JP6566637B2

JP6566637B2 - 点火プラグ

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Publication number: JP6566637B2
Application number: JP2014263048A
Authority: JP
Inventors: 文明青木; 高伸青地; 真人林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2034-12-25
Also published as: JP2016122618A

Description

本発明は、点火プラグに関する。

従来、内燃機関に備えられる点火装置として、特許文献１には、中心電極及び接地電極に加えて、両者の間に設けられた中間電極を備える構成が開示されている。中間電極は、一端が絶縁碍子に埋没しているとともに、他端が中心電極と接地電極との間に位置するように絶縁碍子に突設されており、中心電極及び接地電極とは別体となっている。そして、当該中間電極を介して中心電極と接地電極との間に火花を生じさせることにより、当該火花を大きくして混合気への着火性を高めようとしている。

特開２００９−１６４０８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、放電により生じる火花を大きくすることはできるが、中間電極が中心電極及び接地電極とは別体として絶縁碍子に突設されているため、放電により生じた火花の熱が中間電極を介して絶縁碍子に伝達される。これにより、当該火花の温度が低下し、却って着火性が低下する。

また、当該点火装置が取り付けられる内燃機関の燃焼室内には、燃料ガスと空気とが混合されてなる混合気が供給されるとともに、タンブル流やスワール流などの混合気の流れが存在している。そして、当該混合気の流れを利用して、点火装置における放電により生じる火花を伸長させて放電経路を拡大することにより、混合気への着火性の向上を図ることが行われている。しかしながら、特許文献１に開示の構成では、中間電極は中心電極及び接地電極と別体であるため、中間電極によって中心電極と接地電極との間における混合気の流れが阻害されるおそれがある。混合気の流れが阻害されると、当該混合気の流れによる火花の伸長を十分に行うことができず、放電経路を拡大しにくくなるため、着火性が低下する。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、着火性の向上が図られる点火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、中心電極と、
該中心電極が内側に挿通された絶縁碍子と、
該絶縁碍子を内側に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放電ギャップを形成する接地電極と、
上記放電ギャップに向かって突出するように、絶縁体を介して上記接地電極に設けられた中間電極と、
を備え、
上記接地電極は、プラグ軸方向に延設された接地電極支柱部と、該接地電極支柱部の先端から上記中心電極の軸心と交差するように屈曲されて上記中心電極の先端と対向する接地電極対向部とを備え、上記中間電極は上記接地電極支柱部に設けられており、
上記中間電極における突出方向の先端である中間電極先端は、上記中間電極の突出方向及びプラグ軸方向に垂直な方向から見て、上記中心電極の先端に設けられた中心電極側金属チップにおける上記接地電極支柱部側の外縁と、上記接地電極対向部に設けられた接地電極側金属チップにおける上記接地電極支柱部側の外縁とを結ぶ仮想直線に沿っていることを特徴とする点火プラグにある。

上記点火プラグにおいては、放電ギャップに向かって突出する中間電極が設けられているため、中心電極と接地電極との間に発生する火花放電は中間電極を介して発生することとなる。その結果、火花放電が生じやすくなるため、初期電圧の上昇と電極消耗時の放電異常の発生を抑制することができる。これにより、中心電極と接地電極との距離を大きくしても両者の間に火花放電を生じさせることができるため、当該火花放電を長くすることができ、着火性の向上を図ることができる。さらに、中間電極は絶縁体を介して接地電極に設けられているため、接地電極と別体で設けられている場合に比べて、中心電極と接地電極との間における混合気の流れを阻害しにくい。これにより、混合気の流れによる火花放電の伸長が促されて、放電経路を拡大することができ、着火性の向上を図ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、着火性の向上が図られる点火プラグを提供することができる。

実施例１における、点火プラグの側面図。実施例１における、中間電極の突出方向に垂直な方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。実施例１における、中間電極の突出方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。図３における、IV-IV線位置断面図。実施例１における、火花放電の発生態様を示す模式図。実施例１の変形例における、中間電極の突出方向に垂直な方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。実施例２における、中間電極の突出方向に垂直な方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。実施例３における、中間電極の突出方向に垂直な方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。実施例４における、中間電極の突出方向に垂直な方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。実施例４における、中間電極の突出方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。実施例５における、図３のIV-IV線位置相当の断面図。実施例６における、中間電極の突出方向から見た点火プラグの先端の側面拡大図。

本発明の点火プラグは、自動車等に備えられる内燃機関における着火手段として用いることができる。上記点火プラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側とし、先端側の端部を先端というものとする。また先端側の反対側を基端側とし、基端側の端部を基端というものとする。また、本明細書において、プラグ軸方向とは、点火プラグの軸方向を意味する。

（実施例１）
実施例に係る点火プラグにつき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の点火プラグ１は、図１に示すように、中心電極２と、中心電極２が内側に挿通された絶縁碍子３と、絶縁碍子３を内側に保持するハウジング１０と、ハウジング１０に接合されて中心電極２との間に放電ギャップＧを形成する接地電極４と、放電ギャップＧに向かって突出するように、絶縁体６を介して接地電極４に設けられた中間電極５とを備える。

以下、本例の点火プラグ１について、詳述する。
図１に示すように、本例では、ハウジング１０は、プラグ軸方向Ｙに延びる筒状を成しており、ハウジング１０の外周面には内燃機関（図示せず）に螺合するための取付ネジ部１１が形成されている。そして、点火プラグ１は、取付ネジ部１１を介して内燃機関に取り付けられる。

図１、図２に示すように、中心電極２は、点火プラグ１のプラグ軸方向Ｙに延びる棒状をなしており、中心電極２は筒状の絶縁碍子３の内側に挿通されている。中心電極２の先端２ｂには中心電極側金属チップ２１が取り付けられており、絶縁碍子３から突出して点火プラグ１の先端側Ｙ１に露出している。

図２に示すように、接地電極４は、接地電極支柱部４１と接地電極対向部４２とを備える。接地電極支柱部４１は、ハウジング１０のプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１の端部１０ａからプラグ軸方向Ｙに延設されている。接地電極対向部４２は、接地電極支柱部４１の先端４１ａから中心電極２の軸心２ａと交差するように屈曲されている。接地電極対向部４２には、中心電極側金属チップ２１と対向する位置に接地電極側金属チップ４３が設けられている。そして、中心電極側金属チップ２１と接地電極側金属チップ４３とは所定距離だけ離隔して、放電ギャップＧが形成されている。

接地電極４には、絶縁体６を介して中間電極５が設けられている。絶縁体６はセラミック製であって筒状を成している。絶縁体６は、接地電極支柱部４１に垂直となるように、中心電極側金属チップ２１と接地電極側金属チップ４３とのプラグ軸方向Ｙにおける中央位置（すなわち、放電ギャップＧの中央位置）に向かって突出している。なお、図１、図２に示すように、かかる突出方向をＸとする。図４に示すように、絶縁体６は、筒状の絶縁体筒状部６１と、絶縁体筒状部６１の一端側に拡径されて形成された絶縁体鍔部６２とからなる。絶縁体筒状部６１における絶縁体鍔部６２と反対側の絶縁体端部６３は開口している。

図４に示すように、中間電極５は、棒状の中間電極棒状部５１と、一端側に拡径されて形成された中間電極鍔部５２とを有する。中間電極棒状部５１の外径は絶縁体筒状部６１の内径と略同一であって、中間電極棒状部５１は絶縁体筒状部６１の内側に挿通されている。そして、中間電極鍔部５２と反対側の中間電極先端５３が放電ギャップＧに向けて絶縁体端部６３から露出している。中間電極５の突出方向Ｘの先端である中間電極先端５３（放電ギャップＧ側の側面）は、中間電極５の突出方向Ｘ及びプラグ軸方向Ｙに垂直な方向から見て、中心電極側金属チップ２１における接地電極支柱部４１側の外縁２１ａと、接地電極側金属チップ４３に接地電極支柱部４１側の外縁４３ａとを結ぶ仮想直線Ｌに沿っている。すなわち、中間電極先端５３（放電ギャップＧ側の側面）が、仮想直線Ｌ上に位置するとともに仮想直線Ｌに平行となっている。また、図３に示すように、中間電極５は、絶縁体６の突出方向Ｘから見て、中心電極２の軸心２ａ上に位置している。

図４に示すように、中間電極５は、接地電極支柱部４１に設けられた貫通孔４４と絶縁体６とを介して接地電極４に取り付けられている。貫通孔４４は、接地電極支柱部４１をハウジング１０の径方向（中間電極５の突出方向Ｘ）に貫通している。そして、貫通孔４４は、ハウジング１０の外側に形成された大径部４４１と、大径部４４１よりも内側（中心電極２側）に形成されて大径部４４１よりも縮径した中径部４４２と、中径部４４２よりも内側に形成されて中径部４４２よりも縮径した小径部４４３とが中心を共有するように連続してなる。小径部４４３の直径は絶縁体筒状部６１の外径と略同一であって、中径部４４２の直径は絶縁体鍔部６２の外径と略同一である。

そして、中間電極５は以下のように接地電極４に取り付けられる。まず、中間電極先端５３が絶縁体鍔部６２側から突出方向Ｘに進むように、中間電極５を絶縁体６に挿通させる。そして、絶縁体６の内径よりも大きい直径を有する中間電極鍔部５２が絶縁体鍔部６２に係合することにより、中間電極５の放電ギャップＧ側への抜け止めがなされる。中間電極棒状部５１の突出方向Ｘの長さは、絶縁体筒状部６１の突出方向Ｘの長さよりも長いため、中間電極先端５３は、絶縁体端部６３から露出した状態となる。次に、絶縁体端部６３をハウジング１０の外側から貫通孔４４に挿通させて、絶縁体鍔部６２を中径部４４２に嵌め込む。その後、絶縁体からなるとともに大径部４４１の直径と同一の外径を有する中間電極蓋部６４を大径部４４１に嵌め込む。そして、接地電極４と同一の材料からなるとともに大径部４４１の内径と同一の外径を有する接地電極蓋部４５を大径部４４１に嵌め込んだ後、接地電極蓋部４５を接地電極支柱部４１に溶接することにより、貫通孔４４に蓋をする。これにより、中間電極５は、絶縁体６を介して接地電極４と絶縁された状態で接地電極４に取り付けられることとなる。

次に、本例の点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
本例の点火プラグ１においては、放電ギャップＧに向かって突出する中間電極５が設けられているため、中心電極２と接地電極４との間に発生する火花放電が中間電極５を介して発生することとなる。その結果、火花放電が生じやすくなるため、初期電圧の上昇と電極消耗時の放電異常の発生を抑制することができる。これにより、中心電極２と接地電極４との距離を大きくしても両者の間に火花放電を生じさせることができる。すなわち、従来は、初期電圧の上昇と電極消耗時の放電異常の発生を考慮して、中心電極２と接地電極４との距離を１．５ｍｍ程度以下としていたが、本例の点火プラグ１によれば、中心電極２と接地電極４との距離を１．５ｍｍよりも大きくすることができ、例えば、２．５ｍｍまで大きくすることができる。これにより、当該火花放電を長くすることができ、着火性の向上を図ることができる。さらに、中間電極５は接地電極４に設けられているため、接地電極４と別体で設けられている場合に比べて、中心電極２と接地電極４との間における混合気の流れを阻害しにくい。これにより、図５に示すように、混合気の流れＲによる火花放電Ｓの伸長が促されて、放電経路Ｐを拡大することができ、着火性の向上を図ることができる。

本例では、接地電極４は、プラグ軸方向Ｙに延設された接地電極支柱部４１と、接地電極支柱部４１の先端４１ａから中心電極２の軸心２ａと交差するように屈曲されて中心電極２の先端２ｂと対向する接地電極対向部４２とを備え、中間電極５は接地電極支柱部４１に設けられている。これにより、中間電極５を放電ギャップＧに近接させることが容易となるため、中間電極５を介した火花放電を発生させやすくなり、初期電圧の上昇と電極消耗時の放電異常の発生を一層抑制することができるとともに、着火性の向上を図ることができる。

また、本例では、中間電極先端５３（放電ギャップＧ側の側面）は、中間電極５の突出方向Ｘ及びプラグ軸方向Ｙに垂直な方向から見て、中心電極側金属チップ２１における接地電極支柱部４１側の外縁２１ａと、接地電極側金属チップ４３における接地電極支柱部４１側の外縁４３ａとを結ぶ仮想直線Ｌに沿っている。これにより、中間電極５を中心電極２及び接地電極４の両者に近づけることができるため、両者の間に中間電極５を介した火花放電が一層形成されやすくなる。そのため、中心電極２と接地電極４との距離を一層大きくしても両者の間に火花放電を生じさせることができ、着火性の向上を図ることができる。

本例では、略筒状の絶縁体６に略棒状の中間電極５を挿通した後、中間電極蓋部６４を取り付けることにより、中間電極５と接地電極４とが絶縁された状態とした。これに替えて、絶縁体６の成形時に中間電極５の中間電極鍔部５２を絶縁体６の形成材料によって被覆することにより、絶縁体６と中間電極５と中間電極蓋部６４とを予め一体的に形成することとしてもよい。この場合も本例と同等の作用効果を奏する。

なお、本例では、接地電極対向部４２に接地電極側金属チップ４３を設けたが、接地電極側金属チップ４３を設けないこととしてもよい。この場合は、仮想直線Ｌは、中心電極側金属チップ２１における接地電極支柱部４１側の外縁２１ａに接するとともに、プラグ軸方向Ｙに平行な仮想直線であるものとする。

本例では、中間電極先端５３は仮想直線Ｌ上に位置することとしたが、中間電極先端５３は仮想直線Ｌと離隔していてもよい。この場合は、中間電極先端５３は仮想直線Ｌの近傍に位置していることが好ましい。例えば、突出方向Ｘ及びプラグ軸方向Ｙに垂直な方向から見て、中間電極先端５３は、接地電極支柱部４１と仮想直線Ｌとの突出方向Ｘにおける中央位置（第１の基準位置）よりも仮想直線Ｌ側に位置していることが好ましい。さらに、中間電極先端５３は、第１の基準位置と仮想直線Ｌとの突出方向Ｘにおける中央位置（第２の基準位置）よりも仮想直線Ｌ側に位置していることがより好ましい。これらのように中間電極先端５３を位置させることにより、中間電極先端５３が放電ギャップＧに近接することとなるため、中間電極５を介した火花放電が形成されやすくなり、着火性の向上が図られる。

図６に示す変形例では、接地電極支柱部４１と仮想直線Ｌとの突出方向Ｘにおける中央位置を第１の基準位置Ｑ１とし、第１の基準位置Ｑ１と仮想直線Ｌとの突出方向Ｘにおける中央位置を第２の基準位置Ｑ２としたとき、中間電極先端５３は第２の基準位置Ｑ２よりも仮想直線Ｌ側に位置しており、中間電極先端５３を仮想直線Ｌの近傍に位置した状態となっている。この変形例においても、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

以上のごとく、本例によれば、着火性の向上が図られる点火プラグ１を提供することができる。

（実施例２）
本例の点火プラグ１では、図７に示すように、中間電極５及び絶縁体６が、実施例１の場合（図１参照）に比べて、プラグ軸方向Ｙに長くなっている。そして、本例においても中間電極先端５３は、中間電極５の突出方向Ｘ及びプラグ軸方向Ｙに垂直な方向から見て、仮想直線Ｌに沿っている。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本例の点火プラグ１によれば、中間電極５がプラグ軸方向Ｙに長くなっていることにより、実施例１の場合に比べて、中間電極先端５３が中心電極側金属チップ２１及び接地電極側金属チップ４３の両者にさらに近づくことになる。これにより、中間電極５を介した火花放電の形成が一層容易となり、着火性の向上に寄与する。なお、本例においても、中間電極５がプラグ軸方向Ｙに長くなっていることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

（実施例３）
本例の点火プラグ１では、図８に示すように、中間電極５が複数（本例では２個）設けられている。そして、２個の中間電極５はプラグ軸方向Ｙに配列しており、両者の中間電極先端５３は中間電極５の突出方向Ｘ及びプラグ軸方向Ｙに垂直な方向から見て、仮想直線Ｌに沿っている。本例では、プラグ軸方向Ｙにおいて中間電極５と隣り合う中心電極側金属チップ２１との距離ｍ１、隣り合う２個の中間電極５との距離ｍ２、プラグ軸方向Ｙにおいて接地電極側金属チップ４３と隣り合う中間電極５との距離ｍ３はいずれも同一となっている。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本例の点火プラグ１によれば、中間電極５がプラグ軸方向Ｙに複数（本例では２個）形成されていることにより、実施例１の場合に比べて、中間電極５と隣り合う中心電極側金属チップ２１との距離ｍ１、接地電極側金属チップ４３と隣り合う中間電極５との距離ｍ３を大きくすることなく、放電ギャップＧをプラグ軸方向Ｙに大きくすることができる。これにより、放電ギャップＧに形成される火花放電をプラグ軸方向Ｙに長くすることができるため、着火性を一層向上することができる。なお、本例においても、中間電極５がプラグ軸方向Ｙに複数形成されていることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

（実施例４）
本例の点火プラグ１では、図９に示すように、中間電極先端５３の一部が、実施例１の場合（図２参照）に比べて、突出方向Ｘに延出している。本例の中間電極先端５３は先端基部５３１と、先端延出部５３２とからなる。先端基部５３１は、絶縁体端部６３から突出方向Ｘに仮想直線Ｌまで延出している。先端延出部５３２は、中間電極５の突出方向Ｘ及びプラグ軸方向Ｙに垂直な方向から見て、中心電極側金属チップ２１における接地電極支柱部４１側と反対側の外縁２１ｂと、接地電極側金属チップ４３に接地電極支柱部４１側と反対側の外縁４３ｂとを結ぶ仮想直線Ｔまで延出している。これにより、先端延出部５３２は放電ギャップＧに交差するように突出している。図１０に示すように、先端延出部５３２の直径は先端基部５３１の直径よりも小さくなっている。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本例の点火プラグ１によれば、先端延出部５３２が放電ギャップＧに交差するように突出しているため、中間電極５を介した火花放電が一層生じやすくなる。さらに、先端延出部５３２の直径が先端基部５３１の直径よりも小さくなっているため、放電ギャップＧにおける混合気の流れを阻害しにくく、混合気の流れによる火花放電の拡大を妨げることを抑制できる。また、先端延出部５３２の直径を先端基部５３１の直径と同じにした場合に比べて、先端延出部５３２の容積が小さいため、火花放電によって温められた混合気が先端延出部５３２によって冷却されること（冷却損失）を低減できる。これらにより、着火性の向上を図ることができる。なお、本例においても、中間電極５に先端延出部５３２が形成されていることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

（実施例５）
本例の点火プラグ１では、図１１に示すように、中間電極５における突出方向Ｘの長さが、実施例１の場合（図４参照）に比べて短くなっている。そして、絶縁体６は中実に形成されており、絶縁体端部６３に中間電極鍔部５２がインサートされている。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本例の点火プラグ１によれば、中間電極５における突出方向Ｘの長さが短くなっているため、火花放電によって温められた混合気が中間電極５によって冷却されること（冷却損失）を低減することができ、着火性の向上を図ることができる。なお、本例においても、中間電極５における突出方向Ｘの長さが短くなっていることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

（実施例６）
本例の点火プラグ１では、図１２に示すように、中間電極５は、実施例１の場合（図３参照）に比べて、突出方向Ｘから見てプラグ軸方向Ｙに垂直な方向Ｗに長い矩形となっている。なお、中間電極先端５３は、実施例１の場合（図２参照）と同様に、仮想直線Ｌに沿っている。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

本例の点火プラグ１によれば、中間電極５が突出方向Ｘから見てプラグ軸方向Ｙに垂直な方向Ｗに長い矩形となっているため、中間電極５を当該矩形の長手方向Ｗを混合気の流れ方向と一致するように点火プラグ１を内燃機関に取り付けることにより、放電ギャップＧに生じた火花放電が混合気の流れによって流されるときに当該火花放電が切れてしまうことを抑制できる。これにより、混合気の流れによる火花放電の拡大を促すことができる。なお、本例においても、中間電極５が突出方向Ｘから見てプラグ軸方向Ｙに垂直な方向Ｗに長い矩形となっていることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

１点火プラグ
１０ハウジング
２中心電極
２１中心電極側金属チップ
３絶縁碍子
４接地電極
４１接地電極支柱部
４２接地電極対向部
４３接地電極側金属チップ
５中間電極
６絶縁体

Claims

中心電極（２）と、
該中心電極（２）が内側に挿通された絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子（３）を内側に保持するハウジング（１０）と、
該ハウジング（１０）に接合されて上記中心電極（２）との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（４）と、
上記放電ギャップ（Ｇ）に向かって突出するように、絶縁体（６）を介して上記接地電極（４）に設けられた中間電極（５）と、
を備え、
上記接地電極（４）は、プラグ軸方向（Ｙ）に延設された接地電極支柱部（４１）と、該接地電極支柱部（４１）の先端（４１ａ）から上記中心電極（２）の軸心（２ａ）と交差するように屈曲されて上記中心電極（２）の先端（２ｂ）と対向する接地電極対向部（４２）とを備え、上記中間電極（５）は上記接地電極支柱部（４１）に設けられており、
上記中間電極（５）における突出方向（Ｘ）の先端である中間電極先端（５３）は、上記中間電極（５）の突出方向（Ｘ）及びプラグ軸方向（Ｙ）に垂直な方向から見て、上記中心電極（２）の先端（２ｂ）に設けられた中心電極側金属チップ（２１）における上記接地電極支柱部（４１）側の外縁（２１ａ）と、上記接地電極対向部（４２）に設けられた接地電極側金属チップ（４３）における上記接地電極支柱部（４１）側の外縁（４３ａ）とを結ぶ仮想直線（Ｌ）に沿っていることを特徴とする点火プラグ（１）。