JP7600959B2 - Internal combustion engine and spark plug for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグに関する。 The present invention relates to an internal combustion engine and a spark plug for an internal combustion engine.
副燃焼室を備えたスパークプラグが、例えば特許文献1に開示されている。かかるスパークプラグにおいては、放電ギャップにおいて発生した初期火炎が、副燃焼室内において成長し、噴孔から火炎ジェットを噴出させる。これにより、主燃焼室に噴出した火炎ジェットによって、主燃焼室における混合気に着火して、燃焼を生じさせる。特許文献1に記載のスパークプラグにおいては、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられている。それゆえ、火炎の失火が生じなければ、副燃焼室内において充分に成長した後の火炎が噴孔から噴出することとなるため、火炎ジェットを強化しやすい。
A spark plug with a secondary combustion chamber is disclosed in, for example,
しかしながら、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられていると、冷却損失の影響により、火炎の失火を招きやすい。特に内燃機関の低負荷時においては、ハウジングやプラグカバーの温度が比較的低いために、失火が懸念される。一方、内燃機関の高負荷時等、ハウジングやプラグカバーの温度が比較的高い場合には、失火は生じにくい。そのため、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられていることは、着火性の観点において有利となると考えられる。このように、特許文献1に記載のスパークプラグは、内燃機関の運転状態によって、着火性が変動することが懸念される。
However, if the discharge gap is located far from the nozzle hole, it is likely to cause flame misfire due to the effects of cooling loss. Misfire is a concern especially when the internal combustion engine is running at low load because the temperatures of the housing and plug cover are relatively low. On the other hand, misfire is less likely to occur when the temperature of the housing and plug cover is relatively high, such as when the internal combustion engine is running at high load. For this reason, it is considered advantageous in terms of ignition performance to have the discharge gap located far from the nozzle hole. Thus, there is a concern that the ignition performance of the spark plug described in
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide an internal combustion engine and a spark plug for an internal combustion engine that can achieve stable ignition.
本発明の一態様は、スパークプラグ(1)を備えた内燃機関(10)であって、
上記スパークプラグは、
筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記中心電極との間に第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1放電ギャップが配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、プラグ軸方向(Z)と上記噴孔の噴孔軸(L)との双方に直交する方向から見て、該噴孔軸と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関にある。
One aspect of the present invention is an internal combustion engine (10) equipped with a spark plug (1),
The above spark plugs are
A cylindrical insulator (3);
a center electrode (4) held on the inner circumferential side of the insulator and protruding from the insulator toward the tip side;
a cylindrical housing (2) that holds the insulator on its inner periphery;
a ground electrode (6) forming a first discharge gap (G1) between itself and the center electrode;
a plug cover (5) provided at the tip of the housing so as to cover a sub-combustion chamber (50) in which the first discharge gap is disposed,
The plug cover has a nozzle hole (51) that communicates the auxiliary combustion chamber with the outside,
the first discharge gap is formed at a position overlapping with the nozzle hole axis or at a position on the tip side of the nozzle hole axis when viewed from a direction perpendicular to both the plug axial direction (Z) and the nozzle hole axis (L),
A second discharge gap (G2) is provided between the center electrode and the housing via a surface of the insulator,
a discharge occurrence position is shifted from the first discharge gap to the second discharge gap as the load of the internal combustion engine increases.
It is found in internal combustion engines.
本発明の他の態様は、筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記中心電極との間に第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1放電ギャップが配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、上記噴孔の噴孔軸(L)と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関用のスパークプラグ(1)にある。
Another aspect of the present invention is a cylindrical insulator (3),
a center electrode (4) held on the inner circumferential side of the insulator and protruding from the insulator toward the tip side;
a cylindrical housing (2) that holds the insulator on its inner periphery;
a ground electrode (6) forming a first discharge gap (G1) between itself and the center electrode;
a plug cover (5) provided at the tip of the housing so as to cover a sub-combustion chamber (50) in which the first discharge gap is disposed,
The plug cover has a nozzle hole (51) that communicates the auxiliary combustion chamber with the outside,
the first discharge gap is formed at a position overlapping with an injection hole axis (L) of the injection hole or at a position on the tip side of the injection hole axis,
A second discharge gap (G2) is provided between the center electrode and the housing via a surface of the insulator,
With an increase in pressure in the auxiliary combustion chamber, a discharge occurrence position is shifted from the first discharge gap to the second discharge gap.
A spark plug (1) for an internal combustion engine.
上記内燃機関においては、内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている。それゆえ、比較的内燃機関の負荷が低いときは、放電発生位置が第1放電ギャップとなり、比較的内燃機関の負荷が高いときは、放電発生位置が第2放電ギャップとなる。これにより、比較的低負荷の状態においては、比較的噴孔に近い第1放電ギャップ付近に初期火炎が形成されることとなり、失火を抑制しつつ、噴孔から火炎ジェットを噴出することができる。また、比較的高負荷の状態においては、比較的噴孔から遠い第2放電ギャップ付近に初期火炎が形成されることとなり、充分に成長した火炎を噴孔から火炎ジェットとして噴出することができる。
このように、低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。
In the above internal combustion engine, the discharge occurrence position is configured to shift from the first discharge gap to the second discharge gap as the load of the internal combustion engine increases. Therefore, when the load of the internal combustion engine is relatively low, the discharge occurrence position is the first discharge gap, and when the load of the internal combustion engine is relatively high, the discharge occurrence position is the second discharge gap. As a result, in a relatively low load state, an initial flame is formed near the first discharge gap, which is relatively close to the nozzle hole, and a flame jet can be ejected from the nozzle hole while suppressing misfire. In addition, in a relatively high load state, an initial flame is formed near the second discharge gap, which is relatively far from the nozzle hole, and a sufficiently grown flame can be ejected from the nozzle hole as a flame jet.
In this way, the flame jet can be effectively ejected both at low load and at high load, and stable ignition performance can be obtained.
上記内燃機関用のスパークプラグにおいては、副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている。これにより、内燃機関の低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。 The spark plug for the internal combustion engine is configured so that the discharge position shifts from the first discharge gap to the second discharge gap as the pressure in the auxiliary combustion chamber increases. This allows the flame jet to be ejected effectively both when the internal combustion engine is under low load and when it is under high load. This allows stable ignition to be achieved.
以上のごとく、上記態様によれば、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide an internal combustion engine and a spark plug for an internal combustion engine that are capable of obtaining stable ignition performance.
In addition, the symbols in parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate a correspondence with the specific means described in the embodiments described below, and do not limit the technical scope of the present invention.
(実施形態1)
内燃機関10及び内燃機関用のスパークプラグ1に係る実施形態について、図1~図6を参照して説明する。
本形態の内燃機関10は、スパークプラグ1を備えた内燃機関である。
スパークプラグ1は、図1~図3に示すごとく、筒状の絶縁碍子3と、中心電極4と、筒状のハウジング2と、接地電極6と、プラグカバー5と、を有する。
(Embodiment 1)
An embodiment of an
The
As shown in FIGS. 1 to 3, the
中心電極4は、絶縁碍子3の内周側に保持されると共に絶縁碍子3から先端側に突出している。ハウジング2は、絶縁碍子3を内周側に保持する。接地電極6は、中心電極4との間に第1放電ギャップG1を形成する。プラグカバー5は、第1放電ギャップG1が配される副燃焼室50を覆うようハウジング2の先端部に設けられている。
The
プラグカバー5は、副燃焼室50と外部とを連通させる噴孔51を有する。図1に示すごとく、第1放電ギャップG1は、噴孔51の噴孔軸Lと重なる位置、若しくは噴孔軸Lよりも先端側の位置に、形成されている。中心電極4とハウジング2との間には、絶縁碍子3の表面を介した第2放電ギャップG2が設けてある。
内燃機関10の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。
The
As the load of the
本形態のスパークプラグ1は、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。スパークプラグ1のプラグ軸方向Zの一端が、内燃機関10の主燃焼室101に露出する。プラグ軸方向Zにおいて、主燃焼室101に露出する側を先端側、その反対側を基端側というものとする。また、スパークプラグ1の中心軸(すなわちプラグ中心軸C)に直交する方向を、プラグ径方向というものとする。また、プラグ中心軸Cを中心とした円周に沿った方向を、プラグ周方向というものとする。
The
スパークプラグ1は、ハウジング2の外周に形成された取付ネジ部23を、プラグホール71に形成された雌ネジ部に螺合することにより、内燃機関10に取り付けられる。
ハウジング2は、金属製の略円筒状体である。図1に示すごとく、ハウジング2の内周側に、略円筒形状の絶縁碍子3が保持されている。ハウジング2は、内周側に突出した係止凸部21を有する。絶縁碍子3は外周側に突出した段部31を有する。絶縁碍子3の段部31がハウジング2の係止凸部21に係止されることにより、絶縁碍子3がハウジング2の内周側に保持されている。絶縁碍子3は、アルミナ等のセラミックからなる。
The
The
絶縁碍子3の内周側に、中心電極4が挿通保持されている。中心電極4は、絶縁碍子3の先端よりも先端側へ突出している。中心電極4の中心軸は、プラグ中心軸Cと一致している。絶縁碍子3の先端部における中心電極4の側面と、ハウジング2の係止凸部21との間に、第2放電ギャップG2が形成される。第2放電ギャップG2は、絶縁碍子3の表面に沿った沿面ギャップである。
The
接地電極6は、副燃焼室50の外周壁部に固定された固定端部61からプラグ中心軸Cへ向かって突出するように形成されている。接地電極6の一部と中心電極4の先端部とが、第1放電ギャップG1を介してプラグ軸方向Zに対向している。接地電極6は、ハウジング2の先端部に、溶接等にて接合されている。接地電極6は、固定端部61から突出端へ向かうほど先端側へ向かうように、傾斜している。
The
ハウジング2の先端部には、プラグカバー5が接合されている。プラグカバー5には、複数の噴孔51が形成されている。図2に示すごとく、本形態において、噴孔51は、4個、プラグ周方向に等間隔に形成されている。図1に示すごとく、噴孔51の中心軸である噴孔軸Lは、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜している。噴孔軸Lとプラグ軸方向Zとの双方に直交する方向から見て、第1放電ギャップG1は、噴孔軸Lと重なる位置、若しくは噴孔軸Lよりも先端側に配置されている。
A
本形態においては、噴孔軸Lとプラグ軸方向Zとの双方に直交する方向から見て、第1放電ギャップG1が、噴孔軸Lよりも先端側に配置されている。すなわち、噴孔軸Lとプラグ軸方向Zとの双方に直交する方向から見て、噴孔軸Lは、第1放電ギャップG1よりも基端側において、プラグ中心軸Cと交わっている。 In this embodiment, when viewed from a direction perpendicular to both the injection hole axis L and the plug axial direction Z, the first discharge gap G1 is located further forward than the injection hole axis L. In other words, when viewed from a direction perpendicular to both the injection hole axis L and the plug axial direction Z, the injection hole axis L intersects with the plug central axis C on the base end side of the first discharge gap G1.
内燃機関10は、シリンダ70内におけるピストン74(後述する図9参照)の往復運動に伴い、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を、順次繰り返す。そして、圧縮行程から膨張行程に切り替わるピストン74の上死点付近のタイミングにおいて、スパークプラグ1に電圧を印加する。これにより、図4、図5に示すごとく、第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とのいずれかに、火花放電を生じさせる。
The
第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とのうち、スパークプラグ1に電圧を印加した時点における、放電電圧の低い方に火花放電が生じることとなる。
上述のように、第1放電ギャップG1は、中心電極4の先端部と接地電極6との間の空間に形成されている。一方、第2放電ギャップG2は、絶縁碍子3の表面に沿った沿面ギャップである。
When a voltage is applied to the
As described above, the first discharge gap G1 is formed in the space between the tip end of the
いずれの放電ギャップにおいても、雰囲気圧力が高いほど、放電電圧が高くなる。雰囲気圧力は、内燃機関10の負荷が大きくなるほど高くなる。そして、内燃機関の負荷Bと放電電圧との関係は、概ね図6に示すような関係となる。同図において、第1放電ギャップG1における、負荷Bと放電電圧との関係を、線V1にて示す。また、第2放電ギャップG2における、負荷Bと放電電圧との関係を、線V2にて示す。
In any discharge gap, the higher the ambient pressure, the higher the discharge voltage. The greater the load on the
同図から分かるように、第1放電ギャップG1における、負荷Bの上昇に対する放電電圧の上昇割合は、全運転領域において概ね一定である(線V1参照)。これに対して、沿面放電ギャップである第2放電ギャップG2においては、負荷Bがある程度大きくなると、負荷Bの上昇に対する放電電圧の上昇割合が小さくなる(線V2参照)。このように、第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とにおける、負荷Bと放電電圧との関係は、図6に示すように、互いに異なる傾向を示す。 As can be seen from the figure, the rate of increase in the discharge voltage relative to an increase in the load B in the first discharge gap G1 is roughly constant throughout the entire operating range (see line V1). In contrast, in the second discharge gap G2, which is a creeping discharge gap, when the load B becomes large to a certain extent, the rate of increase in the discharge voltage relative to an increase in the load B becomes small (see line V2). Thus, the relationship between the load B and the discharge voltage in the first discharge gap G1 and the second discharge gap G2 show different trends, as shown in FIG. 6.
ここで、内燃機関10の運転領域が高負荷領域である場合においては、ハウジング2やプラグカバー5の温度が高い状態にあるため、失火が生じにくい状態にある。それゆえ、噴孔51から遠い第2放電ギャップG2において放電を発生させることが、燃焼性の観点において有利となる。
When the
一方、内燃機関10の運転領域が低負荷領域である場合においては、ハウジング2やプラグカバー5の温度が低い状態にあるため、失火が生じやすい状態にある。それゆえ、噴孔51に近い第1放電ギャップG1において放電を発生させることが、燃焼性の観点において有利となる。
On the other hand, when the
そこで、図6に示すごとく、高負荷領域においては第2放電ギャップG2の放電電圧V2が第1放電ギャップG1の放電電圧V1よりも低くなり、低負荷領域においては第1放電ギャップG1の放電電圧V1が第2放電ギャップG2の放電電圧V2よりも低くなるようにする。つまり、線V1と線V2とが交わるように、第1放電ギャップG1と第2放電ギャップG2とにおける放電電圧を調整する。この調整は、例えば、第2放電ギャップG2の距離を調整することにより、行うことができる。すなわち、第2放電ギャップG2を短くすることで、放電電圧V2を低くすることができ、第2放電ギャップG2を長くすることで、放電電圧V2を高くすることができる。 Therefore, as shown in FIG. 6, in the high load region, the discharge voltage V2 of the second discharge gap G2 is lower than the discharge voltage V1 of the first discharge gap G1, and in the low load region, the discharge voltage V1 of the first discharge gap G1 is lower than the discharge voltage V2 of the second discharge gap G2. In other words, the discharge voltages in the first discharge gap G1 and the second discharge gap G2 are adjusted so that the lines V1 and V2 intersect. This adjustment can be made, for example, by adjusting the distance of the second discharge gap G2. In other words, by shortening the second discharge gap G2, the discharge voltage V2 can be lowered, and by lengthening the second discharge gap G2, the discharge voltage V2 can be increased.
なお、一般的なスパークプラグにおいては、第1放電ギャップG1に相当する放電ギャップのみで放電させるべく(換言すると、図6における線V1と線V2とが交わらないように)、第2放電ギャップG2に相当する部分の長さを充分に長くしている。これに対し、本形態のスパークプラグ1においては、敢えて第2放電ギャップG2をある程度短くして、図6における線V1と線V2とが適切な位置において交わるようにしている。
In addition, in a typical spark plug, the length of the portion corresponding to the second discharge gap G2 is made sufficiently long so that discharge occurs only in the discharge gap corresponding to the first discharge gap G1 (in other words, so that lines V1 and V2 in FIG. 6 do not intersect). In contrast, in the
図6において、線V1と線V2との交点に対応する負荷(以下、境界負荷B0という。)が、理論的には、第1放電ギャップG1での放電と、第2放電ギャップG2での放電との切り替わりの境界となる。すなわち、境界負荷B0よりも高負荷の場合に、第2放電ギャップG2にて放電し、境界負荷B0よりも低負荷の場合に、第1放電ギャップG1にて放電する。ただし、実際には、境界負荷B0の近傍においては、第1放電ギャップG1にて放電したり、第2放電ギャップG2にて放電したりすることとなる。 In FIG. 6, the load corresponding to the intersection of line V1 and line V2 (hereinafter referred to as boundary load B0) is theoretically the boundary between discharging in the first discharge gap G1 and discharging in the second discharge gap G2. That is, when the load is higher than the boundary load B0, discharging occurs in the second discharge gap G2, and when the load is lower than the boundary load B0, discharging occurs in the first discharge gap G1. However, in reality, in the vicinity of the boundary load B0, discharging occurs in the first discharge gap G1 or in the second discharge gap G2.
具体的には、内燃機関10の負荷が第1基準負荷B1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、内燃機関10の負荷が第2基準負荷B2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるようにする。第1基準負荷B1は第2基準負荷B2以下である。例えば、第1基準負荷B1を全負荷の1/4、第2基準負荷B2を全負荷の3/4とすることができる。
Specifically, when the load of the
そして、これを実現するために、例えば、第2放電ギャップG2の長さを調整して、上記境界負荷B0が、第1基準負荷B1と第2基準負荷B2との間の値となるように、調整する。また、例えば、中心電極4の先端部の消耗により、第1放電ギャップG1が徐々に拡大することも想定される。この場合、第1放電ギャップG1における放電電圧が徐々に高くなり、図6における線V1が上方へシフトすることとなる。このとき、境界負荷B0が第1基準負荷B1に近付くことになる。このように、境界負荷B0が変動し得ることを考慮して、変動した場合にもB1≦B0≦B2の関係が保たれるようにすることが好ましい。
To achieve this, for example, the length of the second discharge gap G2 is adjusted so that the boundary load B0 is a value between the first reference load B1 and the second reference load B2. It is also possible that the first discharge gap G1 gradually expands due to wear at the tip of the
なお、「主として第1放電ギャップG1に放電が生じる」とは、例えば、第1放電ギャップG1における放電確率(すなわち、一定期間内の或いは一定のサイクル数における放電回数)が、第2放電ギャップG2における放電確率の10倍以上である場合を意味するものとすることができる。同様に、「主として第2放電ギャップG2に放電が生じる」とは、例えば、第2放電ギャップG2における放電確率が、第1放電ギャップG1における放電確率の10倍以上である場合を意味するものとすることができる。 Note that "discharge occurs mainly in the first discharge gap G1" can mean, for example, that the discharge probability in the first discharge gap G1 (i.e., the number of discharges within a certain period or in a certain number of cycles) is 10 times or more the discharge probability in the second discharge gap G2. Similarly, "discharge occurs mainly in the second discharge gap G2" can mean, for example, that the discharge probability in the second discharge gap G2 is 10 times or more the discharge probability in the first discharge gap G1.
このように、本形態の内燃機関10は、内燃機関10の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。
In this manner, the
また、上述のように、内燃機関10の負荷が高くなるほど、雰囲気圧力すなわち、副燃焼室50内の圧力が高くなるという関係にある。それゆえ、本形態のスパークプラグ1は、副燃焼室50内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている、ということができる。
As mentioned above, the higher the load on the
そして、本形態のスパークプラグ1は、以下のように構成されているといえる。すなわち、常温において、副燃焼室50の圧力Pが第1基準圧力P1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、副燃焼室50の圧力Pが第2基準圧力P2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるよう構成されている。第1基準圧力P1は第2基準圧力P2以下である。
The
このようなスパークプラグ1の構成は、例えば以下の試験によって確認することができる。すなわち、スパークプラグ1を、主燃焼室を模したチャンバに装着し、チャンバ内の圧力を変動させる。チャンバ内の温度は常温とする。この状態において、スパークプラグ1に電圧を印加したときに、主として第1放電ギャップG1に放電が生じるか、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるか、を観測する。
The configuration of the
このとき、「チャンバ内の圧力(すなわち、副燃焼室50の圧力)が第1基準圧力P1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、チャンバ内の圧力(すなわち、副燃焼室50の圧力)が第2基準圧力P2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じる」という状態が確認できれば、上記の要件を満たすことが確認できる。 At this time, if it can be confirmed that "when the pressure in the chamber (i.e., the pressure in the auxiliary combustion chamber 50) is lower than the first reference pressure P1, discharge occurs mainly in the first discharge gap G1, and when the pressure in the chamber (i.e., the pressure in the auxiliary combustion chamber 50) is higher than the second reference pressure P2, discharge occurs mainly in the second discharge gap G2," it can be confirmed that the above requirement is met.
なお、「常温において」としたのは、あくまでも、上記のような試験において常温で試験した場合を想定したものであり、実際にスパークプラグ1を使用する際に、常温とすることを意味するものではない。
Note that the phrase "at room temperature" refers solely to the assumption that the above-mentioned tests are conducted at room temperature, and does not mean that the
ここで、例えば、第1基準圧力P1を0.5MPa、第2基準圧力を1.5MPaとすることができる。また、図6において、線V1と線V2との交点に対応する圧力Pを境界圧力P0とする。境界圧力P0と第1基準圧力P1と第2基準圧力P2とは、P1≦P0≦P2を満たす。 Here, for example, the first reference pressure P1 can be 0.5 MPa, and the second reference pressure can be 1.5 MPa. In addition, in FIG. 6, the pressure P corresponding to the intersection of line V1 and line V2 is set as boundary pressure P0. The boundary pressure P0, the first reference pressure P1, and the second reference pressure P2 satisfy P1≦P0≦P2.
なお、特に言及しない限り、副燃焼室50の圧力とは、スパークプラグ1の点火時点における、副燃焼室50の圧力を意味するものとする。
Unless otherwise specified, the pressure in the
なお、本形態において、中心電極4の材料として、例えば、ニッケル合金を用いることができる。特に、ニッケル93%以上と、クロム3%以下とを含有する合金を用いることが、第2放電ギャップG2における放電による中心電極4のチャネリングを抑制できる観点で、好ましい。
In this embodiment, the material of the
また、本形態においては、中心電極4及び接地電極6のいずれにおいても、第1放電ギャップG1に対向する部分に、貴金属チップを設けていない形態を示している。しかし、中心電極4及び接地電極6の少なくとも一方に、第1放電ギャップG1に対向する部分に、貴金属チップを設けることもできる。貴金属チップとしては、例えば、イリジウム合金、白金合金等を用いることができる。第1放電ギャップG1に対向する部位に貴金属チップを設けることによって、第1放電ギャップG1の拡大を抑制することができる。これにより、第1放電ギャップG1における放電電圧の変化を抑制することができる。
In addition, in this embodiment, no precious metal tip is provided on the portion of either the
また、本形態においては、噴孔51の噴孔軸Lがプラグ中心軸Cに向かうように形成されたものを示した。しかし、噴孔軸がプラグ中心軸からずれるように噴孔を形成することもできる。例えば、噴孔から副燃焼室内に流入した気流によって、プラグ周方向に旋回するスワール流が、副燃焼室内に形成されるように、噴孔を形成することもできる。
In addition, in this embodiment, the
次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関10においては、内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。それゆえ、比較的内燃機関10の負荷が低いときは、放電発生位置が第1放電ギャップG1となり、比較的内燃機関10の負荷が高いときは、放電発生位置が第2放電ギャップG2となる。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The
これにより、比較的低負荷の状態においては、図4に示すごとく、比較的噴孔51に近い第1放電ギャップG1付近に初期火炎が形成されることとなり、失火を抑制しつつ、噴孔51から火炎ジェットを噴出することができる。また、比較的高負荷の状態においては、図5に示すごとく、比較的噴孔51から遠い第2放電ギャップG2付近に初期火炎が形成されることとなり、充分に成長した火炎を噴孔51から火炎ジェットとして噴出することができる。
As a result, under relatively low load conditions, as shown in FIG. 4, an initial flame is formed near the first discharge gap G1, which is relatively close to the
このように、低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。 In this way, the flame jet can be effectively ejected at both low and high loads. This allows for stable ignition.
そして、内燃機関10の負荷が第1基準負荷B1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、内燃機関10の負荷が第2基準負荷B2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるようにしている。これにより、所定の低負荷時においても、所定の高負荷時においても、主燃焼室101へ火炎ジェットを確実に噴出させることができる。
When the load of the
すなわち、例えば、第2放電ギャップG2の大きさを調整することで、境界負荷B0を第1基準負荷B1と第2基準負荷B2との間となるように調整する。これにより、内燃機関10の負荷が第1基準負荷B1よりも低いときは、少なくとも、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、内燃機関10の負荷が第2基準負荷B2よりも高いとき、少なくとも、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるようにすることができる。
That is, for example, by adjusting the size of the second discharge gap G2, the boundary load B0 is adjusted to be between the first reference load B1 and the second reference load B2. This makes it possible to ensure that when the load of the
また、本形態のスパークプラグ1は、副燃焼室50内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、第1放電ギャップG1から第2放電ギャップG2へ移行するよう構成されている。これにより、内燃機関10の低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを主燃焼室101へ効果的に噴出させることができる。
In addition, the
また、常温において、副燃焼室50の圧力が第1基準圧力P1よりも低いとき、主として第1放電ギャップG1に放電が生じ、副燃焼室50の圧力が第2基準圧力P2よりも高いとき、主として第2放電ギャップG2に放電が生じるよう構成されている。これにより、所定の低負荷時においても、所定の高負荷時においても、火炎ジェットを主燃焼室101へ確実に噴出させることができる。
In addition, at room temperature, when the pressure in the
以上のごとく、本形態によれば、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。 As described above, this embodiment can provide an internal combustion engine and a spark plug for an internal combustion engine that can provide stable ignition.
(実施形態2)
本形態は、図7、図8に示すごとく、中心電極4が径方向突出部41を有する形態である。
径方向突出部41は、絶縁碍子3の先端面に沿ってプラグ径方向に突出している。中心電極4における絶縁碍子3の先端から突出した部位の一部を、プラグ径方向に突出させて、径方向突出部41が形成されている。
(Embodiment 2)
In this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the
The
本形態においては、図8に示すごとく、径方向突出部41は、プラグ周方向の全周にわたり、円環状に形成されている。ただし、プラグ周方向の一部のみにおいて、径方向突出部41を突出させた構成とすることもできる。また、径方向突出部41の外周端と、ハウジング2の内周面との間の距離は、第1放電ギャップG1の距離よりも長い。
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the
その他は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
Otherwise, it is the same as in
本形態においては、第2放電ギャップG2が絶縁碍子3の先端角部を経由しない状態にしやすくすることができる。これにより、第2放電ギャップG2における放電によって、絶縁碍子3の先端角部に局部的な損傷(すなわちチャネリング)が生じることを抑制することができる。また、径方向突出部41の突出長さを調整することで、第2放電ギャップG2の長さ調整を容易に行うこともできる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
In this embodiment, it is possible to easily make the second discharge gap G2 not pass through the tip corner of the
In addition, the second embodiment has the same effects as the first embodiment.
(実施形態3)
本形態は、図9~図11に示すごとく、プラグ軸方向Zから見て、接地電極6の固定端部61が、吸気弁72側を向いている形態である。
接地電極6は、固定端部61からプラグ中心軸Cへ向かって突出するように形成されている(図11参照)。接地電極6の一部と中心電極4の先端部とは、第1放電ギャップG1を介してプラグ軸方向Zに対向している(図11参照)。
(Embodiment 3)
In this embodiment, as shown in FIGS. 9 to 11, the
The
内燃機関10は、図9に示すごとく、シリンダヘッド76と、シリンダブロック75と、シリンダ70内を往復運動するピストン74とを備える。そして、シリンダヘッド76、シリンダブロック75、及びピストン74に囲まれて、主燃焼室101が形成される。シリンダヘッド76には、吸気ポート721及び排気ポート731が形成されており、それぞれ吸気弁72又は排気弁73が備えられている。そして、シリンダヘッド76における吸気ポート721と排気ポート731との間に、スパークプラグ1が取り付けられる。すなわち、図9、図10に示すごとく、スパークプラグ1は、シリンダヘッド76における、2つの吸気ポート721と2つの排気ポート731とに囲まれた位置に配設されている。
As shown in FIG. 9, the
吸気ポート721及び排気ポート731は、その開口方向が主燃焼室101の中心軸側に向かうように、ピストン74の進退方向に対して傾斜している。また、主燃焼室101の基端面は、スパークプラグ1から遠ざかるにつれて先端側へ向かうように傾斜している。
The
内燃機関10においては、ピストン74の往復運動に伴って、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順次繰り返される。吸気行程において、吸気ポート721からガス(主として空気)が主燃焼室101内に導入され、排気行程において、排気ポート731から主燃焼室101内のガスが排出される。吸気行程における気流の導入のされ方等に起因して、主燃焼室101に所定の気流が形成され、圧縮行程においても、その気流は残る。
In the
そして、主燃焼室101内においては、主として、図9の矢印AFに示すごとく、ピストン74の摺動方向に直交する方向の軸周りの気流である、タンブル流が形成される。そして、この気流AFは、図9、図10に示すごとく、主燃焼室101内のスパークプラグ1の先端部付近においては、吸気弁72側から排気弁73側へ向かう向きとなる。より具体的には、図10に示すごとく、プラグ軸方向Zから見たとき、2つの吸気ポート721の中間位置から、2つの排気ポート731の中間位置へ向かう方向に沿った気流AFが、スパークプラグ1の先端部付近の主な気流となる。
In the
なお、主燃焼室101内の気流は、常に一定となっているわけではなく、サイクル間、或いは1サイクル中の異なるタイミングの間において、変動し得る。ただし、主な気流の向き、特に、点火タイミングにおける気流の向きは、概略定まっており、上述した気流AFは、点火タイミングにおける主な気流を意味する。そして、「主燃焼室101の気流」というときは、特に断らない限り、上述の、点火タイミングにおける、スパークプラグ1の先端部付近の気流AFを意味する。
その他は、実施形態1と同様である。
The airflow in the
The rest is the same as in the first embodiment.
本形態の内燃機関10においては、プラグ軸方向Zから見て、接地電極6の固定端部61が、吸気弁72側を向いている。それゆえ、図9、図10に示すごとく、接地電極6の固定端部61側の噴孔51が、主燃焼室101における気流AFの上流側を向くこととなる。そうすると、図11に示すごとく、主として、固定端部61側の噴孔51から気流Fが導入される。これにより、副燃焼室50内において、矢印Fにて示すように、固定端部61と反対側の内壁面に沿って基端側へ向かった後、固定端部61側の内壁面に沿って先端側へ向かうタンブル流が形成される。そうすると、接地電極6の基端側面によって、気流Fが第1放電ギャップG1に導かれる。その結果、第1放電ギャップG1に形成される放電を引き伸ばしやすくなり、着火性を向上させることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
In the
In addition, the second embodiment has the same effects as the first embodiment.
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the spirit of the present invention.
1…スパークプラグ、10…内燃機関、2…ハウジング、3…絶縁碍子、4…中心電極、5…プラグカバー、50…副燃焼室、51…噴孔、6…接地電極、G1…第1放電ギャップ、G2…第2放電ギャップ、L…噴孔軸、Z…プラグ軸方向 1...spark plug, 10...internal combustion engine, 2...housing, 3...insulator, 4...center electrode, 5...plug cover, 50...auxiliary combustion chamber, 51...nozzle hole, 6...ground electrode, G1...first discharge gap, G2...second discharge gap, L...nozzle hole axis, Z...plug axis direction
Claims (7)
上記スパークプラグは、
筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記中心電極との間に第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1放電ギャップが配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、プラグ軸方向(Z)と上記噴孔の噴孔軸(L)との双方に直交する方向から見て、該噴孔軸と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関。 An internal combustion engine (10) equipped with a spark plug (1),
The above spark plugs are
A cylindrical insulator (3);
a center electrode (4) held on the inner circumferential side of the insulator and protruding from the insulator toward the tip side;
a cylindrical housing (2) that holds the insulator on its inner periphery;
a ground electrode (6) forming a first discharge gap (G1) between itself and the center electrode;
a plug cover (5) provided at the tip of the housing so as to cover a sub-combustion chamber (50) in which the first discharge gap is disposed,
The plug cover has a nozzle hole (51) that communicates the auxiliary combustion chamber with the outside,
the first discharge gap is formed at a position overlapping with the nozzle hole axis or at a position on the tip side of the nozzle hole axis when viewed from a direction perpendicular to both the plug axial direction (Z) and the nozzle hole axis (L),
A second discharge gap (G2) is provided between the center electrode and the housing via a surface of the insulator,
a discharge occurrence position is shifted from the first discharge gap to the second discharge gap as the load of the internal combustion engine increases.
Internal combustion engine.
上記第1基準負荷は上記第2基準負荷以下である、
請求項1に記載の内燃機関。 when a load (B) of the internal combustion engine is lower than a first reference load (B1), discharge occurs mainly in the first discharge gap, and when a load of the internal combustion engine is higher than a second reference load (B2), discharge occurs mainly in the second discharge gap;
The first reference load is equal to or less than the second reference load.
2. The internal combustion engine of claim 1.
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記中心電極との間に第1放電ギャップ(G1)を形成する接地電極(6)と、
上記第1放電ギャップが配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔(51)を有し、
上記第1放電ギャップは、上記噴孔の噴孔軸(L)と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第2放電ギャップ(G2)が設けてあり、
上記副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第1放電ギャップから上記第2放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関用のスパークプラグ(1)。 A cylindrical insulator (3);
a center electrode (4) held on the inner circumferential side of the insulator and protruding from the insulator toward the tip side;
a cylindrical housing (2) that holds the insulator on its inner periphery;
a ground electrode (6) forming a first discharge gap (G1) between itself and the center electrode;
a plug cover (5) provided at the tip of the housing so as to cover a sub-combustion chamber (50) in which the first discharge gap is disposed,
The plug cover has a nozzle hole (51) that communicates the auxiliary combustion chamber with the outside,
the first discharge gap is formed at a position overlapping with an injection hole axis (L) of the injection hole or at a position on the tip side of the injection hole axis,
A second discharge gap (G2) is provided between the center electrode and the housing via a surface of the insulator,
With an increase in pressure in the auxiliary combustion chamber, a discharge occurrence position is shifted from the first discharge gap to the second discharge gap.
A spark plug for an internal combustion engine (1).
上記第1基準圧力は上記第2基準圧力以下である、
請求項5に記載の内燃機関用のスパークプラグ。 a discharge is generated mainly in the first discharge gap when the pressure in the auxiliary combustion chamber (P) is lower than a first reference pressure (P1) at room temperature, and a discharge is generated mainly in the second discharge gap when the pressure in the auxiliary combustion chamber is higher than a second reference pressure (P2);
The first reference pressure is equal to or less than the second reference pressure.
6. A spark plug for an internal combustion engine according to claim 5.
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