JP2008287917A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】要求電圧を低減すると共に耐久性に優れた安価な内燃機関用のスパークプラグを提供すること。
【解決手段】中心電極２と、中心電極２を内側に保持する絶縁碍子３と、絶縁碍子３を内側に保持するハウジング４と、ハウジング４の先端に固定されると共に中心電極２との間に火花放電ギャップ１１を設ける主接地電極５とを有する内燃機関用のスパークプラグ１。ハウジング４と絶縁碍子３との間には、先端側へ開口したポケット部１３が形成されている。ポケット部１３に面するハウジング４の内側面には、内側へ突出した内方突起部４１が形成されている。ハウジング４の先端には、絶縁碍子３の先端部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が設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジン等の内燃機関において着火手段として用いられる内燃機関用のスパークプラグに関する。

内燃機関用のスパークプラグは、中心電極と、該中心電極を内側に保持する絶縁碍子と、該絶縁碍子を内側に保持するハウジングと、該ハウジングの先端に固定されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを設ける接地電極とを有する。そして、燃焼室において、中心電極と接地電極との間に電圧を印加することにより、火花放電ギャップに火花放電を発生させ、混合気に着火する。

この火花放電は、容量放電と、その後に生じる誘導放電とに分けられる。即ち、容量放電は、スパークプラグに電圧を供給するイグニッションコイルの内部静電容量に蓄えられた電荷が放出されることにより生じる放電であり、誘導放電は、その直後に生じる放電であって、イグニッションコイル内の電磁誘導エネルギが放出されることにより生じる放電である。
それ故、火花放電を生じさせるためには、まず、容量放電を生じさせる必要があり、この容量放電の電圧、即ち、要求電圧を低減することにより、火花放電を生じやすくすることができる。

要求電圧を低減するには、火花放電ギャップを小さくすることが有効であるが、火花放電ギャップを小さくすると、火花放電によって生じた火炎核が成長する際に、火炎が中心電極や接地電極に接触して失火しやすくなるという問題がある。

そこで、特許文献１に記載のスパークプラグは、大径部よりも電気的抵抗の大きい材料である半導体を用いて小径部を接地電極に向かって突出させることにより、容量放電を上記小径部において発生させると共に、その後の誘導放電を、小径部から大径部へ移行するよう構成している。これにより、要求電圧を低減すると共に、着火性を向上させている。
しかしながら、上記従来のスパークプラグは、上記小径部に半導体を用いるため、電極の消耗が早く、耐久性が低下するという問題がある。また、構造が複雑となり、コストが高くなるという問題もある。

また、特許文献２に記載のスパークプラグは、中心電極の先端面に半導体を設けることにより、要求電圧を低下させるものであるが、この場合にも、使用によって半導体が消耗して、要求電圧低減の効果がなくなってしまうという問題がある。
即ち、要求電圧の低減は、特にスパークプラグを繰り返し長期に渡って使用した後に、特に必要となる効果であるため、耐久性に問題のある上記２つの従来技術は、本質的な問題の解決とならない。

特開平１０−１７２７１５号公報 特開平９−３２０７３５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、要求電圧を低減すると共に耐久性に優れた安価な内燃機関用の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、中心電極と、該中心電極を内側に保持する絶縁碍子と、該絶縁碍子を内側に保持するハウジングと、該ハウジングの先端に固定されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを設ける主接地電極とを有する内燃機関用のスパークプラグであって、
上記ハウジングと上記絶縁碍子との間には、先端側へ開口したポケット部が形成されており、
該ポケット部に面する上記ハウジングの内側面には、内側へ突出した内方突起部が形成されており、
かつ、上記ハウジングの先端には、上記絶縁碍子の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が設けてあ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は、上記ハウジングの内側面に上記内方突起部を形成している。これにより、背後電極効果によって上記中心電極の先端部における電界強度が高くなる。そのため、中心電極の先端部から、容量放電開始のための電子放出が行われやすくなり、容量放電を引き起こすための要求電圧を低減することができる。

また、上記内方突起部は、上記ポケット部に配置されるため、燃焼室において燃焼する高温ガスと接触し難く、また酸化作用を受け難い。それ故、長期間の使用によっても、内方突起部が消耗することを防ぐことができ、内方突起部の効果を長期間に渡って持続させることができる。
また、上記内方突起部は、ハウジングの内側面を内側に突出させることにより形成することができるため、構造が簡単で低コストなスパークプラグを得ることができる。

また、上記内方突起部を設けることにより、中心電極から絶縁碍子の表面を伝って内方突起部に放電する、いわゆる奥飛び火が生じやすくなるおそれがあるという問題がある。しかし、本発明の内燃機関用のスパークプラグは上記補助接地電極を設けている。これにより、絶縁碍子の表面を伝う放電は、絶縁碍子の先端部と補助接地電極との間の補助火花放電ギャップにおいて生じることとなる。これにより、奥飛び火を防ぐことができ、着火性を確保することができる。

以上のごとく、本発明によれば、要求電圧を低減すると共に耐久性に優れた安価な内燃機関用の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、上記スパークプラグは、例えば、自動車のエンジンまたはコージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。
また、本明細書において、スパークプラグを内燃機関の燃焼室に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として、適宜説明する。
また、上記内方突起部は、上記ハウジングの内側面において、全周にわたって形成されていてもよいし、部分的に形成されていてもよい。
また、上記補助接地電極は、１個でも複数個でもよい。

また、上記内方突起部は、エッジ部を有することが好ましい（請求項２）。
この場合には、中心電極の先端部における電界強度を高くしやすく、要求電圧を低減しやすくすることができる。

（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７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に示すごとく、中心電極２と、該中心電極２を内側に保持する絶縁碍子３と、該絶縁碍子３を内側に保持するハウジング４と、該ハウジング４の先端に固定されると共に上記中心電極２との間に火花放電ギャップ１１を設ける主接地電極５とを有する。

図１、図２に示すごとく、ハウジング４と絶縁碍子３との間には、先端側へ開口したポケット部１３が形成されている。
ポケット部１３に面するハウジング４の内側面には、内側へ突出した内方突起部４１が形成されている。
また、ハウジング４の先端には、絶縁碍子３の先端部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が設けてある。

本例においては、内方突起部４１は、図２に示すごとく、断面略長方形状を有し、略直角のエッジ部４１１を２箇所に有する。また、図３に示すごとく、内方突起部４１は、ハウジング４の内側面の全周に渡って連続的に形成されている。本例において、内方突起部４１は、図５に示すごとく、スパークプラグ１の軸方向に沿った長さＬ１が約１ｍｍであり、内方への突出量Ｍ１が約１．０ｍｍである。なお、図５においては、補助接地電極６の記載を省略してある。
また、ハウジング４の先端から内方突起部４１までの長さＬ２は約３ｍｍである。また、ハウジング４の先端からの絶縁碍子３の突出長さＬ３は、約２．５ｍｍである。また、内方突起部４１と絶縁碍子３との間のクリアランスＭ２は、約０．５ｍｍである。

また、補助接地電極６は、図４に示すごとく、２個形成してある。各補助接地電極６は、ハウジング４の先端面に接合されており、略Ｌ字状に内側に屈曲している。そして、補助接地電極６におけるハウジング４との接合端とは反対側の端部を絶縁碍子３の先端部に対向させている。補助接地電極６と絶縁碍子３との間の補助火花放電ギャップ１２の大きさＧ２は、約０．５ｍｍである。
一方、図５に示すごとく、中心電極２の先端と主接地電極５との間の火花放電ギャップ１１の大きさＧ１は、約１．１ｍｍである。

ハウジング４は、スパークプラグ１を内燃機関に取付けるための取付ねじ部４２と、該取付ねじ部４２よりも基端側に、取り付け工具を係合させる六角部４３とを、外周に有する。
また、ハウジング４の内側面であって、取付ねじ部４２の内側には、絶縁碍子３の一部を当接させるための内周段部４４が形成されている。内周段部４４の先端側には、拡径した拡径内周面４５が形成されている。

一方、絶縁碍子３は、ハウジング４の内周段部４４に当接する外周段部３４を、外周面に形成してなる。外周段部３４よりも先端の部分が、脚部３５となる。
絶縁碍子３は、その外周段部３４をハウジング４の内周段部４４に当接させると共に押圧された状態で、ハウジング４の内側に保持される。そして、絶縁碍子３の脚部３５の外周面とハウジング４の拡径内周面４５との間に上記ポケット部１３が形成される。このポケット部１３の長さＬ０が約８ｍｍである。

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は、ハウジング４の内側面に上記内方突起部４１を形成している。これにより、背後電極効果によって中心電極２の先端部２１における電界強度が高くなる。そのため、中心電極２の先端部２１から、容量放電開始のための電子放出が行われやすくなり、容量放電を引き起こすための要求電圧を低減することができる。

また、内方突起部４１は、ポケット部１３に配置されるため、燃焼室において燃焼する高温ガスと接触し難く、また酸化作用を受け難い。それ故、長期間の使用によっても、内方突起部が消耗することを防ぐことができ、内方突起部４１の効果を長期間に渡って持続させることができる。
また、上記内方突起部４１は、ハウジング４の内側面を内側に突出させることにより形成することができるため、構造が簡単で低コストなスパークプラグ１を得ることができる。

また、上記内方突起部４１を設けることにより、図６のＳ１に示すごとく、中心電極２から絶縁碍子３の表面を伝って内方突起部４１に放電する、いわゆる奥飛び火が生じやすくなるおそれがあるという問題がある。しかし、本発明の内燃機関用のスパークプラグ１は、図７のＳ２に示すごとく、上記補助接地電極６を設けている。これにより、絶縁碍子３の表面を伝う放電は、絶縁碍子３の先端部と補助接地電極６との間の補助火花放電ギャップ１２において生じることとなる。そのため、奥飛び火を防ぐことができ、着火性を確保することができる。
なお、図６は、補助接地電極６がない場合に生じうる奥飛び火の説明図である。

また、上記内方突起部４１は、エッジ部４１１を有するため、中心電極２の先端部２１における電界強度を高くしやすく、要求電圧を低減しやすくすることができる。

以上のごとく、本例によれば、要求電圧を低減すると共に耐久性に優れた安価な内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（比較例）
本例は、図８に示すごとく、内方突起部（図１、図２の符号４１）を設けていない内燃機関用のスパークプラグ９の例である。
また、本例のスパークプラグ９は、補助接地電極（図１、図２の符号６）をも設けていない。
ポケット部１３の長さＬ０及びハウジング４の先端からの絶縁碍子３の突出長さＬ３は、実施例１と同様に、それぞれＬ０＝約８ｍｍ、Ｌ３＝約２．５ｍｍである。また、火花放電ギャップ１１の大きさＧ１も、実施例１と同様に、Ｇ１＝１．１ｍｍである。
その他は、実施例１と同様である。

（実施例２）
本例は、図９に示すごとく、本発明（実施例１）の内燃機関用のスパークプラグ１の要求電圧を、比較例のスパークプラグ９と比較した例である。
即ち、上述した実施例１に示したスパークプラグ１（図１、図２）と、比較例に示したスパークプラグ９（図８）とについて、それぞれ、燃焼室の圧力を種々変更させて、要求電圧を測定した。
測定結果を、図９に示す。同図において、曲線ａが本発明（実施例１）のスパークプラグ１の要求電圧を示し、曲線ｂが比較例のスパークプラグ９の要求電圧を示す。

同図から分かるように、実施例１のスパークプラグ１は、何れの圧力下においても、比較例のスパークプラグ９に比べて要求電圧が低い。即ち、内方突起部４１を設けることにより、実際に、要求電圧を低減することができた。
したがって、本例によれば、本発明の内燃機関用のスパークプラグ１は、要求電圧を低減することができることが分かる。

（実施例３）
本例は、図１０に示すごとく、内方突起部４１を、ハウジング４の内側面において、部分的に形成した例である。即ち、実施例１（図３）のように内周突起部４１を全周に渡って連続的に設けるのではなく、不連続に、部分的に内周突起部４１を複数設けたのが、本例の構成である。
本例においては、内周突起部４１を４分割して形成している。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、内周突起部４１による背後電極効果によって、スパークプラグ１の要求電圧を低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１１に示すごとく、内方突起部４１を、断面略三角形状とした例である。
この場合、内方突起部４１は、エッジ部４１１を一つ有することとなる。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図１２に示すごとく、内方突起部４１を、断面略半円形状とした例である。
この場合、内方突起部４１にはエッジ部は形成されない。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、図１３に示すごとく、ハウジング４の内側面における拡径内周面４５を、第１内周面４５１と該第１内周面４５１の先端側に形成され第１内周面４５１よりも直径の大きい第２内周面４５２とによって構成し、これらの間の段差部分を内方突起部４１とした例である。
この内方突起部４１は、鋭角のエッジ部４１１を有している。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの説明図。 実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図。 図２のＢ視図。 実施例１における、スパークプラグの各部寸法の説明図。 補助接地電極を設けない場合に生じうる奥飛び火の説明図。 実施例１における、補助接地電極を設けたことによる効果を示す説明図。 比較例における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。 実施例２における、要求電圧の測定結果の説明図。 実施例３における、スパークプラグの先端部付近の断面説明図。 実施例４における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。 実施例５における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。 実施例６における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。

符号の説明

１ スパークプラグ
１１ 火花放電ギャップ
１２ 補助火花放電ギャップ
１３ ポケット部
２ 中心電極
３ 絶縁碍子
４ ハウジング
４１ 内方突起部
５ 主接地電極
６ 補助接地電極

Claims (2)

1. 中心電極と、該中心電極を内側に保持する絶縁碍子と、該絶縁碍子を内側に保持するハウジングと、該ハウジングの先端に固定されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを設ける主接地電極とを有する内燃機関用のスパークプラグであって、
   上記ハウジングと上記絶縁碍子との間には、先端側へ開口したポケット部が形成されており、
   該ポケット部に面する上記ハウジングの内側面には、内側へ突出した内方突起部が形成されており、
   かつ、上記ハウジングの先端には、上記絶縁碍子の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が設けてあることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
2. 請求項１において、上記内方突起部は、エッジ部を有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。

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