JP5438690B2 - 耐冷却汚染性スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明の例示の実施形態は、スパークプラグに関し、より詳細には、冷却汚染に耐えるように構成されたセラミック先端部を有するスパークプラグに関する。

一般に、スパークプラグは、中央軸方向ボアを有し、そこを貫通して中心電極が延長する絶縁性スリーブを含む。絶縁スリーブは、内燃機関への装着プラットフォームおよびインターフェースとして機能する金属シェル内に配置され、かつ固定される。金属スリーブは、スパークギャップを生成するように、中心電極に対して一定の間隔を置いた関係で配置される接地電極も支持する。絶縁スリーブは、金属シェルの窪んだ端部部分にある形作られた先端部を含む。形作られた先端部は、電極をエンジンの熱および燃焼の生成物から保護するように構成されている。スパークプラグは、一般に、エンジンシリンダーヘッドに取り付けられ、関連するエンジンシリンダー内の混合気を点火するために、選択的に作動される。

次第に、燃焼の生成物または燃焼堆積物が、中心電極、特に形作られた先端部の周りに蓄積される。この燃焼生成物の蓄積は、スパークギャップの両端の間にスパークが形成されるのを妨げる。燃焼生成物の大幅な蓄積は、スパークプラグを汚染する可能性があり、それによって点火の障害が生じ、すなわち燃焼生成物が、中心電極と接地電極の間にスパークが形成されるのを完全に阻止する可能性がある。燃焼堆積物の蓄積は、コールドスタート中に特に問題になる。コールドスタート中に、混合気の完全燃焼は、ほとんど起こらず、それによって燃焼生成物の発生が増大することになる。連続的なコールドスタートの結果として、燃焼生成物が、中心電極と接地電極に蓄積し、スパークプラグを汚染し、それによってスパークギャップの両端の間のスパークの形成を妨げ、または弱める。

１つの例示の実施形態によれば、中央キャビティを集合的に画成する、第１の端部、第２の端部、および中間部分を有する金属シェルを含むスパークプラグが提供される。さらに、スパークは、金属シェルの中央キャビティを貫通して延出する絶縁碍子（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）をさらに含む。絶縁碍子は、金属シェルの中間部分を貫通して、第１の長さを有する段の付いた先端部に延出する第１の端部部分を含む。段の付いた先端部は、第１の区域、および第２の長さを有する実質的に直線の第２の区域を含む。実質的に直線の区域は、金属シェルの第２の端部を越えて第３の長さに延びるセグメントを含む。第２の長さは、第１の長さおよび第３の長さのうちの少なくとも１つに基づいたものである。

上記に説明したスパークプラグ構成は、コールドスタートの汚染に有利に耐えることが判明している。段の付いた先端の全長さ、および／または金属シェルの第２の端部を越えて延出する先端の実質的に直線の区域の長さに対する、先端の実質的に直線の区域の長さの割合（ｌｅｎｇｔｈ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）は、そうでない場合にスパークの形成を妨げる燃焼生成物の蓄積を防止する。さらに、特定の長さの割合が、機械的かつ熱的な電極の必要な保護を提供しながら、燃焼生成物の急速な「バーンオフ」を可能にすることが判明している。本発明のさらなる目的、特徴、および利点が、いくつかの図において同様の参照番号が対応する部品を指す図面と共に読めば、以下の詳細な説明からより容易に明らかになる。

スパークプラグの例示の実施形態の正面図である。 図１の線２−２に沿った断面図である。 図２のスパークプラグの端面図である。 内燃機関に装着されたスパークプラグの例示の実施形態の断面図である。 スパークプラグの例示の実施形態の端部部分の拡大断面図である。

それぞれの内容がそれらを参照して本明細書に組み込まれる、２００８年１月２８日に出願の米国仮特許出願第６１／０２４，０４５号、および２００９年１月２８日に出願の米国特許出願第１２／３６１，０２８号も参照する。図１〜３を最初に参照すると、スパークプラグ２の例示の実施形態が示される。スパークプラグ２は、第１の端部部分６、第２の端部部分７、および中間部分８を有する、電気的に絶縁するスリーブまたは絶縁碍子４を含む。絶縁碍子４は、第１の端部部分６と第２の端部部分７の間に延出する軸方向ボア１５を含む。図２に最もよく示されるように、スパークプラグ２は、軸方向ボア１５の上方部分（別々には標識を付けられない）に配置された第１の電極１７を含む。第１の電極１７は、外部、および第１の端部部分６を越えて配置された第１の端部または先端区域１８、軸方向ボア１５の内側および第１の終端部に配置された第２の端部区域１９を含む。第１および第２の端部区域は、中間区域２０によって互いに連結されている。

スパークプラグ２は、軸方向ボア１５の第２の端部内および第２の端部に配置された、第２の電極２４も含む。第２の電極２４は、第１の端部区域２６および第２の端部区域２７を含む。第１および第２の端部区域は、中間区域２８によって互いに連結されている。第２の電極２４は、第２の端部区域２７に設けられた先端部３０を含む。第１の電極１７および第２の電極２４は、抵抗器３２によって電気的に接続されている。１つの実施形態では、電極１７および２４は、伝導性ガラス３３またはそれと等価なものによって抵抗器３２に電気的に接続されている。

絶縁碍子４は、少なくとも部分的には、金属スリーブまたはシェル３９内に延出する。金属シェル３９は、内側または中央キャビティ４７を集合的に画成する第１の端部４２、第２の端部４３、および中間区域４４を有する主要本体４０を含む。金属シェル３９は、接地電極５０も含む。接地電極５０は、主要本体４０の第２の端部４３から延出する第１のセグメント５１、第２のまたは湾曲したセグメント５２、および第３のセグメント５３を含む。第３のセグメント５３は、スパークギャップ「Ｇ」を画成するように先端部３０から間隔を置いて、先端部３０に全体に垂直に延出する。

当分野で既知の様式で、金属シェル３９は、スパークプラグ２をエンジンシリンダーヘッド５５に固定するための堅牢な装着構成を提供する。図４に最もよく示されるように、シリンダーヘッド５５は、第１の端部部分５８、中間部分５９（その一部分はねじ山を付けられている）、および第２の端部部分６０を有するスパークプラグ受け部分５７を含む。第２の端部部分６０は、燃焼室の上部を画成する窪んだ領域６１に向かって開いている。

本発明の１つの例示の実施形態によれば、絶縁碍子４の中間部分８が、一連のステップによって形成される。より具体的には、中間部分８は、第３の段の付いたセグメント６５に延出し、第４の段の付いたセグメント、または段の付いた先端部６６で終端する第２の段の付いたセグメント６４に繋がる第１の段の付いたセグメント６３を含む。第４の段の付いたセグメントの一部分は、金属シェル３９の第２の端部４３を越えて突出する。段の付いた先端部６６は、窪みまたはカップ部分６８を画成するように、中央キャビティ４７の内壁部分（別々には標識を付けられない）から間隔を置いて配置される。

従来技術の構成では、カップ部分は、燃焼堆積物で充満し、スパークプラグを汚染する。燃焼堆積物の蓄積は、コールドスタート中に特に支配的である。コールドスタート中に、空燃比は一般的に濃く、すなわち全ての燃料が完全燃焼することに対して空気が十分でない。次第に、カップ部分に燃焼しない燃料が蓄積し、スパークがスパークギャップの両端の間を通過するのを妨げる。

本発明の別の例示の実施形態によれば、段の付いた先端部６６は、第３の段の付いたセグメント６５から第２の実質的に直線の区域７０に延出する第１の区域６９を含む。下記により完全に論じられるように、実質的に直線の区域７０の特定の構造は、燃焼堆積物がカップ部分６８内に蓄積するのを防止する。このようにして、実質的に直線の部分７０は冷却汚染に有利に耐える。

図５に最もよく示されるように、段の付いた先端部６６は全長「Ｔ」を含み、実質的に直線の部分７０は長さ「Ｘ」を有する。さらに示されるように、実質的に直線の部分７０の一部分は、金属シェル３９の第２の端部４３を越えて延出し、長さ「Ｓ」を有する。実質的に直線の部分７０の長さ「Ｘ」は、全長「Ｔ」および長さ「Ｓ」の関数である。より具体的には、本発明の例示の実施形態によれば、先端部６６の異なる構成要素の間の寸法的な関係は、
Ｘ＝Ｃ１＊（Ｔ−Ｓ＊Ｃ２）
で表わすことができる。
ただし、
０＜＝Ｃ１＜＝１、および
０＜＝Ｃ２＜＝１である。
Ｃ１がおよそ０．２５に設定される場合、Ｃ２は、約１に確立され、「Ｔ」がおよそ１．２７ｍｍと２５．４ｍｍ（０．０５０インチと１．０００インチ）の間の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、「Ｔ」は、およそ１２．７ｍｍと２２．８６ｍｍ（０．５００インチと０．９００インチ）の間の範囲にある。最も好ましくは、「Ｔ」は、およそ１５．２４ｍｍと２０．３２ｍｍ（０．６００インチと０．８００インチ）の間の範囲にある。「Ｓ」は、およそ０．０００ｍｍと１２．７ｍｍ（０．０００インチと０．５００インチ）の間の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、「Ｓ」は、およそ２．５４ｍｍと５．０８ｍｍ（０．１００インチと０．２００インチ）の間の範囲にある。最も好ましくは、「Ｓ」は、およそ３．３０２ｍｍと３．５５６ｍｍ（０．１３０インチと０．１４０インチ）の間の範囲にある。１つの例示の実施形態Ｃ１およびＣ２が、当然ではあるが、０より大きいものであることが理解される。

実質的に直線の部分７０の上記に表現された寸法的な関係および構成が、燃焼堆積物の蓄積およびコールド汚染に耐えることを理解すべきである。段の付いた先端部の長さの割合は、そうでない場合にスパーク形成を妨げる燃焼生成物の蓄積を防止する。さらに、段の付いた先端部６６の長さの割合が、機械的かつ熱的な電極の必要な保護を提供しながら、燃焼生成物の急速な「バーンオフ」も可能にすることが判明している。

本発明の例示の実施形態を参照して説明したが、例示の実施形態に対して、その趣旨から逸脱せずに様々な変更および／または修正を行なうことができることが容易に理解されることを理解すべきである。たとえば、絶縁スリーブの中間部分の特定の段の付いた構成を変えることができる。さらに、接地電極の数および構成を変えることもできる。さらに、上記に説明した範囲は、本発明の例示の実施形態と関連付けられると理解すべきであり、本発明の範囲から逸脱せずに変えることができる。

Claims (7)

1. 中央キャビティを集合的に画成する第１の端部、第２の端部、および中間区域を有し、前記第２の端部が窪みを有する開口部を画成する外側金属シェルと、
   前記第２の端部から延在する接地電極先端と、
   前記外側金属シェルの前記中央キャビティを貫通して延出する絶縁碍子であって、中間部分を貫通して第１の長さ（Ｔ）を有する段の付いた先端部に延出する第１の端部部分を含み、前記段の付いた先端部が第１の区域、および第２の長さ（Ｘ）を有する実質的に直線の第２の区域を含み、前記実質的に直線の区域が、前記外側金属シェルの前記第２の端部を第３の長さ（Ｓ）だけ越えて延出するセグメントを含み、前記第２の長さが、前記第１の長さおよび前記第３の長さのうちの少なくとも１つに基づいている絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子の先端に配置された電極先端部であって、前記接地電極に面するように間隔をおいて配置されている前記電極先端部と、
   を備え、
   前記実質的に直線の第２の区間の第２の長さ（Ｘ）は、
   ｉ）前記外側金属シェル内に位置せず且つ前記外側金属シェルの第２の端部から延在する実質的に直線の部分の一部の第３の長さ（Ｓ）と、ｉｉ）前記実質的に直線の第２の区間と、テーパ状の第１の区域との結合長さである第１の長さ（Ｔ）との関数であり、第２の長さ（Ｘ）は次式により定義され、
   Ｘ＝Ｃ１＊（Ｔ−Ｓ＊Ｃ２）、Ｃ１＝０．２５、Ｃ２＝１
   ここで、第２の長さ（Ｘ）は、前記電極先端部と前記接地電極との間に燃焼堆積物が蓄積するのを防止するように、第１の長さ（Ｔ）及び第３の長さ（Ｓ）の関数として設定される、スパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグにおいて、前記第１の長さ（Ｔ）が、およそ１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）の下限から、およそ２５．４ｍｍ（１．０００インチ）の上限によって定められる範囲内にあるスパークプラグ。
3. 請求項２に記載のスパークプラグにおいて、前記第１の長さ（Ｔ）が、およそ１２．７ｍｍ（０．５００インチ）の下限から、２２．８６ｍｍ（０．９００インチ）によって定められる範囲内にあるスパークプラグ。
4. 請求項３に記載のスパークプラグにおいて、前記第１の長さ（Ｔ）が、およそ１５．２４ｍｍ（０．６００インチ）の下限から、およそ２０．３２ｍｍ（０．８００インチ）の上限によって定められる範囲内にあるスパークプラグ。
5. 請求項１に記載のスパークプラグにおいて、前記第３の長さ（Ｓ）が、およそ０．０００ｍｍ（０．０００インチ）の下限から、およそ１２．７ｍｍ（０．５００インチ）の上限によって定められる範囲内にあるスパークプラグ。
6. 請求項５に記載のスパークプラグにおいて、前記第３の長さ（Ｓ）が、およそ２．５４ｍｍ（０．１００インチ）の下限から、およそ５．０８ｍｍ（０．２００インチ）の上限によって定められる範囲内にあるスパークプラグ。
7. 請求項６に記載のスパークプラグにおいて、前記第３の長さ（Ｓ）が、およそ３．３０２ｍｍ（０．１３０インチ）の下限から、およそ３．５５６ｍｍ（０．１４０インチ）の上限によって定められる範囲内にあるスパークプラグ。

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