JP4210204B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
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Description
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、安価で、且つ中心電極本体部に対し貴金属チップを強固に結合させると共に、貴金属チップの高温酸化消耗を抑制できる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。
さらに、軸線を含み、この軸線に沿って中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、この仮想切断平面に現れる貴金属チップの断面の断面積Sbと結合部の断面の断面積Scとが、1/10≦Sc/Sbの関係を満たしている。このように、結合部の断面積Scを貴金属チップの断面積Sbの1/10以上とすることで、中心電極本体部と貴金属チップとの間において、適切な溶接強度を確保することができる。
なお、貴金属チップが高温状態となるとは、貴金属チップの温度が上昇し、貴金属チップが酸化消耗し易くなる温度状態となることをいい、貴金属チップをなす金属によって異なるが、貴金属チップが800℃程度以上の温度状態となることをいう。
従って、0.3≦H≦2.5の関係を満たすことで、貴金属チップが高温となるのを抑制することができ、ひいては貴金属チップの高温酸化消耗をより一層抑制することができる。
従って、この内燃機関用スパークプラグは、アイドル運転時などのエンジン低負荷時において、貴金属チップの温度を比較的高くさせることができ、良好な火花放電、ひいては良好な着火性を得ることができる。
してしまう危険性がある。
なお、前述のように、貴金属チップが高温状態となるまでには、軸芯部材が貴金属チップに当接するので、貴金属チップの熱が速やかに良熱伝導性金属からなる軸芯部材に伝わり、高温となった貴金属チップの熱引きが良好となる。
従って、0.3≦H≦2.5の関係を満たすことで、貴金属チップが高温となるのを抑制することができ、ひいては貴金属チップの高温酸化消耗をより一層抑制することができる。
実施例1及び参考例1の内燃機関用スパークプラグ100は、図1に示すように、接地電極110、中心電極120、主体金具130、及び絶縁体140を備えている。
このうち、絶縁体140はアルミナからなり、軸線C方向に貫通する軸孔140bを有する筒状体である(図2,図3参照)。主体金具130は、外側面にネジ部130bが形成された筒状の金属体であり、絶縁体140の周囲を間隙を設けて取り囲んでいる。なお、本実施例1及び参考例1では、ネジ部130bの呼び径をM10としている。
このような内燃機関用スパークプラグ100は、主体金具130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。
なお、図2に示すように、結合部123が環状である場合(参考例1)は、貴金属チップ121のうち、中心電極本体部122と当接する面を当接面121bとする。
さらに、結合部123が環状である場合(参考例1)は、図2に示すように、当接面121bと軸線Cとの交点P1を通過し軸線Cに直交する直線を想定し、これを第1仮想線K1とする。なお、本実施例1及び参考例1では、当接面121bが軸線Cと直交しているため、第1仮想線K1は、図2の断面図に現れる当接面121bを延長した線と一致する。さらに、(第1仮想線K1上において、結合部123について、貴金属チップ121の外側面121dから軸線C側に向かって測定した深さ(以下、結合部123の溶け込み深さとも言う)をT(mm)とする。
なお、本実施例1及び参考例1では、第1仮想線K1及び第2仮想線K2は、いずれも絶縁体140の先端141よりも軸線C方向先端側に位置している。
以上より、Sc/Sb≦1/2の関係を満たすことで、貴金属チップ121の高温酸化消耗を抑制することができるといえる。
一方、高温酸化消耗の結果について見ると、H=0.3(mm)としたサンプル14及びH=2.5(mm)としたサンプル15では、ギャップGの増加量が0.05mm未満となり、高温酸化消耗を極めて良好に抑制することができた。これに対し、サンプル14,15よりもHの値が小さいサンプル13、具体的にはH=0.1(mm)としたサンプル13では、ギャップGの増加量が0.05mm以上0.08mm未満となり、高温酸化消耗を抑制することができたが、サンプル14,15に比して大きくなった。さらに、サンプル14,15よりもHの値が大きいサンプル16、具体的にはH=3.0(mm)としたサンプル16でも、ギャップGの増加量が0.05mm以上0.08mm未満となり、高温酸化消耗を抑制することができたが、サンプル14,15に比して大きくなった。
すなわち、Hの値を0.3mm以上とすることで、中心電極120に比して極めて高温となる絶縁体140からの熱放射の影響で結合部123が高温となり、ひいては貴金属チップ121が高温となってしまうのを抑制できたからと考えられる。一方、Hの値を2.5mm以下とすることで、燃焼室に対する貴金属チップ121の突き出し量を抑制し、燃焼室内の熱の影響で貴金属チップ121が高温となるのを抑制することができたからと考えられる。
参考例2の内燃機関用スパークプラグ200は、参考例1の内燃機関用スパークプラグ100と比較すると、中心電極本体部の構成のみが異なり、その他の部分については同様である(図1参照)。
図5に示すように、内燃機関用スパークプラグ200では、中心電極本体部222が、良熱伝導性金属からなる軸芯部材225と耐熱性金属からなる被覆部材226とを有している。具体的には、被覆部材226の軸線C方向に貫通する軸孔226b内に、軸芯部材225を挿入させる形態で、被覆部材226が軸芯部材225を被覆している。なお、本参考例2では、軸芯部材225をなす良熱伝導性金属としてCu合金を用い、被覆部材226をなす耐熱性金属としてNi合金(Incnel 600(商標名))を用いている。
さらに、内燃機関用スパークプラグ200では、貴金属チップ121と被覆部材226とは、互いに当接することなく、両者の間には全面に亘り結合部223が介在している。
内燃機関用スパークプラグ200では、温度上昇に伴い、軸芯部材225が被覆部材226に対し相対的に軸線C方向先端側に延び、やがて、軸芯部材225が貴金属チップ121の当接面121bに当接する。このため、軸線方向距離Mを0.05mm未満としたサンプル17では、比較的低い温度のうちに、軸芯部材225が貴金属チップ121の当接面121bに当接してしまう。すると、その後も、温度上昇に伴って、軸芯部材225が、被覆部材226に対し相対的に軸線C方向先端側に大きく延びるため、軸芯部材225からの押圧力に耐えきれず、貴金属チップ121が中心電極本体部222から脱落してしまったと考えられる。
以上より、軸線方向距離Mを0.05mm以上とすることで、軸芯部材225と被覆部材226との熱膨張差により、貴金属チップ121が脱落する危険性を極めて小さくできるといえる。
以上より、軸線方向距離Mを0.2mm以下とすることで、貴金属チップ121の高温酸化消耗を抑制できるといえる。
以上より、軸線方向距離Mの値を0.05(mm)以上とすることで、アイドル運転時などのエンジン低負荷時では、貴金属チップ121の温度を比較的高くさせることができ、良好な火花放電、ひいては良好な着火性を得ることができるといえる。
なお、内燃機関用スパークプラグ200では、主体金具130のネジ部130bの呼び径がM10のスパークプラグを用いたが、M10のスパークプラグに限定されるものではない。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適用することができる。
また、内燃機関用スパークプラグ200では、接地電極110に貴金属チップ113を設けたが、貴金属チップを設けないようにしても良い。
また、内燃機関用スパークプラグ200では、貴金属チップ121と被覆部材226とは、互いに当接することなく、両者の間には結合部223が介在していたが、環状の結合部223の内側で貴金属チップ121と被覆部材226とを当接させるようにしても良い。但し、貴金属チップ121の脱落・折損の防止し、且つ高温酸化消耗を抑制するために、1/10≦Sc/Sb≦1/2、溶け込み深さTを0.05(mm)以上とする必要がある。
例えば、実施例1の内燃機関用スパークプラグ100では、主体金具130のネジ部130bの呼び径がM10のスパークプラグを用いた。しかし、本発明はM10のスパークプラグに限定されるものではない。また、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することができる。
120,220 中心電極
121 貴金属チップ
121b 貴金属チップの当接面
122,222 中心電極本体部
123,223 結合部
140 絶縁体
225 軸芯部材
226 被覆部材
C 軸線
D 貴金属チップの外径
H 第1仮想線(第2仮想線)と絶縁体の先端との間の軸線方向距離
K1 第1仮想線
K2 第2仮想線
L 当接面の第1仮想線に沿う方向の長さ
M 常温下における当接面と軸芯部材の先端との間の軸線方向距離
Sc 結合部の断面積
Sb 貴金属チップの断面積
T 結合部について、第1仮想線上において、貴金属チップの外側面から軸線側に向かって測定した深さ(結合部の溶け込み深さ)
Claims (2)
- 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
上記軸孔に挿設され、上記絶縁体の先端から突出する中心電極本体部、
この中心電極本体部よりも先端側に位置する貴金属チップ、及び
上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの境界部分に位置し、上記中心電極本体部をなす金属と上記貴金属チップをなす金属とが、全周に亘って溶融された後に凝固して、両者を結合する結合部、
を含む中心電極と、
上記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
上記主体金具に固設され、上記中心電極との間で火花放電を生じさせる接地電極と、
を備える内燃機関用スパークプラグであって、
上記結合部は、上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの間の全面に亘って介在してなり、
上記軸線を含み、この軸線に沿って上記中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、
この仮想切断平面に現れる上記貴金属チップの断面の断面積Sbと上記結合部の断面の断面積Scとが、1/10≦Sc/Sb≦1/2の関係を満たしてなる
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、
前記仮想切断平面に現れる前記結合部の断面のうち前記軸線上における軸線方向中央位置を通過し上記軸線に直交する第2仮想線が、前記絶縁体の先端よりも上記軸線方向先端側に位置し、
上記絶縁体の先端との間の上記軸線方向距離H(mm)が、0.3≦H≦2.5の関係を満たしてなる
内燃機関用スパークプラグ。
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