(57)【要約】点火プラグが、プラグの中心軸線１４に沿って延びる電気絶縁スリーブ１２と、チップ２０を有する第１の電極１６と、導電性シェル２２と、このシェルに取り付けられた、チップ２８を有する第２の電極２６とを有している。チップ２０および２８は放電面３０、３２を有し、これらがプラグのスパーク・ギャップ３４を画定する。スパーク・ギャップ３４の幅がギャップの長さに沿って変化して、放電面３０、３２がプラグの前記中心軸線１４に垂直に延びる平面３６、３８に対して異なる角度θ１、θ２で傾斜し、それによってギャップの最狭部Ｘ１がギャップの他端より第２の電極２６とシェル２２の間の接続部から遠くなるようになっている。
2005504424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグであって、
プラグの中心軸線（１４）に沿って延びる電気絶縁スリーブ（１２）と、
前記スリーブ内に取り付けられた第１の電極（１６）であって、前記スリーブの外側に突出するチップ（チップ）を有している第１の電極（１６）と、
前記スリーブを取り囲む導電性シェル（２２）と、
前記シェルに取り付けられ且つ電気的に接続された第２の電極（２６）と
を有し、前記第２の電極が、前記第１の電極のチップと対向する関係に配置されたチップ（２８）を有し、前記第１および第２の電極のチップのそれぞれが、他方の電極の放電面に面する放電面（３０、３２）を有し、前記２つの電極の放電面がプラグのスパーク・ギャップ（３４）を画定している点火プラグにおいて、
前記第１および第２の電極の放電面が、プラグの前記中心軸線に通常は垂直に延びる平面（３６、３８）に対して異なる角度（θ１、θ２）で傾斜しており、それによって前記スパーク・ギャップの幅がギャップの長さに沿って変化して、ギャップの最狭部（ｘ１）がギャップの他端よりも第２の電極とシェルの間の接続部から遠くなるようになされていることを特徴とする点火プラグ。
【請求項２】
前記スパーク・ギャップ（３４）のその長さに沿った幅の増加量が、少なくとも０．０５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項３】
前記スパーク・ギャップ（３４）の最狭幅（ｘ１）が０．６と１．３ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の点火プラグ。
【請求項４】
前記第１の電極の放電面（３０）が、プラグの中心軸線に垂直に延びる平面（３６）に対して２０°から５５°の間の角度（θ１）で傾斜していることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の点火プラグ。
【請求項５】
前記電極（１６、２６）の少なくとも１つの少なくとも一部が貴金属から形成されることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料に点火するために点火火花を提供するのに使用する点火プラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な通常の点火プラグは、プラグの中心軸線に沿って延びる電気絶縁スリーブを有する。こうしたスリーブは、セラミック材料から、特に通常はアルミナから作成される。プラグはまたスリーブ内に組み込まれた第１の電極であって、スリーブの外側に突出するチップを備えた第１の電極を有している。この電極はスリーブ内の中央に延びており、またスリーブの他端から突出する端子に電気的に接続されている。端子と第１の電極の間の接続部は、やはりスリーブ内に含まれてピーク電流を制御する働きをする抵抗体を含む。プラグの動作時に第１の電極に高電圧を印加することができるように、端子にはハイテンション・リードが適用される。プラグはまた、こうしたスリーブを取り囲む導電性シェルを有する。このシェルは、第１の電極のチップがエンジンのシリンダの燃焼室内に突出するように、通常はねじによってエンジン・ヘッド内に固定される。プラグはまた、通常は溶接によってシェルに取り付けられ且つ電気的に接続された第２の電極を有する。第２の電極は、燃焼室内で第１の電極のチップと対向する関係に配置されるチップを有している。
【０００３】
前述の一般的な通常の点火プラグでは、電極のチップがそれぞれ他方の電極の放電面に面する放電面を有しており、したがってこの２つの電極の放電面がプラグのスパーク・ギャップを画定する。第１の電極に高電圧が印加されると、火花はスパーク・ギャップを飛び越え、第２の電極、シェル、およびエンジン・ヘッドを経て接地に至る。ギャップを飛び越える時、火花は燃焼室内で燃料に点火する。第１の電極の放電面は、プラグの中心軸線に対して垂直な平面内に延びるように配置され、また第２の電極の放電面は第１の電極の放電面に平行に延びており、したがってスパーク・ギャップはその長さ方向に沿って一定の幅を有している。
【０００４】
これまで、第１および第２の電極の放電面を、プラグの中心軸線に垂直に延びる平面に対して同じ角度で傾斜させることが提案されてきた。それによって放電面の表面積が増大して、磨耗および堆積物形成の影響が低減される。また、放電面から離れるように傾いた傾斜側面を有するレール状に放電面を形成すること、および第２の電極の放電面を前述の平面に対して傾斜させて、最狭部がシェルと第２の電極の間の接続部に最も近くにあるようにスパーク・ギャップの幅を変化させることも提案されている（英国特許第２１８９５４５号）。それによって火花は最狭部で点火され、ギャップに沿ってそれが広がる方向に進むと言われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の通常の点火プラグでは、火花はギャップの長さ方向に沿って、または幅を跨いでどの位置でもギャップを横切ることが可能であり、その結果、場合によっては、第２の電極とシェルの間の接続部によって火花が混合気からある程度「マスク」され、それによって点火の信頼性が低下する。本発明の１つの目的は、この欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、プラグの中心軸線に沿って延びる電気絶縁スリーブと、スリーブ内に取り付けられた第１の電極であって、スリーブの外側に突出するチップを有する第１の電極と、スリーブを囲む導電性シェルと、このシェルに取り付けられ且つ電気的に接続された第２の電極とを有する点火プラグであって、第２の電極が前記第１の電極のチップと対向する関係に配置されたチップを有し、第１および第２の電極のチップのそれぞれが、他方の電極の放電面に面する放電面を有し、２つの電極の放電面がプラグのスパーク・ギャップを画定している点火プラグにおいて、スパーク・ギャップの幅が、ギャップの長さに沿って変化して、第１および第２の電極の放電面が、プラグの前記中心軸線に垂直に延びる平面に対して異なる角度で傾斜しており、それによってギャップの最狭部がギャップの他端よりも第２の電極とシェルとの間の接続部から遠くなるようにされていることを特徴とする点火プラグを提供する。
【０００７】
本発明の点火プラグでは、第２の電極とシェルの間の接続部から最も遠い位置で火花が形成される。これは確実に点火するのに最適な位置である。それによってまた、この位置に電極磨耗が集中するようになり、スパーク・ギャップのテーパーによって火花は第２の電極とシェルの接続部により近い位置に形成されるが、火花の長さが増加することにより火花の「マスキング」の増加が相殺され、その結果、点火性能は一貫して改善される。したがって、本発明のプラグは、その寿命を通じてプラグの性能が向上する。放電面の面積が増加することの利益は、電極の傾斜によっても維持される。
【０００８】
好ましくは、本発明の点火プラグでは、その長さに沿ったスパーク・ギャップの幅の増加量が少なくとも０．０５ｍｍであり、好ましくは０．０５から１．５ｍｍの間である。例えば、その増加量を０．１から０．２ｍｍの間とすることができる。スパーク・ギャップの最狭幅は、０．６ｍｍから１．３ｍｍの間とすることができる。例えば、最狭幅を約０．９ｍｍとすることができる。第１の電極の放電面は、プラグの中心軸線に垂直に延びる平面に対して、２０°から５５°の間の所定の角度で傾斜させることができる。
【０００９】
本発明は、従来の材料から形成されたこれらの電極を有する点火プラグに適用することができ、あるいは白金や銀などの貴金属の挿入物またはコーティングを有する点火プラグ、すなわち電極の少なくとも１つの少なくとも一部が貴金属から形成された点火プラグに適用することができる。
【００１０】
次に、本発明の例示的な点火プラグについて以下に詳細に記載するが、添付図面を参照して読まれたい。
【実施例】
【００１１】
図１に示した例示的な点火プラグ１０は、その電極の形態を除き、通常の構造のものである。プラグ１０は、プラグ１０の中心軸線１４に沿って延びる電気絶縁スリーブ１２を有している。スリーブ１２はセラミック材料で形成された通常の構造のものである。プラグ１０はまた、通常の方法でスリーブ１２内に取り付けられた第１の電極１６を有し、この電極１６は、やはりスリーブ１２に取り付けられた、スリーブの（図１における）上端から突出する端子１８に電気的に接続されている。電極１６はプラグ１０の中心に配置され、したがって軸線１４に沿って延びている。電極１６はプラグ１０の高圧電極であり、プラグ１０の下端でスリーブ１２の外側に突出するチップ２０を有している。プラグ１０はまた、スリーブ１２を取り囲む導電性シェル２２を有している。このシェル２２は、プラグ１０をエンジン・ヘッドに支持するためのねじ切りされた領域２４を有する通常の構造のものである。プラグ１０はまた、シェル２２に取り付けられた第２の電極２６を有し、これがシェル２２に電気的に接続されている。具体的には、プラグ１０の接地電極である電極２６はシェル２２の下端に溶接されている。第２の電極２６は、第１の電極１６のチップ２０と対向する関係に配置されたチップ２８を有している。具体的には、電極２６はシェル２２の下端から突出し、まず軸線１４と平行に延び、次いで内側に傾斜して、チップ２０の末端を越えて延びている。
【００１２】
第１の電極１６のチップ２０は下向きの放電面３０を有し、第２の電極２６のチップ２８は上向きの放電面３２を有している。チップ２０および２８の放電面３０および３２は互いに向き合っており、これらの放電面３０および３２がプラグ１０のスパーク・ギャップ３４を画定している。端子１８に高電圧が印加されると火花はギャップ３４を飛び越え、そしてその時に、チップ２０および２８が突出しているシリンダの内部の気体燃料に点火することができる。
【００１３】
図２は、電極１６および２６のチップ２０および２８をさらに詳細に示している。電極１６のチップ２０の放電面３０は、プラグ１０の中心軸線１４に垂直に延びる平面３６に対して（θ１と示した）ある角度で傾斜している。具体的には、θ１は３０°である。第２の電極２６のチップ２８の放電面３２も、軸線１４に垂直に延びる平面３８に対して（θ２と示した）ある角度で傾斜している。もちろん平面３６および３８は互いに平行であり、角度θ１およびθ２は電極２６を含む長さ方向の平面内で測定される。
【００１４】
スパーク・ギャップ３４の幅がギャップの長さに沿って変化するように、角度θ１およびθ２は互いに異なっている。その最狭部でのギャップ３４の幅はＸ１と示してあり、第２の電極とシェル２２の接続部から最も遠いギャップの点で生じる。ギャップの最広部はＸ２と示してあり、ギャップ３４の他端、すなわち第２の電極２６とシェル２２の間の接続部に最も近いギャップ３４の位置で生じている。具体的には、チップ２０と２８の間隔ならびに角度θ２は、Ｘ１が０．９ｍｍに等しく、かつＸ２が１．１ｍｍに等しくなるように選択される。図２はまた、シェル２２の外側にある電極１６のチップ２０の最小突起である中心電極突起（ＣＥＰ）も示しており、この場合には２．５ｍｍ〜２．８ｍｍである。
【００１５】
この例示的なプラグ１０の動作時には、確実に良好な点火を行うのに最適な位置に火花が配置されるように、火花は主に最狭部Ｘ１の近辺で生じる。チップ２０および２８が磨耗するにつれて、火花位置はギャップに沿って最広部Ｘ２に向かって徐々に移動するが、火花の長さが増加することによって性能が改善される。
【００１６】
図３は、一般的な２リットルの４気筒エンジンについて実施された試験プログラムの結果を示しており、Ａ、ＢおよびＣで示した通常の３種類のプラグと比較した、例示的なプラグ１０の燃焼安定性を示すものである。プラグＡの放電面は平面３６および３８と平行であり、したがって０．９ｍｍの一定のスパーク・ギャップ幅を有する。プラグＢおよびＣは、プラグＡと設計が異なっている。
【００１７】
図３のグラフのＸ軸は点火のタイミングを上死点前の角度で表し、Ｙ軸は平均排気圧の変化率を百分率で表している。したがって、このグラフは、点火タイミングが次第に好ましくない位置に移動するのに伴う燃焼の質の変化を示している。グラフ上の数が小さくなるほど、エンジンの動作は安定する。図３から、標準的なプラグの性能を表すプロットＡ、ＢおよびＣは、点火角度が約４０°に達するまでは（プロットＳで示した）プラグ１０の性能と同等であるが、その後はプラグ１２の性能の方が著しく良好になり、角度が大きくなるにつれてますますそうなっていくことが分かる。図３のグラフは、試験を行った全てのプラグの中でプラグ１０が最高の燃焼挙動を維持することをはっきりと示している。これは、火花がシリンダ内でプラグの電極に対して最適な位置に配置されるため、難しい条件の下でも燃料に点火する能力が高められることによると考えられる。
【００１８】
図４は図３と類似したグラフであるが、本発明の範囲内でプラグのＸ１を変化させることによる影響を示している。図４に示したグラフの軸は、図３のものと同じパラメータを表しており、例示的なプラグ１２のプロットＳも図４に示してある。プロットＤは本発明の範囲内のプラグの性能を表しているが、ギャップ３４の最狭部Ｘ１が１．１ｍｍに増加していることがプラグ１０とは異なっており、またＸ２が１．３ｍｍになるように角度θ１およびθ２は同じ値のままである。図４から、本発明の範囲内で変更されたプラグの性能は、プラグ１０より改善されていることが分かる。図４のプロットＥは、比較のために、プラグＡと類似しているが１．１ｍｍの一定幅のスパーク・ギャップを有するプラグの性能を示している。プロットＥは劣った性能を示しており、これはテーパー付きのギャップ３４の重要性を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示的なプラグによって得られる長さ方向の断面図である。
【図２】例示的なプラグのスパーク・ギャップ領域の拡大図である。
【図３】本発明の点火プラグおよび通常の点火プラグを用いて得られた試験結果を示すグラフである。
【図４】本発明の点火プラグおよび通常の点火プラグを用いて得られた試験結果を示すグラフである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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