JP2006085997A

JP2006085997A - 内燃機関用のスパークプラグ

Info

Publication number: JP2006085997A
Application number: JP2004268814A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kanao; 啓二金生
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-30
Also published as: DE102005043859A1; US20060055298A1

Abstract

【課題】補助火花放電ギャップに飛火した場合における着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供すること。
【解決手段】取付金具４と、取付金具４に保持される絶縁碍子２と、絶縁碍子２に保持される中心電極３と、電極先端部３１との間に主火花放電ギャップ１１を形成する主接地電極５と、碍子先端部２１との間に補助火花放電ギャップ１２を形成する補助接地電極６とを備えた内燃機関用のスパークプラグ１。補助接地電極６は、基端面６９と先端面６１と内側面６２と外側面６３とを有する。補助接地電極６の先端面６１と内側面６２との間には内側角部６４が形成され、先端面６１と外側面６３との間には外側角部６５が形成されている。補助接地電極６の先端面６１は、内側角部６４から外側角部６５に向かうほど、碍子先端部２１の外周側面２１２との径方向距離が大きくなるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用のスパークプラグに関する。

従来より、自動車等の内燃機関の着火装置として用いられる内燃機関用スパークプラグがある。図７に示すごとく、内燃機関用のスパークプラグ９は、絶縁碍子９２と、該絶縁碍子９２に保持された中心電極９３と、上記絶縁碍子９２の碍子先端部９２１を突出させた状態で該絶縁碍子９２を保持する取付金具９４と、上記中心電極９３の先端部９３１との間に主火花放電ギャップ９１１を形成する主接地電極９５とを有する。

上記内燃機関用のスパークプラグ９においては、燃焼温度が極端に低く、絶縁碍子９２表面の温度が上がらない場合、カーボンが絶縁碍子９２に堆積する、いわゆる「くすぶり」という現象が生ずることがある。これにより、中心電極９３と取付金具９４との間の絶縁抵抗が低下するために、最悪失火へと至ってしまうおそれがある。

この「くすぶり」の問題に対応するため、図７に示すごとく、絶縁碍子９２の碍子先端部９２１において、中心電極９３の側面に対向するように補助接地電極９６を配設して、該補助接地電極９６と絶縁碍子９２との間に補助火花放電ギャップ９１２を形成する技術がある（特許文献１参照）。
上記補助接地電極９６を備えることにより、絶縁碍子９２の表面にカーボンが堆積した場合、そのカーボンを、補助火花放電ギャップ９１２における放電により焼き切り、絶縁碍子９２の表面を清浄させることができる。

また、上記補助火花放電ギャップ９１２における放電によっても、内燃機関の着火を行う。この場合、補助火花放電ギャップ９１２における放電部分から火炎が燃焼室内において広がることにより、着火されることとなる。
しかし、補助接地電極９６の先端面９６１の内側角部９６４と、絶縁碍子９２の碍子先端部９２１との間の補助火花放電ギャップ９１２において放電しても、この放電部分から火炎核が成長する際に、火炎核が補助接地電極９６に接触して冷却されてしまう。その結果、火炎核の成長が妨げられる。
それ故、補助火花放電ギャップ９１２に飛火した場合における着火性を充分に確保することが困難となるおそれがある。

特許第３１４０００６号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、補助火花放電ギャップに飛火した場合における着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供しようとするものである。

本発明は、外周に取付け用ネジ部を設けた取付金具と、碍子先端部が突出するように上記取付金具に保持される絶縁碍子と、電極先端部が上記碍子先端部から突出するように上記絶縁碍子に保持される中心電極と、上記電極先端部との間に主火花放電ギャップを形成する主接地電極と、上記碍子先端部との間に補助火花放電ギャップを形成する補助接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
上記補助接地電極は、上記取付金具に接合した基端面と、該基端面の反対側の端面である先端面と、上記基端面と上記先端面との間であって上記中心電極側に形成された内側面と、該内側面の反対側面である外側面とを有し、
上記補助接地電極の上記先端面と上記内側面との間には内側角部が形成され、上記先端面と上記外側面との間には外側角部が形成され、
かつ、上記補助接地電極の上記先端面は、上記内側角部から上記外側角部に向かうほど、上記碍子先端部の外周側面との径方向距離が大きくなるように形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグにおいて、上記補助火花放電ギャップは、補助接地電極の先端面と絶縁碍子の碍子先端部との間に形成される。そして、上記補助接地電極の先端面は、上記内側角部から上記外側角部に向かうほど、上記碍子先端部の外周側面との径方向距離が大きくなるように形成されている。そのため、上記補助火花放電ギャップは、スパークプラグの先端方向にある燃焼室の奥に向かって広がった形状となる。

これにより、補助火花放電ギャップにおける放電によって形成される火炎核が成長する空間を確保することができる。即ち、補助火花放電ギャップに飛火した際に、該補助火花放電ギャップにおいて形成される火炎核は、燃焼室内において大きく成長することができる。従って、補助火花放電ギャップに飛火した場合における着火性を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、補助火花放電ギャップに飛火した場合における着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における着火手段として用いることができる。
本明細書において、上記スパークプラグにおける、内燃機関の燃焼室に挿入する側を先端側とし、その反対側を基端側とする。また、軸方向とは、スパークプラグの中心軸の方向であり、径方向とは、軸方向に直交する方向である。そして、径方向距離とは、上記径方向に沿った距離をいう。

また、上記補助接地電極の先端面は、貴金属チップによって構成されていてもよい。この場合には、補助接地電極の先端面の耐摩耗性を確保し、長寿命のスパークプラグを得ることができる。なお、この場合、上記貴金属チップの先端面が上記補助接地電極の上記先端面となり、その内側角部から外側角部に向かうほど、上記碍子先端部の外周側面との径方向距離が大きくなるように形成されている。

また、上記補助接地電極は、直棒状に形成することができる（請求項２）。
この場合には、上記補助接地電極を曲げ加工する必要がないため、製造容易かつ安価なスパークプラグを得ることができる。
また、この場合、例えば、上記補助接地電極は、上記取付金具の先端面から中心電極側に倒し込むように傾斜させて配設することができる。

また、上記補助接地電極は、上記内側角部及び上記外側角部を略直角に形成してもよい（請求項３）。
この場合には、上記補助接地電極を作製する際に、電極材料を所定の長さに切断することにより、容易に上記先端面を形成することができる。

また、上記補助接地電極の上記先端面は、上記碍子先端部の外周側面に対して１５°以上傾斜していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記補助火花放電ギャップに飛火した場合における着火性を充分に確保することができる。
なお、上記補助接地電極の先端面と上記碍子先端部の外周側面とのなす角度が１５°未満の場合には、上記補助火花放電ギャップに飛火した場合において、火炎核を充分に成長させることが困難となるおそれがある。

また、上記補助接地電極の先端面と上記碍子先端部の外周側面とのなす角度は、例えば、７５°以下であることが好ましい。この角度が７５°を超える場合には上記補助火花放電ギャップが放電による磨耗にて過度に拡大し、くすぶり時に上記補助火花放電ギャップへ飛火せず、耐くすぶり性を確保できないおそれがある。

また、上記取付け用ネジ部は、ネジ径がＭ１２以下であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、内燃機関用のスパークプラグの小型化を図ることができる。そのため、例えば、バルブ径大化、水廻り改良等、内燃機関の設計自由度を拡大することができる。また、ネジ径をＭ１２以下と小さくすることにより、補助接地電極の曲げ量や倒し込み量を小さくすることができ、曲げ加工等を容易にすることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる内燃機関用のスパークプラグにつき、図１、図２を用いて説明する。
本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１、図２に示すごとく、外周に取付け用ネジ部４１を設けた取付金具４と、碍子先端部２１が突出するように取付金具４に保持される絶縁碍子２と、電極先端部３１が碍子先端部２１から突出するように絶縁碍子２に保持される中心電極３とを備えている。さらに、スパークプラグ１は、上記電極先端部３１との間に主火花放電ギャップ１１を形成する主接地電極５と、上記碍子先端部２１との間に補助火花放電ギャップ１２を形成する補助接地電極６とを備えている。

図１に示すごとく、上記補助接地電極６は、取付金具４に接合した基端面６９と、該基端面６９の反対側の端面である先端面６１と、基端面６９と先端面６１との間であって中心電極３側に形成された内側面６２と、該内側面６２の反対側面である外側面６３とを有する。

上記補助接地電極６の先端面６１と内側面６２との間には内側角部６４が形成され、上記先端面６１と外側面６３との間には外側角部６５が形成されている。
上記補助接地電極６の先端面６１は、内側角部６４から外側角部６５に向かうほど、碍子先端部２１の外周側面２１２との径方向距離が大きくなるように形成されている。例えば、内側角部６４と外周側面２１２との径方向距離ｄ１と、外側角部６５と外周側面２１２との径方向距離ｄ２とを比べると、ｄ１＜ｄ２となる。

上記補助接地電極６は、取付金具４の先端面４２から軸方向に伸びると共に、途中で中心電極３側に屈曲している。即ち、補助接地電極６は略Ｌ字状に曲げ加工されている。そして、補助接地電極６の先端面６１は、斜めに切断されることにより形成され、スパークプラグ１の中心軸側かつ先端側を向いた傾斜面として形成される。
上記補助接地電極６の先端面６１は、碍子先端部２１の外周側面２１２に対して１５°以上傾斜している。即ち、図１に示す先端面６１と外周側面２１２とのなす角度θが１５°以上である。上記碍子先端部２１の外周側面２１２は、スパークプラグ１の中心軸に平行に形成されている。

また、上記取付け用ネジ部４１は、ネジ径がＭ１２（１２ｍｍ）以下である。
なお、図１に示すごとく、補助接地電極６は、中心電極３を挟んでスパークプラグ１の対角上に一対配されている。ただし、補助接地電極６は、１本とすることもできるし、３本以上とすることもできる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグ１において、図１に示すごとく、上記補助火花放電ギャップ１２は、補助接地電極６の先端面６１と絶縁碍子２の碍子先端部２１との間に形成される。そして、補助接地電極６の先端面６１は、内側角部６４から外側角部６５に向かうほど、碍子先端部２１の外周側面２１２との径方向距離が大きくなるように形成されている。そのため、上記補助火花放電ギャップ１２は、スパークプラグ１の先端方向にある燃焼室の奥に向かって広がった形状となる。

これにより、補助火花放電ギャップ１２における放電によって形成される火炎核が成長する空間を確保することができる。即ち、補助火花放電ギャップ１２に飛火した際に、該補助火花放電ギャップ１２において形成される火炎核は、燃焼室内において大きく成長することができる。従って、補助火花放電ギャップ１２に飛火した場合における着火性を向上させることができる。

また、補助接地電極６の先端面６１は、碍子先端部２１の外周側面２１２に対して１５°以上傾斜している（角度θ≧１５°を満たす）ため、補助火花放電ギャップ１２に飛火した場合における着火性を充分に確保することができる（後述する実験例２参照）。即ち、補助火花放電ギャップ１２において形成される火炎核の成長が、補助接地電極６によって妨げられることを充分に防ぎ、火炎核を充分に成長させることができる。

また、上記取付け用ネジ部４１は、ネジ径がＭ１２以下であるため、内燃機関用のスパークプラグ１の小型化を図ることができる。そのため、例えば、バルブ径大化、水廻り改良等、内燃機関の設計自由度を拡大することができる。また、ネジ径をＭ１２以下と小さくすることにより、補助接地電極６の曲げ量や倒し込み量を小さくすることができ、曲げ加工等を容易にすることができる。

以上のごとく、本例によれば、補助火花放電ギャップに飛火した場合における着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、補助接地電極６を直棒状に形成した内燃機関用のスパークプラグ１の例である。
即ち、上記補助接地電極６は、屈曲することなく、略直線状に形成されている。
また、補助接地電極６は、取付金具４の先端面４２から中心電極３側に倒し込むように傾斜させて配設されている。

また、補助接地電極６は、内側角部６４及び外側角部６５を略直角に形成してなる。従って、上記補助接地電極６の傾斜角度を調整して、先端面６１と碍子先端部２１の外周側面２１２とのなす角度θが１５°以上となるようにする。
その他は、実施例１と同様である。

この場合には、上記補助接地電極６を曲げ加工する必要がない。また、補助接地電極６を作製する際に、電極材料を所定の長さに切断することにより、容易に上記先端面６１を形成することができる。そのため、製造容易かつ安価なスパークプラグ１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、補助接地電極６を、取付金具４の先端面４２から碍子先端部２１の外周側面２１２に平行に突出した平行部６６と、該平行部６６の先端から中心電極３側へ傾斜した状態で延設された傾斜部６７とから構成したスパークプラグ１の例である。
また、補助接地電極６は、内側角部６４及び外側角部６５を略直角に形成してなる。従って、上記傾斜部６７の傾斜角度を調整して、先端面６１と碍子先端部２１の外周側面２１２とのなす角度θが１５°以上となるようにする。
その他は、実施例１と同様である。

（実施例４）
本例は、補助接地電極６の先端面６１を、貴金属チップによって構成した例である。
この場合、上記貴金属チップの先端面が上記先端面６１となり、その内側角部から外側角部に向かうほど、上記碍子先端部２１の外周側面２１２との径方向距離が大きくなるように形成されている。

上記貴金属チップは、Ｐｔを主成分として５０重量％以上含有すると共に、少なくとも１種の添加物を含有した合金であり、融点が１５００℃以上であることが好ましい。上記添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの少なくとも１種であることが望ましい。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、補助接地電極６の先端面６１の耐摩耗性を確保し、長寿命のスパークプラグを得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、中心電極３の電極先端部３１や主接地電極５の放電面に貴金属チップを配設することもできる。

（実験例１）
本例は、図５に示すごとく、補助火花放電ギャップにおいて放電した場合の放電位置と、各放電時の着火性とを調査した例である。
調査に用いたスパークプラグ１、９は、実施例１及び従来例において示したものである（図１、図７参照）。ただし、補助火花放電ギャップ１２、９１２でのみ放電させるために、主接地電極５、９５は除去した。
また、補助火花放電ギャップ１２、９１２は、最短距離の部分で０．５ｍｍとした。また、本発明のスパークプラグ１においては、補助接地電極６の先端面６１と碍子先端部２１の外周側面２１２との角度θは３０°である。

使用したエンジン（内燃機関）は、１．８Ｌ、４気筒の可視化エンジンであり、このエンジンを６００ｒｐｍのアイドル状態にて運転し、このときの飛火位置及び燃焼圧を１００発分観測した。

本試験における飛火を飛火位置について分類して、補助接地電極６、９６の内側角部６４、９６４に飛火したものを飛火Ｘ、先端面６１、９６１の略中央部に飛火したものを飛火Ｙ、外側角部６５、９６５に飛火したものを飛火Ｚとした。従来のスパークプラグ９の場合は、飛火Ｘが３８発、飛火Ｙが２９発、飛火Ｚが３３発であり、本発明のスパークプラグ１の場合は、飛火Ｘが７１発、飛火Ｙが２１発、飛火Ｚが８発であった。

そして、それぞれの放電による燃焼圧の測定結果を図５に示す。同図において、従来のスパークプラグ９におけるそれぞれの飛火の場合の燃焼圧の平均を○、本発明のスパークプラグ１におけるそれぞれの飛火の場合の燃焼圧の平均を△として表す。また、矢印は、測定値の範囲を示す。また、図５中に示した符号Ｘ，Ｙ，Ｚは、その上方に示したプロットがそれぞれ飛火Ｘ，Ｙ，Ｚに起因する燃焼圧であることを表す。

図５から分かるように、従来のスパークプラグ９は、飛火Ｘの場合の燃焼圧が低下しているが、本発明のスパークプラグ１は、飛火Ｘの場合にも燃焼圧の低下は見られなかった。
この結果から、本発明によれば、補助火花放電ギャップ１２に飛火した場合にも、燃焼圧を高く維持し、着火性を確保することができるこことが分かる。

（実験例２）
本例は、図６に示すごとく、補助接地電極６の先端面６１と碍子先端部２１の外周側面２１２とのなす角度θと、燃焼圧との関係を調査した例である。
即ち、上記角度θを、０°、１５°、３０°、４５°、６０°、９０°としたスパークプラグを作製し、各スパークプラグを用いて、実験例１と同様の方法にて燃焼圧を測定した。
測定結果を、図６に示す。

同図から分かるように、角度θが１５°以上であれば、燃焼圧は高く維持される。
この結果から、角度θを１５°以上とすることにより、着火性に優れた内燃機関用のスパークプラグを得ることができることが分かる。

実施例１における、内燃機関用スパークプラグの先端部の軸方向断面図。実施例１における、内燃機関用スパークプラグの部分断面説明図。実施例２における、内燃機関用スパークプラグの先端部の軸方向断面図。実施例３における、内燃機関用スパークプラグの先端部の軸方向断面図。実験例１における、飛火位置ごとの燃焼圧の測定結果を表す線図。実験例２における、角度θと燃焼圧との関係を表す線図。従来例における、内燃機関用スパークプラグの先端部の軸方向断面図。

符号の説明

１内燃機関用のスパークプラグ
１１主火花放電ギャップ
１２補助火花放電ギャップ
２絶縁碍子
２１碍子先端部
２１２外周側面
３中心電極
３１電極先端部
４取付金具
４１取付け用ネジ部
５主接地電極
６補助接地電極
６１先端面
６２内側面
６３外側面
６４内側角部
６５外側角部
６９基端面

Claims

外周に取付け用ネジ部を設けた取付金具と、碍子先端部が突出するように上記取付金具に保持される絶縁碍子と、電極先端部が上記碍子先端部から突出するように上記絶縁碍子に保持される中心電極と、上記電極先端部との間に主火花放電ギャップを形成する主接地電極と、上記碍子先端部との間に補助火花放電ギャップを形成する補助接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
上記補助接地電極は、上記取付金具に接合した基端面と、該基端面の反対側の端面である先端面と、上記基端面と上記先端面との間であって上記中心電極側に形成された内側面と、該内側面の反対側面である外側面とを有し、
上記補助接地電極の上記先端面と上記内側面との間には内側角部が形成され、上記先端面と上記外側面との間には外側角部が形成され、
かつ、上記補助接地電極の上記先端面は、上記内側角部から上記外側角部に向かうほど、上記碍子先端部の外周側面との径方向距離が大きくなるように形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
請求項１において、上記補助接地電極は、直棒状に形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
請求項１又は２において、上記補助接地電極は、上記内側角部及び上記外側角部を略直角に形成してなることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記補助接地電極の上記先端面は、上記碍子先端部の外周側面に対して１５°以上傾斜していることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記取付け用ネジ部は、ネジ径がＭ１２以下であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。