JP3874840B2

JP3874840B2 - 多極スパークプラグ

Info

Publication number: JP3874840B2
Application number: JP14691796A
Authority: JP
Inventors: 孝三天野; 佳弘松原
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-06-10
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2016-06-10
Also published as: JPH09330783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に装着する多極スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示す様に、主体金具１０１と、主体金具１０１内に固定される軸孔１０２付の絶縁碍子１０３と、絶縁碍子１０３の軸孔１０２内に固定される中心電極１０４と、放電面１０５が中心電極１０４の先端外周面１０６と対向する複数の外側電極１０７とを備えた多極スパークプラグ１００が従来より知られている。又、図１０に示す様に、中心電極１０４の発火部に貴金属合金部１０８を形成して電極消耗を防止した多極スパークプラグ１２０も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
放電面１０５が中心電極１０４の先端外周面１０６と対向する外側電極１０７を有する多極スパークプラグ１００、１１０（外側電極１０７の先端上面１０７ａと中心電極１０４との軸方向距離ｋが−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍ）において、火花放電は、放電面前側１０９と先端外周面１０６の先部１１１との間（放電パターンα）以外にも、放電面後側１１２と先端外周面１０６の基部１１３側との間（放電パターンβ）でも起こる。
【０００４】
上記放電パターンβの放電は、外側電極１０７による消炎作用が大きく、放電パターンαの放電に比べて着火性が著しく悪化（Ａ／Ｆリーンリミットの評価で約１ダウン）する。
Ａ／Ｆリーンリミット：
アイドリング時に失火サイクル１０回／３分間１ｃｙｌ以上となるＡ／Ｆ値
【０００５】
本発明の目的は、放電面が中心電極の先端外周面と対向する複数の外側電極を有する多極スパークプラグの着火性を向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為、本発明は、以下の構成を採用した。
（１）筒状の主体金具と、碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍに設定した多極スパークプラグにおいて、中心電極先端を全周にわたり径大に形成して、前記放電面と、この径大部の外周面との間で火花放電を行うようにし、この径大部の外径ｄ_２を、中心電極外径ｄ_１より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きく設定し、｛（径大部の厚みＴ_１）／（放電面の軸方向距離Ｌ）｝を０．３以下に設定し、且つ、前記径大部の後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
【０００８】
（２）多極スパークプラグは、上記（１）の構成を有し、前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とする。
（３）筒状の主体金具と、碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍに設定した多極スパークプラグにおいて、中心電極先端を先に行くほど全周にわたり径大になる様なテーパ形状の径大部に形成して、前記放電面と、このテーパの外周面との間にて火花放電を行うようにし、
この径大部の外径ｄ_３を、中心電極外径ｄ_１より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きく設定し、
｛（径大部の厚みＴ_２）／（放電面の軸方向距離Ｌ）｝を０．３以下に設定し、且つ、前記テーパの後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
（４）多極スパークプラグは、上記（３）の構成を有し、前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とする。
（５）多極スパークプラグは、上記（１）〜（４）の何れかの構成を有し、前記径大部を貴金属で形成した。
【０００９】
【作用および発明の効果】
〔請求項１について〕
中心電極先端を全周にわたり径大に形成して、放電面と、この径大部の外周面との間で火花放電を行うようにし、この径大部の外径ｄ_２を、中心電極外径ｄ_１より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きく設定し、｛（径大部の厚みＴ_１）／（放電面の軸方向距離Ｌ）｝を０．３以下に設定し、且つ、径大部の後端位置は、放電面の軸方向における形成位置に位置している。また、径大部は、碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
（Ｔ_１／Ｌ）≦０．３の状態で、（径大部の外径ｄ_２−中心電極外径ｄ_１）≧０．２ｍｍとし、且つ、径大部の後端位置が、放電面の軸方向における形成位置に位置しているので、外側電極の放電面と、中心電極に形成した先端の径大部の外周面との間で気中放電を行えることから、Ａ／Ｆリーンリミットが改善（約１改善）される。
又、（径大部の外径ｄ_２−中心電極外径ｄ_１）＞１ｍｍであると、径大部（中心電極先端）の温度が高くなり、酸化消耗が大になるので不向きである。
【００１１】
〔請求項２について〕
径大部は、自身の先端面を中心電極の先端面及び外側電極の先端上面と面一としている。
〔請求項３について〕
中心電極先端を先に行くほど全周にわたり径大になる様なテーパ形状の径大部に形成して、放電面と、このテーパの外周面との間にて火花放電を行うようにし、この径大部の外径ｄ_３を、中心電極外径ｄ_１より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きく設定し、｛（径大部の厚みＴ_２）／（放電面の軸方向距離Ｌ）｝を０．３以下に設定し、且つ、テーパの後端位置は、放電面の軸方向における形成位置に位置している。また、径大部は、碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
（Ｔ_１／Ｌ）≦０．３の状態で、（径大部の外径ｄ_３−中心電極外径ｄ_１）≧０．２ｍｍとし、且つ、テーパの後端位置が、放電面の軸方向における形成位置に位置しているので、外側電極の放電面と、テーパの外周面との間で気中放電を行えることから、Ａ／Ｆリーンリミットが改善（約１改善）される。
又、（径大部の外径ｄ _３−中心電極外径ｄ_１）＞１ｍｍであると、径大部（中心電極先端）の温度が高くなり、酸化消耗が大になるので不向きである。
〔請求項４について〕
径大部は、自身の先端面を中心電極の先端面及び外側電極の先端上面と面一としている。
〔請求項５について〕
幅の狭い径大部を中心電極先端に形成することにより、径大部を設けない場合に比べ耐久性が低下（電極消耗大）する。
しかし、径大部を貴金属で形成することにより、耐久性が改善される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項１、２対応）を図１〜図４に基づいて説明する。
二極スパークプラグＡは、筒状の主体金具１と、主体金具１内に嵌め込まれて固定される軸孔２１付の絶縁碍子２と、径大部３１を有する中心電極先端３２が碍子先端面２２から突出する様に軸孔２１内に固定される中心電極３と、放電面４１が中心電極３の先端外周面３２１と対向する様に、屈曲して金具先端面１１に突設される外側電極４、４とを備える。
【００１３】
主体金具１は、低炭素鋼で製造され、外側電極４、４を金具先端面１１に溶接している。又、主体金具１の先端外周にはネジ１２が螺刻され、ガスケット（図示せず）を介して内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に装着される。
【００１４】
絶縁碍子２は、アルミナを主体とするセラミックで製造され、パッキン（図示せず）を介して座面を主体金具１の段部（図示せず）に係止し、主体金具１の六角頭部（図示せず）を加締める事により、主体金具１の金具先端面１１から碍子先端部２３が突出する様に主体金具１内に固定される。
【００１５】
ニッケル合金材の内部に良熱伝導性の銅を封入した中心電極３は、厚みＴ₁＝０．４ｍｍ、外径ｄ₂＝φ２．５の径大部３１（円柱形状）を中心電極先端３２に形成している。尚、径大部３１以外の中心電極外径ｄ₁はφ２．０である。
又、径大部３１の外径ｄ₂をφ２．５、径大部の厚みＴ₁を０．４ｍｍと一定にし、径差｛（径大部３１の外径ｄ₂−中心電極外径ｄ₁）｝を０ｍｍ〜１．３ｍｍの間で変化させたところ、図２に示す様に、径差０．２ｍｍ以上でＡ／Ｆリーンリミットが約０．５改善されることが判明した。
但し、径差が１．０ｍｍを越える（本実施例ではφｄ₁＜１．５ｍｍ）になると、図３に示す様に、径大部３１の温度が高くなってギャップ消耗量が大きくなる（酸化消耗大）ので、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲に径差を設定する。
【００１６】
外側電極４は、先端がＬ字状に屈曲し、ニッケル合金材で形成されている。
外側電極４の放電面４１は、円弧面状に形成され、対向する先端外周面３２１と同軸的に位置する。
又、本実施例では、外側電極４の先端上面４２と中心電極先端面３３とが面一（軸方向距離ｋ＝０ｍｍ）に設定されている。
【００１７】
本実施例では、｛（径大部の厚みＴ₁）／（放電面の軸方向距離Ｌ）｝≒０．２７に設定されている。
尚、放電面の軸方向距離Ｌを１．５ｍｍ一定とし、径大部の厚みＴ₁を１．５ｍｍ〜０．３ｍｍ｛（Ｔ₁／Ｌ）を１〜０．２｝まで変化させて着火性を試験したところ、図４に示す様に、（Ｔ₁／Ｌ）≦０．３でＡ／Ｆリーンリミットが約１改善されることが判明した。
【００１８】
本実施例の二極スパークプラグＡは、以下の利点を有する。
二極スパークプラグＡは、中心電極先端３２を径大に形成し、この径大部３１の外径ｄ₂（φ２．５）を、中心電極外径ｄ₁（φ２．０）より０．５ｍｍ大きく設定し、｛（径大部３１の厚みＴ₁（０．４ｍｍ）｝／｛放電面の軸方向距離Ｌ（１．５ｍｍ）｝を約０．２７に設定している。
これにより、火花放電が放電面前側４１１と径大部３１との間で起こるので、Ａ／Ｆリーンリミットが約１改善され、着火性が良好に保持されることが判明した。
又、径差が０．５ｍｍであるので、径大部（中心電極先端）の温度が著しく高くならないので火花放電による電極先端部の消耗が少なく、二極スパークプラグＡは、径大部３１を設けたことによる、中心電極３の耐火花消耗性の低下は殆ど無い。
【００１９】
本発明の第２実施例（請求項３、４に対応）を図５に基づいて説明する。
二極スパークプラグＢは、以下の点が二極スパークプラグＡと異なる。
【００２０】
先に行くほど径大になる様に円錐状の径大部３４を中心電極先端３２に形成している。尚、中心電極外径ｄ₁はφ２であり、径大部３４の厚みＴ₂は０．４ｍｍ、外径ｄ₃はφ２．５である。
【００２１】
本実施例の二極スパークプラグＢは、以下の利点を有する。
二極スパークプラグＢは、先に行くほど径大になる様に円錐状の径大部３４を中心電極先端３２に形成している。
これにより、火花放電が放電面前側４１１と径大部３４との間で起こるので、Ａ／Ｆリーンリミットが約１改善され、着火性が良好に保持されることが判明した。
又、径差（φｄ₂−φｄ₁）が０．５ｍｍであるので、径大部（中心電極先端）の温度が著しく高くならないので火花放電による電極先端部の消耗が少なく、二極スパークプラグＢは、径大部３４を設けたことによる、中心電極３の耐火花消耗性の低下は殆ど無い。
【００２２】
本発明の第３実施例（請求項５に対応）を図６及び図７に基づいて説明する。
二極スパークプラグＣは、以下の点が二極スパークプラグＡと異なる。
【００２３】
ニッケル合金材の内部に良熱伝導性の銅を封入した中心電極３は、厚みＴ₃＝０．３ｍｍ、外径ｄ₃＝φ２．５の径大部３５を中心電極先端３２に形成している。尚、径大部３１以外の中心電極外径ｄ₁はφ２．０である。尚、径大部３５は、貴金属材（Ｐｔ- Ｉｒ合金）をレーザー溶接ＬＢにより形成している。
【００２４】
本実施例の二極スパークプラグＣは、以下の利点を有する。
幅の狭い径大部３１を中心電極先端３２に形成することにより、径大部３５を設けない従来品に比べ径大部付きスパークプラグは、耐久性が低下（電極消耗大）する。
【００２５】
具体的には、４気筒、５０００ｒｐｍ×ｗ．ｏ．ｔ．２００Ｈｒで試験を行なったところ、図７に示す様に、径大部無しでニッケル合金からなる中心電極を有する従来品はギャップ消耗が０．２ｍｍであるのに対し、（厚みＴ／軸方向距離Ｌ）＝０．２の径大部付きのニッケル合金からなる中心電極を有するスパークプラグは、ギャップ消耗が０．４ｍｍと大きく、着火性が改善される反面、耐久性が逆に悪化する。
しかし、径大部３１を貴金属合金で形成した二極スパークプラグＣは、貴金属材によりギャップ消耗が０．１ｍｍと少なく、耐久性が改善される。
【００２６】
本発明の第４実施例（請求項５に対応）を図８に基づいて説明する。
二極スパークプラグＤは、以下の点が二極スパークプラグＣと異なる。
【００２７】
ニッケル合金材の内部に良熱伝導性の銅を封入した中心電極３は、厚みＴ₄＝０．３ｍｍ、外径ｄ₃＝φ２．５の径大部３６を中心電極先端３２に形成している。尚、中心電極先端３２の中心電極外径ｄ₁はφ２．０であり、中心電極３の元径はφ２．５である。尚、径大部３６は、レーザー溶接により形成した貴金属材（Ｐｔ- Ｉｒ合金）である。
本実施例の二極スパークプラグＤは、二極スパークプラグＣと同様、貴金属合金によりギャップ消耗が０．１ｍｍと少なく、耐久性が改善される。
【００２８】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．金具先端面１１に突設される外側電極４の数は、二個以上（三極、四極）であっても良い。
ｂ．径大部の貴金属材は、Ｐｔ、Ｐｔ- Ｉｒ- Ｎｉ合金、Ｐｔ- Ｒｈ合金、Ａｕ- Ｐｄ合金、Ｉｒ、Ｉｒ- Ｙ₂Ｏ₃合金、Ｉｒ- Ｒｈ合金等が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図２】その二極スパークプラグにおいて、径差（φｄ₂−φｄ₁）と、Ａ／Ｆリーンリミットとの関係を示すグラフである。
【図３】その二極スパークプラグにおいて、中心電極外径φｄ₁とギャップ消耗量との関係を示すグラフである。
【図４】その二極スパークプラグにおいて、（径大部の厚みＴ₁／放電面の軸方向距離Ｌ）と、Ａ／Ｆリーンリミットとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施例に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る二極スパークプラグの上面図（ａ）、及び正面図（ｂ）である。
【図７】径大部無しの従来品、（厚みＴ／軸方向距離Ｌ）＝０．２の径大部付きスパークプラグ、及び径大部３１を貴金属合金で形成した二極スパークプラグＣにおける各ギャップ消耗を示すグラフである。
【図８】本発明の第４実施例に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図９】従来技術に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図１０】従来技術に係る二極スパークプラグの正面図である。
【符号の説明】
１主体金具
２絶縁碍子
３中心電極
４外側電極
１１金具先端面
２１軸孔
２２碍子先端面
２３碍子先端（碍子先端部）
３１、３４〜３６径大部
４２外側電極の先端上面
ｄ₁ 中心電極外径
ｄ₂ 径大部の外径
ｄ₃ 径大部の先端外径
Ｔ₁〜Ｔ₄ 径大部の厚み
Ｌ放電面の軸方向距離
Ａ〜Ｄ二極スパークプラグ（多極スパークプラグ）

Claims

筒状の主体金具と、
碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、
該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、
放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、
該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍに設定した多極スパークプラグにおいて、
中心電極先端を全周にわたり径大に形成して、前記放電面と、この径大部の外周面との間で火花放電を行うようにし、この径大部の外径ｄ_２を、中心電極外径ｄ_１より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きく設定し、
｛（径大部の厚みＴ_１）／（放電面の軸方向距離Ｌ）｝を０．３以下に設定し、且つ、前記径大部の後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、
前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成されることを特徴とする多極スパークプラグ。
前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とすることを特徴とする請求項１記載の多極スパークプラグ。
筒状の主体金具と、
碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、
該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、
放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、
該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍに設定した多極スパークプラグにおいて、
中心電極先端を先に行くほど全周にわたり径大になる様なテーパ形状の径大部に形成して、前記放電面と、このテーパの外周面との間にて火花放電を行うようにし、この径大部の外径ｄ _３を、中心電極外径ｄ _１より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きく設定し、
｛（径大部の厚みＴ _２）／（放電面の軸方向距離Ｌ）｝を０．３以下に設定し、且つ、前記テーパの後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、
前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成されることを特徴とする多極スパークプラグ。
前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とすることを特徴とする請求項３記載の多極スパークプラグ。
前記径大部を貴金属で形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の多極スパークプラグ。