JP4699918B2 - Spark plug - Google Patents
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Description
本発明は、火花放電により点火を行う内燃機関用のスパークプラグに関するものである。 The present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine that performs ignition by spark discharge.
従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。このスパークプラグでは、一般的には、中心電極が挿設された絶縁碍子を保持する主体金具の燃焼室側の先端部に接地電極を溶接して、接地電極の他端部を中心電極の先端部の先端面と対向させて、主火花放電間隙を形成している。そして、中心電極と接地電極との間で火花放電が行われ、両電極間に曝された混合気に着火することにより、火炎核が形成される。 Conventionally, spark plugs for ignition are used in internal combustion engines. In this spark plug, generally, a ground electrode is welded to the tip of the metal shell that holds the insulator in which the center electrode is inserted, and the other end of the ground electrode is connected to the tip of the center electrode. A main spark discharge gap is formed so as to face the front end surface of the portion. Then, a spark discharge is performed between the center electrode and the ground electrode, and a flame nucleus is formed by igniting the air-fuel mixture exposed between the two electrodes.
このようなスパークプラグの内燃機関への取り付けは主体金具の外周面に形成した雄ねじ部をエンジンヘッドの取付孔の雌ねじ部に螺合することによって行われる。その取り付け向きによっては、燃焼室内で火花放電間隙へと向かう混合気の流れの上流側に接地電極が配置される場合があり、混合気が火花放電間隙に到達し難くなるため着火性が低下する虞がある。そこで接地電極を円柱状に形成して混合気の流れに対する抵抗を減らせば、混合気が接地電極を回り込み易くなり、着火性の低下を抑制することができる(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。 Such an attachment of the spark plug to the internal combustion engine is performed by screwing a male screw portion formed on the outer peripheral surface of the metal shell into a female screw portion of the mounting hole of the engine head. Depending on the mounting direction, a ground electrode may be disposed upstream of the flow of the air-fuel mixture toward the spark discharge gap in the combustion chamber, and the air-fuel mixture becomes difficult to reach the spark discharge gap, so the ignitability is reduced. There is a fear. Therefore, if the ground electrode is formed in a columnar shape and the resistance to the flow of the air-fuel mixture is reduced, the air-fuel mixture can easily go around the ground electrode, and deterioration of ignitability can be suppressed (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). reference.).
さらに特許文献1では、接地電極を円柱状としたことで、火花放電間隙での着火によって形成された火炎核(火種)が成長する際に、接地電極と接触しても表面が曲面状であるためエネルギー損失が少なく、着火性が低下しにくいとしている。
しかしながら、特許文献1では、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側に接地電極が配置されており、火炎核が成長して燃焼室の中央に向けて燃え広がるには接地電極を迂回する必要があるため、燃焼室全体に燃焼が広がるのに時間がかかるという問題があった。また、特許文献2では、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側には接地電極が配置されていないものの火花放電が中心電極の側方で行われるので、初期の火炎核の形成位置が燃焼室の中央から遠ざかり、火炎が広がって燃焼室の中央に達するまでに時間がかかるという問題があった。さらに、火花放電が絶縁碍子に近い位置で行われるため消炎作用を受け易くなるという問題があった。 However, in Patent Document 1, the ground electrode is disposed on the center side of the combustion chamber as viewed from the spark discharge gap, and it is necessary to bypass the ground electrode in order for the flame nucleus to grow and spread toward the center of the combustion chamber. Therefore, there is a problem that it takes time for the combustion to spread throughout the combustion chamber. Further, in Patent Document 2, although the ground electrode is not disposed on the center side of the combustion chamber as viewed from the spark discharge gap, the spark discharge is performed on the side of the center electrode. There was a problem that it took a long time for the flame to spread out and reach the center of the combustion chamber away from the center of the chamber. Further, since the spark discharge is performed at a position close to the insulator, there is a problem that it is easy to receive a flame extinguishing action.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、着火性を向上することができるスパークプラグを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a spark plug that can improve ignitability.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明のスパークプラグは、第1軸線を自身の中心軸とする柱状の中心電極と、前記第1軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔で保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、第2軸線を自身の中心軸とする円柱形状をなし、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記主体金具の内周側に向けて屈曲され、その他端部が、少なくとも前記中心電極の先端面よりも先端側に位置すると共に、前記中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備え、前記接地電極と共に曲折する前記第2軸線が、前記接地電極の前記他端部において、前記第1軸線とねじれの位置関係にある第1仮想線に沿う部位を有し、且つ、前記第1仮想線と直交する第1仮想平面に、前記中心電極の前記先端部と、前記第1軸線と、前記接地電極の前記他端部とを投影してみたとき、その第1仮想平面上において、前記第1仮想線の位置を通り、さらにその第1仮想線の位置に最も近接した前記中心電極の前記先端部の輪郭線上の点の位置を通る第2仮想線と、前記第1軸線の投影線とのなす角θが、25°≦θ≦60°の関係にあることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a spark plug according to a first aspect of the present invention includes a columnar center electrode having a first axis as its center axis, and an axial hole extending in the first axis direction, and the center An insulator that holds the electrode in the shaft hole, a metal shell that surrounds and holds the periphery of the insulator in the radial direction, and a cylindrical shape having a second axis as its central axis, and one end portion of the metal shell Joined to the front end surface, the other end is bent toward the inner peripheral side of the metal shell, the other end is located at least on the front end side of the front end surface of the center electrode, and the front end of the center electrode The second axis that bends together with the ground electrode is in a twisted positional relationship with the first axis at the other end of the ground electrode. have a portion along the first virtual line, and, prior to When the tip of the center electrode, the first axis, and the other end of the ground electrode are projected onto a first virtual plane orthogonal to the first virtual line, the first virtual plane is projected on the first virtual plane. A second imaginary line passing through the position of the first imaginary line and passing through a position of a point on the contour of the tip of the center electrode closest to the position of the first imaginary line, and the first axis The angle θ formed with the projection line is in a relationship of 25 ° ≦ θ ≦ 60 ° .
また、請求項2に係る発明のスパークプラグは、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記第1軸線と直交する第2仮想平面に前記中心電極の前記先端部と前記接地電極の前記他端部とを投影してみたとき、その第2仮想平面上において、前記中心電極の前記先端部の輪郭線と前記接地電極の前記他端部の輪郭線とが互いに点接触もしくは離間していることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the spark plug according to the second aspect includes the tip of the center electrode and the ground electrode on a second imaginary plane orthogonal to the first axis. When the other end portion is projected, the contour line of the tip end portion of the center electrode and the contour line of the other end portion of the ground electrode are point-contacted or separated from each other on the second virtual plane. It is characterized by being.
また、請求項3に係る発明のスパークプラグは、請求項1または2に記載の発明の構成に加え、前記第2仮想平面に、前記中心電極の前記先端部と、前記接地電極の前記他端部と、前記第1仮想線とを投影してみたとき、その第2仮想平面上において、前記第1軸線の位置に最も近接した前記接地電極の他端側端面の輪郭線が、前記第1仮想線の投影線と直交する方向に平行で前記中心電極の前記先端部の輪郭線に外接する2つの第3仮想線の間に位置していることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect of the invention, the spark plug of the invention is further provided with the tip of the center electrode and the other end of the ground electrode on the second virtual plane. When projecting the first imaginary line and the first imaginary line, the contour line of the end face on the other end side of the ground electrode closest to the position of the first axis on the second imaginary plane is the first imaginary line. It is characterized in that it is located between two third imaginary lines that are parallel to the direction perpendicular to the projection line of the imaginary line and circumscribe the outline of the tip of the center electrode.
接地電極は、その他端部と中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成するために屈曲されるので、接地電極の中心軸である第2軸線も曲折されている。請求項1に係る発明のスパークプラグでは、この第2軸線が、接地電極の他端部において、中心電極の中心軸である第1軸線とねじれの位置関係にある第1仮想線に沿う部位を有している。中心電極の先端部と接地電極の他端部との位置関係をこのように構成すれば、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側よりもずれた位置に、接地電極の他端部を配置させることができる。このため、火花放電間隙にて形成される火炎核が成長する際に、燃焼室の中央側に向けた方向では接地電極の他端部が障害物とならず、燃焼室内全体に速やかに燃え広がることができ、スパークプラグの着火性を向上することができる。 Since the ground electrode is bent to form a spark discharge gap between the other end and the tip of the center electrode, the second axis that is the center axis of the ground electrode is also bent. In the spark plug according to the first aspect of the present invention, the second axis is a portion along the first imaginary line that is twisted with the first axis that is the center axis of the center electrode at the other end of the ground electrode. Have. If the positional relationship between the tip of the center electrode and the other end of the ground electrode is configured in this way, the other end of the ground electrode is placed at a position shifted from the center of the combustion chamber as viewed from the spark discharge gap. Can be made. For this reason, when the flame nucleus formed in the spark discharge gap grows, the other end of the ground electrode does not become an obstacle in the direction toward the center of the combustion chamber, and quickly spreads throughout the combustion chamber. This can improve the ignitability of the spark plug.
また、接地電極の他端部は中心電極の先端面よりも先端側に位置しているので、火花放電間隙もまた中心電極の先端面より先端側に形成されることとなる。これにより、火花放電間隙で形成された火炎核は絶縁碍子等のスパークプラグの構成部材による消炎作用を受けにくく、スパークプラグの着火性を向上することができる。
また、第1仮想線と直交する第1仮想平面へ投影した中心電極の先端部の輪郭線上で、第1仮想線の位置に最も近接した点を通り、その第1仮想線の位置を通る第2仮想線と、第1軸線の投影線とがなす角θを25°以上60°以下とすれば、火花放電間隙における放電方向を、確実に、第1軸線と非平行な方向にすることができる。これにより、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側となる第1軸線方向の先端側には、確実に、接地電極の他端部が配置されない構成とすることができ、火花放電間隙で形成された火炎核は燃焼室内全体に速やかに燃え広がることができる。
θが25°未満となると、火花放電間隙から見た接地電極の他端部の配置位置が燃焼室の中央側寄りとなるため、その方面に向けた火炎核の成長が妨げられる虞が生ずる。一方、θが60°より大きくなると、火花放電間隙が、接地電極の一端部や中心電極の先端部、絶縁碍子などに近づくため、それらの部位、部材から消炎作用を受けやすくなり着火性を向上することが難しい。
Further, since the other end portion of the ground electrode is located on the tip side of the tip surface of the center electrode, the spark discharge gap is also formed on the tip side of the tip surface of the center electrode. Thereby, the flame kernel formed in the spark discharge gap is not easily subjected to the flame extinguishing action by the spark plug constituent member such as an insulator, and the ignitability of the spark plug can be improved.
In addition, on the outline of the tip of the center electrode projected onto the first virtual plane orthogonal to the first virtual line, the first pass through the point closest to the position of the first virtual line and the position of the first virtual line. If the angle θ formed by the two imaginary lines and the projection line of the first axis is set to 25 ° or more and 60 ° or less, the discharge direction in the spark discharge gap can be surely set to a direction non-parallel to the first axis. it can. Thereby, it can be set as the structure which the other end part of a ground electrode is not arrange | positioned reliably in the front end side of the 1st axial direction used as the center side of a combustion chamber seen from the spark discharge gap, and it forms in a spark discharge gap. The flame nuclei thus burned can quickly spread throughout the combustion chamber.
When θ is less than 25 °, the arrangement position of the other end portion of the ground electrode viewed from the spark discharge gap is closer to the center side of the combustion chamber, which may hinder the growth of the flame kernel toward that direction. On the other hand, when θ is larger than 60 °, the spark discharge gap approaches the one end of the ground electrode, the tip of the center electrode, the insulator, and the like, so that it is easy to receive a flame extinguishing action from those parts and members, and the ignitability is improved. Difficult to do.
そして上記のように接地電極の他端部が中心電極の先端面よりも先端側に位置し、さらに請求項2に係る発明のように、中心電極の第1軸線と直交する第2仮想平面へ投影した中心電極の先端部の輪郭線と接地電極の他端部の輪郭線とが互いに点接触もしくは離間していれば、確実に、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側に接地電極の他端部が配置されない構成とすることができる。 As described above, the other end portion of the ground electrode is located on the tip side of the tip surface of the center electrode, and further to the second virtual plane orthogonal to the first axis of the center electrode as in the invention according to claim 2. If the contour line of the projected tip of the center electrode and the contour line of the other end of the ground electrode are in point contact with each other or separated from each other, it is ensured that the ground electrode is positioned at the center of the combustion chamber as viewed from the spark discharge gap. It can be set as the structure by which the other end part is not arrange | positioned.
なお、請求項2に係る発明において、「第2仮想平面上において、中心電極の先端部の輪郭線と接地電極の他端部の輪郭線とが互いに点接触もしくは離間」していると記載しているが、例えば、中心電極の先端部の外周を第1軸線方向に仮想的に延伸させた柱状の第1仮想延伸体と、接地電極の他端部で第2軸線が第1仮想線に沿う部位において、その部位における他端部の外周を第1仮想線方向に仮想的に延伸させた柱状の第2仮想延伸体とが、互いにねじれの位置関係にあり、両者の外周面同士が互いに点接触もしくは離間しているものを例示することができる。もちろん、これに限定するものではない。 In the invention according to claim 2, it is described that “the contour line of the front end portion of the center electrode and the contour line of the other end portion of the ground electrode are in point contact with or separated from each other on the second virtual plane”. However, for example, a columnar first virtual extension body in which the outer periphery of the tip of the center electrode is virtually extended in the first axis direction, and the second axis at the other end of the ground electrode becomes the first virtual line. In the part along, the columnar second virtual stretched body in which the outer periphery of the other end portion in the part is virtually stretched in the first imaginary line direction is in a twisted positional relationship, and the outer peripheral surfaces of both are mutually Examples of point contact or separation are exemplified. Of course, the present invention is not limited to this.
また、請求項3に係る発明のように、第2仮想平面に投影した接地電極の他端側端面の輪郭線を、第1仮想線と直交し中心電極の先端部の輪郭線に外接する2つの第3仮想線の間に位置させれば、接地電極の他端部による消炎作用を低減して着火性を向上すると共に、火花放電の発生位置を分散させて耐久性を向上することができる。
Further, as in the invention according to
上記接地電極の他端側端面の輪郭線が2つの第3仮想線のうち接地電極の一端部に近い側の仮想線よりも外側にある場合、火花放電間隙における火花放電の発生位置が、火花放電間隙の大きさが最も小さくなる一点に集中しやすくなる。すると火花放電によってその位置が集中して消耗し、火花放電間隙の大きさが増加して、耐久性の低下を招く虞がある。一方、上記接地電極の他端側端面の輪郭線が2つの第3仮想線のうち接地電極の一端部に遠い側の仮想線よりも外側にある場合、その2直線間に接地電極の他端部が配置される構成となり、火花放電間隙に面する接地電極の体積が大きくなるため消炎作用を受けやすくなり、着火性が低下する虞がある。 When the contour line of the end surface on the other end side of the ground electrode is outside the virtual line on the side close to one end portion of the ground electrode among the two third virtual lines, the spark discharge occurrence position in the spark discharge gap is It becomes easy to concentrate on one point where the size of the discharge gap is the smallest. Then, the position is concentrated and consumed by the spark discharge, and the size of the spark discharge gap may increase, leading to a decrease in durability. On the other hand, when the contour line of the end surface on the other end side of the ground electrode is outside the virtual line on the side farther from one end portion of the ground electrode among the two third virtual lines, the other end of the ground electrode is between the two straight lines. Since the volume of the ground electrode facing the spark discharge gap is increased, the flame extinguishing action is likely to occur, and the ignitability may be reduced.
以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図1を参照して、本実施の形態のスパークプラグの一例としてのスパークプラグ100の構造について説明する。図1は、スパークプラグ100の部分断面図である。なお、図1において、スパークプラグ100の軸線O方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ100の先端側、上側を後端側として説明する。
Hereinafter, an embodiment of a spark plug embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, the structure of the
図1に示すように、スパークプラグ100は、概略、絶縁碍子10と、この絶縁碍子10を保持する主体金具50と、絶縁碍子10内に保持された中心電極20と、主体金具50の先端面57に基端部32を溶接され、先端部31が中心電極20の先端部22に対向するように屈曲された軸線Pを有する円柱状の接地電極30と、絶縁碍子10の後端部に設けられた端子金具40とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
まず、このスパークプラグ100の絶縁碍子10について説明する。絶縁碍子10は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、内部に保持する中心電極20の軸線O方向に延びる軸孔12を有する筒状の絶縁部材である。軸線O方向の略中央には外径が最も大きな鍔部19が形成されており、これより後端側には後端側胴部18が形成されている。また、鍔部19より先端側には後端側胴部18より外径が小さな先端側胴部17と、その先端側胴部17よりも先端側で先端側胴部17よりもさらに外径の小さな脚長部13とが形成されている。脚長部13は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ100が図示外の内燃機関に組み付けられた際には、その燃焼室に曝される。なお、軸線Oが、本発明における「第1軸線」に相当する。
First, the
次に、中心電極20は、インコネル(商標名)600または601等のNi系合金等で形成され、内部に熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯23を有している。中心電極20は自身の中心軸とする軸線Oに沿って延びる柱状をなし、この軸線O方向に軸孔12の延長方向を沿わせた絶縁碍子10に、その軸孔12内の先端側にて保持されている。中心電極20の先端側は絶縁碍子10の先端面から突出され、その突出部分は先端側に向かって先細るように形成されている。この突出部分の先端には柱状の貴金属チップ25が溶接され、中心電極20本体と一体となって小径の先端部22を構成している。なお、本実施の形態では、中心電極20と一体になった貴金属チップ25も含め「中心電極」と称する。
Next, the
また、中心電極20は、軸孔12の内部に設けられたシール体4およびセラミック抵抗3を経由して、後端側の端子金具40に電気的に接続されている。その端子金具40には高圧ケーブル(図示外)がプラグキャップ(図示外)を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。
The
次に、主体金具50について説明する。主体金具50は、図示外の内燃機関のエンジンヘッドにスパークプラグ100を固定するための円筒状の金具であり、絶縁碍子10を取り囲むようにして保持している。このとき、絶縁碍子10の脚長部13の先端部分は主体金具50の先端面57よりも前方側(図中下側)に突出されている。主体金具50は鉄系の材料より形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部51と、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部52とを備えている。
Next, the
また、主体金具50の工具係合部51より後端側には加締め部53が設けられている。工具係合部51から加締め部53にかけての主体金具50と、絶縁碍子10の後端側胴部18との間には円環状のリング部材6,7は介在されており、さらに両リング部材6,7の間にタルク(滑石)9の粉末が充填されている。そして、加締め部53を加締めることにより、リング部材6,7およびタルク9を介して絶縁碍子10が主体金具50内で先端側に向け押圧される。これにより、脚長部13と先端側胴部17との間の段状の部位が、主体金具50のねじ部52の内周面に形成された段状の部位に、パッキン80を介して支持されて、主体金具50と絶縁碍子10とが一体にされる。主体金具50と絶縁碍子10との間の気密はパッキン80によって保持され、燃焼ガスの流出は防止される。また、工具係合部51とねじ部52との間には鍔部54が形成されており、ねじ部52の後端側近傍、すなわち鍔部54の座面55にはガスケット5が嵌挿されている。
Further, a
次いで、接地電極30について図2〜図4を参照して説明する。図2は、スパークプラグ100の先端部分を拡大した正面図である。図3は、スパークプラグ100の先端部分を拡大した右側面図である。図4は、スパークプラグ100の先端部分を拡大した底面図である。なお、図4において、図中上側がスパークプラグ100の正面側である。
Next, the
図2〜図4に示すように、接地電極30は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル(商標名)600または601等のNi系合金が用いられる。この接地電極30は自身の長手方向の横断面が略円形で軸線Pを中心軸とする円柱形状に形成されており、接地電極30の一端部(基端部32)は主体金具50の先端面57に溶接により接合されている。このとき、図2,図3に示すように、その基端部32における軸線Pの方向が軸線O方向と平行となるように位置決めされている。一方、接地電極30の他端部(先端部31)は、中心電極20の先端部22に対向するように、主体金具50の内周側に向けて略L字状に屈曲されている。この屈曲された接地電極30にあわせて軸線Pも曲折している。このとき、図3,図4に示すように、軸線Pは、接地電極30の先端部31において、軸線Oとは交差せず互いにねじれの位置関係にある仮想線Cに沿う部位を有している。接地電極30の先端部31は、中心電極20の先端部22との間で上記位置関係を満たすように屈曲されている。特に本実施の形態のスパークプラグ100では、接地電極30の形態として、先端部31全体において軸線Pが仮想線Cに沿うもの(接地電極30の屈曲部分が、先端部31にはかかっておらず、先端部31が軸線Pに沿って真っ直ぐ延びる形態となったもの)を用いている。なお、軸線Pが、本発明における「第2軸線」に相当し、仮想線Cが、本発明における「第1仮想線」に相当する。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
より具体的には図2に示すように、接地電極30の先端部31の位置が、軸線O方向において、中心電極20の先端部22の先端面21(本実施の形態では貴金属チップ25の先端面21)よりも先端側(図中下側)となるように接地電極30が屈曲されている。さらに図4に示すように、中心電極20の先端部22と接地電極30の先端部31とを軸線Oに直交する平面(本発明における「第2仮想平面」であり、一例としては、図4の紙面がその仮想平面に相当する。)に投影してみたとき、両者それぞれの輪郭線は、互いに点接触もしくは離間(本実施の形態では離間)されている。つまり、図3に示す、中心電極20の先端部22を延伸した仮想線Iと、図4に示す、接地電極30の先端部31を延伸した仮想線Jとが互いにねじれの位置関係となり、両者が点接触もしくは離間した状態となるように構成されている。
More specifically, as shown in FIG. 2, the position of the
このように構成された本実施の形態のスパークプラグ100では、接地電極30の先端部31と中心電極20の先端部22との間に形成される火花放電間隙Gにおいて生じた火炎核が成長し燃焼室内に燃え広がる過程において、その成長を妨げず着火性を向上できるように、後述する評価試験の結果に基づき、中心電極20の先端部22と接地電極30の先端部31との位置関係を規定している。
In the
まず本実施の形態では、図3に示すスパークプラグ100の右側面図、すなわち仮想線Cと直交する平面において、仮想線Cの位置を通り、さらにその平面に投影した中心電極20の先端部22の輪郭線上の点で、仮想線Cの位置に最も近接する点Eを通る仮想線Dと、軸線Oとのなす角θが、25°以上60°以下の関係となるように規定している。このように規定することにより、火花放電間隙Gの放電方向は、確実に、軸線O方向に対して斜め方向となる。つまり、火花放電間隙Gから見た接地電極30の先端部31の配置位置が、燃焼室の中央側(通常はスパークプラグ100の軸線O方向先端側であり、図3においては下側)からずれた位置となっており、燃焼室中央側へ向けた火炎核の成長が妨げられにくい。なお、本実施の形態では仮想線Cの方向を、スパークプラグ100を側面視する方向と一致させており、この場合、スパークプラグ100の側面図を描いた図3の紙面が本発明における「第1仮想平面」に相当することとなる。しかし、この仮想線Cの方向は一例に過ぎず、必ずしもスパークプラグ100を側面視する方向と仮想線Cの方向とが一致するわけではない。つまり、仮想線Cは、軸線Oとねじれの位置関係を満たせばよい。また、仮想線Dが、本発明における「第2仮想線」に相当する。
First, in the present embodiment, in the right side view of the
また本実施の形態では、図4に示すスパークプラグ100の底面図、すなわち軸線Oと直交する平面(第2仮想平面の一例に相当)において、接地電極30の先端側端面35の輪郭線が、仮想線Cと直交し中心電極20の先端部22の輪郭線に外接する2本の仮想線(仮想線A,B)の間に位置することと規定している。なお、接地電極30の基端部32に近い側を仮想線Aとし、遠い側を仮想線Bとする。先端側端面35の輪郭線が仮想線Bよりも外側にあると、仮想線A,B間には先端部31の一部が配置されることとなり、火花放電間隙Gに面する先端部31の体積が大きくなるため、火花放電間隙Gで形成された火炎核が成長する際に先端部31による消炎作用を受けて着火性が低下する虞がある。一方で、先端側端面35の輪郭線が仮想線Aよりも外側にあると、火花放電間隙Gにおける火花放電の発生位置は、火花放電間隙Gの大きさが最も小さくなる一点(例えば接地電極30の先端側端面35と外周面との縁部分)に集中しやすくなる。すると火花放電により接地電極のその位置が集中して消耗し、火花放電間隙Gの大きさ(ギャップ)が増加して放電電圧が上昇するといった耐久性の低下を招く虞がある。なお、仮想線A,Bそれぞれが、本発明における2つの「第3仮想線」に相当する。
Further, in the present embodiment, in the bottom view of the
なお、本実施の形態のスパークプラグ100では、接地電極30の先端側端面35を軸線Pと直交する平面で構成しており、この場合、図4の底面図において、先端側端面35の位置を調整し仮想線A,B間に配置させることで、接地電極30の先端側端面35の輪郭線を仮想線A,B間に配置させることができる。
In the
このように、中心電極20の先端部22と接地電極30の先端部31との位置関係を規定することによって得られる本発明の効果を確認するため、以下に示す各評価試験を行った。
Thus, in order to confirm the effect of this invention obtained by prescribing | regulating the positional relationship of the front-end | tip
[実施例1]
まず、中心電極20の軸線Oとねじれの位置関係にある仮想線Cに接地電極30の先端部31における軸線Pを沿わせたことによる効果を確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、軸線Oと直交する平面に投影した仮想線Cの投影線が軸線Oの位置から1.3mmずれるように仮想線Cを位置決めし、その仮想線Cに接地電極の先端部における軸線Pが沿うように、接地電極の先端部の位置決めを行ったスパークプラグのサンプル1(オフセットあり)と、軸線Oと接地電極の先端部における軸線Pとが交差するように接地電極の先端部の位置決めを行ったサンプル2(オフセットなし)とを作製し、それぞれについて着火限界空燃比を測定した。なお、各サンプルの中心電極には先端部の外径がΦ0.6のものを使用し、接地電極には先端部の外径がΦ1.7のものを用い、サンプル1,2共に火花放電間隙Gが1.1mmとなるようにそれぞれの先端部の配置位置を調整した。また、接地電極の先端面の位置ずれを、軸線Oの位置より−0.3mm(後述するが、図4を参照して説明すると、接地電極30の先端側端面35の位置を軸線Oの位置より仮想線A側に0.3mmずらした位置であり、本実施例では中心電極がΦ0.6であるので仮想線Aに一致する。)とした。そして各サンプルを実際に4気筒2000ccのエンジンに組み付け、このエンジンを2000rpmで駆動させ、火花放電を1000回行ったうち失火が10回(1%)発生したときの燃料と空気の混合比を着火限界空燃比として確認した。この評価試験の結果を図5のグラフに示す。
[Example 1]
First, an evaluation test was performed in order to confirm the effect of having the axis P at the
図5に示すように、オフセットを行ったサンプル1では着火限界空燃比が22.3となり、サンプル2では着火限界空燃比が21.5となった。オフセットを行わなかったサンプル2では、火花放電間隙Gから見た接地電極の先端部が、オフセットを行ったサンプル1よりも燃焼室の中央側に配置される。このサンプル2の火花放電間隙Gで形成される火炎核は、成長する際に、サンプル1よりも接地電極による消炎作用を受けやすく、燃焼は、接地電極の先端部を避ける方向、すなわち、火花放電間隙Gから燃焼室中央側に対し直交する方向に広がることとなる。一方、オフセットを行ったサンプル1では、火花放電間隙Gから見た接地電極の先端部の配置位置が燃焼室の中央側からずれているため、先端部が障害物とならず、燃焼室中央側へ向けた火炎核の成長が妨げられ難い。この評価試験の結果から、中心電極の軸線Oと、接地電極の先端部における軸線Pを沿わせた仮想線Cとが互いにねじれの位置関係となるようにオフセットを行えば、着火性を向上できることがわかった。 As shown in FIG. 5, the ignition limit air-fuel ratio was 22.3 in sample 1 where offset was performed, and the ignition limit air-fuel ratio was 21.5 in sample 2. In sample 2 where no offset was performed, the tip of the ground electrode viewed from the spark discharge gap G is arranged closer to the center of the combustion chamber than in sample 1 where offset was performed. The flame nucleus formed in the spark discharge gap G of the sample 2 is more susceptible to the extinguishing action by the ground electrode than the sample 1 when growing, and the combustion is in a direction avoiding the tip of the ground electrode, that is, the spark discharge. The gap G extends in a direction perpendicular to the center of the combustion chamber. On the other hand, in the sample 1 in which the offset is performed, the arrangement position of the tip of the ground electrode as viewed from the spark discharge gap G is shifted from the center of the combustion chamber. It is difficult to prevent the growth of the flame kernel toward From the result of this evaluation test, it is possible to improve the ignitability by performing offset so that the axis O of the center electrode and the virtual line C along the axis P at the tip of the ground electrode are in a twisted positional relationship. I understood.
[実施例2]
次に、接地電極30の先端部31のオフセットを行うにあたり、中心電極20の先端部22との位置関係が好適となるように、仮想線Cと直交する平面において、仮想線Cの位置を通り、さらにその平面に投影した中心電極20の先端部22の輪郭線上の点で、仮想線Cの位置に最も近接する点Eを通る仮想線Dと軸線Oとのなす角θの範囲について評価を行った。この評価試験では、中心電極の先端部の外径をΦ0.6、接地電極の先端部の外径をΦ1.7、火花放電間隙Gの大きさを1.1mmとし、図3で説明した軸線Oと仮想線Dとのなす角θを10°〜75°の範囲で5°ずつずらして作製した14種類のスパークプラグのサンプル群3と、同様に、接地電極の先端部の外径および火花放電間隙Gの大きさをそれぞれΦ1.1,0.8mmに変更して作製した14種類のサンプル群4とに対し、実施例1と同じ試験条件で、それぞれ着火限界空燃比を測定した。そして各サンプルについて、着火限界空燃比が21.8以上であったものは着火性が良好であるとして「○」と評価し、21.8未満であったものは、着火性が向上できないとして「×」と評価した。この評価試験の結果を表1に示す。
[Example 2]
Next, when the
表1に示すように、サンプル群3,4共に、軸線Oと仮想線Dとのなす角θが25°〜60°の範囲において着火限界空燃比が21.8以上となり、着火性は良好であった。そして、いずれのサンプル群も、軸線Oと仮想線Dとのなす角θが10°〜20°の範囲および65°〜75°の範囲では、着火限界空燃比が21.8未満となり、中心電極の軸線Oと、接地電極の先端部における軸線Pを沿わせた仮想線Cとが互いにねじれの位置関係を満たしても、着火性を十分に向上させることができないことがわかった。
As shown in Table 1, both the
軸線Oと仮想線Dとのなす角θが25°未満となると、火花放電間隙Gから見た接地電極の先端部の配置位置が燃焼室の中央側寄りとなるため、その方面に向けた火炎核の成長が妨げられる虞が生ずる。一方、軸線Oと仮想線Dとのなす角θが60°より大きくなると、火花放電間隙Gが、接地電極の基端部や中心電極の先端部、絶縁碍子などに近づくため、それらの部位、部材から消炎作用を受けやすくなり着火性を向上することが難しくなることがわかった。 When the angle θ formed by the axis O and the imaginary line D is less than 25 °, the arrangement position of the tip of the ground electrode viewed from the spark discharge gap G is closer to the center of the combustion chamber. There is a risk that the growth of nuclei may be hindered. On the other hand, when the angle θ formed by the axis O and the imaginary line D is larger than 60 °, the spark discharge gap G approaches the proximal end portion of the ground electrode, the distal end portion of the center electrode, the insulator, and the like. It has been found that it becomes difficult to improve the ignitability because it is easy to receive a flame extinguishing action from the member.
[実施例3]
次に、軸線Oと直交する平面において、接地電極30の先端側端面35の輪郭線の位置と、中心電極20の先端部の輪郭線の位置との関係について、着火性の良否をもって評価を行った。この評価試験ではスパークプラグのサンプルとして、本実施の形態と同様に、接地電極の先端側端面が軸線Pと直交する平面から構成され、先端部全体が軸線Pに沿って真っ直ぐ延びる形態のもの(すなわち、先端部全体において軸線Pが仮想線Cに沿っている形態のもの)を用いた。そして、仮想線Cに沿って先端側端面の配置位置をずらしたサンプルを作製し、軸線Oと直交する平面に投影した先端側端面の輪郭線と中心電極20の先端部の輪郭線との位置関係で分類を行った。図4を参照して説明すると、仮想線C上に軸線Oの位置からおろした垂線と、接地電極の先端側端面の輪郭線の位置とが一致する場合、先端側端面のずれが0mmであるとし、先端側端面の位置が仮想線Cに沿って仮想線B側にある場合を正(+)、仮想線A側にある場合を負(−)と規定した。その上で、この評価試験では、接地電極の先端側端面の位置のずれが−0.6mm,−0.3mm,0mm,0.3mm,0.6mmである5つのスパークプラグのサンプル5〜9を作製し、実施例1と同じ試験条件で各サンプルの着火限界空燃比を測定した。なお、いずれのサンプルも、中心電極の先端部の外径がΦ0.6、接地電極の先端部の外径がΦ1.7、火花放電間隙Gの大きさが1.1mmとなるように構成した。この評価試験の結果を図6のグラフに示す。
[Example 3]
Next, on the plane orthogonal to the axis O, the relationship between the position of the contour line of the
図6に示すように、サンプル5,6では、着火限界空燃比が22.3となった。また、サンプル7,8,9の着火限界空燃比は、それぞれ、22.0,21.9,21.5となった。この評価試験の結果、接地電極の先端側端面の位置のずれが負側に大きくなるほど、火花放電間隙Gから見た接地電極の先端部の配置位置が燃焼室の中央側から大きくずれ、消炎作用がより低減されるため、着火性が向上することがわかった。
As shown in FIG. 6, in
[実施例4]
さらに、実施例3と同じサンプル5〜9を用い、接地電極30の先端側端面35の輪郭線の位置と、中心電極20の先端部の輪郭線の位置との関係について、耐久性の良否をもって評価を行った。この評価試験では各サンプルを実際に6気筒2000ccのエンジンに組み付け、このエンジンを、実走状態を模したパターンに従って700時間運転した。そして100時間が経過する毎に火花放電間隙Gの大きさを測定し、試験前の大きさである1.1mmから間隙(ギャップ)の増加した量(長さ)を調べた。なお、本試験条件に従って680時間の模擬走行試験を行った場合のスパークプラグの状態は、実車において約10万Kmの走行を行った場合のスパークプラグの状態に相当するため、耐久性の有無を判定するにあたって、本実施例では680時間後のギャップの増加量を参考としている。この評価試験の結果を図7のグラフに示す。
[Example 4]
Furthermore, the same samples 5 to 9 as in Example 3 were used, and the relationship between the position of the contour line of the front end
図7に示すように、いずれのサンプルも時間の経過と共にギャップ増加量が増加し、接地電極先端側端面の位置が負側に大きなサンプルほどギャップ増加量が大きくなることがわかった。接地電極の先端側端面の位置が正側に大きくなるほど、接地電極の表面上で、中心電極との間の距離が最短距離に近似する位置が広範囲に広がるため、接地電極の表面上の火花放電の発生位置が分散されやすくなる。すると、火花放電による消耗が一点に集中し難くなるため、火花放電回数に対するギャップの増加量が少なくなり、耐久性が良好となる。一方、接地電極の先端側端面の位置が負側に大きくなれば、火花放電による消耗が、中心電極との間の距離が最短距離となる位置に集中しやすくなるため、ギャップが増加しやすくなり耐久性が低下する。 As shown in FIG. 7, it was found that the gap increase amount increased with the passage of time for all the samples, and the gap increase amount was increased as the position of the end surface on the tip side of the ground electrode was larger on the negative side. As the position of the end surface on the front side of the ground electrode increases to the positive side, the position on the surface of the ground electrode whose distance from the center electrode approximates the shortest distance spreads over a wider area. The occurrence position is easily dispersed. Then, since it becomes difficult for the consumption due to the spark discharge to concentrate on one point, the increase amount of the gap with respect to the number of times of the spark discharge is reduced, and the durability is improved. On the other hand, if the position of the end face of the ground electrode increases to the negative side, the consumption due to spark discharge tends to concentrate at the position where the distance to the center electrode is the shortest distance, and the gap is likely to increase. Durability decreases.
なお、サンプル5の場合、600時間後,700時間後のギャップ増加量はそれぞれ0.33mm,0.35mmであり、680時間後のギャップ増加量は0.3mmを超えることが予測される。また、サンプル6では、600時間後,700時間後のギャップ増加量がそれぞれ0.27mm,0.29mmであり、サンプル7では、600時間後,700時間後のギャップ増加量がそれぞれ0.23mm,0.26mmであった。これより、サンプル6,7共に、680時間後のギャップ増加量が0.2mmを超え0.3mm以下となることが予測される。そして、サンプル8では、600時間後,700時間後のギャップ増加量がそれぞれ0.18mm,0.20mmであり、サンプル9では、600時間後,700時間後のギャップ増加量がそれぞれ0.17mm,0.19mmであった。これより、サンプル8,9のいずれも、680時間後のギャップ増加量が0.2mm以下となることが予測される。
In the case of sample 5, the gap increase after 600 hours and 700 hours are 0.33 mm and 0.35 mm, respectively, and the gap increase after 680 hours is expected to exceed 0.3 mm. In
そして、最適な接地電極の先端側端面の位置を求めるため、上記実施例3と実施例4との結果に基づく評価を行った。まず実施例3の結果より、着火限界空燃比が22.1以上であったサンプルを、着火性に優れるとして「◎」と評価した。また、21.8以上22.1未満であったサンプルを、着火性が良好であるとして「○」と評価した。そして、21.8未満であったサンプルを、着火性を向上させることが難しいとして「×」と評価した。 And in order to obtain | require the position of the front end side end surface of an optimal ground electrode, evaluation based on the result of the said Example 3 and Example 4 was performed. First, from the results of Example 3, a sample having an ignition limit air-fuel ratio of 22.1 or higher was evaluated as “◎” as being excellent in ignitability. Moreover, the sample which was 21.8 or more and less than 22.1 was evaluated as “◯” because the ignitability was good. And the sample which was less than 21.8 was evaluated as "x" because it was difficult to improve ignitability.
次に、実施例4の結果より、680時間の評価試験後のギャップの増加量が0.3mmを超えるとみなせるサンプルを、耐久性に問題があるとして「×」と評価した。また、680時間の評価試験後のギャップの増加量が0.2mmを超え0.3mm以下となるとみなせるサンプルを、耐久性が良好であるとして「○」と評価した。そして、680時間の評価試験後のギャップの増加量が0.2mm以下となるとみなせるサンプルを、耐久性に優れるとして「◎」と評価した。表2に上記評価を行った結果を示す。 Next, from the results of Example 4, a sample that can be considered that the amount of increase in gap after the 680 hour evaluation test exceeds 0.3 mm was evaluated as “x” because there was a problem in durability. Moreover, the sample which can be considered that the increase amount of the gap after the evaluation test of 680 hours exceeded 0.2 mm and became 0.3 mm or less was evaluated as “◯” because the durability was good. And the sample which can be considered that the increase of the gap after the evaluation test of 680 hours was 0.2 mm or less was evaluated as “◎” as being excellent in durability. Table 2 shows the results of the above evaluation.
表2から明らかなように、サンプル6〜8であれば着火性または耐久性のいずれにおいても「×」と評価されることはなかった。すなわち、接地電極の先端側端面の位置のずれが−0.3mm以上0.3mm以下であれば、火花放電間隙Gで形成された火炎核が燃焼室の中央側に向けて良好に燃え広がることができると共に、火花放電による電極の消耗を抑制することができることがわかった。前述したように、本実施の形態では接地電極30の先端側端面35をその軸線Pと直交する平面から構成している。従って、上記のように接地電極の先端側端面の位置のずれを−0.3mm以上0.3mm以下とすることが好ましと評価することは、軸線Oと直交する平面において、先端側端面の輪郭線が、仮想線Cと直交し中心電極に外接する2本の仮想線A,Bの間に位置することが好ましいと評価することに相当する。
As apparent from Table 2, the
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施の形態では接地電極30を1本設けたが、図8,図9に示すスパークプラグ200のように接地電極230を2本設け、それぞれの先端部231と中心電極20の先端部22とが本実施の形態と同様の位置関係になるようにしてもよい。この場合、接地電極230の配置位置は、図9に示すように均等配置となることが望ましい。
Needless to say, the present invention can be modified in various ways. For example, in the present embodiment, one
本発明は内燃機関用のスパークプラグに適用することができる。 The present invention can be applied to a spark plug for an internal combustion engine.
10 絶縁碍子
12 軸孔
20 中心電極
21 先端面
22 先端部
30 接地電極
31 先端部
32 基端部
35 先端側端面
50 主体金具
57 先端面
100 スパークプラグ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔で保持する絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、
第2軸線を自身の中心軸とする円柱形状をなし、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記主体金具の内周側に向けて屈曲され、その他端部が、少なくとも前記中心電極の先端面よりも先端側に位置すると共に、前記中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成する接地電極と
を備え、
前記接地電極と共に曲折する前記第2軸線が、前記接地電極の前記他端部において、前記第1軸線とねじれの位置関係にある第1仮想線に沿う部位を有し、且つ、
前記第1仮想線と直交する第1仮想平面に、前記中心電極の前記先端部と、前記第1軸線と、前記接地電極の前記他端部とを投影してみたとき、その第1仮想平面上において、
前記第1仮想線の位置を通り、さらにその第1仮想線の位置に最も近接した前記中心電極の前記先端部の輪郭線上の点の位置を通る第2仮想線と、前記第1軸線の投影線とのなす角θが、
25°≦θ≦60°
の関係にあることを特徴とするスパークプラグ。 A columnar center electrode having the first axis as its center axis;
An insulator having an axial hole extending in the first axial direction and holding the central electrode in the axial hole;
A metal shell that surrounds and holds the periphery of the insulator in the radial direction;
It has a cylindrical shape with the second axis as its central axis, one end is joined to the front end surface of the metal shell, the other end is bent toward the inner peripheral side of the metal shell, and the other end is A grounding electrode that is positioned at least on the tip side of the tip surface of the center electrode and that forms a spark discharge gap with the tip of the center electrode;
It said second axis for bending together with the ground electrode, at the other end of the ground electrode, have a portion along a first imaginary line in a skewed positional relationship between the first axis, and,
When the tip of the center electrode, the first axis, and the other end of the ground electrode are projected onto a first virtual plane orthogonal to the first virtual line, the first virtual plane is projected. Above,
A second imaginary line passing through the position of the first imaginary line and passing through the position of a point on the contour of the tip of the center electrode closest to the position of the first imaginary line, and projection of the first axis The angle θ made with the line is
25 ° ≦ θ ≦ 60 °
A spark plug characterized by the relationship .
前記第1軸線の位置に最も近接した前記接地電極の他端側端面の輪郭線が、前記第1仮想線の投影線と直交する方向に平行で前記中心電極の前記先端部の輪郭線に外接する2つの第3仮想線の間に位置していることを特徴とする請求項1または2に記載のスパークプラグ。 The second virtual plane, and the distal end portion of the center electrode, and the other end of the ground electrode, when viewed by projecting said first imaginary line, on the second virtual plane,
The contour line of the end surface on the other end side of the ground electrode closest to the position of the first axis is parallel to the direction orthogonal to the projection line of the first imaginary line and circumscribes the contour line of the tip portion of the center electrode. The spark plug according to claim 1 , wherein the spark plug is located between two third imaginary lines.
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