JP4676912B2 - Spark plug for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグに関するものである。 The present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine.
自動車エンジン等の内燃機関用のスパークプラグは、例えば中心電極と、その外側に設けられた絶縁体と、当該絶縁体の外側に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端部に接合された接地電極とを備える。接地電極は、断面略矩形状をなし、その先端部内側面が前記中心電極の先端面と対向するように配置され、これにより中心電極の先端部及び接地電極の先端部間に火花放電間隙が形成される。 A spark plug for an internal combustion engine such as an automobile engine includes, for example, a center electrode, an insulator provided outside the center electrode, a cylindrical metal shell provided outside the insulator, and a base end portion of the metal shell. And a ground electrode joined to the front end portion. The ground electrode has a substantially rectangular cross section and is arranged so that the inner side surface of the tip portion faces the tip surface of the center electrode, thereby forming a spark discharge gap between the tip portion of the center electrode and the tip portion of the ground electrode. Is done.
主体金具の外周面には図示しないねじ部が形成されている。スパークプラグは、当該ねじ部においてエンジンのシリンダヘッドに螺着されることで、取り付けられる。ところで、スパークプラグの取付状態において、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合、接地電極が混合気の火花放電間隙への流入を阻害するおそれがある。その結果、火花放電間隙への混合気の到達が困難となり、着火性が低下してしまうおそれがある。 A threaded portion (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the metal shell. The spark plug is attached by being screwed to the cylinder head of the engine at the thread portion. By the way, when the air-fuel mixture directly contacts the back surface of the ground electrode in the attached state of the spark plug, the ground electrode may hinder the inflow of the air-fuel mixture into the spark discharge gap. As a result, it is difficult for the air-fuel mixture to reach the spark discharge gap, and the ignitability may be reduced.
これに対し、接地電極の主体金具側の部位(基部)の幅を比較的大きくするとともに、先端側を比較的幅狭な幅狭部とする技術がある(例えば、特許文献1参照)。このように先端側を比較的幅狭とすることで、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合でも、混合気の火花放電間隙への流入阻害をある程度抑制できる。また、上記特許文献1に記載された技術では、基部側の幅、ひいては断面積が大きいものとなるため、主体金具に対する接合強度を高めることができ、しかも、断面積が大きい分、所謂放熱性の向上を図ることができる。結果として、ある程度の耐久性の向上が図られる。
しかしながら、上記特許文献に記載された技術では、幅狭部のうち最も基部側の位置が、絶縁体の先端面よりも基端側に位置しており、放熱性の向上を図る上では限界があるのも事実である。一方で、闇雲に幅の大きい基部の区間(長さ)を増大させたのでは、幅狭部の区間(長さ)を短くせざるを得ず、混合気の火花放電間隙への流入阻害を招いてしまい、着火性の低下を招いてしまう。なお、混合気の流入阻害を招くということは、火炎の広がり(燃焼スペース)が阻害されることにもつながり、かかる意味でも着火性に支障を来すことになる。 However, in the technique described in the above-mentioned patent document, the position of the most base side among the narrow portions is located on the base end side with respect to the front end surface of the insulator, and there is a limit in improving heat dissipation. It is also true. On the other hand, if the base section (length) with a large width is increased in the dark clouds, the section (length) of the narrow section has to be shortened, and the inflow of the air-fuel mixture into the spark discharge gap is inhibited. Inviting and lowering the ignitability. Inhibiting the inflow of the air-fuel mixture also leads to the inhibition of the flame spread (combustion space), which also impairs the ignitability.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、混合気の流入阻害を抑制し、もって着火性の低下防止を図るとともに、耐久性の向上を図ることのできる内燃機関用スパークプラグを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to suppress the inflow of the air-fuel mixture, thereby preventing deterioration in ignitability and improving the durability. To provide a plug.
以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果等を付記する。 Hereinafter, each configuration suitable for solving the above-described problems will be described in terms of items. In addition, the effect etc. peculiar to the structure which respond | corresponds as needed are added.
構成1.本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、
前記主体金具の先端面に接合された基部と、
前記基部よりも先端側に位置し、前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向において前記基部よりも幅狭の略一定の幅を有し、かつ、前記中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有する幅狭部とを有し、
前記幅狭部の幅を1.0mm以上2.0mm以下とするとともに、前記基部の断面積を3.0mm2以上とし、
前記幅狭部のうち最も基部側の部位が、前記軸線方向において前記絶縁体の先端面と前記中心電極の先端面との間に位置することを特徴とする。
A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a front end surface of the center electrode and a front end portion of the ground electrode,
The ground electrode is
A base portion joined to a front end surface of the metal shell,
It has a substantially constant width narrower than that of the base in a direction perpendicular to the axial direction when viewed in the direction in which the center electrode and the ground electrode overlap with each other, located on the tip side of the base. A narrow portion having a convex curved surface on the back surface opposite to the center electrode side,
While the width of the narrow part is 1.0 mm or more and 2.0 mm or less, the cross-sectional area of the base part is 3.0 mm 2 or more,
The most proximal portion of the narrow portion is located between the distal end surface of the insulator and the distal end surface of the central electrode in the axial direction.
なお、接地電極及び中心電極のうち少なくとも一方に、例えば貴金属チップが設けられていてもよい。中心電極に貴金属チップが設けられている場合には、相対向する貴金属チップと接地電極本体との間で火花放電間隙が形成され、接地電極に貴金属チップが設けられている場合には、相対向する貴金属チップと中心電極本体との間で火花放電間隙が形成され、双方に貴金属チップが設けられている場合には、相対向する貴金属チップ同士の間で火花放電間隙が形成される。また、いずれにも貴金属チップが設けられない場合には、中心電極先端面と接地電極内側面との間で火花放電間隙が形成される。 For example, a noble metal tip may be provided on at least one of the ground electrode and the center electrode. When a noble metal tip is provided on the center electrode, a spark discharge gap is formed between the opposing noble metal tip and the ground electrode body, and when a noble metal tip is provided on the ground electrode, When a spark discharge gap is formed between the noble metal tip and the center electrode main body, and noble metal tips are provided on both, a spark discharge gap is formed between the noble metal tips facing each other. Further, when no precious metal tip is provided, a spark discharge gap is formed between the front end surface of the center electrode and the inner surface of the ground electrode.
さらに、「幅」とあるのは、中心電極と接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向における幅を指す。 Further, the term “width” refers to a width in a direction perpendicular to the axial direction when viewed in the direction in which the center electrode and the ground electrode overlap.
加えて、基部と幅狭部との間に、両者を連結する連結部(例えばテーパ部)を設けることとしてもよい。 In addition, it is good also as providing the connection part (for example, taper part) which connects both between a base part and a narrow part.
また、接地電極の幅狭部は、必ずしも断面円形である必要はなく、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有していればよい。少なくとも背面が丸みを帯びていれば、混合気が接地電極の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすくなるからである。 Further, the narrow portion of the ground electrode does not necessarily have a circular cross section, and may have a convex curved surface on the back surface opposite to the center electrode side. This is because, at least if the back surface is rounded, the air-fuel mixture moves inside the ground electrode, and the air-fuel mixture easily reaches the spark discharge gap.
上記構成1によれば、接地電極のうち主体金具の先端面に接合された側が、断面積3.0mm2以上と、幅狭部に比べ断面積の大きい略一定の幅を有する基部となっている。このため、当該基部側ほど、主体金具への熱の移動が円滑に行われ、もって接地電極が冷却されやすくなる。従って、所謂「熱引き」が良くなり、高速運転時等において接地電極温度が上昇してしまうことによる不具合、すなわち、耐酸化性や耐火花摩耗性等の耐久性の低下を抑制できる。一方、基部の断面積が3.0mm2未満の場合には、十分な放熱性が得られないおそれがあり、耐酸化性や耐火花摩耗性等の耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。
According to the
また、前記幅狭部は、その幅が2.0mm以下であるとともに、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有する。このため、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気が接地電極の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。一方、幅狭部の幅が2.0mmを超える場合には、背面に凸状の湾曲面を有することの効果が得られにくく混合気の流入阻害を招いてしまうおそれがある。但し、幅狭部の幅は1.0mm以上である必要がある。幅狭部の幅が1.0mm未満の場合には、たとえ基部が存在しても十分な放熱が図られないおそれがある。 The narrow portion has a width of 2.0 mm or less and a convex curved surface on the back surface opposite to the center electrode side. For this reason, even when the air-fuel mixture is in a positional relationship such that it directly contacts the back surface of the ground electrode, the air-fuel mixture tends to enter the inside of the ground electrode, and the air-fuel mixture easily reaches the spark discharge gap. As a result, a reduction in ignitability can be prevented. On the other hand, when the width of the narrow portion exceeds 2.0 mm, it is difficult to obtain the effect of having a convex curved surface on the back surface, and there is a concern that the inflow of the air-fuel mixture may be inhibited. However, the width of the narrow portion needs to be 1.0 mm or more. When the width of the narrow portion is less than 1.0 mm, there is a possibility that sufficient heat dissipation may not be achieved even if the base portion exists.
その上、構成1では、幅狭部のうち最も基部側の部位が、軸線方向において絶縁体の先端面と中心電極の先端面との間に位置する。すなわち、基部の区間を比較的小さくせざるを得なかった従来技術に比べ、基部の区間を比較的大きくすることで、放熱性の向上が図られている。構成1では、幅狭部の幅を2.0mm以下とするとともに、幅狭部が、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有しているからこそ、上記のように、基部の区間を比較的多く設定したとしても着火性の低下を招くことがないのである。すなわち、構成1にあっては、幅狭部が、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有しており、その幅を1.0mm以上2.0mm以下にするとともに、基部の断面積を3.0mm2以上とし、幅狭部のうち最も基部側の部位が絶縁体の先端面と、中心電極の先端面との間に位置するという構成を具備しているからこそ、着火性の低下防止を図るとともに、耐久性の向上を図ることができるのである。
In addition, in
構成2.本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、断面略長円形状、断面略楕円形状、又は、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られて構成されており、
前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向における幅が、
前記主体金具の先端面に接合された基部においては、厚みよりも大きく、
前記中心電極の先端部と対向する先端部においては、厚みよりも小さいことを特徴とする。
A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a front end surface of the center electrode and a front end portion of the ground electrode,
The ground electrode is formed by twisting a metal rod having a substantially oval cross section, a substantially oval cross section, or a substantially rectangular cross section,
When viewed in the direction in which the center electrode and the ground electrode overlap, the width in the direction perpendicular to the axial direction is
In the base joined to the front end surface of the metal shell, it is larger than the thickness,
The tip portion facing the tip portion of the center electrode is smaller than the thickness.
構成2によれば、接地電極のうち、主体金具の先端面に接合された基部においては、厚みよりも幅が大きいため、接合可能な面積が限られている主体金具端面に対する接合強度を高めることができる。その結果、耐久性の向上が図られる。
According to the
一方、接地電極のうち、中心電極の先端部と対向する先端部においては、厚みよりも幅が小さい。このため、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気の流入が阻害されにくく、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。 On the other hand, of the ground electrodes, the width of the tip portion facing the tip portion of the center electrode is smaller than the thickness. For this reason, even when the air-fuel mixture directly contacts the back surface of the ground electrode, the inflow of the air-fuel mixture is not easily inhibited, and the air-fuel mixture easily reaches the spark discharge gap. As a result, a reduction in ignitability can be prevented.
さらに、構成2では、断面略長円形状、断面略楕円形状、又は、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、上記の基部と先端部とが形成される。このため、接地電極を部分的に細くしたり、太くしたりするために、切削、押出、スウェージングといった比較的煩雑な加工を施さなくて済む。すなわち、比較的簡易な捻り加工を施すことで、上述した特性が得られることから、製造に際しての工数低減等を図ることができるという効果も奏される。
Further, in the
構成3.本構成のスパークプラグは、上記構成2において、前記接地電極は、捻り部において略90度捻られているとともに、屈曲部にて中心方向へ屈曲させられており、
前記捻り部は、屈曲部よりも基部側に位置していることを特徴とする。
The twisted portion is located on the base side with respect to the bent portion.
構成3によれば、屈曲部に捻り部が存在していないため、設計や実際の加工について、捻り、屈曲に関し、それぞれ独立したものとすることができる。結果として、製造上の煩雑化を抑制でき、製造上の誤差の低減を図ることができる。
According to the
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、本実施形態のスパークプラグ100は、主体金具1と、絶縁体2と、中心電極3と、接地電極4とを備えている。また、特に符号を付さないが、絶縁体2の後端側には抵抗体やガラスシール体を介して中心電極3に電気的に接続された接続端子等を備えている。主体金具1は筒状をなしており、その内側に絶縁体2が滑石(タルク)やパッキン等を介して保持されている。絶縁体2の先端部は主体金具1から突出している。また、中心電極3は、先端に設けられた貴金属チップ31を突出させた状態で絶縁体2の内側に設けられている。さらに、接地電極4は、前記主体金具1の先端面に対しその基端面が溶接されているとともに、長手方向中間位置の屈曲部5において中心方向へ屈曲させられている。そして、接地電極4は、その先端部内側面が前記中心電極3の先端面と対向するように配置されている。当該接地電極4の内側面には、前記貴金属チップ31に対向する貴金属チップ32が設けられている。そして、これら貴金属チップ31と貴金属チップ32との間の隙間が火花放電間隙33となっている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
前記絶縁体2は、例えばアルミナからなるセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極3が配置されるための孔部6が形成されている。また、主体金具1は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ100のハウジングを構成するとともに、その外周面には、スパークプラグ100を図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けるためのねじ部7が形成されている。
The
また、接地電極4の本体部は、外層4A及び内層4Bからなる2層構造となっている。外層4Aは、ニッケル合金等で構成されている。これに対し、内層4Bは、ニッケル合金よりも良熱伝導性金属(例えば銅を主体とする金属材料や、前記ニッケル合金よりも熱伝導性に優れる高純度ニッケル等)で構成されている。本実施形態では、後述する基部41の存在に加えて、当該内層4Bの存在によっても、熱引き性(放熱性)の向上が図られている。尚、本実施形態では、中心電極3の本体部もまた、外層及び内層の2層構造を具備している。
The main body of the
また、上記中心電極3側の貴金属チップ31は、例えばイリジウムを主成分とし、10質量%の白金、3質量%のロジウム、及び1質量%のニッケルを含有する貴金属合金により構成されている。さらに、接地電極4側の貴金属チップ32は、例えば白金を主成分とし、20質量%のイリジウム、5質量%のロジウムを含有する貴金属合金により構成されている。但し、これらの素材構成はあくまでも例示であって、何ら限定されるものではない。各貴金属チップ31,32は、主体金具3又は接地電極4に対し、それぞれの接合面外縁部に沿って所定形状(例えば円柱形状)のチップをレーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等によって固着することにより形成されている。
The
尚、本実施形態では両電極3,4共に貴金属チップ31,32が設けられているが、接地電極4又は中心電極3の一方にのみ貴金属チップが設けられていてもよい。中心電極3にのみ貴金属チップ31が設けられている場合には、相対向する貴金属チップ31と接地電極4との間で火花放電間隙が形成され、接地電極4にのみ貴金属チップ32が設けられている場合には、相対向する貴金属チップ32と中心電極3との間で火花放電間隙が形成される。これに対し、いずれにも貴金属チップを設けないこととしてもよい。この場合には、中心電極3先端面と接地電極4内側面との間で火花放電間隙が形成される。
In this embodiment, both the
さて、図1,2,3に示すように、本実施形態において、前記接地電極4は、主体金具1の先端面に接合され一定の幅を有する基部41と、基部41よりも先端側に位置する断面円形状の幅狭部42と、前記基部41及び幅狭部42間に位置し、断面形状が長手方向に沿って徐変するテーパ部43とを具備している。但し、本実施形態における「幅」は、中心電極3と接地電極4とが重なる方向にみたときに、軸線方向(図1の上下方向)と直交する方向における幅を指す。前記基部41は、幅L1が2.7mm、厚さT1が1.3mmの断面矩形状をなしており、その断面における断面積は約3.5mm2となっている。また、幅狭部42は、直径Dが1.3mmの丸棒状をなし、その中間に前記屈曲部5を有している。なお、必ずしも上記数値に拘泥されるものではなく、基部41は、その断面積が3mm2以上であり、幅狭部42は、その幅(直径D)が1.0mm以上2.0mm以下であればよい。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、幅狭部42のうち最も基部41側の部位γが、前記軸線方向において絶縁体2の先端面αと、中心電極3の先端面βとの間に位置するよう設定されている。ここにいう中心電極3の先端面βというのは、中心電極3に貴金属チップ31が設けられている場合、貴金属チップ31の先端面を指し、貴金属チップが設けられていない場合には、中心電極3本体部の先端面を指す。
Further, in the present embodiment, the portion γ of the
ここで、上記のように構成されてなるスパークプラグ100の製造方法について簡単に説明する。まず、主体金具1を予め加工しておく。すなわち、円柱状に形成された金属素材(例えばS15CやS25Cといった鉄系素材やステンレス素材)を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
Here, a method for manufacturing the
続いて、主体金具中間体の先端部位に、接地電極の中間体が抵抗溶接される。ここで溶接される接地電極中間体は、未だ屈曲前の直棒状のものであって、なおかつ、先端側の幅狭部42及びテーパ部43に相当する部位に関しては、最終製品よりも幾分大きい断面積を有するものである。より詳しくは、本実施形態における接地電極中間体は、全長において基部41と同一の断面形状を有するものである。当該接地電極中間体は、例えば次のようにして得られる。すなわち、内層4Bを構成する銅芯を、外層4Aを構成するニッケル合金カップ内に封入して芯鞘構造をなすカップ材を制作する。そして、当該カップ材を、ダイス等を用いた押出成形を施すことにより、幾分細径化するとともに、断面形状が前記基部41の断面形状となるよう成形された接地電極中間体を得る。
Subsequently, the intermediate body of the ground electrode is resistance-welded to the tip portion of the metal shell intermediate body. The ground electrode intermediate body to be welded here is a straight rod before bending, and the portions corresponding to the
尚、前記抵抗溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、前記接地電極中間体に関し、スウェージング加工が施される。これにより、接地電極中間体の先端部が丸く、細径化されることとなり、上述した幅狭部41が形成される。接地電極中間体は、主体金具中間体端面に既に溶接されているので、当該スウェージング加工に際しては、主体金具中間体が保持された状態でスウェージングが実施される。つまり、保持するに際し、十分な長さが確保されていることから、安定したスウェージング加工を行うことができ、作業性の向上が図られる。
Since the so-called “sag” occurs in the resistance welding, after the “sag” is removed, the ground electrode intermediate is subjected to a swaging process. Thereby, the front-end | tip part of a ground electrode intermediate body is rounded and diameter-reduced, and the
スウェージング加工後、主体金具中間体の所定部位に、ねじ部7が転造によって形成される。これにより、接地電極4の溶接された主体金具1が得られる。接地電極4の溶接された主体金具1には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。
After the swaging process, the threaded
さらに、接地電極4の先端部には、上述した貴金属チップ32が、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。尚、溶接をより確実なものとするべく、当該溶接に先だって溶接部位のメッキ除去が行われたり、或いは、メッキ工程に際し溶接予定部位にマスキングが施されたりする。また、当該チップの溶接を、後述する組付けの後に行うこととしてもよい。
Furthermore, the above-mentioned
一方、前記主体金具1とは別に、絶縁体2を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成形用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。得られた成形体に対し、研削加工が施され整形される。そして、整形されたものが焼成炉へ投入され焼成されることで、絶縁体2が得られる。
On the other hand, the
また、前記主体金具1、絶縁体2とは別に、中心電極3を製造しておく。すなわち、Ni系合金が鍛造加工され、その中央部に放熱性向上を図るべく銅芯が設けられる。そして、その先端部には、上述した貴金属チップ31が、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。
In addition to the
そして、上記のようにして得られた貴金属チップ31が接合された中心電極3と、図示しない端子金具とが、やはり図示しないガラスシールによって前記絶縁体2の孔部6へ封着固定される。ガラスシールとしては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されたものが用いられる。そして先ず中心電極3を絶縁体2の孔部6へ挿通した状態とし、前記調製されたシール材が絶縁体2の孔部6に注入された後、後方から前記端子金具が押圧された状態とした上で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁体2の後端側の胴部表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
The
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極3及び端子金具を備える絶縁体2と、接地電極4を備える主体金具1とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具1の後端部に対し、冷間加締めや熱間加締めが行われることで、周方向から絶縁体2の一部が主体金具1に取り囲まれるようにして保持される。
Thereafter, the
そして、最後に、接地電極4の先端部(幅狭部42)を屈曲させることで、中心電極3(の貴金属チップ31)及び接地電極4(の貴金属チップ32)間の前記火花放電間隙33を調整する加工が実施される。
Finally, the
このように一連の工程を経ることで、上述した構成を有するスパークプラグ100が製造される。
Thus, the
以上のとおり、本実施形態によれば、接地電極4のうち主体金具1の先端面に接合された側が、断面積3.0mm2以上と、幅狭部42に比べ断面積の大きい基部41となっている。このため、当該基部41において、放熱が図られる。このため、所謂「熱引き」が良くなり、高速運転時等において接地電極温度が上昇してしまうことによる不具合、すなわち、耐酸化性や耐火花摩耗性等の耐久性の低下を抑制できる。
As described above, according to the present embodiment, the side of the
また、先端側の幅狭部42は、その幅が2.0mm以下であるとともに、断面円形状をなしている。このため、図3に示すように、混合気が接地電極4の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気が幅狭部42の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。
Further, the
その上、本実施形態では、幅狭部42のうち最も基部41側の部位γが、軸線方向において、絶縁体2の先端面αと中心電極3の先端面βとの間に位置するよう設定されている。すなわち、本実施形態では、基部41の区間を比較的大きくすることで、放熱性の向上が図られる。
In addition, in the present embodiment, the portion γ of the
ここで、闇雲に基部の区間増大を図ったのでは、混合気の火花放電間隙への流入阻害を招くこととなってしまう。本実施形態では、幅狭部42の幅を2.0mm以下とするとともに、幅狭部42が断面円形状をなしているからこそ、上記のように、基部の区間を比較的多く設定したとしても着火性の低下を招くことがないのである。すなわち、本実施形態にあっては、幅狭部42が、断面円形状をなし、その幅を1.0mm以上2.0mm以下にするとともに、基部の断面積を3.0mm2以上とし、幅狭部42のうち最も基部41側の部位γが、軸線方向において絶縁体2の先端面αと中心電極3の先端面βとの間に位置するという構成を具備しているからこそ、着火性の低下防止を図るとともに、耐久性の向上を図ることができるのである。
Here, if the section of the base is increased in the dark clouds, the mixture is inhibited from flowing into the spark discharge gap. In the present embodiment, the width of the
次に、上述した作用効果を確認するべく、各種条件を変更することで種々のサンプルを作製し、種々の評価を試みた。その実験結果を以下に記す。 Next, in order to confirm the above-described effects, various samples were prepared by changing various conditions, and various evaluations were attempted. The experimental results are described below.
先ず第1に、基部の高さを種々異ならせた接地電極のサンプルを、幅狭部に相当する先端部の断面形状が円形のものと、基部同様矩形状のものとについてそれぞれ作成した。尚、各サンプルはテーパ部を具備しておらず、基部の高さが幅狭部の最も基部側の高さと一致している。また、基部の断面積及び幅、並びに、幅狭部(先端部)の幅は、全サンプルにつき一定とした。そして、各サンプルを具備するスパークプラグを、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係としたうえで、着火限界空燃比(A/F)を計測した。その結果を図4のグラフに示す。但し、グラフ中、横軸の高さ3cmの位置が、丁度絶縁体の先端面αに相当し、横軸の高さ5cmの位置が、丁度中心電極の先端面βとなるように設定した。尚、着火限界空燃比の計測にあたっては、点火装置に組み付けた評価試験対象の各サンプル(スパークプラグ)を試験用チャンバに取り付け、この試験用チャンバ内を大気とプロパンとを混合してなる評価混合気で充満し、スパークプラグを放電させ、混合気の着火の有無を確認する。尚、この試験用チャンバ内にはファンが取り付けられ、スパークプラグを放電させる際には接地電極の背面から火花放電間隙へ混合気の流れが生じるようにファンを作動させている。この計測を各サンプルに対して種々混合比(空燃比)を変更するごとに10回試み、2回失火が発生した時点での混合比を着火限界空燃比とした。 First, ground electrode samples with different base heights were prepared for a circular cross-section at the tip corresponding to the narrow portion and a rectangular shape similar to the base. Each sample does not have a taper portion, and the height of the base portion coincides with the height of the narrowest portion on the most base side. In addition, the cross-sectional area and width of the base and the width of the narrow portion (tip portion) were constant for all samples. Then, the ignition limit air-fuel ratio (A / F) was measured after setting the spark plug including each sample so that the air-fuel mixture directly hits the back surface of the ground electrode. The result is shown in the graph of FIG. However, in the graph, the position with a height of 3 cm on the horizontal axis corresponds to the tip surface α of the insulator, and the position with a height of 5 cm on the horizontal axis corresponds to the tip surface β of the center electrode. When measuring the ignition limit air-fuel ratio, each sample (spark plug) to be evaluated in the ignition device is attached to the test chamber, and the test chamber is a mixture of air and propane. Fill with gas, discharge the spark plug, and check for ignition of the mixture. Note that a fan is installed in the test chamber, and when discharging the spark plug, the fan is operated so that an air-fuel mixture flows from the back surface of the ground electrode to the spark discharge gap. This measurement was performed 10 times each time the various mixing ratios (air / fuel ratios) were changed for each sample, and the mixing ratio at the time when the misfire occurred twice was used as the ignition limit air / fuel ratio.
同図に示すように、いずれのサンプルにおいても、幅狭部の断面が矩形状よりも円形状のほうが着火限界空燃比が良好であることがわかる。また、幅狭部の断面が円形状の場合には、基部の高さ(幅狭部の最も基部側の高さ)が、絶縁体の先端面αと中心電極の先端面βとの間にあるサンプルの着火限界空燃比はいずれも16.5であった。これに対し、断面円形状であっても、幅狭部の最も基部側の高さが中心電極の先端面βよりも高くなると、着火限界空燃比が低下してしまった。一方、幅狭部の断面が矩形状の場合には、基部の高さ(幅狭部の最も基部側の高さ)が、絶縁体の先端面αよりも高くなった時点で、15.5となり、それより高くなると、さらに着火限界空燃比が低下してしまった。従って、断面円形状の幅狭部を有し、幅狭部の最も基部側の高さ位置が絶縁体の先端面αと中心電極の先端面βとの間に存在することで、着火性の低下防止が図られるといえる。 As shown in the figure, in any sample, it is understood that the ignition limit air-fuel ratio is better when the cross section of the narrow portion is circular rather than rectangular. When the cross section of the narrow portion is circular, the height of the base (the height of the narrowest portion on the most base side) is between the tip surface α of the insulator and the tip surface β of the center electrode. All of the ignition limit air-fuel ratios of a sample were 16.5. On the other hand, even if the cross-section is circular, if the height of the narrowest portion on the most base side is higher than the front end surface β of the center electrode, the ignition limit air-fuel ratio has decreased. On the other hand, when the cross section of the narrow portion is rectangular, the height of the base portion (the height of the narrowest portion on the most base side) becomes 15.5 when the tip surface α of the insulator becomes higher. When the temperature is higher than that, the ignition limit air-fuel ratio further decreases. Therefore, it has a narrow section having a circular cross section, and the height position on the most base side of the narrow section exists between the front end surface α of the insulator and the front end surface β of the center electrode. It can be said that the reduction is prevented.
次に、基部の幅を一定にするとともに、幅狭部に相当する先端部の断面形状を円形状とし、幅狭部の幅(径)を種々異ならせた接地電極のサンプルを作成した。尚、各サンプルはテーパ部を具備しておらず、また、基部の高さ、及び、幅狭部(先端部)の高さ(区間)は、全サンプルにつき一定とした。そして、各サンプルを具備するスパークプラグを、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係としたうえで、着火限界空燃比(A/F)を計測した。その結果を図5のグラフに示す。尚、ここでの着火限界空燃比の計測も、上記と同様の手法で行った。 Next, ground electrode samples were prepared in which the width of the base portion was constant, the cross-sectional shape of the tip portion corresponding to the narrow portion was circular, and the width (diameter) of the narrow portion was varied. Each sample did not have a taper portion, and the height of the base and the height (section) of the narrow portion (tip portion) were constant for all samples. Then, the ignition limit air-fuel ratio (A / F) was measured after setting the spark plug including each sample so that the air-fuel mixture directly hits the back surface of the ground electrode. The results are shown in the graph of FIG. The ignition limit air-fuel ratio here was also measured by the same method as described above.
同図に示すように、幅狭部(先端部)の幅が、0.5mm、1.0mmの場合には着火限界空燃比はいずれも17.0であり、幅が、1.5mm、2.0mmの場合には着火限界空燃比はいずれも16.5であった。これに対し、幅が、2.5mmの場合には着火限界空燃比は15.5にまで低下してしまった。このことから、幅狭部(先端部)が断面円形状であっても、その幅が2.0mmを超えると、着火限界空燃比の低下度合いが大きくなってしまう、つまり、着火性の低下を招いてしまうといえる。 As shown in the figure, when the width of the narrow portion (tip portion) is 0.5 mm and 1.0 mm, the ignition limit air-fuel ratio is 17.0, and the width is 1.5 mm, 2 In the case of 0.0 mm, the ignition limit air-fuel ratio was 16.5 in all cases. On the other hand, when the width is 2.5 mm, the ignition limit air-fuel ratio has decreased to 15.5. For this reason, even if the narrow portion (tip portion) has a circular cross section, if the width exceeds 2.0 mm, the degree of decrease in the ignition limit air-fuel ratio increases, that is, the ignitability decreases. It can be said that it invites.
次に、基部の断面積及び幅狭部(先端部)の幅(直径)を種々異ならせた接地電極のサンプルを作成した。尚、各サンプルはテーパ部を具備しておらず、基部の高さ、並びに、幅狭部(先端部)の高さ(区間)は、全サンプルにつき一定とした。そして、各サンプルを具備するスパークプラグをエンジンに取付け、接地電極が最も高温になるといわれている高回転高負荷状態を一定時間維持した(具体的には、4気筒1600ccのエンジンにスパークプラグを取付け、5500rpmのスロットル全開でエンジンを駆動させ接地電極先端温度を測定した)。そして、接地電極先端の最も高い温度が1000℃以下か否かについての判定を行った。その結果を表1に示す。但し、表中、○印は接地電極先端の最も高い温度が1000℃以下であったことを示し、×印は接地電極先端の最も高い温度が1000℃を超えたことを示す。ここで、1000℃を境に評価することとしたのは、一般に1000℃を超えると耐酸化性や耐火花消耗性等の耐久性が極端に悪化することが経験的に知られていることによる。すなわち、表中、○印の場合には、耐久性が低下しにくく、×印の場合には耐久性が低下しやすいと評価することができる。 Next, samples of ground electrodes were produced in which the cross-sectional area of the base portion and the width (diameter) of the narrow portion (tip portion) were varied. Each sample did not have a taper portion, and the height of the base portion and the height (section) of the narrow portion (tip portion) were constant for all samples. Then, a spark plug having each sample was attached to the engine, and a high rotation and high load state where the ground electrode is said to be the highest temperature was maintained for a certain period of time (specifically, a spark plug was attached to a 4-cylinder 1600 cc engine). The engine was driven with the throttle fully opened at 5500 rpm, and the tip temperature of the ground electrode was measured). Then, it was determined whether or not the highest temperature at the tip of the ground electrode was 1000 ° C. or lower. The results are shown in Table 1. However, in the table, a circle indicates that the highest temperature at the tip of the ground electrode was 1000 ° C. or less, and a mark × indicates that the highest temperature at the tip of the ground electrode exceeded 1000 ° C. Here, it was decided that the evaluation was performed at 1000 ° C. because it is empirically known that the durability such as oxidation resistance and spark wear resistance is extremely deteriorated when the temperature exceeds 1000 ° C. . That is, in the table, it can be evaluated that the durability is hardly lowered when the mark is ◯ and the durability is easily lowered when the mark is a mark X.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図面を参照しつつ説明する。但し、本実施形態において、上記第1実施形態と重複する構成については同一の符号を付す等してその説明を省略するとともに、以下には、相違点を中心として説明することとする。図6,7に示すように、本実施形態のスパークプラグ200も、主体金具1と、絶縁体2と、中心電極3と、接地電極51とを備えている。本実施形態では、接地電極51の構成が、第1実施形態と大きく相違している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and the following description will be focused on the differences. As shown in FIGS. 6 and 7, the
すなわち、接地電極51は、断面矩形状をなす金属製の棒状体が捻られて構成されており、捻り部50を境に、主体金具1の先端面に接合された側の基部52においては、厚みT21よりも幅L21が大きく、中心電極3の先端部と径方向(周方向)において対向する先端部53においては、厚みT22よりも幅L22が小さくなっている。
That is, the
本実施形態では、接地電極51は、捻り部50において略90度捻られているとともに、屈曲部60にて中心方向へ屈曲させられている。そして、捻り部50は、屈曲部60よりも基部52側に位置している。
In the present embodiment, the
かかる構成を具備する本第2実施形態によれば、接地電極51のうち、主体金具1の先端面に接合された基部52においては、厚みT21よりも幅L21が大きいため、接合可能な面積が限られている主体金具1端面に対する接合強度を高めることができる。その結果、耐久性の向上を図ることができる。
According to the second embodiment having such a configuration, the base 52 bonded to the distal end surface of the
一方、接地電極4のうち、先端部53においては、厚みT22よりも幅L22が小さい。このため、図7に示すように混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気の火花放電間隙33への流入が阻害されにくく、火花放電間隙33に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。
On the other hand, the width L22 is smaller than the thickness T22 at the
さらに、本実施形態の接地電極51においては、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、上記の基部52と先端部53とが形成される。このため、接地電極を部分的に細くしたり、太くしたりするために、切削、押出、スウェージングといった比較的煩雑な加工を施さなくて済む。すなわち、比較的簡易な捻り加工を施すことで、上述した特性が得られることから、製造に際しての工数低減等を図ることができるという効果も奏される。
Further, in the
その上、捻り部50は、屈曲部60よりも基部52側に位置している。つまり、屈曲部60に捻り部50が存在していないため、設計や実際の加工について、捻り、屈曲に関し、それぞれ独立したものとすることができる。結果として、製造上の煩雑化を抑制でき、製造上の誤差の低減を図ることができる。
In addition, the twisted
なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。 In addition, it is not limited to the description content of embodiment mentioned above, For example, you may implement as follows.
(a)上記第1実施形態では、接地電極4の幅狭部42が断面円形状をなす場合について具体化しているが、必ずしも断面円形状に限られるものではない。すなわち、中心電極3側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有していればよく、例えば断面楕円形状をなす接地電極であってもよいし、断面が一部において切り欠かれた円形状をなす接地電極であってもよい。この場合、中心電極側が平面となっていると、貴金属チップを溶接する作業を行いやすく、都合がよいというメリットがある。勿論、断面半円形状でも、長円形状であってもよいし、背面の曲率が途中で異なっているようなものであってもよい。但し、幅狭部の幅は1.0mm以上2.0mm以下である必要がある。
(A) In the first embodiment, the case where the
(b)また、上記第1実施形態では、基部41と幅狭部42との間にテーパ部43を設ける構成としているが、テーパ部を省略した構成、つまり、基部と幅狭部との境界が段状になっていてもよい。また、基部41は、上記第1実施形態のように一定の幅L1を有していてもよいし、主体金具1側ほど幅広に構成されていてもよい。
(B) In the first embodiment, the tapered
(c)上記第1実施形態では、接地電極4を外層4A、内層4Bからなる2層構造を備えるものとしているが、1層からなっていてもよいし、3層構造を備えていてもよい。また、内層4Bは、接地電極4の先端面にまで及んで(露出して)いてもよいし、接地電極4の先端面が外層4Aで被覆されていてもよい。
(C) In the first embodiment, the
(d)上記第1実施形態では、接地電極中間体を主体金具中間体に溶接した後に、スウェージング加工を施して細径化することとしているが、スウェージング加工等により細径化した後に、溶接することとしても何ら差し支えない。 (D) In the first embodiment, after the ground electrode intermediate body is welded to the metal shell intermediate body, the diameter is reduced by swaging, but after the diameter is reduced by swaging or the like, There is no problem with welding.
(e)上記第2実施形態では、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、接地電極51が構成されている。これに対し、断面略長円形状、或いは断面略楕円形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、接地電極が構成されていてもよい。
(E) In the second embodiment, the
(f)また、上記第2実施形態では、捻り部50が屈曲部60よりも基部52側に位置することが望ましい旨記載している。この点、さらにいえば、捻り部50の先端が、中心電極3のほぼ先端部[例えば、図6における一点鎖線δで示す部分(中心電極3の本体部の同径部と先細りするテーパ部との境界部)]と同等の高さ位置か、又は、基端側に位置しているのがより望ましい。火花放電間隙33の高さ位置において捻りが完了しきっているほうが、火花放電間隙33に対し混合気がより到達しやすいからである。
(F) In the second embodiment, it is described that the twisted
1…主体金具、2…絶縁体、3…中心電極、4,51…接地電極、33…火花放電間隙、41…基部、42…幅狭部、50…捻れ部、52…基部、53…先端部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、
前記主体金具の先端面に接合された基部と、
前記基部よりも先端側に位置し、前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向において前記基部よりも幅狭の略一定の幅を有し、かつ、前記中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有する幅狭部とを有し、
前記幅狭部の幅を1.0mm以上2.0mm以下とするとともに、前記基部の断面積を3.0mm2以上とし、
前記幅狭部のうち最も基部側の部位が、前記軸線方向において前記絶縁体の先端面と前記中心電極の先端面との間に位置することを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base end is joined to the front end surface of the metal shell, and the front end is disposed so as to face the front end surface of the center electrode; and a ground electrode.
A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a front end surface of the center electrode and a front end portion of the ground electrode,
The ground electrode is
A base portion joined to a front end surface of the metal shell,
It has a substantially constant width narrower than that of the base in a direction perpendicular to the axial direction when viewed in the direction in which the center electrode and the ground electrode overlap with each other, located on the tip side of the base. A narrow portion having a convex curved surface on the back surface opposite to the center electrode side,
While the width of the narrow part is 1.0 mm or more and 2.0 mm or less, the cross-sectional area of the base part is 3.0 mm 2 or more,
The spark plug for an internal combustion engine, wherein the most proximal portion of the narrow portion is located between the distal end surface of the insulator and the distal end surface of the central electrode in the axial direction.
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、断面略長円形状、断面略楕円形状、又は、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られて構成されており、
前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向における幅が、
前記主体金具の先端面に接合された基部においては、厚みよりも大きく、
前記中心電極の先端部と対向する先端部においては、厚みよりも小さいことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base end is joined to the front end surface of the metal shell, and the front end is disposed so as to face the front end surface of the center electrode; and a ground electrode.
A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a front end surface of the center electrode and a front end portion of the ground electrode,
The ground electrode is formed by twisting a metal rod having a substantially oval cross section, a substantially oval cross section, or a substantially rectangular cross section,
When viewed in the direction in which the center electrode and the ground electrode overlap, the width in the direction perpendicular to the axial direction is
In the base joined to the front end surface of the metal shell, it is larger than the thickness,
The spark plug for an internal combustion engine, characterized in that a tip portion facing the tip portion of the center electrode is smaller than a thickness.
前記捻り部は、屈曲部よりも基部側に位置していることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関用スパークプラグ。
The ground electrode is twisted approximately 90 degrees at the twisted portion and is bent toward the center at the bent portion,
The spark plug for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the twisted portion is located closer to the base than the bent portion.
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