JP6767936B2 - Spark plug and ignition device - Google Patents
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Description
本発明は点火プラグ及び点火装置に関し、特に絶縁体の貫通を抑制できる点火プラグ及び点火装置に関するものである。 The present invention relates to a spark plug and an ignition device, and more particularly to an ignition plug and an ignition device capable of suppressing penetration of an insulator.
内燃機関の燃焼室に吸入した混合気に点火する点火プラグとして、非平衡プラズマを利用するものがある(特許文献1)。特許文献1に開示される点火プラグは、中心電極の先端を有底筒状の絶縁体が内包し、絶縁体の先端部が自身の先端から突出するように主体金具が絶縁体を外周側から保持する。点火プラグは、絶縁体の先端部の空間にプラズマを発生させ混合気に着火する。絶縁体の先端部からのプラズマの発生量を確保し、さらに先端部の熱を主体金具へ移動させ易くして先端部の異常過熱を防ぐため、絶縁体と主体金具との隙間はできるだけ狭くするのが好ましい。
As an ignition plug that ignites the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber of an internal combustion engine, there is one that uses unbalanced plasma (Patent Document 1). In the spark plug disclosed in
しかし、主体金具や絶縁体の寸法のばらつきや組み付け精度、絶縁体と主体金具との線膨張差などを考慮して、絶縁体と主体金具との間には一定の大きさの隙間が設けられている。電界強度の高い主体金具の先端に強いプラズマが発生し易いので、絶縁体が貫通(絶縁破壊)するおそれがある。 However, a certain size of gap is provided between the insulator and the main metal fitting in consideration of the variation in the dimensions of the main metal fitting and the main metal fitting, the assembly accuracy, and the linear expansion difference between the insulator and the main metal fitting. ing. Since strong plasma is likely to be generated at the tip of the main metal fitting having a high electric field strength, the insulator may penetrate (dielectric breakdown).
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、絶縁体の貫通を抑制できる点火プラグ及び点火装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a spark plug and an ignition device capable of suppressing penetration of an insulator.
この目的を達成するために本発明の点火プラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延び、先端が閉じた有底筒状の絶縁体と、絶縁体に自身の先端が内包される中心電極と、絶縁体の先端部が自身の先端から突出する状態で絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備えている。主体金具の内面のうち少なくとも内面の先端から後端側の一部を、全周に亘って覆う絶縁層を備えている。 In order to achieve this object, the spark plug of the present invention extends from the front end side to the rear end side along the axis, and has a bottomed tubular insulator with a closed tip and its own tip included in the insulator. It is provided with a central electrode and a tubular main metal fitting that holds the insulator from the outer peripheral side in a state where the tip of the insulator protrudes from its own tip. It is provided with an insulating layer that covers at least a part of the inner surface of the main metal fitting from the tip end side to the rear end side of the inner surface over the entire circumference.
請求項1記載の点火プラグによれば、絶縁層が、主体金具の内面のうち少なくとも内面の先端から後端側の一部を全周に亘って覆うので、主体金具の内面の先端の電界強度を低くできる。その結果、主体金具の内面の先端にプラズマを発生させ難くできるので、絶縁体の貫通を抑制できる。さらに、主体金具の内面の先端のプラズマの発生量を少なくすることにより、絶縁体の先端部からのプラズマの発生量を相対的に増やすことができる。
絶縁層の厚さは、内面の先端における絶縁層と絶縁体との間の軸線に垂直な方向の距離の0.1倍以上である。よって、電界強度を低下する絶縁層の効果を確保できる。
According to the spark plug according to
The thickness of the insulating layer is 0.1 times or more the distance in the direction perpendicular to the axis between the insulating layer and the insulator at the tip of the inner surface. Therefore, the effect of the insulating layer that lowers the electric field strength can be ensured.
請求項2記載の点火プラグによれば、絶縁層は、さらに、主体金具の先端面のうち少なくとも内面の先端から径方向外側の一部を、全周に亘って覆う。絶縁層の軸線に直交する方向における内面の先端から径方向外側の端までの長さは、内面の先端における絶縁層と絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離の4.2倍以上である。よって、電界強度を低下する絶縁層の効果を確保できる。
According to the spark plug according to
請求項3記載の点火プラグによれば、絶縁層は、さらに、主体金具の先端面のうち少なくとも内面の先端から径方向外側の一部を、全周に亘って覆う。よって、請求項1の効果に加え、電界強度を低下する絶縁層の効果を向上できる。
According to the spark plug according to
請求項4記載の点火プラグによれば、絶縁層の軸線に直交する方向における内面の先端から径方向外側の端までの長さは、内面の先端における絶縁層と絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離の4.2倍以上である。よって、請求項3の効果に加え、電界強度を低下する絶縁層の効果を確保できる。
According to the spark plug according to
請求項5記載の点火プラグによれば、絶縁層の軸線方向における内面の先端からの長さは、内面の先端における絶縁層と絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離以上である。よって、請求項1から4のいずれかの効果に加え、電界強度を低下する絶縁層の効果を確保できる。
According to the spark plug according to
請求項6記載の点火装置によれば、交流電圧または複数回のパルス電圧を中心電極に印加する電圧印加部により、請求項1から5のいずれかに記載の点火プラグの先端部の外面にプラズマが発生する。よって、請求項1から5のいずれかの効果が得られる。
According to the ignition device according to
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施の形態における点火装置10の模式図である。点火装置10は、点火プラグ11と電圧印加部12とを備えている。点火プラグ11は、燃焼室14の内側に先端を露出させた状態で内燃機関13のねじ穴15に取り付けられる。点火プラグ11は、後端が電圧印加部12と電気的に接続されている。電圧印加部12は、バッテリ(図示せず)から供給される電力を用いて、交流電圧または複数回のパルス電圧を点火プラグ11に印加する。これにより、点火プラグ11は非平衡プラズマを発生させ、燃焼室14の混合気に着火する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view of the
図2及び図3を参照して点火プラグ11について説明する。図2は点火プラグ11の軸線Oを境にした片側断面図であり、図3は絶縁体40の先端部48を拡大した点火プラグ11の片側断面図である。図2及び図3では、紙面下側を点火プラグ11の先端側、紙面上側を点火プラグ11の後端側という(図4(a)、図4(b)、図4(c)、図5(a)及び図5(b)においても同じ)。図2に示すように点火プラグ11は、主体金具20、絶縁体40及び中心電極50を備えている。
The
図2に示すように主体金具20は、内燃機関13(図1参照)のねじ穴15に固定される略円筒状の部材であり、導電性を有する金属材料(例えば低炭素鋼等)によって形成されている。主体金具20は、後端側から先端側へと軸線Oに沿って加締め部21、工具係合部22、湾曲部23、座部24、胴部25の順に連接されている。胴部25は外周面にねじ部26が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
加締め部21及び湾曲部23は、主体金具20を絶縁体40に固定するための部位である。工具係合部22は、ねじ部26をねじ穴15(図1参照)に結合するときにレンチ等の工具を係合させる部位である。座部24は、胴部25の後端側に位置し、径方向外側に環状に突出する部位である。座部24は、胴部25との間に環状のガスケット53が配置される。ガスケット53は、ねじ穴15にねじ部26が嵌められたときに、座部24と内燃機関13とに挟まれてねじ穴15とねじ部26との隙間を封止する。胴部25は、内周に棚部27(図3参照)が形成されている。
The crimping
絶縁体40は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された有底円筒状の部材である。絶縁体40は、自身の後端に開口し先端が閉じた穴部41が軸線Oに沿って形成されている。絶縁体40は、軸線O方向に延びる胴部42と、胴部42の軸線O方向の中央から径方向の外側へ張り出す環状の張出部43と、係止部44を介して胴部42の先端側に連接される脚部45と、を備えている。脚部45の外径は胴部42の外径よりも小さく設定されており、係止部44の外径は、先端側へ向かうにつれて縮径している。
The
絶縁体40は主体金具20に挿入される。絶縁体40の係止部44と主体金具20の棚部27との間にパッキン54(図3参照)が介在する。パッキン54は、主体金具20を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。
The
絶縁体40の張出部43よりも後端側の胴部32と主体金具20の工具係合部22との間に、リング部材55及びリング部材55に挟まれたタルク等の充填材56が配置される。主体金具20の加締め部21が絶縁体40に向けて径方向内側に加締められると、リング部材55及び充填材56を介して、絶縁体40が主体金具20の棚部27へ向けて押圧される。その結果、主体金具20は、パッキン54、リング部材55及び充填材56を介して絶縁体40を固定する。
A
中心電極50は、導電性を有する金属材料(例えばニッケル基合金等)によって形成された棒状の電極である。中心電極50は、絶縁体40の穴部41内に係止され、先端側から後端側へと軸線Oに沿って延びる。
The
端子金具51は、電圧印加部12(図1参照)が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料(例えば低炭素鋼等)によって形成されている。端子金具51の先端側は絶縁体40の穴部41内に配置される。端子金具51と中心電極50との間に、導電性を有するシール材52が配置される。シール材52により中心電極50と端子金具51とは穴部41内で電気的に接続される。
The
図3に示すように絶縁体40の脚部45は、係止部44の先端側に連接される第1部46と、第1部46の先端側に連接される第2部47と、を備えている。第1部46及び第2部47は、それぞれ外径が軸線O方向に亘って同一に設定されている。第2部47は、第1部46の外径よりも外径が小さく設定される。第1部46の径方向の外側に主体金具20の胴部25が配置され、第1部46の先端側および第2部47は、胴部25から先端側に突出する。先端部48は、絶縁体40のうち、主体金具20よりも軸線O方向の先端側に存在する部分である。先端部48にプラズマが発生する。
As shown in FIG. 3, the
主体金具20の胴部25は、絶縁体40の第1部46の径方向の外側に配置される。胴部25の内面28と第1部46との隙間が大きくなると、胴部25と第1部46との間にプラズマが発生し易くなり、エネルギー損失が生じ、先端部48に生じるプラズマの量が減り着火性が低下する。また、胴部25の内面28と第1部46との隙間が大きくなると、脚部45の熱が主体金具20へ伝わり難くなるので、先端部48が異常過熱し、先端部48が熱源となって着火する不具合が生じ易くなる。そこで、胴部25と第1部46との隙間はできるだけ狭くするのが好ましい。
The
しかし、主体金具20や絶縁体40の寸法のばらつきや組み付け精度、絶縁体40と主体金具20との線膨張差などを考慮して、胴部25と第1部46との間には一定の大きさの隙間(例えば0.2〜0.5mm程度)が設けられている。電界が集中し易い主体金具20の先端(エッジ)に強いプラズマが発生し易いので、絶縁体40(第1部46)が貫通(絶縁破壊)するおそれがある。点火プラグ11には交流電圧または複数回のパルス電圧が印加されるので、電界強度の高い部分にプラズマが重畳され、絶縁体40が貫通に至り易い。そこで、主体金具20の内面28を覆う絶縁層31が設けられる。
However, in consideration of the variation in dimensions of the main metal fitting 20 and the
図4(a)を参照して絶縁層31について説明する。図4(a)は図3のIVaで示す部分を拡大して示した点火プラグ11の断面図である。点火プラグ11は、主体金具20(胴部25)の内面28のうち内面28の先端29から後端側(図4(a)上側)の一部を、全周に亘って覆う絶縁層31が設けられている。
The insulating
なお、主体金具20の内面28とは、絶縁体40の外周と対向する面のことをいう。本実施の形態では、内面28は、棚部27の先端(図3下側)から先端29まで軸線O方向に亘って直径が同一である。内面28の先端29とは、主体金具20の先端面30と内面28とが交わる角のことをいう。主体金具20の先端面30とは、主体金具20の先端側を向く面のことをいう。
The
絶縁層31は、1×107〜1×1015Ω・m程度の体積抵抗率を有している。絶縁層31は、化学蒸着(CVD)、絶縁塗料の塗布および焼き付け、めっき、溶射などの周知の手段で主体金具20に形成される。絶縁層31があると、絶縁層31が無い場合に比べて、内面28の先端29の電界強度を低くできるので、先端29と脚部45との間にプラズマを生じ難くできる。その結果、絶縁体40(脚部45)の貫通を抑制できると共に、先端29にプラズマが発生することによるエネルギー損失を抑制し、先端部48からのプラズマの発生量を相対的に増やすことができる。
The insulating
絶縁層31の軸線O方向における先端29から後端側の端32までの長さLは、先端29における絶縁層31と絶縁体40との間の、軸線O(図3参照)に垂直な方向の距離D以上の長さ、即ちL/D≧1に設定される。先端29付近が距離D以上の長さLの絶縁層31で覆われていれば、電界が集中する先端29の電界強度を抑制できる。
The length L from the
絶縁層31の厚さTは、距離Dの0.1倍以上に設定される。なお、絶縁層31は厚さTを均一にする必要はない。絶縁層31のうち薄い部分の厚さが距離Dの0.1倍以上あれば、効果が得られるからである。
The thickness T of the insulating
次に図4(b)を参照して第2実施の形態について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図4(b)は第2実施の形態における点火プラグ60の一部を拡大して示した断面図である。なお、図4(b)は、図4(a)と同じ部分が図示されている(図4(c)、図5(a)図5(b)及び図5(c)においても同じ)。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 4 (b). The same parts as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the following description will be omitted. FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view showing a part of the
点火プラグ60は、主体金具61の先端面62のうち内面28と連絡する部分に面取りが施されている。点火プラグ60は、主体金具61の先端面62と内面28とが交わる先端29から後端側(図4(b)上側)の内面28の一部を、全周に亘って覆う絶縁層31が設けられている。第2実施の形態の点火プラグ60によれば、絶縁層31により、第1実施の形態と同様の効果が得られる。
The
図4(c)を参照して第3実施の形態について説明する。第1実施の形態および第2実施の形態では、内面28の一部が絶縁層31で覆われる場合について説明した。これに対し第3実施の形態では、内面28及び先端面30の一部が絶縁層71で覆われる場合について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図4(c)は第3実施の形態における点火プラグ70の一部を拡大して示した断面図である。
The third embodiment will be described with reference to FIG. 4 (c). In the first embodiment and the second embodiment, the case where a part of the
点火プラグ70は、主体金具20の内面28の先端29付近を覆う絶縁層71を備えている。絶縁層71は、主体金具20の内面28の先端29から後端側(図4(c)上側)の一部を全周に亘って覆う内面部72と、先端29から先端面30の外側(図4(c)左側)の一部を全周に亘って覆う端面部73と、を備えている。内面部72に加えて端面部73を設けることにより、先端29の電界の集中をさらに抑制できるので、絶縁層71による絶縁体40の貫通を抑制する効果を向上できる。
The
内面部72の軸線O方向における先端29から後端側の端74までの長さLは、先端29における内面部72と絶縁体40との間の、軸線O(図3参照)に垂直な方向の距離D以上の長さ、即ちL/D≧1に設定される。
The length L from the
なお、軸線O(図3参照)に直交する方向における先端29から径方向外側の端75までの絶縁層71の長さM(内面部72の厚さTを含まない長さ)は、距離Dの4.2倍以上に設定される。また、内面部72及び端面部73の厚さTは、距離Dの0.1倍以上に設定される。
The length M of the insulating layer 71 (the length excluding the thickness T of the inner surface portion 72) from the
次に図5(a)を参照して第4実施の形態について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図5(b)は第4実施の形態における点火プラグ80の一部を拡大して示した断面図である。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 5 (a). The same parts as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the following description will be omitted. FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view showing a part of the
点火プラグ80は、主体金具81の先端面82のうち内面28と連絡する部分に丸みが付けられている。主体金具81の先端面82と内面28とが交わる先端29を覆う絶縁層83が、点火プラグ80に設けられている。絶縁層83は内面部84及び端面部85を備えている。内面部84は、先端29から後端側(図5(a)上側)の内面28の一部を全周に亘って覆う部分である。端面部85は、先端29から先端面82の外側(図5(a)左側)の一部を全周に亘って覆う部分である。
The
内面部84の軸線O方向における先端29から後端側の端86までの長さLは、先端29における内面部84と絶縁体40との間の、軸線O(図3参照)に垂直な方向の距離D以上の長さ、即ちL/D≧1に設定される。
The length L from the
軸線O(図3参照)に直交する方向における先端29から径方向外側の端87までの絶縁層83の長さM(内面部84の厚さTを含まない長さ)は、距離Dの4.2倍以上に設定される。第4実施の形態の点火プラグ80によれば、絶縁層83により、第3実施の形態と同様の効果が得られる。
The length M (the length excluding the thickness T of the inner surface portion 84) of the insulating
図5(b)を参照して第5実施の形態について説明する。第1実施の形態から第4実施の形態では、絶縁層31,71,83の厚さTがほぼ均一の場合について説明した。これに対し第5実施の形態では、絶縁層91の端94,95に近づくにつれて厚さが次第に薄くなる絶縁層91について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図5(b)は第5実施の形態における点火プラグ90の一部を拡大して示した断面図である。
The fifth embodiment will be described with reference to FIG. 5 (b). In the first to fourth embodiments, the case where the thickness T of the insulating
点火プラグ90は、主体金具20の内面28の先端29付近を覆う絶縁層91を備えている。絶縁層91は、内面部92及び端面部93を備えている。内面部92は、先端29から後端側(図5(b)上側)の内面28の一部を全周に亘って覆う部分である。端面部93は、先端29から先端面30の外側(図5(b)左側)の一部を全周に亘って覆う部分である。
The
絶縁層91の軸線O方向における先端29から後端側の端94までの長さLは、先端29における絶縁層91と絶縁体40との間の、軸線O(図3参照)に垂直な方向の距離D以上の長さ、即ちL≧Dに設定される。端95は、内面部92の厚さTが距離Dの0.1倍となる部位である。そのため、内面部92の厚さTは、距離Dの0.1倍以上に設定される。
The length L from the
また、軸線O(図3参照)に直交する方向における先端29から径方向外側の端95までの絶縁層91の長さM(先端29における内面部92の厚さTを含まない長さ)は、距離Dの4.2倍以上に設定される。端95は、端面部93の厚さTが距離Dの0.1倍となる部位である。そのため、端面部93の厚さTは、距離Dの0.1倍以上に設定される。第5実施の形態の点火プラグ90によれば、絶縁層91により、第3実施の形態と同様の効果が得られる。
Further, the length M of the insulating
図5(c)を参照して第6実施の形態について説明する。第5実施の形態では、絶縁層91の端94,95に近づくにつれて絶縁層91の厚さTが次第に薄くなる場合について説明した。これに対し第6実施の形態では、絶縁層101の端104,105に近づくにつれて厚さが次第に薄くなる部分と、厚さがほぼ均一の部分と、が併存する絶縁層101について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図5(c)は第6実施の形態における点火プラグ100の一部を拡大して示した断面図である。
The sixth embodiment will be described with reference to FIG. 5 (c). In the fifth embodiment, the case where the thickness T of the insulating
点火プラグ100は、主体金具20の内面28の先端29付近を覆う絶縁層101を備えている。絶縁層101は、内面部102及び端面部103を備えている。内面部102は、先端29から後端側(図5(c)上側)の内面28の一部を全周に亘って覆う部分である。端面部103は、先端29から先端面30の外側(図5(c)左側)の一部を全周に亘って覆う部分である。
The
絶縁層101の軸線O方向における先端29から後端側の端104までの長さLは、先端29における絶縁層101と絶縁体40との間の、軸線O(図3参照)に垂直な方向の距離D以上の長さ、即ちL≧Dに設定される。端104は、内面部102の厚さTが距離Dの0.1倍となる部位である。そのため、内面部102の厚さTは、距離Dの0.1倍以上に設定される。
The length L from the
また、軸線O(図3参照)に直交する方向における先端29から径方向外側の端105までの絶縁層101の長さM(先端29における内面部102の厚さTを含まない長さ)は、距離Dの4.2倍以上に設定される。端105は、端面部103の厚さTが距離Dの0.1倍となる部位である。そのため、端面部103の厚さTは、距離Dの0.1倍以上に設定される。第6実施の形態の点火プラグ100によれば、絶縁層101により、第3実施の形態と同様の効果が得られる。
Further, the length M of the insulating
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
第1実施の形態で説明した絶縁層31が形成された点火プラグ11について、コンピュータを用いて絶縁層31の長さLと電界強度との関係をシミュレーション(静電場解析)した。ソフトウェアはANSYS Mechanical APDL(ANSYS, Inc.)を用い、シミュレーションの対象は2D軸対称モデルとした。
(Example 1)
For the
モデルの各部の寸法は以下のとおりであった(図3参照)。中心電極50の外径D1=Φ1.7mm、絶縁体40の第2部47の外径D2=Φ4.1mm、絶縁体40の第1部46の外径D3=Φ7.2mm、第1部46のうち主体金具20から突出した部分の長さL1=1.0mm、中心電極50のうち主体金具20から突出した部分の長さL2=11.3mm、絶縁体40の先端部48の長さL3=12.7mm、絶縁層31の厚さT=0.1mm、絶縁層31から絶縁体40までの距離D=0.25mm。
The dimensions of each part of the model were as follows (see FIG. 3). The outer diameter D1 of the
絶縁体40及び絶縁層31の比誘電率を9.5、先端部48を取り囲む空気(比誘電率は1.0)の体積をΦ104mm×62.7mmとした。絶縁層31の長さLを0.2〜5.3mmの範囲で変化させ、中心電極50によって絶縁体40の穴部41の内表面と主体金具20との間に20kVの電圧を印加したときの電界強度(V/m)を計算した。
The relative permittivity of the
図6(a)は絶縁層31から絶縁体40までの距離Dに対する絶縁層31の軸線方向の長さLの比率(L/D)と電界強度の低減率(%)との関係を示す図である。電界強度の低減率(%)は、絶縁層31が無い場合の内面28の先端29の電界強度に対して、絶縁層31の表面(特にエッジの部分)の電界強度がどれだけ低減したかを示す指標である。なお、絶縁層31が無い場合は、内面28の先端29から絶縁体40までの距離を0.25mmにするため、絶縁体40の第1部46の外径D3=Φ7.4mmとした。
FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the ratio (L / D) of the axial length L of the insulating
図6(a)から、L/D=1を境にしてグラフの傾きが大きく変化することがわかった。絶縁層31をL/D≧1に設定することにより、主体金具20の内面28の先端29付近の電界強度を低下する効果を高くできることが明らかになった。
From FIG. 6A, it was found that the slope of the graph changed significantly with L / D = 1 as the boundary. It has been clarified that by setting the insulating
(実施例2)
第1実施の形態で説明した絶縁層31の効果と、第3実施の形態で説明した絶縁層71の効果と、を比較するシミュレーションを行った。絶縁層31の長さL、絶縁層71のうち内面部72の長さL及び端面部73の長さMを5.3mmとし、絶縁層31、内面部72及び端面部73の厚さTを0.01〜0.8mmの範囲で変化させた以外は、実施例1と同じ条件の下で電界強度を計算した。
(Example 2)
A simulation was performed to compare the effect of the insulating
なお、主体金具20に端面部73を設ける場合は、端面部73の厚さTの分だけ主体金具20の軸線O方向の長さを短縮した。また、主体金具20の内面に絶縁層を設ける場合は、絶縁層から絶縁体40までの距離を0.25mmにするため、絶縁層の厚さTに応じて絶縁体40の第1部46の外径D3を調整した。
When the
図6(b)は主体金具20の内面28に形成された絶縁層31による電界強度の低減率と、主体金具20の内面28及び先端面30に形成された絶縁層71による電界強度の低減率と、を比較した図である。図6(b)は、横軸に距離Dに対する厚さTの比率(T/D)をとり、縦軸に電界強度の低減率(%)をとった。破線は絶縁層31のグラフであり、実線は絶縁層71のグラフである。図6(b)から、主体金具20に絶縁層71(端面部73)を設けることより、電界強度の低減率を大きくできることが明らかになった。
FIG. 6B shows the reduction rate of the electric field strength by the insulating
(実施例3)
第3実施の形態で説明した絶縁層71の長さMと距離Dとの関係を調べるシミュレーションを行った。絶縁層71の内面部72の長さLを5.3mm、内面部72及び端面部73の厚さTを0.1mmとし、端面部73の長さMを0.4〜4.45mmの範囲で変化させた以外は、実施例1と同じ条件の下で電界強度を計算した。
(Example 3)
A simulation was performed to investigate the relationship between the length M and the distance D of the insulating
図7(a)は絶縁層71から絶縁体40までの距離Dに対する絶縁層71の軸直角方向の長さMの比率(M/D)と電界強度の低減率(%)との関係を示す図である。図7(a)から、M/D=4.2を境にしてグラフの傾きが変化することがわかった。絶縁層71をM/D≧4.2に設定することにより、主体金具20の内面28の先端29付近の電界強度を低下する効果を高くできることが明らかになった。
FIG. 7A shows the relationship between the ratio (M / D) of the length M of the insulating
(実施例4)
第1実施の形態で説明した絶縁層31の厚さTと距離Dとの関係を調べるシミュレーションを行った。絶縁層31の長さLを5.3mmとし、距離Dを0.15〜0.5mmの範囲、絶縁層31の厚さTを0.01〜0.8mmの範囲で変化させた以外は、実施例1と同じ条件の下で電界強度を計算した。
(Example 4)
A simulation was performed to investigate the relationship between the thickness T of the insulating
図7(b)は絶縁層31から絶縁体40までの距離Dに対する絶縁層31の厚さTの比率(T/D)と電界強度の低減率(%)との関係を示す図である。図7(b)から、T/D<0.1のときの低減率に対して、T/D≧0.1のときの低減率を約3倍以上にできることがわかった。よって、絶縁層31は、距離Dの1/10以上の厚さTがあれば望ましいことが明らかになった。
FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the ratio (T / D) of the thickness T of the insulating
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is easy to infer.
上記各実施の形態では、主体金具20の内面28が、棚部27の先端(図3下側)から先端29まで軸線O方向に亘って直径が同一の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。主体金具20の内面28の形状や直径は、主体金具20による熱放散性や組み付け精度などを考慮して適宜設定できる。
In each of the above embodiments, the case where the
上記各実施の形態では、絶縁体40の係止部44よりも先端側の脚部45が、根元の第1部46の直径に比べて先端側の第2部47の直径が小さい場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。軸線O方向に亘って脚部45の直径を同一にすることは当然可能である。また、絶縁体40の脚部45のうち主体金具20から先端側に突出した部分の直径を、脚部45のうち主体金具20の内側に存在する部分の直径より大きくすることは当然可能である。
In each of the above embodiments, the case where the
上記各実施の形態では、中心電極50のうち脚部45の内側に配置される部分の直径が軸線O方向に亘って同一の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。中心電極50の根元の部分の直径よりも脚部45の先端側に配置される部分の直径を大きくすることは当然可能である。脚部45の直径や中心電極50の直径を適宜設定することにより、絶縁体40の先端部48の表面積や径方向の厚さを設定して、先端部48の周囲に発生するプラズマの量を適宜設定できる。
In each of the above embodiments, the case where the diameter of the portion of the
上記各実施の形態では、絶縁体40が一つの部材で形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。絶縁体40を複数の部材に分割し、その部材間を接着やねじ等によって接合して絶縁体40とすることは当然可能である。
In each of the above embodiments, the case where the
10 点火装置
11,60,70,80,90,100 点火プラグ
12 電圧印加部
20,61,81 主体金具
28 主体金具の内面
29 内面の先端
30,62,82 主体金具の先端面
31,71,83,91,101 絶縁層
40 絶縁体
48 絶縁体の先端部
50 中心電極
75,87,95,105 端
D 距離
L,M 長さ
O 軸線
T 厚さ
10
Claims (6)
前記絶縁体に自身の先端が内包される中心電極と、
前記絶縁体の先端部が自身の先端から突出する状態で前記絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、
前記主体金具の内面のうち少なくとも前記内面の先端から後端側の一部を、全周に亘って覆う絶縁層を備え、
前記絶縁層の厚さは、前記内面の前記先端における前記絶縁層と前記絶縁体との間の軸線に垂直な方向の距離の0.1倍以上である点火プラグ。 A bottomed tubular insulator that extends from the front end side to the rear end side along the axis and has a closed tip.
A center electrode whose tip is included in the insulator,
A spark plug including a tubular main metal fitting that holds the insulator from the outer peripheral side in a state where the tip portion of the insulator protrudes from its own tip.
An insulating layer is provided which covers at least a part of the inner surface of the main metal fitting from the tip end side to the rear end side of the inner surface over the entire circumference .
A spark plug in which the thickness of the insulating layer is 0.1 times or more the distance in the direction perpendicular to the axis between the insulating layer and the insulator at the tip of the inner surface .
前記絶縁体に自身の先端が内包される中心電極と、
前記絶縁体の先端部が自身の先端から突出する状態で前記絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、
前記主体金具の内面のうち少なくとも前記内面の先端から後端側の一部を、全周に亘って覆う絶縁層を備え、
前記絶縁層は、さらに、前記主体金具の先端面のうち少なくとも前記内面の前記先端から径方向外側の一部を、全周に亘って覆い、
前記絶縁層の軸線に直交する方向における前記内面の前記先端から径方向外側の端までの長さは、前記内面の前記先端における前記絶縁層と前記絶縁体との間の、軸線に垂直な方向の距離の4.2倍以上である点火プラグ。 A bottomed tubular insulator that extends from the front end side to the rear end side along the axis and has a closed tip.
A center electrode whose tip is included in the insulator,
A spark plug including a tubular main metal fitting that holds the insulator from the outer peripheral side in a state where the tip portion of the insulator protrudes from its own tip.
An insulating layer is provided which covers at least a part of the inner surface of the main metal fitting from the tip end side to the rear end side of the inner surface over the entire circumference .
The insulating layer further covers at least a part of the tip surface of the main metal fitting radially outward from the tip of the inner surface over the entire circumference.
The length from the tip of the inner surface to the outer end in the radial direction in the direction orthogonal to the axis of the insulating layer is the direction perpendicular to the axis between the insulating layer and the insulator at the tip of the inner surface. Spark plug that is more than 4.2 times the distance of .
交流電圧または複数回のパルス電圧を前記中心電極に印加することによって前記先端部の外面に非平衡プラズマを発生させる電圧印加部と、を備える点火装置。 The spark plug according to any one of claims 1 to 5.
An ignition device including a voltage application unit that generates non-equilibrium plasma on the outer surface of the tip portion by applying an AC voltage or a plurality of pulse voltages to the center electrode.
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