JPH08315955A - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
内燃機関用スパークプラグInfo
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- JPH08315955A JPH08315955A JP8009984A JP998496A JPH08315955A JP H08315955 A JPH08315955 A JP H08315955A JP 8009984 A JP8009984 A JP 8009984A JP 998496 A JP998496 A JP 998496A JP H08315955 A JPH08315955 A JP H08315955A
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- electrode
- spark gap
- spark
- spark plug
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-
- 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
- H01T13/46—Sparking plugs having two or more spark gaps
- H01T13/467—Sparking plugs having two or more spark gaps in parallel connection
Landscapes
- Spark Plugs (AREA)
Abstract
優れた内燃機関用スパークプラグを提供すること。 【解決手段】 中心電極8と、該中心電極8と軸方向に
対向する幅Aの第1接地電極16とによって形成される
間隙をg1 とし、中心電極8と該中心電極8の側周面に
対向する幅Bの第2接地電極21とによって形成される
間隙をg2 とするとき、0.5≦ΣBn /A≦1.5の
関係を設定すると、スパークプラグの放電電圧を低減で
きると共に、耐熱性を良好に維持できる。また、−0.
1mm≦g2−g1 ≦0.4mmとするとスパークプラグの
着火性が良好となる。
Description
ークプラグに関するものである。
においては、環境問題あるいは地球資源問題に対するグ
ローバルな立場から、燃費低減が強力に推進されてきて
いる。その具体的手段として、特にガソリンエンジンで
は、高圧縮化、希薄混合気によるリーンバーン化等によ
り対応がなされてきている。しかしながら、これらの対
応は、スパークプラグの放電電圧を非常に高くする傾向
にある。放電電圧の上昇は、点火システムでの絶縁破壊
にたいする余裕度の縮小の他に、特にスパークプラグの
スパークギャップ以外の箇所での放電発生を引き起こし
易くし、そのためにアイドルが不安定になることも、予
測されるところである。そしてさらに、放電電圧の上昇
は、電極消耗によってさらに加速化されることから、放
電電圧の低いスパークプラグに対するニーズは大きい。
ラグとして、例えば、特開平5−326107号公報に
開示されるようなスパークプラグがある。該スパークプ
ラグは、放電電圧の低電圧化、及び電極消耗を抑制する
ために接地電極を複数本付設している。
パークプラグは、第2接地電極の影響が十分配慮されて
いないため、より一層の放電電圧の低減と、耐摩耗性向
上を十分発揮することができないという問題点を有す
る。
めに、複数の接地電極を備えたスパークプラグにおい
て、数々の実験結果に基づき、該接地電極の仕様を詳細
に検討することにより、放電電圧が低く、しかも着火性
ひいてはドライバビリティ、及び耐熱性に優れたスパー
クプラグを提供することを目的とするものである。
に、本発明の内燃機関用スパークプラグは、貫通孔を有
する絶縁碍子と、前記貫通孔の一端に保持された中心電
極と、前記貫通孔の他端に備えられ前記中心電極と電気
的に導通された電圧伝達手段と、前記絶縁碍子を保持す
るハウジングと、一端が前記ハウジング一端面に電気的
に導通されるとともに、他端が前記中心電極の先端部と
の間で第1のスパークギャップを形成する第1接地電極
と、一端が前記ハウジングに電気的に導通されるととも
に、他端が前記中心電極の側面との間で第2のスパーク
ギャップを形成する第2接地電極とからなり、前記第1
接地電極の幅をA、第2接地電極の幅をBとし、前記第
1のスパークギャップの間隙をg1 、前記第2のスパー
クギャップの間隙をg2 とするとき、 0.5≦ΣBn/A≦1.5 (但し、nは第2接地電
極の数) −0.1mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満たすことを特徴とするものである。
中心電極の先端部の少なくとも一方には貴金属または貴
金属合金からなる先端電極が設置されている。
に貴金属または貴金属合金からなる先端電極が設置され
てなる内燃機関用スパークプラグにおいて、第1のスパ
ークギャップg1 と第2のスパークギャップとは 0.1mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満たしている。
2のスパークギャップg2 とは、 0.2mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満たしている。
たは白金合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる
先端電極が設置され、また、中心電極の先端部はイリジ
ウムまたはイリジウム合金線にて形成されている。ま
た、前記第1電極の先端部には白金または白金合金、イ
リジウム又はイリジウム合金からなる先端電極が設置さ
れ、また、中心電極の先端部は白金又は白金合金にて形
成されている。
の内燃機関用スパークプラグは、貫通孔を有する絶縁碍
子と、前記貫通孔の一端に保持された中心電極と、前記
貫通孔の他端に備えられ前記中心電極と電気的に導通さ
れた電圧伝達手段と、前記絶縁碍子を保持するハウジン
グと、一端が前記ハウジング一端面に電気的に導通され
るとともに、他端が前記中心電極の先端部との間で第1
のスパークギャップを形成する第1接地電極と、一端が
前記ハウジングに電気的に導通されるとともに、他端が
前記中心電極の側面との間で第2のスパークギャップを
形成する第2接地電極とからなり、前記第1接地電極の
幅をA、第2接地電極の幅をBとするとき、 0.5≦ΣBn/A≦1.5 (但し、nは第2接地電
極の数) の関係を満たすとともに、第1のスパークギャップのみ
で火花放電を生じるように、第1のスパークギャップと
第2のスパークギャップの間隙の関係が満たされている
ことを特徴とするものである。
成とすることにより、スパークギャップを特定すること
により、第2接地電極を設けることにより、中心電極周
囲の等電位面を収れんさせ、電界を強くさせることがで
きるので、中心電極と第1接地電極により構成される第
1のスパークギャップのみで容易に火花放電を生じさせ
ることができる。さらに、本発明においては、第1接地
電極の幅と第2接地電極の幅とを所定の関係とすること
により、従来の第2接地電極の幅よりも狭い第2接地電
極を採用することにより、第2接地電極のエッジ効果に
より、電界強度をさらに強くすることができる。
参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態であ
る内燃機関用スパークプラグの半断面概略図であり、図
2(a)は、該スパークプラグの要部拡大正面図であ
り、図2(b)は、該スパークプラグの要部拡大側面図
である。図において、内燃機関用スパークプラグ1は、
貫通孔2を有し、アルミナ等からなる絶縁碍子3と、銅
等の金属性リング4及びパッキン5を介して上記絶縁碍
子3を内部に固定保持する低炭素鋼等の金属製ハウジン
グ6とから構成される。上記貫通孔2の先端には、貴金
属又は貴金属合金からなる先端電極7を備えたニッケル
合金等の耐熱耐食材料からなる中心電極8が保持され、
上記貫通孔2の後端には、鉄等の金属材料からなる端子
電極10が保持されている。また、絶縁碍子3に内封さ
れた導電性ガラス11及び抵抗体12は上記中心電極8
及び端子電極10間に挾持されている。上記ハウジング
6には、ネジ部13が設けられ、且つ該ハウジング先端
面15には、ニッケル合金等の耐熱耐食材料からなる湾
曲した第1接地電極16が固定されている。該第1接地
電極16の先端部17には、白金等の貴金属または貴金
属合金からなる先端電極18が設置され、該先端電極1
8の先端面18aは、上記中心電極8に備えられた先端
電極7の先端電極面7aと軸方向に対向して間隙g1を
有する第1のスパークギャップ20を形成している。さ
らに、上記ハウジング先端面15には、上記第1接地電
極16よりも小さな一対の湾曲した第2接地電極21が
各々第1接地電極16から90度離れた位置に対向して
固定されている。そして、該第2接地電極21の先端面
21aは、上記中心電極8の側周面8aに対向して配置
されており、間隙g2 を有する第2のスパークギャップ
22を形成している。また、夫々、上記第1接地電極1
6は幅Aを、第2接地電極21は幅Bを有する。
記ハウジング6との間に印加され、該端子電極10、導
電性ガラス11、抵抗体12から構成される電圧伝達手
段によって第1、または、第2スパークギャップ20,
22に伝達される。
いてはドライバビリティ、及び耐熱性に優れたスパーク
プラグを創出するために、まず、放電電圧評価用供試ス
パークプラグを用意した。該スパークプラグは、第1接
地電極16の幅Aを2.8mm及び2.4mmとし、第2接
地電極21の幅Bを0.5mmから2.5mmとした。さら
に、第1のスパークギャップg1 を1.1mm、第2のス
パークギャップg2 を1.3mmとした。また、バリ等の
影響を排除するため、中心電極8の先端電極面7aの周
辺、及び第1、第2接地電極16,21の先端面18
a,21aの周辺を研削し、放電電圧を測定した。測定
結果を図3に示す。実験方法については、4気筒180
0ccのエンジンを使用し、一般に放電電圧が高くなる、
アイドリングからスロットルを全開にするレーシング条
件で行い、10回実施中の最高値をプロットした。放電
電圧については、図3から理解できるように、第1接地
電極16の幅Aが2.8mmにおいても2.4mmにおいて
も、ほぼ同結果となり、ΣBn /Aの値が小さくなるほ
ど放電電圧が低下する傾向にあり、特に、ΣBn /A=
1.5以下において放電電圧が低下する効果が顕著であ
る。これは、第2接地電極21により、強磁界部位を中
心電極8近傍に集中させる効果を、特に、該第2接地電
極21の幅Bを細くすることにより、更に高めることが
できたためである。但し、ΣBnは各第2接地電極の幅
の和であり、nは第2接地電極の数を表わす。従って、
例えば、第2接地電極が3個あれば、ΣBn=B1 +B
2 +B3となる。
ークプラグを用いて、耐熱性実験を実施した。耐熱性の
評価を実施した結果を図4に示す。評価方法としては、
全負荷6000rpm にてエンジンを運転しつつ点火時期
を進め、プレイグニッションが発生する点火時期を調査
した。図4は、第1接地電極16の幅A=2.8mmと一
定として第2接地電極21の幅Bを変更していったとき
の結果を示したものである。その結果、ΣBn /Aの値
が大きくなるに従い、プレイグニッションが発生する点
火時期は徐々に低下し、耐熱性が悪化する傾向にあり、
特に、ΣBn /Aの値が1.5を越えると、耐熱性が悪
化する傾向が顕著になってくる。
性に優れたスパークプラグとしては、ΣBn /Aの値を
1.5以下にすることが必要であることを見い出した。
一方、第2接地電極21の幅Bは、高温の燃焼ガスによ
る耐食性を考慮すると、0.75mm以上が望ましく、ま
た、第1接地電極16の幅Aは、消炎作用増大による着
火性能低下の点からすると3.0mm以下が望ましいこと
から、総合的にみて、ΣBn /Aの値は0.5以上とす
ることが望ましい。
を説明する。着火性を向上させるためには、上記第1の
スパークギャップ20に限定してスパークを発生させる
必要がある。そこで、第1のスパークギャップ20の間
隙g1 を0.8mmから1.4mmまで0.1mm毎に変更
し、また、第2のスパークギャップ22の間隙g2 も
0.8mmから1.6mmまで0.1mm毎に変更したスパー
クプラグを試作し、可視化できる気密容器内に空気を封
入したエンジン模擬ベンチにおいてスパークプラグの放
電状況を観察した。尚、第1接地電極16の幅Aは2.
8mm、第2接地電極21の幅Bは1.4mmとし、且つ、
気密容器内の圧力は通常のエンジン運転条件での放電電
圧と略等しくなる条件である4kg/cm2 で実施した。実
施結果を図5に示す。図中、○印で示した点は、第1の
スパークギャップ20で飛火し且つ第2接地電極21によ
る放電電圧の低減効果のある領域を表わしたものであ
る。図5の内容からも判明するところであるが、第2の
スパークギャップg2 と第1のスパークギャップg1 と
の差(g2 −g1 )は、−0.1mmより大きければ、常
時、第1のスパークギャップg1 で飛火することが判明
した。即ち、中心電極8の先端電極面7aからの方が、
中心電極8の側周面8aよりもエッジ効果のため電界強
度が強く、たとえ、第1のスパークギャップg1 が第2
のスパークギャップg2 より0.1mm大きくても、第1
のスパークギャップg1 で飛火することが判明した。ま
た、図5において、△印で示した点は、第1のスパーク
ギャップg1に対して第2のスパークギャップg2 が大
きすぎるため、第2接地電極21による放電電圧低減効
果がほとんどみられない領域を示している。
ップg1 に限定して着火性を向上させることにより、エ
ンジンのトルク変動を抑制するとともに、第2接地電極
21による放電電圧低減効果を発揮させることができる
第1、第2のスパークギャップg1 ,g2 の関係とし
て、 −0.1mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を見い出した。ここで、中心電極及び第1接地電
極に貴金属または貴金属合金からなる先端電極が設置さ
れてなるスパークプラグにおいては、一般的に走行距離
10万km以上の耐久寿命が必要とされ、その時のチップ
消耗によるg1 の拡大を考慮すると望ましくは 0.1mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満足する必要がある。
討した結果を説明する。始動時において、燃焼にいたる
前のクランキング時には、噴射された微粒燃料が電極に
付着し、それが堆積すると、ギャップ間をブリッジ(橋
絡)する様に付着する場合がある。この傾向は、特に、
第2スパークギャップg2 間で顕著に見られ、大幅に始
動性が悪化し、始動不良にいたる場合がある。そこで、
第2スパークギャップを各種変更して始動性を評価し、
最適値を求めた。図6は一般の寒冷地に相当する−15
℃の低温試験室において評価した結果を示す。供試エン
ジンは、4気筒2000℃の乗用車用エンジン単体で行
った。プラグは第1実施形態に示すプラグにおいて第1
スパークギャップg1 を0.8mmに固定し、第2スパー
クギャップg2 を0.8mmから1.2mmまで0.1mmづ
つ変更した。尚、第2接地電極幅は2.0mm、第1接地
電極幅は2.8mmで実施した。図6より、第2のスパー
クギャップg2 が、0.9mm以上では始動性は全く問題
なかった。一方g2 を0.8mmと小さくすると始動性が
大幅に悪化した。これは前述した様に、第2のスパーク
ギャップg2 が小さいと、クランキング途中に燃料のブ
リッジ(橋絡)が生じる場合があり、該ブリッジ(橋
絡)により失火が生起し、始動性の悪化にいたったもの
と推定される。よって一般の寒冷地を想定した場合、g
2 ≧0.9mmの関係を満たす必要がある。
温度の低温試験室において評価した結果を示す。供試エ
ンジンおよびプラグは前記のもので実施した。その結果
第2スパークギャップg2 は1.1mm以上にしないと始
動性が悪化することがわかった。温度が−15℃の試験
よりも第2スパークギャップg2 を広くしないと始動性
が確保できない理由としては、温度が−30℃では燃料
の霧化が悪く、燃料粒径も大きいため、より電極表面に
付着しやすく、又、燃料ブリッジ(橋絡)発生の頻度が
ふえるためと思われる。よって極寒冷地の始動性を確保
するためにはg2 ≧1.1mmの関係を満たす必要があ
る。−15℃、−30℃の温度における始動試験におい
て、第1スパークギャップを1.2mmまで広げて同様な
評価を行ったが、結果は同じであった。
拡大正面図である。本実施形態においては、中心電極8
の先端、及び第1接地電極16に貴金属又は貴金属合金
チップを配置していない点が第1実施形態と相違するこ
とろである。しかし、第1実施形態のスパークプラグと
同様に試作して実験を実施したところ、第1実施形態の
効果と同様の効果を得ることができた。そして、中心電
極先端部および接地電極先端部に貴金属または貴金属合
金チップが設置されていないスパークプラグにおいて
は、一般的に走行距離5万km以上の耐久寿命が必要とさ
れ、その時の電極消耗によるg1 の拡大を考慮すると望
ましくは 0.2mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満足する必要がある。
拡大正面図である。本実施形態においては、中心電極8
のうち、碍子3の燃焼室側端部より突き出した中心電極
先端部8′を耐熱貴金属であるイリジウムまたはイリジ
ウム合金線にて形成し、また、第1接地電極16の先端
電極18には、第1実施例と同様に白金チップを使用し
ている。そして、第1実施形態のスパークプラグと同様
に試作して実験を実施したところ、第1実施形態の効果
と同様の効果を得ることができた。
ることにより、スパークギャップを特定することによ
り、第2接地電極を設けることにより、中心電極周囲の
等電位面を収れんさせ、電界を強くさせることができる
ので、中心電極と第1接地電極により構成される第1の
スパークギャップのみで容易に火花放電を生じさせるこ
とができる。さらに、本発明においては、第1接地電極
の幅と第2接地電極の幅とを所定の関係とすることによ
り、従来の第2接地電極の幅よりも狭い第2接地電極を
採用することにより、第2接地電極のエッジ効果によ
り、電界強度をさらに強くすることができる。
いては、寒冷地における低温始動性を、また、請求項8
の内燃機関用スパークプラグにおいては、極寒冷地にお
ける低温始動性をも向上させることができる。
プラグの半断面概略図である。
プラグの要部拡大図であり、図2(a)は要部拡大正面
図、図2(b)は要部拡大側面図である。
である。
である。
である。
当する−15℃の温度の低温試験室において評価した結
果を示すグラフである。
る−30℃の温度の低温試験室において評価した結果を
示すグラフである。
プラグの要部拡大正面図である。
プラグの要部拡大正面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 貫通孔を有する絶縁碍子と、前記貫通孔
の一端に保持された中心電極と、前記貫通孔の他端に備
えられ前記中心電極と電気的に導通された電圧伝達手段
と、前記絶縁碍子を保持するハウジングと、一端が前記
ハウジング一端面に電気的に導通されるとともに、他端
が前記中心電極の先端部との間で第1のスパークギャッ
プを形成する第1接地電極と、一端が前記ハウジングに
電気的に導通されるとともに、他端が前記中心電極の側
面との間で第2のスパークギャップを形成する第2接地
電極とからなり、 前記第1接地電極の幅をA、第2接地電極の幅をBと
し、前記第1のスパークギャップの間隙をg1 、前記第
2のスパークギャップの間隙をg2 とするとき、 0.5≦ΣBn/A≦1.5 (但し、nは第2接地電
極の数) −0.1mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプ
ラグ。 - 【請求項2】 前記第1接地電極の先端部、又は中心電
極の先端部の少なくとも一方に貴金属または貴金属合金
からなる先端電極が設置されていることを特徴とする請
求項1記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 【請求項3】 前記中心電極及び前記第1設置電極に貴
金属または貴金属合金からなる先端電極が設置されてな
る内燃機関用スパークプラグにおいて、 第1のスパークギャップg1 と第2のスパークギャップ
とは 0.1mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至2項のい
ずれか1項記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 【請求項4】 第1のスパークギャップg1 と第2のス
パークギャップg2とは、 0.2mm≦g2 −g1 ≦0.4mm の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至2のいず
れか1項記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 【請求項5】 第2のスパークギャップは、 g2 ≧0.9mm の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいず
れか1項記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 【請求項6】 第2のスパークギャップは、 g2 ≧1.1mm の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいず
れか1項記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 【請求項7】 前記第1電極の先端部には白金または白
金合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる先端電
極が設置され、また、中心電極の先端部はイリジウムま
たはイリジウム合金線にて形成されてなる請求項1乃至
4のいずれか1項記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 【請求項8】 前記第1電極の先端部には白金または白
金合金、イリジウム又はイリジウム合金からなる先端電
極が設置され、また、中心電極の先端部は白金又は白金
合金にて形成されてなる請求項1乃至4のいずれか1項
記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 【請求項9】 貫通孔を有する絶縁碍子と、前記貫通孔
の一端に保持された中心電極と、前記貫通孔の他端に備
えられ前記中心電極と電気的に導通された電圧伝達手段
と、前記絶縁碍子を保持するハウジングと、一端が前記
ハウジング一端面に電気的に導通されるとともに、他端
が前記中心電極の先端部との間で第1のスパークギャッ
プを形成する第1接地電極と、一端が前記ハウジングに
電気的に導通されるとともに、他端が前記中心電極の側
面との間で第2のスパークギャップを形成する第2接地
電極とからなり、 前記第1接地電極の幅をA、第2接地電極の幅をBとす
るとき、 0.5≦ΣBn/A≦1.5 (但し、nは第2接地電
極の数) の関係を満たすとともに、第1のスパークギャップのみ
で火花放電を生じるように、第1のスパークギャップと
第2のスパークギャップとの間隙の関係が満たされてい
ることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
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