JP2016004730A - Spark plug - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug.
スパークプラグは、内燃機関の燃焼室内において火花放電を発生させて燃料ガスに点火する。スパークプラグは、通常、中心電極と、接地電極と、絶縁体と、主体金具と、を備えている。絶縁体と主体金具とはそれぞれ筒状の形状を有している。絶縁体は中心電極を貫通孔内に保持し、主体金具は絶縁体を貫通孔内に保持する。中心電極の先端部は主体金具の開口端部から外部に延出している。接地電極は、主体金具の開口端部に取り付けられている。中心電極の先端部と、接地電極の先端部との間には、火花放電を発生させるための所定の間隙(以下、「火花放電ギャップ」とも呼ぶ)が設けられている。 The spark plug ignites the fuel gas by generating a spark discharge in the combustion chamber of the internal combustion engine. The spark plug usually includes a center electrode, a ground electrode, an insulator, and a metal shell. Each of the insulator and the metal shell has a cylindrical shape. The insulator holds the center electrode in the through hole, and the metal shell holds the insulator in the through hole. The tip of the center electrode extends outward from the opening end of the metal shell. The ground electrode is attached to the open end of the metal shell. A predetermined gap (hereinafter also referred to as “spark discharge gap”) for generating spark discharge is provided between the tip of the center electrode and the tip of the ground electrode.
ところで、スパークプラグでは、燃料ガスの不完全燃焼等によって生じたカーボンが、火花放電ギャップの近傍の先端部位表面に付着してしまう、いわゆる「燻り」が発生する場合がある。絶縁体の先端部表面にカーボンが堆積してしまうと、当該カーボンが導電経路として機能して、火花放電の発生が阻害されてしまう可能性がある。スパークプラグの燻りによる不具合の発生を抑制するための技術として、例えば、下記の特許文献1,2の技術が提案されている。
By the way, in the spark plug, carbon generated by incomplete combustion of the fuel gas may adhere to the surface of the tip portion in the vicinity of the spark discharge gap, so-called “sagging” may occur. If carbon accumulates on the surface of the front end portion of the insulator, the carbon functions as a conductive path, and the occurrence of spark discharge may be hindered. For example, the following
特許文献1のスパークプラグは、絶縁体の側面に設けられた突起部や(図1B)、絶縁体の側面に近接して配置されている追加電極(図5A)を有している。特許文献1のスパークプラグでは、燻りが発生した場合には、突起部または追加電極と主体金具との間において火花放電が発生し、堆積したカーボンを焼き切って消失させる。
The spark plug of
しかしながら、特許文献1の図1Bのスパークプラグでは、突起部の頂点が主体金具の開口端面の位置にあるため、突起部と主体金具との間において火花放電が発生した場合には、主体金具による消炎作用によって失火してしまう可能性が高い。また、火炎の成長が主体金具によって妨げられ、着火性が低下してしまう可能性が高い。
However, in the spark plug of FIG. 1B of
特許文献1の図5Aのスパークプラグでは、追加電極の周りに電界が集中してしまい、絶縁体を貫通する導電経路が形成されて、絶縁体が破壊されてしまう、いわゆる火花貫通が発生してしまう可能性がある。このように、スパークプラグにおいて、燻りが発生したときの不具合の発生を抑制する技術については依然として改良の余地がある。
In the spark plug of FIG. 5A of
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms.
[1]本発明の一形態によれば、スパークプラグが提供される。このスパークプラグは、中心電極と、絶縁体と、主体金具と、接地電極と、を備えて良い。前記中心電極は、軸線方向に延びていて良い。前記絶縁体は、筒状の形状を有し、前記中心電極の先端部が外部に延出した状態で前記中心電極を収容して良い。前記主体金具は、前記絶縁体を収容し、前記中心電極の先端部と前記絶縁体の先端部とが延出している開口端部を有して良い。前記接地電極は、前記中心電極の先端部に対して所定の間隙を有して配置される先端部を有し、前記主体金具の開口端部に少なくとも電気的に接続されていて良い。前記絶縁体は、先端側において前記軸線方向に延びている先端延伸部に、前記軸線方向に交わる方向に局所的に突出し、前記絶縁体の中心軸から最も離れている部位である頂点が前記主体金具の外に配置されている少なくとも1つの凸部を有して良い。前記凸部は、前記軸線方向における後端側に向いている傾斜面である後端側傾斜面を有して良い。前記中心軸に垂直な方向に見たときに、前記後端側傾斜面と前記開口端部とは重なる位置にあって良い。この形態のスパークプラグによれば、凸部の頂点が主体金具の外に位置しているため、燻りが発生したときの着火性の低下が抑制される。また、後端側傾斜面が主体金具の開口端部の位置にあるため、火花貫通の発生が抑制される。 [1] According to one aspect of the present invention, a spark plug is provided. The spark plug may include a center electrode, an insulator, a metal shell, and a ground electrode. The center electrode may extend in the axial direction. The insulator may have a cylindrical shape, and the center electrode may be accommodated in a state where a tip portion of the center electrode extends to the outside. The metal shell may contain the insulator, and may have an open end where the tip of the center electrode and the tip of the insulator extend. The ground electrode may have a tip portion disposed with a predetermined gap with respect to the tip portion of the center electrode, and may be at least electrically connected to the open end portion of the metal shell. The insulator locally protrudes in a direction extending in the axial direction at a distal end extending portion extending in the axial direction on the distal end side, and a vertex that is a part farthest from a central axis of the insulator is the main body You may have at least 1 convex part arrange | positioned outside a metal fitting. The convex portion may have a rear end side inclined surface that is an inclined surface facing the rear end side in the axial direction. When viewed in a direction perpendicular to the central axis, the inclined surface on the rear end side and the opening end may overlap each other. According to the spark plug of this embodiment, since the apex of the convex portion is located outside the metal shell, a reduction in ignitability when a sag occurs is suppressed. Moreover, since the rear end side inclined surface is located at the opening end portion of the metallic shell, the occurrence of spark penetration is suppressed.
[2]上記形態のスパークプラグにおいて、前記接地電極と前記先端延伸部との最短距離Xは、前記中心電極の先端部と前記接地電極との間の最短距離Gよりも大きくて良い。この形態のスパークプラグによれば、燻りの発生時以外に中心電極と接地電極の先端部同士の間の間隙以外の位置で火花放電が発生してしまうことが抑制される。 [2] In the spark plug of the above aspect, the shortest distance X between the ground electrode and the tip extension portion may be larger than the shortest distance G between the tip portion of the center electrode and the ground electrode. According to this form of the spark plug, it is possible to suppress the occurrence of a spark discharge at a position other than the gap between the tip portions of the center electrode and the ground electrode other than when the ringing occurs.
[3]上記形態のスパークプラグにおいて、前記接地電極は、前記主体金具の開口端部から前記軸線方向に沿って延伸している基端部を有し、前記基端部と前記先端延伸部との間の最短距離Daと、前記頂点と前記主体金具の前記開口端部との間の最短距離Dbとは、Da>Dbの関係を満たしていて良い。この形態のスパークプラグによれば、燻りが発生したときに凸部と主体金具との間以外の部位において火花放電が発生してしまうことが抑制される。 [3] In the spark plug of the above aspect, the ground electrode has a base end portion extending along the axial direction from the opening end portion of the metal shell, and the base end portion and the tip extension portion And the shortest distance Db between the apex and the opening end of the metal shell may satisfy the relationship Da> Db. According to the spark plug of this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of spark discharge at a site other than between the convex portion and the metal shell when the sag is generated.
[4]上記形態のスパークプラグにおいて、前記接地電極は、前記主体金具の開口端部から前記軸線方向に沿って延伸している基端部を有し、前記基端部は、前記主体金具の前記開口端部に固定されている後端部を有し、前記主体金具の径方向における前記後端部の厚みTaは、前記主体金具の前記開口端部における厚みTbよりも小さく、前記主体金具の前記開口端部における前記接地電極の前記後端部の固定位置は、前記基端部と前記延出部との間の最短距離Daと、前記頂点と前記主体金具の前記開口端部との間の最短距離Dbとは、Da>Dbの関係を満たすように調整されていて良い。この形態のスパークプラグによれば、接地電極の基端部と絶縁体の先端延伸部との間の最短距離Daの調整が容易化される。 [4] In the spark plug of the above aspect, the ground electrode has a base end portion extending along an axial direction from an opening end portion of the metal shell, and the base end portion is formed of the metal shell. A rear end portion fixed to the opening end portion, and a thickness Ta of the rear end portion in the radial direction of the metal shell is smaller than a thickness Tb of the opening end portion of the metal shell; The fixed position of the rear end portion of the ground electrode at the opening end portion is the shortest distance Da between the base end portion and the extending portion, and the apex and the opening end portion of the metal shell. The shortest distance Db between them may be adjusted so as to satisfy the relationship of Da> Db. According to this form of the spark plug, the adjustment of the shortest distance Da between the base end portion of the ground electrode and the distal end extending portion of the insulator is facilitated.
[5]上記形態のスパークプラグにおいて、前記凸部の頂点と前記主体金具の前記開口端部との間の前記軸線方向における距離Dcと、前記後端側傾斜面において前記絶縁体の厚みが最も小さくなる部位である斜面後端部と前記頂点との間の前記軸線方向における距離Ddと、とは、Dd>Dcの関係を満たしていて良い。この形態のスパークプラグによれば、凸部の頂点が主体金具の外部に位置しているため、燻りが発生したときの着火性の低下が抑制される。 [5] In the spark plug of the above aspect, the thickness of the insulator is the largest in the axial distance Dc between the apex of the convex portion and the opening end of the metal shell, and on the inclined surface on the rear end side. The distance Dd in the axial direction between the rear end portion of the slope, which is a smaller portion, and the apex may satisfy the relationship Dd> Dc. According to the spark plug of this embodiment, since the apex of the convex portion is located outside the metal shell, a reduction in ignitability when a sag occurs is suppressed.
[6]上記形態のスパークプラグにおいて、前記距離Dcと前記距離Ddとは、Dc>1/2・Ddの関係を満たしていて良い。この形態のスパークプラグによれば、燻りが生じたときに凸部の頂点と主体金具との間において火花放電が発生しやすくなる。 [6] In the spark plug of the above aspect, the distance Dc and the distance Dd may satisfy a relationship of Dc> 1/2 · Dd. According to this form of the spark plug, spark discharge is likely to occur between the apex of the convex portion and the metal shell when bending occurs.
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。 A plurality of constituent elements of each aspect of the present invention described above are not indispensable, and some or all of the effects described in the present specification are to be solved to solve part or all of the above-described problems. In order to achieve the above, it is possible to appropriately change, delete, replace with another new component, and partially delete the limited contents of some of the plurality of components. In order to solve part or all of the above-described problems or to achieve part or all of the effects described in this specification, technical features included in one embodiment of the present invention described above. A part or all of the technical features included in the other aspects of the present invention described above may be combined to form an independent form of the present invention.
本発明は、スパークプラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、スパークプラグを備える内燃機関や点火装置、スパークプラグに用いられる絶縁体等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms other than the spark plug. For example, it can be realized in the form of an internal combustion engine including a spark plug, an ignition device, an insulator used for the spark plug, or the like.
A.第1実施形態:
図1は、本発明の第1実施形態としてのスパークプラグ100の構成を示す概略図である。図1には、スパークプラグ100の中心軸CXが一点鎖線で図示されている。図1では、スパークプラグ100の中心軸CXより紙面左側は内部構成を示す概略断面によって図示されている。また、図1には、スパークプラグ100の中心軸CXに平行な方向(以下、「軸線方向」とも呼ぶ。)が矢印PDによって図示されている。矢印PDはスパークプラグ100の後端側(紙面上側)から先端側(紙面下側)に向かう方向を示している。スパークプラグ100の中心軸CXおよび軸線方向を示す矢印PDは、以下の説明において参照されている各図にも同様に図示されている。なお、スパークプラグ100の中心軸CXは、それを構成する中心電極10と絶縁体20と主体金具40の中心軸でもある。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a
スパークプラグ100は、内燃機関に取り付けられて、燃焼室内における燃料ガスの点火に用いられる。内燃機関に取り付けられたときには、スパークプラグ100の先端側は内燃機関の燃焼室内に配置され、後端側は燃焼室の外部に配置される。スパークプラグ100は、中心電極10と、接地電極13と、絶縁体20と、端子電極30と、主体金具40と、を備える。
The
中心電極10と接地電極13とは火花放電を発生させるための電極である。中心電極10は、中心軸CX上において、中心電極10の先端部11が外部に露出している状態で、絶縁体20を介して主体金具40に保持されている。中心電極10は、後端側に配置されている端子電極30を介して外部電源(図示は省略)に電気的に接続される。
The
接地電極13は、主体金具40に取り付けられており、主体金具40と電気的に導通している。接地電極13は、基端部13aと、先端部13bと、チップ部13cと、を有する。基端部13aは、主体金具40の先端側の開口端部42から軸線方向に沿って先端側に向かってほぼ真っ直ぐ延びている部位である。先端部13bは、基端部13aから曲がって中心電極10の先端部11に向かって延びている部位である。チップ部13cは、先端部13bにおいて中心電極10の先端部11の方向に突出している部位である。チップ部13cは省略されても良い。
The
接地電極13のチップ部13cと中心電極10の先端部11との間には、火花放電を発生させるための所定の間隙SGが設けられている。以下、間隙SGを「火花放電ギャップSG」とも呼ぶ。本実施形態のスパークプラグ100では、通常、点火の際には、火花放電ギャップSGにおいて火花放電が発生する。チップ部13cが省略されている場合には、中心電極10の先端部11と、当該先端部11に対向する接地電極13の先端部13bとの間の間隙を火花放電ギャップSGとして火花放電が発生する。
A predetermined gap SG for generating spark discharge is provided between the
絶縁体20は、筒状の形状を有しており、その中心を貫通する軸孔21を有している。絶縁体20は、例えば、アルミナや、窒化アルミニウム等のセラミック焼結体によって構成される。絶縁体20は、先端側に先端延伸部22を有している。先端延伸部22は、主体金具40の内壁面から離間した位置において延伸している部位である。本実施形態では、先端延伸部22は突起部50以外の部位の径が先端側ほど小さくなるテーパー形状を有している。
The
先端延伸部22の軸孔21内には中心電極10が収容されて保持されており、中心電極10の先端部11は絶縁体20における先端延伸部22の開口端部23から延出している。先端延伸部22の側面には局所的に突出している凸部に相当する突起部50が設けられている。突起部50は、絶縁体20の基材を砥石によって回転研磨することによって形成されている。突起部50の詳細については後述する。
The
絶縁体20は、後端側に後端延伸部25を有している。後端延伸部25は、軸線方向に延びており、主体金具40の後端側の開口端部48から延出している。後端延伸部25の軸孔21内には開口端部26から軸状の端子電極30が挿入されている。端子電極30の後端部31は、外部電源(図示は省略)に接続可能なように外部に露出している。
The
中心電極10と端子電極30とは、絶縁体20の軸孔21内において第1と第2のガラスシール材36,37に挟まれた抵抗体35を介して電気的に接続されている。これによって、火花放電発生時における電波雑音の発生を抑制される。
The
主体金具40は、中心を貫通する筒孔41を有する略円筒状の金属部材である。主体金具40は、例えば、炭素鋼によって構成される。主体金具40の筒孔41内には、先端側の開口端部42から中心電極10の先端部11と絶縁体20の先端延伸部22の一部とが延出する状態で、中心電極10及び絶縁体20が保持されている。また、主体金具40の先端側の開口端部42には接地電極13の基端部13aが溶接によって固定されている。
The
主体金具40の先端側の外周面には、内燃機関の取付孔(図示は省略)のねじ溝に螺合するねじ部43が設けられている。ねじ部43より後端側には、スパークプラグ100の内燃機関への取り付け時に工具が係合される工具係合部45が設けられている。工具係合部45の後端側には絶縁体20の後端延伸部25を加締めて固定する加締部47が設けられている。加締部47は、主体金具40の後端側の開口端部48が内側に加締められることによって形成されている。
A threaded
上述したように、絶縁体20の先端延伸部22の側面には、突起部50が設けられている。本実施形態のスパークプラグ100は、この突起部50を有していることによって、絶縁体20の先端延伸部22の表面にカーボンが堆積する、いわゆる燻りが発生してしまった場合であっても、その燻りに起因する不具合の発生が抑制されている。具体的には、以下の通りである。
As described above, the
図2は、絶縁体20の突起部50の構成を説明するための概略図である。図2の上段には、スパークプラグ100の先端部が、先端側を紙面上側とし、後段側を紙面下側として図示されている。図2の上段では、便宜上、主体金具40および接地電極13は、概略断面によって図示されている。図2の下段には、軸線方向に沿って見たときの中心電極10および絶縁体20が上段の図と対応するように図示されている。図2の下段では便宜上、接地電極13および主体金具40の輪郭線が二点鎖線によって図示されている。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the
本実施形態では、突起部50は、絶縁体20の先端延伸部22において中心軸CXに対して垂直な方向に突出している。突起部50は軸線方向に沿って見たときに中心軸CXを中心とする略円環形状を有している。突起部50は中心軸CXを通る任意の切断面において略三角断面形状を有しており、頂点51と、先端側傾斜面52と、後端側傾斜面53と、を有している(図2の上段)。頂点51は、突起部50において中心軸CXから最も離れている部位である。本実施形態では、頂点51は先端側傾斜面52と後端側傾斜面53との間の角部である。頂点51は、主体金具40の開口端部42より先端側に位置している。
In the present embodiment, the protruding
先端側傾斜面52は先端側に向いている傾斜面であり、後端側傾斜面53は後端側に向いている傾斜面である。後端側傾斜面53では、その表面と中心軸CXとの間の最短距離が後端側に向かって小さくなっている。以下では、後端側傾斜面53において絶縁体20の厚みが最も小さくなる部位を「後端側傾斜面53の下端」とも呼ぶ。後端側傾斜面53の下端は斜面後端部に相当する。後端側傾斜面53の下端は主体金具40の開口端部42よりも後端側に位置している。
The front end side inclined
ここで、先端延伸部22の表面にカーボンが堆積した場合には、中心電極10の電流が当該カーボンを介して突起部50へと流れ、突起部50の頂点51と主体金具40との間で火花放電が発生する(破線矢印LP)。この火花放電によって、燃焼室内の燃料ガスが点火されるとともに、先端延伸部22に付着しているカーボンが焼き切られて消失する。このように、突起部50は、燻りが発生したときに火花放電を発生させる副電極として機能する。
Here, when carbon is deposited on the surface of the
本実施形態の突起部50では、上述したように、突起部50の頂点51は主体金具40の開口端部42よりも先端側にあり、主体金具40の外に位置している。これによって、主体金具40の外側における離間した位置において火花放電を発生させることができるため、火花放電によって生じた火炎核が主体金具40に熱を奪われる消炎作用の影響を受けることが抑制される。また、当該火炎核の成長が主体金具40によって阻害されてしまうことが抑制される。
In the
本実施形態の突起部50では、後端側傾斜面53の下端が主体金具40の開口端部42よりも後端側に位置しており、中心軸CXに垂直な方向に見たときに、後端側傾斜面53と主体金具40の開口端部42とは重なっている。そのため、中心軸CXに垂直な方向(主体金具40の径方向)における絶縁体20の厚みは、主体金具40の開口端部42の内周縁と対向する位置において大きくなっている。
In the
主体金具40の開口端部42における内周縁の角部には、火花放電を発生させるために中心電極10に通電されたときに電界が集中する。絶縁体20の先端延伸部22では、そうした電界が集中する部位と対向する位置における厚みが突起部50によって大きくなっている。従って、主体金具40の開口端部42における電界集中に起因して中心電極10からの電流が絶縁体20を貫いて主体金具40の開口端部42に流れる火花貫通の発生が抑制され、火花貫通による絶縁体20の破壊が抑制される。
An electric field concentrates at the corner of the inner peripheral edge of the opening
本実施形態のスパークプラグ100では、絶縁体20の先端延伸部22と接地電極13の基端部13aとの間の最短距離Daは、突起部50の頂点51と接地電極13の基端部13aとの間の距離である。本実施形態のスパークプラグ100は、前記の最短距離Daが突起部50の頂点51と主体金具40の開口端部42との間の最短距離Dbよりも大きくなるように構成されている(Da>Db)。これによって、燻りが発生している場合に、火炎の成長空間が少ない先端延伸部22と接地電極13の基端部13aとの間の狭い領域において火花放電が発生してしまうことが抑制されている。
In the
ここで、中心軸CXに垂直な方向における接地電極13の基端部13aの厚みTaは、中心軸CXに垂直な方向における主体金具40の開口端部42の厚みTbよりも小さい。そのため、主体金具40の開口端部42における接地電極13の基端部13aの後端部の固定位置に相当する溶接位置MPを主体金具40の開口端部42の厚み方向において調整可能である。本実施形態のスパークプラグ100では、主体金具40の開口端部42における接地電極13の溶接位置MPを調整することによって、上記の最短距離Daが上記の最短距離Dbよりも大きくなるように調整されている。
Here, the thickness Ta of the
前記の最短距離Daは、接地電極13と絶縁体20の先端延伸部22との間の最短距離Xに相当する(X=Da)。本実施形態のスパークプラグ100では、最短距離Xは、中心電極10の先端部11と接地電極13の先端部13b(チップ部13c)との間の最短距離Gよりも大きくなるように構成されている(X>G)。従って、燻りが発生していない場合に、突起部50の頂点51と接地電極13との間において火花放電が発生してしまうことが抑制されている。なお、本実施形態では、最短距離Gは、中心電極10と接地電極13のチップ部13cとの間の最短距離である。チップ部13cが省略されている場合には、最短距離Gは、中心電極10と接地電極13の先端部13bとの間の最短距離である。
The shortest distance Da corresponds to the shortest distance X between the
前記の最短距離Dbは、接地電極13と同電位の部位と、先端延伸部22において主体金具40の外側に延出している部位との間の最短距離Yに相当する(Y=Db)。本実施形態のスパークプラグ100では、前記の最短距離Yは、中心電極10の先端部11と接地電極13の端部との間の最短距離Gよりも大きくなるように構成されている(Y>G)。従って、燻りが発生しない場合に、突起部50の頂点51と主体金具40との間において火花放電が発生してしまうことが抑制されている。
The shortest distance Db corresponds to the shortest distance Y between a portion having the same potential as that of the
図3〜図5を参照して突起部50のさらに好適な構成を説明する。図3は、突起部50に関するパラメータの表記が異なっている点以外は、図2の上段の図とほぼ同じである。以下では、突起部50の突出方向(中心軸CXに垂直な方向)における突起部50の後端側傾斜面の下端から頂点51までの距離を「突起部50の高さH」と呼ぶ。また、突起部50の頂点51と主体金具40の開口端部42との間の軸線方向における距離を「頂点オフセット距離Dc」と呼び、突起部50の頂点51と後端側傾斜面53の下端との間の軸線方向における距離を「斜面長さDd」と呼ぶ。
A more preferable configuration of the
図4は頂点オフセット距離Dcまたは斜面長さDdを変化させたときの突起部50の構成の変化を示す模式図である。図4の(A)〜(C)欄にはそれぞれスパークプラグ100における突起部50の近傍部位の概略図が示されている。図4の(A)〜(C)欄では、便宜上、接地電極13の図示が省略されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a change in the configuration of the
図4の(B)欄の突起部50は、図4の(A)欄の突起部50よりも頂点オフセット距離Dcが大きい構成を有している。頂点オフセット距離Dcが大きくなると、頂点51の位置が主体金具40の開口端部42から軸線方向の先端側に離間する。
The
図4の(C)欄の突起部50は、図4の(A)欄の突起部50よりも斜面長さDdが大きい構成を有している。突起部50の高さHが一定のまま斜面長さDdが大きくなると、後端側傾斜面53の傾斜角θが小さくなる。「後端側傾斜面53の傾斜角θ」とは、軸線方向と後端側傾斜面53との間の角度のうち、先端側の角度である。
The
図5は、突起部50と主体金具40との間での火花放電による着火性の評価結果を示す説明図である。各サンプルS1〜S11は、スパークプラグ100の試験体であり、頂点オフセット距離Dcおよび斜面長さDdが異なる点以外は、互いにほぼ同じ構成を有している。
FIG. 5 is an explanatory view showing an evaluation result of ignitability by spark discharge between the
本評価実験では、突起部50において飛火するように、各サンプルS1〜S11の絶縁体20の表面にカーボンを予め付着させた。また、各サンプルS1〜S11を燃焼チャンバーに取り付け、プロパンと空気の混合気(空燃過剰率λ=1.5)に対する着火を10回繰り返し、そのうちの失火回数を計数した。混合気の着火の状態はシュリーレン法よって観察した。
In this evaluation experiment, carbon was attached in advance to the surface of the
サンプルS9〜S11はいずれも頂点オフセット距離Dcが0であり、突起部50の頂点51は軸線方向において主体金具40の開口端部42の位置にあった。サンプルS9〜S11ではいずれも失火回数が5回以上であった。これに対して、頂点オフセット距離Dcが0より大きいサンプルS1〜S8はいずれも、失火回数が4回以下であった。このように、突起部50の頂点51が主体金具40の外に位置させることによって、突起部50から飛火するときの着火性が高められた。
In all the samples S9 to S11, the vertex offset distance Dc was 0, and the
サンプルS1〜S4では、頂点オフセット距離Dcがいずれも1であり、斜面長さDdがそれぞれ1.5〜4の範囲でサンプル番号が小さいほど小さくなっている。サンプルS1〜S4ではサンプルS1が最も高い着火性を示した。サンプルS5〜S8では、頂点オフセット距離Dcがいずれも1.5であり、斜面長さDdが2〜5の範囲でサンプル番号が小さいほど小さくなっている。サンプルS5〜S8ではサンプルS5が最も高い着火性を示した。 In the samples S1 to S4, the vertex offset distance Dc is all 1, and the slope length Dd is in the range of 1.5 to 4 and becomes smaller as the sample number is smaller. In samples S1 to S4, sample S1 showed the highest ignitability. In samples S5 to S8, the vertex offset distance Dc is 1.5, and the slope length Dd is 2 to 5 and the smaller the sample number, the smaller. In samples S5 to S8, sample S5 showed the highest ignitability.
このように、頂点オフセット距離Dcが同じである場合には、斜面長さDdが小さいほど失火回数が低減され、着火性が高くなった。サンプルS1〜S8の結果から、頂点オフセット距離Dcが同じである場合には、後端側傾斜面53は、斜面長さDdが小さく(傾斜角θが大きく)急勾配であることが望ましいことがわかる。この理由は、後端側傾斜面53の傾斜角θが小さい場合には、頂点51において飛火せず、後端側傾斜面53の途中で飛火してしまう可能性が高くなるためであると推察される。
As described above, when the vertex offset distance Dc is the same, the smaller the slope length Dd, the lower the number of misfires and the higher the ignitability. From the results of the samples S1 to S8, when the vertex offset distance Dc is the same, it is desirable that the rear end-side
斜面長さDdが同じであるサンプルS2,S5を比較すると、頂点オフセット距離Dcが大きいサンプルS5の方が高い着火性を示した。この結果から、後端側傾斜面53の傾斜角θが同じである場合には、頂点オフセット距離Dcが大きい方が望ましいことがわかる。この理由は、頂点オフセット距離Dcが大きいほど火花の発生する位置を主体金具40から離間させることができ、火炎核が成長しやすくなるためであると推察される。このように、頂点オフセット距離Dcを大きくすれば着火性を高めることができる。
When samples S2 and S5 having the same slope length Dd were compared, sample S5 having a larger vertex offset distance Dc showed higher ignitability. From this result, it is understood that when the inclination angle θ of the rear end side inclined
ここで、サンプルS1〜S8のうちで着火性が高かったサンプルS1,S5では、頂点オフセット距離Dcと斜面長さDdとが、下記の不等式(A)の関係を満たしている。これに対して、他のサンプルS2〜S4,S6〜S8では、いずれも頂点オフセット距離Dcと斜面長さDdとは下記の不等式(A)の関係を満たしていない。このように、頂点オフセット距離Dcと斜面長さDdとが下記の不等式(A)の関係を満たしているときに、着火性が高められた。従って、本実施形態のスパークプラグ100において、突起部50は、頂点オフセット距離Dcと斜面長さDdとが下記の不等式(A)の関係を満たすように調整されていることが望ましい。
Dc>1/2・Dd …(A)
Here, in samples S1 and S5 having high ignitability among samples S1 to S8, the vertex offset distance Dc and the slope length Dd satisfy the relationship of the following inequality (A). On the other hand, in the other samples S2 to S4 and S6 to S8, the vertex offset distance Dc and the slope length Dd do not satisfy the relationship of the following inequality (A). Thus, the ignitability was improved when the vertex offset distance Dc and the slope length Dd satisfy the relationship of the following inequality (A). Therefore, in the
Dc> 1/2 · Dd (A)
以上のように、本実施形態のスパークプラグ100によれば、燻りが発生した場合であっても、突起部50における火花放電によって燻りによる着火性の低下が抑制される。また、突起部50の後端側傾斜面53によって火花貫通による絶縁体20の損傷が抑制される。加えて、突起部50における火花放電によって燻りの原因であるカーボンが除去されるため、スパークプラグ100の燻りの状態が改善され、燻りによる不具合の発生が抑制される。
As described above, according to the
B.第2実施形態:
図6は、本発明の第2実施形態としてのスパークプラグ100Aの構成を示す概略図である。図6は、第1実施形態において参照された図2と同様な図であり、上段にスパークプラグ100Aの先端部が図示されており、下段に軸線方向に沿って見たときの中心電極10および絶縁体20Aが図示されている。第2実施形態のスパークプラグ100Aは、突起部50Aの構成が異なっている点以外は、第1実施形態のスパークプラグ100とほぼ同じ構成である。
B. Second embodiment:
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration of a
第2実施形態の絶縁体20Aが有する突起部50Aは、第1実施形態の突起部50に電極対向面54を設けた構成に相当する。電極対向面54は、接地電極13の基端部13aにおける中心軸CX側の面13sに対向するとともに平行な平面である。電極対向面54は、軸線方向に沿って見たときに、先端延伸部22の外周輪郭線に近接する位置に形成されている。電極対向面54は、第1実施形態の突起部50の一部を研磨して削り取ることによって形成される。第2実施形態の突起部50Aを軸線方向に沿って見ると、頂点51によって構成される外周輪郭線は接地電極13に対して開いた円弧形状を構成する。
The
第2実施形態のスパークプラグ100Aであっても、燻りが発生したときに、突起部50Aの頂点51と主体金具40の開口端部42との間で火花放電を発生させることができる。従って、燻りの発生による着火性の低下が抑制されるとともに、燻りの発生原因であるカーボンの除去が可能である。また、後端側傾斜面53が主体金具40の開口端部42に対向する位置にあるため、絶縁体20Aにおいて火花貫通が発生することが抑制されている。
Even in the
ここで、第2実施形態のスパークプラグ100Aにおいては、接地電極13の基端部13aと絶縁体20Aの先端延伸部22との間の最短距離Daは、接地電極13の基端部13aと突起部50Aの電極対向面54との間の最短距離である。第2実施形態のスパークプラグ100Aは、前記の最短距離Daが突起部50Aの頂点51と主体金具40の開口端部42との間の最短距離Dbよりも大きくなるように構成されている(Da>Db)。これによって、燻りが発生したときに、接地電極13の基端部13aと電極対向面54との間の狭い領域において火花放電が発生してしまうことが抑制されている。
Here, in the
また、最短距離Daは、接地電極13と絶縁体20Aの先端延伸部22との間の最短距離Xに相当する(X=Da)。第2実施形態のスパークプラグ100は、最短距離Xが中心電極10の先端部11と接地電極13の端部との間の最短距離Gよりも大きくなるように構成されている(X>G)。従って、燻りが発生していない場合に、接地電極13と先端延伸部22との間において火花放電が発生してしまうことが抑制されている。なお、第2実施形態のスパークプラグ100Aでは、突起部50Aに電極対向面54が設けられているため、最短距離Da(最短距離X)を上記の最短距離Db,Gよりも大きく設定することが容易である。
Further, the shortest distance Da corresponds to the shortest distance X between the
第2実施形態のスパークプラグ100は、前記の最短距離Dbが前記の最短距離Gよりも大きくなるように構成されている。最短距離Dbは、第1実施形態で説明した最短距離Yに相当する。この構成によって、第1実施形態のスパークプラグ100と同様に、燻りが発生していない場合に先端延伸部22と主体金具40との間において火花放電が発生してしまうことが抑制されている。
The
以上のように、第2実施形態のスパークプラグ100Aであっても、第1実施形態と同様な効果を奏することができる。また、第2実施形態のスパークプラグ100Aであれば、突起部50Aが電極対向面54を有していることによって、接地電極13の基端部13aと絶縁体20Bの先端延伸部22との間の最短距離Xの確保が容易である。なお、第2実施形態のスパークプラグ100Aにおいても第1実施形態で説明した不等式(A)の関係が満たされるように突起部50Aを構成することによって着火性を確保することが可能である。
As described above, even the
C.第3実施形態:
図7は、本発明の第3実施形態としてのスパークプラグ100Bの構成を示す概略図である。図7は第2実施形態において参照された図6と同様な図である。図7の下段には、接地電極13の先端部13bの延伸方向を示す矢印DDが図示されている。「接地電極13の先端部13bの延伸方向」とは、軸線方向に沿って見たときに先端部13bが延びている方向であり、接地電極13の基端部13aからチップ部13cに向かう方向である。
C. Third embodiment:
FIG. 7 is a schematic view showing a configuration of a
第3実施形態のスパークプラグ100Bは、突起部50Bの構成が異なっている点以外は、第2実施形態のスパークプラグ100A(図6)とほぼ同じである。第3実施形態の絶縁体20Bが有する突起部50Bは、中心軸CXに垂直に交わる方向に局所的に突出している略三角断面形状を有しており、略庇状(略鍔状)に構成されている。
The
突起部50Bは、軸線方向に沿って見たときに円環形状を有しており、その中心CPが、スパークプラグ100Bの中心軸CXから接地電極13の先端部13bの延伸方向にオフセットされた位置にある。第3実施形態の突起部50Bでは、先端側傾斜面52と後端側傾斜面53との間の角部のうち、中心軸CXと突起部50Bの中心CPとを結ぶ仮想直線VLと突起部50Bの外周輪郭線との交点にあたる部位が頂点51である。
The
第3実施形態のスパークプラグ100Bは、突起部50Bと接地電極13の基端部13aとの間の最短距離Daが突起部50Bの頂点51と主体金具40との間の最短距離Dbよりも大きくなるように構成されている(Da>Db)。また、2つの最短距離Da,Db(それぞれ最短距離X,Yに相当する)がいずれも、中心電極10の先端部11と接地電極13のチップ部13cとの間の最短距離Gよりも大きくなるように構成されている(X,Y>G)。
In the
第3実施形態のスパークプラグ100Aであれば、突起部50Aの頂点51が接地電極13の基端部13aとは中心軸CXを挟んで反対側の離間した位置にあるため、燻りが発生しているときの着火性がさらに高められる。また、突起部50Bの頂点51が一点であるため、火花放電が発生する箇所が限定され、より安定した着火性を得ることができる。この他にも、第3実施形態のスパークプラグ100Bであれば、第1実施形態のスパークプラグ100および第2実施形態のスパークプラグ100Aと同様な効果を得ることができる。なお、第2実施形態のスパークプラグ100Bにおいても第1実施形態で説明した不等式(A)の関係が満たされるように突起部50Bを構成することによって着火性を確保することが可能である。
In the
D.変形例:
D1.変形例1:
上記の各実施形態では、絶縁体20,20A,20Bには凸部として1つの突起部50,50A,50Bが設けられている。これに対して、絶縁体20,20A,20Bには、突起部50,50A,50Bより先端側にさらに1つ以上の凸部が設けられても良い。このような構成であっても、上記の各実施形態と同様な効果を得ることができる。
D. Variation:
D1. Modification 1:
In each of the above embodiments, the
D2.変形例2:
上記の各実施形態では、凸部としての突起部50,50A,50Bは、スパークプラグ100,100A,100Bの中心軸CXに垂直に交わる方向に突出している。これに対して、絶縁体20,20A,20Bの凸部は、中心軸CXに垂直に交わる方向に突出していなくても良い。凸部は、中心軸CXに交わる方向に突出していれば良く、軸線方向の先端側に傾斜した方向や後端側に傾斜した方向に突出していても良い。
D2. Modification 2:
In each of the embodiments described above, the
D3.変形例3:
上記の各実施形態では、凸部としての突起部50,50A,50Bは、略庇状に構成されている。これに対して、絶縁体20,20A,20Bの凸部は、略庇状以外の形状で構成されていても良い。凸部は、柱状の形状を有していても良いし、半球状の形状を有していても良い。凸部は、局所的に突出した形状を有していれば良い。
D3. Modification 3:
In each of the embodiments described above, the
D4.変形例4:
上記の各実施形態のスパークプラグ100,100A,100Bは、接地電極13と絶縁体20,20A,20Bの先端延伸部22との間の最短距離Xが中心電極10の先端部11と接地電極13の端部との間の最短距離Gよりも大きくなるように構成されている(X>G)。これに対して、各実施形態のスパークプラグ100,100A,100Bは、最短距離Xが最短距離G以下となるように構成されていても良い(X≦G)。
D4. Modification 4:
In the spark plugs 100, 100A, 100B of the above-described embodiments, the shortest distance X between the
D5.変形例5:
上記の各実施形態では、接地電極13の基端部13aと絶縁体20,20A,20Bの先端延伸部22との間の最短距離Daと、突起部50,50Aの頂点51と主体金具40の開口端部42との間の最短距離Dbとは、Da>Dbの関係を満たしている。これに対して、前記の最短距離Daと前記の最短距離Dbとは、Da>Dbの関係を満たしていなくても良く、Da≦Dbの関係を有していても良い。
D5. Modification 5:
In each of the above embodiments, the shortest distance Da between the
D6.変形例6:
上記の各実施形態では、接地電極13の基端部13aと絶縁体20,20A,20Bの先端延伸部22との間の最短距離Daは、主体金具40の開口端部42における接地電極13の溶接位置MPによって調整されている。これに対して、接地電極13の基端部13aと絶縁体20,20A,20Bの先端延伸部22との間の最短距離Daは、主体金具40の開口端部42における溶接位置MPによって調整されなくても良い。接地電極13の基端部13aと絶縁体20,20A,20Bの先端延伸部22との間の最短距離Daは、例えば、接地電極13の基端部13aの厚みによって調整されても良いし、主体金具40の開口端部42における開口径によって調整されても良い。
D6. Modification 6:
In each of the embodiments described above, the shortest distance Da between the
D7.変形例7:
上記の各実施形態の突起部50,50A,50Bでは、後端側傾斜面53の表面は平面によって構成されている。これに対して、後端側傾斜面53の表面は平面でなくても良い。後端側傾斜面53の表面は曲面によって構成されても良いし、凹凸が形成されていても良い。後端側傾斜面53は複数の傾斜角を有する斜面が組み合わされて形成されていても良い。
D7. Modification 7:
In the
D8.変形例8:
上記の各実施形態の突起部50,50A,50Bは絶縁体20,20A,20Bに対して一体的に形成されている。これに対して突起部50,50A,50Bは絶縁体20,20A,20Bとは別の絶縁部材を先端延伸部22に接合することによって別体として形成されても良い。
D8. Modification 8:
The
D9.変形例9:
上記の第3実施形態の突起部50Bは、第2実施形態の突起部50Aのような電極対向面54を有していない。これに対して、上記の第3実施形態の突起部50Bは、第1実施形態の突起部50Aと同様に電極対向面54が設けられても良い。この構成であれば、接地電極13と突起部50Bとの間で火花放電が発生してしまうことがさらに抑制される。
D9. Modification 9:
The
B10.変形例10:
上記の各実施形態の絶縁体20,20A,20Bの先端延伸部22は先端側ほど縮径する略テーパー形状を有している。これに対して、絶縁体20,20A,20Bの先端延伸部22は、他の形状を有していても良い。例えば、先端延伸部22は、先端側が略テーパー形状に構成され、後端側がほぼ同一の径のまま延伸している形状で構成されていても良い。あるいは、先端延伸部22は、後端側がテーパー形状に構成され、先端側においてほぼ同一形のまま延伸している形状で構成されても良い。また、先端延伸部22は先端側と後端側に形成されたほぼ同一径のまま延びている部位にテーパー形状の部位が中央において挟まれている構成であっても良い。突起部50,50A,50Bは先端延伸部22の同一径のまま延伸している部位に形成されていても良い。
B10. Modification 10:
The distal
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10…中心電極
11…先端部
13…接地電極
13a…基端部
13b…先端部
13c…チップ部
13s…面
20,20A,20B…絶縁体
21…軸孔
22…先端延伸部
23…開口端部
25…後端延伸部
26…開口端部
30…端子電極
31…後端部
35…抵抗体
36,37…ガラスシール材
40…主体金具
41…筒孔
42…開口端部
43…ねじ部
45…工具係合部
47…加締部
48…開口端部
50,50A,50B…突起部
51…頂点
52…先端側傾斜面
53…後端側傾斜面
54…電極対向面
100,100A,100B…スパークプラグ
CX…中心軸
MP…溶接位置
SG…火花放電ギャップ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記中心電極の先端部が外部に延出した状態で前記中心電極を収容する筒状の絶縁体と、
前記絶縁体を収容し、前記中心電極の先端部と前記絶縁体の先端部とが延出している開口端部を有する主体金具と、
前記中心電極の先端部に対して所定の間隙を有して配置される先端部を有し、前記主体金具の開口端部に少なくとも電気的に接続されている接地電極と、
を備え、
前記絶縁体は、先端側において前記軸線方向に延びている先端延伸部に、前記軸線方向に交わる方向に局所的に突出し、前記絶縁体の中心軸から最も離れている部位である頂点が前記主体金具の外に配置されている少なくとも1つの凸部を有し、
前記凸部は、前記軸線方向における後端側に向いている傾斜面である後端側傾斜面を有し、
前記中心軸に垂直な方向に見たときに、前記後端側傾斜面と前記開口端部とは重なる、スパークプラグ。 A central electrode extending in the axial direction;
A cylindrical insulator that houses the center electrode in a state in which the tip of the center electrode extends to the outside;
A metal shell containing the insulator, and having an open end extending from the tip of the center electrode and the tip of the insulator;
A ground electrode having a tip portion disposed with a predetermined gap with respect to the tip portion of the center electrode, and being at least electrically connected to the opening end portion of the metal shell;
With
The insulator locally protrudes in a direction extending in the axial direction at a distal end extending portion extending in the axial direction on the distal end side, and a vertex that is a part farthest from a central axis of the insulator is the main body Having at least one convex portion arranged outside the metal fitting,
The convex portion has a rear end side inclined surface that is an inclined surface facing the rear end side in the axial direction,
The spark plug, wherein the rear end side inclined surface and the opening end portion overlap each other when viewed in a direction perpendicular to the central axis.
前記接地電極と前記先端延伸部との最短距離Xは、前記中心電極の先端部と前記接地電極との間の最短距離Gよりも大きい、スパークプラグ。 The spark plug according to claim 1, wherein
A spark plug in which a shortest distance X between the ground electrode and the tip extension portion is larger than a shortest distance G between the tip portion of the center electrode and the ground electrode.
前記接地電極は、前記主体金具の開口端部から前記軸線方向に沿って延伸している基端部を有し、
前記基端部と前記先端延伸部との間の最短距離Daと、前記頂点と前記主体金具の前記開口端部との間の最短距離Dbとは、Da>Dbの関係を満たしている、スパークプラグ。 The spark plug according to claim 1 or 2,
The ground electrode has a base end extending along the axial direction from the opening end of the metal shell,
The shortest distance Da between the base end portion and the distal end extending portion and the shortest distance Db between the apex and the opening end portion of the metal shell satisfy a relationship of Da> Db. plug.
前記接地電極は、前記主体金具の開口端部から前記軸線方向に沿って延伸している基端部を有し、
前記基端部は、前記主体金具の前記開口端部に固定されている後端部を有し、
前記主体金具の径方向における前記後端部の厚みTaは、前記主体金具の前記開口端部における厚みTbよりも小さく、
前記主体金具の前記開口端部における前記接地電極の前記後端部の固定位置は、前記基端部と前記先端延伸部との間の最短距離Daと前記頂点と前記主体金具の前記開口端部との間の最短距離DbとがDa>Dbの関係を満たすように調整されている、スパークプラグ。 The spark plug according to any one of claims 1 to 3,
The ground electrode has a base end extending along the axial direction from the opening end of the metal shell,
The base end portion has a rear end portion fixed to the opening end portion of the metal shell,
The thickness Ta of the rear end portion in the radial direction of the metal shell is smaller than the thickness Tb of the opening end portion of the metal shell,
The fixing position of the rear end portion of the ground electrode at the opening end portion of the metal shell is the shortest distance Da between the base end portion and the tip extending portion, the apex, and the opening end portion of the metal shell. The spark plug is adjusted so that the shortest distance Db between the two and the second electrode satisfies a relationship of Da> Db.
前記凸部の頂点と前記主体金具の前記開口端部との間の前記軸線方向における距離Dcと、前記後端側傾斜面において前記絶縁体の厚みが最も小さくなる部位である斜面後端部と前記頂点との間の前記軸線方向における距離Ddとは、Dc<Ddの関係を満たしている、スパークプラグ。 The spark plug according to any one of claims 1 to 4, wherein
A distance Dc in the axial direction between the apex of the convex portion and the opening end of the metal shell, and a rear end of the slope which is a portion where the thickness of the insulator is smallest on the rear end inclined surface A spark plug satisfying a relationship of Dc <Dd with a distance Dd in the axial direction from the apex.
前記距離Dcと前記距離Ddとは、Dc>1/2・Ddの関係を満たしている、スパークプラグ。 The spark plug according to claim 5, wherein
The spark plug, wherein the distance Dc and the distance Dd satisfy a relationship of Dc> 1/2 · Dd.
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Cited By (4)
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US10424901B2 (en) | 2016-06-27 | 2019-09-24 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
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- 2014-06-19 JP JP2014125869A patent/JP2016004730A/en active Pending
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