JPH044584A - 点火プラグ - 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） 本発明は火花点火を用いる内燃機関の点火プラグの改良
に関し、詳しくはプレイグニツシヨンの発生を抑制する
ための点火プラグの電極の改良に関する。

（従来技術） この種の火花点火を用いる内燃機関においては、ピスト
ンによって圧縮された燃料と空気との混合気に点火プラ
グによって点火し、火種を作り、その火種を元にして火
炎か燃え拡がるという燃焼過程を辿る。

しかしこの種の火花点火を用いる内燃機関にアルコール
のような熱面着火性の高い燃料を使用する場合、ピスト
ンによって圧縮された燃料と空気との混合気に点火プラ
グによって点火する前に、燃焼によって過熱し高温とな
った点火プラグの電極で熱面着火により火種か発生し、
混合気が燃焼してしまうプレイグニツシヨンか発生する
。

このように点火プラグからプレイグニツシヨンが発生す
ると、発生源である点火プラグの発火部の□温度は、特
に温度上昇が速く、ますますプレイグニツシヨンを加速
し、暴走形プレイグニツシヨンと称される状態に至る。

そのため火花点火を用いる内燃機関の運転条件の制御に
おいて重要な点火時期の制卸性を失うのみでなく、燃焼
室を構成するピストン、点火プラグ等の各部の過熱を助
長し、溶損に至ることもあるため、点火プラグから発生
するプレイグニツシヨンの防止は火花点火を用いる内燃
機関において非常に重要な課題となっている。

従来、点火プラグの耐プレイグニツシヨン性を向上させ
る方法としては、内燃機関２４巻１号、１９８５、「プ
ラグと燃焼（３）４８３頁に示されるように、点火プラ
グの先端の熱引きの良い「冷え形プラグ」を点火プラグ
として使用し、先端温度を下げる事か一般的であった。

しかしこの場合、エンジンか高速・高負荷で運転される
プレイグニツシヨンか発生しやすい運転条件ではプレイ
グニツシヨンを防止できるか、エンジンか低速・低負荷
で運転される運転条件では点火プラグの先端温度が低く
なり過ぎ、くすぶりと称される点火プラグ電極の汚損を
招き点火不良を生じる場合もある。

このように、従来の点火プラグにおいては高速・高負荷
で発生するプレイグニツシヨンと、低速・低負荷で発生
するくすぶりとの相反する問題を同時に解決することは
できなかった。

（発明か解決しようとする課題） 本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、高速・高負
荷で発生するプレイグニツシヨンと、低速・低負荷で発
生するくすぶりとの相反する問題を同時に解決する点火
プラグを提供することを目的とする。

（着眼点） 本発明は以下のような着眼点に基づいてなされたもので
ある。

■種々のアルコールエンジンの実験結果より、エンジン
筒内でのアルコールの熱面着火によって起きるプレイグ
ニツシヨンの支配的な原因が、プラグ電極表面の電極材
料の触媒作用によるアルコールの脱水素反応かトリガー
になって起きるホルムアルデヒドの発生もしくは中間生
成物（ＣＨ，Ｏ）の発生であると考えることかできる。

■また、プラグ電極表面か触媒作用をするためには、燃
料蒸気をプラグ電極表面に化学吸着することが必要であ
り、プラグ電極表面の燃料蒸気に対する吸着の選択性か
、その電極材料の触媒活性と密接に結びついていると考
えることができる。

■更に、プラグ電極表面の燃料蒸気に対する吸着の選択
性又はその吸着の強さ（吸着熱）は燃料蒸気により異な
るか、プラグ電極表面の有する電気陰性度（Ｌ、Ｐｏｕ
ｌ　ｉｎｇ、化学結合論（小泉訳）、共立出版、１９６
１）か大きいほど燃料蒸気に対する吸着の強さは小さい
。

以上のことより、プラグ電極表面の触媒活性と、燃料蒸
気に対する吸着力の大小とは非常に結びつきか強く、更
に燃料蒸気に対する吸着力の大小はプラグ電極表面の有
する電気陰性度と結びつきがあるため、アルコールの熱
面着火によって引き起こされるプレイグニツシヨンのよ
うな反応を考えた場合、プラグ電極表面のプレイグニツ
シヨンの起点となる部分の部材を、触媒作用の低い材料
、つまり電気陰性度の低い材料によって構成すればプレ
イグニツシヨンの防止できる可能性かあることに本発明
者は想到したのである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明の点火プラグは、軸
方向に貫通する内孔を備える絶縁体と、該絶縁体の前記
内孔に嵌着され該絶縁体の一端の開口部に突出した中心
電極と、該中心電極と対向する突出部を有し前記絶縁体
の外周部に嵌着された接地電極と、前記中心電極と前記
接地電極とのうち少なくとも一つの電極の少なくとも表
面部分の一部を構成する電気陰性度の低い金属あるいは
金属化合物により構成したことを特徴とする。

（作用） 上記のように構成された本発明の点火プラグは、エンジ
ンか高速・高負荷で運転される条件つまりプレイグニツ
シヨンが発生しやすい運転条件では、中心電極と接地電
極とのうち少なくとも一つの電極の少なくとも表面部分
の一部を電気陰性度の低い金属あるいは金属化合物から
構成しているため、点火プラグの先端である電極の熱面
着火性を低下させることかできる。

そのため、点火プラグの電極が高速・高負荷の燃焼によ
って過熱し高温となっても、熱面着火により火種か発生
することかなく、プレイグニツシヨンか発生せず、点火
プラグの発生する火花によって正常に点火し燃焼する。

また、本発明の点火プラグは、電極の熱面着火性を低下
させることによってプレイグニツシヨンを防止している
ため、点火プラグの先端温度を下げる必要かなく、熱引
きの良い「冷え形プラグ」を点火プラグとして使用する
必要がない。

そのため、エンジンが低速・低負荷で運転される運転条
件でも、点火プラグの電極は燃料の蒸発に充分な温度に
保たれ、電極か燃料液滴によって濡れることがないため
、点火プラグの電極は正常な火花を発生し、火花点火に
よって即時に火炎核か発生しその火炎核から火炎か周り
に伝播し燃焼か速やかに行なわれる。

そのため、くすぶりと称される点火プラグ電極の汚損及
びそれによって誘発される点火不良は発生しない。

（効果） 以上のように本発明の点火プラグは、エンジンが高速・
高負荷で運転される条件つまりプレイグニツシヨンか発
生しやすい運転条件では、電極の熱面着火性を低下させ
ることによってプレイグニツシヨンを防止することかで
きる。

また、エンジンが低速・低負荷で運転される運転条件で
は、点火プラグの先端温度か低くなり過ぎることがなく
、くすぶりと称される点火プラグ電極の汚損及びそれに
よって誘発される点火不良は発生しない。

このように、本発明の点火プラグは、高速・高負荷で発
生するプレイグニツシヨンと、低速・低負荷で発生する
くすぶりとの相反する問題を同時に解決することかでき
る。

（実施例） （構成） 本発明の一実施例の構成を以下に説明する。

軸方向に貫通する内孔を備える絶縁体５と、該絶縁体の
前記内孔に嵌着され該絶縁体の一端の開口部に突出した
中心電極１と、該中心電極と対向する突出部を有し前記
絶縁体の外周部に嵌着された接地電極邸と、前記中心電
極１を被覆する電気陰性度の低い金属あるいは金属化合
物からなる被覆膜２と、前記接地電極３を被覆する電気
陰性度の低い金属あるいは金属化合物からなる被覆膜４
とから成る。

前記被覆膜２．４は、電気陰性度の低い金属であるＮｉ
、Ｚｒ、電気陰性度の低い金属化合物である炭化物（Ｚ
ｒＣ，ＴａＣ，Ｔｉｃ、ＶＣ，ＨｆＣ，ＮｂＣ，Ｗ２　
Ｃ，Ｃｒ２Ｃ２等）および電気陰性度の低い金属化合物
である窒化物（ＴｉＮ。

ＺｒＮ、ＴａＮ、ＶＮ等）から成ることか好ましく、被
覆膜の厚さは３〜１０μｍ程度であることか好ましい。

（作用） 上記のように構成された本発明の実施例の点火プラグは
、エンジンが高速・高負荷で運転される条件つまりプレ
イグニツシヨンが発生しやすい運転条件では、中心電極
と接地電極の表面部分を電気陰性度の低い金属あるいは
金属化合物からなる被覆膜によって被覆しているため、
点火プラグの先端である電極の熱面着火性を低下させる
ことかできる。

そのため、点火プラグの電極か高速・高負荷の燃焼によ
って過熱し高温となっても、熱面着火により火種か発生
することかなく、プレイグニツシヨンか発生せず、点火
プラグの発生する火花によって正常に点火し燃焼する。

また、本発明の点火プラグは、電極の熱面着火性を低下
させることによってプレイグニツシヨンを防止している
ため、点火プラグの電極の温度を下げる必要がなく、熱
引きの良い「冷え形プラグ」を点火プラグとして使用す
る必要がない。

そのため、エンジンか低速・低負荷で運転される運転条
件でも、点火プラグの電極は燃料の蒸発に充分な温度に
保たれ、電極か燃料液滴によって濡れることかないため
、点火プラグの電極は正常な火花を発生し、火花点火に
よって即時に火炎核か発生しその火炎核から火炎か周り
に伝播し燃焼か速やかに行なわれる。

そのため、くすぶりと称される点火プラグ電極の汚損及
びそれによって誘発される点火不良は発生しない。

（効果） 以上のように本発明の点火プラグは、エンジンが高速・
高負荷で運転される条件つまりプレイグニツシヨンか発
生しやすい運転条件では、電極の熱面着火性を低下させ
ることによってプレイグニツシヨンを防止することがで
きる。

また、エンジンか低速・低負荷で運転される運転条件で
は、点火プラグの先端温度か低くなり過ぎることかなく
、くすぶりと称される点火プラグ電極の汚損及びそれに
よって誘発される点火不良は発生しない。

このように、本発明の点火プラグは、高速・高負荷で発
生するプレイグニツシヨンと、低速・低負荷で発生する
くすぶりとの相反する問題を同時に解決することができ
る。

（実験例） 実験には表に示す水冷４サイクル、２バルブ火花点火機
関を用いた。この供試機関は第２図に示すように、プレ
イグニツシヨン判定用の失火発生装置１６を点火プラグ
１３の点火回路に組み込んだ１番気筒と、失火発生装置
を持たない通常の点火回路によりて運転される２番気筒
、３番気筒、４番気筒から成る。この供試機関１２の燃
料供給は図示しない吸気管に設けられた噴射弁１５によ
って各気筒とも同様な状態に保たれる。

表 実験にあたっては供試機関１２を一定速度・−定負荷で
運転しながら火花点火時期を最適点火時期（ＭＢＴ）よ
り更に徐々に進め、１番気筒の燃焼による圧力上昇を前
記供試機関の１番気筒に取り付けた圧力センサー１１に
よって取出し、連続４００サイクルの燃焼圧力を図示し
ないコンピューターで収録し演算処理を行なった。この
圧力波形が急激な変化を示した場合にプレイグニツシヨ
ンの発生とみなした。更に、前記失火発生装置１６によ
って１番気筒の点火信号を２０サイクルに１回の割合で
周期的に遮断することによって、点火信号かない場合で
も熱面着火によって燃焼が生起されることを確認した。

１番気筒に用いる点火プラグ１３は、第１図に示すよう
に中心電極、接地電極共に金属あるいは金属化合物（Ｐ
ｔ、　Ｒｅ、　　Ｐｄ、　Ｍｏ、　　Ｃｕ、　Ａｇ、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ａｆ、Ｗ２　Ｃ，Ｚｒ、ＺｒＣ）で５μｍ厚
程度の被覆膜を施したものを用いた。

この被覆膜は薄いため熱価に与える影響はほとんどなく
、被覆した材料の熱面着火の特性が評価てきるようにな
っている。

上記の供試機関を用いて、これら、の被覆を施した点火
プラグの熱面着火性を評価した。評価の指標としては、
プレイグニツシヨンの発生する点火時期を用いた。この
場合、点火時期か進み側になるにしたかって筒内圧か増
大するため、筒内のガス温度が上昇し、それに伴って点
火プラグの電極の温度が増大する。従って、点火時期が
進み側になるはｙプレイグニツシヨンか発生しにくく、
熱面着火性が低いことを示す。

実験結果を以下に示す。

プレイグニツシヨンの発生する点火時期を圧縮上死点前
のクランク角度で表すと、Ｐｔは２５°、Ｒｅは２６°
、Ｐｄは２７°、ＭＯは２８°、ＣＵは２６°、Ａｇは
２８°、Ｆｅは３０°、Ｎｉは３２°、ＡＡは２８°、
Ｗ２Ｃは３３°、Ｚｒは３３°、ＺｒＣは３８°となっ
た。

これらの金属あるいは金属化合物の電気陰性度とプレイ
グニツシヨンを起こしはじめた点火時期との関係を第３
図に示す。第３図より、電気陰性度の低い金属あるいは
金属化合物はどプレイグニツシヨンを起こしにくく熱面
着火性か低いことか明らかである。

つまり従来のＰｔ、Ｆｅ等の電極に比較して、本発明の
点火プラグの電極はより低い電気陰性度の金属あるいは
金属化合物によって被覆されているため、プレイグニツ
シヨンを効果的に防止することかできる。

以上のように、本実施例においては、中心電極と接地電
極とを共に表面部分を電気陰性度の低い金属あるいは金
属化合物からなる被覆膜で覆ったが、これに限る事無く
、中心電極と接地電極とのうち少なくとも一つの電極を
電気陰性度の低い金属あるいは金属化合物からなる被覆
膜で覆っても良いし、中心電極と接地電極とのうち少な
くとも一つの電極の表面部分の一部を電気陰性度の低い
金属あるいは金属化合物からなる部材で構成しても良い
し、中心電極と接地電極とのうち少なくとも一つの電極
のすべてを電気陰性度の低い金属あるいは金属化合物か
らなる部材で構成しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の点火プラグの先端部分の断面図、第２
図はプレイグニツシヨン試験装置の該略図、第３図は電
極の被覆材料の電気陰性度とプレイグニツシヨンを発生
しはしめた点火時期との関係を示す線図。 ■・・・中心電極、　　　２・・・被覆膜、３・・・接
地電極、　　４・・・被覆膜、５・・・絶縁体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軸方向に貫通する内孔を備える絶縁体と、 該絶縁体の前記内孔に嵌着され該絶縁体の一端の開口部
   に突出した中心電極と、 該中心電極と対向する突出部を有し前記絶縁体の外周部
   に嵌着された接地電極と、 前記中心電極と前記接地電極とのうち少なくとも一つの
   電極の少なくとも表面部分の一部を電気陰性度の低い金
   属あるいは金属化合物により構成したことを特徴とする
   点火プラグ。