(57)【要約】【課題】複数の点火ギャップを有する多点点火プラグにおいて、ブレークダウン電圧を下げる。【解決手段】少なくともプラス電極６と中間電極７ａの間に形成される点火ギャップ１３ａと中間電極７ｃとアース電極８の間に形成される点火ギャップ１３ｄがプラス電極６、中間電極１７ａ〜１７ｄ及びアース電極８を介して電気的に直列に接続され、中間電極７ａ〜７ｃの碍子部４に保持される部分が碍子部４の一部を挟んで本体金具５と対向することで中間電極７ａ〜７ｃと本体金具５との間にコンデンサＣが形成される。【選択図】      図１
2008218204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターミナルと、
前記ターミナルと電気的に接続される主導体と、
前記主導体を内部に保持する碍子部と、
前記碍子部の先端部に外嵌される本体金具と、
前記主導体に電気的に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するプラス電極と、
一部が前記碍子部の内部に保持され、残りの部分が前記碍子部の先端から露出する１または２以上の中間電極と、
前記本体金具に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するアース電極と、
を備え、少なくとも前記プラス電極と前記中間電極の間に形成される点火ギャップと前記中間電極と前記アース電極の間に形成される点火ギャップが前記プラス電極、前記中間電極及び前記アース電極を介して電気的に直列に接続され、前記中間電極の前記碍子部に保持される部分が前記碍子部の一部を挟んで前記本体金具と対向することで前記中間電極と本体金具の間にコンデンサが形成されることを特徴とする多点点火プラグ。
【請求項２】
前記中間電極は逆Ｔ字型をしており、下端の両側に放電部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の多点点火プラグ
【請求項３】
前記点火ギャップは前記点火プラグの中心軸を中心とする同一円周上に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の多点点火プラグ。
【請求項４】
前記碍子部は、円筒状碍子と、前記円筒状碍子に少なくとも一部が挿入される本体碍子とで構成され、前記本体碍子の前記円筒状碍子に挿入される部分の外周には前記点火プラグの軸方向に延びる電極保持溝が形成されており、前記中間電極は前記電極保持溝に保持されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の多点点火プラグ。
【請求項５】
前記碍子部の先端面の中央に熱価調整用の穴を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載の多点点火プラグ。
【請求項６】
前記主導体は前記碍子部の先端面の中央から露出しており、前記プラス電極は前記主導体の露出部に接続し、前記中間電極の側方まで延びていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の多点点火プラグ。
【請求項７】
前記プラス電極、前記中間電極及び前記アース電極の前記先端面からの露出量は前記各点火ギャップでの放電が前記先端面を伝う沿面放電となる露出量に設定されることを特徴とする請求項１から６のいずれかひとつに記載の多点点火プラグ。
【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】
高い燃焼速度が必要とされる超高速エンジンや、着火が不安定なことに加え火花伝播速度が遅いリーンバーンエンジンでは、確実な着火と初期火炎伝播速度の増大が必須である。
【０００３】
この点に関し、特開2006-140072公報は、先端に複数の点火電極を配置し、複数の点火電極が点火ギャップを隔てて電気的に直列に接続されるようにした点火プラグを開示しており、この点火プラグを用いれば、混合気を複数の点火ギャップから同時に点火し、着火性を向上させるとともに高速燃焼を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開2006-140072公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成の点火プラグでは、複数の点火ギャップから同時に放電させる構成であるため、ブレークダウン電圧が高く、容量の大きな点火コイルが必要になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、複数の点火ギャップを有する多点点火プラグにおいて、ブレークダウン電圧を下げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る多点点火プラグは、ターミナルと、前記ターミナルと電気的に接続される主導体と、前記主導体を内部に保持する碍子部と、前記碍子部の先端部に外嵌される本体金具と、前記主導体に電気的に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するプラス電極と、一部が前記碍子部の内部に保持され、残りの部分が前記碍子部の先端から露出する１または２以上の中間電極と、前記本体金具に接続されるとともに前記碍子部の先端から露出するアース電極と、を備える。
【０００８】
そして、少なくとも前記プラス電極と前記中間電極の間に形成される点火ギャップと前記中間電極と前記アース電極の間に形成される点火ギャップが前記プラス電極、前記中間電極及び前記アース電極を介して電気的に直列に接続され、前記中間電極の前記碍子部に保持される部分が前記碍子部の一部を挟んで前記本体金具と対向することで前記中間電極と前記本体金具の間にコンデンサが形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る多点点火プラグでは、一回の通電で全ての点火ギャップで放電が起こるが、ブレークダウン電圧は、各点火ギャップの隙間の総和に等しい単一の点火ギャップから放電を起こさせるのに必要な電圧よりも低くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１（ａ）は本発明に係る点火プラグ１の部分断面図、図１（ｂ）は点火プラグ１の先端面を示す底面図、図２は図１（ｂ）のＸ矢視図である。
【００１２】
点火プラグ１は、ターミナル２と、ターミナル２に電気的に接続しプラグ軸方向に伸びる主導体３ａ、３ｂと、主導体３ａ、３ｂとほぼ同径の穴を有しその内部に主導体３ａ、３ｂを保持する碍子部４と、碍子部４の下側半分に外嵌される本体金具５と、碍子部４に保持されるプラス電極６及び３つの中間電極７ａ〜７ｃと、本体金具５の下端に接続するアース電極８と、本体金具５に外嵌されるガスケット９とを備える。主導体３ａ、３ｂの間には５ｋΩ程度の電気抵抗体１０が介装される。電気抵抗体１０は点火プラグ１の放電時に発生する電波ノイズを抑えるためのものである。
【００１３】
本体金具５の外周には六角部５ａと螺子部５ｂが形成される。点火プラグ１は、六角部５ａにプラグレンチを装着し、シリンダヘッドに形成されたプラグ穴にねじ込むことでシリンダヘッドに取り付けられる。図３は点火プラグ１を燃焼室一つにつき２つの吸気弁１１と２つの排気弁１２を備えた４バルブエンジンに取り付けた場合を示す。この図に示すように点火プラグ１は燃焼室のできるだけ中心に配置するのが、燃焼室周縁部までの火炎の伝播距離を小さくするのに有利である。
【００１４】
点火プラグ１の先端からは、プラス電極６、３つの中間電極７ａ〜７ｃ及びアース電極８が突出している。プラス電極６とプラス電極６に最も近い中間電極７ａの間、各中間電極７ａ〜７ｃの間、アース電極８に最も近い中間電極７ｃとアース電極８の間には、それぞれ点火ギャップ１３ａ〜１３ｄが形成される。各電極は各点火ギャップ１３ａ〜１３ｄを介して電気的に直列に接続され、各点火ギャップ１３ａ〜１３ｄは点火プラグ１の中心軸を中心とする同一円周上に等間隔で配置される。
【００１５】
各点火ギャップ１３ａ〜１３ｄの間隔は、好ましくはアース電極８に近い下流側の点火ギャップほど大きくなるようにする。これにより、プラス電極６からはプラス電極６に最も近い中間電極７ａに放電しやすくなり、プラス電極６から本体金具５やアース電極８への放電（リーク）を抑えることができる。
【００１６】
なお、この例ではプラス電極６、中間電極７ａ〜７ｃ及びアース電極８の下端全体を露出させているが、各電極の下端全体を露出させる必要はなく、各電極の下端のうち少なくとも放電部となる部位のみが露出していればよい。
【００１７】
また、点火プラグ１の先端面１ａの中央には熱価調整用の窪み１４が形成されている。この窪み１４の深さを浅くすれば点火プラグ１の熱はけがよくなり、点火プラグ１の熱価を高く、すなわち冷え型にすることができる。逆に、窪み１４の深さを深くすれば、燃焼ガスにさらされる面積が増大して熱価が低くなり、カーボンが点火ギャップ１３ａ〜１３ｄに溜まり難い焼け型にすることができる。
【００１８】
碍子部４と本体金具５は、本体金具５の上縁部５ｃをかしめることで結合される。本体金具５と碍子部４の間には緩衝性のあるシール部材１６ａ〜１６ｃ、スペーサ１７が介装されており、燃焼ガスが点火プラグ１内の隙間を通って外部に漏れるのを防止する。
【００１９】
本体金具５の六角部５ａと螺子部５ｂの間には本体金具５の外周面をプラグ軸方向に湾曲させた湾曲部５ｄが設けられる。湾曲部５ｄは本体金具５の軸方向長さを調整するものであるが、上縁部５ｃのかしめ力が強すぎる場合はこの湾曲部５ｄをかしめることで、上縁部５ｃのかしめ力を緩和することができる。
【００２０】
碍子部４は、図４に示す本体碍子４ａと、図５に示すように上下が開放した円筒状碍子４ｂを組み合わせて構成される。本体碍子４ａは、胴部４１ａと、胴部４１ａの上に接続する頭部４１ｂと、胴部４１ａの下に接続する脚部４１ｃからなる。頭部４１ｂには碍子部４の表面を伝って起こる放電を防止するためのコルゲーション４３が形成されている（図１参照）。脚部４１ｃは胴部４１ａよりも径が小さく、円筒状碍子４２の内径とほぼ同径の丸棒状である。脚部４１ｃを円筒状碍子４２の内側に挿入して本体碍子４１と円筒状碍子４２を組み合わせると、脚部４１ｃの下面は円筒状碍子４２の下側開口から露出し、点火プラグ１の先端面１ａを構成する。
【００２１】
脚部４１ｃの外周面には先端側から軸方向に延びる４本の電極保持溝４４、４５ａ〜４５ｃが等間隔に形成される。電極保持溝４４は他の電極保持溝４５ａ〜４５ｃよりも長く、脚部４１ｃの軸方向中央まで延びており、脚部４１ｃの軸方向中央に形成された径方向に伸びる横穴４６に接続する。横穴４６は本体碍子４１の中央を軸方向に伸びる主導体３ａ、３ｂの保持用の穴４７に接続する。残りの３つの電極保持溝４５ａ〜４５ｃは、脚部４１ｃの下から１／４ほどの位置まで延び、脚部４１ｃの途中の外周面に形成される円形凹部４８に接続する。
【００２２】
プラス電極６は図６に示すように、プラグ軸方向に延びる電極本体６１と、電極本体６１の上端から電極本体に対して直角方向に伸びる係止部６２からなる。係止部６２は上側が平坦の半円断面である。プラス電極６は、ニッケルを多く含んだ耐熱合金でできており、放電部となる電極本体６１の先端部６３には白金やイリジウムが溶着される。先端部６３は電極本体６１に対して側方に折れ曲がっており、プラス電極６とアース電極８との最短距離を全点火ギャップ１３ａ〜１３ｄの間隔の総和よりも大きくすることで、プラス電極６からアース電極８にリーク（放電）が起こらないようにしている。
【００２３】
プラス電極６は、半円断面の係止部６２を脚部４１ｃの横穴４６に挿入するとともに、電極本体６１を脚部４１ｃの電極保持溝４４に収装することで脚部４１ｃに装着される。このとき、電極本体６１の表面が脚部４１ｃの外周面と同じ曲率半径で湾曲し、電極本体６１が電極保持溝４４の深さに等しい厚みを有するので、プラス電極６は脚部４１ｃに隙間なく収装される。
【００２４】
中間電極７ａ〜７ｃは図７に示すように、逆Ｔ字型の電極本体７１と、電極本体７１の上端に接続する円形の係止部７２からなる。中間電極７ａ〜７ｃもプラス電極６と同様に、ニッケルを多く含んだ耐熱合金でできており、放電部となる電極本体の先端部７３の両側７４ａ、７４ｂには白金やイリジウムが溶着される。
【００２５】
電極本体７１は、本体金具５と対向するプラグ周方向に湾曲する対向面７５を有する。対向面７５の面積（幅、長さ）は隣接する電極との間で絶縁性が確保できる範囲でなるべく大きくし、中間電極７ａ〜７ｃと本体金具５の間に形成されるコンデンサＣの容量を十分に確保する。
【００２６】
中間電極７ａ〜７ｃは、円形の係止部７２を脚部４１ｃの円形凹部４８に収装するとともに、電極本体７１を脚部４１ｃの電極保持溝４５ａ〜４５ｃに収装することで脚部４１ｃに装着される。電極本体７１の表面が脚部４１ｃの外周面と同じ曲率半径で湾曲し、電極本体７１が電極保持溝４５ａ〜４５ｃの深さに等しい厚みを有するので、中間電極７ａ〜７ｃは脚部４１ｃに隙間なく収装される。
【００２７】
プラス電極６と中間電極７ａ〜７ｃが装着された脚部４１ｃは円筒状碍子４２に挿入される。これによって、プラス電極６と中間電極７ａ〜７ｃが本体碍子４１と円筒状碍子４２の間に挟持され、プラス電極６と中間電極７ａ〜７ｃが碍子部４に固定される。なお、プラス電極６と中間電極７ａ〜７ｃの固定方法はこれに限らず、水ガラスのような絶縁性と耐熱性のある接着剤を用いても構わない。
【００２８】
続いて上記構成の点火プラグ１の放電時の動作について説明する。
【００２９】
ターミナル２には図示しないプラグコードを介して点火コイルが接続される。点火コイルからターミナル２に電圧が印加されると、主導体３ａ、３ｂを介してプラス電極６に電圧が印加され、プラス電極６に近い点火ギャップから順次放電が起こる。
【００３０】
一回の通電で全ての点火ギャップ１３ａ〜１３ｄで放電が起こるが、このとき必要とされる電圧（ブレークダウン電圧）は、各点火ギャップ１３ａ〜１３ｄの隙間の総和に等しい単一の点火ギャップから放電を起こさせるのに必要な電圧よりも７割〜８割程度に低くなる。これは中間電極７ａ〜７ｃと本体金具５の間にコンデンサＣが形成され（図１参照）、このコンデンサＣが下流側の点火ギャップでの放電に寄与しているためと考えられる。
【００３１】
つまり、上流側の点火ギャップで放電が起こり、下流に位置するコンデンサに電荷が流入すると、さらに下流に位置する点火ギャップの電位差が増大し、その下流に位置する点火ギャップでも放電が起こる。隣接する点火ギャップの放電は、コンデンサのチャージに要する時間に対応して微少な時間差をおいて起こるので、結果として、全点火ギャップから同時に放電させるものと比べ、ブレークダウン電圧を大幅に下げることができるのである。
【００３２】
図８は上記構成の点火プラグ１を用いて燃焼室内の混合気を点火した場合に燃焼室内に火炎が広がる様子を示している。
【００３３】
点火当初は４つの点火ギャップ１３ａ〜１３ｄからそれぞれ火炎が円形状（３次元で見ると球状）に発生する。このため、点火当初の火炎全体の先端面はＦ１で示すように角の丸い四辺形となるが、火炎が広がるにつれ火炎全体の先端面はＦ２、Ｆ３で示すように点火プラグ１を中心とした円形に近づいていき、最終的には円形の火炎となってほぼ一様な速度Ｙで燃焼室の周縁部に向けて火炎が広がっていく。
【００３４】
これは、火炎の先端は燃料がイオン化し発光しながら激しく酸化されている部分でプラスに帯電しており、隣接する点火ギャップからの火炎の先端面が両点火ギャップの間を通る線Ｌ１、Ｌ２上で衝突すると、火炎が押し合って燃焼室の径方向外側への速度Ｚが生じ、全ての火炎が径方向に広がるようになるためと考えられる。
【００３５】
したがって、上記構成の点火プラグ１によれば、多点点火により初期火炎核の数を増やすとともに点火プラグ１から混合気に注入されるエネルギーを増大させることでき、着火性の向上と、火炎伝播速度の増大による高速燃焼を実現することができる。
【００３６】
高速エンジンは、ピストン速度が限界速度を超えないようにピストンストロークが小さく設定される一方で排気量を確保するためにシリンダー径が大きく設定されるので、半径方向の火炎の伝播速度向上が高速化の条件の一つになるが、上記構成の点火プラグ１によれば高速燃焼を実現できるので、このような要求にも対応可能である。また、従来の単一の点火ギャップのみを有する点火プラグでは安定した着火が困難であった空気過剰率が２程度の超希薄混合気であっても安定した着火性を得ることができ、上記構成の点火プラグ１をリーンバーンエンジンに用いれば、リーン限界を拡大することが可能である。なお、上記構成の点火プラグ１が適用可能なエンジンは高速エンジン、リーンバーンエンジンに限らず、火花点火エンジンに広く適用できることは言うまでもない。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記構成は、本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態の構成は、以下に述べるように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な改変が可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、３つの中間電極７ａ〜７ｃをプラス電極６とアース電極８の間に配置することで４つの点火ギャップ１３ａ〜１３ｄを形成しているが、中間電極の数を増減することで２以上の任意の数の点火ギャップの形成することができる。
【００３９】
また、図９は主導体１３ｂとプラス電極６の間にスプリング８１を介装した変形例である。この構成によればスプリング８１が主導体１３ｂとプラス電極６の係止部６２に押しつけられるので、主導体１３ｂとプラス電極６とを確実に導通させることが可能になる。なお、スプリング８１を電気抵抗体１０に代えることも可能である。
【００４０】
また、図１０に示すように、プラグ先端面１ａからのプラス電極６、中間電極７ａ〜７ｃ、アース電極８の露出量（突出高さ）を小さく、あるいは、各電極の下端を先端面１ａと面一にし、各点火ギャップ１３ａ〜１３ｄでの放電がプラグ先端面１ａに沿う沿面放電になるようにしてもよい。この構成によれば、各電極の保持強度が増し、また、点火ギャップ１３ａ〜１３ｄが汚損に対して強くなるので安定した着火性を得ることができる。
【００４１】
さらに、図１１に示すように、主導体１３ｂを延長して碍子部４を貫通させ、先端面１ａの中央から露出する延長部１ｃの下端にプラス電極６を接続し、プラス電極６の先端を中間電極７ａの側方まで延ばすようにしてもよい。この構成によれば、本体碍子４１に横穴４６を形成する必要がなくなり、プラス電極６の形状も簡単な形状になるので、点火プラグ１の製造コストを下げるとともに、碍子部４の強度を向上させることができる。
【００４２】
ただし、図１１に示した構成では、熱価調整用の窪み１４を点火プラグ１の先端面１ａ中央に形成することができないので、従来の点火プラグ１と同様に碍子部４と本体金具５の間に窪み８２を形成し、この窪み８２の幅、深さを調整することで点火プラグ１の熱価を調整するようにする。このとき、窪み８２の深さは中間電極７ａ〜７ｃの碍子部４に保持される部分の長さよりも短くする。これは、中間電極７ａ〜７ｃの碍子部４に保持される部分の長さよりも窪み８２の深さが大きくなると、中間電極７ａ〜７ｃと本体金具５の間にコンデンサが形成されなくなり、ブレークダウン電圧を下げることができなくなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る点火プラグを示し、（ａ）は点火プラグの部分断面図、（ｂ）は点火プラグの底面図である。
【図２】図１（ｂ）のＸ矢視図である。
【図３】燃焼室内側から燃焼室上面を見た図である。
【図４】本体碍子を示し、（ａ）は本体碍子の正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその底面図である。
【図５】円筒状碍子の正面図である。
【図６】プラス電極を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ａ）のVId-VId断面である。
【図７】中間電極を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は（ａ）のVIIc-VIIc断面である。
【図８】燃焼室内に火炎が伝播する様子を示した図である。
【図９】本発明の一部変形例を示す図である。
【図１０】同じく本発明の一部変形例を示す図である。
【図１１】同じく本発明の一部変形例を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のXIa-XIa断面図、（ｂ）は点火プラグの底面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    点火プラグ
２    ターミナル
３ａ、３ｂ  主導体
４    碍子部
５    本体金具
６    プラス電極
７ａ〜７ｃ  中間電極
８    アース電極
Ｃ    コンデンサ
１３ａ〜１３ｄ  点火ギャップ
１４  窪み
４１  本体碍子
４２  円筒状碍子
８２  窪み
【図１】
2008218204.tif 000003
【図２】
2008218204.tif 000004
【図３】
2008218204.tif 000005
【図４】
2008218204.tif 000006
【図５】
2008218204.tif 000007
【図６】
2008218204.tif 000008
【図７】
2008218204.tif 000009
【図８】
2008218204.tif 000010
【図９】
2008218204.tif 000011
【図１０】
2008218204.tif 000012
【図１１】
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