KR20190040282A - 스파크 플러그 - Google Patents

스파크 플러그 Download PDF

Info

Publication number
KR20190040282A
KR20190040282A KR1020197008003A KR20197008003A KR20190040282A KR 20190040282 A KR20190040282 A KR 20190040282A KR 1020197008003 A KR1020197008003 A KR 1020197008003A KR 20197008003 A KR20197008003 A KR 20197008003A KR 20190040282 A KR20190040282 A KR 20190040282A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal shell
electrode
spark plug
detection
tip
Prior art date
Application number
KR1020197008003A
Other languages
English (en)
Inventor
마사루 가노
기요테루 모리
토모히로 이와츠카
요시키 이노우에
게이타 나카가와
Original Assignee
니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 filed Critical 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Publication of KR20190040282A publication Critical patent/KR20190040282A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/626—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using heat to ionise a gas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T15/00—Circuits specially adapted for spark gaps, e.g. ignition circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

스파크 플러그의 내부에서 발생하는 화염 핵이 원인인 조기 점화의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것.
금속 쉘의 나사부보다도 후단측에 단자가 배치된다. 절연체의 외주와 금속 쉘의 내주의 사이에 형성된 공간 중, 축경부와 턱부 또는 패킹의 접촉부분의 선단보다도 선단측의 부분에 검지전극이 배치된다. 검지전극과 단자는 도체에 의해서 연결된다. 검지전극 및 도체는 중심전극, 금속 쉘 및 접지전극과 절연되어 있다. 절연체의 외주와 금속 쉘의 내주의 사이에 형성된 공간에 검지전극이 배치되어 있기 때문에, 이 공간에서 발생하는 화염 핵을 조기에 검지할 수 있다.

Description

스파크 플러그
본 발명은 스파크 플러그에 관한 것으로서, 특히 조기 점화(pre-ignition)의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 스파크 플러그에 관한 것이다.
스파크 플러그의 중심전극과 접지전극 사이에 화염이 도달할 때에 발생하는 이온 전류를 검출하여 내연기관의 연소상태를 판별하는 기술(특허문헌 1, 2), 접지전극과는 다른 전극을 중심전극 근처에 배치하여 이온 전류를 검출하는 스파크 플러그가 알려져 있다(특허문헌 3, 4). 판별된 내연기관의 연소상태에 따라서 스파크 플러그의 점화 시기를 조정하는 기술도 알려져 있다(특허문헌 5). 이러한 기술에 의하면, 과열된 스파크 플러그가 열원이 되어 발생하는 조기 점화(pre-ignition)나 카본의 자기 착화가 원인인 조기 점화는 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 그 검출결과에 따라서 내연기관의 연소상태를 조정할 수 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 2015-190396호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특개 평4-133281호 공보 특허문헌 3 : 일본국 특개 평6-338377호 공보 특허문헌 4 : 일본국 특개 평9-260023호 공보 특허문헌 5 : 일본국 특개 2014-109196호 공보
그러나, 상기한 종래의 기술에서는 최근의 연구에 의해서 발견된, 스파크 플러그의 내부에서 발생하는 화염 핵(flame kernel)이 원인인 조기 점화는 정밀도 좋게 검출할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 스파크 플러그의 내부에서 발생하는 화염 핵이 원인인 조기 점화의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 기재된 스파크 플러그에 의하면, 선단측으로 향해서 외경이 작아지게 되는 축경부(縮徑部)를 구비하는 통형상의 절연체에는 선단측에서 후단측으로 축선을 따라서 연장되는 축구멍이 형성된다. 중심전극은 축구멍에 배치된다. 절연체의 외주에 배치되는 통형상의 금속 쉘은 자신의 내주에 형성되는 턱부와 자신의 외주에 형성되는 나사부를 구비하고 있다. 턱부는 금속 쉘의 직경방향 내측으로 돌출되어 축경부를 직접 또는 환형상의 패킹을 통해서 선단측에서 걸어 고정한다. 금속 쉘에 접속되는 접지전극은 불꽃 갭을 통해서 중심전극과 대향한다.
나사부보다도 후단측에 단자가 배치된다. 절연체의 외주와 금속 쉘의 내주의 사이에 형성된 공간 중, 축경부와 턱부 또는 패킹의 접촉부분의 선단보다도 선단측의 부분에 검지전극이 배치된다. 검지전극과 단자는 도체에 의해서 연결된다. 검지전극 및 도체는 중심전극, 금속 쉘 및 상기 접지전극과 절연되어 있다.
절연체의 외주와 금속 쉘의 내주의 사이에 형성된 공간에 검지전극이 배치되어 있기 때문에, 스파크 플러그의 내부 공간에서 발생하는 화염 핵을 조기에 검지할 수 있다. 따라서, 스파크 플러그의 내부에서 발생하는 화염 핵이 원인인 조기 점화의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
청구항 2에 기재된 스파크 플러그에 의하면, 검지전극은 축선방향과 직교하는 방향의 폭이 0.5 ㎜ 이상이다. 그 결과, 검지전극의 면적을 확보할 수 있기 때문에, 이온 전류의 검출 감도를 확보할 수 있다. 따라서, 청구항 1의 효과에 더하여, 조기 점화의 오검출(조기 점화가 발생하고 있는데 이것을 검출할 수 없는 것)을 억제할 수 있는 효과가 있다.
청구항 3에 기재된 스파크 플러그에 의하면, 검지전극은 자신의 선단이 금속 쉘의 선단보다도 후단측에 있다. 그 결과, 절연체의 외주와 금속 쉘의 내주의 사이에 형성된 공간 밖에서 발생한 화염 핵을 검출하기 어렵게 할 수 있기 때문에, 청구항 1 또는 2의 효과에 더하여, 상기 공간에서 발생한 화염 핵을 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
청구항 4에 기재된 스파크 플러그에 의하면, 검지전극은 자신의 선단이 절연체의 선단에서부터 후단측으로 6㎜ 이상 떨어진 위치에 있기 때문에, 절연체의 축구멍에 배치된 중심전극과 검지전극의 사이에 방전을 일으키기 어렵게 할 수 있다. 그 결과, 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 효과에 더하여, 검지전극의 불꽃 소모를 억제할 수 있는 효과가 있다.
청구항 5에 기재된 스파크 플러그에 의하면, 검지전극은 자신의 선단이 접촉부분의 선단에서부터 선단측으로 3㎜ 이상 떨어진 위치에 있기 때문에, 화염 핵의 성장에 수반하여 온도가 상승하기 쉬운 영역에 검지전극의 선단을 배치할 수 있다. 온도가 상승하기 쉬우면 이온 전류가 흐르기 쉬워지기 때문에, 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 효과에 더하여, 조기 점화의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
청구항 6에 기재된 스파크 플러그에 의하면, 접지전극은 제 1 단부가 금속 쉘에 접합되고 제 2 단부가 축선과 교차하여 중심전극과 대향한다. 검지전극은 적어도 일부가, 축선을 포함하는 가상 평면으로서 접지전극의 제 1 단부에서 제 2 단부로 연장되는 축과 축선을 포함하는 평면에 수직인 가상 평면보다도 접지전극의 제 1 단부 측에 존재한다. 가상 평면보다도 제 1 단부 측의 공간에 화염 핵이 발생하기 쉽기 때문에, 검지전극의 적어도 일부를 그 부위에 배치함으로써, 청구항 1 내지 5 중 어느 하나 효과에 더하여, 오검출을 일으키기 어렵게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 편측 단면도이다.
도 2은 금속 쉘을 절단하여 나타낸 스파크 플러그의 좌측면도이다.
도 3은 축선방향에서 본 스파크 플러그의 저면도이다.
도 4은 점화장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5은 제어장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 6은 저속 조기 점화 회피처리를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 변형예에 있어서의 점화장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8(a)는 제 2 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 금속 쉘을 절단하여 나타낸 좌측면도이고, 도 8(b)는 제 3 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 좌측면도이고, 도 8(c)는 제 4 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 좌측면도이고, 도 8(d)는 제 5 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 좌측면도이다.
도 9(a)는 제 6 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 금속 쉘을 절단하여 나타낸 좌측면도이고, 도 9(b)는 제 7 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 좌측면도이고, 도 9(c)는 제 8 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 좌측면도이고, 도 9(d)는 제 9 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 좌측면도이다.
도 10(a)는 제 10 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 금속 쉘을 절단하여 나타낸 좌측면도이고, 도 10(b)는 스파크 플러그의 우측면도이다.
도 11은 제 11 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 단면도이다.
도 12(a)는 제 12 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 금속 쉘을 절단하여 나타낸 좌측면도이고, 도 12(b)는 스파크 플러그의 우측면도이다.
도 13은 스파크 플러그의 인가전압과 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는 검지전극의 폭과 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 절연체의 선단에서부터 검지전극의 선단까지의 축선방향에 있어서의 거리와 내부 점화의 발생률의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 접촉부분의 선단에서부터 검지전극의 선단까지의 축선방향에 있어서의 거리와 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 검지전극의 둘레방향에 있어서의 위치와 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(10)의 축선(O)을 경계로 한 편측 단면도이다. 도 1에서는 지면의 하측을 스파크 플러그(10)의 선단측이라 하고, 지면의 상측을 스파크 플러그(10)의 후단측이라 한다. 도 1에 나타내는 바와 같이 스파크 플러그(10)는 금속 쉘(20), 접지전극(30), 절연체(40) 및 중심전극(70)을 구비하고 있다.
금속 쉘(20)은 내연기관(도시생략)의 나사구멍에 고정되는 대략 원통형상의 부재이며, 도전성을 가지는 금속재료(예를 들면 저탄소강 등)에 의해서 형성되어 있다. 금속 쉘(20)은 후단측에서부터 선단측으로 축선(O)을 따라서 코킹부(21), 공구걸어맞춤부(22), 만곡부(23), 시트부(24), 몸통부(25)의 순서로 연접되어 있다. 몸통부(25)는 외주면에 나사부(26)가 형성되어 있다.
코킹부(21) 및 만곡부(23)는 절연체(40)를 코킹하기 위한 부위이다. 공구걸어맞춤부(22)는 나사부(26)를 나사구멍(도시생략)에 결합할 때에 렌치 등의 공구를 걸어맞추는 부위이다. 시트부(24)는 몸통부(25)의 후단측에 위치하며 직경방향 외측으로 환형상으로 돌출되는 부위이다. 시트부(24)에는 몸통부(25)와의 사이에 환형상의 개스킷(60)이 배치된다.
개스킷(60)은 나사구멍(도시생략)에 나사부(26)가 끼워졌을 때에 시트부(24)와 내연기관의 사이에 끼워져서 나사구멍과 나사부(26)의 틈새를 밀봉한다. 턱부(27)는 몸통부(25)의 직경방향 내측으로 돌출되는 부위이며, 턱부(27)의 후단측의 원환형상의 면(28)에 패킹(61)이 배치된다. 패킹(61)은 금속 쉘(20)을 구성하는 금속재료보다도 연질인 연강판 등의 금속재료로 형성되는 원환형상의 판재이다.
접지전극(30)은 금속 쉘(20)의 선단(29)에 접합되는 금속제(예를 들면 니켈기 합금제)의 봉형상의 부재이며, 축선(O)과 교차하도록 축선(O)으로 향해서 굴곡된다. 접지전극(30)은 제 1 단부(31)가 금속 쉘(20)에 접합되고, 제 2 단부(32)가 축선(O)과 교차하여 중심전극(70)과 대향한다.
절연체(40)는 기계적 특성이나 고온 하의 절연성이 우수한 알루미나 등에 의해서 형성되는 대략 원통형상의 부재이다. 절연체(40)는 축선(O)을 따라서 관통하는 축구멍(41)이 형성되어 있다. 절연체(40)는 후단측에서부터 선단측으로 축선(O)을 따라서 후부(42), 돌출부(43), 대경부(大徑部)(44), 축경부(縮徑部)(45), 소경부(小徑部)(47)의 순서로 연접되어 있다.
절연체(40)는 금속 쉘(20)에 삽입되며, 그 외주에 금속 쉘(20)이 고정된다. 절연체(40)는 후부(42)의 후단측이 금속 쉘(20)에서 노출되고, 소경부(47)의 선단이 금속 쉘(20)의 선단(29)에서 돌출된다. 돌출부(43)는 후부(42)의 선단측에서 직경방향 외측으로 돌출되는 부위이며, 금속 쉘(20)의 만곡부(23)의 직경방향 내측에 배치된다.
대경부(44) 및 소경부(47)는 각각 몸통부(25)의 직경방향 내측에 배치된다. 소경부(47)의 외경은 대경부(44)의 외경보다 작다. 대경부(44)와 소경부(47)의 경계에 선단측으로 향해서 외경이 작아지게 되는 축경부(45)가 존재한다. 축경부(45)의 외면(46)은 선단측으로 향해서 그 외경이 작아지게 된다. 패킹(61)은 금속 쉘(20)의 턱부(27)의 후단측의 면(28)과 절연체(40)의 축경부(45)의 외면(46)의 사이에 배치된다.
절연체(40)의 후부(42)의 외주와 금속 쉘(20)의 공구걸어맞춤부(22)의 내주의 사이에 링 부재(62, 63) 및 이들 링 부재(62, 63)의 사이에 끼워진 탈크 등의 충전재(64)가 배치된다. 금속 쉘(20)의 코킹부(21)가 절연체(40)로 향해서 직경방향 내측으로 코킹되면, 링 부재(62, 63) 및 충전재(64)를 통해서 절연체(40)가 금속 쉘(20)의 턱부(27)의 면(28)으로 향해서 압압된다. 그 결과, 턱부(27)의 후단측의 면(28)과 축경부(45)의 외면(46)의 사이에 끼워진 패킹(61)이 소성 변형된다. 패킹(61)은 턱부(27)와 축경부(45)의 틈새를 기밀하게 폐색한다.
스파크 플러그(10)는 이온 전류를 검출하기 위한 도체(51) 및 검지전극(52)이 절연체(40)에 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 도체(51)는 절연체(40)에 매설되어 있다. 절연체(40)에는 후부(42)에서부터 소경부(47)까지 연속하는 홈(48)이 외주에 형성되고, 도체(51)는 홈(48)의 홈바닥에 배치된다. 도체(51)는 금속 쉘(20)보다도 후단측의 후부(42)의 외주에 배치된 단자(53)와 소경부(47)의 외주에 배치된 검지전극(52)을 접속한다. 검지전극(52)은 절연체(40)의 외주와 금속 쉘(20)의 내주의 사이에 배치된다. 단자(53)는 외부 배선(도시생략)이 접속되는 부위이다.
도체(51) 및 검지전극(52)은 내열성이 있고 저항률이 작은 백금 등의 귀금속, 은 등에 의해서 형성된다. 본 실시형태에서는, 도체(51) 및 검지전극(52)은 귀금속이나 은 등을 포함하는 금속 페이스트의 프린팅에 의해서 홈(48)에 형성되어 있다. 도체(51)는 홈(48)에 매립되는 절연부재(54)에 덮여짐으로써 금속 쉘(20)과 절연된다. 본 실시형태에서는 내열성이 있는 무기 접착제의 경화에 의해서 절연부재(54)가 형성되어 있다.
도체(51)는 절연체(40)의 표면{홈(48)}에 일체적으로 형성되기 때문에, 도체(51)를 절연체(40)와 금속 쉘(20)의 사이에 배치하는 경우나 금속 쉘(20)에 내장하는 경우에 비해서, 금속 쉘(20)이나 스파크 플러그(10)의 외경이 커지지 않도록 할 수 있다. 절연체(40)에 형성된 도체(51)는 절연부재(54)에 의해서 덮여지기 때문에, 도체(51)의 내구성을 확보하면서 도체(51)와 금속 쉘(20)의 단락을 방지할 수 있다.
중심전극(70)은 폐관형상으로 형성된 금속제(예를 들면 니켈기 합금제)의 전극 모재의 내부에 이 전극 모재보다도 열전도성이 우수한 심재를 매설한 봉형상의 전극이다. 심재는 구리 또는 구리를 주성분으로 하는 합금으로 형성되어 있다. 중심전극(70)은 절연체(40)의 축구멍(41) 내에 걸려 고정되며, 축선(O)을 따라서 배치된다. 중심전극(70)은 그 선단이 축구멍(41)에서 돌출되며, 불꽃 갭을 통해서 선단이 접지전극(30)과 대향한다.
금속단자(80)는 고압 케이블(도시생략)이 접속되는 봉형상의 부재이며, 도전성을 가지는 금속재료(예를 들면 저탄소강 등)에 의해서 형성되어 있다. 금속단자(80)의 선단측은 절연체(40)의 축구멍(41) 내에 배치된다. 금속단자(80)와 중심전극(70)의 사이에 도전성을 가지는 글라스 실(65)이 배치된다. 글라스 실(65)에 의해서 중심전극(70)과 금속단자(80)는 전기적으로 접속된다.
스파크 플러그(10)는 예를 들면 다음과 같은 방법에 의해서 제조된다. 도체(51), 검지전극(52) 및 단자(53)가 형성된 절연체(40)를 준비하고, 절연체(40)의 축구멍(41)에 중심전극(70)을 삽입한다. 중심전극(70)은 그 선단이 축구멍(41)에서 외부로 돌출되도록 배치한다. 절연체(40)의 축구멍(41)에 금속단자(80)를 삽입하여 금속단자(80)와 중심전극(70)의 전기적인 접속을 확보한다. 접지전극(30)이 접합된 금속 쉘(20)을 절연체(40)의 외주에 조립한 후, 축선(O)방향으로 중심전극(70)과 대향하도록 접지전극(30)을 굴곡시켜서, 중심전극(70)과 접지전극(30)의 사이에 불꽃 갭이 설정된 스파크 플러그(10)를 얻는다.
다음은 도 2 및 도 3을 참조하여 검지전극(52)에 대해서 설명한다. 도 2는 금속 쉘(20)을 절단하여 나타낸 스파크 플러그(10)의 좌측면도{접지전극(30)의 제 1 단부(31) 측에서 절연체(40)를 본 도면}이다. 도 2에서는 금속 쉘(20) 및 절연체(40)의 축선(O)방향의 후단측(도 2의 상측)의 도시가 생략되어 있다. 도 3은 축선(O)방향에서 본 스파크 플러그(10)의 저면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 검지전극(52)은 절연체(40)의 소경부(47)에 축선(O)을 따르는 선(線)형상으로 형성되어 있다. 검지전극(52)은 절연체(40)의 외주와 금속 쉘(20)의 내주의 사이에 형성된 공간(55) 중 축경부(45)의 외면(46)과 패킹(61)의 접촉부분(56)의 선단보다도 선단측(도 2의 하측)에 배치된다.
발명자들은 고압축화나 고과급화(高過給化)한 내연기관의 저회전 고부하 상태에서 발생하는 저속 조기 점화(LSPI)는 공간(55)에 불씨가 생기기 쉬운 것을 밝혀냈다. 공간(55)에 검지전극(52)을 배치하고, 검지전극(52)과 금속 쉘(20)에 전위차를 부여해 두면, 공간(55)에 화염 핵이 발생할 때 이온 전류가 검지전극(52)에 흐른다. 이 이온 전류를 검출하면, 공간(55)에서 화염 핵이 발생하는 LSPI를 조기에 검지할 수 있다. 따라서, 스파크 플러그(10)의 내부에서 발생하는 화염 핵이 원인인 조기 점화의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
검지전극(52)은 축선(O)방향의 선단(52a)이 접촉부분(56)의 선단에서부터 절연체(40)의 선단(49)까지의 사이에 위치한다. 검지전극(52)은 축선(O)방향의 후단(52b)이 패킹(61)과의 접촉부분(56)의 선단보다도 선단측(도 2의 하측)에 배치된다. 검지전극(52)의 후단(52b)과 패킹(61)의 절연을 확보하기 위해서이다.
본 실시형태에서는, 검지전극(52)은 축선(O)방향의 선단(52a)이 금속 쉘(20)의 선단(29)보다도 축선(O)방향의 후단측(도 2의 상측)에 있다. 이것에 의해서, 공간(55) 밖{금속 쉘(20)의 선단(29)보다도 선단측}에서 발생한 화염 핵을 검출하기 어렵게 할 수 있다. 그 결과, 공간(55) 밖에서 발생한 화염 핵과 공간(55) 내에서 발생한 화염 핵을 준별할 수 있어, 공간(55) 내에서 발생한 화염 핵을 정확하게 검출할 수 있다.
검지전극(52)은 축선(O)방향과 직교하는 방향의 폭(W)이 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하다. 검지전극(52)의 면적을 확보하고 노이즈 등을 억제하여 오검출을 억제하기 위해서이다.
검지전극(52)은 축선(O)방향의 선단(52a)이 절연체(40)의 선단(49)에서부터 축선(O)방향의 후단측(도 2의 상측)으로 6㎜ 이상 떨어진 위치에 있는 것이 바람직하다. 즉, 검지전극(52)의 선단(52a)과 절연체(40)의 선단(49)의 축선(O)방향에 있어서의 거리(D1)가 6㎜ 이상이면, 중심전극(70)과 검지전극(52)의 전위차에 의한 방전의 발생을 억제할 수 있다. 방전에 의한 검지전극(52)의 불꽃 소모를 억제할 수 있기 때문에, 내구성을 향상시킬 수 있다.
검지전극(52)은 축선(O)방향의 선단(52a)이 접촉부분(56)의 선단에서부터 축선(O)방향의 선단측(도 2의 하측)으로 3㎜ 이상 떨어진 위치에 있는 것이 바람직하다. 즉, 접촉부분(56)의 선단과 검지전극(52)의 선단(52a)의 축선(O)방향에 있어서의 거리(D2)가 3㎜ 이상이면, 화염 핵의 성장에 수반하여 소경부(47)의 표면 온도가 상승하기 쉬운 영역에 검지전극(52)을 배치할 수 있다. 표면 온도가 상승하기 쉬우면 이온 전류가 흐르기 쉬워지기 때문에, 조기 점화의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
검지전극(52)은 선단(52a)이 절연체(40)의 소경부(47)의 축선(O)방향의 길이{접촉부분(56)의 선단에서부터 절연체(40)의 선단(49)까지의 축선(O)방향에 있어서의 길이(L)}의 1/2보다도 선단측(도 2의 하측)에 위치하는 것이 바람직하다. 이온 전류를 검출하는 검지전극(52)의 면적(길이)을 확보하여 검출 감도를 확보하기 위해서이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 검지전극(52)은 적어도 일부가 제 1 단부(31)에서 제 2 단부(32)로 연장되는 접지전극(30)의 축(57)과 축선(O)을 포함하는 평면(도 3의 좌우로 연장되는 평면)에 수직인 가상 평면(58)에 있어서, 축선(O)을 포함하는 면{가상 평면(58)}보다도 접지전극(30)의 제 1 단부(31) 측의 공간(55) 내에 존재한다. LSPI의 기점(화염 핵)은 공간(55) 중 가상 평면(58)보다도 제 1 단부(31) 측의 영역에서 발생하기 쉽기 때문에, 가상 평면(58)보다도 접지전극(30)의 제 2 단부(32) 측의 영역에 검지전극(52)이 존재하는 경우보다도 LSPI를 검출하기 쉽게 할 수 있다.
다음은 도 4 내지 도 6을 참조하여 저속 조기 점화(LSPI)를 회피하는 제어장치에 대해서 설명한다. 도 4는 점화장치(90)의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 5는 제어장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 6은 LSPI 회피처리를 나타내는 플로차트이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 스파크 플러그(10)는 엔진(98)의 연소실(99)에 선단이 돌출되도록 실린더 헤드에 장착된다. 엔진 컨트롤 유닛(ECU)(91)은 CPU, ROM, RAM 등을 구비하는 논리연산회로이며, 스파크 플러그(10)의 점화지령신호를 드라이브 회로(92)로 출력한다.
배터리(93)가 접속된 1차 코일(94)의 1차 전류를 드라이브 회로(92)가 차단하면, 2차 코일(95)에 고전압이 발생한다. 이 고전압이 스파크 플러그(10)의 중심전극(70)(도 1 참조)과 접지전극(30)의 사이에 인가되고, 중심전극(70)과 접지전극(30)의 사이에 불꽃 방전이 발생하여 연소실(99) 내의 혼합기에 착화된다. 2차 코일(95)의 전압 변화는 제 1 검출회로(96)가 검출한다.
배터리(93)는 스파크 플러그(10)의 단자(53)와 금속 쉘(20)(도 1 참조)의 사이에 전위차를 부여한다. 전위차를 부여한 검지전극(52)(도 1 참조)과 금속 쉘(20)의 사이에 LSPI에 의해서 화염 핵이 발생하여 성장하면 이온 전류가 흐른다. 이온 전류가 흘렀을 때의 단자(53)의 전압 강하는 제 2 검출회로(97)가 검출한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 검출회로(96) 및 제 2 검출회로(97)는 검출결과를 ECU(91)로 각각 출력한다. 조기 점화가 발생하지 않은 엔진(98)은 제 1 검출회로(96)가 전압 변화를 검출한 후에 제 2 검출회로(97)가 전압 강하를 검출한다. 엔진(98)에 조기 점화가 발생하였을 때에는 제 1 검출회로(96)가 전압 변화를 검출하기 전에 제 2 검출회로(97)가 전압 강하를 검출한다. ECU(91)는 제 1 검출회로(96)의 검출결과와 제 2 검출회로(97)의 검출결과를 비교하여 조기 점화의 발생 유무를 판별한다.
에어 플로우 센서(100)는 급기관(도시생략)에서 연소실(99)(도 4 참조)로 흡입되는 공기량을 계측하고, 그 계측결과를 ECU(91)로 출력한다. 스로틀 센서(101)는 스로틀 밸브(도시생략)의 개방도를 검출하고, 그 검출결과를 ECU(91)로 출력한다. 스로틀 밸브는 엑셀 페달(도시생략)의 밟는 양에 근거하여 개방도가 조정되며, 스로틀 밸브의 개방도 조정에 의해서 연소실(99)에 흡입되는 공기의 양이 조정된다.
크랭크 앵글 센서(102)는 엔진(98)(도 4 참조)의 회전수를 검출하고, 그 검출결과를 ECU(91)로 출력한다. 배기온도센서(103)는 연소실(99)에 접속되는 배기관(도시생략)에 배치되는 센서로서, 배기온도를 검출하고, 그 검출결과를 ECU(91)로 출력한다. 연료분사밸브(104)는 연소실(99)에 흡입되는 공기의 양에 대응하는 양의 연료를 연소실(99)로 향해서 분사하는 장치이다. ECU(91)는 에어 플로우 센서(100), 스로틀 센서(101) 및 크랭크 앵글 센서(102) 등의 검출결과에 근거하여 엔진(98)의 운전상태를 판별하고, 기본의 연료 분사량 및 스파크 플러그(10)의 기본의 점화 시기를 산출한다.
여기서, 엔진(98)의 운전 중에 LSPI(저속 조기 점화)가 연속해서 발생하거나 빈발하거나 하면, 격렬한 노킹을 유발하여 엔진(98)에 큰 손상을 일으키는 일이 있다. 또, 저회전 고부하 상태에서 LSPI가 발생하면, 엔진(98)의 토크를 향상시키기 어렵다는 문제점이 있다.
그래서, LSPI의 발생을 억제하기 위해서, 도 6에 나타내는 바와 같이, ECU(91)는 LSPI 회피처리를 실행한다. 이 처리는 ECU(91)에 전원이 투입되어 있는 동안, ECU(91)에 의해서 반복(예를 들면 0.2ms 간격으로) 실행되는 처리이다. ECU(91)는 연료분사밸브(104) 및 드라이브 회로(92)를 조정하여 LSPI를 회피한다.
ECU(91)는 LSPI 회피처리에 관해서, 제 1 검출회로(96)의 검출결과와 제 2 검출회로(97)의 검출결과를 비교하여 LSPI가 발생하였는지 아닌지를 판단한다(S1). LSPI가 발생하지 않은 경우(S1: No), 이 LSPI 회피처리를 종료한다. S1의 처리결과, LSPI가 발생한 경우, ECU(91)는 배기온도센서(103)의 검출결과로부터 배기온도가 규정값 이상인지 아닌지를 판단한다(S2).
S2의 처리결과, 배기온도가 규정값 이상인 경우에는(S2: Yes), 연료분사밸브(104)에서 연소실(99)로의 연료의 분사량을 증가시키고(S3), 이 LSPI 회피처리를 종료한다. 연료의 분사량이 증가하면, 연료 증가량 분의 기화열과 연료 증가량에 의한 연소 속도의 완화에 의해서 연소실(99)의 온도가 저하되기 때문에, LSPI를 회피할 수 있다.
S2의 처리결과, 배기온도가 규정값 미만인 경우에는(S2: No), LSPI를 회피하기 위해서 드라이브 회로(92)의 작동을 조정하여 스파크 플러그(10)의 점화 시기를 지연시키고(S4), 이 LSPI 회피처리를 종료한다.
ECU(91)는 LSPI 회피처리의 실행에 의해서 스파크 플러그(10)의 점화 시기 및 공연비를 적절하게 제어할 수 있기 때문에, 엔진(98)의 토크를 확보하면서 엔진(98)의 손상을 방지할 수 있다. 그 결과, 엔진(98)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 저회전 고부하 상태에서 발생하는 LSPI를 회피할 수 있기 때문에, 고압축화나 고과급화에 의한 엔진의 고효율화를 추진할 수 있다.
다음은 도 7을 참조하여 다른 점화장치(105)에 대해서 설명한다. 도 7은 변형예에 있어서의 점화장치(105)의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 또한, 점화장치(90)(도 4 참조)와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 이하의 설명을 생략한다.
점화장치(105)는 스파크 플러그(10)의 중심전극(70)(도 1 참조)과 단자(53)가 방전전류의 진입을 막는 콘덴서를 통해서 접속되어 있다. 검출회로(106)는 2차 코일(95)에 발생된 전압과 이온 전류를 검출하고, 그 검출결과를 ECU(91)로 출력한다. 점화장치(105)에 의하면, ECU(91)는 검출회로(106)의 검출결과에 근거하여 2차 코일(95)에 전압이 발생한 시각과 이온 전류가 발생한 시각을 비교하여 조기 점화의 발생 유무를 판별한다.
다음은 도 8 내지 도 10을 참조하여 제 2 실시형태 내지 제 10 실시형태에 있어서의 스파크 플러그에 대해서 설명한다. 또한, 제 1 실시형태를 비롯한 실시형태에서 설명한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 이하의 설명을 생략한다.
도 8(a)는 제 2 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(110)의 금속 쉘(20)을 절단하여 나타낸 좌측면도이고, 도 8(b)는 제 3 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(120)의 좌측면도이고, 도 8(c)는 제 4 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(130)의 좌측면도이고, 도 8(d)는 제 5 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(140)의 좌측면도이다.
도 9(a)는 제 6 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(150)의 금속 쉘(20)을 절단하여 나타낸 좌측면도이고, 도 9(b)는 제 7 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(160)의 좌측면도이고, 도 9(c)는 제 8 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(170)의 좌측면도이고, 도 9(d)는 제 9 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(180)의 좌측면도이다. 도 8(a) 내지 도 9(d)에서는 금속 쉘(20) 및 절연체(40)의 축선방향의 후단측의 도시가 생략되어 있다.
도 8(a)에 나타내는 제 2 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(110)는, 절연체(40)의 소경부(47)에 배치된 검지전극(111)이 축선방향으로 연장되는 선형상의 제 1 부(112)와, 제 1 부(112)의 축선방향의 선단에 형성된 원형상의 제 2 부(113)를 구비하고 있다. 제 1 부(112)는 절연부재(54)에 덮여진 도체(51)(도 1 참조)에 접속된다. 제 2 부(113)는 소경부(47)의 축선방향의 대략 중앙에 배치되어 있다. 제 2 부(113)는 축선방향과 직교하는 방향에 있어서의 폭이 제 1 부(112)보다도 크고 또한 외연(外緣)의 곡률이 작은 원형상으로 형성되기 때문에, 검지전극(111)과 중심전극(70)의 사이에 방전을 일으키기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 검지전극(111)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 8(b)에 나타내는 제 3 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(120)는, 소경부(47)에 배치된 검지전극(121)이 제 2 부(113)보다도 축선방향의 후단측의 제 1 부(112)에 형성된 제 3 부(122)를 구비하고 있다. 제 3 부(122)는 축선방향과 직교하는 방향에 있어서의 폭이 제 1 부(112)보다도 큰 원형상으로 형성되어 있다. 검지전극(121)은 제 3 부(122)를 구비하고 있기 때문에, 제 2 실시형태에서 얻어지는 작용 효과에 더하여 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
도 8(c)에 나타내는 제 4 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(130)는, 검지전극(131)이 후단측의 소경부(47)의 외주를 전 둘레에 걸쳐서 둘러싸는 띠형상으로 형성되어 있다. 검지전극(131)에 의해서 소경부(47)의 열의 방산성을 향상시킬 수 있기 때문에, 스파크 플러그(130)의 내열성을 향상시킬 수 있다.
도 8(d)에 나타내는 제 5 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(140)는, 소경부(47)에 배치된 검지전극(141)이 굴곡되면서 축선방향으로 연장되는 제 1 부(142)와, 제 1 부(142)의 축선방향의 선단에 형성된 원형상의 제 2 부(143)와, 제 2 부(143)보다도 축선방향의 후단측의 제 1 부(142)에 형성된 제 3 부(144)를 구비하고 있다. 제 2 부(143)는 축선방향과 직교하는 방향에 있어서의 폭이 제 1 부(142)보다도 크고 또한 곡률이 작은 원형상으로 형성되어 있다. 굴곡된 제 1 부(142)에 의해서 소경부(47)의 둘레방향에 있어서의 제 2 부(143) 및 제 3 부(144)의 위치가 다르기 때문에, 제 3 실시형태에서 얻어지는 작용 효과에 더하여 둘레방향에 있어서의 화염 핵의 검출 범위를 넓힐 수 있다.
도 9(a)에 나타내는 제 6 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(150)는, 검지전극(151)이 축선방향으로 연장되는 선형상의 제 1 부(152)와, 제 1 부(152)의 축선방향의 선단에 형성된 직사각형상의 제 2 부(153)를 구비하고 있다. 제 2 부(153)는 그 선단이 소경부(47)의 축선방향의 대략 중앙에 배치되어 있다. 제 2 부(153)는 축선방향과 직교하는 방향에 있어서의 폭이 제 1 부(152)보다도 크기 때문에, 만일 제 2 부(153)와 중심전극(70)에 방전이 발생하여 제 2 부(153)의 일부가 소모되더라도 제 2 부(153)의 면적을 확보할 수 있다. 따라서, 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 9(b)에 나타내는 제 7 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(160)는, 검지전극(161)이 축선방향으로 연장되는 선형상의 제 1 부(162)와, 제 1 부(162)의 축선방향의 선단에 형성된 제 2 부(163)를 구비하고 있다. 제 2 부(163)는 축선방향과 직교하는 방향에 있어서의 폭이 선단측으로 향함에 따라서 좁아지는 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 이 경우도 제 6 실시형태와 같은 작용 효과를 실현할 수 있다.
도 9(c)에 나타내는 제 8 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(170)는, 축선방향의 선단측으로 연장되는 선형상의 검지전극(171)이 소경부(47)의 축선방향의 대략 중앙에서 축선방향의 후단측으로 회전한다. 검지전극(171)은 소경부(47)의 축선방향 및 둘레방향으로 연장되기 때문에, 둘레방향에 있어서의 화염 핵의 검출 범위를 넓힐 수 있다.
도 9(d)에 나타내는 제 9 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(180)는, 검지전극(181)이 후단측의 소경부(47)에 격자형상으로 배치되어 있다. 검지전극(181)은 소경부(47)의 축선방향 및 둘레방향으로 연장되기 때문에, 둘레방향에 있어서의 화염 핵의 검출 범위를 넓힐 수 있다.
도 10(a)는 제 10 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(190)의 금속 쉘(20)을 절단하여 나타낸 좌측면도이고, 도 10(b)는 스파크 플러그(190)의 우측면도이다. 도 10(a) 및 도 10(b)에서는 금속 쉘(20) 및 절연체(40)의 축선방향의 후단측의 도시가 생략되어 있고, 도 10(b)에서는 접지전극(30)의 도시가 생략되어 있다.
도 10(a)에 나타내는 바와 같이 제 10 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(190)는, 소경부(47)에 배치된 검지전극(191)이 축선방향으로 연장되는 선형상의 제 1 부(112)와, 제 1 부(112)의 축선방향의 선단에 형성된 제 2 부(192)와, 제 2 부(192)보다도 축선방향의 후단측의 제 1 부(112)에 형성된 제 3 부(193)를 구비하고 있다. 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 제 2 부(192) 및 제 3 부(193)는 소경부(47)의 외주를 전 둘레에 걸쳐서 둘러싸는 환형상으로 형성되어 있다. 제 2 부(192) 및 제 3 부(193)가 있기 때문에, 둘레방향에 있어서의 화염 핵의 검출 범위를 넓힐 수 있다.
다음은 도 11를 참조하여 제 11 실시형태에 대해서 설명한다. 제 1 실시형태 내지 제 10 실시형태에서는 검지전극을 1개 형성하는 경우에 대해서 설명하였다. 이것에 대해서, 제 11 실시형태에서는 검지전극을 복수개 형성하는 경우에 대해서 설명한다. 또한, 제 1 실시형태에서 설명한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 이하의 설명을 생략한다. 도 11은 제 11 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(200)의 축선(O)을 포함하는 단면도이다. 도 11에서는 지면 하측을 스파크 플러그(200)의 선단측이라 하고, 지면 상측을 스파크 플러그(200)의 후단측이라 한다. 도 11에 나타내는 바와 같이 스파크 플러그(200)는 금속 쉘(20), 접지전극(30), 절연체(210) 및 중심전극(70)을 구비하고 있다.
절연체(210)에는 도체(51) 및 검지전극(52)에 더하여 이온 전류를 검출하기 위한 별도의 도체(212) 및 검지전극(213)이 형성되어 있다. 절연체(210)에는 후부(42)에서부터 소경부(47)까지 연속하는 홈(211)이 외주에 형성되고, 도체(212)는 홈(211)의 홈바닥에 배치된다. 도체(212)는 금속 쉘(20)보다도 후단측의 후부(42)의 외주에 배치된 단자(214)와 소경부(47)의 외주에 배치된 검지전극(213)을 접속한다. 검지전극(213)은 절연체(40)의 외주와 금속 쉘(20)의 내주의 사이에 배치된다. 단자(214)는 외부 배선(도시생략)이 접속되는 부위이다.
도체(212) 및 검지전극(213)은 내열성이 있고 저항률이 작은 백금 등의 귀금속, 은 등에 의해서 형성된다. 본 실시형태에서는, 도체(212) 및 검지전극(213)은 귀금속이나 은 등을 포함하는 금속 페이스트의 프린팅에 의해서 홈(211)에 형성되어 있다. 도체(212)는 홈(211)에 매립되는 절연부재(215)에 덮여짐으로써 금속 쉘(20)과 절연된다. 본 실시형태에서는 내열성이 있는 무기 접착제의 경화에 의해서 절연부재(215)가 형성되어 있다. 검지전극(52, 213)은 서로 절연되어 있다.
본 실시형태에서는 도체(212) 및 검지전극(213)이 축선(O)을 사이에 두고서 도체(51) 및 검지전극(52)의 반대측에 배치되어 있으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 검지전극(52, 213)은 적어도 일부가 공간(55)의 내측에 배치되어 있으면, 그 범위 내에서 임의의 위치에 배치할 수 있다.
스파크 플러그(200)는 서로 절연된 검지전극(52, 213)이 공간(55)에 배치되어 있기 때문에, 검지전극(52)과 금속 쉘(20)의 사이 및 검지전극(213)과 금속 쉘(20)의 사이에 각각 전위차를 부여해 두면, 공간(55)에서 발생한 화염 핵에 의한 이온 전류를 검출할 수 있다. 스파크 플러그(200)는 검지전극(52, 213)이 복수개 있기 때문에, 어느 쪽의 검지전극(52, 213)에 이온 전류가 흘렀는지를 검출하면, 화염 핵이 발생한 장소를 특정하는 것이 가능하다. 또한, 스파크 플러그(200)의 검지전극(52, 213)과 금속 쉘(20)의 사이에 전위차를 부여하는 것이 아니라, 검지전극(52)과 검지전극(213)의 사이에 전위차를 부여해 둠에 의해서 이온 전류를 검출하는 것도 가능하다.
다음은 도 12를 참조하여 제 12 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 제 1 실시형태에서 설명한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 이하의 설명을 생략한다. 도 12(a)는 제 12 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(220)의 금속 쉘(20)을 절단하여 나타낸 좌측면도{접지전극(30)의 제 1 단부(31) 측에서 절연체(40)를 본 도면}이고, 도 12(b)는 스파크 플러그(220)의 우측면도이다. 도 12(a) 및 도 12(b)에서는 금속 쉘(20) 및 절연체(40)의 축선(O)방향의 후단측의 도시가 생략되어 있다.
도 12(a) 및 도 12(b)에 나타내는 바와 같이, 스파크 플러그(220)는 절연체(210)의 소경부(47)의 축선(O)을 사이에 둔 양측에 검지전극(221, 225)이 배치되어 있다. 검지전극(221, 225)은 서로 절연되어 있다. 검지전극(221)은 축선(O)방향으로 연장되는 선형상의 제 1 부(222)와, 제 1 부(222)의 축선(O)방향의 선단에서 소경부(47)의 둘레방향으로 연장되는 제 2 부(223)와, 제 2 부(223)보다도 축선(O)방향의 후단측의 제 1 부(222)에서 제 2 부(223)와 간격을 두고서 둘레방향으로 연장되는 제 3 부(224)를 구비하고 있다.
검지전극(225)은 축선(O)방향으로 연장되는 선형상의 제 1 부(226)와, 제 1 부(226)의 축선(O)방향의 선단에서 소경부(47)의 둘레방향으로 연장되는 제 2 부(227)와, 제 2 부(227)보다도 축선(O)방향의 후단측의 제 1 부(226)에서 제 2 부(227)와 간격을 두고서 둘레방향으로 연장되는 제 3 부(228)를 구비하고 있다. 검지전극(221, 225)은 소경부(47)의 축선방향 및 둘레방향으로 연장되어 있기 때문에, 둘레방향에 있어서의 화염 핵의 검출 범위를 넓힐 수 있다.
[실시예]
본 발명을 실시예에 의해서 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
시험자는 터보차저 엔진(배기량 1.6L)에 제 1 실시형태에서 설명한 선형상의 검지전극이 배치된 스파크 플러그(도 2 참조)와 압력 센서를 장착하였다. 스파크 플러그의 검지전극은 절연체의 소경부의 축선방향의 중앙에 축선방향의 선단이 위치하고, 축선방향과 직교하는 방향의 폭(W)은 1㎜이었다. 검지전극은 접지전극의 제 1 단부 측에 면한 절연체의 소경부에 배치되어 있다.
시험자는 엔진에 공급된 혼합기를 스파크 플러그에 의해서 착화하여 연소시켰다. 시험자는 제 1 실시형태에서 설명한 점화장치(도 4 참조)에 의해서 스파크 플러그의 검지전극과 금속 쉘의 사이에 전위차를 부여함으로써 이온 전류를 검지하고, 스파크 플러그의 절연체와 금속 쉘의 사이에 형성된 공간에서 발생하는 화염 핵의 발생·성장(이하 "플러그 LSPI"라 한다)을 검출하였다. 시험자는 스파크 플러그에 의한 혼합기로의 발화·연소 및 플러그 LSPI를 압력 센서에 의해서 검출하였다.
시험자는 압력 센서에 의한 검출결과와 스파크 플러그에 의한 검출결과를 비교하여, 플러그 LSPI를 압력 센서가 검출하였음에도 불구하고 스파크 플러그가 검출할 수 없었던 오검출률(압력 센서가 100회 검출한 플러그 LSPI 중 스파크 플러그가 검출할 수 없었던 비율)을 구하였다.
도 13은 스파크 플러그의 인가전압(검지전극과 금속 쉘의 전위차)과 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다. 인가전압의 플러스는 검지전극의 극성을 ＋로 한 것을 나타내고, 인가전압의 마이너스는 검지전극의 극성을 -로 한 것을 나타낸다. 도 13에서 분명한 바와 같이, 검지전극의 극성을 ＋로 하고, 인가전압을 ＋50V 이상으로 함으로써 플러그 LSPI의 오검출을 거의 없앨 수 있었다.
(실시예 2)
시험자는 스파크 플러그의 검지전극의 폭(W)(도 2 참조)을 여러 가지로 다르게 한 것 이외는 실시예 1과 같이 하여 플러그 LSPI를 검출하였다. 인가전압(검지전극과 금속 쉘의 전위차)은 ＋50V로 하였다. 도 14는 검지전극의 폭과 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다. 도 14에서 분명한 바와 같이, 검지전극의 폭을 0.5㎜ 이상으로 함으로써 플러그 LSPI의 오검출률을 10% 이하로 할 수 있었다. 노이즈 등의 영향을 억제할 수 있기 때문이라고 추찰(推察)된다.
(실시예 3)
시험자는 스파크 플러그의 절연체의 선단에서부터 검지전극의 선단까지의 축선방향에 있어서의 거리(D1)(도 2 참조)를 여러 가지로 다르게 한 것 이외는 실시예 1과 같이 하여 플러그 LSPI를 검출하였다. 인가전압(검지전극과 금속 쉘의 전위차)은 ＋50V로 하였다. 도 15는 절연체의 선단에서부터 검지전극의 선단까지의 축선방향에 있어서의 거리(D1)와 내부 점화(중심전극과 검지전극 사이의 방전)의 발생률의 관계를 나타내는 도면이다. 도 15에서 분명한 바와 같이, 거리(D1)를 6㎜ 이상으로 함으로써 내부 점화의 발생을 방지하면서 플러그 LSPI를 검출할 수 있었다. 중심전극과 검지전극 사이의 방전을 억제하여 플러그 LSPI의 검출 감도를 높일 수 있기 때문이다.
(실시예 4)
시험자는 스파크 플러그의 절연체와 패킹의 접촉부분의 선단에서부터 검지전극의 선단까지의 축선방향에 있어서의 거리(D2)(도 2 참조)를 여러 가지로 다르게 한 것 이외는 실시예 1과 같이 하여 플러그 LSPI를 검출하였다. 인가전압(검지전극과 금속 쉘의 전위차)은 ＋50V로 하였다. 도 16은 접촉부분의 선단에서부터 검지전극의 선단까지의 축선방향에 있어서의 거리(D2)와 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다. 도 16에서 분명한 바와 같이, 거리(D2)를 3㎜ 이상으로 함으로써 플러그 LSPI의 오검출률을 10% 이하로 할 수 있었다. 거리(D2)를 3㎜ 이상으로 함으로써 화염 핵의 성장에 수반하여 온도가 상승하기 쉽고 이온 전류가 흐르기 쉬운 영역에 검지전극을 배치할 수 있기 때문이라고 추찰된다.
(실시예 5)
시험자는 스파크 플러그의 검지전극의 둘레방향의 위치를 접지전극에 대해서 여러 가지로 다르게 한 것 이외는 실시예 1과 같이 하여 플러그 LSPI를 검출하였다. 인가전압(검지전극과 금속 쉘의 전위차)은 ＋50V로 하였다. 도 17은 검지전극의 둘레방향에 있어서의 위치와 오검출률의 관계를 나타내는 도면이다. 도 17에 있어서, 중심은 축선(O)를 나타내고, 가로축은 접지전극(30)의 제 1 단부(31)에서 제 2 단부(32)로 연장되는 축(57, 도 3 참조)의 위치를 나타낸다. 세로축은 축선(O)을 포함하는 가상 평면(58, 도 3 참조)을 나타낸다.
도 17에서 분명한 바와 같이, 가상 평면(세로축)보다도 접지전극(30)의 제 1 단부(31) 측(도 17의 중심보다도 좌측)에 검지전극이 존재함으로써 플러그 LSPI의 오검출률을 10% 이하로 할 수 있었다. 절연체와 금속 쉘의 사이에 형성된 공간 중 가상 평면보다도 접지전극의 제 1 단부 측에서 플러그 LSPI의 발생하는 빈도가 높기 때문이라고 추찰된다.
이상, 실시형태에 근거하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 하등 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 개량 변형이 가능한 것은 용이하게 추찰할 수 있는 것이다. 예를 들면, 검지전극의 형상이나 치수는 일례이며 적절하게 설정할 수 있다.
상기한 각 실시형태에서는 절연체(40, 210)의 선단(49)이 금속 쉘(20)의 선단(29)보다도 축선(O)방향의 선단측으로 돌출되는 경우에 대해서 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 절연체(40, 210)의 선단(49)을 금속 쉘(20)의 선단(29)보다도 축선(O)방향의 후단측으로 배치하는 것은 당연히 가능하다. 이 경우도 상기한 각 실시형태와 같은 작용 효과를 실현할 수 있다.
상기한 각 실시형태에서는 금속 쉘(20)의 내주{턱부(27)}와 절연체(40, 210)의 외주{축경부(45)}의 사이에 패킹(61)을 배치하고, 이 패킹(61)을 통해서 금속 쉘(20)이 절연체(40, 210)를 걸어 고정하는 경우에 대해서 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 패킹(61)을 생략하고, 금속 쉘(20)의 내주{턱부(27)}와 절연체(40, 210)의 외주{축경부(45)}를 접촉시키고, 그 접촉부분에 의해서 절연체(40, 210)를 금속 쉘(20)이 걸어 고정하는 것은 당연히 가능하다. 이 경우도 상기한 각 실시형태와 같은 작용 효과를 실현할 수 있다.
상기한 각 실시형태에서는 검지전극을 절연체(40, 210)에 형성하는 경우에 대해서 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 절연체(40, 210)와 금속 쉘(20)의 사이에 형성된 공간(55)에 검지전극이 배치되어 있으면 좋기 때문에, 금속 쉘(20)의 내주에 검지전극을 형성하거나 금속 쉘(20) 및 절연체(40, 210)의 쌍방에 비접촉한 상태로 검지전극을 형성하는 것은 당연히 가능하다.
상기한 각 실시형태에서는 도체(51, 212) 및 단자(53, 214)를 금속 페이스트의 프린팅에 의해서 형성하는 경우에 대해서 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 금속 페이스트 대신에 도체(51, 212)를 금속선으로, 단자(53, 214)를 금속판으로 하는 것은 당연히 가능하다.
상기한 각 실시형태에서는 도체(51, 212) 및 단자(53, 214)를 절연체(40, 210)의 표면에 형성하는 경우에 대해서 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 도체는 중심전극(70), 금속 쉘(20) 및 접지전극(30)과 절연되어 있으면 좋기 때문에, 예를 들면 도체를 절연 피복하여 금속 쉘(20)에 내장하거나 금속 쉘(20)과 절연체(40, 210)의 사이에 배치하는 것은 당연히 가능하다.
상기한 각 실시형태에서는 검지전극의 축선(O)방향의 선단이 금속 쉘(20)의 선단(29)보다도 축선(O)방향의 후단측에 있는 경우에 대해서 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 검지전극의 축선(O)방향의 선단을 금속 쉘(20)의 선단(29)보다도 축선(O)방향의 선단측에 돌출시키는 것은 당연히 가능하다. 이 경우에는 금속 쉘(20)의 선단(29)에서 검지전극이 돌출되는 길이나 면적에도 의거하나 절연체(40)와 금속 쉘(20)의 사이에 형성된 공간(55)에서 발생하는 화염 핵 뿐만 아니라 공간(55) 밖에서 발생한 화염 핵도 검출할 수 있다.
제 11 실시형태에서는 검지전극(221, 225)을 2개 형성하는 경우에 대해서 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서 검지전극을 1개 또는 복수개 형성하는 것은 당연히 가능하다.
상기한 각 실시형태에서는 금속 쉘(20)에 제 1 단부(31)가 접합된 접지전극(30)의 제 2 단부(32) 측이 굴곡되는 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 굴곡된 접지전극(30)을 이용하는 것 대신에 접지전극을 직선 형상으로 하는 것은 당연히 가능하다. 이 경우에는 금속 쉘(20)의 선단측을 축선(O)방향으로 연장하고, 직선 형상의 접지전극의 제 1 단부를 금속 쉘(20)에 접합하고, 접지전극의 제 2 단부를 중심전극(70)과 대향시킨다.
상기한 각 실시형태에서는 중심전극(70)의 축선(O)과 접지전극(30)의 제 2 단부(32)가 교차하도록 접지전극(30)을 배치하는 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 반드시 이것에 한정되는 것이 아니며, 중심전극(70)과 접지전극(30)의 위치 관계는 적절하게 설정할 수 있다. 중심전극(70)과 접지전극(30)의 다른 위치 관계로서는, 예를 들면 중심전극(70)의 측면과 접지전극(30)의 제 2 단부(32)가 대향하도록 접지전극(30)을 배치하는 것, 접지전극(30)의 축(57)과 축선(O)이 경사지게 교차하도록 접지전극(30)을 배치하는 것 등을 들 수 있다.
10,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,220 - 스파크 플러그
20 - 금속 쉘 26 - 나사부
27 - 턱부 30 - 접지전극
31 - 제 1 단부 32 - 제 2 단부
40,210 - 절연체 41 - 축구멍
45 - 축경부(縮徑部) 51,212 - 도체
52,111,121,131,141,151,161,171,181,191,213,221,225 - 검지전극
52a - 선단 53,214 - 단자
55 - 공간 56 - 접촉부분
57 - 축 58 - 가상 평면
61 - 패킹 70 - 중심전극
W - 폭 O - 축선

Claims (6)

  1. 선단측으로 향해서 외경이 작아지게 되는 축경부를 구비하며, 선단측에서 후단측으로 축선을 따라서 연장되는 축구멍이 형성되는 통형상의 절연체와,
    상기 축구멍에 배치되는 중심전극과,
    자신의 내주에 형성되는 턱부와 자신의 외주에 형성되는 나사부를 구비하며, 상기 절연체의 외주에 배치되는 통형상의 금속 쉘과,
    상기 금속 쉘에 접속되며, 불꽃 갭을 통해서 상기 중심전극과 대향하는 접지전극을 구비하며,
    상기 턱부는 상기 금속 쉘의 직경방향 내측으로 돌출되어 상기 축경부를 직접 또는 환형상의 패킹을 통해서 선단측에서 걸어 고정하는 스파크 플러그로서,
    상기 나사부보다도 후단측에 배치되는 단자와,
    상기 절연체의 외주와 상기 금속 쉘의 내주의 사이에 형성된 공간 중, 상기 축경부와 상기 턱부 또는 상기 패킹의 접촉부분의 선단보다도 선단측의 부분에 배치되는 검지전극과,
    상기 검지전극과 상기 단자를 연결하는 도체를 구비하며,
    상기 검지전극 및 상기 도체는 상기 중심전극, 상기 금속 쉘 및 상기 접지전극과 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검지전극은 축선방향과 직교하는 방향의 폭이 0.5㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 검지전극은 자신의 선단이 상기 금속 쉘의 선단보다도 후단측에 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검지전극은 자신의 선단이 상기 절연체의 선단에서부터 후단측으로 6㎜ 이상 떨어진 위치에 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검지전극은 자신의 선단이 상기 접촉부분의 선단에서부터 선단측으로 3㎜ 이상 떨어진 위치에 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지전극은 제 1 단부가 상기 금속 쉘에 접합되고 제 2 단부가 상기 축선과 교차하여 상기 중심전극과 대향하고,
    상기 검지전극은 적어도 일부가, 상기 축선을 포함하는 가상 평면으로서 상기 접지전극의 상기 제 1 단부에서 상기 제 2 단부로 연장되는 축과 상기 축선을 포함하는 평면에 수직인 가상 평면보다도 상기 접지전극의 상기 제 1 단부 측에 존재하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
KR1020197008003A 2016-09-22 2017-05-22 스파크 플러그 KR20190040282A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2016-184949 2016-09-22
JP2016184949A JP6425698B2 (ja) 2016-09-22 2016-09-22 スパークプラグ
PCT/JP2017/018948 WO2018055833A1 (ja) 2016-09-22 2017-05-22 スパークプラグ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190040282A true KR20190040282A (ko) 2019-04-17

Family

ID=61690299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197008003A KR20190040282A (ko) 2016-09-22 2017-05-22 스파크 플러그

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10968881B2 (ko)
JP (1) JP6425698B2 (ko)
KR (1) KR20190040282A (ko)
CN (1) CN109716603B (ko)
DE (1) DE112017004067T5 (ko)
WO (1) WO2018055833A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201900014112A1 (it) * 2019-08-06 2021-02-06 Eldor Corp Spa Candela e sistema di accensione elettronica per un motore a combustione interna
DE102020215946A1 (de) * 2020-12-15 2022-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Wärmeoptimierte Vorkammerzündkerze

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04133281A (ja) 1990-09-25 1992-05-07 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JPH06338377A (ja) 1993-05-31 1994-12-06 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関のイオン電流検出装置
JPH09260023A (ja) 1996-03-26 1997-10-03 Ngk Spark Plug Co Ltd イオンプローブ付スパークプラグ
JP2014109196A (ja) 2012-11-30 2014-06-12 Daihatsu Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP2015190396A (ja) 2014-03-28 2015-11-02 日立オートモティブシステムズ阪神株式会社 内燃機関用イオン電流検出装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4532977Y1 (ko) * 1968-02-06 1970-12-16
JPS5894295U (ja) * 1981-12-18 1983-06-25 日本特殊陶業株式会社 指圧用点火栓
DE3203200A1 (de) * 1982-01-30 1983-08-04 Bosch Gmbh Robert Zuendkerze mit sauerstoffsensor
JPH06229969A (ja) * 1992-02-13 1994-08-19 Ngk Spark Plug Co Ltd 空燃比制御装置および酸素センサの劣化検出装置
US5734094A (en) * 1993-05-31 1998-03-31 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ion current detector device for use in an internal combustion engine
US6617769B2 (en) * 2000-06-30 2003-09-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug and mounting structure of the same
US7350398B2 (en) * 2004-10-28 2008-04-01 David Phillip Gardiner Smoke sensing device for internal combustion engines
FR2923093A1 (fr) * 2007-10-29 2009-05-01 Continental Automotive France Dispositif d'allumage par etincelle a capteur de combustion integre
WO2009069796A1 (ja) 2007-11-26 2009-06-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. スパークプラグ
WO2010041733A1 (ja) * 2008-10-10 2010-04-15 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ及びその製造方法
WO2010088448A2 (en) * 2009-01-29 2010-08-05 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug with combustion sensor
WO2014013723A1 (ja) * 2012-07-17 2014-01-23 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
CN103022901A (zh) * 2012-12-10 2013-04-03 大连博控科技股份有限公司 带传感器的火花塞
JP6491907B2 (ja) * 2015-03-06 2019-03-27 株式会社Ｓｏｋｅｎ 内燃機関用の点火装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04133281A (ja) 1990-09-25 1992-05-07 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JPH06338377A (ja) 1993-05-31 1994-12-06 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関のイオン電流検出装置
JPH09260023A (ja) 1996-03-26 1997-10-03 Ngk Spark Plug Co Ltd イオンプローブ付スパークプラグ
JP2014109196A (ja) 2012-11-30 2014-06-12 Daihatsu Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP2015190396A (ja) 2014-03-28 2015-11-02 日立オートモティブシステムズ阪神株式会社 内燃機関用イオン電流検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018055833A1 (ja) 2018-03-29
CN109716603B (zh) 2020-06-23
US10968881B2 (en) 2021-04-06
JP6425698B2 (ja) 2018-11-21
DE112017004067T5 (de) 2019-04-25
JP2018049762A (ja) 2018-03-29
US20190383258A1 (en) 2019-12-19
CN109716603A (zh) 2019-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10186844B2 (en) Spark plug
US7528534B2 (en) Spark plug
US20070159047A1 (en) Spark plug having excellent capabilities of detecting ion current and suppressing inside sparks
BRPI0713679A2 (pt) vela de ignição para um evento de combustão de ignição por centelha
EP2264844B1 (en) Spark plug for internal combustion engine
US7703428B2 (en) Spark plug and internal combustion engine in which the spark plug is disposed
CN107689555B (zh) 火花塞及点火装置
KR20190040282A (ko) 스파크 플러그
JP5375711B2 (ja) 内燃機関用のスパークプラグ
US8531094B2 (en) Spark plug having self-cleaning of carbon deposits
US10931087B2 (en) Ignition plug, control system, internal combustion engine, and internal combustion engine system
JP2002124362A (ja) 圧力センサ内蔵点火プラグ
EP2889972B1 (en) Sparkplug
US10424901B2 (en) Spark plug
JP2017214917A (ja) 内燃機関の制御装置及びノック解析方法
WO2009116553A1 (ja) スパークプラグ
JP6781141B2 (ja) スパークプラグ
US9742157B2 (en) Spark plug
JP2007303285A (ja) イオン電流検出装置
US8653726B2 (en) Spark plug
JP6570468B2 (ja) 点火プラグ
JP5421473B2 (ja) スパークプラグ
JP2006164840A (ja) スパークプラグ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right