JP7274320B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。
スパークプラグは、車両用エンジン、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いられる。特許文献1に記載されたスパークプラグは、先端部に、カバー部に囲われた内側空間を有する。内側空間内には、火花放電を発生させる一対の電極が設けられている。そして、カバー部は、主燃焼室と内側空間とを連通する複数の貫通孔を備える。そして、複数の貫通孔を偏在させることで、内側空間の中央部で火花放電を発生させた際、初期火炎は、電極から遠ざかる方向に成長する。その結果、初期火炎の熱を、電極によって奪われにくくすることで、内側空間内の燃焼を促進させている。
特開2014-159778号公報
しかしながら、貫通孔から流入した気流が内側空間内の中央部に届くまでに減衰されやすい。それゆえ、特許文献1に記載のスパークプラグのように、放電ギャップが内側空間の中央部付近に配置されていると、発生した火花放電が伸長しにくい。それゆえ、火花放電から燃料への熱の伝達が部分的なものとなるおそれがあり、着火性を向上させる観点から改善の余地がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性を向上させることができる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。
本発明の第1の態様は、筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(41)を突出させた中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記先端突出部の少なくとも一部を覆うように上記ハウジングの先端部に設けられたカバー部(5)と、を有し、
上記カバー部には、該カバー部の内側空間(51)と上記カバー部の外部とを連通させる貫通孔が形成されており、
上記カバー部における少なくとも一部の上記貫通孔の内周端部(521)は、上記中心電極との間に放電ギャップGを形成する接地電極を構成しており、
該接地電極は、該接地電極が面する上記貫通孔である第1貫通孔(52)の内側へ向かうほど厚みが小さくなる先細り形状を有し、
上記中心電極の先端面の外周端縁(411)が、上記第1貫通孔の内周面の先端側の端部(525)よりも先端側に配置されており
上記接地電極は、厚み方向の両側に、傾斜面を有し、
上記接地電極は、上記傾斜面として、上記内側空間側を向いた内側傾斜面(522)と、上記カバー部の外側を向いた外側傾斜面(523)とを有し、上記第1貫通孔の径方向において、上記外側傾斜面は上記内側傾斜面よりも長い、内燃機関用のスパークプラグ(1)にある。
本発明の第2の態様は、筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(41)を突出させた中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記先端突出部の少なくとも一部を覆うように上記ハウジングの先端部に設けられたカバー部(5)と、を有し、
上記カバー部には、該カバー部の内側空間(51)と上記カバー部の外部とを連通させる貫通孔が形成されており、
上記カバー部における少なくとも一部の上記貫通孔の内周端部(521)は、上記中心電極との間に放電ギャップ(G)を形成する接地電極を構成しており、
該接地電極は、該接地電極が面する上記貫通孔である第1貫通孔(52)の内側へ向かうほど厚みが小さくなる先細り形状を有し、
上記中心電極の先端面の外周端縁(411)が、上記第1貫通孔の内周面の先端側の端部(525)よりも先端側に配置されており、
上記接地電極は、厚み方向の両側に、傾斜面を有し、
上記接地電極は、上記傾斜面として、上記内側空間側を向いた内側傾斜面(522)と、上記カバー部の外側を向いた外側傾斜面(523)とを有し、上記第1貫通孔の中心軸(C2)を含む平面による断面形状において、上記外側傾斜面は、上記内側傾斜面よりも長い、内燃機関用のスパークプラグ(1)にある。
上記の内燃機関用のスパークプラグにおいては、貫通孔の内周端部が、中心電極との間に放電ギャップを形成する接地電極を構成している。これにより、放電ギャップに形成された火花放電が、貫通孔を通過する気流によって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。
また、接地電極は、上記のような先細り形状を有するため、その先端付近の電界強度が強くなりやすい。これにより、放電ギャップにおいて確実に生じる火花放電が、上述のように、気流によって伸長することで、着火性を向上させることができる。
以上のごとく、上記態様によれば、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
参考形態1における、スパークプラグの断面図。 参考形態1における、スパークプラグを先端側(Z方向)から見た平面図。 図2におけるIII-III線矢視断面図。 参考形態1における、内側傾斜面と外側傾斜面の長さを示す、スパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態1における、スパークプラグを用いた内燃機関の断面図。 参考形態1における、圧縮行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態1における、圧縮行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態1における、膨張行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態1における、膨張行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態2における、スパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態2における、内側傾斜面と外側傾斜面の長さを示す、スパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態2における、圧縮行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態2における、圧縮行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態3における、圧縮行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態3における、圧縮行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態4における、膨張行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態4における、膨張行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態5における、スパークプラグを先端側(Z方向)から見た平面図。 参考形態6における、スパークプラグを先端側(Z方向)から見た平面図。 参考形態7における、スパークプラグの断面図。 参考形態7における、スパークプラグを先端側(Z方向)から見た平面図。 図21におけるXXII-XXII線矢視断面図。 参考形態7における、スパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態7における、内側傾斜面と外側傾斜面の長さを示す、スパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態7における、圧縮行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態7における、圧縮行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態7における、膨張行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 参考形態7における、膨張行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 実施形態1における、膨張行程時の、火花放電が伸長する前のスパークプラグの内側空間周辺の断面図。 実施形態1における、膨張行程時の、火花放電が伸長したときのスパークプラグの内側空間周辺の断面図。
参考形態1
内燃機関用のスパークプラグ1に係る参考形態について、図1~図5を参照して説明する。
本形態における内燃機関用のスパークプラグ1は、図1に示すごとく、筒状の絶縁碍子3と、中心電極4と、筒状のハウジング2と、カバー部5とを有する。絶縁碍子3は、中心電極4を内側に保持する。中心電極4は、絶縁碍子3の先端側に先端突出部41を突出させている。ハウジング2は、筒状を呈している。ハウジング2は、絶縁碍子3を内周側に保持する。カバー部5は、先端突出部41の少なくとも一部を覆うようにハウジング2の先端部24に設けられている。カバー部5には、カバー部5の内側空間51とカバー部5の外部とを連通させる貫通孔が形成されている。また、図3に示すごとく、カバー部5における少なくとも一部の貫通孔の内周端部521は、中心電極4との間に放電ギャップGを形成する接地電極を構成している。接地電極は、第1貫通孔52の内側へ向かうほど厚みが小さくなる先細り形状を有する。第1貫通孔52は、接地電極が面する貫通孔である。
本明細書において、スパークプラグ1の中心軸C1が延びる方向を、適宜、Z方向という。また、Z方向における点火コイルと接続される側を基端側といい、主燃焼室6内に配される側を先端側という。
絶縁碍子3は、筒状を呈する。また、絶縁碍子3は、図1に示すごとく、その先端側において、先端突出部41を突出させるように、中心電極4を内周側に保持している。絶縁碍子3は、例えばアルミナ等のセラミックからなる。
中心電極4は、全体として略円柱形状を呈している。また、中心電極4は、図1に示すごとく、その中心軸をスパークプラグ1の中心軸C1と略一致するよう配されている。また、中心電極4は、先端突出部41を絶縁碍子3から露出させている。
ハウジング2は、図1に示すごとく、略円筒形状を呈する。ハウジング2は、図1、図2に示すごとく、スパークプラグ1を内燃機関のシリンダヘッド61に取り付けるための取付ネジ部21を有する。そして、スパークプラグ1は、図5に示すごとく、ハウジング2の取付ネジ部21を、シリンダヘッド61に設けられた雌ネジ穴611に螺合することで、内燃機関に取り付けられる。また、図1に示すごとく、取付ネジ部21の基端側の外周には、シリンダヘッド61とスパークプラグ1との間をシールするガスケット22が配されている。そして、ハウジング2におけるガスケット22の基端側には、シリンダヘッド61に対してガスケット22を介して圧接する座部23が形成されている。座部23は、取付ネジ部21よりも外周側に突出するよう形成されている。
カバー部5は、図1に示すごとく、中心電極4の先端突出部41を覆うように、ハウジング2の先端部24に設けられている。そして、カバー部5は、取付ネジ部21の先端側に設けてある。また、カバー部5の内側には、内側空間51が形成される。カバー部5には、複数の貫通孔52、53が形成されている。貫通孔52、53は、カバー部5の内側空間51と、カバー部5の外部である主燃焼室6(図5参照)とを連通させる。カバー部5は、図3に示すごとく、貫通孔52、53として、放電ギャップGを形成する第1貫通孔52と、第1貫通孔52とは異なる方向に開口した第2貫通孔53とを有する。
また、カバー部5は、ハウジング2と一体で形成されてもよい。また、カバー部5は、ハウジング2とは異なる別部材で形成されていてもよい。カバー部5がハウジング2とは異なる別部材であるときは、第1貫通孔52及び第2貫通孔53が形成されたキャップ状のカバー部5を、ハウジング2の先端部24に溶接することで固定される。溶接を行う方法としては、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接を用いることができる。
第1貫通孔52は、図1、図3に示すごとく、スパークプラグ1の中心軸C1に沿って形成されている。そして、第1貫通孔52は、内側空間51と、カバー部5の外部とをつなぐように形成されている。また、第1貫通孔52は、カバー部5の先端部分に設けられている。第1貫通孔52は、Z方向の先端側へ向かって開口している。そして、スパークプラグ1の中心軸C1と、第1貫通孔52の中心軸C2とは、同軸上にある。
第2貫通孔53は、図2に示すごとく、スパークプラグ1をZ方向の先端側から見ると、周方向に等間隔で複数設けられている。複数の第2貫通孔53は、開口方向が放射状となっている。そして、図3に示すごとく、第2貫通孔53は、先端側へ行くほど外側へ向かうように、Z方向に対して傾斜して開口している。本形態では、図2に示すごとく、8個の第2貫通孔53が設けられている。そして、Z方向から見て、スパークプラグ1の中心軸C1と、第2貫通孔53の中心とを通る直線において、隣り合う2つの第2貫通孔53を通る直線同士がなす角度が45°となるように、各第2貫通孔53は等間隔に配されている。
上述のように、第1貫通孔52の内周端部521が接地電極を構成している。そして、本形態において、接地電極は、図3に示すごとく、厚み方向の両側に、傾斜面522、523を有する。また、接地電極は、傾斜面として、内側空間51側を向いた内側傾斜面522と、カバー部5の外側を向いた外側傾斜面523とを有する。
また、図3に示すごとく、第1貫通孔52の径方向において、外側傾斜面523は内側傾斜面522よりも長い。つまり、第1貫通孔52の径方向における外側傾斜面523の長さL2は、第1貫通孔52の径方向における内側傾斜面522の長さL1よりも長い。そして、第1貫通孔52の径方向は、Z方向に直交している。
また、図3に示すごとく、中心電極4の先端は、第1貫通孔52の中に配置されている。つまり、中心電極4の先端は、Z方向において、第1貫通孔52の先端側の開口面よりも基端側に配置されている。また、第1貫通孔52の基端側の開口面よりも先端側に配置されている。より具体的には、中心電極4の先端面の外周端縁411は、Z方向において、第1貫通孔52の内周面の基端側の端部524と、第1貫通孔52の内周面の先端側の端部525との間に配置される。
また、図4に示すごとく、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面形状において、外側傾斜面523は、内側傾斜面522よりも長い。つまり、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面である図4において、外側傾斜面523の長さL12は、内側傾斜面522の長さL11よりも長い。
カバー部5は、貫通孔として、第1貫通孔52とは異なる第2貫通孔53を有する。第2貫通孔53の開口面積は、放電ギャップGの開口面積よりも小さい。ここで、放電ギャップGの開口面積とは、第1貫通孔52の中心軸C2が延びる方向(本形態においては、Z方向)からスパークプラグ1を見たときの第1貫通孔52の面積から、中心電極4の面積を引いた面積をいう。
次に、スパークプラグ1を備えた内燃機関について説明する。
本形態におけるスパークプラグ1を備えた内燃機関は、図5に示すごとく、シリンダヘッド61と、シリンダブロック65と、シリンダ60内を往復運動するピストン64とを備える。そして、シリンダヘッド61、シリンダブロック65、及びピストン64に囲まれて、主燃焼室6が形成される。シリンダヘッド61には、吸気ポート621及び排気ポート631が形成されており、それぞれ吸気バルブ62及び排気バルブ63が備えられている。そして、シリンダヘッド61における吸気ポート621と排気ポート631との間には、スパークプラグ1が取り付けられる。
本形態のスパークプラグ1を備えた内燃機関において、ピストン64の往復運動により、主燃焼室6の容積は随時変動する。そして、ピストン64の往復運動により、内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程によるサイクルを順次繰り返す。本形態におけるスパークプラグ1を備えた内燃機関は、4ストロークエンジンである。
そして、図5に示すごとく、スパークプラグ1のカバー部5の先端は、内燃機関における主燃焼室6に露出している。そして、第1貫通孔52及び第2貫通孔53が、主燃焼室6に露出している。
次に、スパークプラグ1における火花放電Sの点火の制御について述べる。
本形態におけるスパークプラグ1の火花放電Sの点火は、内燃機関の制御部(図示略)によって制御されている。そして、制御部からの点火信号に基づき、所定のタイミングにて、点火コイル(図示略)からスパークプラグ1に高電圧を印加する。本形態においては、1サイクル中に少なくとも1回の点火を行うように制御されている。また、圧縮行程及び膨張行程の少なくとも一方において、火花放電Sの点火を行うよう制御されている。
次に、本形態の作用効果につき説明する。
本形態のスパークプラグ1は、第1貫通孔52の内周端部521が、中心電極4との間に放電ギャップGを形成する接地電極を構成している。これにより、図6、図7に示すごとく、放電ギャップGに形成された火花放電Sが、第1貫通孔52を通過する気流Aによって、伸長しやすい。それゆえ、火花放電Sと混合気との接触面積を稼ぎやすい。その結果、着火性を向上させることができる。
また、接地電極は先細り形状を有するため、その先端付近の電界強度が強くなりやすい。これにより、放電ギャップGにおいて確実に生じる火花放電Sが気流Aによって伸長することで、着火性を向上させることができる。
また、接地電極は、厚み方向の両側に、傾斜面522、523を有する。それゆえ、第1貫通孔52を通過する気流Aによって、火花放電Sの接地電極側の起点である接地側起点S2が、傾斜面522、523に沿って外周側へ移動しやすい。そのため、火花放電Sの両起点間の直線距離を稼ぎやすい。それゆえ、火花放電Sは、大きく膨らむように一層伸長しやすい。
また、接地電極の厚み方向の両側に傾斜面522、523を有することで、後述するように、圧縮行程においても、膨張行程においても、火花放電Sが伸長しやすい。
例えば、内燃機関の圧縮行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図6、図7に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6から内側空間51へと流れる気流Aに押される。そして、図7に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51内に大きく膨らむように伸長しやすい。
また、圧縮行程において火花放電Sが気流Aに押される際、図7に示すごとく、火花放電Sの接地側起点S2は、内側傾斜面522に沿って、第1貫通孔52の内周面の基端側の端部524に向かって移動しやすい。つまり、接地側起点S2は、中心電極4から遠ざかる方向に移動しやすい。また、火花放電Sの中心電極4側の起点である電極側起点S1は、先端突出部41の表面に沿って、外周端縁411から先端突出部41の基端側へと移動しやすい。そのため、火花放電Sの両起点間の直線距離を稼ぎやすい。それゆえ、火花放電Sは、内側空間51内に大きく膨らむように一層伸長しやすい。
また、膨張行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図8、図9に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51から主燃焼室6へと流れる気流Aに押される。そして、図9に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6に向かって大きく膨らむように伸長しやすい。
また、図9に示すごとく、膨張行程において、火花放電Sが内側空間51から主燃焼室6へと流れる気流Aに押されることで、接地側起点S2は主燃焼室6側へと移動しやすい。つまり、膨張行程において、接地側起点S2は、外側傾斜面523に沿って、第1貫通孔52の内周面の先端側の端部525に向かって移動しやすい。そして、接地側起点S2は、中心電極4から遠ざかる方向に移動しやすい。それゆえ、火花放電Sの両起点間の直線距離を稼ぎやすい。その結果、火花放電Sは、主燃焼室6に向かって膨らむように一層伸長しやすい。
また、第1貫通孔52の径方向において、外側傾斜面523は内側傾斜面522よりも長い。それゆえ、膨張行程において、接地側起点S2が一層、中心電極4から遠くまで移動しやすい。その結果、火花放電Sの両起点間の直線距離を一層稼ぎやすい。
また、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面形状において、外側傾斜面523は、内側傾斜面522よりも長い。それゆえ、膨張行程において、接地側起点S2の移動する距離が長くなりやすい。その結果、火花放電Sの両起点間の直線距離を一層稼ぎやすい。
また、自動車エンジン等の内燃機関が冷えている状態で稼働させる冷間始動時などにおいては、膨張行程で火花放電Sを発生させることで、以下のメリットがある。冷間始動時などは、カバー部5やハウジング2、絶縁碍子3等が低温となっていることがある。したがって、特に冷間始動時等においては、主燃焼室6に向かって火花放電Sを伸長させ、初期火炎とカバー部5等との接触面積を抑制する。これにより、初期火炎のエネルギ損失を抑えやすい。その結果、冷間始動時等における着火性を向上させることができる。
また、第2貫通孔53の開口面積は、放電ギャップGの開口面積よりも小さい。それゆえ、放電ギャップGを通る気流Aを確保しやすい。その結果、火花放電Sは、気流Aによる伸長を確保しやすい。
また、本形態のスパークプラグ1は、主燃焼室6と内側空間51とを連通する貫通孔の付近において、火花放電Sを発生させる。つまり、放電ギャップGから貫通孔までの距離が短い。そして、貫通孔付近の混合気を着火させやすい。それゆえ、貫通孔を介して、内側空間51から主燃焼室6へと、火炎を早く噴出させやすい。その結果、主燃焼室6における混合気の着火遅れが生じにくい。
以上のごとく、本形態によれば、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ1を提供することができる。
参考形態2
本形態は、図10に示すごとく、中心電極4の先端が、内側空間51内に配置された形態である。そして、Z方向において、中心電極4の先端は、第1貫通孔52の内周面の基端側の端部524よりも基端側に配置される。
また、第1貫通孔52の径方向において、内側傾斜面522は外側傾斜面523よりも長い。つまり、図10に示すごとく、第1貫通孔52の径方向における内側傾斜面522の長さL3は、第1貫通孔52の径方向における外側傾斜面523の長さL4よりも長い。
また、図11に示すごとく、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面形状において、内側傾斜面522は、外側傾斜面523よりも長い。つまり、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面である図11において、内側傾斜面522の長さL13は、外側傾斜面523の長さL14よりも長い。
その他の構成は、参考形態1と同様である。
なお、参考形態2以降において用いた符号のうち、既出の参考形態及び実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の参考形態及び実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
例えば、内燃機関の圧縮行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図12、図13に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6から内側空間51へと流れる気流Aに押される。そして、図13に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51内に大きく膨らむように伸長しやすい。
本形態のスパークプラグ1は、第1貫通孔52の径方向において、内側傾斜面522は外側傾斜面523よりも長い。それゆえ、図13に示すごとく、圧縮行程において、接地側起点S2が一層、中心電極4から遠くまで移動しやすい。その結果、火花放電Sの両起点間の直線距離を一層稼ぎやすい。
また、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面形状において、内側傾斜面522は、外側傾斜面523よりも長い。それゆえ、圧縮行程において、接地側起点S2の移動する距離が長くなりやすい。その結果、火花放電Sの両起点間の直線距離を一層稼ぎやすい。
本形態のスパークプラグ1は、中心電極4の先端が内側空間51内に配されている。そのため、放電ギャップGを形成するための距離を確保できると共に、第1貫通孔52の開口面積を小さくすることができる。それゆえ、内側空間51の混合気が燃焼して膨張する際に、内側空間51内の圧力を高く維持することができる。その結果、貫通孔を通じて、内側空間51から主燃焼室6へと勢いよく火炎を噴出させることができる。
その他、参考形態1と同様の作用効果を有する。
参考形態3
本形態は、図14、図15に示すごとく、内周端部521の全体に、内側傾斜面522が形成されている形態である。すなわち、本形態においては、接地電極における第1貫通孔52に面する端面が、先端側へ行くほどスパークプラグ1の中心軸C1に近付くように傾斜している。
その他の構成は、参考形態1と同様である。
例えば、内燃機関の圧縮行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図14、図15に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6から内側空間51へと流れる気流Aに押される。そして、図15に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51内に大きく膨らむように伸長しやすい。
また、内周端部521の全体に、内側傾斜面522が形成されている。そして、圧縮行程において、火花放電Sは主燃焼室6から内側空間51へと流れる気流Aに押される。それゆえ、図15に示すごとく、火花放電Sの接地側起点S2が、内側傾斜面522に沿って外周側へ大きく移動しやすい。そのため、火花放電Sの両起点間の直線距離を拡大しやすい。その結果、火花放電Sは、大きく膨らむように一層伸長しやすい。
その他、参考形態1と同様の作用効果を有する。
参考形態4
本形態は、図16、図17に示すごとく、内周端部521の全体に、外側傾斜面523が形成されている形態である。すなわち、本形態においては、接地電極における第1貫通孔52に面する端面が、基端側へ行くほどスパークプラグ1の中心軸C1に近付くように傾斜している。
その他の構成は、参考形態1と同様である。
例えば、内燃機関の膨張行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図16、図17に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51から主燃焼室6へと流れる気流Aに押される。そして、図17に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6側に大きく膨らむように伸長しやすい。
また、内周端部521の全体に、外側傾斜面523が形成されている。そして、膨張行程において、火花放電Sは内側空間51から主燃焼室6へと流れる気流Aに押される。それゆえ、図17に示すごとく、火花放電Sの接地側起点S2が、外側傾斜面523に沿って外周側へ大きく移動しやすい。そのため、火花放電Sの両起点間の直線距離を拡大しやすい。その結果、火花放電Sは、大きく膨らむように一層伸長しやすい。
その他、参考形態1と同様の作用効果を有する。
参考形態5
本形態は、図18に示すごとく、第1貫通孔52の形状が略楕円形状となっている形態である。中心電極4の中心軸と、第1貫通孔52の中心軸C2とは、略同軸上にある。そして、中心電極4の外周端縁411から第1貫通孔52の内周端部521までの距離は、Z方向と直交する第1貫通孔52の長径方向で最大となり、短径方向で最小となる。
その他の構成は、参考形態1と同様である。
本形態において、外周端縁411から内周端部521までの距離は、Z方向と直交する第1貫通孔52の短径方向で最小となる。そのため、第1貫通孔52の形状の設計を行う際、短径方向で火花放電Sが発生しやすいよう設計できる。それゆえ、Z方向と直交する第1貫通孔52の長径方向の形状を変更することで、放電ギャップGの開口面積を調整しやすい。
その他、参考形態1と同様の作用効果を有する。
参考形態6
本形態は、図19に示すごとく、第1貫通孔52の中心軸C2が、中心電極4の中心軸とずれている形態である。そして、スパークプラグ1の中心軸C1と、中心電極4の中心軸とは、略同軸上にある。
その他の構成及び作用効果は、参考形態1と同様である。
参考形態7
本形態においては、図20~図24に示すごとく、ハウジング2の先端部24に接合した環状の電極部材54によって、接地電極を構成した形態である。環状の電極部材54の内周側の空間が、第1貫通孔52となっている。本形態においては、ハウジング2の先端部24と、環状の電極部材54とによって、カバー部5が構成されている。つまり、環状の電極部材54が接地電極を構成すると共に、カバー部5の一部を構成している。
環状の電極部材54は、金属製の部材からなる。環状の電極部材54は、例えば、ニッケル基合金からなる環状の電極母材と、電極母材の内周面に形成された貴金属層とを有する。本形態において、環状の電極部材54の内周面は、内側傾斜面522と外側傾斜面523とを有する。貴金属層は、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)などの単体、もしくはこれらの合金からなる。
また、図22に示すごとく、環状の電極部材54のZ方向の厚みは、連通孔50のZ方向の厚みよりも大きい。
環状の電極部材54は、ハウジング2の先端部24に溶接することで固定される。溶接を行う方法としては、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接を用いることができる。
本形態において、図23に示すごとく、第1貫通孔52の径方向における外側傾斜面523の長さL6は、第1貫通孔52の径方向における内側傾斜面522の長さL5よりも長い。そして、第1貫通孔52の径方向は、Z方向に直交している。
なお、第1貫通孔52の径方向における外側傾斜面523の長さL6よりも、第1貫通孔52の径方向における内側傾斜面522の長さL5の方が長い形態を採用することもできる。
本形態において、スパークプラグ1の中心軸C1と、第1貫通孔52の中心軸C2とは、同軸上にある。そして、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面である図24において、外側傾斜面523の長さL16は、内側傾斜面522の長さL15よりも長い。
なお、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面形状において、外側傾斜面523の長さL16よりも、内側傾斜面522の長さL15の方が長い形態を採用することもできる。
第2貫通孔53は、図21に示すごとく、スパークプラグ1をZ方向の先端側から見ると、周方向に等間隔で複数設けられている。本形態では、4個の第2貫通孔53が設けられている。
複数の第2貫通孔53は、図21、図22に示すごとく、ハウジング2の先端部24に形成された連通孔50の一部を、環状の電極部材54が塞ぐことによって形成されている。すなわち、ハウジング2の先端部24には、カバー部5の内側空間51と外部とを連通する連通孔50が設けられている。連通孔50は、図21に示すごとく、Z方向から見ると、第1貫通孔52の径方向に向かって、四方に突出するように形成されている。そして、連通孔50は、回転対称形状を有する。
このように形成された連通孔50の一部が、ハウジング2の先端部24に設けられた環状の電極部材54により覆われている。これにより、図21に示すごとく、連通孔50における環状の電極部材54の外周側に複数の第2貫通孔53が形成される。そして、環状の電極部材54の内側が、第1貫通孔52として、内側空間51と外部とを連通させることとなる。
また、第1貫通孔52及び第2貫通孔53は、図21、図22に示すごとく、Z方向に沿って形成されている。そして、第1貫通孔52及び第2貫通孔53は、Z方向の先端側が、外部に向かって開口している。
その他の構成は、参考形態1と同様である。
例えば、内燃機関の圧縮行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図25、図26に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6から内側空間51へと流れる気流Aに押される。そして、図26に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51に大きく膨らむように伸長しやすい。
また、内燃機関の膨張行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図27、図28に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51から主燃焼室6へと流れる気流Aに押される。そして、図28に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6側に大きく膨らむように伸長しやすい。
また、第1貫通孔52の径方向において、外側傾斜面523は内側傾斜面522よりも長い。それゆえ、膨張行程において、接地側起点S2が一層、中心電極4から遠くまで移動しやすい。その結果、火花放電Sの両起点間の直線距離を一層稼ぎやすい。
また、第1貫通孔52の中心軸C2を含む平面による断面形状において、外側傾斜面523は、内側傾斜面522よりも長い。それゆえ、膨張行程において、接地側起点S2の移動する距離が長くなりやすい。その結果、火花放電Sの両起点間の直線距離を一層稼ぎやすい。
また、本形態は、環状の電極部材54が接地電極を構成している。そして、環状の電極部材54のZ方向の厚みは、連通孔50のZ方向の厚みよりも大きい。それゆえ、傾斜面522、523を長くしやすい。その結果、火花放電Sの両起点間の直線距離を一層稼ぎやすい。
また、環状の電極部材54とハウジング2の先端部24とは、Z方向において互いに対向して接触している。そして、環状の電極部材54とハウジング2の先端部24との接触面積を大きく確保しやすい。これにより、放電ギャップGに面する接地電極からハウジング2への放熱経路を短くできる。その結果、接地電極の温度上昇を抑制することで、接地電極の電極消耗を抑制することができる。すなわち、スパークプラグ1の長寿命化が可能となる。
また、中心電極4の先端面の外周端縁411に対向する環状の電極部材54が、ハウジング2の先端部24に接合されている。それゆえ、環状の電極部材54をハウジング2に接合する際に、中心電極4との位置関係を調整しやすい。すなわち、環状の電極部材54をハウジング2の先端部24に沿って移動させながら、中心電極4に対する相対位置を調整することができる。その結果、各部品の寸法バラツキや組付けバラツキが大きい場合においても、放電ギャップGを容易に調整することができる。
その他、参考形態1と同様の作用効果を有する。
実施形態1
本実施形態は、図29、図30に示すごとく、中心電極4の外周端縁411が、第1貫通孔52の内周面の先端側の端部525よりも先端側に配置された形態である。そして、外周端縁411は、内燃機関に設置された際には、主燃焼室6内に配される。
その他の構成は、参考形態7と同様である。
例えば、内燃機関の膨張行程において火花放電Sを放電ギャップGに生じさせる場合、図29、図30に示すごとく、火花放電Sは、内側空間51から主燃焼室6へと流れる気流Aに押される。そして、図30に示すごとく、火花放電Sは、主燃焼室6側に大きく膨らむように伸長しやすい。
その他、参考形態7と同様の作用効果を有する。
上記実施形態のスパークプラグ1は、中心電極4の先端突出部41が、絶縁碍子3の内周側に保持された部位と一体的に形成されている。ただし、先端突出部41の少なくとも一部を、それよりも基端側の部位に溶接などの方法で接合した構成とすることもできる。
また、上記形態のスパークプラグ1は、第1貫通孔52を、内側空間51と主燃焼室6とを連通する貫通孔のうち、いずれの貫通孔としてもよい。
例えば、先端突出部41の外周端縁411を、上記参考形態1のスパークプラグ1よりも基端側に配置することができる。そして、スパークプラグ1の中心軸C1に沿って形成された貫通孔以外の貫通孔を、中心電極4と最も近い貫通孔とすることができる。そして、その貫通孔と先端突出部41との間で放電ギャップGを形成させることができる。そして、その貫通孔を、第1貫通孔52とすることができる。
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
1 スパークプラグ
2 ハウジング
3 絶縁碍子
4 中心電極
41 先端突出部
5 カバー部
51 内側空間
52 第1貫通孔
521 内周端部
G 放電ギャップ

Claims (4)

  1. 筒状の絶縁碍子(3)と、
    該絶縁碍子の内側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(41)を突出させた中心電極(4)と、
    上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
    上記先端突出部の少なくとも一部を覆うように上記ハウジングの先端部に設けられたカバー部(5)と、を有し、
    上記カバー部には、該カバー部の内側空間(51)と上記カバー部の外部とを連通させる貫通孔が形成されており、
    上記カバー部における少なくとも一部の上記貫通孔の内周端部(521)は、上記中心電極との間に放電ギャップ(G)を形成する接地電極を構成しており、
    該接地電極は、該接地電極が面する上記貫通孔である第1貫通孔(52)の内側へ向かうほど厚みが小さくなる先細り形状を有し、
    上記中心電極の先端面の外周端縁(411)が、上記第1貫通孔の内周面の先端側の端部(525)よりも先端側に配置されており
    上記接地電極は、厚み方向の両側に、傾斜面を有し、
    上記接地電極は、上記傾斜面として、上記内側空間側を向いた内側傾斜面(522)と、上記カバー部の外側を向いた外側傾斜面(523)とを有し、上記第1貫通孔の径方向において、上記外側傾斜面は上記内側傾斜面よりも長い、内燃機関用のスパークプラグ(1)。
  2. 記第1貫通孔の中心軸(C2)を含む平面による断面形状において、上記外側傾斜面は、上記内側傾斜面よりも長い、請求項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
  3. 筒状の絶縁碍子(3)と、
    該絶縁碍子の内側に保持されると共に該絶縁碍子の先端側に先端突出部(41)を突出させた中心電極(4)と、
    上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
    上記先端突出部の少なくとも一部を覆うように上記ハウジングの先端部に設けられたカバー部(5)と、を有し、
    上記カバー部には、該カバー部の内側空間(51)と上記カバー部の外部とを連通させる貫通孔が形成されており、
    上記カバー部における少なくとも一部の上記貫通孔の内周端部(521)は、上記中心電極との間に放電ギャップ(G)を形成する接地電極を構成しており、
    該接地電極は、該接地電極が面する上記貫通孔である第1貫通孔(52)の内側へ向かうほど厚みが小さくなる先細り形状を有し、
    上記中心電極の先端面の外周端縁(411)が、上記第1貫通孔の内周面の先端側の端部(525)よりも先端側に配置されており
    上記接地電極は、厚み方向の両側に、傾斜面を有し、
    上記接地電極は、上記傾斜面として、上記内側空間側を向いた内側傾斜面(522)と、上記カバー部の外側を向いた外側傾斜面(523)とを有し、上記第1貫通孔の中心軸(C2)を含む平面による断面形状において、上記外側傾斜面は、上記内側傾斜面よりも長い、内燃機関用のスパークプラグ(1)。
  4. 上記カバー部は、上記貫通孔として、上記第1貫通孔とは異なる第2貫通孔(53)を有し、上記第2貫通孔の開口面積は、上記放電ギャップの開口面積よりも小さい、請求項1~のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
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