JP5970224B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents
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Description
ここで、燃焼室内においては、例えばスワール流やタンブル流といった混合気の気流が形成されており、この気流が火花放電ギャップにおいても適度に流れることにより、着火性を確保することができる。
また、同じく特許文献1に記載の「複数の薄い板状部材によって接地電極をハウジングに接合した構成」では、接地電極の形状が複雑になり、製造工数も増加し、製造コストが高くなるという問題がある。
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部の配設本数は1本であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向における上記接地電極の立設部と上記先端突起部との間の開放空間のうち広い方の開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が180°以上となる角度領域にわたり形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある(請求項1)。
本発明の第2の態様は、筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続されると共に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、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部とを有し、
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部は複数本配設されており、これら複数本の上記先端突起部の配置は、上記中心電極の中心軸と上記接地電極の中心軸とを含む平面を境にして非対称であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向において隣り合う上記先端突起部との間の開放空間のうち最も広い開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が180°以上となる角度領域にわたり形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある(請求項2)。
また、上記構成は、上記先端突起部を、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出させて配置した簡易な構成とすることによって実現される。つまり、接地電極の形状を特に工夫する必要はなく複雑な形状にする必要もない。
また、上記先端突起部の「プラグ周方向の幅」とは、プラグ軸方向から見たときのスパークプラグの中心軸を中心とした円の接線方向の幅を意味する。
なお、上記角度αは、90°以下であることがより好ましい。
また、上記先端突起部の形状を簡素化できるため、簡易な構成のスパークプラグを実現できる。
なお、「プラグ軸方向に対して平行」とは、プラグ軸方向に対して若干傾斜していても、上記効果を得られる程度に実質的に平行である場合も含む。
内燃機関用のスパークプラグにつき、図1〜図3を用いて説明する。
本例のスパークプラグ1は、図1に示すごとく、筒状のハウジング2と、ハウジング2の内側に保持された筒状の絶縁碍子3と、先端部41が突出するように絶縁碍子3の内側に保持された中心電極4とを有する。また、スパークプラグ1は、ハウジング2に接続されると共に中心電極4との間に火花放電ギャップGを形成する接地電極5を有する。
先端突起部22は、プラグ径方向の幅W1がプラグ周方向の幅W2よりも大きくなるように形成されている。
また、先端突起部22は、プラグ周方向の幅W2が、接地電極5におけるプラグ周方向の幅W3よりも小さくなるように形成されている。
本例では、上記角度αは45°になるように設定されている。
また、先端突起部22は、プラグ軸方向に対して平行に突出して形成されている。
また、先端突起部22の配設本数は1本である。
なお、本例のスパークプラグ1は、自動車等の車両用の内燃機関に用いられる。
上記スパークプラグ1は、ハウジング2の先端部21から先端側へ突出した先端突起部22を有する。これにより、スパークプラグ1が内燃機関に対してどのような姿勢で取付けられても、火花放電ギャップGへ向かう燃焼室内の気流Fが妨げられることを防ぐことができる。つまり、例えば、図4に示すごとく、接地電極5の立設部51が火花放電ギャップGの上流側に配置された場合において、上流側から接地電極5の脇を通過した気流Fを先端突起部22によって、火花放電ギャップGへ導くことができる。すなわち、先端突起部22が気流Fのガイドとなり、気流Fを火花放電ギャップGに向かって導くことができる。そのため、火花放電ギャップG付近の気流Fの停滞を防ぐことができる。その結果、スパークプラグ1の安定した着火性を確保できる。
また、上記構成は、図1、図3に示すごとく、先端突起部22を、ハウジング2の先端部21から先端側へ突出させて配置した簡易な構成とすることによって実現される。つまり、接地電極5の形状を特に工夫する必要はなく複雑な形状にする必要もない。
また、先端突起部22の形状を簡素化できるため、簡易な構成のスパークプラグを実現できる。
本例は、図5に示すごとく、ハウジングの先端部21に先端突起部22を2本配設した例である。
2本の先端突起部22は、それぞれ接地電極5を挟んで両側に配されている。
先端突起部22の配置は、図5に示すごとく、中心電極4の中心軸と接地電極5の中心軸とを含む平面を境にして非対称である。つまり、2本の先端突起部22の配置は、上記実施例1において定義した角度α(図2参照)が、上記直線L1を挟んで互いに異なるような配置となっている。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。
本例は、図6〜図9に示すごとく、接地電極95が、立設部951と対向部952とから構成される通常のスパークプラグ9の例である。
図6に示すごとく、接地電極95は、ハウジング92の先端面921から先端側に立設する立設部951と、立設部951の先端から屈曲して、中心電極94の先端部941に対してプラグ軸方向に対向する対向面953を備えた対向部952とを有している。
つまり、スパークプラグ9は、実施例1、実施例2のように、ハウジング先端部から先端側へ突出した先端突起部22が配置されるような構成(図1、図5参照)を有しない。
その他は、実施例1と同様である。
つまり、図7(A)に示すごとく、接地電極95の立設部951が火花放電ギャップGの上流側に配置されるようにスパークプラグ9が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さLが極めて小さくなる。
なお、ここで、放電長さLとは、スパークプラグの軸方向に対して直交する方向の放電の長さをいうものとする。
上記放電長さLは、気流Fの流速を15m/sとして、火花放電ギャップGに生じた放電Sの放電長さLを測定することにより得られた知見であり、具体的には、図8に示すごとく、それぞれのスパークプラグ9の取付姿勢に応じて放電長さLに大きな差が生じていた。
また、放電長さLとスパークプラグ9の着火性能との関係についても、図9に示すごとく、放電長さLが長いほど、着火性能が向上することが確認されている。ここで、着火性能は、A/F限界、すなわち、混合気に着火することができる空燃比の限界値によって評価したものであり、A/F限界が高いほど(混合気が希薄であるほど)着火性能が高いこととなる。
図8、図9から分かるように、比較例1のスパークプラグ9は、内燃機関への取付姿勢によって、着火性能が大きく変動してしまう。
本例は、図10、図11に示すごとく、実施例1のスパークプラグ1と、比較例1のスパークプラグ9とを用いて、それぞれのA/F限界が、気流Fに対する接地電極5、95における立設部51、951の配置位置によってどのように変化するかを調べた例である。
その結果を、図10に示す。同図において、符号C1を付した一点差線で示す折れ線が比較例1のスパークプラグ9の測定結果であり、符号C2を付した実線で示す折れ線が実施例1のスパークプラグ1の測定結果である。
また、折れ線グラフC1、C2では、破線で示す同心円の中心(原点)より外側に向かうほど、A/F限界が高いことを意味する。すなわち、図中に示すグラフにおけるA/F限界の値は、破線で示される同心円の中心(原点)が24であり、最も外側の円が26である。また、その間に等間隔に存在する複数の同心円は、内側からそれぞれA/F限界の値が24.4、24.8、25.2、25.6であることを表す目盛である。
本例は、図12に示すごとく、実施例1のスパークプラグ1を用いて、上記角度β=0°、すなわち、接地電極5の立設部51が火花放電ギャップGの上流側に配置される状態となるようにスパークプラグ1を配設したときの上記実験例1で得られるA/F限界が、上記角度α(図2参照)によってどのように変化するか、その関係を調べた例である。
具体的には、上記角度αを20°、45°、68°、90°、113°、135°、180°とした各種試料を用意して、それぞれ試験を行った。
上記測定の結果を図12に示す。
逆に、上記角度αが120°以下の場合は、A/F限界を24.4以上確保することができる。
また、上記角度αを90°以下とすることにより、更に着火性の向上をより効果的に発揮することができる。
本例においては、先端突起部22のプラグ径方向の幅W1、プラグ周方向の幅W2をそれぞれ種々変更して、それらにおける火花放電ギャップGへの気流の導入されやすさを比較した。
すなわち、上記幅W1、W2を種々変更した試料を作製し、接地電極5の立設部51が上流側となるように、気流の中に各試料を配置した。これは、図2に示す気流Fに対する配置と同様である。そして、このときの火花放電ギャップGにおける風速を測定した。気流の流速は18.5m/sとした。
測定結果を表1に示す。なお、同表における「導風率」とは、気流の流速(18.5m/s)に対する、火花放電ギャップGにおける風速の割合であり、気流がいかに減速せずに火花放電ギャップGに導かれるかの指標となる値である。
この結果から、先端突起部22を、プラグ径方向の幅W1がプラグ周方向の幅W2よりも大きい形状とすることによって、接地電極5の立設部51が気流の上流側に配置されても、火花放電ギャップGへの気流の導入を効率的に行うことができることが分かる。
本例は、図13、図14に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部22の断面形状を略半円形状とした例である。
また、先端突起部22は、接地電極5側の側端221に平面部を有し、その反対側に曲面部を有する。また、上記平面部はプラグ径方向に沿って形成されている。そして、先端突起部22は、プラグ径方向の幅W1がプラグ周方向の幅W2よりも大きい。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
(実施例4)
本例は、図15、図16に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部22の断面形状を三角形状とした例である。
また、先端突起部22は、接地電極5側の側端221に三角形の一辺を配置し、その一辺は、プラグ径方向に沿って形成されている。なお、本例においては、上記三角形は二等辺三角形であり、その底辺を接地電極5側の側端221としている。そして、先端突起部22は、プラグ径方向の幅W1がプラグ周方向の幅W2よりも大きい。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
(実施例5)
本例は、図17、図18に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部22の断面形状を台形状とした例である。
また、先端突起部22は、接地電極5側の側端221に台形の一辺を配置し、その一辺は、プラグ径方向に沿って形成されている。なお、本例においては、上記台形における互いに平行な二つの底辺のうち、より長い方の底辺を接地電極5側の側端221としている。そして、先端突起部22は、プラグ径方向の幅W1がプラグ周方向の幅W2よりも大きい。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
(実施例6)
本例は、図19、図20に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部22の断面形状を六角形状とした例である。
また、先端突起部22は、接地電極5側の側端221に六角形の一辺を配置し、その一辺は、プラグ径方向に沿って形成されている。また、側端221を構成する一辺は、上記六角形におけるプラグ径方向の全長のうち火花放電ギャップGに近い側に配置されている。そして、先端突起部22は、プラグ径方向の幅W1がプラグ周方向の幅W2よりも大きい。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
2 ハウジング
21 先端部
22 先端突起部
3 絶縁碍子
4 中心電極
41 先端部
5 接地電極
W1 プラグ径方向の幅
W2 プラグ周方向の幅
H 突出量
Claims (6)
- 筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続されると共に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、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部とを有し、
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部の配設本数は1本であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向における上記接地電極の立設部と上記先端突起部との間の開放空間のうち広い方の開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が180°以上となる角度領域にわたり形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。 - 筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続されると共に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、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部とを有し、
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部は複数本配設されており、これら複数本の上記先端突起部の配置は、上記中心電極の中心軸と上記接地電極の中心軸とを含む平面を境にして非対称であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向において隣り合う上記先端突起部との間の開放空間のうち最も広い開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が180°以上となる角度領域にわたり形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。 - 請求項1又は2に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記先端突起部は、プラグ周方向の幅が、上記接地電極におけるプラグ周方向の幅よりも小さいことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記スパークプラグをプラグ軸方向から見たとき、上記中心電極の中心と上記接地電極の立設部の中心とを結ぶ直線と、上記中心電極の中心と上記先端突起部における上記接地電極側の側端を結ぶ直線とがなす角度は、120°以下であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記先端突起部は、プラグ軸方向への突出量が上記接地電極よりも小さいことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記先端突起部は、プラグ軸方向に対して平行に突出していることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
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