JPH0218883A - 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】 本発明は、特許請求の範囲１項の冒頭部分に記載の公知
スパークプラグの構造を改良して表面放電間隙と空気放
電間隙とを組み合わせたスパークプラグに係るものであ
る。

このような公知のスパークプラグはドイツ特許Ｌ５４４
，１７Ｂに開示されている。この既知のスパークプラグ
では中心電極は碍子が形成している放電室に幾らか入り
込んでおり、放電室は中心電極の上をプラグの軸方向に
延び、少なくとも中心電極の端区域で碍子は中心電極に
対して間隙を保持し、そしてまた接地電極は少なくとも
碍子の端区域で碍子に対して間隙を保持している。

このような構成としているので放電室の全長にわたる長
い放電距離となる。そしてスパークプラグの容量におけ
る十分に速い電圧の上昇と点火しようとする混合ガスの
圧縮圧力と関係がないということで多くの点火エネルギ
ーがガス内で変換され、そしてそれにより実際に長い寿
命が得られるのである。

ドイツ特許３，５４４，１７６に開示されているこの既
知のスパークプラグの欠点は、このグラフを使用してい
る内燃機関を始動するとき３０キロボルトというような
高い電圧を必要とするということである。更にのこの既
知のグラフでは表面点火スパークは常に碍子を覆って現
れ、このため碍子を損傷し、プラグの寿命は未だ十分と
はいえない。

これを本発明は問題点としており、特許請求の範囲１項
に公知の構成として記載のスパークプラグを、所要電圧
は低（、そして同時に燃料空気混合点火ガスの高いパワ
ー変換を達成するよう設計しようとするものである。

本発明のスパークプラグでは好ましいこととして、薄い
混合ガスでも点火でき、そして本発明のスパークプラグ
の形によるのであるが内燃機関の排気ガス中の有害な成
分の排出は極限まで低下できるようにすることができる
。

上記の問題は特許請求の範囲１に本発明の特徴部分とし
て記載の構成により解決される。

本発明のスパークプラグでは中心電極を、それがプラグ
ボデーの端部分に終わるように前に引き出してプラグの
前区域でスパーク間隙を形成し、そして同時に放電室は
表面放電を許す前部室を形成する。本発明の構成ではプ
リチャンバープラグの利点を利用している。加えるに、
本発明のスパークプラグは長寿命である。

このことが意味していることは、エンジンの負荷状態、
圧縮の動的な圧力状態そして混合ガスの乱流により放電
の形は決められるということである。このことが実際に
意味していることは、エンジンの稼働中圧力条件によっ
て空気放電か表面放電かの何れかが、または部分的に空
気放電と表面放電とが現れるということである。低圧縮
で空気放電が形成され、そして高圧縮ではスパーク放電
は意図している表面放電間隙に主として現れる。

これらの形の放電が生じるが、空気放電についてはそれ
により一方では主燃焼室内、すなわちエンジンシリンダ
ー内で混合ガスは点火され、他方ではプリチャンバー内
で混合ガスは同時に点火される。プリチャンバーの化学
エネルギーは爆発力で主燃焼室内へ移される。この付加
的な化学エネルギーは付加的な点火を生じさせ、それに
より混合ガスの信頼できる完全燃焼を達成する。表面放
電プラグとしてのスパークプラグの動作では、混合ガス
はプリチャンバーで点火される。表面スパークが全プリ
チャンバーを急速に通過するので、古いガスコア（ｏｌ
ｄ　ｇａｓ　ｃｏｒｅｓ）は殆ど否定的効果を持たず、
局所的な点火混合ガスはプリチャンバーで点火され、そ
してその点火されたプリチャンバーの混合ガスは主燃焼
空間内で発生している過大な圧力で加圧される。

空気スパーク間隙と表面スパーク間隙との組み合わせに
より長い寿命も実現される。中心電極と接地電極上のバ
ーンオフ表面と表面スパーク間隙とが非常に大きいから
である。圧力が上がるにつれて、スパークの基点は全自
由電極長を深く深く進み放電室内に入る。セラミックの
表面放電路、すなわちセラミック碍子上の表面放電路の
形成は、碍子端の周りで碍子を外から内側に向かって包
囲している環状接地電極により阻止されている。

特許請求の範囲２乃至６項に本発明のスパークプラグの
特に好ましい実施例と構成とが記載されている。

添付図を参照して本発明の実施例を以下に説明する。

第１図に示す本発明の実施例のスパークプラグは螺子つ
きの金属スパークプラグボデー１、セラミック碍子２、
中心電極３そして環状の接地電極４を備えている。碍子
２は環状の接地電極４と一緒にスパークプラグボデー１
により取り囲まれている。

碍子２の前部、すなわちスパークプラグ側区域に凹所の
形で放電室５のプリチャンバーが設けられており、この
凹所は横は碍子の端に向かって広がり縦はＶ字形となっ
ているのが好ましい。接地電極４は碍子２の端で碍子を
外側から内側に向かって環状に包囲している。接地電極
４は、碍子を囲みそして放電室に入り込むそれの突起端
で丸められて電界の乱れを防止して、それにより一方で
は、表面放電の場合スパークが表面放電路から早めに離
れてしまわないようにし、他方では空気放電の場合、前
方に主燃焼室の方向にできるだけ遠くスパークができる
ようになる。これについては以下に第３図を参照して詳
しく説明する。

標準技術によって中心電極３は碍子２に圧入され、ガラ
スフュージングなどにより密封される。

中心電極３の電極材料として使用できる既知の材料は、
銀、ニッケル合金、プラチナ混成材料または導電もしく
は半導電セラミックである、２種金属の電極も使用でき
る。

接地電極４は、スパークプラグボデー１と碍子２との間
のシールとしても機能するように設に１されている。

第１図に示すように、中心電極３は放電室のブリチャン
バーを軸方向に通り接地電極４を設けたプラグボデー１
の端部分まで延びる。

第１図のスパークプラグは非常に冷たいプラグの方向に
進む熱の値を有する。このプラグはすべての内燃機関で
例えば３キロボルト／ナノ秒というような非常に急激な
電圧上昇の点火装置と使用する。それは非常に冷たく、
そしてシャントは重要ではないからである。それは１キ
ロオームまでのシャントが可能であり、許されもする汎
用の国内のスパークプラグを表している。

第２図は本発明の実施例で必要とした点火電圧の特性を
示す。第２図は圧縮（横軸）に対する点火電圧（縦軸）
の依存性を示している。

第２図に示されているように、プラグの電圧は圧力に比
例して上がっていくだけではなく、点火電圧は圧縮が大
きくなると表面放電により影響されるようになる。表面
スパークは圧力に殆ど左右されないので、点火電圧は線
形には上昇せず、殆ど一定のままである。このことが意
味していることはスパークの放電距離が長いにもかかわ
らず２５キロボルトというような比較的低い電圧を必要
とするということである。

第３図は、本発明の実施例のスパークプラグの前端部分
におけるスパークの形成を詳細に示している。ここでは
、スパーク形成はエンジンの支配的な圧縮と圧縮圧力に
対応している。

低圧力では点火スパークは空気放電間隙６の前部区域で
生じる。圧力が上がるにつれてスパークは空気スパーク
と表面スパーク７の両方の形となり、そして高圧力で放
電は完全な表面放電８となる。ブリチャンバー５に突入
している中心電極３の全区域はバーンアップ表面として
使用される。

結果としてプラグの長寿命が期待される。

３０≧ｓｍＪのポテンシアルエネルギーでそして３キロ
ボルト／ナノ秒というような非常に急激に電圧が上昇す
る点火システムでスパークプラグを作動させると、一つ
のプラズマチャンネルだけでは大きい電流を流せないの
で総ての負荷状態で幾つかのスパーク路が形成される。

空気スパーク形成のスパーキング距離（電極距離）の構
造的配置と、碍子における表面放電路の配置とはエンジ
ンの圧縮に応じて実施されなければならない。スパーク
点火の実際の値は、空気放電路については２，０から２
．５　ミリであるべきであり、そして表面放電路につい
ては約５ミリであるべきである。

こうして、我々は高圧力において必要電圧の規制された
効果を持つ応答電圧の第２図の特殊な特性に到達し、そ
こでは圧力次第で、時には表面スパーク放電が生じ、そ
して圧力で決まる中心電極のシェルの表面の種々の点で
スパークが始まり、そして最適バーンアップ状態に進む
。空気スパーク間隙か、もしくは表面スパーク間隙かの
どちらかに滑りながら移行してスパーク放電がエンジン
圧力状態に応じて発生するように空気放電路と表面放電
路とは配置される。ここで、プリチャンバーもしくは放
電チャンバーは表面スパーク間隙として作用し、そして
空気スパーク間隙は中心電極と環状接地電極との間に形
成される。

応答電圧、もしくは必要とする電圧を測定して明らかに
なったことは、シリーズスパークプラグとは反対に、同
じ電極距離で小さい応答電圧でよいということである。

電極の配列、すなわち電界の形は電極に対し決定的であ
る。２．００　ミリの電極距離にもかかわらずエンジン
作動時の応答電圧は最大２５キロボルトであった。なに
かある調整作用が高圧縮では認められる。空気放電路に
おける応答電圧が高過ぎるとスパークは表面に沿って動
き始め、そのときの表面放電は殆ど圧力によって決まる
。こういうことでスパークプラグの点火電圧は高圧力で
も、従来手段により所望直に設計できる。ここで想起さ
るべきことは、空気放電間隙において低圧力でスパーク
放電が形成し、そして圧力が増大するとスパークは表面
放電に移行し、そして事実第２図に示すようにして、低
圧力でのスパークから、中間圧力で、そして高圧力で表
面放電に移行していくということである。エンジンにお
ける圧力状態により放電形態は決定され、中心電極の非
常に大きい区域が有効となり、それだけ寿命が長くなる
。

排気ガス中の有害成分の含有量の少ない、薄い混合ガス
を点火するのに適しているこのスパークプラグは、寿命
が長く、そして２ミリというような大きい電極距離にも
かかわらず２５キロボルトというような比較的低い電圧
で使用でき、燃料空気混合ガスのエネルギーの大きい部
分を変換することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例であるスパークプラグの縦断
面図である。 第２図は、本発明の実施例であるスパークプラグの圧縮
力と点火電圧との関係を示すグラフである。 第３図は、本発明の実施例であるスパークプラグの点火
スパークの発生する端の断面図において点火スパークの
形成を示す。 図中： １はスパークプラグボデー　　２はセラミック碍子、　
３は中心電極、　４は接地電極、　５は放電室またはブ
リチャンバー　　６は放電間隙、７はスパークそして８
は表面放電である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中心電極、この中心電極を包囲する碍子、碍子を包
   囲する接地電極とスパークプラグボデーを備え、碍子の
   端は中心電極から離れて、中心電極が入り込む放電室を
   形成し、そして接地電極は碍子の端を包囲して突出部が
   放電室内にのびている、表面放電間隙と空気放電間隙と
   を有するスパークプラグにおいて、 放電室５を軸方向にスパークプラグボデー１の端部分ま
   で中心電極３がのびていることを特徴としたスパークプ
   ラグ。 ２、放電室５は、碍子の端に向かって横断面積が広がっ
   ている、軸方向にＶ字形の形をしている請求項１に記載
   のスパークプラグ。 ３、放電室５は碍子内に形成され、そして碍子２の電気
   絶縁セラミックが表面放電路を形成する請求項１に記載
   のスパークプラグ。 ４、放電室５に入る接地電極４の突出部の端は丸められ
   ている請求項１もしくは２に記載のスパークプラグ。 ５、中心電極３は導電性もしくは半導電性セラミック材
   料から成る請求項１ないし４のいずれかに記載のスパー
   クプラグ。 ６、中心電極３はイグナイターに低インピーダンス接続
   されている請求項１ないし５のいずれかに記載のスパー
   クプラグ。