JP4285366B2

JP4285366B2 - 内燃機関用のスパークプラグ

Info

Publication number: JP4285366B2
Application number: JP2004243861A
Authority: JP
Inventors: 啓二金生; 貞次石那田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: DE102005039880B4; JP2006066086A; DE102005039880A1

Description

本発明は、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用のスパークプラグに関する。

従来より、自動車等の内燃機関には、着火手段として以下の構成を有するスパークプラグが配設されている。即ち、該スパークプラグは、中心貫通孔を有する絶縁碍子と、該絶縁碍子の先端から突出する状態で上記中心貫通孔内に保持された中心電極と、碍子先端を突出させた状態で上記絶縁碍子を保持する取付金具と、上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを有する。

かかるスパークプラグにおいては、上記火花放電ギャップに高電圧を付与することから、中心電極から電波雑音が発生し、周辺機器に影響を及ぼすおそれがある。
そこで、中心貫通孔内における中心電極の基端側に抵抗体を配設して、上記電波雑音を防止する性能（雑防性）の向上を図る技術が開示されている（特許文献１、２参照）。

しかしながら、上記従来の技術は、１００ＭＨｚ近傍の高周波域における雑防性を向上させるものであり、３０ＭＨｚ近傍の低周波域における雑防性については充分な向上が図られておらず、かかる低周波域をも含めた雑防性向上のニーズが高まっている。
また、雑防性の向上には、上記抵抗体を火花放電ギャップに近づけることが有効であるが、この場合には、抵抗体の耐熱性が問題となるおそれがある。即ち、抵抗体の温度が上昇しすぎて、抵抗値が異常に上昇してしまうおそれがある。

特開昭５７−１７５８６号公報特開昭５６−８８９６３号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、雑防性に優れると共に耐熱性を確保することができる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。

本発明は、中心貫通孔を有する絶縁碍子と、該絶縁碍子の先端から突出する状態で上記中心貫通孔内に保持された中心電極と、碍子先端を突出させた状態で上記絶縁碍子を保持する取付金具と、上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを有する内燃機関用のスパークプラグにおいて、
該スパークプラグは、上記中心貫通孔内における上記中心電極の基端側に抵抗体を配設してなり、
上記中心電極の先端から上記抵抗体の先端までの先端間距離Ａは、１０ｍｍ≦Ａ≦２０ｍｍ、
上記抵抗体の直径Ｄは、２．０ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍであり、
上記絶縁碍子の上記中心貫通孔における上記抵抗体の先端側及び基端側にそれぞれ先端側ガラスシール及び基端側ガラスシールを配設してなり、上記抵抗体の軸方向長さＬ１は、１３ｍｍ≦Ｌ１≦１５ｍｍ、上記基端側ガラスシールの軸方向長さＬ２は、Ｌ２≦２．０ｍｍであり、
かつ、上記絶縁碍子は、上記抵抗体の上記先端が配される位置における肉厚Ｔが、１．２ｍｍ≦Ｔ≦２．０ｍｍであることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグは、上記中心電極の基端側に上記抵抗体を配設してなるため、中心電極において発生する電波雑音を抑制することができる。
そして、上記先端間距離Ａが、１０ｍｍ≦Ａ≦２０ｍｍであるため、雑防性を充分に確保することができると共に、耐熱性を確保して抵抗体の抵抗値異常上昇を防止することができる。即ち、先端間距離Ａを小さくして２０ｍｍ以下とすることにより、雑防性を確保することができる。また、先端間距離Ａを１０ｍｍ以上確保しておくことにより、抵抗体の温度上昇を抑制し、抵抗値の異常上昇を防ぐことができる。

また、上記抵抗体の直径Ｄは、２．０ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍであるため、抵抗体の温度上昇を抑制することができると共に、中心電極の寿命を確保することができる。即ち、上記直径Ｄを３．５ｍｍ以下とすることにより、中心電極からの抵抗体の受熱面積を小さくして、温度上昇を抑制することができる。その結果、抵抗体の抵抗値の異常上昇を防止することができる。一方、直径Ｄを２．０ｍｍ以上を確保しておくことにより、中心電極の直径を例えば１．５ｍｍ以上とすることが可能となり、中心電極の耐消耗性・耐熱性を確保することができる。

以上のごとく、本発明によれば、雑防性に優れると共に耐熱性を確保することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

本発明において、上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における着火手段として用いることができる。
本明細書において、上記スパークプラグにおける、内燃機関の燃焼室に挿入する側を先端側とし、その反対側を基端側とする。

また、上記先端間距離Ａが１０ｍｍ未満の場合には、耐熱性の確保が困難となるおそれがあり、抵抗体が例えば２００℃以上に温度上昇し、抵抗値の異常上昇を招くおそれがある。一方、上記先端間距離Ａが２０ｍｍを越える場合には、雑防性、特に３０ＭＨｚ近傍の低周波域における雑防性を充分に向上させることが困難となるおそれがある。
また、上記直径Ｄが２．０ｍｍ未満の場合には、中心電極の直径を確保することが困難となり、中心電極の耐消耗性・耐熱性を充分に確保することが困難となるおそれがある。一方、上記直径Ｄが３．５ｍｍを超える場合には、中心電極からの伝熱により、抵抗体の温度が上昇しやすくなり、抵抗値の異常上昇を招くおそれがある。

また、上記絶縁碍子は、上記抵抗体の上記先端が配される位置における肉厚Ｔが、１．２ｍｍ≦Ｔ≦２．０ｍｍである。
この場合には、雑防性をより向上させることができると共に、中心電極と取付金具との間の絶縁を確保することができる。
上記肉厚Ｔが１．２ｍｍ未満の場合には、中心電極と取付金具との間の絶縁を確保することが困難となるおそれがある。一方、上記肉厚Ｔが２．０ｍｍを超える場合には、雑防性を向上させることが困難となるおそれがある。

また、上記スパークプラグは、上記絶縁碍子の上記中心貫通孔における上記抵抗体の先端側及び基端側にそれぞれ先端側ガラスシール及び基端側ガラスシールを配設してなり、上記抵抗体の軸方向長さＬ１は、１３ｍｍ≦Ｌ１≦１５ｍｍ、上記基端側ガラスシールの軸方向長さＬ２は、Ｌ２≦２．０ｍｍである。これにより、抵抗体の軸方向長さＬ１を長くして、雑防性をより向上させることができる。
なお、抵抗体の酸化防止や固着等、基端側ガラスシールの機能発揮の観点から、該基端側ガラスシールの軸方向長さＬ２は、例えば０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

軸方向長さＬ１が１３ｍｍ未満の場合には、雑防性を充分に向上させることが困難となるおそれがある。一方、軸方向長さＬ１が１５ｍｍを超える場合には、抵抗体の充填密度が不充分となり、スパークプラグの使用中に抵抗値が異常上昇し、耐久性を確保することが困難となるおそれがある。
また、基端側ガラスシールの軸方向長さＬ２が２．０ｍｍを超える場合には、上記抵抗体の軸方向長さＬ１を上記の範囲に設定したとき、抵抗体の充填密度を充分に確保することが困難となるおそれがある。その結果、抵抗体の耐久性を確保することが困難となるおそれがある。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる内燃機関用のスパークプラグにつき、図１を用いて説明する。
本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、中心貫通孔２１を有する絶縁碍子２と、該絶縁碍子２の先端から突出する状態で上記中心貫通孔２１内に保持された中心電極３と、碍子先端を突出させた状態で上記絶縁碍子２を保持する取付金具４と、上記中心電極３との間に火花放電ギャップ１１を形成する接地電極５とを有する。

スパークプラグ１は、中心貫通孔２１内における中心電極３の基端側に抵抗体６を配設してなる。
中心電極３の先端３１から抵抗体６の先端６１までの先端間距離Ａは、１０ｍｍ≦Ａ≦２０ｍｍである。
また、抵抗体６の直径Ｄは、２．０ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍである。

また、絶縁碍子２は、抵抗体６の先端６１が配される位置における肉厚Ｔが、１．２ｍｍ≦Ｔ≦２．０ｍｍである。
上記スパークプラグ１は、絶縁碍子２の中心貫通孔２１における抵抗体６の先端側及び基端側にそれぞれ先端側ガラスシール７１及び基端側ガラスシール７２を配設してなる。上記抵抗体６の軸方向長さＬ１は、１３ｍｍ≦Ｌ１≦１５ｍｍ、基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２は、Ｌ２≦２．０ｍｍである。
なお、抵抗体６の酸化防止や固着等、基端側ガラスシール７２の機能発揮の観点から、該基端側ガラスシールの軸方向長さＬ２は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

また、先端側ガラスシール７１の軸方向長さは１ｍｍ程度である。
また、上記基端側ガラスシール７２の基端側には、端子電極１２が配設されている。該端子電極１２は、絶縁碍子２の基端側から突出した状態で中心貫通孔２１内に配設されている。
上記取付金具４は、スパークプラグ１を内燃機関に固定するための取付ネジ部４１を外周に設けてなる。

上記抵抗体６は、カーボン系の抵抗材料からなり、粉末状の抵抗材料を絶縁碍子２の中心貫通孔２１に加圧充填することにより、形成されている。また、抵抗体６を構成する抵抗材料におけるカーボン（Ｃ）の含有量は、例えば１〜２重量％である。
また、上記先端側ガラスシール７１及び基端側ガラスシール７２は、ガラスに銅粉（Ｃｕ）を混入させてなる銅ガラスからなる。

上記絶縁碍子２の中心貫通孔２１に中心電極３、先端側ガラスシール７１、抵抗体６、基端側ガラスシール７２、及び端子電極１２を配設するに当っては、まず、これらの部材を上記中心貫通孔２１に順次挿入する。その後、約７５０℃の高温下において端子電極１２を先端側に向かって押圧する。これにより、先端側ガラスシール７１、抵抗体６、及び基端側ガラスシール７２が、中心貫通孔２１内において溶融圧着される。その後、徐々に冷却することにより、先端側ガラスシール７１及び基端側ガラスシール７２が抵抗体６の両端に密着し、抵抗体６を中心貫通孔２１内に密閉固定する。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグ１は、上記中心電極３の基端側に上記抵抗体６を配設してなるため、中心電極３において発生する電波雑音を抑制することができる。
そして、上記先端間距離Ａが、１０ｍｍ≦Ａ≦２０ｍｍであるため、雑防性を充分に確保することができると共に、耐熱性を確保して抵抗体６の抵抗値異常上昇を防止することができる。即ち、先端間距離Ａを小さくして２０ｍｍ以下とすることにより、雑防性を確保することができる。また、先端間距離Ａを１０ｍｍ以上確保しておくことにより、抵抗体６の温度上昇を抑制し、抵抗値の異常上昇を防ぐことができる。

また、上記抵抗体６の直径Ｄは、２．０ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍであるため、抵抗体６の温度上昇を抑制することができると共に、中心電極３の寿命を確保することができる。即ち、上記直径Ｄを３．５ｍｍ以下とすることにより、中心電極３からの抵抗体６の受熱面積を小さくして、温度上昇を抑制することができる。即ち、直径Ｄを小さくすることにより、中心電極３の放熱経路を、抵抗体６の方向ではなく、中心電極３の外周方向にあるウォータージャケット（図示略）の方向へ移行させることができる。これによって、抵抗体６の温度上昇を抑制することができる。

その結果、抵抗体６の抵抗値の異常上昇を防止することができる。
一方、直径Ｄを２．０ｍｍ以上確保しておくことにより、中心電極３の直径を例えば１．５ｍｍ以上とすることが可能となり、中心電極３の耐消耗性・耐熱性を確保することができる。

また、絶縁碍子２における上記肉厚Ｔが、１．２ｍｍ≦Ｔ≦２．０ｍｍであるため、雑防性をより向上させることができると共に、中心電極３と取付金具４との間の絶縁を確保することができる。
また、上記抵抗体６の軸方向長さＬ１が、１３ｍｍ≦Ｌ１≦１５ｍｍであり、上記基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２が、Ｌ２≦２．０ｍｍである。これにより、抵抗体６の軸方向長さＬ１を長くして、雑防性をより向上させることができる。
また、抵抗体６の軸方向長さＬ１を１５ｍｍ以下とすることにより、抵抗体６の充填密度を充分に確保して、抵抗値の異常上昇を防止している。

即ち、上述のごとく、抵抗体６を絶縁碍子２の中心貫通孔２１内に充填するに当っては、基端側から先端側に向かって抵抗体６を加圧することとなるが、Ｌ１を１５ｍｍ以下としておけば、上記の加圧力を抵抗体の全体に充分に伝えることができる。それ故、抵抗体６の充填密度を充分に確保して、抵抗値の異常上昇を防止することができる。
また、基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２を２．０ｍｍ以下としておくことにより、上記の加圧力が充分に抵抗体６の全体に伝わることとなり、その結果、抵抗体６の軸方向長さＬ１を長くすることが可能となる。

以上のごとく、本例によれば、雑防性に優れると共に耐熱性を確保することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（実験例１）
本例は、図２に示すごとく、スパークプラグにおいて、中心電極の先端から抵抗体の先端までの先端間距離Ａが雑防性へ及ぼす影響につき調査した例である。
本例において試験体として使用したスパークプラグは、基本的には、実施例１において示した構成（図１参照）を有する。ただし、抵抗体６の直径Ｄは３．０ｍｍ、抵抗体６の先端６１が配される位置における絶縁碍子２の肉厚Ｔは１．６ｍｍ、抵抗体６の軸方向長さＬ１は１３ｍｍ、基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２は２．０ｍｍとした。

そして、上記先端間距離Ａについては、約１０〜２４ｍｍの間で種々変化させた。即ち、先端間距離Ａを、約１０ｍｍ、約１５ｍｍ、約２０ｍｍ、約２２．５ｍｍ、約２４ｍｍの４種類のものをそれぞれ６個ずつ試験体として用意した。先端間距離Ａが約２４ｍｍのものが、従来のスパークプラグである。

試験方法としては、ノイズレベル測定ベンチにおいて、スパークプラグを放電させた際に発生する電波雑音につき、周波数３０ＭＨｚにおけるノイズレベル（電波雑音のレベル）として測定した。
測定結果を図２に示す。従来のスパークプラグに対して、ノイズレベルが５ｄＢ以上低減することができれば、充分に雑防性を向上させているということができる。即ち、約７２ｄＢ以下とすることができれば、目標を達成できたものと見ることができる。
かかる観点から図２に示す結果を確認すると、上記先端間距離Ａを２０ｍｍ以下とすることにより、雑防性を充分に向上させることができることが分かる。

（実験例２）
本例は、図３に示すごとく、スパークプラグにおいて、抵抗体の直径Ｄが抵抗体の温度上昇へ及ぼす影響につき調査した例である。
本例において試験体として使用したスパークプラグは、実験例１と同様、基本的には、実施例１において示した構成（図１参照）を有する。ただし、先端間距離Ａは１０ｍｍ、絶縁碍子２の肉厚Ｔは１．６ｍｍ、抵抗体６の軸方向長さＬ１は１３ｍｍ、基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２は２．０ｍｍとした。

そして、上記抵抗体６の直径Ｄについては、２．５〜４．０ｍｍの間で種々変化させた。即ち、直径Ｄを、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍとした４種類のものをそれぞれ２個ずつ試験体として用意した。

これらの試験体（スパークプラグ）をエンジンに装着し、エンジンを稼動したときの抵抗体６の温度を測定した。具体的には、上記エンジンは、９０ｃｃの単気筒エンジンであり、スロットル全開で９０００ｒｐｍにて運転し、中心電極３の先端温度が９００℃となるときの抵抗体６の先端部の温度を測定した。測定方法としては、抵抗体６の先端部に熱電対を埋め込む方法を採った。

測定結果を図３に示す。
図３より分かるように、抵抗体６の直径Ｄを３．５ｍｍ以下とすることにより、抵抗体６の温度を２００℃以下にすることができる。抵抗体６の温度が２００℃以下であれば、抵抗値の異常上昇を防止することができる。

（実験例３）
本例は、図４に示すごとく、スパークプラグにおいて、抵抗体６の先端６１が配される位置における絶縁碍子２の肉厚Ｔが雑防性へ及ぼす影響につき調査した例である。
本例において試験体として使用したスパークプラグは、実験例１と同様、基本的には、実施例１において示した構成（図１参照）を有する。ただし、抵抗体６の直径Ｄは３．０ｍｍ、先端間距離Ａは２０ｍｍ、抵抗体６の軸方向長さＬ１は１３ｍｍ、基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２は２．０ｍｍとした。

そして、上記肉厚Ｔについては、約１．７〜２．３ｍｍの間で種々変化させた。即ち、肉厚Ｔを、約１．７ｍｍ、約２．０ｍｍ、約２．３ｍｍの３種類のものをそれぞれ６個ずつ試験体として用意した。
これらの試験体について、実験例１と同様のノイズレベル試験を行った。
測定結果を図４に示す。
同図より、絶縁碍子２の肉厚Ｔを小さくすることにより、ノイズレベルを低減することができ、Ｔ≦２．０ｍｍとすることにより、目標の７２ｄＢ以下を達成することができることが分かる。

（実験例４）
本例は、図５に示すごとく、スパークプラグにおいて、抵抗体の軸方向長さＬ１が雑防性へ及ぼす影響につき調査した例である。
本例において試験体として使用したスパークプラグは、実験例１と同様、基本的には、実施例１において示した構成（図１参照）を有する。ただし、抵抗体６の直径Ｄは３．０ｍｍ、絶縁碍子２の肉厚Ｔは１．６ｍｍ、先端間距離Ａは２０ｍｍ、抵抗体６の軸方向長さＬ１は１３ｍｍ、基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２は２．０ｍｍとした。

そして、抵抗体６の軸方向長さＬ１については、約１２〜１５ｍｍの間で種々変化させた。即ち、軸方向長さＬ１を、約１２ｍｍ、約１３ｍｍ、約１４ｍｍ、約１５ｍｍの４種類のものをそれぞれ６個ずつ試験体として用意した。
これらの試験体について、実験例１と同様のノイズレベル試験を行った。
測定結果を図５に示す。
同図より、抵抗体６の軸方向長さＬ１を大きくすることによりノイズレベルを低減することができ、Ｌ１≧１３ｍｍとすることにより目標の７２ｄＢ以下を達成することができることが分かる。

（実験例５）
本例は、図６に示すごとく、スパークプラグにおいて、基端側ガラスシールの軸方向長さＬ２が抵抗体の耐久性へ及ぼす影響につき調査した例である。
本例において試験体として使用したスパークプラグは、実験例１と同様、基本的には、実施例１において示した構成（図１参照）を有する。ただし、抵抗体６の直径Ｄは３．０ｍｍ、絶縁碍子２の肉厚Ｔは１．６ｍｍ、先端間距離Ａは２０ｍｍとした。

そして、抵抗体６の軸方向長さＬ１が１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍのスパークプラグに対し、それぞれ基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２を、０．２〜２．４ｍｍの間で種々変化させて試験を行った。
即ち、上記のごとくＬ１及びＬ２の値を変化させた試験体（スパークプラグ）を用意し、３００℃の高温化で２０時間放電させた後、初期に対する抵抗値の変化率を評価した。即ち、初期の抵抗値は５ｋΩに設定し、これに対する耐久後の変化率により評価した。
測定結果を図６に示す。なお、図６において、Ｌ１＝１３ｍｍの試験体の測定結果を△、Ｌ１＝１４ｍｍの試験体の測定結果を○、Ｌ１＝１５ｍｍの試験体の測定結果を□、Ｌ１＝１６ｍｍの試験体の測定結果を◇により、それぞれプロットした。

同図より分かるように、Ｌ１が１５ｍｍ以下のものについては、Ｌ２を２．０ｍｍ以下とすることにより、抵抗値の変化率を±１００％以内に抑えることができる。また、Ｌ１＝１６ｍｍのスパークプラグについても低効値変化率を±１００％以内に抑えようとすると、Ｌ２を１．０ｍｍ以下にする必要がある。
この結果から、抵抗体６の軸方向距離Ｌ１を１３〜１５ｍｍとして、基端側ガラスシール７２の軸方向長さＬ２を２．０ｍｍ以下とすることにより、抵抗値の変化を充分に抑制できることが分かる。

実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの部分断面図。実験例１における、測定結果を示す線図。実験例２における、測定結果を示す線図。実験例３における、測定結果を示す線図。実験例４における、測定結果を示す線図。実験例５における、測定結果を示す線図。

符号の説明

１スパークプラグ
１１火花放電ギャップ
２絶縁碍子
２１中心貫通孔
３中心電極
３１先端
４取付金具
５接地電極
６抵抗体
６１先端
７１先端側ガラスシール
７２基端側ガラスシール

Claims

中心貫通孔を有する絶縁碍子と、該絶縁碍子の先端から突出する状態で上記中心貫通孔内に保持された中心電極と、碍子先端を突出させた状態で上記絶縁碍子を保持する取付金具と、上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを有する内燃機関用のスパークプラグにおいて、
該スパークプラグは、上記中心貫通孔内における上記中心電極の基端側に抵抗体を配設してなり、
上記中心電極の先端から上記抵抗体の先端までの先端間距離Ａは、１０ｍｍ≦Ａ≦２０ｍｍ、
上記抵抗体の直径Ｄは、２．０ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍであり、
上記絶縁碍子の上記中心貫通孔における上記抵抗体の先端側及び基端側にそれぞれ先端側ガラスシール及び基端側ガラスシールを配設してなり、上記抵抗体の軸方向長さＬ１は、１３ｍｍ≦Ｌ１≦１５ｍｍ、上記基端側ガラスシールの軸方向長さＬ２は、Ｌ２≦２．０ｍｍであり、
かつ、上記絶縁碍子は、上記抵抗体の上記先端が配される位置における肉厚Ｔが、１．２ｍｍ≦Ｔ≦２．０ｍｍであることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。