JP2023108915A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】プラグカバーの過熱を抑制しやすい内燃機関用のスパークプラグを提供すること。【解決手段】絶縁碍子３と中心電極４とハウジング２と接地電極６とプラグカバー５とを有する内燃機関用のスパークプラグ１。プラグカバー５の基端部は、ハウジング２の先端部に接合されている。プラグカバー５の基端部の内周側における、ハウジング２の先端部には、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜した先端テーパ面２１が形成されている。接地電極６は、先端テーパ面２１に固定される固定端部６１と、固定端部６１から先端テーパ面２１の法線方向に延設された延設部６２と、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する対向部６３とを有する。放電ギャップＧは、接地電極６の対向部６３と中心電極４の先端部とが、プラグ軸方向Ｚに対向した部分に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用の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。特許文献1に開示されたスパークプラグは、ハウジングの先端部に接地電極が接合されている。そして、ハウジングと接地電極との接合部の外周側において、プラグカバーがハウジングに固定されている。

特開２０１７－１０３１７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグは、ハウジングと接合されるプラグカバーの基端部の厚みが薄い。それゆえ、プラグカバーからハウジングへの放熱経路の断面積が小さくなり、プラグカバーの過熱を招きやすい。また、プラグカバーの内周側に、ハウジングと接地電極との接合部が配されている。そのため、プラグカバーの基端部の厚みを厚くし難い。それゆえ、プラグカバーの過熱を防ぎにくい、という課題が残る。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、プラグカバーの過熱を抑制しやすい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。

本発明の一態様は、筒状の絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に露出した中心電極（４）と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング（２）と、
上記中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（６）と、
上記放電ギャップ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、を有する内燃機関用のスパークプラグ（１）であって、
上記プラグカバーの基端部は、上記ハウジングの先端部に接合されており、
上記プラグカバーの基端部の内周側における、上記ハウジングの先端部には、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜した先端テーパ面（２１）が形成されており、
上記接地電極は、上記先端テーパ面に固定される固定端部（６１）と、該固定端部から上記先端テーパ面の法線方向に延設された延設部（６２）と、上記中心電極との間に放電ギャップを形成する対向部（６３）とを有する、内燃機関用のスパークプラグにある。

上記内燃機関用のスパークプラグは、上記ハウジングが上記先端テーパ面を有し、上記接地電極が先端テーパ面に接合されている。これにより、ハウジングと接地電極との接合面積を小さくすることなく、接合部のプラグ径方向の寸法を小さくすることができる。それゆえ、プラグカバーの基端部の配置スペースを、プラグ径方向に大きく確保しやすくなる。そのため、プラグカバーの基端部の厚みを確保しやすい。その結果、プラグカバーの過熱を抑制しやすい。

以上のごとく、上記態様によれば、プラグカバーの過熱を抑制しやすい内燃機関用の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、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の断面説明図であって、図２のＩ－Ｉ線矢視断面相当の図。 図１のII－II線矢視断面図。 実施形態１における、スパークプラグの先端部付近の断面説明図。 実施形態１における、ハウジングに接地電極を接合する直前の状態を示す断面説明図。 実施形態１における、ハウジングに接地電極を接合する前の状態を、先端側から見た平面図。 実施形態１における、ハウジングに接地電極を接合した状態を、先端側から見た平面図。 実施形態１における、ハウジングに接地電極を接合した状態の、断面説明図。 実施形態１における、副燃焼室内の気流を説明する断面説明図。 実施形態１における、接地電極の長手方向に直交する断面の説明図。 変形形態における、接地電極の長手方向に直交する断面の説明図。 他の変形形態における、接地電極の長手方向に直交する断面の説明図。 さらに他の変形形態における、接地電極の長手方向に直交する断面の説明図。 実施形態２における、スパークプラグの先端部付近の断面説明図。 実施形態２における、プラグカバーを外した状態のスパークプラグを先端側から見た平面図。 実施形態２における、ハウジングに接地電極を接合する前の状態を、先端側から見た平面図。 実施形態２における、接地電極の製造方法の一例の説明図。 実施形態２における、接地電極の製造方法の他の一例の説明図。 実施形態３における、ハウジングに接地電極を接合する前の状態を、先端側から見た平面図。 実施形態４における、スパークプラグの先端部付近の断面説明図。 実施形態５における、スパークプラグの先端部付近の断面説明図。 実施形態６における、スパークプラグの先端部付近の断面説明図。

（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法に係る実施形態について、図１～図１２を参照して説明する。
本形態のスパークプラグ１は、図１、図２に示すごとく、筒状の絶縁碍子３と、中心電極４と、筒状のハウジング２と、接地電極６と、プラグカバー５と、を有する。

中心電極４は、絶縁碍子３の内周側に保持されると共に絶縁碍子３から先端側に露出している。筒状のハウジング２は、絶縁碍子３を内周側に保持している。接地電極６は、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する。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の基端部は、ハウジング２の先端部に接合されている。
プラグカバー５の基端部の内周側における、ハウジング２の先端部には、先端テーパ面２１が形成されている。先端テーパ面２１は、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜している。

接地電極６は、固定端部６１と、延設部６２と、対向部６３とを有する。固定端部６１は、先端テーパ面２１に固定される端部である。延設部６２は、固定端部６１から先端テーパ面２１の法線方向に延設された部位である。対向部６３は、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する部位である。

中心電極４の先端は、ハウジング２の先端よりも先端側に配されている。放電ギャップＧは、接地電極６の対向部６３と中心電極４の先端部とが、プラグ軸方向Ｚに対向した部分に形成されている。

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、内燃機関の主燃焼室に配置される。プラグ軸方向Ｚにおいて、主燃焼室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。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、内燃機関のプラグホールに形成された雌ネジ部に螺合することで、スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられる。

図２に示すごとく、本形態において、先端テーパ面２１は、プラグ周方向の一部のみに形成されている。先端テーパ面２１は平坦面である。先端テーパ面２１の幅Ｄは、接地電極６の幅ｗ以上である。ここで、先端テーパ面２１の幅Ｄは、プラグ周方向の接線方向の幅である。また、接地電極６の幅ｗは、プラグ軸方向Ｚから見たときの接地電極６の延設方向に直交する方向の幅である。

また、図３に示すごとく、先端テーパ面２１の長さＬは、接地電極６の厚みｔ以上である。ここで、先端テーパ面２１の長さＬは、プラグ中心軸Ｃと接地電極６の中心軸との双方を含む平面による断面に表れる先端テーパ面２１の長さである。また、接地電極６の厚みｔは、接地電極６の延設方向と幅方向との双方に直交する方向の寸法をいう。また、本形態において、プラグ軸方向Ｚと先端テーパ面２１とのなす角度θは、例えば、１５°～４５°程度とすることができる。

また、接地電極６の対向部６３は、延設部６２の延設方向に沿って形成されている。つまり、本形態において、接地電極６は直棒形状を有する。特に、本形態においては、接地電極６は、延設方向に直交する断面の形状が、図９に示すごとく、略長方形状である。

図１、図２に示すごとく、プラグカバー５には、副燃焼室５０と外部とを連通させる噴孔５１が形成されている。本形態において、噴孔５１は４個形成されている。プラグ軸方向Ｚから見て、噴孔５１の噴孔軸は、プラグ径方向を向いている。プラグカバー５は略カップ形状を有し、その開放端側がハウジング２の先端部に接合されている。

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。接地電極６は、例えば、ニッケル合金からなる。

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。
まず、図４、図５に示すごとく、ハウジング２の内側に、中心電極４及び絶縁碍子３を組み付けたサブアッシーを用意する。ここで、図４、図５に示すごとく、ハウジング２の先端部には、先端テーパ面２１が形成されている。この先端テーパ面２１は、予め、ハウジング２に切削加工等を行うことによって形成しておくことができる。なお、図５は、上記サブアッシーを先端側から見た図である。

次いで、図４、図６、図７に示すごとく、接地電極６をハウジング２における先端テーパ面２１に接合する。このとき、まず、接地電極６の固定端部６１側の端面を、先端テーパ面２１に面接触させるように当接させる。そして、図７に示すごとく、接地電極６の延設方向が先端テーパ面２１の法線方向となるようにする。この状態において、接地電極６と先端テーパ面２１との当接部を、溶接する。この溶接は、抵抗溶接にて行うことができる。抵抗溶接する際、例えば、溶接機の電極によって接地電極６の一部を把持すると共に、接地電極６を先端テーパ面２１側へ押し付けながら、溶接を行うことが考えられる。

なお、ハウジング２への接地電極６の溶接は、レーザ溶接にて行うこともできる。また、ハウジング２への接地電極６の溶接は、抵抗溶接とレーザ溶接との双方を用いることもできる。

次いで、ハウジング２の先端部に、プラグカバー５を接合する。プラグカバー５の基端部を、ハウジング２における先端テーパ面２１よりも外周側に当接させ、レーザ溶接等にて溶接する。これにより、図１に示すスパークプラグ１が得られる。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用のスパークプラグ１は、ハウジング２が先端テーパ面２１を有し、接地電極６が先端テーパ面２１に接合されている。これにより、ハウジング２と接地電極６との接合面積を小さくすることなく、接合部のプラグ径方向の寸法を小さくすることができる。それゆえ、プラグカバー５の基端部の配置スペースを、プラグ径方向に大きく確保しやすくなる。そのため、プラグカバー５の基端部の厚みを確保しやすい。その結果、プラグカバー５の過熱を抑制しやすい。これにより、プラグカバー５を起点とするプレイグニッションを抑制しやすくなる。

また、接地電極６の対向部６３は、延設部６２の延設方向に沿って形成されている。これにより、接地電極６をハウジング２に接合する際、接地電極６を先端テーパ面２１の法線方向に押し付けやすい。それゆえ、先端テーパ面２１への接地電極６の溶接作業を、容易かつ確実に行うことができる。また、レーザ溶接を用いずに抵抗溶接にて接地電極６をハウジング２に接合することも可能となる。それゆえ、スパークプラグ１の製造をより簡素化することができる。

また、中心電極４の先端は、ハウジング２の先端よりも先端側に配されている。放電ギャップＧは、接地電極６の対向部６３と中心電極４の先端部とが、プラグ軸方向Ｚに対向した部分に形成されている。これにより、ハウジング２にプラグカバー５を組み付ける前に、放電ギャップＧを視認することが容易となる。また、必要に応じて行う放電ギャップＧの微調整が容易となる。

また、接地電極６は、固定端部６１側から対向部６３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。それゆえ、図８に示すごとく、放電ギャップＧに気流を導きやすく、放電Ｓを引き伸ばしやすくなる。この点につき、以下に説明する。まず、内燃機関へのスパークプラグ１の取付姿勢を制御して、固定端部６１に近い側の噴孔５１から副燃焼室５０内に気流Ｆが流入されるようにする。そうすると、この気流Ｆによって、副燃焼室５０に、プラグ軸方向Ｚに直交する軸の周りを回るようなタンブル流が形成される。このタンブル流が、放電ギャップＧよりも固定端部６１側において接地電極６に当たる。これにより、接地電極６によって、気流Ｆが放電ギャップＧに導かれやすくなる。それゆえ、放電ギャップＧに形成された放電Ｓが、気流Ｆによって引き伸ばされる。その結果、着火性を向上させることができる。このように、本形態のスパークプラグ１は、プラグカバー５の過熱を抑制する効果に加え、着火性を向上させる効果も有する。

なお、本形態において、接地電極６の長手方向に直交する断面の形状は、図９に示すごとく、長方形状とし、放電ギャップＧに対向する側の面６４を平坦面とすることが考えられる。しかし、気流Ｆをガイドするという観点では、放電ギャップＧに対向する側の面６４を、例えば、図１０～図１２に示すような凹状面とすることも考えられる。図１０に示す接地電極６の面６４は、２つの平面からなる凹状面であり、図１１に示す接地電極６の面６４は、３つの平面からなる凹状面であり、図１２に示す接地電極６の面６４は、凹状曲面である。

以上のごとく、本形態によれば、プラグカバーの過熱を抑制しやすい内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（実施形態２）
本形態は、図１３～図１５に示すごとく、先端テーパ面２１が、プラグ周方向の全周にわたって形成されている、スパークプラグ１の形態である。

すなわち、図１５に示すごとく、接地電極６を接合する前の状態において、ハウジング２の先端部には、全周にわたり、円環形状に、先端テーパ面２１が設けてある。そして、この円環形状の先端テーパ面２１において、図１４に示すごとく、プラグ周方向の一部に、接地電極６を接合している。

本形態の場合、図１４に示すごとく、先端テーパ面２１は、凹状の曲面となる。それゆえ、接地電極６の固定端部６１側の端面は、この凹状曲面となる先端テーパ面２１に沿った、凸状曲面となっている。

このような形状の接地電極６を作製するにあたっては、例えば、図１６に示すごとく、長尺の金属部材６０を、曲面状に切断することが考えられる。そして、切り出された接地電極６は、固定端部６１側の端面が凸状曲面となり、対向部６３側の端面が凹状曲面となるように形成することが考えられる。

あるいは、図１７に示すごとく、長尺の金属部材６０を切断して接地電極６を切り出す際、その両端面が凸状曲面となるようにすることもできる。この場合、長手方向におけるいずれの端面を固定端部６１側とすることも可能となる。それゆえ、スパークプラグ１の生産効率を向上させることができる。
なお、図１４に示す接地電極６は、対向部６３側の端面を平坦面にしている。

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、プラグ周方向のいずれの位置にも先端テーパ面２１が存在する。そのため、ハウジング２に接地電極６を接合する際、ハウジング２に対する接地電極６のプラグ周方向の位置を特に決める必要がない。それゆえ、ハウジング２への接地電極６の接合を、生産効率よく実施することができる。また、ハウジング２の形状をプラグ中心軸の周りの回転体形状とすることができるため、ハウジング２の製造を容易にすることができる。
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１８に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見て、多角形状に先端テーパ面２１を設けた形態である。なお、同図においては、接地電極６を接合する前の状態を示している。

本形態においては、平坦面の先端テーパ面２１が複数個形成されている。
本形態においては、プラグ軸方向Ｚから見て、八角形状に複数の先端テーパ面２１が形成されている。つまり、平坦な先端テーパ面２１が、プラグ周方向の８カ所に設けられている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においては、接地電極６の固定端部６１側の端面が平坦面であっても、先端テーパ面２１に面接触させることができる。それとともに、プラグ周方向の全周にわたる複数個所に先端テーパ面２１が形成されるため、ハウジング２に対する接地電極６のプラグ周方向の位置を複数の位置から選択して接合することができる。それゆえ、接地電極６の生産効率も、ハウジング２への接地電極６の組付け効率も、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４）
本形態は、図１９に示すごとく、ハウジング２の先端部におけるプラグカバー５を接合する面を、先端テーパ面２１の先端よりも基端側に後退させた形態である。
すなわち、ハウジング２の先端部に、先端テーパ面２１よりも外周側に、段差部２２を設け、該段差部２２にプラグカバー５を接合している。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合には、ハウジング２にプラグカバー５を接合する際に、ハウジング２とプラグカバー５とのプラグ径方向の位置決めを正確に行うことができる。
実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態５）
本形態は、図２０に示すごとく、ハウジング２の先端部におけるプラグカバー５を接合する面を、外周テーパ面２４とした形態である。
外周テーパ面２４は、プラグ径方向の外周側へ向かうほど、プラグ軸方向Ｚの基端側へ向かうよう傾斜している。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合には、ハウジング２にプラグカバー５を接合する際に、ハウジング２とプラグカバー５とのプラグ径方向の位置決めを容易に行うことができる。
実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態６）
本形態は、図２１に示すごとく、接地電極６の対向部６３を、延設部６２に対して屈曲させた形態である。
対向部６３は、プラグ軸方向Ｚに対して直交する方向に延びている。そして、対向部６３の基端側面が、プラグ軸方向Ｚに略直交し、基端側を向いている。対向部６３の基端側面と中心電極４の先端面とが、放電ギャップＧを挟んで、略平行に対向している。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においては、比較的、電極消耗による放電ギャップＧの拡大を抑制し、スパークプラグ１の長寿命化を図りやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

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…内燃機関用のスパークプラグ、２…ハウジング、２１…先端テーパ面、３…絶縁碍子、４…中心電極、５…プラグカバー、５０…副燃焼室、６…接地電極、６１…固定端部、６２…延設部、６３…対向部、Ｚ…プラグ軸方向

Claims (4)

1. 筒状の絶縁碍子（３）と、
   該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に露出した中心電極（４）と、
   上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング（２）と、
   上記中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（６）と、
   上記放電ギャップ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、を有する内燃機関用のスパークプラグ（１）であって、
   上記プラグカバーの基端部は、上記ハウジングの先端部に接合されており、
   上記プラグカバーの基端部の内周側における、上記ハウジングの先端部には、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜した先端テーパ面（２１）が形成されており、
   上記接地電極は、上記先端テーパ面に固定される固定端部（６１）と、該固定端部から上記先端テーパ面の法線方向に延設された延設部（６２）と、上記中心電極との間に放電ギャップを形成する対向部（６３）とを有する、内燃機関用のスパークプラグ。
2. 上記中心電極の先端は、上記ハウジングの先端よりも先端側に配されており、上記放電ギャップは、上記接地電極の上記対向部と上記中心電極の先端部とが、プラグ軸方向（Ｚ）に対向した部分に形成されている、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. 上記先端テーパ面は、プラグ周方向の全周にわたって形成されている、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 上記対向部は、上記延設部の延設方向に沿って形成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
   

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