JPH03201384A - 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〕 この発明は自動車等の内燃機関に用いられるスパークプ
ラグに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、自動車等のガソリン内燃機関においては、燃料を
着火するためスパークプラグが用いられているが、この
スパークプラグは一般に中心電極と接地電極とを備え、
これら電極間の気中スパークギャップで飛火する構造と
なっている。そして、ガソリン内燃機関においては低温
時の運転性を確保するための一手段として非常に濃い混
合気を供給する方法が採用されているが、そのため上記
のような構造のスパークプラグにおいては、特に新車が
シャシ−メーカーからユーザーに渡されるまでの新車搬
送中に、導電性特質としてのカーボンがスパークプラグ
を構成する絶縁体の表面に付着する傾向にある。このカ
ーボンの付着により絶縁体の絶縁抵抗を早期に低下させ
、スパークプラグの燻り寿命を大幅に短くするという問
題がある。

この燻り寿命の低下を解消させるため、例えば特公昭５
６−５１４７６号公報及び特開昭６４−２７１７６号公
報に示されるスパークプラグが提案されている。

前者のスパークプラグは、中心電極の先端側を径小に形
成して該径小部の先端面を絶縁体の内孔の内側へ引っ込
ませて該径小部の外周囲と絶縁体の内孔の壁面との間に
環状空所を形成したものであり、接地電極の先端側を絶
縁体の先端側寄りに配置して中心電極の先端面と接地電
極の側面との間に第１ギヤツプを形成し、又、絶縁体の
先端面と接地電極の側面との間に第１ギヤツプより寸法
的に小さい第２ギヤツプを形成したものである。

作動としては、絶縁体の先端面側にカーボンが付着して
いない正常時には第１ギヤツプで火花放電が生じ、これ
に対し絶縁体の先端面側も含めて環状空所における内孔
の壁面にカーボンが付着した汚損時には中心電極から内
孔壁面を通って第２ギヤツプへ火花放電が生じ、この第
２ギヤツプへの火花放電により内孔壁面に付着したカー
ボンを焼失し、正常時の火花放電に復帰するものである
。

後者のスパークプラグでは、中心電極の先端を径小とし
て、絶縁体の内孔内壁との間に環状空間を設け、その環
状空間の寸法及び絶縁体先端面からの中心電極先端の突
出寸法を適宜設定して誘導放電をその環状空間の中から
、もしくはその近傍から発生させ絶縁体内孔の内壁に付
着したカーボンを焼失させ、絶縁抵抗を高く保持しよう
とするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、特公昭５６−５．１４７６号公報及び特開昭
６４−２７１７６号公報に記載のスパークプラグにおい
ては、カーボンが付着する運転条件、主に低温始動の条
件で運転を充分した後において、絶縁体の脚部表面、即
ち燃焼室に裸出した絶縁体先端から金属ハウジングによ
り保持される絶縁体部分までの絶縁体表面にカーボンが
付着し、この脚部表面の絶縁抵抗が充分低下した場合に
、内燃機関の回転数を急上昇して車両を急加速すると、
燃焼室内の圧力が上昇し、各公報に示される中心電極先
端部と接地電極側面の間の火花ギャップ及び絶縁体脚部
先端部と接地電極側面の間の火花ギャップの飛火電圧は
急上昇するため、放電はこのどちらのギャップでも発生
することができず、環状空間を形成する絶縁体内孔の表
面に沿う沿面放電をした後、絶縁体の脚部表面に付着し
たカーボン中を導電する電流となり、金属ハウジングに
至る。このような沿面放電はそれ自身混合気への着火能
力が劣るのに加え、絶縁体に沿って火炎核を生成する必
要があるため、絶縁体による消炎作用を受は易く混合気
への着火性は非常に悪い。このために内燃機関の回転数
の急な上昇時（車両の急加速時）には失火が発生し、も
たつき、息つき、サージ、バツクファイアなどの不具合
が発生し、これにより、内燃機関が発生するトルクも減
少するために、運転者が希望する所定の速度に達する時
間、いわゆる加速時間も長くなるという問題がある。

この発明の目的は、絶縁体表面にカーボンが付着した場
合でも、内燃機関の回転数上昇に伴う不具合の発生を抑
制し、回転数上昇時間の遅延を生じさせず、又、燻り寿
命も大幅に向上させることができるスパークプラグを提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明は、内燃機関に取り付け可能となっており、
先端部が該内燃機関の燃焼室内に位置する絶縁体を設け
、該絶縁体にはその先端面で開口する内孔を形威し、そ
の内孔内には中心電極を配設した内燃機関用スパークプ
ラグにおいて１、前記内孔の先端部には該内孔の本体部
より径小な径小部を形成し、前記中心電極を、前記内孔
の本体部に嵌合した胴部と、該胴部の先端部に突設され
、該胴部よりも径小で、かつ、その先端が前記内孔の径
小部内に位置する第１の径小部と、該第１の径小部に突
設され、該第１の径小部よりも径小で、かつ、その先端
部が絶縁体の先端面から突出する第２の径小部とから形
成し、 前記中心電極の前記第２の径小部側面と前記絶縁体の前
記内孔の径小部内壁との間で第１の環状空間を形成し、
前記中心電極の第１の径小部側面と前記絶縁体の前記内
孔の径小部内壁との間で第２の環状空間を形成し、前記
中心電極の前記第■の径小部側面と前記絶縁体の内孔の
本体部壁面との間で第３の環状空間を形成した内燃機関
用スパークプラグをその要旨とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記絶縁体の先端
面と前記中心電極の前記第１の径小部の先端部との軸方
向での距離をｌ、前記第２の環状空間の半径方向の隙間
寸法をｇとした時、ｌ及びｇがそれぞれ ０．２ｍｍ≦ｌ≦２．０ｍｍ ０．Ｉｎ＋ｍ≦ｇ≦０．８ｍｍ の関係を満足する内燃機関用スパークプラグをその要旨
とする。

〔作用〕

低温始動時のような過濃混合気によってカーボンが発生
した場合、燃焼気流によりカーボンは運ばれスパークプ
ラグの燃焼室に裸出した表面の至る所に付着しようとす
る。この燃焼気成に対して第２の環状空間は絞りとなり
、第３の環状空間へのカーボンの流入が妨げられ、第３
の環状空間で絶縁抵抗が高く保持される。ここで、絶縁
体の脚部表面にカーボンが付着し、充分絶縁抵抗が低下
すると、第２の環状空間の半径方向の隙間寸法ｇで火花
放電が発生する。又、中心電極の第１の径小部の先端部
は段差ができているため、火花放電は第１の径小部の先
端部を起点として発生し、絶縁体内孔の径小部の内壁に
至る。この火花放電により、絶縁体内孔の径小部の壁面
に付着したカーボンは焼失し、正規放電に復帰する。又
、この火花放電は第３の環状空間で絶縁抵抗が高く保持
されているため、沿面放電とはならず着火性に優れた気
中放電となり、又、第１の環状空間の半径方向隙間の寸
法は、混合気が火花放電の発生する起点に充分到達でき
るよう広くとられているので、混合気は良好に着火され
る。よって、回転数上昇に伴う不具合が抑制される。

〔実施例〕

以下、この発明を自動車用ガソリンエンジンに使用され
るスパークプラグに具体化した一実施例を図面に従って
説明する。

第２図は本実施例のスパークプラグの全体を示し、第１
図はそのプラグの先端部（放電部）を示す。金属ハウジ
ングｌの端面に接地電極２が接続されており、この金属
ハウジングｌは絶縁体３の外周囲に固定されている。絶
縁体３はその中心に軸方向に延び、かつ先端面３ａで開
口された内孔４を有している。この内孔４の先端部には
本体部４ａより径小な径小部４ｂが形成されている。

絶縁体３のうち内燃機関の燃焼室側に裸出される側の脚
部３ｂ側の内孔４内には中心電極５が保持されている。

中心電極５は内孔４の本体部４ａに嵌合した胴部５ａと
、この胴部５ａの先端側で径小となった第１の径小部５
ｂと、この第１の径小部５ｂの先端側で径小となった第
２の径小部５Ｃとを有する。中心電極５の第１の径小部
５ｂの先端部６は、絶縁体内孔４の径小部４ｂの内壁に
対向しており、その両者間にギャップｇが形成されてい
る。

又、第２の径小部５Ｃの先端は絶縁体３の先端面３ａよ
り突出している。さらに、中心電極５の第２の径小部５
Ｃの側面と絶縁体内孔４の径小部４ｂの内壁との間に第
１の環状空間７ａが形成され、又、中心電極５の第１の
径小部５ｂの側面と絶縁体内孔４の径小部４ｂの内壁と
の間に第２の環状空間７ｂが形成され、さらに、中心電
極５の第１の径小部５ｂの側面と絶縁体内孔４の本体部
４ａの内壁との間に第３の環状空間７Ｃが形成されてい
る。そして、中心電極５の第２の径小部５Ｃの先端面と
接地電極２の先端部の側面との間にギャップＧが形成さ
れている。

尚、図中、ｌａは金属ハウジング１の取付用ねじ部、８
は電波雑音防止用の抵抗体、９は導電ガラス層、１０は
ターミナル軸部、１１はターミナル部を各々示している
。

そして、このスパークプラグをエンジンに取り付けた状
態において、低温始動時のような過濃混合気によってカ
ーボンが発生した場合には、燃焼気流によりカーボンが
運ばれスパークプラグの燃焼室に裸出した表面の至る所
に付着しようとするが、この燃焼気流に対して第２の環
状空間７ｂが絞りとして機能して第３の環状空間７Ｃへ
のカーボンの流入を妨げる。このため第３の環状空間７
Ｃで絶縁抵抗は高く保持される。ここで、絶縁体３の脚
部３ｂの表面にカーボンが付着し充分絶縁抵抗か低下す
ると、第２の環状空間７ｂの半径方向の隙間寸法ｇで火
花放電が発生する。又、中心電極５の第１の径小部５ｂ
の先端部６は段差ができているため火花放電が第１の径
小部５ｂの先端部６を起点として発生し、絶縁体内孔４
の径小部４ｂの内壁に至る。この火花放電により径小部
４ｂの壁面に付着したカーボンは焼失し、正規放電に復
帰する。又、この火花放電は第３の環状空間７ｃで絶縁
抵抗が高く保持されているため、沿面放電とはならず着
火性に優れた気中放電となり、又、第１の環状空間７ａ
の半径方向隙間の寸法は、混合気が火花放電の発生する
起点（中心電極の第１の径小部先端部６）に充分到達で
きるよう広くしであるので、混合気は良好に着火される
。

次に、第２の環状空間７ｂの半径方向の隙間寸法ｇと、
絶縁体３の先端面３ａと中心電極５の第１の径小部５ｂ
の先端部６との軸方向での距離ｌとによって特性がどの
ように変化するかについて実験を行ったので、その結果
を説明する。

まず、燻り寿命向上効果について説明する。燻り寿命向
上効果は、４サイクル、１３００ｃｃ、水冷４気筒エン
ジンにより、カーボンが付着しやすい条件として、−２
０℃の雰囲気温度下でラジェータ水温−１０°Ｃ±１°
Ｃにて、始動−レ、−シングーアイドルという一連のパ
ターンを１分間実施し、これを１サイクルとし、評価し
た。そして、評価毎に、中心電極５の先端面と金属ノ＼
ウジングｌとの間の絶縁抵抗を絶縁抵抗計にて計測し、
１ＭΩに至るまでの評価サイクル数を求めた。この２点
間の絶縁抵抗が１ＭΩ以下に至ると、始動不能、ラフア
イドル等のエンジン不調が生じる。

般に多く使用されているスパークプラグの代表例として
出願人製作にかかる型式Ｗｌ　６　ＥＸ−Ｕ　１１のプ
ラグは、上記評価にてｌＯプサイルでＩＭΩに至る評価
結果となっている。よって、１０サイクルを越えないと
充分といえない。

第３図は、前記ギャップｇを横軸に、絶縁抵抗が１Ｍ以
下となるサイクル数を燻り寿命として縦軸に示したもの
である。第４図は第３図の実験を実施するにあたり使用
したプラグの寸法を示したものである。第５図は前記距
離ｌを横軸に、前記燻り寿命を縦軸に示したものである
。第６図は第５図の実験を実施するにあたり使用したプ
ラグの寸法を示したものである。

次に、絶縁体３の脚部３ｂの表面にカーボンが付着し、
絶縁抵抗が低下した状態での車両の加速性における効果
確認のための実験を行った。実験に使用したプラグは前
述した燻り寿命を評価したエンジンの運転パターンで予
め絶縁体３の脚部３ｂの表面の絶縁抵抗を充分低下させ
ておく。実験に使用した車両は４サイクル、１３００ｃ
ｃ、水冷４気筒エンジンを搭載し、実験の環境としては
加速性試験中でもカーボンを発生しやすい条件とするた
め、−２０℃の雰囲気温度下で、ラジェータ水温は−ｌ
Ｏ°Ｃ±１℃とした。変速ギヤはセカンド位置として、
１０ｋｍ／Ｈから２０ｋｍ／Ｈまでのフルスロットル加
速を行い、それに要する時間を計測し、加速時間とした
。一般に多く使用されているスパークプラグの代表例と
して、本出願人の製作にかかる型式Ｗｌ　６　ＥＸ−Ｕ
　１１プラグは上記の評価において加速時間は４秒とな
っている。よって、４秒以下でないと充分とはいえない 第７図は前記ギャップｇを横軸に、加速時間を縦軸に示
したものである。この際、第４図に示したプラグを使用
した。第８図は前記距離ｌを横軸に、加速時間を縦軸に
示したものである。この際、第６図に示したプラグを使
用した。

第３図によれば、燻り寿命が向上するのは、ギャップｇ
が０．１ｍｍ≦ｇ≦０．８ｍｍの範囲である。

又、第７図によれば、加速時間が速くなるのは０゜１　
ｍｍ≦ｇ≦０．９ｍｍである。これより、ギャップｇが
０．１ｍｍ≦ｇ≦０．８ｍｍの範囲であれば、燻り寿命
も向上し、かつ、加速時間も速くなる。

ところで、ギャップｇがｇ＜０．１ｍｍの場合、燻り寿
命の向上がなくなるのは、付着するカーボンがギャップ
ｇを跨いで導電路を作るという、いわゆるカーボンブリ
ッジを作るためである。又、ギャップｇが０．８ｍｍ＜
ｇの場合、燻り寿命の向上がなくなるのは、第２の環状
空間７ｂの絞り効果が少なくなり、第３の環状空間７ｃ
の絶縁抵抗が高く維持できにくくなるからである。又、
ギャップｇがｇ〈０．１ｍｍとなると加速時間が遅くな
るのは、気中放電経路が短すぎるため気中放電の混合気
への着火能力が悪化するためであり、又、前述したカー
ボンブリッジが生成された場合は、それを導電するリー
ク電流が発生するので、気中放電が発生せず、混合気は
着火されないためである。

さらに、ギャップｇが０．９ｍｍ＜ｇとなった場合、加
速時間が遅くなるのは、前述したように第３の環状空間
７ｃの絶縁抵抗が低下することにより第３の環状空間７
ｃの壁面に沿う沿面放電が発生することとなり、沿面放
電の着火能力が低いことと、第３の環状空間７Ｃには混
合気が流入しにくいことから、混合気へは良好な着火が
されないためである。

又、第５図によれば、距離ｌが０．２ｍｍ≦ｌの場合、
燻り寿命が向上する。一方、第８図によれば、距離ｌが
０．２ｍｍ≦ｌ≦２．０ｍｍの場合加速時間が速くなる
。これにより距離ｌか０．２ｍｍ≦ｌ≦２．Ｏｍｍであ
れば燻り寿命が向上し、かつ、加速時間も速くなる。と
ころで、距離ｌが０．　２ｍｍ＞４２の場合、燻り寿命
の向上がなくなるのは、絶縁体内孔４において、絶縁体
３の先端に近づく、程、当然カーボンの付着量は増大す
る。このため距離ｌが短すぎると、ギャップｇを跨いで
カーボンが堆積するというカーボンブリッジが発生する
からである。又、このカーボンブリッジを導通ずるリー
ク電流が発生すると、着火能力の高い気中放電が発生し
なくなるので、距離ｌか１＜０．　２ｍｍの場合は加速
時間も遅くなる。次に、距離ｌが２．０ｍｍ＜、ｇの場
合、加速時間が遅くなるのは、気中放電が絶縁体内孔４
の深い所で発生するため、着火すべき混合気に気中放電
がさらされにくいからである。

このように本実施例においては、内孔４の先端部には内
孔４の本体部４ａより径小な径小部４ｂを形成し、中心
電極５を、内孔４の本体部４ａに嵌合した胴部５ａと、
胴部５ａの先端部に突設され、胴部５ａよりも径小で、
かつ、その先端が内孔４の径小部４ｂ内に位置する第１
の径、小部５ｂと、第１の径小部５ｂに突設され、第１
の径小部５ｂよりも径小で、かつ、その先端部が絶縁体
３の先端面３ａから突出する第２の径小部５ｃとから形
成し、中心電極５の第２の径小部５ｃ側面と絶縁体３の
内孔４の径小部４ｂ内壁との間で第１の環状空間７ａを
形成し、中心電極５の第１の径小部５ｂ側面と絶縁体３
の内孔４の径小部４ｂ内壁との間で第２の環状空間７ｂ
を形成し、中心電極５の第１の径小部５ｂ側面と絶縁体
３の内孔４の本体部４ａ壁面との間で第３の環状空間７
ｃを形成した。

その結果、過濃混合気による運転時、主に低温始動時な
どのカーボン付着に対して第２の環状空間７ｂの絞り効
果のために第３の環状空間７ｃの絶縁抵抗は高く保持さ
れ、燻り寿命が向上するのに加え、絶縁体脚部３ｂの絶
縁抵抗が充分低下した場合、中心電極５の第１の径小部
５ｂの先端部６を起点とする絶縁体内孔４の径小部４ｂ
内壁へ至る気中放電が発生し、この気中放電により、絶
縁体内孔４の径小部４ｂ壁面に付着したカーボンが焼失
されいっそう燻り寿命は向上する。又、絶縁体脚部表面
が充分絶縁低下した場合の急加速時において、一般のプ
ラグでは沿面放電を発生し、脛合気への着火不良が生じ
て加速感不良、加速時間遅延といった不具合があるのに
対して、本実施例では前述した気中放電により混合気は
良好に着火され、加速感不良は発生せず、加速時間遅延
も生じない。

又、第３図、第５図、第７図、第８図に示すように、絶
縁体３の先端面３ａと中心電極５の第１の径小部５ｂの
先端部６との軸方向での距離をｌとし、第２の環状空間
７ｂの半径方向の隙間寸法をｇとした時、 ０．２ｍｍ≦ｌ≦２．０ｍｍ ０，１ｍｍ≦ｇ≦０．８ｍｍ することにより最適化することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、絶縁体表面にカ
ーボンが付着した場合でも、内燃機関の回転数上昇に伴
う不具合の発生を抑制し、回転数上昇時間の遅延を生じ
させず、又、燻り寿命も大幅に向上させることができる
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のスパークプラグの先端部を示す図、第
２図はスパークプラグの全体図、第３図は隙間寸法ｇと
燻り寿命との関係を示す図、第４図は実験に用いたスパ
ークプラグの先端部を示す図、第５図は距離ｌと燻り寿
命の関係を示すグラフ、第６図は実験に用いたスパーク
プラグの先端部を示す図、第７図は寸法ｇと加速時間の
関係を示す図、第８図は距離ｌと加速時間の関係を示す
図である。 ３は絶縁体、４は内孔、４ａは本体部、４ｂは径小部、
５は中心電極、５ａは胴部、５ｂは第１の径小部、５Ｃ
は第２の径小部、６は先端部、７ａは第１の環状空間、
７ｂは第２の環状空間、７Ｃは第３の環状空間、ｇは隙
間の寸法、ｌは距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関に取り付け可能となっており、先端部が該
   内燃機関の燃焼室内に位置する絶縁体を設け、該絶縁体
   にはその先端面で開口する内孔を形成し、その内孔内に
   は中心電極を配設した内燃機関用スパークプラグにおい
   て、 前記内孔の先端部には該内孔の本体部より径小な径小部
   を形成し、前記中心電極を、前記内孔の本体部に嵌合し
   た胴部と、該胴部の先端部に突設され、該胴部よりも径
   小で、かつ、その先端が前記内孔の径小部内に位置する
   第１の径小部と、該第１の径小部に突設され、該第１の
   径小部よりも径小で、かつ、その先端部が絶縁体の先端
   面から突出する第２の径小部とから形成し、 前記中心電極の前記第２の径小部側面と前記絶縁体の前
   記内孔の径小部内壁との間で第１の環状空間を形成し、
   前記中心電極の第１の径小部側面と前記絶縁体の前記内
   孔の径小部内壁との間で第２の環状空間を形成し、前記
   中心電極の前記第１の径小部側面と前記絶縁体の内孔の
   本体部壁面との間で第３の環状空間を形成したことを特
   徴とする内燃機関用スパークプラグ。 ２、前記絶縁体の先端面と前記中心電極の前記第１の径
   小部の先端部との軸方向での距離をｌ、前記第２の環状
   空間の半径方向の隙間寸法をｇとした時、ｌ及びｇがそ
   れぞれ ０．２ｍｍ≦ｌ≦２．０ｍｍ ０．１ｍｍ≦ｇ≦０．８ｍｍ の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の内
   燃機関用スパークプラグ。