JP6077876B2 - ファウリング抵抗性点火プラグ - Google Patents

Description

相互参照
[0001]本出願は、「Ｆｏｕｌｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｓｐａｒｋ Ｐｌｕｇ」と題される、２０１２年２月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／６００，０７５号の利益を主張するものであり、その全開示が本明細書に組み込まれる。

[0002]本明細書で開示される主題は、点火プラグに関し、詳細には点火プラグの絶縁体に関する。

[0003]内燃機関内で点火器として使用される点火プラグは、「ファウリング」として知られる状態にさらされる。経時的に、炭素および別の燃焼生成物が、通常は未混合燃料の境界のところまたはその付近あるいは中心電極の先端部のところまたはその付近に位置する点火プラグの絶縁体先端部の表面を含めて、点火プラグに蓄積する可能性がある。ガソリン機関の燃焼生成物は、オクタン価向上剤（ｏｃｔａｎｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）としてガソリンにしばしば加えられる、メチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル（Ｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ Ｍａｎｇａｎｅｓｅ Ｔｒｉｃａｒｂｏｎｙｌ（ＭＭＴ））およびフェロセンなどの燃料添加剤の粒子を含む。通常、点火プラグの点火位置付近に位置する蓄積したすすは、生成される火花の熱により焼失する。しかし、絶縁体先端部の露出表面が、電極先端部と接地電極との間の火花隙間内またはその周りに位置しないこともあるので、蓄積した燃焼すすが焼失しない可能性がある。これらの燃焼生成物が大量に蓄積した場合、中心電極と接地電極との間で適切に火花が生成されない可能性がある。蓄積した燃焼すすは、短絡を起こし、それにより、中心電極からの電荷が、火花隙間を横断して接地電極に到達せずに、絶縁体の表面を横断して移動して外側の金属シェルに戻る。このプロセスが「ファウリング」と呼ばれる。

[0004]したがって、既存の点火プラグをその意図される目的に適合させながら、改善を行うこと、具体的には、燃焼生成物が絶縁体先端部に蓄積することによって起こるファウリングに対して、より抵抗性のある点火プラグを提供することが必要とされる。

[0005]本発明の一実施形態によれば、絶縁体先端部を含む、点火プラグのための絶縁体が提供される。この絶縁体先端部は、絶縁体先端部の外側表面から径方向内側に延在するフィーチャを含む。このフィーチャは、さらに、絶縁体先端部の円周周りを延在する。

[0006]本発明の別の一実施形態によれば、中心電極を含む、内燃機関で使用されるための点火プラグが提供される。絶縁体が中心電極の周りに配置される。外側シェルが、絶縁体の先端部が外側シェルの端部分を越えて延在するように絶縁体を囲む。絶縁体先端部には、中心電極に向かって径方向内側に延在するフィーチャが配置される。このフィーチャはまた、絶縁体先端部の円周周りを延在する。

[0007]これらならびに別の利点および特徴が、図面と併せた以下の説明からより明白となる。
[0008]本発明とみなされる主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲で具体的に明示されて明確に特許請求される。本発明の上記ならびに別の特徴および利点が、添付図面と併せた以下の詳細な説明より明白となる。

[0009]点火プラグを示す断面図である。 [0010]例示の実施形態による点火プラグの絶縁体先端部を示す断面図である。 [0011]別の例示の実施形態による点火プラグの絶縁体先端部を示す断面図である。 [0012]さらに別の例示の実施形態による点火プラグの絶縁体先端部を示す断面図である。

[0013]本開示によるファウリング抵抗性点火プラグ１０は、絶縁体先端部１８を備える絶縁体１４と、絶縁体先端部１８の円周の少なくとも一部分の周りを延在するフィーチャ５０とを含む。例示の一実施形態では、円周フィーチャ５０は、ファウラント（ｆｏｕｌａｎｔ）または燃焼粒子がフィーチャ５０を跨がる電極短絡を起こすことを防止するように構成されている溝５２を含む。溝５２は、燃焼粒子を吸収することができる、または、溝５２に跨がる導電性を防止する物質５４を含むように形成され得る。フィーチャ５０はまた、先端部１８に沿って径方向に離間される複数の溝５２を含むことができる。フィーチャ５０の別の実施形態も考えられる。

[0014]図１は、内燃機関で使用されるように設計された点火プラグ１０の全体構造を示す。点火プラグ１０は、エンジンヘッド（図示せず）内に設けられるねじ孔を介して機関の燃焼室（図示せず）内に突出する。点火プラグ１０は、点火プラグ１０の軸方向長さに沿って延在する円筒形の中心電極１２と、中心電極１２を同心円状に囲む、セラミックまたは同様に構成された絶縁体１４と、絶縁体１４を同心円状に囲む外側シェル１６とを含む。

[0015]例えば図１に見られるような例示の一実施形態では、中心電極１２の先端部分は、点火プラグ１０の一方の端部のところで絶縁体１４から離れるように延在してもよい。また、中心電極１２の先端部分は、図２〜図４に示されるように、絶縁体１４の先端部１８に位置合わせされて終端してもよい。いずれの場合も、中心電極１２の端部には、点火プラグを適切に機能させるのを可能にする任意適切な形で、金、パラジウム、イリジウム、白金、またはそれらの何らかの合金などの材料で作られる貴金属先端部２８が取り付けられる。例えば、ファインワイヤで構成される貴金属先端部２８が、摩耗に対する抵抗を向上させ、中心電極１２と外側シェル１６に結合される接地電極４４（図１を参照）との間での火花隙間を維持するために、中心電極１２の端部に追加されてもよい。

[0016]図１に示されるように、絶縁体１４は、異なる直径の複数の区間を備える細長い実質的に円筒形のボディを有することができる。絶縁体先端部１８は、外側シェル１６を越えて延在しかつ貴金属先端部２８付近で中心電極１２を実質的に囲む絶縁体の部分である。外側シェル１６は、機関に係合されるための一体の外側ねじ部分３８、さらには、機関に係合されるときにレンチを用いて点火プラグ１０を締めるための六角ナット（図示せず）を含む。外側シェル１６には接地電極４４が接続され、この接地電極４４は外側シェル１６から離れるように延在する。接地電極４４および中心電極１２の貴金属先端部２８が点火プラグギャップ３０を画定する。接地電極４４は外側シェル１６のねじ部分３８に電気的に接続され、それにより、点火プラグ１０が機関シリンダ内に設置されるときに電気的接地が形成される。

[0017]絶縁体先端部１８の外側表面３２には、図２に示されるように、絶縁体先端部１８の外側表面３２から中心電極１２に向かって径方向内側に延在するフィーチャ５０が配置される。フィーチャ５０は、絶縁体先端部１８に燃焼すすが蓄積するのを制限するという利点をもたらす。例示の実施形態では、フィーチャ５０は、絶縁体先端部１８の端部付近かつ中心電極１２および貴金属先端部２８に隣接して配置されてもよい。例示の一実施形態では、フィーチャ５０は絶縁体先端部１８の外側表面３２の周りを円周方向に延在する凹部または溝５２である。溝５２は、絶縁体１４の外側表面３２に沿って電荷を導電させるための空隙３４を形成する。溝５２の長手方向の長さは、燃焼すすおよび別の汚染物質により、空隙３４に跨がる電気的短絡が起きること、および点火プラグ１０がファウリングすることを防止する。溝５２の内部深さにより、溝５２内に入って捕らえられ得るファウラントの量が決定される。フィーチャ５０のこの深さは、ファウラント粒子が蓄積して、電荷が移動し得る導電性表面を形成することを防止する。例示の一実施形態では、フィーチャ５０は連続していなくてもよく、代わりに、絶縁体先端部１８の外側表面３２の周りの単一の環状経路に沿って複数の溝５２を含んでもよい。別の例示の実施形態では、複数の連続的なまたは不連続の溝５２が絶縁体先端部１８の外側表面３２内に形成されてもよく、これらは、点火プラグ１０の長手方向軸４６に沿って離間されてもよい。

[0018]本開示のフィーチャ５０は、複数の形態であってもよい。図２〜図４に示されるように、フィーチャ５０の形状は、電気的短絡を起こすのに電荷が移動する必要がある表面距離より長く延在する長さＬおよび深さＤを有する任意の幾何学的多様性を有することができる。図２に示されるように、例示の一実施形態では、フィーチャ５０は湾曲形の非対称溝５２であり、これは、半円形表面によって接続される一対の平行円錐状表面を形成するように中心電極１２および貴金属先端部２８に向かって角度が付けられている。別の例示の一実施形態では、図３に示されるように、フィーチャ５０は面取りされた溝５２である。面取りされた溝５２は、中心電極１２および貴金属先端部２８に向かって角度が付けられた第１の円錐状表面を含むことができる。別の例示の一実施形態では、図４に見られるように、溝５２は、互いに向かって角度が付けられた２つの対向する鏡像表面を有する対称形状であってもよい。

[0019]例示の実施形態では、物質５４は、フィーチャ５０の少なくとも一部分内に配置され得る。選択される物質５４は、物質５４の毛細管力が、図２〜図４に示されるように、フィーチャ５０内の定位置で物質５４を保持するようなものとすることができる。例示の一実施形態では、物質５４は、接触する燃焼粒子の少なくとも一部を吸収する無機流体、またはグレイズ（ｇｌａｚｅ）であってもよい。さらに、物質５４は、非導電性であっても、または所望の導電性レベルを超えないものであってもよく、それにより、絶縁体１４の外側表面３２を横断して移動する電荷が、物質５４を介して外側シェル１６まで伝わることができなくなる。

[0020]本開示では、点火プラグ１０は、火花を生成するために点火プラグ１０に電流を供給する自動車機関内で利用されるように構成される。具体的には、中心電極１２の一方の端部が、電気伝導性ガラスシール２４を介して端子スタッド２２に電気的に接続される。代替の実施形態では、追加の抵抗体素子２５がガラスシール２４に取り付けられてもよい。関連技術分野で知られているように、端子スタッド２２はニッケルメッキ仕上げされた鋼材料または鋼ベース合金材料から作られてもよい。端子スタッド２２はさらに、絶縁体から突出してイグニションケーブル（図示せず）に取り付けられる端子ナット２６に接続され、イグニションケーブルが接続時に点火プラグ１０に電流を供給する。

[0021]限定された数の実施形態のみに関連させて本発明を詳細に説明してきたが、本発明がこれらの開示される実施形態のみに限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、上述されないが本発明の精神および範囲に合致する任意の数の変形形態、変更形態、置換物または等価の配置構成を組み込むように修正され得る。さらに、本発明の種々の実施形態を説明してきたが、本発明の態様が説明された実施形態の一部のみを含むことができることも理解されたい。したがって、本発明は上述の説明によって限定されるものとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
［形態１］
絶縁体先端部と、
前記絶縁体先端部の外側表面から径方向内側に延在する円周フィーチャと
を備える、点火プラグのための絶縁体。
［形態２］
形態１に記載の絶縁体において、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の全円周の周りに形成される連続的な環状溝である、絶縁体。
［形態３］
形態１に記載の絶縁体において、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の円周内に形成される不連続の溝である、絶縁体。
［形態４］
形態２に記載の絶縁体において、前記溝が、半円形表面によって接続される一対の平行円錐状表面を形成する、絶縁体。
［形態５］
形態１に記載の絶縁体において、前記フィーチャの長手方向の長さは、ファウラント粒子が前記フィーチャに跨がる電気的短絡を起こすことを防止する、絶縁体。
［形態６］
形態１に記載の絶縁体において、前記フィーチャの内部深さは、ファウラント粒子が蓄積して、電荷が移動し得る導電性表面を形成することを防止する、絶縁体。
［形態７］
形態１に記載の絶縁体において、前記フィーチャ内に位置する物質をさらに備える、絶縁体。
［形態８］
形態７に記載の絶縁体において、前記物質が、燃焼粒子を吸収することができる流体、またはグレイズである、絶縁体。
［形態９］
形態７に記載の絶縁体において、前記物質が、非導電性であるか、または最大導電率を超えない、絶縁体。
［形態１０］
中心電極と、
前記中心電極の周りに配置される絶縁体と、
前記絶縁体を囲む外側シェルと
を備え、
前記絶縁体が、前記外側シェルの端部分を越えて延在する先端部を含み、円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の外側表面内に形成され、前記中心電極に向かって径方向内側に延在する
点火プラグ。
［形態１１］
形態１０に記載の点火プラグにおいて、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の全円周の周りに形成される連続的な環状溝である、点火プラグ。
［形態１２］
形態１０に記載の点火プラグにおいて、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の円周内に形成される不連続の溝である、点火プラグ。
［形態１３］
形態１１に記載の点火プラグにおいて、前記溝が、半円形表面によって接続される一対の平行円錐状表面を形成する、点火プラグ。
［形態１４］
形態１０に記載の点火プラグにおいて、前記フィーチャの長手方向の長さは、ファウラント粒子が前記フィーチャに跨がる電気的短絡を起こすことを防止する、点火プラグ。
［形態１５］
形態１０に記載の点火プラグにおいて、前記フィーチャの内部深さは、ファウラント粒子が蓄積して、導電性表面を形成することを防止する、点火プラグ。
［形態１６］
形態１０に記載の点火プラグにおいて、前記フィーチャ内に位置する物質をさらに備える、点火プラグ。
［形態１７］
形態１６に記載の点火プラグにおいて、前記物質が、燃焼粒子を吸収することができる流体、またはグレイズである、点火プラグ。
［形態１８］
形態１６に記載の点火プラグにおいて、前記物質が、非導電性であるか、または最大導電率を超えない、点火プラグ。

１０ 点火プラグ
１２ 中心電極
１４ 絶縁体
１６ 外側シェル
１８ 絶縁体先端部
２２ 端子スタッド
２４ ガラスシール
２５ 抵抗体素子
２６ 端子ナット
２８ 貴金属先端部
３０ 点火プラグギャップ
３２ 外側表面
３４ 空隙
３８ 外側ねじ部分
４４ 接地電極
４６ 長手方向軸
５０ フィーチャ
５２ 溝
５４ 物質

Claims (16)

1. 絶縁体先端部と、
   前記絶縁体先端部の外側表面から径方向内側に延在する円周フィーチャと
   を備え、
   前記円周フィーチャは、前記絶縁体先端部の前記外側表面の直径よりも小さい直径を有する溝を生成し、
   前記円周フィーチャは、ファウラント粒子が前記円周フィーチャに跨がる電気的短絡を起こすことを防止する、前記絶縁体先端部の長手方向に沿った長さを有する、
   点火プラグのための絶縁体。
2. 請求項１に記載の絶縁体において、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の全円周の周りに形成される連続的な環状溝である、絶縁体。
3. 請求項１に記載の絶縁体において、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の円周内に形成される不連続の溝である、絶縁体。
4. 請求項２に記載の絶縁体において、前記溝が、半円形表面によって接続される一対の平行円錐状表面を形成する、絶縁体。
5. 請求項１に記載の絶縁体において、前記フィーチャの内部深さは、ファウラント粒子が蓄積して、電荷が移動し得る導電性表面を形成することを防止する、絶縁体。
6. 請求項１に記載の絶縁体において、前記フィーチャ内に位置する物質をさらに備える、絶縁体。
7. 請求項６に記載の絶縁体において、前記物質が、燃焼粒子を吸収することができる流体、またはグレイズである、絶縁体。
8. 請求項６に記載の絶縁体において、前記物質が、非導電性であるか、または最大導電率を超えない、絶縁体。
9. 中心電極と、
   前記中心電極の周りに配置される絶縁体と、
   前記絶縁体を囲む外側シェルと
   を備え、
   前記絶縁体が、前記外側シェルの端部分を越えて延在する先端部を含み、円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の外側表面内に形成され、前記中心電極に向かって径方向内側に延在して、前記絶縁体先端部に溝を形成し、
   前記円周フィーチャは、ファウラント粒子が前記円周フィーチャに跨がる電気的短絡を起こすことを防止する、前記絶縁体先端部の長手方向の長さを有する、
   点火プラグ。
10. 請求項９に記載の点火プラグにおいて、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の全円周の周りに形成される連続的な環状溝である、点火プラグ。
11. 請求項９に記載の点火プラグにおいて、前記円周フィーチャが、前記絶縁体先端部の円周内に形成される不連続の溝である、点火プラグ。
12. 請求項１０に記載の点火プラグにおいて、前記溝が、半円形表面によって接続される一対の平行円錐状表面を形成する、点火プラグ。
13. 請求項９に記載の点火プラグにおいて、前記フィーチャの内部深さは、ファウラント粒子が蓄積して、導電性表面を形成することを防止する、点火プラグ。
14. 請求項９に記載の点火プラグにおいて、前記フィーチャ内に位置する物質をさらに備える、点火プラグ。
15. 請求項１４に記載の点火プラグにおいて、前記物質が、燃焼粒子を吸収することができる流体、またはグレイズである、点火プラグ。
16. 請求項１４に記載の点火プラグにおいて、前記物質が、非導電性であるか、または最大導電率を超えない、点火プラグ。

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