JP3430526B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、要求電圧が低く、かつ
長寿命な内燃機関用スパークプラグを提供するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関は、高圧縮比化，リーン
バーン化，過給化等の高性能化が図られており、これに
伴いスパークプラグの飛火要求電圧（以下要求電圧とい
う）は上昇の一途を辿っている。しかしながら、要求電
圧が上昇すると点火装置の高電圧化が必要となってしま
い、従来より、内燃機関の高性能化を達成させるととも
に、スパークプラグの要求電圧の低下という要求が高く
なってきている。

【０００３】また、内燃機関の高性能化に伴う補機類の
増加により、スパークプラグの脱着は非常に困難となっ
ている。このため、脱着をしなくて良い長寿命が近年の
スパークプラグに望まれている。

【０００４】そこで、例えば、特公平２−５８７５６の
如く、中心電極先端部と接地電極の中心電極先端部へ対
向する面にＰｔ合金よりなる耐消耗性の良好な放電チッ
プを配することによって、長寿命として、また中心電極
先端部を径小部として要求電圧の低下を図ることが試み
られてきた。

【０００５】

【本発明の課題】しかしながら、要求電圧を更に一層低
下するには、径小部をより一層細くする必要があり、こ
の細径化は、放電チップ自身の火花消耗を増加させ、た
とえ径小部にＰｔ合金の放電チップが設けてあっても放
電チップの消耗は免れず、長寿命性は損なわれる。

【０００６】そこで、本発明は要求電圧が低く、かつ長
寿命の内燃機関用スパークプラグを提供することを目的
とするものである。

【０００７】

【上記課題を解決するための手段】そこで本発明では、
絶縁碍子と、該絶縁碍子を保持するハウジングと、前記
絶縁碍子に保持され、前記絶縁碍子の端面より突出する
端面に耐消耗性金属よりなるチップが設けられた中心電
極と、一端が前記ハウジングに接合されるとともに、他
端の側面には、前記中心電極の前記チップと対向して第
１の放電ギャップを形成する耐消耗性のチップを有する
第１の接地電極と、一端が前記ハウジングに接合される
とともに、他端の側面は、前記耐消耗性のチップよりも
消耗が速く、前記中心電極の前記チップと直接対向して
第２の放電ギャップを形成する第２の接地電極と、から
なることを特徴とする内燃機関用スパークプラグを提供
するものである。

【０００８】

【作用】上記構成を採用することによって、放電当初に
おいては、第１の放電ギャップおよび第２の放電ギャッ
プがほぼ同一距離であり、双方の放電ギャップにおい
て、火花放電が発生する。その後、第２の放電ギャップ
を形成する第２の接地電極には、その放電面に耐消耗性
金属チップがなく第２の接地電極が直接、中心電極のチ
ップと対向してギャップを形成しているので、第１の接
地電極より、火花放電による消耗が速い。そのため、第
１の放電ギャップにおいて、火花放電の発生頻度が高く
なる。 しかしながら、第２の接地電極を有するため、第
２の接地電極を有しない場合に比べて、第１の放電ギャ
ップにおける放電電圧を低く抑えることができる。 この
理由は、第２の接地電極の存在によって、第１の放電ギ
ャップに発生する等価位面を歪ませ、中心電極の先端の
電界を強化しているためであると思われる。

【０００９】さらに、放電を継続させることによって、
第１電極のチップもまた放電により消耗してしまい、第
２の放電ギャップと同一のギャップ間隔となり、再び第
１および第２放電ギャップにおいて、火花放電が発生す
るようになる。

【００１０】また、第１および第２放電ギャップが異な
る場合おいては、当初、ギャップ間隔の短い方に火花放
電の発生頻度が高くなるが、やがて火花放電による接地
電極の消耗によって、ほぼ同一のギャップ間隔となる。
この時もまた、上記理由により、放電電圧を従来より十
分に低くすることができる。

【００１１】さらにまた、寿命においても、本発明にお
いては、従来の放電ギャップだけでなく、第２放電ギャ
ップにおいても、十分に火花放電を発生させることによ
って、第１の接地電極の寿命を十分に長寿命化させるこ
とができる。

【００１２】

【発明の効果】本発明によって、要求電圧が低く、かつ
長寿命の内燃機関用スパークプラグを得ることができ
る。

【００１３】

【実施例】図１（ａ）は内燃機関に使用されるスパーク
プラグの断面構造を示したものであり、図１（ｂ）は、
本発明の要部拡大図である。

【００１４】本発明の第１実施例の内燃機関用スパーク
プラグは、金属材料によって構成された円筒状のハウジ
ング１を備え、このハウジング１の下方部の外周にはね
じ溝１ａが形成されている。このハウジング１は、ねじ
溝１ａを用いて図示しない内燃機関のシリンダヘッド部
に装着されるもので、ガスケット２によってシリンダヘ
ッドに取り付けられた状態で気密が保持されるようにし
ている。

【００１５】また、ハウジング１の内部には、筒状の絶
縁碍子３の下端部が同軸的に嵌め込み設定されるもの
で、この絶縁碍子３の中空部３ａ部分には、この絶縁碍
子３の下端部分に対応して中心電極４が挿入固定されて
いる。この中心電極４は内材が銅で構成され、外材がＮ
i 基合金によって構成された円柱体でなり、その先端部
が絶縁碍子３の下端から露出されるようにしている。

【００１６】絶縁碍子３の中空部３ａの上半部分には中
軸５が挿入されており、絶縁碍子３の上方に突出する中
軸５の端部は、点火電圧信号の供給される端子６を構成
している。この絶縁碍子３の中空部３ａの中軸５の端部
と中心電極４の上端との間には、ノイズ対策としての抵
抗体７および導電性のグラスシール部材８が介在されて
おり、この抵抗体７およびグラスシール部材８によって
中軸５と中心電極４とが加熱溶着され、電気的に導通接
続されるようになっている。

【００１７】この様にして絶縁碍子３によって保持さ
れ、かつ絶縁碍子３の下端から露出された中心電極４
は、柱状形状をなし、その端面には、耐消耗性の金属よ
りなる貴金属チップ１０が設けられた構造となってい
る。

【００１８】さらに、中心電極４に取り付けられた貴金
属チップ１０に対向する位置には、ハウジング１の端面
１ｂから一体的に延出された第１の接地電極１３が設定
され、この接地電極１３の端部１３ａの側面が耐消耗性
のチップである貴金属チップ１０の端面４ａに対向する
ように設けられるとともに、この接地電極１３の一端１
３ａには、第２のチップ１１が溶接して取り付けられ、
この貴金属チップ１０と貴金属チップ１１との間に第１
の火花ギャップ１４が形成されている。

【００１９】ここで、この貴金属チップ１０および貴金
属チップ１１は、Ｐｔ７８ｗｔ％−Ｉｒ２０ｗｔ％−Ｎ
ｉ２ｗｔ％の白金合金で直径０．９mmで厚さ０．４mmの
円盤状のチップを中心電極に抵抗溶接して設けられ、互
いの接地電極１３および１５の距離Ｗは２．０mm、中心
電極４の中心径はφ２．５とした。

【００２０】さらにまた、ハウジング１の端面１ａに
は、接地電極１３とは別に第２の接地電極１５がハウジ
ング１と一体的に、かつ接地電極１５の端部１５ａの側
面が、中心電極４の端面４ａに対向する面に対して対向
するように設けられ、この中心電極４と接地電極１５と
の間で第２の火花ギャップ１６が形成されている。

【００２１】次に、本発明の第１実施例のスパークプラ
グの作用を要求電圧の推移を検討しながら比較例ととも
に、比較しながら述べる。ここで、比較例としてのスパ
ークプラグは、先端径Ｄが１．１ｍｍの中心電極４の端
面に貴金属チップ１０を設けるとともに、ハウジング１
の端面１ｂに一端２０ａが接合され、他端２０ｂには、
中心電極４に設けられた貴金属チップ１０と火花ギャッ
プ２１を形成するように、耐消耗性のチップである貴金
属チップ２２が側面に設けられた接地電極２０が形成さ
れているスパークプラグとした。

【００２２】尚、ここで用いられた貴金属チップ１０お
よび２１は、第１実施例において使用された貴金属チッ
プの材料と同一のものを使用した。図２は、走行距離を
重ねるにつれての要求電圧の推移について示す。図中の
Ａは比較例のスパークプラグ、Ｂは、第１の実施例のス
パークプラグの場合を示す。また、図３（ａ）〜（ｃ）
は、第１実施例のスパークプラグの飛火状況を示し、図
４（ａ）〜（ｃ）は、従来のプラグの飛火状況を示す。

【００２３】図３（ａ）は、火花発生初期の飛火状況を
示す。中心電極４の端面の周辺は消耗されていないため
鋭角であり、中心電極が細いことと相まって、この中心
電極４の端面の周辺部１０ａにおいて、中心電極周縁部
１０ａの電界は、非常に強く火花Ｆは周縁部１０ａに発
生し、火花ギャップ１４、１６を飛火し接地電極１３お
よび１５の放電部に達する。この時の要求電圧は低い
が、中心電極径が従来のスパークプラグより太いことよ
り、従来プラグに比べ若干高くなる。

【００２４】図３（ｂ）は、放電発生後、しばらく経過
した時の中心電極および接地電極の様子を示す図であ
る。中心電極４では、その周辺部１０ａにおいて、特に
放電の発生頻度が高かいために、周縁部１０ａが選択的
に消耗され、図３（ｂ）に示されるように、なだらかな
Ｒ形状となる。一方接地電極においては、接地電極１５
の端部には白金合金の放電チップがないために、接地電
極１５の放電面の消耗が多くなり、火花ギャップ１６は
火花ギャップ１４と比べ、非常に大きくなる。このため
火花Ｆはほとんど火花ギャップ１４を飛火することとな
る。この時の要求電圧は図２のＢに示すように増加して
ゆくが、従来のプラグに比べると低くとどまる。

【００２５】この時、なぜ従来のスパークプラグに比べ
ると要求電圧を低く抑えるかは判然としないが、接地電
極１５の存在が火花ギャップ１４の等価位面をひずま
せ、中心電極４の先端の電界を強化していると思われ
る。

【００２６】その後、さらに、走行を継続すると、火花
Ｆは、火花ギャップ１４または１６のどちらか狭い方の
発生頻度が他方の火花ギャップよりも増すようにして、
発生し、終には、図３（ｃ）に示すように放電チップ１
０および１１は、火花Ｆの発生により、全体的に消耗し
火花ギャップ１４および１６が十分に増加する。それに
従って要求電圧は徐々に増加するが、接地電極１５の電
界強化の効果は維持される。このため従来のプラグと比
べると要求電圧を低くすることができる。第１実施例に
おいては、例えば１０万ｋｍ走行後、従来のプラグが要
求電圧３０ＫＶであるのに対して、本発明の第１の実施
例のプラグでは２７ＫＶとすることができた。

【００２７】次に、従来のスパークプラグの場合を図２
および図４を用いて説明する。図４（ａ）は、火花発生
初期の飛火状況であり、火花Ｆの発生当初は、中心電極
４の先端の周縁部１０ａは鋭角であり、中心電極径が細
いことと相まって、周縁部１０ａの電界は非常に強い。
従って火花はほとんど周縁部１０ａで発生し、火花ギャ
ップ２１を飛火し、そしてその要求電圧は非常に低い。

【００２８】図４（ｂ）は走行中の飛火状況である。当
初、火花Ｆが周縁部１０ａに集中するために周縁部１０
ａは選択的に消耗し、鋭角形状は消失し、なだらかなＲ
形状となる。このため周縁部１０ａの電界は非常に弱め
られ火花ギャップ２１はほとんど増加しなくても要求電
圧は大きく増加する。

【００２９】その後走行を継続すると図４（ｃ）に示す
ように、貴金属チップ１０および２２の全体が消耗し、
火花ギャップ２１が増加する。これに伴い要求電圧は徐
々に増加する。そして要求電圧が点火コイルの発生電圧
と等しくなる所でプラグは寿命となる。比較例のスパー
クプラグでは、この寿命は、要求電圧がおよそ３０ＫＶ
のところである。

【００３０】以上のように、第１実施例のスパークプラ
グは、比較例のスパークプラグと比較して、図２に示さ
れた如く、低い放電電圧で、かつ長寿命のスパークプラ
グを達成することができた。

【００３１】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。第２実施例では、図５に示すように、中心電極４の
先端を径小部２５としており、この時の中心電極４の径
Ｄは１．１mm、Ｗは０．５mmとした。他の構成は第１実
施例と同じである。

【００３２】第２実施例のスパークプラグの要求電圧の
推移を図２に示した。第２実施例の要求電圧推移は図２
中のＣであり、従来例のＡに相似した推移を示すが、電
界強化の効果を持つ接地電極１５が存在するために、従
来例のＡに比べ、走行の全域で要求電圧を低くすること
ができた。

【００３３】つまり、中心電極の細径効果と、接地電極
１５の効果が重畳されており、１０万km走行後の要求電
圧を２５．５ＫＶという低い電圧とすることができた。
上記実施例においては、Ｗの値を０．５ｍｍとしたが、
本発明は、これに限られるものではなく、例えば、Ｗの
増加に伴い効果が減少するがＷが３．５mmでも効果が認
められ、この場合の１０万km走行後の要求電圧は２８Ｋ
Ｖであった。

【００３４】また、本発明は、上記実施例の接地電極の
形状に限定されるものではなく、図６、図７のようなリ
ベット状の耐消耗性金属からなる貴金属チップ３０もし
くはワイヤ状の耐消耗性金属からなる貴金属チップ３２
により中心電極４の先端を径小としても良い。

【００３５】また、図８（ａ）および（ｂ）に示すよう
に電界強化の効果を持つ接地電極３４および３６の２つ
としても良いし、図９の如く、接地電極３８、４０の形
状を中心電極４に対して、所定の角度に傾斜させてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明第１実施例の全体の片側断面
図であり、（ｂ）は、本発明第１実施例の要部拡大図で
ある。

【図２】走行距離に対する要求電圧の関係を示す関係図
である。

【図３】（ａ）乃至（ｃ）は、第１実施例のスパークプ
ラグの飛火状況を示す説明図である。

【図４】（ａ）ないし（ｃ）は、従来のスパークプラグ
の飛火状況を示す説明図である。

【図５】他の実施例を示す要部拡大図である。

【図６】他の実施例を示す要部拡大図である。

【図７】他の実施例を示す要部拡大図である。

【図８】（ａ）は、他の実施例を示す要部拡大上面図で
あり、（ｂ）は、正面図である。

【図９】他の実施例を示す要部拡大図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 絶縁碍子 ４ 中心電極 １３，１５ 接地電極 １０，１１ 耐消耗性金属の放電チップ １４，１６ 火花ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01T 13/00 - 13/56

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁碍子と、 該絶縁碍子を保持するハウジングと、 前記絶縁碍子に保持され、前記絶縁碍子の端面より突出
   する端面に耐消耗性金属よりなるチップが設けられた中
   心電極と、 一端が前記ハウジングに接合されるとともに、他端の側
   面には、前記中心電極の前記チップと対向して第１の放
   電ギャップを形成する耐消耗性のチップを有する第１の
   接地電極と、 一端が前記ハウジングに接合されるとともに、他端の側
   面は、前記耐消耗性のチップよりも消耗が速く、前記中
   心電極の前記チップと直接対向して第２の放電ギャップ
   を形成する第２の接地電極と、 からなることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 【請求項２】 前記中心電極の先端に設けられた耐消耗
   性金属よりなる前記チップおよび前記第１の接地電極の
   他端に形成された耐消耗性の前記チップは、貴金属もし
   くは貴金属合金より成ることを特徴とする請求項１記載
   の内燃機関用スパークプラグ。