JPH0831352B2

JPH0831352B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH0831352B2
Application number: JP62195058A
Authority: JP
Inventors: 聖彦渡辺; 猪頭　　敏彦; 健雄三好; 正博山下; 啓志細井; 登高木
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1987-08-04
Filing date: 1987-08-04
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: EP0302474B1; EP0302474A1; DE3878336T2; JPS6486471A; DE3878336D1; US4914344A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内燃機関のスパークプラグに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

スパークプラグは、一般に、中心電極及び接地電極を
備え、これらの間にスパークギャップを形成している。
ところで、近年、内燃機関（以下、エンジンという）の
性能向上のための高圧縮比化、リーン・バーン化、ター
ボ・チャージャー装着等により着火性の向上が要求さ
れ、スパークギャップのワイド化が図られている。この
ためプラグ要求電圧は、上昇の一途をたどっている。

従来、プラグ要求電圧低減対策としては、例えば、電
極を細くする手段があるが、電極消耗が大きく、耐久性
が低下する。そこで、電極先端を消耗の少ない白金で形
成する手段も考えられるが、コスト的に問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、ワイ
ドギャップにしても従来より要求電圧を低くし得る、ス
パークプラグを提供することを目的とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、中心電極と、この中心電極を囲む絶縁碍子
と、この絶縁碍子を囲む金属ハウジングと、このハウジ
ングの先端から前記中心電極の先端前方に延出して前記
中心電極の先端との間にスパークギャップを形成する接
地電極と、前記中心電極まわりの前記絶縁碍子の先端部
外周に設けられ、前記中心電極との間に沿面ギャップを
形成しかつ前記接地電極より絶縁された第３電極とから
なり、前記沿面ギャップにおける容量放電電圧が前記ス
パークギャップにおける容量放電電圧よりも低電圧で放
電可能になるように前記沿面ギャップが設けられるとと
もに、前記沿面ギャップでの容量放電の後、前記中心電
極と前記接地電極との間の放電のみが生じるスパークプ
ラグを提供するものである。

〔作用〕

中心電極に高電圧が印加されると、先ず、中心で局と
第３電極間の沿面ギャップに絶縁碍子の先端面に沿う容
量放電（第１の容量放電）が生じる。この際、第３電極
を形成する導電体とハウジングとの間を絶縁することに
より容量成分（コンデンサ）が形成されているため、こ
のコンデンサに電荷がフル充電されるまで、放電は継続
する。次いで、この第１の容量放電により、中心電極及
び接地電極間のスパークギャップに、容量放電（第２の
容量放電）が誘発され、この容量放電が誘導放電へ移行
するのである。

本発明では、第１の容量放電は沿面放電であって、比
較的低い電圧で放電が開始され、その中心電極近傍のイ
オン化作用により、第２の容量放電の放電電圧も低い値
となる。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例を示す第１図及び第２図におい
て、中心電極１の先端と接地電極２との間には、正規ス
パークギャップS₁が形成されている。中心電極１は、ア
ルミナ磁器よりなる絶縁碍子３の軸孔を貫通し、先端が
碍子の先端面より突出している。中心電極１まわりの碍
子３の先端部外周に、導電体（例えば白金）がコーティ
ングされ、第３電極４を形成している。第３電極４は、
先端部41のみ露出し、まわりは誘電体（たとえばアルミ
ナ、SiCなど）により被覆されており、ハウジング６へ
接触することはない。

この第３電極４と中心電極１との間に沿面ギャップで
ある補助ギャップS₂が形成される。補助ギャップS₂の沿
面距離は3mm以下程度で効果を表し、0.5〜3mm程度にす
るのが好ましい。また、第３電極４とハウジングの内面
62により容量成分（コンデンサ）が形成され、その容量
の大きさＣは、コーティングの長さにより決定される。
本実施例の場合、誘電体５として絶縁部材であるアルミ
ナを使用しており、容量成分の容量はＣ＝12pF程度であ
る。

以上の構成を有するプラグ中心部は、ハウジング６内
に収納し、パッキング７、およびリング８を介してハウ
ジング６に固着せしめる。ハウジング６の先端には、Ｌ
字形の接地電極２が溶接してあり、上記した様に、中心
電極１の先端と接地電極２の先端間に、正規ギャップS₁
を形成する。ハウジング６は、その外周に形成したねじ
61により、エンジンのシリンダヘッドに固定される。

第３図に、本スパークプラグの等価回路を示す。図に
おいてＥは電源、10はイグナイタコイル部、１は中心電
極、２は接地電極、４は第３の電極、９は前記コンデン
サ、S₁は正規スパークギャップ、S₂は補助ギャップであ
る。

〔作用〕

以上のように構成した本発明のスパークプラグにおい
て、中心電極１に高電圧を印加すると、まず補助ギャッ
プS₂において弱い第１の容量放電が生じる。これは、正
規ギャップS₁が空中放電により放電を開始するのに比
べ、補助ギャップS₂は、沿面放電から放電を開始するた
め、補助ギャップS₂における要求電圧が低いことによ
る。そして、第３電極４は、容量成分（コンデンサ）を
介し、接地しているため、コンデンサ容量分だけ、第３
電極４へ放電するのみで、誘電放電へは移行しない。

補助ギャップS₂において放電が生じると、多くのイオ
ンや自由電子が発生する。そして、これ等イオンや自由
電子がトリガとなって正規ギャップS₁において第２の容
量放電が生じ、誘導放電へと移行する。

第４図は、本実施例のスパークプラグの放電電圧波形
で、Ａは補助ギャップS₂で生じる第１の容量放電、Ｂ
は、正規ギャップS₁で生じる第２の容量放電、Ｃは正規
ギャップS₁で生じる誘導放電を示す。

発明者らの実験によれば、第２の容量放電の要求電圧
は、第３電極４がない場合、すなわち第１の容量放電が
ない場合に比べ20％程度ないしそれ以上低くできること
を確認した。

第９図は、第３電極４を持たない従来のスパークプラ
グの要求電圧（D:実線）と本発明のスパークプラグの要
求電圧（E:破線）を雰囲気圧を０〜10kg/cm²で変化させ
て測定した結果を示すものである。用いたスパークプラ
グは、いずれも正規ギャップを1.4mm、本発明のスパー
クプラグの補助ギャップを1mmとした。本発明のスパー
クプラグの要求電圧は、従来のそれに比し、20％程度低
い。従ってまた本発明のスパークプラグでは、従来のス
パークプラグに比べ、要求電圧を上げることなく、正規
ギャップを広げることができ、その分着火性を向上させ
ることができる。補助ギャップ幅は、0.5〜3mm程度が適
当である。なお、補助ギャップS₂における放電はエネル
ギーが小さいため、補助ギャップS₂で火災が発生するこ
とがなく、第３電極の先端部41の電極消耗は極めて少な
い。

また、正規ギャップS₁で放電が発生する際に、第３電
極４により構成されたコンデンサに貯められた電荷は、
一緒に接地電極２へ流れる。従って正規ギャップS₁に
は、ほぼ従来と等しい放電エネルギーが供給され、着火
性に悪影響を及ぼすこともない。

また、設けるべき容量成分Ｃの値は、第５図における
等価回路を参考にして、 L₁,L₂:1次側、２次側のコイル・インダクタンス C₁,C₂:1次側、２次側の静電容量 V₁,V₂:1次側、２次側の電圧 I:1次側電流 N₁,N₂:1次側、２次側のコイル巻数エネルギー方程式は、正規ギャップS₁において放電が
生じない場合には、 1/2L₁I²＝1/2C₁V₁ ²＋1/2（C₂＋Ｃ）V₂₀ ² V₁＝（N₁/N₂）・V₂₀ 正規ギャップS₁において放電が生じるためには、少な
くとも V₂＜V₂₀ なる関係が成り立たねばならない。よって、コンデンサ
９の容量Ｃは、少なくともなる関係を満たさねばならない。

また、実験よりＣ＝3pF以上で顕著な効果が得られる
ためなる関係を満たす必要がある。

また、本実施例のように、誘電体５としてアルミナ使
用の際、容量成分Ｃは、構造上3pF〜25pFで効果を有す
る。

また第１実施例において、誘電体５はハウジング６に
接地されているが、これは必ずしも必要ではない。

第６図は、本発明の第２の実施例を示す。

本実施例では、中心電極１と第３電極の先端部41間の
絶縁碍子３上に、半導体膜11（SiC等、抵抗値2MΩ）
が、コーティングされている。

この半導体膜11の抵抗値Rgは、0.3MΩ〜1000MΩ程度
で、要求電圧の低減効果がある。

第７図は、本実施例のスパークプラグの等価回路を示
す。中心電極１と第３電極４の補助ギャップS₂の間に抵
抗値Rgを示す半導体11を有する。

本実施例のスパークプラグは、上記第１の実施例と同
様の作用効果を有するが、補助ギャップS₂において第１
の容量放電が生じた際に、半導体11の作用により、中心
電極１まわりに第１の実施例よりも多くのイオンや、自
由電子が発生する。その結果、正規ギャップS₁で生じる
第２の容量放電の要求電圧は、第１の実施例の場合より
小さくなる。第９図に本実施例の場合の要求電圧（F:一
点鎖線）の測定例を示す。本実施例のスパークプラグ
は、従来のもの、あるいは第１の実施例のものに比べて
要求電圧の低減度が大きい。

また、本実施例の場合、抵抗Rgの形成のために、半導
体11のコーティングの代わりに絶縁碍子３に金属系イオ
ンの注入を施し、碍子表面の改質を行っても同様の効果
がある。

第８図は本発明の第３の実施例を示すもので、第３電
極４を絶縁碍子３の外周面にコーティングし、誘電体５
として筒状のセラミック焼結体を用い、これを碍子３の
外周に嵌着及び接着剤12によりシール及び固定した点に
おいて、第１実施例と異なり、他の構造は、第１の実施
例と実質的に同じである。コーティングによる誘電体５
の形成には厚さに限度があるが、本実施例では第１の実
施例のそれより厚くでき、第３電極４、ハウジング６間
の耐絶縁性を増すことができる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明はスパークプラグに中心電
極、接地電極の外に第３電極を設けて中心電極と第３電
極間に、正規ギャップと近接し、正規ギャップよりも低
い電圧で容量放電が発生する沿面ギャップを形成し、沿
面ギャップの容量放電により正規ギャップの放電を誘発
せしめるようになしたもので、プラグ要求電圧を従来よ
りも低くすることができ、かつ正規ギャップのワイド化
を可能とし、着火性能を向上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図は断面図、第２図は第１図の要部拡大断面
図、第３図は等価回路図、第４図は放電電圧波形図、第
５図はコンデンサ容量Ｃの有効範囲を説明するための等
価回路図、第６図及び第７図は本発明の第２の実施例を
示すもので、第６図は一部断面図、第７図は等価回路
図、第８図は本発明の第３の実施例を示すもので、第９
図は本発明の第１、第２実施例、及び従来のスパークプ
ラグの要求電圧を比較した特性図、第10図は第４実施例
を示す要部拡大断面図である。１……中心電極,2……接地電極,3……絶縁碍子,4……第
３電極,5……誘電体,6……ハウジング,S₁……正規ギャ
ップ,S₂……沿面ギャップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細井啓志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者高木登愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内審判の合議体審判長森田信一審判官杉崎一也審判官岩野進 (56)参考文献特開昭57−208084（ＪＰ，Ａ) 特公昭46−24815（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭38−18861（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭52−7102（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極と、この中心電極を囲む絶縁碍子
と、この絶縁碍子を囲む金属ハウジングと、該ハウジングの先端から前記中心電極の先端前方に延出
して前記中心電極の先端との間にスパークギャップを形
成する接地電極と、前記中心電極まわりの前記絶縁碍子の先端部外周に設け
られ、前記中心電極との間に沿面ギャップを形成しかつ
前記接地電極より絶縁された第３電極とからなり、前記沿面ギャップにおける容量放電電圧が前記スパーク
ギャップにおける容量放電電圧よりも低電圧で放電可能
になるように前記沿面ギャップが設けられることによっ
て、前記沿面ギャップでの容量放電の後、前記中心電極
と前記接地電極との間の放電のみが生じることを特徴と
するスパークプラグ。
【請求項２】前記中心電極と前記第３電極の先端部との
間の絶縁碍子上には、半導体膜が形成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスパークプラ
グ。