JPH01122587A - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、放電電圧を低下させた高性能の内燃機関用ス
パークプラグに関する。

〔従来技術〕

近年、ガソリンエンジンは、高圧縮化、リーンバーン化
、過給機装着等の理由により、高性能化が図られている
。

そのため、スパークプラグにおけるスパークの要求電圧
、即ち点火させるに必要な高電圧は高くならざるを得な
かった。

しかしながら、上記要求電圧は１本来、スパークプラグ
の構成材料、電気エネルギーの消費量５スパークプラグ
の耐久性等を考慮すると、出来るだけ低いことが望まし
い。

したがって、上記理由により要求電圧を下げることに対
して、特に最近その要望が高まって来た。

この要望に応えるために、その一つの試みとして１例え
ば、実開昭６１−１２７５９１号公報にかかるスパーク
プラグの提案がなされている。即ち、第６図に示すごと
く、該スパークプラグ９は。

中心電極９１と接地電極９２以外に、高抵抗体９３と第
三の電極９４を設けて構成したことを要点とするもので
ある。つまり、上記提案は、高抵抗体９３により容量電
極を形成し、放電電圧を低下させようとするものである
。

一方、電極間の放電電圧を低下させる方法としては１例
えばトリガ放電が知られている（電気学会発行「放電ハ
ンドブック」第２５７〜２６３頁）。この方法は、ギャ
ップの電極間に、外部から何らかの擾乱を与えて放電の
開始を促進するもので、またスイッチング機能も有して
いるものである。

この方法を回路モデル図により説明する。即ち。

第５図に示すごとく、電源りに接続した点火コイルＣと
接地Ｅ、とにより、電圧を高電圧とする。

この高電圧側には、放電電極Ｓを設けて接地Ｅ２する。

そして、該放電電極Ｓに対して、一定の容量を有する容
量電極を設ける。また、上記放電電極Ｓに対して、容量
電極Ｑが第三の電極となるよう配設する。このようにし
て、放電電極Ｓのギャップに容量電極Ｑで擾乱を与えて
、放電電圧を低下させるものである。

〔解決すべき問題点〕

しかしながら、前記公開公報で開示されたスパークプラ
グ９は、第６図に示すごとく、第三の電極９４のほかに
、スパークプラグ先端部の片側に幅広の平板状の高抵抗
体９３が設けられている。

そのため、スパークプラグ９の先端部が片側に突出した
構造としなければならず、余分の材料とスペースを必要
とする。それ故、従来一般のスパークプラグに比べて全
体の形状が大きくなり、使用上支障をきたすと共に、製
造上も極めて困難な技術を必要とする。

他方、前記トリガ放電は、第５図に示すごとく。

前記容量電極を設けなければならないため、一定の限ら
れたスペースしか有しないスパークプラグにおいては、
かかるトリガ放電の回路を形成することは、一般に非常
に困難な問題とされていた。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたも
ので、特別余分なスペース等を必要とすることなく、放
電電圧を低下させ得る高性能のスパークプラグを提供し
ようとするものである。

〔問題点の解決手段］ 本発明は、電圧を印加する中心電極と、該中心電極を保
持する碍子と、該碍子の外周に固定したハウジングと、
該ハウジングに設けた接地電極とを有し、前記中心電極
と接地電極との間には気中放電を行わせるためのスパー
クギャップを設け。

かつ前記中心電極の周囲には絶縁体筒を設けると共に、
該絶縁体筒と上記碍子との間には導電体筒を設け、該導
電体筒の下端と中心電極との間には上記絶縁体筒を介し
て沿面放電を行わせるための補助ギャップを設け、かつ
該補助ギャップの長さしと上記スパークギャップの長さ
Ｇとの間には下記の関係式が成り立つことを特徴とする
内燃機関用スパークプラグにある。

関係式：　ＧＸ１／３≦Ｌ≦２．５Ｇ 本発明において、最も特徴とすることは、中心電極の周
囲に絶縁体筒を設けると共に、又、該絶縁体筒と碍子と
の間には導電体筒を設け、中心電極と導電体筒との間に
沿面放電を行わせるようにしたこと、及び前記補助ギャ
ップの長さしとスパークギャップの長さＧとは、前記関
係式が成り立つように構成したことにある。

そして、上記導電体筒は、絶縁体筒の外周もしくは碍子
の内孔面に１例えば、白金、パラジウム。

イリジウム、ロジウム及びこれらを含む合金等の金属材
料もしくはタングステンカーバイト等の導電性セラミッ
クのような良導電体を用いて形成する。そして、導電体
筒の形成方法としては１例えば、上記良導電体の円筒体
もしくは蒸着膜、溶射膜、メッキ膜、金属ペーストの焼
付膜などの各種の方法で形成する。

また、上記導電体筒は、余分のスペースをとることのな
いよう配慮する必要がある。即ち、余分のスペースを必
要とすることなく最大体積を有する円筒状のものを基本
的な形状とする。それ故。

その膜の厚さは、１０〜２００μであることが好ましい
。また７円筒体の高さは中心電極の４分の３以下の大き
さであることが好ましい。更には。

これらの形状及び大きさなどによって特定されるところ
の静電容量は、中心電極側との間に２〜１５ＰＦ　（ピ
コファラッド）であることが好ましい。

沿面放電を惹起するのに十分な電気容量となるからであ
る。

他方、スパークプラグをエンジンに取付けて使用するに
際して２次のことを考慮しておくことが好ましい。即ち
、エンジンの最高温度は約１２００゛Ｃ程度であり、そ
のため、上記蒸着、溶射、焼付けに使用する材料２例え
ば、白金などのように高温時でも耐食性が良好で、融点
が１２００“Ｃ以上を有するものを選ぶことが好ましい
。そして。

円筒体による場合は、導電性セラミックとして。

例えば、タングステンカーバイト（ＷＣ）、チタンカー
バイド（Ｔ　ｉ　Ｃ）などを用いることができる。

また、前記絶縁体筒は、中心電極の周りに配設するに先
立って９例えば加熱によりガラス層を形成する釉薬等を
、その外周部に塗布しておくことが好ましい。これは絶
縁体筒と碍子との接合を良くするためである。また、実
施例にも示すごとく。

碍子の内孔内に１段部を設けておき、この段部を介して
上記絶縁体筒を中心電極と碍子に係止することもできる
。

〔作用および効果〕 本発明に係るスパークプラグにおいては、上述のごとく
補助ギャップの放電電圧は、スパークギャップの放電電
圧より低く設定してあり、がっ。

導電体筒は中心電極と接地電極とから電気的に絶縁状態
にしである。そのため、中心電極に高電圧が印加される
と、先ず、中心電極と導電体筒の間の補助ギャップに絶
縁体の先端面に沿って沿面放電が生ずる。次に、該沿面
放電は導電体筒に電荷が充満するまで持続し、該沿面放
電によりスパークギャップの間のイオン化が促進される
。その結果、スパークギャップにおいて気中放電が誘発
されることになる。

それ故、気中放電は沿面放電によるイオン化促進効果と
してのトリガ放電によって放電の開始が促進される。そ
のため、放電電圧を低下させることになる。

また１本発明においては筒状の導電体筒を設けてトリガ
放電を行わせているので、前記従来スパークプラグのご
とく、先端部が大きなスペースを取らない。

したがって２本発明によれば、トリガ放電の原理を有効
に利用して放電電圧を低下させることができ、高性能の
スパークプラグを簡便に提供することができる。

〔実施例〕

第１実施例 本例にかかるスパークプラグについて、第１図及び第２
図を用いて説明する。

本例のスパークプラグ１は、中心電極２と、その周囲に
設けた絶縁体筒３と、導電体筒４と、碍子３５と、ハウ
ジング５と、接地電極６とからなる。

即ち１本例のスパークプラグ１は、まず中心電極２の外
周に導電体筒４との間を電気的に絶縁するための絶縁体
筒３を設ける。そして、該絶縁体筒３の外周に導電体筒
４を設ける。更に、該導電体筒４の外周には、従来と同
様に碍子３５．更にその外周にハウジング５を設け、該
ハウジング５の下端面５１には接地電極６を設ける。そ
して。

該接地電極６と上記中心電極２の先端２３との間にはス
パークギャップ７１を形成する。また、該中心電極２と
上記導電体筒４との間には補助ギャップ７２を形成する
。しかして、上記スパークギャップ７１の長さＧと補助
ギャップ７２の長さしとの間には、Ｇ／３≦Ｌ≦２．５
Ｇの関係式が成り立つよう両ギャップ長を設定する。な
お、同図において、符号３６は端子、３７は中軸である
。

そして、第２図に示すごとく、該中心電極２及び上記絶
縁体、筒３のほぼ上端部にはそれぞれ両者が係合しあう
ための段部２１．２２及び３１，３２を設ける。そして
、これら両段部を係合させる。

このようにして、中心電極２と絶縁体筒３を碍子３５に
固定する。

次に、同図に示すごとく、上記絶縁体筒３の略中央部か
ら下端の外周部に至る部分には、導電体筒４を形成する
。該導電体筒４は、白金の溶射膜によって形成する。該
白金膜の厚さは、約５０μ位に形成した。

また、上記導電体筒４の中心電極側に対する静電容量は
７ＰＦであった。

次に、前記中心電極２と接地電極６との間のスパークギ
ャップ７１の長さＧは、０．６〜１．５岨とする。また
、上記中心電極２と導電体筒４との間の補助ギャップ７
２の長さしは例えば、スパークギャップ７１の長さＧが
０．７５ｎの時２０゜２５〜１．９ｍｍとする。これは
、該補助ギャップの長さＬと上記スパークギャップの長
さＧとの間に、上記関係式（Ｇ／３≦Ｌ≦２．５Ｇ）が
成り立つようにするためである。

次に２本例にかかるスパークプラグについて。

上記補助ギャップの長さしとスパークギャップの長さＧ
との割合に対する放電電圧の低下率、及び放電電圧の低
下効果に関する実験を行った。その結果を１次に示す。

まず、第３図は１本例にかかるスパークプラグと従来一
般のスパークプラグとの対比による放電電圧の低下率を
示すグラフである。即ち、横軸は補助ギャップの長さし
、即ち補助ギャップの長さしがスパークギャップの長さ
Ｇの何倍であるかを示すものである。また、縦軸は、従
来一般のスパークプラグ（日本電装株式会社製Ｗ１６Ｅ
Ｘ−Ｕ）の放電電圧に比べて２本発明のスパークプラグ
の放電電圧がどれだけ低下したかを示す割合。

即ち低下率（％）を示すものである。

本実験例の測定結果によれば、第３図に示すごとく１点
Ｎより左側の領域、即ちＧ／３＞Ｌの領域では補助ギャ
ップでの放電は発生するが、ギャップが小さしξ為に、
イオン化が十分に行われなかった。そのため、放電電圧
の低下効果は現れなかった。一方９点Ｍより右側の領域
、即ち２．５Ｇ〈Ｌの領域では補助ギャップの放電電圧
がスパークギャップの放電電圧より高くなり、補助ギャ
ップにおける放電は行われなかった。しかして、このＮ
とＭの間では大きな低下を示した。このように、補助ギ
ャップとスパークギャップとの長さの関係が２点Ｎから
Ｍの間、即ちＧ／３≦Ｌ≦２゜５Ｇの範囲にあるときに
は、スパークプラグの放電電圧の低下効果が大きいこと
が分かる。

一方、第４図は、スパークプラグの放電が行われる雰囲
気圧力と放電電圧との関係を示したグラフである。即ち
、横軸には雰囲気圧力（ｋｇ／ａｆｌ）を、縦軸には放
電電圧（ＫＶ）をとったものである。本実験は、スパー
クプラグをまず圧力容器に取り付け、補助ギャップおよ
びスパークギャップの雰囲気圧力を種々変えた。そして
、その時に変化する放電電圧を測定した。図中、Ａは本
発明にかかるスパークプラグ、Ｂは従来一般のスパーク
プラグ（Ｗ１６ＥＸ−Ｕ）のデータである。

第４図から明らかなように１本発明にかかるスパークプ
ラグは、従来一般のスパークプラグに比して広い雰囲気
圧力範囲にわたって、約２０％の放電電圧が低下してい
ることが分かる。

第２実施例 本例は、上記第１実施例の白金溶射膜による導電体筒に
代えて、タングステンカーバイト（ＷＣ）の導電性セラ
ミックの円筒体により導電体筒を形成したものである。

その他は、第１実施例と同様である。また１本例にかか
るスパークプラグの使用の実施例も第１実施例と同様に
行った。

上記導電性セラミックの円筒体は上記白金の溶射膜の約
４倍の厚さであった。本例では、導電性セラミックの導
電体としているので、エンジンの最高温度よりはるかに
高い温度に十分耐える耐久性と耐熱性とを有し、密着性
の良好な導電体筒を形成することができた。

また、その他の効果は、第１実施例で示した効果とほぼ
同様のものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例にかかるスパークプ
ラグを示し、第１図はその縦断面図、第２図は第１図の
部分拡大図、第３図及び第４図は実験例を示し、第３図
は補助ギャップＬと放電電圧の低下率との関係を示すグ
ラフ、第４図は雰囲気圧力と放電電圧との関係を示すグ
ラフ、第５図はトリガ放電の回路モデル図、第６図は従
来の点火栓の縦断面図である。 ■・・・スパークプラグ。 ２・・・中心電極。 ３・・・絶縁体筒。 ３５・・・碍子。 ４・・・導電体筒。 ５・・・ハウジング。 ６・・・接地電極。 ７１、、、スパークギャップ。 ７２、、、補助ギャップ。 Ｇ・・・スパークギャップの長さ。 Ｌ・・・補助ギャップの長さ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電圧を印加する中心電極と、該中心電極を保持す
   る碍子と、該碍子の外周に固定したハウジングと、該ハ
   ウジングに設けた接地電極とを有し、前記中心電極と接
   地電極との間には気中放電を行わせるためのスパークギ
   ャップを設け、かつ前記中心電極の周囲には絶縁体筒を
   設けると共に、該絶縁体筒と上記碍子との間には導電体
   筒を設け、該導電体筒の下端と中心電極との間には上記
   絶縁体筒を介して沿面放電を行わせるための補助ギャッ
   プを設け、かつ該補助ギャップの長さＬと上記スパーク
   ギャップの長さＧとの間には下記の関係式が成り立つこ
   とを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 関係式：Ｇ／３≦Ｌ≦２．５Ｇ
2. （２）上記導電体筒は、白金、パラジウム、イリジウム
   、ロジウム及びこれらを含む合金等の金属材料もしくは
   タングステンカーバイト等の導電性セラミックのいずれ
   か１種又は２種以上の良導電体で作られていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関用スパ
   ークプラグ。
3. （３）上記導電体筒は、上記良導電体の円筒体もしくは
   蒸着膜、溶射膜、金属ペースト焼付膜、メッキ膜のいず
   れかであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の内燃機関用スパークプラグ。
4. （４）上記導電体筒は、その厚さが１０〜２００μであ
   って、その高さが中心電極の４分の３以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関用ス
   パークプラグ。
5. （５）上記導電体筒は、中心電極側との間の静電容量が
   ２〜１５ＰＦ（ピコファラッド）であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関用スパークプ
   ラグ。