JP2021144900A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】着火性を向上させやすいスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１は、絶縁碍子２と中心電極３と接地電極４とハウジング５とプラグカバー６とを備える。プラグカバー６の噴孔６０は、副燃焼室１１内に流入する気流が副燃焼室１１内においてスワール流となるよう構成されている。放電ギャップＧのギャップ中心ＧＣは、プラグ中心軸ＰＣに対してプラグ径方向にオフセットした位置に配されている。ハウジング５及びプラグカバー６における副燃焼室１１に露出する面を副室形成面１１０とする。プラグ中心軸ＰＣから外周側を見たときに放電ギャップＧのプラグ基端側に隣接する副室形成面１１０の部位を基準面部１１１とする。基準面部１１１とギャップ中心ＧＣとの間のプラグ径方向の長さをｘとする。基準面部１１１とプラグ中心軸ＰＣとの間のプラグ径方向の長さをｒとする。長さｘと長さｒとは、ｘ≧（１／３）×ｒ、の関係を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、スパークプラグに関する。

スパークプラグは、車両用エンジン、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いられる。特許文献１には、放電ギャップをプラグカバーで覆い、プラグカバーの内側に副燃焼室を形成したスパークプラグが開示されている。

副燃焼室を備えるスパークプラグにおいては、プラグカバーに形成した噴孔を介して内燃機関の燃焼室内の混合気を副燃焼室に導入すると共に、放電ギャップにおいて火花放電を行うことにより混合気に着火し、副燃焼室において火炎を発生させる。そして、噴孔から副燃焼室外の燃焼室に火炎ジェットを噴出させ、燃焼室全体に火炎を広げる。これにより、燃焼速度の大きい内燃機関を得ることができる。

ここで、特許文献１に記載されたスパークプラグにおいては、噴孔を介して副燃焼室の外側から副燃焼室内に流入する気流が、プラグ基端側に向かって巻き上がってくるスワール流となるよう、噴孔がプラグ径方向に対して傾斜して構成されている。また、特許文献１に記載されたスパークプラグにおいては、放電ギャップが、中心電極と副燃焼室を構成する副室形成面との間に形成されている。

米国特許第１０１７４６６７号明細書

特許文献１に記載のスパークプラグにおいて、放電ギャップに生じる放電火花は、前記スワール流にのって、プラグ基端側に向かって渦状に引き伸ばされる。しかしながら、放電火花は、副室形成面近傍において引き伸ばされることとなる。そのため、前記放電火花によって着火されて生じた初期火炎の熱が副室形成面から奪われやすく、燃焼性が悪化するおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性を向上させやすい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、筒状の絶縁碍子（２）と、
前記絶縁碍子の内周側に保持されるとともに、前記絶縁碍子からプラグ先端側に突出する電極突出部（３１）を有する中心電極（３）と、
前記電極突出部との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（４）と、
前記絶縁碍子の外周側に配されたハウジング（５）と、
前記電極突出部が配される副燃焼室（１１）を覆うよう前記ハウジングにおけるプラグ先端側の部位に設けられたプラグカバー（６）と、を備え、
前記プラグカバーは、前記副燃焼室と前記プラグカバーの外部とを連通する噴孔（６０）を有し、
前記噴孔は、前記噴孔を介して前記副燃焼室の外側から前記副燃焼室内に流入する気流が、前記副燃焼室内においてスワール流となるよう構成されており、
前記放電ギャップの中心であるギャップ中心（ＧＣ）は、プラグ中心軸（ＰＣ）に対してプラグ径方向にオフセットした位置に配されており、
前記ハウジング及び前記プラグカバーにおける、前記副燃焼室に露出する面を副室形成面（１１０）とし、プラグ中心軸から外周側を見たときに前記放電ギャップのプラグ基端側に隣接する前記副室形成面の部位を基準面部（１１１）とし、前記基準面部と前記ギャップ中心との間のプラグ径方向の長さをｘとし、前記基準面部とプラグ中心軸との間のプラグ径方向の長さをｒ、としたとき、長さｘと長さｒとは、ｘ≧（１／３）×ｒ、の関係を満たす、スパークプラグ（１）にある。

前記態様のスパークプラグにおいて、噴孔は、噴孔を介して副燃焼室の外側から副燃焼室内に流入する気流が、副燃焼室内においてスワール流となるよう構成されている。そして、前記基準面部と前記ギャップ中心との間のプラグ径方向の長さｘと基準面部とプラグ中心軸との間のプラグ径方向の長さｒとは、ｘ≧（１／３）×ｒ、の関係を満たす。それゆえ、スパークプラグの着火性を向上させることができる。

以上のごとく、前記態様によれば、着火性を向上させやすい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、スパークプラグの半断面図。 実施形態１における、スパークプラグのプラグ先端側の部位の一部断面正面図。 実施形態１における、スパークプラグのプラグ先端側の部位の一部断面側面図。 図２の、IV−IV線矢視断面図。 図４の、Ｖ−Ｖ線矢視断面図。 実施形態１における、プラグカバーを外したスパークプラグのプラグ先端側の部位の、一部断面正面図。 実施形態１における、上昇螺旋流を説明するための、内燃機関及びスパークプラグの一部断面正面図。 実施形態１における、下降螺旋流を説明するための、内燃機関及びスパークプラグの一部断面正面図。 実施形態１における、放電火花が引き伸ばされる様子を説明するための、内燃機関及びスパークプラグの一部断面正面図。 図９の、Ａ−Ａ線矢視断面図。 実験例１における、長さｘと放電伸び量との関係を示すグラフ。 実験例１における、長さｘと火炎面積との関係を示すグラフ。 実験例１における、長さｘとリーン限界Ａ／Ｆとの関係を示すグラフ。 実験例２における、比率Ｓ／Ｖと、燃焼重心位置との関係を示すグラフ。 実施形態１における、スパークプラグのプラグ先端側の部位の一部断面正面図。

（実施形態１）
スパークプラグの実施形態につき、図１〜図１０を用いて説明する。
図１〜図３に示すごとく、本形態のスパークプラグ１は、絶縁碍子２と中心電極３と接地電極４とハウジング５とプラグカバー６とを備える。

絶縁碍子２は、筒状に形成されている。中心電極３は、絶縁碍子２の内周側に保持されている。中心電極３は、絶縁碍子２からプラグ先端側に突出する電極突出部３１を有する。図１、図２に示すごとく、接地電極４は、電極突出部３１との間に、放電を生じさせる放電ギャップＧを形成している。ハウジング５は、絶縁碍子２の外周側に配されている。プラグカバー６は、電極突出部３１が配される副燃焼室１１を覆うようハウジング５におけるプラグ先端側の部位に設けられている。

プラグカバー６は、副燃焼室１１とプラグカバー６の外部とを連通する噴孔６０を有する。図７、図８に示すごとく、噴孔６０は、噴孔６０を介して副燃焼室１１の外側から副燃焼室１１内に流入する気流が、副燃焼室１１内においてスワール流となるよう構成されている。図２に示すごとく、放電ギャップＧの中心であるギャップ中心ＧＣは、プラグ中心軸ＰＣに対してプラグ径方向にオフセットした位置に配されている。

ハウジング５及びプラグカバー６における、副燃焼室１１に露出する面を副室形成面１１０とする。図３に示すごとく、プラグ中心軸ＰＣから外周側を見たときに放電ギャップＧのプラグ基端側に隣接する副室形成面１１０の部位を基準面部１１１とする。図２に示すごとく、基準面部１１１とギャップ中心ＧＣとの間のプラグ径方向の長さをｘとする。基準面部１１１とプラグ中心軸ＰＣとの間のプラグ径方向の長さをｒとする。このとき、長さｘと長さｒとは、ｘ≧（１／３）×ｒ、の関係を満たす。
以後、本形態のスパークプラグ１につき詳説する。

本形態において、スパークプラグ１の中心軸をプラグ中心軸ＰＣという。プラグ中心軸ＰＣは、ハウジング５の中心軸、絶縁碍子２の中心軸と略一致している。プラグ中心軸ＰＣが延在する方向をプラグ軸方向Ｘという。プラグ軸方向Ｘの一方側であって、スパークプラグ１における副燃焼室１１が形成された側をプラグ先端側といい、その反対側をプラグ基端側という。スパークプラグ１の径方向を、プラグ径方向という。スパークプラグ１の周方向を、プラグ周方向という。

スパークプラグ１は、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。スパークプラグ１のプラグ基端側の端部は、図示しない点火コイルと接続され、プラグ先端側の端部は、内燃機関の燃焼室内に配される。燃焼室は、内燃機関のシリンダブロック、ピストン、シリンダヘッド７に囲まれた領域であり、燃焼室のうち、プラグカバー６の外部側を主燃焼室１２、プラグカバー６の内側を副燃焼室１１という。スパークプラグ１は、ハウジング５において内燃機関のシリンダヘッド７に取り付けられる。

ハウジング５は、導電性、熱伝導性、及び耐熱性を有する材料を筒状に形成してなる。図１〜図３に示すごとく、ハウジング５の外周部には、取付ネジ部５１が形成されている。図７、図８に示すごとく、取付ネジ部５１は、シリンダヘッド７に設けられた雌ネジ穴７１に螺合される部位である。スパークプラグ１がシリンダヘッド７に取り付けられた状態においては、スパークプラグ１における取付ネジ部５１のプラグ先端側の部位が主燃焼室１２内に曝される。

図２、図３に示すごとく、ハウジング５の内周面は、プラグ先端側の部位に先端筒面５２を有する。先端筒面５２は、プラグ軸方向Ｘに沿って円筒状に形成されており、ハウジング５の先端面まで形成されている。先端筒面５２は、プラグ軸方向Ｘの各位置における内径が同等である。

ハウジング５の内周面における先端筒面５２のプラグ基端側に隣接する部位は、内周側に突出したハウジング突出部５３となっている。ハウジング突出部５３は、全周に形成されている。ハウジング突出部５３のプラグ基端側の面は、後述のパッキン８を介して絶縁碍子２を支承している。

絶縁碍子２は、アルミナ等の絶縁材を筒状に形成してなる。図１に示すごとく、絶縁碍子２は、プラグ基端側の部位をハウジング５から突出させつつ、ハウジング５の内側に保持されている。図２、図３に示すごとく、絶縁碍子２は、プラグ先端側の径が小さくなる段状に形成された碍子段部２１を有し、当該碍子段部２１においてパッキン８を介してハウジング５に保持されている。パッキン８は、円環状を呈しており、全周にわたって碍子段部２１とハウジング突出部５３との双方に密着している。つまり、ハウジング突出部５３と碍子段部２１との間は、パッキン８により全周にわたってシールされている。スパークプラグ１内の空間のうち、パッキン８からプラグ先端側の空間に副燃焼室１１が形成されている。

絶縁碍子２は、碍子段部２１からプラグ先端側に形成された碍子脚部２２を有する。碍子脚部２２は、プラグ先端側へ向かうほど外径が小さくなるようテーパ状に形成されている。絶縁碍子２の内側に、中心電極３が保持されている。

中心電極３は、略円柱状に形成されており、電極突出部３１を絶縁碍子２から突出させている。図２に示すごとく、電極突出部３１は、プラグ軸方向Ｘに延びる第一部位３１１と、第一部位３１１のプラグ先端側からプラグ径方向の一方側に突出した第二部位３１２とを備える。

第一部位３１１は、絶縁碍子２の内側に挿入された部位と同材料からなる。第一部位３１１は、プラグ基端側から順に電極大径部３１１ａと電極テーパ部３１１ｂと電極小径部３１１ｃとを備える。電極大径部３１１ａは、プラグ軸方向Ｘに沿って形成された円柱状を呈している。電極テーパ部３１１ｂは、プラグ先端側に向かうほど外径が縮径するテーパ状に形成されている。電極テーパ部３１１ｂは、プラグ軸方向Ｘにおける第一部位３１１の略中央の位置に形成されている。電極小径部３１１ｃは、電極テーパ部３１１ｂからプラグ先端側に形成されており、プラグ軸方向Ｘに沿って形成された円柱状を呈している。

第二部位３１２は、第一部位３１１よりも電極消耗しにくい材料（例えば貴金属等）からなるチップによって構成されている。第二部位３１２は、第一部位３１１の電極小径部３１１ｃのプラグ先端側の部位にプラグ径方向に接合されている。本形態において、中心電極３は、絶縁碍子２内に配された部位及び第一部位３１１を含む母材と、当該母材に接合された第二部位３１２とを備える。第二部位３１２における電極小径部３１１ｃと反対側を向く面に対向するよう接地電極４が設けられている。

接地電極４は、ハウジング５の先端面に接合されている。接地電極４は、接地母材４１と接地チップ４２とを備える。接地母材４１は、プラグ径方向に長尺に形成されており、プラグ径方向の外周側端部がハウジング５の先端面に接合されている。接地チップ４２は、接地母材４１よりも電極消耗し難い材料（貴金属等）からなるチップによって構成されている。接地チップ４２は、接地母材４１の内周側の端面に接合されている。接地チップ４２の内周側の面は、第二部位３１２の外周側の面とプラグ径方向に対向している。互いに対向する接地チップ４２の面と第二部位３１２との面との間の空間が、火花放電を生じさせる放電ギャップＧである。

前述のごとく、放電ギャップＧの中心であるギャップ中心ＧＣは、プラグ中心軸ＰＣに対してプラグ径方向にオフセットした位置に配されている。ギャップ中心ＧＣは、放電ギャップＧの形成方向の中心位置を意味する。すなわち、本形態においては中心電極３の第二部位３１２と接地電極４の接地チップ４２とが対向するプラグ径方向における、放電ギャップＧの中心位置が、ギャップ中心ＧＣである。

前述のごとく、ハウジング５及びプラグカバー６における、副燃焼室１１に露出する面を副室形成面１１０とし、プラグ中心軸ＰＣから外周側を見たときに放電ギャップＧのプラグ基端側に隣接する副室形成面１１０の部位を基準面部１１１とする。本形態において、基準面部１１１は、副室形成面１１０を構成している先端筒面５２の一部であって、接地電極４のプラグ基端側に隣接する部位である。

そして、基準面部１１１とギャップ中心ＧＣとの間のプラグ径方向の長さをｘとし、基準面部１１１とプラグ中心軸ＰＣとの間のプラグ径方向の長さをｒとする。このとき、長さｘと長さｒとは、ｘ≧（１／３）×ｒ、の関係を満たす。つまり、ギャップ中心ＧＣは、副室形成面１１０からある程度内周側に離れた位置に配されている。また、前述のごとく、本形態においてギャップ中心ＧＣはプラグ中心軸ＰＣに対して偏心しているため、長さｘと長さｒとは、ｘ＞ｒ、を満たす。特に、本形態においては、（１／３）×ｒ≦ｘ≦（２／３）×ｒを満たす。すなわち、ギャップ中心ＧＣは、プラグ径方向における図２の両向き矢印１０の領域に形成されている。

また、中心電極３の第一部位３１１の最大半径（すなわち、電極大径部３１１ａの半径）をｒ１としたとき、長さｘ、長さｒ、最大半径ｒ１は、ｘ＜ｒ−ｒ１の関係を満たす。つまり、放電ギャップＧのギャップ中心ＧＣは、電極突出部３１とプラグ軸方向Ｘに重ならない位置に形成されている。本形態においては、放電ギャップＧ全体は、電極突出部３１とプラグ軸方向Ｘに重ならない位置に形成されている。ハウジング５の先端部に、副燃焼室１１を区画するプラグカバー６が配されている。

プラグカバー６は、導電性、熱伝導性、及び耐熱性を有する材料からなる。図２、図３、図６に示すごとく、プラグカバー６は、プラグ基端側に開口するカップ状に形成されている。すなわち、プラグカバー６は、副燃焼室１１をプラグ周方向に覆うカバー側壁６１と、副燃焼室１１をプラグ先端側から覆う円板状のカバー底壁６２とを備える。ここで、ハウジング５の先端部の外周面は、プラグ基端側に隣接する部位よりも内周側に凹んでなるハウジング後退面５４を有する。そして、プラグカバー６は、ハウジング後退面５４を外周側から覆うように、ハウジング５に組み付けられている。プラグカバー６は、ハウジング５に全周において接合されており、ハウジング５に対して電気的、熱的に接続されている。なお、本形態において、ハウジング５とプラグカバー６とは別体で構成したが、これらを一つの部材によって構成してもよい。

カバー底壁６２と放電ギャップＧとの間のプラグ軸方向Ｘの長さは、中心電極３の第一部位３１１の最大半径ｒ１以上である。

図２〜図４に示すごとく、プラグカバー６には、プラグカバー６を貫通する噴孔６０が複数形成されている。図４に示すごとく、本形態において、噴孔６０は、６個形成されているが、噴孔６０の個数はこれに限定されない。各噴孔６０は、プラグ中心軸ＰＣよりも外周側に形成されている。図２〜図４に示すごとく、本形態において、噴孔６０は、カバー側壁６１とカバー底壁６２との間の角部周辺に形成されている。図４に示すごとく、６つの噴孔６０は、プラグ周方向に等間隔に形成されている。すなわち、６つの噴孔６０は、プラグカバー６においてプラグ周方向の６０°置きの位置に形成されている。

図５に示すごとく、各噴孔６０は、直線状に形成されており、噴孔中心軸ＨＣに直交する断面積が一定である。噴孔中心軸ＨＣとは、噴孔６０の中心軸を意味する。図７、図８に示すごとく、噴孔６０は、副燃焼室１１の外側から副燃焼室１１内に当該噴孔６０を介して流入する気流が、副燃焼室１１内においてスワール流（すなわち螺旋状に流れる気流）となるよう傾斜して構成されている。

図４に示すごとく、噴孔中心軸ＨＣは、内周側の部位ほどプラグ周方向の一方側Ｃ１に向かうよう傾斜している。噴孔６０の内側開口６０１におけるプラグ周方向の他方側Ｃ２の端部とプラグ中心軸ＰＣとを通過するプラグ径方向に延びる仮想直線Ｌと、噴孔中心軸ＨＣとの間の角度αは、１０°以上６０°以下である。本形態において、各噴孔６０に関する前記角度αは、互いに同等である。

また、図５に示すごとく、各噴孔中心軸ＨＣは、内周側の部位ほどプラグ基端側に向かうよう傾斜している。本形態において、各噴孔中心軸ＨＣと、プラグ軸方向Ｘに延びる直線との間になす角度βは、１０°以上８０°以下である。本形態において、各噴孔６０に関する角度βは、互いに同等である。

図２、図３に示すごとく、カバー側壁６１の内周面は、カバー大径面６１１を有する。カバー大径面６１１は、カバー側壁６１におけるプラグ軸方向Ｘの略中央位置からプラグ基端側の端面まで形成されており、プラグ先端側に隣接する部位よりも内径が大きくなっている面である。そして、カバー大径面６１１の内周側に接地電極４が配されている。すなわち、カバー大径面６１１は、接地電極４の配置スペースを確保すべく、大径に形成されている。

ここで、各噴孔６０の断面積の合計を合計面積Ｓ［ｍ²］とし、副燃焼室１１の容積を副室容積Ｖ［ｍ³］としたとき、副室容積Ｖに対する合計面積Ｓの比率Ｓ／Ｖ［１０／ｍ］は、０．３≦（Ｓ／Ｖ）≦１．０を満たす。

ここで、噴孔６０の面積とは、噴孔中心軸ＨＣに直交する噴孔６０の断面において、当該噴孔６０の内壁に囲まれた仮想領域の面積をいう。本形態において、噴孔６０は直線状に形成されており、噴孔６０の面積とは、噴孔中心軸ＨＣに沿った方向のいずれかの位置の噴孔６０の面積である。なお、噴孔６０は、両開口端部の付近以外の主要部においては噴孔中心軸ＨＣに直交する断面が閉曲線状となり、噴孔６０の面積を定義できる一方で、両開口端部の付近においては噴孔中心軸ＨＣに直交する断面が閉曲線とはならず、噴孔６０の面積を定義できない。このような場合は、噴孔６０の面積といったときは、噴孔６０の主要部（すなわち、噴孔中心軸ＨＣに直交する断面が閉曲線となる部位）の面積を意味することとする。また、本形態において、噴孔６０の主要部は、噴孔中心軸ＨＣに直交する噴孔６０の断面積が一定である。この場合、噴孔６０の面積とは、噴孔６０の主要部における噴孔軸方向いずれかの位置における面積をいう。噴孔軸方向とは、噴孔中心軸ＨＣが延在する方向である。また、噴孔６０の主要部の面積が噴孔軸方向の位置によって変動する場合は、噴孔６０の面積とは、主要部の最小の面積とすることができる。

また、副室容積Ｖ［ｍ³］は、各噴孔６０の体積を含む、副燃焼室１１の体積である。

図１に示すごとく、絶縁碍子２の内側における中心電極３のプラグ基端側には、中心電極３側から順に、ガラスシール１３、抵抗体１４、ガラスシール１３、及び端子金具１５が配されている。ガラスシール１３は、ガラスに銅粉を混入させてなる銅ガラスからなる。抵抗体１４は、カーボン又はセラミック粉末等の抵抗材及びガラス粉末を含むレジスタ組成物を加熱封着することにより形成する、或いはカートリッジ型抵抗体を挿入することによって構成することができる。端子金具１５は、例えば鉄合金からなり、そのプラグ基端側の端部が絶縁碍子２から露出している。スパークプラグ１は、端子金具１５において点火コイルに電気的に接続される。

次に、図７、図８に示すごとく、スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられて使用されている状態における、スパークプラグ１周辺の混合気の気流につき説明する。

内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気工程時に、噴孔６０から副燃焼室１１内に混合気が流入する。前述のごとく、各噴孔６０の噴孔中心軸ＨＣは、内周側の部位ほどプラグ周方向の一方側Ｃ１に向かうよう傾斜しているとともに、内周側の部位ほどプラグ基端側に向かうよう傾斜している。そのため、図７に示すごとく、副燃焼室１１内に流入された混合気は、プラグ基端側に向かうほどプラグ周方向の一方側Ｃ１に変位するような上昇螺旋流Ｆ１となる。上昇螺旋流Ｆ１は、副室形成面１１０に沿って螺旋状に形成される。上昇螺旋流Ｆ１は、放電ギャップＧよりも外周側に形成される。そして、上昇螺旋流Ｆ１は、絶縁碍子２とハウジング５とをシールするパッキン８付近まで流れる。

そして、パッキン８付近まで流れた上昇螺旋流Ｆ１は、パッキン８周辺の壁部にぶつかり、上昇螺旋流Ｆ１をかわすように上昇螺旋流Ｆ１の内周側を螺旋状に下降する、図８に示すような下降螺旋流Ｆ２となる。すなわち、下降螺旋流Ｆ２は、絶縁碍子２の表面、電極突出部３１の表面に沿って形成され、プラグ先端側に向かうほどプラグ周方向の一方側Ｃ１に向かう螺旋状に形成される。そして、下降螺旋流Ｆ２は、前述のごとくある程度内周側に形成された放電ギャップＧを通過する。つまり、放電ギャップＧにおいては、下降螺旋流Ｆ２が流れる。

次に、図９、図１０を用いて、本形態のスパークプラグ１に生じた放電火花１００が、下降螺旋流Ｆ２によって引き伸ばされる様子、及び当該放電火花１００によって生じる火炎につき説明する。

スパークプラグ１は、互いに対向する第二部位３１２と接地チップ４２との間の放電ギャップＧに火花放電を生じさせる。当該放電火花１００は、下降螺旋流Ｆ２に押されて、放電火花１００の両起点間の部位が螺旋状に大きく引き伸ばされる。このとき、放電火花１００は、副室形成面１１０から内周側に離れた位置において、螺旋状に大きく引き伸ばされる。そして、引き伸ばされた放電火花１００において副燃焼室１１内の混合気に着火し、火炎を発生させる。発生した火炎は、副燃焼室１１内において成長し、火炎ジェットとして各噴孔６０から主燃焼室１２側に向かって噴出される。各噴孔６０から主燃焼室１２側に噴出される火炎ジェットは、外周側に向かうほど、プラグ周方向の他方側Ｃ２に向かうとともに、プラグ先端側に向かうよう形成される。そして、主燃焼室１２内の混合気は、火炎ジェットによって着火される。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
本形態のスパークプラグ１において、噴孔６０は、噴孔６０を介して副燃焼室１１の外側から副燃焼室１１内に流入する気流が、副燃焼室１１内においてスワール流となるよう構成されている。そして、基準面部１１１とギャップ中心ＧＣとの間のプラグ径方向の長さｘと基準面部１１１とプラグ中心軸ＰＣとの間のプラグ径方向の長さｒとは、ｘ≧（１／３）×ｒ、の関係を満たす。このように、ギャップ中心ＧＣ位置を副燃焼室１１の内周側の領域に形成することにより、放電ギャップＧに生じた放電火花１００が、下降螺旋流Ｆ２によって、副室形成面１１０から内周側に離れた領域において螺旋状に引き伸ばされる。それゆえ、放電火花１００によって着火されてできた火炎の熱が、副室形成面１１０から奪われることを抑制することができる。さらに、放電火花１００を螺旋状に大きく引き伸ばすことができるため、スパークプラグ１の着火性を向上させることができる。なお、ｘ≧（１／３）×ｒのより具体的な根拠については後述の実験例１において説明する。

また、長さｘと長さｒとは、（１／３）×ｒ≦ｘ≦（２／３）×ｒ、の関係を更に満たす。それゆえ、スパークプラグ１の着火性を一層向上させやすい。（１／３）×ｒ≦ｘ≦（２／３）×ｒの根拠については、後述の実験例１において説明する。

また、副室容積Ｖ［ｍ³］に対する、各噴孔６０の面積の合計である合計面積Ｓ［ｍ²］の比率Ｓ／Ｖ［１０／ｍ］は、０．３≦（Ｓ／Ｖ）≦１．０を満たす。（Ｓ／Ｖ）≦１．０を満たすことにより、内燃機関においてノッキングが発生することを抑制しやすい。また、（Ｓ／Ｖ）≧０．３を満たすことにより、過度に噴孔６０が小さくなることに起因して、火炎の熱が噴孔６０を構成する壁部から奪われて失火が生じることを抑制することができる。０．３≦（Ｓ／Ｖ）≦１．０のより具体的な根拠については、後述の実験例２において説明する。

以上のごとく、前記形態によれば、着火性を向上させやすいスパークプラグを提供することができる。

なお、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ものとする。

（実験例１）
本例は、実施形態１と基本構造を同様とするスパークプラグ１において、長さｘ（すなわち基準面部１１１とギャップ中心ＧＣとの間のプラグ径方向の長さ）を種々変更したときの着火性への影響を、実験によって評価した例である。

本例においては、長さｘが互いに異なる５つのスパークプラグ１（試料１〜５）を用意した。試料１のスパークプラグ１は、長さｘが（１／３）×ｒよりも小さい。試料２のスパークプラグ１は、長さｘが（１／３）×ｒである。試料３のスパークプラグ１は、長さｘが（２／３）×ｒである。試料４のスパークプラグ１は、長さｘが（２／３）×ｒを超え、かつ、ｒ−ｒ１未満である。試料５のスパークプラグ１は、長さｘがｒ−ｒ１を超え、ｒ未満である。なお、長さｘがｒ−ｒ１を超え、ｒ未満である場合とは、ギャップ中心ＧＣがギャップ中心ＧＣから偏心しているが、ギャップ中心ＧＣと中心電極３とがプラグ軸方向Ｘに重なる位置にある場合である。

各試料において、長さｒは３．６５ｍｍであり、中心電極３の第一部位３１１の最大半径ｒ１は０．９５ｍｍであり、プラグ軸方向Ｘの放電ギャップＧとカバー底壁６２との間の長さは２．２ｍｍである。

本例においては、各試料を、２．５Lの過給エンジンに取り付けた。そして、圧縮比が１０、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ、図示平均有効圧力（すなわちＩＭＥＰ：Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が０．６５ＭＰａの条件で、各試料の放電伸び量［ｍｍ］、火炎面積［ｍｍ²］、リーン限界Ａ／Ｆを測定した。放電伸び量は、点火から０．９ｍｓ後における、ギャップ中心ＧＣから、放電火花１００の各部との間の直線長さのうち、最長のものである。火炎面積は、点火０．９ｍｓ後における火炎の表面積である。リーン限界Ａ／Ｆは、各試料を取り付けた内燃機関において、混合気の空燃比（すなわちＡ／Ｆ）を徐々に変化させた場合の、着火できる限界の空燃比であり、リーン限界Ａ／Ｆが高い程、着火性が良いといえる。
結果を図１１〜図１３に示す。

図１１から、長さｘが、ｘ≦（２／３）×ｒを満たせば、放電伸び量が大きくなることが分かる。すなわち、長さｘが（２／３）×ｒ以下である場合は、ギャップ中心ＧＣが副室形成面１１０に近付くが、副室形成面１１０近傍は流速が早く、放電火花１００が引き伸ばされやすい。一方、長さｘが（２／３）×ｒを超える場合は、放電火花１００の放電伸び量が確保され難いことが分かる。また、特に、長さｘがｒ−ｒ１を超える試料については、放電ギャップＧが、中心電極３の部位とプラグ軸方向Ｘに重なる位置に形成されることにより、放電ギャップＧ近傍の気流の流れが悪くなるものと考えられる。それゆえ、放電ギャップＧ近傍の気流を確保する観点から、ｘ＞ｒ−ｒ１、を満たすことが好ましい。

また、図１２から、（１／３）×ｒ≦ｘ≦（２／３）×ｒを満たす場合、火炎面積を確保しやすいことが分かる。ｘ≦（２／３）×ｒの場合、前述のごとく、放電伸び量を確保できる結果、放電火花１００と副燃焼室１１内との接触面積を確保でき、火炎面積が大きくなるものと考えられる。一方、ｘが（１／３）×ｒ未満となった場合、放電ギャップＧが副室形成面１１０に近付きすぎるため、生じた火炎が副室形成面１１０から奪われやすく、火炎の成長が妨げられるものと考えられる。

さらに、図１３から、（１／３）×ｒ≦ｘ≦（２／３）×ｒを満たす場合、リーン限界Ａ／Ｆを確保しやすいことが分かる。ｘ≦（２／３）×ｒの場合、前述のごとく、放電伸び量を確保できる結果、放電火花１００と副燃焼室１１内との接触面積を確保でき、火炎面積が大きくなるものと考えられる。一方、ｘが（１／３）×ｒ未満となった場合、放電ギャップＧが副室形成面１１０に近付きすぎるため、生じた火炎が副室形成面１１０から奪われやすく、火炎の成長が妨げられるものと考えられる。

（実験例２）
本形態は、実施形態１と基本構造を同様とするスパークプラグ１において、副室容積Ｖ［ｍ³］に対する各噴孔６０の面積の合計である合計面積Ｓ［ｍ²］の比率Ｓ／Ｖ［１０／ｍ］を種々変更したときの、燃焼重心位置への影響を調査した例である。燃焼重心位置とは、燃焼室量割合（すなわちＭＦＢ：Ｍａｓｓ Ｆｒａｃｔｉｏｎ Ｂｕｒｎｔ）が５０％となるときのクランク角である。燃焼重心位置が進角側にあるほど、火炎伝播が早くなりノッキング発生前に燃焼を終了させやすい。本例においては、実機による評価と、シミュレーションによる評価との双方を行った。

まず、実機による評価につき説明する。本例においては、比率Ｓ／Ｌを種々変更させたスパークプラグ１を２．５Lの過給エンジンに取り付けた。各スパークプラグ１は、長さｘを１．６４５ｍｍ、長さｒを３．６５ｍｍ、中心電極３の第一部位３１１の最大半径ｒ１を０．９５ｍｍ、プラグ軸方向Ｘの放電ギャップＧとカバー底壁６２との間の長さを２．２ｍｍとした。

そして、圧縮比が１０、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ、図示平均有効圧力（すなわちＩＭＥＰ）が１．２ＭＰａ、点火時期１２ｄｅｇ．ＢＴＤＣの条件で、燃焼重心位置を調査した。結果を図１４において、四角記号のプロットで示している。

次に、シミュレーションによる評価につき説明する。シミュレーションの場合においては、エンジン回転数を５０００ｒｐｍの高回転を想定し、それ以外の条件については、実機による評価の場合と同様とした。結果を図１４において、丸記号のプロットで示している。また、シミュレーション結果の線形近似線も表している。

本例においては、燃焼重心位置が１４ｄｅｇ．ＡＴＤＣ未満の場合は、ノッキングの発生が確認されなかったが、１４ｄｅｇ．ＡＴＤＣを超えた場合は、ノッキングの発生が確認された。ここで、比率Ｓ／Ｖを１．０以下とすると、燃焼重心位置が１４ｄｅｇ．ＡＴＤＣ以下を満たし得るため、比率Ｓ／Ｖは１．０以下とすることが好ましい。また、比率Ｓ／Ｖが０．３未満である場合、失火が生じた。これは、比率Ｓ／Ｖを小さくした場合、副燃焼室１１内に火炎が生じても、噴孔６０を通過する際等に火炎の熱が奪われやすいためであると考えられる。さらに、比率Ｓ／Ｖは、ノッキングの発生抑制、及び、失火の発生抑制の観点から、０．４以上、０．８未満が更に好ましい。

（実施形態２）
本形態は、図１５に示すごとく、ギャップ中心ＧＣが、中心電極３とプラグ軸方向Ｘに重なる位置に形成されている（すなわち、ｘ＞ｒ−ｒ１を満たす）実施形態である。

本形態において、中心電極３の第一部位３１１の最大半径ｒ１は、（１／３）×ｒよりも大きい。ギャップ中心ＧＣは、中心電極３の第一部位３１１における電極テーパ部３１１ｂと、プラグ軸方向Ｘに重なる位置に形成されている。本形態において、長さｘと長さｒと中心電極３の第一部位３１１の最大半径ｒ１とは、ｒ１≦ｘ≦（２／３）×ｒを満たす。すなわち、ギャップ中心ＧＣは、プラグ径方向における図１５の両向き矢印１０の領域に形成されている。
その他は、実施形態１と同様である。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
本形態において、中心電極３の第一部位３１１の最大半径ｒ１は、（１／３）×ｒよりも大きい（すなわちｒ１＞（１／３）×ｒを満たす）。それゆえ、第一部位３１１の外周面に沿って形成される下降螺旋流（図８の符号Ｆ２参照）が、比較的外周側の領域に形成される。そこで、本形態のスパークプラグ１は、ｘ≧ｒ１を満たす。それゆえ、ギャップ中心ＧＣはスパークプラグ１のより内周側の領域に形成され、ギャップ中心ＧＣに下降螺旋流が通過するようにしやすい。

また、本形態において、ギャップ中心ＧＣは、中心電極３とプラグ軸方向Ｘに重なる位置に形成されている（すなわち、ｘ＞ｒ−ｒ１を満たす）。このような場合、プラグ基端側から見たとき、ギャップ中心ＧＣは中心電極３の第一部位３１１内に隠れてしまい、ギャップ中心ＧＣを過度に内周側に位置させると、下降螺旋流が届きにくくなる。そこで、本形態のスパークプラグ１は、ｘ≦（２／３）×ｒを満たす。それゆえ、ギャップ中心ＧＣに下降螺旋流が通過するようにしやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

本発明は、前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。例えば、噴孔の形状は、副燃焼室内において、外周側に上昇螺旋流、内周側に下降螺旋流が生じるのであれば、実施形態に示した実施形態のものに限定されない。

１ スパークプラグ
１１ 副燃焼室
１１０ 副室形成面
１１１ 基準面部
３１ 電極突出部
５ ハウジング
６ プラグカバー
６０ 噴孔
Ｇ 放電ギャップ
ＧＣ ギャップ中心

Claims (4)

1. 筒状の絶縁碍子（２）と、
   前記絶縁碍子の内周側に保持されるとともに、前記絶縁碍子からプラグ先端側に突出する電極突出部（３１）を有する中心電極（３）と、
   前記電極突出部との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（４）と、
   前記絶縁碍子の外周側に配されたハウジング（５）と、
   前記電極突出部が配される副燃焼室（１１）を覆うよう前記ハウジングにおけるプラグ先端側の部位に設けられたプラグカバー（６）と、を備え、
   前記プラグカバーは、前記副燃焼室と前記プラグカバーの外部とを連通する噴孔（６０）を有し、
   前記噴孔は、前記噴孔を介して前記副燃焼室の外側から前記副燃焼室内に流入する気流が、前記副燃焼室内においてスワール流となるよう構成されており、
   前記放電ギャップの中心であるギャップ中心（ＧＣ）は、プラグ中心軸（ＰＣ）に対してプラグ径方向にオフセットした位置に配されており、
   前記ハウジング及び前記プラグカバーにおける、前記副燃焼室に露出する面を副室形成面（１１０）とし、プラグ中心軸から外周側を見たときに前記放電ギャップのプラグ基端側に隣接する前記副室形成面の部位を基準面部（１１１）とし、前記基準面部と前記ギャップ中心との間のプラグ径方向の長さをｘとし、前記基準面部とプラグ中心軸との間のプラグ径方向の長さをｒ、としたとき、長さｘと長さｒとは、ｘ≧（１／３）×ｒ、の関係を満たす、スパークプラグ（１）。
2. 前記長さｘと前記長さｒとは、（１／３）×ｒ≦ｘ≦（２／３）×ｒ、の関係を更に満たす、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記中心電極の前記電極突出部は、前記絶縁碍子からプラグ先端側に向かってプラグ軸方向に形成された第一部位（３１１）と、前記第一部位からプラグ径方向に突出するとともに、前記接地電極と対向する第二部位（３１２）とを備え、前記第一部位の最大半径をｒ１としたとき、前記長さｘと前記長さｒと前記最大半径ｒ１とは、ｒ１＞（１／３）×ｒ、ｘ＞ｒ−ｒ１、及び、ｒ１≦ｘ≦（２／３）×ｒ、を更に満たす、請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 複数の前記噴孔を有し、前記各噴孔の面積の合計を合計面積Ｓ［ｍ²］、前記副燃焼室の容積を副室容積Ｖ［ｍ³］としたとき、前記副室容積Ｖに対する前記合計面積Ｓの比率Ｓ／Ｖ［１０／ｍ］は、０．３≦（Ｓ／Ｖ）≦１．０を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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