JP2018041573A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成にて燃焼安定性の低下を抑制できるスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具１０と、取付金具に絶縁保持され、その一端部３１が取付金具の一端部２１から露出して延びる中心電極３０と、一端側が取付金具の一端部に接合され、他端側の一面４５が中心電極の一端部に対向するように延びる接地電極４０と、を備える。接地電極４０の最大幅Ｗが１．３≦Ｗ≦２．０の条件を満たすとき、中心電極の一端部側の端面５１の中心位置Ａと、中心位置Ａを通り当該スパークプラグ１００の軸方向３３と直交する仮想平面Ｘと接地電極の一面４５との交線の中点Ｂとの間の距離ｄが、Ｗ＋０．５２５≦ｄ≦１．０７Ｗ＋０．６６の範囲で設定される。【選択図】図４

Description

本開示は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグに関する。

自動車のエンジン等の内燃機関における着火手段として用いられるスパークプラグとして、軸方向に中心電極と接地電極とを対向させて火花放電ギャップを形成したものがある。かかるスパークプラグは、火花放電ギャップに放電を生じさせ、この放電により、燃焼室内の混合気に着火している。

ここで、燃焼室内においては、例えばスワール流やタンブル流といった混合気の気流が形成されており、この気流が火花放電ギャップにおいても適度に流れることにより、着火性を確保することができる。ところが、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢によっては、ハウジングの先端部に接合された接地電極の一部が、気流における火花放電ギャップの上流側に配置されることがある。この場合、燃焼室内の気流が接地電極によって遮られ、火花放電ギャップ付近の気流が停滞するおそれがある。その結果、スパークプラグの着火性が低下するおそれがある。すなわち、内燃機関への取付姿勢によって、スパークプラグの着火性がばらつくという問題が生じるおそれがある。特に近年、希薄燃焼による内燃機関が多く用いられているが、このような内燃機関においては、スパークプラグの取付姿勢によって、燃焼安定性が低下するおそれがある。

また、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢、すなわち周方向についての接地電極の位置を制御することは困難である。これは、ハウジングにおける取付用ネジの形成状態や内燃機関への取り付け作業時におけるスパークプラグの締付度合い等によって、取付姿勢が変化してしまうからである。

そこで、接地電極による気流の阻害を抑制するために、接地電極に穴開け加工を施した構成や、複数の薄い板状部材によって接地電極をハウジングに接合した構成が開示されている（例えば特許文献１）

特開平９−１４８０４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の「接地電極に穴開け加工を施した構成」では、接地電極の強度低下を招くおそれがある。また、それを防ぐために接地電極を太く形成すれば、結局、混合気の気流を妨げやすくなる。

また、同じく特許文献１に記載の「複数の薄い板状部材によって接地電極をハウジングに接合した構成」では、接地電極の形状が複雑になり、製造工数も増加し、製造コストが高くなるという問題がある。

本開示は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にて燃焼安定性の低下を抑制できるスパークプラグを提供することを目的とする。

本開示は、スパークプラグ（１００）であって、内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具（１０）と、前記取付金具に絶縁保持され、一端部（３１）が前記取付金具の一端部（２１）から露出して延びる中心電極（３０）と、一端側が前記取付金具の一端部に接合され、他端側の一面（４５）が前記中心電極の一端部に対向するように延びる接地電極（４０）と、を備え、前記取付金具の周方向に沿った前記接地電極の最大幅Ｗ（ｍｍ）が１．３≦Ｗ≦２．０の条件を満たすとき、前記中心電極の一端部側の端面（５１）の中心位置（Ａ）と、前記中心位置を通り当該スパークプラグの軸方向（３３）と直交する仮想平面（Ｘ）と前記接地電極の前記一面との交線の中点（Ｂ）との間の距離ｄ（ｍｍ）が、Ｗ＋０．５２５≦ｄ≦１．０７Ｗ＋０．６６の範囲で設定される。

この構成により、接地電極が中心電極に対して燃焼室内の気流の上流に配置される取り付け状態、すなわち、火花放電ギャップ付近の気流が停滞する可能性が最も高い取り付け状態においても、火花放電ギャップ付近において気流の流速を充分に発生させることが可能となる。この結果、スパークプラグの取り付け姿勢によらず、スパークプラグの着火安定性の低下を好適に抑制することができる。また、スパークプラグの取り付け姿勢によらず着火安定性を確保できるので、取付用ネジの形状や締め付け度合いなど、スパークプラグの取り付け工程に特別な精度が不要であり、中心電極と接地電極に係る２種類の寸法（接地電極の最大幅Ｗ、両電極間の距離ｄ）の調整のみで所望の着火安定性を実現できる。

本開示によれば、簡易な構成にて燃焼安定性の低下を抑制できるスパークプラグを提供することができる。

図１は、実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。 図２は、図１に示すスパークプラグにおける火花放電部近傍の拡大図である。 図３は、図２の拡大図を図２中のＹ方向から視た図である。 図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ端面図である。 図５は、実施形態の構成における着火性能評価試験の測定結果を示す図である。 図６は、図５の測定結果を三次元グラフで表す図である。 図７は、図６の三次元グラフを接地電極の幅Ｗにおいて連続的に示した図である。 図８は、図７中の凸部と基準平面との偏差を示す図である。 図９は、図８中の凸部におけるリーン限界Ａ／Ｆが０．０５以上改善する領域を平面状に示す図である。 図１０は、図８中の凸部におけるリーン限界Ａ／Ｆが０．１以上改善する領域を平面状に示す図である。 図１１は、接地電極の幅が太い場合の気流を示す図である。 図１２は、接地電極の幅が細い場合の気流を示す図である。 図１３は、変形例における火花放電部近傍の拡大図である。 図１４は、変形例の構成における着火性能評価試験の測定結果を示す図である。 図１５は、接地電極の断面形状の他の構成の一例を示す図である。 図１６は、接地電極の断面形状の他の構成の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［実施形態］
図１〜図４を参照して、本実施形態に係るスパークプラグ１００の構成について説明する。本実施形態に係るスパークプラグ１００は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる筒形状の取付金具１０を有しており、この取付金具１０は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部１０ａを備えている。取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）等からなる絶縁体２０が固定されており、この絶縁体２０の一端部２１は、取付金具１０の一端部１１から露出するように設けられている。

絶縁体２０の軸孔２２には中心電極３０が固定されており、この中心電極３０は取付金具１０に対して絶縁保持されている。中心電極３０は、例えば、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、図２に示すように、その細径化された一端部３１が、絶縁体２０の一端部２１から露出して延びるように設けられている。

一方、接地電極４０は、その一端部４１にて取付金具１０の一端部１１に溶接により固定され、途中で曲げられて、その他端部４２側が中心電極３０の一端部３１に向かって中心電極の軸３３とは鋭角をなすように延びる柱状（例えば角柱）をなす。接地電極４０の延在方向に直交する断面の形状は、例えば図４に示すように長方形状である。

つまり、図２に示す様に、接地電極４０の他端部４２側の端面（以下、接地電極他端面という）４３に向かう軸４４と中心電極３０の軸３３とのなす角度αが鋭角となっている。すなわち、接地電極４０は、その延在方向が中心電極３０に対して傾斜する形状、所謂スラント形状となっている。この接地電極４０は、例えば、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金より構成されている。

ここで、接地電極４０の接地電極他端面４３に向かう軸４４は、接地電極４０と取付金具１０との接合部（溶接部）断面の重心および中心電極の軸３３を含む面を仮想面とし、この仮想面に対して投影した時の実質的な接地電極４０の接地電極他端面４３に向かう軸である。当該仮想面は、図２における紙面に平行な面となる。

また、中心電極３０の一端部３１には、中心電極の軸３３と同一方向に延びる貴金属等よりなる中心電極側チップ５０が、レーザ溶接や抵抗溶接等により接合されている。つまり、本実施形態では、中心電極の軸３３は中心電極側チップ５０の軸５２でもある。なお、本例では、中心電極の軸３３は中心電極側チップの軸５２と一致しているが、一致していなくても同一方向即ち平行関係にあれば良い。

一方、接地電極４０の他端部４２側における中心電極３０に対向した面４５には、貴金属等よりなる柱状の接地電極側チップ６０が接合されている。接地電極側チップ６０は、接地電極４０との接合部から（つまり、接地電極他端面４３の幅からはみ出して）中心電極側チップ５０の方へ突き出している。この接地電極側チップ６０は、その先端面６１と中心電極側チップ５０の先端面５１とが放電ギャップを介して対向するように、中心電極側チップ５０の先端面５１に向かって延びている。

中心電極側チップの軸５２と接地電極側チップの軸６２とが交差またはねじれの位置関係にある。ここで、具体的には、中心電極側チップの軸５２と接地電極側チップの軸６２との交差角度β（ねじれの場合も、図２中のβを交差角度とする）は、火炎核が接地電極に接する体積を抑えて冷損を抑制することが出来、その角度は５°以上７０°以下であることが好ましい。

また、図２から明らかなように、接地電極側チップ６０の接地電極４０との接合部（溶接部）が、中心電極の軸３３方向において中心電極側チップ５０の先端面５１よりも取付金具１０とは反対側（図２中の上側）にある。

中心電極側チップ５０は、柱状、円板状等にすることができるが、柱状であることが好ましい。また、接地電極側チップ６０は、火炎核の接地電極母材による冷損を抑制するため、接地母材から離れた放電面（先端面）６１を形成できる柱状（棒状）であることが好ましい。

また、中心電極側チップ５０及び接地電極側チップ６０の材質としては、Ｐｔ（白金）−Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ−Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ−Ｎｉ（ニッケル）、Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｙ（イットリウム）等の合金のいずれか１種を採用することができる

更に言うならば、中心電極側チップ５０及び接地電極側チップ６０の材質としては、Ｐｔを主成分としＩｒ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金よりなるものにできる。より具体的には、Ｐｔを主成分とし、５０重量％以下のＩｒ、４０重量％以下のＮｉ、５０重量％以下のＲｈ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金を採用することができる。

また、中心電極側チップ５０及び接地電極側チップ６０の材質としては、Ｉｒを主成分としＲｈ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金よりなるものを採用することができる。より具体的には、Ｉｒを主成分とし、５０重量％以下のＲｈ、５０重量％以下のＰｔ、４０重量％以下のＮｉ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金を採用することができる。

かかるスパークプラグ１００においては、両チップ５０、６０の先端面５１、６１の間に形成された放電ギャップにおいて放電し、燃焼室内の混合気に着火させる。着火後、放電ギャップに形成された火炎核は、成長していき、燃焼室内にて燃焼が行われるようになっている。

そして特に本実施形態では、図３及び図４に示すように、取付金具１０の周方向に沿った接地電極４０の最大幅Ｗ（ｍｍ）が、１．３≦Ｗ≦２．０の条件を満たすように設定されている。以降の説明では、この最大幅Ｗを単に「接地電極４０の幅Ｗ」とも表記する。なお、接地電極４０の断面形状が長方形状である本実施形態の構成の場合、この最大幅Ｗは、接地電極４０の他端部４２側における中心電極３０の一端部３１側の先端部（中心電極側チップ５０）に対向した面４５（「接地電極４０の他端側の一面４５」ともいう）に沿った幅が相当する。また、最大幅Ｗは、「気流上流側面４６の幅」とも表現することができる。気流上流側面４６とは、接地電極４０の延在方向に沿った４つの側面のうち、中心電極３０と反対側の面であり、上記の一面４５に対して反対側の面である。

さらに、本実施形態では、図２及び図４に示すように、幅Ｗが上記条件を満たすとき、中心電極３０の一端部３１側の端面（中心電極側チップ５０の先端面５１）の中心位置Ａと、この中心位置Ａを通り、中心電極３０の軸３３（取付金具１０の中心軸線）と直交する仮想平面Ｘ（図２の水平方向、図４の紙面と平行な方向に延在する平面）と、接地電極４０の一面４５との交線の中点Ｂとの間の距離ｄ（ｍｍ）が、下記の（１）式で示す範囲で設定されるのが好ましい。
Ｗ＋０．５２５≦ｄ≦１．０７Ｗ＋０．６６ ・・・（１）

さらに、この距離ｄ（ｍｍ）の範囲は、下記の（２）式で示す範囲に狭めて設定されるのが好ましい。
Ｗ＋０．６≦ｄ≦１．１７Ｗ＋０．４２ ・・・（２）

なお、上記の距離ｄの定義は、仮想平面Ｘにおいて、中心電極側チップ５０の先端面５１の中心位置Ａから接地電極４０の一面４５へ伸ばした垂線の長さ、とも表現することができる。

上述のように、内燃機関の燃焼室内で発生する気流が、中心電極３０と接地電極４０との間の火花放電ギャップに適度に流れることにより、スパークプラグ１００の着火性を確保できる。しかし、内燃機関へのスパークプラグ１００の取付姿勢によっては、中心電極３０に対して接地電極４０が、気流における火花放電ギャップの上流側に配置されることがある（スパークプラグ１００の取付姿勢としては、接地電極４０の位置が火花放電ギャップ（中心電極３０）の上流側にある場合の他に、接地電極４０がギャップより下流側にある場合や、接地電極４０とギャップとが横並びにある場合、が挙げられる）。このように接地電極４０が火花放電ギャップより上流側に配置される場合、燃焼室内の気流が接地電極４０によって遮られ、火花放電ギャップ付近の気流が停滞し、その結果、スパークプラグの着火安定性が低下するおそれがある。

これに対して、本実施形態に係るスパークプラグ１００は、接地電極４０の最大幅Ｗ（ｍｍ）が、１．３≦Ｗ≦２．０の条件下で、接地電極と中心電極との距離ｄを上記（１）式、より好ましくは（２）式に示す範囲に設定する。この構成により、接地電極４０が中心電極３０に対して燃焼室内の気流の上流に配置される取り付け状態、すなわち、火花放電ギャップ付近の気流が停滞する可能性が最も高い取り付け状態においても、火花放電ギャップ付近において気流の流速を充分に発生させることが可能となる。この結果、スパークプラグ１００の取り付け姿勢によらず、スパークプラグ１００の着火安定性の低下を好適に抑制することができる。また、スパークプラグ１００の取り付け姿勢によらず着火安定性を確保できるので、取付用ネジの形状や締め付け度合いなど、スパークプラグ１００の取り付け工程に特別な精度が不要であり、中心電極３０と接地電極４０に係る２種類の寸法（接地電極４０の幅、両電極間の距離ｄ）の調整のみで所望の着火安定性を実現できる。つまり、本実施形態に係るスパークプラグ１００は、簡易な構成にて燃焼安定性の低下を抑制できる。なお、幅Ｗと距離ｄとを上記（１）式または（２）式に示す範囲に設定することにより上記の効果を奏することができる根拠については、図１１及び図１２を参照して後述する。

また、本実施形態のスパークプラグ１００では、接地電極４０がスラント形状である。つまり、接地電極４０の軸４４と中心電極３０の軸３３とのなす角度αが鋭角となるように、接地電極４０の他端部４２側が中心電極３０の一端部３１に向かって延びる。この構成により、先端部側が中心電極３０の軸３３と直交して、中心電極３０の先端部に覆いかぶさるような形状を有する通常の接地電極に比べて、接地電極４０を短化して熱引き性を良好にできる。したがって、接地電極４０の耐熱性を確保できると共に、強度の低下を防止できる。

また、本実施形態のスパークプラグ１００では、中心電極３０の一端部３１の先端から突出して設けられる柱状の中心電極側チップ５０を備える。上記の（１）式及び（２）式の「中心電極３０の一端部３１側の端面」とは中心電極側チップ５０の先端面５１である。中心電極側チップ５０の軸５２の方向は、スパークプラグ１００の軸方向（取付金具１０の中心軸線の軸方向）と同一である。この構成により、中心電極側チップ５０は円柱形状であればよいので、製造を容易にできる。また、形状がシンプルであるので、中心電極３０への溶接作業も容易にできる。

また、本実施形態のスパークプラグ１００において、接地電極４０には、一面４５から中心電極側チップ５０側（中心電極３０側）に突出し、中心電極側チップ５０（中心電極３０）と放電ギャップを介して対向する柱状の接地電極側チップ６０が設けられる。この構成により、中心電極３０と接地電極４０の両方に柱状の貴金属チップ５０，６０が設けられた針対針構造となるので、着火性能を向上できる。

次に、図５〜図１０を参照して、接地電極の幅Ｗ（ｍｍ）が、１．３≦Ｗ≦２．０の条件下で、接地電極４０と中心電極３０との距離ｄを上記（１）式、より好ましくは（２）式に示す範囲に設定することの根拠について述べる。

これらの具体的数値は、下記の仕様のスパークプラグ１００について着火性能評価試験を行った結果、導出したものである。
・接地電極４０の断面形状：厚さｔ＝１．３ｍｍ固定の長方形形状
・接地電極側チップ６０の径φ＝０．７ｍｍ、接地面（接地電極４０の一面４５）からの突出し量＝０．８ｍｍ
・中心電極側チップ５０の径φ＝０．５５ｍｍ、長さＬ＝０．８ｍｍ
・取付ネジ部１０ａのネジ径：Ｍ１２
・放電ギャップ：０．８５ｍｍ
・中心電極側チップ５０の軸方向はスパークプラグ１００の軸方向と同一

なお、スパークプラグ１００の取り付け方向は、接地電極４０の背方向（面４５と反対側の面がある方向）をエンジンの吸気弁方向とした。すなわち、気流方向は、接地電極４０の背方向が上流側となる（図１１、図１２参照）。

ここで、着火性能評価試験は、エンジンとして１８００ｃｃ、４気筒のものを用い、評価条件は２０００ｒｐｍ、図示有効平均圧Ｐｍｉ＝０．２８Ｍｐａ、評価特性値は、リーン限界Ａ／Ｆ（失火しないような最も薄い混合気の空気／燃料比）を用いた。なお、Ｐｍｉ変動率３％点のＡ／Ｆ値をリーン限界Ａ／Ｆと定義した。

着火性能評価試験では、接地電極４０の幅Ｗを、１．２〜２．２の範囲において０．１刻みで１１種類設定した。そして、幅Ｗの各値について、距離ｄを、１．７〜２．９の範囲において０．１刻みで１３種類設定した。これらの合計１４３種類の各条件において、リーン限界Ａ／Ｆを５回ずつ測定し、測定値の範囲を求めた。距離ｄの変更は、接地電極４０の立設部より先端側の接地母材の角度αと、曲げＲの大きさと、曲げＲ部の高さとを適宜変更して行った。

着火性能評価試験の測定結果を図５に示す。図５には、上記の１４３種類の各条件で５回ずつ計測したリーン限界Ａ／Ｆの測定値の範囲がそれぞれ示されている。図５に太枠で囲んで示すように、幅Ｗの各値において、リーン限界Ａ／Ｆが相対的に大きくなる（エンジンの燃焼安定性が向上する）ｄの領域Ｒ１が存在する。また、図５に網掛けで示すように、領域Ｒ１において、リーン限界Ａ／Ｆが相対的に大きくなる（エンジンの燃焼安定性がさらに向上する）領域Ｒ２が存在する。これらの領域Ｒ１，Ｒ２は、幅Ｗが増加するにつれてｄが大きい領域に遷移している傾向がある。

図５の各条件において計測した５回のリーン限界Ａ／Ｆの平均値と、幅Ｗと距離ｄとの関係は、図６に示す三次元グラフに示すような特性となる。図６は、幅Ｗの各条件ごとに離散的に表現した三次元グラフである。図６に示すように、リーン限界Ａ／Ｆは、幅Ｗの範囲が１．３〜２．０の範囲では、距離ｄに応じてピーク値を有する山型となる傾向がある。また、これらのピークは、幅Ｗが増加するにつれて距離ｄが大きい領域に遷移している。さらに、幅Ｗが小さくなるほど、リーン限界Ａ／Ｆの基準値（ピーク値を含む山形部分を除く平坦部分）が増加する傾向がある。

図６に示す三次元グラフを、幅Ｗの各条件の間を補完して連続的に表現すると図７に示す三次元グラフとなる。図７に示すように、リーン限界Ａ／Ｆは、基本的には、幅Ｗの各値において一定の基準値をとり、幅Ｗの減少に伴ってこの基準値が増加するような傾斜平面Ｓをとる特性となる。また、リーン限界Ａ／Ｆは、この傾斜平面Ｓからピーク値の稜線を中心として正方向に突出する凸部Ｐを有する特性となる。

図８は、幅Ｗの各値において凸部Ｐと基準平面Ｓとの偏差を示す三次元グラフである。すなわち、図８では、ｄ軸及びＷ軸を含む水平面が基準平面Ｓであり、水平面から突出する山形状の部分が凸部Ｐである。図８では、基準平面Ｓに対してリーン限界Ａ／Ｆが０．１以上改善した領域をＰ１、０．０５以上改善した領域をＰ２、０．０５未満の改善した領域をＰ３として図示している。

このうち領域Ｐ２の範囲を抽出したのが図９である。図９は、図８の三次元グラフをリーン限界Ａ／Ｆが０．０５の平面で切ったときの凸部Ｐの断面形状を示す。図９に示されるプロットを結ぶ線分は、図８の領域Ｐ２とＰ３との境界線である。そして、これらの境界線を線形近似して２本の近似直線Ｌ１（ｄ＝Ｗ＋０．５２５）と近似直線Ｌ２（ｄ＝１．０７１４Ｗ＋０．６５７１）を得ることができる。これらの近似直線Ｌ１とＬ２との間の領域が、リーン限界Ａ／Ｆが０．０５以上改善した領域となる。したがって、図９に示す試験結果によって、接地電極４０の幅Ｗ（ｍｍ）が、１．３≦Ｗ≦２．０の条件下で、接地電極４０と中心電極３０との距離ｄを上記（１）式に示す範囲に設定することにより、リーン限界Ａ／Ｆを改善でき、この結果、燃焼安定性を向上できることが示された。

図８のうち領域Ｐ１を抽出したのが図１０である。図１０は、図８の三次元グラフをリーン限界Ａ／Ｆが０．１の平面で切ったときの凸部Ｐの断面形状を示す。図１０に示されるプロットを結ぶ線分は、図８の領域Ｐ１とＰ２との境界線である。そして、これらの境界線を線形近似して２本の近似直線Ｌ３（ｄ＝Ｗ＋０．６）と近似直線Ｌ４（ｄ＝１．１７１４Ｗ＋０．４１７１）を得ることができる。これらの近似直線Ｌ３とＬ４との間の領域が、リーン限界Ａ／Ｆが０．１以上改善した領域となる。したがって、図１０に示す試験結果によって、接地電極４０の幅Ｗ（ｍｍ）が、１．３≦Ｗ≦２．０の条件下で、接地電極４０と中心電極３０との距離ｄを上記（２）式に示す範囲に設定することにより、リーン限界Ａ／Ｆをより一層改善でき、この結果、燃焼安定性をさらに向上できることが示された。

次に、図１１及び図１２を参照して、接地電極４０の幅Ｗにより最適な距離ｄが存在するメカニズムについて説明する。

図１１に示すように、接地電極４０が気流の上流に位置すると、その接地電極４０が気流の妨げになり下流側に位置する中心電極３０の放電部（ギャップ部）での気流を停滞させ（すなわち淀ませ）、放電火花を気流に乗せて引伸ばすことが出来なくなる。一般的に、放電火花が伸びると、混合気との接触長さが増加するために着火性能が良くなることが知られている。このため火花が伸びなくなると着火性能が低下する。この事から、プラグギャップ部（中心電極側チップ５０の先端面５１の近傍）の気流を淀ませることなく流れるようにできれば、着火性能を向上させることができると考えられる。

接地電極４０による気流停滞の要因は、例えば、接地電極４０の幅Ｗ（以降では「接地幅Ｗ」ともいう）により、その下流側にて流速は低下するものの、その低下度合いが距離ｄに単純に比例しない領域が存在し、局部的に流速の低下度合いが低い部分が存在するためと推定できる。図１１に示すように、接地幅Ｗが広い（太い）と、接地裏側面（接地電極４０の一面４５）に渦が大きく発生し気流の剥離が増大する。これにより、下流での流速が小さくなり、距離ｄの影響は小さくなる。

一方、接地幅Ｗを狭く（細く）すると、図１２に示すように、接地裏側面４５での渦発生が抑えられ、気流の剥離が抑制される。これにより、下流での流速が向上されて大きくなり、距離ｄにより流速の変化は大きくなる。すなわち、最も流速が早くなる距離ｄが存在する。これは、着火性が良くなるｄが存在することを意味する。

従来の接地電極（一般的なプラグの接地電極幅Ｗは２．１〜２．７ｍｍ程度。接地電極厚さｔは１．２〜１．４ｍｍ程度）では、気流の上流に位置した場合、その接地電極４０と中心電極３０のギャップ部までの距離ｄは、一定距離（ギャップ以上の距離）以上では着火性能は変化しないと考えられていた。これに対して本実施形態では、上流に位置する接地電極幅Ｗの特定範囲（すなわち１．３≦Ｗ≦２．０（ｍｍ））において、接地電極４０からギャップ部までの距離ｄによって着火性能が向上する事を見出したものである。

［変形例］
図１３〜図１６を参照して上記実施形態の変形例について説明する。

スパークプラグ１００の火花放電部（中心電極３０、接地電極４０を含む領域）の構成は、上記実施形態に限られない。上記実施形態では、中心電極側チップ５０の軸５２の方向が、スパークプラグ１００の軸方向と同一であったが、中心電極側チップ５０の軸５２は、スパークプラグ１００の軸方向と同一方向でなくても良く、外方に延びていれば良い。そして、この場合、接地電極側チップ６０の軸６２と中心電極３０の軸３３とが交差またはねじれの位置関係に有れば良い。例えば図１３に示すように、中心電極側チップ５０を接地電極４０側に傾斜させ、中心電極側チップ５０の軸５２の方向を、接地電極４０の一面４５の対向方向、すなわち、接地電極側チップ６０の軸６２の方向と同一としてもよい。

図１３の構成においても、実施形態と同様に着火性能評価試験を行った。試験に用いたスパークプラグ１００の仕様は、中心電極側チップ５０の軸５２の方向が接地電極側チップ６０の軸６２の方向と同一である点のみが実施形態と異なり、他の仕様は実施形態と同様である。

着火性能評価試験では、接地電極４０の幅Ｗを１．５及び１．７の２種類を設定し、Ｗの各値について、距離ｄを、１．７〜２．９の範囲において０．１刻みで１３種類設定した、合計２６種類の各条件において、リーン限界Ａ／Ｆを５回ずつ測定し、測定値の範囲を求めた。

着火性能評価試験の測定結果を図１４に示す。図１４の形式的な概要は図５と同様である。図１４に示すように、図１３に示す変形例の構成においても、図２に示す実施形態の構成と同様の結果が得られた。この理由は、スパークプラグ１００の着火安定性は、接地電極４０の幅Ｗと中心電極３０の放電起点部までの空間にて気流の状態（流速）が支配されるためであり、一方、接地電極側チップ６０に対向する中心電極側チップ５０の軸５２の方向にはほとんど影響されないためと考えられる。

また、上記実施形態では、接地電極４０の延在方向に直交する断面の形状が長方形状である構成を例示したが、接地電極４０の断面形状はこれに限られない。例えば図１５に示すような台形状であってもよい。図１５に示すように、断面形状が台形状であり、かつ、接地電極４０の他端側の一面４５が台形の上底、接地電極４０の気流上流側面４６が台形の下底となる構成の場合には、上底の幅Ｓ１より長い下底の幅Ｓ２、すなわち気流上流側面４６に沿った幅Ｓ２が、上記実施形態の「接地電極４０の最大幅Ｗ」に相当する。

同様に、接地電極４０の断面形状は、図１６に示すように、上記実施形態の矩形状の角を面取りした形状であってもよい。この構成の場合、上記実施形態の「接地電極４０の最大幅Ｗ」は、接地電極４０の他端側の一面４５、または、気流上流側面４６に沿った幅Ｓ３ではなく、これらの両側の面取り部分も含めた幅Ｓ４がこれに相当する。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

上記実施形態では、スラント形状の接地電極４０を備える構成を例示したが、本実施形態のスパークプラグ１００は、先端部側が中心電極３０の軸３３と直交して中心電極３０の先端部に覆いかぶさるような形状を有する通常の接地電極を備える構成にも適用することができる。

また、上記実施形態では、中心電極３０と接地電極４０の両方に柱状の貴金属チップ５０，６０が設けられた針対針構造の構成を例示したが、本実施形態のスパークプラグ１００は、中心電極３０のみに貴金属チップ５０を設ける構成でもよい。

１０：取付金具
３０：中心電極
４０：接地電極
４５：接地電極の他端側の一面
５０：中心電極側チップ
５１：先端面
６０：接地電極側チップ
１００：スパークプラグ
Ｗ：取付金具の周方向に沿った接地電極の最大幅
Ａ：中心電極の一端部側の端面の中心位置
Ｘ：中心位置を通り当該スパークプラグの軸方向と直交する仮想平面
Ｂ：仮想平面と接地電極の一面との交線の中点
ｄ：中心位置Ａと中点Ｂとの間の距離

Claims (6)

1. スパークプラグ（１００）であって、
   内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具（１０）と、
   前記取付金具に絶縁保持され、一端部（３１）が前記取付金具の一端部（１１）から露出して延びる中心電極（３０）と、
   一端側が前記取付金具の一端部に接合され、他端側の一面（４５）が前記中心電極の一端部に対向するように延びる接地電極（４０）と、を備え、
   前記取付金具の周方向に沿った前記接地電極の最大幅幅Ｗ（ｍｍ）が１．３≦Ｗ≦２．０の条件を満たすとき、
   前記中心電極の一端部側の端面（５１）の中心位置（Ａ）と、前記中心位置を通り当該スパークプラグの軸方向（３３）と直交する仮想平面（Ｘ）と前記接地電極の前記一面との交線の中点（Ｂ）との間の距離ｄ（ｍｍ）が、
   Ｗ＋０．５２５≦ｄ≦１．０７Ｗ＋０．６６
   の範囲で設定される、
   スパークプラグ。
2. 前記距離ｄ（ｍｍ）が、
   Ｗ＋０．６≦ｄ≦１．１７Ｗ＋０．４２
   の範囲で設定される、
   請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記接地電極がスラント形状である、
   請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 前記中心電極の一端部の先端から突出して設けられる柱状の中心電極側チップ（５０）を備え、
   前記中心電極の一端部側の端面とは、前記中心電極側チップの先端面（５１）であり、
   前記中心電極側チップの軸方向（５２）は、当該スパークプラグの軸方向と同一である、
   請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記中心電極の一端部の先端から突出して設けられる柱状の中心電極側チップ（５０）を備え、
   前記中心電極の一端部側の端面とは、前記中心電極側チップの先端面（５１）であり、
   前記中心電極の一端部の軸方向（５２）は、前記接地電極の前記一面の対向方向（６２）と同一である、請求項３に記載のスパークプラグ。
6. 前記接地電極には、前記一面から前記中心電極側に突出し、前記中心電極と放電ギャップを介して対向する柱状の接地電極側チップ（６０）が設けられる、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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