JP2000068031A - スパークプラグ及びそのスパークプラグを用いたイオン電流検出機能を持つ点火システム - Google Patents
スパークプラグ及びそのスパークプラグを用いたイオン電流検出機能を持つ点火システムInfo
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- JP2000068031A JP2000068031A JP10249140A JP24914098A JP2000068031A JP 2000068031 A JP2000068031 A JP 2000068031A JP 10249140 A JP10249140 A JP 10249140A JP 24914098 A JP24914098 A JP 24914098A JP 2000068031 A JP2000068031 A JP 2000068031A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃焼室での燃焼に伴うイオン電流を検出でき
るスパークプラグであって、イオン電流を検出する際に
散見されるコロナ放電に起因すると考えられるノイズの
発生を極力抑制したスパークプラグを提供する。 【解決手段】 絶縁碍子１表面のうち、主体金具５のか
しめ部５Ｃ近傍の領域（１５）と、パッキング部材６が
接するパッキン面近傍から上方にかけての領域（１６）
に、白金ペーストを焼き付けてなる導電性皮膜１５、１
６を形成する。その導電性皮膜１５、１６を主体金具５
と電気的に導通せしめる。
るスパークプラグであって、イオン電流を検出する際に
散見されるコロナ放電に起因すると考えられるノイズの
発生を極力抑制したスパークプラグを提供する。 【解決手段】 絶縁碍子１表面のうち、主体金具５のか
しめ部５Ｃ近傍の領域（１５）と、パッキング部材６が
接するパッキン面近傍から上方にかけての領域（１６）
に、白金ペーストを焼き付けてなる導電性皮膜１５、１
６を形成する。その導電性皮膜１５、１６を主体金具５
と電気的に導通せしめる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の着火装
置として用いられるスパークプラグに関し、特に、燃焼
室の燃焼状態を検出するのに有効なイオン電流を検出す
るのに適したスパークプラグ及びそのスパークプラグを
用いたイオン電流検出機能を持つ点火システムに関す
る。
置として用いられるスパークプラグに関し、特に、燃焼
室の燃焼状態を検出するのに有効なイオン電流を検出す
るのに適したスパークプラグ及びそのスパークプラグを
用いたイオン電流検出機能を持つ点火システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のスパークプラグは、図１に示すよ
うに、中心貫通孔１Ｃに中心電極２を保持した絶縁碍子
１を主体金具５で囲み、絶縁碍子１を内周段部５Ｅで係
止し、主体金具５をそのかしめ部５Ｃによりかしめるこ
とにより絶縁碍子１と主体金具５を一体としている。か
しめによる密閉を完全なものとするため、主体金具５の
内周段部５Ｅと絶縁碍子１との間に板状のパッキング部
材６を介在せしめて燃焼室に曝される脚長部１Ｂと絶縁
碍子１の上部とのシールを完全にしている。さらに、か
しめ部５Ｃと絶縁碍子１との間にワイヤ状のシール部材
７、８を介在せしめ、シール部材７、８の間にタルクの
粉末９を充填して弾性的にシールをしている。また、タ
ルク９を用いないでかしめをしたスパークプラグもあ
る。そして、主体金具５の下端に中心電極２と対向する
接地電極１１を溶接している。
うに、中心貫通孔１Ｃに中心電極２を保持した絶縁碍子
１を主体金具５で囲み、絶縁碍子１を内周段部５Ｅで係
止し、主体金具５をそのかしめ部５Ｃによりかしめるこ
とにより絶縁碍子１と主体金具５を一体としている。か
しめによる密閉を完全なものとするため、主体金具５の
内周段部５Ｅと絶縁碍子１との間に板状のパッキング部
材６を介在せしめて燃焼室に曝される脚長部１Ｂと絶縁
碍子１の上部とのシールを完全にしている。さらに、か
しめ部５Ｃと絶縁碍子１との間にワイヤ状のシール部材
７、８を介在せしめ、シール部材７、８の間にタルクの
粉末９を充填して弾性的にシールをしている。また、タ
ルク９を用いないでかしめをしたスパークプラグもあ
る。そして、主体金具５の下端に中心電極２と対向する
接地電極１１を溶接している。
【０００３】近年、このようなスパークプラグ２０を火
花放電による燃焼室への点火だけではなく、燃焼室での
燃焼状態を検出するのに用いようとする動きが検討され
ている。燃焼室で混合気が燃焼すると燃焼に伴い電離作
用が働き、イオンと電子が発生する。そこで、中心電極
２と接地電極１１（主体金具５）との間に電圧を加える
とイオン電流が流れる。このイオン電流は燃焼状態を反
映したものになる。
花放電による燃焼室への点火だけではなく、燃焼室での
燃焼状態を検出するのに用いようとする動きが検討され
ている。燃焼室で混合気が燃焼すると燃焼に伴い電離作
用が働き、イオンと電子が発生する。そこで、中心電極
２と接地電極１１（主体金具５）との間に電圧を加える
とイオン電流が流れる。このイオン電流は燃焼状態を反
映したものになる。
【０００４】図２はイオン電流検出手段を示す回路図で
ある。スパークプラグ２０の中心電極２には点火コイル
３４から負極性の高電圧が印加されスパークプラグ２０
で火花放電が行われる。火花放電時には実線の矢印１０
１の方向に放電電流が流れ、コンデンサーＣ１にツェナ
ーダイオードＺＤの定格電圧だけのプラスの電圧が充電
される。定格電圧は通常数百Ｖ程度に設定される。火花
放電が終了するとコンデンサーＣ１に充電されたプラス
の電圧がスパークプラグ２０の中心電極２に印加され、
燃焼室で混合気が燃焼していれば前述したイオン電流が
破線の矢印１０２のように流れる。このイオン電流はコ
ンデンサーＣ１と直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ
２間の出力端子３６の電圧として検出できる。
ある。スパークプラグ２０の中心電極２には点火コイル
３４から負極性の高電圧が印加されスパークプラグ２０
で火花放電が行われる。火花放電時には実線の矢印１０
１の方向に放電電流が流れ、コンデンサーＣ１にツェナ
ーダイオードＺＤの定格電圧だけのプラスの電圧が充電
される。定格電圧は通常数百Ｖ程度に設定される。火花
放電が終了するとコンデンサーＣ１に充電されたプラス
の電圧がスパークプラグ２０の中心電極２に印加され、
燃焼室で混合気が燃焼していれば前述したイオン電流が
破線の矢印１０２のように流れる。このイオン電流はコ
ンデンサーＣ１と直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ
２間の出力端子３６の電圧として検出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図３は正常燃焼時の典
型的なイオン電流波形を示すグラフ図である。イオン電
流波形には２つの大きな山が現れている。何故２つの山
が現れるかその詳細な理由については不明であるが、最
初の山は初期の燃焼に、２つ目の山は燃焼圧若しくは燃
焼温度に関係するのではないかと考えられている。図４
はノッキング発生時のイオン電流波形を示すグラフ図で
ある。２つ目の山にノッキングに起因すると見られる多
数の小さな波５０が重なっている。この小さな波５０を
検出することによりノッキングの発生を検出し、点火時
期をずらす等の高度のエンジン制御が可能になる。とこ
ろが、図５に示すように、正常燃焼時のイオン電流波形
であっても２つ目の山にノイズに起因すると見られる小
さな波５１が重なることがあることが判明した。このよ
うなノイズとなる波５１が存在するとノイズをノッキン
グと誤認識し、イオン電流による燃焼状態の把握が困難
になるという問題点が生じた。このノイズ波５１の原因
を探究した結果、スパークプラグ２０へ高電圧を印加し
た際に電界強度の強い部分にコロナ放電が発生し、その
コロナ放電で蓄積された電荷がイオン電流検出時にディ
スチャーヂされるためであると推察するに至った。そし
て、コロナ放電が発生するのは、従来考えられていた絶
縁碍子の脚長部の上端付近だけではなく、主体金具のか
しめ部付近でも発生することを発見した。
型的なイオン電流波形を示すグラフ図である。イオン電
流波形には２つの大きな山が現れている。何故２つの山
が現れるかその詳細な理由については不明であるが、最
初の山は初期の燃焼に、２つ目の山は燃焼圧若しくは燃
焼温度に関係するのではないかと考えられている。図４
はノッキング発生時のイオン電流波形を示すグラフ図で
ある。２つ目の山にノッキングに起因すると見られる多
数の小さな波５０が重なっている。この小さな波５０を
検出することによりノッキングの発生を検出し、点火時
期をずらす等の高度のエンジン制御が可能になる。とこ
ろが、図５に示すように、正常燃焼時のイオン電流波形
であっても２つ目の山にノイズに起因すると見られる小
さな波５１が重なることがあることが判明した。このよ
うなノイズとなる波５１が存在するとノイズをノッキン
グと誤認識し、イオン電流による燃焼状態の把握が困難
になるという問題点が生じた。このノイズ波５１の原因
を探究した結果、スパークプラグ２０へ高電圧を印加し
た際に電界強度の強い部分にコロナ放電が発生し、その
コロナ放電で蓄積された電荷がイオン電流検出時にディ
スチャーヂされるためであると推察するに至った。そし
て、コロナ放電が発生するのは、従来考えられていた絶
縁碍子の脚長部の上端付近だけではなく、主体金具のか
しめ部付近でも発生することを発見した。
【０００６】従来のコロナ放電を防止したスパークプラ
グとして、特開平６−５２９６６号には、絶縁碍子の脚
長部の上端付近に銀ペースト焼き付け等からなる導電皮
膜を形成し主体金具と電気的に導通させたものが開示さ
れている。しかしながら、これは発火部のフラッシュオ
ーバーを防止したり、くすぶりを防止することを主目的
とするものであった。また、特開平１０−７３０６９号
には、主体金具の突出部と絶縁碍子の脚長部との間隙を
０．５ｍｍ以上とすることにより当該部のコロナ放電を
防止するものが開示されている。しかしながら、これら
はいずれも絶縁碍子の脚長部の上端付近のみでのコロナ
放電を防止しようとするものであった。
グとして、特開平６−５２９６６号には、絶縁碍子の脚
長部の上端付近に銀ペースト焼き付け等からなる導電皮
膜を形成し主体金具と電気的に導通させたものが開示さ
れている。しかしながら、これは発火部のフラッシュオ
ーバーを防止したり、くすぶりを防止することを主目的
とするものであった。また、特開平１０−７３０６９号
には、主体金具の突出部と絶縁碍子の脚長部との間隙を
０．５ｍｍ以上とすることにより当該部のコロナ放電を
防止するものが開示されている。しかしながら、これら
はいずれも絶縁碍子の脚長部の上端付近のみでのコロナ
放電を防止しようとするものであった。
【０００７】そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて
なされたもので、高電圧印加時に電界集中部に発生する
コロナ放電を抑制し、それによりイオン電流検出時のノ
イズの発生を抑制することのできるスパークプラグを提
供することを目的とする。
なされたもので、高電圧印加時に電界集中部に発生する
コロナ放電を抑制し、それによりイオン電流検出時のノ
イズの発生を抑制することのできるスパークプラグを提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のうち請求項１記載の発明は、中心貫通孔を
有する絶縁碍子と、前記中心貫通孔に保持された中心電
極と、前記絶縁碍子を内周段部に係止し、かしめにより
保持する主体金具と、その主体金具に電気的に導通して
いる接地電極とを備えたスパークプラグであって、前記
かしめ部近傍の絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成し、そ
の導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させたことを
特徴とする。このように形成すると、かしめ部近傍の絶
縁碍子表面の電位が接地電位に固定される。このため、
かしめ部近傍の電界強度が緩和されてかしめ部近傍のコ
ロナ放電が抑制される。
め、本発明のうち請求項１記載の発明は、中心貫通孔を
有する絶縁碍子と、前記中心貫通孔に保持された中心電
極と、前記絶縁碍子を内周段部に係止し、かしめにより
保持する主体金具と、その主体金具に電気的に導通して
いる接地電極とを備えたスパークプラグであって、前記
かしめ部近傍の絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成し、そ
の導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させたことを
特徴とする。このように形成すると、かしめ部近傍の絶
縁碍子表面の電位が接地電位に固定される。このため、
かしめ部近傍の電界強度が緩和されてかしめ部近傍のコ
ロナ放電が抑制される。
【０００９】ここで、請求項２記載の発明のように、主
体金具の内周段部と絶縁碍子とを密着させるパッキン面
近傍から上方にかけての絶縁碍子表面に導電性皮膜を形
成し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させ
たことを特徴とすることができる。このように形成する
と、パッキン面近傍の絶縁碍子表面の電位が接地電位に
固定される。このため、パッキン面近傍から上方にかけ
ての電界強度が緩和されて内周段部近傍のコロナ放電が
抑制される。
体金具の内周段部と絶縁碍子とを密着させるパッキン面
近傍から上方にかけての絶縁碍子表面に導電性皮膜を形
成し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させ
たことを特徴とすることができる。このように形成する
と、パッキン面近傍の絶縁碍子表面の電位が接地電位に
固定される。このため、パッキン面近傍から上方にかけ
ての電界強度が緩和されて内周段部近傍のコロナ放電が
抑制される。
【００１０】ここで、請求項３記載の発明のように、前
記かしめ部近傍の絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成し、
その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させると共
に、前記内周段部と絶縁碍子とを密着させるパッキン面
近傍から上方にかけての絶縁碍子表面に導電性皮膜を形
成し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させ
たことを特徴とすることができる。このように形成する
と、かしめ部近傍とパッキン面近傍から上方にかけての
領域の両者の電界強度が緩和されてかしめ部近傍及び内
周段部近傍の両者のコロナ放電が抑制される。
記かしめ部近傍の絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成し、
その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させると共
に、前記内周段部と絶縁碍子とを密着させるパッキン面
近傍から上方にかけての絶縁碍子表面に導電性皮膜を形
成し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させ
たことを特徴とすることができる。このように形成する
と、かしめ部近傍とパッキン面近傍から上方にかけての
領域の両者の電界強度が緩和されてかしめ部近傍及び内
周段部近傍の両者のコロナ放電が抑制される。
【００１１】ここで、請求項４記載の発明のように、前
記導電性皮膜は、絶縁碍子の焼成時に導電性貴金属を含
むペーストを絶縁碍子の表面に塗布して焼き付けてなる
ことを特徴とすることができる。このように形成する
と、強固な導電性皮膜が貴金属皮膜として形成され導電
性皮膜の耐久性が向上する。ここで導電性貴金属とは、
白金、パラジウム、金、タングステン、モリブデン等の
金属をいう。これらの金属皮膜は耐久性を有するからで
ある。
記導電性皮膜は、絶縁碍子の焼成時に導電性貴金属を含
むペーストを絶縁碍子の表面に塗布して焼き付けてなる
ことを特徴とすることができる。このように形成する
と、強固な導電性皮膜が貴金属皮膜として形成され導電
性皮膜の耐久性が向上する。ここで導電性貴金属とは、
白金、パラジウム、金、タングステン、モリブデン等の
金属をいう。これらの金属皮膜は耐久性を有するからで
ある。
【００１２】ここで、請求項５記載の発明のように、前
記導電性貴金属を含むペーストは、白金を含むペースト
であることを特徴とすることができる。このように形成
すると、導電性皮膜が白金皮膜として形成され導電性皮
膜の耐久性がさらに向上する。導電性皮膜を銀ペースト
で形成した場合は数十分の運転でコロナ放電を抑制する
効果が薄れるなど耐久性がなく、また、銀のマイグレー
ションによる悪影響も心配される。これに対して、白金
皮膜はマイグレーションの心配が殆ど無く、また、実用
上十分な耐久性を有するようになる。
記導電性貴金属を含むペーストは、白金を含むペースト
であることを特徴とすることができる。このように形成
すると、導電性皮膜が白金皮膜として形成され導電性皮
膜の耐久性がさらに向上する。導電性皮膜を銀ペースト
で形成した場合は数十分の運転でコロナ放電を抑制する
効果が薄れるなど耐久性がなく、また、銀のマイグレー
ションによる悪影響も心配される。これに対して、白金
皮膜はマイグレーションの心配が殆ど無く、また、実用
上十分な耐久性を有するようになる。
【００１３】ここで、請求項６記載の発明のように、イ
オン電流検出機能を持つ点火システムとして、上記のス
パークプラグと、前記中心電極に火花放電の終了直後に
電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段から
の電圧により前記中心電極と前記接地電極との間に流れ
るイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、を備え
ることを特徴とすることができる。このようにすると、
コロナ放電に起因するノイズの発生を防止できるので燃
焼に伴うイオン電流を正確に検出することができ、燃焼
室での燃焼の状態をイオン電流により把握することがで
きる。
オン電流検出機能を持つ点火システムとして、上記のス
パークプラグと、前記中心電極に火花放電の終了直後に
電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段から
の電圧により前記中心電極と前記接地電極との間に流れ
るイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、を備え
ることを特徴とすることができる。このようにすると、
コロナ放電に起因するノイズの発生を防止できるので燃
焼に伴うイオン電流を正確に検出することができ、燃焼
室での燃焼の状態をイオン電流により把握することがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照し説明する。図１は本発明に係るスパークプラグ
２０の部分断面図である。周知のように、アルミナ等か
らなる絶縁碍子１は、その上部に沿面距離を稼ぐための
コルゲーション１Ａを、下部に内燃機関の燃焼室に曝さ
れる脚長部１Ｂを備え、その軸中心には中心貫通孔１Ｃ
を備えている。中心貫通孔１Ｃの下端には、インコネル
等のニッケル合金からなる中心電極２が保持され、中心
電極２は絶縁碍子１の下端面から下方に突出している。
中心電極２にはインコネル単体で構成されたものの他
に、先端にイリジウムチップや白金チップを溶接して中
心電極を構成したものも有る。中心電極２は中心貫通孔
１Ｃの内部に設けられたガラス抵抗３を経由して上方の
端子４に電気的に接続されている。端子４には図示しな
い高耐圧ケーブルが接続され高電圧が印加される。上記
絶縁碍子１は主体金具５に囲まれ支持されている。
を参照し説明する。図１は本発明に係るスパークプラグ
２０の部分断面図である。周知のように、アルミナ等か
らなる絶縁碍子１は、その上部に沿面距離を稼ぐための
コルゲーション１Ａを、下部に内燃機関の燃焼室に曝さ
れる脚長部１Ｂを備え、その軸中心には中心貫通孔１Ｃ
を備えている。中心貫通孔１Ｃの下端には、インコネル
等のニッケル合金からなる中心電極２が保持され、中心
電極２は絶縁碍子１の下端面から下方に突出している。
中心電極２にはインコネル単体で構成されたものの他
に、先端にイリジウムチップや白金チップを溶接して中
心電極を構成したものも有る。中心電極２は中心貫通孔
１Ｃの内部に設けられたガラス抵抗３を経由して上方の
端子４に電気的に接続されている。端子４には図示しな
い高耐圧ケーブルが接続され高電圧が印加される。上記
絶縁碍子１は主体金具５に囲まれ支持されている。
【００１５】主体金具５は低炭素鋼材で形成され、スパ
ークプラグレンチと嵌合する６角形部５Ａと、ねじ部５
Ｂとを備えている。主体金具５はそのかしめ部５Ｃによ
り絶縁碍子１にかしめられ、主体金具５と絶縁碍子１が
一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするた
め、主体金具５の内周段部５Ｅと絶縁碍子１との間に板
状のパッキング部材６を介在して燃焼室に曝される脚長
部１Ｂと絶縁碍子１の上部とのシールを完全にしてい
る。また、かしめ部５Ｃと絶縁碍子１との間にワイヤ状
のシール部材７、８を介在し、シール部材７、８の間に
タルク（滑石）９の粉末を充填して弾性的にシールをし
主体金具５と絶縁碍子１との固定を完全にしている。勿
論タルク９の無い形式のスパークプラグでも良い。ま
た、ねじ部５Ｂの上端にはガスケット１０が嵌挿されて
いる。主体金具５の下端にニッケル合金からなる接地電
極１１が溶接により接合されている。接地電極１１は中
心電極２の先端面と軸方向に対向し、中心電極２と接地
電極１１とで気中ギャップを構成している。勿論、この
ような標準的なスパークプラグだけではなく、接地電極
が中心電極の側周に対向する多極タイプのスパークプラ
グやセミ沿面放電スパークプラグであっても良い。ここ
までは従来のスパークプラグと同じである。
ークプラグレンチと嵌合する６角形部５Ａと、ねじ部５
Ｂとを備えている。主体金具５はそのかしめ部５Ｃによ
り絶縁碍子１にかしめられ、主体金具５と絶縁碍子１が
一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするた
め、主体金具５の内周段部５Ｅと絶縁碍子１との間に板
状のパッキング部材６を介在して燃焼室に曝される脚長
部１Ｂと絶縁碍子１の上部とのシールを完全にしてい
る。また、かしめ部５Ｃと絶縁碍子１との間にワイヤ状
のシール部材７、８を介在し、シール部材７、８の間に
タルク（滑石）９の粉末を充填して弾性的にシールをし
主体金具５と絶縁碍子１との固定を完全にしている。勿
論タルク９の無い形式のスパークプラグでも良い。ま
た、ねじ部５Ｂの上端にはガスケット１０が嵌挿されて
いる。主体金具５の下端にニッケル合金からなる接地電
極１１が溶接により接合されている。接地電極１１は中
心電極２の先端面と軸方向に対向し、中心電極２と接地
電極１１とで気中ギャップを構成している。勿論、この
ような標準的なスパークプラグだけではなく、接地電極
が中心電極の側周に対向する多極タイプのスパークプラ
グやセミ沿面放電スパークプラグであっても良い。ここ
までは従来のスパークプラグと同じである。
【００１６】この実施の形態に係るスパークプラグでは
主体金具５が接したり近接する箇所の近傍の絶縁碍子１
の表面に白金ペーストを焼き付けてなる導電性皮膜１
５、１６が形成されている。第１の白金導電性皮膜１５
はかしめ部５Ｃの近傍にありワイヤ状のシール部材７、
８の間に形成されている。第１の白金導電性皮膜１５は
シール部材７、８を経由して主体金具５と電気的に導通
している。第２の白金導電性皮膜１６は主体金具５の内
周段部５Ｅと絶縁碍子１との間の板状のパッキング部材
６が接するパッキン面の近傍から上方にかけて形成され
ている。第２の白金導電性皮膜１６はパッキング部材６
を経由して主体金具５と電気的に導通している。ここ
で、第１の白金導電性皮膜１５と第２の白金導電性皮膜
１６とは別個に形成するものではなく、実際には一つの
連続した白金導電性皮膜１５、１６として形成する。白
金導電性皮膜１５、１６は焼成前の絶縁碍子１に約２０
％のアルミナを含む白金ペーストを塗布し、約１６００
度で絶縁碍子１と同時焼成して形成する。
主体金具５が接したり近接する箇所の近傍の絶縁碍子１
の表面に白金ペーストを焼き付けてなる導電性皮膜１
５、１６が形成されている。第１の白金導電性皮膜１５
はかしめ部５Ｃの近傍にありワイヤ状のシール部材７、
８の間に形成されている。第１の白金導電性皮膜１５は
シール部材７、８を経由して主体金具５と電気的に導通
している。第２の白金導電性皮膜１６は主体金具５の内
周段部５Ｅと絶縁碍子１との間の板状のパッキング部材
６が接するパッキン面の近傍から上方にかけて形成され
ている。第２の白金導電性皮膜１６はパッキング部材６
を経由して主体金具５と電気的に導通している。ここ
で、第１の白金導電性皮膜１５と第２の白金導電性皮膜
１６とは別個に形成するものではなく、実際には一つの
連続した白金導電性皮膜１５、１６として形成する。白
金導電性皮膜１５、１６は焼成前の絶縁碍子１に約２０
％のアルミナを含む白金ペーストを塗布し、約１６００
度で絶縁碍子１と同時焼成して形成する。
【００１７】図２はイオン電流検出機能を持つ点火シス
テムの回路図である。バッテリ３１は点火コイル３４の
１次側コイルに接続されている。エンジン制御コンピュ
ータユニット（ＥＣＵ）３２は適切なタイミングでパル
ス信号をイグナイタ３３に送り、点火コイル３４の１次
側コイルに数ｍＳの間電流を通電させた後、遮断する。
この結果、点火コイル３４の２次側コイルの一端に負極
性の高電圧が発生する。点火コイル３４の２次側は高耐
圧ケーブル３５によりスパークプラグ２０に接続されて
いる。点火コイル３４の２次側コイルの他端は定格数百
ＶのツェナーダイオードＺＤに接続され、逆流防止用の
ダイオードＤ１を経由して接地されている。ツェナーダ
イオードＺＤに並列にコンデンサーＣ１が接続され、コ
ンデンサーＣ１の一端は２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２に直列に
接続され接地されている。直列に接続された２つの抵抗
Ｒ１、Ｒ２間には出力端子３６が設けられ、イオン電流
を電圧信号として検出する端子として用いられる。出力
端子３６は図示しないコンピュータに接続されイオン電
流を解析してエンジン制御に使用される。上記の構成に
おいて、ツェナーダイオードＺＤとコンデンサーＣ１は
中心電極に火花放電の終了直後に電圧を印加する電圧印
加手段を構成する。直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、
Ｒ２は電圧印加手段からの電圧により中心電極と接地電
極との間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出
手段を構成する。
テムの回路図である。バッテリ３１は点火コイル３４の
１次側コイルに接続されている。エンジン制御コンピュ
ータユニット（ＥＣＵ）３２は適切なタイミングでパル
ス信号をイグナイタ３３に送り、点火コイル３４の１次
側コイルに数ｍＳの間電流を通電させた後、遮断する。
この結果、点火コイル３４の２次側コイルの一端に負極
性の高電圧が発生する。点火コイル３４の２次側は高耐
圧ケーブル３５によりスパークプラグ２０に接続されて
いる。点火コイル３４の２次側コイルの他端は定格数百
ＶのツェナーダイオードＺＤに接続され、逆流防止用の
ダイオードＤ１を経由して接地されている。ツェナーダ
イオードＺＤに並列にコンデンサーＣ１が接続され、コ
ンデンサーＣ１の一端は２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２に直列に
接続され接地されている。直列に接続された２つの抵抗
Ｒ１、Ｒ２間には出力端子３６が設けられ、イオン電流
を電圧信号として検出する端子として用いられる。出力
端子３６は図示しないコンピュータに接続されイオン電
流を解析してエンジン制御に使用される。上記の構成に
おいて、ツェナーダイオードＺＤとコンデンサーＣ１は
中心電極に火花放電の終了直後に電圧を印加する電圧印
加手段を構成する。直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、
Ｒ２は電圧印加手段からの電圧により中心電極と接地電
極との間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出
手段を構成する。
【００１８】イグナイタ３３が点火コイル３４への通電
を遮断すると、図６に示すように、負極性の高電圧（十
数ＫＶ〜数十ＫＶ）が印加される（図６の１０５）。こ
の高電圧１０５により中心電極２と接地電極１１との間
の気中ギャップが絶縁破壊し、略一定の火花放電電圧１
０６で火花放電が数ｍＳの間続く。この間に図２で矢印
１０１で示す放電電流が流れ、コンデンサーＣ１にプラ
スの電圧が充電される。火花放電が終了すると点火コイ
ル３４に残る若干のエネルギーにより中心電極２の電圧
は若干の振動波形１０７を示した後収束する。火花放電
の終了後はコンデンサーＣ１の電圧が中心電極２に印加
され、出力端子３６にイオン電流波形が現れる。正常燃
焼時には図３に示すような、ノッキング時には図４に示
すような、コロナ放電に起因すると推定されるノイズ発
生時には図５に示すような波形を示すことは前述の通り
である。このコロナ放電は中心電極２に高電圧１０５が
印加された際にスパークプラグ２０の電界が集中する部
分に発生する。しかしながら、本実施の態様ではコロナ
放電が殆ど発生しないことが確認された。
を遮断すると、図６に示すように、負極性の高電圧（十
数ＫＶ〜数十ＫＶ）が印加される（図６の１０５）。こ
の高電圧１０５により中心電極２と接地電極１１との間
の気中ギャップが絶縁破壊し、略一定の火花放電電圧１
０６で火花放電が数ｍＳの間続く。この間に図２で矢印
１０１で示す放電電流が流れ、コンデンサーＣ１にプラ
スの電圧が充電される。火花放電が終了すると点火コイ
ル３４に残る若干のエネルギーにより中心電極２の電圧
は若干の振動波形１０７を示した後収束する。火花放電
の終了後はコンデンサーＣ１の電圧が中心電極２に印加
され、出力端子３６にイオン電流波形が現れる。正常燃
焼時には図３に示すような、ノッキング時には図４に示
すような、コロナ放電に起因すると推定されるノイズ発
生時には図５に示すような波形を示すことは前述の通り
である。このコロナ放電は中心電極２に高電圧１０５が
印加された際にスパークプラグ２０の電界が集中する部
分に発生する。しかしながら、本実施の態様ではコロナ
放電が殆ど発生しないことが確認された。
【００１９】コロナ放電によるイオン電流のノイズの発
生状況を確認するためテストを行った。テストは絶縁碍
子１の表面に何の導電性皮膜も形成されていない通常の
未対策スパークプラグと、かしめ部５Ｃ近傍の絶縁碍子
１の表面の第１の領域のみに第１の白金導電性皮膜１５
を形成した第１のスパークプラグと、板状のパッキン部
材６が接するパッキン面の近傍から上方にかけての第２
の領域のみに第２の白金導電性皮膜１６を形成した第２
のスパークプラグと、前記第１及び第２の２つの領域に
連続して白金導電性皮膜１５、１６を形成した第３のス
パークプラグ（本実施の態様のスパークプラグ）との４
本のスパークプラグを順次エンジンに装着し、イオン電
流測定時のノイズの発生頻度を測定した。２００回の測
定によるノイズ発生頻度は次表のとおりであった。な
お、エンジンは２リッター直列４気筒ＤＯＨＣで２００
０ｒｐｍ、２．５ｋｇ−ｍの条件で測定した。
生状況を確認するためテストを行った。テストは絶縁碍
子１の表面に何の導電性皮膜も形成されていない通常の
未対策スパークプラグと、かしめ部５Ｃ近傍の絶縁碍子
１の表面の第１の領域のみに第１の白金導電性皮膜１５
を形成した第１のスパークプラグと、板状のパッキン部
材６が接するパッキン面の近傍から上方にかけての第２
の領域のみに第２の白金導電性皮膜１６を形成した第２
のスパークプラグと、前記第１及び第２の２つの領域に
連続して白金導電性皮膜１５、１６を形成した第３のス
パークプラグ（本実施の態様のスパークプラグ）との４
本のスパークプラグを順次エンジンに装着し、イオン電
流測定時のノイズの発生頻度を測定した。２００回の測
定によるノイズ発生頻度は次表のとおりであった。な
お、エンジンは２リッター直列４気筒ＤＯＨＣで２００
０ｒｐｍ、２．５ｋｇ−ｍの条件で測定した。
【００２０】
【表１】 プラグの種類 ノイズ発生回数 発生頻度 未対策プラグ １０ ５．０％ 第１のプラグ １ ０．５％ 第２のプラグ ２ １．０％ 第３のプラグ ０ ０．０％
【００２１】上記の表１から明らかなように、いずれか
の領域に白金導電性皮膜を形成することによりイオン電
流測定時のノイズの発生頻度を劇的に減少することがで
きた。中でも、かしめ部５Ｃ近傍とパッキン面の近傍の
両者に白金導電性皮膜１５、１６を形成した第３のプラ
グが最も良く、全くノイズの発生が観測されなかった。
かしめ部５Ｃ近傍に白金導電性皮膜１５を形成した第１
のプラグがこれに次ぎ、０．５％の発生頻度であった。
パッキン面の近傍から上方にかけての領域のみに白金導
電性皮膜１６を形成した第２のスパークプラグでは１．
０％の発生頻度であった。
の領域に白金導電性皮膜を形成することによりイオン電
流測定時のノイズの発生頻度を劇的に減少することがで
きた。中でも、かしめ部５Ｃ近傍とパッキン面の近傍の
両者に白金導電性皮膜１５、１６を形成した第３のプラ
グが最も良く、全くノイズの発生が観測されなかった。
かしめ部５Ｃ近傍に白金導電性皮膜１５を形成した第１
のプラグがこれに次ぎ、０．５％の発生頻度であった。
パッキン面の近傍から上方にかけての領域のみに白金導
電性皮膜１６を形成した第２のスパークプラグでは１．
０％の発生頻度であった。
【００２２】以上説明した実施の形態では導電性皮膜１
５、１６を白金ペーストを焼成することにより形成した
がニッケル無電解メッキにより形成しても良い。また、
パラジウム、金、タングステン、モリブデン等の貴金属
のペーストを焼成することにより導電性皮膜を形成して
も良い。また、銀ペーストの焼き付けにより形成するこ
とも可能であるが、銀ペーストでは耐久性がなく数十分
の運転で効果が薄れ、また、銀のマイグレーションのお
それもあるため、余り好ましくない。さらに、前記の実
施の形態では中心電極の先端面に接地電極が対向する標
準型のスパークプラグについて説明したが、本発明が多
極型のスパークプラグやセミ沿面放電スパークプラグ等
のあらゆる種類のスパークプラグに適用できることは明
らかである。
５、１６を白金ペーストを焼成することにより形成した
がニッケル無電解メッキにより形成しても良い。また、
パラジウム、金、タングステン、モリブデン等の貴金属
のペーストを焼成することにより導電性皮膜を形成して
も良い。また、銀ペーストの焼き付けにより形成するこ
とも可能であるが、銀ペーストでは耐久性がなく数十分
の運転で効果が薄れ、また、銀のマイグレーションのお
それもあるため、余り好ましくない。さらに、前記の実
施の形態では中心電極の先端面に接地電極が対向する標
準型のスパークプラグについて説明したが、本発明が多
極型のスパークプラグやセミ沿面放電スパークプラグ等
のあらゆる種類のスパークプラグに適用できることは明
らかである。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、絶縁碍
子の表面の特定の領域に導電性皮膜を形成してなるもの
であるから、高電圧印加時の電界集中を緩和してコロナ
放電を抑制することができ、コロナ放電に起因すると推
定されるイオン電流測定時のノイズを顕著に抑制するこ
とができるという優れた効果がある。
子の表面の特定の領域に導電性皮膜を形成してなるもの
であるから、高電圧印加時の電界集中を緩和してコロナ
放電を抑制することができ、コロナ放電に起因すると推
定されるイオン電流測定時のノイズを顕著に抑制するこ
とができるという優れた効果がある。
【図１】実施の形態に係るスパークプラグの部分断面図
である。
である。
【図２】イオン電流検出機能を持つ点火システムの回路
図である。
図である。
【図３】正常燃焼時のイオン電流の波形図である。
【図４】ノッキング発生時のイオン電流の波形図であ
る。
る。
【図５】ノイズが重畳した場合のイオン電流の波形図で
ある。
ある。
【図６】放電電圧の波形図である。
１ 絶縁碍子 ２ 中心電極 ５ 主体金具 ５Ｃ かしめ部 ５Ｅ 内周段部 １１ 接地電極 １５ 第１の白金導電性皮膜 １６ 第２の白金導電性皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 隆博 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G019 CD06 GA14 GA16 KA01 LA05 5G059 AA06 CC02 DD27 FF12 JJ09
Claims (6)
- 【請求項１】 中心貫通孔を有する絶縁碍子と、前記中
心貫通孔に保持された中心電極と、前記絶縁碍子を内周
段部に係止し、かしめにより保持する主体金具と、その
主体金具に電気的に導通している接地電極とを備えたス
パークプラグであって、 前記かしめ部近傍の絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成
し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させた
ことを特徴とするスパークプラグ。 - 【請求項２】 中心貫通孔を有する絶縁碍子と、前記中
心貫通孔に保持された中心電極と、前記絶縁碍子を内周
段部に係止し、かしめにより保持する主体金具と、その
主体金具に電気的に導通している接地電極とを備えたス
パークプラグであって、 前記内周段部と絶縁碍子とを密着させるパッキン面近傍
から上方にかけての絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成
し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させた
ことを特徴とするスパークプラグ。 - 【請求項３】 中心貫通孔を有する絶縁碍子と、前記中
心貫通孔に保持された中心電極と、前記絶縁碍子を内周
段部に係止し、かしめにより保持する主体金具と、その
主体金具に電気的に導通している接地電極とを備えたス
パークプラグであって、 前記かしめ部近傍の絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成
し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させる
と共に、 前記内周段部と絶縁碍子とを密着させるパッキン面近傍
から上方にかけての絶縁碍子表面に導電性皮膜を形成
し、その導電性皮膜と主体金具とを電気的に導通させた
ことを特徴とするスパークプラグ。 - 【請求項４】 前記導電性皮膜は、絶縁碍子の焼成時に
導電性貴金属を含むペーストを絶縁碍子の表面に塗布し
て焼き付けてなることを特徴とする請求項１、２または
３記載のスパークプラグ。 - 【請求項５】 前記導電性貴金属を含むペーストは、白
金を含むペーストであることを特徴とする請求項４記載
のスパークプラグ。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載のス
パークプラグと、 前記中心電極に火花放電の終了直後に電圧を印加する電
圧印加手段と、 前記電圧印加手段からの電圧により前記中心電極と前記
接地電極との間に流れるイオン電流を検出するイオン電
流検出手段と、を備えることを特徴とするイオン電流検
出機能を持つ点火システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10249140A JP2000068031A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | スパークプラグ及びそのスパークプラグを用いたイオン電流検出機能を持つ点火システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10249140A JP2000068031A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | スパークプラグ及びそのスパークプラグを用いたイオン電流検出機能を持つ点火システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068031A true JP2000068031A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=17188528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10249140A Pending JP2000068031A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | スパークプラグ及びそのスパークプラグを用いたイオン電流検出機能を持つ点火システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000068031A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007184194A (ja) * | 2006-01-10 | 2007-07-19 | Denso Corp | 内燃機関用のスパークプラグ |
| JP2009043425A (ja) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Denso Corp | 内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法 |
| JP2011007124A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Nippon Soken Inc | 点火装置およびイオン電流検出システム |
| JP2020506497A (ja) * | 2016-11-22 | 2020-02-27 | アイシー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 点火プラグ燃焼イオン化センサ |
-
1998
- 1998-08-18 JP JP10249140A patent/JP2000068031A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007184194A (ja) * | 2006-01-10 | 2007-07-19 | Denso Corp | 内燃機関用のスパークプラグ |
| JP2009043425A (ja) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Denso Corp | 内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法 |
| JP2011007124A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Nippon Soken Inc | 点火装置およびイオン電流検出システム |
| JP2020506497A (ja) * | 2016-11-22 | 2020-02-27 | アイシー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 点火プラグ燃焼イオン化センサ |
| JP6999186B2 (ja) | 2016-11-22 | 2022-01-18 | アイシー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 点火プラグ燃焼イオン化センサ |
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|
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