JP5942961B2

JP5942961B2 - 内燃機関用のスパークプラグ

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Publication number: JP5942961B2
Application number: JP2013230421A
Authority: JP
Inventors: 光介林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: US20150123535A1; JP2015090808A; US9013095B1

Description

本発明は、自動車等の内燃機関に用いられるスパークプラグに関する。

自動車等の内燃機関の燃焼室に導入される混合気に着火するための着火手段として、スパークプラグがある。スパークプラグは、例えば、特許文献１に開示されているように、中心電極と、中心電極を内側に挿通保持する絶縁碍子と、絶縁碍子を内側に挿通保持するハウジングと、ハウジングに接合されて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備えている。また、絶縁碍子の内側には、中心電極と電気的に接続されたステムが中心電極側（先端側）と反対側である基端側から挿入されている。そして、スパークプラグは、点火コイルと電気的に接続される際に、絶縁碍子の基端部（以下、「碍子頭部」という。）がゴム製のプラグキャップ内に挿嵌される。

特開平１−２７９５８８号公報

しかしながら、上記内燃機関用のスパークプラグには、以下の課題がある。
近年、内燃機関の燃費向上等を目的として、過給を採用したり、圧縮比を高めたりすることが検討されている。これに伴い、燃焼室内の温度が向上する傾向にある。この場合、燃焼室内に曝されているスパークプラグの先端部は高温になりやすいが、先端部の熱は、中心電極からステムへ伝わり、碍子頭部も高温になりやすくなる。そうなると、碍子頭部に嵌合されたゴム製のプラグキャップは熱劣化しやすくなってしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、碍子頭部の温度上昇を抑制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。

中心電極と、
該中心電極を内側に挿通保持する絶縁碍子と、
該絶縁碍子を内側に挿通保持するハウジングと、
該ハウジングに接合されて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、
上記絶縁碍子の内側に挿通保持されたステム本体と、該ステム本体の基端側端部に配され上記絶縁碍子の基端から突出したターミナルとを備え、上記中心電極と電気的に接続されたステムとを有しており、
上記絶縁碍子は、上記ハウジングによって軸方向から支承される被支承部を有し、
上記絶縁碍子の内側における上記ステムと上記中心電極との間には断熱部材が介在しており、
上記絶縁碍子の内側には、上記断熱部材の脇又は内側を通ると共に、上記ステムと上記中心電極とを電気的に接続する導電部材が配されており、
上記断熱部材は、上記被支承部よりも基端側に配設されており、かつ、上記導電部材よりも熱伝導率が低いことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある。

上記内燃機関用のスパークプラグにおいては、上記絶縁碍子の内側における上記ステムと上記中心電極との間には断熱部材が介在している。これにより、中心電極からステムに伝わる熱を低減させることができる。それに伴い、ステムから絶縁碍子の基端部（碍子頭部）へ伝わる熱を減らすことができ、碍子頭部の温度上昇を抑制することができる。

また、上記絶縁碍子の内側には、断熱部材の脇又は内側を通ると共に、上記ステムと上記中心電極との間を導通する導電部材が配されている。これにより、ステムと中心電極との通電を確保している。

また、上記断熱部材は、上記被支承部よりも基端側に配設されている。そのため、中心電極から絶縁碍子を介してハウジングへ放熱される放熱経路において、中心電極及びハウジングに比して熱伝導性の低い絶縁碍子を通る伝熱距離が長くなることを防ぐことができる。それゆえ、中心電極の温度上昇の抑制も確保することができる。

以上のごとく、本例によれば、碍子頭部の放熱性を向上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。

実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの断面正面図。実施例１における、ハウジングを除いた図１のII−II線断面図。実施例２における、内燃機関用のスパークプラグの断面正面図。実施例３における、内燃機関用のスパークプラグの断面正面図。実施例４における、内燃機関用のスパークプラグの断面正面図。実施例４における、ハウジングを除いた図５のVI−VI線断面図。

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等の内燃機関に用いることができる。
また、本明細書において、スパークプラグの軸方向において、内燃機関の燃焼室に挿入される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

（実施例１）
上記内燃機関用のスパークプラグの実施例につき、図１、図２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、中心電極２と、中心電極２を内側に挿通保持する絶縁碍子３と、絶縁碍子３を内側に挿通保持するハウジング４と、ハウジング４に接合されて中心電極２との間に火花放電ギャップを形成する接地電極５とを備える。また、スパークプラグ１は、ステム６を有する。ステム６は、絶縁碍子３の内側に挿通保持されたステム本体６１と、ステム本体６１の基端側端部に配され絶縁碍子３の基端から突出したターミナル６２とを備え、中心電極２と電気的に接続されている。

絶縁碍子３は、ハウジング４によって軸方向から支承される被支承部３５を有する。絶縁碍子３の内側におけるステム６と中心電極２との間には断熱部材７が介在している。図１、図２に示すごとく、絶縁碍子３の内側には、断熱部材７の脇を通ると共に、ステム６と中心電極２とを電気的に接続する導電部材８が配されている。図１に示すごとく、断熱部材７は、被支承部３５よりも基端側に配設されている。

ハウジング４及び絶縁碍子３は、それぞれ略円筒形状に形成されている。ハウジング４の内周面には、内側に向かって突出した支承部４１が円環状に形成されている。一方、絶縁碍子３の被支承部３５は、絶縁碍子３の脚部３４の基端側において、外方へ広がるように円環状に形成されている。これにより、絶縁碍子３の被支承部３５が支承部４１の基端面に当接し、絶縁碍子３がハウジング４に軸方向に位置決めされる。なお、支承部４１と被支承部３５との間には、熱伝導性を有するリング部材が介在していてもよい。また、ハウジング４は、例えば鉄合金からなり、絶縁碍子３は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる。

絶縁碍子３は、上述のごとく、略円筒形状を有し、軸方向に貫通した軸孔３０を有する。軸孔３０は、先端側に開口した先端側孔部３０１と、基端側に開口した基端側孔部３０３とを有する。そして、基端側孔部３０３は、先端側孔部３０１よりも直径が大きく、基端側孔部３０３と先端側孔部３０１との間には、段差部３０２が形成されている。該段差部３０２は、絶縁碍子３における被支承部３５よりも基端側に形成されている。

中心電極２は、略円柱状に形成された電極母材２１と、電極母材２１の先端に接合された貴金属チップ２２とからなる。電極母材２１は、基端部に拡径した拡径部２１１を有する。電極母材２１は、Ｎｉ基合金等からなり、貴金属チップ２２は、イリジウム、白金等の貴金属又はその合金等からなる。

中心電極２は、絶縁碍子３における先端側孔部３０１に配置されており、その先端部（貴金属チップ２２）は、絶縁碍子３の先端から突出している。そして、電極母材２１の基端部に設けた拡径部２１１は、絶縁碍子３における段差部３０２に、軸方向の基端側から当接している。これにより、中心電極２が、絶縁碍子３に対して、軸方向に位置決めされている。

絶縁碍子３の軸孔３０（基端側孔部３０３）の基端部には、ステム６が挿入されている。ステム６は、絶縁碍子３の内側に挿通保持されるステム本体６１と、ステム本体６１の基端側において絶縁碍子３から露出し、点火コイルと接続されたターミナル６２とを有している。ステム６は、例えば鉄合金からなる。

ステム６と中心電極２との間にはレジスタ１１が配されている。このレジスタ１１は、スパークプラグ１における点火ノイズを抑制するためのものである。レジスタ１１は、少なくともカーボン又はセラミック粉末等の抵抗材及びガラス粉末を含むレジスタ組成物を加熱封着することにより形成する、あるいはカートリッジ型抵抗体を挿入することによって構成することができる。
また、ステム６とレジスタ１１との間、及びレジスタ１１と中心電極２との間は、それぞれ導電部材８によって互いに電気的に接続されている。本例において、導電部材８は、銅ガラスからなり、絶縁碍子３の軸孔３０の内周面に溶着固定されている。

そして、ステム６とレジスタ１１との間には、断熱部材７が配されている。つまり、ステム６とレジスタ１１との間において、断熱部材７が導電部材８に埋設された状態となっている。また、断熱部材７は、軸方向において、先端面が絶縁碍子３の被支承部３５よりも基端側に位置している。図１、図２に示すごとく、断熱部材７の直径は、絶縁碍子３の基端側孔部３０３の直径よりも小さい。すなわち、断熱部材７は、絶縁碍子３の軸孔３０の内周面全周には当接しておらず、径方向においては断熱部材７と絶縁碍子３との間の隙間にも導電部材８が配されている。断熱部材７は、ジルコニア（ＺｒＯ₂）からなるが、これに限られず、アルミナ、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等によって構成することもできる。また、断熱部材７は、例えばシリコーンオイルのような液体によっても構成することができる。断熱部材７は、中心電極２、ステム６、導電部材８、レジスタ１１のいずれよりも熱伝導率が低い。

次に、本例の作用効果につき説明する。
内燃機関用のスパークプラグ１においては、絶縁碍子３の内側におけるステム６と中心電極２との間には断熱部材７が介在している。これにより、中心電極２からステム６に伝わる熱を低減させることができる。それに伴い、ステム６から絶縁碍子３の基端部（碍子頭部３１１）へ伝わる熱を減らすことができ、碍子頭部３１１の温度上昇を抑制することができる。

また、絶縁碍子３の内側には、断熱部材７の脇を通ると共に、ステム６と中心電極２との間を導通する導電部材８が配されている。これにより、ステム６と中心電極２との通電を確保している。

また、断熱部材７は、被支承部３５よりも基端側に配設されている。そのため、中心電極２から絶縁碍子３を介してハウジング４へ放熱される放熱経路において、中心電極２及びハウジング４に比して熱伝導性の低い絶縁碍子３を通る伝熱距離が長くなることを防ぐことができる。それゆえ、中心電極２の温度上昇の抑制も確保することができる。

（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、断熱部材７を、ステム本体６１の先端面６１１に形成した例である。例えば、断熱部材７は、ステム本体６１の先端面６１１にコーティングすることにより形成することができる。なお、本例においては、断熱部材７はステム本体６１の先端面６１１のみに形成されているが、ステム本体６１の側面にも形成してもよい。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、製造容易な内燃機関用のスパークプラグ１を提供することができる。すなわち、予めステム本体６１の先端面６１１に断熱部材７を形成したステム６を、絶縁碍子３の内側に挿通することにより、断熱部材７をスパークプラグ１の所定の位置に配設することができる。すなわち、スパークプラグ１の組付工数を低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、断熱部材７を、中心電極２の基端面２１２に形成した例である。例えば、断熱部材７は、中心電極２の基端面２１２にコーティングすることにより形成することができる。なお、本例においては、断熱部材７は中心電極２の基端面２１２のみに形成されているが、中心電極２の側面にも形成してもよい。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合にも、実施例２と同様に、製造容易な内燃機関用のスパークプラグ１を提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図５、図６に示すごとく、断熱部材７の内側に貫通孔７０を形成した例である。貫通孔７０は軸方向に貫通形成されている。そして、貫通孔７０の内部には、導電部材８が配されており、断熱部材７の先端側に配された導電部材８と、基端側に配された導電部材８との間の導通が保たれている。また、断熱部材７の直径は、絶縁碍子３の軸孔３０の直径と略同一であり、断熱部材７は、その全周において絶縁碍子３の軸孔３０の内周面に当接している。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、断熱部材７の貫通孔７０の内側を介して、ステム６と中心電極２との間を電気的に導通することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、上記実施例１〜４においては、レジスタ１１を配置する例を示したが、レジスタを配置しない構成とすることもできる。また、断熱部材の位置は、レジスタとステムとの間に限らず、レジスタと中心電極との間でもよい。また、レジスタとステムとの間と、レジスタと中心電極との間との双方に配置してもよい。また、実施例２と実施例３とを組み合わせ、ステム本体の先端面と中心電極の基端面との双方に、断熱部材をコーティングした構成にする等、実施例１〜４を適宜組み合わせた構成とすることもできる。

１スパークプラグ
２中心電極
３絶縁碍子
３５被支承部
４ハウジング
５接地電極
６ステム
６１ステム本体
６２ターミナル
７断熱部材
８導電部材

Claims

中心電極（２）と、
該中心電極（２）を内側に挿通保持する絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子（３）を内側に挿通保持するハウジング（４）と、
該ハウジング（４）に接合されて上記中心電極（２）との間に火花放電ギャップを形成する接地電極（５）と、
上記絶縁碍子（３）の内側に挿通保持されたステム本体（６１）と、該ステム本体（６１）の基端側端部に配され上記絶縁碍子の基端から突出したターミナル（６２）とを備え、上記中心電極（２）と電気的に接続されたステム（６）とを有しており、
上記絶縁碍子（３）は、上記ハウジング（４）によって軸方向から支承される被支承部（３５）を有し、
上記絶縁碍子（３）の内側における上記ステム（６）と上記中心電極（２）との間には断熱部材（７）が介在しており、
上記絶縁碍子（３）の内側には、上記断熱部材（７）の脇又は内側を通ると共に、上記ステム（６）と上記中心電極（２）とを電気的に接続する導電部材（８）が配されており、
上記断熱部材（７）は、上記被支承部（３５）よりも基端側に配設されており、かつ、上記導電部材（８）よりも熱伝導率が低いことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
上記断熱部材（７）は、上記ステム本体（６１）の先端面（６１１）に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
上記断熱部材（７）は、上記中心電極（２）の基端面（２１２）に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。