JP2017054624A - Ignition plug for internal combustion engine - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an ignition plug from being fumigated by attaching and depositing a carbon, without inhibiting a cylinder inside flow as further as possible in the vicinity of an electrode of an ignition plug 10 of an engine.SOLUTION: Between a housing 11 and an insulator 13 of the ignition plug 10, a plug pocket part P is formed which is opened towards a distal end side in a direction of a plug axis X. A main grounding electrode 14 includes: an arm part 14a which is curved to be closer to a distal end portion of the housing 11 while extending therefrom in the direction of the plug axis X; and an opposing part (electrode chip 14b) which is provided in a distal end portion of the arm part and opposes a distal end portion (electrode chip 12a) of a center electrode 12 in the direction of the plug axis X. In the arm part 14a of the main grounding electrode 14, a sub grounding electrode part 15 is provided which extends towards a distal end portion of the insulator 13, and a sub gap SG is formed between the sub grounding electrode part and an outer circumference of the distal end portion of the insulator 13.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に配設されて、火花放電によって混合気に点火する点火プラグに関する。   The present invention relates to a spark plug that is disposed in a combustion chamber of an internal combustion engine and ignites an air-fuel mixture by spark discharge.

従来より例えばガソリンエンジンのように、気筒内に臨む燃焼室の天井部に点火プラグを設けて混合気に点火するようにした火花点火式のエンジンは知られている。この点火プラグは先端部の中心電極と接地電極との間（メインギャップ）に火花放電して、混合気に点火するものであるが、例えば冷間始動後などのように燃料が気化し難く、着火性の低い状態が続くと、電極や碍子などにカーボンが付着、堆積して、点火エネルギの低下を引き起こすことある（いわゆるプラグの燻り）。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a spark ignition type engine such as a gasoline engine in which a spark plug is provided in a ceiling portion of a combustion chamber facing a cylinder to ignite an air-fuel mixture. This spark plug sparks between the center electrode at the tip and the ground electrode (main gap) to ignite the mixture, but the fuel is difficult to evaporate, for example after a cold start, If the state of low ignitability continues, carbon may adhere to and accumulate on the electrodes, insulators, etc., and cause a decrease in ignition energy (so-called plug turning).

この点について例えば特許文献１に記載の点火プラグは、中心電極とプラグ軸方向に対向する主接地電極の他に、碍子の側方（プラグ半径方向）に近接する２つの副接地電極を設けている。すなわち、例えば碍子の先端部にカーボンが付着、堆積して中心電極と導通するようになり、メインギャップにおいて強い放電火花が得られなくなると、そのカーボンの付着部分と副接地電極との間（サブギャップ）で火花放電が行われ、カーボンを焼き切ることができる（いわゆる自己清浄作用）。   In this regard, for example, the spark plug disclosed in Patent Document 1 includes two sub-ground electrodes adjacent to the side of the insulator (in the plug radial direction) in addition to the main ground electrode facing the center electrode and the plug axis direction. Yes. That is, for example, when carbon adheres to and accumulates on the tip of the insulator and becomes conductive with the center electrode, and a strong discharge spark cannot be obtained in the main gap, the carbon (sub) Spark discharge occurs in the gap), and carbon can be burned out (so-called self-cleaning action).

特開２０１３−０９８０８６号公報JP2013-098086A

ところが、前記従来例のように主接地電極の他に２つの副接地電極を設けた場合、これらがそれぞれハウジングからプラグ軸方向に延びて、中心電極を取り囲むようになるので、メインギャップへの混合気の流れを邪魔するおそれがある。この点について、前記従来例では主接地電極を吸気の流れに対して下流側に配置するとともに、副接地電極もできるだけ流れを妨げないように配置している。   However, when two sub-ground electrodes are provided in addition to the main ground electrode as in the conventional example, these extend from the housing in the plug axis direction so as to surround the center electrode. There is a risk of disturbing the flow of mind. In this regard, in the conventional example, the main ground electrode is disposed on the downstream side with respect to the flow of intake air, and the sub-ground electrode is also disposed so as not to disturb the flow as much as possible.

しかしながら、本発明の発明者が点火プラグの先端部近傍における気筒内の流動を詳細に検討した結果、前記従来例のように流れの下流側に主接地電極を配置すると、メインギャップに流入した混合気が主接地電極に衝突して上方に指向され、ハウジングおよび碍子の間の環状の隙間（ポケット隙間）に流入することが分かった。こうして流入した混合気はポケット隙間に滞留し、不完全燃焼によりカーボンの付着、堆積を助長するものと考えられる。   However, the inventors of the present invention have studied in detail the flow in the cylinder in the vicinity of the tip of the spark plug. It was found that the gas collides with the main ground electrode and is directed upward and flows into an annular gap (pocket gap) between the housing and the insulator. It is considered that the air-fuel mixture flowing in this way stays in the pocket gap and promotes carbon adhesion and deposition due to incomplete combustion.

また、前記従来例では、主接地電極と同様に大きな２つの副接地電極が設けられていることから、それらの表面積がかなり大きくなってしまい、熱損失が増大することは避けられない。さらに、それらの副接地電極が熱を奪うことによって、火炎の成長が阻害される上に、副接地電極の下流側（排気側）において流れが淀むことによっても、火炎の成長が阻害されることになる。   Further, in the conventional example, since two large sub-ground electrodes are provided in the same manner as the main ground electrode, it is inevitable that their surface area becomes considerably large and heat loss increases. Furthermore, the growth of the flame is inhibited by taking heat away from those sub-ground electrodes, and the growth of the flame is also inhibited by the flow stagnating on the downstream side (exhaust side) of the sub-ground electrode. become.

そのような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、点火プラグの電極近傍の筒内流動および火炎の成長をできるだけ阻害しないようにしながら、カーボンの付着、堆積による点火プラグの燻りの発生を抑制することにある。   An object of the present invention, which has been made in view of such problems, is to prevent the spark plug from being bent due to carbon adhesion and deposition while preventing in-cylinder flow and flame growth in the vicinity of the spark plug electrode as much as possible. It is to suppress.

前記の目的を達成するために本発明は、プラグ軸方向に延びる筒状のハウジングに中心電極を収容し、両者の間を筒状の碍子によって絶縁するとともに、前記ハウジングの先端部に接続された主接地電極を設け、この主接地電極と前記中心電極との間にメインギャップを形成した内燃機関の点火プラグを対象とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention accommodates a center electrode in a cylindrical housing extending in the plug axial direction, insulates the two by a cylindrical insulator, and is connected to the tip of the housing. An ignition plug for an internal combustion engine in which a main ground electrode is provided and a main gap is formed between the main ground electrode and the center electrode is an object.

そして、前記ハウジングおよび碍子の間に、プラグ軸方向の先端側に向かって開放するポケット隙間が形成されており、また、前記主接地電極は、前記ハウジングの先端部からプラグ軸方向に延びつつ、前記中心電極に近づくように湾曲するアーム部と、その先端部に設けられ、前記中心電極の先端部とプラグ軸方向に対向する対向部とを有している場合に、そのアーム部には、前記碍子の先端部に向かって突出する副接地電極部を設けて、当該碍子の先端部外周との間にサブギャップが形成されるようにした。   And, a pocket gap is formed between the housing and the insulator to open toward the distal end side in the plug axial direction, and the main ground electrode extends from the distal end portion of the housing in the plug axial direction, In the case of having an arm portion that curves so as to approach the center electrode, and a tip portion that is provided at the tip portion thereof and that is opposed to the tip portion of the center electrode in the plug axis direction, A sub-ground electrode portion protruding toward the tip of the insulator is provided so that a sub-gap is formed between the insulator and the outer periphery of the tip.

前記のように構成された点火プラグにおいては、通常は中心電極の先端部と、プラグ軸方向に対向する主接地電極の対向部との間（メインギャップ）で火花放電が行われ、混合気に点火される。主接地電極のアーム部には副接地電極部が設けられているが、これは従来例の副接地電極に比べてかなり小さいので、熱損失は大幅に小さくなる。また、そのように小さな副接地電極部は、筒内流動や火炎の成長を阻害し難い。   In the spark plug configured as described above, spark discharge is usually performed between the tip of the center electrode and the facing portion of the main ground electrode facing the plug axial direction (main gap), and the mixture is Ignited. The arm portion of the main ground electrode is provided with a sub-ground electrode portion, which is considerably smaller than the conventional sub-ground electrode, so that heat loss is significantly reduced. In addition, such a small sub-grounded electrode part is unlikely to hinder in-cylinder flow and flame growth.

さらに、前記副接地電極部が主接地電極のアーム部から碍子の先端部に向かって延びていることで、そのアーム部に沿って上方に向かう流れが堰き止められるようになる。このため、メインギャップに流入した混合気が、ハウジングおよび碍子の間のポケット隙間へ流入し難くなって、ここに滞留する混合気の不完全燃焼によるカーボンの付着、堆積が抑制される。これにより、点火プラグの燻りの発生を抑制できる。   Furthermore, since the sub-ground electrode portion extends from the arm portion of the main ground electrode toward the tip portion of the insulator, the upward flow along the arm portion is blocked. For this reason, the air-fuel mixture flowing into the main gap is less likely to flow into the pocket gap between the housing and the insulator, and the adhesion and deposition of carbon due to incomplete combustion of the air-fuel mixture staying here is suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of the spark plug can be suppressed.

好ましいのは、前記主接地電極を吸気側からの流れに対してメインギャップの下流側（即ち排気側）に位置付け、そのアーム部から碍子の先端部に向かって副接地電極部を突出させることである。こうすると、相対的にカーボンの付着、堆積しやすい碍子の下流側に近接して副接地電極部が配置されることになるので、仮に燻りが発生しても、副接地電極部とカーボンの堆積部分との間での火花放電によって、効果的にカーボンを焼き切ることができる。   Preferably, the main ground electrode is positioned downstream of the main gap with respect to the flow from the intake side (that is, the exhaust side), and the sub-ground electrode portion projects from the arm portion toward the tip of the insulator. is there. In this way, since the sub-ground electrode portion is arranged close to the downstream side of the insulator, which is relatively easy to adhere and deposit carbon, even if crease occurs, the sub-ground electrode portion and the carbon deposit. Carbon can be burned out effectively by spark discharge between the parts.

その場合により好ましいのは、前記碍子の先端部に、その先端面の内周寄りの部位から中心電極を取り囲むように突出する縮径部を設けるとともに、この縮径部を除いた先端面の外周寄りの部位を、前記副接地電極部に近い側においてプラグ軸方向の先端側に位置し、反対側では基端側に位置する傾斜面とすることである。こうすると、吸気の流れが碍子の先端面に沿って、当該先端面から離れるように指向されることになり、このことによっても混合気のポケット隙間への流入を抑制できる。   More preferably, the tip of the insulator is provided with a reduced diameter portion projecting from the portion near the inner periphery of the tip surface so as to surround the center electrode, and the outer periphery of the tip surface excluding the reduced diameter portion. The side closer to the sub-ground electrode portion is located on the distal end side in the plug axis direction, and on the opposite side is an inclined surface located on the proximal end side. If it carries out like this, the flow of inhalation will be directed away from the said front end surface along the front end surface of an insulator, and the inflow to the pocket clearance gap of an air-fuel | gaseous mixture can also be suppressed by this.

しかも、そのように傾斜する碍子の先端面に沿って混合気が流れることにより、この先端面における排気側寄りの部位、即ち、副接地電極部に最も近い部位にカーボンが付着、堆積しやすくなる。つまり、碍子の先端部において副接地電極部との間（サブギャップ）で火花放電が起きる部位にカーボンが付着、堆積しやすくなるので、このカーボンをより効果的に焼き切ることができる。   Moreover, when the air-fuel mixture flows along the tip surface of the inclined insulator, carbon tends to adhere to and deposit on the exhaust side portion of the tip surface, that is, the portion closest to the sub-ground electrode portion. . That is, carbon easily adheres to and accumulates at a portion where spark discharge occurs between the tip of the insulator and the sub-ground electrode portion (sub-gap), and this carbon can be burned out more effectively.

本発明によれば、点火プラグの先端部においてハウジングの先端からプラグ軸方向に延びる主接地電極のアーム部に副接地電極部を設けることで、筒内流動および火炎の成長をできるだけ阻害しないようにしながら、カーボンの付着、堆積による燻りの発生を抑制することができ、さらに、自己清浄作用によって燻りから復帰できるようになる。   According to the present invention, the auxiliary ground electrode portion is provided at the arm portion of the main ground electrode extending in the plug axial direction from the front end of the housing at the front end portion of the spark plug so that the in-cylinder flow and the flame growth are not inhibited as much as possible. However, it is possible to suppress wrinkling due to carbon adhesion and deposition, and to recover from wrinkling by a self-cleaning action.

実施の形態に係る内燃機関の気筒周りの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure around the cylinder of the internal combustion engine which concerns on embodiment. 点火プラグの先端部の構成を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the structure of the front-end | tip part of a spark plug. 点火プラグを上下に反転させて、その先端部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the front-end | tip part by inverting an ignition plug up and down. 点火プラグの電極近傍における吸気の流れの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flow of the intake air in the electrode vicinity of a spark plug. 比較のために示す通常の点火プラグについての図４相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 for a normal spark plug shown for comparison. 点火プラグの先端部の形状の他の一例を示す図３相当図である。FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3 showing another example of the shape of the tip of the spark plug.

以下、本発明を筒内噴射式内燃機関の点火プラグとして適用した実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、内燃機関であるガソリンエンジン（全体は図示せず）の気筒１周りの構成を概略的に示し、各気筒１毎に収容されたピストン２の上方には燃焼室３が形成されている。この燃焼室３の天井部は、各気筒１毎にシリンダヘッド４に形成された窪みであり、図の例では、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる浅い三角屋根形状とされている。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied as an ignition plug of a direct injection internal combustion engine will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a configuration around a cylinder 1 of a gasoline engine (not shown) as an internal combustion engine. A combustion chamber 3 is formed above a piston 2 accommodated in each cylinder 1. Yes. The ceiling portion of the combustion chamber 3 is a depression formed in the cylinder head 4 for each cylinder 1, and in the example shown in the figure, has a shallow triangular roof shape composed of two inclined surfaces on the intake side and the exhaust side. .

なお、前記「ピストン２の上方」というのは、ピストン２の往復動する気筒１の軸方向における上死点側のことであり、以下では説明の便宜上、この方向を単に上下方向というものとするが、これは実際の使用状態における方向や向きを限定するものではない。   The term “above the piston 2” refers to the top dead center side in the axial direction of the cylinder 1 in which the piston 2 reciprocates. Hereinafter, for convenience of explanation, this direction is simply referred to as the vertical direction. However, this does not limit the direction or direction in the actual use state.

前記燃焼室３の天井部における吸気側の傾斜面、即ち図１において左側の傾斜面には、２つの吸気ポート５（図には１つのみ示す）が横並びに開口していて、それぞれ吸気バルブ６によって開閉されるようになっている。この開口部から斜め上向きに延びている吸気ポート５は、図示はしないが、シリンダヘッド４の側面に開口して、吸気マニホルド内の吸気通路と連通している。   Two intake ports 5 (only one is shown in the figure) are opened side by side on the inclined surface on the intake side of the ceiling portion of the combustion chamber 3, that is, the inclined surface on the left side in FIG. 6 is opened and closed. Although not shown, the intake port 5 extending obliquely upward from the opening opens to the side surface of the cylinder head 4 and communicates with the intake passage in the intake manifold.

そして、気筒１の吸気行程においてピストン２が下降するときには、図１に示すように吸気バルブ６が開かれ、この吸気バルブ６の傘部と吸気ポート５の開口部との間の円環状の隙間から吸気が流入するようになる。図には矢印Ａとして示すように吸気の主流は、吸気ポート５の開口部の上側の部分から燃焼室３に流入して、燃焼室３の天井部に沿うように排気側に向かいながら下方に指向されてゆく。   When the piston 2 descends during the intake stroke of the cylinder 1, the intake valve 6 is opened as shown in FIG. 1, and an annular gap between the umbrella portion of the intake valve 6 and the opening portion of the intake port 5 is opened. Intake comes in from. As shown by an arrow A in the figure, the main flow of the intake air flows into the combustion chamber 3 from the upper portion of the opening of the intake port 5 and moves downward while facing the exhaust side along the ceiling portion of the combustion chamber 3. Oriented.

一方、図１には右側に表れているように、燃焼室３の天井部における排気側の傾斜面には、２つの排気ポート７（図には１つのみ示す）が横並びに開口していて、それぞれ排気バルブ８によって開閉されるようになっている。この開口部から斜め上向きに延びている排気ポート７は、図示はしないが、互いに合流した後にシリンダヘッド４の排気側の側面に開口して、排気マニホルド内の排気通路と連通している。   On the other hand, as shown on the right side in FIG. 1, two exhaust ports 7 (only one is shown in the figure) are opened side by side on the inclined surface on the exhaust side of the ceiling portion of the combustion chamber 3. These are opened and closed by an exhaust valve 8 respectively. Although not shown, the exhaust port 7 extending obliquely upward from the opening is opened on a side surface on the exhaust side of the cylinder head 4 and communicates with an exhaust passage in the exhaust manifold.

また、燃焼室３の天井部のほぼ中央には、２つの吸気ポート５の開口部に近接してインジェクタ９の先端部（下端部）が燃焼室３に臨んでいる。一例としてインジェクタ９は、複数の噴孔を有するマルチホールタイプのもので、その先端部に設けられた複数の噴孔からそれぞれ所定の方向に燃料噴霧Ｆが噴出する。なお、図示はしないが、インジェクタ９の基端部（上端部）には各気筒１に共通の燃料分配管が接続されていて、高圧燃料ポンプから圧送される燃料をインジェクタ９に分配するようになっている。   In addition, the tip end (lower end) of the injector 9 faces the combustion chamber 3 in the vicinity of the openings of the two intake ports 5 in the approximate center of the ceiling of the combustion chamber 3. As an example, the injector 9 is of a multi-hole type having a plurality of injection holes, and the fuel spray F is ejected in a predetermined direction from the plurality of injection holes provided at the tip portion thereof. Although not shown, a common fuel distribution pipe is connected to each cylinder 1 at the base end (upper end) of the injector 9 so that fuel pumped from the high-pressure fuel pump is distributed to the injector 9. It has become.

そのインジェクタ９に隣接して点火プラグ１０が配設され、先端部（下端部）が燃焼室３に臨んでいる。点火プラグ１０は、インジェクタ９との干渉を避けるようにプラグ軸（図示のプラグ軸線Ｘ）が傾斜していて、その基端側には図示しない点火コイルユニットが接続され、各気筒１毎に所定のタイミングで通電するようになっている。これにより点火プラグ１０は、前記したように吸気ポート５から流入する吸気と、インジェクタ９からの燃料噴霧Ｆとの混合気に点火する。   A spark plug 10 is disposed adjacent to the injector 9, and the tip (lower end) faces the combustion chamber 3. The spark plug 10 has a plug shaft (shown plug axis line X) inclined so as to avoid interference with the injector 9, and an ignition coil unit (not shown) is connected to the base end side of the spark plug 10. It is designed to energize at the timing. As a result, the spark plug 10 ignites the mixture of the intake air flowing from the intake port 5 and the fuel spray F from the injector 9 as described above.

−点火プラグ−
詳しくは本実施の形態の点火プラグ１０は、プラグ軸線Ｘの方向に延びる円筒状のハウジング１１の内部に中心電極１２を収容し、両者の間を円筒状の碍子１３によって絶縁するとともに、ハウジング１１の先端部（下端部）にＪ字状の主接地電極１４を接続して、その下端部と中心電極１２との間にメインギャップＭＧを形成したものである。なお、ハウジング１１、中心電極１２および碍子１３は概ね同軸状に配置されている。 -Spark plug-
Specifically, the spark plug 10 according to the present embodiment accommodates a center electrode 12 inside a cylindrical housing 11 extending in the direction of the plug axis X, and insulates the two by a cylindrical insulator 13, while also housing 11 A J-shaped main ground electrode 14 is connected to the front end portion (lower end portion), and a main gap MG is formed between the lower end portion and the center electrode 12. The housing 11, the center electrode 12, and the insulator 13 are arranged substantially coaxially.

図２には点火プラグ１０の先端側を拡大して、一部を断面で示すように、前記ハウジング１１は金属材料により形成され、その外周には雄ねじ１１ａが形成されて、シリンダヘッド４の挿入孔４ａ（図１を参照）の雌ねじと螺合するようになっている。また、中心電極１２も金属材料により形成され、プラグ軸線Ｘに沿って延びていて、その先端部（下端部）が碍子１３から突出している。この先端には、例えばイリジウム、ロジウム等を含む合金材料により形成された電極チップ１２ａが溶接されている。   In FIG. 2, the front end side of the spark plug 10 is enlarged, and the housing 11 is made of a metal material, and a male screw 11 a is formed on the outer periphery thereof so that the cylinder head 4 can be inserted. It is adapted to be screwed with a female screw of the hole 4a (see FIG. 1). Further, the center electrode 12 is also formed of a metal material, extends along the plug axis X, and its tip end (lower end) protrudes from the insulator 13. An electrode tip 12a made of an alloy material containing, for example, iridium or rhodium is welded to the tip.

それらハウジング１１および中心電極１２を絶縁する碍子１３は、例えばアルミナ等のセラミックス材料より形成され、その先端部（下端部）は先窄まりの円錐台状とされていて、これを取り囲むハウジング１１との間には、図２に表れているように下方に向かって開放された円環状のポケット隙間Ｐ（以下、プラグポケット部Ｐという）が形成されている。なお、このプラグポケット部Ｐの底部（上端部）には、図示しない円環状のガスケットが配設され、ハウジング１１と碍子１３との間を気密に封止している。   The insulator 13 that insulates the housing 11 and the center electrode 12 is made of, for example, a ceramic material such as alumina, and its tip (lower end) has a tapered truncated cone shape. As shown in FIG. 2, an annular pocket gap P (hereinafter referred to as a plug pocket portion P) opened downward is formed. An annular gasket (not shown) is disposed at the bottom (upper end) of the plug pocket portion P to hermetically seal between the housing 11 and the insulator 13.

また、図２の他、図３には上下を反転させて示すように、碍子１３の先端部はハウジング１１の先端部（図から突出している。本実施の形態では碍子１３の先端部には、その先端面１３ａの内周寄りの部位から中心電極１２を取り囲むように突出する縮径部１３ｂが設けられており、この縮径部１３ｂを除いた先端面１３ａの外周寄りの部位は、プラグ軸線Ｘに対して傾斜する（プラグ軸線Ｘに直交する仮想面に対して傾斜する）傾斜面とされている。   In addition to FIG. 2, as shown in FIG. 3 upside down, the tip of the insulator 13 protrudes from the tip of the housing 11 (in the present embodiment, the tip of the insulator 13 is A reduced diameter portion 13b is provided so as to surround the center electrode 12 from a portion near the inner periphery of the tip surface 13a, and a portion near the outer periphery of the tip surface 13a excluding the reduced diameter portion 13b is a plug. The inclined surface is inclined with respect to the axis X (inclined with respect to a virtual plane orthogonal to the plug axis X).

すなわち、図２に表れているように碍子１３の先端面１３ａは、主接地電極１４に近い側（図２の右側）において下方（プラグ軸線Ｘ方向の先端側）に位置し、反対側（図２の左側）では上方（プラグ軸線Ｘ方向の基端側）に位置するように傾斜している。そして、その先端面１３ａにおいて最も下方に位置する外周縁部が主接地電極１４に近接していて、後述する副接地電極部１５との間にサブギャップＳＧが形成されている。   That is, as shown in FIG. 2, the distal end surface 13a of the insulator 13 is located below (the distal end side in the plug axis X direction) on the side close to the main ground electrode 14 (the right side in FIG. 2) and on the opposite side (see FIG. 2 (left side of 2) is inclined so as to be located above (base end side in the plug axis X direction). The outer peripheral edge located at the lowermost position on the front end surface 13a is close to the main ground electrode 14, and a sub-gap SG is formed between the sub-ground electrode part 15 described later.

より詳しくは、主接地電極１４は、金属材料により前記の如くＪ字状に形成され、その上端部がハウジング１１の先端部に溶接されて、下方に（プラグ軸線Ｘの方向に）延びている。主接地電極１４は、そのように下方に延びつつ、プラグ軸線Ｘに近づくように湾曲して延びるアーム部１４ａと、例えばイリジウム、ロジウム等を含む合金材料により形成され、前記アーム部１４ａの先端部に溶接された電極チップ１４ｂ（対向部）と、を備えている。   More specifically, the main ground electrode 14 is formed in a J shape from a metal material as described above, and its upper end is welded to the front end of the housing 11 and extends downward (in the direction of the plug axis X). . The main ground electrode 14 is formed of an arm portion 14a that extends downward and curves so as to approach the plug axis X, and an alloy material containing, for example, iridium, rhodium, and the like, and a distal end portion of the arm portion 14a. And an electrode tip 14b (opposing portion) welded to each other.

そうして電極チップ１４ｂは、中心電極１２の先端の電極チップ１２ａとプラグ軸線Ｘの方向に対向するように配設されており、これら２つの電極チップ１２ａ，１４ｂの間にメインギャップＭＧが形成されて、点火コイルユニットからの通電によって火花放電が行われるようになっている。なお、主接地電極１４は、前記のようにアーム部１４ａが湾曲するＪ字状ではなく、例えばＬ字状であってもよい。   Thus, the electrode tip 14b is arranged to face the electrode tip 12a at the tip of the center electrode 12 in the direction of the plug axis X, and a main gap MG is formed between the two electrode tips 12a and 14b. Thus, spark discharge is performed by energization from the ignition coil unit. Note that the main ground electrode 14 may have an L shape, for example, instead of the J shape in which the arm portion 14a is curved as described above.

そして、本実施の形態の特徴として前記主接地電極１４のアーム部１４ａには、それがプラグ軸線Ｘの方向に直線的に延びた後に湾曲し始める部位から、碍子１３の先端部に向かって突出するように副接地電極部１５が設けられている。この副接地電極部１５も例えばイリジウム、ロジウム等を含む合金材料により形成されて、アーム部１４ａに溶接されたものであり、その突出端部が近接する碍子１３の先端面１３ａの外周縁部（先端部の外周）との間に、サブギャップＳＧが形成されている。   As a feature of the present embodiment, the arm portion 14a of the main ground electrode 14 protrudes from the portion where it linearly extends in the direction of the plug axis X and then begins to bend toward the tip of the insulator 13. Thus, a sub-ground electrode portion 15 is provided. The sub-ground electrode portion 15 is also formed of an alloy material containing, for example, iridium, rhodium, and the like, and is welded to the arm portion 14a. A subgap SG is formed between the outer periphery of the tip portion and the outer periphery.

このように形成されたサブギャップＳＧにおいては通常は火花放電は発生しないが、例えば碍子１３の先端部にカーボンが付着、堆積して、中心電極１２と導通するようになってしまい、メインギャップＭＧにおいて適切に火花放電が行われなくなると、そのカーボンの付着部分と副接地電極部１５との間（サブギャップＳＧ）で火花放電が行われ、カーボンを焼き切るようになる（いわゆる自己清浄作用）。   In the sub-gap SG formed in this way, spark discharge does not normally occur, but for example, carbon adheres to and accumulates on the tip of the insulator 13 and becomes conductive with the center electrode 12, and the main gap MG. When the spark discharge is not properly performed in step S1, the spark discharge is performed between the adhering portion of the carbon and the sub ground electrode portion 15 (sub gap SG), and the carbon is burned out (so-called self-cleaning action).

−プラグ電極近傍の流動−
前記のように構成された点火プラグ１０は、図１に表れているようにシリンダヘッド４の挿入孔４ａに装着されて、その先端部が燃焼室３に臨んでいる。本実施の形態では、点火プラグ１０のハウジング１１に形成された雄ねじ１１ａの切り始めの位置（周方向の位置）と、この雄ねじ１１ａが螺合される挿入孔４ａの雌ねじの切り始めの位置とを対応づけて設定しており、このことで、図１に表れているように主接地電極１４が、吸気側からの流れＡに対して下流側（排気側）に位置するようになっている。 -Flow in the vicinity of plug electrode-
The spark plug 10 configured as described above is mounted in the insertion hole 4 a of the cylinder head 4 as shown in FIG. 1, and the tip thereof faces the combustion chamber 3. In the present embodiment, the starting position (circumferential position) of the male screw 11a formed in the housing 11 of the spark plug 10 and the starting position of the female screw of the insertion hole 4a into which the male screw 11a is screwed. Thus, as shown in FIG. 1, the main ground electrode 14 is positioned downstream (exhaust side) with respect to the flow A from the intake side. .

すなわち、点火プラグ１０は、その主接地電極１４がメインギャップＭＧへの混合気の流入をできるだけ妨げないように配置されているが、こうすると、碍子１３の外周面において流れＡの下流側に位置する部位にカーボンが付着、堆積しやすく、燻りの発生するおそれがあった。この点について本発明の発明者は、実機試験の結果を詳細に検討し、点火プラグ１０のメインギャップＭＧに流入した混合気が、主接地電極１４に衝突して上方に指向され、プラグポケット部Ｐに流入していることに気付いた。   That is, the spark plug 10 is arranged so that the main ground electrode 14 does not disturb the inflow of the air-fuel mixture into the main gap MG as much as possible. However, in this way, the spark plug 10 is positioned downstream of the flow A on the outer peripheral surface of the insulator 13. The carbon tends to adhere to and accumulate on the part where it does, and there is a risk of creaking. In this regard, the inventor of the present invention examines the result of the actual machine test in detail, and the air-fuel mixture flowing into the main gap MG of the spark plug 10 collides with the main ground electrode 14 and is directed upward, so that the plug pocket portion I noticed that it was flowing into P.

詳しくは図４および図５にそれぞれ、本発明者が点火プラグの電極近傍における気筒内の流動を観察した結果を示す。これらは、ＣＦＤの解析結果を基に吸気の流れを模式的に示したものである。図５は、比較のために通常の点火プラグについて示すが、説明の便宜上、本実施の形態の点火プラグ１０と同じ符号を付している。図５に表れているように、メインギャップＭＧへ流入した混合気は、その下流側に配置された主接地電極１４に衝突して上方のプラグポケット部Ｐに向かうようになり、このプラグポケット部Ｐに滞留して、不完全燃焼によるカーボンの付着、堆積を助長する。   Specifically, FIG. 4 and FIG. 5 show the results of the inventor's observation of the flow in the cylinder in the vicinity of the spark plug electrode, respectively. These schematically show the flow of intake air based on the analysis result of CFD. FIG. 5 shows a normal spark plug for comparison, but the same reference numerals as those of the spark plug 10 of the present embodiment are given for convenience of explanation. As shown in FIG. 5, the air-fuel mixture flowing into the main gap MG collides with the main ground electrode 14 disposed on the downstream side thereof and heads toward the upper plug pocket portion P. This plug pocket portion It stays in P and promotes adhesion and deposition of carbon due to incomplete combustion.

これに対し本実施の形態の点火プラグ１０を用いた場合は、上述したように碍子１３の先端面１３ａを傾斜面としているので、図４に模式的に示すように、吸気の流れＡを先端面１３ａの傾斜に沿うように下方に指向させることができる。これにより、メインギャップＭＧを通過する混合気の流れも下方に指向されるようになって、上方のプラグポケット部Ｐへ向かう流れが減少する。   On the other hand, when the spark plug 10 of the present embodiment is used, since the tip surface 13a of the insulator 13 is an inclined surface as described above, as shown schematically in FIG. It can be directed downward along the inclination of the surface 13a. Thereby, the flow of the air-fuel mixture passing through the main gap MG is also directed downward, and the flow toward the upper plug pocket portion P is reduced.

なお、図４に示すように本実施の形態では、碍子１３の先端面１３ａにおいて最も上方（プラグ軸線Ｘの方向について最も基端側）に位置する外周縁部を、ハウジング１１の先端面よりも上方に位置付けている。すなわち、中心電極１２の先端（電極チップ１２ａ）から碍子１３の先端面１３ａにおける最上方位置までの上下の間隔Ｈｓが、中心電極１２の先端からハウジング１１の先端面までの上下の間隔Ｈｈよりも大きくなっており（Ｈｓ＞Ｈｈ）、これにより吸気の流れＡを好適に下方に指向させることができる。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the outer peripheral edge located on the uppermost side (most proximal side in the direction of the plug axis X) on the distal end surface 13 a of the insulator 13 is located more than the distal end surface of the housing 11. Positioned above. That is, the vertical distance Hs from the tip of the center electrode 12 (electrode tip 12a) to the uppermost position on the tip surface 13a of the insulator 13 is higher than the vertical distance Hh from the tip of the center electrode 12 to the tip surface of the housing 11. It is large (Hs> Hh), whereby the intake air flow A can be preferably directed downward.

その上で本実施の形態では、前記のように主接地電極１４に設けた副接地電極部１５により、主接地電極１４に沿って上方に向かう混合気の流れＡが堰き止められる。すなわち、図４に示すように副接地電極部１５と碍子１３の先端部との間（サブギャップＳＧ）の間隔Ｇｓが、碍子１３の外周縁部から主接地電極１４のハウジング１１との接続部までの間隔Ｇｈよりも小さくなっているので（Ｇｓ＜Ｇｈ）、プラグポケット部Ｐへの流れＡを好適に堰き止めることができる。   In addition, in the present embodiment, the flow A of the air-fuel mixture going upward along the main ground electrode 14 is blocked by the sub-ground electrode portion 15 provided on the main ground electrode 14 as described above. That is, as shown in FIG. 4, the gap Gs between the sub-ground electrode portion 15 and the tip of the insulator 13 (sub-gap SG) is the connection portion from the outer peripheral edge of the insulator 13 to the housing 11 of the main ground electrode 14. Since the distance Gh is smaller than Gh (Gs <Gh), the flow A to the plug pocket portion P can be appropriately blocked.

このように碍子１３の先端面１３ａの傾斜によって流れを下方に指向させるとともに、それでもなお上方に向かう流れは、副接地電極部１５によって堰き止めることによって、本実施の形態の点火プラグ１０では、ハウジング１１と碍子１３との間のプラグポケット部Ｐへの混合気の流入を効果的に抑制でき、滞留する混合気の不完全燃焼によるカーボンの付着、堆積を十分に抑制できる。   As described above, the flow is directed downward by the inclination of the distal end surface 13a of the insulator 13, and the upward flow is still blocked by the sub ground electrode portion 15, so that the spark plug 10 of the present embodiment has a housing. Inflow of the air-fuel mixture to the plug pocket portion P between 11 and the insulator 13 can be effectively suppressed, and adhesion and deposition of carbon due to incomplete combustion of the remaining air-fuel mixture can be sufficiently suppressed.

なお、前記のように碍子１３の先端面１３ａに沿って流れが下向きに指向されることから、この流れの下流側に位置する当該先端面１３ａの外周縁部には、カーボンが付着・堆積しやすい。言い換えると、副接地電極部１５と近接し、サブギャップＳＧで火花放電が起きる部位にカーボンが付着、堆積しやすくなっており、このカーボンを放電火花によって効果的に焼き切ることができる。   Since the flow is directed downward along the tip surface 13a of the insulator 13 as described above, carbon adheres and accumulates on the outer peripheral edge portion of the tip surface 13a located on the downstream side of the flow. Cheap. In other words, carbon is easily attached to and deposited on a portion where spark discharge is generated in the sub-gap SG in the vicinity of the sub-ground electrode portion 15, and this carbon can be effectively burned off by the discharge spark.

以上、説明したように本実施の形態の点火プラグ１０では、そのハウジング１１の先端部からプラグ軸線Ｘの方向に延びる主接地電極１４のアーム部１４ａに、碍子１３の先端部に向かって突出するように副接地電極部１５を設けている。これは、例えば特許文献１に記載の点火プラグのように、主接地電極とは別に２つの副接地電極を設けるのと比べて、それらの表面積の合計がかなり小さくなり、熱損失が大幅に低減される。本実施の形態では特許文献１のものに比べて、接地電極の表面積が約１／３になっている。   As described above, in the spark plug 10 of the present embodiment, the arm portion 14a of the main ground electrode 14 extending in the direction of the plug axis X from the distal end portion of the housing 11 projects toward the distal end portion of the insulator 13. Thus, a sub-ground electrode portion 15 is provided. This is because, for example, the ignition plug described in Patent Document 1 has a considerably smaller total surface area than that of providing two sub-ground electrodes separately from the main ground electrode, and the heat loss is greatly reduced. Is done. In the present embodiment, the surface area of the ground electrode is about 1/3 of that of Patent Document 1.

また、特許文献１に記載の点火プラグのように、大きな副接地電極によって火炎の成長が阻害されることもなく、その副接地電極の下流側（排気側）において流れが淀むこともない。さらに、碍子１３の先端面１３ａを傾斜させて、吸気の流れを下方に指向させるとともに、前記副接地電極部１５によって上方に向かう流れを堰き止めるようにしており、このことで、プラグポケット部Ｐに滞留する混合気の不完全燃焼によるカーボンの付着、堆積を抑制できる。   Further, unlike the spark plug described in Patent Document 1, the growth of the flame is not inhibited by the large sub-ground electrode, and the flow does not stagnate on the downstream side (exhaust side) of the sub-ground electrode. Further, the tip end surface 13a of the insulator 13 is inclined so as to direct the flow of the intake air downward, and the upward flow is blocked by the sub-ground electrode portion 15, whereby the plug pocket portion P It is possible to suppress the adhesion and deposition of carbon due to incomplete combustion of the air-fuel mixture staying in the chamber.

つまり、点火プラグ１０の先端部の近傍における気筒１内の流動および火炎の成長をできるだけ阻害しないようにしながら、プラグポケット部Ｐにおける混合気の滞留によるカーボンの付着、堆積を抑制し、燻りの発生を防止することができる。その上さらに、碍子１３の先端部に付着、堆積したカーボンは、サブギャップＳＧでの放電火花によって効果的に焼き切ることができ、自己清浄作用によって燻りから復帰することができる
−他の実施形態−
上述した実施の形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。例えば前記実施の形態において点火プラグ１０の碍子１３は円筒状とされているが、これに限らず、例えば図６に示すように碍子１３を、断面が四角形の角筒状としてもよい。この図６の例では先端面１３ａにおいて最も下方（図６においては最も上方）に位置する外周縁部（四角形の一辺となる外周縁部）と、近接する副接地電極部１５との間にサブギャップＳＧが形成される。 That is, while preventing the flow in the cylinder 1 in the vicinity of the tip of the spark plug 10 and the growth of flame from being inhibited as much as possible, the adhesion and accumulation of carbon due to the retention of the air-fuel mixture in the plug pocket portion P is suppressed, and the occurrence of creases. Can be prevented. Furthermore, the carbon deposited and deposited on the tip of the insulator 13 can be effectively burned off by the discharge spark in the subgap SG, and can be recovered from the beat by self-cleaning action.
The above-described embodiments are merely examples, and are not intended to limit the configuration and use of the present invention. For example, in the above embodiment, the insulator 13 of the spark plug 10 has a cylindrical shape. However, the present invention is not limited to this. For example, the insulator 13 may have a rectangular cross section as shown in FIG. In the example of FIG. 6, the sub-between the outer peripheral edge (the outer peripheral edge as one side of the quadrangle) located on the lowermost side (uppermost in FIG. 6) on the tip surface 13 a and the adjacent sub-ground electrode part 15. A gap SG is formed.

また、前記実施の形態のように点火プラグ１０の碍子１３の先端面１３ａを傾斜させる必要もなく、先端面１３ａがプラグ軸線Ｘに略直交するように構成してもよいし、図４を参照して説明したＨｓ＞Ｈｈ、およびＧｓ＜ｇｈなどの寸法についても必須の構成ではない。さらに、前記実施の形態のように、主接地電極１４が吸気の流れの下流側（排気側）に位置するように、点火プラグ１０を配設することにも限定されない。   Further, it is not necessary to incline the tip surface 13a of the insulator 13 of the spark plug 10 as in the above-described embodiment, and the tip surface 13a may be configured to be substantially orthogonal to the plug axis X, see FIG. The dimensions such as Hs> Hh and Gs <gh described above are not essential. Further, the spark plug 10 is not limited to be disposed so that the main ground electrode 14 is located on the downstream side (exhaust side) of the intake air flow as in the above-described embodiment.

さらにまた、本発明を適用する内燃機関は、前記実施の形態のような筒内噴射式のガソリンエンジン１にも限定されず、例えば吸気ポートにインジェクタを配設したポート噴射式のガソリンエンジンであってもよいし、ガソリンエンジン以外の火花点火式エンジン、例えばアルコールエンジンやガスエンジンなどであってもよい。   Furthermore, the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to the in-cylinder injection type gasoline engine 1 as in the above-described embodiment. For example, the internal combustion engine is a port injection type gasoline engine in which an injector is disposed in an intake port. Alternatively, a spark ignition type engine other than a gasoline engine, for example, an alcohol engine or a gas engine may be used.

本発明は、ガソリンエンジンなどの火花点火式内燃機関に用いられる点火プラグに適用可能であり、特に、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用して効果が高い。   The present invention can be applied to an ignition plug used in a spark ignition type internal combustion engine such as a gasoline engine, and is particularly effective when applied to an in-cylinder injection type internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder.

１ エンジン（内燃機関）
１０ 点火プラグ
１１ ハウジング
１２ 中心電極
１２ａ 電極チップ（先端部）
１３ 碍子
１４ 主接地電極
１４ａ アーム部
１４ｂ 電極チップ（対向部）
１５ 副接地電極部
ＭＧ メインギャップ
ＳＧ サブギャップ
Ｐ プラグポケット部（ポケット隙間）
Ｘ プラグ軸線（プラグ軸方向） 1 engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Spark plug 11 Housing 12 Center electrode 12a Electrode tip (tip part)
13 insulator 14 main ground electrode 14a arm part 14b electrode tip (opposing part)
15 Sub ground electrode part MG Main gap SG Sub gap P Plug pocket part (pocket gap)
X Plug axis (plug axis direction)

Claims (1)

プラグ軸方向に延びる筒状のハウジングに中心電極を収容し、両者の間を筒状の碍子によって絶縁するとともに、前記ハウジングの先端部に接続された主接地電極を設け、この主接地電極と前記中心電極との間にメインギャップを形成した内燃機関の点火プラグであって、
前記ハウジングおよび碍子の間には、プラグ軸方向の先端側に向かって開放するポケット隙間が形成され、
前記主接地電極は、前記ハウジングの先端部からプラグ軸方向に延びつつ、前記中心電極に近づくように湾曲するアーム部と、その先端部に設けられ、前記中心電極の先端部とプラグ軸方向に対向する対向部とを有し、
前記主接地電極のアーム部には、前記碍子の先端部に向かって延びる副接地電極部が設けられ、当該碍子の先端部外周との間にサブギャップが形成されていることを特徴とする内燃機関の点火プラグ。 The central electrode is housed in a cylindrical housing extending in the plug axial direction, and a main ground electrode connected to the front end portion of the housing is provided between the two and insulated by a cylindrical insulator. A spark plug for an internal combustion engine in which a main gap is formed between the center electrode,
Between the housing and the insulator, a pocket gap that opens toward the tip end side in the plug axial direction is formed,
The main ground electrode is provided at the tip of the arm that extends from the tip of the housing in the plug axis direction and curves toward the center electrode, and extends in the plug axis direction of the tip of the center electrode. An opposing portion,
An internal combustion engine characterized in that an arm portion of the main ground electrode is provided with a sub-ground electrode portion extending toward a tip portion of the insulator, and a subgap is formed between an outer periphery of the tip portion of the insulator. Engine spark plug.

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