(57)【要約】【課題】本発明は、インジェクタと中心電極向との間に接地電極が配置された場合であっても安定した成層希薄燃焼を実現する点火プラグを提供する。【解決手段】点火プラグ５０は、プラグ本体５１と、プラグ本体５１に設けられる中心電極５２と、プラグ本体５１において中心電極５２の周りに設けられる接地電極５３とを備える。接地電極５３は、プラグ本体５１から中心電極５２の先端側に延びる本体部５７と、プラグ本体５１の軸心線方向Ｄを横切る方向に沿って中心電極５２側に延びる延出部５８とを備える。本体部５７において中心電極５２の軸心線方向Ｄの周方向Ｘを横切る両側面のうち少なくとも一方は、中心電極５２側へ向かうにしたがい、本体部５７から中心電極５２へ向かう方向Ｙに対して他方の側面側に傾斜する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラグ本体と、
前記プラグ本体に設けられる中心電極と、
前記プラグ本体において前記中心電極の周りに設けられて前記中心電極との間で火花放電が行われる接地電極と
を具備して燃料を噴射するインジェクタが設けられる燃焼室内に設置される点火プラグであって、
前記接地電極は、
前記プラグ本体から前記中心電極の先端側に延びる本体部と、
前記プラグ本体の軸心線方向を横切る方向に沿って前記本体部から前記中心電極側に延びる延出部と
を具備し、
前記本体部において前記中心電極の軸心線方向の周方向を横切る両側面のうち少なくとも一方に、前記中心電極側へ向かうにしたがい、前記本体部から前記中心電極へ向かう方向に対して前記他方の側面側に傾斜する傾斜部を設けたことを特徴とする点火プラグ。
【請求項２】
前記傾斜部は、前記側面全体に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。
【請求項３】
前記延出部において前記中心電極の軸心線方向の周方向を横切る両側面のうち少なくとも一方は、前記中心電極側へ向かうにしたがい前記軸視線方向に対して前記他方の側面側に傾斜することを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば筒内直噴型火花点火式内燃機関に用いられる点火プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のガソリンエンジンに用いられる点火プラグの構造として、１つの中心電極と、中心電極の周囲に配置されるとともに中心電極との間で火花放電が行われる接地電極を１つ備える構造がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開平２―３２６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
接地電極は、一般に、点火プラグの軸心線方向に略沿って延びる本体部と、当該本体部の先端から点火プラグの軸心線方向を横切る方向に突出する延出部とを有している。そして中心電極と延出部との間で火花放電が行われる。
【０００４】
インジェクタを用いて燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直噴型の火花点火式内燃機関において、インジェクタが点火プラグへ向かって燃料を直接的に噴射するスプレーガイド式のエンジンでは、圧縮行程に噴射した燃料の一部が，直接中心電極に到達・気化することに加え、残りの一部の燃料が，高温の接地電極にぶつかることによって拡散して空気との混合／気化が促進され、中心電極の周囲に滞留して混合気を形成する。そして、この混合気に点火して燃料を燃焼する。これにより，点火プラグの周辺を理論空燃比近傍とし，燃焼室全体では極めてリーンな空燃比での燃焼，所謂成層希薄燃焼を実現する。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように１つの接地電極を備える点火プラグの場合、接地電極の本体部がインジェクタと中心電極との間に配置されると、インジェクタから噴射された燃料は接地電極とぶつかって拡散されるものの、接地電極にさえぎられて中心電極の周囲に滞留しにくくなる。
【０００６】
安定した成層希薄燃焼を実現するためには、中心電極の周囲に燃料が滞留している必要があるので、接地電極の本体部がインジェクタと中心電極との間に配置されると、燃料を安定して燃焼することが難しくなる。
【０００７】
一般に、点火プラグはねじ込み式であるので、インジェクタに対する接地電極の位置を制御することは難しい。つまり、点火プラグをシリンダヘッドなどに固定する場合、点火プラグをシリンダヘッドにねじ込むが、特許文献１に開示されているように１つの接地電極を備える点火プラグでは、接地電極の位置はシリンダヘッドに対する点火プラグの回転具合に左右されるので、その位置を制御することは難しく、それゆえ、接地電極がインジェクタと中心電極との間に配置されることがある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、インジェクタと中心電極との間に接地電極が配置された場合であっても安定した成層希薄燃焼を実現する点火プラグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の点火プラグは、プラグ本体と、前記プラグ本体に設けられる中心電極と、前記プラグ本体において前記中心電極の周りに設けられて前記中心電極との間で火花放電が行われる接地電極とを具備して燃料を噴射するインジェクタが設けられる燃焼室内に設置される。前記接地電極は、前記プラグ本体から前記中心電極の先端側に延びる本体部と、前記プラグ本体の軸心線方向を横切る方向に沿って前記本体部から前記中心電極側に延びる延出部とを備える。前記本体部において前記中心電極の軸心線方向の周方向を横切る両側面のうち少なくとも一方は、前記中心電極側へ向かうにしたがい、前記本体部から前記中心電極へ向かう方向に対して前記他方の側面側に傾斜する。
【００１０】
この構造によれば、本体部がインジェクタと中心電極との間に配置される場合、インジェクタから噴射された燃料の一部は、本体部にぶつかって拡散して空気との混合が促進されるとともに、コアンダ効果によって傾斜する側面に沿って中心電極まで導かれる。
【００１１】
本発明の好ましい形態では、前記傾斜部は、前記側面全体に設けられる。
【００１２】
この構造によれば、側面全体に傾斜部が形成されているので、コアンダ効果をさらに得ることができる。
【００１３】
本発明の好ましい形態では、前記延出部において前記中心電極の軸心線方向の周方向を横切る両側面のうち少なくとも一方は、前記中心電極側へ向かうにしたがい前記軸心線方向に対して前記他方の側面側に傾斜する。
【００１４】
この構造によれば、延出部においてもコアンダ効果によって傾斜する側面に沿って中心電極まで導かれるとともに、混合気が燃焼することによって発生する火炎において接地電極と接触する範囲が減少するので、火炎の熱損失が抑えられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、インジェクタと中心電極との間に接地電極が配置された場合であっても安定した希薄成層燃焼を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る点火プラグを、図１〜３を用いて説明する。本実施形態の点火プラグ５０は、例えば、自動車のレシプロ式ガソリンエンジン２０に用いられる。エンジン２０は、多気筒エンジンである。また、エンジン２０は、筒内直噴型火花点火式内燃機関である。
【００１７】
図１は、エンジン２０の1つの燃焼室３０の近傍の断面図を示している。図１に示すように、エンジン２０は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、などを備えている。
【００１８】
シリンダブロック２１には、複数のシリンダ２３が形成されている。シリンダ２３には、ピストン２４が収容されている。ピストン２４は、図示しないコンロッドを介してクランクシャフトに連結されている。ピストン２４は、燃焼ガスの圧力エネルギを受けてシリンダ２３内を往復動する。クランクシャフトは、ピストン２４の往復動によって、回転する。シリンダブロック２１において、シリンダ２３の近傍には、ウォータージャケット２５が形成されている。ウォータージャケット２５内には、冷却水が流動している。
【００１９】
シリンダヘッド２２は、シリンダブロック２１の上端面２１ａに固定されている。シリンダヘッド２２において、シリンダ２３と重なる部位には、燃焼凹部２２ｂが形成されている。燃焼凹部２２ｂは、例えば屋根型である。燃焼凹部２２ｂは、上端面２１ａに開口するシリンダ２３の開口を覆っている。
【００２０】
燃焼凹部２２ｂと、ピストン２４の外面と、シリンダ２３の内面とによって規定される空間は、燃焼室３０となっている。
【００２１】
シリンダヘッド２２には、吸気通路２６と排気通路２７とが形成されている。吸気通路２６の一端は、燃焼凹部２２ｂ内に開口している。吸気通路２６において燃焼凹部２２ｂ側の開口端は、吸気口２６ａになっている。吸気口２６ａには、吸気バルブ２８が設けられている。
【００２２】
排気通路２７の一端は、燃焼凹部２２ｂ内に開口している。排気通路２７において燃焼凹部２２ｂ側の開口端は、排気口２７ａになっている。排気口２７ａには、排気バルブ２９が設けられている。
【００２３】
シリンダヘッド２２には、燃料を噴射するインジェクタ４０と、点火プラグ５０とが設けられている。
【００２４】
インジェクタ４０は、燃料を噴射する噴射口４１を有している。インジェクタ４０は、噴射口４１が燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃの近傍から燃焼凹部２２ｂ内に臨むように、シリンダヘッド２２の頂点部分２２ｃの近傍に取り付けられている。
【００２５】
点火プラグ５０は、燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃの近傍において、インジェクタ４０を避けた位置に取り付けられている。具体的には、点火プラグ５０は、インジェクタ４０に対して、図中右にずれた位置の傾斜部分２２ｅから燃焼室３０内に臨むように取り付けられている。
【００２６】
点火プラグ５０は、プラグ本体５１と、１つの中心電極５２と、１つの接地電極５３とを備えている。
【００２７】
プラグ本体５１は、点火プラグ５０において当該点火プラグ５０が固定される相手部材例えばシリンダヘッド２２などに支持される部分の概念である。プラグ本体５１は、略円柱状である。プラグ本体５１は、例えば、プラグハウジング５４や図示しない中軸や碍子５５などを備えている。中軸は、プラグハウジング５４内に収容される。中軸は、プラグハウジング５４内に電流を導く。碍子５５は、プラグハウジング５４内に収容されるとともに、一部がプラグハウジング５４の一端から出ている。
【００２８】
プラグ本体５１の先端側の周面には、ねじ部５６が形成されている。ねじ部５６には、雄ねじが形成されている。シリンダヘッド２２において点火プラグ５０が固定される部位には、ねじ部５６と螺合するように、雌ねじ部２２ｄが形成されている。雌ねじ部２２ｄには、雌ねじが形成されている。ねじ部５６が雌ねじ部２２ｄに螺合することによって、点火プラグ５０は、シリンダヘッド２２に固定される。
【００２９】
中心電極５２は、プラグ本体５１内に収容されている。中心電極５２は、プラグ本体５１の軸線Ｃ上に配置されているとともに、プラグ本体５１の軸心線方向Ｄに沿って延びており、碍子５５によって囲まれている。それゆえ、中心電極５２の軸心線方向は、プラグ本体５１の軸心線方向Ｄと同じである。
【００３０】
上記したように、点火プラグ５０が屋根型である燃焼凹部２２ｂの頂点部分２２ｃを避けた位置（傾斜部分２２ｅ）に取り付けられていることにともない、中心電極５２は、インジェクタ４０の噴射口４１よりも燃焼室３０の内側に位置するようになる。
【００３１】
接地電極５３は、プラグ本体５１の先端において中心電極５２の周囲に設置されている。接地電極５３は、本体部５７と延出部５８とを有している。
【００３２】
本体部５７の基部分５７ａは、プラグ本体５１に接続される。本体部５７は、直線状であって、例えばプラグ本体５１の軸心線方向Ｄに略沿って延びている。延出部５８は、本体部５７の先端５７ｂから軸心線方向Ｄを横切る方向に中心電極５２側に延びている。延出部５８は、例えば軸心線方向Ｄに中心電極５２の先端５２ａと重なる位置まで延びている。中心電極５２の先端５２ａと延出部５８との間には、隙間が規定されている。
【００３３】
図２は、点火プラグ５０の側面図である。図２は、本体部５７と碍子５５とが重なる方向に点火プラグ５０を見ており、本体部５７は、碍子５５に対して紙面奥に位置している。それゆえ、図２では、延出部５８の延びる方向は、紙面奥から手前側へ向かう方向である。
【００３４】
図３は、図２に示されるＦ３−Ｆ３線に沿う点火プラグ５０の断面図である。図３は、本体部５７を、本体部５７が延びる方向に対して略垂直方向に断面している。図３に示すように、本体部５７の断面は、略台形状である。
【００３５】
本体部５７の形状について、具体的に説明する。本体部５７は、第１の内面６１と、第１の外面６２と、第１の側面６３と、第２の側面６４とを有している。第１の内面６１は、本体部５７において中心電極５２側に面している。第１の外面６２は、第１の内面６１を挟んで中心電極５２と反対側の面であって、外側に面している。
【００３６】
第１，２の側面６３，６４は、それぞれ中心電極５２軸心線方向Ｄの周方向Ｘ（図中１点鎖線で示す）を横切る面である。なお、第１，２の側面６３，６４のうち、図中上方に位置する方を第１の側面６３とする。図中下方に位置する方を第２の側面６４とする。
【００３７】
第１の内面６１と第１の外面６２とは、例えば互いに略平行な平面である。第１の内面６１の幅は、第１の外面６２の幅よりもせまい。なお、ここで言う幅とは、本体部５７から中心電極５２へ向かう方向Ｙを略垂直に横切る方向に沿う長さである。本体部５７から中心電極５２へ向かう方向Ｙは、図中１点鎖線で示している。本体部５７から中心電極５２へ向かう方向Ｙとは、本体部５７の断面における周方向Ｘに沿う略中心Ｐ１から中心電極５２へ向かう方向である。
【００３８】
第１の側面６３は、第１の外面６２から第１の内面６１へ向かうにつれ、本体部５７から中心電極５２へ向かう方向Ｙに対して第２の側面６４側へ向かって傾斜している。第１の側面６３は、基部分５７ａから先端５７ｂにわたって全体が傾斜している。つまり、第１の側面６３は、本発明で言う傾斜部でもある。第２の側面６４は、第１の外面６２から第１の内面６１へ向かうにしたがい、本体部５７から中心電極５２へ向かう方向Ｙに対して第１の側面６３側へ向かって傾斜している。第２の側面６４は、基部分５７ａから先端５７ｂにわたって全体が傾斜している。つまり、第２の側面６４は、本発明で言う傾斜部でもある。それゆえ、本体部５７におけるプラグ本体５１を略垂直に横切る方向に沿う断面は、基部分５７ａから先端５７ｂにわたって、上記したように示される略台形状になる。なお、本実施形態では、側面６３、６４全体が傾斜部となっているが、中心電極側のみに傾斜部を設けてもよい。この場合でもコアンダ効果を得ることができる。
【００３９】
図２は、延出部５８の先端面５８ａを示している。図２に示すように、先端面５８ａは、略台形状である。延出部５８について具体的に説明する。先端面５８ａは、第２の内面７１と第２の外面７２と第３の側面７３と第４の側面７４とを有している。第２の内面７１は、延出部５８において中心電極５２側に面する面である。第２の外面７２は、延出部５８において第２の内面７１を挟んで反対側の面であって、外側に面している。
【００４０】
第３，４の側面７３，７４は、延出部５８においてプラグ本体５１の軸心線方向Ｄの周方向Ｘ（図中１点鎖線で示す）を横切る面である。なお、第３の側面７３は、図中右側に位置している。第４の側面７４は、図中左側に位置している。
【００４１】
第２の内面７１の幅は、第２の外面７２の幅よりもせまい。なお、ここで言う幅とは、軸心線方向Ｄと延出部５８の延びる方向とに対して略垂直な方向に沿う長さである。
【００４２】
それゆえ、第３の側面７３は、第２の外面７２から第２の内面７１へ向かうにしたがい、言い換えると中心電極５２へ向かうにしたがい、軸心線方向Ｄに対して第４の側面７４側に傾斜している。第４の側面７４は、第２の外面７２から第２の内面７１へ向かうにしたがい、言い換えると中心電極５２へ向かうにしたがい、軸心線方向Ｄに対して第３の側面７３側に傾斜している。
【００４３】
それゆえ、上記したように、延出部５８の先端面５８ａは、略台形状であり、延出部５８において延出部５８の延びる方向を略直角に横切る方向に沿う延出部５８の断面も略台形となる。
【００４４】
なお、本体部５７と延出部５８とは、一体に連続している。それゆえ、本体部５７の第１の外面６２と延出部５８の第２の外面７２とは互いに連続している。同様に、本体部５７の第１の内面６１と延出部５８の第２の内面７１とは互いに連続している。
【００４５】
つまり、接地電極５３において中心電極５２側に面する面（第１，２の内面６１，７１）の面積が接地電極５３において中心電極５２と反対側に面する面（第１，２の外面６２，７２）より小さい。
【００４６】
つぎに、接地電極５３の本体部５７がインジェクタ４０と中心電極５２との間に配置される場合における点火プラグ５０の動作を説明する。
【００４７】
図１に示すように、本体部５７がインジェクタ４０と中心電極５２と間に配置される場合、インジェクタ４０の噴射口４１から噴射された燃料の一部Ｆ１は、図中矢印に示すように、本体部５７へ向かって進む。
【００４８】
図３に示すように、本体部５７に到達した一部Ｆ１は、本体部５７の第１の外面６２にぶつかることによって拡散して空気との混合が促進されるとともに、矢印に示すように、コアンダ効果によって、第１，２の側面６３，６４に沿って中心電極５２へ向かって進む。しかしながら、燃料のうち一部Ｆ１は、本体部５７の第１の外面６２にぶつかった際にその運動エネルギを略失っているので、中心電極５２の周囲に滞留するようになる。
【００４９】
ついで、中心電極５２の周囲に滞留した混合気に点火することによって、噴射された燃料を燃焼する。
【００５０】
この構造によれば、接地電極５３の本体部５７がインジェクタ４０と中心電極５２との間に配置される場合であっても、第１，２の側面６３，６４に沿って進み、中心電極５２の周囲に滞留するようになるので、燃料が安定して燃焼されるようになる。
【００５１】
混合気が燃焼されることによって発生する火炎は、中心電極５２と接地電極５３との間で発生し、成長する。それゆえ、火炎は、接地電極５３において中心電極５２側に面する面（第１，２の内面６１，７１）に接触しながら成長する。しかしながら、上記されたように、接地電極５３において中心電極５２側に面する面（第１，２の内面６１，７１）は、小さくなっているので、火炎において接地電極５３に接触する範囲が小さくなる。それゆえ、火炎の熱損失が少なくなり、燃料が安定して燃焼されるようになる。
【００５２】
さらに、第３，４の側面７３，７４がともに傾斜しているので、第２の内面７１を一層小さくできる。それゆえ、火炎の熱損失を一層抑えることができる。また、延出部５８の第３，４の側面７３，７４が傾斜することによって、延出部５８においてもコアンダ効果によって、第３，４の側面７３，７４に沿って混合気が中心電極５２まで導かれるようになる。
【００５３】
また、第１，２の側面６３，６４は、本体部５７の基部分５７ａから先端５７ｂにわたって傾斜しているので、接地電極５３にぶつかった燃料をコアンダ効果を利用して混合気を効果的に中心電極５２へ導くことができる。
【００５４】
また、第１，２の側面６３，６４がともに傾斜しているので、コアンダ効果を利用してい効果的に混合気を中心電極５２まで導くことができる。
【００５５】
また、第１，２の側面６３，６４は、全体が傾斜しているので、コアンダ効果をさらに得ることができる。
【００５６】
以上で実施形態の説明を終えるが，本発明の形態はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では燃料をコーン状に噴射しているが，コーン状でなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る点火プラグを備えるエンジンの燃焼室を示す断面図。
【図２】図１に示された点火プラグを示す側面図。
【図３】図２に示されたＦ３−Ｆ３線に沿って示す点火プラグの断面図。
【符号の説明】
【００５８】
５０…点火プラグ、５１…プラグ本体、５２…中心電極、５３…接地電極、５７…本体部、５７ａ…基部分、５７ｂ…先端、５８…延出部、６３…第１の側面、６４…第２の側面、７３…第３の側面、７４…第４の側面、Ｄ…軸心線方向、Ｘ…周方向、Ｙ…本体部から中心電極へ向かう方向。
【図１】
2007273421.tif 000003
【図２】
2007273421.tif 000004
【図３】
2007273421.tif 000005