特許 7506197 最適化されたキャップを有する予燃焼室点火プラグ並びに内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】最適化されたキャップを有する予燃焼室点火プラグ並びに内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/18 20060101AFI20240618BHJP

   F02B 19/16 20060101ALI20240618BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20240618BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20240618BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

F02B19/18 B

F02B19/16 B

F02B19/12 B

F02B23/10 T

F02B23/10 310C

F02P13/00 302B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022580416

(86)(22)【出願日】2021-06-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-03

(86)【国際出願番号】 EP2021067099

(87)【国際公開番号】W WO2022008242

(87)【国際公開日】2022-01-13

【審査請求日】2023-02-17

(31)【優先権主張番号】102020208578.1

(32)【優先日】2020-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】シュタイテン，トマス

(72)【発明者】

【氏名】カスケ，シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】ブランクマイスター，マティアス

【審査官】平井 功

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５０２６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１８７５９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－２７３０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ １／００－２３／１０

Ｆ０２Ｐ １／００－ ３／１２

Ｆ０２Ｐ ７／００－１７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

予燃焼室点火プラグであって、
ハウジング（６）と、
少なくとも部分的に予燃焼室（２）を画定するキャップ（３）とを有しており、該キャップ（３）が複数の貫通孔（３０）を有していて、これらの貫通孔（３０）は、前記予燃焼室（２）と内燃機関の燃焼室（１１）との間の接続部を形成するように設計されており、前記貫通孔（３０）がそれぞれ１つの孔中心軸線（３１）を有しており、
前記キャップ（３）が、前記ハウジング（６）に向けられた領域に肩部（３２）を有していて、該肩部（３２）が、前記ハウジング（６）の、燃焼室側の端部（６０）で前記ハウジング（６）に当接しており、
前記貫通孔（３０）の、前記孔中心軸線（３１）上に位置する流出ポイント（３３）から前記肩部（３２）までの間隔（Ａ）が２ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にあって、
前記予燃焼室点火プラグの中心軸線（Ｘ－Ｘ）と前記孔中心軸線（３１）との間の第１の角度（α）が３０°乃至７０°の範囲内にあり、
前記間隔（Ａ）が、組み立てられた状態で前記燃焼室（１１）内の燃料の円錐形噴霧（８０）の最も近くに位置するように設計された前記貫通孔（３０）で定められている、
予燃焼室点火プラグ。

【請求項2】

前記間隔（Ａ）が４ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にあって、前記第１の角度（α）が３０°乃至５０°の範囲にあるか、または
前記間隔（Ａ）が５ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にあって、前記第１の角度（α）が３０°乃至４０°の範囲内にある、請求項１記載の予燃焼室点火プラグ。

【請求項3】

すべての前記貫通孔（３０）は、これらの貫通孔（３０）の、前記孔中心軸線（３１）上に位置するそれぞれの流出ポイント（３３）が、１つの共通の平面（Ｅ）に位置する、請求項１または２記載の予燃焼室点火プラグ。

【請求項4】

前記貫通孔（３０）は、タンブル流（１６）の一部が前記貫通孔（３０）内に直接流入するように、組み立てられた状態において前記燃焼室（１１）内で前記タンブル流（１６）に向けて方向付けされるように、設計されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の予燃焼室点火プラグ。

【請求項5】

前記貫通孔（３０）の前記孔中心軸線（３１）と、前記ハウジング（６）の外ねじ（４）のねじ始端部（４０）と、前記中心軸線（Ｘ－Ｘ）とが、１つの共通の平面に位置している、請求項１から４までのいずれか１項記載の予燃焼室点火プラグ。

【請求項6】

内燃機関であって、
燃焼室（１１）と、
往復運動するピストン（１２）と、
燃料を前記燃焼室（１１）内に供給するためのインジェクタ（８）と、
請求項１から５までのいずれか１項記載の予燃焼室点火プラグ（１）と、
を有する内燃機関。

【請求項7】

前記インジェクタ（８）の円錐形噴霧（８０）の中心軸線（８１）が、前記予燃焼室点火プラグ（１）の中心軸線（Ｘ－Ｘ）に対して、３０°乃至７０°の範囲内の第２の角度（β）を成している、請求項６記載の内燃機関。

【請求項8】

前記インジェクタ（８）の円錐形噴霧（８０）の中心軸線（８１）が、前記予燃焼室点火プラグ（１）の中心軸線（Ｘ－Ｘ）に対して、６０°の第２の角度（β）を成している、請求項６または７記載の内燃機関。

【請求項9】

前記燃焼室（１１）内でタンブル流（１６）が生ぜしめられ、前記タンブル流（１６）は、このタンブル流（１６）の少なくとも一部が、前記燃焼室（１１）内の円錐形噴霧の最も近くに位置する、前記予燃焼室点火プラグ（１）の貫通孔（３０）に直接向けられるように生ぜしめられる、請求項６から８までのいずれか１項記載の内燃機関。

【請求項10】

前記予燃焼室点火プラグ（１）が前記燃焼室（１１）の概ね中央に配置されていて、前記インジェクタ（８）が、前記燃焼室（１１）で前記予燃焼室点火プラグ（１）に対して側方に配置されている、請求項６から９までのいずれか１項記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、最適化されたキャップを有する予燃焼室点火プラグ、並びにこのような形式の予燃焼室点火プラグを有する内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

予燃焼室点火プラグは、従来技術により様々な形態のものが公知である。予燃焼室点火プラグの予燃焼室は、通常はキャップによって内燃機関の燃焼室に対して遮蔽される。キャップには複数の貫通孔が設けられているので、一方では予燃焼室の洗浄が可能であり、また他方では、予燃焼室内での点火を行った後に火炎流が貫通孔を通って内燃機関の燃焼室内に達し、燃焼室内の燃料空気混合気を点火することができる。したがって一方では、点火時点に予燃焼室内に点火可能な混合気が存在することを保証する必要があり、他方では、排ガス規則を守りかつ内燃機関の燃料消費量を最適化するために、燃焼室内に存在する燃料ができるだけ完全に燃焼することを保証する必要がある。

【発明の概要】

【発明の効果】

【0003】

これに対して、請求項１の特徴を有する本発明による予燃焼室点火プラグは、一方ではキャップ内で予燃焼室点火プラグの予燃焼室を非常に良好に洗浄することができ、他方では予燃焼室点火プラグの点火時点で予燃焼室内に点火可能な混合気が存在することが保証されている、という利点を有している。これは、本発明によれば、予燃焼室点火プラグが、ハウジングと、孔中心軸線を有する少なくとも１つの貫通孔を備えたキャップとを有していることによって得られる。キャップは、ハウジングに向けられた領域に肩部を備えて構成されている。この場合、貫通孔の外側に向けられた、孔中心軸線上の流出ポイントにおける貫通孔の孔中心軸線から肩部までの間隔Ａは、Ａ＝２ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にある。さらに、予燃焼室点火プラグの中心軸線Ｘ－Ｘと孔中心軸線との間の第１の角度αは、３０°乃至７０°の範囲内にある。このような、孔中心軸線上の流出ポイントとキャップの肩部との間の間隔によって、貫通孔は、シリンダヘッド内に組み立てられた状態で、内燃機関の燃焼室を画成するシリンダヘッド壁部から近すぎず、かつ遠すぎないことが保証される。さらに、角度αとの組み合わせにおいて、貫通孔はキャップ内の予燃焼室を洗浄するために特に適していることが保証される。何故ならば、角度αは、予燃焼室の洗浄のために必要な洗浄ガスのガス取入れが最適化されるように、構成されているからである。

【0004】

従属請求項は、本発明の好適な発展形態を示す。

【0005】

好適な形式で、間隔Ａは４ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にあって、角度αは３０°乃至５０°の範囲にある。

【0006】

さらに好適には、間隔Ａは５ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にあって、角度αは３０°乃至４０°の範囲内にある。

【0007】

本発明の別の好適な実施形態によれば、キャップ内のすべての貫通孔は、孔中心軸線上に位置する、そのそれぞれの流出ポイントが１つの共通の平面Ｅに位置している。これによって、予燃焼室の優れた洗浄が得られると共に、この予燃焼室点火プラグが様々な内燃機関製造業者の様々な幾何学形状のためにも適していることが特に保証される。平面Ｅは、好適な形式で予燃焼室点火プラグの中心軸線Ｘ－Ｘに対して垂直である。

【0008】

この予燃焼室点火プラグが、負荷変動時に内部でタンブル流が発生される内燃機関に使用されるために設計されていれば、有利にはキャップの貫通孔のうちの１つが、予燃焼室点火プラグの組み立てられた状態でタンブル流の一部が貫通孔内に直接流入するように設計されている。

【0009】

さらに好適には、貫通孔の孔中心軸線と、予燃焼室点火プラグのハウジングに配置された、外ねじのねじ始端部と、予燃焼室点火プラグの中心軸線Ｘ－Ｘとが、１つの共通の平面に位置している。これによって、貫通孔がねじのねじ始端部に対しておよび予燃焼室点火プラグの中心軸線に対して正しい位置で位置決めされ、ひいては、予燃焼室点火プラグがシリンダヘッド内にねじ込まれたときに、負荷変動中に予燃焼室のための洗浄ガスを主に取り入れるために設けられた貫通孔の終端位置を最適な洗浄工程が可能にすることが保証され得る。

【0010】

本発明はさらに、燃焼室と、往復運動可能なピストンと、燃料を燃焼室内に、特に燃焼室内に直に供給するためのインジェクタと、本発明による予燃焼室点火プラグと、を有する内燃機関に関する。この場合、本発明による予燃焼室点火プラグを備えた内燃機関は、予燃焼室点火プラグの相当する利点を有していて、排気ガスを削減し、かつ燃費最適化された運転を可能にする。何故ならば、特に予燃焼室点火プラグの洗浄が最適に可能だからである。

【0011】

特に好適には、この内燃機関は、燃焼室内に噴射するインジェクタの円錐形噴霧の中心軸線が、予燃焼室点火プラグの中心軸線Ｘ－Ｘに対して第２の角度βにおいて、３０°乃至７０°の範囲にあるように設計されている前記インジェクタを有する。この場合、特に好適には、円錐形噴霧の中心軸線は角度β＝６０°である。

【0012】

さらに好適には、燃焼室内で負荷変動中にタンブル流が生ぜしめられ、この場合、このタンブル流の少なくとも一部は、本発明による予燃焼室点火プラグに従って中心軸線Ｘ－Ｘに対して角度αを成して、かつ間隔Ａを保って配置された予燃焼室点火プラグの貫通孔に直接向けられるように生ぜしめられる。

【0013】

さらに好適には、予燃焼室点火プラグが内燃機関の燃焼室のほぼ中央、特に正確に中央に配置されていて、燃料を供給するためのインジェクタが、予燃焼室点火プラグに対して側方に配置されている。特に好適には、インジェクタは、吐出バルブと予燃焼室点火プラグとの間でシリンダヘッドに配置されている。さらに好適には、ピストンはタンブル流を生ぜしめるために、単数または複数の凹部または突き出したドーム等を有していてよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の好適な実施例による予燃焼室点火プラグを備えた内燃機関の概略的な断面図である。

【図2】図１に示した予燃焼室点火プラグのキャップの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。

【0016】

以下に、図１および図２を参照しながら、本発明の好適な実施例による内燃機関の予燃焼室点火プラグ１を詳しく説明する。

【0017】

図１から分かるように、予燃焼室点火プラグ１は予燃焼室２を有しており、この予燃焼室２は、断面図で見てＵ字形のキャップ３によって画定されている。キャップ３は、予燃焼室点火プラグのハウジング６に例えば溶接接合によって固定されている。

【0018】

さらに、予燃焼室点火プラグ１は、電極５および碍子７を有している。ハウジング６の、燃焼室１１に向けられた端部６０の外側範囲に外ねじが設けられている。外ねじ４は、取り付けられたキャップ３まで形成されていて、予燃焼室点火プラグ１をシリンダヘッド１０内に固定するために用いられる。

【0019】

キャップ３は複数の貫通孔３０を有しており、これらの貫通孔３０はそれぞれ、予燃焼室点火プラグ１の中心軸線Ｘ－Ｘに対して第１の角度αを成して配置されている。これらの貫通孔３０は、一方では予燃焼室２の洗浄を可能にするために用いられ、他方では電極５による点火後に、燃料空気混合気の着火を、まず予燃焼室２内で可能にし、次いで貫通孔３０を通していわゆる火炎流によって燃焼室１１内で可能にするために用いられる。図１には、燃焼室１１内で燃料から円錐形噴霧８０を生ぜしめるインジェクタ８が概略的に示されている。

【0020】

貫通孔３０は、連続的な直径を有する貫通孔である。

【0021】

図１にはさらに、ピストン１２を備えたシリンダ１３が概略的に示されており、このピストン１２は、二重矢印Ｂによって示されているようにシリンダ１３内で往復運動する。さらに、吸入バルブ１４および吐出バルブ１５が設けられている。インジェクタ８は、吐出バルブ１５と予燃焼室点火プラグ１との間に配置されている。

【0022】

さらに、予燃焼室点火プラグ１のキャップ３の詳細を示す図２から分かるように、キャップ３は、半径方向で内方に向けられた肩部３２を有している。キャップ３はこの肩部３２で以ってハウジング６の端面側の端部６０に当接する。固定は、例えば溶接接合によって行われてよい。

【0023】

図２にはさらに、貫通孔３０の孔中心軸線３１が示されている。図示されたこの貫通孔３０は、キャップ３内の複数の貫通孔３０のうちの１つであって、インジェクタ８から最短の間隔を保って配置されている。これにより、貫通孔３０は、予燃焼室２内に点火可能な混合気を供給するためにピストンのストローク時に予燃焼室２の洗浄を可能にするために用いられる。

【0024】

さらに図２から分かるように、孔中心軸線３１上に流出ポイント３３が規定されており、この流出ポイント３３は、貫通孔３０の、燃焼室１１に向けられた側に配置されている。孔中心軸線３１は、すでに前述したように第１の角度αを規定する。角度αは、好適な形式で３０°乃至５０°の範囲内にあって、この実施例では３５°である。

【0025】

さらに図１から分かるように、中心軸線Ｘ－Ｘの軸線方向で流出ポイント３３と肩部３２との間に間隔Ａが規定されている。この間隔Ａは、２ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にあって、この実施例では６ｍｍの長さである。

【0026】

さらに、燃焼室１１は幾何学的に、ピストン１２の運動時にタンブル流１６が生ぜしめられるように設計されている。このタンブル流１６は、特に点火を行った後に再び点火可能な混合気を予燃焼室２内に供給するために、燃焼室１１と予燃焼室２との間でガス交換が可能であることを保証する。図２から分かるように、タンブル流１６は、タンブル流１６の一部がキャップ３の貫通孔３０に直接向けられるように、生ぜしめられる。それによって、混合気は燃焼室１１から直に貫通孔３０を通って予燃焼室２内に供給され得る。

【0027】

この場合、予燃焼室点火プラグ１は、燃焼室１１の中央に配置されていて、特に好適には正確にピストン１２の中心軸線内に配置されている。

【0028】

さらに、インジェクタ８の最も近くに配置されている貫通孔３０の孔中心軸線３１、並びに予燃焼室点火プラグ１の中心軸線Ｘ－Ｘ、および外ねじ４のねじ始端部４０は、１つの共通の平面に位置している。この平面は図２の切断面である。

【0029】

インジェクタ８によって生ぜしめられた円錐形噴霧８０は、中心軸線８１を有している。図１から分かるように、円錐形噴霧８０の中心軸線８１は、予燃焼室点火プラグ１の中心軸線に対して第２の角度βを成して配置されている。さらに図１から分かるように、この場合、インジェクタの中心軸線と円錐形噴霧８０の中心軸線８１とは、ばらばらである。第２の角度βは、この実施例では６０°である。

【0030】

さらに、キャップ３のすべての貫通孔３０は、そのそれぞれの孔中心軸線３１上のそれぞれの流出ポイント３３が、予燃焼室点火プラグ１の軸線方向Ｘ－Ｘに対して垂直な１つの共通の平面Ｅに位置している。

【0031】

これによって、予燃焼室点火プラグ１の予燃焼室２は、従来技術のものと比較してより良好に洗浄され得ると共に、点火可能な燃料空気混合気がより良好にキャップ３内の予燃焼室２内にも供給され得る。

【0032】

これによって、予燃焼室２内で改善された点火が得られ、これは、予燃焼室２内での燃料空気混合気のより迅速な燃焼を生ぜしめる。予燃焼室２内での著しく迅速な燃焼によって、火炎流がより早期にさらに内燃機関１００の燃焼室１１内に達することができる。これによって、燃焼室１１内での燃料空気混合気のより迅速かつより効果的な着火が生ぜしめられ、燃焼室１１内でのより迅速かつ完璧な燃焼が得られる。これによって、燃焼室１１内の燃料消費並びに内燃機関の排ガス特性が著しく改善される。

【0033】

さらに、インジェクタ８の最も近くに位置する貫通孔３０を、予燃焼室点火プラグ１の外ねじ４のねじ始端部４０に関連して配向したことによって、この貫通孔３０の正確な位置決めが可能となる。貫通孔３０における流出ポイント３３の正確な位置決めは、予燃焼室点火プラグ１をシリンダヘッド１０内に完全にねじ込むことによって得られる。

【符号の説明】

【0034】

１ 予燃焼室点火プラグ
２ 予燃焼室
３ キャップ
４ 外ねじ
５ 電極
６ ハウジング
７ 碍子
８ インジェクタ
１０ シリンダヘッド
１１ 燃焼室
１２ ピストン
１４ 吸入バルブ
１５ 吐出バルブ
１６ タンブル流
３０ 貫通孔
３１ 孔中心軸線
３２ 肩部
３３ 流出ポイント
４０ ねじ始端部
６０ 端部
８０ 円錐形噴霧、
８１ 中心軸線
Ａ 間隔
α 第１の角度
Ｂ 二重矢印
Ｅ 共通の平面
Ｘ－Ｘ 予燃焼室点火プラグ１の中心軸線、軸線方向

【図1】

【図2】