JPH11224763A

JPH11224763A - 燃料点火システム用のサブ燃焼室を備えたスパークプラグ

Info

Publication number: JPH11224763A
Application number: JP10304621A
Authority: JP
Inventors: Jun Sato; 佐藤　　淳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 1999-08-17
Also published as: DE19849317A1; US6013973A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】燃料噴射システムに使用する副燃焼室のある点
火プラグを提供する。【解決手段】燃料噴射システムに使用する点火プラグ１
０は、ハウジング１６とこのハウジングに取り付けた接
地電極２０を備えている。中心電極１４は、ハウジング
内に位置し、接地電極から間隔を置いて電極ギャップ２
４を形成している。絶縁部材１９が、中心電極と接地電
極とを電気的に分離している。副燃焼室３０がさらに点
火プラグ上に位置し、電極ギャップを内包している。複
数の穴４０，４２が副燃焼室の壁３２に配置してあり、
燃料・空気混合気と燃焼ガスとがそこを通過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の分野は、内燃機関用
の点火プラグである。

【０００２】

【従来の技術】点火プラグは、燃焼機関内の燃料と空気
の混合気の点火に使用される。一般に、点火プラグは、
燃焼室内の電極へ端子接続部から高電圧を伝導する。ピ
ストンの圧縮行程中に、この電極と接地電極との間にス
パークを生じて混合気に点火する。

【０００３】しかし、燃料噴射システムに使用される従
来の点火プラグは、多数の制限を受けている。例えば、
圧縮行程中に、ピストンが混合気を圧縮して、燃料と空
気との不均一な分布を生じる。この燃料と空気との不均
一な分布が、燃焼機関に例えば、未燃焼ガスの効率低下
や排出増加などの問題を生じる。

【０００４】一般に、混合気を圧縮すると、点火プラグ
の電極に近い混合気が濃くなり、すなわち周囲の気体よ
りも濃くなる。点火プラグの電極が放電すると、濃い混
合気を含む部分が最初に点火する。次に、火炎は、混合
気の薄い、すなわちリーンな燃焼室の内周面に沿って外
方へ移動する。最終的に、火炎は混合気の最もリーンな
部分である燃焼室の主区域へ広がる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、主燃焼室の
混合気の燃焼完了までには必要以上に長くかかる。した
がって、未燃焼ガスと空気を排出することになることが
ある。この問題は、次のサイクルまでに燃焼を完了する
ことの困難さが増大する、エンジンが高回転で運転して
いる場合にはさらに深刻である。そこで、未燃焼ガス
が、システム全体の燃料効率を低下させることになる。

【０００６】未燃焼ガスの排出には多数の問題もある。
例えば、大気中への未燃焼ガスの排出は、環境に有害な
影響を与えることが知られている。その結果として、環
境中に放出する前に、こうした未燃焼ガスは、独立した
高価な触媒コンバータ装置を通すことが多く行われてい
る。

【０００７】点火を良くするために、電極を封入するこ
とが試みられた。しかし、このデザインも点火中の熱損
失が大きいなどの多くの欠点や長期使用に関係した問
題、すなわちオイル燃焼や電極へのカーボン沈着があ
る。さらに、こうした装置は圧縮比が変化し、点火プラ
グの電極の自己清浄を妨げている。

【０００８】

【課題を解決しようとするために手段】本発明は、燃料
噴射システムに使用する副燃焼室のある点火プラグに関
するものである。この副燃焼室は、複数の排出孔が点火
プラグの電極ギャップを包囲する環状壁を持っている。

【０００９】本発明の第一の態様によれば、複数の排出
孔が点火プラグの電極ギャップに隣接して横に配置され
ている。この配置により、点火プラグからの燃焼が均一
な方向となる。

【００１０】本発明の第二の態様によれば、第一の態様
の構造は、副燃焼室を更に定義するために、環状壁に結
合し、軸穴のあるキャップを更に備えている。点火プラ
グのギャップはプラグの軸方向に広がり、接地電極は幅
広な形状である。こうすることで、横にに隣接する排出
孔を通過する電極からの燃焼混合気の横方向の分布を促
進している。

【００１１】したがって、本発明の目的は、副燃焼室を
使用する改良型点火プラグを提供することである。その
他の目的や利点は、以下の記載から明白になるであろ
う。

【００１２】

【発明の実施の形態】図面を詳細に参照して説明する
と、図１は燃料噴射エンジンに使用する点火プラグ１０
の従来のデザインを示している。この点火プラグ１０
は、ハウジング１６と、中心電極１４と、ハウジング１
６に固定した接地電極２０とを備えている。絶縁部材１
９は、接地電極２０と中心電極１４とを電気絶縁する。

【００１３】図２、図３を参照して、本発明一つの好ま
しい実施態様を示す。点火プラグ１０は、高電圧点火コ
イル（図示せず）に接続する伝導端子端部１２を備え
る。この伝導端子端部１２は、点火プラグ１０のハウジ
ング１６内に軸方向に配置されている中心電極１４に電
気的に接続されている。この中心電極１４は、ハウジン
グ１６のねじ部１８よりも出ている。絶縁部材１９は、
中心電極１４をハウジング１６および接地電極２０から
電気絶縁している。

【００１４】また、図２を参照すると、接地電極２０
は、ハウジング１６に固定され、中心電極１４の末端側
へ湾曲している。こうして、中心電極１４と接地電極２
０との間に電極ギャップ２４を形成している。ハウジン
グ１６に固定された接地電極２０は、電極ギャップ２４
の幅を調節できるのが好ましい。副燃焼室３０は、ハウ
ジング１６に下側に位置している。好ましくは、副燃焼
室３０は、ハウジング１６のねじ部１８の下側に位置す
る。

【００１５】この副燃焼室３０は、ハウジング１６に連
続する壁３２を持っている。この副燃焼室３０の壁３２
は点火室３４形成し、ここで燃料・空気混合気の燃焼を
開始する。好ましくは、こうした壁３２の厚さは、約
１．５ｍｍ乃至約２．５ｍｍであり、約２ｍｍが最も好
ましい。壁３２は、環状部３６とキャップ３８とを有す
る利点があり、この環状部３６はハウジング１６と連続
している。

【００１６】この環状部３６は、電極ギャップ２４の周
囲を囲む環状壁３７を有するのが好ましい。さらに、複
数の排出孔４０が副燃焼室３０の環状壁３７に設けら
れ、電極ギャップ２４に対して横に隣接するのが好まし
い。この壁３７に設けた排出孔４０の数は、点火プラグ
の寸法によって２個乃至４個以上でである。一般に、大
型の点火プラグ１０は、多数の排出孔４０を備えてい
る。好ましくは、排出孔は互いに円周方向に等距離に位
置して、点火中に最大火炎分布となるようにする。

【００１７】排出孔４０は、電極ギャップ２４に対し横
に隣接するように広く説明してあるが、排出孔４０は、
プラグ１０の軸に垂直な電極ギャップ２４を通る想像平
面が排出孔４０と交差するように位置するのが好まし
い。この平面は、電極ギャップ２４の中心を通る必要は
ないが、そのどこに在ってもよい。したがって、排出孔
４０は、電極ギャップ２４と実質的に共面である。接地
電極２０は、点火後に火炎が排出孔４２を水平に通過す
るようにする幅広であることが好ましい。好ましくは、
接地電極２０の端部の幅は、約２．５ｍｍ乃至約３．５
ｍｍの範囲内である。さらに、接地電極２０は、その端
部の幅が中心電極１４の直径よりも大きいことが望まし
い。接地電極２０の端部の寸法と排出孔４０の位置決め
は、点火によって横方向に火炎を分布する利点がある。
こうして、内燃機関内の燃料・空気混合気の燃焼率を増
大する利点がある。さらに、排出孔４０の実質上の共面
位置は、カーボン沈着物やオイルなどの電極ギャップ２
４からの除去を容易に行えるようにする利点がある。

【００１８】副燃焼室３０のキャップ３８は、単一排出
孔４２へと先細りになっている。好ましくは、この排出
孔は、キャップ３８の唯一の穴である。さらに、この単
一排出孔４２は、点火プラグ１０の中心線と軸方向に一
直線であるのが好ましい。キャップ３８のテーパ角は、
副燃焼室３０内に高圧領域を生じて、濃い燃料・空気混
合気を主燃焼室５２に向ける利点がある。テーパ角は、
位置によって約４５度乃至６０度の範囲にでき、吸気弁
５６と排気弁５８との間の角度である。

【００１９】排出孔４０、４２の内径は、約３．０ｍｍ
乃至約４．０ｍｍの範囲が好ましい。排出孔４０、４２
の最適な直径としては、約３．５ｍｍが好ましい。次
に、図３を参照すると、点火プラグ１０はシリンダ５０
内に位置している。シリンダ５０は、さらに主燃焼室５
２とピストン５４とを備えている。

【００２０】図３から分かるように、点火プラグ１０を
定位置に確実にねじ止めすると、副燃焼室が主燃焼室５
２内に突出する。さらに、排出孔４０、４２は、主燃焼
室５２内に位置するのが利点である。

【００２１】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図６を参照して、点火プラグ
１０の動作を以下に説明する。図４（ａ）に示すよう
に、吸気行程中には、ピストン５４がシリンダ５０内を
下に移動する間に吸気弁５６が開き、燃料・空気混合気
６０がシリンダ５０内に流入する。燃料・空気混合気６
０は、スワール状にシリンダ５０内に入り、シリンダ５
０の壁に沿って移動する。

【００２２】吸気行程の終了後、圧縮行程が始まる。図
４（ｂ）、（ｃ）から分かるように、吸気弁５６が閉
じ、ピストン５４がシリンダ５０に沿って上昇する。燃
料・空気混合気６０は上昇し、シリンダ５０の壁に沿っ
て渦巻いて、混合気が次第に圧縮されて、主燃焼室５２
に集まる。例えば図４（ｃ）や図６に示すように、ピス
トン５４が圧縮行程の上死点に近づくと、さらなる圧縮
によって燃料・空気混合気６０を濃く、すなわちさらに
濃厚にする。次に、混合気６０は、排出孔４０、４２を
経て副燃焼室３０に充満する。

【００２３】図６を参照すると、主燃焼室５２内の燃料
・空気混合気６０の分布を示している。一般に、主燃焼
室５２には燃料・空気混合気の３つの区域がある。区域
Ｒでは、燃料分が多く、濃い、濃厚な混合気を生じてい
る。主燃焼室５２の最上面は区域Ｍで、燃料分が比較的
多いが、区域Ｒほど濃くはない。さらに区域Ｌがあり、
最もリーンで、燃料分が最も少ない。

【００２４】図２、３を参照すると、点火コイル（図示
せず）による高電圧がプラグケーブル６２を介して点火
プラグ１０に印加される。接地電極２０と中心電極１４
との間に生じる電圧差によって、電極ギャップ２４内に
電気放電すなわちスパークを生じる。次にスパークが、
副燃焼室３０内の燃料・空気混合気６０を発火させる。

【００２５】図７（ａ）から分かるように、副燃焼室３
０内で生じた火炎は、まず排出孔４０を介して副燃焼室
３０の外へと横に拡散する。次に、区域Ｒが点火され
る。この初期中に、排出孔４２を通過する火炎の下方排
出を、接地電極２０の幅広い寸法により副燃焼室３０か
ら出るのを防止する利点がある。燃焼がさらに継続し、
副燃焼室３０内の燃焼圧力により混合気６０が主燃焼室
５２へ押し出され、火炎の伝播を生じる。

【００２６】次に、図６、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
を参照すると、混合気６０が比較的濃い主燃焼室５２の
最上面、つまり区域Ｒに沿って火炎は最初に拡散する。
この区域が点火されると、区域ＭとＬの点火が始まり、
図７（ｃ）に示すように、火炎は排出孔４２を通過して
下方へ排出される。

【００２７】排出孔４０は発火点、すなわち電極ギャッ
プの横に隣接しているので、火炎は副燃焼室３０の外へ
急速に移動する。その結果、区域Ｌ内のリーンな混合気
は、燃焼速度が最も遅く、従来の点火プラグを使用した
システムの速度のおよそ２倍の速度で燃焼する。

【００２８】図５（ａ）乃至（ｃ）を参照して、排気行
程について説明する。燃料・空気混合気６０の燃焼後、
ピストン５４がシリンダ５０内で上昇を開始して燃焼ガ
スを排気弁５８により設けられた開口から排出する。副
燃焼室３０内にあるガスも、同様に排出される。環状壁
３７に沿った排出孔４０およびキャップ３８の排出孔４
２の位置には、排気行程中に燃焼ガスを完全に排出する
ことができる利点がある。したがって、主燃焼室５２内
に残る燃焼ガスの量が減少し、湿式燃焼に関係するミス
ファイヤの問題を最小限にする。さらに、この排出孔４
０の位置は、電極ギャップ２４の自己清浄および自己調
節を可能とする利点がある。

【００２９】このように、内燃機関用の改良型点火プラ
グは、副燃焼室を備えたものを説明した。本発明の実施
態様および応用について示しまた説明したが、本発明の
概念に反することなくさらに多くの変更が可能であるこ
とは当業者には明白であろう。したがって、本発明は、
特許請求の範囲の精神以外は制約されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の点火プラグの四分の一の部分の断面図で
ある。

【図２】副燃焼室を示す点火プラグの拡大断面図であ
る。

【図３】図２の点火プラグを取り付けたエンジンの断面
図である。

【図４】（ａ）は、吸気入サイクル中のシリンダと対応
ピストンの概略図である。（ｂ）は、圧縮サイクル中の
シリンダと対応ピストンの概略図である。（ｃ）は、圧
縮サイクル中のシリンダと対応ピストンの概略図であ
る。

【図５】（ａ）は、排気サイクル中ののシリンダと対応
ピストンの概略図である。（ｂ）は、排気サイクル中の
シリンダと対応ピストンの概略図である。（ｃ）は、排
気サイクル中のシリンダと対応ピストンの概略図であ
る。

【図６】死点圧縮時の燃料・空気混合気を示すシリンダ
の概略図である。

【図７】（ａ）は、死点圧縮中のシリンダと対応ピスト
ンの概略図である。（ｂ）は、死点圧縮中のシリンダと
対応ピストンの概略図である。（ｃ）は、死点圧縮中の
シリンダと対応ピストンの概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597085590 秋元ヒロシ神奈川県川崎市中原区北谷町26 (71)出願人 598147536 秋元恵子神奈川県川崎市中原区北谷町26 (72)発明者佐藤淳アメリカ合衆国、カリフォルニア 90503、トランス、ウエストカーソンストリート 2607

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン用点火プラグであって、接地電極と、電極ギャップを形成するために、前記接地電極と間隔を
置いた中心電極と、前記接地電極と前記中心電極を内包し、前記電極ギャッ
プの横に隣接する複数の排出孔を有する電極ギャップを
包囲する環状壁を有する副燃焼室とから構成したことを
特徴とする点火プラグ。
【請求項２】前記接地電極の端子端部の幅が約２．５
ｍｍ乃至約３．５ｍｍの範囲であることを特徴とする請
求項１記載の点火プラグ。
【請求項３】前記排出孔の内径が約３．０ｍｍ乃至約
４．０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載
の点火プラグ。
【請求項４】前記副燃焼室がその終端部に排出孔のあ
る、前記環状壁から延長したキャップをさらに有するこ
とを特徴とする請求項１記載の点火プラグ。
【請求項５】エンジン用点火プラグであって、接地電極と、中心電極から軸方向に延長する電極ギャップを形成する
ために、前記接地電極と間隔を置いた中心電極と、前記接地電極と前記中心電極を内包し、前記電極ギャッ
プの横に隣接する複数の排出孔を有する電極ギャップを
包囲する環状壁を有する副燃焼室と、その終端部に排出
孔のある前記環状壁から延長したキャップとから構成
し、前記接地電極はその終端部の幅が、燃焼混合気を横
方向に排出孔へ向けるように前記中心電極の直径よりも
大きいことを特徴とする点火プラグ。
【請求項６】前記外部電極の終端部の幅が約２．５ｍ
ｍ乃至約３．５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求
項５記載の点火プラグ。
【請求項７】前記排出孔の内径が約３．０ｍｍ乃至約
４．０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項６記載
の点火プラグ。
【請求項８】排出孔が前記中心電極の軸と垂直で前記
電極ギャップを通過する平面と交差することを特徴とす
る請求項５記載の点火プラグ。
【請求項９】燃料噴射システム用点火プラグであっ
て、接地電極と、中心電極から軸方向に延長する電極ギャップを形成する
ために、前記接地電極と間隔を置いた中心電極と、前記接地電極と前記中心電極を内包する副燃焼室とから
構成し、前記副燃焼室がさらに、（ｉ）前記電極ギャップを内包しさらに複数の排出孔を
有する環状壁と、この場合、前記排出孔の少なくとも２
つは、前記排出孔が前記中心電極の軸と垂直で前記電極
ギャップを通過する平面と交差するように前記環状壁内
に位置し、また前記排出孔も互いに円周方向に等距離に
位置し、（ｉｉ）前記中心電極から軸方向へと前記環状壁から排
出孔へ延長したキャップとから構成することを特徴とす
る点火プラグ。
【請求項１０】前記接地電極の終端部での幅が、約
２．５ｍｍ乃至約３．５ｍｍの範囲であることを特徴と
する請求項９記載の点火プラグ。
【請求項１１】前記排出孔の内径が約３．０ｍｍ乃至
約５．０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項９記
載の点火プラグ。
【請求項１２】前記キャップのテーパ角が約４５度乃
至約６０度の範囲であることを特徴とする請求項９記載
の点火プラグ。