギャップ１４が形成されるので、燃焼室４内における広い範囲での多点点火が可能である。
【００２３】
中間電極１３は、一つのみ設けられてもよく、三つ以上の複数設けられてもよい。中間電極１３の数は、本体部１０の先端部１１の長手方向の寸法や、設計上の点火ギャップ１４の数などに応じて任意に設定される。
【００２４】
中間電極１３は、先端部１１からＴ字状に突出して形成される。これにより、イグニッションコイルから一方の側方電極１２に入力された点火電流を、点火ギャップ１４を直線状に通過して他方の側方電極１２に流すことができる。よって、確実に点火ギャップ１４にて火花を発生させることができる。
【００２５】
碍子１５は、側方電極１２及び中間電極１３と本体部１０との間を絶縁する。側方電極１２を保持する碍子１５は、先端部１１から一部が突出すると共に、本体部１０及びフランジ部２０を貫通する長さに形成される。中間電極１３を保持する碍子１５は、先端部１１から一部が突出すると共に、その一部が本体部１０の内部に挿入される大きさに形成される。図４に示すように、先端部１１から碍子１５が最も突出する部分の突出長さをＬｉとし、中間電極１３を保持する碍子１５の突出幅をＷｉとする。
【００２６】
図１に示すように、メタルガスケット１６は、多点点火プラグ１００の本体部１０を挿入孔５に挿入する際に、本体部１０の外周に装着される。これにより、多点点火プラグ１００が取り付けられると、メタルガスケット１６が本体部１０と挿入孔５との間の隙間をシールする。メタルガスケット１６は、金属材料によって形成される。メタルガスケット１６は、外周に向かって環状に突出するビード部１６ａを有する。
【００２７】
図４に示すように、温度調整部１８は、多点点火プラグ１００のフランジ部２０及び本体部１０を貫通して、中間電極１３を保持する碍子１５に連結される。温度調整部１８は、多点点火プラグ１００を温める機能か、冷却する機能か、若しくはその両方の機能を有する。
【００２８】
温度調整部１８には、多点点火プラグ１００を温める場合には、例えば、電源（図示省略）から供給される電流によって発熱するヒータ等の加熱装置（図示省略）が接続される。温度調整部１８には、多点点火プラグ１００を冷却する場合には、例えば、電源から供給される電流によって碍子１５の熱を外部に移動させるペルティエ素子等の冷却装置（図示省略）が接続される。これに限らず、温度調整部１８として加熱装置や冷却装置を本体部１０に直接挿入してもよい。
【００２９】
フランジ部２０は、本体部１０の全周にわたり本体部１０から外周に突出して形成される。フランジ部２０は、アルミニウム等の金属によって、本体部１０と一体に形成される。フランジ部２０は、一対の締結孔２５ａを有する。フランジ部２０は、締結孔２５ａを挿通する一対のボルト２５によって、シリンダヘッド３の外面に締結される。フランジ部２０には、シリンダヘッド３との当接面をシールする第２シール材としてのＯリング２１が設けられる。
【００３０】
Ｏリング２１は、フランジ部２０における本体部１０に臨む面に環状に形成されるＯリング溝２０ａに挿入される。Ｏリング２１は、ゴム材料によって形成される。Ｏリング２１は、ボルト２５の締結力によってシリンダヘッド３との間で押しつぶされることで、本体部１０と挿入孔５との隙間をシールする。
【００３１】
フランジ部２０には、一方の側方電極１２に接続され、イグニッションコイルからの点火電流が入力される入力端子２２と、他方の側方電極１２に接続され、他の多点点火プラグ１００の入力端子２２に接続される接続端子２３と、が設けられる。
【００３２】
これにより、一つの燃焼室４に設けられる一対の多点点火プラグ１００を、プラグコード（図示省略）を介して直列に接続して同時に点火を行うことが可能である。また、一対の多点点火プラグ１００の先に、プラグコード（図示省略）を介して点火プラグ７を更に直列に接続して同時に点火を行うことも可能である。このとき、点火プラグ７の接地電極７ａ（図２Ａ参照）がシリンダヘッド３に接触してアースとされる。
【００３３】
以下、多点点火プラグ１００の熱価の設定について説明する。
【００３４】
まず、図５から図７を参照して、電極１７及び碍子１５の燃焼室４内における表面積の違いによる多点点火プラグ１００の熱価の設定について説明する。
【００３５】
図５に示す多点点火プラグ１００では、図１に示す多点点火プラグ１００と比較して、碍子１５の突出長さＬｉが大きく設定されている。即ち、碍子１５の燃焼室４内における表面積が大きい。よって、燃焼室４内の火炎にさらされる碍子１５の表面積が大きいので、電極１７の温度が上昇しやすい。したがって、図５に示す多点点火プラグ１００の熱価は、図１に示す多点点火プラグと比較して低い。
【００３６】
このように、多点点火プラグ１００では、碍子１５の突出長さＬｉの違いによって碍子１５の燃焼室４内における表面積が設定される。即ち、碍子１５の突出長さＬｉが大きくなれば、多点点火プラグ１００の熱価は低くなり、碍子１５の突出長さＬｉが小さくなれば、多点点火プラグ１００の熱価は高くなる。したがって、碍子１５の突出長さＬｉの違いによって多点点火プラグ１００の熱価を調整することができる。
【００３７】
図６に示す多点点火プラグ１００では、図１に示す多点点火プラグ１００と比較して、電極１７の突出長さＬｅが大きく設定されている。即ち、電極１７の燃焼室４内における表面積が大きい。よって、燃焼室４内の火炎にさらされる電極１７の表面積が大きいので、電極１７の温度が上昇しやすい。したがって、図６に示す多点点火プラグ１００の熱価は、図１に示す多点点火プラグと比較して低い。
【００３８】
このように、多点点火プラグ１００では、電極１７の突出長さＬｅの違いによって電極１７の燃焼室４内における表面積が設定される。即ち、電極１７の突出長さＬｅが大きくなれば、多点点火プラグ１００の熱価は低くなり、電極１７の突出長さＬｅが小さくなれば、多点点火プラグ１００の熱価は高くなる。したがって、電極１７の突出長さＬｅの違いによって多点点火プラグ１００の熱価を調整することができる。
【００３９】
なお、図５及び図６に示す多点点火プラグ１００では、電極１７の先端が燃焼室４内で最も高温になる燃焼室４の中央に近付いている。よって、電極１７及び碍子１５の表面積の違いだけでなく、燃焼室４内における電極１７の先端の位置によっても、電極１７の温度が上昇しやすくなっている。
【００４０】
図７に示す多点点火プラグ１００では、図１に示す多点点火プラグ１００と比較して、中間電極１３を保持する碍子１５の突出幅Ｗｉが大きく設定されており、同様に、側方電極１２を保持する碍子１５の突出幅も大きく設定されている。即ち、碍子１５の燃焼室４内における表面積が大きい。よって、燃焼室４内の火炎にさらされる碍子１５の表面積が大きいので、電極１７の温度が上昇しやすい。したがって、図７に示す多点点火プラグ１００の熱価は、図１に示す多点点火プラグと比較して低い。
【００４１】
このように、多点点火プラグ１００では、碍子１５の突出幅Ｗｉの違いによって碍子１５の燃焼室４内における表面積が設定される。即ち、碍子１５の突出幅Ｗｉが大きくなれば、多点点火プラグ１００の熱価は低くなり、碍子１５の突出幅Ｗｉが小さくなれば、多点点火プラグ１００の熱価は高くなる。したがって、碍子１５の突出幅Ｗｉの違いによって多点点火プラグ１００の熱価を調整することができる。
【００４２】
以上のように、多点点火プラグ１００では、本体部１０の先端部１１から燃焼室４内に碍子１５が突出し、更に碍子１５から燃焼室４内に電極１７が突出する。そのため、多点点火プラグ１００では、電極１７及び碍子１５の少なくともいずれか一方の燃焼室４内における表面積の違いによって熱価が設定される。したがって、燃焼室４内へ突出する部分の表面積が大きいので、広い範囲で熱価を調整することができる。
【００４３】
なお、多点点火プラグ１００の熱価の変更は、熱価の異なる複数の多点点火プラグ１００を予め用意しておき、所望の熱価の多点点火プラグ１００に交換することによって行われる。
【００４４】
次に、図８を参照して、温度調整部１８を用いた多点点火プラグ１００の熱価の調整について説明する。
【００４５】
図８では、横軸がエンジン回転数Ｎ［ｒｐｍ］であり、縦軸が多点点火プラグ１００の電極１７の温度Ｔ［℃］である。図８では、温度調整部１８が設けられない場合におけるエンジン回転数Ｎと電極１７の温度Ｔとの関係を破線で示し、温度調整部１８が設けられる場合におけるエンジン回転数Ｎと電極１７の温度Ｔとの関係を実線で示している。
【００４６】
図８に示すように、多点点火プラグ１００では、電極１７の温度Ｔが自己浄化温度（約５００［℃］）を下回ると、燃料が完全燃焼せずにカーボンが発生して電極１７の近傍に付着する（くすぶり汚損温度域）。一方、電極１７の温度Ｔが過度に上昇すると（約８００［℃］を超えると）、電極１７自体が熱源となって、点火ギャップ１４から火花が飛ぶ前に着火が起こるプレイグニッションが発生する（プレイグニッション温度域）。このように、多点点火プラグ１００は、電極１７の温度Ｔを約５００〜８００［℃］の適切な範囲（自己浄化温度域）にて利用されることが望ましい。
【００４７】
多点点火プラグ１００が適用されるエンジン１では、希薄燃焼を実現できるため、点火プラグ７のみが設けられる一点点火の場合には不可能な、空燃比Ａ／Ｆが約１２〜２５の広い範囲での運転が可能である。この広い範囲のＡ／Ｆでの運転を可能とするために、多点点火プラグ１００には、幅広い温度域への対応が要求される。
【００４８】
そこで、多点点火プラグ１００では、エンジン回転数Ｎが比較的低く電極１７の温度Ｔが自己浄化温度よりも低い場合には、加熱装置が温度調整部１８を介して碍子１５及び電極１７を温めて、自己浄化温度域まで上昇させるように調整する。一方、エンジン回転数Ｎが比較的高く、電極１７の温度Ｔがプレイグニッション温度域に入るような場合には、冷却装置が温度調整部１８を介して碍子１５及び電極１７を冷却して、自己浄化温度域まで下降させるように調整する。これにより、多点点火プラグ１００の熱価が調整され、すべてのエンジン回転数Ｎの領域にて、電極１７の温度Ｔを適切な範囲内に維持することができる。
【００４９】
なお、これに限らず、多点点火プラグ１００の熱価を、最大でもプレイグニッション温度域に達しないように予め設定しておき、電極１７の温度Ｔが自己浄化温度よりも低いときにだけ、加熱装置が温度調整部１８を介して碍子１５及び電極１７を温めるようにしてもよい。また、多点点火プラグ１００の熱価を、最低でも自己浄化温度よりも低くならないように予め設定しておき、電極１７の温度Ｔが過度に高いときにだけ、冷却装置が温度調整部１８を介して碍子１５及び電極１７を冷却するようにしてもよい。
【００５０】
また、一般に、吸気バルブ８の近傍では燃焼室４内の温度が低く、排気バルブ９の近傍では燃焼室４内の温度が高い。そこで、図１に示すように、一対の多点点火プラグ１００が設けられる場合には、吸気バルブ８に近い側の多点点火プラグ１００の温度調整部１８に加熱装置を接続して碍子１５及び電極１７を温め、排気バルブ９に近い側の多点点火プラグ１００の温度調整部１８に冷却装置を接続して碍子１５及び電極１７を冷却するようにしてもよい。
【００５１】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００５２】
多点点火プラグ１００では、本体部１０の先端部１１から燃焼室４内に碍子１５が突出し、更に碍子１５から燃焼室４内に電極１７が突出する。したがって、燃焼室４内へ突出する部分の表面積が大きいので、電極１７と碍子１５との少なくともいずれか一方の燃焼室４内における表面積の違いによって、広い範囲で熱価を調整することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、多点点火プラグ１００に温度調整部１８が設けられるが、これに限らず、一点点火を行う点火プラグ７に温度調整部１８を設けてもよい。この場合にも同様に、加熱装置又は冷却装置が温度調整部１８を介して点火プラグ７の電極を加熱又は冷却することで、点火プラグ７の熱価を調整することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１００    多点点火プラグ
１        エンジン
４        燃焼室
５        挿入孔
１０      本体部
１１      先端部
１２      側方電極
１３      中間電極
１４      点火ギャップ
１５      碍子（電極保持部）
１７      電極
１８      温度調整部
２０      フランジ部（取付部）
Ｌｅ      突出長さ
Ｌｉ      突出長さ
Ｗｉ      突出幅
【要約】
【課題】広い範囲で熱価の調整が可能な多点点火プラグを提供する。
【解決手段】エンジン１の燃焼室４内の混合気に点火する多点点火プラグ１００は、先端部１１が燃焼室４に臨むようにエンジン１の挿入孔５に挿入される本体部１０と、先端部１１に設けられる碍子１５と、碍子１５に保持され、碍子１５から燃焼室４内に突出して複数の点火ギャップ１４を形成する電極１７と、を備え、碍子１５は、先端部１１から燃焼室４内に突出し、電極１７と碍子１５との少なくともいずれか一方の燃焼室４内における表面積の違いによって熱価が設定される。
【選択図】図４【図１】
0006007345.tif 000002
【図２Ａ】
0006007345.tif 000003
【図２Ｂ】
0006007345.tif 000004
【図３】
0006007345.tif 000005
【図４】
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【図５】
0006007345.tif 000007
【図６】
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【図７】
0006007345.tif 000009
【図８】
0006007345.tif 000010