(57)【要約】【課題】点火プラグを用いた内燃機関において、エンジン出力及び燃費を向上する。【解決手段】点火プラグは、丸棒状に形成される中心電極３８と、中心電極３８の先端面に対して第１の所定距離Ｌ１だけ離間して対向する対向電極４０と、対向電極４０の先端面に対して第２の所定距離Ｌ２だけ離間して対向する吸引電極４２と、を含んで構成される。対向電極４０、吸引電極４２には、それぞれ中心電極３８と同心に、中心電極３８の先端部外径より大きい内径を有する円形横断面の貫通孔４０ｂと、貫通孔４０ｂより大きい内径を有する円形横断面の貫通孔４２ｂとが穿設される。そして、中心電極３８と対向電極４０との間に形成される火花放電ギャップで発生する荷電粒子が、吸引電極４２上に生ずる電荷により吸引され、貫通孔４０ｂ、４２ｂを通過して燃焼室１６に放出される。これにより、燃焼室１６にトーチ状の火花放電が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸棒状に形成される第１の電極と、
該第１の電極の軸線と直交する前記第１の電極の先端面に対して、第１の所定距離だけ離間して対向する第２の電極と、
該第２の電極の先端面に対して、第２の所定距離だけ離間して対向する第３の電極と、
を含んで構成される内燃機関の点火プラグであって、
前記第２の電極が、前記第１の電極の先端部外径より大きい内径の貫通孔を有し、前記第３の電極が、前記第２の電極の貫通孔より大きい内径の貫通孔を有すると共に、前記両貫通孔が、前記第１の電極と同心に位置されることを特徴とする内燃機関の点火プラグ。
【請求項２】
前記第２の電極及び前記第３の電極のそれぞれの貫通孔は、前記第１の電極の先端面周縁部から拡径する截頭円錐の横断面の範囲に形成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火プラグ。
【請求項３】
丸棒状に形成される第１の電極と、
該第１の電極の先端部外周面に対してその全周に亘って第３の所定距離だけ離間して内周面が対向する貫通孔を有する第２の電極と、
前記第１の電極の軸線と直交する前記第１の電極の先端面に対して、第４の所定距離だけ離間して対向する第３の電極と、
を含んで構成される内燃機関の点火プラグであって、
前記第３の電極が、前記第２の電極の貫通孔より大きい内径の貫通孔を有すると共に、該貫通孔が前記第１の電極と同心に位置されることを特徴とする内燃機関の点火プラグ。
【請求項４】
前記第２の電極は、前記第２の電極の貫通孔をその半径外方に切欠くことにより、前記第１の電極の軸心方向へ突出する少なくとも１つの突出部が形成されてなることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の点火プラグ。
【請求項５】
前記第２の電極が前記突出部を２つ以上有する場合に、前記突出部は、前記第１の電極の軸心に対して全周を等分した等角度間隔で配置されることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の点火プラグ。
【請求項６】
前記第３の電極の貫通孔には、導電性材料からなる網状部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の点火プラグ。
【請求項７】
第１の電極と第２の電極との間に形成される火花放電ギャップにおいて発生する荷電粒子が、第３の電極に生ずる電荷によって吸引され燃焼室に放出されることを特徴とする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、内燃機関の点火プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジン、ロータリーエンジンなどの内燃機関では、混合気着火後の火炎伝播速度が遅いと、混合気が十分に燃焼する前に排気が開始されるため、エンジン出力及び燃費が低下してしまう。
【０００３】
このため、特許文献１記載の発明のように、スワールを強化して燃焼室内の火炎伝播を促進させる技術や、特許文献２記載の発明のように、気筒内部まで中心電極を延長して点火プラグの放電領域を増大させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１０１２２４号公報
【特許文献２】特開昭５８−１４２７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スワールを強化することは、吸入空気の流れに対して抵抗となるため、多量の吸入空気量を必要とする大型エンジンには適さない。また、点火プラグの中心電極延長は、中心電極と対向電極間の放電開始電圧を高くする必要があるため、電力供給装置の大型化と、それに伴う電力消費量を増大させる。
【０００６】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、火花放電により発生する荷電粒子を、燃焼室内に放出させて着火領域を拡大させることで、エンジン出力及び燃費を向上させる内燃機関の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】
【０００７】
このため、本発明の第１の形態は、丸棒状に形成される第１の電極と、該第１の電極の軸線と直交する前記第１の電極の先端面に対して、第１の所定距離だけ離間して対向する第２の電極と、該第２の電極の先端面に対して、第２の所定距離だけ離間して対向する第３の電極と、を含んで構成される内燃機関の点火プラグであって、前記第２の電極が、前記第１の電極の先端部外径より大きい内径の貫通孔を有し、前記第３の電極が、前記第２の電極の貫通孔より大きい内径の貫通孔を有すると共に、前記両貫通孔が、前記第１の電極と同心に位置されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の形態は、丸棒状に形成される第１の電極と、第１の電極の先端部外周面に対してその全周に亘って第３の所定距離だけ離間して内周面が対向する貫通孔を有する第２の電極と、第１の電極の軸線と直交する第１の電極の先端面に対して、第４の所定距離だけ離間して対向する第３の電極と、を含んで構成される内燃機関の点火プラグであって、第３の電極が、第２の電極の貫通孔より大きい内径の貫通孔を有すると共に、その貫通孔が第１の電極と同心に位置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第３の電極上に生じる電荷により、火花放電ギャップで発生した荷電粒子を吸引して燃焼室内に放出させることで、点火プラグからトーチ状の放電が形成され、着火領域を拡大させることができるので、スワールの強化や中心電極の延長を行うことなく、エンジン出力及び燃費を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を具現化した内燃機関の点火プラグの全体構成図
【図２】第１の実施形態に係る点火プラグを示す説明図
【図３】第１の実施形態に係る点火プラグを燃焼室側から見た状態を示す説明図
【図４】第１の実施形態に係る点火プラグの作用を示す説明図
【図５】第２の実施形態に係る点火プラグを示す説明図
【図６】第２の実施形態に係る点火プラグを燃焼室側から見た状態を示す説明図
【図７】第２の実施形態に係る第２の電極の別形状を示した説明図
【図８】第３の電極に網状部材を取り付けた状態を示した説明図
【図９】第２の電極又は第３の電極の別形状を示した説明図
【図１０】第２の電極又は第３の電極の別形状を示した説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を適用したレシプロエンジン（以下、「エンジン」という）を示す。
【００１２】
エンジン１０のシリンダ１２内にはピストン１４が配設される。燃焼室１６と連通する吸気ポート１８及び排気ポート２０には、それぞれ吸気弁２２及び排気弁２４が設けられる。点火プラグ２６は、火花放電ギャップが燃焼室１６に臨むように、燃焼室１６の一部を形成するシリンダヘッド２８に螺合される。点火プラグ２６への電力供給は、点火装置３０に設けられた１又は２以上の電源回路３２より行われる。
【００１３】
図２及び図３は、点火プラグ２６の第１の実施形態を示している。
外周に雌螺子３４が形成された円筒形状のハウジング３６に対して、その中心から半径方向に向けて、丸棒状の中心電極３８（第１の電極）、有底円筒状の対向電極４０（第２の電極）、及び、有底円筒状の吸引電極４２（第３の電極）がこの順番で同心に内挿される。対向電極４０の先端部を形成する円形横断面の底部材４０ａは、中心電極３８の軸線と直交する中心電極３８の先端面から、第１の所定距離Ｌ１だけ離間して配置される。また、吸引電極４２の先端部を形成する円形横断面の底部材４２ａは、対向電極４０の先端面から、第２の所定距離Ｌ２だけ離間して配置される。ここで、第１の所定距離Ｌ１は、中心電極３８と対向電極４０との間で火花放電を発生させる火花放電ギャップを形成するような距離である一方、第２の所定距離Ｌ２は、火花放電ギャップ中で生じた電子を燃焼室１６方向へ導くために確保される距離である。そして、中心電極３８の先端部を除いた部分と対向電極４０との間、対向電極４０と吸引電極４２との間、及び、吸引電極４２とハウジング３６との間には、円筒状の絶縁層４４が形成される。
【００１４】
対向電極４０の底部材４０ａには、中心電極３８と同心に、中心電極３８の外径より大きな内径を有する円形横断面の貫通孔４０ｂが穿設される。また、吸引電極４２の底部材４２ａには、中心電極３８と同心に、対向電極４０の貫通孔４０ｂの内径より大きな内径を有する円形横断面の貫通孔４２ｂが穿設される。
【００１５】
中心電極３８及び対向電極４０には、一般にニッケル合金が使用されるが、耐食性、耐熱性、耐久性などを考慮して、白金又はイリジウムなどから組成される導電性合金材料が単独で又はニッケル合金と組み合わせて使用される。吸引電極３６には、耐熱性を有する導電性材料が用いられる。ハウジング３６の構成材料としては炭素鋼などの導電性材料が用いられるが、さらに耐熱性が要求される場合には、ステンレス、インコネル（ニッケル基超合金）などが用いられる。絶縁層４４は、アルミナ等を焼成してなる碍子により構成される。
次に、図４を参照して、点火プラグ２６の作用について説明する。
【００１６】
中心電極３８と対向電極４０との間に電位差を与えて、両電極間の火花放電ギャップ中に火花放電を発生させるために、例えば、中心電極３８に−数ｋＶの電圧を印加させ、対向電極４０をアース接地させる。また、火花放電ギャップ中の火花放電により生じた電子を燃焼室１６方向へ吸引する正の電荷を発生させるために、例えば、吸引電極４２に＋数百Ｖから＋数ｋＶ未満の電圧を印加させる。なお、ハウジング３６は、シリンダヘッド２８を通じて車体アースに電気的に接続され、アース電位が保たれる。
【００１７】
上記に例示の電圧が印加されると、中心電極３８の先端部と対向電極４０の底部材４０ａ間に形成される火花放電ギャップ中に電子が発生し、この電子は、アース電位の対向電極４０の底部材４０ａ方向へ加速される。この電子の加速が契機となり、火花放電ギャップにおいて混合気が着火される。
【００１８】
一方で、火花放電ギャップ中に発生した電子は、吸引電極４２に生ずる正電荷の影響を受けるため、電子の一部は、対向電極４０に捕捉されずに、対向電極４０の底部材４０ａに穿設された貫通孔４０ｂを通過する。このうち、吸引電極４２に捕捉されない電子は、吸引電極４２の底部材４２ａに穿設された貫通孔４２ｂを通過する。なお、中心電極３８の先端部外径、対向電極４０の貫通孔４０ｂの内径、及び、吸引電極４２の貫通孔４２ｂの内径が、この順に大きくなると共に、対向電極４０の貫通孔４０ｂ及び吸引電極４２の貫通孔４２ｂが、中心電極３８と同心に形成されていることにより、対向電極４０及び吸引電極４２に捕捉されずに、貫通孔４０ｂ、４２ｂを通過して燃焼室１６へ放出される電子は一層増加すると考えられる。
【００１９】
貫通孔４２ｂを通過した電子は、図４の網掛部４６で示されるように、トーチ状に燃焼室１６内に放出され、点火プラグ２６から燃焼室１６内まで伸びるトーチ状の火花放電が形成される。
【００２０】
このような内燃機関の点火プラグ２６によれば、燃焼室１６内の混合気は、火花放電ギャップにおいて着火されるだけでなく、点火プラグ２６から燃焼室１６内にトーチ状に拡開する広い領域において着火されて、着火領域が拡大するため、着火後に形成される火炎が燃焼室１６全体に速やかに伝播して混合気の燃焼が十分に行われる。したがって、吸入空気の流れに対して抵抗となるスワールを強化して、火花放電ギャップで生じた火炎を伝播させる必要がなく、特に多量の吸入空気を必要とする大型エンジンにおいては、吸入空気量を減少させずにかかる点火プラグ２６だけでエンジン出力及び燃費を向上させることができる。また、スワール強化が不要となるため、スワール発生のために従来のエンジンボディの設計を変更することがないという利点もある。さらに、燃焼室１６内に中心電極を延出する場合のように、放電開始電圧を増加させる必要がなく、電力供給装置の大型化及び電力消費量を抑制することができる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、中心電極３８を負の電位、対向電極４０をアース電位及び吸引電極４２を正の電位となるように電圧を印加及びアース接地しているが、中心電極３８に正の電圧を印加すると共に、中心電極３８と対向電極４０間の電位差を数ｋＶ、対向電極４０と吸引電極４２間の電位差を数百Ｖから数ｋＶ未満、となるように、対向電極４０に中心電極３８より低い電圧を印加し、吸引電極４２に対向電極４０より低い電圧を印加してもよい。すなわち、対向電極４０の貫通孔４０ｂ及び吸引電極４２の貫通孔４２ｂを通過して燃焼室１６内に放出される荷電粒子が、火花放電ギャップにて生じる陽イオンであっても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。これは、後述する第２の実施形態においても同様である。
【００２２】
また、対向電極４０の貫通孔４０ｂ及び吸引電極４２の貫通孔４２ｂは、中心電極３８の先端面周縁部から拡径し、中心電極３８と同軸をなす截頭円錐の横断面の範囲に形成されてもよい。これにより、対向電極４０及び吸引電極４２に捕捉されずに、貫通孔４０ｂ、４２ｂを通過して燃焼室１６へ放出される電子は一層増加すると考えられる。
【００２３】
以下、点火プラグ２６の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態で説明した内容と重複する部分については、極力説明を省略する。
図５及び図６は、点火プラグ２６の第２の実施形態を示している。
【００２４】
円筒形状のハウジング４８に対して、第１の実施形態と同様に、その中心から半径方向に向けて、丸棒状の中心電極５０（第１の電極）、有底円筒状の対向電極５２（第２の電極）、及び有底円筒状の吸引電極５４（第３の電極）がこの順番で同心に内挿される。
【００２５】
対向電極５２の先端部を形成する円形横断面の底部材５２ａには、中心電極５０の先端部外周面に対してその全周に亘って第３の所定距離だけ離間して内周面が対向する貫通孔５２ｂが設けられる。即ち、底部材５２ａには、中心電極５０と同心に、中心電極５０の先端部外径よりも第３の所定距離の２倍だけ大きい内径を有する円形横断面の貫通孔５２ｂが穿設される。ここで「対向する」とは、中心電極５０の軸線と直交する中心電極５０の先端面と、対向電極５２の先端面とが実質的に面一となることをいうものとする。
【００２６】
また、吸引電極５４の先端部を形成する円形横断面の底部材５４ａは、中心電極５０の先端面に対して第４の所定距離Ｌ４だけ離間して配置される。ここで、第３及び第４の所定距離Ｌ３、Ｌ４は、それぞれ第１の実施形態における第１及び第２の所定距離Ｌ１、Ｌ２と同様の目的で確保される距離である。
【００２７】
吸引電極５４の底部材５４ａには、中心電極５０と同心に、対向電極５２の貫通孔５２ｂの内径よりも大きい円形横断面の貫通孔５４ｂが穿設される。
本実施形態の作用及び効果は第１の実施形態と同様であるので、前述の記載を参照されたい。
【００２８】
なお、対向電極５２の先端部を形成する円形横断面の底部材５２ａは、図７に示すように、その貫通孔５２ｂの内周をその半径外方に切り欠いて、中心電極５０の軸心方向へ突出する少なくとも１つの突出部５２ｃを形成するようにしてもよい。
【００２９】
対向電極５２が突出部５２ｃを２つ以上有する場合には、突出部５２ｃは、燃焼室１６内に均一な火花放電を形成するため、中心電極５０の軸心に対して全周を等分した等角度間隔で配置されることが望ましい。突出部５２ｃを２つ有する場合には、図７に示すように、２つの突出部５２ｃを略１８０度離隔して配置すればよい。
以上に述べた構成に代えて、又は更に追加して、各実施形態において下記のような構成とすることもできる。
【００３０】
吸引電極４２、５４の貫通孔４２ｂ、５４ｂには、図８に示すように、導電性材料からなる網状部材５６が更に取り付けられていてもよい。これにより、底部材４２ａ、５４ａのみならず網状部材５６にも電荷が生じるので、貫通孔４２ｂ、５４ｂの内周付近への荷電粒子の集中が抑制され、貫通孔４２ｂ、５４ｂの中心付近において荷電粒子を通過させることが容易となる。
【００３１】
対向電極４０、５２又は吸引電極４２、５４の底部材４０ａ、５２ａ、４２ａ、５４ａは、図９及び図１０にそれぞれ示すように、片持ち又は両持ち状態で固定される略四角形状としてもよい。
【００３２】
同電位となる電極及びハウジング、例えば、第１の実施形態においてアース接地される対向電極４０及びハウジング３６は、点火プラグ２６内において導電性材料を用いて電気的に接続されるか、又は一体的に形成されてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１６            燃焼室
２６            点火プラグ
３８、５０      中心電極
４０、５２      対向電極
４０ｂ、５２ｂ  対向電極の貫通孔
４２、５４      吸引電極
４２ｂ、５４ｂ  吸引電極の貫通孔
５２ｃ          突出部
５６            網状部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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