JP2011214492A - 点火プラグ及びエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】プラグカバー内に中心電極及び接地電極を備えた点火室を設け、中心電極と接地電極との間にスパークを発生させて点火時期を設定する副室式点火プラグとして、火花点火を安定して且つ良好に発生することができる副室式点火プラグを提供する。
【解決手段】中心電極１６ａと接地電極１６ｂとを対向して点火室１４内に備え、点火室１４と燃焼室３とを連通する複数の連通孔１５がプラグカバーに備えられる点火プラグを構成するに、中心電極１６ａの先端小径部１７から、連通孔１５の交点Ｏまでの距離をＺ、各連通孔１５の中心を結ぶ仮想円の直径をＬ´として、０．３＜Ｚ／Ｌ´＜０．７の関係とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラグ中心線上に配置される中心電極と、前記中心電極に対向して設けられ、プラグ中心線に対して対称形状の放電部を有する接地電極とを、プラグカバー内に形成される点火室内に備え、シリンダヘッドに装着された装着状態で、前記点火室とエンジンのピストンに面する燃焼室とを連通する複数の連通孔が前記プラグカバーに備えられる点火プラグ、及び、その点火プラグを備えたエンジンに関する。

この種のエンジンは副室式エンジンとも呼ばれており、特許文献１、特許文献２に、この種の点火プラグ、副室式エンジンが開示されている。
この副室式エンジンでは、圧縮行程において、燃焼室内に於けるピストンの上昇により、点火室に燃料と燃焼用空気との混合気を流入させ、この圧縮行程の終期近傍あるいは膨張行程の始期近傍で、中心電極と接地電極に設けられた放電部との間にスパークを飛ばすことで点火室内に燃焼火炎を発生させ、膨張行程において、点火室から連通孔を介して燃焼室へ燃焼火炎を噴出し、燃焼室内の混合ガスの燃焼を良好に進行させることができる。
燃焼室から点火室へ侵入した混合気を点火プラグにより火花点火し、発生する燃焼火炎を連通孔から噴出させる点火方式では、燃焼室内の混合気を急速に多点点火して、比較的燃焼性の低いメタン等を主成分とする都市ガスを燃料とするエンジンにおいても安定した運転を可能とする。したがって、この種の点火プラグは、ボアが比較的大きく、燃料が気体、更に希薄燃焼である発電用のガスエンジンにとって、燃焼期間の短化を実現し、熱効率向上やＮＯｘ低減等のエミッション低下に大きく貢献できる非常に有用な点火プラグと言える。

特開２００７−７７９０２号公報 特開２００７−４０１７４号公報 特開２００１−２８４０１４号公報

特許文献３に記載されているように、従来、点火プラグの接地電極は点火後の火炎核成長を阻害させる（消炎作用）為、接地電極の幅が太いものは更に消炎作用が大きく働き、着火性が劣ることが判っている。しかし、従来の点火プラグに本願に言うような点火室を設け、その点火室内で点火させ、燃焼室と点火室との間に設けられた連通孔から噴射される火炎により燃焼室の急速燃焼を実現させる副室式点火プラグにおいては、接地電極のサイズや構成をどのように構成すれば着火性を向上させ、安定した点火を行うことができるかが明確でない。

特に、副室式点火プラグにおいては、圧縮行程において燃焼室から点火室内へ混合気を連通孔を介して侵入させるため、点火室内の混合気の流速が高速となりやすく、当該高速の混合気流が中心電極と接地電極との間に直接高速で流入すると、スパークの形成が不安定となることがある。一方、継続的に運転を繰り返すと、接地電極が高温と成り易く、当該接地電極の冷却（一般に「熱引き」と呼ばれ、点火室から連通孔を介して燃焼室に噴出する混合気により行われる接地電極からの放熱、及び接地電極基端側への伝熱）が充分でないと、接地電極自体が表面着火具として働き、スパークを発生して点火時期を設定するという、副室式点火プラグの役割が没却される場合も発生する。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、プラグカバー内に中心電極及び接地電極を備えた点火室を設け、中心電極と接地電極との間にスパークを発生させて点火時期を設定する副室式点火プラグとして、火花点火を安定して且つ良好に発生することができる点火プラグを提供する点にある。さらには、このような副室式点火プラグを備えて、火花点火を安定して且つ良好に発生することができるエンジンを提供するとともに、そのような運転を実現できるエンジンの運転方法を得ることにある。

上記目的を達成するための、本発明に係る点火プラグの特徴構成は、プラグ中心線上に配置される中心電極と、前記中心電極に対向して設けられ、プラグ中心線に対して対称形状の放電部を有する接地電極とを、プラグカバー内に形成される点火室内に備え、
シリンダヘッドに装着された装着状態で、前記点火室とエンジンのピストンに面する燃焼室とを連通する複数の連通孔が前記プラグカバーに備えられる点火プラグにおいて、
前記複数の連通孔の中心線の交点が、前記プラグ中心線上で、前記連通孔の点火室側開口より前記放電部側且つ前記放電部に対して前記中心電極の反対側の位置に設定され、前記複数の連通孔の夫々が、前記交点に向かう連通孔として前記プラグ中心線の周部に均等配置して形成され、前記中心電極に前記放電部に対向する先端小径部を設け、前記複数の連通孔を介して前記燃焼室から前記点火室に流入したガス流が、前記交点で合流するとともに前記接地電極側に流れ、前記放電部と前記先端小径部との間に、前記接地電極を迂回して流入する点にある。

本特徴構成によれば、複数の連通孔の夫々が、複数の連通孔の中心線の交点に向かう連通孔としてプラグ中心線の周部に均等配置されているので、各連通孔から点火室内に流入する混合気は、複数の連通孔の中心線の交点で合流される。そして、複数の連通孔の中心線の交点が、プラグ中心線上で、連通孔の点火室側開口より放電部側、且つ、放電部に対して中心電極の反対側の位置に設定されているので、その交点で合流された混合気は、接地電極の存在により中心電極と放電部との間に直接流入するのが阻止され、接地電極を迂回する。したがって、交点で合流された混合気は、中心電極と放電部との間に減速されて流入することになり、中心電極と放電部との間に流入する混合気の流速が高速にならず、スパークの形成を安定して行うことができる。しかも、中心電極には、放電部に対向する先端小径部が設けられているので、上述の交点側から先端小径部が、接地電極で隠れた位置に位置することになる。これにより、交点で合流された混合気の主流が確実に外れた状態で、中心電極と放電部との間に形成される点火点に到達することとなる。
以上のことから、プラグカバー内に中心電極及び接地電極を備えた点火室を設け、中心電極と接地電極との間にスパークを発生させて点火時期を設定する副室式点火プラグとして、火花点火を安定して且つ良好に発生することができる副室式点火プラグを実現できる。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記プラグ中心線に沿った前記先端小径部から前記交点までの距離をＺ、前記各連通孔の燃焼室側開口中心を結ぶ仮想円の直径をＬ´として、０．３＜Ｚ／Ｌ´＜０．７の関係にある点にある。

プラグ中心線に沿った先端小径部から交点までの距離Ｚを小さくすると、接地電極の冷却効果が小さくなり、接地電極温度が上昇し、異常燃焼が発生する。また、逆に、上述の距離Ｚを大きくすると、交点にて合流した混合気の上昇気流の流速が遅くなり過ぎて、同様に、接地電極の冷却効果の低下に繋がる。
そこで、本特徴構成によれば、上述の距離Ｚを、各連通孔の中心を結ぶ仮想円の直径Ｌ´に対する比として、０．３＜Ｚ／Ｌ´＜０．７としている。これにより、接地電極の冷却効果を効果的に得ることができる。しかも、Ｚ／Ｌ´とＣＯＶｉ（図示平均有効圧力の変動率）との関係を示す図５に示すように、０．３＜Ｚ／Ｌ´＜０．７とすることで、ＣＯＶｉを１．０％以下に抑えることができ、燃焼を安定して行うことができる。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記連通孔の点火室側開口が前記燃焼室側開口より前記接地電極側に位置し、時計周り方向で、前記プラグ中心線と前記連通孔の中心線との成す角が４０度以上、７０度以下である点にある。
プラグ中心線と連通孔の中心線との成す角を４０度より小さくすると、膨張工程において、点火室から連通孔を介して燃焼室へ火炎を噴射する際、ピストン側へ噴射され、その領域のみの混合気の燃焼に限られ、燃焼室側面近傍の混合ガスを良好に燃焼できない可能性がある。

プラグ中心線と連通孔の中心線との成す角を７０度よりも大きくすると、各連通孔から点火室に流入した混合気が中心電極と接地電極との間に向かう上昇気流とならない可能性がある。そこで、本特徴構成によれば、プラグ中心線と連通孔の中心線との成す角を７０度以下として、各連通孔から点火室に流入した混合気が中心電極と接地電極との間に向かう上昇気流となるようにしている。これにより、交点で合流された混合気は、中心電極と接地電極との間に向かう上昇気流となっており、接地電極を迂回して、中心電極と放電部との間に減速されて流入する。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記先端小径部の直径をＤｃ、前記放電部の幅をＬ、前記連通孔の孔径をＤｏ、前記連通孔の数をＮとして、Ｄｃ＜Ｌ＜Ｄｏ×Ｎの関係にある点にある。

Ｄｃ＜Ｌの条件を満たすことにより、先端小径部と放電部との位置関係について、上述の交点側から先端小径部が、接地電極で確実に隠れた位置に位置することになる。また、Ｌ＜Ｄｏ×Ｎの条件を満たすことにより、複数の連通孔の面積の合計との関係で接地電極の幅を大幅に大きくすることなく、中心電極と接地電極との間に流入する混合気の流速が過度に抑えられることを防止できる。これにより、交点で合流された混合気は、適切に接地電極を迂回して、中心電極と放電部との間に適度に減速されて流入し、スパークの形成をより安定的なものとすることができる。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記プラグ中心線方向視で、前記接地電極が、前記プラグ中心線周りの一部円周部分からプラグ中心を越えて延出される片持ち構造、前記プラグ中心線周りの対向位置する一対の円周部分をプラグ中心を越えて連結する一文字構造、又は前記プラグ中心線周りに９０度毎に位置する２対の円周部分を、プラグ中心を越えて連結する十文字構造である点にある。
このように、片持ち構造、一文字構造、又は十文字構造の何れかにより接地電極を所望の位置に的確に配置することができる。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記連通孔の数が３以上５以下である点にある。
このように、連通孔の数を５以下に制限することで、不要な連通孔を穿つ無駄をなくすことができる。一方、連通孔の数を２以下とすると、交点で合流させて混合気の流れを接地電極側へ導くに当たり、プラグ中心線を中心軸とする均等な流れを得難くなることから、連通孔の数を３以上として、プラグ中心線を中心軸とする均等な流れを得ることができる。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記点火室の容積が、８５０〜１６００ｍｍ³であり、前記Ｚが４ｍｍ＜Ｚ＜８ｍｍである点にある。
このように、点火室の容積及びプラグ中心線に沿った先端小径部から交点までの距離の範囲を規定することで、スパークの形成を安定して行うのに適した点火室の容積及びプラグ中心線に沿った先端小径部から交点までの距離とすることができる。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記先端小径部に前記放電部から離間する方向に穿たれた溝を有する点にある。
このように、先端小径部に放電部から離間する方向に溝を備えることで、スパークの形成を安定且つ確実なものとしている。

本発明に係る点火プラグの更なる特徴構成は、前記エンジンの燃料がガス燃料である点にある。これにより、燃焼室にてガス燃料の濃度が薄い希薄燃焼を行うエンジンにおいても、スパークの形成を安定して行い、点火室での燃焼を安定して行うことができるので、その点火室の燃焼により連通孔を通して燃焼室への火炎の噴出を安定して行え、燃焼室での希薄燃焼を適切に行うことができる。

本発明に係るエンジンの特徴構成は、上述の如く、本発明に係る点火プラグを備え、前記先端小径部と前記放電部との間でスパークを発生させ、前記点火室を介して前記燃焼室内のガス燃料に点火する点にある。
上述の本発明に係る点火プラグにて述べた如く、点火室の交点で合流された混合気は、中心電極と放電部との間に減速されて流入することになり、中心電極と放電部との間に流入する混合気の流速が高速にならず、スパークの形成を安定して行うことができる。そして、スパークの形成を安定して行えることで、点火室での燃焼を安定して行うことができ、その点火室の燃焼により連通孔を通して燃焼室への火炎の噴出を安定して行え、燃焼室での希薄燃焼を適切に行うことができる。

本発明に係るエンジンの点火方法は、プラグ中心線上に配置される中心電極と、前記中心電極に対向して設けられ、プラグ中心線に対して対称形状の放電部を備えた接地電極とを備え、前記中心電極と前記放電部との間に点火点が形成される点火プラグであって、
前記点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成される点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の連通孔が前記プラグカバーに備えられているエンジンの点火方法であって、
前記複数の連通孔の中心線の交点が、前記プラグ中心線上で、前記連通孔の点火室側開口より前記放電部側、且つ前記放電部に対して前記中心電極の反対側の位置に設定され、前記複数の連通孔の夫々が、前記交点に向かう連通孔として前記プラグ中心線の周部に均等配置して形成され、前記中心電極に前記放電部に対向する先端小径部を備え、前記ピストンの前記シリンダヘッド側への移動により、前記複数の連通孔を介して前記燃焼室から前記点火室に燃焼室内のガス燃料を流入させ、前記交点で合流させるとともに前記接地電極側に流し、前記放電部と前記先端小径部との間に、前記接地電極を迂回して流入させ点火し、前記点火点から前記燃焼室の点火火炎を噴出して前記燃焼室内のガス燃料に点火する点にある。

この本発明に係るエンジンの点火方法では、上述の本発明に係る点火プラグにて述べた如く、点火室の交点で合流された混合気は、中心電極と放電部との間に減速されて流入することになり、中心電極と放電部との間に流入する混合気の流速が高速にならず、スパークの形成を安定して行うことができる。そして、スパークの形成を安定して行えることで、点火室での燃焼を安定して行うことができ、その点火室の燃焼により連通孔を通して燃焼室への火炎の噴出を安定して行え、燃焼室での燃焼を適切に行うことができる。

本発明のエンジン及びそれに備えられた点火プラグに係る概略構成図 本願に係る点火プラグの縦断面図 本願に係る点火プラグの底面視図 点火時期における連通孔を介する混合気の流速分布を示す図 Ｚ／Ｌ´とＣＯＶｉとの関係を示す図 別実施形態の接地電極を備えた点火プラグを示す縦断面図及び要部横断面図 別実施形態の接地電極を備えた別実施形態の点火プラグを示す縦断面図及び要部横断面図 別実施形態の接地電極を備えた別実施形態の点火プラグを示す図

〔エンジンの全体構成〕
本発明のエンジン１は、図１に示す如く、ピストン２と、ピストン２を収容してピストン２の天面２ａと共に燃焼室３を形成するシリンダ４と、シリンダヘッド６に装着された点火プラグ１１とを備えて構成されている。ピストン２をシリンダ４内で往復運動させるとともに、吸気バルブ５及び排気バルブ（図示を省略）を開閉動作させることにより、燃焼室３において、吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、排気行程の各行程を順次行う。これにより、ピストン２の往復運動を連結棒によってクランク軸Ｃの回転運動として出力するように構成されている。このような構成は、通常の４ストロークエンジンと同様の構成である。このクランク軸Ｃには、起動初期に燃焼室３における燃焼を伴うことなくクランク軸の回転を確保するためのセルモータＭが備えられている。

エンジン１は、例えば、気体燃料である都市ガス（１３Ａ）を燃料Ｇとするものであり、吸気行程では、吸気バルブ５を開状態として、吸気ポート８から、燃焼室３へ空気と燃料Ｇの混合気（例えば、希薄混合気）を吸気するように構成されている。圧縮行程及び燃焼膨張行程では、燃焼室３に吸気した混合気を圧縮して燃焼膨張させるように構成されている。排気行程では、排気バルブを開状態として、燃焼室３から排気ポート（図示を省略）に燃焼排ガスを排出するように構成されている。

ピストン２のシリンダヘッド６と対向する天面２ａには、凹部７が形成されている。これにより、燃焼室３は、ピストン２の天面２ａとシリンダ４の内面との間の空間に加え、凹部７にて形成される空間から構成されることとなる。このように燃焼室３を形成することにより、圧縮行程においてピストン２が上昇するときに、凹部７の周囲から凹部７の中心に向う渦流、いわゆるスキッシュを発生させることができる。

シリンダヘッド６に設けられた吸気ポート８には、吸気される空気に対して燃料Ｇを噴射する燃料供給部９が設けられ、空気と燃料Ｇとの混合気（例えば、希薄混合気）を生成するように構成されている。吸気バルブ５を開動作することにより、空気と燃料Ｇとの混合気（例えば、希薄混合気）を燃焼室３に吸気するように構成されている。ここで、燃料供給部９からの燃料噴出量は変更自在であり、エンジン１の運転状態に応じて空気と燃料Ｇとの混合割合が変更自在である。

点火プラグ１１は、プラグ本体１２と、プラグ本体１２の先端部（図１の下方側の端部）に点火室１４を形成するプラグカバー１３とを有しており、プラグカバー１３がプラグ本体１２に一体的に形成されている。プラグカバー１３は、有底筒状に形成され、燃焼室３のプラグ中心線（図１の直線Ｗ）を通る平面による断面視において、プラグ本体１２の先端側（図１の下方側）に頂点を有するドーム形状となっている。
プラグ本体１２は、そのプラグ中心線が燃焼室３のシリンダ中心線（図１の直線Ｗ）と一致するように設けられている。点火プラグ１１は、シリンダヘッド６に形成されたシリンダヘッド６の上部と燃焼室３とを連通させる開口部２０を貫通する状態で、そのプラグカバー頭部１３ａが燃焼室３に突出するように設けられている。

プラグカバー１３（具体的にはプラグカバー頭部１３ａ）には、燃焼室３と点火室１４とを連通する複数の連通孔１５が形成されている。点火プラグ１１は、燃焼室３から連通孔１５を通して点火室１４へ流入する混合気に火花点火して燃焼させ、その燃焼により形成された燃焼火炎を、連通孔１５を通して燃焼室３へ噴出させるように構成されている。このようにして、燃焼室３から点火室１４への混合気の流入、及び、点火室１４から燃焼室３への燃焼火炎の噴出を、複数の連通孔１５により行うことにより、燃焼室３に吸気された混合気を燃焼させる。ここで、点火室１４に流入する混合気は、燃焼室３から連通孔１５を通して流入される混合気がすべてであり、点火室１４に対して燃焼室３以外から燃料Ｇや混合気が供給されることはない。

制御装置４０は、エンジン１を制御するプログラムを実行可能なマイクロプロセッサ等から構成されている。当該制御装置４０は、点火プラグ１１の中心電極１６ａと接地電極１６ｂとの間での火花放電の時期を制御するように構成されている。

〔エンジンの基本動作〕
エンジン１は、定格運転等の定常運転において、吸気バルブ５を開動作させた状態でピストン２が上死点から下降することにより、燃焼室３に混合気を吸気する吸気行程が行われる。次に、吸気バルブ５と排気バルブとを閉動作させた状態でピストン２が上昇することにより、燃焼室３の混合気を圧縮する圧縮行程が行われる。この圧縮行程では、ピストン２が下死点から上昇することにより燃焼室３の容積が減少されるので、燃焼室３に吸気された混合気が連通孔１５を通して点火室１４に流入する。
エンジン１の運転を制御する制御装置４０は、点火タイミング（例えば、上死点直前）に、プラグ本体１２を作動させて、点火点にて火花点火して点火室１４の混合気に点火する。すると、点火室１４での燃焼が進み、燃焼火炎が連通孔１５を通して燃焼室３に噴出する。これにより、燃焼室３の混合気が燃焼されて燃焼膨張行程が行われる。次に、排気バルブを開動作させた状態でピストン２が上昇することにより、燃焼室３の燃焼排ガスを排気ポートに導いて排出する排出行程が行われる。
このようにして、エンジン１は、吸気行程、圧縮行程、燃焼膨張行程、排気行程の順に各行程を行う一連の動作を繰り返し行う４ストロークエンジンとして構成されている。

以上が、本発明に係る点火プラグ、エンジンの概略的な構成及びその運転方法の説明であるが、以下、本発明の点火プラグの独特の構成に関して説明する。

〔連通孔〕
本実施形態においては、図２に示すように、燃焼室３と点火室１４とを連通する連通孔１５は、プラグ中心線周りに４個、９０度の位相差を成して均等に配置されている。また、この連通孔１５は、これまで説明してきた交点Ｏに向かう方向に方向付けられており、点火室側開口１５ｂが燃焼室側開口１５ａより接地電極１６ｂ側に位置する形態で、時計周り方向で、プラグ中心線Ｗと連通孔１５の中心線ｗとの成す角が６０度とされている。従って、連通孔１５から交点Ｏを介して接地電極１６ｂ側へ向かう混合気の流れを形成することができる。

〔中心電極〕
図２〜図４に示すように、中心電極１６ａは、アルミナセラミック等の絶縁材からなる支持部１９から点火室１４内の連通孔１５側に突出して設けられており、基部１６ｎ、その先端側（接地電極１６ｂ側）で、接地電極１６ｂの放電部１８に対向する位置に先端小径部１７を備えて構成されている。この先端小径部１７は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性及び耐食性に優れた金属材から、断面円形の円柱状に形成されている。先端小径部１７の先端面は放電部１８と平行な平面とされており、先端小径部１７の基端側には、接地電極１６ｂ側に近接するに従ってその径が小さくなる混合気案内部１７ａが設けられている。さらに、支持部１９の周りには、混合気が進入可能な混合気空間１９０が形成されるとともに、この支持部１９の外周面１９ａも接地電極１６ｂ側に近接するに従ってその径が小さくなる傾斜面として形成されており、この外周面１９ａの傾斜方向が接地電極１６ｂを先端側から見て、図４に示すように接地電極１６ｂの中心電極側端１６０に向かう方向とされている。
結果、支持部１９、中心電極１６ａ、接地電極１６ｂの周りに、接地電極１６ｂの短手方向（図２の紙面表裏方向）において、プラグ中心線Ｗを中心軸とする軸対象な流速分布が実現される。

さらに、図２に示すように先端小径部１７に放電部１８から離間する方向に穿たれた直線状の溝１７ｂを備えることにより、スパークの形成を安定且つ確実なものとしている。

〔接地電極〕
図３から判るように、本実施形態にあっては、接地電極１６ｂが、プラグ中心線周りの一部円周部分からプラグ中心を越えて延出される片持ち構造とされている。この接地電極１６ｂの先端小径部１７に対向する位置には、これまで放電部１８と呼んできた部位にＰｔやＰｔ合金からなる貴金属チップが固定されており、接地電極１６ｂ全体は、例えば、Ｃｒを含有するＮｉ合金より構成されている。

〔複数の連通孔と電極との関係〕
本願発明の点火プラグでは、複数の連通孔１５の中心線ｗの交点Ｏは、プラグ中心線Ｗ上で、連通孔１５の点火室側開口１５ｂより接地電極１６ｂ側且つ、放電部１８に対して中心電極１６ａの反対側の位置に設定されている。そして、複数（図２に示す例では４）の連通孔１５の夫々が、前記交点Ｏに向かう連通孔１５としてプラグ中心線Ｗの周部に均等配置して形成されている。
この構成を採用することにより、本発明の点火プラグでは、複数の連通孔１５を介して燃焼室３から点火室１４に流入した混合気のガス流が、交点Ｏで合流するとともに接地電極１６ｂ側に流れ、放電部１８と前記先端小径部１７との間に、接地電極１６ｂを迂回して流入する（図２、４参照）。

図４は、点火時期における連通孔１５を介する混合気の流速分布が示されており、点火時期において、燃焼室３から点火室１４に流入する混合気は、連通孔１５近傍、前記混合気の合流点である交点Ｏ近傍及び接地電極１６ｂの下側で最高流速（８〜１０ｍ／ｓ）まで到達しているが、交点Ｏから接地電極１６ｂに上昇する混合気流が、その流れを阻止され、接地電極１６ｂを迂回して、中心電極１６ａと接地電極１６ｂとの間に減速されて流入している。従って、中心電極１６ａと接地電極１６ｂに設けられる放電部１８との間におけるスパークの安定した発生を確保できる。

ａ Ｚ／Ｌ´
図２、図３に示すように、プラグ中心線Ｗに沿った先端小径部１７から交点Ｏまでの距離をＺ、各連通孔の燃焼室側開口中心を結ぶ仮想円Ｃ０の直径をＬ´として、０．３＜Ｚ／Ｌ´＜０．７の関係に設定されている。
図５は、Ｚ／Ｌ´とＣＯＶｉ（図示平均有効圧力の変動率）との関係を示す図であり、この図から判明するように、Ｚ／Ｌ´が上記範囲から逸脱すると、ＣＯＶｉが上昇し、燃焼が不安定化することが判る。
ここで、点火室の容積は、８５０〜１６００ｍｍ³があり、各連通孔１５の燃焼室側開口中心を結ぶ仮想円Ｃ０の直径Ｌ´を１０〜１４ｍｍとして、Ｚが４ｍｍ＜Ｚ＜８ｍｍに設定されている。

ｂ Ｄｃ＜Ｌ＜Ｄｏ×Ｎ
図２、図３に示すように、先端小径部１７の直径をＤｃ、放電部１８の幅をＬ、連通孔１５の孔径をＤｏ、連通孔１５の数をＮとして、Ｌは、Ｄｃ＜Ｌ＜Ｄｏ×Ｎの関係に設定されている。
ここで、放電部１８の幅Ｌは、図３、図６（ｂ）に示すように、中心電極１６ａの先端に設けられている先端小径部１７に対応する放電部１８の幅で、接地電極１６ｂが片持ち構造の場合は、その梁の短手方向の幅（先端小径部を底面側から見た状態で、先端小径部１７の中心を通る径方向（図３、図６（ｂ）の上下方向）の幅）である。図７、図８に示すように両持ちの場合は、一文字構造の場合は、その梁の短手方向の幅、十字構造の場合は、一方の梁の短手方向の幅を意味する。

さて、Ｄｃ＜Ｌの条件を満たすことにより、先に説明した交点Ｏ側から中心電極１６ａの先端小径部１７は、接地電極１６ｂの裏面側で隠れた位置に位置することとなる。
一方、Ｌ＜Ｄｏ×Ｎの条件を満たすことにより、接地電極１６ｂの幅Ｌを大幅に大きくすることなく、混合気の流れを中心電極１６ａの先端小径部１７と接地電極１６ｂの放電部１８との間に導き、スパークによる点火を良好に発生させることができる。

〔別実施形態〕
（１）上記の実施形態にあっては、接地電極を梁幅方向長さが長手方向に関して変化しない長方体により形成された片持ち構造としたが、図６に示すように、片持ち構造で、片持ち基端側で幅広で、片持ち先端側で幅狭な台形構成としてもよい。この場合、中心電極と接地電極との距離の変化を抑えることができる。さらに、図７に示すようにプラグ中心線方向視で、プラグ中心線Ｗ周りの対向位置する一対の円周部分をプラグ中心を越えて連結する一文字構造としてもよい。この構成を採用すると、接地電極１６ｂをプラグ本体から確実に支持できる。
さらに、図８に示すように、プラグ中心線方向視で、プラグ中心線周りに９０度毎に位置する２対の円周部分を、プラグ中心を越えて連結する十文字構造としてもよい。この構成を採用すると、接地電極１６ｂをプラグ本体からさらに確実に支持できる。

（２）上記の実施形態においては、連通孔１５の数を４としたが、３以上５以下とすることが好ましい。連通孔の数を５以下に制限することで、不要な連通孔を穿つ無駄をなくすことができる。一方、連通孔の数を２以下とすると、これまで説明してきた交点で合流させて混合気の流れを接地電極側へ導く構成において、プラグ中心線を中心軸とする均等な流れを得難くなる。

上記の実施形態においては、プラグ中心線Ｗと連通孔１５の中心線ｗとの成す角を６０度としたが、接地電極１６ｂ側へ向かう流れを形成できればよく、６０度以下であればよい。

本発明の点火プラグは、プラグカバー内に中心電極及び接地電極を備えた点火室を設け、中心電極と接地電極との間にスパークを発生させて点火時期を設定する副室式点火プラグとして、火花点火を安定して且つ良好に発生することができる副室式点火プラグを提供することができた。さらには、このような副室式点火プラグを備えて、火花点火を安定して且つ良好に発生することができるエンジンを提供するとともに、そのような運転を実現できるエンジンの運転方法を実現できる。

１ ：エンジン
２ ：ピストン
３ ：燃焼室
１１ ：点火プラグ
１３ ：プラグカバー
１４ ：点火室
１５ ：連通孔
１５ａ ：燃焼室側開口
１５ｂ ：点火室側開口
１６ ：電極
１６ａ ：中心電極
１６ｂ ：接地電極
１６ｎ ：基部
１７ ：先端小径部
１７ａ ：混合気案内部
１８ ：放電部
１９ ：支持部
Ｗ ：プラグ中心線
ｗ ：連通孔の中心線

Claims (11)

1. プラグ中心線上に配置される中心電極と、前記中心電極に対向して設けられ、プラグ中心線に対して対称形状の放電部を有する接地電極とを、プラグカバー内に形成される点火室内に備え、
   シリンダヘッドに装着された装着状態で、前記点火室とエンジンのピストンに面する燃焼室とを連通する複数の連通孔が前記プラグカバーに備えられる点火プラグであって、
   前記複数の連通孔の中心線の交点が、前記プラグ中心線上で、前記連通孔の点火室側開口より前記放電部側且つ前記放電部に対して前記中心電極の反対側の位置に設定され、
   前記複数の連通孔の夫々が、前記交点に向かう連通孔として前記プラグ中心線の周部に均等配置して形成され、
   前記中心電極に前記放電部に対向する先端小径部を設け、
   前記複数の連通孔を介して前記燃焼室から前記点火室に流入したガス流が、前記交点で合流するとともに前記接地電極側に流れ、前記放電部と前記先端小径部との間に、前記接地電極を迂回して流入する点火プラグ。
2. 前記プラグ中心線に沿った前記先端小径部から前記交点までの距離をＺ、前記各連通孔の燃焼室側開口中心を結ぶ仮想円の直径をＬ´として、０．３＜Ｚ／Ｌ´＜０．７の関係にある請求項１記載の点火プラグ。
3. 前記連通孔の点火室側開口が前記燃焼室側開口より前記接地電極側に位置し、
   時計周り方向で、前記プラグ中心線と前記連通孔の中心線との成す角が４０度以上、７０度以下である請求項１又は２記載の点火プラグ。
4. 前記先端小径部の直径をＤｃ、前記放電部の幅をＬ、前記連通孔の孔径をＤｏ、前記連通孔の数をＮとして、
   Ｄｃ＜Ｌ＜Ｄｏ×Ｎの関係にある請求項１〜３の何れか一項記載の点火プラグ。
5. 前記プラグ中心線方向視で、前記接地電極が、前記プラグ中心線周りの一部円周部分からプラグ中心を越えて延出される片持ち構造、前記プラグ中心線周りの対向位置する一対の円周部分をプラグ中心を越えて連結する一文字構造、又は前記プラグ中心線周りに９０度毎に位置する２対の円周部分を、プラグ中心を越えて連結する十文字構造の請求項１〜４の何れか一項記載の点火プラグ。
6. 前記連通孔の数が３以上５以下である請求項１〜５の何れか一項記載の点火プラグ。
7. 前記点火室の容積が、８５０〜１６００ｍｍ³であり、
   前記Ｚが４ｍｍ＜Ｚ＜８ｍｍである請求項２記載の点火プラグ。
8. 前記先端小径部に前記放電部から離間する方向に穿たれた溝を有する請求項１〜７の何れか一項記載の点火プラグ。
9. 前記エンジンの燃料がガス燃料である請求項１〜８の何れか一項記載の点火プラグ。
10. 請求項１〜９の何れか一項記載の点火プラグを備え、前記先端小径部と前記放電部との間でスパークを発生させ、前記点火室を介して前記燃焼室内のガス燃料に点火するエンジン。
11. プラグ中心線上に配置される中心電極と、前記中心電極に対向して設けられ、プラグ中心線に対して対称形状の放電部を備えた接地電極とを備え、前記中心電極と前記放電部との間に点火点が形成される点火プラグであって、
    前記点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成される点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の連通孔が前記プラグカバーに備えられているエンジンの点火方法であって、
    前記複数の連通孔の中心線の交点が、前記プラグ中心線上で、前記連通孔の点火室側開口より前記放電部側、且つ前記放電部に対して前記中心電極の反対側の位置に設定され、
    前記複数の連通孔の夫々が、前記交点に向かう連通孔として前記プラグ中心線の周部に均等配置して形成され、
    前記中心電極に前記放電部に対向する先端小径部を備え、
    前記ピストンの前記シリンダヘッド側への移動により、前記複数の連通孔を介して前記燃焼室から前記点火室に燃焼室内のガス燃料を流入させ、前記交点で合流させるとともに前記接地電極側に流し、前記放電部と前記先端小径部との間に、前記接地電極を迂回して流入させ点火し、前記点火点から前記燃焼室の点火火炎を噴出して前記燃焼室内のガス燃料に点火するエンジンの点火方法。