(57)【要約】【課題】燃費が向上する技術を提供する。【解決手段】スパークプラグは、中心電極と、前記中心電極との間に火花放電のための隙間が形成された接地電極と、前記中心電極と前記接地電極とを先端側から覆って副室を形成するプラグカバーと、備え、前記プラグカバーには、貫通孔が設けられたスパークプラグであって、前記中心電極の軸線上で、前記中心電極と前記接地電極との最短距離を結ぶ線分の中点を中心とし、前記貫通孔の内側開口端のうち前記中心から最も近い点と接する球を仮想した場合、前記球の中に、前記副室の６０％以上が存在することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、
前記中心電極との間に火花放電のための隙間が形成された接地電極と、
前記中心電極と前記接地電極とを先端側から覆って副室を形成するプラグカバーと、
を備え、
前記プラグカバーには、貫通孔が設けられたスパークプラグであって、
前記中心電極の軸線上で、前記中心電極と前記接地電極との最短距離を結ぶ線分の中点を中心とし、前記貫通孔の内側開口端のうち前記中心から最も近い点と接する球を仮想した場合、
前記球の中に、前記副室の６０％以上が存在することを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグであって、
前記球の中に、前記副室の８０％以上が存在することを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のスパークプラグであって、さらに、
前記中心電極の外周に配置された筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置された筒状の主体金具と、を備え、
前記絶縁体は、外周に張り出す絶縁体段部を備え、
前記主体金具は、内周に張り出す金具内段部を備え、
前記絶縁体段部は、パッキンを介して前記金具内段部と接しており、
前記金具内段部の少なくとも一部が、前記球の中に存在することを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項４】
請求項３に記載のスパークプラグであって、
前記パッキンの少なくとも一部が、前記球の中に存在することを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記貫通孔を複数備え、
前記複数の貫通孔の内側開口端それぞれにおける前記中心から最も近い点は、いずれも前記球の半径を１．１倍にした仮想球の中に存在することを特徴とする、スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、例えば、ガソリンエンジンに用いる点火用のスパークプラグとして、中心電極と接地電極とを先端側から覆う副室が設けられたスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
通常、副室を有するスパークプラグは、火花を発生させるための中心電極と接地電極との隙間である火花ギャップにおいて火花放電した後、まず、副室内で火炎が発生する。その後、火炎によって副室内の圧力が高まり、この圧力によって火炎が副室内から貫通孔を通って、プラグカバーの外部に噴出する。そして、噴出した火炎を着火源として、燃焼室内の燃料ガスを燃焼させることにより、燃焼室内で爆発的な燃焼が起きる。
【０００４】
特許文献１では、スパークプラグの軸線に沿った方向において、火花ギャップの位置に副室の貫通孔が設けられているとともに、副室の最も先端側の位置においても貫通孔が設けられているスパークプラグが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２２４７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のスパークプラグでは、火花放電後、まず、火花ギャップの位置に設けられた貫通孔から火炎が噴出し、その後、最も先端側の位置の貫通孔から火炎が噴出する。このため、特許文献１のスパークプラグでは、副室内の圧力が十分に高まる前に貫通孔から火炎が噴出するため、副室からの火炎の噴出速度が十分に速いとは言えず、この結果として、火炎が燃焼室内に十分に行き渡らず、燃費が悪いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、スパークプラグが提供される。スパークプラグは、中心電極と、前記中心電極との間に火花放電のための隙間が形成された接地電極と、前記中心電極と前記接地電極とを先端側から覆って副室を形成するプラグカバーと、備え、前記プラグカバーには、貫通孔が設けられたスパークプラグであって、前記中心電極の軸線上で、前記中心電極と前記接地電極との最短距離を結ぶ線分の中点を中心とし、前記貫通孔の内側開口端のうち前記中心から最も近い点と接する球を仮想した場合、前記球の中に、前記副室の６０％以上が存在することを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、火花放電の発火点を中心とする球の中に副室の６０％以上が存在するため、副室内で発生した火炎によって十分に副室内の圧力が高くなる結果として、貫通孔から噴出する火炎の噴出速度を速くなるため、火炎が燃焼室内に十分に行き渡り、燃費が向上する。
【０００９】
（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記球の中に、前記副室の８０％以上が存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、副室内で発生した火炎によって副室内の圧力がより高くなる結果として、燃費が向上する。
【００１０】
（３）上記形態のスパークプラグにおいて、さらに、前記中心電極の外周に配置された筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に配置された筒状の主体金具と、を備え、前記絶縁体は、外周に張り出す絶縁体段部を備え、前記主体金具は、内周に張り出す金具内段部を備え、前記絶縁体段部は、パッキンを介して前記金具内段部と接しており、前記金具内段部の少なくとも一部が、前記球の中に存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、副室内で発生した火炎によって副室内の圧力がより高くなる結果として、燃費が向上する。
【００１１】
（４）上記形態のスパークプラグにおいて、前記パッキンの少なくとも一部が、前記球の中に存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、副室内で発生した火炎によって副室内の圧力がより高くなる結果として、燃費が向上する。
【００１２】
（５）上記形態のスパークプラグにおいて、前記貫通孔を複数備え、前記複数の貫通孔の内側開口端それぞれにおける前記中心から最も近い点は、いずれも前記球の半径を１．１倍にした仮想球の中に存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、貫通孔から噴出する火炎の噴出速度を略均等にできるため、燃焼室内の燃料ガスが燃焼する領域が偏ることを抑制でき、結果として燃費が向上する。
【００１３】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグが取り付けられたエンジンヘッド等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】スパークプラグの部分断面を示す説明図。
【図２】プラグカバーを先端側から見たときの模式図。
【図３】副室を拡大した図面。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．第１実施形態：
図１は、スパークプラグ１００の部分断面を示す説明図である。図１では、スパークプラグ１００の軸心である軸線ＣＡを境界として、紙面右側にスパークプラグ１００の外観形状を図示し、紙面左側にスパークプラグ１００の断面形状を図示している。本実施形態の説明では、図１の下方側をスパークプラグ１００の先端側と呼び、図１の上方側をスパークプラグ１００の後端側と呼ぶ。
【００１６】
スパークプラグ１００は、軸線ＣＡに沿った軸孔１２を有する絶縁体１０と、軸孔１２に設けられた中心電極２０と、絶縁体１０の外周に配置された筒状の主体金具５０と、主体金具５０に基端３２が固定された接地電極３０と、中心電極２０と接地電極３０とを覆うプラグカバー８０と、を備える。ここで、スパークプラグ１００の軸線ＣＡは、中心電極２０の軸線と同一である。
【００１７】
絶縁体１０は、アルミナを始めとするセラミック材料を焼成することにより形成された絶縁碍子である。絶縁体１０は、主体金具５０の内周に配置されている部材であり、先端側に中心電極２０の一部を収容し、後端側に端子金具４０の一部を収容する軸孔１２が中心に形成された筒状の部材である。絶縁体１０の軸方向中央には外径の大きい中央胴部１９が形成されている。中央胴部１９の後端側には、中央胴部１９よりも外径が小さい後端側胴部１８が形成されている。中央胴部１９の先端側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成されている。先端側胴部１７の更に先端側には、中心電極２０側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部１３が形成されている。
【００１８】
主体金具５０は、絶縁体１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位を包囲して保持する筒状の金具である。主体金具５０は、例えば、低炭素鋼により形成され、全体にニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が施されている。主体金具５０は、後端側から順に、工具係合部５１と、シール部５４と、取付ネジ部５２とを備える。工具係合部５１には、スパークプラグ１００をエンジンヘッドに取り付けるための工具が嵌合する。取付ネジ部５２は、主体金具５０の外周において全周に雄ネジが形成された部分であり、プラグカバー８０のネジ溝８６にねじ込まれる部分である。シール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成されている部分である。シール部５４とプラグカバー８０のカバーシール部８４との間には、板体を折り曲げることにより形成した環状のガスケット６５が嵌挿されている。主体金具５０の先端側の端面５７は、中空の円状であり、その中央からは、絶縁体１０の脚長部１３の先端と中心電極２０の先端とが突出している。
【００１９】
主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、厚みの薄い加締部５３が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に厚みの薄い圧縮変形部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁体１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６６，６７が介在されており、更にこれらのリング部材６６，６７間にはタルク６９の粉末が充填されている。スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３を内側に折り曲げるようにして先端側に押圧することにより圧縮変形部５８が圧縮変形する。この圧縮変形部５８の圧縮変形により、リング部材６６，６７及びタルク６９を介し、絶縁体１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。そして、この押圧により、タルク６９が軸線ＣＡ方向に圧縮されることにより、主体金具５０内の気密性が高められる。
【００２０】
主体金具５０には、内周に張り出した金具内段部５６が形成されている。また、絶縁体１０には、脚長部１３の後端に位置し、外周に張り出した絶縁体段部１５が形成されている。主体金具５０の内周において、金具内段部５６は、環状のパッキン６８を介して、絶縁体段部１５と接している。このパッキン６８は、主体金具５０と絶縁体１０との間の気密性を保持する部材であり、燃料ガスの流出を防止する。本実施形態では、パッキンとしては、板パッキンを用いる。
【００２１】
中心電極２０は、電極部材２１の内部に、電極部材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２２が埋設された棒状の部材である。電極部材２１は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から形成されており、芯材２２は、銅又は銅を主成分とする合金から形成されている。中心電極２０の先端側の端部には、例えば、イリジウム合金などによって形成された貴金属チップが接合されていてもよい。
【００２２】
中心電極２０の後端側の端部近傍には、外周側に張り出した鍔部２３が形成されている。鍔部２３は、絶縁体１０の軸孔１２において内周側に張り出した軸孔内段部１４に後端側から接しており、中心電極２０を絶縁体１０内で位置決めする。中心電極２０は、中心電極２０の後端側において、シール体６４及びセラミック抵抗６３を介して端子金具４０と電気的に接続する。
【００２３】
接地電極３０は、ニッケルを主成分とした合金によって形成されている。接地電極３０は、主体金具５０の端面５７に基端３２が固定されている。接地電極３０は、基端３２から先端側に向かって軸線ＣＡに沿って延び、先端部３３の一側面が中心電極２０の先端面に対向するように、その中間部分が屈曲されている。接地電極３０の先端部３３の中心電極２０側を向く面には、貴金属チップ３１が設けられている。接地電極３０の貴金属チップ３１と中心電極２０との間には、火花放電のための隙間が形成されている。以下、この隙間を「火花ギャップ」とも呼ぶ。貴金属チップ３１は、例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムあるいはこれらの合金によって形成されている。
【００２４】
プラグカバー８０は、中心電極２０と接地電極３０とを先端側から覆って副室Ｒを形成する部材である。本実施形態のプラグカバー８０は、ステンレス鋼により形成されている。副室Ｒは、火花ギャップを覆っている。本実施形態では、副室Ｒは、絶縁体１０と中心電極２０と主体金具５０とパッキン６８とプラグカバー８０とに囲まれた空間である。プラグカバー８０の内壁には、主体金具５０の取付ネジ部５２に螺合するネジ溝８６が切られており、主体金具５０をプラグカバー８０にねじ込むことにより、主体金具５０にプラグカバー８０が取り付けられている。
【００２５】
プラグカバー８０は、ネジ部８２と、カバーシール部８４とを備える。ネジ部８２は、プラグカバー８０の外周において全周に雄ネジが形成された部分であり、エンジンヘッドのネジ溝にねじ込まれる部分である。カバーシール部８４は、ネジ部８２の根元に鍔状に形成されている部分である。カバーシール部８４の先端側には、板体を折り曲げることにより形成された環状のガスケット８８が嵌挿されている。プラグカバー８０の厚さは、特に限定されないが、例えば、１．５ｍｍから３ｍｍ程度を例示できる。
【００２６】
プラグカバー８０には、自身の内部と外部とを連通する複数の貫通孔８１が設けられている。貫通孔８１を設けることにより、エンジンの燃焼室に存在する燃料ガスを副室Ｒに流入させるとともに、副室Ｒ内で発生させた火花によって副室Ｒ内の燃料ガスを着火させて火炎を発生させるとともに、この火炎をプラグカバー８０の外部に噴射させることができる。
【００２７】
図２は、プラグカバー８０を先端側から見たときの模式図である。本実施形態では、４個の貫通孔８１が軸線ＣＡを中心として等間隔に設けられている。なお、貫通孔８１の個数は、これに限られず、３個以下でもよく、５個以上でもよい。燃費向上の観点から、貫通孔８１の数は、２個以上８個以下が好ましく、３個以上６個以下がより好ましい。
【００２８】
図３は、副室Ｒを拡大した図面である。ここで、中心電極２０の軸線ＣＡ上で、中心電極２０と接地電極３０との最短距離を結ぶ線分の中点である点を中心Ｇとする球Ｓを仮想する。球Ｓは、貫通孔８１の内側開口端のうち中心Ｇから最も近い点Ｐと接する球である。つまり、球Ｓの半径ｒは、中心Ｇから点Ｐまでの線分となる。スパークプラグ１００が貫通孔８１を複数備える場合、複数の貫通孔８１の内側開口端のうち中心Ｇから最も近い点を点Ｐとする。
【００２９】
本実施形態では、球Ｓの中に副室Ｒの６０％以上が存在する。ここで、副室Ｒの体積とは、絶縁体１０と中心電極２０と主体金具５０とパッキン６８とプラグカバー８０とに囲まれた空間の体積を意味する。副室Ｒの体積には、貫通孔８１の体積を含まない。副室Ｒの体積は、Ｘ線ＣＴスキャナを用い、最大管電圧を２００ｋＶとし、最大管電流を１２０μＡとした条件において副室Ｒ内をスキャンすることによって得られる副室Ｒの３Ｄ画像から算出できる。また、この３Ｄ画像から、球Ｓの半径ｒを算出することにより、球Ｓの体積を算出できる。本実施形態のスパークプラグ１００では、副室Ｒの体積は、４５０ｍｍ３であり、球Ｓの体積は、１２７６ｍｍ３であり、球Ｓの中に副室Ｒの９２％が存在する。
【００３０】
本実施形態のスパークプラグ１００では、火花ギャップにおいて火花放電した後、まず、副室Ｒ内で火炎が発生する。その後、火炎によって副室Ｒ内の圧力が高まり、この圧力によって火炎が貫通孔８１を通り、プラグカバー８０の外部に噴出する。そして、噴出した火炎を着火源として、燃焼室内の燃料ガスを燃焼させることにより、燃焼室内で爆発的な燃焼が起きる。
【００３１】
本実施形態のスパークプラグ１００によれば、火花放電の発火点である点Ｇを中心とする球Ｓの中に副室Ｒの体積の６０％以上が存在するため、６０％未満の場合と比較して、点火時における副室Ｒ内の圧力が高くなる。副室Ｒ外への火炎の噴出速度は、副室Ｒ内の圧力と燃焼室内の圧力との圧力差に起因するところ、本実施形態によれば、火炎の噴出速度を速くすることができる結果として、燃焼室内に火炎を行きわたらせることができるため、燃費が向上する。燃費をより向上させる観点から、球Ｓの中に副室Ｒの７０％以上が存在することが好ましく、８０％以上存在することがより好ましい。球Ｓの中に存在する副室Ｒの上限は、特に限定されないが、１００％以下が好ましい。
【００３２】
また、本実施形態におけるスパークプラグ１００において、球Ｓの中に金具内段部５６が存在する。この形態のスパークプラグ１００によれば、中心Ｇよりも後端側における副室Ｒの体積が小さくなるため、点火時における副室Ｒ内の圧力がより高くなり、燃焼速度が向上するので燃費が向上する。
【００３３】
また、本実施形態におけるスパークプラグ１００において、球Ｓの中にパッキン６８が存在する。この形態のスパークプラグ１００によれば、中心Ｇよりも後端側における副室Ｒの体積が小さくなるため、点火時に発生する圧力を貫通孔８１に効率的に伝搬させることができる。なお、球Ｓに金具内段部５６が含まれなくてもよい。
【００３４】
また、本実施形態におけるスパークプラグ１００において、複数の貫通孔８１の内側開口端それぞれにおける中心Ｇから最も近い点は、いずれも球Ｓの半径ｒを１．１倍にした仮想球Ｓ１の中に存在する。一般に、火炎は、発火点から略同心円状に伝搬していくところ、この形態のスパークプラグ１００によれば、点火時に発生する圧力が、それぞれの貫通孔８１に略均等に伝搬する。この結果、貫通孔８１から噴出する火炎の長さを略均等にすることができるため、燃焼室内の燃料ガスが燃焼する領域が偏ることを抑制でき、結果として燃費が向上する。
【００３５】
また、本実施形態におけるスパークプラグ１００では、プラグカバー８０の側壁の一部が球Ｓの中に存在する。この形態のスパークプラグ１００によれば、点火時に発生する圧力が貫通孔８１に伝搬する時点で球Ｓの中に存在する側壁にも達するため、副室Ｒ内の圧力が高まる。この結果として、貫通孔８１から噴出する火炎の長さを長くすることができるため、燃焼室内における燃料ガスの燃焼速度を速くすることができ、燃費が向上する。
【００３６】
Ｂ．他の実施形態：
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００３７】
上述の実施形態では、主体金具５０とプラグカバー８０とは別体であるが、これに限られず、一体としてもよい。また、接地電極３０は、主体金具５０に設けられているが、これに限られず、例えば、プラグカバー８０に設けられていてもよい。
【００３８】
上述の実施形態では、球Ｓの中に金具内段部５６が存在するが、これに限られない。球Ｓに金具内段部５６が含まれなくてもよい。ただし、燃費向上の観点から、金具内段部５６の少なくとも一部が球Ｓの中に存在することが好ましい。
【００３９】
上述の実施形態では、球Ｓの中にパッキン６８が存在するが、これに限られない。球Ｓの中にパッキン６８が含まれなくてもよい。ただし、燃費向上の観点から、パッキン６８の少なくとも一部が球Ｓの中に存在することが好ましい。
【００４０】
上述の実施形態では、図３に示すとおり、金具内段部５６は、自身よりも先端側の部分及び自身よりも後端側の部分に対して、内周に張り出している。しかし、これに限られない。金具内段部５６は、自身よりも後端側の部分に対して内周に張り出していればよい。
【００４１】
上述の実施形態では、図３に示すとおり、複数の貫通孔８１の内側開口端それぞれにおける中心Ｇから最も近い点は、いずれも仮想球Ｓ１の中に存在する。しかし、これに限られない。複数の貫通孔８１の内側開口端それぞれにおける中心Ｇから最も近い点は、仮想球Ｓ１の中に存在しなくてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０…絶縁体
１２…軸孔
１３…脚長部
１４…軸孔内段部
１５…絶縁体段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０…中心電極
２１…電極部材
２２…芯材
２３…鍔部
３０…接地電極
３１…貴金属チップ
３２…基端
３３…先端部
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…シール部
５６…金具内段部
５７…端面
５８…圧縮変形部
６３…セラミック抵抗
６４…シール体
６５…ガスケット
６６，６７…リング部材
６８…パッキン
６９…タルク
８０…プラグカバー
８１…貫通孔
８２…ネジ部
８４…カバーシール部
８６…ネジ溝
８８…ガスケット
１００…スパークプラグ
ＣＡ…軸線
Ｇ…中心
Ｐ…点
Ｒ…副室
Ｓ…球
Ｓ１…仮想球
ｒ…半径
【図１】
2020187838.tif 000003
【図２】
2020187838.tif 000004
【図３】
2020187838.tif 000005