JP5303999B2

JP5303999B2 - 内燃機関用スパークプラグ

Info

Publication number: JP5303999B2
Application number: JP2008098880A
Authority: JP
Inventors: 究野口
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-04-07
Also published as: JP2009252525A

Description

この発明は、内燃機関用スパークプラグに係り、特に燃焼室内の混合気を点火する内燃機関用スパークプラグに関する。

内燃機関においては、燃焼室内の混合気に点火するために、スパークプラグをシリンダヘッドに取り付けている。
図７、図８に示すように、スパークプラグ１０１は、シリンダヘッドに締結される筒状の主体金具１０２と、この主体金具１０２の内周部に配設される柱状の中心電極１０３と、主体金具１０２に取り付けられるとともに中心電極１０３の軸方向端部と対向する接地電極１０４とを備えている。中心電極１０３は、主体金具１０２の軸方向端部に固定した絶縁体１０５に保持されている。
そして、このスパークプラグ１０１においては、接地電極１０４を中心電極１０３の中心軸方向から視た場合、接地電極１０４の中心電極１０３と対向する部分である先端部１０６を、シリンダヘッドに設けられた吸気バルブから排気バルブヘの空気の流れ方向Ｆと直交する方向Ｘに延びるように配設しているものがある。この場合、このスパークプラグ１０１は、吸気バルブより吸入される前記空気の流れ方向Ｆに対して垂直方向に接地電極１０４の先端部１０６を配置できるように、ねじ切り加工で設定されている。この接地電極１０４の先端部１０６は、図７、図８に示すように、スパークで磨耗する磨耗範囲を考慮した先端面１０７から距離Ｈの磨耗仮想線Ｑまでの範囲内において、所定の幅Ｗ且つ所定の厚さＴに形成されている。また、中心電極１０３の電極端面１０８と接地電極１０４の先端部１０６のプラグ対向面１０９とは、所定の隙間Ｎで離間している。
また、スパークプラグ１０１においては、図７に示すように、中心電極１０３の中心軸方向から視た接地電極１０４の先端部１０６を、中心電極１０３の軸心１０３ｃを通るとともに前記空気の流れ方向Ｆと直交する仮想平面Ｐによって、前記スパークで磨耗する磨耗範囲を考慮した先端面１０７から距離Ｈの磨耗仮想線Ｑまでの範囲内において、前記空気の流れ方向Ｆの上流側の先端上流部１１０と前記空気の流れ方向Ｆの下流側の先端下流部１１１とに分割した場合に、前記仮想平面Ｐに対して先端上流部１１０の面積と先端下流部１１１の面積とが同一である。つまり、先端上流部１１０では、前記仮想平面Ｐから上流側に距離Ｌ１の先端面１０７の位置Ｄ１で、角度θ１の上流部切欠斜面１１２が前記空気の流れ方向Ｆと対向して形成される。この上流部切欠斜面１１２は、先端部１０６の熱容量を低減し、初期火炎の成長を妨げない効果があるものである。また、先端下流部１１１では、前記仮想平面Ｐから下流側に距離Ｌ２の先端面１０７の位置Ｄ２で、角度θ２の下流部切欠斜面１１３が形成される。ここで、Ｌ１＝Ｌ２、θ１＝θ２の関係がある。
そして、図６に示すように、先端部１０６は、先端上流部１１０の体積Ａ２と先端下流部１１１の体積Ｂ２とが同一であり、この先端上流部１１０と先端下流部１１１との各体積を加えたトータルの体積Ａ２＋Ｂ２を有している（図６では「従来品」と記する）。
更に、図８に示すように、空気の流れ方向Ｆに対するスパークプラグ１０１のスパークの挙動状況において、このスパークは、空気の流れが強い程、空気の流れ方向Ｆの下流側に流される特徴を持っている。

従来、内燃機関のスパークプラグには、主体金具に軸線方向の先端に向かって突出し、液滴燃料を下方又は斜め下方に誘導する液滴燃料誘導部を形成し、火花放電間隔に液滴燃料によるブリッジを形成しにくくするものがある。
また、点火プラグには、絶縁碍子から突出する中心電極と、この中心電極の先端面と小隙を隔てて対向する第１接地電極と、絶縁碍子に対して噴射燃料の下流側で絶縁碍子の外面と小隙を隔てて対向する第２接地電極とを設け、この第２接地電極に噴射燃料の微粒子を付着させないようにしたものがある。
特開２００５−５０６１２号公報特開２００６−８５９０９号公報

ところで、従来、スパークプラグ１０１においては、長時間運転すると接地電極１０４の先端部１０６のプラグ対向面１０９が磨耗するが、図７、図８に示すように、空気の流れが強い場合、空気の流れ方向Ｆの下流側にスパークが集中する箇所の磨耗量が多くなる。つまり、図９に示すように、接地電極１０４の先端部１０６のプラグ対向面１０９において、磨耗範囲Ｊが先端面１０７の上流側の位置Ｄ１付近から中心電極１０３の外周面１０３ｓと絶縁体１０５の外周面１０５ｓ間となり、そして、図１０に示すように、中心電極１０３の軸心１０３ｃ上において、中心電極１０３の電極端面１０８と先端部１０６のプラグ対向面１０９での磨耗面１１４との間のギャップ（隙間）の拡大が大きくなってしまい、使用寿命が短くなるという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、スパークが発生する箇所の接地電極の面積を増加させ、接地電極の磨耗を抑制して長寿命化を図る内燃機関用スパークプラグを提供することにある。

この発明は、内燃機関のシリンダヘッドに締結される筒状の主体金具と、この主体金具の内周部に配設される柱状の中心電極と、前記主体金具に取り付けられるとともに前記中心電極の軸方向端部と対向する接地電極とを備え、前記接地電極を前記中心電極の中心軸方向から視た場合、前記接地電極の前記中心電極と対向する部分である先端部を、前記シリンダヘッドの燃焼室に設けられた吸気バルブから排気バルブヘの空気の流れ方向と直交する方向に延びるように配設した内燃機関用スパークプラグにおいて、前記中心電極の中心軸方向から見た場合、前記中心電極は前記接地電極の前記先端部の輪郭線内に位置するように形成し、前記中心電極の中心軸方向から視た前記接地電極の前記先端部を、前記中心電極の軸心を通るとともに前記空気の流れ方向と直交する仮想平面によって、前記空気の流れ方向の上流側の先端上流部と前記空気の流れ方向の下流側の先端下流部とに分割した場合に、前記中心電極と対向する平面の面積は、前記先端部の輪郭線を前記先端下流部から前記仮想平面を斜めに横切り、前記先端上流部に向かって延ばすことによって、前記先端上流部よりも前記先端下流部の方が大きく設定されたことを特徴とする。

この発明の内燃機関用スパークプラグは、接地電極の磨耗を抑制して長寿命化を図ることができる。

この発明は、接地電極の磨耗を抑制してスパークプラグの長寿命化を図る目的を、スパークが集中する接地電極の先端部で先端下流部の面積を先端上流部の面積と比べて大きく設定して実現するものである。
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。図４において、１は内燃機関、２はシリンダヘッドである。このシリンダヘッド２の底面には、燃焼室３が形成されている。
図４に示すように、シリンダヘッド２には、燃焼室３に開口して、吸気側で吸気口４として第１吸気口４ａ・第２吸気口４ｂが並んで形成されているとともに、排気側では前記第１吸気口４ａ・第２吸気口４ｂに対応した位置で排気口５として第１排気口５ａ・第２排気口５ｂが並んで形成されている。これら第１吸気口４ａ・第２吸気口４ｂと第１排気口５ａ・第２排気口５ｂとは、略四角形状を形成するような形でシリンダヘッド２の燃焼室３に開口して配設されている。
また、シリンダヘッド２の燃焼室３には、第１吸気口４ａ・第２吸気口４ｂを開閉する吸気バルブ６として第１吸気バルブ６ａ・第２吸気バルブ６ｂが設けられているとともに、第１排気口５ａ・第２排気口５ｂを開閉する排気バルブ７として第１排気バルブ７ａ・第２排気バルブ７ｂが設けられている。
燃焼室３内においては、第１吸気バルブ６ａ・第２吸気バルブ６ｂの存在する吸気側から第１排気バルブ７ａ・第２排気バルブ７ｂの存在する排気側に空気の流れ方向Ｆが生ずる。
更に、シリンダヘッド２には、第１吸気口４ａ・第２吸気口４ｂと第１排気口５ａ・第２排気口５ｂとの間で、燃焼室３内に突出して混合気を点火するスパークプラグ８が締結されている。

このスパークプラグ８は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、シリンダヘッド２に締結される筒状の主体金具９と、この主体金具９の内周部に配設される柱状の中心電極１０と、主体金具９に取り付けられるとともに中心電極１０の軸方向端部と対向する接地電極１１とを備えている。中心電極１０は、主体金具９の軸方向端部に固定した絶縁体１２に突出して保持されている。
また、このスパークプラグ８は、図４に示すように、接地電極１１を中心電極１０の中心軸方向から視た場合、接地電極１１の中心電極１０と対向する部分である先端部１３を、シリンダヘッド２に設けられた第１吸気バルブ６ａ・第２吸気バルブ６ｂから第１排気バルブ７ａ・第２排気バルブ７ｂヘの前記空気の流れ方向Ｆと直交する方向Ｘに延びるように配設している。
また、このスパークプラグ８は、第１吸気バルブ６ａ・第２吸気バルブ６ｂより吸入される前記空気の流れ方向Ｆに対して垂直方向に接地電極１１の先端部１３を配置できるように、ねじ切り加工で設定されている。この先端部１３は、図１、図３に示すように、スパークで磨耗する磨耗範囲を考慮した先端面１４から距離Ｈの磨耗仮想線Ｑまでの範囲内において、所定の幅Ｗ且つ所定の厚さＴに形成されている。また、中心電極１０の電極端面１５と接地電極１１の先端部１３のプラグ対向面１６とは、所定の隙間Ｎで離間している。

また、中心電極１０の中心軸方向から視た接地電極１１の先端部１３は、図１に示すように、中心電極１０の軸心１０ｃを通るとともに第１吸気バルブ６ａ・第２吸気バルブ６ｂから第１排気バルブ７ａ・第２排気バルブ７ｂに向かう前記空気の流れ方向Ｆと直交する仮想平面Ｐによって、前記スパークで磨耗する磨耗範囲を考慮した先端面１４から距離Ｈの磨耗仮想線Ｑまでの範囲内において、前記空気の流れ方向Ｆの上流側の先端上流部１７と前記空気の流れ方向Ｆの下流側の先端下流部１８とに分割した場合に、先端下流部１８の面積を先端上流部１７の面積と比べて大きく設定している。
つまり、接地電極１１の先端部１３には、図１に示すように、先端下流部１８の面積を先端上流部１７の面積よりも大きくするように、前記空気の流れ方向Ｆに対向する部位において前記仮想平面Ｐから下流側に距離Ｌの先端面１４の位置Ｄで且つ角度θで前記仮想平面Ｐに交差する直線状の切欠斜面１９が形成される。この切欠斜面１９の中間部位Ｍは、絶縁体１２の外周面１２ｓの箇所に位置している。また、この切欠斜面１９は、前記仮想平面Ｐを境にして、先端上流部１７で比較的大きな面域の上流部切欠斜面２０と、先端下流部１８で前記上流部切欠斜面２０よりも小さな面域の下流部切欠斜面２１とから形成される。先端部１３の先端面１４において、前記仮想平面Ｐから下流側への前記距離Ｌは、図７に示す従来における距離Ｌ２と略同一である。

また、この場合、先端上流部１７の体積Ａ１は、先端下流部１８の面積を増加させたことによる接地電極１１の先端下流部１８の体積増加と略一致する分だけ減少されている。
つまり、図６に示すように、接地電極１１の先端部１３において、従来（図面上では「従来品」と記する）では、先端上流部１１０の体積Ａ２と先端下流部１１１の体積Ｂ２とが同一でトータル（ＴＯＴＡＬ）の体積Ａ２＋Ｂ２があったが、この実施例（図面上では「提案品」と記する）では、先端下流部１８の体積Ｂ１で従来の体積Ｂ２よりも増加した分（Ｇ）、先端上流部１７で体積（Ｇ）だけ減少されるが、トータルの体積Ａ１＋Ｂ１が従来のトータルの体積Ａ２＋Ｂ２と同一である。よって、接地電極１１の先端部１３においては、前記空気の流れ方向Ｆの先端下流部１８に体積（Ｇ）を増やした形状へ変更しつつ、トータルの体積が同じであるため、初期火炎の成長への影響がない。この実施例における前記トータル（ＴＯＴＡＬ）の体積Ａ１＋Ｂ１は、従来のトータル（ＴＯＴＡＬ）の体積Ａ２＋Ｂ２と同一になるように、前記先端面１４の位置Ｄを基点とする前記角度θによって設定される。

この実施例においては、従来と同じ条件下でスパークプラグ８でスパークさせると、図１〜図３に示すように、従来と同様に（図８参照）、スパークは、前記空気の流れ方向Ｆの下流側に流され、面積の増加した先端下流部１８ヘ拡がる。そして、接地電極１１の先端部１３のプラグ対向面１６が磨耗するが、図２に示すように、磨耗範囲Ｋが絶縁体１２の外周面１２ｓに位置する切欠斜面１９の略中間部位Ｍから絶縁体１２の外周面１２ｓに沿って延びる曲線に囲まれた範囲となる。この際、スパークが集中する先端下流部１８の面積を従来と比べ増加させるために、図３に示すように、中心電極１０の軸心１０ｃを通る断面において、中心電極１０の電極端面１５と先端部１３のプラグ対向面１６での磨耗面２２との間のギャップ（隙間）の拡大進行を遅延し、スパークプラグ８の使用寿命を長くできる。
つまり、前記空気の流れ方向Ｆに合わせて接地電極１１の先端部１３の配置を行うことにより、スパークが流される方向を特定することができる。また、先端部１３の前記空気の流れ方向Ｆの下流側の先端下流部１８の面積を大きくすることにより、接地電極１１の先端部１３の磨耗を遅延できる。この場合でも、接地電極１１の先端部１３の体積は従来と同等であることにより、接地電極１１の熱容量の増加を防止できる。よって、接地電極１１が火炎核から奪う熱量を低減でき、初期火炎の成長を妨げるおそれがない。

以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明において、中心電極１０の中心軸方向から視た接地電極１１の先端部１３を、中心電極１０の軸心１０ｃを通るとともに吸気バルブ６から排気バルブ７に向かう空気の流れ方向Ｆと直交する仮想平面Ｐによって前記空気の流れ方向Ｆの上流側の先端上流部１７と前記空気の流れ方向Ｆの下流側の先端下流部１８とに分割した場合に、先端下流部１８の面積を先端上流部１７の面積と比べて大きく設定している。
これにより、スパークが集中する接地電極１１の先端部１３の先端下流部１８の面積を先端上流部１７の面積と比べて大きくしてスパークが発生する箇所の面積を増加させたため、先端下流部１８の磨耗を抑制でき、スパークプラグ８の長寿命化を図ることができる。
請求項２に係る発明において、先端上流部１７の体積を、先端下流部１８の面積を増加させたことによる接地電極１１の先端下流部１８の体積増加と略一致する分だけ減少している。
これにより、接地電極１１の先端部１３の熱容量の増加を防止でき、よって、接地電極１１の先端部１３が火炎核から奪う熱量を低減でき、初期火炎の成長を妨げることがない。

スパークプラグの接地電極の下流部の面積を接地電極の上流部の面積と比べて大きくする構造を、各種異なる内燃機関に適用できる。

スパークプラグの接地電極の先端部の底面図である。スパークプラグの接地電極の先端部の磨耗状態を示す底面図である。スパークプラグの接地電極の先端部の磨耗状態を示す側面図である。内燃機関の燃焼室の底面図である。（Ａ）は、スパークプラグの正面図である。（Ｂ）は、スパークプラグの側面図である。スパークプラグの接地電極の先端部の体積を従来の場合と比較した説明図である。従来においてスパークプラグの接地電極の先端部の底面図である。従来においてスパークの流れを示す側面図である。従来においてスパークプラグの接地電極の先端部の磨耗状態を示す底面図である。従来においてスパークプラグの接地電極の先端部の磨耗状態を示す側面図である。

符号の説明

１内燃機関
２シリンダヘッド
３燃焼室
４吸気口
５排気口
６吸気バルブ
７排気バルブ
８スパークプラグ
９主体金具
１０中心電極
１１接地電極
１２絶縁体
１３接地電極の先端部
１４接地電極の先端部の先端面
１５中心電極の電極端面
１６接地電極の先端部のプラグ対向面
１７先端上流部
１８先端下流部
１９切欠斜面
２０上流部切欠斜面
２１下流部切欠斜面
２２磨耗面

Claims

内燃機関のシリンダヘッドに締結される筒状の主体金具と、この主体金具の内周部に配設される柱状の中心電極と、前記主体金具に取り付けられるとともに前記中心電極の軸方向端部と対向する接地電極とを備え、前記接地電極を前記中心電極の中心軸方向から視た場合、前記接地電極の前記中心電極と対向する部分である先端部を、前記シリンダヘッドの燃焼室に設けられた吸気バルブから排気バルブヘの空気の流れ方向と直交する方向に延びるように配設した内燃機関用スパークプラグにおいて、前記中心電極の中心軸方向から見た場合、前記中心電極は前記接地電極の前記先端部の輪郭線内に位置するように形成し、前記中心電極の中心軸方向から視た前記接地電極の前記先端部を、前記中心電極の軸心を通るとともに前記空気の流れ方向と直交する仮想平面によって、前記空気の流れ方向の上流側の先端上流部と前記空気の流れ方向の下流側の先端下流部とに分割した場合に、前記中心電極と対向する平面の面積は、前記先端部の輪郭線を前記先端下流部から前記仮想平面を斜めに横切り、前記先端上流部に向かって延ばすことによって、前記先端上流部よりも前記先端下流部の方が大きく設定されたことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。