JP3874840B2 - 多極スパークプラグ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に装着する多極スパークプラグに関する。
【0002】
【従来の技術】
図9に示す様に、主体金具101と、主体金具101内に固定される軸孔102付の絶縁碍子103と、絶縁碍子103の軸孔102内に固定される中心電極104と、放電面105が中心電極104の先端外周面106と対向する複数の外側電極107とを備えた多極スパークプラグ100が従来より知られている。又、図10に示す様に、中心電極104の発火部に貴金属合金部108を形成して電極消耗を防止した多極スパークプラグ120も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
放電面105が中心電極104の先端外周面106と対向する外側電極107を有する多極スパークプラグ100、110(外側電極107の先端上面107aと中心電極104との軸方向距離kが−0.5mm〜0.5mm)において、火花放電は、放電面前側109と先端外周面106の先部111との間(放電パターンα)以外にも、放電面後側112と先端外周面106の基部113側との間(放電パターンβ)でも起こる。
【0004】
上記放電パターンβの放電は、外側電極107による消炎作用が大きく、放電パターンαの放電に比べて着火性が著しく悪化(A/Fリーンリミットの評価で約1ダウン)する。
A/Fリーンリミット:
アイドリング時に失火サイクル10回/3分間 1cyl以上となるA/F値
【0005】
本発明の目的は、放電面が中心電極の先端外周面と対向する複数の外側電極を有する多極スパークプラグの着火性を向上させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為、本発明は、以下の構成を採用した。
(1)筒状の主体金具と、碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−0.5mm〜0.5mmに設定した多極スパークプラグにおいて、中心電極先端を全周にわたり径大に形成して、前記放電面と、この径大部の外周面との間で火花放電を行うようにし、この径大部の外径d2を、中心電極外径d1より0.2mm〜1.0mm大きく設定し、{(径大部の厚みT1)/(放電面の軸方向距離L)}を0.3以下に設定し、且つ、前記径大部の後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
【0008】
(2)多極スパークプラグは、上記(1)の構成を有し、前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とする。
(3)筒状の主体金具と、碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−0.5mm〜0.5mmに設定した多極スパークプラグにおいて、中心電極先端を先に行くほど全周にわたり径大になる様なテーパ形状の径大部に形成して、前記放電面と、このテーパの外周面との間にて火花放電を行うようにし、
この径大部の外径d3を、中心電極外径d1より0.2mm〜1.0mm大きく設定し、
{(径大部の厚みT2)/(放電面の軸方向距離L)}を0.3以下に設定し、且つ、前記テーパの後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
(4)多極スパークプラグは、上記(3)の構成を有し、前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とする。
(5)多極スパークプラグは、上記(1)〜(4)の何れかの構成を有し、前記径大部を貴金属で形成した。
【0009】
【作用および発明の効果】
〔請求項1について〕
中心電極先端を全周にわたり径大に形成して、放電面と、この径大部の外周面との間で火花放電を行うようにし、この径大部の外径d2を、中心電極外径d1より0.2mm〜1.0mm大きく設定し、{(径大部の厚みT1)/(放電面の軸方向距離L)}を0.3以下に設定し、且つ、径大部の後端位置は、放電面の軸方向における形成位置に位置している。また、径大部は、碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
(T1/L)≦0.3の状態で、(径大部の外径d2−中心電極外径d1)≧0.2mmとし、且つ、径大部の後端位置が、放電面の軸方向における形成位置に位置しているので、外側電極の放電面と、中心電極に形成した先端の径大部の外周面との間で気中放電を行えることから、A/Fリーンリミットが改善(約1改善)される。
又、(径大部の外径d2−中心電極外径d1)>1mmであると、径大部(中心電極先端)の温度が高くなり、酸化消耗が大になるので不向きである。
【0011】
〔請求項2について〕
径大部は、自身の先端面を中心電極の先端面及び外側電極の先端上面と面一としている。
〔請求項3について〕
中心電極先端を先に行くほど全周にわたり径大になる様なテーパ形状の径大部に形成して、放電面と、このテーパの外周面との間にて火花放電を行うようにし、この径大部の外径d3を、中心電極外径d1より0.2mm〜1.0mm大きく設定し、{(径大部の厚みT2)/(放電面の軸方向距離L)}を0.3以下に設定し、且つ、テーパの後端位置は、放電面の軸方向における形成位置に位置している。また、径大部は、碍子先端面から先端方向に離間して形成される。
(T1/L)≦0.3の状態で、(径大部の外径d3−中心電極外径d1)≧0.2mmとし、且つ、テーパの後端位置が、放電面の軸方向における形成位置に位置しているので、外側電極の放電面と、テーパの外周面との間で気中放電を行えることから、A/Fリーンリミットが改善(約1改善)される。
又、(径大部の外径d 3 −中心電極外径d1)>1mmであると、径大部(中心電極先端)の温度が高くなり、酸化消耗が大になるので不向きである。
〔請求項4について〕
径大部は、自身の先端面を中心電極の先端面及び外側電極の先端上面と面一としている。
〔請求項5について〕
幅の狭い径大部を中心電極先端に形成することにより、径大部を設けない場合に比べ耐久性が低下(電極消耗大)する。
しかし、径大部を貴金属で形成することにより、耐久性が改善される。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施例(請求項1、2対応)を図1〜図4に基づいて説明する。
二極スパークプラグAは、筒状の主体金具1と、主体金具1内に嵌め込まれて固定される軸孔21付の絶縁碍子2と、径大部31を有する中心電極先端32が碍子先端面22から突出する様に軸孔21内に固定される中心電極3と、放電面41が中心電極3の先端外周面321と対向する様に、屈曲して金具先端面11に突設される外側電極4、4とを備える。
【0013】
主体金具1は、低炭素鋼で製造され、外側電極4、4を金具先端面11に溶接している。又、主体金具1の先端外周にはネジ12が螺刻され、ガスケット(図示せず)を介して内燃機関のシリンダヘッド(図示せず)に装着される。
【0014】
絶縁碍子2は、アルミナを主体とするセラミックで製造され、パッキン(図示せず)を介して座面を主体金具1の段部(図示せず)に係止し、主体金具1の六角頭部(図示せず)を加締める事により、主体金具1の金具先端面11から碍子先端部23が突出する様に主体金具1内に固定される。
【0015】
ニッケル合金材の内部に良熱伝導性の銅を封入した中心電極3は、厚みT1 =0.4mm、外径d2 =φ2.5の径大部31(円柱形状)を中心電極先端32に形成している。尚、径大部31以外の中心電極外径d1 はφ2.0である。
又、径大部31の外径d2 をφ2.5、径大部の厚みT1 を0.4mmと一定にし、径差{(径大部31の外径d2 −中心電極外径d1 )}を0mm〜1.3mmの間で変化させたところ、図2に示す様に、径差0.2mm以上でA/Fリーンリミットが約0.5改善されることが判明した。
但し、径差が1.0mmを越える(本実施例ではφd1 <1.5mm)になると、図3に示す様に、径大部31の温度が高くなってギャップ消耗量が大きくなる(酸化消耗大)ので、0.2mm〜1.0mmの範囲に径差を設定する。
【0016】
外側電極4は、先端がL字状に屈曲し、ニッケル合金材で形成されている。
外側電極4の放電面41は、円弧面状に形成され、対向する先端外周面321と同軸的に位置する。
又、本実施例では、外側電極4の先端上面42と中心電極先端面33とが面一(軸方向距離k=0mm)に設定されている。
【0017】
本実施例では、{(径大部の厚みT1 )/(放電面の軸方向距離L)}≒0.27に設定されている。
尚、放電面の軸方向距離Lを1.5mm一定とし、径大部の厚みT1 を1.5mm〜0.3mm{(T1 /L)を1〜0.2}まで変化させて着火性を試験したところ、図4に示す様に、(T1 /L)≦0.3でA/Fリーンリミットが約1改善されることが判明した。
【0018】
本実施例の二極スパークプラグAは、以下の利点を有する。
二極スパークプラグAは、中心電極先端32を径大に形成し、この径大部31の外径d2 (φ2.5)を、中心電極外径d1 (φ2.0)より0.5mm大きく設定し、{(径大部31の厚みT1 (0.4mm)}/{放電面の軸方向距離L(1.5mm)}を約0.27に設定している。
これにより、火花放電が放電面前側411と径大部31との間で起こるので、A/Fリーンリミットが約1改善され、着火性が良好に保持されることが判明した。
又、径差が0.5mmであるので、径大部(中心電極先端)の温度が著しく高くならないので火花放電による電極先端部の消耗が少なく、二極スパークプラグAは、径大部31を設けたことによる、中心電極3の耐火花消耗性の低下は殆ど無い。
【0019】
本発明の第2実施例(請求項3、4に対応)を図5に基づいて説明する。
二極スパークプラグBは、以下の点が二極スパークプラグAと異なる。
【0020】
先に行くほど径大になる様に円錐状の径大部34を中心電極先端32に形成している。尚、中心電極外径d1 はφ2であり、径大部34の厚みT2 は0.4mm、外径d3 はφ2.5である。
【0021】
本実施例の二極スパークプラグBは、以下の利点を有する。
二極スパークプラグBは、先に行くほど径大になる様に円錐状の径大部34を中心電極先端32に形成している。
これにより、火花放電が放電面前側411と径大部34との間で起こるので、A/Fリーンリミットが約1改善され、着火性が良好に保持されることが判明した。
又、径差(φd2 −φd1 )が0.5mmであるので、径大部(中心電極先端)の温度が著しく高くならないので火花放電による電極先端部の消耗が少なく、二極スパークプラグBは、径大部34を設けたことによる、中心電極3の耐火花消耗性の低下は殆ど無い。
【0022】
本発明の第3実施例(請求項5に対応)を図6及び図7に基づいて説明する。
二極スパークプラグCは、以下の点が二極スパークプラグAと異なる。
【0023】
ニッケル合金材の内部に良熱伝導性の銅を封入した中心電極3は、厚みT3 =0.3mm、外径d3 =φ2.5の径大部35を中心電極先端32に形成している。尚、径大部31以外の中心電極外径d1 はφ2.0である。尚、径大部35は、貴金属材(Pt- Ir合金)をレーザー溶接LBにより形成している。
【0024】
本実施例の二極スパークプラグCは、以下の利点を有する。
幅の狭い径大部31を中心電極先端32に形成することにより、径大部35を設けない従来品に比べ径大部付きスパークプラグは、耐久性が低下(電極消耗大)する。
【0025】
具体的には、4気筒、5000rpm×w.o.t. 200Hrで試験を行なったところ、図7に示す様に、径大部無しでニッケル合金からなる中心電極を有する従来品はギャップ消耗が0.2mmであるのに対し、(厚みT/軸方向距離L)=0.2の径大部付きのニッケル合金からなる中心電極を有するスパークプラグは、ギャップ消耗が0.4mmと大きく、着火性が改善される反面、耐久性が逆に悪化する。
しかし、径大部31を貴金属合金で形成した二極スパークプラグCは、貴金属材によりギャップ消耗が0.1mmと少なく、耐久性が改善される。
【0026】
本発明の第4実施例(請求項5に対応)を図8に基づいて説明する。
二極スパークプラグDは、以下の点が二極スパークプラグCと異なる。
【0027】
ニッケル合金材の内部に良熱伝導性の銅を封入した中心電極3は、厚みT4 =0.3mm、外径d3 =φ2.5の径大部36を中心電極先端32に形成している。尚、中心電極先端32の中心電極外径d1 はφ2.0であり、中心電極3の元径はφ2.5である。尚、径大部36は、レーザー溶接により形成した貴金属材(Pt- Ir合金)である。
本実施例の二極スパークプラグDは、二極スパークプラグCと同様、貴金属合金によりギャップ消耗が0.1mmと少なく、耐久性が改善される。
【0028】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
a.金具先端面11に突設される外側電極4の数は、二個以上(三極、四極)であっても良い。
b.径大部の貴金属材は、Pt、Pt- Ir- Ni合金、Pt- Rh合金、Au- Pd合金、Ir、Ir- Y2 O3 合金、Ir- Rh合金等が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図2】その二極スパークプラグにおいて、径差(φd2 −φd1 )と、A/Fリーンリミットとの関係を示すグラフである。
【図3】その二極スパークプラグにおいて、中心電極外径φd1 とギャップ消耗量との関係を示すグラフである。
【図4】その二極スパークプラグにおいて、(径大部の厚みT1 /放電面の軸方向距離L)と、A/Fリーンリミットとの関係を示すグラフである。
【図5】本発明の第2実施例に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図6】本発明の第3実施例に係る二極スパークプラグの上面図(a)、及び正面図(b)である。
【図7】径大部無しの従来品、(厚みT/軸方向距離L)=0.2の径大部付きスパークプラグ、及び径大部31を貴金属合金で形成した二極スパークプラグCにおける各ギャップ消耗を示すグラフである。
【図8】本発明の第4実施例に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図9】従来技術に係る二極スパークプラグの正面図である。
【図10】従来技術に係る二極スパークプラグの正面図である。
【符号の説明】
1 主体金具
2 絶縁碍子
3 中心電極
4 外側電極
11 金具先端面
21 軸孔
22 碍子先端面
23 碍子先端(碍子先端部)
31、34〜36 径大部
42 外側電極の先端上面
d1 中心電極外径
d2 径大部の外径
d3 径大部の先端外径
T1 〜T4 径大部の厚み
L 放電面の軸方向距離
A〜D 二極スパークプラグ(多極スパークプラグ)
Claims (5)
- 筒状の主体金具と、
碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、
該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、
放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、
該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−0.5mm〜0.5mmに設定した多極スパークプラグにおいて、
中心電極先端を全周にわたり径大に形成して、前記放電面と、この径大部の外周面との間で火花放電を行うようにし、この径大部の外径d2を、中心電極外径d1より0.2mm〜1.0mm大きく設定し、
{(径大部の厚みT1)/(放電面の軸方向距離L)}を0.3以下に設定し、且つ、前記径大部の後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、
前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成されることを特徴とする多極スパークプラグ。 - 前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とすることを特徴とする請求項1記載の多極スパークプラグ。
- 筒状の主体金具と、
碍子先端が前記主体金具の金具先端面から突出する様に主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、
該絶縁碍子の碍子先端面から電極先端が突出する様に軸孔内に固定される中心電極と、
放電面が前記中心電極の先端外周面と対向する様に屈曲して前記金具先端面に突設される複数の外側電極とを備え、
該外側電極の先端上面と中心電極先端面との軸方向距離を−0.5mm〜0.5mmに設定した多極スパークプラグにおいて、
中心電極先端を先に行くほど全周にわたり径大になる様なテーパ形状の径大部に形成して、前記放電面と、このテーパの外周面との間にて火花放電を行うようにし、この径大部の外径d 3 を、中心電極外径d 1 より0.2mm〜1.0mm大きく設定し、
{(径大部の厚みT 2 )/(放電面の軸方向距離L)}を0.3以下に設定し、且つ、前記テーパの後端位置は、前記放電面の軸方向における形成位置に位置し、
前記径大部は、前記碍子先端面から先端方向に離間して形成されることを特徴とする多極スパークプラグ。 - 前記径大部は、自身の先端面を前記中心電極の先端面及び前記外側電極の先端上面と面一とすることを特徴とする請求項3記載の多極スパークプラグ。
- 前記径大部を貴金属で形成したことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の多極スパークプラグ。
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