JPH06260261A - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 着火性能と生産性の優れた内燃機関用スパー
クプラグを提供する。 【構成】 多極形状プラグにおいて、接地電極９の絶縁
碍子１側に放電を抑制するための切りかけ部１０を設け
ることによって、中心電極２の端面外周部１２と接地電
極９の下辺１１ａとの放電頻度を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，内燃機関用スパークプ
ラグに関するものであり，特に中心電極側面に対向する
複数の接地電極を有する内燃機関用スパークプラグに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、自動車等に使用される内燃機関に
おいては、環境問題、地球資源の観点より一層の省エネ
ルギーが叫ばれており、燃費の低減が進められ、その一
手段として、高圧縮化，希薄混合気によるリーンバーン
化等が行われている。そのために、スパークプラグの特
性として、着火性能向上への要求が非常に強くなってき
ている。

【０００３】しかしながら、従来の高速エンジン用或い
はロータリーエンジン用スパークプラグとして用いられ
ている、中心電極とこの中心電極側面に対向する複数の
接地電極の端面とで複数の火花ギャップを構成する多極
形状プラグにおける着火性能においては、放電が生じる
火花ギャップが中心電極と接地電極断面とで囲まれるた
めに、新規混合気の流れに晒され難く、火炎核の成長に
不利となり着火性能が劣るという問題が生じていた。

【０００４】そのため，上記構成を有する多極形状プラ
グの着火性向上の手段として、例えば、特公昭５７−１
１１０７号公報等がある。この手段によれば、中心電極
側面と接地電極断面に囲まれる火花ギャップ内での火炎
核の成長に着目することにより、火花ギャップを構成す
る中心・接地電極表面に溝を設けることによって、火炎
核の成長が阻害されにくい形状とすることによって、着
火性能の確保を図ることを可能にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の場合、中心電極側面に凹部形状の溝を形成す
る場合には、接地電極端面と対向する位置に形成しなく
てはならないが、中心電極と接地電極とは、方向性を有
するため、その組付工程において，お互い独立関係にあ
る両電極を整合するための工程が必要となり、そのた
め、生産性が低くなる。そして、火花ギャップをさらに
複数有するスパークプラグにおいては、さらに、接地電
極および中心電極の方向の整合性を考慮しなければなら
ず、製造が困難となってしまうという問題が生じる。

【０００６】一方、接地電極に凹部の溝を形成する場合
には、精度が必要であるにもかかわらず、狭い接地電極
巾での加工をしなくてはならず、さらには、接地電極数
だけの加工工程が必要となり、生産性に劣るという問題
もまた生じてしまう。

【０００７】そこで，本発明では上記問題点を鑑みたも
のであり、着火性能と生産性の優れた内燃機関用スパー
クプラグを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず、はじめに本発明者
らは、このような多極形状プラグにおいて、着火性能を
左右させる原因を追求した。

【０００９】その結果、多極形状プラグでは、従来考え
られるように、中心電極側面と接地電極の端面間に発生
した火炎が、新規混合気に晒され難いために、着火性が
乏しくなるだけでなく、この火炎が電極間に挟まれるこ
とによって、火炎自信が冷却され、火炎核の成長が阻害
される。そのために、この火炎核の成長の阻害が着火性
の劣化に起因することを見いだした。

【００１０】そのため、本発明においては、第１発明と
して、絶縁碍子に内包され、該絶縁碍子の一端より突き
出した中心電極と、一端が前記絶縁碍子に接続されると
ともに、他端が前記中心電極側面と対峙することによっ
て、前記中心電極とともに火花間隔を形成する接地電極
とからなる内燃機関用スパークプラグにおいて、前記接
地電極の端面に、前記接地電極の端面の前記絶縁碍子側
部と前記中心電極との間の火花放電の発生を減少させる
放電抑制部を設けた内燃機関用スパークプラグを提供す
る。

【００１１】この時、前記中心電極と対向する前記接地
電極の端面が矩形形状であり、この矩形形状の前記絶縁
碍子側辺に、一辺０．２ｍｍ以上のテーパ状の放電抑制
部を形成することが好ましい。

【００１２】さらに、前記中心電極と対向する前記接地
電極の端面が矩形形状であり、この矩形形状の前記絶縁
碍子側辺に、半径０．３ｍｍ以上の曲面形状の放電抑制
部を形成することが好ましい。

【００１３】また、第２の発明として、絶縁碍子に内包
され、該絶縁碍子の一端より突き出した中心電極と、一
端が前記絶縁碍子に接続されるとともに、他端が前記中
心電極側面と対峙することによって、前記中心電極とと
もに火花間隔を形成する接地電極とからなる内燃機関用
スパークプラグにおいて、前記中心電極端面外周部に
は、前記接地電極の前記端面に対向する凹部状の放電抑
制部が形成される内燃機関用スパークプラグを提供す
る。

【００１４】この時、中心電極端面外周部の前記凹部状
の放電抑制部の前記中心電極の端面表面からの深さは中
心電極端面表面より0.３ｍｍから0.８ｍｍであることが
好ましい。

【００１５】

【作用】上記第１および第２の発明を採用することによ
り、接地電極の絶縁碍子側部と中心電極との放電発生頻
度を少なくさせるとともに、接地電極の絶縁碍子側と反
対の側部と中心電極との放電発生頻度を高めることによ
って、接地電極の絶縁碍子側と中心電極との間の火炎核
の発生を抑制することができた。そのため、中心電極お
よび接地電極との間で冷却される火炎核を抑制すること
となり、全体の着火性を向上させることができた。

【００１６】また、単に、接地電極の絶縁碍子側と中心
電極との間に発生する火炎核を抑制する放電抑制部を設
けるだけでよいので、スパークプラグの生産性もまた優
れたものとすることができた。

【００１７】

【発明の効果】本発明を採用することにより、着火性能
と生産性の優れた内燃機関用スパークプラグを提供する
ことができた。

【００１８】

【実施例】（第１実施例）図１（ａ）および（ｂ）は本
発明の第１実施例における内燃機関用スパークプラグの
半断面図である。

【００１９】以下，本発明の第１実施例を図に示す実施
例に基づいて説明する。１はアルミナ磁器よりなる絶縁
碍子である。この絶縁碍子１は図示しない燃焼室に露出
される脚部１ａがテーパ状をなしている。また，軸方向
には、軸穴１ｂが設けられ、この軸穴１ｂの燃焼室側に
はニッケル系合金からなる中心電極２が内包され、その
一端２ａが燃焼室に露出されている。また、絶縁碍子１
の軸穴１ｂにおける中心電極２の他端２ｂ側には、銅粉
末と低融点ガラスとから構成される導電性ガラスシール
層４がカーボン粉末と低融点ガラスとから構成される抵
抗体５をはさみ込むように設けられており、中心電極２
の他端２ｂが、この導電性ガラスシール層４および抵抗
体５を介して、炭素鋼よりなる中軸６と電気的に接続さ
れている。３は、円筒状のハウジングで、耐熱、耐食性
の金属で構成されており、このハウジング３の内側にリ
ング状気密パッキン７およびかしめリング８を介して、
絶縁碍子１を固定している。また、ハウジング３には内
燃機関のシリンダーブロックに固定するためのネジ部３
ａが設けられるとともにニッケル系合金からなる２本の
接地電極９がそれぞれ対向するように設けられている。
さらにこの接地電極９は先端部で曲げ加工され、その端
面９ａと中心電極一端２ａの側面２ｃとによって、火花
ギャップＧを形成した、第１実施例の多極形状プラグが
構成されている。

【００２０】次に、図２（ａ）および、（ｂ）を用い
て、第１実施例の要部を詳細に説明する。図２（ａ）お
よび（ｂ）は、第１実施例のスパークプラグの要部拡大
図である。

【００２１】接地電極９の端面９ａは、矩形形状をなし
ており、特にその絶縁碍子側部の矩形形状の一部をなす
辺には、放電抑制部であるＣ寸法が０．２ｍｍの大きさ
の切りかけ部１０が形成されるとともに、絶縁碍子側の
反対側には、下辺１１ａが形成されている。

【００２２】次に、第１実施例の内燃機関用スパークプ
ラグの作用を説明する。まず、中心電極２と接地電極９
との間に高電圧を印加することによって、中心電極２と
接地電極９との間、具体的には、中心電極２の端面外周
部１２と接地電極９の端面９ａの下辺１１ａおよび切り
かけ部１０との間で放電が発生する。しかしながら、通
常、火花放電は、中心電極２および接地電極９の双方の
エッジ部に発生しやすいため、放電は、主に中心電極２
の外周端面１２と接地電極９の端面９ａの下辺１１ａと
の間で発生し、切りかけ部１０と中心電極２の外周端部
１２との間での火花放電発生は生じにくい。

【００２３】そのため、火花放電の発生によって発生す
る火炎核は、中心電極２と接地電極９の挟まれる空間Ｇ
のもっとも燃焼室に晒される箇所に発生し易くなる。よ
って、発生した火炎核は、中心電極２と接地電極９との
間で挟まれ冷却されることなしで、そして火炎核の成長
を抑制されることなく、着火性の優れた内燃機関用スパ
ークプラグを得ることができる。 （第２実施例）次に、本発明者らは、中心電極２と接地
電極９との間に発生する火炎が、各電極による冷却作用
を軽減もしくは回避するためには、どのような火炎の発
生状態が最も効果的であるのか検証した。

【００２４】具体的には、接地電極９の中心電極２に対
向する端面９ａが矩形形状を有する場合において、図３
の如く、この矩形形状を形成するために４つの辺である
下辺１１ａ、側辺１１ｂ、上辺１１ｃ及び側辺１１ｄが
存在する。そして、この４つのどの辺と中心電極２の端
面外周部１２との放電が最も着火性に優れるのかを検証
したのである。

【００２５】そこではじめに、 接地電極９の端面９ａ
に形成される切りかけ部１０の形状に対する接地電極９
の切りかけ部１０と中心電極２の外周端部１２との放電
頻度の関係を調べ、その結果を図４の○印にて示した。

【００２６】図４の縦軸は全放電における切りかけ部１
０と中心電極２との間に発生する放電頻度割合、横軸は
接地電極９に形成された切りかけ部１０のＣ寸法を示
す。また、放電条件として、スパークプラグは火花ギャ
ップ１．０ｍｍとし、通常の自動車用点火装置を使用
し、空気中０．６ＭＰａで毎秒３０回、放電を発生させ
た。

【００２７】使用したスパークプラグは、第１実施例の
スパークプラグのものと同一とし、ただ切りかけ部１０
のＣ寸法のみを変化させた。その結果、切りかけ部１０
を有しない従来のスパークプラグの火花ギャップＧにお
ける放電箇所は、電位の影響により、接地電極先端面９
ａを形成する４つの辺の内、特に絶縁碍子側辺である上
辺１０ｃと中心電極２および下辺１０ａと中心電極２と
の間において集中するが、特に、図４に示す如く、従来
のスパークプラグである切りかけ部のないものにおいて
は、接地電極断面辺１０ａへの放電頻度が３０〜３５％
である。

【００２８】それに対して、切りかけ部１０の一辺の長
さＣ寸法を０．２ｍｍから徐々に増すことによって、接
地電極９に形成した切りかけ部１０への放電頻度は急激
に減少し、Ｃ寸法が0.６ｍｍ近傍から減少傾向は緩やか
となった。

【００２９】つぎに、上記構成のスパークプラグにおけ
る内燃機関での着火性能評価を実施した。評価は１５０
０ｃｃ、４気筒、４サイクルのガソリンエンジンを用い
アイドリング６５０ｒｐｍで空燃比を変化させ、良否を
失火の有無によって判定した。また、スパークプラグ
は、図１のものを用い、火花ギャップは1.０ｍｍとし、
Ｃ寸法は図４に示した仕様とした。

【００３０】図５に、その結果を示す。図５は、切りか
け部１０のＣ寸法を変化させた場合の希薄燃焼限界値を
示し、その数値は、Ａ／Ｆ（空気／燃料）の比を示す。
また、比較例として、切りかけ部のない従来のスパーク
プラグの場合の希薄燃焼限界値も示した。

【００３１】図５より明らかなように、従来のスパーク
プラグにおいては、中心電極２の端面外周部１２と接地
電極９の上辺１１ｃおよび中心電極２の端面外周部１２
と下辺１１ａの放電が混在していており、着火性能がこ
の放電箇所に大きく影響を受けているのに対して、第１
実施例の如く切りかけ部１０を形成することによって、
端面９ａと中心電極２の端面外周部１２との間の放電発
生頻度が少なくさせる程、即ち、接地電極９の端面９ａ
の下辺１１ａと中心電極２の端面外周部１２との放電発
生頻度が高くする程、着火性能向上に結びつくことがわ
かった。

【００３２】しかしながら、着火性能の向上は、切りか
け部１０のＣ寸法が０．２ｍｍよりあらわれるが、０．
８ｍｍ以上では、切りかけ部１０と中心電極２の端面外
周部１２との間の放電頻度が高くならないため、効果の
向上はあまり見られないことが、図４および図５よりわ
かる。

【００３３】上記の如く、図４および図５より、接地電
極９の上辺１１ｃへの放電頻度を軽減することが、着火
性向上に有効であることがわかった。 （第３実施例）第１実施例においては、接地電極９の端
面９ａの上辺１１ｃと中心電極２の端面外周部１２との
放電を抑制する放電抑制部として、切りかけ部１０を設
けたが、第３実施例では、図６に示す如く、上辺１１ｃ
に少なくとも放電抑制部である曲面部１３を形成した。

【００３４】図４の△印によって、曲面部１３の半径寸
法値Ｒに対する曲面部１３と中心電極２の端面外周部１
２との放電頻度との関係を第２実施例の結果とともに合
わせ示す。

【００３５】図４より明らかなように、半径寸法値Ｒ値
が大きくなるほど、曲面部１３と中心電極２の端面外周
部１２との放電頻度が低下していくことがわかる。次
に、曲面部１３の半径寸法値Ｒ値に対する希薄燃焼限界
値を図５に、第２実施例の結果とともに合わせ示す。

【００３６】図４および図５からもまた、曲面部１３と
中心電極２の端面外周部１２との放電が少なくなる程、
そして、接地電極９の端面９ａの下辺１１ａと中心電極
２の端面外周部１２との放電頻度が高くなるほど、着火
性の向上を計ることができることがわかる。

【００３７】特に、曲面部１３の半径寸法値Ｒは、０．
３ｍｍ以上の時、着火性の向上が見受けられる。 （第４実施例）第１実施例においては、放電抑制部とし
て、接地電極９の端面９ａに切りかけ部１０を形成した
が、第４実施例においては、図７（ａ）および（ｂ）に
示す如く、中心電極２の端面外周部１２において、放電
抑制部である凹部１４を３ヵ所形成した。

【００３８】即ち、接地電極９の端面９ａの下辺１１ａ
と中心電極２の端面外周部１２とによって形成される火
花ギャップＧを介して、接地電極９の端面９ａと対峙す
る中心電極２の端面外周部１２に、巾0.３ｍｍ、深さを
中心電極２の端面２ａより0.３〜0.８ｍｍの溝形状の凹
部１４を形成した。

【００３９】図４の□印によって、凹部１４の深さＬ値
に対する接地電極９の端面９ａの上辺１１ｃと中心電極
２の端面外周部１２との放電頻度との関係を第２および
第３実施例の結果とともに合わせ示す。

【００４０】図４より、中心電極２の端面外周部１２へ
凹部１４を設けたものでは、凹部１４の深さＬが、0.３
ｍｍから放電頻度が減少していくが、深さＬが1.０ｍｍ
より大きくなると、接地電極９の端面９ａへの放電頻度
が増加する傾向があった。この原因としては、凹部１４
が深くなるにつれて凹部１４と接地電極９の端面９ａと
の間の電位が高まったためと思われる。

【００４１】尚、この凹部１４の深さ0.３ｍｍは、端面
外周部１２と上辺１１ｃとの間の電位への影響がでる最
小寸法であると考えられる。さらに、図５に、各凹部１
４の溝深さＬに対する希薄燃焼限界値との関係を第２お
よび第３実施例の結果とともに合わせ示す。

【００４２】図４および図５からもわかるように、接地
電極９の端面９ａの下辺１１ａの中心電極２の端面外周
部１２との間の放電頻度が高くなるほど、着火性が向上
することがわかった。

【００４３】また、図７（ｂ）に示す如く、中心電極２
の端面外周部１２と接地電極９の断面９ａとは必ず対峙
する関係となる。当然ながら，接地電極数が増せば対峙
する機会は増加する。

【００４４】以上，本発明を採用することによって、接
地電極９の端面９ａに設けられた１１ｃへの放電頻度を
軽減させることによって、着火性能の向上を図るととも
に、その放電抑制部としての切りかけ部１０、曲面部１
３及び凹部１４は、例えば、接地電極９の曲げ加工後の
火花ギャップＧの打ち抜きと同時にプレス成形すること
によって形成してもよく、製造時における加工精度の要
求又は、組付の方向性の整合という工数のかかるのを解
消することができる。

【００４５】一方，中心電極２の端面外周部１２への凹
部１３の設置も，中心電極２の成形加工時に型にて設定
できる。凹部１３の設定数は，中心電極２と接地電極９
との組付時の方向性を解消するためと電極消耗への影響
を考慮して３か所だけでなく、図８に示す如く４か所で
あってもよい。

【００４６】また、上記実施例においては、放電抑制部
として、接地電極９の端面９ａに切りかけ部１０や曲面
部１３等の放電抑制部や中心電極２の端面外周部１２に
溝形状の凹部１４を形成したが、本発明は、これら形状
に限るものでなく、例えば、中心電極２の端面２ａにお
いて、図９（ａ）および（ｂ）の如く溝部１５を形成し
てもよく、中心電極２の端面外周部１２と接地電極９の
端面９ａの上辺１１ｃとの放電を抑制できればどのよう
な形状であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のスパークプラグの半断面図
であり、（ｂ）はその下面図である。

【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１実施例の
要部を示す要部拡大図である。

【図３】従来の接地電極の正面図である。

【図４】本発明の各実施例における放電頻度特性を示す
特性図である。

【図５】本発明の各実施例における希薄燃焼限界値を示
す特性図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す要部拡大図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第４実施例を
示す要部拡大図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す要部拡大図である。

【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施例を
示す要部拡大図である。

【符号の説明】

２ 中心電極 ９ 接地電極 １０ 切りかけ部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁碍子に内包され、該絶縁碍子の一端
   より突き出した中心電極と、 一端が前記絶縁碍子に接続されるとともに、他端が前記
   中心電極側面と対峙することによって、前記中心電極と
   ともに火花間隔を形成する接地電極とからなる内燃機関
   用スパークプラグにおいて、 前記接地電極の端面に、前記接地電極の端面の前記絶縁
   碍子側部と前記中心電極との間の火花放電の発生を減少
   させる放電抑制部を設けることを特徴とする内燃機関用
   スパークプラグ
2. 【請求項２】 前記中心電極と対向する前記接地電極の
   端面が矩形形状であり、この矩形形状の前記絶縁碍子側
   辺に、一辺０．２ｍｍ以上のテーパ状の放電抑制部が形
   成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ス
   パークプラグ。
3. 【請求項３】 前記中心電極と対向する前記接地電極の
   端面が矩形形状であり、この矩形形状の前記絶縁碍子側
   辺に、半径０．３ｍｍ以上の曲面形状の放電抑制部が形
   成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ス
   パークプラグ。
4. 【請求項４】 絶縁碍子に内包され、該絶縁碍子の一端
   より突き出した中心電極と、 一端が前記絶縁碍子に接続されるとともに、他端が前記
   中心電極側面と対峙することによって、前記中心電極と
   ともに火花間隔を形成する接地電極とからなる内燃機関
   用スパークプラグにおいて、 前記中心電極端面外周部には、前記接地電極の前記端面
   に対向する凹部状の放電抑制部が形成されることを特徴
   とする内燃機関用スパークプラグ。
5. 【請求項５】 中心電極端面外周部の前記凹部状の放電
   抑制部の前記中心電極の端面表面からの深さは中心電極
   端面表面より0.３ｍｍから0.８ｍｍであることを特徴と
   する請求項４記載の内燃機関用スパークプラグ。