WO2021215301A1 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to spark plugs for internal combustion engines.
- a core material having excellent thermal conductivity is arranged inside the center electrode in order to promote heat drawing at the tip of the center electrode. There is something. Then, in the spark plug disclosed in Patent Document 1, the core material is also arranged in the portion of the center electrode that protrudes toward the tip side of the insulating insulator.
- the spark plug has the following problems. That is, one end of the discharge generated in the discharge gap (hereinafter, appropriately referred to as a discharge end) may move to the base end side along the side surface of the center electrode exposed from the insulator. In this case, when the discharge end reaches the position where the core material is arranged inside, it is conceivable that the base material of the portion covering the outer periphery of the core material is gradually consumed by the discharge. As described above, if the center electrode is consumed from the outer peripheral side, there is a concern that the inner core material may be exposed.
- the present disclosure is intended to provide a spark plug for an internal combustion engine that can easily prevent the core material from being exposed.
- One aspect of the present disclosure is a tubular insulator and A center electrode that is held on the inner peripheral side of the insulating insulator and has a tip protruding portion that protrudes from the insulating insulator to the tip side.
- a cylindrical housing that holds the insulator on the inner circumference side, and It has a plug cover provided at the tip of the housing so as to cover the auxiliary combustion chamber in which the tip protrusion is arranged.
- the plug cover is provided with a jet hole for communicating the sub-combustion chamber to the outside.
- the center electrode has a base material and a core material arranged in the base material and having a higher thermal conductivity than the base material.
- the core material has a large diameter portion and a small diameter portion continuously formed on the tip end side thereof.
- the small-diameter portion has a small-diameter columnar portion that is smaller in diameter than the large-diameter portion and has a constant diameter in at least a part in the axial direction. At least a part of the small-diameter columnar portion is located in a spark plug for an internal combustion engine, which is arranged closer to the tip of the insulating insulator than the tip.
- the core material in the center electrode has a large diameter portion and a small diameter portion. Then, at least a part of the small-diameter columnar portion in the small-diameter portion is arranged on the tip side of the tip of the insulating insulator. Therefore, it is easy to prevent the core material from being exposed due to the center electrode being consumed from the outer peripheral side.
- FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the axial direction near the tip of the spark plug in the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
- FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view showing a state in which the discharge is stretched in the first embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the axial direction near the tip of the spark plug in the second embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. FIG.
- FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view showing a state in which a discharge is formed in the second embodiment.
- FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view showing a state in which the discharge is stretched in the second embodiment.
- FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the axial direction near the tip of the spark plug in the third embodiment.
- FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the axial direction near the tip of the spark plug in the fourth embodiment.
- FIG. 11 is a view taken along the line XI of FIG.
- FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the axial direction near the tip of the spark plug in the fifth embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the axial direction in the vicinity of the tip protruding portion of the center electrode in the sixth embodiment.
- FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the axial direction near the tip of the spark plug in the seventh embodiment.
- the spark plug 1 for an internal combustion engine of this embodiment has a tubular insulating insulator 3, a center electrode 4, a tubular housing 2, and a plug cover 5.
- the center electrode 4 is held on the inner peripheral side of the insulating insulator 3. Further, the center electrode 4 has a tip protruding portion 41 protruding from the insulating insulator 3 toward the tip side.
- the housing 2 holds the insulating insulator 3 on the inner peripheral side.
- the plug cover 5 is provided at the tip of the housing 2 so as to cover the auxiliary combustion chamber 50 in which the tip protrusion 41 is arranged.
- the plug cover 5 is provided with a jet hole 51 for communicating the auxiliary combustion chamber 50 with the outside.
- the center electrode 4 has a base material 42 and a core material 6.
- the core material 6 is arranged in the base material 42 and has a higher thermal conductivity than the base material 42.
- the core material 6 has a large diameter portion 61 and a small diameter portion 62 continuously formed on the tip end side thereof.
- the small diameter portion 62 has a smaller diameter than the large diameter portion 61. Further, the small diameter portion 62 has a small diameter columnar portion 621.
- the small-diameter columnar portion 621 is a portion of the small-diameter portion 62 having a constant diameter in at least a part of the axial direction Z. At least a part of the small-diameter columnar portion 621 is arranged closer to the tip side than the tip end of the insulating insulator 3.
- the spark plug 1 of this embodiment can be used as an ignition means in an internal combustion engine such as an automobile or a cogeneration engine, for example. Then, one end of the spark plug 1 in the axial direction is arranged in the combustion chamber of the internal combustion engine.
- the combustion chamber of this internal combustion engine is referred to as a "main combustion chamber 11" as opposed to the above-mentioned "secondary combustion chamber 50".
- the side exposed to the main combustion chamber 11 is referred to as the tip end side, and the opposite side thereof is referred to as the base end side.
- the plug cover 5 is joined to the tip of the housing 2 by welding or the like. In a state where the spark plug 1 is attached to the internal combustion engine, the plug cover 5 separates the sub-combustion chamber 50 from the main combustion chamber 11. As shown in FIG. 1, in this embodiment, a plurality of injection holes 51 are formed in the plug cover 5. The flame generated in the sub-combustion chamber 50 is ejected from the injection hole 51 into the main combustion chamber 11. Further, in the compression stroke of the internal combustion engine or the like, as shown in FIG. 4, the airflow A is introduced from the main combustion chamber 11 to the sub-combustion chamber 50 through the injection hole 51.
- At least one injection hole 51 is an axial injection hole 511 that is open in the axial direction Z.
- the plug cover 5 has one axial injection hole 511 and a plurality of side injection holes 516.
- the axial injection hole 511 is formed at a position overlapping the center electrode 4 in the axial direction Z.
- the lateral injection hole 516 is formed on the outer peripheral side of the axial injection hole 511, and is inclined toward the outer peripheral side toward the tip side.
- the axial injection hole 511 has a chamfered portion 512 at the end of the opening on the side of the auxiliary combustion chamber 50.
- the chamfered portion 512 is formed in a tapered shape so that the diameter of the axial injection hole 511 increases toward the proximal end side.
- the spark plug 1 of this embodiment has a ground electrode 7 arranged to face the tip protruding portion 41 of the center electrode 4 from the outer peripheral side.
- the ground electrode 7 is joined to the vicinity of the joint portion of the plug cover 5 with the housing 2.
- a discharge gap G is formed between the ground electrode 7 and the tip protruding portion 41 of the center electrode 4. That is, the discharge gap G is formed so as to face a part of the outer peripheral surface of the tip protruding portion 41.
- the axial distance Z1 between the discharge gap G and the axial injection hole 511 is shorter than the axial Z distance d2 between the discharge gap G and the tip of the insulating insulator 3.
- the distance d1 is larger than the size of the discharge gap G.
- the discharge gap G is smaller than the shortest distance between the center electrode 4 and the plug cover 5.
- the base material 42 of the center electrode 4 is made of a metal or alloy having excellent heat resistance.
- the base material 42 can be made of, for example, a nickel (Ni) -based alloy such as Inconel (registered trademark).
- the core material 6 of the center electrode 4 is made of a metal or alloy having excellent thermal conductivity.
- the core material 6 can be made of, for example, copper or a copper alloy.
- both the plug cover 5 and the ground electrode 7 can be made of, for example, a nickel-based alloy or the like.
- the center electrode 4 has a substantially cylindrical shape. Then, in the cross section orthogonal to the axial direction Z, as shown in FIGS. 2 and 3, the outer peripheral contour of the core material 6 is substantially concentric with the outer peripheral contour of the center electrode 4. Then, as shown in FIG. 1, the boundary portion between the large diameter portion 61 and the small diameter portion 62 of the core material 6 has substantially the same position in the axial direction Z as the tip of the insulating insulator 3.
- the large diameter portion 61 has a substantially constant diameter except for a part of the tip portion.
- the small diameter portion 62 also has a substantially constant diameter except for a part on the tip side.
- the portion having a substantially constant diameter is the small diameter columnar portion 621.
- the portion on the tip side of the small-diameter columnar portion 621 is formed in a convex curve shape as a cross-sectional shape along the axial direction Z.
- the tip protruding portion 41 of the center electrode 4 has a first portion 411 having the same diameter as the portion arranged inside the insulating insulator 3. Then, it has a second portion 412 having a diameter smaller than that of the first portion 411 on the tip side of the first portion 411.
- the tip of the core material 6, that is, the tip of the small diameter portion 62 of the core material 6, is arranged at a position substantially equivalent to the tip of the first portion 411 in the axial direction Z.
- a discharge gap G is formed on the outer peripheral side of the second portion 412. That is, the second portion 412 is entirely or mostly composed of the base material 42.
- the large diameter portion 61 and the small diameter portion 62 of the core material 6 are both formed at portions of the center electrode 4 having substantially the same diameter. Therefore, the portion of the base material 42 that covers the outer peripheral side of the small diameter portion 62 is thicker than the portion that covers the outer peripheral side of the large diameter portion 61.
- the base end of the small diameter portion 62 is formed at a position in the axial direction Z substantially equivalent to the tip of the insulating insulator 3. From the viewpoint of more reliably preventing the core material 6 from being exposed, it is desirable that the base end of the small diameter portion 62 is located closer to the base end side than the tip end of the insulating insulator 3.
- the core material 6 in the center electrode 4 has a large diameter portion 61 and a small diameter portion 62. Then, at least a part of the small-diameter columnar portion 621 in the small-diameter portion 62 is arranged closer to the tip side than the tip of the insulating insulator 3. Therefore, it is easy to prevent the core material 6 from being exposed due to the center electrode 4 being consumed from the outer peripheral side.
- a discharge is formed in the discharge gap G.
- the discharge S is stretched toward the proximal end side by the airflow A as shown in FIG.
- the airflow A toward the proximal end side is also generated in the discharge gap G. That is, for example, when the discharge S is generated in the compression stroke of the internal combustion engine, the airflow A that flows into the auxiliary combustion chamber 50 from the axial injection hole 511 and passes through the discharge gap G toward the base end side moves to the base end side. It is stretched.
- the discharge end S1 on the center electrode 4 side moves to the base end side along the side surface of the center electrode 4.
- the discharge end S1 consumes the center electrode 4 little by little. Since the outer layer of the center electrode 4 is made of the base material 42, it can be prevented from melting, but it is consumed. Therefore, if the portion of the base material 42 that covers the outer peripheral side of the core material 6 is consumed by the thickness thereof, the inner core material 6 will be exposed.
- the core material 6 is made of a material having a relatively low melting point, for example, a copper alloy, it may elute when exposed to the outside. When such a situation occurs, the heat dissipation property of the center electrode 4 deteriorates, which may lead to problems such as pre-ignition.
- the core material 6 is provided with a large diameter portion 61 and a small diameter portion 62, and the small diameter portion 62 is provided at the tip protruding portion 41 which is likely to be consumed among the center electrodes 4.
- the structure is such that it is easy to prevent the core material 6 from being exposed while ensuring the heat dissipation of the core material 6 as much as possible.
- the small diameter portion 62 of the core material 6 has a small diameter columnar portion 621, and the small diameter columnar portion 621 is arranged in the tip protruding portion 41. As a result, it is possible to prevent the core material 6 from being exposed while ensuring the thermal conductivity of the tip protruding portion 41 as much as possible. As a result, it is possible to obtain the spark plug 1 which can easily prevent the core material 6 from being exposed while ensuring the heat dissipation of the center electrode 4 as a whole.
- the plug cover 5 has an axial injection hole 511.
- the airflow A toward the proximal end side as described above is likely to occur in the discharge gap G.
- the discharge end S1 tends to move to the outer peripheral surface of the portion of the center electrode 4 where the core material 6 is present.
- the distance d1 in the axial direction Z between the discharge gap G and the axial injection hole 511 is shorter than the distance d2 in the axial direction Z between the discharge gap G and the tip of the insulating insulator 3.
- the airflow A flows into the sub-combustion chamber 50 from the axial injection hole 511, an airflow toward the proximal end side is likely to occur in the discharge gap G as well. Therefore, by adopting the structure of the center electrode 4 described above, the life of the spark plug 1 can be effectively extended.
- a discharge gap G is formed between the center electrode 4 and the plug cover 5.
- the ground electrode 7 disclosed in the first embodiment is not provided.
- a part of the inner peripheral edge of the axial injection hole 511 in the plug cover 5 faces the tip of the center electrode 4.
- a discharge gap G is formed between a part of the inner peripheral edge of the axial injection hole 511 and the tip of the center electrode 4. Therefore, a part of the inner peripheral edge of the axial injection hole 511 in the plug cover 5 serves as a ground electrode.
- the discharge gap G is formed between the tip of the center electrode 4 and the edge 513 on the side of the auxiliary combustion chamber 50 in the axial injection hole 511. Then, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the discharge gap G is formed in a circumferential shape over the entire circumference around the center electrode 4.
- a discharge S is formed in the discharge gap G as shown in FIG. 7. Then, when the airflow A flows into the sub-combustion chamber 50 from the axial injection hole 511, the discharge S extends toward the proximal end side due to the airflow A, as shown in FIG. At this time, the discharge end S1 on the center electrode 4 side moves to the base end side along the side surface of the center electrode 4.
- the movement of the discharge end S1 along the outer peripheral surface of the center electrode 4 can be performed at any position in the circumferential direction. Can occur.
- the formation position of the discharge S can be controlled by adjusting the positional relationship between the center electrode 4 and the axial injection hole 511.
- the structure of the center electrode 4 such as the arrangement of the core material 6 is the same as that of the first embodiment. Others are the same as in the first embodiment.
- the same codes as those used in the above-described embodiments represent the same components and the like as those in the above-mentioned embodiments, unless otherwise specified.
- the ground electrode 7 is projected from the housing 2 inward in the radial direction. That is, in the spark plug 1 of this embodiment, the ground electrode 7 is joined to the housing 2.
- a discharge gap G is formed between the protruding end of the ground electrode 7 and the outer peripheral surface of the center electrode 4. Further, in the present embodiment, the discharge gap G is formed on the proximal end side of the housing 2 with respect to the distal end end.
- the tip of the center electrode 4 is also arranged closer to the base end than the tip of the housing 2.
- this embodiment is a form in which the ground electrode 7 is joined so as to project from the plug cover 5 toward the proximal end side.
- the ground electrode 7 is joined to the inner peripheral surface of the axial injection hole 511.
- the ground electrode 7 is erected along the axial direction Z. Further, the ground electrode 7 projects into the sub-combustion chamber 50.
- the protruding end of the ground electrode 7 is located closer to the base end side in the axial direction Z than the tip end of the center electrode 4.
- the ground electrode 7 forms a discharge gap G with the center electrode 4 on the side surface on the axial injection hole 511 side.
- the axial injection hole 511 has a main hole portion 514 formed substantially coaxially with the center electrode 4 and an extension extending radially outward from the main hole portion 514. It has a hole 515 and a hole 515. A part of the ground electrode 7 is arranged in the extended hole portion 515. A ground electrode 7 is joined to the inner peripheral surface of the extension hole portion 515. Others are the same as in the first embodiment.
- the airflow flowing from the axial injection hole 511 into the sub-combustion chamber 50 is likely to be guided along the side surface of the ground electrode 7 toward the base end side of the discharge gap G. Therefore, in the compression stroke or the like, the discharge is easily stretched, and the ignitability can be improved. Then, the discharge end is more likely to move toward the base end side of the tip protruding portion 41.
- the exposure of the core material 6 can be suppressed more effectively by arranging the small diameter portion 62 of the core material 6 of the center electrode 4 on the tip protruding portion 41. In addition, it has the same effect as that of the first embodiment.
- this form is a form of a spark plug 1 having a protruding tubular body 52 protruding from the tip of the plug cover 5 toward the auxiliary combustion chamber 50 side. Then, the protruding cylindrical body 52 becomes the ground electrode 7.
- the protruding cylindrical body 52 has a substantially conical shape in which the diameter is reduced from the tip end portion toward the base end side in the axial direction Z, and penetrates in the Z direction.
- the through space inside the protruding tubular body 52 becomes the axial injection hole 511.
- a discharge gap G is formed between the base end of the protruding tubular body 52 and the tip end of the center electrode 4.
- the discharge gap G is formed over the entire circumference of the tip portion of the center electrode 4.
- the structure of the center electrode 4 is the same as that of the first embodiment. Others are the same as in the first embodiment. This embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
- the small-diameter portion 62 in the core material 6 of the center electrode 4 has a first small-diameter columnar portion 621a and a second small-diameter columnar portion 621b having different diameters from each other.
- the diameter of the second small-diameter columnar portion 621b is smaller than that of the first small-diameter columnar portion 621a.
- the second small-diameter columnar portion 621b is continuously formed on the tip end side of the first small-diameter columnar portion 621a.
- the first small-diameter columnar portion 621a has a smaller diameter than the large-diameter portion 61.
- the second small-diameter columnar portion 621b is arranged at the second portion 412 of the tip protruding portion 41 of the center electrode 4. That is, a second small-diameter columnar portion 621b having a diameter smaller than that of the first small-diameter columnar portion 621a is arranged inside the second portion 412, which is a portion of the tip protruding portion 41 having a diameter smaller than that of the first portion 411. ing. Others are the same as in the first embodiment.
- the core material 6 can be arranged as close to the tip of the center electrode 4 as possible while suppressing the exposure of the core material 6.
- the heat dissipation of the center electrode 4 can be improved, and pre-ignition can be more easily prevented.
- the second small-diameter columnar portion 621b having a smaller diameter is arranged inside the second small-diameter columnar portion 412 having a smaller diameter than the first portion 411, the base material 42 on the outer peripheral side of the second small-diameter columnar portion 621b The thickness can also be secured. Therefore, it is possible to suppress the exposure of the small-diameter columnar portion 621 due to the consumption of the base material 42. In addition, it has the same effect as that of the first embodiment.
- the small diameter portion 62 has two small diameter columnar portions 621a and 621b, but the small diameter portion 62 may be provided with three or more small diameter columnar portions having different diameters from each other. In this case, these small-diameter columnar portions are arranged so that the diameter becomes smaller toward the smaller-diameter columnar portion on the tip side.
- this embodiment is a form in which the precious metal chips 43 and 73 are joined to the portions of the center electrode 4 and the ground electrode 7 facing the discharge gap G.
- the noble metal chips 43 and 73 can be made of, for example, a noble metal such as iridium or platinum or an alloy thereof. Others are the same as in the first embodiment.
- the expansion of the discharge gap G can be suppressed to extend the life of the spark plug 1.
- it has the same effect as that of the first embodiment.
- a noble metal chip may be bonded to only one of the center electrode 4 and the ground electrode 7. Further, in the other embodiment described above, the precious metal chip may be similarly bonded to at least one of the center electrode 4 and the ground electrode 7.
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Abstract
内燃機関用のスパークプラグ(1)は、筒状の絶縁碍子(3)と、先端突出部(41)を有する中心電極(4)と、筒状のハウジング(2)と、副燃焼室(50)を覆うよう設けられたプラグカバー(5)と、を有する。プラグカバー(5)には、副燃焼室(50)を外部に連通させる噴孔(51)が設けられている。中心電極(4)は、母材(42)と、母材(42)内に配されるとともに母材(42)よりも熱伝導率が高い芯材(6)と、を有する。芯材(6)は、大径部(61)と、その先端側に連続して形成された小径部(62)とを有する。小径部(62)は、大径部(61)よりも直径が小さく、かつ軸方向(Z)の少なくとも一部において直径が一定となる小径柱状部(621)を有する。小径柱状部(621)の少なくとも一部は、絶縁碍子(3)の先端よりも先端側に配されている。
Description
本出願は、2020年4月24日に出願された日本出願番号2020-77015号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、内燃機関用のスパークプラグに関する。
内燃機関用のスパークプラグにおいて、例えば、特許文献1に開示されているように、中心電極の先端部の熱引きを促進すべく、中心電極の内部に熱伝導性に優れた芯材を配置したものがある。そして、特許文献1に開示されたスパークプラグにおいて、芯材は、中心電極のうち絶縁碍子よりも先端側に突出した部分にも、配置されている。
上記スパークプラグにおいては、以下の課題がある。
すなわち、放電ギャップにおいて生じた放電の一端(以下において、適宜、放電端という。)が、絶縁碍子から露出している中心電極の側面を伝って基端側へ移動することがある。この場合、内側に芯材が配された位置まで放電端が達すると、芯材の外周を覆う部位の母材が、放電によって徐々に消耗することが考えられる。このように、中心電極の外周側からの消耗が進むと、内部の芯材が露出することが懸念される。
すなわち、放電ギャップにおいて生じた放電の一端(以下において、適宜、放電端という。)が、絶縁碍子から露出している中心電極の側面を伝って基端側へ移動することがある。この場合、内側に芯材が配された位置まで放電端が達すると、芯材の外周を覆う部位の母材が、放電によって徐々に消耗することが考えられる。このように、中心電極の外周側からの消耗が進むと、内部の芯材が露出することが懸念される。
本開示は、芯材の露出を防ぎやすい、内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。
本開示の一態様は、筒状の絶縁碍子と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出する先端突出部を有する中心電極と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジングと、
上記先端突出部が配される副燃焼室を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバーと、を有し、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室を外部に連通させる噴孔が設けられており、
上記中心電極は、母材と、該母材内に配されるとともに該母材よりも熱伝導率が高い芯材と、を有し、
上記芯材は、大径部と、その先端側に連続して形成された小径部とを有し、
上記小径部は、上記大径部よりも直径が小さく、かつ軸方向の少なくとも一部において直径が一定となる小径柱状部を有し、
上記小径柱状部の少なくとも一部は、上記絶縁碍子の先端よりも先端側に配されている、内燃機関用のスパークプラグにある。
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出する先端突出部を有する中心電極と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジングと、
上記先端突出部が配される副燃焼室を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバーと、を有し、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室を外部に連通させる噴孔が設けられており、
上記中心電極は、母材と、該母材内に配されるとともに該母材よりも熱伝導率が高い芯材と、を有し、
上記芯材は、大径部と、その先端側に連続して形成された小径部とを有し、
上記小径部は、上記大径部よりも直径が小さく、かつ軸方向の少なくとも一部において直径が一定となる小径柱状部を有し、
上記小径柱状部の少なくとも一部は、上記絶縁碍子の先端よりも先端側に配されている、内燃機関用のスパークプラグにある。
上記内燃機関用のスパークプラグにおいては、中心電極における芯材が、大径部と小径部とを有する。そして、小径部における小径柱状部の少なくとも一部が、絶縁碍子の先端よりも先端側に配されている。それゆえ、中心電極が外周側から消耗することによる芯材の露出を防ぎやすい。
以上のごとく、上記態様によれば、芯材の露出を防ぎやすい、内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、実施形態1における、スパークプラグの先端部付近の、軸方向に沿った断面図であり、
図2は、図1のII-II線矢視断面図であり、
図3は、図1のIII-III線矢視断面図であり、
図4は、実施形態1における、放電が引き伸ばされた状態を示す、断面説明図であり、
図5は、実施形態2における、スパークプラグの先端部付近の、軸方向に沿った断面図であり、
図6は、図5のVI-VI線矢視断面図であり、
図7は、実施形態2における、放電が形成された状態を示す、断面説明図であり、
図8は、実施形態2における、放電が引き伸ばされた状態を示す、断面説明図であり、
図9は、実施形態3における、スパークプラグの先端部付近の、軸方向に沿った断面図であり、
図10は、実施形態4における、スパークプラグの先端部付近の、軸方向に沿った断面図であり、
図11は、図10のXI矢視図であり、
図12は、実施形態5における、スパークプラグの先端部付近の、軸方向に沿った断面図であり、
図13は、実施形態6における、中心電極の先端突出部付近の、軸方向に沿った断面図であり、
図14は、実施形態7における、スパークプラグの先端部付近の、軸方向に沿った断面図である。
(実施形態1)
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図1~図4を参照して説明する。
本形態の内燃機関用のスパークプラグ1は、図1に示すごとく、筒状の絶縁碍子3と、中心電極4と、筒状のハウジング2と、プラグカバー5と、を有する。
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図1~図4を参照して説明する。
本形態の内燃機関用のスパークプラグ1は、図1に示すごとく、筒状の絶縁碍子3と、中心電極4と、筒状のハウジング2と、プラグカバー5と、を有する。
中心電極4は、絶縁碍子3の内周側に保持される。また、中心電極4は、絶縁碍子3から先端側に突出する先端突出部41を有する。ハウジング2は、絶縁碍子3を内周側に保持する。プラグカバー5は、先端突出部41が配される副燃焼室50を覆うようハウジング2の先端部に設けられている。プラグカバー5には、副燃焼室50を外部に連通させる噴孔51が設けられている。
図1~図3に示すごとく、中心電極4は、母材42と芯材6とを有する。芯材6は、母材42内に配されるとともに母材42よりも熱伝導率が高い。芯材6は、大径部61と、その先端側に連続して形成された小径部62とを有する。
小径部62は、大径部61よりも直径が小さい。また、小径部62は、小径柱状部621を有する。小径柱状部621は、小径部62における軸方向Zの少なくとも一部において直径が一定となる部位である。小径柱状部621の少なくとも一部は、絶縁碍子3の先端よりも先端側に配されている。
本形態のスパークプラグ1は、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。そして、スパークプラグ1の軸方向の一端を、内燃機関の燃焼室に配置する。この内燃機関の燃焼室を、上述の「副燃焼室50」に対して、「主燃焼室11」という。スパークプラグ1の軸方向Zにおいて、主燃焼室11に露出する側を先端側、その反対側を基端側というものとする。
プラグカバー5は、ハウジング2の先端部に溶接等によって接合されている。スパークプラグ1が内燃機関に取り付けられた状態において、プラグカバー5は、副燃焼室50を主燃焼室11と区画している。図1に示すごとく、本形態において、プラグカバー5には、複数の噴孔51が形成されている。副燃焼室50にて生じた火炎は、噴孔51から主燃焼室11へ噴出する。また、内燃機関の圧縮行程等においては、図4に示すごとく、噴孔51を通じて主燃焼室11から副燃焼室50へ気流Aが導入される。
少なくとも一つの噴孔51は、軸方向Zに開口している軸方向噴孔511である。本形態において、プラグカバー5は、一つの軸方向噴孔511と、複数の側方噴孔516とを有する。軸方向噴孔511は、中心電極4と軸方向Zに重なる位置に形成されている。側方噴孔516は、軸方向噴孔511の外周側に形成され、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜している。
軸方向噴孔511は、副燃焼室50側の開口端に、面取り部512を有する。面取り部512は、基端側へ向かうにつれて軸方向噴孔511が拡径するようなテーパ状に形成されている。
本形態のスパークプラグ1は、中心電極4の先端突出部41に対して、外周側から対向配置された接地電極7を有する。接地電極7は、プラグカバー5におけるハウジング2との接合部付近に接合されている。接地電極7と中心電極4の先端突出部41との間に、放電ギャップGが形成されている。すなわち、放電ギャップGは、先端突出部41の外周面の一部に面して形成されている。
図1に示すごとく、放電ギャップGと軸方向噴孔511との間の軸方向Zの距離d1は、放電ギャップGと絶縁碍子3の先端との間の軸方向Zの距離d2よりも短い。なお、本形態において、距離d1は、放電ギャップGの大きさよりも大きい。放電ギャップGは、中心電極4とプラグカバー5との間の最短距離よりも、小さい。
中心電極4の母材42は、耐熱性に優れた金属又は合金にて構成されている。母材42は、例えばインコネル(登録商標)等のニッケル(Ni)基合金にて構成することができる。また、中心電極4の芯材6は、熱伝導性に優れた金属又は合金にて構成されている。芯材6は、例えば、銅又は銅合金にて構成することができる。また、プラグカバー5、及び接地電極7は、いずれも、例えばニッケル基合金等にて構成することができる。
図1~図3に示すごとく、中心電極4は、略円柱形状を有する。そして、軸方向Zに直交する断面において、図2、図3に示すごとく、芯材6の外周輪郭は、中心電極4の外周輪郭と略同心円となっている。そして、図1に示すごとく、芯材6の大径部61と小径部62との境界部は、絶縁碍子3の先端と、軸方向Zの位置が略同一である。
図1に示すごとく、大径部61は、先端部の一部を除いて、略一定の直径を有する。また、小径部62も、先端側の一部を除いて、略一定の直径を有する。この略一定の直径を有する部分が、小径柱状部621である。小径柱状部621よりも先端側の部分は、軸方向Zに沿った断面形状として、凸曲線状に形成されている。
中心電極4の先端突出部41は、絶縁碍子3の内側に配された部分と直径が同等の第1部位411を有する。そして、第1部位411よりも先端側において、第1部位411よりも直径が小さい第2部位412を有する。芯材6の先端、すなわち芯材6の小径部62の先端は、第1部位411の先端と、略同等の軸方向Zの位置に配置されている。第2部位412の外周側に、放電ギャップGが形成されている。つまり、第2部位412は、全体もしくは大部分が、母材42にて構成されている。
芯材6の大径部61と小径部62とは、いずれも中心電極4における略同一の直径を有する部位に形成されている。それゆえ、母材42のうち小径部62の外周側を被覆する部分は、大径部61の外周側を被覆する部分よりも、厚みが大きい。
本形態において、小径部62の基端は、絶縁碍子3の先端と略同等の軸方向Zの位置に形成されている。なお、芯材6の露出をより確実に防止する観点においては、小径部62の基端は、絶縁碍子3の先端よりも基端側に位置することが望ましい。
次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用のスパークプラグ1においては、中心電極4における芯材6が、大径部61と小径部62とを有する。そして、小径部62における小径柱状部621の少なくとも一部が、絶縁碍子3の先端よりも先端側に配されている。それゆえ、中心電極4が外周側から消耗することによる芯材6の露出を防ぎやすい。
上記内燃機関用のスパークプラグ1においては、中心電極4における芯材6が、大径部61と小径部62とを有する。そして、小径部62における小径柱状部621の少なくとも一部が、絶縁碍子3の先端よりも先端側に配されている。それゆえ、中心電極4が外周側から消耗することによる芯材6の露出を防ぎやすい。
スパークプラグ1における接地電極7と中心電極4との間に電圧を印加することにより、放電ギャップGに放電が形成される。このとき、放電ギャップGに基端側へ向かう気流Aが存在すると、図4に示すごとく、放電Sは、気流Aによって基端側へ引き伸ばされる。特に、軸方向噴孔511から副燃焼室50内に気流Aが流入することにより、放電ギャップGにも基端側へ向かう気流Aが生じる。すなわち、例えば、内燃機関の圧縮行程において放電Sを生じさせる場合、軸方向噴孔511から副燃焼室50内に流入し、放電ギャップGを基端側へ通過する気流Aによって、基端側へ引き伸ばされる。
そして、放電Sにおける、中心電極4側の放電端S1は、中心電極4の側面に沿って、基端側へ移動する。放電端S1は、僅かずつではあるが、中心電極4を消耗させる。中心電極4の外層は母材42にて構成されているため、溶融することは防がれるが、消耗はする。それゆえ、仮に、母材42のうち、芯材6の外周側を被覆する部位が、その厚み分消耗すると、内部の芯材6が露出することとなる。芯材6は、例えば、銅合金等、比較的融点が低い材料からなる場合、外部に露出すると、溶出するおそれがある。かかる事態が生じると、中心電極4の放熱性が低下してしまい、プレイグニッション等の不具合を招くことにもなりかねない。
そこで、芯材6が露出することを防ぐために、芯材6の直径を小さくして、外周を被覆する母材42の厚みを大きくすることが考えられる。しかし、単純に芯材6を細くすると、中心電極4の放熱性が低下しやすい。それゆえ、この場合も、プレイグニッションの抑制効果が小さくなるおそれがある。
本形態のスパークプラグ1においては、芯材6に大径部61と小径部62とを設け、小径部62を、中心電極4の中でも消耗が生じやすい先端突出部41に設ける。これにより、極力、芯材6による放熱性を確保しつつ、芯材6の露出を防ぎやすい構造としている。しかも、芯材6の小径部62が小径柱状部621を有し、小径柱状部621を先端突出部41に配置している。これにより、先端突出部41における熱伝導性を極力確保しつつ、芯材6の露出を防ぐことができる。その結果、全体として、中心電極4の放熱性を確保しつつ、芯材6の露出を防ぎやすい、スパークプラグ1を得ることができる。
また、本形態のスパークプラグ1は、プラグカバー5が軸方向噴孔511を有する。この場合、上述したような、基端側へ向かう気流Aが、放電ギャップGに生じやすい。そうすると、放電端S1が、中心電極4における芯材6が内在する部位の外周面まで、移動する現象が生じやすい。かかるスパークプラグ1において、芯材6の露出を防ぎやすい中心電極4の構造とすることで、スパークプラグ1の長寿命化を効果的に図ることができる。
また、放電ギャップGと軸方向噴孔511との間の軸方向Zの距離d1は、放電ギャップGと絶縁碍子3の先端との間の軸方向Zの距離d2よりも短い。この場合には、特に、軸方向噴孔511から副燃焼室50に気流Aが流入したとき、放電ギャップGにも基端側へ向かう気流が生じやすい。それゆえ、上述の中心電極4の構造を採用することで、スパークプラグ1の長寿命化を効果的に図ることができる。
以上のごとく、本形態によれば、芯材の露出を防ぎやすい、内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
(実施形態2)
本形態は、図5~図8に示すごとく、放電ギャップGを、中心電極4とプラグカバー5との間に形成した形態である。
本形態においては、実施形態1にて開示した接地電極7は、設けていない。しかし、プラグカバー5における、軸方向噴孔511の内周端縁の一部が、中心電極4の先端に対向する。そして、軸方向噴孔511の内周端縁の一部と、中心電極4の先端との間に、放電ギャップGが形成される。したがって、プラグカバー5における、軸方向噴孔511の内周端縁の一部が、接地電極の役割を果たす。
本形態は、図5~図8に示すごとく、放電ギャップGを、中心電極4とプラグカバー5との間に形成した形態である。
本形態においては、実施形態1にて開示した接地電極7は、設けていない。しかし、プラグカバー5における、軸方向噴孔511の内周端縁の一部が、中心電極4の先端に対向する。そして、軸方向噴孔511の内周端縁の一部と、中心電極4の先端との間に、放電ギャップGが形成される。したがって、プラグカバー5における、軸方向噴孔511の内周端縁の一部が、接地電極の役割を果たす。
より具体的には、放電ギャップGは、中心電極4の先端と、軸方向噴孔511における副燃焼室50側の端縁513との間に、形成される。そして、本形態においては、図6に示すごとく、放電ギャップGは、中心電極4の周りの全周にわたり、周状に形成される。
本形態のスパークプラグ1においては、中心電極4に電圧を印加することで、図7に示すごとく、放電ギャップGに放電Sが形成される。そして、軸方向噴孔511から副燃焼室50内に気流Aが流入すると、気流Aによって、図8に示すごとく、放電Sが基端側へ伸びる。このとき、中心電極4側の放電端S1が、中心電極4の側面に沿って基端側へ移動する。
上述のように、本形態においては、放電ギャップGが中心電極4の全周にわたり形成されるため、周方向におけるいずれの位置においても、中心電極4の外周面に沿った放電端S1の移動が生じ得る。ただし、例えば、中心電極4と軸方向噴孔511との位置関係を調整することで、放電Sの形成位置の制御は可能である。
芯材6の配置等、中心電極4の構造は、実施形態1と同様である。
その他は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
その他は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
本形態においても、実施形態1と同様に、中心電極4が外周側から消耗することによる芯材6の露出を防ぎやすい。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
(実施形態3)
本形態は、図9に示すごとく、接地電極7をハウジング2から径方向の内側へ向かって突出させた形態である。
すなわち、本形態のスパークプラグ1は、接地電極7をハウジング2に接合している。接地電極7の突出端と中心電極4の外周面との間に、放電ギャップGが形成される。また、本形態においては、放電ギャップGが、ハウジング2の先端よりも基端側に形成されている。中心電極4の先端も、ハウジング2の先端よりも基端側に配されている。
本形態は、図9に示すごとく、接地電極7をハウジング2から径方向の内側へ向かって突出させた形態である。
すなわち、本形態のスパークプラグ1は、接地電極7をハウジング2に接合している。接地電極7の突出端と中心電極4の外周面との間に、放電ギャップGが形成される。また、本形態においては、放電ギャップGが、ハウジング2の先端よりも基端側に形成されている。中心電極4の先端も、ハウジング2の先端よりも基端側に配されている。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態においても、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本形態においても、実施形態1と同様の作用効果を有する。
(実施形態4)
本形態は、図10に示すごとく、接地電極7を、プラグカバー5から基端側へ突出させるように接合した形態である。
本形態において、接地電極7は、軸方向噴孔511の内周面に接合している。そして、接地電極7は、軸方向Zに沿って立設されている。また、接地電極7は、副燃焼室50に突出している。そして、接地電極7の突出端は、中心電極4の先端よりも、軸方向Zの基端側に位置している。接地電極7は、軸方向噴孔511側の側面において、中心電極4との間に放電ギャップGを形成する。
本形態は、図10に示すごとく、接地電極7を、プラグカバー5から基端側へ突出させるように接合した形態である。
本形態において、接地電極7は、軸方向噴孔511の内周面に接合している。そして、接地電極7は、軸方向Zに沿って立設されている。また、接地電極7は、副燃焼室50に突出している。そして、接地電極7の突出端は、中心電極4の先端よりも、軸方向Zの基端側に位置している。接地電極7は、軸方向噴孔511側の側面において、中心電極4との間に放電ギャップGを形成する。
本形態において、軸方向噴孔511は、図11に示すごとく、中心電極4と略同軸状に形成された主孔部514と、主孔部514からその径方向外側へ延設された延設孔部515とを有する。この延設孔部515に、接地電極7の一部が配置されている。そして、延設孔部515の内周面に、接地電極7が接合されている。
その他は、実施形態1と同様である。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態においては、軸方向噴孔511から副燃焼室50へ流入する気流が、接地電極7の側面に沿って、放電ギャップGを基端側へ導かれやすい。それゆえ、圧縮行程等において、放電が引き伸ばされやすくなり、着火性を向上させることができる。そして、放電端が、より先端突出部41における基端側へ移動しやすい。かかるスパークプラグ1において、中心電極4の芯材6の小径部62を先端突出部41に配置した構成とすることで、より効果的に、芯材6の露出を抑制することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
(実施形態5)
本形態は、図12に示すごとく、プラグカバー5の先端から副燃焼室50側へ突出した突出筒状体52を有するスパークプラグ1の形態である。
そして、この突出筒状体52が接地電極7となる。
本形態は、図12に示すごとく、プラグカバー5の先端から副燃焼室50側へ突出した突出筒状体52を有するスパークプラグ1の形態である。
そして、この突出筒状体52が接地電極7となる。
突出筒状体52は、軸方向Zにおいて、先端部から基端側へ向かうほど縮径するような略円錐形状を有すると共に、Z方向に貫通している。この突出筒状体52の内側の貫通空間が、軸方向噴孔511となる。突出筒状体52の基端と、中心電極4の先端との間に、放電ギャップGが形成されている。放電ギャップGは、中心電極4の先端部の全周にわたり、形成されている。
中心電極4の構造は、実施形態1と同様である。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態においても、実施形態1と同様の作用効果を有する。
中心電極4の構造は、実施形態1と同様である。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態においても、実施形態1と同様の作用効果を有する。
(実施形態6)
本形態は、図13に示すごとく、中心電極4の芯材6における小径部62が、互いに直径の異なる第1の小径柱状部621aと第2の小径柱状部621bとを有する形態である。
本形態は、図13に示すごとく、中心電極4の芯材6における小径部62が、互いに直径の異なる第1の小径柱状部621aと第2の小径柱状部621bとを有する形態である。
第2の小径柱状部621bは、第1の小径柱状部621aよりも直径が小さい。第2の小径柱状部621bは、第1の小径柱状部621aの先端側に連続して形成されている。第1の小径柱状部621aは、大径部61よりも直径が小さい。
第2の小径柱状部621bは、中心電極4の先端突出部41の第2部位412に配置されている。すなわち、先端突出部41における、第1部位411よりも直径が小さい部位である第2部位412の内側に、第1の小径柱状部621aよりも直径の小さい第2の小径柱状部621bが配されている。
その他は、実施形態1と同様である。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態においては、芯材6の露出を抑制しつつ、極力、中心電極4の先端に近い位置まで芯材6を配置することができる。その結果、中心電極4の放熱性を向上させ、プレイグニッションをより防止しやすくすることができる。また、第1部位411よりも小径の第2部位412の内側に、より小径の第2の小径柱状部621bが配されているため、第2の小径柱状部621bの外周側における母材42の厚みも確保することができる。それゆえ、母材42の消耗による小径柱状部621の露出も抑制することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本形態においては、小径部62が2つの小径柱状部621a、621bを有する形態を示したが、小径部62が互いに直径が異なる3つ以上の小径柱状部を備えた形態とすることもできる。この場合、より先端側の小径柱状部ほど直径が小さくなるように、これらの小径柱状部を配列させることとなる。
(実施形態7)
本形態は、図14に示すごとく、中心電極4及び接地電極7における、放電ギャップGに面する部位に、貴金属チップ43、73を接合した形態である。
貴金属チップ43、73は、例えば、イリジウム、白金等の貴金属又はその合金にて構成することができる。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態は、図14に示すごとく、中心電極4及び接地電極7における、放電ギャップGに面する部位に、貴金属チップ43、73を接合した形態である。
貴金属チップ43、73は、例えば、イリジウム、白金等の貴金属又はその合金にて構成することができる。
その他は、実施形態1と同様である。
本形態においては、放電ギャップGの拡大を抑制して、スパークプラグ1の長寿命化を図ることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
なお、本形態の変形形態として、中心電極4と接地電極7とのうちの一方のみに、貴金属チップを接合した形態とすることもできる。また、上述した他の実施形態において、適宜、同様に貴金属チップを、中心電極4と接地電極7との少なくとも一方に接合した構成とすることもできる。
本開示は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (3)
- 筒状の絶縁碍子(3)と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出する先端突出部(41)を有する中心電極(4)と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング(2)と、
上記先端突出部が配される副燃焼室(50)を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー(5)と、を有し、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室を外部に連通させる噴孔(51)が設けられており、
上記中心電極は、母材(42)と、該母材内に配されるとともに該母材よりも熱伝導率が高い芯材(6)と、を有し、
上記芯材は、大径部(61)と、その先端側に連続して形成された小径部(62)とを有し、
上記小径部は、上記大径部よりも直径が小さく、かつ軸方向(Z)の少なくとも一部において直径が一定となる小径柱状部(621)を有し、
上記小径柱状部の少なくとも一部は、上記絶縁碍子の先端よりも先端側に配されている、内燃機関用のスパークプラグ(1)。 - 少なくとも一つの上記噴孔は、軸方向に開口している軸方向噴孔(511)である、請求項1に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
- 放電ギャップ(G)と上記軸方向噴孔との間の軸方向の距離(d1)は、上記放電ギャップと上記絶縁碍子の先端との間の軸方向の距離(d2)よりも短い、請求項2に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
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