JP2023092771A - 内燃機関及びスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングとプラグカバーとの安定した固定状態を確保しつつ、生産性を向上させることができる、内燃機関及びスパークプラグを提供すること。【解決手段】スパークプラグ１を有する内燃機関１０。スパークプラグ１は、筒状のハウジング２と、放電ギャップＧが配される副燃焼室５０を覆うようハウジング２の先端部に設けられたプラグカバー５と、を有する。プラグカバー５は、基端部に、外周側へ張り出した基端張出部５５を有する。ハウジング２は、先端部に、プラグカバー５の基端部を固定するカバー固定部２５を有する。カバー固定部２５は、プラグカバー５の基端面５６が当接する当接面２６と、基端張出部５５を外周側及び先端側から覆う先端突出部２７とを有する。カバー固定部２５は、内燃機関１０のプラグホール８１の先端開口端８１１よりも基端側に配されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関及びスパークプラグに関する。

副燃焼室を備えたスパークプラグが、例えば特許文献１に開示されている。かかるスパークプラグにおいては、プラグカバーがハウジングに溶接されている。そして、ハウジングに対するプラグカバーの安定した固定状態を確保すべく、溶接は、プラグ周方向の全周にわたって行われる。

特開２０２０－１８４４３３号公報

しかしながら、全周にわたってプラグカバーをハウジングに溶接する工程には、時間を要することとなる。それゆえ、スパークプラグの生産性の観点において改善の余地があるといえる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ハウジングとプラグカバーとの安定した固定状態を確保しつつ、生産性を向上させることができる、内燃機関及びスパークプラグを提供しようとするものである。

本発明の第１の態様は、スパークプラグ（１）を有する内燃機関（１０）であって、
上記スパークプラグは、
筒状のハウジング（２）と、
放電ギャップ（Ｇ）が配される副燃焼室（５０）を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、を有し、
上記プラグカバーは、基端部に、外周側へ張り出した基端張出部（５５）を有し、
上記ハウジングは、先端部に、上記プラグカバーの基端部を固定するカバー固定部（２５）を有し、
該カバー固定部は、上記プラグカバーの基端面が当接する当接面（２６）と、上記基端張出部を外周側及び先端側から覆う先端突出部（２７）とを有し、
上記カバー固定部は、上記内燃機関のプラグホール（８１）の先端開口端（８１１）よりも基端側に配されている、内燃機関にある。

本発明の第２の態様は、筒状のハウジング（２）と、
放電ギャップ（Ｇ）が配される副燃焼室（５０）を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、を有するスパークプラグ（１）であって、
上記プラグカバーは、基端部に、外周側へ張り出した基端張出部（５５）を有し、
上記ハウジングは、先端部に、上記プラグカバーの基端部を固定するカバー固定部（２５）を有し、
該カバー固定部は、上記プラグカバーの基端面が当接する当接面（２６）と、上記基端張出部を外周側及び先端側から覆う先端突出部（２７）とを有し、
上記カバー固定部の上記当接面及び上記プラグカバーの基端面は、プラグ径方向の内側へ向かうほど、プラグ軸方向（Ｚ）の先端側へ向かうように傾斜している、スパークプラグにある。

上記第１の態様にかかる内燃機関において、上記ハウジングは上記カバー固定部を有し、該カバー固定部は、上記当接面と上記先端突出部とを有する。これにより、特に全周にわたって溶接等を行うことなく、ハウジングにプラグカバーを固定することができる。それゆえ、スパークプラグの生産性を向上させることができる。

また、上記カバー固定部は、内燃機関のプラグホールの先端開口端よりも基端側に配されている。これにより、カバー固定部の過度な温度上昇を抑制することができる。それゆえ、ハウジングの先端突出部の強度低下を抑制し、安定した固定状態を確保することができる。

また、上記第２の態様にかかるスパークプラグにおいて、上記ハウジングは上記カバー固定部を有し、該カバー固定部は、上記当接面と上記先端突出部とを有する。これにより、特に全周にわたって溶接等を行うことなく、ハウジングにプラグカバーを固定することができる。それゆえ、スパークプラグの生産性を向上させることができる。

また、カバー固定部の当接面及び上記プラグカバーの基端面は、プラグ径方向の内側へ向かうほど、プラグ軸方向の先端側へ向かうように傾斜している。これにより、カバー固定部によるプラグカバーの基端部の固定をより強固に行うことができる。その結果、ハウジングとプラグカバーとの安定した固定状態を確保することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、ハウジングとプラグカバーとの安定した固定状態を確保しつつ、生産性を向上させることができる、内燃機関及びスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、内燃機関の断面説明図であって、図３のＩ－Ｉ線矢視断面相当の図。 実施形態１における、スパークプラグの断面説明図であって、図３のII－II線矢視断面図。 図１のIII－III線矢視断面相当のスパークプラグの断面図。 実施形態１における、ハウジングにプラグカバーを組み付ける直前の状態の断面説明図。 実施形態１における、ハウジングのカバー固定部によってプラグカバーの基端部をかしめる直前の状態の断面説明図。 実施形態２における、スパークプラグの断面説明図。 実施形態３における、スパークプラグの断面説明図。 実施形態４における、スパークプラグの断面説明図。

（実施形態１）
内燃機関に係る実施形態について、図１～図５を参照して説明する。
本形態の内燃機関１０は、図１に示すごとく、スパークプラグ１を有する内燃機関である。

スパークプラグ１は、筒状のハウジング２と、プラグカバー５と、を有する。プラグカバー５は、放電ギャップＧが配される副燃焼室５０を覆うようハウジング２の先端部に設けられている。プラグカバー５は、基端部に、外周側へ張り出した基端張出部５５を有する。ハウジング２は、先端部に、プラグカバー５の基端部を固定するカバー固定部２５を有する。

カバー固定部２５は、プラグカバー５の基端面５６が当接する当接面２６と、基端張出部５５を外周側及び先端側から覆う先端突出部２７とを有する。
カバー固定部２５は、内燃機関１０のプラグホール８１の先端開口端８１１よりも基端側に配されている。

スパークプラグ１は、例えば、自動車、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。スパークプラグ１のプラグ軸方向Ｚの一端が、内燃機関１０の主燃焼室１０１に配置される。プラグ軸方向Ｚにおいて、主燃焼室１０１に露出する側を先端側、その反対側を基端側というものとする。また、スパークプラグ１の中心軸（すなわちプラグ中心軸）に直交する方向を、プラグ径方向というものとする。また、プラグ中心軸を中心とした円周に沿った方向をプラグ周方向というものとする。

図１、図２に示すごとく、スパークプラグ１は、ハウジング２の内周側に、筒状の絶縁碍子３と、絶縁碍子３の内周側に保持された中心電極４と、を有する。中心電極４は、絶縁碍子３から先端側に突出している。また、スパークプラグ１は、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する接地電極６を有する。接地電極６は、その一端である固定端部６１が、ハウジング２の先端部に、溶接等によって固定されている。

図１～図３に示すごとく、プラグカバー５は、複数の噴孔５１を有する。プラグカバー５は略カップ形状を有し、その開放端側が、プラグ軸方向Ｚの基端側となる。そして、プラグカバー５は、開放端に沿うように、円筒形状の周壁部５３を有する。この周壁部５３の基端部（すなわち開放端側の部位）に、外周側へ張り出した基端張出部５５が形成されている。

基端張出部５５は、プラグカバー５の基端部の全周にわたって形成されている。そして、カバー固定部２５は、ハウジング２の先端部の全周にわたって形成されている。

基端張出部５５の基端側の面は、プラグカバー５の基端面５６の一部となっている。本形態において、プラグカバー５の基端面５６は、プラグ軸方向Ｚに直交する平坦面となっている。基端張出部５５の先端側面５５２は、プラグ径方向の内側へ向かうにつれてプラグ軸方向Ｚの先端側へ向かうようなテーパ面となっている。

ハウジング２のカバー固定部２５は、プラグカバー５の基端面５６と当接する当接面２６を有する。本形態において、当接面２６は、プラグ軸方向Ｚに直交する平坦面となっている。カバー固定部２５の先端突出部２７は、当接面２６の外周側から、プラグ軸方向Ｚの先端側へ突出している。当接面２６も、先端突出部２７も、プラグ周方向の全周にわたって形成されている。

先端突出部２７は、基端張出部５５の外周面５５１と先端側面５５２とに接触した状態に設けられている。先端突出部２７は、基端張出部５５を、外周側と斜め先端側とからかしめた状態にて、屈曲している。

プラグカバー５は、ハウジング２よりも、線膨張係数が大きい。本形態において、プラグカバー５は、ニッケル又はニッケルを主成分とする合金からなる。また、ハウジング２は、鉄を主成分とする合金からなる。より具体的には、プラグカバー５は、例えば、ニッケル合金からなる。ハウジング２は、例えば低炭素鋼からなる。また、接地電極６は、例えば、ニッケル合金からなる。

ハウジング２は、外周面に、取付ネジ部２３を有する。この取付ネジ部２３を、内燃機関１０のプラグホール８１に形成された雌ネジ部８２に螺合することで、図１に示すごとく、スパークプラグ１が内燃機関１０に取り付けられる。

次に、本形態のスパークプラグ１を製造する方法につき、説明する。
図４に示すごとく、先端部に屈曲変形前のカバー固定部２５を設けたハウジング２を用意する。すなわち、この段階においては、カバー固定部２５の先端突出部２７は、プラグ軸方向Ｚに平行に、円筒状に突出している。また、ハウジング２の内側に、中心電極４、絶縁碍子３、及び接地電極６を組み付けたサブアッシーを用意する。接地電極６は、その固定端部６１を、ハウジング２の先端部に、レーザ溶接等によって接合される。

次いで、ハウジング２に、プラグカバー５を取り付ける。すなわち、図４、図５に示すごとく、ハウジング２のカバー固定部２５の先端突出部２７の内周側に、プラグカバー５の基端部を、挿入する。そして、プラグカバー５の基端面５６を、ハウジング２の当接面２６に当接させる。

この状態から、ハウジング２の先端突出部２７を内側へ曲げ加工することにより、図１、図２に示すごとく、プラグカバー５の基端部が、基端張出部５５と共にかしめられる。このとき、プラグカバー５の基端面５６がハウジング２の当接面２６に圧接し、ハウジング２の先端突出部２７が、基端張出部５５の外周面５５１及び先端側面５５２に圧接した状態となる。これにより、ハウジング２のカバー固定部２５がプラグカバー５の基端部を固定した状態が得られる。

なお、この状態から、更にハウジング２とプラグカバー５との間の固定状態を向上させるために、レーザ溶接等の溶接を行ってもよい。ただし、溶接は、プラグ周方向の全周にわたって行う必要はなく、例えば、９０°間隔にて４ヵ所に溶接を行うなど、一部の箇所のみに溶接を施すことができる。

このようにして、図１～図３に示すスパークプラグ１を得ることができる。
そして、かかるスパークプラグ１を、図１に示すごとく、内燃機関１０のプラグホール８１に装着することで、本形態の内燃機関１０を得ることができる。

プラグホール８１にスパークプラグ１を装着するにあたっては、ハウジング２の外周面に設けられた取付ネジ部２３をプラグホール８１の内周面に形成された雌ネジ部８２に螺合する。そして、プラグホール８１における主燃焼室１０１側の開口端、すなわち先端開口端８１１よりも、スパークプラグ１のカバー固定部２５がプラグ軸方向Ｚの基端側に配置された状態となるようにする。より具体的には、カバー固定部２５とプラグカバー５とが圧接している部位のうち最も先端側の部位が、先端開口端８１１よりも基端側に配されている。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関１０において、ハウジング２はカバー固定部２５を有し、カバー固定部２５は、当接面２６と先端突出部２７とを有する。これにより、特に全周にわたって溶接等を行うことなく、ハウジング２にプラグカバー５を固定することができる。それゆえ、スパークプラグ１の生産性を向上させることができる。

すなわち、上述のように、先端突出部２７を曲げ加工して、プラグカバー５の基端張出部５５をかしめることにより、プラグカバー５をハウジング２に固定することができる。それゆえ、特にプラグ周方向の全周にわたる溶接を行うことなく、プラグカバー５をハウジング２に固定することができる。その結果、スパークプラグ１を生産性良く製造することができる。ひいては、内燃機関１０の生産性を向上させることができる。

また、カバー固定部２５は、内燃機関１０のプラグホール８１の先端開口端８１１よりも基端側に配されている。これにより、カバー固定部２５の過度な温度上昇を抑制することができる。それゆえ、カバー固定部２５の強度低下を抑制することができる。また、カバー固定部２５における過度な熱応力が生じることを抑制することができる。特に、プラグ周方向における引張応力が先端突出部２７に過度に作用することを抑制することができる。そのため、ハウジング２の先端突出部２７の強度低下を抑制し、安定した固定状態を確保することができる。

プラグカバー５は、ハウジング２よりも、線膨張係数が大きい。スパークプラグ１の使用環境は、高温環境であり、プラグカバー５もハウジング２も、組立て時の状態に対して熱膨張することとなる。ここで、プラグカバー５の線膨張係数がハウジング２の線膨張係数よりも大きいため、スパークプラグ１の使用時には、ハウジング２よりもプラグカバー５の方がより大きく熱膨張する。そうすると、カバー固定部２５において、プラグカバー５とハウジング２との圧接力が強くなる。したがって、両者の嵌合強度を、使用時において、組付け時よりも強くすることができ、耐振動性等を向上させることができる。また、プラグカバー５の放熱性も向上することとなるため、スパークプラグ１の使用時におけるプラグカバー５の温度上昇も、より抑制しやすくなる。

また、基端張出部５５は、プラグカバー５の基端部の全周にわたって形成されている。そして、カバー固定部２５は、ハウジング２の先端部の全周にわたって形成されている。これにより、ハウジング２とプラグカバー５との嵌合強度の向上、プラグカバー５の放熱性のさらなる向上をも、実現することができる。また、ハウジング２へのプラグカバー５の組付け時におけるプラグ周方向の位置合わせを不要とすることができる。それゆえ、スパークプラグ１の製造を、より一層容易にすることができる。

以上のごとく、本形態によれば、ハウジングとプラグカバーとの安定した固定状態を確保しつつ、生産性を向上させることができる、内燃機関及びスパークプラグを提供することができる。

（実施形態２）
本形態は、図６に示すごとく、カバー固定部２５の当接面２６及びプラグカバー５の基端面５６を傾斜面とした形態である。
すなわち、当接面２６及び基端面５６が、プラグ径方向の内側へ向かうほど、プラグ軸方向Ｚの先端側へ向かうように傾斜している。

プラグ軸方向Ｚに対する当接面２６及び基端面５６の傾斜角度は、例えば５０～７０°程度とすることができる。
その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態の場合、ハウジング２のカバー固定部２５がプラグカバー５の基端張出部５５をかしめる際、先端突出部２７から基端張出部５５に作用する力の方向を、当接面２６法線方向に近付けやすい。これにより、カバー固定部２５によるプラグカバー５の固定強度を向上させることができる。

また、当接面２６と基端面５６との圧接力が高くなりやすいため、プラグカバー５とハウジング２との間の熱抵抗を低減することができる。その結果、プラグカバー５の温度上昇を抑制することができる。また、当接面２６及び基端面５６の面積が大きくなりやすいため、かかる観点からも、プラグカバー５の放熱性を向上させることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本形態は、図７に示すごとく、中心電極４とプラグカバー５との間に放電ギャップＧを設けた形態である。
すなわち、本形態においては、スパークプラグ１が、プラグカバー５とは別部材としての接地電極を設けていない。ただし、中心電極４の先端部を、プラグカバー５の一部に近接させることで、当該プラグカバー５の一部と中心電極４の先端部との間に、放電ギャップＧを形成している。当該プラグカバー５の一部が、接地電極６として機能することとなる。

なお、本形態においては、中心電極４の先端部を、プラグカバー５の底壁部５２の内面に対向配置させている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合には、接地電極６を別部材として配設する必要がないため、部品点数の低減、組付け工数の低減を図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
本形態も、図８に示すごとく、中心電極４とプラグカバー５との間に放電ギャップＧを設けた形態である。
本形態においては、プラグカバー５の一部を副燃焼室５０側へ隆起させた隆起部５４を設けてある。隆起部５４は、プラグカバー５の底壁部５２から、プラグ軸方向Ｚの基端側へ隆起している。そして、中心電極４の先端部を、隆起部５４の基端部に対向させている。この中心電極４の先端部と隆起部５４の基端部との間に、放電ギャップＧが形成されている。本形態の場合、隆起部５４が接地電極６として機能する。
その他は、実施形態３と同様である。

本形態の場合には、放電ギャップＧを底壁部５２から離隔させることができるため、着火性の観点で、実施形態３よりも有利である。
その他、実施形態３と同様の作用効果を有する。

上記実施形態においては、基端張出部５５を、プラグカバー５の基端部の全周にわたって形成し、カバー固定部２５を、ハウジング２の先端部の全周にわたって形成した形態を示した。しかし、基端張出部を、プラグカバーの基端部における、プラグ周方向の一部にのみ形成した形態とすることもできる。この場合、基端張出部は、プラグ周方向の複数個所（好ましくは、３ヶ所以上）に設けることとなる。また、カバー固定部を、ハウジングの先端部における、プラグ周方向の一部にのみに形成した形態とすることもできる。この場合、カバー固定部は、プラグ周方向の複数個所（好ましくは、３ヶ所以上）に設けることとなる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１…スパークプラグ、１０…内燃機関、２…ハウジング、２５…カバー固定部、２６…当接面、２７…先端突出部、５…プラグカバー、５０…副燃焼室、５５…基端張出部、５６…基端面、Ｇ…放電ギャップ、８１…プラグホール、８１１…先端開口端

Claims (7)

1. スパークプラグ（１）を有する内燃機関（１０）であって、
   上記スパークプラグは、
   筒状のハウジング（２）と、
   放電ギャップ（Ｇ）が配される副燃焼室（５０）を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、を有し、
   上記プラグカバーは、基端部に、外周側へ張り出した基端張出部（５５）を有し、
   上記ハウジングは、先端部に、上記プラグカバーの基端部を固定するカバー固定部（２５）を有し、
   該カバー固定部は、上記プラグカバーの基端面（５６）が当接する当接面（２６）と、上記基端張出部を外周側及び先端側から覆う先端突出部（２７）とを有し、
   上記カバー固定部は、上記内燃機関のプラグホール（８１）の先端開口端（８１１）よりも基端側に配されている、内燃機関。
2. 上記基端張出部は、上記プラグカバーの基端部の全周にわたって形成され、上記カバー固定部は、上記ハウジングの先端部の全周にわたって形成されている、請求項１に記載の内燃機関。
3. 上記プラグカバーは、上記ハウジングよりも、線膨張係数が大きい、請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 上記カバー固定部の上記当接面及び上記プラグカバーの基端面は、プラグ径方向の内側へ向かうほど、プラグ軸方向（Ｚ）の先端側へ向かうように傾斜している、請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 筒状のハウジング（２）と、
   放電ギャップ（Ｇ）が配される副燃焼室（５０）を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、を有するスパークプラグ（１）であって、
   上記プラグカバーは、基端部に、外周側へ張り出した基端張出部（５５）を有し、
   上記ハウジングは、先端部に、上記プラグカバーの基端部を固定するカバー固定部（２５）を有し、
   該カバー固定部は、上記プラグカバーの基端面（５６）が当接する当接面（２６）と、上記基端張出部を外周側及び先端側から覆う先端突出部（２７）とを有し、
   上記カバー固定部の上記当接面及び上記プラグカバーの基端面は、プラグ径方向の内側へ向かうほど、プラグ軸方向（Ｚ）の先端側へ向かうように傾斜している、スパークプラグ。
6. 上記基端張出部は、上記プラグカバーの基端部の全周にわたって形成され、上記カバー固定部は、上記ハウジングの先端部の全周にわたって形成されている、請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 上記プラグカバーは、上記ハウジングよりも、線膨張係数が大きい、請求項５又は６に記載のスパークプラグ。
   

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