JP5751137B2 - 内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造 - Google Patents
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Description
上記スパークプラグ9は、中心電極94と接地電極95とを有する。該接地電極95はその一端がハウジング92に固定されると共に屈曲して、他端を中心電極94に対向する位置に配置している。
なお、特許文献2には、突起部96のない接地電極を備えたスパークプラグが開示されている。
しかし、この場合、突起部96の上記対向面960が拡大するため、火炎成長時において対向面960が火炎Iから熱を奪い、火炎Iの成長を阻害してしまうおそれがある(以下、これを消炎作用という)。その結果、スパークプラグの着火性の低下を招くおそれがある。
上記中心電極の上記先端部及び上記接地電極の上記対向部の少なくとも一方には、火花放電ギャップに向かって突出した突起部が配されており、
上記突起部のうち少なくとも一方は、プラグ軸方向に直交する断面形状が、その輪郭のうち最も曲率半径の小さい最小曲率半径部を有すると共に、以下の条件を満たす特定形状であって、
上記条件は、上記断面形状における上記最小曲率半径部と幾何学的重心とを結ぶ第一直線を想定し、次いで、該第一直線が上記断面形状の輪郭と交差する2つの交点間を結ぶ第一線分を想定し、次いで、上記第一線分の中点において該第一線分と直交する第二直線を想定し、上記断面形状を上記第二直線によって、上記最小曲率半径部を含む第1領域と上記最小曲率半径部を含まない第2領域とに分割したとき、上記第2領域の面積が上記第1領域の面積よりも大きいという条件であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある(請求項1)。
また、上記スパークプラグにおいて、内燃機関の燃焼室内に挿入される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
実施例にかかるスパークプラグにつき、図1〜図6を用いて説明する。
本例のスパークプラグ1は、図1に示すごとく、筒状のハウジング2と、ハウジング2の内側に保持された筒状の絶縁碍子3と、先端部が突出するように絶縁碍子3の内側に保持された中心電極4と、ハウジング2に接続されると共に中心電極4にプラグ軸方向から対向する対向部52を有して中心電極4との間に火花放電ギャップ11を形成する接地電極5とを備えている。
また、接地電極5の対向部52には、火花放電ギャップ11に向かって突出した突起部6が配されている。
また、突起部6の第1領域Bにおける最小曲率半径部61の曲率半径R1は0.1であり、第2領域Cにおける最大幅部62の曲率半径R2は0.2である。また、接地電極5の対向部52の幅W2は2.6mmである。
また、中心電極4の先端部は、絶縁碍子3の先端から軸方向に1.5mm突出している。そして、火花放電ギャップ11の大きさは0.8mmである。
また、本例においては、中心電極4の先端部は、貴金属チップからなる略円柱状をなす突起部41によって構成されている。また、この貴金属チップは、例えば、イリジウム合金から構成することができる。
なお、本例のスパークプラグ1は、自動車等の車両用の内燃機関に用いられる。
スパークプラグ1の内燃機関7への取付に際して、例えば、周知技術(特開平11−324878号公報、特開平11−351115号公報等)を用いて、燃焼室70における混合気の気流Fの気流方向に対して接地電極5の位置を調節して、スパークプラグ1を内燃機関7へ取付ける。
中心電極4と接地電極5との間に所定の電圧を印加することにより、火花放電ギャップ11に放電させる際には、図6(A)に示すごとく、突起部6の上流側において初期の火花放電Eを得ることができる。つまり、電界強度が高くなりやすい最小曲率半径部61において、初期の火花放電Eが生じる。そして、図6(B)に示すごとく、火花放電Eは、混合気の気流Fによって下流側まで流され、図6(C)に示すごとく、突起部6の下流側の角部において火花放電Eが引き伸ばされる。この間に火花放電Eによって、混合気に着火する。また、突起部6の下流側の角部において、火花放電Eが引き伸ばされ消滅するが、同じ箇所、すなわち、突起部6の下流側の角部において再放電が繰り返される。これによって、突起部6の消耗が生じることとなる。
上記スパークプラグ1は、突起部6のうち少なくとも一方のプラグ軸方向に直交する断面形状が、上記特定形状に形成されている。すなわち、図2に示すごとく、上記断面形状における第2領域Cの面積が第1領域Bの面積よりも大きくなるように形成されている。これによって、スパークプラグ1を内燃機関7の燃焼室70に取付ける際、突起部6の第1領域Bが第2領域Cよりも燃焼室70における混合気の気流Fの上流側となるように配置すれば、スパークプラグ1の長寿命化を図ることができる。すなわち、上記のような配置とすれば、突起部6における気流Fの下流側には、面積の大きい第2領域Cが配置されることとなる。そのため、上述のごとく突起部6の下流側の角部において再放電が繰り返されても、図6(C)に示すごとく、面積が大きい分、再放電による突起部6の消耗範囲の拡大を抑制することができる。そのため、突起部6の偏消耗を抑制し、耐消耗性を向上させることができる。その結果、スパークプラグ1の寿命を向上させることができる。
また、突起部6は、貴金属チップからなる。これによって、一層のスパークプラグ1の長寿命化を図ることができる。
本例は、図7〜図9に示すごとく、中心電極4の先端部に設けた突起部41も接地電極5の突起部6と同様の上記特定形状とした例である。
本例においては、図8、図9に示すごとく、中心電極4の突起部41と接地電極5の突起部6との双方は、プラグ軸方向に直交する断面形状が、上記実施例1で示した特定形状をなす(図2参照)。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図10に示すごとく、突起部6を、第一直線L1が接地電極5の対向部52の延設方向に対して斜めに交差するように配した例である。
本例における突起部6は、第一直線L1が接地電極5の対向部52の延設方向(破線L5)に対して45°で交差するように配されている。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図11(A)、(B)に示すごとく、上記特定形状をなす突起部6を、第1領域Bと第2領域Cの面積差を大きくして形成した例である。
本例における突起部6は、プラグ軸方向に直交する断面形状の輪郭60が、上記断面形状における第1領域Bの最小曲率半径部61から第2領域Cの一部に亘る輪郭60の一部において、第一線分Mの中点P3側に向って窪んだ窪み部63を形成してなる。これによって、図11(A)に示すごとく、突起部6のプラグ軸方向に直交する断面形状が、第1領域Bの面積が第2領域Cの面積よりも特に小さく、その面積差が大きくなるように形成されている。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例も、図12(A)、(B)に示すごとく、上記特定形状をなす突起部6の輪郭60に窪み部63を設けて第1領域Bと第2領域Cの面積差を大きくして形成した例である。
また、本例においては、突起部6の上記断面形状における第2領域Cの輪郭60の一部に、上記第一直線L1と直交するストレート部64を形成している。
その他は、実施例4と同様であり、実施例4と同様の作用効果を有する。
本例は、図13〜図15に示すごとく、接地電極95の突起部96が円柱形状であるスパークプラグ9の例である。
その他は、実施例1と同様である。
本例は、図16に示すごとく、スパークプラグの突起部の耐消耗性について、火花放電ギャップの拡大量(以下、これを適宜、ギャップ拡大量という。)の測定によって調べた例である。
なお、試料1〜試料3において、突起部は、中心電極側のものも、接地電極側のものも含めてプラグ軸方向に直交する断面の断面積が略同等であり、材料使用量も略同等である。
これらの試料を用いて以下の耐久試験を行った。
耐久試験にあたっては、各試料のスパークプラグを、燃焼室70を模した試験装置に装着し、装置内を窒素雰囲気とすると共に、圧力を0.6MPaとした。
また、スパークプラグの先端部付近に流速30m/秒の気流が形成されるように、装置内に混合気を送りこみ、放電周期30Hzにて、スパークプラグに電圧を印加した。このときの点火エネルギは70mJとした。
また、装置に対するスパークプラグの取付姿勢は、気流の方向に対して直交する位置に、接地電極の立設部(図1における符号51参照)が配置されるような姿勢とした。
同図に示すグラフの縦軸は、ギャップ拡大量(mm)を示し、横軸は、耐久時間(時間)を示す。
また、耐久時間が600時間以上となると、特に試料2のギャップ拡大量が増え難く、試料1よりも耐久性に優れている。つまり、中心電極と接地電極との双方に、上記特定形状の突起部を設けることによって、火花放電ギャップの拡大を一層抑制することができると言える。
本例は、図17に示すごとく、スパークプラグの突起部の耐消耗性を、放電電圧の測定によって調べた例である。
一般に、火花放電ギャップが拡大するに伴い放電電圧も増加する。そこで、本例では、耐久試験において、火花放電の電圧をそれぞれ計測し、実施例1、2のスパークプラグの放電電圧の増加が、比較例のそれに比べて抑制されているか確認を行った。
そして、各試料について、耐久時間100時間の経過の区切りごとに1000回の火花放電の放電電圧を計測した。なお、この測定は、各試料における3個のサンプルのうちの放電電圧の最大値を測定し、その3つの最大値を平均したものが図17における各プロットである。
同図に示すグラフの縦軸は、放電電圧(kV)を示し、横軸は耐久時間(時間)を示す。
本例は、図18に示すごとく、スパークプラグの突起部の耐消耗性を再放電発生回数の測定によって調べた例である。
すなわち、本例では、耐久試験において、再放電回数をそれぞれ計測し、実施例1、2のスパークプラグの再放電発生回数の増加が、比較例のそれに比べて抑制されているか確認を行った。
そして、各試料について、耐久時間100時間の経過の区切りごとに10回の火花放電の放電電圧の波形を高周波プローブを用いて計測し、再放電発生回数を調査した。この計測は、各回の電圧印加における電流波形を観測し、電流値が所定の閾値を超えた回数をカウントすることにより行った。
なお、図18に示す各プロットは、各試料における3個のサンプルのうちの再放電発生回数の平均値を表したものである。
同図に示すグラフの縦軸は、再放電発生回数(回)を示し、横軸は、耐久時間(時間)を示す。
2 ハウジング
3 絶縁碍子
4 中心電極
5 接地電極
52 対向部
6 突起部
61 最小曲率半径部
L1 第一直線
M 第一線分
L2 第二直線
B 第1領域
C 第2領域
Claims (6)
- 筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続されると共に上記中心電極にプラグ軸方向から対向する対向部を有して上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
上記中心電極の上記先端部及び上記接地電極の上記対向部の少なくとも一方には、火花放電ギャップに向かって突出した突起部が配されており、
上記突起部のうち少なくとも一方は、プラグ軸方向に直交する断面形状が、その輪郭のうち最も曲率半径の小さい最小曲率半径部を有すると共に、以下の条件を満たす特定形状であって、
上記条件は、上記断面形状における上記最小曲率半径部と幾何学的重心とを結ぶ第一直線を想定し、次いで、該第一直線が上記断面形状の輪郭と交差する2つの交点間を結ぶ第一線分を想定し、次いで、上記第一線分の中点において該第一線分と直交する第二直線を想定し、上記断面形状を上記第二直線によって、上記最小曲率半径部を含む第1領域と上記最小曲率半径部を含まない第2領域とに分割したとき、上記第2領域の面積が上記第1領域の面積よりも大きいという条件であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。 - 請求項1に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記突起部は、上記中心電極の上記先端部と上記接地電極の上記対向部との双方に配されており、かつ双方の上記突起部の上記断面形状が、上記特定形状であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
- 請求項1又は2に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記突起部は、上記第一直線が上記接地電極の上記対向部の延設方向に対して交差するように配されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記突起部は、上記第一直線が上記接地電極の上記対向部の延設方向に対して直交するように配されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記突起部は、貴金属チップからなることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグを内燃機関に取り付けてなるスパークプラグ取付構造であって、燃焼室に配された上記突起部は、上記第1領域が上記第2領域よりも上記燃焼室に供給される混合気の気流の上流側となるように配置されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの取付構造。
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