JPH09509785A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スパークプラグは接続手段を有し、その内側空洞内にガス耐久性のセラミック絶縁体（２）が配置され、その突出先端は筐体（１）の一端及び中心電極（９）でスパークギャップを形成するようセラミック絶縁体の延在された部分上に設けられる少なくとも一つの環状の補助電極（４、５）を有する電気的及び熱的導電性筐体（１）からなる。補助的な環状電極（４、５）の周辺の縁は厚くされている。少なくとも２つの環状電極（４、５）があり、それらの内側又は外側カラー（１２）は同じ方向に突出する。補助的な環状電極（４、５）は円筒形セラミック絶縁体（２）の狭くなる先端に従う厚い上下の周辺縁を有する先端を切り取られた円錐の表面内に形成された層で形成され、チッ化チタン（ＴｉＮ）で作られる。

Description

【発明の詳細な説明】 スパークプラグ 本発明の分野 本発明は内燃エンジンで用いられるスパークプラグの構造に関する。 技術の現状 内燃エンジンの一つの問題は燃焼室に送られる燃料空気混合物の点火の正確な タイミングを達成し、スパークが燃料空気混合物を点火するために有効であるこ とである。点火が非常に遅い又は効果的でない場合には燃料消費、故に汚染が増 加し、エンジン効率が減少する。 従来技術のスパークプラグはガス耐久性のデバイスを作るために鋼鉄の本体内 にシールされた円筒形セラミック絶縁体からなる。鋼鉄の本体の一端はスパーク プラグをエンジンブロック内に挿入するために螺刻されている。中心電極はセラ ミック絶縁体内に軸方向に挿入される。絶縁体の本体内の中心電極をシールする 金属ボルトは高電圧入力端子として供される。接地電極は鋼鉄の本体に電気的に 及び機械的に結合され、中心電極上に位置する。中心及び接地電極の両方はエン ジンの燃焼室内で動作する。その様なスパークプラグは中心電極を腐食させ、故 にプラグの使用寿命を減少する電極の小さな集中した表面上のスパーク放電を有 する。スパークプラグの他の型は例えば２又は３の電極である複数の接地電極を 有する。これらの電極はプラグの本体に溶接される。電極の端は中心電極に向か って曲げられる。接地電極はまた能動部品を表すプラグと共に一体として成型さ れる。しかしながらスパークプラグのこれらの型でさえ、磨滅により使用寿命は 短く、また製造は困難で高価である。 燃料と空気の混合物のより効率的でより速い点火、従ってより信 頼性の高いエンジン動作は複数放電を有するスパークプラグにより達成される。 スパークプラグのこの型では一般に３つまでの補助的な環状型の電極の配列を有 する。これらは多数の連続的なスパークギャップを形成する。補助的な電極は中 心電極とセラミック絶縁体の端部分の周辺の接地電極との間に配置される。特に 分離された複数スパーク放電は可燃性混合物の最も高い濃度の点で生ずる。故に これらのプラグの型は非常に薄い混合物に点火し、燃焼させることが可能である 。この種のスパークプラグは米国特許第１４６５５８２号に記載されている。中 心電極は金属屋根型カップで供される。円形領域上に形成された金属の環状の補 助電極はセラミック絶縁溝内に弾力的に嵌合される。プラグ本体の縁は絶縁体に 向かって曲げられるリムを有する。このスパークプラグは多くの欠点を有する。 エンジンの動作中、６００°Ｃから７００°Ｃの温度で、環状に形成された金属 は機械的な予応力を失う。環状に形成された部分からセラミック絶縁体への不充 分な熱の除去のために環状形成部分は加熱し、すぐに摩耗し、過負荷時には焼き 付きをしばしば生ずる。スパークプラグのこの型の中心電極の屋根型のカップは またエンジン動作中オーバーヒートする。これはカップが充分熱的に絶縁体に結 合していないためである。カップの断面はその熱吸収表面に対して不適切である 。故にオーバーヒートされたカップ及び環状成型部分は自己点火の危険が増加す る。更にまた鉄製のリムは汚染されるようになり、スパークギャップを短絡する 。 補助的な環状電極を用いるスパークプラグの他の型はイギリス国特許第２０９ ４８３３号に記載される。中心電極と補助的な電極の両方はプラグ本体内に組み 込まれる。このシステムの欠点はセラミック絶縁体の上部（即ちスパークギャッ プ）を燃焼室の最良の位置に設けることが不可能なことである。上記の理由によ りこれらのスパークプラグの使用は実用化されなかった。 本発明の背景 本発明によるスパークプラグの配置は従来技術に存在する欠点をかなり克服す る。そのスパークプラグは接続手段を有し、その内側空洞内でガス耐久性のセラ ミック絶縁体が配置され、その突出先端は筐体の一端及び中心電極でスパークギ ャップを形成するようセラミック絶縁体の延在された部分上に設けられる少なく とも一つの環状の補助電極を有する電気的及び熱的導電性筐体からなる。補助的 な環状電極の周辺の縁は厚くされていることが本発明の目的である。スパークプ ラグの寿命は補助電極上の磨滅が放電が集中しているところで最小化される故に 長くなる。 補助的な環状電極の周辺の縁は内側又は外側カラーを形成するよう厚くされ、 それは例えば絶縁体内の凹部内に内側に延在し、又は外側に延在し、又はその両 方の組合せを形成する。 補助的な環状電極は少なくとも２つの利点を有する；その周辺の縁は同じ方向 に突出するよう配置され、この配置はスパークギャップの両側上の補助的な環状 電極の均一な磨滅を可能とする。補助的な環状電極は円筒形セラミック絶縁体の 狭くなる先端に従う厚い上下の周辺縁を有する先端を切り取られた円錐の表面内 に形成された層で形成される。これはセラミック絶縁体の上端からの熱の放散を 改善し、全体的な温度分布を改善する。 狭くなる先端の上部に位置する補助的な環状電極の厚くされた外側の縁は中心 電極の外側に突出する端に隣接する。補助的な環状電極の厚くされた内側の縁は 内側凹部により円筒形の頭部の端に形成される筐体の内側縁に隣接する。故に複 数のスパークギャップがセラミック絶縁体の台形の表面に沿って連続的に位置す るよう設けられる。連続する補助的な環状電極のギャップは大きさが変化し、中 心及び接地電極と共に形成されるギャップに対して幅が異なる。金属本体の縁の 内側凹部はセラミック絶縁体の上端が動作時に清浄で冷却されるようにする。 補助的な環状電極の厚さは０．１から１．５ｍｍであり、一方で周辺の縁は０ ．２ｍｍ延在する。補助的な環状電極の共通の厚さは０．２ｍｍである。これら の寸法はエンジン動作モードの変化に従う最小の熱慣性と適合性を保証する。補 助的な環状電極はチッ化チタン（ＴｉＮ）で形成され、筐体は鋼で形成される。 セラミック絶縁体と補助的な環状電極の熱膨張率は類似（±１５％から±２０％ の範囲内）でなければならない故にＴｉＮが用いられ、これはこの条件を満たす 一つの材料である。 図の説明 本発明は以下に添付されている図を参照して詳細に説明される：図１は分離し た柔軟な金属環の形の補助的な環状電極からなる良く知られたスパークプラグの 断面図を示し；図２は本発明の実施例による複数スパークプラグの基本的な配列 を示し、図３から図５は本発明による厚くされた縁を有する補助的な環状電極の 種々の配置を示す。 好適実施例の説明 スパークプラグはその一端がエンジンブロック内に組み込まれるよう螺刻され 、外側筐体１の空洞内に軸方向に配置されるセラミック絶縁体２を含む鋼鉄の外 側筐体１からなる。筐体１の内側開口は多数の凹陥した領域を有する。セラミッ ク絶縁体２は鉄又は銅で作られた金属環３上に配置される。 環は外側筐体１と絶縁体２との間の良い接触を提供する。それによりガス耐久 性のスパークプラグが得られ、絶縁体２から外側筐体１へ、及びエンジンブロッ クへの良い熱伝導を提供する。外側筐体１の空洞は外側筐体１の内側円筒表面の 境界に沿って筐体の螺刻された部分でギャップを有する。外側筐体１の空洞はそ の螺刻された部分１内に凹部を有する。 筐体１はその螺刻された部分１の端で内側凹部を有する。セラミック絶縁体２ はこれらの部分の寸法の公差は決められたクリアラ ンスで組み立てられることを可能にするために筐体１の凹部の寸法に合うように 作られる。セラミック絶縁体２はそれの長さに沿った軸方向の内側空洞からなる 。この空洞は幾つかの凹部を有する。中心電極９は絶縁体２の空洞内に配置され る。この中心電極９は鋼鉄ボルト１１で導電性シール１０により接続され、これ は高電圧入力端子として設けられる。銅又は鉛を含むシール１０は鋼鉄ボルト１ １と中心電極９との間のガス耐久性シールを提供する。 これはエンジンの燃焼室を外部環境から分離するために供される。加えてシー ル１０は鋼鉄ボルト１１と中心電極９との間の電気的な接続を提供する。円筒形 セラミック絶縁体２の部分は筐体１を越えて延在するが、中心電極９の外側端に 向かって内側にテーパする。環３の位置から高電圧入力に向かって、絶縁体２の 直径は先端を切り取られた円錐型の先端を形成するように徐々に増加する。 ２つの補助的な環状電極４、５はセラミック絶縁体２の円錐型の先端上に設け られる。これらの環状電極は筐体１の上端と第一のスパークギャップ６を形成し 、中心電極９と第二のスパークギャップ８を形成するよう配置される。更なるス パークギャップ７は２つの補助的な電極４と５との間で形成される。第一のスパ ークギャップ６は長さが０．４ｍｍから１．５ｍｍである。好ましくはその範囲 は０．６ｍｍ−０．８ｍｍである。同様に他のスパークギャップ７、８は長さが ０．６ｍｍ−０．８ｍｍである。 補助的な環状電極４、５はＴｉＮ層から作られ、絶縁体２の先端の形に従う厚 い上下の周辺縁を有する概略トロイド型に形成され、即ち上の周辺縁でのトロイ ドの内側直径は下の周辺縁でのトロイドの内側直径より小さい。補助的な環状電 極４、５はセラミック絶縁体２と接点を形成し、それらはチッ化チタン（ＴｉＮ ）で作られる故にその熱膨張係数はセラミック絶縁体２のそれと類似であり、そ れらはなお絶縁体２と良い接触にある。ＴｉＮ層はプラズマ技術により絶縁体２ 上に堆積され、これはＴｉＮが分子の厚さの層で徐々 に堆積されることを可能にする。この方法は優秀な接着と、筐体１及びエンジン ブロックへの良い熱伝導性を提供する。補助的な環状電極４、５の厚さは約０． ２ｍｍであり、これは熱伝導を通して最小の熱慣性を保証し、エンジン動作モー ドの変化に適合する。補助的な環状電極４、５の間のスパークギャップ７の大き さはそれらの間の幅を変化することにより変化されえる。補助的な環状電極４、 ５は自由に変化でき、燃焼領域の深さによってのみ制限される幅を有する。第二 のスパークギャップ８の大きさは中心電極９と上の補助的な環状電極４との間に 位置し、絶縁先端のテーパ化された形の度合いに依存する。スパークは絶縁先端 の寸法を変更するよう形成されることにより燃焼領域に最も適切な場所に配置さ れうる。 形成中の動作で補助的な環状電極４、５は放電により徐々に腐食される。それ らの寿命を延長するためにスパークギャップ６、７、８に向かうそれらの周辺縁 は厚くされる。内側凹部により形成されるスパークプラグ筐体１の内側縁の一端 は下の補助的な環状電極５の厚い内側縁に近接する。中心電極９の外側に突出す る端は上の補助的な環状電極４の外側の厚い縁に近接する。補助的な環状電極４ 、５の縁１２は内側カラー即ち絶縁体へ凹陥されるか又は外側カラーで外側に向 かうかのいずれかで厚くされる。縁カラー１２の配置は放電による環状電極の腐 食が適切なスパークギャップの両側上で均一であるように同じ方向に位置するよ うにされる。カラー１２は厚さが概略０．２ｍｍであるが、無論それらは薄く又 は厚くできる。故に一般的に補助的な環状電極４、５の厚くされた縁の全体の厚 さは約０．４ｍｍである。非常に薄い層は放電及び高温度での化学的反応等々に より迅速に腐食され、非常に厚い層は製造が困難で時間がかかる。 本発明によるスパークプラグは内燃エンジンで用いられるよう意図されている 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 接続手段を有し、その内側空洞内でガス耐久性のセラミック絶縁体が配置 され、その突出先端は筐体の一端及び中心電極とスパークギャップを形成するよ うセラミック絶縁体の延在された部分上に設けられた少なくとも一つの環状の補 助電極を有する電気的及び熱的導電性筐体からなるスパークプラグであって、補 助的な環状電極（４、５）の周辺の縁は厚くされていることを特徴とするスパー クプラグ。 ２． 補助的な環状電極の周辺の縁は内側又は外側カラー（１２）を形成するよ う厚くされることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。 ３． 少なくとも２つの環状電極（４、５）があり、それらの内側又は外側カラ ー（１２）は同じ方向に突出することを特徴とする請求項１又は２記載のスパー クプラグ。 ４． 補助的な環状電極（４、５）は円筒形セラミック絶縁体（２）のテーパ化 された先端に従う厚い上下の周辺縁を有する先端を切り取られた円錐の表面内に 形成された層で形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載 のスパークプラグ。 ５． 円筒形セラミック絶縁体（２）のテーパ化された先端の上部に位置する補 助的な環状電極（４）の厚くされた外側の縁は中心電極（９）の外側に突出する 端に隣接することを特徴とする請求項４記載のスパークプラグ。 ６． 補助的な環状電極（５）の厚くされた内側の縁は内側凹部により円箇形の 頭部の端に形成される筐体（１）の内側縁に隣接することを特徴とする請求項１ 乃至５の内のいずれか１項記載のスパークプラグ。 ７． 補助的な環状電極（４、５）の厚さは０．１から１．５ｍｍであり、一方 で周辺の縁は０．２ｍｍ延在することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１ 項記載のスパークプラグ。 ８． 少なくとも一つの補助的な環状電極（４、５）はチッ化チタン（ＴｉＮ） で形成され、筐体（１）は鋼で形成されることを特徴とする請求項１乃至７のい ずれか１項記載のスパークプラグ。