(57)【要約】【課題】複数の外側電極を有する点火装置において、飛び火させる外側電極を選択可能とし、構造が単純かつ搭載性の優れた点火装置を提供する。【解決手段】燃焼室に臨んで設けられた点火装置１０であって、電気火花を発生させる中心電極１１と、中心電極１１の周囲に配置された複数の外側電極１２ａ，１２ｂと、外側電極１２ａ，１２ｂを接地するか否かを切替える接地切替手段１４ａ，１４ｂとを備える。【選択図】図１
2007092591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に臨んで設けられた点火装置であって、
電気火花を発生させる中心電極と、
前記中心電極の周囲に配置された複数の外側電極と、
前記外側電極を接地するか否かを切替える接地切替手段と、
を備えるエンジンの点火装置。
【請求項２】
前記接地切替手段は、前記外側電極とトランジスタとを接続し、このトランジスタの通電を切替えることによって外側電極の接地を切替える、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火装置。
【請求項３】
前記接地切替手段は、すべての外側電極に備えられている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの点火装置。
【請求項４】
前記接地切替手段は、各外側電極に均等に飛び火するように外側電極の接地を選択して切替える、
ことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの点火装置。
【請求項５】
前記接地切替手段は、エンジンの運転が高回転高負荷の場合には、吸気側に配置された外側電極を接地するように切替える、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジンの点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの点火プラグは、燃焼のたびに火花エネルギーや酸化などによって電極が消耗する。そこで、複数の外側電極（接地電極）を備えることによって耐久性に優れる多極電極形の点火プラグが提案されている。
【０００３】
しかし、従来の多極電極形の点火プラグは特定の外側電極を選択して飛び火させることができなかった。そのため、従来の多極電極形の点火プラグではエンジンの運転状況などに応じて点火位置を指定することができなかった。
【０００４】
そこで、複数の外側電極と対応した同数の中心電極を備え、特定の中心電極を選択して火花放電させることによって、エンジンの運転状況に応じて点火位置を制御することを可能とする多極電極形点火プラグが提案された（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１６１１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述した従来の多極電極形の点火プラグは、それぞれの中心電極について個別に点火コイル及びディストリビュータを必要としていた。したがって、この多極電極形の点火プラグは構造が複雑になってしまうため、実際にエンジンに搭載するには搭載性及びコストに問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、複数の外側電極を有する多極電極形の点火プラグについて、飛び火する外側電極を選択することを可能としながら、構造が単純で搭載性の優れた低コストの点火装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、燃焼室に臨んで設けられた点火装置（１０）であって、電気火花を発生させる中心電極（１１）と、前記中心電極（１１）の周囲に配置された複数の外側電極（１２ａ，１２ｂ）と、前記外側電極（１２ａ，１２ｂ）を接地するか否かを切替える接地切替手段（１４ａ，１４ｂ）とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、特定の外側電極のみ接地させることによって中心電極から発生した電気火花が飛び火する外側電極を選択し、火炎の点火位置を選択することができる。したがって、例えば、未燃ガスのたまりやすい領域に近接した位置で着火することによってノッキングの発生を抑制することができる。さらに、飛び火する外側電極を分散させることができるため、外側電極の耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１１】
図１は、本発明による点火プラグ１０がエンジンに搭載された状態を示す図であり、図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）を矢印Ｂの方向から見た図である。
【００１２】
点火プラグ１０は、エンジンのシリンダヘッド１に備えられる。点火プラグ１０は、中心電極１１と、外側電極１２ａ，１２ｂを備える。本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように１本の中心電極１１を中心に２本の外側電極１２ａ，１２ｂを周囲に備える多極電極形の点火プラグを用いる。
【００１３】
中心電極１１は、図示しない点火コイルから高圧電流がかけられてその先端から電気火花が発生する。中心電極１１には、火花放電電圧が低く、かつ長時間使用しても放電電圧の上昇が少ない耐久性や爆発時の高温度を速やかに逃がす熱伝導性などを必要とする。中心電極１１には白金やイリジウムなどが用いられる。
【００１４】
中心電極１１は、高圧電流が中心電極以外に流れないように碍子１６によって絶縁されている。碍子１６は、高電圧に耐える絶縁性とともに、燃焼室内の爆発や熱サイクルに耐える耐熱衝撃性を備える必要がある。碍子１６は、高純度のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主体とするセラミック焼結体で形成される。
【００１５】
外側電極１２ａ，１２ｂは、シリンダヘッド１に中心電極を囲むように後述する絶縁部１３ａ，１３ｂを介して取付けられている。外側電極１２ａ，１２ｂは、シリンダヘッド１と垂直に設置されている。外側電極１２ａ，１２ｂは、その先端部が中心電極１１に向かう略Ｌ字状に形成される。外側電極１２ａ，１２ｂと中心電極１１との間には隙間を有する。この隙間が火花放電ギャップ２０である。
【００１６】
中心電極１１に高電圧をかけると、火花放電ギャップ２０の絶縁が破られて放電現象が起こり、電気火花を発生させる。この電気火花は、圧縮混合気に点火して着火爆発を起こさせる。これは、火花放電ギャップ２０に存在する燃料粒子が火花放電により活性化されることによって起こる。燃料粒子は、活性化すると酸化反応を起こし、反応熱を生じて火炎核を発生させる。この火炎核が発生すると、周囲の混合気が活性化して燃焼が広がっていく。
【００１７】
しかし、火炎核の発熱作用よりも電極の消炎作用の方が大きい場合には、火炎核は消滅し失火する。電極の消炎作用とは、電極が熱を吸収して火炎を消火しようとする作用のことである。また、中心電極１１と外側電極１２ａ，１２ｂとの間隔が広い場合、すなわち、火花放電ギャップ２０が大きい場合には火炎核を大きくし、消炎作用を小さくすることができる。しかし、火花放電ギャップ２０を広げすぎるとより大きな放電電圧が必要となるため、点火コイルの性能の限界を超えてしまうと点火できなくなる。
【００１８】
また、一般的な点火プラグではすべての外側電極が直接接地されている。したがって、中心電極が発生させた電気火花は、通常、電極の消耗の程度などに応じて飛び火しやすい外側電極に向かう。
【００１９】
一方、本実施形態では外側電極１２ａ，１２ｂにはシリンダヘッド１との間に絶縁部１３ａ，１３ｂが設けられている。したがって、本実施形態のように外側電極が絶縁されていると、いずれの外側電極にも飛び火することができなくなってしまう。
【００２０】
そこで、本実施形態では図１（Ａ）に示すように、トランジスタ１４ａ，１４ｂのコレクタ端子には外側電極１２ａ，１２ｂが接続されている。また、トランジスタ１４ａ，１４ｂのエミッタ端子は接地されている。さらに、トランジスタ１４ａ，１４ｂのベース端子には図示しない電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３０が接続されている。ＥＣＵ３０は、トランジスタ１４ａ，１４ｂのベース端子に信号を送ることにより、エミッタ・コレクタ間を通電可能とし、外側電極１２ａ，１２ｂを接地させることができる。このようにして、ＥＣＵ３０は任意の外側電極１２ａ，１２ｂに対して飛び火するように制御することができる。
【００２１】
図２は、点火プラグ１０の配置を示す図である。図の上方が吸気側、下方が排気側である。シリンダヘッド１は、２つの吸気ポート２ａ，２ｂと、２つの排気ポート３ａ，３ｂとを備える。吸気ポート２ａ，２ｂと排気ポート３ａ，３ｂとの間には、点火プラグ１０が配置されている。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、前述のようにトランジスタ１４ａ及び１４ｂの通電を切替えることにより、外側電極１２ａ又は１２ｂのいずれに飛び火するかを選択することができる。そこで、本実施形態では、エンジンの運転状態などに応じて吸気側もしくは排気側を選択して混合気に点火することができる。
【００２３】
火炎の伝播は低温の領域ではその伝播速度が遅くなる。このような領域では火炎が到達する前に火炎前方で未燃混合気が圧縮されて自着火を起こしやすく、ノッキングが発生しやすい。吸気ポート２１と近接する領域は、温度が低く点火プラグからの距離も離れているため、特に未燃混合気が滞留しやすくノッキングを発生させやすい。
【００２４】
そこで、吸気側の外側電極１２ａに飛び火させて混合気を着火することによって、低温領域に向かってすばやく火炎を伝播させてノッキングの発生を防ぐことができる。
【００２５】
図３は、本発明によるエンジンの運転状態によって飛び火させる点火プラグ１０の外側電極を示すグラフであり、縦軸はエンジントルク、横軸はエンジン回転数を示す。
【００２６】
高回転高負荷領域である領域Ｒ１の状態の場合には、トランジスタ１４ａのみ通電させる。こうすることによって、排気側の外側端子１２ｂは絶縁されたままの状態となり、吸気側の外側端子１２ａにのみ電気火花が飛び火させることができる。したがって、残留する未燃ガスを吸気側から優先的に燃焼させることができ、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００２７】
一方、領域Ｒ１の状態以外の場合（領域Ｒ２）には、トランジスタ１４ａ及び１４ｂの両方に通電する。このようにすると、従来の点火プラグと同様にいずれの外側電極に飛び火するかを選択することはできないが、飛び火する外側電極を分散させることによって、プラグの寿命を伸ばす効果を得ることができる。
【００２８】
したがって、通常時にはトランジスタ１４ａ及び１４ｂを共に通電しておき、エンジンの運転状態が高回転高負荷となったときにはトランジスタ１４ｂの通電を切断するという単純な制御で実現することができる。また、外側電極１２ａについてはトランジスタを介さずに常に接地させておき、他方の外側電極１２ｂについてのみトランジスタ１４ｂの通電を切替えるように構成してもよい。
【００２９】
本実施形態の効果について説明する。
【００３０】
本実施形態によれば、外側電極を絶縁して配置し、それぞれの電極をトランジスタと連結することによって、任意の外側電極に飛び火させることができる。これにより、エンジンの運転状態に応じて吸気方向及び排気方向を選択して混合気に着火することできる。したがって、飛び火する外側電極を選択してノッキングを起こしやすい領域に火炎の成長を促すことができるため、ノッキングの発生を効果的に防ぐことができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、特定の外側電極に飛び火させる必要がない状態では、トランジスタ１４ａと１４ｂを交互に若しくは双方に通電することにより、特定の外側電極のみに飛び火することで偏って電極が消耗することを防ぐことができる。
【００３２】
さらに、本実施形態によれば、各電極にトランジスタを設けるのみで上述の効果を得ることができるため、コストの増加も最低限に抑えることができる。
【００３３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００３４】
例えば、外側電極の数は２極に限る必要はなく、３極、４極以上であっても同様の効果を得ることができる。外側電極を増加させることで、点火プラグの耐久性をさらに向上させることができる。さらに、火炎の成長方向の選択肢を増やすことができるため、エンジンの運転状態などに応じて、より詳細な制御を行なうことができる。
【００３５】
また、本発明を筒内直接噴射式内燃機関に採用して成層燃焼を実施する場合には、混合気の濃度が高い領域に近接する位置で着火させることができる。
【００３６】
中心電極及び外側電極の発火部の形状についても、本実施形態で示した形状に限られない。例えば、発火部の形状を沿面形にすることによって、くすぶり汚損に対して強くすることができ、自己洗浄機能をより強化させることができる。
【００３７】
複数の点火プラグを燃焼室内に備える多点点火方式を採用した場合には、未燃混合気が残りやすい領域に燃焼火炎が成長するように、それぞれの点火プラグについて外側電極を選択して点火させることができる。こうすることによって、より効果的にノッキングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による内燃機関の点火装置を示す図である。
【図２】本発明による内燃機関の点火装置を設ける位置を示す図である。
【図３】本発明による内燃機関の点火装置が運転状態によって飛び火させる外側電極を選択する領域を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１  シリンダヘッド
１１  中心電極
１２ａ，１２ｂ  外側電極
１３ａ，１３ｂ  絶縁部（接地切替手段）
１４ａ，１４ｂ  トランジスタ（接地切替手段）
１６  碍子
２０  火花放電ギャップ
【図１】
2007092591.tif 000003
【図２】
2007092591.tif 000004
【図３】
2007092591.tif 000005