WO2018211728A1 - スパークプラグ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a spark plug, and more particularly to a spark plug excellent in heat dissipation.
- Patent Document 1 As a spark plug to be attached to an internal combustion engine, there is known a spark plug that fastens a screw portion formed on a metal shell that holds an insulator to a screw hole of the internal combustion engine. From the viewpoint of improving the degree of freedom in design of an internal combustion engine, the spark plug has been reduced in size (smaller diameter) (Patent Document 1).
- the present invention has been made to meet the above-described demand, and an object thereof is to provide a spark plug that can improve heat dissipation.
- the spark plug of the present invention is disposed on the outer periphery of the insulator having an engaging portion extending in the axial direction from the front end side to the rear end side and projecting outward in the radial direction. And a shelf that protrudes inward in the radial direction and locks the locking portion directly from the front end side or via another member, and a cylindrical metal shell provided with a screw portion formed on the outer peripheral surface. .
- the nominal diameter of the threaded portion is 8 mm
- the portion of the threaded portion on the rear end side of the shelf portion has a length in the axial direction of the threaded portion of 10 mm or more, and the thickness of the valley bottom portion is 1.1 mm or less.
- the minimum value of the cross-sectional area when cut in the direction perpendicular to the axis from the valley bottom is 13 mm 2 or more.
- the heat of the insulator is transmitted to the portion of the metallic shell closer to the rear end side than the shelf through the engaging portion and the rear end side portion from the engaging portion. After that, it is transmitted to the internal combustion engine via the screw portion.
- the part on the rear end side of the shelf part has a length in the axial direction of the screw of 10 mm or more, and the wall thickness of the valley bottom part is 1.1 mm or less, thus securing the area of the part where heat moves.
- the radial distance through which heat moves can be shortened. As a result, the amount of heat flowing through the metallic shell per unit time can be secured, so that heat dissipation can be improved.
- the cross-sectional area when cut in the direction perpendicular to the axis from the valley bottom is 13 mm 2 or more, it is possible to suppress a reduction in axial force due to elongation of the threaded portion and breakage of the threaded portion.
- the axial length of the threaded portion is 24.5 mm or more.
- FIG. 1 is a one-side sectional view with an axis O as a boundary of a spark plug 10 according to an embodiment of the present invention.
- the lower side of the drawing is called the front end side of the spark plug 10
- the upper side of the drawing is called the rear end side of the spark plug 10 (the same applies to FIG. 2).
- the spark plug 10 includes an insulator 11 and a metal shell 40. *
- the insulator 11 is a substantially cylindrical member formed of alumina or the like that is excellent in insulation at high temperatures and mechanical properties.
- the insulator 11 passes through the shaft hole 12 along the axis O.
- a step portion 13 that is reduced in diameter toward the distal end side is formed.
- the insulator 11 has a large-diameter portion 14 formed in the center in the direction of the axis O.
- the large diameter portion 14 is a portion having the largest outer diameter in the insulator 11.
- a small-diameter portion 15 having an outer diameter smaller than that of the large-diameter portion 14 is connected to the distal end side of the large-diameter portion 14.
- the outer diameter of the small diameter portion 15 is substantially the same over the entire length of the small diameter portion 15 in the axis O direction.
- a distal end portion 16 having an outer diameter smaller than that of the small diameter portion 15 is connected to the distal end side of the small diameter portion 15.
- the step portion 13 is provided on the inner periphery of the small diameter portion 15. *
- the center electrode 20 is a rod-shaped electrode that is inserted into the distal end side of the shaft hole 12 and is held by the insulator 11 along the axis O.
- the center electrode 20 is connected to a shaft portion 21 extending in the direction of the axis O and a head portion 22 projecting in a direction perpendicular to the shaft portion 21.
- the head portion 22 is locked to the step portion 13, and the shaft portion 21 is disposed in the shaft hole 12 with the tip protruding from the insulator 11.
- the center electrode 20 has a core material excellent in thermal conductivity embedded in the electrode base material.
- the electrode base material is made of an alloy mainly composed of Ni or a metal material made of Ni, and the core material is made of copper or an alloy mainly composed of copper. *
- the terminal fitting 30 is a rod-like member to which a high voltage cable (not shown) is connected, and is formed of a conductive metal material (for example, low carbon steel).
- the terminal fitting 30 includes a shaft portion 31 inserted into the shaft hole 12 and a protruding portion 34 that protrudes in the direction of the axis O with respect to the insulator 11. *
- a fixing portion 32 inserted into the shaft hole 12 and a flange portion 33 that abuts against an end surface in the axial direction of the insulator 11 are formed between the protruding portion 34 and the shaft portion 31.
- the terminal metal 30 Since the outer diameter of the shaft portion 31 is smaller than the outer diameter of the fixing portion 32, the terminal metal 30 has the fixing portion 32 in close contact with the shaft hole 12 of the insulator 11 and the flange portion 33 in close contact with the end surface of the insulator 11.
- a metal shell 40 is fixed to the front end side of the outer periphery of the insulator 11 with a space in the direction of the axis O from the protruding portion 34.
- the metal shell 40 is a substantially cylindrical member formed of a conductive metal material (for example, low carbon steel).
- the metal shell 40 has a front end 41 positioned on the outer side in the radial direction of the front end portion 16 of the insulator 11, and a rear end 42 in the radial direction of a portion of the insulator 11 on the rear end side relative to the large diameter portion 14.
- the metal shell 40 is connected to the body portion 43 surrounding the distal end portion 16 and the small diameter portion 15 of the insulator 11, the seat portion 46 connected to the rear end side of the body portion 43, and the rear end side of the seat portion 46.
- a connecting portion 47, a tool engaging portion 48 connected to the rear end side of the connecting portion 47, and a rear end portion 49 connected to the rear end side of the tool engaging portion 48 are provided. *
- the body portion 43 has a screw portion 44 that is screwed into a screw hole of an internal combustion engine (not shown) on the outer periphery, and a shelf portion 45 that locks the locking portion 17 of the insulator 11 from the front end side. It is formed around the circumference.
- the inner diameter of the portion of the trunk portion 43 on the rear end side of the shelf portion 45 is substantially the same over the entire length of the trunk portion 43 in the axis O direction.
- a packing 50 is interposed between the shelf portion 45 and the locking portion 17.
- the packing 50 is an annular plate formed of a metal material such as a mild steel plate that is softer than the metal material constituting the metal shell 40. *
- the screw portion 44 has a nominal diameter of 8 mm, and the length L in the axis O direction of the screw portion 44 is set to 24.5 mm or more.
- the length L of the threaded portion 44 refers to the length in the direction of the axis O from the beginning of threading to the end of threading.
- the seat portion 46 is a portion for closing a gap between a screw hole of an internal combustion engine (not shown) and the screw portion 44, and has an outer diameter larger than the outer diameter of the body portion 43.
- the seat portion 46 surrounds a boundary portion between the small diameter portion 15 and the large diameter portion 14.
- a gasket 52 is attached to the tip of the seat 46.
- a gasket 52 sandwiched between the seat portion 46 and the internal combustion engine seals a gap between the screw portion 44 and a screw hole (not shown). *
- the connecting portion 47 is a portion for plastically deforming (bending) and fixing by caulking when the metal shell 40 is assembled to the insulator 11.
- the connecting portion 47 surrounds the distal end side of the large diameter portion 14.
- the tool engaging portion 48 is a portion for engaging a tool such as a wrench when the screw portion 44 is tightened in a screw hole of an internal combustion engine (not shown).
- the tool engaging portion 48 surrounds a portion of the insulator 11 on the rear end side with respect to the large diameter portion 14 and a rear end side of the large diameter portion 14.
- the rear end portion 49 is bent toward the inside in the radial direction, and is located on the rear end side with respect to the large diameter portion 14. *
- a filler 51 such as talc is disposed inside the tool engaging portion 48 and the rear end portion 49 in the radial direction, on the front end side of the rear end portion 49 and on the rear end side of the large diameter portion 14.
- a portion of the metal shell 40 from the rear end portion 49 to the locking portion 17 applies a load that presses the insulator 11 in the direction of the axis O to the large diameter portion 14 and the locking portion 17 via the filler 51.
- the metal shell 40 is fixed to the outer periphery of the insulator 11. Since the packing 50 and the filler 51 are compressed in the axial direction, airtightness can be ensured.
- the ground electrode 60 is a rod-shaped metal member (for example, a nickel-base alloy member) joined to the tip 41 of the metal shell 40.
- the tip of the ground electrode 60 is opposed to the center electrode 20 via a gap (spark gap). In the present embodiment, the ground electrode 60 is bent.
- a resistor 61 is disposed in the shaft hole 12 of the insulator 11 between the head portion 22 of the center electrode 20 and the shaft portion 31 of the terminal fitting 30.
- the conductive seal 62 electrically connects the head 22 and the resistor 61
- the conductive seal 63 electrically connects the resistor 61 and the shaft portion 31.
- the terminal fitting 30 is electrically connected to the center electrode 20 in the shaft hole 12.
- FIG. 2 is a side sectional view of the spark plug 10 in which a part of FIG. 1 is enlarged.
- illustration of one side with the axis O as a boundary and illustration of both ends in the direction of the axis O are omitted.
- the length M of the screw in the axis O direction of the portion 64 on the rear end side (upper side in FIG. 2) of the shelf 45 in the screw portion 44 is 10 mm or more.
- the length M refers to the length in the direction of the axis O from the end on the rear end side (upper side in FIG. 2) of the shelf 45 to the rear end of the screw portion 44 (start of screw cutting). *
- the wall thickness T of the valley bottom 65 of the portion 64 on the rear end side of the shelf 45 in the screw portion 44 is 1.1 mm or less.
- the cross-sectional area when cut in a direction perpendicular to is set to 13 mm 2 or more.
- a portion 64 of the screw portion 44 on the rear end side with respect to the shelf portion 45 is close to the small diameter portion 15 (insulator 11).
- the size in the radial direction of the gap G between the small-diameter portion 15 and the portion 64 on the rear end side of the shelf 45 in the screw portion 44 is set to 0.2 mm at the maximum.
- the spark plug 10 is manufactured by the following method, for example. First, the center electrode 20 is inserted into the shaft hole 12 of the insulator 11 and disposed so that the tip of the shaft portion 21 is exposed to the outside from the shaft hole 12. Next, while the conductive seals 62 and 63 and the resistor 61 are formed in the shaft hole 12, the shaft portion 31 of the terminal fitting 30 is inserted into the shaft hole 12 and the fixing portion 32 is disposed in the shaft hole 12. Thereby, the terminal metal fitting 30 is fixed to the rear end of the insulator 11 while ensuring the conduction between the terminal metal fitting 30 and the center electrode 20.
- the insulator 11 is inserted into the metal shell 40 to which the ground electrode 60 is bonded in advance, the connecting portion 47 and the rear end portion 49 are bent, and the metal shell 40 is assembled to the insulator 11.
- the ground electrode 60 is bent so that the tip of the ground electrode 60 faces the center electrode 20, and the gasket 52 is attached to obtain the spark plug 10.
- the spark plug 10 is attached to the internal combustion engine by fastening the threaded portion 44 of the metal shell 40 to the screw hole of the internal combustion engine (not shown).
- the insulator 11 is heated. After the heat of the insulator 11 is transferred to the rear end side portion 64 of the metal shell 40 from the shelf 45 through the rear end side portion from the engaging portion 17 and the engaging portion 17, the screw portion 44 to the internal combustion engine.
- a portion 64 of the metal shell 40 on the rear end side from the shelf 45 is farther from the tip 41 of the metal shell 40 than a portion on the tip side of the shelf 45. Therefore, the portion 64 on the rear end side from the shelf 45 is less susceptible to the thermal influence of the combustion gas in the combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine than the portion on the front end side from the shelf 45. Therefore, the portion 64 on the rear end side from the shelf 45 can be easily cooled by a cooling device (not shown) of the internal combustion engine as compared to the portion on the front end side from the shelf 45. Therefore, the spark plug 10 uses the portion 64 on the rear end side of the shelf 45 in the metal shell 40 to improve heat dissipation.
- the portion 64 on the rear end side of the shelf portion 45 in the screw portion 44 has a length M in the direction of the axis O of the screw of 10 mm or more, and the thickness T of the valley bottom 65 portion is 1.1 mm. Since it is below, the area of the part 64 to which heat moves toward the outer side in the radial direction of the metal shell 40 can be secured, and the radial distance at which heat moves can be shortened. As a result, the amount of heat flowing through the metallic shell 40 toward the outside in the radial direction per unit time can be secured, so that heat dissipation can be improved. *
- a portion 64 of the screw portion 44 on the rear end side of the shelf portion 45 is close to the small diameter portion 15, and specifically, the gap G with the insulator 11 is 0.2 mm or less.
- the gap G By narrowing the gap G, it is possible to prevent the gap G from becoming a rate-determining rate of heat transfer. Therefore, it is possible to easily transfer the heat from the engagement portion 17 to the rear end side of the insulator 11 to the metal shell 40. Therefore, the heat dissipating property of the portion 64 on the rear end side with respect to the shelf 45 can be further improved.
- the cross-sectional area of the portion 64 when it is cut from the valley bottom 65 in a direction perpendicular to the axis O is 13 mm 2 or more, a reduction in axial force due to the extension of the screw portion 44 and a breakage of the screw portion 44 can be suppressed.
- the decrease in the axial force of the threaded portion 44 causes a decrease in the sealing performance of the gasket 52.
- the tightening pressure of the gasket 52 can be secured by setting the cross-sectional area of the portion 64 to 13 mm 2 or more. Can be suppressed.
- the length L in the axis O direction of the screw portion 44 is 24.5 mm or more, a contact area between the metal shell 40 and the internal combustion engine (not shown) can be secured via the screw portion 44. As a result, heat dissipation can be improved by utilizing not only the portion 64 on the rear end side of the shelf 45 in the screw portion 44 but also the portion on the front end side of the shelf 45.
- Example 1 The tester uses various spark plugs having different lengths M in the axis O direction of the portion 64 on the rear end side of the shelf 45 in the screw portion 44 and the wall thickness T of the valley bottom 65 portion. Samples were prepared. Four samples were prepared for one condition. Each sample is the same as the spark plug 10 described in FIG. 1 except that the dimensions of each part are different. Each sample has a nominal diameter of the screw portion 44 of 8 mm, a cross-sectional area of 13.5 mm 2 when cut in a direction perpendicular to the axis O from the valley bottom 65, and a length L of the screw portion 44 in the axis O direction of 24. 0.5 mm.
- the tester attached a sample to each cylinder of a 2.0-liter 4-cylinder gasoline engine, operated the engine, and fully opened the intake throttle valve. A voltage was applied to the sample so that the ignition timing was the MBT for each operation, and after the mixture was ignited, the ignition timing was gradually advanced until preignition (premature ignition) occurred. The tester examined the crank angle at which pre-ignition occurred for each sample.
- FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the wall thickness T of the valley bottom 65 and the ignition timing (crank angle at which pre-ignition occurs).
- the horizontal axis represents the wall thickness T (mm) of the valley bottom 65
- the vertical axis represents the crank angle (°). It shows that preignition is less likely to occur as the crank angle is larger, that is, the heat dissipation property of the metal shell 40 is better (heat drawing is better).
- Numerical values 7 mm, 9 mm, 10 mm, and 13 mm attached to each graph in FIG. 3 indicate the length M of the sample. *
- the slope of the straight line in the graph when the thickness T was reduced from 1.20 mm to 1.10 mm was constant.
- the thickness T becomes thinner from 1.15 mm to 1.10 mm than the straight line slope of the graph when the thickness T becomes thinner from 1.20 mm to 1.15 mm.
- the slope of the straight line in the graph was significantly increased. Therefore, it has been clarified that when the length M is 10 mm or more and the thickness T is 1.1 mm or less, the angle can be greatly advanced, that is, the heat dissipation can be improved.
- Example 2 The tester cuts the cross-sectional area of the threaded portion 44 in the direction perpendicular to the axis O from the valley bottom 65 of the portion 64 on the rear end side of the shelf 45, and the threaded portion 44.
- Various samples having different lengths L were prepared. Each sample is the same as the spark plug 10 described in FIG. 1 except that the dimensions of each part are different. In each sample, the nominal diameter of the screw portion 44 was 8 mm, and the length M of the portion 64 on the rear end side of the shelf portion 45 in the screw portion 44 was 10 mm. *
- the tester After placing the gasket 52 on the seat 46 of the sample, the tester fastened the screw portion 44 in the screw hole of the cylinder head so that a minimum tightening pressure at which gas in the combustion chamber does not leak is applied to the gasket 52. Thereafter, the screw portion 44 was loosened, the sample was removed from the cylinder head, and it was examined whether the screw portion 44 was damaged. Table 1 shows the test results. *
- the screw portion 44 was damaged when the cross-sectional area was 12.5 mm 2 or less. However, in the case where the cross-sectional area is 13.0 mm 2 or more, the screw portion 44 was not damaged in the samples having the length L of the screw portion 44 of 24.5 mm and 30 mm. Therefore, by making the cross-sectional area of the thread portion 44 cut from the valley bottom 65 of the portion 64 on the rear end side of the shelf portion 45 in the direction perpendicular to the axis O to be 13.0 mm 2 or more, It has become clear that the axial force drop due to elongation and the breakage of the thread portion can be suppressed.
- Example 3 The tester prepared samples of various spark plugs having different lengths L in the direction of the axis O of the screw portion 44. Four samples were prepared for one condition. Each sample is the same as the spark plug 10 described in FIG. 1 except that the dimensions of each part are different. In each sample, the nominal diameter of the screw portion 44 is 8 mm, the length M in the axis O direction of the portion 64 of the screw portion 44 on the rear end side from the shelf 45 is 10 mm, and the thickness T of the valley bottom 65 portion is 1. The cross-sectional area when cut in the direction perpendicular to the axis O from the valley bottom 65 was 13.5 mm 2 .
- the tester attached a sample to each cylinder of a 2.0-liter 4-cylinder gasoline engine, operated the engine, and fully opened the intake throttle valve. A voltage was applied to the sample so that the ignition timing was the MBT of each operation, and after the mixture was ignited, the ignition timing was gradually advanced until preignition occurred. The tester examined the crank angle at which pre-ignition occurred for each sample.
- FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the length L of the screw portion 44 and the ignition timing (crank angle at which pre-ignition occurs).
- the vertical axis represents the crank angle (°). It shows that preignition is less likely to occur as the crank angle is larger, that is, the heat dissipation property of the metal shell 40 is better (heat drawing is better). *
- the crank angle tended to increase as the length L of the threaded portion 44 increased.
- the crank angle can be 42 ° or more.
- the length M can be greatly advanced by setting the length M to 10 mm or more, the thickness T to 1.1 mm or less, and the length L to 24.5 mm or more, that is, the heat dissipation can be remarkably improved. became. *
- the case where the packing 50 (other member) is interposed between the shelf 45 of the metal shell 40 and the locking portion 17 of the insulator 11 is not necessarily limited thereto. It is naturally possible to close the shelf 45 of the metal shell 40 and the locking portion 17 of the insulator 11 by omitting the packing 50. When the packing 50 is omitted, the shelf 45 of the metal shell 40 directly locks the locking portion 17 of the insulator 11.
- the filler 51 is disposed between the rear end portion 49 of the metal shell 40 and the large diameter portion 14 of the insulator 11 has been described in the above embodiment, the present invention is not necessarily limited thereto. Of course, the filler 51 can be omitted. *
- the spark plug 10 in which the gasket 50 is disposed in the seat portion 46 has been described, but the present invention is not necessarily limited thereto.
- the gasket 50 can be omitted by making the front end side of the seat portion 46 a tapered surface.
- the ground electrode 60 joined to the metal shell 40 is bent has been described. However, it is not necessarily limited to this. Naturally, instead of using the bent ground electrode 60, it is possible to use a linear ground electrode 60. In this case, the front end side of the metal shell 40 is extended in the direction of the axis O, the linear ground electrode 60 is joined to the metal shell 40, and the front end portion of the ground electrode 60 is opposed to the center electrode 20. *
- the ground electrode 60 is arranged so that the tip of the ground electrode 60 and the center electrode 20 face each other on the axis O.
- the present invention is not necessarily limited to this, and the positional relationship between the ground electrode 60 and the center electrode 20 can be set as appropriate.
- Other positional relationships between the ground electrode 60 and the center electrode 20 include, for example, arranging the ground electrode 60 so that the side surface of the center electrode 20 and the tip of the ground electrode 60 face each other.
- ground electrode 60 is joined to the metal shell 40.
- present invention is not necessarily limited to this, and it is a matter of course that a plurality of ground electrodes 60 are joined to the metal shell 40. Is possible.
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Abstract
熱放散性を向上できるスパークプラグを提供すること。スパークプラグは、係止部を備える絶縁体と、絶縁体の外周に配置されると共に、径方向の内側に突出し係止部を先端側から直接または他部材を介して係止する棚部、及び、外周面に形成されるねじ部を備える筒状の主体金具と、を備える。ねじ部の呼び径が8mmであり、ねじ部のうち棚部よりも後端側の部分は、ねじの軸線方向の長さが10mm以上であり、谷底の部分の肉厚が1.1mm以下であり、谷底から軸線に対して垂直な方向に切断したときの断面積の最小値が13mm2以上である。
Description
本発明はスパークプラグに関し、特に熱放散性に優れるスパークプラグに関するものである。
内燃機関に装着するスパークプラグとして、絶縁体を保持する主体金具に形成されたねじ部を内燃機関のねじ穴に締結するものが知られている。内燃機関の設計自由度の向上などの観点から、スパークプラグの小型化(小径化)が図られている(特許文献1)。
しかしながら、ねじ部の呼び径を8mmにする等、スパークプラグを小径化するにつれて熱容量が小さくなるので、スパークプラグの温度が上昇し易くなり、熱放散性が悪いとプレイグニッション(過早着火)が生じ易くなる。そのため、ねじ部の呼び径が8mmのスパークプラグにおいて、熱放散性の向上の要求がある。
本発明は上述した要求に応えるためになされたものであり、熱放散性を向上できるスパークプラグを提供することを目的としている。
この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線方向に延び、径方向の外側に張り出した係止部を備える絶縁体と、絶縁体の外周に配置されると共に、径方向の内側に突出し係止部を先端側から直接または他部材を介して係止する棚部、及び、外周面に形成されるねじ部を備える筒状の主体金具と、を備える。ねじ部の呼び径が8mmであり、ねじ部のうち棚部よりも後端側の部分は、ねじ部の軸線方向の長さが10mm以上であり、谷底の部分の肉厚が1.1mm以下であり、谷底から軸線に対して垂直な方向に切断したときの断面積の最小値が13mm2以上である。
請求項1記載のスパークプラグによれば、絶縁体の熱が、主体金具のうち棚部よりも後端側の部分に、係止部および係止部から後端側の部分を介して伝達された後、ねじ部を介して内燃機関へ伝達される。ねじ部のうち棚部よりも後端側の部分は、ねじの軸線方向の長さが10mm以上であり、谷底の部分の肉厚が1.1mm以下なので、熱が移動する部分の面積を確保しつつ、熱が移動する径方向の距離を短くできる。その結果、単位時間あたりに主体金具を流れる熱量を確保できるので、熱放散性を向上できる。さらに、谷底から軸線に対して垂直な方向に切断したときの断面積が13mm2以上なので、ねじ部の伸びによる軸力の低下やねじ部の破断を抑制できる。
請求項2記載のスパークプラグによれば、ねじ部の軸線方向の長さは24.5mm以上である。その結果、ねじ部を介して主体金具と内燃機関との接触面積、即ち熱が移動する部分の面積を確保できる。よって、請求項1の効果に加え、さらに熱放散性を向上できる。
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態におけるスパークプラグ10の軸線Oを境にした片側断面図である。図1では、紙面下側をスパークプラグ10の先端側、紙面上側をスパークプラグ10の後端側という(図2においても同じ)。図1に示すようにスパークプラグ10は、絶縁体11及び主体金具40を備えている。
絶縁体11は、高温下の絶縁性や機械的特性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体11は、軸線Oに沿って軸孔12が貫通する。軸孔12の先端側には、先端側に向かって縮径する段部13が形成されている。絶縁体11は、軸線O方向の中央に大径部14が形成されている。大径部14は、絶縁体11のうち外径が最も大きい部分である。大径部14の先端側に、大径部14よりも外径の小さい小径部15が連接されている。小径部15の外径は、小径部15の軸線O方向の全長に亘って略同一である。小径部15の先端側に、小径部15よりも外径の小さい先端部16が連接されている。先端部16と小径部15との境界の外周に、先端側に向かって縮径する係止部17が形成されている。段部13は小径部15の内周に設けられている。
中心電極20は、軸孔12の先端側に挿入され軸線Oに沿って絶縁体11に保持される棒状の電極である。中心電極20は、軸線O方向に延びる軸部21と、軸部21に対して軸直角方向へ張り出す頭部22と、が連接されている。頭部22は段部13に係止され、軸部21は先端を絶縁体11から突出させて軸孔12に配置されている。中心電極20は、熱伝導性に優れる芯材が電極母材に埋設されている。電極母材は、Niを主体とする合金またはNiからなる金属材料で形成されており、芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。
端子金具30は、高圧ケーブル(図示せず)が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料(例えば低炭素鋼等)によって形成されている。端子金具30は、軸孔12に挿入される軸部31と、絶縁体11に対して軸線O方向へ突出する突出部34とを備えている。
端子金具30は、突出部34と軸部31との間に、軸孔12に挿入される固定部32、及び、絶縁体11の軸方向の端面に突き当てられる鍔部33が形成されている。軸部31の外径は固定部32の外径より小さいので、端子金具30は固定部32が絶縁体11の軸孔12に密着し、鍔部33が絶縁体11の端面に密着する。絶縁体11の外周の先端側に、突出部34と軸線O方向に間隔をあけて主体金具40が固定されている。
主体金具40は、導電性を有する金属材料(例えば低炭素鋼等)によって形成された略円筒状の部材である。主体金具40は、先端41が、絶縁体11の先端部16の径方向の外側に位置し、後端42が、絶縁体11のうち大径部14よりも後端側の部分の径方向の外側に位置する。主体金具40は、絶縁体11の先端部16及び小径部15を取り囲む胴部43と、胴部43の後端側に連接される座部46と、座部46の後端側に連接される接続部47と、接続部47の後端側に連接される工具係合部48と、工具係合部48の後端側に連接される後端部49と、を備えている。
胴部43は、内燃機関(図示せず)のねじ穴に螺合するねじ部44が外周に形成されており、絶縁体11の係止部17を先端側から係止する棚部45が内周に形成されている。胴部43のうち棚部45よりも後端側の部分の内径は、胴部43の軸線O方向の全長に亘り略同一である。棚部45と係止部17との間にパッキン50が介在する。パッキン50は、主体金具40を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。
本実施の形態では、ねじ部44は呼び径が8mmであり、ねじ部44の軸線O方向の長さLは24.5mm以上に設定されている。なお、ねじ部44の長さLは、ねじの切り始めからねじの切り終わりまでの軸線O方向の長さをいう。
座部46は、内燃機関(図示せず)のねじ穴とねじ部44との隙間を塞ぐための部位であり、胴部43の外径よりも外径が大きく形成されている。座部46は、小径部15と大径部14との境界部を取り囲む。本実施の形態では、座部46の先端にガスケット52が装着されている。座部46と内燃機関との間に挟まれたガスケット52は、ねじ部44とねじ穴(図示せず)との隙間を封止する。
接続部47は、主体金具40を絶縁体11に組み付けるときに、塑性変形(屈曲)させて加締め固定するための部位である。接続部47は大径部14の先端側を取り囲む。工具係合部48は、内燃機関(図示せず)のねじ穴にねじ部44を締め付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。工具係合部48は、絶縁体11のうち大径部14よりも後端側の部分および大径部14の後端側を取り囲む。後端部49は径方向の内側へ向けて屈曲し、大径部14よりも後端側に位置する。
工具係合部48及び後端部49の径方向の内側であって、後端部49の先端側、且つ、大径部14の後端側に、タルク等の充填材51が配置される。主体金具40のうち後端部49から係止部17までの部分は、絶縁体11を軸線O方向に押圧する荷重を、充填材51を介して大径部14及び係止部17に加える。その結果、絶縁体11の外周に主体金具40が固定される。パッキン50及び充填材51が軸方向に圧縮されるので、気密を確保できる。
接地電極60は、主体金具40の先端41に接合される棒状の金属製(例えばニッケル基合金製)の部材である。接地電極60は、先端部が、中心電極20と間隙(火花ギャップ)を介して対向する。本実施の形態では、接地電極60は屈曲している。
絶縁体11の軸孔12には、中心電極20の頭部22と端子金具30の軸部31との間に抵抗体61が配置されている。導電性シール62は頭部22と抵抗体61とを電気的に接続し、導電性シール63は抵抗体61と軸部31とを電気的に接続する。これにより、端子金具30は軸孔12内で中心電極20と電気的に接続される。
図2は図1の一部を拡大したスパークプラグ10の片側断面図である。図2では、軸線Oを境にした片側の図示、及び、軸線O方向の両端側の図示が省略されている。スパークプラグ10は、ねじ部44(図1参照)のうち棚部45よりも後端側(図2上側)の部分64は、ねじの軸線O方向の長さMが10mm以上である。なお、長さMは、棚部45の後端側(図2上側)の端部からねじ部44の後端(ねじの切り始め)までの軸線O方向の長さをいう。
また、スパークプラグ10は、ねじ部44(図1参照)のうち棚部45よりも後端側の部分64の谷底65の部分の肉厚Tが1.1mm以下であり、谷底65から軸線Oに対して垂直な方向に切断したときの断面積が13mm2以上に設定されている。
さらに、ねじ部44のうち棚部45よりも後端側の部分64は、小径部15(絶縁体11)に近接している。本実施の形態では、ねじ部44のうち棚部45よりも後端側の部分64と小径部15との隙間Gの径方向の大きさは、最大で0.2mmに設定されている。
スパークプラグ10は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、中心電極20を絶縁体11の軸孔12に挿入し、軸部21の先端が軸孔12から外部に露出するように配置する。次いで、導電性シール62,63及び抵抗体61を軸孔12に形成しつつ、端子金具30の軸部31を軸孔12に挿入して固定部32を軸孔12内に配置する。これにより、端子金具30と中心電極20との導通を確保しつつ、端子金具30を絶縁体11の後端に固定する。次に、接地電極60が予め接合された主体金具40に絶縁体11を挿入し、接続部47及び後端部49を屈曲して主体金具40を絶縁体11に組み付ける。次いで、接地電極60の先端部が中心電極20と対向するように接地電極60を曲げ加工し、ガスケット52を装着してスパークプラグ10を得る。
スパークプラグ10は、内燃機関(図示せず)のねじ穴に主体金具40のねじ部44を締結して内燃機関に取り付けられる。内燃機関が作動すると絶縁体11が加熱される。絶縁体11の熱は、主体金具40のうち棚部45よりも後端側の部分64に、係止部17及び係止部17から後端側の部分を介して伝達された後、ねじ部44を介して内燃機関へ伝達される。
主体金具40のうち棚部45より後端側の部分64は、棚部45より先端側の部分に比べて、主体金具40の先端41から遠い。従って、棚部45より後端側の部分64は、棚部45より先端側の部分に比べ
て、内燃機関の燃焼室(図示せず)内の燃焼ガスの熱影響を受け難い。そのため、棚部45より後端側の部分64は、棚部45より先端側の部分に比べて、内燃機関の冷却装置(図示せず)によって冷却され易くできる。そこで、スパークプラグ10は、主体金具40のうち棚部45より後端側の部分64を利用して、熱放散性を向上させる。
て、内燃機関の燃焼室(図示せず)内の燃焼ガスの熱影響を受け難い。そのため、棚部45より後端側の部分64は、棚部45より先端側の部分に比べて、内燃機関の冷却装置(図示せず)によって冷却され易くできる。そこで、スパークプラグ10は、主体金具40のうち棚部45より後端側の部分64を利用して、熱放散性を向上させる。
スパークプラグ10は、ねじ部44のうち棚部45よりも後端側の部分64は、ねじの軸線O方向の長さMが10mm以上であり、谷底65の部分の肉厚Tが1.1mm以下なので、主体金具40の径方向の外側へ向けて熱が移動する部分64の面積を確保しつつ、熱が移動する径方向の距離を短くできる。その結果、単位時間あたりに径方向の外側へ向けて主体金具40を流れる熱量を確保できるので、熱放散性を向上できる。
ねじ部44のうち棚部45よりも後端側の部分64は小径部15に近接しており、具体的には、絶縁体11との隙間Gが0.2mm以下である。隙間Gを狭くすることにより、隙間Gが熱伝達の著しい律速にならないようにできるので、絶縁体11のうち係止部17から後端側の部分の熱を主体金具40に伝達させ易くできる。従って、棚部45よりも後端側の部分64の熱放散性をさらに向上させることができる。
さらに、谷底65から軸線Oに対して垂直な方向に切断したときの部分64の断面積が13mm2以上なので、ねじ部44の伸びによる軸力の低下やねじ部44の破断を抑制できる。ねじ部44の軸力の低下はガスケット52のシール性の低下の原因となるが、部分64の断面積を13mm2以上にすることによりガスケット52の締付圧力を確保できるので、シール性の低下を抑制できる。
また、ねじ部44の軸線O方向の長さLは24.5mm以上なので、ねじ部44を介して主体金具40と内燃機関(図示せず)との接触面積を確保できる。その結果、ねじ部44のうち棚部45よりも後端側の部分64だけでなく、棚部45よりも先端側の部分も利用して熱放散性を向上できる。
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
(実施例1) 試験者は、ねじ部44のうち棚部45より後端側の部分64の軸線O方向の長さM、及び、谷底65の部分の肉厚Tの異なる種々のスパークプラグのサンプルを準備した。1つの条件について4本のサンプルを準備した。なお、各サンプルは、各部の寸法が異なる点を除き、図1で説明したスパークプラグ10と同様である。各サンプルは、ねじ部44の呼び径を8mm、谷底65から軸線Oに対して垂直な方向に切断したときの断面積を13.5mm2、ねじ部44の軸線O方向の長さLを24.5mmとした。
試験者は、排気量2.0リットルの4気筒ガソリンエンジンの各気筒にサンプルを取り付け、エンジンを作動し、吸気絞り弁を全開の状態にした。点火時期が各運転のMBTとなるようにサンプルに電圧を印加し、混合気に着火した後、プレイグニッション(過早着火)が生じるまで点火時期を少しずつ進角させた。試験者は、プレイグニッションが生じたクランク角をサンプル毎に調べた。
図3は谷底65の肉厚Tと点火時期(プレイグニッションが生じたクランク角)との関係を示す図である。図3は、横軸に谷底65の部分の肉厚T(mm)をとり、縦軸にクランク角(°)をとった。クランク角が大きいほどプレイグニッションが生じ難いこと、即ち主体金具40の熱放散性が優れている(熱引きが良い)ことを示している。図3の各グラフに付した数値7mm,9mm,10mm及び13mmは、サンプルの長さMを示している。
図3に示すように、肉厚Tとクランク角との間に負の相関が見られた。長さMが7mm及び9mmのサンプルは同じ関係であった(グラフの同一線上にあった)。しかし、長さMが9mm,10mm,13mmと長くなるにつれて、クランク角が大きくなる傾向が見られた。
また、長さM=7mm及び9mmでは、肉厚Tが1.20mmから1.10mmまで薄くなるときのグラフの直線の傾きが一定であった。しかし、長さM=10mm及び13mmでは、肉厚Tが1.20mmから1.15mmまで薄くなるときのグラフの直線の傾きに比べて、肉厚Tが1.15mmから1.10mmまで薄くなるときのグラフの直線の傾きが著しく大きくなった。従って、長さMを10mm以上、且つ、肉厚Tを1.1mm以下にすることにより大きく進角できる、即ち熱放散性を向上できることが明らかになった。
(実施例2) 試験者は、ねじ部44のうち棚部45より後端側の部分64の谷底65から軸線Oに対して垂直な方向に切断したときの断面積、及び、ねじ部44の長さLの異なる種々のサンプルを準備した。なお、各サンプルは、各部の寸法が異なる点を除き、図1で説明したスパークプラグ10と同様である。各サンプルは、ねじ部44の呼び径を8mm、ねじ部44のうち棚部45より後端側の部分64の長さMを10mmとした。
試験者は、サンプルの座部46にガスケット52を配置した後、燃焼室内の気体が漏れない最小締付圧力がガスケット52に加わるように、シリンダヘッドのねじ穴にねじ部44を締結した。その後、ねじ部44を緩めてシリンダヘッドからサンプルを取り外し、ねじ部44が破損しているかどうかを調べた。表1はその試験結果である。
(実施例3) 試験者は、ねじ部44の軸線O方向の長さLの異なる種々のスパークプラグのサンプルを準備した。1つの条件について4本のサンプルを準備した。なお、各サンプルは、各部の寸法が異なる点を除き、図1で説明したスパークプラグ10と同様である。各サンプルは、ねじ部44の呼び径を8mm、ねじ部44のうち棚部45より後端側の部分64の軸線O方向の長さMを10mm、谷底65の部分の肉厚Tを1.1mm、谷底65から軸線Oに対して垂直な方向に切断したときの断面積を13.5mm2とした。
試験者は、排気量2.0リットルの4気筒ガソリンエンジンの各気筒にサンプルを取り付け、エンジンを作動し、吸気絞り弁を全開の状態にした。点火時期が各運転のMBTとなるようにサンプルに電圧を印加し、混合気に着火した後、プレイグニッションが生じるまで点火時期を少しずつ進角させた。試験者は、プレイグニッションが生じたクランク角をサンプル毎に調べた。
図4はねじ部44の長さLと点火時期(プレイグニッションが生じたクランク角)との関係を示す図である。図4は縦軸にクランク角(°)をとった。クランク角が大きいほどプレイグニッションが生じ難いこと、即ち主体金具40の熱放散性が優れている(熱引きが良い)ことを示している。
図4に示すように、ねじ部44の長さLが長くなるにつれて、クランク角が大きくなる傾向が見られた。特にねじ部44の長さLを24.5mm以上にすると、クランク角を42°以上にできることがわかった。図3を参照すると、本実施例によれば、M=10mm以上の条件でクランク角を42°以上にできることがわかった。
従って、長さMを10mm以上、且つ、肉厚Tを1.1mm以下にし、さらに長さLを24.5mm以上にすることにより大きく進角できる、即ち熱放散性を著しく向上できることが明らかになった。
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
上記実施の形態では、主体金具40の棚部45と絶縁体11の係止部17との間にパッキン50(他部材)が介在する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。パッキン50を省略して、主体金具40の棚部45と絶縁体11の係止部17とを密着させることは当然可能である。パッキン50を省略する場合には、主体金具40の棚部45は絶縁体11の係止部17を直接係止する。
上記実施の形態では、主体金具40の後端部49と絶縁体11の大径部14との間に充填材51を配置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。充填材51を省略することは当然可能である。
上記実施の形態では、座部46にガスケット50が配置されるスパークプラグ10について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。スパークプラグ10がコニカルシールタイプの場合には、座部46の先端側をテーパ面にして、ガスケット50を省略できる。
上記実施の形態では説明を省略したが、耐火花消耗性を向上させるため、貴金属を含有するチップを中心電極20や接地電極60に設けることは当然可能である。
上記実施の形態では、抵抗体61を挟んで導電性シール62,63によって中心電極20と端子金具30とを電気的に接続する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。抵抗体61を省略することは当然可能である。
上記実施の形態では、主体金具40に接合された接地電極60を屈曲させる場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した接地電極60を用いる代わりに、直線状の接地電極60を用いることは当然可能である。この場合には、主体金具40の先端側を軸線O方向に延ばし、直線状の接地電極60を主体金具40に接合して、接地電極60の先端部を中心電極20と対向させる。
上記実施の形態では、接地電極60の先端部と中心電極20とを軸線O上で対向するように接地電極60を配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、接地電極60と中心電極20との位置関係は適宜設定できる。接地電極60と中心電極20との他の位置関係としては、例えば、中心電極20の側面と接地電極60の先端部とが対向するように接地電極60を配置すること等が挙げられる。
上記実施の形態では、主体金具40に接地電極60が1本接合された場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、接地電極60を複数本、主体金具40に接合することは当然可能である。
10 スパークプラグ 11 絶縁体 17 係止部 40 主体金具 44 ねじ部 45 棚部 50 パッキン(他部材) 64 部分 65 谷底 O 軸線
Claims (2)
- 先端側から後端側へと軸線方向に延び、径方向の外側に張り出した係止部を備える絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置されると共に、径方向の内側に突出し前記係止部を先端側から直接または他部材を介して係止する棚部、及び、外周面に形成されるねじ部を備える筒状の主体金具と、を備えるスパークプラグであって、
前記ねじ部の呼び径が8mmであり、
前記ねじ部のうち前記棚部よりも後端側の部分は、ねじの軸線方向の長さが10mm以上であり、谷底の肉厚が1.1mm以下であり、谷底から軸線に対して垂直な方向に切断したときの断面積が13mm2以上であるスパークプラグ。 - 前記ねじ部の軸線方向の長さは24.5mm以上である請求項1記載のスパークプラグ。
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