JP5293030B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明はスパークプラグに関するもので、自動車用内燃機関に使用されるスパークプラグに好適である。

例えば自動車用内燃機関に使用されるスパークプラグは添付した図９に示すように、中心電極４及び接地電極５にそれぞれ貴金属からなる中心電極チップ６、接地電極チップ７が固定されており、通常両電極チップ６、７間で火花を発生し混合気流に着火し燃焼させる。

近年、燃費、排ガス規制が年を追うごとに強化されており、これらに対応するための手段として、内燃機関内の混合気流が高速化されており、この混合気流が図９に示すように接地電極５の側部側方向に高速気流として流れた状態では中心電極チップ６から出た火花Ｅは高速気流により流され接地電極５の屈曲部５ｃ部分に着地してしまう。すなわち、火花Ｅは両電極チップ６、７間に発生しない。そのためこの火花Ｅにより着火した混合気の火炎は接地電極５の屈曲部５ｃ付近に発生するため、火炎は燃え広がりにくく十分な燃焼を行うことができない。

下記特許文献１にはその図２、図７、図８に中心電極チップ５０に対向した接地電極チップ６０の他に、接地電極チップ６１を設けたスパークプラグが記載されているが、接地電極チップ６１が接地電極４０の方向ではなく、接地電極４０と直交する方向に設けた構造であり、中心電極チップ５０の軸線上にのみ配置され、中心電極チップ５０より接地電極４０の側部側には配置されていないため、高速気流が接地電極４０方向に流れた状態の時にはやはり接地電極４０に火花は着地する。

また、下記特許文献２には、その図１０に接地電極４にギャップ４ｅを形成した構造のスパークプラグが記載されているが、図示されたギャップ４ｅの形成では不十分で、中心電極２から出た火花は接地電極４の屈曲部に着地し上記の問題を解決できない。
特開２００２−２３７３６６号公報 昭５５−１２１２９０号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、中心電極チップ及び接地電極チップの少なくとも一方を複数本のチップで構成し、且つ、前記複数本の電極チップを前記接地電極の先端側から前記接地電極の側部側へ配列すると共に、当該複数本の電極チップをその長さが前記接地電極の先端側から前記接地電極の側部側へ行くに従い短く設定することにより、高速気流下でも前記中心電極チップから出た火花が前記接地電極の屈曲部に流されそうになっても、前記接地電極の側部側の接地電極チップで火花を捉えることで燃焼の悪化を抑制し、さらに高速気流のない条件下では常に前記接地電極の先端側の電極チップで火花が発生することで最良の燃焼を得ることができるスパークプラグを提供することにある。

請求項１に係る発明では、円筒状の取付け金具内に固定される絶縁体の軸孔に中心電極が絶縁保持され、前記取付け金具にその側部が固定された接地電極の先端部が、前記絶縁体の端部から露出する前記中心電極の端部とプラグ軸線方向に対向するように延びるとともに、前記中心電極の端部に中心電極チップ、前記接地電極の先端部に前記中心電極チップと対向して接地電極チップが固定されたスパークプラグであって、
前記中心電極チップ及び接地電極チップの少なくとも一方を複数本の電極チップで構成し、
且つ、前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部又はそれら両方に設けられる前記複数本の電極チップは、前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部における配列状態が、前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ向けて配列されると共に、当該複数本の電極チップはプラグ軸線方向の長さが前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ行くに従い短く設定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、通常時は接地電極の先端側の両電極チップ間で火花を発生させることで最良の燃焼を得ることができ、高速気流下では中心電極チップから出た火花が接地電極の屈曲部に流されそうになっても接地電極の側部側の電極チップで火花を捉えることで燃焼の悪化を防ぐことができる。

請求項２に係る発明では、前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部又はそれら両方に設けられる前記複数本の電極チップは、その横断面積が、前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ行くに従い小さく設定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、電極チップの横断面積を小さくすることにより、接地電極の側部側の両電極チップで火花が発生した場合でも接地電極の先端側の両電極チップで火花が発生した場合とほぼ同等の燃焼を得ることができる。

請求項３に係る発明では、前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部又はそれら両方に設けられる前記複数本の電極チップは、前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ一列に配列されていることを特徴とする。

上記構成によれば、構造を簡単にすることができるとともに、請求項1および2の効果をより高めることができる。

以下図１に基づき本発明の第１実施形態を説明する。本発明スパークプラグ１は、自動車用内燃機関に適用されるものであり、内燃機関の燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。

スパークプラグ１は導電性の鉄鋼材料等よりなる円筒状の取付け金具２を有しており、この取付け金具２は図示しないエンジンブロックに固定するための取付けネジ部２ａを備えている。取付け金具２の内部には、アルミナ等からなる絶縁体３が固定されており、この絶縁体３の上端部は取付け金具２の上端部より露出して延びるように設けられている。

絶縁体３の軸孔には中心電極４が固定されており、この中心電極４は取付け金具２にたいして絶縁保持されている。中心電極４は例えば内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性及び耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、その上端部が絶縁体３の上端部から露出して延びるように設けられている。

一方接地電極５はその側部５ａで取付け金具２に溶接固定され、途中で曲げられて屈曲部５ｃを形成し、屈曲部５ｃに続く先端部５ｂが中心電極４と対向するように延びている。

中心電極４の上端部には、イリジウム等の貴金属よりなる中心電極チップ８が接合固定されている。この中心電極チップ８は複数本、本例では３本のピン形状の電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃで構成されている。本数は必要に応じ２本以上に設定すればよい。

複数本（３本）の中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃはその高さ（長さ）が中心電極４の位置から接地電極５の側部５ａ側に行くに従い短く設定され、また、その横断面積も中心電極４の位置から接地電極５の側部５ａ側に行くに従い小さく設定されている。更に、複数本（３本）の中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃは図１（ｃ）に示すように、その配列状態が中心電極４の位置から接地電極５の側部５ａ側に行くに従い一列に配列されている。

また、接地電極５の先端部５ｂにも上記中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃと同様に、且つ対向した位置に同数本（３本）の白金等の貴金属よりなる接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃが接合固定されている。

この接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃもその高さ（長さ）は接地電極５の先端部５ｂの位置から側部５ａ側に行くに従い短く設定され、また、その横断面積も接地電極５の先端部５ｂ側から側部５ａ側に行くに従い小さく設定されており、複数本（３本）の接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃは図１（ｂ）に示すように、その配列状態が接地電極５の先端部５ｂの位置から側部５ａ側に行くに従い一列に配列されている。

上記のように構成されるスパークプラグ１によれば、混合気流が通常の速度時は、火花Ｆはエアギャップの一番小さい中心電極チップ８ａと接地電極９ａの間で発生し、この状態で最良の燃焼が得られる。

混合気流が高速度で接地電極５の側部５ａ方向に流れる状態の時は、火花Ｇは接地電極５の側部５ａ側方向に流されるが、接地電極５の側部５ａ側に近い部分まで中心電極チップと接地電極チップが配置されているため５ａ部に火花が飛ぶことを防ぐことができ、また、中心電極チップの横断面と接地電極チップの横断面は接地電極５ａの側部５ａに近いほと小さくなり電極による燃焼ガスの冷却損失が少ないので、燃焼の悪化を最小限に留めることができる。

上記第１実施形態における中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃと接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの高さ、横断面積、配列位置の具体的数値例を記す。高さ、横断面積、配列位置の具体的数値は中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃと接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃは同じとし接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃについて記す。

接地電極５の側部５ａ側に一番近い接地電極チップ９ｃの高さ（Ａ）は０．４ｍｍ以上に設定することで燃焼の悪化を防ぐことができる。接地電極５の先端側の接地電極チップ９ａの高さ（Ｂ）は０．６ｍｍ以上で耐消耗性（寿命）を確保し、１．０ｍｍ以下で耐熱性を確保することができる。また、各接地電極チップの段差（Ｃ）は０．１５ｍｍ以上で接地電極５の先端側に近い電極チップで優先して火花を飛ばすことができる。

接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの総横断面積は０．４ｍｍ^２以上で耐久性を確保しており、隣り合う電極チップの横断面積比は３：２すなわち９ａ：９ｂ：９ｃは９：６：４に設定し各電極チップでの飛び火における燃焼を同等としている。

また、接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの配列位置（Ｄ）すなわち接地電極５の側部５ａから一番側部５ａ側の電極チップ９ｃまでの距離（Ｄ）は２ｍｍ以上で一番側部５ａ側の中心電極チップ８ｃと接地電極チップ９ｃ間での飛火において十分な燃焼を確保している。

次に図２〜図５により本発明の第２〜５実施形態を説明する。第２〜５実施形態では上記第１実施形態との相違点のみ説明する。

図２に示す第２実施形態では、中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃのみの高さを同じ寸法にした例である。横断面積、配列位置の関係は上記第１実施形態の場合と同じである。

図３に示す第３実施形態では、接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃのみの高さを同じ寸法にした例である。横断面積、配列位置の関係は上記第１実施形態の場合と同じである。

第２、３実施形態では中心電極チップ及び接地電極チップの一方の高さを同じに設定しているから、上記第１実施形態で説明した場合と同様に、混合気流が通常速度の場では中心電極チップ８ａと接地電極チップ９ａ間で，混合気流が高速度の場で、気流が接地電極５の先端側の５ｂから側部側の５ｃに流れる場合は中心電極チップ８ｂもしくは８ｃと接地電極チップ９ｂもしくは９ｃにより火花が５ｃに流れるのを防ぎ燃焼の悪化を抑制することができる。

図４に示す第４実施形態では、中心電極チップ８を従来のように１本構造とし、接地電極チップ９を上記第１実施形態の場合と同じ構成すなわち接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの高さ、横断面積、配列位置の関係は上記第１実施形態の場合と同じである。

図５に示す第５実施形態では、接地電極チップ９を従来のように１本構造とし、中心電極チップ８を上記第１実施形態の場合と同じ構成すなわち中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃの高さ、横断面積、配列位置の関係は上記第１実施形態の場合と同じである。

第４実施形態では中心電極チップを従来の１本構造に設定しており、上記第１実施形態で説明した場合と同様に、混合気流が通常速度の場では中心電極チップ８と接地電極チップ９ａ間で火花Ｆを飛ばし最良の燃焼を得ることができ，混合気流が高速度の場では接地電極チップ９ｂまたは９ｃにより火花Ｇが接地電極５の側部側５ｃに流れるのを防ぎ燃焼の悪化を抑制することができる。第５実施形態では接地電極チップを従来の１本構造に設定しており、上記第１実施形態で説明した場合と同様に、混合気流が通常速度の場では中心電極チップ８ａと接地電極チップ９間で火花Ｆを飛ばし最良の燃焼を得ることができ，混合気流が高速度の場では中心電極チップ８ｂまたは８ｃにより火花Ｇが接地電極５の側部側５ｃに流れるのを防ぎ燃焼の悪化を抑制することができる。また、第４、５実施形態とも一方の電極チップは１本構造であるから、電極チップの製作加工が容易で安価となる。

上記第１〜５実施形態における中心電極チップ８及び接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの横断面形状は円形であったが、図６に示すように横断面形状を四角形にしてもよく、更には六角形、八角形等の多角形にしてもよい。この場合上記第１〜５実施形態の場合と同様に接地電極５の側部５ａ側に行くに従い横断面を小さく設定し、具体的な数値は上記第１実施形態で記載した値にすればよい。

図７、図８は接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃを接地電極５の先端部５ｂに溶接固定する製法の例を示す。

図７では、同じ長さの３本の接地電極チップを作製し、接地電極５の先端部５ｂの中心電極対向面に深さが接地電極５の側部５ａ側に行くに連れ深い孔を穿け、各孔に上記接地電極チップを挿入し、その後溶接により上記各接地電極チップを接地電極５の先端部５ｂに固定し接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃを形成している。なお、この場合接地電極５の先端側５ｂ位置する接地電極チップ９ａに対応する上記孔は必ずしも孔を穿ける必要なない。また、上記各孔の深さは上記第１実施形態の数値例で記載した接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの高さになるように設定すればよい。また、この製法は中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃを形成する場合にも適用できる。

図８では、同じ長さの３本の接地電極チップを片側で連結したＥ字状の接地電極チップ体を作製し、この接地電極チップ体の連結した部位を接地電極５の先端部５ｂの中心電極対向面に溶接により固定し、その後各接地電極チップが接地電極５の側部５ａ側に行くに連れ短くなるように先端側を切断し、接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃを形成している。この製法は中心電極チップ８ａ、８ｂ、８ｃを形成する場合にも適用できる。この製法によれば溶接が１回で済み、作製時間を短縮することができる。

本発明になるスパークプラグの第１実施形態を示すもので、（ａ）は要部正面図、（ｂ）は接地電極５部分の下面図、（ｃ）は中心電極４部分の上面図である。 本発明になるスパークプラグの第２実施形態を示す要部正面図である。 本発明になるスパークプラグの第３実施形態を示す要部正面図である。 本発明になるスパークプラグの第４実施形態を示す要部正面図である。 本発明になるスパークプラグの第５実施形態を示す要部正面図である。 接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの他の例を示す下面図である。 接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの接地電極５への接合固定の製法に供する図である。 接地電極チップ９ａ、９ｂ、９ｃの接地電極５への接合固定の製法に供する他の図である。 従来の説明に供するスパークプラグの要部正面図である。

符号の説明

１ スパークプラグ
２ 取付け金具
３ 絶縁体
４ 中心電極
５ 接地電極
５ａ、５ｂ、５ｃ 接地電極５の側部、先端部、屈曲部
８ 中心電極チップ
８ａ、８ｂ、８ｃ 中心電極チップ８を構成する各中心電極チップ
９ 接地電極チップ
９ａ、９ｂ、９ｃ 接地電極チップ９を構成する各接地電極チップ
Ｅ、Ｆ、Ｇ 火花

Claims (3)

1. 円筒状の取付け金具内に固定される絶縁体の軸孔に中心電極が絶縁保持され、前記取付け金具にその側部が固定された接地電極の先端部が、前記絶縁体の端部から露出する前記中心電極の端部と対向するようにプラグ軸線方向に延びるとともに、前記中心電極の端部に中心電極チップ、前記接地電極の先端部に前記中心電極チップと対向して接地電極チップが固定されたスパークプラグであって、
   前記中心電極チップ及び接地電極チップの少なくとも一方を複数本の電極チップで構成し、
   且つ、前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部又はそれら両方に設けられる前記複数本の電極チップは、前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部における配列状態が、前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ向けて配列されると共に、当該複数本の電極チップはプラグ軸線方向の長さが前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ行くに従い短く設定されていることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部又はそれら両方に設けられる前記複数本の電極チップは、その横断面積が、前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ行くに従い小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記中心電極の端部又は前記接地電極の先端部又はそれら両方に設けられる前記複数本の電極チップは、前記接地電極の先端部側から前記接地電極の側部側へ一列に配列されていることを特徴とする請求項１又は２記載のスパークプラグ。

Images