JPH06310256A - スパークプラグ - Google Patents
スパークプラグInfo
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- JPH06310256A JPH06310256A JP5125553A JP12555393A JPH06310256A JP H06310256 A JPH06310256 A JP H06310256A JP 5125553 A JP5125553 A JP 5125553A JP 12555393 A JP12555393 A JP 12555393A JP H06310256 A JPH06310256 A JP H06310256A
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- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/39—Selection of materials for electrodes
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- H—ELECTRICITY
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- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/46—Sparking plugs having two or more spark gaps
- H01T13/467—Sparking plugs having two or more spark gaps in parallel connection
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- Spark Plugs (AREA)
Abstract
提供すること。 【構成】 中心電極1の先端部10は接地電極21,2
2と対向配置している。先端部10は,上記接地電極の
放電面211,221と対面する平面部111,121
と,該平面部から脚部19に向けて形成された斜面部1
01,102とを有する。上記平面部には,上記放電面
と対向する位置に貴金属チップ31,32を設けてい
る。上記放電面は,上記貴金属チップとの間には火花ギ
ャップGを,上記斜面部との間には最短距離Aを,碍子
4の先端面40との間には最短距離Bを各々形成してい
る。火花ギャップG,最短距離A,最短距離Bは,A≧
1.2Gで,かつB≧Gの関係を有する。上記平面部の
軸方向の軸方向長さLと上記平面部に対して垂直方向の
断面の断面積Sとは,S/L≧0.7の関係を有するこ
とが好ましい。
Description
貴金属チップと接地電極の放電面とが対向配置している
スパークプラグに関する。
に伴い,スパークプラグの脱着が非常に困難になってい
る。そのため,脱着しなくてよい,又は脱着回数の少な
い長寿命のスパークプラグが要求されている。また,近
年の省エネルギーの動向により,自動車用内燃機関には
低燃費性及び希薄燃焼化が要求されている。そのため,
スパークプラグには高い着火性が求められている。
としては,図13〜図15に示すスパークプラグが知ら
れている(特公昭62─31797号)。このスパーク
プラグは,中心電極1と,該中心電極1の先端部10と
対向配置している接地電極21,22とを有する。中心
電極1の先端部10は,接地電極21,22の放電部2
19,229と対向する位置に,リング状の貴金属円盤
3を設けている。
挿入固定されている。碍子4は,接地電極21,22を
設けた金属ハウジング5の内孔に挿入固定されている。
上記貴金属円盤3と放電部219,229との間の火花
ギャップにおいては,飛火が発生する。
プラグにおいては,中心電極1の先端部10の全周にわ
たり貴金属円盤3を配設しているため,中心電極1と貴
金属円盤3との接合面の面積が長くなる。そのため,中
心電極1の先端部10及び貴金属円盤3には,中心電極
1の電極材料と貴金属円盤3の貴金属材料との熱膨張差
に起因する熱応力が作用する。
脱落が発生することがある。また,剥離した貴金属円盤
は火花ギャップを短絡する原因ともなる。そのため,上
記スパークプラグは,貴金属チップを用いているにも係
わらず,必ずしも長寿命化を図ることができない。
スパークプラグが知られている(特公平3─50396
号)。該スパークプラグは,外側電極25と,該外側電
極25と気中放電間隙Yをおいて対面している中心電極
1と,該中心電極1を挿入固定した絶縁体45と,該絶
縁体45の脚部46を固定している金具55とを有す
る。
接合されている。絶縁体45の先端部47は,金具55
から突出しており,脚部46よりも径小の径小部471
を有する。外側電極25の放電部26と絶縁体45の径
小部471との間には,空隙Zが形成されている。上記
スパークプラグは,機関取付ネジ径14mm型である。
の空隙Zは,気中放電間隙Yに比べて約半分の寸法に規
定されている。そのため,このスパークプラグを取り付
けたエンジンを作動させた場合に,絶縁体45の径小部
471にカーボン等の付着物が付着したり,エンジン運
転条件により気中放電間隙Yでの放電電圧が高くなった
りすると,上記空隙Zでも飛火を生ずる。このため,実
質的に狭い空隙Zにおいて生じる火炎核は,気中放電間
隙Yで生じる火炎核に比べ,消炎されやすい。
縁体45により取り囲まれているので,燃料を含む混合
気が入りにくい。また,スパークプラグを燃焼室に取り
付けた場合,空隙Zは,燃焼室の中心からみて正規の気
中放電間隔Yよりも遠い位置となる。そのため,空隙Z
での飛火は,気中放電間隔Yにおける飛火よりも,燃焼
室全体に火炎伝播しにくい。
飛火は,非常に着火性が悪い。更に,通常のエンジン運
転状態において頻繁に発生する。そのため,上記スパー
クプラグの着火性は,依然として不充分である。そこ
で,本発明はかかる従来の問題点に鑑み,長寿命で,着
火性に優れたスパークプラグを提供しようとするもので
ある。
ウジングの内孔に碍子が挿入固定され,該碍子の内孔に
中心電極の脚部が挿入固定され,上記中心電極の先端部
と上記接地電極とが対向配置されているスパークプラグ
において,上記中心電極の先端部は,接地電極の放電面
と対面する平面部と,該平面部から上記脚部に向けて形
成された斜面部とを有し,上記平面部には,上記接地電
極の放電面と対向する位置に貴金属チップを設け,上記
接地電極の放電面は,上記貴金属チップとの間には火花
ギャップGを,上記斜面部との間には最短距離Aを,上
記碍子の先端面との間には最短距離Bを各々形成してお
り,上記火花ギャップG,最短距離A,及び最短距離B
は,A≧1.2Gで,かつB≧Gの関係を有することを
特徴とするスパークプラグにある。
は,上記貴金属チップとの間には火花ギャップGを,斜
面部との間には最短距離Aを,碍子の先端面との間には
最短距離Bを各々形成している。そして,上記火花ギャ
ップG,最短距離A,及び最短距離Bは,A≧1.2G
で,かつB≧Gの関係を有する。
面と斜面部との間で,飛火が発生し易くなる(図7参
照)。B<Gの場合には,内燃期間における最適燃焼時
の空燃比が低下する(図8参照)。そのため,高濃度の
燃料ガスを必要とする。
向長さLと,該平面部に対して垂直方向の断面の断面積
Sとは,S/L≧0.7の関係を有することが好ましい
(図10参照)。尚,S/L<0.7の場合には,貴金
属チップと平面部との接合面で酸化が進行し,貴金属チ
ップが剥離するおそれがある。
平面であり,その先端部に1又は2以上形成されてい
る。また,接地電極の放電面に対面して配置されてい
る。上記平面部には,上記放電面と対向する位置にの
み,貴金属チップが接合している。貴金属チップは,円
盤状,矩形平板状等の偏平な形状をしている。
寿命に対応した量の貴金属を用いてる。該貴金属として
は,Pt−Ir−Ni合金,Pt−Ir合金,Pt−N
i,Pt−Ag,純Pt,Pt−W,Pt−Ru−Pd
等がある。上記接地電極の放電面は,安定した飛火を発
生させるために,貴金属チップの表面と平行であること
が好ましい。
接地電極の放電面と貴金属チップとの間の火花ギャップ
G,及び上記放電面と中心電極の斜面部との間の最短距
離Aは,A≧1.2Gの関係を有する。そのため,上記
最短距離Aでは殆ど飛火が発生せずに,上記火花ギャッ
プGでの飛火の発生頻度は最大となる(図7参照)。ま
た,低濃度の燃料ガス濃度が希薄でも,優れた着火性を
有する。
の放電面と碍子の先端面との間の最短距離Bは,B≧G
の関係を有する。そのため,上記最短距離Bでは,飛火
は発生しない。また,碍子の先端面にカーボン等の導電
性付着物が付着しても,最短距離Bでは,飛火は発生し
ない。従って,飛火は,放電面と最も近接している貴金
属チップとの間の火花ギャップGで,頻度良く発生す
る。また,火花ギャップGは,中心電極の先端付近に位
置している。そのため,外方からの混合気が火花ギャッ
プに達しやすい。そのため,火花ギャップで形成された
火炎核は成長しやすい。
取り付けた場合に,中心電極の先端部は燃焼室の中心部
を向く。そのため,上記火花ギャップGで飛火が発生す
ることとなり,燃焼室全体に火炎が伝播しやすくなる。
このように,火花ギャップGでの飛火の発生頻度が増加
すると,スパークプラグの着火性が向上する。
ップを接合している。そのため,貴金属チップは,平面
部と面接触することになり,両者の接合面全面にわたり
均一で良好に接合することができる。また,貴金属チッ
プは,接地電極との間で飛火が形成される部位にのみ接
合している。そのため,中心電極において最も消耗の激
しい部分を貴金属チップが被覆することになり,中心電
極の消耗を防止することができる。このため,スパーク
プラグの長寿命化を図ることができる。
寿命に対応した量を用いている。そのため,必要最小限
量の貴金属を用いて,最大限に貴金属チップを利用する
ことができる。以上のごとく,本発明によれば,長寿命
で,着火性に優れたスパークプラグを提供することがで
きる。
用いて説明する。本例のスパークプラグは,図1に示す
ごとく,接地電極21,22を設けた金属ハウジング5
の内孔に碍子4が挿入固定されている。碍子4の内孔に
は中心電極1の脚部19が挿入固定され,上記中心電極
1の先端部10と接地電極21,22とが対向配置され
ている。
4に示すごとく,接地電極21,22の放電面211,
221と対面する平面部111,121と,該平面部1
11,121から脚部19に向けて形成された斜面部1
01,102とを有する。上記平面部111,121に
は,接地電極21,22の放電面211,221と対向
する位置に,貴金属チップ31,32を接合している。
221は,図1に示すごとく,上記貴金属チップ31,
32との間には火花ギャップGを,斜面部101,10
2との間には最短距離Aを,碍子4の先端面41との間
には最短距離Bを各々形成している。上記火花ギャップ
G,最短距離A,及び最短距離Bは,A≧1.2Gで,
かつB≧Gの関係を有する。また,中心電極1における
平面部111,121の軸方向長さLと該平面部11
1,121に対して垂直方向の断面の断面積Sとは,S
/L≧0.7の関係を有する。
方向に対し平行な平面である。また,接地電極21,2
2の放電面211,221に対面して配置されている。
平面部111,121には,放電面211,221と対
向する位置にのみ,貴金属チップ31,32が抵抗溶接
してある。貴金属チップ31,32の表面は,安定した
飛火を発生させるために,上記接地電極21,22の放
電面211,221と平行である。
m,厚み0.4mmの偏平な円盤状である。貴金属チッ
プ31,32としては,スパークプラグの寿命に対応し
た量の貴金属を用いている。該貴金属は,78wt%P
t−20wt%Ir−2wt%Ni合金である。
2.5mmである。中心電極1としては,耐熱性Ni合
金を用いた。接地電極21,22は,耐熱性Ni合金を
用いた。碍子4は,公知のアルミナ焼結体を用いた。
示すごとく,碍子4の内孔40には,上記中心電極1の
脚部19の他に,内蔵抵抗135,及び端子136が挿
入固定されている。また,中心電極1と内蔵抵抗135
の間には,導電性ガラス134が溶融固着している。碍
子4と金属ハウジング5との気密性を確保するために,
ガスケット131,132が組み付けられている。碍子
4は,金属ハウジング5の腹部51をかしめることによ
り,金属ハウジング5と一体化されている。
比(A/G)と火花の発生頻度との関係について評価し
た。実施例1のスパークプラグを圧力チャンバー内に取
り付けた。圧力チャンバー内は,空気により7kg/c
m2 に加圧した。尚,この条件は,自動車内エンジンで
スパークプラグが放電する電圧と同じ電圧で放電する条
件である。そして,通常の自動車点火電源を用いて,上
記スパークプラグを放電させた。
図6に示すごとく,火花ギャップGで飛火gが発生し
た。また,接地電極21の放電面211と中心電極1の
斜面部101との間の最短距離Aでも飛火aが発生し
た。飛火gが発生する原因としては,平面部111の上
端18及び放電面211の上端28が凸状であるため,
該上端18,28において電界が強くなるためであると
考えられる。
面部101の下端109及び放電面211の下端29が
凸状であるため,該下端18,28において電界が強く
なるためであると考えられる。尚,接地電極21の放電
面211と碍子4の先端面41との間の最短距離Bで
は,飛火は発生しなかった。
飛火gの発生頻度と,上記飛火aの発生頻度とを測定し
た。放電面211と中心電極1の先端部10との間で1
000発飛火を発生させて,それぞれの飛火の回数を百
分率(%)で表し,発生頻度とした。その結果を図7に
示す。
なるに従い,飛火gの発生頻度が増加し,飛火aの発生
頻度は減少した。つまり,最短距離Aが火花ギャップG
よりも大きくなるに従い,飛火gの発生頻度が増加した
ことになる。そして,最短距離Aが火花ギャップGの
1.2倍以上であると,飛火aは殆ど発生せず,飛火g
の発生頻度がほぼ最大となる。
ると,飛火gの発生部位は,中心電極の先端付近であ
る。そのため,スパークプラグを燃焼室内に取り付けた
場合,中心電極の先端部は燃焼室の中心方向に開放して
いる状態となる。そのため,飛火gの発生部位が燃料と
空気との混合気に達しやすい。更に,燃焼室の中心部に
近いため,燃焼室内全体に火炎が伝播しやすい。従っ
て,飛火gの発生頻度が増加すると,スパークプラグの
着火性が向上すると考えられる。
地電極に囲まれているため,火炎核に混合気が達しにく
く,成長しにくい。また,例え,火炎核が成長しても,
飛火aの位置が燃焼室の中心部よりも遠いため,燃焼室
全体に火炎が伝播しにくく,着火性が悪い。
間の最短距離B,及び上記放電面と貴金属チップとの間
の火花ギャップGの関係について評価した。上記評価
は,碍子の先端面にカーボンが付着したことを想定し
て,導電ペーストを碍子の先端面に塗布し,焼き付け
て,中心電極と碍子の先端面とを導通状態とした。上記
最短距離Bと火花ギャップGとは同等の距離である。
で,スパークプラグを放電させた。その結果,最短距離
Bでは飛火が発生せず,火花ギャップGで頻繁に飛火g
が発生した。これは,碍子の先端面は平坦,もしくは曲
率半径の大きい滑らかな凸面であるため,電界が弱く,
B=Gの場合にも,殆ど最短距離Bでは飛火が発生しな
いと考えられる。
比(A/G)とスパークプラグの着火性との関係につい
て評価した。接地電極の放電面と斜面部との間の最短距
離Aを0.8〜1.4mmの範囲で変化させて,上記放
電面と貴金属チップとの間の火花ギャップGに対する,
上記放電面と斜面部との間の最短距離Aの比(A/G)
を,図8に示すごとく,種々に変えた(試料1〜試料
4)。火花ギャップGは1.0mmである。放電面と碍
子の先端面との間の最短距離Bは2.4mmである。
及び材質については,上記実施例1のスパークプラグと
同様である。この中心電極,貴金属チップ,接地電極
を,当社製のスパークプラグ(PK20R)に組み込ん
だ。上記測定条件は,水冷4気筒,4サイクル,150
0ccのエンジンで,アイドルにて650rpmで運転
した。ガソリンと空気との混合気をスパークプラグに導
入し,混合気の空燃比を徐々に希薄化した。そして,エ
ンジンの燃焼室での燃焼が失火するときの空燃比を希薄
限界とした。即ち,失火すると,ガソリン成分としての
炭化水素(HC)が,そのまま排気ガス中に出てくる。
このガソリン成分を検出することにより,上記希薄限界
を知ることができる。
クプラグ(特公平3─50396号)を試料C1とし
て,上記と同様の測定を行った。該スパークプラグにお
いては,実施例1のスパークプラグに対応する各寸法
は,G=Y=1.0,A=B=Z=0.5となり,A/
G=0.5である(図16参照)。上記測定結果を図8
に示した。
A/Gが1.2以上の場合(試料3,試料4)には,空
燃比は約17であった。一方,試料1,試料C1は,希
薄限界が空燃比16程度であった。このことから,火花
ギャップGに対する最短距離Aの比(A/G)が1.2
以上の場合には,希薄な燃料でも,十分に着火すること
がわかる。
離との関係について評価した。評価条件は,水冷6気筒
4サイクル,2000ccとし,アイドリング1分間と
全負荷5000rpm1分間とを繰り返し,100時間
運転し,スパークプラグに熱応力負荷を与えた。
のを用い,平面部の軸方向の長さLと平面部に垂直な断
面の断面積Sとを変えて,中心電極の平面部の形状を変
えた。中心電極に接合されている貴金属チップは,78
wt%Pt─20wt%Ir─2wt%Ni合金を用い
た。
に示すごとく,貴金属チップ31と中心電極1との接合
面7に,酸化剥離71,72が発生する場合があった。
そこで,S/Lと酸化率との関係を図10に示した。酸
化率とは,図9に示すごとく,貴金属チップ31の直径
Dに対する酸化剥離の長さ(d1+d2)の割合をい
う。同図より知られるように,S/Lが0.7以上の場
合には接合面の酸化率は約35%未満であった。逆に,
S/Lが0.7よりも小さくなると,酸化率が急増し
た。
た。中心電極の平面部と貴金属チップとの接合面は,加
熱時に熱応力を受ける。この熱応力は,接合面の最高温
度が小さい程小さくなる。そして,接合面の最高温度
は,加熱時の混合気からの受熱と,中心電極の軸方向,
即ち先端部から碍子内孔方向への熱伝導とのバランスに
より決まる。そのため,中心電極は混合気からの受熱量
が多くても,その軸方向に受熱を伝導させやすい性質を
有すれば,接合面の熱応力を低下させることができる。
熱伝導の一般法則から,中心電極の平面部と垂直な断面
の断面積Sが大きく,平面部の軸方向長さLが短い程,
高い値を示すことが知られている。このため,混合気か
らの受熱量を一定とした場合,S/Lが大きい程,貴金
属チップの最高温度は低下し,上記接合面の熱応力が小
さくなる。従って,S/Lが0.7以上であれば,接合
面の酸化を防止することができると考えられる。
剥離は低いレベルに抑制でき,貴金属チップの脱落の不
具合を発生しない。その結果,スパークプラグの長寿命
化を図ることができる。尚,貴金属チップが80wt%
Pt─20wt%Ir合金である場合についても,上記
と同様の結果であった。
く,3つの平面部131,141,151を有する中心
電極1と,各平面部131,141,151に対面配置
された接地電極23,24,25を有する。各平面部1
31,141,151は,接地電極23,24,25の
各放電面に対向する位置に,偏平な形状の貴金属チップ
33,34,35を抵抗溶接している。
に向けて斜面部104を有する。また,平面部131,
151から脚部19に向けても,図示しないが各々斜面
部を有する。その他は,実施例1と同様である。本例に
おいても,実施例1と同様の効果を有する。
図。
図。
る最短距離(A)の比(A/G)と,飛火の発生頻度と
の関係を示すグラフ。
る最短距離(A)の比(A/G)と,希薄限界との関係
を示すグラフ。
の接合面における酸化剥離状態を示す説明図。
(L)に対する平面部に垂直な断面の断面積(S)の比
(S/L)と,酸化率との関係を示すグラフ。
要部側面図。
断面要部側面図。
部, 19...脚部, 21,22,23,24,25...接地電極, 211,221,231,241,251...放電
面, 31,32,33,34,35...貴金属チップ, 4...碍子, 5...金属ハウジング, G...放電面と貴金属チップとの間の火花ギャップ, A...放電面と斜面部との間の最短距離, B...放電面と碍子の先端面との間の最短距離, L...中心電極における平面部の軸方向長さ, S...中心電極における平面部に対して垂直方向の断
面の断面積,
Claims (2)
- 【請求項1】 接地電極を設けた金属ハウジングの内孔
に碍子が挿入固定され,該碍子の内孔に中心電極の脚部
が挿入固定され,上記中心電極の先端部と上記接地電極
とが対向配置されているスパークプラグにおいて,上記
中心電極の先端部は,接地電極の放電面と対面する平面
部と,該平面部から上記脚部に向けて形成された斜面部
とを有し,上記平面部には,上記接地電極の放電面と対
向する位置に貴金属チップを設け,上記接地電極の放電
面は,上記貴金属チップとの間には火花ギャップGを,
上記斜面部との間には最短距離Aを,上記碍子の先端面
との間には最短距離Bを各々形成しており,上記火花ギ
ャップG,最短距離A,及び最短距離Bは,A≧1.2
Gで,かつB≧Gの関係を有することを特徴とするスパ
ークプラグ。 - 【請求項2】 請求項1において,上記中心電極におけ
る平面部の軸方向長さLと該平面部に対して垂直方向の
断面の断面積Sとは,S/L≧0.7の関係を有するこ
とを特徴とするスパークプラグ。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
JP12555393A JP3473044B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | スパークプラグ |
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JP (1) | JP3473044B2 (ja) |
DE (1) | DE4414545B4 (ja) |
GB (1) | GB2277555B (ja) |
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