JPS5841635B2 - 内燃機関用点火プラグ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関に使用される点火プラグに関し、詳細
には内燃機関の燃費改善を図るために点火プラグの電極
部分の構造を改良したものである。

従来周知の内燃機関用点火プラグは第１図に示す如く、
内燃機関への取付用ハウジング１の端面１ａに接地電極
５が着接等により固着され、またハウジング１に中心電
極４を備えた絶縁体２を収め等により固着し、中心電極
４１端端面と接地電極５の先端側面との間に火花放電用
のギャップ６が形成されている。

現在、世界的に石油不足が続いており、石油から得られ
るガソリンを燃料とする自動車においては、いかに燃料
消費量を低減するかが極めて重大な課題となっている。

そこで、従来では燃費を改善するために、種々の提案が
なされているが、いずれも構成が複雑になり、価格的に
高価なものがほとんどである。

本発明は点火プラグの電極部の寸法関係、ならびに電極
の形状を考慮することにより、燃費改善効果の著しい点
火プラグを提供することを目的とするものである。

本発明においては、次の３つの構成要素を特に組合せた
ものである。

即ち、（１）接地電極と中心電極との間に火花放電用の
ギャップを形成するとともに、接地電極に溝（ｇｒｏｏ
ｖｅ ｒ ｋｅｒｆ ） ＋凸部、貫通孔等を設けたり
、あるいは中心電極に溝、切欠き、孔等を設けることに
よって前記ギャップより寸法的に広くかつ放電を行なわ
ない火炎核成長用のギャップを形成する点、 （２）中心電極の端面と・・ウジングの端面との間の距
離りを６〜１４ｃｍとする点、 （３）接地電極の表面積を８１ とし、接地電極のハ
ウジング端面の固着部側における断面積をＳ２とした時
、Ｓｌ／Ｓ２ の匝（以下ＫｆｉｉＩＩという）を２１
〜３６とする点、 である。

このような（１）〜（３）の組合せによって、以下のご
とき効果を発揮する。

即ち（ａ） 中心電極と接地電極との間に、火花放電
用ギャップとは別の広い寸法の火炎核成長用ギャップを
形成することにより、火花放電ギャップでの火花放電に
よう生じた火炎核は成長する過程で火炎核成長用ギヤン
グに至シ、このギャップによって火炎核が接地電極の消
炎作用を受けるのを回避し、火炎核の成長を促進して混
合気の着火性を向上せしめる。

（ｂ）一方、前記のごとく中心電極の端面とノ・ウジン
グ端面との距離りを６〜１４醋にすることにより、火花
放電用ギャップを燃焼室の中心側へ近づけて混合気に触
れ易くし、この結果火花放電後の火炎の伝播が早くなり
、燃焼速度が短縮される。

従って、上記（ａ）、 （ｂ）の作用が相俟って内燃機
関のアイドル回転数のばらつき（不安定）を小さくでき
るため、アイドル回転数を低くしても問題はなく、この
結果、低速時の燃費の改善を図ることができる。

ｌた、 （ｃ） 接地電極の表面積Ｓ１ と、接地電極のハ
ウジング端面固着部側の断面積Ｓ２ との関係をＳ、／
５２＝２１〜３６とすることにより、前記りが６〜１４
ｍｗと伸び、それに伴なって接地電極の長さが寸法的に
長くなり、燃焼ガスから受ケる熱量が多くなってもハウ
ジングへの放熱量も多くなるため、接地電極の過熱によ
るプレイグニツシヨン（早期点火）が生じにくくなる。

このように本発明の点火プラグは、従来周知の構成をほ
とんど変更せずに混合気の着火性を向上し、かつ燃焼速
度を向上し、もって燃費の改善を達成するとともに、接
地電極の長さ延長により犠牲になりがちなプレイグニツ
シヨンを防止し、従って実用上問題がない優れた性能を
有する点火プラグを提供できるものである。

以下本発明を具体的実施例により詳細に説明する。

第２図において、１は下部に内燃機関取付用のねじ部１
ｂを有する耐蝕耐熱金属製のノ・ウジングである。

２はアル□す等の高電気絶縁性の金属酸化物材料より成
る絶縁体で、２ａは絶縁体２のうち内燃機関の燃焼室内
に裸出する脚部である。

４は絶縁体２の脚部２ａの内孔に保持された中心電極で
ある。

この中心電極４は脚部２ａの端面２ｂから寸法的に長く
突出（〜てあり、この中心電極４の先端の端ｉ４ａとハ
ウジング１の端面１ａとの間の距離りを例えば１０關に
設定しである。

５は接地電極でハウジング１の端面１ａＫｉ接等の方法
で固着しである。

この接地電極５の自由端側からハウジング１との固着側
１で互って第３図に示す横断面台形状の溝５ａが形成し
である。

この接地電極５の先端側面と中心電極４の端面４ａとの
間には、火花放電用のギャップ６ａが形成されていると
ともに、接地電極５の溝５ａによってギャップ６ａより
寸法的に広いギャップ６ｃが形成されている。

このギャップ６ｃは火花放電用のギャップ６ａに隣接し
ているが火花放電は生じず、火炎核成長用としである。

接地電極５の高さＸ幅は１．５ｍｍＸ３．Ｏｍｍに、ま
た溝５ａの底部×開放部×深さは０．８算肩Ｘ １．２
ａｍＸ Ｏ，３５朋にそれぞれ設定しである。

更に、接地電極５の長さは１６關に設定しである。

また、接地電極５の表面積Ｓ１ は１３１．７４ｍｉ
、ハウジング１の端面１ａとの固着部側の断面積Ｓ２
は３．７４ ｍｙｔ２にしてあって、ｉ Ｋ匝（Ｓ１／
Ｓ２）は約３５．２２に設定しである。

上記構成の点火プラグを自動車専用４サイクル４気筒２
０００Ｃ，Ｃガソリン内燃機関に装着し、回転数５２０
０回転で運転して点火時期を進め、プレイグニツシヨン
を発生させた。

その結果、上死点前６０°で接地電極５での早期点火は
発生してｋらず、絶縁体２の脚部２ａおよび中心電極４
で早期点火が発生していた。

このことは絶縁体２の脚部２ａおよび中心電極４の仕様
を変えることで早期点火を防ぐことかで１ きることを
示している。

事実、本実施例の点火プラグを装着した自動車を高速高
負荷運転したところ、早期点火は発生しなかった。

次に、上記に匝とプレイグニツシヨン発主点火時期との
関係を第４図に示す。

この第４図は自動車用４サイクル４気筒２０００Ｃ，Ｃ
のガソリン内燃機関の回転数５２００回転で運転し点火
時期を進めることによシプレイグニッションを発生させ
た結果である。

第４図において、縦軸はプレイグニツシヨンが発生する
点火時期を示して釦り、この匝が太きいぼとプレイグニ
ツシヨンを起しにくい。

なお、横軸はＫ［直である。

この第４図から理解されるように、Ｋ値が３６を上回る
とプレイグニツシヨン発生点火時期が急激に下降し、接
地電極でプレイグニツシヨンが発生していることがわか
る。

一方、Ｋ［直が３６以下の場合はプレイグニツシヨン発
生点火時期が６０°であることがわかる。

一般の内燃機関はその種類によシ程度の差はあるが、例
えばフル進角時の点火時期は２５°〜３５°である。

これが内燃機関の燃焼状態の変化、例えば高山地のごと
く空気の希薄な地域での燃焼状態の変化、点火配電器の
ばらつき、混合気の変化、あるいは累積運転時間の長い
内燃機関においては点火時期が１０°〜１５°程度進む
ことがある。

このため、このように点火時期が進んでもプレイグニツ
シヨンを起さないことが必要である。

第４図の結果のように、Ｋ値が飼えば４０のプレイグニ
ツシヨン発生点火時期４５°の場合は、上記点火時期の
進みを考慮した際、耐プレイグニッションの要求に対し
て満足されておらず、接地電極でのプレイグニツシヨン
発生のために実用に適さないことがわかる。

これに対し、Ｋ１直が３６以下ではいずれもプレイグニ
ツシヨン発生点火時期は６０°あでり、前記点火時期の
進みが考慮した際、耐プレイグニッションの要求を十分
満足でき、実用に適することができる。

なお、Ｋ値を小さくすれば耐プレイグニッションに対し
ては問題ないが、前記Ｌ＠６〜１４ｍｍの関係から一般
的に接地電極が太くなる傾向にあり、耐熱性の点で問題
となるので、Ｋｒｉ＆の下限は２１が車重しい。

次に、前記り直と内燃機関のアイドル回転安定化率との
関係を第５図に示し。

説明する。この第５図は、縦軸に内燃機関のアイドル回
転安定化率を、横軸に内燃機関に供給される混合気中の
毎秒の燃料量を表わしである。

そして、第５図は、内燃機関の回転数のみを５５Ｏｒ−
ｒｎ、６００ｐ・ ｒｏ ｌ）、ｍｅ ７００１”ｏ ｐ−ｍ−と変化させ
た場合において、Ｌ［によってアイドル回転数が安定す
るのにどれだけの燃料量を必要とするかを示している。

なお、使用した内燃機関は自動車用４サイクル４気筒２
０００Ｃ，Ｃのガソリン内燃機関である。

また、使用した点火プラグのＬ［直は４゜６ ｔ １
０ ｔ ｌ ４ｍｍであり、いずれも火花放電用ギャ
ップの寸法は０．８１１ｔＮ、接地電極に第２図および
第３図と同じ溝（深さ０．３５ｍｍ）を有ｉ〜ている。

また、接地電極の高さ×幅は１．５ｍｍＸ３．０朋、溝
の底部×開放部は０．８Ｊ！＋１！ＸＩ。

２ｎである。この第５図から理解されるごとく、Ｌ ＠
４ ｍｍの点火プラグでは例えば内燃機関の回転数７
００ｒ、ｐ、ｍ、の時のアイドル回転安定化率は９８条
であり、その時に鮫ける燃料量は約０．１９３（ｇ ／
５ｅｅ）であるのに対し、Ｌ（＠ｌｏａｍの点火プラ
グは同じアイドル回転安定化率９８条を得るには６００
ｒ、ｐ−ｍと６５０ｒ、ｐ−ｍの中間つ１り約６２５ｒ
−ｐｔ ｍというようにＬ１直４１１Ｅのものに比べて
低い回転数でよく、燃料量も０．１６（ｇ／５ｅｅ）と
低いことがわかる。

Ｌ１直６ｔｘｘのものもＬ［直４脂のものに比べて優れ
ていることがわかる。

一方、Ｌ直１４Ｊ！Ｉの点火プラグはＬ値１０＋＊のも
のに比べて、よシ性能がよいことがわかる。

第５図の結果を総合してみると、Ｌ埴が大きいほど同−
回転数時のアイドル回転数安定化率を高くできてアイド
ル回転のばらつきを少なくでき、しかも燃料量も少ない
ことがわかる。

また、Ｌｍが大きいほどアイドル回転数を低くしてもア
イドル回転のばらつきを少なくできることがわかる。

これは、内燃機関の燃焼室内での燃焼速度ｄｉく、かつ
火炎核が大きく成長することに寄与する。

本発明者はアイドル回転数のばらつき測定のほかに、排
ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ ）浄化のため排ガスの一
部を燃焼室内に再循環させた場合の混合気の燃焼性につ
いて測定したところ、Ｌ１直６朋。

１０ｍｍｍｔ ｌ ４ｍｍの前記点火プラグはいずれも
混合気の燃焼速度が増加し、燃焼の安定が図られ、燃費
の向上が認められた。

機関の出力に影響を及ぼすことはほとんどなかった。

なか、本発明者の検討によれば、Ｌｌｉｌｉが６ｎを下
回る場合ならびに１４ｍ１ｔを上回る場合には、火花放
電用ギャップが内燃機関の燃焼室の中心側より遠ざかり
、その結果混合気に対する火炎伝播が遅れて燃焼速度が
遅くなシ、好１しくないことがわかった。

本発明は上記実施例に限定されず以下のごとく種々に変
形可能である。

（１）接地電極５と中心電極４との間に火炎核成長用ギ
ャップ６ｃを形成する手段としては、第６図のように接
地電極５に凸部５ｂを設けたり、第７図のように接地電
極５に貫通孔５ｃを設けてもよい。

筐た、第８図のように、中心電極４に孔４ｂを設けても
よい。

伐）また、接地電極５の溝５ａｙ凸部５ｂは接地電極５
の先端からハウジング１の端面１ａとの固着部側１でに
亙って設けであるが、少なくとも中心電極４に対向する
側に設ければよい。

（３）第２図では絶縁体２の脚部２ａの端面２ｂは中心
電極４の端面４ａより離れていて、中心電極４の側面は
面積的に広く裸出しているが、脚部２ａの端面２ｂを中
心電極４の端面４ａに近接する位置にもってきても勿論
よい。

（４）接地電極５の先端側面と中心電極４の端面４ａと
を対向させているが、接地電極５の先端の端面を中心電
極４の先端側面（円弧部）に対向させた構造でもよい。

（５）本発明の点火プラグは自動車用内燃機関以外にオ
ートバイ用内燃機関、船舶用内燃機関、定置用内燃機関
にも使用可能であることは勿論である。

以上詳述したように、本発明点火プラグは内燃機関の燃
費改善を図ることができ、従って省エネルギーに貢献で
きるという優れた効果がある。

また、本発明では耐プレイグニッションに対して十分満
足でき、実用の面では何ら支障がないという優れた効果
がある。

更に、本発明では点火プラグの電極部の寸法、形状を若
干変更するだけでよいから、構造上に複雑となる要素が
なく、従って構造上簡単で安価であるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来周知の点火プラグの要部である火花放電部
分を示す部分断面図、第２図は本発明点火プラグの一実
施例を示す部分断面図、第３図は第２図の電極部分を示
す正面図、第４図および第５図は本発明の詳細な説明に
供する特性図、第６図〜第８図は本発明の他の実施例に
おける電極部分を示す正面図である。 １・・・・・・ハウジング、１ａ・・・・・・端面、２
・・・・・・絶縁体、２ａ・・・・・・脚部、４・−・
・・・中心電極、４ａ・・・・・・端面、５・・・・・
・接地電極、５ａ・・・・・・凹溝、６ａ・・・・・・
火花放電用ギャップ、６ｃ・・・・・・火花核成長用ギ
ャップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁体と、この絶縁体のうち内燃機関の燃焼室内に
   裸出する脚部に保持した中心電極と、前記絶縁体の外周
   囲に固着したハウジングと、このハウジングの端面に固
   着された接地電極とを具備し、この接地電極と前記中心
   電極との間に、火花放電用のギャップと、このギャップ
   より寸法的に広くしかも火花放電をしない火炎核成長用
   のギャップとを形成し、かつ前記中心電極の端面と前記
   ハウジングの端面との間の距離を（ト）とし、前記接地
   電極の表面積を（Ｓｌ）とするとともに、この接地電極
   の前記ハウジング端面の固着部に釦ける断面積を（Ｓ２
   ）とした場合、 Ｌ＝６〜１４ｍＩＥ、Ｓ１／Ｓ２−２１〜３６の関係を
   満足することを特徴とする内燃機関用点火プラグ。