(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関に関し、点火プラグの放電により生じるスパークが筒内の気流によって流されて燃焼室の上壁面に接触することを抑制することを目的とする。【解決手段】  点火時に点火プラグ２６に向かう筒内気流の方向に沿って接地電極３６の基端３６ｂが中心電極３４よりも上流側に位置するように組み付けられた点火プラグ２６を備える。ハウジング先端部３２ａに、点火プラグ２６を中心軸方向から見た場合に中心電極３４の中心と基端３６ｂの中心とを結ぶ直線に対して線対称となる一対の気流誘導通路４０を設ける。その入口４０ａは中心電極３４の位置よりも筒内気流の上流側にてハウジング先端部３２ａの外側の側壁面に開口し、出口４０ｂは筒内気流に関して入口４０ａよりも下流側の端面３２ａ１に開口している。気流誘導通路４０は、筒内気流の下流側から見て、点火プラグ２６の中心軸に近づくように傾斜しつつ出口４０ｂに向かって延びている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングと、中心電極と、前記ハウジングにおける燃焼室に突出するハウジング先端部に繋がる基端と前記燃焼室内に前記中心電極よりも大きく突出した位置においてプラグギャップを介して前記中心電極の先端と対向する先端部とを有する接地電極と、を備える点火プラグを備え、点火時に前記点火プラグに向かう筒内気流の方向に沿って前記接地電極の前記基端が前記中心電極よりも上流側に位置するように前記点火プラグが組み付けられた内燃機関であって、
前記点火プラグには、前記ハウジング先端部に、前記点火プラグを中心軸方向から見た場合に前記中心電極の中心と前記接地電極の前記基端の中心とを結ぶ直線に対して線対称となる一対の気流誘導通路が設けられており、
前記気流誘導通路の入口は、前記中心電極の位置よりも前記筒内気流の上流側において前記ハウジング先端部の外側の側壁面に開口しており、
前記気流誘導通路の出口は、前記筒内気流に関して前記入口よりも下流側における前記ハウジング先端部の端面に開口しており、
前記気流誘導通路は、前記筒内気流の下流側から見て、前記点火プラグの中心軸に近づくように傾斜しつつ前記出口に向かって延びる通路であることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記気流誘導通路の出口は、前記ハウジング先端部の前記端面の周方向に沿った円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記気流誘導通路の出口は、前記中心電極よりも前記筒内気流の下流側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に係り、特に、混合気に点火するための点火プラグを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関用の点火プラグが開示されている。この従来の点火プラグは、筒状のハウジングの先端部に、中心電極と接地電極との間に形成される火花放電ギャップ（プラグギャップ）に向けて気流を導くための導風部を備えている。導風部は、ハウジングへの接地電極の接合部付近においてハウジングの外側の側壁面に設けられている。より具体的には、導風部は、ハウジングの先端側へ向かうほど内側に傾斜した傾斜面と、傾斜面における周方向の両側に立設したガイド面とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４８３８９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２３９０３号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／１０２８４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
点火時に点火プラグのプラグギャップでの放電により生じるスパークが筒内の気流によって上方に伸びて燃焼室の上壁面に接触すると、スパークが切れてしまい、混合気の着火性が低下してしまう。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点火プラグの放電により生じるスパークが筒内の気流によって流されて燃焼室の上壁面に接触することを抑制することのできる内燃機関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】
第１の発明は、内燃機関であって、
筒状のハウジングと、中心電極と、前記ハウジングにおける燃焼室に突出するハウジング先端部に繋がる基端と前記燃焼室内に前記中心電極よりも大きく突出した位置においてプラグギャップを介して前記中心電極の先端と対向する先端部とを有する接地電極と、を備える点火プラグを備え、点火時に前記点火プラグに向かう筒内気流の方向に沿って前記接地電極の前記基端が前記中心電極よりも上流側に位置するように前記点火プラグが組み付けられた内燃機関であって、
前記点火プラグには、前記ハウジング先端部に、前記点火プラグを中心軸方向から見た場合に前記中心電極の中心と前記接地電極の前記基端の中心とを結ぶ直線に対して線対称となる一対の気流誘導通路が設けられており、
前記気流誘導通路の入口は、前記中心電極の位置よりも前記筒内気流の上流側において前記ハウジング先端部の外側の側壁面に開口しており、
前記気流誘導通路の出口は、前記筒内気流に関して前記入口よりも下流側における前記ハウジング先端部の端面に開口しており、
前記気流誘導通路は、前記筒内気流の下流側から見て、前記点火プラグの中心軸に近づくように傾斜しつつ前記出口に向かって延びる通路であることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記気流誘導通路の出口は、前記ハウジング先端部の前記端面の周方向に沿った円弧状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記気流誘導通路の出口は、前記中心電極よりも前記筒内気流の下流側に位置するように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、入口から気流誘導通路に流入したガスは、気流誘導通路によって案内され、ハウジング先端部の端面に設けられた出口から流出するようになる。このようにして気流誘導通路から流出する気流によって、プラグギャップでの放電により生じるスパークを下方（燃焼室中心方向）に伸ばすことができるようになる。その結果、スパークが燃焼室の上壁面に接触することを抑制することができる。これにより、燃焼室の上壁面との接触によってスパークが切れるのを防止して、スパーク経路を安定化させることができる。このため、点火プラグによる混合気の着火性を向上させることができる。特に、均質なリーン混合気下でのリーンバーン運転時であれば、リーン限界を向上させられるようになる。さらに、本発明によれば、点火プラグの中心軸に近づくように傾斜しつつ出口に向かって延びるように形成された一対の気流誘導通路を備えたことにより、一対の気流誘導通路から流出する気流を対向させることができる。その結果、気流誘導通路からの気流によって下流側に流されるスパークの周囲でのガスの乱れ（つまり、火炎面の乱れ）を増加させることができる。これにより、着火後の初期燃焼速度を向上させることができる。また、スパーク経路の変動を抑制することができる。
【００１０】
第２の発明によれば、気流誘導通路の出口をハウジング先端部の端面の周方向に沿った円弧状に形成したことにより、内燃機関への点火プラグの組み付けのある程度のバラツキを許容しつつ、狙いとする着火性向上効果をより確実に得られるようにすることができる。
【００１１】
第３の発明によれば、筒内の気流によって中心電極よりも下流側に伸ばされるスパークに対して両側から衝突するように一対の出口からの対向流を向かわせることによって、効果的にスパーク経路の変動を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す点火プラグが備える特徴的な構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１における点火プラグを備えることにより得られる効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒内には、その内部を往復移動するピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００１４】
吸気通路１６の吸気ポート１６ａには、当該吸気ポート１６ａを開閉する吸気弁２０が設けられており、排気通路１８の排気ポート１８ａには、当該排気ポート１８ａを開閉する排気弁２２が設けられている。内燃機関１０の各気筒内には、筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２４が設けられている。さらに、各気筒内には、混合気に点火するための点火プラグ２６が設けられている。より具体的には、点火プラグ２６は、燃焼室１４の上壁面の中央部付近に配置されている。
【００１５】
さらに、図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述した燃料噴射弁２４および点火プラグ２６等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０は、上述した各種センサと所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、燃料噴射制御および点火制御などの所定のエンジン制御を行うものである。特に、本実施形態の内燃機関１０では、所定の運転領域において、筒内全体にリーン混合気を均質に形成して行う均質リーンバーン燃焼を利用したリーンバーン運転が行われる。
【００１６】
図２は、図１に示す点火プラグ２６が備える特徴的な構成を説明するための図である。より具体的には、図２は、点火プラグ２６における燃焼室１４内に突出した先端部の形状を説明するための側面図（Ａ）、点火プラグ２６の軸方向から上記先端部を見た平面図（Ｂ）、および、図２（Ａ）中に示すＡ−Ａ線で上記先端部周りの構成を切断した断面図（Ｃ）を含んでいる。
【００１７】
図２中の各図に示すように、本実施形態の点火プラグ２６は、ハウジング先端部３２ａが燃焼室１４内に突き出すように配置される円筒状のハウジング３２を備えている。ハウジング先端部３２ａ付近には、中心電極３４、接地電極（放電電極）３６および絶縁碍子３８が備えられている。点火プラグ２６は、ハウジング３２の外周面に切られたねじ（図示省略）によって、燃焼室１４の上壁面を構成するシリンダヘッド（図示省略）に固定される。
【００１８】
中心電極３４は、ハウジング先端部３２ａの内側において点火プラグ２６の中心軸に沿って配置されている。中心電極３４には、端子金具（図示省略）を介して高電圧が印加される。絶縁碍子３８は、中心電極３４の外周側に配置され、中心電極３４の先端が露出した状態で当該中心電極３４を絶縁状態に保持する絶縁体である。
【００１９】
接地電極（放電電極）３６は、燃焼室１４内に中心電極３４よりも大きく突出した位置においてプラグギャップを介して中心電極３４の先端と対向する先端部３６ａを有している。接地電極３６の基端３６ｂは、ハウジング先端部３２ａに接合されている。接地電極３６は、ハウジング先端部３２ａから点火プラグ２６の先端側（燃焼室１４側）に延出し、その途中で曲がった後に、先端部３６ａが中心電極３４の延長線上に位置するように形成されている。
【００２０】
本実施形態の点火プラグ２６は、図１および図２に示すように、点火時に点火プラグ２６に向かう筒内の気流の方向に沿って接地電極３６の基端３６ｂが中心電極３４よりも上流側に位置するように組み付けられるようになっている。図１に示すように、燃焼室１４の中央部において吸気弁２０と排気弁２２との間に介在するように点火プラグ２６が配置されていると、点火プラグ２６に向かう筒内の気流の方向は、点火時を含め、通常、吸気弁２０側から排気弁２２側に向かう方向となる。したがって、このような方向の気流が筒内に生ずる内燃機関１０の場合には、点火プラグ２６は、接地電極３６の基端３６ｂが吸気弁２０側に向くように組み付けられることになる。なお、このような位置決めのなされた点火プラグ２６の組み付けは、組み付け作業時に目視可能な点火プラグ２６の部位に目印を付けておき、その目印を手掛かりに点火プラグ２６を固定することによって可能となる。
【００２１】
さらに、本実施形態の点火プラグ２６のハウジング先端部３２ａは、上記のように点火時の筒内の気流方向に対して特定の向きで点火プラグ２６が組み付けられている際に後述する優れた効果を発揮する構成を備えている。すなわち、点火プラグ２６のハウジング先端部３２ａには、点火プラグ２６を中心軸方向から見た場合に中心電極３４の中心と接地電極３６の基端３６ｂの中心とを結ぶ直線Ｂ（図２（Ｂ）参照）に対して線対称となる一対の気流誘導通路４０が設けられている。
【００２２】
気流誘導通路４０の入口４０ａは、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に表したように、中心電極３４の位置よりも点火時の筒内気流の上流側においてハウジング先端部３２ａの外側の側壁面に開口している。気流誘導通路４０の出口４０ｂは、図２の各図に表したように、筒内の気流に関して入口４０ａよりも下流側におけるハウジング先端部３２ａの端面３２ａ１に開口している。さらに、気流誘導通路４０は、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に表したように、点火時に点火プラグ２６に向かう筒内の気流の下流側から見て（すなわち、図２（Ｃ）に示す方向から見て）、点火プラグ２６の中心軸に近づくように傾斜しつつ出口４０ｂに向かって延びるように形成されている。
【００２３】
さらに付け加えると、気流誘導通路４０の入口４０ａは、点火時に点火プラグ２６に向かう気流に対向する位置においてハウジング先端部３２ａに形成されている。また、気流誘導通路４０の出口４０ｂは、図２（Ｂ）に表したように、ハウジング先端部３２ａの端面３２ａ１の周方向に沿った円弧状に延びる開口として形成されている。そして、円弧状に形成される出口４０ｂは、主に、点火時の筒内気流における中心電極３４よりも下流側に位置するように形成されている。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態１における点火プラグ２６を備えることにより得られる効果を説明するための図である。
以上説明した構成を有する点火プラグ２６によれば、図３（Ａ）に示すように、入口４０ａから気流誘導通路４０に流入したガスは、気流誘導通路４０によって案内され、ハウジング先端部３２ａの端面３２ａ１に設けられた出口４０ｂから流出するようになる。このようにして気流誘導通路４０から流出する気流によって、プラグギャップでの放電により生じるスパークを下方（燃焼室中心方向）に伸ばすことができるようになる。その結果、スパークが燃焼室１４の上壁面や点火プラグ２６自身に接触することを抑制することができる。これにより、燃焼室１４の上壁面等との接触によってスパークが切れるのを防止して、スパーク経路を安定化させることができる。このため、点火プラグ２６による混合気の着火性を向上させることができる。特に、均質なリーン混合気下でのリーンバーン運転時であれば、リーン限界を向上させられるようになる。
【００２５】
さらに、本実施形態の点火プラグ２６によれば、図３（Ｂ）に示すように、点火プラグ２６の中心軸に近づくように傾斜しつつ出口４０ｂに向かって延びるように形成された一対の気流誘導通路４０を備えたことにより、一対の気流誘導通路４０から流出する気流を対向させることができる。そして、このようにして一対の気流誘導通路４０から流出する気流を対向させることによって、次のような効果をも奏することができる。
【００２６】
すなわち、一対の気流誘導通路４０から流出する気流を対向させることによって、気流誘導通路４０からの気流によって下流側に流されるスパークの周囲でのガスの乱れ（つまり、火炎面の乱れ）を増加させることができる。これにより、着火後の初期燃焼速度を向上させることができる。このような初期燃焼速度の向上は、リーン限界の向上および耐ノック性能の向上のために有効である。
【００２７】
また、一対の気流誘導通路４０から流出する気流を対向させることによって、筒内の気流と直交する方向（図３（Ｂ）中に矢印Ｃを付して示す方向）におけるスパーク経路の変動を抑制することができる。その結果、火炎伝播の変動を抑制することができるので、耐ノック性を向上させることができる。特に、本実施形態の点火プラグ２６では、一対の気流誘導通路４０の出口４０ｂが、主に、中心電極３４よりも下流側に位置するように形成されている。このため、図３（Ｂ）に示すように、筒内の気流によって中心電極３４よりも下流側に伸ばされるスパークに対して両側から衝突するように一対の出口４０ｂからの対向流を向かわせることによって、効果的にスパーク経路の変動を抑制できるようになる。
【００２８】
また、気流誘導通路４０の出口４０ｂは、ハウジング先端部３２ａの端面３２ａ１の周方向に沿った円弧状に延びる開口として形成されている。このような幅を持たせた形状とは異なり、例えば円形状の出口形状を有する一対の気流誘導通路を備えるようにした場合には、点火プラグの組み付けのバラツキによってシリンダヘッドに対する点火プラグの取り付け角度にバラツキが生じると、直線Ｂ（図２（Ｂ）参照）に対して一対の出口位置が対称ではなくなることで、これらの一対の出口からの気流を対向させにくくなる。その結果、筒内の気流と直交する方向（図３（Ｂ）中に矢印Ｃを付して示す方向）におけるスパーク経路の変動を抑制しにくくなる。これに対し、本実施形態の気流誘導通路４０のように円弧状に延びる出口形状を備えることにより、点火プラグ２６の組み付けのバラツキが生じた場合であっても、設計通りの取り付け角度で得られる対向流に対する気流の変化を生じにくくすることができる。このように、円弧状の出口４０ｂを備えるようにしたことで、点火プラグ２６の組み付けのある程度のバラツキを許容しつつ、狙いとする着火性向上効果をより確実に得られるようにすることができる。
【００２９】
ところで、上述した実施の形態１においては、円弧状に延びる出口形状を備える一対の気流誘導通路４０を例に挙げて説明を行った。これにより、上述したように点火プラグ２６の組み付けバラツキへの良好な対応が可能となるが、本発明における点火プラグの出口形状は必ずしも円弧状に形成されるものに限らない。すなわち、点火プラグ２６の組み付けバラツキを十分に抑制できるような場合であれば、円弧状のように幅を持たせた開口に限らず、例えば、円形状であってもよい。これにより、気流誘導通路から流出する気流の速度を効果的に高めることができる。
【００３０】
また、上述した実施の形態１においては、点火時に点火プラグ２６に向かう筒内の気流の方向が吸気弁２０側から排気弁２２側に向かう方向となる内燃機関１０を例に挙げて、接地電極３６の基端３６ｂが吸気弁２０側に向くように組み付けられる点火プラグ２６について説明を行った。しかしながら、上記内燃機関１０と同様の吸排気弁の配置および燃焼室１４の上壁面の中央部への点火プラグの配置を有する内燃機関であっても、当該内燃機関の構成や仕様によっては、点火時に点火プラグに向かう筒内の気流の方向が上記とは逆に排気弁側から吸気弁側に向かう方向となるものも存在する。このような方向の気流が筒内に生ずる内燃機関の場合であれば、本発明が適用される点火プラグは、上記とは逆に、接地電極の基端が排気弁側に向くように組み付けられることになる。また、実機上において想定される点火時の筒内の気流の方向が常に同一方向とはならずに運転状態に応じて変化し得る内燃機関の場合には、本発明の点火プラグによる着火性向上の効果を引き出す要求の高い運転状態において点火時に想定される気流の方向に着目して、本発明にて特定される方向での点火プラグの組み付けがなされるようにするのが好ましい。
【００３１】
また、上述した実施の形態１においては、以上説明した構成を有する点火プラグ２６を均質なリーン混合気の下でのリーンバーン運転を行う内燃機関１０に適用した例について説明を行ったが、本発明における点火プラグの適用対象となる内燃機関は、上記に限定されるものではなく、例えば、理論空燃比で運転される内燃機関に対して適用することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  吸気通路
１８  排気通路
２０  吸気弁
２２  排気弁
２４  燃料噴射弁
２６  点火プラグ
３０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２  点火プラグのハウジング
３２ａ  点火プラグのハウジングのハウジング先端部
３２ａ１  ハウジング先端部の端面
３４  点火プラグの中心電極
３６  点火プラグの接地電極
３６ａ  接地電極の先端部
３６ｂ  接地電極の基端
３８  点火プラグの絶縁碍子
４０  点火プラグの気流誘導通路
４０ａ  気流誘導通路の入口
４０ｂ  気流誘導通路の出口
【図１】
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【図２】
2015072742.tif 000004
【図３】
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