JP2021140905A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】着火性に優れた内燃機関用のスパークプラグを提供すること。【解決手段】内燃機関用のスパークプラグ１は、ハウジング２と、絶縁碍子３と、中心電極４と、接地電極５と、副室形成部６とを有する。接地電極５は、中心電極４に外周側から対向して、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する。副室形成部６の内側には副室６０が形成されている。放電ギャップＧと副室６０の先端６０１との間の軸方向距離は、副室形成部６の最大壁厚以上である。副室形成部６は噴孔６１を有する。噴孔６１は、副室６０側の開口部６１３よりも外部側の開口部６１４の方が先端側に位置する状態にて形成されている。少なくとも一つの噴孔６１は、プラグ軸方向Ｘに沿って形成された軸方向噴孔６１１である。プラグ軸方向Ｘから見たとき、軸方向噴孔６１１の中心は、プラグ中心軸Ｃから、放電ギャップＧ側に偏心している。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

放電ギャップを囲む副室を備えたスパークプラグが、例えば、特許文献１に開示されている。
かかるスパークプラグは、副室において混合気に着火することにより火炎を形成する。そして、副室内にて生じた火炎を、副室と主燃焼室とを連通させる噴孔から噴出させる。これにより、主燃焼室内に火炎を伝搬させて混合気を燃焼させる。
特許文献１においては、副室内の気流の跳ね返り効果を利用して、火炎の成長を促進することが開示されている。

特開２０１６−５３３７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグにおいては、火炎の成長については考慮されているものの、副室内における混合気への着火、すなわち、初期火炎の形成自体については、考慮されていない。つまり、副室内の放電を引き伸ばして着火性を向上させることについては、何ら考慮されていない。また、排ガス浄化フィルタの触媒温度を高くする等の目的のため、内燃機関の膨張行程において、放電による点火を行う場合があるが、膨張行程における着火性についても考慮されていない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性に優れた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。

本発明の一態様は、筒状のハウジング（２）と、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に、該絶縁碍子の先端側に突出した中心電極（４）と、
該中心電極に外周側から対向して、上記中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５）と、
上記ハウジングの先端部に設けられた副室形成部（６）と、を有し、
上記副室形成部の内側には、上記放電ギャップが配置される副室（６０）が、形成されており、
上記放電ギャップと上記副室の先端（６０１）との間の軸方向距離（ｄ１）は、上記副室形成部の最大壁厚（ｄ２）以上であって、
上記副室形成部は、上記副室と上記副室形成部の外部とを連通させる噴孔（６１）を有し、
上記噴孔は、上記副室側の開口部（６１３）よりも外部側の開口部（６１４）の方が先端側に位置する状態にて形成されており、
少なくとも一つの上記噴孔は、プラグ軸方向（Ｘ）に沿って形成された軸方向噴孔（６１１）であり、
プラグ軸方向から見たとき、上記軸方向噴孔の中心（Ｐ）は、プラグ中心軸（Ｃ）から、上記放電ギャップ側に偏心している、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。

上記スパークプラグにおいて、上記副室形成部は、上記軸方向噴孔を有する。そして、プラグ軸方向から見たとき、軸方向噴孔の中心は、プラグ中心軸から、放電ギャップ側に偏心している。これにより、内燃機関の膨張行程において、放電ギャップに軸方向先端側へ向かう気流が強く形成されやすい。そのため、放電ギャップに形成された火花放電が、副室内において先端側へ大きく伸長しやすくなる。それゆえ、副室内における混合気への着火性を向上させることができる。その結果、主燃焼室への火炎噴出を強化することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、着火性に優れた内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、スパークプラグの先端部の断面説明図であって、図４のＩ−Ｉ線矢視断面相当の図。 図１のII−II線矢視断面図。 実施形態１における、各部の寸法関係を説明する、スパークプラグの先端部の断面説明図。 図１のIV矢視平面図。 実施形態１における、スパークプラグを備えた内燃機関の断面説明図。 実施形態１における、火花放電が形成された直後の様子を示す、内燃機関の断面説明図。 実施形態１における、火花放電が伸長した様子を示す、内燃機関の断面説明図。 比較形態１における、スパークプラグの先端部の断面説明図。 実験例１における、比較形態１のスパークプラグを、放電ギャップが吸気バルブ側となるように取り付けた内燃機関の、膨張行程におけるＣＦＤ解析図。 実験例１における、実施形態１のスパークプラグを、放電ギャップ及び軸方向噴孔が吸気バルブ側となるように取り付けた内燃機関の、膨張行程におけるＣＦＤ解析図。 実験例１における、比較形態１のスパークプラグを、放電ギャップが排気バルブ側となるように取り付けた内燃機関の、膨張行程におけるＣＦＤ解析図。 実験例１における、実施形態１のスパークプラグを、放電ギャップ及び軸方向噴孔が排気バルブ側となるように取り付けた内燃機関の、膨張行程におけるＣＦＤ解析図。 実験例２における、火花放電伸長距離の時間推移を示すグラフ。 比較形態２における、スパークプラグの先端部の平面図。 実験例３における、比較形態２のスパークプラグを取り付けた内燃機関の火炎のＣＦＤ解析図。 実験例３における、比較形態１のスパークプラグを取り付けた内燃機関の火炎のＣＦＤ解析図。 実験例３における、実施形態１のスパークプラグを取り付けた内燃機関の火炎のＣＦＤ解析図。 実験例３における、各スパークプラグを取り付けた内燃機関の、主燃焼室における火炎の大きさの時間推移を示すグラフ。 実施形態２における、スパークプラグの先端部の断面説明図。 実施形態２における、スパークプラグの先端部の一部断面斜視図。 実施形態３における、スパークプラグの先端部の断面説明図。 図２１のXXII−XXII線矢視断面図。 実施形態４における、スパークプラグの先端部の断面説明図であって、図２５のXXIII−XXIII線矢視断面相当の図。 図２３のXXIV−XXIV線矢視断面図。 図２３のXXV矢視平面図。 実施形態５における、スパークプラグの先端部の断面説明図。 図２６のXXVII−XXVII線矢視断面図。

（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本形態のスパークプラグ１は、図１、図２に示すごとく、筒状のハウジング２と、筒状の絶縁碍子３と、中心電極４と、接地電極５と、副室形成部６と、を有する。

絶縁碍子３は、ハウジング２の内側に保持されている。中心電極４は、絶縁碍子３の内側に保持されると共に、絶縁碍子３の先端側に突出している。接地電極５は、中心電極４に外周側から対向して、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成している。副室形成部６は、ハウジング２の先端部に設けられている。

副室形成部６の内側には、放電ギャップＧが配置される副室６０が、形成されている。図３に示すごとく、放電ギャップＧと副室６０の先端６０１との間の軸方向距離ｄ１は、副室形成部６の最大壁厚ｄ２以上である。副室形成部６は、副室６０と副室形成部６の外部とを連通させる噴孔６１を有する。噴孔６１は、図１に示すごとく、副室６０側の開口部６１３よりも外部側の開口部６１４の方が先端側に位置する状態にて形成されている。

少なくとも一つの噴孔６１は、プラグ軸方向Ｘに沿って形成された軸方向噴孔６１１である。図４に示すごとく、プラグ軸方向Ｘから見たとき、軸方向噴孔６１１の中心Ｐは、プラグ中心軸Ｃから、放電ギャップＧ側に偏心している。

本明細書において、プラグ中心軸Ｃは、スパークプラグ１の中心軸Ｃを意味するものとする。また、プラグ中心軸Ｃに平行な方向を、適宜、プラグ軸方向、又はＸ方向という。また、Ｘ方向において、スパークプラグ１における主燃焼室７を向く側を先端側、その反対側を基端側という。

本形態において、図１、図４に示すごとく、副室形成部６は、複数の噴孔６１を有する。そして、副室形成部６は、噴孔６１として、軸方向噴孔６１１の他に、傾斜した複数の傾斜噴孔６１２を有する。傾斜噴孔６１２は、先端側へ向かうほどプラグ中心軸Ｃから遠ざかるように傾斜した噴孔６１である。軸方向噴孔６１１は、傾斜噴孔６１２よりもプラグ中心軸Ｃに近い位置に形成されている。

また、軸方向噴孔６１１は、図４に示すごとく、スパークプラグ１を先端側から見たとき、放電ギャップＧの中心を中心とすると共に、放電ギャップＧの中心からプラグ中心軸Ｃまでの距離を半径とする仮想円Ｒの内側に収まるように形成されている。

また、プラグ軸方向Ｘから見て、放電ギャップＧと軸方向噴孔６１１とは、少なくとも一部同士が重なっている。本形態においては、プラグ軸方向Ｘから見て、軸方向噴孔６１１の中心Ｐが放電ギャップＧに配される位置関係となっている。

図１、図２に示すごとく、中心電極４は、径方向外側へ向かって突出した電極突出部４１を有する。電極突出部４１の突出側端縁に対向配置された接地電極５と、電極突出部４１との間に、放電ギャップＧが形成されている。接地電極５は、副室形成部６の内壁面６２から径方向内側へ突出するように形成されている。この接地電極５の突出端と電極突出部４１の突出端とが、互いに対向している。そして、接地電極５の突出端と電極突出部４１の突出端との間に、放電ギャップＧが形成されている。
なお、径方向は、プラグ中心軸Ｃに直交する方向である。

電極突出部４１は、少なくとも一部を貴金属にて構成することもできる。この場合、電極突出部４１のうち、少なくとも放電ギャップＧに面する部分に貴金属を配置することが好ましい。また、接地電極５も、少なくとも一部を貴金属にて構成することもできる。この場合、接地電極５のうち、少なくとも放電ギャップＧに面する部分に貴金属を配置することが好ましい。

図１に示すごとく、副室形成部６は、底壁部６３と周壁部６４と角部６５とを有する。底壁部６３は、副室６０の先端側を覆う部分である。周壁部６４は、副室６０の外周側を覆う略円筒形状の部分である。角部６５は、底壁部６３の外周と周壁部６４の先端とを曲面状に繋ぐ部分である。
なお、副室形成部６の形状は特に限定されるものではなく、例えば、略半球形状とするなど、底壁部６３、周壁部６４、角部６５の区別のない形状とすることもできる。

傾斜噴孔６１２は、角部６５に形成されている。軸方向噴孔６１１は、底壁部６３に形成されている。本形態において、副室形成部６は、６個の傾斜噴孔６１２と、１個の軸方向噴孔６１１とを有する。図３に示すごとく、各傾斜噴孔６１２は、外側から内側に向うほど基端側へ向かうように傾斜している。各傾斜噴孔６１２の中心軸を延長したとき、その延長線Ｌ３は、副室６０における反対側の内壁面６２に交わる。この交差した点において、延長線Ｌ３と内壁面６２とのなす角度のうち、基端側の角度αが、９０°を超える角度、すなわち鈍角となっている。

絶縁碍子３は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部３１を有する。図３に示すごとく、プラグ中心軸Ｃを含むと共に放電ギャップＧを通る平面による断面において、放電ギャップＧは、テーパ状先端部３１の外周面の延長線Ｌ１よりも、プラグ中心軸Ｃから離れた位置に形成されている。

プラグ中心軸Ｃを含むと共に放電ギャップＧを通る平面による断面において、軸方向噴孔６１１は、延長線Ｌ１よりも、プラグ中心軸Ｃから離れた位置に形成されている。

図１に示すごとく、副室形成部６は、筒状のハウジング２の先端部を覆うように配設されている。また、ハウジング２と絶縁碍子３のテーパ状先端部３１との間には、環状の空間であるポケット部１５が形成されている。つまり、絶縁碍子３は、その外周面の一部においてハウジング２の内周面の一部に係止されている（図示略）。この係止部よりも先端側の絶縁碍子３の部分が、テーパ状先端部３１となっている。このテーパ状先端部３１の外側面とハウジング２の内側面との間に、ポケット部１５が形成されている。副室形成部６の内側の空間である副室６０と、ポケット部１５とは互いに繋がっている。

なお、副室６０は、中心電極４の周辺における、ハウジング２の先端部の内周側の空間をも含む。したがって、副室６０の内壁面６２は、副室形成部６の内面の他、ハウジング２の先端部の内面をも含む。

図３に示すごとく、放電ギャップＧは、傾斜噴孔６１２の基端面の延長線Ｌ２よりも、基端側に配置されている。ここで、傾斜噴孔６１２の基端面の延長線Ｌ２は、傾斜噴孔６１２の中心軸に沿った直線のうち、傾斜噴孔６１２の基端面に接する直線である。
本形態においては、接地電極５は、副室形成部６における、噴孔６１よりも基端部に近いプラグ軸方向位置から突出している。

また、本形態においては、放電ギャップＧと副室６０の先端６０１との間の軸方向距離ｄ１は、副室形成部６の最大壁厚ｄ２よりも大きい。また、軸方向距離ｄ１は、絶縁碍子３の先端と放電ギャップＧとの間の軸方向距離ｄ４よりも大きい。また、軸方向距離ｄ１は、副室６０の半径ｄ３よりも大きい。ここで半径ｄ３は、副室６０における、Ｘ方向に直交する断面のうち最も半径が大きい断面における半径を意味する。

上記のような構成のスパークプラグ１を、シリンダヘッド７１等に取り付けることで、図５に示すような内燃機関１０が得られる。図５に示すごとく、内燃機関１０は、吸気ポート７２０を開閉する吸気バルブ７２と、排気ポート７３０を開閉する排気バルブ７３とを備えている。

スパークプラグ１は、図５〜図７に示すごとく、ハウジング２の取付ネジ部２１を、シリンダヘッド７１に設けられた雌ネジ穴７１１に螺合することにより、内燃機関１０に取り付けられる。例えば、取付ネジ部２１のネジの切り方と雌ネジ穴７１１の切り方などを調整することにより、内燃機関１０におけるスパークプラグ１の取付姿勢を調整することもできる。

本形態において、スパークプラグ１は、放電ギャップＧ及び軸方向噴孔６１１が、プラグ中心軸Ｃに対して吸気バルブ７２に近い側に配置される姿勢にて、内燃機関１０のシリンダヘッド７１に組み付けられている。

スパークプラグ１は、先端部を主燃焼室７へ突出させている。すなわち、副室形成部６を主燃焼室７に露出させており、噴孔６１を主燃焼室７に露出させている。図５に示すごとく、主燃焼室７を構成するシリンダ７０内に、ピストン７４が摺動可能に配置されている。

また、図５〜図７に示すごとく、主燃焼室７の基端面７１２は、スパークプラグ１から遠ざかるにつれて先端側へ向かうように傾斜している。

内燃機関１０は、ピストン７４の往復運動に伴って、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順次繰り返される。吸気行程において、吸気ポート７２０からガスが主燃焼室７内に導入され、排気行程において、排気ポート７３０から主燃焼室７内のガスが排出される。

また、膨張行程において、ピストン７４が先端側へ移動することにより、副室６０に対し主燃焼室７が負圧となる。そして、図７に示すごとく、副室６０内には、噴孔６１を通って副室６０から主燃焼室７へと向かう気流Ａが形成される。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグ１において、副室形成部６は、軸方向噴孔６１１を有する。そして図４に示すごとく、プラグ軸方向Ｘから見たとき、軸方向噴孔６１１の中心Ｐは、プラグ中心軸Ｃから、放電ギャップＧ側に偏心している。これにより、内燃機関１０の膨張行程において、放電ギャップＧに軸方向先端側へ向かう気流が強く形成されやすい。そのため、図６に示すごとく、放電ギャップＧに形成された火花放電Ｓが、図７に示すごとく、副室６０内において先端側へ大きく伸長しやすくなる。

スパークプラグ１の点火タイミングは、膨張行程の初期に設定される場合がある。例えば、エンジン始動時等には、排気系に設けられた排ガス浄化フィルタにおける触媒温度を高くすることを目的として、ピストンが上死点を通過した直後の膨張行程の初期に点火を行う場合がある。かかる場合、火花放電Ｓが形成される時点において、副室６０に対し主燃焼室７が負圧となり、副室６０から主燃焼室７へ向かう気流が形成されやすい。

ここで、本形態のスパークプラグ１においては、副室形成部６が軸方向噴孔６１１を有する。それゆえ、図７に示すごとく、副室６０内において、先端側へ向かう気流Ａが生じ、放電ギャップＧにおいても先端側へ向かう気流Ａが生じやすくなる。

そのため、膨張行程の初期に生じた火花放電Ｓは、副室６０内において、先端側へ引き伸ばされやすくなる。これにより、副室６０内における混合気への着火性を向上させることができる。その結果、主燃焼室７への火炎噴出を強化することができる。

また、副室形成部６は、噴孔６１として、軸方向噴孔６１１の他に、傾斜噴孔６１２を有する。そして、軸方向噴孔６１１は、傾斜噴孔６１２よりもプラグ中心軸Ｃに近い位置に形成されている。これにより、副室６０にて形成された火炎を、互いに異なる複数の方向へ噴射させることができる。そして、主燃焼室７内における広い範囲に火炎を噴出させることができる。その結果、主燃焼室７内における着火性を一層向上させることができる。

プラグ軸方向Ｘから見て、放電ギャップＧと軸方向噴孔６１１とは、少なくとも一部同士が重なっている。これにより、放電ギャップＧから軸方向噴孔６１１に向う気流Ａが、より軸方向Ｘに沿った向きとなりやすい。それゆえ、火花放電Ｓがより効果的に引き伸ばされやすくなる。

中心電極４は、電極突出部４１を有する。これにより、放電ギャップＧの位置を、適切な位置に配置しやすい。すなわち、放電ギャップＧを、プラグ中心軸Ｃから適度に離れた位置に形成しやすい。その結果、放電ギャップＧに形成された火花放電Ｓを、効果的に伸長させやすくすることができる。

また、プラグ中心軸Ｃを含むと共に放電ギャップＧを通る平面による断面において、放電ギャップＧは、テーパ状先端部３１の外周面の延長線Ｌ１よりも、プラグ中心軸Ｃから離れた位置に形成されている。これにより、より効果的に、火花放電Ｓを先端側へ引き伸ばすことができる。つまり、ポケット部１５から副室６０へ流れる気流Ａは、延長線Ｌ１よりも、プラグ中心軸Ｃから遠い位置において強くなりやすい。それゆえ、放電ギャップＧを、延長線Ｌ１よりも外周側に形成することで、より効果的に、火花放電Ｓを引き伸ばしやすくなる。

また、軸方向噴孔６１１は、延長線Ｌ１よりも、プラグ中心軸Ｃから離れた位置に形成されている。これにより、さらに効果的に、火花放電Ｓを先端側へ引き伸ばすことができる。つまり、延長線Ｌ１よりも外周側に軸方向噴孔６１１が存在することで、気流Ａがより強い気流となりやすい。その結果、火花放電Ｓがより効果的に引き伸ばされやすくなる。

放電ギャップＧと副室６０の先端６０１との間の軸方向距離ｄ１は、副室形成部６の最大壁厚ｄ２以上である。それゆえ、副室６０内において、火花放電Ｓが先端側へ伸長する空間を確保することができる。

また、気流Ａによって引き伸ばされた火花放電Ｓは、副室６０内における軸方向噴孔６１１に近い位置にある混合気を着火させることができる。それゆえ、火花放電Ｓによって副室６０内に形成された火炎は、傾斜噴孔６１２よりも先に軸方向噴孔６１１を通って、早期に主燃焼室７へと噴出することができる。その結果、火炎が副室６０内に留まることで生じる、火炎と副室形成部６等との接触による冷却損失を抑え、早期かつ確実に主燃焼室７内の混合気を着火させることができる。

以上のごとく、本形態によれば、着火性に優れた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。

（比較形態１）
本形態のスパークプラグ９は、図８に示すごとく、軸方向噴孔６１１を有しない。
その他は、実施形態１と同様である。なお、図８において用いた符号のうち、実施形態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、実施形態１におけるものと同様の構成要素等を表す。

（実験例１）
本例では、図９〜図１２に示すように、実施形態１のスパークプラグ１と、比較形態１のスパークプラグ９と、につき、副室６０内における気流を解析した。
この気流の解析は、計算流動力学（以下において、ＣＦＤという。）を用いて、算出する。すなわち、実施形態１及び比較形態１のスパークプラグをそれぞれ取り付けた内燃機関において、実際の自動車用エンジンとして用いる際に生じる気流を想定して、ＣＦＤによって一般的なシミュレーション解析を行った。

図９〜図１２は、膨張行程におけるＡＴＤＣ（圧縮上死点後の略）３０°ＣＡ（クランク角の略）の時点の解析結果を示す。これらの図において、多数の矢印のそれぞれが、各箇所における気流の向きを示す。

図９は、比較形態１のスパークプラグ９を、放電ギャップＧがプラグ中心軸Ｃに対して吸気バルブ７２に近い側に配置される姿勢にて、内燃機関９０のシリンダヘッド７１に組み付けたときの解析結果を示す。以下、これを解析結果１という。
図１０は、実施形態１のスパークプラグ１を、放電ギャップＧ及び軸方向噴孔６１１が、プラグ中心軸Ｃに対して吸気バルブ７２に近い側に配置される姿勢にて、内燃機関１０のシリンダヘッド７１に組み付けたときの解析結果を示す。以下、これを解析結果２という。
図１１は、比較形態１のスパークプラグ９を、放電ギャップＧがプラグ中心軸Ｃに対して排気バルブ７３に近い側に配置される姿勢にて、内燃機関９０のシリンダヘッド７１に組み付けたときの解析結果を示す。以下、これを解析結果３という。
また、図１２は、実施形態１のスパークプラグ１を、放電ギャップＧ及び軸方向噴孔６１１が、プラグ中心軸Ｃに対して排気バルブ７３に近い側に配置される姿勢にて、内燃機関１０のシリンダヘッド７１に組み付けたときの解析結果を示す。以下、これを解析結果４という。

図９〜図１２に示すように、いずれの解析結果においても、膨張行程における副室６０内の気流は、基端側から先端側に向かって流れ、噴孔６１を通って主燃焼室７へと流れることを確認した。そして、図９に示す解析結果１に対し、図１０に示す解析結果２の方が、放電ギャップＧにおいて、先端側へ向かう気流が強く生じている。そのため、比較形態１に対し、実施形態１では、膨張行程において、放電ギャップＧに生じた火花放電Ｓが先端側へより引き伸ばされやすいと考えられる。

また、図１１の解析結果３と比較し、図１２に示す解析結果４の方が、放電ギャップＧ付近において、先端側へ向かう気流が強く生じている。したがって、排気バルブ７３側に放電ギャップＧを配置した場合でも、放電ギャップＧ側に偏心して軸方向噴孔６１１があった方が、火花放電が軸方向先端側へ引き伸ばされやすいと考えられる。

（実験例２）
本例は、図１３に示すごとく、実施形態１のスパークプラグ１及び比較形態１のスパークプラグ９における火花放電の引き伸ばし効果をＣＦＤによって解析した例である。

試験条件は、内燃機関として、２Ｌ、４気筒のエンジンを想定し、回転数１２００ｒｐｍ、負荷１５０ｋＰａ、空燃比（すなわちＡ／Ｆ）１４．７とした。また、各スパークプラグの放電ギャップＧの大きさを０．７ｍｍ、噴孔６１の直径を１．２ｍｍ、副室６０内の容積を０．４ｃｃ、火花放電Ｓの点火時期をＡＴＤＣ１０°ＣＡとした。

この条件のもと、各スパークプラグに電圧を印加して放電ギャップＧに火花放電Ｓを生じさせた。その結果を図１３に示す。同図から分かるように、比較形態１に対し、実施形態１のスパークプラグ１の方が早期に火花放電Ｓが伸長することが確認できた。

（比較形態２）
本形態のスパークプラグ９１は、図１４に示すごとく、副室６０を有さない。

本形態において、接地電極５は、図１４に示すごとく、ハウジング２の先端部に接続されると共に、Ｘ方向に沿って形成された立設部５１を有する。また、接地電極５は、Ｘ方向において中心電極４に対向する対向部５２と、立設部５１と対向部５２とを接続する屈曲部５３を有する。対向部５２には、接地側チップ５２１が取り付けられている。本形態の接地電極５は、略Ｌ字形状をなしている。

中心電極４は、絶縁碍子３から先端側へ突出した縮径部４２を有する。縮径部４２は、先端側に向かうに従い縮径するように形成されている。また、縮径部４２の先端には、電極側チップ４２１が取り付けられている。そして、対向部５２の接地側チップ５２１と中心電極４の電極側チップ４２１との間に、放電ギャップＧが形成されている。電極側チップ４２１及び接地側チップ５２１は、例えば、Ｐｔ（すなわち白金）等を円柱状に形成してなる。

また、本形態のスパークプラグ９１は、副室６０を形成する副室形成部６を有しない。そのため、本形態のスパークプラグ９１を内燃機関に取り付けた際、放電ギャップＧは、主燃焼室７内に露出した状態にて配置される。
その他は、実施形態１と同様である。

（実験例３）
本例では、図１５〜図１８に示すごとく、実施形態１のスパークプラグ１と、比較形態１のスパークプラグ９と、比較形態２のスパークプラグ９１とにつき、主燃焼室７における火炎Ｆの成長をＣＦＤ解析した。
試験条件は、実験例２と同様である。

図１５は比較形態２、図１６は比較形態１、図１７は実施形態１についての解析結果を示す。また、図１５（ａ）、図１６（ａ）、図１７（ａ）は、点火から３°ＣＡ経過したＡＴＤＣ１３°ＣＡの時点の火炎の状況であり、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）は、ＡＴＤＣ１４°ＣＡの時点の火炎の状況である。

図１８は、各スパークプラグにおける、主燃焼室内の火炎の大きさと、火花放電点火からの経過時間との関係を示すグラフである。同図において、経過時間はクランク角の変化にて示している。図１８における主燃焼室火炎面積は、図１５〜図１７にて表したように、内燃機関を二次元の図として表したときの火炎の大きさを面積（ｍｍ^２）にて示したものである。

図１７、図１８に示すごとく、実施形態１のスパークプラグ１は、副室６０から初期火炎が噴出することで、主燃焼室７に一気に火炎Ｆが広がる。実施形態１のスパークプラグ１は、図１５に示す、副室６０を持たない比較形態２のスパークプラグ９１に比べて、主燃焼室７における火炎Ｆの成長速度が極めて速いことが確認できる。

また、実施形態１のスパークプラグ１は、図１６に示す、軸方向噴孔６１１がない比較形態１のスパークプラグ９に比べると、火炎Ｆが主燃焼室７へ広がるタイミングが早くなっている。さらには、図１８に示すごとく、実施形態１のスパークプラグ１は、比較形態１のスパークプラグ９に比べ、主燃焼室７における火炎成長速度も大きいことが確認できた。

以上の結果から、実施形態１のスパークプラグ１は、主燃焼室７における火炎Ｆの成長速度が速く、かつ早期に主燃焼室７へ火炎を噴出させやすいことがわかる。そのため、火炎が副室６０内に留まることで生じる、火炎と副室形成部６等との接触による冷却損失を抑え、確実かつ効率的に主燃焼室７内の混合気を着火させることができると考えられる。

（実施形態２）
本形態は、図１９、図２０に示すごとく、接地電極５をプラグ軸方向Ｘに長尺に形成した形態である。
すなわち、本形態において、接地電極５は、副室形成部６の内壁面６２から副室６０側に突出すると共に、プラグ軸方向Ｘに長い形状を有する。すなわち、接地電極５は、プラグ周方向よりもプラグ軸方向Ｘに長い形状を有する。つまり、図２０に示す寸法ｄ５、ｄ６が、ｄ５＞ｄ６の関係を有する。そして、接地電極５における放電ギャップＧ側の面である放電面５４は、該放電面５４の先端縁５４１を、中心電極４よりも先端側に配置している。

また、接地電極５における放電面５４の基端縁５４２は、中心電極４の先端部と略同等のプラグ軸方向位置に配置されている。
その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態においては、放電ギャップＧにおける初期放電は、接地電極５の放電面５４の基端縁５４２と中心電極４との間において生じやすい。その後、火花放電Ｓにおける接地電極５側の起点は、副室６０内の気流によって先端側へ移動する。そして、火花放電Ｓの起点は、接地電極５の放電面５４の先端縁５４１まで移動する。これにより、火花放電Ｓの起点間距離が拡大する。その結果、副室６０における着火性を向上させることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本形態は、図２１、図２２に示すごとく、中心電極４の先端部に、直径の大きい大径部４３を設けた形態である。
すなわち、中心電極４の先端部を、その全周にわたり、径方向に突出させている。これにより、放電ギャップＧの位置をプラグ中心軸Ｃから遠ざけている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においては、中心電極４の先端部に円柱形状の大径部４３を設けることで、放電ギャップＧの位置を調整することができる。それゆえ、生産性を向上させることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
本形態は、図２３〜図２５に示すごとく、接地電極５をスパークプラグ１のプラグ中心軸Ｃの周りの半周分にわたって、半円環状に形成した形態である。
すなわち、図２４、図２５に示すごとく、スパークプラグ１をＸ方向から見たとき、軸方向噴孔６１１に近い側に、周方向の１８０°の範囲にわたり、副室形成部６の内壁面６２から、接地電極５を突出させている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においては、スパークプラグ１をＸ方向から見たとき、軸方向噴孔６１１に近い側の広い範囲において、放電ギャップＧを形成することができる。
なお、プラグ軸方向Ｘから見たときの接地電極５の形成角度範囲は、図２４に示すような１８０°とする以外にも、１８０°未満とすることもできる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態５）
本形態は、図２６、図２７に示すごとく、中心電極４に電極突出部４１（図１参照）を設けない形態である。
そして、副室形成部６の内壁面６２から突出した接地電極５の突出端を、中心電極４の側面に対向させている。これにより、中心電極４の側面と接地電極５との間に、放電ギャップＧを形成している。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においては、中心電極４に電極突出部４１を設ける必要がないため、比較的簡素な構成とすることができる。そのため、生産性に優れたスパークプラグ１を得ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１…スパークプラグ、２…ハウジング、３…絶縁碍子、４…中心電極、５…接地電極、６…副室形成部、６０…副室、６０１…副室の先端、６１…噴孔、６１１…軸方向噴孔、６１３…噴孔の副室側の開口部、６１４…噴孔の外部側の開口部、Ｃ…プラグ中心軸、ｄ１…放電ギャップと副室の先端との間の軸方向距離、ｄ２…副室形成部の最大壁厚、Ｇ…放電ギャップ、Ｐ…軸方向噴孔の中心

Claims (6)

1. 筒状のハウジング（２）と、
   該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
   該絶縁碍子の内側に保持されると共に、該絶縁碍子の先端側に突出した中心電極（４）と、
   該中心電極に外周側から対向して、上記中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５）と、
   上記ハウジングの先端部に設けられた副室形成部（６）と、を有し、
   上記副室形成部の内側には、上記放電ギャップが配置される副室（６０）が、形成されており、
   上記放電ギャップと上記副室の先端（６０１）との間の軸方向距離（ｄ１）は、上記副室形成部の最大壁厚（ｄ２）以上であって、
   上記副室形成部は、上記副室と上記副室形成部の外部とを連通させる噴孔（６１）を有し、
   上記噴孔は、上記副室側の開口部（６１３）よりも外部側の開口部（６１４）の方が先端側に位置する状態にて形成されており、
   少なくとも一つの上記噴孔は、プラグ軸方向（Ｘ）に沿って形成された軸方向噴孔（６１１）であり、
   プラグ軸方向から見たとき、上記軸方向噴孔の中心（Ｐ）は、プラグ中心軸（Ｃ）から、上記放電ギャップ側に偏心している、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
2. 上記副室形成部は、上記噴孔として、上記軸方向噴孔の他に、先端側へ向かうほどプラグ中心軸から遠ざかるように傾斜した複数の傾斜噴孔（６１２）を有し、上記軸方向噴孔は、上記傾斜噴孔よりもプラグ中心軸に近い位置に形成されている、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. プラグ軸方向から見て、上記放電ギャップと上記軸方向噴孔とは、少なくとも一部同士が重なっている、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 上記中心電極は、径方向外側へ向かって突出した電極突出部（４１）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 上記絶縁碍子は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部（３１）を有し、プラグ中心軸を含むと共に上記放電ギャップを通る平面による断面において、上記放電ギャップは、上記テーパ状先端部の外周面の延長線（Ｌ１）よりも、プラグ中心軸から離れた位置に形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
6. プラグ中心軸を含むと共に上記放電ギャップを通る平面による断面において、上記軸方向噴孔は、上記延長線（Ｌ１）よりも、プラグ中心軸から離れた位置に形成されている、請求項５に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

Images