JP4837819B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気絶縁性のセラミック絶縁体と、金属製のスパークプラグ本体と、接地電極と、前記セラミック絶縁体に形成された孔の中央に配される中心電極とを備えたスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の普及したスパークプラグは空気によって満たされた火花間隙を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした従来のスパークプラグでは付着物による故障がしばしば発生する。こうした故障として、導電性の燃えかす（炭素）により引き起こされる絶縁体基部の分路抵抗の低下に起因するスパークプラグの故障があり、再スタート及び低温スタートにおいて問題が生じる。
【０００４】
こうした従来技術の課題を鑑み、本発明の目的は、著しく改善された低温スタート特性を有するスパークプラグであって、上記に述べたような問題点が大幅に低減したスパークプラグを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、電気絶縁性のセラミック絶縁体と、金属製のスパークプラグ本体と、接地電極と、前記セラミック絶縁体に形成された孔の中央に配される中心電極とを備えたスパークプラグにおいて、中心電極の点火側の端部領域の外周上に、側方突端部が、中心電極を環状に包囲するように設けられることをその要旨とする。
【０００６】
この場合、後述するように、前記側方突端部は１５°〜９０°のピッチαを有するように上記のスパークプラグを構成することが可能である。
【０００７】
また、前記側方突端部は前記中心電極のジャケットの材料にて形成してもよい。
【０００８】
前記側方突端部が外周上に配された中心電極の前記点火側の端部領域は、その端子側の領域から遠ざかる方向にテーパ付けされていてもよい。
【０００９】
この場合、絶縁体に形成された前記孔の直径Ｄ１と、テーパ付けされた前記中心電極の端部領域に前記側方突端部を加えた部分の直径Ｄ２と、テーパ付けされた前記中心電極の端部領域の直径Ｄ３と、テーパが設けられていない前記中心電極の領域の直径Ｄ５との関係が次の条件を満たすようにスパークプラグを構成してもよい。条件は、
Ｄ２＝Ｄ１−（０．３〜１．０）ｍｍ
Ｄ３＝Ｄ１−（０．５〜１．５）ｍｍ
Ｄ５＝Ｄ１−（０．０５〜０．１）ｍｍ
である。
【００１０】
また、前記テーパ付けする代わりに、前記側方突端部が外周上に配された前記中心電極の端子側の領域において、前記孔の直径が、該孔の端子側の領域よりも大きくされるように本発明のスパークプラグを構成してもよい。
【００１１】
さらに、テーパ付けされた前記中心電極の点火側の端部領域は前記孔にほぼ取り囲まれ、この端部領域に設けられた前記側方突端部は、前記絶縁体の基部の前記スパークプラグ本体からの突出量Ａの約１／２Ａの突出量で突出する位置に形成されるように本発明のスパークプラグを構成することも可能である。
【００１２】
また、前記中心電極には、表面全体に貴金属強化部材を備えた直径０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの点火先端部を設けることが可能である。
【００１３】
この場合、貴金属合金は白金合金またはイリジウム合金を用いることが可能である。
【００１４】
また、前記絶縁体の基部と前記スパークプラグ本体のガス抜き空間を形成する孔との間に形成される間隙Ｓは、前記接地電極と前記中心電極との間の点火間隙Ｚの少なくとも１．５倍に相当する幅を有するように本発明のスパークプラグを構成してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明を図１及び図２に基づき以下に詳細に説明する。
【００１６】
図１に示される本発明によるスパークプラグの実施形態は、電気絶縁性のセラミック絶縁体１、金属製のスパークプラグ本体２、接地電極３、及び、前記セラミック絶縁体１に形成された孔５の中央に配される中心電極４を備える。この位置において中心電極４は、好ましくは絶縁体の孔内で溶融されたガラスである導電性のシーリング材６によって固定されている。
【００１７】
この実施形態の好適な場合においては、中心電極４は、熱伝導性の高い材料、例えば好ましくは銅などにて形成された芯８とニッケル合金製のジャケット７とを備えてなる。
【００１８】
前記絶縁体の基部１１は点火側すなわち燃焼空間側でスパークプラグ本体２から突出し、中心電極４の燃焼空間側領域を包囲する。この領域において、中心電極４には、端子側にて近接する中心電極領域から遠ざかる方向にテーパ付けされている。この中心電極４のテーパが設けられた領域内であり、かつ絶縁体に形成された孔５の燃焼空間側の端部領域内において、中心電極４を環状に囲む突端部１０が設けられている。この側方突端部１０は、本実施形態の場合には、かえり状に形成され、約１５°〜約９０°のピッチαを有する。この突端部１０は中心電極４のジャケット７上に成形されるかあるいはジャケット７を変形させて成形される。
【００１９】
この実施形態では、中心電極４の燃焼空間側の領域にテーパが設けられているが、同じ目的のために別の実施形態ではこの領域にはテーパを設けずに、中心電極４を取り囲んでいる絶縁体の孔５の領域の径が端子側の孔の領域におけるよりも大きくなるように構成することも可能である。
【００２０】
本発明によるスパークプラグのこの実施形態では、好ましくは中心電極４には貴金属強化部材９が設けられる。貴金属強化部材９は、中心電極の先端部の直径にほぼ対応する約０．５ｍｍ〜約１．５ｍｍの直径を有し、好ましくは白金合金またはイリジウム合金からなる。
【００２１】
同様に、絶縁体基部１１とスパークプラグ本体２のガス抜き空間１２の孔径との間の間隙Ｓは、接地電極３と中心電極４との間の点火間隙Ｚの少なくとも１．５倍の大きさの幅を有する。
【００２２】
図２に示されるように、中心電極４のテーパが設けられた燃焼空間側領域上に形成された側方突端部１０は、孔５内のほぼ中央に配置される。図中、Ｄ１は絶縁体の孔５の直径を、Ｄ２は内方の中心電極領域に側方突端部１０を含めた直径を、Ｄ３は中心電極４のテーパが付けられた燃焼空間側の領域の直径を、Ｄ４は貴金属強化部材を備えた中心電極４の最前部にあたる先端部の直径を、Ｄ５は中心電極４の端子側の領域の直径を示すものである。ここで以下の関係が成り立つことが好ましい。
【００２３】
Ｄ２＝Ｄ１−（０．３〜１．０）ｍｍ
Ｄ３＝Ｄ１−（０．５〜１．５）ｍｍ
Ｄ５＝Ｄ１−（０．０５〜０．１）ｍｍ
本発明において請求されるように、中心電極４は、所定の方法にてその形状が幾何学的に形成され、絶縁体に形成された孔５内に配置されるので、スパークプラグの極めて低温におけるスタート動作や酸素／燃料比λ＜１．０であるエンジン動作において、中心電極４とスパークプラグ本体２との間の絶縁体基部の絶縁部分に分路抵抗（分路抵抗は１００ＭΩよりも小さい。）が生じない。
【００２４】
本発明による中心電極４の幾何学的形状は、中心電極のジャケット７の外周を取り囲む先鋭な突端部１０を有するものとなっていることにより、局所的な電界ピーク値が大きくなり、付着物が付着した絶縁体先端部とあいまって、不均一な強い電界を生じる。この電界はいわゆるコロナ放電と呼ばれる部分的放電が起きるための条件である。エンジンの動作の際には、中心電極４と接地電極３との間の点火間隙の絶縁が破壊される前に、中心電極の先鋭突端部１０と絶縁体に形成された孔５との間において指向性を有する予備放電が生じる。
【００２５】
コロナ放電を安全に生じさせるために、中心電極４の先鋭突端部１０と絶縁体に形成された孔５との間には少なくとも約０．１５ｍｍの間隙が設けられる。このような構造的に引き起こされる予備放電によって安全な部分放電が行われる。ブラシ状の青味がかった放電形状を有する部分放電から発達する放電通路によって、絶縁体に形成された孔５の付着物が除かれ、煤粒子によって覆われた絶縁体基部１１の導電体ストリップがスパークプラグ本体２の接地電位に断続される。
【００２６】
本発明のスパークプラグについて汚れ（付着物）試験を行った。サイクル数は必要な２５以上に達し、これにより、信頼度の高いエンジンスタート、所定の負荷を受ける際のエンジンの信頼度の高い加速性能、及び良好なガス供給のための必要条件が満たされた。従来の中心電極及び幾何学的配置構成を有するスパークプラグはこの試験において５〜８サイクル後に故障し、高信頼度のエンジンスタート、高信頼度のエンジン加速、及び充分な負荷受容を得ることはできないという結果を示した。
【００２７】
【発明の効果】
したがって本発明によるスパークプラグは、優れた低温スタート特性を有するとともに故障の原因となる付着物に対して高い耐性を有する。また、燃焼空間側の電流流路の、分路に対する耐性が高いことにより、絶縁体基部上での寄生放電が防止され、燃料／空気混合物の点火が最適に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスパークプラグの一実施形態を示す部分縦断面図。
【図２】図１のスパークプラグの絶縁体基部の燃焼空間側の領域における部分断面図。
【符号の説明】
１…セラミック絶縁体
２…スパークプラグ本体
３…接地電極
４…中心電極
５…セラミック絶縁体に形成された孔
６…導電性シーリング材
７…ジャケット
８…芯
９…貴金属強化部材
１０…突端部
１１…絶縁体基部
１２…ガス抜き空間

Claims (7)

1. 電気絶縁性のセラミック絶縁体（１）と、金属製のスパークプラグ本体（２）と、接地電極（３）と、前記セラミック絶縁体（１）に形成された孔（５）の中央に配される中心電極（４）とを備えたスパークプラグにおいて、中心電極（４）の点火側の端部領域の外周上に、側方突端部（１０）が、中心電極（４）を環状に包囲するように設けられ、さらに、該側方突端部（１０）は、前記孔（５）の燃焼空間側の端部領域内に配置し、前記側方突端部（１０）が外周上に配された中心電極（４）の前記点火側の端部領域は、中心電極（４）の端子側に延びる領域よりも縮径されており、前記孔（５）の直径Ｄ１と、前記中心電極（４）の縮径された端部領域に前記側方突端部（１０）を加えた部分の直径Ｄ２と、前記中心電極（４）の縮径された端部領域の直径Ｄ３と、前記中心電極（４）の端子側に延びる領域の直径Ｄ５との関係が次の条件、
   Ｄ２＝Ｄ１−（０．３〜１．０）ｍｍ
   Ｄ３＝Ｄ１−（０．５〜１．５）ｍｍ
   Ｄ５＝Ｄ１−（０．０５〜０．１）ｍｍ
   を満たすスパークプラグ。
2. 前記側方突端部（１０）は１５°〜９０°のピッチαを有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記側方突端部（１０）は前記中心電極（４）のジャケット（７）の材料にて形成される、請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 前記側方突端部（１０）は、前記絶縁体（１）の基部（１１）の前記スパークプラグ本体（２）からの突出量Ａの約１／２Ａの突出量で突出する位置に形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記中心電極（４）には、表面全体に貴金属強化部材（９）を備えた直径０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの点火先端部が設けられている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 前記貴金属強化部材（９）は白金合金またはイリジウム合金である、請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記絶縁体（１）の基部（１１）と前記スパークプラグ本体（２）のガス抜き空間（１２）を形成する孔との間に形成される間隙Ｓは、前記接地電極（３）と前記中心電極（４）との間の点火間隙Ｚの少なくとも１．５倍に相当する幅を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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