(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と該基部の径より小なる径を有し、前記基部の端部に設けられた径小部とからなる中心電極と、前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子を保持する取付金具と、一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中心電極の先端面とにより、第１放電ギャップを形成する第１接地電極と、一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中心電極の側面とにより、第２放電ギャップを形成する第２接地電極とからなり、前記第２接地電極の先端面が前記絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外側に位置しており、前記第１放電ギャップをＡ，前記絶縁碍子の先端面の径方向長さをＢ，前記絶縁碍子と前記第２接地電極との最短距離をＣ，前記中心電極の前記径小部の始点と前記絶縁碍子の内周先端との最短距離をＤ、前記中心電極の前記径小部の始点と前記絶縁碍子の先端面との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向長さをＥ、前記絶縁碍子の端面と前記第２接地電極の端面の前記取付金具側の角部との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向距離をＦ，前記第２接地電極の先端面における軸方向厚さをＧとした時、
Ａ≦（Ｃ＋Ｄ）＋０．５Ｂ
Ｂ≧０．６ｍｍ
Ｃ≦１．６ｍｍ
Ｅ≦０
−０．５Ｇ≦Ｆ≦０
｜Ｂ｜＋｜Ｅ｜＋｜Ｆ｜≧１．２ｍｍ
である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放電ギャップを形成する前記第１接地電極及び前記中心電極の少なくとも一方には、貴金属部材を有す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】
前記貴金属部材は、ＰｔやＩｒの貴金属よりなる純貴金属材料または、ＰｔやＩｒを主成分とする合金であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関用スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己清浄作用を向上させた内燃機関用スパークプラグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に対する関心が高まり、層状燃焼を採用することにより低燃費の内燃機関が、より環境によい内燃機関ということで注目されてきている。
【０００３】
しかしながら、燃焼室内にて層状燃焼を生じせしめる場合、過濃混合気がスパークプラグ近傍に集まり、スパークプラグのカーボン汚損の発生が容易になされる状態となってしまう。そして、このようなカーボン汚損によれば、中心電極を保持する絶縁碍子の表面の絶縁低下が生じ、しいては中心電極と接地電極との間の正規の放電ギャップ間での火花放電ではなく、絶縁碍子と取付金具との間での碍子表面よりハウジング奥部における火花放電が生じてしまうという問題が生じてしまう。
【０００４】
このような不具合を解消するために、従来より、火花清浄スパークプラグとして、例えば、実公昭５３−４１６２９号公報や特開昭４７−１９２３６号公報が知られている。
【０００５】
実公昭５３−４１６２９号公報では、接地電極を複数設け、第１接地電極と中心電極とにより第１放電ギャップを形成し、第１接地電極とは異なる第２接地電極と中心電極により第２放電ギャップを形成している。そして、この公報によれば、通常の火花放電は、第１放電ギャップにて火花放電させるが、上述のような絶縁碍子のカーボン汚損時には、第２放電ギャップにて火花放電させることにより、絶縁碍子を汚損しているカーボンを消失させて、放電の奥飛びを抑制し、着火性の低減を抑制している。
【０００６】
さらに、特開昭４７−１９２３６号公報においては、通常の放電ギャップである第１放電ギャップと絶縁碍子の汚損時に放電する第２放電ギャップとを有し、中心電極の端面を絶縁碍子の端面と略同一高さとする点を特徴としている。
【０００７】
このような構成を採用することにより、第１放電ギャップにおける放電と第２放電ギャップにおける火花放電とを略同一高さにて生じさせることができ、どちらのギャップにおける火花放電においても着火性の変化が少ないという効果を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実公昭５３−４１６２９号公報では、第２放電ギャップは、取付金具端部に設置され、第１放電ギャップとは離れているため、第１放電ギャップと第２放電ギャップとに飛火した場合では、着火性が大きく異なり、特に層状燃焼においては、ドライビリティの不良が発生するという問題が生じる。
【０００９】
さらに飛火位置が絶縁碍子先端面より、絶縁碍子の付根側に位置するため、チャネリングが発生し易いという問題が生じる。
【００１０】
また、特開昭４７−１９２３６号公報においては、第１放電ギャップと第２放電ギャップとを同じ高さである内燃機関用スパークプラグとしているので、中心電極先端と碍子先端面は同じ高さにならざるえない。そのため、絶縁碍子先端部の消炎作用により、第１放電ギャップにおける放電において、着火性が低減するという問題が生じてしまう。
【００１１】
また、上記のスパークプラグにおいて、第２放電ギャップによる絶縁碍子表面での沿面放電によって、絶縁碍子表面に付着したカーボンを消失させている。しかしながら、この絶縁碍子表面の沿面放電によって、カーボンの消失と同時に、図１２（ａ）や（ｂ）に示されるような絶縁碍子表面に溝を形成させてしまうというチャネリングの発生という問題が生じることを新規に見いだした。
【００１２】
尚、図１２（ａ）は、スパークプラグの絶縁碍子を中心電極側から見た図であり、図１２（ｂ）は、スパークプラグの絶縁碍子を横から見た図である。
【００１３】
そこで、本願発明は、上記問題点を鑑みられたものであり、通常は気中放電を行い、且つ汚損時には、沿面放電により絶縁碍子先端部のカーボンを放電火花により消失させることで汚損を回復し、対汚損寿命を大幅に向上させるとともに、絶縁碍子表面のチャネリングの発生を抑制させた内燃機関用スパークプラグを提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本願発明においては、以下のような構成を採用することにより、上記課題を解決することができることを見出したものである。
【００１７】
また、請求項１の発明においては、基部と該基部の径より小なる径を有し、前記基部の端部に設けられた径小部とからなる中心電極と、前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子を保持する取付金具と、一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中心電極の先端面とにより、第１放電ギャップを形成する第１接地電極と、一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中心電極の側面とにより、第２放電ギャップを形成する第２接地電極とからなり、前記第２接地電極の先端面が前記絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外側に位置しており、前記第１放電ギャップをＡ，前記絶縁碍子の先端面の径方向長さをＢ，前記絶縁碍子と前記第２接地電極との最短距離をＣ，前記中心電極の前記径小部の始点と前記絶縁碍子の内周先端との最短距離をＤ、前記中心電極の前記径小部の始点と前記絶縁碍子の先端端面との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向長さをＥ、前記絶縁碍子の端面と前記第２接地電極の端面の前記取付金具側の角部との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向距離をＦ，前記第２接地電極の先端面における軸方向厚さをＧとした時、Ａ≦（Ｃ＋Ｄ）＋０．５Ｂ
Ｂ≧０．６ｍｍ
Ｃ≦１．６ｍｍ
Ｅ≦０
−０．５Ｇ≦Ｆ≦０
｜Ｂ｜＋｜Ｅ｜＋｜Ｆ｜≧１．２ｍｍ
である内燃機関用スパークプラグを提供するものである。
【００１８】
これら、数値範囲である内燃機関用スパークプラグを採用することにより、後述の如く、自己清浄性が優れるだけでなく、チャネリングの発生を抑制することができた内燃機関用スパークプラグを提供することができるものである。
【００１９】
請求項２の発明においては、前記第１放電ギャップを形成する前記第１接地電極及び前記中心電極の少なくとも一方には、貴金属部材を有する内燃機関用スパークプラグを提供するものである。
【００２０】
前記貴金属部材は、ＰｔやＩｒの貴金属やＰｔやＩｒを主成分とする合金であることが好ましい。
【００２１】
このように、中心電極又は接地電極の少なくとも一方に、貴金属チップが設けられていると、電極の耐消耗性を向上させることができ、長寿命の内燃機関用スパークプラグを提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施態様について説明する。
【００２３】
本実施形態のスパークプラグを図１乃至図３に示す。図１乃至図３に示すように、本実施態様のスパークプラグ１は、円筒形状の取付金具２を有しており、この取付金具２は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ねじ部２ａを備えている。取付金具２の内部には、例えばアルミナセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる絶縁碍子３が固定されており、この絶縁碍子３の軸孔３ａに中心電極４が固定されている。絶縁碍子３の先端部３ｂは、取付金具２より露出するように設けられているとともに、中心電極４は、絶縁碍子３の先端部３ｂより露出するように設けられている。
【００２４】
絶縁碍子３の先端部３ｂの先端には、基部である先端部３ｂよりも径小であるとともに、略同一径を有する細径部３ｃが設けられている（図２参照）。
【００２５】
中心電極４は、内材がＣｕ（銅）等の熱伝達性に優れた金属材料、外材がＮｉ（ニッケル）基合金等の耐熱性及び耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、図２に示すように、中心電極４の先端が絶縁碍子３の細径部３ｃから露出するように設けられている。また、中心電極４の基部４ａの先端には、基部４ａよりもさらに径小なる第１の径小部４ｂを有し、さらにその先端には、第２の径小部を形成する貴金属部材１０を有する。そして、第１の径小部４ｂの先端と貴金属部材１０の境界点である始点Ｘは、絶縁碍子の細径部３ｃの端面よりもスパークプラグの軸方向長さとして、０．１５ｍｍ内側に形成されている。
【００２６】
図２及び図３に示すように、取付金具２の一端には、第１接地電極５，第２接地電極６及び７がそれぞれ溶接により固定されている。特に、第２接地電極６，７は、各々の先端面が絶縁碍子３の細径部３ｃにおける外径より大きい径であるとともに、細径部３ｃの径より距離Ｃだけ大きい径に位置するように配置されている。
【００２７】
尚、これら第１乃至第２接地電極５，６及び７は、Ｎｉ基合金材料から構成されている。
【００２８】
そして、中心電極４の先端面である貴金属部材１０の先端面と第１放電ギャップＡが形成されるように、第１接地電極５と貴金属部材１０が対向配置されている。また、中心電極４の先端である貴金属部材１０の側面と絶縁碍子３及び細径部３ｃを介して第２放電ギャップが形成されるように、第２接地電極６，７と貴金属部材１０とが対向配置されている。
【００２９】
また、中心電極４の先端部４ｂに形成された貴金属部材１０は、１０重量％のＲｈで残部ＩｒよりなるＩｒを主成分としたＩｒ合金材料よりなる。また、放電ギャップＡの第１の接地電極５側には、１０重量％のＮｉで残部ＰｔよりなるＰｔ合金材料貴金属チップ１１が抵抗溶接によって溶接固定されている。
【００３０】
ここで、本実施態様の内燃機関用スパークプラグ１においては、図２を参照するに、第１放電ギャップＡを１．１ｍｍ，絶縁碍子３の先端面の径方向長さＢを１．０ｍｍ，絶縁碍子３の細径部３ｃの先端面と第２接地電極６又は７との最短距離Ｃを０．６ｍｍ，貴金属部材１０の始点Ｘと絶縁碍子３の内周先端との最短距離Ｄを０．２ｍｍ，貴金属部材１０の始点Ｘと絶縁碍子３の内周先端との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向長さＥを−０．１５ｍｍ，絶縁碍子３の端面と第２接地電極６，７の端面の取付金具側の位置との絶縁碍子３の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向距離Ｆを−０．３ｍｍとした。
【００３２】
このような形状の内燃機関用スパークプラグについて、着火性，チャネリングの発生を考慮した結果、十分満足した結果を得ることができた。
【００３３】
尚、本実施例形態においては、中心電極４の先端に、第１の径小部４ｂを形成し、この第１の径小部４ｂのさらに先端に、第２の径小部であるＩｒ合金よりなる貴金属部材１０を設けた。そして、この中心電極４において、第１の径小部４ｂと第２の径小部である貴金属部材１０との境界部であり、第２の径小部の始点である始点Ｘを絶縁碍子３の端面よりも０ｍｍ以上内側に位置するようにした。
【００３４】
さらに、絶縁碍子３の先端には、絶縁碍子３の基部よりも径小なる細径部３ｃを有する絶縁碍子３を採用した。
【００３５】
しかしながら、本実施形態においては、このような形状に限定されるものではなく、例えば、図４のような貴金属部材１０が設けられないスパークプラグにおいても同様の効果を得ることができる。また、絶縁碍子３に細径部３ｃが設けられなくても本発明の形状とすることにより、本発明の作用・効果を得ることができる。
【００３６】
尚、本発明の絶縁碍子の端面よりも０ｍｍ以上内側の中心電極先端の径小部の始点Ｘとは、絶縁碍子の端面に最も近い径小部の始点である。そのため、貴金属部材を有する場合には、上記実施態様の如き、第１の径小部４ｂと貴金属部材１０の境界部が本発明の径小部の始点Ｘとなる。また、貴金属部材を有しない場合での始点とは、図４に示す起点Ｘが本発明の始点となる。
【００３７】
さらには、図５に示す如く、貴金属部材１０を設けることなく、絶縁碍子３の先端に細径部３ｃを設けた絶縁碍子３のみを採用しても、本発明の作用・効果を得ることができる。
【００３８】
さらにまた、図６に示す如く、貴金属部材１０を設けるとともに、絶縁碍子３の先端に細径部３ｃを設けない内燃機関用スパークプラグとしても、やはり本発明の作用・効果を得ることができる。
【００３９】
さらには、本実施態様では、貴金属部材として、Ｒｈが１０重量％添加されたＩｒ合金を採用したが、本発明は、これに限定されるものでなく、例えば、ＩｒにＰｔ等の他の添加剤を添加させてもよいし、純ＩｒやＰｔ又はＰｔを主成分とした合金、さらには、他の貴金属部材を採用しても同様の作用・効果を得ることができるものである。
【００４０】
【実施例】
以下、本願発明の内燃機関用スパークプラグとするための数値範囲の根拠を詳細に説明する。
【００４１】
（正常時における第１放電ギャップへの確実な火花放電）
まずはじめに、我々発明者らは、通常時においては、中心電極４の先端に設けられた貴金属部材１０と第１接地電極５間での第１放電ギャップにおいて、第１の火花放電が生じさせ、燃焼室内における燃料と確実に着火させるとともに、絶縁碍子３の先端面がカーボン等が付着する絶縁碍子３の汚損時は、中心電極４と第２接地電極６，７間での第２の放電ギャップで第２の火花放電を生じさせ、絶縁碍子３の表面のカーボン等を消失させ、絶縁碍子３の表面を清浄させることができる内燃機関用スパークプラグの条件について鋭意研究した。
【００４２】
その結果を図７を用いて説明する。
【００４３】
図７は、横軸に第１放電ギャップＡと絶縁碍子と第２接地電極６，７との最短距離Ｃとの関係において、通常の火花放電発生時において、確実に第１放電ギャップＡにて放電することのできる領域を見いだした。
【００４４】
こで、○印は、第１放電ギャップＡにて放電が行われた場合を、×印は、第２放電ギャップにて放電が行われた場合を示す。
【００４５】
尚、この時の絶縁碍子の先端面の径方向長さＢを１．０ｍｍ，中心電極の径小部の始点Ｘと絶縁碍子３の内周先端との最短距離Ｄを０．２ｍｍとした。
【００４６】
図７より明らかなように、通常時において、確実に第１放電ギャップＡにて火花放電を行わしめるためには、
Ａ≦（Ｃ＋Ｄ）＋０．５Ｂ
の関係が必要であることが理解される。
【００４７】
（汚損時における確実な第２接地電極への火花放電）
次に、汚損時においては、第２放電ギャップにて火花放電が発生することのできる条件を鋭意研究した。
【００４８】
その結果を図８を用いて説明する。
【００４９】
図８においては、第１放電ギャップＡを１．４ｍｍとし、エアーベンチで６気圧の条件において、絶縁碍子がカーボン等により汚損している時の火花放電の発生状況を示している。
【００５０】
この時、○印は、図９に示すように、第２放電ギャップにて火花放電ａが発生した場合であり、×印は、図９に示すように、中心電極４とハウジングとの間にて火花放電ｂが発生した場合を示す。また、△印は、火花放電ａと火花放電ｂとが混在した場合を示す。
【００５１】
図８に示されるように、絶縁碍子３と第２接地電極６，７との最短距離Ｃが１．６ｍｍ以下である場合に、火花放電ａを発生させることができ、好ましくは最短距離Ｃを１．２ｍｍ以下とした場合に、火花放電ａを確実に発生させることができることを見いだした。
【００５２】
（チャネリングの発生の抑制）
以上のように、我々は、正常時には、第１放電ギャップにて火花放電を確実に発生させるとともに、絶縁碍子表面におけるカーボン汚損時においては、第２放電ギャップにおける火花放電の発生にて、絶縁碍子表面を清浄させることができるためのスパークプラグの条件を見いだした。
【００５３】
しかしながら、絶縁碍子３先端面の汚損時において、第２放電ギャップにて発生される火花放電にて絶縁碍子３の端面に付着したカーボンを消失させるためには、絶縁碍子３の端面にて沿面放電をさせる必要がある。
【００５４】
しかしながら、このような絶縁碍子３の表面にて沿面放電を発生させると、図１２（ａ）（ｂ）に示されるように、この沿面放電により絶縁碍子３が削られ、溝状の窪みが形成されるというチャネリングの問題が生ずる。そして、このチャネリングが発生すると、第２放電ギャップにおける火花放電時に火花が溝の中を潜ることにより、着火性が低下するとともに、絶縁碍子３の端面に形成された溝の頂点部分に熱がこもりやすくなり、プラグの熱価が低下するという問題を有する。
【００６１】
そこで、我々は、チャネリングの発生を抑制するための具体的な条件を鋭意研究した。
【００６２】
その結果を図１１を用いて説明する。
【００６３】
図１１では、中心電極４の径小部の始点Ｘと絶縁碍子３の先端内周面との絶縁碍子３の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向長さＥと絶縁碍子３の端面と第２接地電極６，７の端面の取付金具側の位置との絶縁碍子３の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向距離Ｆとを各々変化させ、図１０と同様の実験を行った時のチャネリングによる絶縁碍子３の端面に形成された溝の深さを示す。尚、この時の絶縁碍子３の先端面の径方向長さＢを０．９ｍｍとした。
【００６４】
図１１より、｜Ｂ｜＋｜Ｅ｜＋｜Ｆ｜≧１．２ｍｍの条件を満足させることにより、絶縁碍子３の表面に発生する沿面放電を十分に長くさせることができ、しいてはチャネリングにより発生する溝の形成を抑制させることができることを見いだした。
【００６５】
（その他の条件）
尚、上記絶縁碍子３の先端面の径方向長さＢは、０．６ｍｍ以上が好ましい。０．６ｍｍよりも小である場合には、中心電極とハウジングとの絶縁を十分に保つことができず、中心電極とハウジングとが絶縁碍子３を介して直接放電してしまうという問題が生ずる。
【００６６】
中心電極の径小部の始点Ｘと絶縁碍子の先端面内周面との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向長さＥは、０ｍｍ以下が好ましい。
【００６７】
軸方向長さＥを０ｍｍより大とすると、絶縁碍子３の端面表面に発生する沿面放電を十分に長くすることができず、チャネリングの抑制を十分に行うことができない。
【００６８】
また、絶縁碍子の端面と第２接地電極６，７の端面の取付金具側の位置との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向距離Ｆは、０ｍｍ以下であり、かつ第２接地電極の先端における軸方向長さＧの半分より大であることが好ましい。
【００６９】
これは、第２接地電極６，７が絶縁碍子３と対向する部分が第２接地電極の端面の半分以上となると、第２接地電極への放電時に、第２接地電極の取付金具２とは反対側に放電経路が形成され、沿面放電距離を十分得ることができない。更に、第２接地電極上面が絶縁碍子先端面よりも低くなると沿面放電距離は得られるが、第２接地電極６，７と絶縁碍子３との間において、燃料が保持されるという燃料ブリッジという問題が生じやすくなるためである。
【００７０】
そして、このような燃料ブリッジが発生した場合には、例え絶縁碍子３の端面がカーボンによって汚損されたとしても第２接地電極６，７と中心電極４との間にて火花放電を発生することが非常に困難となってしまい、スパークプラグの自己正常機能が劣ってしまうという問題が生じてしまうのである。
【００７１】
以上のように、本発明を採用することにより、通常は気中放電を行い、且つ汚損時には、沿面放電により絶縁碍子先端部のカーボンを放電火花により消失させることで汚損を回復し、対汚損寿命を大幅に向上させるとともに、絶縁碍子表面のチャネリングの発生を抑制させた内燃機関用スパークプラグを提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様に係わる内燃機関用スパークプラグの半断面図である。
【図２】本発明の実施態様に係わる内燃機関用スパークプラグの要部拡大図である。
【図３】本発明の実施態様に係わる内燃機関用スパークプラグの要部拡大図である。
【図４】本発明のその他の実施態様を示すスパークプラグの要部拡大図である。
【図５】本発明のその他の実施態様を示すスパークプラグの要部拡大図である。
【図６】本発明のその他の実施態様を示すスパークプラグの要部拡大図である。
【図７】第１放電ギャップＡと最短距離Ｃとの関係を示す特性図である。
【図８】最短距離Ｃと放電経路との関係を示す特性図である。
【図９】最短距離Ｃを変化させた場合の放電距離の相違を示す説明図である。
【図１０】沿面距離Ｈと溝深さとの関係を示す特性図である。
【図１１】軸方向長さＥと軸方向長さＦとを変化させた場合の溝深さの変化を示す説明図である。
【図１２】図１２（ａ）（ｂ）は、チャネリングを説明する説明図である。
【符号の説明】
１・・・スパークプラグ、２・・・取付金具、３・・・絶縁碍子
４・・・中心電極，５・・・第１接地電極、６，７・・・第２接地電極
【図１】
0004248704.tif 000002
【図２】
0004248704.tif 000003
【図３】
0004248704.tif 000004
【図４】
0004248704.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004248704.tif 000007
【図７】
0004248704.tif 000008
【図８】
0004248704.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004248704.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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