JP6376839B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグに関する。

自動車のエンジン等の内燃機関における着火手段として用いられるスパークプラグとして、軸方向に中心電極と接地電極とを対向させて火花放電ギャップを形成したものがある。かかるスパークプラグは、火花放電ギャップに放電を生じさせ、この放電により、燃焼室内の混合気に着火している。
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。

ところが、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢によっては、ハウジングの先端部に接合された接地電極の一部が、気流における火花放電ギャップの上流側に配置されることがある。この場合、燃焼室内の気流が接地電極によって遮られ、火花放電ギャップ付近の気流が停滞するおそれがある。その結果、スパークプラグの着火性が低下するおそれがある。すなわち、内燃機関への取付姿勢によって、スパークプラグの着火性がばらつくという問題が生じるおそれがある。特に近年、希薄燃焼による内燃機関が多く用いられているが、このような内燃機関においては、スパークプラグの取付姿勢によって、燃焼安定性が低下するおそれがある。

また、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢、すなわち周方向についての接地電極の位置を制御することは困難である。これは、ハウジングにおける取付用ネジの形成状態や内燃機関への取り付け作業時におけるスパークプラグの締付度合い等によって、取付姿勢が変化してしまうからである。

そこで、接地電極による気流の阻害を抑制するために、接地電極に穴開け加工を施した構成や、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が開示されている（特許文献１）。

特開平９−１４８０４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の「接地電極に穴開け加工を施した構成」では、接地電極の強度低下を招くおそれがある。また、それを防ぐために接地電極を太く形成すれば、結局、混合気の気流を妨げやすくなる。
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。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、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しようとするものである。

本発明の一態様は、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、
上記ハウジングの先端面から先端側へ立設した立設部を備え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、
上記立設部とは異なる位置において上記ハウジングの先端面から先端側へ突出する先端突起部と、を有し、
該先端突起部は、上記火花放電ギャップよりも先端側まで突出しており、
上記ハウジングの先端面には、プラグ周方向における上記先端突起部と上記立設部との間に、先端側へ向かうにつれて径方向内側へ向かうように傾斜した傾斜面が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。

上記スパークプラグは上記先端突起部を有する。これにより、上記スパークプラグが内燃機関に対してどのような姿勢で取付けられても、火花放電ギャップへ向かう燃焼室内の気流が妨げられることを防ぐことができる。

つまり、例えば、上記接地電極の立設部が火花放電ギャップの上流側に配置された場合において、上流側から上記接地電極の立設部の脇を通過した気流を上記先端突起部によって、火花放電ギャップへ導くことができる。すなわち、上記先端突起部が上記気流のガイドとなり、上記気流を火花放電ギャップに向かって導くことができる。そのため、火花放電ギャップ付近の気流の停滞を防ぐことができる。その結果、上記スパークプラグの安定した着火性を確保できる。

また、ハウジングの先端面には、プラグ周方向における先端突起部と立設部との間に、傾斜面が形成されている。これにより、より効果的にスパークプラグの着火性を安定させることができる。この点を、以下に説明する。スパークプラグの先端部に向かって流れる気流は、必ずしもプラグ軸方向に直交する方向に限られず、プラグ軸方向のベクトル成分を持った気流も生じ得る。それゆえ、基端側に向かうベクトル成分を持つ気流が火花放電ギャップに流れ、放電火花がハウジング側へ流されると、火炎がハウジングによって冷却されて失火に至るおそれがある。特に、プラグ周方向における先端突起部と立設部との間を通過する気流は、先端突起部によって導風されることにより、加速する傾向にある。この加速した気流が基端側へ向かうベクトル成分を持っていると、放電火花がハウジングに近づきやすくなり、失火の要因となりうる。

この課題に対し、上記スパークプラグにおいては、プラグ周方向における先端突起部と立設部との間を通過する気流の向きを、傾斜面によって先端側へ軌道修正することができる。その結果、基端側へ向かうベクトル成分を有する気流がスパークプラグの先端部に流れても、火花放電ギャップにおいては、基端側へ向かうベクトル成分の少ない気流、もしくは、先端側へ向かうベクトル成分を持つ気流とすることができる。これにより、失火の要因を抑制し、着火性を確保することができる。

以上のごとく、本発明によれば、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１における、スパークプラグの先端部の斜視図。 実施例１における、スパークプラグの先端部の側面説明図。 図２のIII−III線矢視断面図。 図３のIV−IV線矢視断面図。 傾斜面の形状の変形例を示す、図４と同等の断面における説明図。 実施例１における、接地電極の立設部が気流の上流側に配された場合のスパークプラグの先端部の側面説明図。 図６のVII−VII線矢視断面図。 実施例１における、スパークプラグの製造方法の第１工程の説明図。 実施例１における、スパークプラグの製造方法の第２工程の説明図。 実施例１における、スパークプラグの製造方法の第３工程の説明図。 実施例１における、スパークプラグの製造方法の第４工程の説明図。 実施例１における、スパークプラグの製造方法の第５工程の説明図。 実施例１における、スパークプラグの製造方法の第６工程の説明図。 実施例１における、スパークプラグの製造方法の第７、８工程の説明図。 比較例における、スパークプラグの先端部の斜視図。 比較例における、接地電極の立設部が気流の上流側に配された場合のスパークプラグの先端部の側面説明図。 図１６のXVII−XVII線矢視断面図。 実施例２における、スパークプラグの先端部の斜視図。

上記スパークプラグは、例えば、自動車等の車両用の内燃機関における着火手段として用いることができる。
上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。
また、本明細書において、プラグ軸方向とは、スパークプラグの軸方向を意味し、プラグ径方向とは、スパークプラグの径方向を意味し、プラグ周方向とは、スパークプラグの周方向を意味する。

（実施例１）
上記内燃機関用のスパークプラグの実施例につき、図１〜図１４を用いて説明する。
本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１〜図４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、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とを有する。接地電極５は、ハウジング２の先端面２１から先端側へ立設した立設部５１を備える。

また、スパークプラグ１は、立設部５１とは異なる位置においてハウジング２の先端面２１から先端側へ突出する先端突起部２２を有する。
ハウジング２の先端面２１には、プラグ周方向における先端突起部２２と立設部５１との間に、先端側へ向かうにつれて径方向内側へ向かうように傾斜した傾斜面２３が形成されている。

なお、プラグ周方向における先端突起部２２と立設部５１との間（以下において適宜「通風隙間」という。）とは、先端突起部２２と立設部５１との角度間隔がプラグ周方向において９０°以下である部分のことであり、プラグ周方向に９０°を超える角度間隔を有する部分は含まない。

本例において、傾斜面２３は、プラグ周方向における先端突起部２２と立設部５１との間（通風隙間１１）にのみ形成されている。また、傾斜面２３は、プラグ周方向における先端突起部２２と立設部５１との間（通風隙間１１）の領域全体にわたって形成されている。
さらに、図４に示すごとく、傾斜面２３は、プラグ径方向において、ハウジング２の厚みの略全体にわたって形成されている。ただし、図５に示すごとく、傾斜面２３は、プラグ径方向において、ハウジング２の厚みの一部に形成されていてもよい。

また、傾斜面２３は、例えば、プラグ軸方向に対して、３０〜７０°程度傾斜した面とすることができる。
また、傾斜面２３は、プラグ中心軸を通る平面による断面の形状が直線状となるテーパ面として形成されている。ただし、傾斜面２３の上記断面の形状は特に限定されるものではなく、例えば、凸状または凹状の曲線状となるものとしてもよい。

また、傾斜面２３の先端は、中心電極４の先端部４１よりも基端側に位置している。また、傾斜面２３の先端は、ハウジング２の先端面２１から０．７ｍｍ以上先端側へ突出している。

接地電極５は、図１に示すごとく、ハウジング２の先端部２１から先端側に立設する立設部５１と、立設部５１の先端から屈曲して、中心電極４の先端部４１に対してプラグ軸方向に対向する対向面５３を備えた対向部５２とを有している。この対向部５２と中心電極４との間に火花放電ギャップＧが形成されている。特に本例においては、対向面５３に貴金属チップからなる接地突起部５４が設けられており、火花放電ギャップＧは、接地突起部５４と、同じく貴金属チップからなる中心電極４の先端部４１との間に形成されている。

また、図１、図２に示すごとく、先端突起部２２は、四角柱形状を有し、ハウジング２の先端面２１から、プラグ軸方向に平行に、先端側へ向かって立設されている。そして、先端突起部２２は、火花放電ギャップＧよりも先端側まで突出している。図３に示すごとく、先端突起部２２は、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を有する。また、先端突起部２２の幅は、接地電極５（立設部５１）におけるプラグ周方向の幅よりも小さい。また、先端突起部２２におけるプラグ周方向の側面のうち、接地電極５の立設部５１側の側面が、気流を火花放電ギャップＧへ導く導風面２２１となる。

上記スパークプラグ１は、例えば以下のような工程を行うことにより製造することができる。すなわち、まず、図８に示すごとく、中心電極４及び絶縁碍子３を内側に組み付けた状態のハウジング２を用意する（第１工程）。そして、図９に示すごとく、ハウジング２の先端面２１に、曲げ加工する前の接地電極５である略四角柱状の電極部材５０を溶接する（第２工程）。この溶接は、抵抗溶接によって行うことができる。なお、図においては省略したが、接地突起部５４を設ける場合には、電極部材５０における所定の箇所に、接地突起部５４（貴金属チップ）を接合しておく。

次に、図１０に示すごとく、電極部材５０を曲げ加工することにより、略Ｌ字形状の接地電極５を形成する（第３工程）。そして、接地電極５の対向部５２と中心電極４との間に、所定の大きさの火花放電ギャップＧが形成されるようにする。

次いで、図１１に示すごとく、ハウジング２の先端面２１における所定の位置に、プラグ径方向に貫通する溝部２１１を設ける（第４工程）。ここで、溝部２１１の形成位置は、そこに取り付けるべき先端突起部２２と、中心電極４及び接地電極５との位置関係を考慮して決定する。

そして、図１２に示すごとく、先端突起部２２の基端部を溝部２１１に嵌入配置し（第５工程）、図１３に示すごとく、先端突起部２２の基端部と、ハウジング２における溝部２１１の周囲部分とにおいて、溶接を行う（第６工程）。この溶接は、抵抗溶接によって行うことができる。

次いで、図１４に示すごとく、ハウジング２の先端面２１における先端突起部２２と接地電極５の立設部５１との間に、傾斜面２３を形成するための傾斜形成部材２３０を配置する（第７工程）。そして、傾斜形成部材２３０を、ハウジング２に溶接する（第８工程）。これと同時に、傾斜形成部材２３０を接地電極５の立設部５１及び先端突起部２２に溶接してもよい。これらの溶接も、抵抗溶接によって行うことができる。傾斜形成部材２３０は、例えば、ハウジング２、接地電極５、先端突起部２２と同質の材料からなるものとすることができ、例えば、ニッケル合金とすることができる。
なお、上記第２工程、第６工程、第８工程における溶接は、レーザー溶接によって行うことも可能である。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグ１は先端突起部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が妨げられることを防ぐことができる。

つまり、例えば、図７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、上流側から立設部５１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が上記気流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、ハウジング２の先端面２１には、プラグ周方向における先端突起部２２と立設部５１との間（通風隙間１１）に、傾斜面２３が形成されている。これにより、より効果的にスパークプラグ１の着火性を安定させることができる。この点を、以下に説明する。スパークプラグ１の先端部に向かって流れる気流は、必ずしもプラグ軸方向に直交する方向に限られず、図６に示すごとく、プラグ軸方向のベクトル成分を持った気流Ｆも生じ得る。それゆえ、仮に、後述する比較例（図１６参照）のように、基端側に向かうベクトル成分を持つ気流Ｆが火花放電ギャップＧに流れ、放電火花Ｓがハウジング２側へ流されると、火炎がハウジング２によって冷却されて失火に至るおそれがある。特に、通風隙間１１を通過する気流Ｆは、先端突起部２２によって導風されることにより、加速する傾向にある。この加速した気流Ｆが基端側へ向かうベクトル成分を持っていると、放電火花Ｓがハウジング２に近づきやすくなり、失火の要因となりうる。

この課題に対し、スパークプラグ１においては、図６に示すごとく、通風隙間１１を通過する気流Ｆの向きを、傾斜面２３によって先端側へ軌道修正することができる。その結果、基端側へ向かうベクトル成分を有する気流Ｆ（例えばプラグ軸方向の基端側方向に対して約６０°の傾きを有する方向の気流）がスパークプラグ１の先端部に流れても、火花放電ギャップＧにおいては、図６における矢印Ｆ１にて示すように、基端側へ向かうベクトル成分の少ない気流、もしくは、先端側へ向かうベクトル成分を持つ気流とすることができる。これにより、失火の要因を抑制し、着火性を確保することができる。

また、傾斜面２３は、通風隙間１１にのみ形成されている。それゆえ、スパークプラグ１の着火性を充分に確保することができる。すなわち、傾斜面２３が通風隙間１１以外の部位に設けてあると、その位置によっては、先端突起部２２と立設部５１との間から導入された気流によって放電火花が引き伸ばされたとき、放電火花が傾斜面２３を構成するハウジング２の先端部に近づく場合が考えられる。これに対し、傾斜面２３が通風隙間１１にのみ形成されている構成とすることにより、上記のような懸念はなく、着火性を効果的に向上させることができる。

また、傾斜面２３は、通風隙間１１の領域全体にわたって形成されている。これにより、傾斜面２３の機能を確実に発揮させることができ、着火性の安定化をより効果的に図ることができる。

以上のごとく、本例によれば、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。

（比較例）
本例は、図１５〜図１７に示すごとく、傾斜面２３（図１、図４等参照）を有さないスパークプラグ９の例である。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例のスパークプラグ９も先端突起部２２を有するため、スパークプラグ９が内燃機関に対してどのような姿勢で取付けられても、図１７に示すごとく、火花放電ギャップＧへ向かう燃焼室内の気流が妨げられることを防ぐことができるという効果は得られる。

しかしながら、基端側に向かうベクトル成分をある程度の大きさで持つ気流Ｆが、スパークプラグ９の先端部へ向かって流れたときに、着火性が低下する場合が考えられる。すなち、図１６に示すごとく、立設部５１が火花放電ギャップＧに対して、気流Ｆの上流側に配置され、かつ、気流Ｆがある程度の大きさの基端側へ向かうベクトル成分を持つ場合を想定する。つまり、気流Ｆが、プラグ軸方向の基端側方向に対して例えば約６０°の傾きをもってスパークプラグ９の先端部へ向かって流れる場合を想定する。

このとき、立設部５１の脇を流れる気流Ｆの一部は、先端突起部２２の導風面２２１によって、火花放電ギャップＧに向かう方向に軌道修正される。これにより、立設部５１と先端突起部２２との間を通過する気流Ｆは、加速されながら中心電極４へ向かう。それと同時に、図１６に示すごとく、火花放電ギャップＧにおける気流Ｆ２は、斜め基端側へ向かう。それゆえ、火花放電ギャップＧに形成された放電火花Ｓが気流Ｆ２によって、ハウジング２側へ流される。そうすると、火炎がハウジング２によって冷却されて失火に至るおそれがある。

したがって、本例のスパークプラグ９のように、傾斜面２３を有していないと、内燃機関へのスパークプラグ９の取付姿勢や、燃焼室内における気流の状態によっては、着火性が低下するおそれが考えられる。

これに対し、上記実施例１のスパークプラグ１は、傾斜面２３を有することにより、上記の課題をも解決することができ、燃焼室内の気流の状態にかかわらず、着火性を向上させることができる。

（実施例２）
本例は、図１８に示すごとく、ハウジング２の先端面２１の全体に、傾斜面２３を設けた例である。
すなわち、通風隙間１１のみならず、それ以外の領域においても、ハウジング２の先端面２１に傾斜面２３を設けている。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、傾斜面２３を容易に形成することができ、製造容易なスパークプラグ１を得ることができる。その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、本発明は、上記実施例に限られるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、先端突起部を、接地電極の立設部の両脇にそれぞれ設け、立設部の両脇における立設部と先端突起部との間に傾斜面を設ける構成としてもよい。

１ 内燃機関用のスパークプラグ
２ ハウジング
２１ （ハウジングの）先端面
２２ 先端突起部
２３ 傾斜面
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
４１ （中心電極の）先端部
５ 接地電極
５１ 立設部
Ｇ 火花放電ギャップ

Claims (3)

1. 筒状のハウジング（２）と、
   該ハウジング（２）の内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
   先端部（４１）が突出するように上記絶縁碍子（３）の内側に保持された中心電極（４）と、
   上記ハウジング（２）の先端面（２１）から先端側へ立設した立設部（５１）を備えると共に上記中心電極（４）との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５）と、
   上記立設部（５１）とは異なる位置において上記ハウジング（２）の先端面（２１）から先端側へ突出する先端突起部（２２）と、を有し、
   該先端突起部（２２）は、上記火花放電ギャップ（Ｇ）よりも先端側まで突出しており、
   上記ハウジング（２）の先端面（２１）には、プラグ周方向における上記先端突起部（２２）と上記立設部（５１）との間に、先端側へ向かうにつれて径方向内側へ向かうように傾斜した傾斜面（２３）が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（１）。
2. 上記傾斜面（２３）は、プラグ周方向における上記先端突起部（２２）と上記立設部（５１）との間にのみ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
3. 上記傾斜面（２３）は、プラグ周方向における上記先端突起部（２２）と上記立設部（５１）との間の領域全体にわたって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のスパークプラグ（１）。

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