JP2018120771A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内のガス流を利用して点火プラグの着火性能を向上する。
【解決手段】中心電極と、中心電極の側面に対して対向してギャップを形成するギャップ形成面を有する接地電極と、を備える点火プラグは、軸線方向と垂直で、かつ、ギャップ形成面および中心電極の側面を通る断面において、ギャップ形成面と中心電極の側面との最短距離を示す仮想的な線を第１の仮想線とし、第１の仮想線と垂直で、かつ、第１の仮想線とギャップ形成面との交点を通る仮想的な線を第２の仮想線とし、第１の仮想線に沿って中心電極からギャップ形成面に向かう方向を特定方向とするとき、ギャップ形成面は、第１の仮想線によって区分けされる第１の輪郭線と、第２の輪郭線と、を備え、第１の輪郭線は、第２の仮想線上、あるいは、第２の仮想線から特定方向に離れた位置にあり、第２の輪郭線は、第２の仮想線から特定方向に離れた位置にある。
【選択図】 図５

Description

本明細書は、内燃機関等において燃料ガスに点火するための点火プラグに関する。

点火プラグは、絶縁体によって互いに絶縁された中心電極と接地電極とに電圧が印加されることによって、中心電極の先端部と接地電極の先端部との間に形成されたギャップに、火花を発生させる。例えば、特許文献１には、中心電極の側面と接地電極の端面とが軸線と垂直な方向に対向してギャップを形成する点火プラグが開示されている。

特開平９−２６００２５号公報 特開２０００−２２３２３９号公報 特開２０１０−２３８４９８号公報 特開平７−３７６７５号公報

しかしながら、内燃機関の燃費向上や排気ガスの浄化のために、混合気の希薄化や再循環されるガス（ＥＧＲガス）の増加が図られており、これに伴う火炎伝播速度の低下を補うために、内燃機関の燃焼室内のガス流の流速が速くなる傾向にある。このために、燃焼室内のガス流を利用して点火プラグの着火性能を向上する技術が求められていた。

本明細書は、燃焼室内のガス流を利用して点火プラグの着火性能を向上することができる点火プラグを開示する。

本明細書に開示される技術は、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］軸線に沿って延びる中心電極と、
前記軸線に沿って延びる軸孔を有し、前記軸孔に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に接続されるとともに、前記中心電極の側面に対して前記軸線方向と垂直な方向に対向してギャップを形成するギャップ形成面を有する接地電極と、
を備える点火プラグであって、
前記軸線方向と垂直で、かつ、前記ギャップ形成面および前記中心電極の側面を通る断面において、
前記ギャップ形成面と前記中心電極の側面との最短距離を示す仮想的な線を第１の仮想線とし、前記第１の仮想線と垂直で、かつ、前記第１の仮想線と前記ギャップ形成面との交点を通る仮想的な線を第２の仮想線とし、前記第１の仮想線に沿って前記中心電極から前記ギャップ形成面に向かう方向を特定方向とするとき、
前記ギャップ形成面となる前記接地電極の輪郭線は、前記第１の仮想線によって区分けされる、第１の輪郭線と、第２の輪郭線と、を備え、
前記第１の輪郭線は、前記第２の仮想線上、あるいは、前記交点以外の部分が前記第２の仮想線から前記特定方向に離れた位置にあり、
前記第２の輪郭線は、前記交点以外の部分が前記第２の仮想線から前記特定方向に離れた位置にあることを特徴とする、点火プラグ。

中心電極の先端面に対して軸線方向にギャップを形成する場合には、火花が拡がる方向に、接地電極が位置し得る。上記構成によれば、中心電極の側面に対して軸線方向と垂直な方向に対向してギャップを形成するギャップ形成面を有する。この構造では、火花は、軸線方向と垂直な方向に発生する。そして、この構造では、火花が、ガス流によって吹き流されて、ギャップから離れて拡がる場合に、火花が拡がる方向に、接地電極が位置しない。この結果、接地電極の火花による消耗を抑制できるとともに、接地電極による消炎作用を抑制できる。さらに、上記構成によれば、最短距離を示す第１の仮想線の位置に、火花が発生する。第１の仮想線から見て第１の輪郭線側から火花が発生する位置にガス流が流入する場合に、第１の輪郭線は、第２の仮想線上、あるいは、第２の仮想線から特定方向に離れた位置にあるので、ガス流の流入が接地電極によって妨げられることが抑制される。第１の輪郭線側から流入するガス流によって、発生した火花は、第１の仮想線から見て第２の輪郭線側に吹き流される。このとき、第２の輪郭線は、第２の仮想線から特定方向に離れた位置にあるので、吹き流された火花が拡大する。この結果、燃焼室内のガス流を利用して点火プラグの着火性能を向上することができる。

［適用例２］適用例１に記載の点火プラグであって、
前記断面において、
前記第１の輪郭線は、前記第２の仮想線から前記特定方向に離れた位置にある、点火プラグ。

上記構成によれば、第１の仮想線から見て第１の輪郭線側から火花が発生する位置にガス流が流入する場合に、ガス流の流入が接地電極によって妨げられることが、さらに、抑制される。

［適用例３］適用例２に記載の点火プラグであって、
前記断面において、
前記第１の輪郭線と前記第２の仮想線との間の鋭角をαとし、
前記第２の輪郭線と前記第２の仮想線との間の鋭角をβとするとき、
β＞αを満たす、点火プラグ。

上記構成によれば、第１の仮想線から見て第１の輪郭線側から火花が発生する位置にガス流が流入する場合に、ガス流の流入が接地電極によって妨げられることを効果的に抑制しつつ、吹き流された火花を効果的に拡大することができる。

［適用例４］適用例３に記載の点火プラグであって、
前記断面における前記第１の輪郭線側に、内燃機関の燃焼室内に前記ギャップ形成面と前記中心電極の側面との間を通るガスの流動経路の上流側が位置するように、前記内燃機関に取り付けられる、点火プラグ。

上記構成によれば、ガスの流動経路の上流側にガスの流動経路を確保しつつ、下流側に吹き流された火花を効果的に拡大することができる。

［適用例５］適用例３に記載の点火プラグであって、
前記断面において、前記第２の輪郭線と交差する前記接地電極の側面となる第３の輪郭線と、前記第２の輪郭線と、の間の角度のうち、前記接地電極側の角度をγとするとき、
γ＜１８０°を満たす、点火プラグ。

上記構成によれば、ガス流の下流側で、接地電極によって火花が消炎されることを抑制することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグや点火プラグを用いた点火装置、その点火プラグを搭載する内燃機関や、その点火プラグを用いた点火装置を搭載する内燃機関、点火プラグの電極等の態様で実現することができる。

内燃機関の一例を示す図である。 点火プラグ１００と吸気バルブ７３０と排気バルブ７４０との配置例を示す投影図である。 点火プラグの一例の断面図である。 点火プラグ１００の先端近傍の構成を示す図である。 図４の一点破線で囲まれた領域ＳＡの拡大図である。 点火プラグ１００の放電について説明する図である。 変形例の接地電極３０ｂの一例を説明する図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態の点火プラグ１００が取り付けられる内燃機関の一例を示す図である。図中には、内燃機関７００の複数（例えば、４個）の燃焼室（シリンダとも呼ばれる）のうちの１個の燃焼室７９０の概略断面図が示されている。内燃機関７００は、エンジンヘッド７１０と、シリンダブロック７２０と、ピストン７５０と、点火プラグ１００と、を含んでいる。ピストン７５０は、図示しないコネクティングロッドに連結され、コネクティングロッドは、図示しないクランクシャフトに連結されている。

シリンダブロック７２０は、燃焼室７９０のうちの一部（略円筒状の空間）を形成するシリンダ壁７２９を有している。シリンダブロック７２０の一方向側（図１の上側）には、エンジンヘッド７１０が固定されている。エンジンヘッド７１０は、燃焼室７９０の端部を形成する内壁７１９と、燃焼室７９０に連通する吸気ポート７１２を形成する第１壁７１１と、吸気ポート７１２を開閉可能な吸気バルブ７３０と、燃焼室７９０に連通する排気ポート７１４を形成する第２壁７１３と、排気ポート７１４を開閉可能な排気バルブ７４０と、点火プラグ１００を取り付けるための取付孔７１８と、を有している。ピストン７５０は、シリンダ壁７２９によって形成される空間内を、往復動する。ピストン７５０のエンジンヘッド７１０側の面７５９と、シリンダブロック７２０のシリンダ壁７２９と、エンジンヘッド７１０の内壁７１９と、に囲まれる空間が、燃焼室７９０に相当する。取付孔７１８に取り付けられた点火プラグ１００の中心電極２０と接地電極３０とは、燃焼室７９０に露出している。図中の軸線ＣＬは、中心電極２０の軸線ＣＬである（軸線ＣＬとも呼ぶ）。

図２は、点火プラグ１００と吸気バルブ７３０と排気バルブ７４０との配置例を示す投影図である。この投影図は、点火プラグ１００の中心電極２０の軸線ＣＬに垂直な投影面上に要素１００、７３０、７４０を投影することによって得られる投影図である。図示された要素１００、７３０、７４０は、１個の燃焼室７９０（図１）の要素である。図中では、バルブ７３０、７４０を表す領域のそれぞれに、ハッチングが付されている。

図２に示すように、本実施形態の内燃機関７００の１個の燃焼室７９０には、１個の点火プラグ１００と、２個の吸気バルブ７３０と、２個の排気バルブ７４０と、が設けられている。投影図中のバルブ７３０、７４０は、いずれも、閉じた状態のバルブ７３０、７４０を示している。また、投影図中のバルブ７３０、７４０は、いずれも、燃焼室７９０内から見える部分を示している。以下、２個の吸気バルブ７３０を区別する場合には、符号「７３０」の末尾に識別子（ここでは、「ａ」または「ｂ」）を付加する。２個の排気バルブ７４０についても、同様である。

図中には、バルブ７３０ａ、７３０ｂ、７４０ａ、７４０ｂのそれぞれの中心位置Ｃ３ａ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ａ、Ｃ４ｂが、示されている。これらの中心位置Ｃ３ａ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ａ、Ｃ４ｂは、それぞれ、図２に示す投影面上におけるバルブ７３０ａ、７３０ｂ、７４０ａ、７４０ｂを表す領域の重心位置を示している。例えば、第１中心位置Ｃ３ａは、第１吸気バルブ７３０ａを表す領域の重心位置である。なお、領域の重心は、領域内に質量が均等に分布していると仮定した場合の重心の位置である。

図中には、２個の重心位置Ｃ３、Ｃ４が示されている。吸気重心位置Ｃ３は、２個の吸気バルブ７３０ａ、７３０ｂのそれぞれの中心位置Ｃ３ａ、Ｃ３ｂの重心位置である。排気重心位置Ｃ４は、２個の排気バルブ７４０ａ、７４０ｂのそれぞれの中心位置Ｃ４ａ、Ｃ４ｂの重心位置である。なお、複数の中心位置の重心位置は、各中心位置に同じ質量が配置されていると仮定した場合の重心の位置である。

図２の矢印で示す流動方向Ｄｇは、軸線ＣＬと略垂直な方向であり、吸気重心位置Ｃ３から排気重心位置Ｃ４からに向かう方向である（バルブ配置方向とも呼ぶ。）。点火プラグ１００の点火時には、燃焼室７９０内における点火プラグ１００の先端近傍を流動方向Ｄｇに燃料ガス（空気と燃料の混合気）が流動する。図２の流動方向Ｄｇを示す矢印は、点火プラグ１００の先端近傍における混合気の流動経路を示していると、言うこともできる。

次に、点火プラグ１００の構成について、説明する。図３は、点火プラグの一例の断面図である。図中には、中心電極２０の軸線ＣＬ（中心軸）が示されている。本実施形態では、中心電極２０の軸線ＣＬは、点火プラグ１００の軸線と同じである。図示された断面は、軸線ＣＬを含む断面である。以下、軸線ＣＬと平行な方向を「軸線方向」とも呼ぶ。軸線ＣＬを中心とし、軸線ＣＬと垂直な平面上に位置する円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。軸線ＣＬと平行な方向のうち、図３における上方向を先端方向Ｄｆと呼び、下方向を後端方向Ｄｒとも呼ぶ。また、図３における先端方向Ｄｆ側を点火プラグ１００の先端側と呼び、図３における後端方向Ｄｒ側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。

点火プラグ１００は、上述したように内燃機関７００に取り付けられ、内燃機関７００の燃焼室７９０内の燃焼ガスに着火するために用いられる。点火プラグ１００の火花放電時には、所定の点火装置（例えば、フルトランジスタ点火装置）を用いて、１回の放電あたり２５ｍＪ〜５０ｍＪの電気エネルギーが供給される。このように、比較的大きな電気エネルギーが供給されるために、発生する火花の寿命が長くなる。このために、詳細は後述するように、内燃機関７００内の混合気の流れ（ガス流）によって吹き流されることで、発生した火花が拡大する。これによって、点火プラグ１００の着火性能が向上する。

点火プラグ１００は、絶縁体１０（絶縁碍子とも呼ぶ）と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、導電性の第１シール部６０と、抵抗体７０と、導電性の第２シール部８０と、先端側パッキン８と、タルク９と、第１後端側パッキン６と、第２後端側パッキン７と、を備えている。

絶縁体１０は、軸線ＣＬに沿って延びて絶縁体１０を貫通する貫通孔である軸孔１２とも呼ぶ）を有する略円筒状の部材である。絶縁体１０は、アルミナを焼成して形成されている（他の絶縁材料も採用可能である）。絶縁体１０は、先端側から後端方向Ｄｒに向かって順番に並ぶ、脚部１３と、第１縮外径部１５と、先端側胴部１７と、鍔部１９と、第２縮外径部１１と、後端側胴部１８と、を有している。第１縮外径部１５の外径は、後端側から先端側に向かって、徐々に小さくなる。絶縁体１０の第１縮外径部１５の近傍（図３の例では、先端側胴部１７）には、後端側から先端側に向かって内径が徐々に小さくなる縮内径部１６が形成されている。第２縮外径部１１の外径は、先端側から後端側に向かって、徐々に小さくなる。

中心電極２０は、絶縁体１０の軸孔１２の先端側に配置されている。中心電極２０は、軸線ＣＬを中心として軸線ＣＬに沿って延びる棒状の部材である。中心電極２０は、先端側から後端方向Ｄｒに向かって順番に並ぶ、脚部２５と、鍔部２４と、頭部２３と、を有している。脚部２５のうち、先端側の突出部２８は、絶縁体１０の先端（脚部１３の先端）よりも先端側に突出している。鍔部２４の先端方向Ｄｆ側の面は、絶縁体１０の縮内径部１６によって、支持されている。

中心電極２０は、導電性を有し、耐酸化性に優れる材料、例えば、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはＮｉを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。

絶縁体１０の軸孔１２の後端側には、端子金具４０の一部が挿入されている。端子金具４０は、導電性材料（例えば、低炭素鋼等の金属）を用いて形成されている。

絶縁体１０の軸孔１２内において、端子金具４０と中心電極２０との間には、電気的なノイズを抑制するための、略円柱形状の抵抗体７０が配置されている。抵抗体７０は、例えば、導電性材料（例えば、炭素粒子）と、セラミック粒子（例えば、ＺｒＯ_２）と、ガラス粒子（例えば、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌｉ_２Ｏ−ＢａＯ系のガラス粒子）と、を含む材料を用いて形成されている。抵抗体７０と中心電極２０との間には、導電性の第１シール部６０が配置され、抵抗体７０と端子金具４０との間には、導電性の第２シール部８０が配置されている。シール部６０、８０は、例えば、抵抗体７０の材料に含まれるものと同じガラス粒子と、金属粒子（例えば、Ｃｕ）と、を含む材料を用いて、形成されている。中心電極２０と端子金具４０とは、抵抗体７０とシール部６０、８０とを介して、電気的に接続される。

主体金具５０は、軸線ＣＬに沿って延びて主体金具５０を貫通する貫通孔５９を有する略円筒状の部材である。主体金具５０は、低炭素鋼材を用いて形成されている（他の導電性材料（例えば、金属材料）も採用可能である）。主体金具５０の貫通孔５９には、絶縁体１０が挿入されている。すなわち、主体金具５０は、絶縁体１０の外周に配置されている。主体金具５０の先端側では、絶縁体１０の先端（本実施形態では、脚部１３の先端側の部分）が、貫通孔５９の外に露出している。主体金具５０の後端側では、絶縁体１０の後端（本実施形態では、後端側胴部１８の後端側の部分）が、貫通孔５９の外に露出している。

主体金具５０は、先端側から後端側に向かって順番に並ぶ、胴部５５と、座部５４と、変形部５８と、工具係合部５１と、加締部５３と、を有している。座部５４は、鍔状の部分である。胴部５５の外周面には、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）の取付孔に螺合するためのネジ部５２が形成されている。ネジ部５２の呼び径は、例えば、Ｍ１２とされている。ネジ部５２の呼び径は、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１４、Ｍ１８のいずれかであっても良い。座部５４とネジ部５２との間には、金属板を折り曲げて形成された環状のガスケット５が嵌め込まれている。

主体金具５０は、変形部５８よりも先端方向Ｄｆ側に配置された縮内径部５６を有している。縮内径部５６の内径は、後端側から先端側に向かって、徐々に小さくなる。主体金具５０の縮内径部５６と、絶縁体１０の第１縮外径部１５と、の間には、先端側パッキン８が挟まれている。先端側パッキン８は、鉄製でＯ字形状のリングである（他の材料（例えば、銅等の金属材料）も採用可能である）。

工具係合部５１の形状は、点火プラグレンチが係合する形状（例えば、六角柱）である。また、加締部５３は、絶縁体１０の第２縮外径部１１よりも後端側に配置され、主体金具５０の後端（すなわち、後端方向Ｄｒ側の端）を形成する。加締部５３は、径方向の内側に向かって屈曲されている。加締部５３の先端方向Ｄｆ側では、主体金具５０の内周面と、絶縁体１０の外周面と、の間に、第１後端側パッキン６と、タルク９と、第２後端側パッキン７とが、先端方向Ｄｆに向かってこの順番に、配置されている。本実施形態では、これらの後端側パッキン６、７は、鉄製でＣ字形状のリングである（他の材料も採用可能である）。

点火プラグ１００の製造時には、加締部５３が内側に折り曲がるように加締められる。そして、加締部５３が先端方向Ｄｆ側に押圧される。これにより、変形部５８が変形し、後端側パッキン６、７とタルク９とを介して、絶縁体１０が、主体金具５０内で、先端側に向けて押圧される。先端側パッキン８は、第１縮外径部１５と縮内径部５６との間で押圧され、そして、主体金具５０と絶縁体１０との間をシールする。以上により、主体金具５０が、絶縁体１０に、固定される。

図４は、点火プラグ１００の先端近傍の構成を示す図である。図４（Ａ）には、点火プラグ１００の先端近傍を軸線ＣＬと垂直な方向から見た図が示されている。図４（Ｂ）には、軸線ＣＬと垂直で、かつ、接地電極３０のギャップ形成面３４（図４（Ａ））および中心電極２０の側面２８１（図４（Ａ））を通る平面で、点火プラグ１００の先端近傍を切断した断面ＣＳが図示されている。図４（Ａ）には、図４（Ｂ）の断面ＣＳの位置が破線で示されている。図４（Ｂ）には、理解の容易のために、主体金具５０と脚部１３の位置を破線で示している。

接地電極３０は、断面が四角形の棒状体である。接地電極３０は、主体金具５０の先端面５７に接合された接合端を含む接合端部３１と、自由端を含む自由端部３２と、接合端部３１と自由端部３２との間の中央部３３と、を備えている。接地電極３０は、主体金具５０に、例えば、抵抗溶接によって、接合されている。これによって、主体金具５０と接地電極３０とは、電気的に接続される。接合端部３１は、軸線ＣＬの方向に延びており、自由端部３２は、軸線ＣＬと垂直な方向に延びている。中央部３３は、約９０度だけ湾曲している。自由端部３２の端面（自由端面）は、ギャップ形成面３４である。ギャップ形成面３４は、中心電極２０の突出部２８の側面２８１に対して軸線ＣＬと垂直な方向に対向して、側面２８１との間に、火花放電が発生する間隙Ｇ（火花ギャップとも呼ぶ）を形成する。

なお、接地電極３０の先端は、中心電極２０の先端（突出部２８の先端）より先端方向Ｄｆ側に位置している。すなわち、中心電極２０は、接地電極３０よりも先端側に突出していない。

図４（Ｂ）において、接地電極３０の長手方向に沿って、中心電極２０から接地電極３０のギャップ形成面３４に向かう方向（図４（Ｂ）の左方向）を第１方向Ｄ１とし、第１方向Ｄ１の反対方向（図４（Ｂ）の右方向）を第２方向Ｄ２とする。また、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２と垂直な方向のうち、図４（Ｂ）の上方向を第３方向Ｄ３とし、図４（Ｂ）の下方向を第４方向Ｄ４とする。

接地電極３０は、中心電極２０と同様に、導電性を有し、耐酸化性に優れる材料、例えば、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはＮｉを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。

図５は、図４の一点破線で囲まれた領域ＳＡの拡大図である。図５では、図の煩雑を避けるために、図４（Ｂ）のハッチングを省略している。後述する図６についても同様である。図５に示すように、ギャップ形成面３４は、２個の平面、すなわち、第３方向Ｄ３側の第１平面３４１と、第４方向Ｄ４側の第２平面３４２と、を備えている。第１平面３４１および第２平面３４２は、軸線ＣＬと平行である。断面ＣＳにおいて、第１平面３４１を示す輪郭線を第１の輪郭線ＯＬ１とし、第２平面３４２を示す輪郭線を第２の輪郭線ＯＬ２とする。すなわち、断面ＣＳにおいて、ギャップ形成面３４を示す接地電極３０の輪郭線ＯＬは、第１の輪郭線ＯＬ１と、第２の輪郭線ＯＬ２と、を備えている。断面ＣＳにおいて、第１の輪郭線ＯＬ１と第２の輪郭線ＯＬ２との交点Ｐａは、第１平面３４１と第２平面３４２との交線を示す。

接地電極３０のギャップ形成面３４と、突出部２８の側面２８１と、の最短距離を示す仮想的な線を第１の仮想線ＶＬ１とする。第１の仮想線ＶＬ１は、図５に示すように、第１の輪郭線ＯＬ１と第２の輪郭線ＯＬ２との交点Ｐａと、中心電極２０の突出部２８の側面２８１上の点Ｐｂと、を通る。換言すれば、断面ＣＳにおいて、ギャップ形成面３４となる接地電極３０の輪郭線ＯＬは、第１の仮想線ＶＬ１によって、第１の輪郭線ＯＬ１と、第２の輪郭線ＯＬ２と、に区分けされる。

第１の仮想線ＶＬ１と垂直で、第１の仮想線ＶＬ１とギャップ形成面３４との交点Ｐａを通る仮想的な線を第２の仮想線ＶＬ２とする。また、第１の仮想線ＶＬ１に沿って中心電極２０（突出部２８）からギャップ形成面３４に向かう方向を、特定方向Ｄｓとする。

断面ＣＳにおいて、第１の輪郭線ＯＬ１は、第２の仮想線ＶＬ２から特定方向Ｄｓに離れている（ただし、交点Ｐａを除く）。さらには、第１の輪郭線ＯＬ１は、交点Ｐａから離れるに連れて、第２の仮想線ＶＬ２との距離が長くなる。第１の輪郭線ＯＬ１と、第２の仮想線ＶＬ２と、の間の鋭角をαとする。

断面ＣＳにおいて、第２の輪郭線ＯＬ２は、第２の仮想線ＶＬ２から特定方向Ｄｓに離れている（ただし、交点Ｐａを除く）。第２の輪郭線ＯＬ２は、交点Ｐａから離れるに連れて、第２の仮想線ＶＬ２との距離が長くなる。第２の輪郭線ＯＬ２と、第２の仮想線ＶＬ２と、の間の鋭角をβとする。

ここで、第１の輪郭線ＯＬ１と第２の仮想線ＶＬ２との間の鋭角αは、第２の輪郭線ＯＬ２と第２の仮想線ＶＬ２との間の鋭角βより小さい。すなわち、鋭角αと鋭角βとは、β＞αを満たす。

また、中心電極２０の軸線ＣＬを通り、接地電極３０の長手方向と平行な仮想的な線を第３の仮想線ＶＬ３とする。上述した交点Ｐａは、第３の仮想線ＶＬ３よりも第１の輪郭線ＯＬ１側（第３方向Ｄ３側）に位置している。

接地電極３０の自由端部３２の第１側面３２１は、第１平面３４１と交差する側面である。自由端部３２の第１側面３２１の反対側の第２側面３２２は、第２平面３４２と交差する側面である。第１側面３２１と第２側面３２２とは、径方向、図５の第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２と平行で、かつ、軸線ＣＬと平行である。断面ＣＳにおいて、第２側面３２２を示す輪郭線を第３の輪郭線ＯＬ３とし、第１側面３２１を示す輪郭線を第４の輪郭線ＯＬ４とする。

断面ＣＳにおいて、第３の輪郭線ＯＬ３と、第２の輪郭線ＯＬ２と、の間の角度のうち、接地電極３０側の角度をγとする。角度γは、１８０度（°）より小さい（γ＜１８０°）である。図５の例では、角度γは、約１３５度である。

断面ＣＳにおいて、第４の輪郭線ＯＬ４と、第１の輪郭線ＯＬ１と、の間の角度のうち、接地電極３０側の角度をδとする。角度δは、１８０度（°）より小さい（δ＜１８０°）である。図５の例では、角度γは、９０度である。

点火プラグ１００は、燃焼室７９０における点火プラグ１００の先端近傍での混合気の流動方向Ｄｇ（図２）の上流側が、図４（Ｂ）、図５の断面ＣＳにおける第１の仮想線ＶＬ１から見て第１の輪郭線ＯＬ１側に位置するように、内燃機関７００に取り付けられることが、想定されている。すなわち、点火プラグ１００は、図５に流動方向Ｄｇを矢印に示すように、流動方向Ｄｇの上流側が、第３方向Ｄ３側であり、流動方向Ｄｇの下流側が第４方向Ｄ４側になるように、内燃機関７００に取り付けられることが想定されている。

図６は、点火プラグ１００の放電について説明する図である。図６中に矢印は、接地電極３０のギャップ形成面３４と、中心電極２０（突出部２８）の側面２８１と、の間の間隙Ｇ（火花ギャップ）の近傍での混合気の流れ（ガス流）の流動方向Ｄｇを示している。すなわち、ガス流は、第４方向Ｄ４に沿って、間隙Ｇを通り抜ける。

図中の放電経路Ｅ０〜Ｅ３は、間隙Ｇにおいて発生する火花の放電経路の例を示している。初期経路Ｅ０は、火花の発生直後の放電経路の例である。ギャップ形成面３４は、上述したように、中心電極２０（突出部２８）の側面２８１に対して軸線ＣＬと垂直な方向に対向して、間隙Ｇ（火花ギャップを呼ぶ）を形成する（いわゆる横放電構造）。この横放電構造では、図６に示すように、間隙Ｇを通るガス流（例えば、流動方向Ｄｇのガス流）によって流された火花が拡がる方向には、接地電極３０が存在しない。これに対して中心電極の先端面に対して軸線方向にギャップを形成する場合（いわゆる縦放電構造（図示省略））では、間隙Ｇを通るガス流の方向によっては、火花が拡がる方向に、接地電極が位置し得る。このために、本実施形態の点火プラグ１００のような横放電構造では、縦放電構造と比較して、火花による接地電極３０の消耗を抑制できるとともに、接地電極による消炎作用を抑制できる。

さらに、図６に示すように、本実施形態の点火プラグ１００では、火花は、ギャップ形成面３４と、突出部２８の側面と、の最短距離の位置、すなわち、図５の点Ｐａと点Ｐｂを結ぶ第１の仮想線ＶＬ１上の位置に発生する。流動方向Ｄｇに流れるガス流によって流される（火花の吹き流れ）ので、火花の放電経路は、時間の経過とともに第１経路Ｅ１〜第３経路Ｅ３へと変化していく。このとき、火花の放電経路のギャップ形成面３４上の端点Ｐａ１〜Ｐａ３（図６）は、ギャップ形成面３４の第２平面３４２（第２の輪郭線ＯＬ２）に沿って流動方向Ｄｇの下流側に移動する。また、火花の放電経路の突出部２８の側面２８１上の端点Ｐｂ１〜Ｐｂ３（図６）は、該側面２８１に沿って流動方向Ｄｇの下流側に移動する。このとき、第２平面３４２（第２の輪郭線ＯＬ２）が、図５に示すように、第２の仮想線ＶＬ２より特定方向Ｄｓに離れているので、火花の放電経路が、火花が吹き流されるに連れて伸長するため、火花が効果的に拡大する。この結果、点火プラグ１００の着火性能が向上する。

さらには、第１平面３４１（第１の輪郭線ＯＬ１）が、図５に示すように、第２の仮想線ＶＬ２より特定方向Ｄｓに離れているので、流動方向Ｄｇの上流側から間隙Ｇへのガス流の流入が、接地電極３０によって妨げられることを抑制できる。例えば、仮に、図６で破線ＶＰで示すように、第１平面３４１に代えて、第２平面３４２と平行な平面が、第２平面３４２よりも流動方向Ｄｇの上流側に延びているとする。この場合には、該破線ＶＰで示される部分によって、ガス流の流入が、妨げられてしまうことが解る。本実施形態では、このような不都合が抑制できる。

以上の説明から解るように、本実施形態によれば、断面ＣＳにおいて、第１の輪郭線ＯＬ１は、第２の仮想線ＶＬ２から特定方向Ｄｓに離れた位置にあり、第２の輪郭線ＯＬ２は、第２の仮想線ＶＬ２から特定方向Ｄｓに離れた位置にある。このために、第１の仮想線ＶＬ１から見て第１の輪郭線ＯＬ１側から火花が発生する位置にガス流が流入する場合に、ガス流の流入が接地電極３０によって妨げられることが抑制される。また、第１の仮想線ＶＬ１から見て第２の輪郭線ＯＬ２側に吹き流された火花が拡大する。この結果、燃焼室７９０内のガス流を利用して点火プラグ１００の着火性能を向上することができる。

さらに、図５の鋭角βが大きいほど、火花の放電経路がより伸長するので、点火プラグ１００の着火性能を向上できる。上記実施形態によれば、鋭角βは、図６の鋭角αよりも大きい、すなわち、β＞αが満たされる。この結果、第１の仮想線ＶＬ１から見て第１の輪郭線ＯＬ１側から火花が発生する位置にガス流が流入する場合に、ガス流の流入が接地電極３０によって妨げられることを効果的に抑制しつつ、吹き流された火花を効果的に拡大することができる。

さらに、本実施形態によれば、断面ＣＳにおいて、第３の輪郭線ＯＬ３と、第２の輪郭線ＯＬ２と、の間の角度のうち、接地電極３０側の角度γは、１８０°より小さい、すなわち、γ＜１８０°が満たされる。この結果、接地電極３０が吹き流された火花に過度に近づかないので、接地電極３０によって火花が消炎されることを抑制できる。また、断面ＣＳにおける第３の輪郭線ＯＬ３と第２の輪郭線ＯＬ２と交点、すなわち、第２平面３４２と第２側面３２２との交線を超えて、火花が吹き流れることを抑制できる。このために、火花が接地電極３０の第２側面３２２に衝撃を与えることで、接地電極３０が消耗することを抑制できる。

ここで、本実施形態によれば、さらに、第２平面３４２が平らであるために、火花の放電経路Ｅ０〜Ｅ３の端点Ｐａ、Ｐａ１〜Ｐａ３の移動がスムーズになるので、火花が伸長しやすくなる。

さらに、本実施形態によれば、交点Ｐａから離れるに連れて、第２の輪郭線ＯＬ２と、第２の仮想線ＶＬ２と、の間の距離が、連続的に長くなる。この結果、火花の放電経路が少しずつ伸長されるので、さらに、火花が伸長しやすくなる。

さらに、本実施例によれば、図５に示すように、交点Ｐａは、第３の仮想線ＶＬ３よりも第１の輪郭線ＯＬ１側（第３方向Ｄ３側）に位置している。この結果、第２の輪郭線ＯＬ２の長さ、すなわち、第２平面３４２の軸線ＣＬと垂直な方向の長さを長くすることができるので、火花の放電経路をより効果的に伸長させることができる。

なお、本実施形態の点火プラグ１００は、特に燃焼室７９０内のガス流の流速が比較的速い場合に効果的である。具体的には、混合気の希薄化（Ａ／Ｆ比の増大）や、排気再循環（ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation））の実行、燃焼室内の圧力の増大などに伴って、着火性を確保するために、燃焼室内のガス流の流速が速くなる傾向にある。本実施例の点火プラグ１００は、ガス流を利用して火花を伸長させるため、このようなガス流の流速が比較的速くされた内燃機関用の点火プラグとして効果が大きい。

Ｈ．変形例：
（１）接地電極３０の構成としては、上述の構成に限らず、他の構成を採用してもよい。図７は、変形例の接地電極３０ｂの一例を説明する図である。図７には、変形例の接地電極３０ｂについて、図５と同様な断面ＣＳの拡大図が示されている。この接地電極３０ｂのギャップ形成面３４ｂは、図５のギャップ形成面３４と異なり、曲面を含んでいる。具体的には、図７のギャップ形成面３４ｂは、第１曲面３４１ｂと第２曲面３４２ｂとを備えている。

第１曲面３４１ｂおよび第２曲面３４２ｂは、軸線ＣＬと平行である。断面ＣＳにおいて、第１曲面３４１ｂを示す輪郭線を第１の輪郭線ＯＬ１ｂとし、第２曲面３４２ｂを示す輪郭線を第２の輪郭線ＯＬ２ｂとする。すなわち、断面ＣＳにおいて、ギャップ形成面３４ｂを示す接地電極３０ｂの輪郭線ＯＬｂは、第１の輪郭線ＯＬ１ｂと、第２の輪郭線ＯＬ２ｂと、を備えている。第１の輪郭線ＯＬ１ｂと第２の輪郭線ＯＬ２ｂとは、共に、外側に向かって凸の曲線である。

接地電極３０ｂにおいても、断面ＣＳにおいて、ギャップ形成面３４ｂとなる接地電極３０の輪郭線ＯＬは、ギャップ形成面３４ｂと突出部２８の側面２８１との間の最短距離を示す第１の仮想線ＶＬ１によって、第１の輪郭線ＯＬ１と、第２の輪郭線ＯＬ２と、に区分けされる。

また、上記実施形態と同様に、第１の仮想線ＶＬ１と垂直で、第１の仮想線ＶＬ１とギャップ形成面３４ｂとの交点Ｐａを通る仮想的な線を第２の仮想線ＶＬ２とする。また、第１の仮想線ＶＬ１に沿って中心電極２０（突出部２８）からギャップ形成面３４ｂに向かう方向を、特定方向Ｄｓとする。この場合には、本変形例では、上記実施形態と同様に、第１の輪郭線ＯＬ１ｂは、第２の仮想線ＶＬ２から特定方向Ｄｓに離れている（ただし、交点Ｐａを除く）。さらには、第１の輪郭線ＯＬ１ｂは、交点Ｐａから離れるに連れて、第２の仮想線ＶＬ２との距離が長くなる。また、第２の輪郭線ＯＬ２ｂは、第２の仮想線ＶＬ２から特定方向Ｄｓに離れている（ただし、交点Ｐａを除く）。第２の輪郭線ＯＬ２ｂは、交点Ｐａから離れるに連れて、第２の仮想線ＶＬ２との距離が長くなる。

図７の変形例のように、第１の輪郭線ＯＬ１ｂが曲線である場合には、第１の輪郭線ＯＬ１ｂと、第２の仮想線ＶＬ２と、の間の鋭角αには、点Ｐａにおける第１の輪郭線ＯＬ１ｂに対する接線Ｌ１と、第２の仮想線ＶＬ２と、の角度が用いられる。同様に、第２の輪郭線ＯＬ２ｂが曲線である場合には、第２の輪郭線ＯＬ２ｂと、第２の仮想線ＶＬ２と、の間の鋭角βには、点Ｐａにおける第２の輪郭線ＯＬ２ｂに対する接線Ｌ２と、第２の仮想線ＶＬ２と、の角度が用いられる。そして、該鋭角αと鋭角βは、上記実施形態と同様に、β＞αを満たすことが好ましい。

（２）上記実施形態では、図５の第１の輪郭線ＯＬ１は、第２の仮想線ＶＬ２から特定方向Ｄｓに離れた位置にあるが、これに代えて、第１の輪郭線ＯＬ１は、第２の仮想線ＶＬ２上にあっても良い。換言すれば、図５の鋭角αは、０度であっても良い。この場合であっても、第１の輪郭線ＯＬ１側から火花が発生する位置にガス流が流入する場合に、ガス流の流入が接地電極３０によって妨げられることを抑制できる。

（３）上記実施形態では、図５の鋭角αは、鋭角βより小さいが、これに代えて、鋭角αは、鋭角βと等しくても良く、鋭角αは、鋭角βより大きくても良い。

（４）中心電極２０および接地電極３０は、例えば、Ｎｉ合金の内部に、熱伝導性に優れる材料（例えば、銅または銅合金）で形成された芯部が埋設された二層構造を有していても良い。

（５）中心電極２０および接地電極３０の間隙Ｇを形成する部分、すなわち、中心電極２０の突出部２８や、接地電極３０の自由端部３２は、Ｎｉ合金よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属）で形成され、Ｎｉ合金で形成された他の部分に接合されていても良い。換言すれば、中心電極２０は、中心電極本体と、該電極本体の先端に接合され、側面が火花ギャップを形成する中心電極チップと、の２つの部材から構成されていても良い。同様に、接地電極３０は、接地電極本体と、該電極本体に接合され、ギャップ形成面を有する接地電極チップと、の２つの部材から構成されていても良い。

（６）上記実施形態の点火プラグ１００の細部の構成、例えば、主体金具５０の材質や細部の寸法、絶縁体１０の材質や細部の寸法などの他の構成要素の構成は、様々に変更可能である。例えば、主体金具５０の材質は、亜鉛めっきまたはニッケルめっきされた低炭素鋼でも良いし、めっきがなされていない低炭素鋼でも良い。また、絶縁体１０の材質は、アルミナ以外の様々な絶縁性セラミックスでもよい。

（７）内燃機関７００の構成としては、上記の構成に限らず、他の種々の構成を採用可能である。例えば、１個の燃焼室７９０の吸気バルブ７３０の総数は、１個、または、３個以上であってもよい。また、１個の燃焼室７９０の排気バルブ７４０の総数は、１個、または、３個以上であってもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

５…ガスケット、６…第１後端側パッキン、７…第２後端側パッキン、８…先端側パッキン、９…タルク、１０…絶縁体、１１…第２縮外径部、１２…軸孔、１３…脚部、１５…第１縮外径部、１６…縮内径部、１７…先端側胴部、１８…後端側胴部、１９…鍔部、２０…中心電極、２３…頭部、２４…鍔部、２５…脚部、２８…突出部、３０、３０ｂ…接地電極、３１…接合端部、３２…自由端部、３３…中央部、３４、３４ｂ…ギャップ形成面、４０…端子金具、５０…主体金具、５１…工具係合部、５２…ネジ部、５３…加締部、５４…座部、５５…胴部、５６…縮内径部、５７…先端面、５８…変形部、５９…貫通孔、６０、８０…シール部、７０…抵抗体、１００…点火プラグ、２８１…側面、３２１…第１側面、３２２…第２側面、３４１…第１平面、３４１ｂ…第１曲面、３４２…第２平面、３４２ｂ…第２曲面、７００…内燃機関、７１０…エンジンヘッド、７１１…第１壁、７１２…吸気ポート、７１３…第２壁、７１４…排気ポート、７１８…取付孔、７１９…内壁、７２０…シリンダブロック、７２９…シリンダ壁、７３０…吸気バルブ、７４０…排気バルブ、７５０…ピストン、７９０…燃焼室、Ｇ…間隙、ＯＬ１、ＯＬ１ｂ…第１の輪郭線、ＯＬ２、ＯＬ２ｂ…第２の輪郭線、Ｅ０〜Ｅ３…放電経路、ＣＬ…軸線、ＣＳ…断面、ＶＬ１…第１の仮想線、ＶＬ２…第２の仮想線、ＯＬ３…第３の輪郭線、ＯＬ４…第４の輪郭線

Claims (5)

1. 軸線に沿って延びる中心電極と、
   前記軸線に沿って延びる軸孔を有し、前記軸孔に前記中心電極が配置される絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
   前記主体金具と電気的に接続されるとともに、前記中心電極の側面に対して前記軸線方向と垂直な方向に対向してギャップを形成するギャップ形成面を有する接地電極と、
   を備える点火プラグであって、
   前記軸線方向と垂直で、かつ、前記ギャップ形成面および前記中心電極の側面を通る断面において、
   前記ギャップ形成面と前記中心電極の側面との最短距離を示す仮想的な線を第１の仮想線とし、前記第１の仮想線と垂直で、かつ、前記第１の仮想線と前記ギャップ形成面との交点を通る仮想的な線を第２の仮想線とし、前記第１の仮想線に沿って前記中心電極から前記ギャップ形成面に向かう方向を特定方向とするとき、
   前記ギャップ形成面となる前記接地電極の輪郭線は、前記第１の仮想線によって区分けされる、第１の輪郭線と、第２の輪郭線と、を備え、
   前記第１の輪郭線は、前記第２の仮想線上、あるいは、前記交点以外の部分が前記第２の仮想線から前記特定方向に離れた位置にあり、
   前記第２の輪郭線は、前記交点以外の部分が前記第２の仮想線から前記特定方向に離れた位置にあることを特徴とする、点火プラグ。
2. 請求項１に記載の点火プラグであって、
   前記断面において、
   前記第１の輪郭線は、前記第２の仮想線から前記特定方向に離れた位置にある、点火プラグ。
3. 請求項２に記載の点火プラグであって、
   前記断面において、
   前記第１の輪郭線と前記第２の仮想線との間の鋭角をαとし、
   前記第２の輪郭線と前記第２の仮想線との間の鋭角をβとするとき、
   β＞αを満たす、点火プラグ。
4. 請求項３に記載の点火プラグであって、
   前記断面における前記第１の輪郭線側に、内燃機関の燃焼室内に前記ギャップ形成面と前記中心電極の側面との間を通るガスの流動経路の上流側が位置するように、前記内燃機関に取り付けられる、点火プラグ。
5. 請求項３に記載の点火プラグであって、
   前記断面において、前記ギャップ形成面と交差する前記接地電極の側面となる第３の輪郭線と、前記第２の輪郭線と、の間の角度のうち、前記接地電極側の角度をγとするとき、
   γ＜１８０°を満たす、点火プラグ。

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