JP2018022604A - 点火プラグ及び点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過早着火を防ぎつつ着火性能を向上できる点火プラグを提供すること。
【解決手段】先端側から後端側へと軸線に沿って延びる中心電極の先端を有底筒状の絶縁体が内包する。筒状の主体金具は、絶縁体の先端側が自身の先端から突出する状態で絶縁体を保持する。中心電極と絶縁体との間に０．０１ｍｍ以上の径差が存在する。絶縁体のうち主体金具の先端よりも先端側に存在する突出部の軸方向の長さは６．７ｍｍ以上１２．７ｍｍ以下である。突出部の外面の表面積Ｓを突出部の体積Ｖ１で除した値Ｓ／Ｖ１は、１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は点火プラグ及び点火装置に関し、特に過早着火を防ぎつつ着火性能を向上できる点火プラグ及び点火装置に関するものである。

内燃機関の燃焼室に吸入した混合気に点火する点火プラグとして、非平衡プラズマを利用するものがある（特許文献１）。特許文献１に開示される点火プラグは、中心電極の先端を有底筒状の絶縁体が内包し、絶縁体の先端が自身の先端から突出するように主体金具が絶縁体を保持する。点火プラグは、絶縁体の周囲の空間に非平衡プラズマを発生させ混合気に着火する。絶縁体の先端の表面積を増やし非平衡プラズマの発生量を増やすと、点火プラグの着火性能が向上する。

特開２０１４−２２３４１号公報

しかし、絶縁体の先端の表面積が増えるほど、絶縁体の先端が燃焼ガスによって加熱され易くなる。加熱された絶縁体の表面の温度が過剰に上昇すると、絶縁体が熱源になって過早着火（プレイグニッション）が生じるという問題点がある。

一方、絶縁体の先端の表面積の増加に伴って絶縁体の体積が増えると、絶縁体の先端の熱が絶縁体を伝って放散（熱引き）され易くなる。絶縁体の先端の温度が下がると、絶縁体の先端にカーボンが堆積し易くなるので、非平衡プラズマが発生し難くなり、着火性能が低下するという問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、過早着火を防ぎつつ着火性能を向上できる点火プラグを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載の点火プラグによれば、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる中心電極の先端を有底筒状の絶縁体が内包する。筒状の主体金具は、絶縁体の先端側が自身の先端から突出する状態で絶縁体を保持する。中心電極と絶縁体との間に０．０１ｍｍ以上の径差が存在する。絶縁体のうち主体金具の先端よりも先端側に存在する突出部の軸方向の長さは６．７ｍｍ以上１２．７ｍｍ以下である。突出部の外面の表面積Ｓを突出部の体積Ｖ１で除した値Ｓ／Ｖ１は、１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たす。

その結果、突出部の外面の表面積Ｓを確保しながら、絶縁体が放散する熱量を十分に確保できるので、突出部を熱源とする過早着火の発生を防止できる。さらに、非平衡プラズマの発生量の低下を防止できるので、過早着火を防ぎつつ着火性能を向上できる効果がある。

請求項２記載の点火プラグによれば、体積Ｖ１と、中心電極のうち主体金具の先端よりも先端側に存在する部位の体積Ｖ２と、絶縁体と中心電極との隙間のうち主体金具の先端よりも先端側に存在する部位の体積Ｖ３とは、０．０１≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦０．４９の関係を満たす。体積（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）に対する中心電極の先端の体積Ｖ２の比率の設定により、中心電極が放散する突出部の熱量と非平衡プラズマの発生量とを確保できる。よって、請求項１の効果に加え、過早着火を防ぎつつ着火性能をさらに向上できる効果がある。

請求項３記載の点火プラグによれば、突出部は、第１の外径を有する第１部と、第１部よりも先端側に位置する第２部とを備えている。第２部は第１の外径より小さく一定の第２の外径を有し、径方向の厚さが０．７５ｍｍ以上２．４ｍｍ以下である。これにより、請求項２の効果に加え、第２部による非平衡プラズマの発生量を確保できると共に、第２部の耐電圧の低下を防止できる効果がある。

請求項４記載の点火プラグによれば、突出部は、第１の外径を有する第１部と、第１部よりも先端側に位置し、第１の外径より小さく一定の第２の外径を有する第２部と、第１部と第２部とを連絡する第３部とを備える。軸線を含む断面において、第３部は、自身の外面が先端側から後端側へ向かうにつれてテーパ状に拡径するので、第３部にも非平衡プラズマを生じさせ易くできる。よって、請求項２の効果に加え、突出部による非平衡プラズマの発生量を増やすことができる効果がある。

請求項５記載の点火プラグによれば、突出部は外面に凹凸が形成されているので、突出部を軸方向に長くしなくても、凹凸によって突出部の外面の表面積Ｓを増やすことができる。凹凸によって突出部の表面積Ｓと体積Ｖ１とを比較的自在に設定できるので、請求項１から４のいずれかの効果に加え、過早着火を防ぎつつ着火性能を向上できる点火プラグの設計を容易にできる効果がある。

請求項６記載の点火装置によれば、交流電圧または複数回のパルス電圧を中心電極に印加する電圧印加部により、請求項１から５のいずれかに記載の点火プラグの突出部の外面に非平衡プラズマが発生する。よって、請求項１から５のいずれかの効果が得られる。

本発明の第１実施の形態における点火装置の模式図である。 点火プラグの片側断面図である。 先端を拡大した点火プラグの片側断面図である。 第２実施の形態における点火プラグの片側断面図である。 第３実施の形態における点火プラグの片側断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態における点火装置１０の模式図である。点火装置１０は、点火プラグ１１と電圧印加部１２とを備えている。点火プラグ１１は、燃焼室１４の内側に先端を露出させた状態で内燃機関１３のねじ穴１５に取り付けられる。点火プラグ１１は、後端が電圧印加部１２と電気的に接続されている。

電圧印加部１２は、交流電圧または複数回のパルス電圧を点火プラグ１１に印加する。これにより、点火プラグ１１は先端に非平衡プラズマを発生させ、燃焼室１４の混合気に着火する。電圧印加部１２はバッテリ（図示せず）から供給される電力を用いて点火プラグ１１に電圧を印加する。

図２を参照して点火プラグ１１について説明する。図２は点火プラグ１１の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図２では、紙面下側を点火プラグ１１の先端側、紙面上側を点火プラグ１１の後端側という。図２に示すように点火プラグ１１は、主体金具２０、絶縁体３０及び中心電極４０を備えている。

主体金具２０は、内燃機関１３（図１参照）のねじ穴１５に固定される略円筒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。主体金具２０は、後端側から先端側へと軸線Ｏに沿って加締め部２１、工具係合部２２、湾曲部２３、座部２４、胴部２５の順に連接されている。胴部２５は外周面にねじ部２６が形成されている。

加締め部２１及び湾曲部２３は、絶縁体３０を加締めるための部位である。工具係合部２２は、ねじ部２６をねじ穴１５（図１参照）に結合するときにレンチ等の工具を係合させる部位である。座部２４は、胴部２５の後端側に位置し、径方向外側に環状に突出する部位である。座部２４は、胴部２５との間に環状のガスケット５０が配置される。

ガスケット５０は、ねじ穴１５にねじ部２６が嵌められたときに、座部２４と内燃機関１３とに挟まれてねじ穴１５とねじ部２６との隙間を封止する。棚部２７は、胴部２５の径方向内側へ張り出す部位であり、棚部２７の後端側の面にパッキン５１が配置される。パッキン５１は、主体金具２０を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。

絶縁体３０は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された有底円筒状の部材である。絶縁体３０は、自身の後端に開口し先端が閉じた穴部３１が軸線Ｏに沿って形成されている。絶縁体３０は主体金具２０に挿入され、外周に主体金具２０が固定される。

絶縁体３０の外周と主体金具２０の工具係合部２２の内周との間に、リング部材５２及びリング部材５２に挟まれたタルク等の充填材５３が配置される。主体金具２０の加締め部２１が絶縁体３０に向けて径方向内側に加締められると、リング部材５２及び充填材５３を介して、絶縁体３０が主体金具２０の棚部２７へ向けて押圧される。その結果、主体金具２０は、パッキン５１、リング部材５２及び充填材５３を介して絶縁体３０を固定する。主体金具２０が固定された絶縁体３０は、先端の突出部３２が、主体金具２０の先端から突出する。

中心電極４０は、導電性を有する金属材料（例えばニッケル基合金等）によって形成された棒状の電極である。中心電極４０は、絶縁体３０の穴部３１内に係止され、先端側から後端側へと軸線Ｏに沿って延びる。

端子金具５４は、電圧印加部１２（図１参照）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具５４の先端側は絶縁体３０の穴部３１内に配置される。端子金具５４と中心電極４０との間に、導電性を有するシール材５５が配置される。シール材５５により中心電極４０と端子金具５４とは穴部３１内で電気的に接続される。

図３を参照して点火プラグ１１の構成を詳細に説明する。図３は先端を拡大した点火プラグ１１の軸線Ｏを境にした片側断面図である。絶縁体３０は、主体金具２０の先端から突出部３２が突出する。突出部３２は、絶縁体３０のうち、主体金具２０の先端よりも軸線Ｏ方向の先端側に存在する部分である。突出部３２は、軸線Ｏ方向の長さＬが６．７ｍｍ以上１２．７ｍｍ以下に設定されている。突出部３２の外面３６の表面積Ｓを確保するためである。

突出部３２は、後端側（図３上側）に位置する筒状の第１部３３と、先端側に位置する有底筒状の第２部３４と、第１部３３と第２部３４とを連絡する筒状の第３部３５とを備えている。第１部３３は第１の外径Ｄ１を有し、第２部３４は第１の外径Ｄ１より小さい一定の第２の外径Ｄ２を有する。突出部３２の外面３６のうち第３部３５は、軸線Ｏを含む断面（図３紙面）において、変曲点３７を有する滑らかな曲線状に形成されている。突出部３２は、主に第１部３３及び第２部３４の外面３６の周囲の空間に非平衡プラズマを発生する。

絶縁体３０の軸線Ｏに沿って形成された穴部３１は、絶縁体３０の先端を除き、軸線Ｏ方向に亘って内径Ｄ３が略同一である。従って、第２部３４の径方向の厚さＴは、第１部３３の径方向の厚さより小さい。本実施の形態では、第２部３４の厚さＴは０．７５ｍｍ以上２．４ｍｍ以下に設定されている。

即ち、Ｔ＜０．７５ｍｍとなると、第２部３４の耐電圧が低下し、貫通や割れが発生し易くなる傾向がみられる。Ｔ＞２．４ｍｍとなると、第２部３４からの非平衡プラズマの発生量が少なくなり、着火性能が低下する傾向がみられる。０．７５≦Ｔ（ｍｍ）≦２．４を満たすことによって、第２部３４による非平衡プラズマの発生量を確保しつつ、第２部３４の耐電圧の低下を防止できる。

突出部３２は、第２部３４の軸方向の長さが、第１部３３の軸方向の長さより長く設定されている。その結果、第２部３４の軸方向の長さが、第１部３３の軸方向の長さより短い場合に比べて、非平衡プラズマの発生量を増やすことができる。

絶縁体３０は、穴部３１内に配置された中心電極４０の先端部４１を突出部３２が内包する。先端部４１は、中心電極４０のうち、主体金具２０の先端よりも軸線Ｏ方向の先端側に存在する部分である。

点火プラグ１１は、絶縁体３０の穴部３１の内径Ｄ３と先端部４１（中心電極４０）の外径Ｄ４との径差（Ｄ３−Ｄ４）が０．０１ｍｍ以上に設定される。この径差により、穴部３１と先端部４１とに径方向の間隙が形成される。また、穴部３１の底と先端部４１とに軸方向の間隙が形成される。これらの間隙は、先端部４１の表面と穴部３１との隙間３８を形成する。隙間３８は、中心電極４０と穴部３１との隙間のうち、主体金具２０の先端よりも軸線Ｏ方向の先端側に存在する部分である。

点火プラグ１１は、突出部３２の外面３６の表面積をＳ、突出部３２の体積をＶ１とすると、表面積Ｓを体積Ｖ１で除した値Ｓ／Ｖ１（単位は１／ｍｍ）が１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たす。突出部３２の外面３６の表面積Ｓを確保しながら、絶縁体３０が放散する熱量を十分に確保するためである。

即ち、突出部３２の軸線Ｏ方向の長さＬが６．７ｍｍ以上１２．７ｍｍ以下に設定された状態でＳ／Ｖ１＜１．０７を満たすと、体積Ｖ１に対する表面積Ｓの割合が小さいので、突出部３２の外面３６の周囲に発生する非平衡プラズマの量が少なくなる。そのため、着火性能が低下する。

また、Ｓ／Ｖ１＜１．０７を満たすと、表面積Ｓに対する体積Ｖ１の割合が大きいので、突出部３２の熱が、絶縁体３０を伝って内燃機関１３（図１参照）の系外へ放散（熱引き）され易くなる。突出部３２の温度が下がると、突出部３２の外面３６にカーボンが堆積し易くなるので、非平衡プラズマが発生し難くなり、着火性能が低下する。

一方、Ｓ／Ｖ１＞１２．７を満たすと、体積Ｖ１に対する突出部３２の表面積Ｓの割合が大きいので、突出部３２が燃焼ガスによって加熱され易くなる。加熱された突出部３２の外面３６の温度が過剰に上昇すると、突出部３２が熱源になって過早着火（プレイグニッション）が生じる。

また、Ｓ／Ｖ１＞１２．７を満たすと、表面積Ｓに対する体積Ｖ１の割合が小さいので、突出部３２の熱が絶縁体３０を伝って放散され難くなる。突出部３２の温度が過剰に上昇すると、過早着火が生じ易くなる。これに対し、１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たす点火プラグ１１によれば、これらを解決することができ、過早着火を防ぎつつ着火性能を向上できる。

本実施の形態では、点火プラグ１１は、絶縁体３０の突出部３２の体積をＶ１、中心電極４０の先端部４１の体積をＶ２、先端部４１の表面と穴部３１との隙間３８の体積をＶ３とすると、０．０１≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦０．４９の関係を満たす。

即ち、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）＜０．０１を満たすと、先端部４１（中心電極４０）の体積Ｖ２の割合が小さいので、先端部４１の表面と突出部３２の外面３６との距離が大きくなり、放電が生じ難くなる。その結果、非平衡プラズマの発生量が少なくなるので、着火性能が低下する。

Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）＞０．４９を満たすと、先端部４１（中心電極４０）の体積Ｖ２の割合が大きいので、突出部３２の熱が、中心電極４０を伝って放散され易くなる。突出部３２の温度が下がると、突出部３２の外面３６にカーボンが堆積し易くなるので、非平衡プラズマが発生し難くなり、着火性能が低下する。

これに対し、０．０１≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦０．４９を満たす点火プラグ１１によれば、これらを解決することができ、中心電極４０が放散する突出部３２の熱量と突出部３２による非平衡プラズマの発生量とを確保できる。

次に図４を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、突出部３２の第２部３４が軸線Ｏ方向に亘って一定の外径を有する場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、突出部６１の外面に凹凸６５が形成される場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４は第２実施の形態における点火プラグ６０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。

点火プラグ６０は、主体金具２０（胴部２５）の先端から突出部６１が突出する。突出部６１は、軸線Ｏ方向の長さＬが６．７ｍｍ以上１２．７ｍｍ以下に設定されている。突出部６１は、筒状の第１部６２と、先端側に位置する有底筒状の第２部６３と、第１部６２と第２部６３とを連絡する筒状の第３部６４とを備えている。第１部６２は第１の外径Ｄ１を有し、第２部６３は第１の外径Ｄ１より小さい一定の第２の外径Ｄ２を有する。第３部６４は段差状に形成されている。

第２部６３は、外面に凹凸６５が形成される。本実施の形態では、周方向に連続する円環状の溝を軸線Ｏ方向に互いに間隔をあけて複数設け、凹凸６５が作られている。凹凸６５が形成された第２部６３は、凹凸６５の底の厚さＴ１（第２部６３の最小の厚さ）及び凹凸６５の頂の厚さＴ２（第２部６３の最大の厚さ）が０．７５ｍｍ以上２．４ｍｍ以下に設定されている。第２部６３による非平衡プラズマの発生量と第２部６３の耐電圧とを確保するためである。

点火プラグ６０は、突出部６１の外面の表面積Ｓを突出部６１の体積Ｖ１で除した値Ｓ／Ｖ１（単位は１／ｍｍ）が１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たす。凹凸６５により、突出部６１の長さＬに関わらずに突出部６１の表面積Ｓと体積Ｖ１とを比較的自在に設定できる。従って第２実施の形態によれば、第１実施の形態で得られる効果に加え、過早着火を防ぎつつ着火性能を向上できる点火プラグ６０の設計を容易にできる。

次に図５を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施の形態および第２実施の形態では、第３部３５，６４が段差状に形成される場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、第３部７４がテーパ状に形成される場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５は第３実施の形態における点火プラグ７０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。

点火プラグ７０は、主体金具２０（胴部２５）の先端から突出部７１が突出する。突出部７１は、軸線Ｏ方向の長さＬが６．７ｍｍ以上１２．７ｍｍ以下に設定されている。突出部７１は、筒状の第１部７２と、先端側に位置する有底筒状の第２部７３と、第１部７２と第２部７３とを連絡する筒状の第３部７４とを備えている。

第３部７４は、自身の外面が先端側から後端側へ向かうにつれてテーパ状に拡径する。第３部７４がテーパ状の円錐面をもつことにより、第３部７４の外面にも非平衡プラズマを発生させ易くできる。よって、突出部７１による非平衡プラズマの発生量を増やすことができる。

第３部７４のテーパの角度θは、第１部７２及び第２部７３の外径にもよるが、３０°〜１２０°が好適である。角度θが３０°より小さくなると、第３部７４が軸線Ｏ方向に長くなるので、第２部７３の軸線Ｏ方向の長さが短くなる。その結果、第２部７３の外面の表面積が狭くなり、非平衡プラズマの発生量が少なくなる傾向がみられる。角度θが１２０°より大きくなると、第３部７４による非平衡プラズマの発生量が少なくなるので、第３部７４をテーパ状にする効果が乏しくなる。

点火プラグ７０は、突出部７１の外面の表面積Ｓを突出部６１の体積Ｖ１で除した値Ｓ／Ｖ１（単位は１／ｍｍ）が１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たす。第３部７４により非平衡プラズマの発生量を増やすことができるので、第１実施の形態で得られる効果に加え、着火性能を向上できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
試験者は、突出部の長さＬ、第２部の外径Ｄ２、及び、Ｓ／Ｖ１の異なる種々の点火プラグのサンプル１〜２７を準備した。なお、サンプル１〜２７は、各部の寸法が異なる点を除き、第１実施の形態における点火プラグ１１と同様である。サンプル１〜２７以外に、１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たすサンプルであって、突出部の長さＬが４．７ｍｍのサンプルや突出部の長さＬが１２．７ｍｍより長いサンプルも準備した。

試験者は、排気量１．６リットルの４気筒ＤＯＨＣエンジンに各サンプルを取り付け、エンジンの安定性が許容限界に達したときの燃料の希薄側の空燃比（希薄限界）を測定した。エンジンの運転条件は、回転数を１２００ｒｐｍ、負荷を図示平均有効圧力（ＮＭＥＰ）５００ｋＰａとした。点火時期が各運転のＭＢＴとなるように点火プラグに交流電圧を印加した。

エンジンの安定性の評価にはＮＭＥＰの燃焼変動率（ＣＯＶ）を用いた。エンジンの安定性の許容限界をＣＯＶ＝５％とした。試験結果を表１に示した。エンジンが失火したサンプルは、表１の希薄限界の欄に、空燃比を記す代わりに（−）を記した。

表１に示すように、Ｓ／Ｖ１の値が大きくなるにつれて希薄限界が大きくなることがわかった。希薄混合気の空燃比（希薄限界）を大きくできると、完全燃焼により一酸化炭素の生成を抑制できると共に、燃焼温度を低下できるので窒素酸化物の生成を抑制できる。また、希薄燃焼はエンジンの熱効率も向上できる。

Ｓ／Ｖ１が小さい、即ち突出部の体積Ｖ１が大きくなると、絶縁体や中心電極による熱の放散（熱引き）の影響が大きくなるので、希薄限界が小さくなると考えられる。突出部の長さＬに関係なく、Ｓ／Ｖ１≦１．０６では失火した（サンプル１，２，１０，１１，１９，２０）。突出部の体積Ｖ１に対する表面積Ｓの割合を増やす（Ｓ／Ｖ１を大きくする）ことによって、熱引きの影響を軽減して希薄限界を大きくできる。なお、突出部の長さＬが４．７ｍｍのサンプルは、Ｓ／Ｖ１の値に関係なく失火した。

サンプル９，１８では最適点火時期（ＭＢＴ）以外で過早着火（プレイグニッション）が起きた。突出部の表面積Ｓに対する体積Ｖ１の割合が小さいので、絶縁体によって突出部の熱を放散させ難いからであると推察される。なお、突出部の長さＬが１２．７ｍｍより長いサンプルは、Ｓ／Ｖ１の値に関係なくプレイグニッションが起きた。

この試験結果によれば、プレイグニッションを防ぎつつ着火性能を向上させるために、６．７≦Ｌ≦１２．７、且つ、１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５の条件を満たすように突出部を設定することが好ましいことが明らかである。

（実施例２）
試験者は、サンプル４を基準にしたサンプル２８〜３６、サンプル１３を基準にしたサンプル３７〜４５を準備した。サンプル３７〜４５は、第２部の外径Ｄ２を５．９ｍｍとし、第２部の厚さＴを異ならせたサンプルである。サンプル３７〜４５は、第２部の厚さＴが異なることにより、突出部の体積Ｖ１、中心電極の先端部の体積Ｖ２、隙間の体積Ｖ３が相違し、その結果、Ｖ２／Ｖの値が相違する。なお、Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３である。

（着火性および熱引きの評価）
試験者は、実施例１で使用した排気量１．６リットルの４気筒ＤＯＨＣエンジンに各サンプルを取り付け、エンジンの一連の行程を１サイクルとして、そのサイクルを１０００回繰り返すまでエンジンを稼働し、着火性および熱引きを評価した。エンジンの運転条件は、回転数を１２００ｒｐｍ、負荷を図示平均有効圧力（ＮＭＥＰ）５００ｋＰａ、空燃比は理論空燃比とした。点火時期が各運転のＭＢＴとなるように点火プラグに交流電圧を印加した。放電電圧は２０ｋＶとした。評価の閾値はＮＭＥＰのＣＯＶ＝５％とした。

ＣＯＶが５％以下のサンプルは、燃焼が安定している、即ち着火性は良好（○）と評価し、ＣＯＶが５％を超えたサンプルは、燃焼が不安定である、即ち着火性は劣る（△）と評価した。プレイグニッションが発生しなかったサンプルは、熱引きが良好（○）と評価し、プレイグニッションが発生したサンプルは、熱引きが不十分（×）と評価した。

（耐電圧の評価）
試験者は、排気量１．６リットルの同じ４気筒ＤＯＨＣエンジンに各サンプルを取り付け、エンジンを連続して２０時間稼働し、絶縁体（突出部）に貫通や割れが発生するか否かを調べた。エンジンの運転条件は、回転数を１２００ｒｐｍ、負荷を図示平均有効圧力（ＮＭＥＰ）５００ｋＰａ、空燃比は理論空燃比とした。点火時期が各運転のＭＢＴとなるように点火プラグに交流電圧を印加した。放電電圧は２０ｋＶとした。

絶縁体に貫通や割れが発生しなかったサンプルは耐電圧が確保されている（○）と評価し、絶縁体に貫通や割れが発生したサンプルは耐電圧が不十分（×）と評価した。試験結果を表２に示した。表２において、サンプル２９のＶ２／Ｖは小数点以下第４位を四捨五入し、サンプル４５のＶ２／Ｖは小数点以下第４位を切り捨てた。

表２に示すように、第２部の厚さＴ≦０．７０ｍｍのサンプル２８，３７は、耐電圧の評価において絶縁体の貫通や割れが確認された。第２部の厚さＴ≧２．６０ｍｍのサンプル３６，４５は、着火性の評価においてＣＯＶが５％を超えた。これにより、耐電圧と燃焼の安定性とを確保するために、第２部は０．７５≦厚さＴ（ｍｍ）＜２．６０、好ましくは０．７５≦厚さＴ（ｍｍ）≦２．４０が好適なことが明らかである。

また、Ｖ２／Ｖ＜０．０１のサンプル４５は、熱引きの評価においてプレイグニッションが発生した。これにより、熱引き性を確保するために、Ｖ２／Ｖ≧０．０１が好適なことが明らかである。以上を勘案すると、耐電圧性、燃焼の安定性および熱引き性を確保するためには、０．０１≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦０．４９を満たし、０．７５ｍｍ≦Ｔ≦２．４ｍｍを満たすことが好適なことが明らかである。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば突出部３２，６１，７１の形状や寸法は一例であり適宜設定できる。

上記第１実施の形態では、点火プラグ１１が０．０１≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦０．４９を満たし、０．７５ｍｍ≦Ｔ≦２．４ｍｍを満たす場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。点火プラグがこれらの条件を満たすようにすることは任意である。

上記第２実施の形態では、周方向に連続する円環状の溝を軸線Ｏ方向に互いに間隔をあけて突出部６１に複数設けることによって凹凸６５を形成する場合について説明した。しかし、凹凸６５は突出部６１の表面積Ｓを増やすことができれば良いので、必ずしもこれに限られるものではない。他の凹凸としては、例えば、突出部６１の外面に点在する凸起や突条、突出部６１の外面に分散する凹みや溝等が挙げられる。溝や突条としては、周方向に延びるもの、軸線Ｏ方向に延びるもの、螺旋状に延びるものが挙げられる。

第２実施の形態で説明した突出部６１の凹凸６５を、第３実施の形態で説明した点火プラグ７０に設けることは当然可能である。点火プラグ７０に凹凸６５を設けることによって、突出部７１の外面の表面積Ｓを拡大できる。その結果、突出部７１による非平衡プラズマの発生量を増やすことができる。

上記実施の形態では、リング部材５２及び充填材５３を介して主体金具２０を加締める場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。リング部材５２及び充填材５３を省略して、主体金具２０を加締めることは当然可能である。

１０ 点火装置
１１，６０，７０ 点火プラグ
１２ 電圧印加部
２０ 主体金具
３０ 絶縁体
３２，６１，７１ 突出部
３３，６２，７２ 第１部
３４，６３，７３ 第２部
３８ 隙間
４０ 中心電極
４１ 先端部（部位）
６５ 凹凸
７４ 第３部
Ｏ 軸線

Claims (6)

1. 先端側から後端側へと軸線に沿って延びる中心電極と、
   前記中心電極の先端を内包する有底筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体の先端側が自身の先端から突出する状態で前記絶縁体を保持する筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、
   前記中心電極と前記絶縁体との間に０．０１ｍｍ以上の径差が存在し、
   前記絶縁体のうち前記主体金具の前記先端よりも先端側に存在する突出部の軸方向の長さは６．７ｍｍ以上１２．７ｍｍ以下であり、
   前記突出部の外面の表面積Ｓを前記突出部の体積Ｖ１で除した値Ｓ／Ｖ１は、１．０７≦Ｓ／Ｖ１≦１．３５を満たすことを特徴とする点火プラグ。
2. 前記体積Ｖ１と、前記中心電極のうち前記主体金具の前記先端よりも先端側に存在する部位の体積Ｖ２と、前記絶縁体と前記中心電極との隙間のうち前記主体金具の前記先端よりも先端側に存在する部位の体積Ｖ３とは、０．０１≦Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦０．４９の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の点火プラグ。
3. 前記突出部は、第１の外径を有する第１部と、前記第１部よりも先端側に位置し前記第１の外径より小さく一定の第２の外径を有する第２部と、を備え、
   前記第２部は、径方向の厚さが０．７５ｍｍ以上２．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の点火プラグ。
4. 前記突出部は、第１の外径を有する第１部と、前記第１部よりも先端側に位置し前記第１の外径より小さく一定の第２の外径を有する第２部と、前記第１部と前記第２部とを連絡する第３部とを備え、
   前記軸線を含む断面において、
   前記第３部は、自身の外面が先端側から後端側へ向かうにつれてテーパ状に拡径することを特徴する請求項２記載の点火プラグ。
5. 前記突出部は、前記外面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の点火プラグ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の点火プラグと、
   交流電圧または複数回のパルス電圧を前記中心電極に印加することによって前記突出部の前記外面に非平衡プラズマを発生させる電圧印加部と、を備えていることを特徴とする点火装置。

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