JP5910604B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
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Description
スパークプラグにおいては、点火コイルから高電圧を印加することにより、中心電極と接地電極との間において、火花放電ギャップの絶縁を破壊し放電火花を発生させる。
特許文献1のスパークプラグにおいて、中心電極が加熱されると、芯材が軸方向に熱膨張する。このとき、中心電極の基端側は固定されているため、中心電極の先端が接地電極側に移動することとなる。そのため、中心電極と接地電極との間における火花放電ギャップが小さくなり、スパークプラグの着火性能が低下する。
該中心電極を内側に挿通保持する絶縁碍子と、
該絶縁碍子の基端側の一部を露出させつつ、該絶縁碍子を内側に挿通保持するハウジングと、
該ハウジングに接合されて上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを有しており、
上記中心電極は、棒状に形成された芯材と、該芯材の表面を覆う被覆層とを有しており、
上記芯材は、上記被覆層よりも熱伝導率が大きい材料によって形成された大径部と、該大径部よりも外形が小さく上記大径部から先端側に向かって延びる小径部と、上記大径部と上記小径部とを繋ぐように形成された繋ぎ部とを有しており、
上記被覆層は、上記芯材よりも線膨張率が小さい材料によって形成され、上記芯材における上記繋ぎ部の一部から上記小径部の先端までの間を覆っており、
上記大径部の表面全体は上記被覆層に覆われることなく露出しており、
上記繋ぎ部の表面は、一部が上記被覆層により覆われ、他の一部が上記被覆層から露出しており、
上記大径部は、軸方向から見たとき径方向外側に向かって膨らむ複数の大円弧と各大円弧の間に配された径方向内側に向かって膨らむ複数の小円弧とを組み合わせて形成された外形形状を有していることを特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。
本発明の他の態様は、中心電極と、
該中心電極を内側に挿通保持する絶縁碍子と、
該絶縁碍子の基端側の一部を露出させつつ、該絶縁碍子を内側に挿通保持するハウジングと、
該ハウジングに接合されて上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを有しており、
上記中心電極は、棒状に形成された芯材と、該芯材の表面を覆う被覆層とを有しており、
上記芯材は、上記被覆層よりも熱伝導率が大きい材料によって形成された大径部と、該大径部よりも外形が小さく上記大径部から先端側に向かって延びる小径部と、上記大径部と上記小径部とを繋ぐように形成された繋ぎ部とを有しており、
上記被覆層は、上記芯材よりも線膨張率が小さい材料によって形成され、上記芯材における上記繋ぎ部の一部から上記小径部の先端までの間を覆っており、
上記大径部の表面全体は上記被覆層に覆われることなく露出しており、
上記繋ぎ部の表面は、一部が上記被覆層により覆われ、他の一部が上記被覆層から露出しており、
上記繋ぎ部に形成された上記被覆層は、周方向において複数、断続的に形成されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。
上記内燃機関用スパークプラグにかかる参考例について、図1〜図3を参照して説明する。
図1〜図3に示すごとく、スパークプラグ1は、中心電極2と、中心電極2を内側に挿通保持する絶縁碍子5と、絶縁碍子5の基端側の一部を露出させつつ、絶縁碍子5を内側に挿通保持するハウジング6と、ハウジング6に接合されて中心電極2との間に火花放電ギャップGを形成する接地電極61とを有している。
中心電極2は、棒状に形成された芯材31と、芯材31の表面を覆う被覆層32とを有している。
被覆層32は、芯材31よりも線膨張率が小さい材料によって形成され、芯材31における繋ぎ部313の少なくとも一部から小径部312の先端までの間を覆うと共に、大径部311の表面は被覆層32に覆われることなく露出している。
本例のスパークプラグ1は、内燃機関において、混合気の着火をするためのものである。軸方向において、スパークプラグ1の一端は、点火コイル(図示略)と接続され、反対側の他端は、内燃機関の燃焼室(図示略)内に配される。尚、本例においては、軸方向における点火コイルと接続される側を基端側とし、燃焼室内に配される側を先端側として説明する。
図1及び図2に示すごとく、絶縁碍子5は、アルミナを略円筒形状に形成してなり、その内側に中心電極2とステム8とを保持するように形成されている。
ステム8は、絶縁碍子5の内側に挿通保持されるステム本体81と、ステム本体81の基端側において絶縁碍子5から露出し点火コイルと接続されたターミナル82とを有している。
芯材31は、被覆層32の材料よりも熱伝導率の大きい材料である銅合金によって形成されている。芯材31は、基端側に形成された円柱状の大径部311と、軸方向から見た際の直径が大径部311よりも小さい円柱状の小径部312と、大径部311と小径部312とを繋ぐように形成された円錐台状の繋ぎ部313とを有している。小径部312は、基端側に形成された円柱状の小径円筒部316と、小径円筒部の先端において軸方向と直交する方向から見たとき先端側に向かって円弧状に縮径した縮径部314とを有している。
内燃機関用スパークプラグ1において、被覆層32は、芯材31の材料に比べて線膨張率の小さい材料によって形成されており、加熱時における芯材31の小径部312の熱膨張量に比べて、被覆層32の熱膨張量は小さい。そのため、小径部312及び繋ぎ部313は、周囲に形成された被覆層32によって固定され、熱膨張が抑制される。これにより、中心電極2における軸方向への熱膨張を抑制し、火花放電ギャップGの変動を抑制することができる。それゆえ、スパークプラグ1における着火性能の低下を抑制することができる。
本確認試験においては、芯材31の繋ぎ部313に形成される被覆層32の面積を変化させることによる中心電極2の軸方向における膨張量を確認した。
本確認試験に用いた試験試料の形状は、参考例における図3に示したものと同様である。具体的には、大径部311の直径D1=φ2.8mm、小径部312の直径D2=φ1.9mm、被覆層32における最小膜厚tを0.2mm、繋ぎ部313の先端から中心電極2先端までの長さ寸法L1=19.0mm、とした。また、繋ぎ部313に形成された被覆層32の外形形状は、円形をなしており、被覆層32の形成面積の増減は、その外径を変化させることにより行った。試験片のその他の部位における形状は参考例に示したスパークプラグ1と同様である。
図4に示すごとく、上記被覆率を30%以上とした場合、火花放電ギャップGの変化量を大幅に低減できることが明らかとなった。したがって、被覆層32を、繋ぎ部313の表面積における30%以上に形成することにより、スパークプラグ1における火花放電ギャップGの変化量を効果的に抑制することができる。
本確認試験においては、大径部311における外周側面の露出面積を変化させるによる中心電極2の放熱性への影響を確認した。
本確認試験に用いた試験試料の形状は、確認試験1と同様に図3に示したものと同様である。尚、大径部311における外周側面の露出面積変更は、大径部311の軸方向長さL2を変更することにより行った。
放熱性への影響の評価は、プレイグニションの発生時におけるクランクシャフトの上死点前角度(BTDC°CA)を測定することにより行った。上死点前角度が大きいほど、燃焼温度が上昇し、中心電極2が多くの熱量を受けることとなる。したがって、プレイグニッションが発生する上死点前角度が大きいほど、中心電極2における放熱性が優れている。
また、露出面積比は、外周側面の面積S1に対する、軸方向から見たときの大径部311の外形に対する外接円の面積S2の割合を示すものである。
本例は、図6及び図7に示すごとく、参考例における内燃機関用スパークプラグ1の形状を一部変更したものである。
本例のスパークプラグ1において、中心電極2を構成する芯材31の大径部311は、軸方向から見たとき径方向外側に向かって膨らむ3つの大円弧316と各大円弧316の間に配された径方向内側に向かって膨らむ3つの小円弧317を組み合わせて形成された外形形状を有している。
また、繋ぎ部313に形成された被覆層32は、芯材31における繋ぎ部313の表面積における50%に環状に形成されている。
尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例と同様の構成要素等を表す。
本例においても、参考例と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図8に示すごとく、参考例における内燃機関用スパークプラグ1の形状を一部変更したものである。
本例のスパークプラグ1において、繋ぎ部313に形成された被覆層32は、芯材31における繋ぎ部313の周方向において複数、断続的に形成に形成されている。
尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例と同様の構成要素等を表す。
本例においても、参考例と同様の作用効果を得ることができる。
2 中心電極
31 芯材
311 大径部
312 小径部
313 繋ぎ部
32 被覆層
5 絶縁碍子
6 ハウジング
61 接地電極
Claims (4)
- 中心電極(2)と、
該中心電極(2)を内側に挿通保持する絶縁碍子(5)と、
該絶縁碍子(5)の基端側の一部を露出させつつ、該絶縁碍子(5)を内側に挿通保持するハウジング(6)と、
該ハウジング(6)に接合されて上記中心電極(2)との間に火花放電ギャップを形成する接地電極(61)とを有しており、
上記中心電極(2)は、棒状に形成された芯材(31)と、該芯材(31)の表面を覆う被覆層(32)とを有しており、
上記芯材(31)は、上記被覆層(32)よりも熱伝導率が大きい材料によって形成された大径部(311)と、該大径部(311)よりも外形が小さく上記大径部(311)から先端側に向かって延びる小径部(312)と、上記大径部(311)と上記小径部(312)とを繋ぐように形成された繋ぎ部(313)とを有しており、
上記被覆層(32)は、上記芯材(31)よりも線膨張率が小さい材料によって形成され、上記芯材(31)における上記繋ぎ部(313)の一部から上記小径部(312)の先端までの間を覆っており、
上記大径部(311)の表面全体は上記被覆層(32)に覆われることなく露出しており、
上記繋ぎ部(313)の表面は、一部が上記被覆層(32)により覆われ、他の一部が上記被覆層(32)から露出しており、
上記大径部(311)は、軸方向から見たとき径方向外側に向かって膨らむ複数の大円弧(316)と各大円弧(316)の間に配された径方向内側に向かって膨らむ複数の小円弧(317)とを組み合わせて形成された外形形状を有していることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ(1)。 - 中心電極(2)と、
該中心電極(2)を内側に挿通保持する絶縁碍子(5)と、
該絶縁碍子(5)の基端側の一部を露出させつつ、該絶縁碍子(5)を内側に挿通保持するハウジング(6)と、
該ハウジング(6)に接合されて上記中心電極(2)との間に火花放電ギャップを形成する接地電極(61)とを有しており、
上記中心電極(2)は、棒状に形成された芯材(31)と、該芯材(31)の表面を覆う被覆層(32)とを有しており、
上記芯材(31)は、上記被覆層(32)よりも熱伝導率が大きい材料によって形成された大径部(311)と、該大径部(311)よりも外形が小さく上記大径部(311)から先端側に向かって延びる小径部(312)と、上記大径部(311)と上記小径部(312)とを繋ぐように形成された繋ぎ部(313)とを有しており、
上記被覆層(32)は、上記芯材(31)よりも線膨張率が小さい材料によって形成され、上記芯材(31)における上記繋ぎ部(313)の一部から上記小径部(312)の先端までの間を覆っており、
上記大径部(311)の表面全体は上記被覆層(32)に覆われることなく露出しており、
上記繋ぎ部(313)の表面は、一部が上記被覆層(32)により覆われ、他の一部が上記被覆層(32)から露出しており、
上記繋ぎ部(313)に形成された上記被覆層(32)は、周方向において複数、断続的に形成されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ(1)。 - 上記被覆層(32)は、上記繋ぎ部(313)の表面積における30%以上に形成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の内燃機関用スパークプラグ(1)。
- 上記大径部(311)における外周側面の面積S1と、上記軸方向から見たときの上記大径部(311)の外形に対する外接円の面積S2とは、S1≧1.5S2の関係を有していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用スパークプラグ(1)。
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