JP4210160B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用スパークプラグに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、内燃機関の高出力化に伴って燃焼室内における吸気及び排気バルブの大型化や4バルブ化が検討され、また、エンジンが小型化される傾向から、内燃機関用スパークプラグは小型化を望まれている。しかし、内燃機関用スパークプラグを小型化する場合、例えば、主体金具のネジ径をM12,M10のように小さくすることはできるが、絶縁体については、機械的強度や耐電圧強度の確保のため、細径化には限度がある。このため、内燃機関用スパークプラグを小型化するにしたがって、絶縁体の先端部と、主体金具の内側面及び外側電極のうち中心電極側に向く内側面との距離が短くなる。
【0003】
ところで、内燃機関用スパークプラグでは、火花放電ギャップで確実に放電させるために、火花放電ギャップの大きさに対して、絶縁体と外側電極のうち中心電極側に向く内側面との距離を十分に大きくしなければならない。この距離が不十分な場合、絶縁体の先端部がカーボン等によって汚染してくると、横飛火が発生しやすくなる。横飛火とは、火花放電ギャップで放電せずに、中心電極の先端部から絶縁体の先端部に付着したカーボンを通じ、絶縁体の先端部と主体金具の内側面(主に角部)との間で火花放電する現象である。横飛火が発生する領域は、上記のように絶縁体と外側電極または主体金具とに挟まれた領域のため、混合気の着火性が悪い。従って、横飛火発生率が高くなるほど着火性能は低下してしまう。
【0004】
【従来の技術】
従来の内燃機関用スパークプラグとしては、図10に示すような、外側電極310の内側面311のうち中心電極320の先端面321と対向する対向面311bと中心電極320の先端面321とを平行に設置した内燃機関用スパークプラグ300(以下、平行電極スパークプラグともいう)が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。この内燃機関用スパークプラグ300において、中心電極320の先端面321と外側電極310の先端部310bのうち中心電極側角部312との最短距離をG(mm)とする。さらに、絶縁体340の先端側端面341を含む仮想平面Fにおいて、この仮想平面Fと絶縁体340の側面342を先端側に延長した仮想側面Sとが交わる仮想線Lと、外側電極310の内側面311との最短距離をA(mm)とする。
【0005】
【特許文献1】
特開平04−138685号公報
【特許文献2】
特開平04−303585号公報
【0006】
【発明が解決しようする課題】
このとき、火花放電ギャップで火花放電させるためには、0.5G≦Aの関係を満たすのが良く、絶縁体340の機械的強度や耐電圧強度を確保するためには、A≦1.5Gの関係を満たすのが良い。ところが、内燃機関用スパークプラグの小型化の要求に応えるべく、主体金具330のネジ径をM14より小さくした内燃機関用スパークプラグでは、0.5G≦A≦1.5Gの関係を満たすようにした場合、絶縁体の先端部がカーボン等によって汚染してくると、横飛火が発生し易くなってしまう問題があった。
【0007】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、横飛火の防止に有効で、正常な火花放電を発生し、混合気への着火性が良好な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。
【0008】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、上記軸孔の先端側に挿入され、自身の先端が上記絶縁体の先端から突出するように固設された中心電極と、上記絶縁体の周囲を取り囲み、上記絶縁体の先端をその先端側端面から突出させるように配置された主体金具と、基端が上記主体金具に固設され、上記中心電極の先端面と火花放電ギャップを隔てて配置された外側電極と、を備える内燃機関用スパークプラグであって、上記主体金具の先端外径は11.9mm未満であり、上記中心電極の先端面と、上記外側電極の先端部のうち先端面及び上記中心電極側に向く内側面がなす中心電極側角部との最短距離をG(mm)、上記絶縁体の先端側端面を含む仮想平面において、上記仮想平面と上記絶縁体の側面を先端側に延長した仮想側面とが交わる仮想線と、上記外側電極の内側面との最短距離をA(mm)としたときに、0.5G≦A≦Gの関係を満たし、上記外側電極の上記中心電極側角部の全体が、上記中心電極を先端側に延長した仮想筒状領域内に含まれ、上記仮想筒状領域内では、上記中心電極の先端面と上記外側電極の内側面のうち上記中心電極の先端面と対向する対向面との軸線方向の距離が、上記外側電極の先端側に近づくにしたがって短くなり、上記中心電極の上記先端面と上記外側電極の上記対向面とがなす角をB(deg)としたとき、0.5≦B≦12.0の関係を満たし、且つ、上記外側電極の上記中心電極側角部が、半径0.2mm以下である内燃機関用スパークプラグである。
【0009】
本発明では、主体金具の先端外径が11.9mm未満(ネジ径がM14より小さい主体金具の先端外径に相当する)の内燃機関用スパークプラグにおいて、中心電極の先端面と外側電極の先端部の中心電極側角部との最短距離をG(mm)、絶縁体の先端側端面を含む仮想平面において、この仮想平面と絶縁体の側面を先端側に延長した仮想側面とが交わる仮想線と、外側電極の内側面との最短距離をA(mm)としたときに、0.5G≦A≦1.5Gの関係となっている。従って、AとGとの関係は、前述したように、絶縁体の先端部がカーボン等によって汚染してくると横飛火が発生し易い関係となっている。
特に、本発明の内燃機関用スパークプラグは、0.5G≦A≦Gとすることで、0.5G≦A≦1.5Gのうち、絶縁体の先端部が肉厚なものに限定している。従って、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、絶縁体の機械的強度や耐電圧強度を十分に確保することができる。しかし、0.5G≦A≦Gとすることで、絶縁体の先端部がカーボン等によって汚染すると横飛火が発生し易くなる条件になっている。
【0010】
ところが、本発明では、外側電極の中心電極側角部の全体が中心電極(詳細には、中心電極のうち絶縁体の先端から突出した部分)を先端側に延長した仮想筒状領域内に含まれ、この仮想筒状領域内では、中心電極の先端面と外側電極の対向面との軸線方向の距離が、外側電極の先端側に近づくにしたがって短くなるように、外側電極及び中心電極を形成している。このため、本発明では、外側電極の先端部のうち、周囲の電界強度が強くなりやすい中心電極側角部を中心電極の先端面に最も近づけることにより、従来の内燃機関用スパークプラグ300ような平行電極スパークプラグに比して、火花放電ギャップで火花放電し易くしている。このため、本発明では、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
【0011】
なお、主体金具の先端外径とは、主体金具の先端角部に形成された面取り部を除いた先端の外径をいう。従って、本発明は、主体金具の外側面に取付ネジ部が形成さていない、いわゆるネジなしプラグについても適用できる。
【0012】
また、中心電極の先端に貴金属チップを有するスパークプラグの場合(以下、このスパークプラグでは、中心電極のうち貴金属チップを除く部分を中心電極本体部という)には、貴金属チップの先端面が中心電極の先端面となる。このスパークプラグでは、中心電極本体部のうち絶縁体の先端から突出した部分を先端側に延長した領域が仮想筒状領域となり、この仮想筒状領域内に外側電極の中心電極側角部の少なくとも一部が含まれるようにすることで、火花放電ギャップで火花放電し易くなり、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性をさらに良好とすることができる。
なお、貴金属チップとしては、例えば、Ir,Pt等を含有する合金を用いることができ、例えば、Ir−5Pt,Ir−1.7Y2O3等のIr合金やPt−13Ir,Pt−32Ir等のPt合金が挙げられる。さらには、これらに、Rh,Re,Ru,Ni等を含有させた合金を用いることもできる。
ところで、一般に、内燃機関用スパークプラグでは、中心電極の先端面と外側電極の対向面とがなす角Bを大きくするほど、外側電極のうち周囲の電界強度が強くなりやすい中心電極側角部に火花放電を集中させることができるので、横飛火が発生しにくくなる。しかし、外側電極の中心電極側角部に火花放電を集中させれば、この中心電極側角部が短時間で消耗することになるので、角Bを大きくし過ぎると、かえって横飛火発生率を高くしてしまう。
そこで、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、0.5≦B≦12.0の関係を満たすようにした。この範囲で角Bを調整することで、従来の平行電極スパークプラグに比して、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
なお、中心電極の先端に貴金属チップを有するスパークプラグの場合は、貴金属チップの先端面が中心電極の先端面となり、貴金属チップの先端面と外側電極の対向面とがなす角がB(deg)となる。
さらに、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、外側電極の中心電極側角部を半径0.2mm以下としている。半径を0.2mm以下の角部とすることで外側電極の中心電極側角部の電界強度が強くなるので、火花放電ギャップで火花放電し易くなる。従って、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
【0013】
さらに、上記の内燃機関用スパークプラグであって、前記中心電極は、中心電極本体部とその先端に固着された貴金属チップとを有し、前記外側電極の前記中心電極側角部の少なくとも一部が、上記貴金属チップを先端側に延長した仮想チップ領域内に含まれる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【0014】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、外側電極の中心電極側角部の少なくとも一部が、仮想筒状領域(中心電極本体部のうち絶縁体の先端から突出した部分を先端側に延長した領域)内で、さらに、貴金属チップを先端側に延長した仮想チップ領域内にも含まれる。このため、より一層火花放電ギャップで火花放電し易くなり、横飛火発生率をより一層低下させ、混合気への着火性をさらに良好とすることができる。
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
さらに、上記の内燃機関用スパークプラグであって、3.0≦B≦12.0の関係を満たす内燃機関用スパークプラグとすると好ましい。3.0≦B≦12.0とすることで、0.5≦B≦12.0とした上記内燃機関用スパークプラグのうち、外側電極の中心電極側角部に火花放電が集中するものに限定することができる。従って、3.0≦B≦12.0の範囲で角Bを調整することで、より一層、火花放電ギャップでの正常な火花放電が発生し易くなり、混合気への着火性を良好とすることができる。
【0021】
さらに、上記の内燃機関用スパークプラグであって、3.0≦B≦10.0の関係を満たす内燃機関用スパークプラグとすると好ましい。3.0≦B≦10.0とすることで、3.0≦B≦12.0とした上記内燃機関用スパークプラグのうち、外側電極の中心電極側角部の消耗が少ないものに限定することができる。従って、3.0≦B≦10.0の範囲で角Bを調整することで、外側電極の中心電極側角部での火花放電の集中度と耐久性とのバランスが良く、さらに、混合気への着火性を良好とすることができる。
【0022】
さらに、上記の内燃機関用スパークプラグであって、B=5.0の関係を満たす内燃機関用スパークプラグとすると好ましい。B=5.0(deg)とすることで、外側電極の中心電極側角部での火花放電の集中度と耐久性とのバランスが最も良くなり、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
【0023】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記外側電極の前記中心電極側角部と前記基端との間に前記中心電極の軸線が位置する内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【0024】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、外側電極の中心電極側角部と基端との間に中心電極の軸線が位置するようにしている。このため、中心電極を先端側に延長した仮想筒状領域に含まれる外側電極の対向面の面積が大きくなる。従って、火花放電ギャップで火花放電し易くし、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
【0025】
【0026】
【0027】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記中心電極の先端面と側面とがなす角部のうち、少なくとも前記外側電極の中心電極側角部に最も近い部分は、半径0.2mm以下である内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【0028】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、中心電極の先端面と側面とで形成される角部のうち、少なくとも外側電極の中心電極側角部に最も近い部分について、半径0.2mm以下としている。半径0.2mm以下の角部とすることで、この部分の電界強度が強くなるので、火花放電ギャップで火花放電し易くなる。従って、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
なお、中心電極の先端に貴金属チップを有するスパークプラグの場合は、貴金属チップの先端面が中心電極の先端面となり、貴金属チップの先端面と側面とがなす角部のうち、少なくとも外側電極の中心電極側角部に最も近い部分を半径0.2mm以下とすると良い。
【0029】
【発明の実施の形態】
本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100について、図面を参照しつつ説明する。
内燃機関用スパークプラグ100は、図1に示すように、外側電極110、中心電極120、主体金具130、及び絶縁体140を備えており、主体金具130の先端部130gの外側面に形成されているネジ部130bを利用して図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けられ、使用に供される。
【0030】
このうち、絶縁体140はアルミナからなり、図2(b)に示すように、軸線方向に貫通する軸孔140bを有する筒状体である。中心電極120は、図2(b)に示すように、軸孔140bの先端側に挿入され、その先端部が絶縁体140の先端から突出するように固設された軸状金属体である。主体金具130は、図2(b)に示すように、外側面に呼びがM10のネジ部130bが形成されており、絶縁体140の周囲を隙間を形成して取り囲んでいる。外側電極110は、図2(b)に示すように、基端110cが主体金具130に溶接によって固設され、中心電極120の先端面121と火花放電ギャップhを隔てて配置された金属体である。なお、本実施形態では、主体金具130の先端外径Dは、8.5mmとなっている。また、中心電極120及び外側電極110を構成する電極母材の金属体としては、Ni耐熱合金、Fe耐熱合金等が挙げられる。また、これら電極母材内にCuまたはCu合金からなる良熱伝導性金属芯が封入されていても良い。
【0031】
さらに、本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100では、図2(b)に示すように、外側電極110の先端部110bのうち先端面113と内側面111とがなす中心電極側角部112と中心電極120の先端面121との最短距離をG(mm)としたとき、G=0.6(mm)となっている。一方、絶縁体140の先端側端面141を含む仮想平面Fと絶縁体140の側面142を先端側に延長した仮想側面Sとが交わる仮想線をLとし、仮想平面Fでの仮想線Lと外側電極110の内側面111との最短距離をA(mm)としたとき、A=0.5(mm)となっている。従って、本実施形態では、0.5G≦A≦Gの関係を満たしており、絶縁体140の先端部140cを肉厚にしている。このため、本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100では、絶縁体140の機械的強度や耐電圧強度を十分に確保することができる。
【0032】
ところが、0.5G≦A≦Gの関係では、絶縁体140の先端部140cの表面がカーボン等によって汚染されると、横飛火が発生し易い。これに対し、本実施形態では、図2に示すように、外側電極110の中心電極側角部112が、中心電極120のうち絶縁体140の先端側端面141から突出した部分を先端側に延長した仮想筒状領域T内に含まれ、この仮想筒状領域T内では、中心電極120の先端面121と外側電極110の内側面111のうち中心電極120の先端面121と対向する対向面111bとの軸線方向の距離が、外側電極110の先端側(図2(b)中右側)に近づくにしたがって短くなるように、中心電極120の先端面121に対して外側電極110を傾けるように形成している。このため、本実施形態では、外側電極110の先端部110bのうち、周囲の電界強度が強くなりやすい中心電極側角部112を中心電極120の先端面121に最も近づけることにより、従来の内燃機関用スパークプラグ300ような平行電極スパークプラグに比して、火花放電ギャップhで火花放電し易くしている。なお、外側電極110の先端部110bは、幅方向にひねられた形状とはされていない。つまり、中心電極120の先端面121と外側電極110の対向面111bとの軸線方向の距離は、外側電極110の対向面111bの幅方向について一定となっている。
【0033】
ここで、図3に内燃機関用スパークプラグ100の先端部を拡大して示すように、中心電極120の先端面121と外側電極110の対向面111bとがなす角をB(deg)として、角Bと火花放電ギャップhでの飛火率(%)との関係を調査した。具体的には、B=0(deg)、つまり従来の平行電極の内燃機関用スパークプラグ300において横飛火発生率が50%となる汚染状態で、0≦B≦5.0の範囲について、火花放電ギャップhでの飛火率を調査した。この結果を図4のグラフに示す。なお、いずれの内燃機関用
スパークプラグについても、G=0.6(mm)、A=0.5(mm)としてある。
【0034】
図4のグラフより、角Bを0degから0.5degまでの間で大きくするにしたがって、火花放電ギャップhでの飛火率が大きく上昇することがわかる。B=0.5としたときに火花放電ギャップhでの飛火率は約93%となり、さらに角Bを大きくするにしたがって飛火率は上昇し、B≧3.0で火花放電ギャップhでの飛火率は約100%となる。従って、B≧0.5とすることで、横飛火の防止に有効で、正常な火花放電を発生させることができ、さらに、B≧3.0とすれば、より一層、横飛火の防止に有効となり、正常な火花放電を発生する内燃機関用スパークプラグとすることができるといえる。
【0035】
さらに、B≧0.5の内燃機関用スパークプラグのうち、B=2.0(deg)の内燃機関用スパークプラグ100について、絶縁体140の先端部140cの汚染度合と火花放電ギャップhでの飛火率(%)との関係を調査し、これを従来の内燃機関用スパークプラグ300と比較した。この結果を図5のグラフに示す。このグラフからわかるように、2つの内燃機関用スパークプラグは共に、絶縁体140の先端部140cの汚染度合が進むにしたがって火花放電ギャップhでの飛火率は低下するが、本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100は、従来の内燃機関用スパークプラグ300に比して、火花放電ギャップhでの飛火率の低下を極めて小さくすることができる。従って、本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100は、横飛火の防止に有効で、正常な火花放電を発生し、混合気への着火性を良好にできることがわかる。
【0036】
さらに、この内燃機関用スパークプラグ100について、図3に示すように、外側電極110の中心電極側角部112の半径をR1(mm)として、R1と火花放電ギャップhでの飛火率(%)との関係を調査した。この結果を図6のグラフに示す。このグラフより、外側電極110の中心電極側角部112の半径R1が大きくなるにしたがって火花放電ギャップhでの飛火率が低下し、0.2≦R1とすると火花放電ギャップhでの飛火率が大きく低下してしまうことがわかる。従って、外側電極110の中心電極側角部112の半径R1を0.2mm以下とすることは、横飛火の防止に有効で、正常な火花放電を発生し、混合気への着火性を良好にできるといえる。
【0037】
同様に、図3に示すように、中心電極120の先端面121と側面122とで形成される角部123の半径R2を0.2mm以下とすることは、横飛火の防止に有効で、正常な火花放電を発生し、混合気への着火性を良好にできるといえる。
本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100では、R1,R2を共に0.2mm以下としているので、横飛火の防止に有効で、正常な火花放電を発生し、混合気への着火性が良好な内燃機関用スパークプラグとなっている。
【0038】
さらに、本実施形態では、図2(b)に示すように、外側電極110の中心電極側角部112と基端110cとの間に中心電極120の軸線Cが位置するようにしている。このため、中心電極120のうち絶縁体140の先端側端面141から突出した部分を先端側に延長した仮想筒状領域T内に含まれる外側電極110の対向面111bの面積が大きくなる。従って、本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100は、火花放電ギャップhで火花放電し易くし、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
【0039】
ところで、図4のグラフに示したように、中心電極120の先端面121と外側電極110の対向面111bとがなす角B(deg)について0.5≦Bとすることで、火花放電ギャップhでの飛火率を極めて高くすることができた。これは、角Bを大きくするほど、周囲の電界強度が強くなりやすい中心電極側角部112に火花放電を集中させることができるためであると考えられる。しかし、外側電極110の中心電極側角部112に火花
放電を集中させれば、この中心電極側角部112が短時間で消耗することになるので、角Bを大きくし過ぎると、かえって横飛火発生率を高くしてしまう虞がある。
【0040】
そこで、角Bの値を変えた6種類の内燃機関用スパークプラグ100及び従来の平行電極の内燃機関用スパークプラグ300について火花放電試験を行い、適切な角Bを調査した。具体的には、内燃機関用スパークプラグ100の角Bを0.5deg,1.0deg,5.0deg,10.0deg,12.0deg,15.0degの6種類に設定し、気圧0.6MPaに保ったチャンバ内で、60Hzのパルス電圧を印加する条件で机上の火花放電試験を行い、試験時間(h)と横飛火率(%)の関係について調査した。この結果を図7のグラフに示す。横飛火率とは、内燃機関用スパークプラグ100で発生した火花放電回数に対する横飛火回数の割合を百分率で表したものある。
【0041】
このグラフからわかるように、従来の内燃機関用スパークプラグ300(B=0deg)では、試験時間が100時間を経過したところで横飛火が発生するようになる。これに対し、角Bが0.5deg,1.0deg,5.0deg,10.0deg,12.0degである5種類の内燃機関用スパークプラグ100では、試験時間が100時間を経過しても横飛火は発生しなかった。反対に、角Bが15.0degの内燃機関用スパークプラグ100では、試験時間が70時間を経過したところで横飛火が発生してしまい、従来の内燃機関用スパークプラグ300よりも横飛火が発生し易くなってしまった。これは、外側電極110の中心電極側角部112に火花放電が集中し過ぎ、中心電極側角部112が短時間で消耗したためと考えられる。
従って、0.5≦B≦12.0とすることで、従来の内燃機関用スパークプラグ300に比して、横飛火が発生するまでの時間を遅らせることができ、より長時間にわたって混合気への着火性を良好とすることができるといえる。
【0042】
さらに、前述したように、図4のグラフより、B≧3.0とすることで中心電極側角部112に火花放電を集中でき、火花放電ギャップhでの火花放電が極めて発生し易くなることがわかっている。従って、0.5≦B≦12.0の範囲から、さらに、3.0≦B≦12.0の範囲に限定することで、より一層、混合気への着火性を良好とすることができるといえる。
さらに、図7のグラフより、B=10.0のときは、B=0.5,1.0のときに比して横飛火が発生するまでの時間を遅らせることができるが、B=12.0にするとB=0.5,1.0のときと同等になってしまう。従って、3.0≦B≦12.0の範囲から、さらに、3.0≦B≦10.0の範囲に限定することで、外側電極110の中心電極側角部112での火花放電の集中度と耐久性のバランスが良く、混合気への着火性を良好とすることができるといえる。
【0043】
さらに、図7のグラフより、0.5≦B≦5.0の範囲では、角B大きくするにしたがって横飛火が発生するまでの時間を遅らせることができ、反対に、5.0≦B≦12.0の範囲では、角Bを大きくするにしたがって横飛火が発生するまでの時間が早くなることがわかる。従って、B=5.0としたときが、最も火花放電の集中度と耐久性のバランスが良く、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができるといえる。
【0044】
このような本実施形態の内燃機関用スパークプラグ100は、次のようにして製造する。但し、内燃機関用スパークプラグ100の要部の製造方法を中心に説明し、公知部分については説明を省略または簡略化する。
【0045】
まず、主原料にアルミナを使用し、高温で所定の形状に焼成することによって絶縁体140を形成する。また、鋼材を使用し、所定の形状に塑性加工することによって主体金具
130を形成する。次いで、Ni耐熱合金からなる棒状の外側電極110を主体金具130の先端側端面130d(図2参照)に電気抵抗溶接する。このとき、図2に示すA寸法が0.5mmより大きくなるように外側電極110を設置する。その後、呼びがM10のネジ部130bを主体金具130の外側面に形成する。次いで、絶縁体140、中心電極120、及び外側電極110と一体になった主体金具130等を組み付けた後、外側電極110の対向面111bと中心電極120の先端面121とが対向するように外側電極110を曲げ、最終的にA=0.5(mm)、G=0.6(mm)となるようにする(図2参照)。このようにして、図1に示すような、内燃機関用スパークプラグ100が完成する。
【0046】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は、上記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で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、図8に示す内燃機関用スパークプラグ400のように、中心電極420の先端に貴金属チップ425を設けるようにしても良い。なお、貴金属チップとしては、例えば、Ir,Pt等を含有する合金を用いることができ、例えば、Ir−5Pt,Ir−1.7Y2O3等のIr合金やPt−13Ir,Pt−32Ir等のPt合金が挙げられる。さらには、これらに、Rh,Re,Ru,Ni等を含有させた合金を用いることもできる。
【0047】
この内燃機関用スパークプラグ400では、貴金属チップ425の先端面425bが中心電極420の先端面となる。さらに、図8(a)に示すように、外側電極110の中心電極側角部112と貴金属チップ425の先端面425bとの最短距離がG(mm)、中心電極420の中心電極本体部424のうち絶縁体140の先端側端面141から突出した部分を先端側に延長した筒状領域が仮想筒状領域Tとなる。さらに、図8(b)に示すように、貴金属チップ425の先端面425bと外側電極110の対向面111bとがなす角がB(deg)、貴金属チップ425の先端面425bと側面425cとで形成される角部425dの半径がR2となる。
【0048】
このような内燃機関用スパークプラグ400においても、実施形態の内燃機関用スパークプラグ100と同様な寸法関係を満たすようにすることで、火花放電ギャップhで火花放電し易くなり、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性を良好とすることができる。
さらに、図8(b)に示すように、外側電極110の中心電極側角部112の少なくとも一部が、仮想筒状領域T内で、さらに、貴金属チップ425を先端側に延長した仮想チップ領域K内にも含まれるようにすることで、より一層火花放電ギャップで火花放電し易くなるので、横飛火発生率を低下させ、混合気への着火性をさらに良好とすることができる。
【0049】
また、本実施形態では、図3に示すように、従来の内燃機関用スパークプラグ300に対して、外側電極110の先端部110bを中心電極120側に曲げ込むことによって角Bを調節した。しかし、図9に示す内燃機関用スパークプラグ200のように、中心電極220の先端面221を加工して角Bを調節するようにしても良い。
【0050】
また、本実施形態では、主体金具130のネジ部130bの呼び径がM10のものを用いたが、M14より小さいもの、例えば、M12、M8の主体金具を有する内燃機関用スパークプラグについても、横飛火を防止する効果は有効に得られる。また、主体金具の外側面に取付ネジ部が形成さていない、いわゆるネジなしプラグについても、同様に、横飛火を防止する効果が有効に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ100を示す側面図である。
【図2】 実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ100の要部構造を示す図であり、(a)はその上面図、(b)はその部分断面図である。
【図3】 実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ100のうち、外側電極110の先端部110b及び中心電極120の拡大図である。
【図4】 実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ100について、角Bと火花放電ギャップhでの飛火率との関係を示すグラフである。
【図5】 実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ100と従来の内燃機関用スパークプラグ300について、絶縁体の先端部の汚染度合と火花放電ギャップhでの飛火率との関係を示すグラフである。
【図6】 実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ100について、角部R1と火花放電ギャップhでの飛火率との関係を示すグラフである。
【図7】 実施形態にかかる6種類の内燃機関用スパークプラグ100及び従来の内燃機関用スパークプラグ300について、火花放電試験をしたときの試験時間と横飛火率との関係を示すグラフである。
【図8】 他の形態の内燃機関用スパークプラグ400の要部構造を示す図であり、(a)はその部分断面図、(b)はその拡大図である。
【図9】 他の形態の内燃機関用スパークプラグ200の要部構造を示す部分断面図である。
【図10】 従来の内燃機関用スパークプラグ300の要部構造を示す図であり、(a)はその上面図、(b)はその部分断面図である。
【符号の説明】
100,200,300,400 内燃機関用スパークプラグ
110,210,310 外側電極
110c 外側電極の基端
111,311 外側電極の内側面
111b,211b,311b 外側電極の対向面
112,312 外側電極の中心電極側角部
120,220,320,420 中心電極
121,221,321 中心電極の先端面
130,230,330 主体金具
140,240,340 絶縁体
141,341 絶縁体の先端側端面
425 貴金属チップ
425b 貴金属チップの先端面(中心電極の先端面)
A 仮想線Lと外側電極の内側面との最短距離
B 中心電極の先端面と外側電極の対向面とがなす角
C 中心電極の軸線
D 主体金具の先端外径
F 仮想平面
G 中心電極の先端面と外側電極の中心電極側角部との最短距離
h 火花放電ギャップ
K 仮想チップ領域
L 仮想線
R1 外側電極の中心電極側角部の半径
R2 中心電極の先端面と側面とで形成される角部の半径
S 仮想側面
T 仮想筒状領域
Claims (4)
- 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
上記軸孔の先端側に挿入され、自身の先端が上記絶縁体の先端から突出するように固設された中心電極と、
上記絶縁体の周囲を取り囲み、上記絶縁体の先端をその先端側端面から突出させるように配置された主体金具と、
基端が上記主体金具に固設され、上記中心電極の先端面と火花放電ギャップを隔てて配置された外側電極と、
を備える内燃機関用スパークプラグであって、
上記主体金具の先端外径は11.9mm未満であり、
上記中心電極の先端面と、上記外側電極の先端部のうち先端面及び上記中心電極側に向く内側面がなす中心電極側角部との最短距離をG(mm)、
上記絶縁体の先端側端面を含む仮想平面において、上記仮想平面と上記絶縁体の側面を先端側に延長した仮想側面とが交わる仮想線と、上記外側電極の内側面との最短距離をA(mm)としたときに、
0.5G≦A≦Gの関係を満たし、
上記外側電極の上記中心電極側角部の全体が、上記中心電極を先端側に延長した仮想筒状領域内に含まれ、
上記仮想筒状領域内では、上記中心電極の先端面と上記外側電極の内側面のうち上記中心電極の先端面と対向する対向面との軸線方向の距離が、上記外側電極の先端側に近づくにしたがって短くなり、
上記中心電極の上記先端面と上記外側電極の上記対向面とがなす角をB(deg)としたとき、0.5≦B≦12.0の関係を満たし、且つ、
上記外側電極の上記中心電極側角部が、半径0.2mm以下である
内燃機関用スパークプラグ。 - 請求項1に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記中心電極は、中心電極本体部とその先端に固着された貴金属チップとを有し、前記外側電極の前記中心電極側角部の少なくとも一部が、上記貴金属チップを先端側に延長した仮想チップ領域内に含まれる内燃機関用スパークプラグ。 - 請求項1または請求項2に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記外側電極の前記中心電極側角部と前記基端との間に前記中心電極の軸線が位置する内燃機関用スパークプラグ。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記中心電極の先端面と側面とがなす角部のうち、少なくとも前記外側電極の中心電極側角部に最も近い部分は、半径0.2mm以下である
内燃機関用スパークプラグ。
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