JP2012248389A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の内燃機関用のスパークプラグを提供すること。
【解決手段】ハウジング2と、絶縁碍子3と、中心電極4と、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2の先端部21には、ハウジング2の外周面22から先端側へ向かうほど内側に傾斜した傾斜面61と、傾斜面61における周方向の両側に立設したガイド面62とを備えた導風部6が形成されている。導風部6は、ハウジング2と接地電極5との接合部である接地接合部51における周方向の中心を基準にして周方向に90°以内の領域に形成されている。スパークプラグ1を内燃機関に取り付けたとき、導風部6が燃焼室に突出するよう構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグに関する。
自動車のエンジン等の内燃機関における着火手段として用いられるスパークプラグとして、軸方向に中心電極と接地電極とを対向させて火花放電ギャップを形成したものがある。かかるスパークプラグは、火花放電ギャップに放電を生じさせ、この放電により、燃焼室内の混合気に着火している。
ここで、燃焼室内においては、例えばスワール流やタンブル流といった混合気の気流が形成されており、この気流が火花放電ギャップにおいても適度に流れることにより、着火性を確保することができる。
ところが、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢によっては、ハウジングの先端部に接合された接地電極の一部が、気流における火花放電ギャップの上流側に配置されることがある。この場合、燃焼室内の気流が接地電極によって遮られ、火花放電ギャップ付近の気流が停滞するおそれがある。その結果、スパークプラグの着火性が低下するおそれがある。すなわち、内燃機関への取付姿勢によって、スパークプラグの着火性がばらつくという問題が生じるおそれがある。特に近年、希薄燃焼による内燃機関が多く用いられているが、このような内燃機関においては、スパークプラグの取付姿勢によって、燃焼安定性が低下するおそれがある。
また、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢、すなわち周方向についての接地電極の位置を制御することは困難である。これは、ハウジングにおける取付用ネジの形成状態や内燃機関への取り付け作業時におけるスパークプラグの締付度合い等によって、取付姿勢が変化してしまうからである。
そこで、接地電極による気流の阻害を抑制するために、接地電極に穴開け加工を施した構成や、複数の薄い板状部材によって接地電極をハウジングに接合した構成が開示されている(特許文献1)。
また、燃焼室内のタンブル流の方向を安定化させるために、ハウジングの先端部に傾斜外周面部を設けた構成も開示されている(特許文献2)。
特開平9−148045号公報 特開2008−108479号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の「接地電極に穴開け加工を施した構成」では、接地電極の強度低下を招くおそれがある。また、それを防ぐために接地電極を太く形成すれば、結局、混合気の気流を妨げやすくなる。
また、同じく特許文献1に記載の「複数の薄い板状部材によって接地電極をハウジングに接合した構成」では、接地電極の形状が複雑になり、製造工数も増加し、製造コストが高くなるという問題がある。
また、上記特許文献2に記載の構成では、傾斜外周面部の形成位置を特に規定するものではなく、火花放電ギャップに対して気流の上流側に配置された接地電極が気流を阻害するという課題を解決することはできない。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の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、筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続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形成する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、
上記ハウジングの先端部には、該ハウジングの外周面から先端側へ向かうほど内側に傾斜した傾斜面と、該傾斜面における周方向の両側に立設したガイド面とを備えた導風部が形成されており、
該導風部は、上記ハウジングと上記接地電極との接合部である接地接合部における周方向の中心を基準にして周方向に90°以内の領域に形成されており、
かつ、上記スパークプラグを内燃機関に取り付けたとき、上記導風部が燃焼室に突出するよう構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)。
上記スパークプラグは、接地接合部における周方向の中心を基準にして周方向に90°以内の領域において、上記ハウジングの先端部に上記導風部を設けてなる。それゆえ、内燃機関に上記スパークプラグを取り付けた状態において、上記接地接続部が燃焼室内の気流における火花放電ギャップの上流側に配置されても、着火性を確保することができる。すなわち、接地接続部が火花放電ギャップの上流側に配置されたとき、接地接続部よりも上流側からスパークプラグの先端部付近へ向かう気流を、上記導風部によって上記火花放電ギャップへ導くことができる。これにより、火花放電ギャップにおける気流の停滞を防ぐことができる。その結果、接地接続部が火花放電ギャップの上流側に配置されていても、スパークプラグの着火性を確保することができる。すなわち、内燃機関に対するスパークプラグの取付姿勢に関わらず、安定した着火性を確保することができる。
また、上記導風部は、上記ハウジングの先端部に設けるものであり、上記接地電極の形状等を特に変更する必要がない。それゆえ、接地電極の強度低下を招くこともなく、接地電極の形状が複雑になって製造工数が増加したり製造コストが高くなったりすることもない。
以上のごとく、本発明によれば、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
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の斜視図。 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の側面図。 図2のA−A線矢視断面図。 図3のB−B線矢視断面図。 実施例1における、内燃機関に取り付けたスパークプラグの先端部の側面図。 実施例2における、スパークプラグの軸方向から見た平面説明図。 実施例3における、内燃機関用のスパークプラグの先端部の斜視図。 実施例3における、内燃機関用のスパークプラグの先端部の側面図。 図8のC−C線矢視断面図。 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の側面図。 実施例5における、スパークプラグの軸方向から見た平面説明図。 比較例1における、内燃機関用のスパークプラグの先端部の斜視図。 比較例1における、(A)上流側に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図、(B)気流と直交する位置に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図、(C)下流側に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図、 比較例1における、放電長さの比較グラフ。 比較例1における、放電長さとA/F限界との関係を示す線図。 実験例における、流速15m/sのときのスパークプラグの取付姿勢と放電長さとの関係を示す線図。 実験例における、流速10m/sのときのスパークプラグの取付姿勢と放電長さとの関係を示す線図。 実験例における、流速5m/sのときのスパークプラグの取付姿勢と放電長さとの関係を示す線図。
上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。
また、上記導風部における傾斜面は、スパークプラグの軸方向、すなわち外周面に対する傾斜角度が20°以上であることが好ましい。この場合には、上記火花放電ギャップへ気流を導きやすくなる。
また、上記スパークプラグの軸方向における上記導風部の長さは1mm以上であることが好ましい。この場合には、上記導風部の効果を充分に発揮することができる。
また、上記導風部は、上記接地接合部に隣接して形成されていることが好ましい(請求項2)。この場合には、上記接地接合部が火花放電ギャップに対して気流の上流側に配置されたとき、より効率的に火花放電ギャップへ気流を導くことができる。
また、上記導風部は、上記接地接合部における周方向の中心を基準にして周方向に45°以内の領域に形成されていることが好ましい(請求項3)。この場合には、より、気流が火花放電ギャップへ向かいやすくなる。
また、上記導風部は、上記接地接合部を挟んで周方向の両側に形成されていることが好ましい(請求項4)。この場合には、上記接地電極の両脇から気流を火花放電ギャップへ導くことが可能となり、より確実に火花放電ギャップにおいて気流を形成することができる。
また、上記導風部は、上記ハウジングの一部を先端側へ突出させて形成してなることが好ましい(請求項5)。この場合には、上記導風部以外の部分において、上記ハウジングの先端を火花放電ギャップから遠ざけることができるため、中心電極とハウジングの先端部との間における横飛び火を防ぎやすくなる。
また、上記導風部の先端は、上記絶縁碍子の先端よりも基端側に後退していることが好ましい(請求項6)。この場合には、上記導風部によって気流を上記火花放電ギャップへ効率的に導くことができる。
また、上記導風部の先端は、上記絶縁碍子の先端から0.5mm以上、基端側に後退していることが好ましい(請求項7)。この場合には、上記導風部によって気流を上記火花放電ギャップへより効率的に導くことができる。
(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5を用いて説明する。
本例のスパークプラグ1は、図1〜図4に示すごとく、筒状のハウジング2と、該ハウジング2の内側に保持された筒状の絶縁碍子3と、先端部が突出するように絶縁碍子3の内側に保持された中心電極4と、ハウジング2に接続されると共に中心電極4との間に火花放電ギャップ11を形成する接地電極5とを有する。
ハウジング2の先端部21には、該ハウジング2の外周面22から先端側へ向かうほど内側に傾斜した傾斜面61と、該傾斜面61における周方向の両側に立設したガイド面62とを備えた導風部6が形成されている。
導風部6は、ハウジング2と接地電極5との接合部である接地接合部51における周方向の中心を基準にして周方向に90°以内の領域に形成されている。
導風部6の先端は、火花放電ギャップ11の軸方向の中心よりも基端側に配されている。
そして、図5に示すごとく、スパークプラグ1を内燃機関に取り付けたとき、導風部6が燃焼室71に突出するよう構成されている。
また、図1、図3に示すごとく、導風部6は、接地接合部51に隣接して形成されている。そして、導風部6は、接地接合部51を挟んで周方向の両側に形成されている。つまり、導風部6は、接地接合部51における周方向の両端から、それぞれ周方向に所定範囲にわたって形成されている。本例においては、導風部6は、接地接合部51における周方向の両端から、接地接合部51における周方向の中心を基準にして周方向に45°までの領域にそれぞれ形成されている。
図1、図2に示すごとく、接地電極5は、ハウジング2の先端部21から先端側へ立設した立設部52と、該立設部52の先端からハウジング2の径方向中心側へ屈曲した横設部53とからなる。この横設部53が中心電極4の先端部と、スパークプラグ1の軸方向に対向している。そして、両者間に火花放電ギャップ11が形成されている。また、接地電極5は、立設部52の基端部においてハウジング2の先端部21に接合され、接地接合部51を構成している。
図3に示すごとく、導風部6における一方のガイド面62は、接地電極5における立設部52の側面によって構成されている。また、導風部6における他方のガイド面62は、接地接合部51の周方向の中心から周方向に45°の位置に形成されている。
導風部6における傾斜面61は、スパークプラグ1の軸方向に対する傾斜角度、すなわち外周面22に対する傾斜角度θが35°である。また、スパークプラグ1の軸方向における導風部6の長さhは2mmである。
また、ハウジング2の直径は12mm、ハウジング2の先端部21における肉厚は
1.45mmである。また、接地電極5の幅は2.6mm、厚みは1.3mmである。また、中心電極4の先端は、ハウジング2の先端から、軸方向に2mm突出している。そして、火花放電ギャップ11は1.1mmである。
中心電極4の先端部は、イリジウムからなる貴金属チップによって構成されている。また、ハウジング2及び接地電極5はニッケル合金からなる。
本例においては、絶縁碍子3の先端部は、ハウジング2の先端部よりも基端側に約0.5mm後退して配置されている。ただし、これは特に限定されるものではなく、後述する実施例4(図10)のように、絶縁碍子3の先端部は、ハウジング2の先端部よりも基端側に位置していてもよいし、ハウジング2の先端部と同等の軸方向位置であってもよい。
また、本例において、ハウジング2の先端であり導風部6の先端は、中心電極4の先端よりも基端側に配置されている。
また、図5に示すごとく、スパークプラグ1を内燃機関(エンジンヘッド72)に取り付けた状態において、ハウジング2の先端部21は燃焼室71に突出し、導風部6は燃焼室71に突出する。ここで、導風部6の基端が、燃焼室71の壁面711と略同等の位置に配置される。
なお、本例のスパークプラグ1は、自動車等の車両用の内燃機関に用いられる。
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、接地接合部51における周方向の中心を基準にして周方向に90°以内の領域において、ハウジング2の先端部21に導風部6を設けてなる。それゆえ、図5に示すごとく、内燃機関(エンジンヘッド72)にスパークプラグ1を取り付けた状態において、接地接続部51(接地電極5の立設部52)が燃焼室71内の気流における火花放電ギャップ11の上流側に配置されても、着火性を確保することができる。すなわち、接地接続部51が火花放電ギャップ11の上流側に配置されたとき、接地接続部51よりも上流側からスパークプラグ1の先端部付近へ向かう気流を、導風部6によって火花放電ギャップ11へ導くことができる。これにより、火花放電ギャップ11における気流の停滞を防ぐことができる。その結果、接地接続部51が火花放電ギャップ11の上流側に配置されていても、スパークプラグ1の着火性を確保することができる。すなわち、内燃機関(エンジンヘッド72)に対するスパークプラグ1の取付姿勢に関わらず、安定した着火性を確保することができる。
また、導風部6は、ハウジング2の先端部21に設けるものであり、接地電極5の形状等を特に変更する必要がない。それゆえ、接地電極5の強度低下を招くこともなく、接地電極5の形状が複雑になって製造工数が増加したり製造コストが高くなったりすることもない。
また、導風部6は、接地接合部51に隣接して形成されており、接地接合部51における周方向の中心を基準にして周方向に45°以内の領域に形成されている。これにより、接地接合部51が火花放電ギャップ11に対して気流の上流側に配置されたとき、より効率的に火花放電ギャップ11へ気流を導くことができる。
また、導風部6は、接地接合部51を挟んで周方向の両側に形成されている。これにより、接地電極5における立設部52の両脇から気流を火花放電ギャップ11へ導くことが可能となり、より確実に火花放電ギャップ11において気流を形成することができる。
以上のごとく、本例によれば、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の内燃機関用の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6に示すごとく、導風部6を1箇所にのみ形成した例である。
導風部6は、接地接合部51に対して周方向の一方側に隣接して配置されている。
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奏することができる。
(実施例3)
本例は、図7〜図9に示すごとく、導風部6を、ハウジング2の一部を先端側へ突出させることによって形成した例である。
すなわち、本例のスパークプラグ1は、ハウジング2の先端部21における接地接合部51に隣接する部位を、他の部位よりも先端側へ突出させている。そして、その突出させた部分に、傾斜面61と、ガイド面62を形成するための側壁部63が形成してある。つまり、側壁部63における傾斜面61側の面が、導風部6における一方のガイド面62となる。導風部6における他方のガイド面62は、実施例1と同様に、接地電極5の立設部52の側面によって構成されている。
また、本例の場合には、導風部6以外の部分においては、ハウジング2の先端よりも絶縁碍子3が先端側へ突出している。具体的には、導風部6以外の部分におけるハウジング2の先端は、導風部6の基端と、軸方向位置が一致している。
また、スパークプラグ1を内燃機関に取り付けた状態においては、導風部6以外の部分におけるハウジング2の先端であり、導風部6の基端が、燃焼室71の壁面711と同等の位置に配置される。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、導風部6以外の部分において、ハウジング2の先端を火花放電ギャップ11から遠ざけることができるため、中心電極4とハウジング2の先端部21との間における横飛び火を防ぎやすくなる。
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10に示すごとく、導風部6の先端が、絶縁碍子3の先端よりも基端側に後退しているスパークプラグ1の例である。
特に、導風部6の先端は、絶縁碍子3の先端から0.5mm以上、基端側に後退していることが好ましい。すなわち、図10における、導風部6の先端と絶縁碍子3の先端との間の軸方向距離Mが0.5mm以上であることが好ましい。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、上記導風部によって気流を上記火花放電ギャップへ効率的に導くことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
(実施例5)
本例は、図11に示すごとく、導風部6を接地接合部51から離して形成した例である。
すなわち、実施例1〜4においては、導風部6(傾斜面61)を接地接合部51に隣接して配置した例を示したが、本例のように、導風部6を接地接合部51から多少離して形成してもよい。
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。
(比較例1)
本例は、図12、図13に示すごとく、導風部6を有しない通常のスパークプラグ9の例である。
本例のスパークプラグ9は、絶縁碍子3の先端は、ハウジング2の先端よりも突出している。その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、スパークプラグ9を内燃機関に取り付けて使用する際に、図13(A)〜(C)に示すごとく、スパークプラグ9の取付向きによって、放電Sの長さが大きく変化してしまう。これは、燃焼室における気流Fの方向との関係による。
つまり、図13(A)に示すごとく、接地電極5の立設部52が火花放電ギャップ11の上流側に配置されるようにスパークプラグ9が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さLが極めて小さくなる。
一方、図13(B)に示すごとく、火花放電ギャップ11に対する接地電極5の立設部52の位置が気流Fの方向に直交する位置に配置されるようにスパークプラグ9が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さLが極めて大きくなる。
また、図13(C)に示すごとく、接地電極5の立設部52が火花放電ギャップ11の下流側に配置されるようにスパークプラグ9が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さLは、ある程度大きくなるが、上記図13(B)に示す場合に比べて小さくなる。
なお、ここで、放電長さLとは、スパークプラグの軸方向に対して直交する方向の放電の長さをいうものとする。
上記の放電長さLは、気流Fの流速を15m/sとして、火花放電ギャップ11に生じた放電Sの放電長さLを測定することにより得られた知見であり、具体的には、図14に示すごとく、それぞれのスパークプラグ9の取付姿勢に応じて放電長さLに大きな差が生じていた。
図14におけるA、B、Cは、それぞれ図13(A)、(B)、(C)に示す取付姿勢におけるデータを表す。
また、放電長さLとスパークプラグ9の着火性能との関係についても、図15に示すごとく、放電長さLが長いほど、着火性能が向上することが確認されている。ここで、着火性能は、A/F限界、すなわち、混合気に着火することができる空燃比の限界値によって評価したものであり、A/F限界が大きいほど(混合気が希薄であるほど)着火性能が高いこととなる。
図14、図15から分かるように、比較例1のスパークプラグ9は、内燃機関への取付姿勢によって、着火性能が大きく変動してしまう。
(実験例)
本例は、図16〜図18に示すごとく、実施例1のスパークプラグ1と、比較例1のスパークプラグ9とを用いて、それぞれの放電長さLが、気流Fに対する接地電極5の立設部52の位置によってどのように変化するかを調べた例である。
具体的には、スパークプラグを軸方向先端側から見たときに、気流Fの上流方向が、火花放電ギャップ11に対する接地電極5の立設部52の配設位置となす角度αを、0°〜330°まで、30°おきに変化させ、それぞれの状態で放電長さLを測定した。つまり、角度αが0°のときは、接地電極5の立設部52が火花放電ギャップ11の上流側に配置され、角度αが180°のときは、接地電極5の立設部52が火花放電ギャップ11の下流側に配置されていることとなる。
実施例1のスパークプラグ1と比較例1のスパークプラグ9とのそれぞれについて、上記のように取付姿勢を変化させつつ、また、気流の流速を15m/s、10m/s、5m/sと振って、放電長さLを測定した。
その結果を、図16〜図18に示す。図16が流速15m/sの場合、図17が流速10m/sの場合、図18が流速5m/sの場合の測定結果である。また、各図において、符号E1を付した折れ線が実施例1のスパークプラグ1についての測定結果であり、符号C1を付した折れ線が比較例1のスパークプラグ9についての測定結果である。
また、同図においては、縦軸と横軸との交点である原点からの距離が放電長さLを表す。そして、同図における同心円状に破線にて描かれた3つの円のそれぞれの外側に記載された「4」、「8」、「12」は、放電長さLを表し、その単位はmmである。
図16〜図18に示すごとく、いずれの流速であっても、比較例1のスパークプラグ9における放電長さLを示す折れ線グラフC1は、いびつな形状となっている。これは、比較例1のスパークプラグ9の放電長さLが取付姿勢によって大きく変動することを意味する。また、特に角度αが0°となる部分においては、放電長さLが極めて小さくなっていることが分かる。つまり、接地電極5の立設部52が、火花放電ギャップ11に対して気流Fの上流側に配置されたとき、放電長さLが極端に短くなり、着火性能が大きく低下するおそれがあることが分かる。
これに対して、実施例1のスパークプラグ1における放電長さLを示す折れ線グラフE1は、原点を中心としたきれいな円形に近い形状となっている。これは、スパークプラグ1は、取付姿勢に関わらず、充分な放電長さLを確保することができることを意味する。それゆえ、実施例1のスパークプラグ1は、取付姿勢にかかわらず、着火性を確保することができることが分かる。
1 スパークプラグ
11 火花放電ギャップ
2 ハウジング
21 先端部
22 外周面
3 絶縁碍子
4 中心電極
5 接地電極
51 接地接合部
6 導風部
61 傾斜面
62 ガイド面

Claims (7)

  1. 筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続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形成する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、
    上記ハウジングの先端部には、該ハウジングの外周面から先端側へ向かうほど内側に傾斜した傾斜面と、該傾斜面における周方向の両側に立設したガイド面とを備えた導風部が形成されており、
    該導風部は、上記ハウジングと上記接地電極との接合部である接地接合部における周方向の中心を基準にして周方向に90°以内の領域に形成されており、
    かつ、上記スパークプラグを内燃機関に取り付けたとき、上記導風部が燃焼室に突出するよう構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。
  2. 請求項1に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記導風部は、上記接地接合部に隣接して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。
  3. 請求項1又は2に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記導風部は、上記接地接合部における周方向の中心を基準にして周方向に45°以内の領域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。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記導風部は、上記接地接合部を挟んで周方向の両側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。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記導風部は、上記ハウジングの一部を先端側へ突出させて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。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記導風部の先端は、上記絶縁碍子の先端よりも基端側に後退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。
  7. 請求項6に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記導風部の先端は、上記絶縁碍子の先端から0.5mm以上、基端側に後退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。
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