JP3675873B2

JP3675873B2 - 内燃機関用スパークプラグ

Info

Publication number: JP3675873B2
Application number: JP04657895A
Authority: JP
Inventors: 弘法長村
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JPH08222350A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車などに使用される内燃機関においては，環境問題あるいは地球資源問題に対するグローバルな立場から，燃費低減が強力に推進されてきている。その具体的手段として，特にガソリンエンジンにおいては，混合気の高圧縮化，希薄混合気によるリーンバーン化等により対応がなされている。そのため，スパークプラグには，より一層高い着火性が求められている。
【０００３】
そこで，近年においては，点火システムの信頼性向上のために，ディストリビュータを使わないＤＬＩシステム，ユニット点火システム及びダイオード分配点火システムが採用されてきている。そして，上記ＤＬＩシステム等の点火システムに対応する内燃機関用スパークプラグが種々提案されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の内燃機関用スパークプラグにおいては，次の問題がある。
即ち，上記ＤＬＩシステム等においては，１個の点火コイルによって２つのスパークプラグを同時に放電させるため，一方のスパークプラグは中心電極が高電位の状態で放電（以下，プラス放電という）し，他方のスパークプラグは中心電極が低電位の状態で放電（以下，マイナス放電という）する。
【０００５】
この場合，従来のスパークプラグにおいては，プラス放電に必要な放電電圧は，マイナス放電に必要な放電電圧に比べて非常に高くなる。そのため，プラス放電するスパークプラグは，マイナス放電するスパークプラグよりも劣化が早くなる。それ故，一つの内燃機関に使用される複数のスパークプラグのうち，プラス放電に使用されたスパークプラグはマイナス放電に使用されたものに比べて早期に交換しなければならない等の不具合が生ずる。
【０００６】
上記プラス放電の放電電圧を低減させるスパークプラグとしては，例えば特開平５−１２９０６３号公報に示されているごとく，接地電極を２極構造としたスパークプラグがある。しかしながら，接地電極を２極構造としたのみでは，プラス放電の放電電圧を十分に低下させることができない。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，優れた着火性を有し，プラス放電，マイナス放電ともに放電電圧が低い，内燃機関用スパークプラグを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
本発明は，貫通孔を有する絶縁碍子と，上記貫通孔に保持された中心電極と，上記絶縁碍子を保持するハウジングと，該ハウジングに設けられた２つの接地電極とよりなり，それぞれの接地電極と上記中心電極との間には火花ギャップを構成している内燃機関用スパークプラグにおいて，
上記中心電極は，その先端に胴部よりも径の小さい細径形状部を有し，
上記接地電極の放電部は，上記中心電極の上記細径形状部の側面に対向するよう配置され，
かつ，上記接地電極の放電部の幅をＷ（ｍｍ），上記中心電極の細径形状部の直径をＤ（ｍｍ）としたとき，
Ｗ／２≦Ｄ≦２．２≦Ｗ（ｍｍ）
の関係を有することを特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。
【０００９】
本発明において最も注目すべきことは，上記２つの接地電極の放電部は，上記中心電極の細径形状部の側面に対向配置され，かつ，上記接地電極の放電部の幅をＷ（ｍｍ），上記中心電極の上記細径形状部の直径をＤ（ｍｍ）としたとき，Ｗ／２≦Ｄ≦２．２，かつ２．２≦Ｗ（ｍｍ）、つまり、Ｗ／２≦Ｄ≦２．２≦Ｗ（ｍｍ）の関係を有することにある。ここで，上記接地電極の放電部の幅Ｗとは，上記中心電極の軸心方向と直角方向における接地電極の放電部の厚さをいう。
【００１０】
上記中心電極の細径形状部の直径Ｄが２．２ｍｍを越える場合には，着火性が低下するという問題がある（実施例１の図４参照）。
また，上記Ｗ，Ｄの関係がＷ／２＞Ｄ，即ち，Ｗ／Ｄ＞２の場合には，マイナス放電の放電電圧は低下するが，プラス放電の放電電圧は上昇するという問題がある。この原因は以下のように考えられる。
【００１１】
まず，マイナス放電の場合には，電子を放出する側の中心電極の細径形状部の直径Ｄを，接地電極の放電部の幅Ｗに対して細くすればするほど，中心電極に強電解部が生成されるため，低い放電電圧での火花放電が可能となる。したがって，Ｗ／Ｄが大きいほど，マイナス放電の放電電圧は低くなる（実施例１の図５参照）。
【００１２】
一方，プラス放電の場合には，電子を放出する側の接地電極の放電部の幅Ｗを，中心電極の細径形状部の直径Ｄに対して小さくするほど，接地電極に強電解部が生成されるため，低い放電電圧での火花放電が可能となる。したがって，Ｗ／Ｄが小さいほど，プラス放電の放電電圧は低くなり，逆にＷ／Ｄが大きいほど，プラス放電の放電電圧は高くなる（実施例１の図５参照）。
【００１３】
即ち，Ｗ／Ｄの値に対するするプラス放電及びマイナス放電の放電電圧の関係は，相反する関係にある。そして，Ｗ／Ｄ＞２の場合においては，プラス放電の放電電圧の上昇とマイナス放電の放電電圧の低下が顕著となり，その差が非常に大きくなってしまうため，上記の問題が発生すると考えられる。
【００１４】
また，上記中心電極及び接地電極として一般的なニッケル基合金を用い，これらの電極に対して貴金属チップの接合等の耐消耗性向上の措置を施していない場合においては，上記Ｄは１ｍｍ以上，かつ上記Ｗは１．５ｍｍ以上であることが望ましい。上記Ｄ，Ｗがこの範囲を満たさない場合においては，各電極の消耗性が悪化するおそれがあるからである。
【００１５】
また，上記中心電極の細径形状部の側面には，白金或いは白金合金からなる貴金属チップを配設してあることが好ましい。これにより，電極の消耗性が向上し，スパークプラグの寿命をさらに向上させることができる。また，上記白金合金としては，白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等がある。
【００１６】
【作用および効果】
本発明のスパークプラグにおいては，上記中心電極における細径形状部の直径Ｄが２．２ｍｍ以下である。そのため，プラス放電であってもマイナス放電であっても，良好な着火性を維持することができる。
また，上記中心電極における細径形状部の直径Ｄと接地電極の放電部の幅Ｗとの関係においては，Ｗ／Ｄが２以下，即ちＷ／２≦Ｄである。そのため，プラス放電の放電電圧はマイナス放電の放電電圧と同等に低く抑制される。
【００１７】
これにより，プラス放電側のスパークプラグの早期劣化の防止を図ることができ，上記ＤＬＩシステム等の点火システムにおいても，スパークプラグ全体の寿命を向上させることができる。
【００１８】
上述のごとく，本発明によれば，優れた着火性を有し，プラス放電，マイナス放電ともに放電電圧が低い，内燃機関用スパークプラグを提供することができる。
【００１９】
【実施例】
実施例１
本例の実施例にかかる内燃機関用スパークプラグにつき，図１〜図５を用いて説明する。
本例の内燃機関用スパークプラグ１０は，図１，図２に示すごとく，貫通孔５１を有する絶縁碍子４と，上記貫通孔４１に保持された中心電極２と，上記絶縁碍子４を保持するハウジング５と，該ハウジング５に設けられた２つの接地電極３１，３２とよりなる。そして，それぞれの接地電極３１，３２と上記中心電極２との間には火花ギャップＧ（図３）を構成している。
【００２０】
上記中心電極２は，図１，図３に示すごとく，その先端に胴部２４よりも径の小さい細径形状部２１を有し，上記接地電極３１，３２の放電部３１０，３２０は，上記中心電極２の上記細径形状部２１の側面に対向するよう配置されている。
また，図３に示すごとく，２つの接地電極３１，３２の厚みＴはともに１．５ｍｍとし，その放電部３１０，３２０と中心電極２の細径形状部２１との火花ギャップＧは，ともに１．１ｍｍとしてある。
【００２１】
そして，本例においては，上記中心電極の細径形状部の直径Ｄ（図３）が着火性にどのように影響するか，また上記Ｄと接地電極の幅Ｗ（図３）との比が，プラス放電及びマイナス放電の放電電圧にどの様に影響するかを，比較例とともに調査した。
【００２２】
まず，上記着火性については，上記Ｗを，２．２ｍｍ及び２．８ｍｍの２種類に固定して，上記Ｄを種々変化させて評価した。また，各電極のバリ等の影響を排除するため，中心電極２の先端面の端部，及び接地電極３１，３２の先端部は予め研削を行った。着火性の評価は，４気筒２０００ｃｃガソリンエンジンを用いて，高着火性のニーズが大きいアイドリング（エンジン回転数＝６５０ｒｐｍ）条件において行った。
【００２３】
そして，アイドリング状態を，一定空燃比（空気量／燃料量）において２分間キープし，点火ミス（ＨＣスパイク）が１回以下の場合はさらに空燃比を薄くして２分間キープすることを繰り返し，点火ミスが２回以上発生するまで空燃比を薄くしていき，その限界（リーン限界）を求めた。
【００２４】
上記Ｄは，１．０ｍｍ，１．５ｍｍ，２．０ｍｍ，２．２ｍｍ，２．５ｍｍに変化させた。尚，Ｄ＝２．５ｍｍは比較のためである。
上記リーン限界測定の結果を図４に示す。図４においては，横軸に中心電極の細径形状部の直径Ｄをとり，縦軸にリーン限界値をとった。また，Ｗ＝２．２ｍｍの場合とＷ＝２．８ｍｍの場合とは，同図に示すごとく，記号を変えてプロットした。
【００２５】
図３より知られるごとく，Ｗが２．２ｍｍ，２．８ｍｍのいずれであっても，中心電極の細径形状部の直径Ｄが２．２ｍｍ以下の範囲内においては，十分にリーン限界が高く，良好な着火性を示した。そして，２．２ｍｍを越えると，着火性が大幅に悪化した。
【００２６】
次に，上記Ｄと上記Ｗとの比，即ちＷ／Ｄと，プラス放電及びマイナス放電の放電電圧との関係を調査した。この場合にも，上記Ｗは２．２ｍｍ及び２．８ｍｍの２種類に固定し，上記Ｄを変えることによってＷ／Ｄを変化させた８種類の供試材を用意した。尚，Ｗ／Ｄが２を越えるものは比較のために用いた。
【００２７】
また，すべての供試材は，１０万ｋｍ走行した場合を想定して，中心電極，接地電極共にその先端面の角部を予め若干曲面状に研削した。評価は，上記着火性の評価と同じ４気筒のガソリンエンジンを用い，無負荷１０００ｒｐｍから一気にスロットルを全開するレーシング条件で行い，これを１０回実施して放電電圧の最高値を評価値とした。また，同一供試材によって，プラス放電とマイナス放電の両方の評価を行った。
【００２８】
放電電圧の測定結果を図５に示す。図５は，横軸にＷ／Ｄ，縦軸に放電電圧（ｋＶ）をとった。
図５より知られるごとく，Ｗ＝２．２ｍｍ，２．８ｍｍのいずれであっても，Ｗ／Ｄが２を越える場合には，マイナス放電の放電電圧は低くなるものの，プラス放電の放電電圧が急激に上昇し，マイナス放電との差も非常に大きくなる。一方，Ｗ／Ｄの値が２以下の場合には，プラス放電とマイナス放電の放電電圧の差が小さく，かつ両方の放電電圧の値も低く良好となる。
【００２９】
上述のごとく，本例においては，上記中心電極２の細径形状部２１の直径Ｄと，上記接地電極３１，３２の幅Ｗとが，Ｗ／２≦Ｄ≦２．２（ｍｍ）の関係を有することによって，優れた着火性を有し，プラス放電，マイナス放電ともに放電電圧が低い，内燃機関用スパークプラグを提供できることがわかる。
【００３０】
実施例２
本例のスパークプラグ１２は，図６に示すごとく，実施例１のスパークプラグ１０における中心電極２の細径形状部２１の側面に２つの貴金属チップ２１１，２１２を配設してある。
上記貴金属チップ２１１，２１２は，それぞれ接地電極３１，３２における放電部３１０，３２０に対向するよう配置されている。また，上記貴金属チップ２１１，２１２としては，Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金を用いた。その他は，実施例１のスパークプラグ１０と同様である。
【００３１】
本例においては，放電部に上記貴金属チップ２１１，２１２を設けているので，さらにスパークプラグの長寿命化を図ることができる。
また，本例においても実施例１と同様の評価を行った。その結果，実施例１と同様の効果を得ることができた。
【００３２】
実施例３
本例のスパークプラグ１３は，図７に示すごとく，実施例１のスパークプラグ１０における接地電極３１，３２の湾曲した放電部３１０，３２０に代えて，平面状の放電部３３１，３３２を設けた。その他は，実施例１のスパークプラグ１０と同様である。
【００３３】
本例においては，接地電極３１，３２に上記平面状の放電部３３１，３３２を設けているので，接地電極の加工性を向上できる。
また，本例においても実施例１と同様の評価を行った。その結果，実施例１と同様の効果を得ることができた。
【００３４】
実施例４
本例のスパークプラグ１４は，図８に示すごとく，実施例２のスパークプラグ１２における接地電極３１，３２の湾曲した放電部３１０，３２０に代えて，平面状の放電部３４１，３４２を設け，その先端下部コーナにはテーパ部３４８，３４９を設けた。その他は，実施例１のスパークプラグ１０と同様である。
【００３５】
本例においては，上記平面状の放電部３４１，３４２に上記テーパ部３４８，３４９を設けているので，放電部位をより中心電極先端部へ固定できるので着火性の向上を図ることができる。
また，本例においても実施例１と同様の評価を行った。その結果，実施例１と同様の効果を得ることができた。
【００３６】
実施例５
本例のスパークプラグ１５は，図９に示すごとく，実施例１のスパークプラグ１０における中心電極２の細径形状部２１の側面全周に白金合金よりなる貴金属環２５０を配設してある。また，上記貴金属環２５０としては，Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金を用いた。その他は，実施例１のスパークプラグ１０と同様である。
【００３７】
本例においては，中心電極２の放電部に上記貴金属環２５０を配設してあるので，さらにスパークプラグの長寿命化を図ることができる。
また，本例においても実施例１と同様の評価を行った。その結果，実施例１と同様の効果を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のスパークプラグの一部断面側面図。
【図２】実施例１のスパークプラグの底面図。
【図３】実施例１のスパークプラグにおける，各電極の寸法関係の説明図。
【図４】実施例１のスパークプラグにおける，中心電極径とリーン限界との関係の説明図。
【図５】実施例１のスパークプラグにおける，中心電極径に対する接地電極の幅の比と，プラス放電及びマイナス放電の放電電圧との関係の説明図。
【図６】実施例２のスパークプラグにおける，中心電極と接地電極の説明図。
【図７】実施例３のスパークプラグにおける，中心電極と接地電極の説明図。
【図８】実施例４のスパークプラグにおける，中心電極と接地電極の説明図。
【図９】実施例５のスパークプラグにおける，中心電極と接地電極の説明図。
【符号の説明】
１０．．．スパークプラグ，
２．．．中心電極，
２１．．．細径形状部，
２１１，２１２．．．貴金属チップ，
２４．．．胴部，
３１，３２．．．接地電極，
３１０，３２０．．．放電部，
４．．．絶縁碍子，
４１．．．貫通孔，
５．．．ハウジング，

Claims

貫通孔を有する絶縁碍子と，上記貫通孔に保持された中心電極と，上記絶縁碍子を保持するハウジングと，該ハウジングに設けられた２つの接地電極とよりなり，それぞれの接地電極と上記中心電極との間には火花ギャップを構成している内燃機関用スパークプラグにおいて，
上記中心電極は，その先端に胴部よりも径の小さい細径形状部を有し，
上記接地電極の放電部は，上記中心電極の上記細径形状部の側面に対向するよう配置され，
かつ，上記接地電極の放電部の幅をＷ（ｍｍ），上記中心電極の細径形状部の直径をＤ（ｍｍ）としたとき，
Ｗ／２≦Ｄ≦２．２≦Ｗ（ｍｍ）
の関係を有することを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
請求項１において，上記中心電極の細径形状部の側面には，白金或いは白金合金からなる貴金属チップを配設してあることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。