JP2022042545A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】混合気を安定的に燃焼させることができる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、筒状の絶縁碍子３と、中心電極４と、筒状のハウジング２と、プラグカバー５と、副燃焼室５０と、を有する。中心電極４は、絶縁碍子３の内周側に保持されると共に絶縁碍子３から先端側に突出している。ハウジング２は、絶縁碍子３を内周側に保持する。プラグカバー５は、ハウジング２の先端部に設けられている。副燃焼室５０は、少なくともプラグカバー５とハウジング２と絶縁碍子３と中心電極４とによって囲まれている。プラグ軸方向Ｚにおける絶縁碍子３の先端から副燃焼室５０に面するハウジング２の内周面２１の基端２１１までの距離Ｌ１は、プラグ径方向におけるプラグ中心軸Ｃからハウジング２の内周面２１までの最短距離Ｌ２以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

例えば、特許文献１に開示されているように、先端に副燃焼室を備えたスパークプラグが知られている。当該スパークプラグにおいて、スパークプラグの径方向における絶縁碍子とハウジングとの間には、副燃焼室の一部であるポケット部が形成されている。

独国特許出願公開第１０２０１８２１１００９号明細書

しかしながら、ポケット部の形成され方によっては、副燃焼室の掃気性が低くなりやすい。副燃焼室の掃気性が低いと、スパークプラグを設けた内燃機関において、混合気の燃焼が不安定になるおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、混合気を安定的に燃焼させることができる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、筒状の絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極（４）と、
上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング（２）と、
該ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、
少なくとも該プラグカバーと上記ハウジングと上記絶縁碍子と上記中心電極とによって囲まれた副燃焼室（５０）と、を有し、
プラグ軸方向（Ｚ）における上記絶縁碍子の先端から上記副燃焼室に面する上記ハウジングの内周面（２１）の基端（２１１）までの距離（Ｌ１）は、プラグ径方向におけるプラグ中心軸（Ｃ）から上記ハウジングの上記内周面までの最短距離（Ｌ２）以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。

上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、プラグ軸方向における絶縁碍子の先端から副燃焼室に面するハウジングの内周面の基端までの距離は、プラグ径方向におけるプラグ中心軸からハウジングの内周面までの最短距離以下である。それゆえ、副燃焼室の掃気性を向上させることができる。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、混合気を安定的に燃焼させることができる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図。 図１のII矢視平面図。 実施形態１における、各部位の距離等を示す、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態１における、絶縁碍子の沿面距離を示す、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態２における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態２における、放電ギャップの距離等を示す、スパークプラグの先端部の断面図。 比較形態１における、スパークプラグの先端部の平面図。 比較形態２における、スパークプラグの先端部の断面図。 比較形態２における、各部位の距離を示す、スパークプラグの先端部の断面図。 実験例１における、比較形態１及び比較形態２のスパークプラグの放電電圧を示すグラフ。 実験例２における、比較形態２のスパークプラグを設置した内燃機関の、圧縮行程における気流の解析図。 実験例３における、実施形態１または比較形態１のスパークプラグを設置した内燃機関の、クランク角と熱発生率との関係を示すグラフ。 実施形態３における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態４における、スパークプラグの先端部の断面図。 図１４のXV矢視平面図。 比較形態３における、スパークプラグの先端部の断面図。 比較形態３における、各部位の距離を示す、スパークプラグの先端部の断面図。 実験例４における、スパークプラグによる点火後の経過時間と、熱発生量との関係を示すグラフ。 実験例５における、ポケット部の表面積と体積との比と、ポケット部に残留した未燃燃料の量との関係を示すグラフ。 実験例６における、比較形態３のスパークプラグを設置した内燃機関の、点火直後における燃料の燃焼範囲を示す解析図。 実験例６における、比較形態３のスパークプラグを設置した内燃機関の、点火から２ｍｓ後における燃料の燃焼範囲を示す解析図。 実験例６における、実施形態４のスパークプラグを設置した内燃機関の、点火直後における燃料の燃焼範囲を示す解析図。 実験例６における、実施形態４のスパークプラグを設置した内燃機関の、点火から２ｍｓ後における燃料の燃焼範囲を示す解析図。 実施形態５における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態５における、副燃焼室の気流の流れを説明する、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態６における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態７における、スパークプラグの先端部の断面図。 図２７のXXVIII－XXVIII線矢視断面図。 実施形態８における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態９における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態１０における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態１１における、スパークプラグの先端部の断面図。 実施形態１１における、各部位の距離を示す、スパークプラグの先端部の断面図。

（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４を参照して説明する。
本形態の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状の絶縁碍子３と、中心電極４と、筒状のハウジング２と、プラグカバー５と、副燃焼室５０と、を有する。中心電極４は、絶縁碍子３の内周側に保持されると共に絶縁碍子３から先端側に突出している。ハウジング２は、絶縁碍子３を内周側に保持する。プラグカバー５は、ハウジング２の先端部に設けられている。副燃焼室５０は、少なくともプラグカバー５とハウジング２と絶縁碍子３と中心電極４とによって囲まれている。

図３に示すごとく、プラグ軸方向Ｚにおける絶縁碍子３の先端から副燃焼室５０に面するハウジング２の内周面２１の基端２１１までの距離を、距離Ｌ１とする。プラグ径方向におけるプラグ中心軸Ｃからハウジング２の内周面２１までの最短距離を、距離Ｌ２とする。本形態のスパークプラグ１において、距離Ｌ１は、距離Ｌ２以下である。

本形態のスパークプラグ１は、例えば、自動車等の車両用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。なお、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Ｚ方向という。また、Ｚ方向における点火コイル（図示略）と接続される側を基端側といい、主燃焼室内に配される側を先端側という。また、プラグ径方向とは、プラグ中心軸Ｃに直交する平面上において、プラグ中心軸Ｃを中心とする円の半径方向を意味する。

中心電極４は、全体として略円柱状をなしている。中心電極４は、図１に示すごとく、プラグ中心軸Ｃに沿って、配置されている。中心電極４は、例えば、ニッケルを主成分とする金属材料を母材として形成されている。

中心電極４を保持する絶縁碍子３の先端部は、副燃焼室５０に面する部分において、先端側に向かうに従い、縮径している。絶縁碍子３の先端部の先端面３１は、その外周側の部分が曲面状に形成されている。先端面３１は、プラグ径方向における、曲面状に形成された外周側の部分よりも内側の部分が、平坦な面となっている。また、図４に示すごとく、中心電極４とハウジング２との間の絶縁碍子３の沿面距離Ｌ５は、図３に示す放電ギャップの長さＬ４よりも長い。絶縁碍子３は、例えば、アルミナ等のセラミックからなる。

また、絶縁碍子３の外周面の一部には、図１に示すごとく、被支承部３３が形成されている。被支承部３３は、先端側が基端側よりも小径となる段状に形成されている。つまり、被支承部３３は、先端側に向かうに従ってプラグ中心軸Ｃに近づくように、縮径している。被支承部３３は、環状に形成されている。

絶縁碍子３を保持するハウジング２の先端は、絶縁碍子３の先端よりも先端側に位置している。また、ハウジング２は、内周面２１の一部がプラグ径方向における内側に向かって突出した、支承部２２を有する。支承部２２は、環状に形成されている。ハウジング２は、例えば、鉄、ニッケル、鉄又はニッケルの合金、ステンレス等の金属材料からなる。

支承部２２は、絶縁碍子３の被支承部３３を、Ｚ方向に支承している。具体的には、ハウジング２の支承部２２は、環状のガスケット１１を介して、絶縁碍子３の被支承部３３を支承している。ガスケット１１は、例えば、金属材料を環状に形成してなる。

図１に示すごとく、プラグ径方向における絶縁碍子３とハウジング２との間には、隙間が形成されている。ガスケット１１よりも先端側に形成された隙間であるクリアランス部１２は、副燃焼室５０と連通している。

クリアランス部１２は、副燃焼室５０にて形成された火炎が侵入できない程度の、プラグ径方向における幅を有する。つまり、クリアランス部１２のプラグ径方向における幅は、副燃焼室５０にて形成された火炎の消炎距離以下となっている。本形態において、クリアランス部１２のプラグ径方向における幅は、例えば、１ｍｍ以下である。
なお、クリアランス部１２は、副燃焼室５０には含まれない。

本形態において、副燃焼室５０は、図１に示すごとく、プラグ径方向における絶縁碍子３とハウジング２との間に、ポケット部５０１を有する。図３に示すごとく、距離Ｌ１は、ポケット部５０１の開口部５０２のプラグ径方向における最大幅Ｌ３以下である。

本明細書において、ポケット部５０１は、プラグ径方向における絶縁碍子３とハウジング２との間に形成された空間であって、副燃焼室５０の一部を示す。ポケット部５０１のプラグ径方向における幅は、例えば、１ｍｍよりも大きい。つまり、クリアランス部１２は、ポケット部５０１には含まれない。

つまり、距離Ｌ１は、Ｚ方向におけるポケット部５０１の先端から基端までの長さとなっている。本形態において、距離Ｌ１は、副燃焼室５０のプラグ径方向における最大径の１／２以下である。また、距離Ｌ１は、Ｚ方向における絶縁碍子３の先端から副燃焼室５０の先端までの距離以下である。また、距離Ｌ１は、距離Ｌ２の、１／２以下である。

また、ポケット部５０１に面する絶縁碍子３及びハウジング２の表面積と、ポケット部５０１の体積との比（以下において、適宜「ポケット部５０１の表面積と体積との比」という。）は、１０以下である。また、ポケット部５０１の表面積と体積との比は、７以下とすることがより好ましい。なお、ポケット部５０１の表面積と体積との比は、ポケット部５０１の体積に対する、ポケット部５０１に面する絶縁碍子３の表面積とポケット部５０１に面するハウジング２の表面積との和の比率をいう。

また、絶縁碍子３の先端面３１は、図１、図３に示すごとく、副燃焼室５０に面した露出面３６を有する。図３に示すごとく、プラグ中心軸Ｃを含む断面において、中心電極４の外周面とハウジング２の内周面２１との間の露出面３６の輪郭の最小二乗近似直線Ｓ１と、プラグ中心軸Ｃと、のなす角度のうち小さい方の角度αは、４５°よりも大きい。

また、本形態のスパークプラグ１は、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する接地電極６を有する。図３に示すごとく、放電ギャップＧの長さＬ４は、０．６ｍｍ以下である。

接地電極６は、ハウジング２に接合されている。接地電極６は、ハウジング２の内周面２１から、プラグ中心軸Ｃに向かって突出している。そして、接地電極６と、中心電極４とがＺ方向に対向し、その間に放電ギャップＧが形成されている。放電ギャップＧは、副燃焼室５０に配置されている。

また、ハウジング２の先端部には、プラグカバー５が設けられている。プラグカバー５は、副燃焼室５０を覆っている。プラグカバー５には、複数の噴孔５１が形成されている。噴孔５１は、副燃焼室５０と外部とを連通させるように形成されている。

本形態において、プラグカバー５には、図１、図２に示すごとく、噴孔５１として、Ｚ方向に沿って形成された軸方向噴孔５１１と、Ｚ方向に対して傾斜した複数の傾斜噴孔５１２とが形成されている。軸方向噴孔５１１は、プラグ中心軸Ｃに沿って形成されている。傾斜噴孔５１２は、図１に示すごとく、先端側へ向かうに従い、プラグ径方向の外側へ向かうように、Ｚ方向に対して傾斜して開口している。

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において、距離Ｌ１は、距離Ｌ２以下である。それゆえ、副燃焼室５０の掃気性を向上させることができる。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

つまり、仮に、距離Ｌ１が長すぎると、副燃焼室５０の基端部に未燃燃料又は燃焼後のガスが残留しやすい。副燃焼室５０に未燃燃料が残留すると、次の燃焼サイクルにおいて、プレイグニッション等を引き起こすおそれがある。また、副燃焼室５０に燃焼後のガスが残留することにより、副燃焼室５０における着火性が低下するおそれがある。一方、本形態において、距離Ｌ１は、距離Ｌ２以下となっている。それゆえ、副燃焼室５０の掃気性を向上させることができる。それゆえ、副燃焼室５０内において未燃燃料又は燃焼後のガスが残留しにくい。その結果、プレイグニッション等の発生を抑えると共に、副燃焼室５０における着火性の低下を抑えることができる。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

また、距離Ｌ１は、ポケット部５０１の開口部５０２のプラグ径方向における最大幅Ｌ３以下である。それゆえ、副燃焼室５０の掃気性を向上させることができる。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

ポケット部５０１の表面積と体積との比は、１０以下である。それゆえ、ポケット部５０１において未燃燃料が残留しにくい。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

つまり、仮に、ポケット部５０１の表面積と体積との比が大きすぎると、ポケット部５０１において、火炎が熱エネルギーを奪われやすい。つまり、ポケット部５０１に面するハウジング２及び絶縁碍子３の表面によって、火炎が冷却されやすい。そのため、ポケット部５０１の燃料が燃焼しにくくなることにより、未燃燃料が残留しやすい。その結果、プレイグニッション等を引き起こすおそれがある。また、ポケット部５０１において、火炎が熱エネルギーを奪われることにより、噴孔５１を介して副燃焼室５０から主燃焼室へと噴出する火炎の勢いが弱くなりやすく、内燃機関の燃焼が不安定になるおそれがある。一方、本形態においては、ポケット部５０１の表面積と体積との比が小さいため、ポケット部５０１において、火炎の熱エネルギーが奪われにくい。それゆえ、ポケット部５０１に未燃燃料が残留しにくい。その結果、内燃機関の混合気を安定的に燃焼させることができる。

また、本形態において、ポケット部５０１の表面積と体積との比は、７以下である。それゆえ、ポケット部５０１において未燃燃料が一層残留しにくい。

また、放電ギャップＧの長さＬ４は、０．６ｍｍ以下である。それゆえ、距離Ｌ１を短くすることができる。その結果、副燃焼室５０の掃気性を一層向上させることができる。

つまり、放電ギャップＧの長さが長くなるに従って、放電ギャップＧに放電を発生させるための要求電圧が高くなりやすい。また、絶縁碍子３の表面に沿った沿面放電の発生を抑えるため、放電ギャップＧの長さが長くなるに従って、中心電極４とハウジング２との間の絶縁碍子３の沿面距離も長くする必要がある。言い換えると、放電ギャップＧに放電を確実に発生させるためには、放電ギャップＧの長さに合わせて、中心電極４とハウジング２との間の絶縁碍子３の沿面距離を適切な距離にする必要がある。そのため、放電ギャップＧの長さが長い場合、中心電極４とハウジング２との間の絶縁碍子３の沿面距離も長くなることにより、ポケット部５０１のＺ方向における長さが長くなりやすい。つまり、放電ギャップＧの長さが長くなるに従って、距離Ｌ１も長くなりやすい。一方、本形態においては、放電ギャップＧの長さＬ４は、０．６ｍｍ以下である。それゆえ、距離Ｌ１を短くすることができる。その結果、副燃焼室５０の掃気性を向上させることができる。

また、プラグ中心軸Ｃを含む断面において、角度αは、４５°よりも大きい。それゆえ、距離Ｌ１が、距離Ｌ２以下となりやすい。その結果、副燃焼室５０の掃気性を向上させやすい。

また、絶縁碍子３の先端面３１は、その外周側の部分が曲面状に形成されている。それゆえ、組み付けの際、絶縁碍子３の損傷を確実に抑えることができる。

以上のごとく、本形態によれば、混合気を安定的に燃焼させることができる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。

（実施形態２）
本形態は、図５、図６に示すごとく、実施形態１に対し、放電ギャップＧの長さを短くした形態である。

図６に示すごとく、本形態において、放電ギャップＧの長さＬ４は、０．３ｍｍ以下である。
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、放電ギャップＧの長さＬ４は、０．３ｍｍ以下である。それゆえ、中心電極４とハウジング２との間の絶縁碍子３の沿面距離を一層短くすることができる。それゆえ、距離Ｌ１を一層短くすることができる。その結果、副燃焼室５０の掃気性を一層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。

（比較形態１）
本形態のスパークプラグ９は、図７に示すごとく、副燃焼室を有さないスパークプラグ９である。

本形態において、接地電極６は、図７に示すごとく、ハウジング２の先端部に接続されている。接地電極６は、Ｚ方向に沿って形成された立設部６１と、プラグ径方向に沿って形成された対向部６２と、立設部６１と対向部６２とを接続する屈曲部６３と、を有する。つまり、本形態の接地電極６は、略Ｌ字形状をなしている。

接地電極６の対向部６２と中心電極４とは、Ｚ方向に対向している。そして、対向部６２と中心電極４との間に、放電ギャップＧが形成されている。

また、本形態のスパークプラグ９は、副燃焼室を形成するプラグカバーを有しない。そのため、本形態のスパークプラグ９を内燃機関に取り付けた際、放電ギャップＧは、主燃焼室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。

（比較形態２）
本形態のスパークプラグ９１は、図８、図９に示すごとく、プラグカバー５において、噴孔５１がひとつ形成されたスパークプラグ９１である。

図８、図９に示すごとく、プラグカバー５には、Ｚ方向に沿って形成された軸方向噴孔５１１がひとつ形成されている。

図９に示すごとく、本形態において、距離Ｌ１は、距離Ｌ２よりも長い。また、距離Ｌ１は、ポケット部５０１の開口部５０２のプラグ径方向における最大幅Ｌ３よりも長い。

本形態において、絶縁碍子３の先端から副燃焼室５０の先端までの長さは、副燃焼室５０のプラグ径方向における最大幅よりも長い。

また、本形態のスパークプラグ９１においては、プラグカバー５の一部が接地電極６となっている。つまり、中心電極４と、軸方向噴孔５１１の内周面の基端部との間に、放電ギャップＧが形成されている。本形態のスパークプラグ９１における放電ギャップＧの距離は、比較形態１のスパークプラグ９における放電ギャップの距離よりも小さい。
その他は、実施形態１と同様である。

（実験例１）
本例は、図１０に示すごとく、比較形態１のスパークプラグ９又は比較形態２のスパークプラグ９１を設置した内燃機関において、スパークプラグに対する電圧印加からの経過時間と、放電電圧との関係を解析した例である。本例では、排気量が２０００ｃｃであって、自然吸気式かつ直列４気筒の内燃機関を用い、スロットル全開の条件にて行った。また、それぞれのスパークプラグに対する電圧印加は、圧縮行程にて行った。図１０（ａ）が比較形態１の解析結果であり、図１０（ｂ）が比較形態２の解析結果である。

本例の結果より、図１０（ａ）の比較形態１よりも、図１０（ｂ）の比較形態２の方が、電圧印加後において、放電電圧を高く維持していることが確認された。放電電圧の高さは、放電が伸長することによる抵抗値の上昇に起因していると考えられる。したがって、放電ギャップが主燃焼室に露出した比較形態１よりも、放電ギャップが副燃焼室内に配置された比較形態２の方が、放電がより引き伸ばされたと考えられる。後述する実験例２にて説明するように、副燃焼室を有するスパークプラグが設置された内燃機関では、圧縮行程において、噴孔を介して主燃焼室から副燃焼室へとガスが流入する。これにより、主燃焼室よりも副燃焼室の方が、気流が強くなりやすい。そのため、比較形態１のように放電ギャップが主燃焼室に露出したスパークプラグよりも、比較形態２又は実施形態１のように、放電ギャップが副燃焼室内に設けられたスパークプラグの方が、放電ギャップに発生した放電が伸長しやすいと考えられる。したがって、放電ギャップが副燃焼室内に設けられたスパークプラグは、放電ギャップの長さが短い場合であっても、放電が伸長することにより、着火性を向上させることができると考えられる。

このように、副燃焼室を備えたスパークプラグは、放電が伸長しやすく、着火性を向上させやすい。このことは、着火性を確保しつつ、放電ギャップを短くしやすいといえる。放電ギャップを短くできる分だけ、絶縁碍子の表面に沿った中心電極とハウジングとの間の沿面距離を短くすることが可能となる。それゆえ、例えば実施形態１のように、ポケット部を浅くすることが可能となる。

（実験例２）
本例は、図１１に示すごとく、比較形態２のスパークプラグ９１を内燃機関９１０に設置し、主燃焼室１０１及び副燃焼室５０のそれぞれの気流の強さを解析した例である。この気流の解析は、計算流動力学（以下において、ＣＦＤという。）を用いて算出した。すなわち、比較形態２のスパークプラグ９１を取り付けた内燃機関９１０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１１は、圧縮行程におけるＢＴＤＣ（圧縮上死点前）２０°ＣＡ（クランク角）の時点での、気流の解析結果を表す。また、図１１においては、気流の流速を、色の濃淡によって表した。つまり、色が濃いほど、流速が速いことを示す。その他の実験条件は、実験例１と同様である。

図１１に示すごとく、副燃焼室５０における放電ギャップＧ周辺の気流は、スパークプラグ９１の先端部の近傍における主燃焼室１０１の気流よりも強いことを確認した。この結果より、比較形態１のように放電ギャップが主燃焼室に露出したスパークプラグよりも、比較形態２又は実施形態１のように放電ギャップが副燃焼室内にあるスパークプラグの方が、放電ギャップに生じた放電が気流によって引き伸ばされやすいと考えられる。

（実験例３）
本例は、図１２に示すごとく、実施形態１のスパークプラグ１を設置した内燃機関において、混合気の燃焼速度を解析した例である。比較対象として、比較形態１のスパークプラグを設置した内燃機関も、同様に解析した。本例では、排気量が２５００ｃｃであって、直列４気筒の内燃機関を用いた。また、実施形態１の放電ギャップの長さを０．５ｍｍ、比較形態１の放電ギャップの長さを１．１ｍｍとした。

また、実施形態１と比較形態１とは、それぞれ圧縮上死点（ＴＤＣ）の前のタイミングにて放電を行った。また、実施形態１よりも、比較形態１の方を早く放電させた。図１２のグラフにおいて、横軸がクランク角、縦軸が内燃機関における熱発生率を示す。

本例の結果より、点火タイミングが遅いにもかかわらず、実施形態１の方が、比較形態１よりも、早期に熱発生率が上昇することが確認された。実験例１～実験例３の結果より、副燃焼室に放電ギャップが設けられたスパークプラグの場合、副燃焼室内の強い気流によって放電が伸長しやすいため、放電ギャップの長さを短くしても、着火性を向上させることができると考えられる。そのため、比較形態１に対し、実施形態１の方が、混合気の燃焼速度が速くなったと考えられる。

（実施形態３）
本形態は、図１３に示すごとく、ポケット部を有さない形態である。

図１３に示すごとく、本形態において、プラグ径方向における絶縁碍子３の先端部とハウジング２との間には、ポケット部ではなく、クリアランス部１２が形成されている。

また、絶縁碍子３の先端面３１は、全体が平坦な面となっている。先端面３１は、環状に形成されている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態のスパークプラグ１は、ポケット部を有さない。それゆえ、副燃焼室５０の掃気性を一層向上させることができる。その結果、混合気を一層安定的に燃焼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１４、図１５に示すごとく、プラグカバー５に突出部５２が形成された形態である。

本形態において、プラグカバー５には、図１４に示すごとく、プラグカバー５の先端部から、基端側に突出した突出部５２が形成されている。突出部５２は、基端に向かうに従い、縮径している。

また、突出部５２は、筒状に形成されている。つまり、突出部５２には、軸方向噴孔５１１が形成されている。軸方向噴孔５１１は、基端側に向かうに従い、縮径している。

また、突出部５２の基端部には、基端側を向く平坦な基端面５２１が形成されている。突出部５２の基端面５２１は、軸方向噴孔５１１の副燃焼室５０側の開口部の外周側において、環状に形成されている。

また、中心電極４の先端部には、小径部４１が形成されている。小径部４１は、中心電極４における、小径部４１よりも基端側の部分に対し、直径が小さい。小径部４１は、先端側を向く平坦な先端面を有する。

本形態において、小径部４１の先端面と、突出部５２の基端面５２１とは、それぞれＺ方向に直交するように形成されている。小径部４１の先端面と、突出部５２の基端面５２１とは、略同一面上に形成されている。

本形態において、放電ギャップＧは、図１４、図１５に示すごとく、中心電極４の小径部４１と、突出部５２の基端部との間に形成されている。言い換えると、放電ギャップＧは、小径部４１と、軸方向噴孔５１１の内周面の基端部との間に形成されている。また、放電ギャップＧは、プラグ径方向に沿って形成されている。
その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同様である。

（比較形態３）
本形態のスパークプラグ９２は、図１６、図１７に示すごとく、実施形態４に対し、Ｚ方向におけるポケット部５０１の先端から基端までの長さが長いスパークプラグ９２である。

図１７に示すごとく、本形態において、距離Ｌ１は、距離Ｌ２よりも長い。また、距離Ｌ１は、ポケット部５０１の開口部５０２のプラグ径方向における最大幅Ｌ３よりも長い。
その他は、実施形態４と同様である。

（実験例４）
本例は、図１８に示すように、実施形態４のスパークプラグ１、又は比較形態３のスパークプラグ９２を設置した内燃機関について、スパークプラグの放電による点火後の経過時間と、内燃機関の熱発生量との関係を解析した例である。本例の試験は、雰囲気圧力を２．０ＭＰａ、燃料をプロパンとした条件にて行った。図１８のグラフにおいて、横軸がスパークプラグによる点火後の経過時間を示し、縦軸が内燃機関における熱発生量を示す。

図１８に示すごとく、比較形態３のスパークプラグ９２を設置した内燃機関よりも、実施形態４のスパークプラグ１を設置した内燃機関の方が、点火後、より早く熱発生量が上昇する結果となった。本例の結果より、Ｚ方向におけるポケット部５０１の深さを小さくする、またはポケット部５０１を無くすことにより、早期に主燃焼室の混合気を燃焼させることができると考えられる。つまり、副燃焼室５０にて発生した火炎の、ポケット部５０１による冷却損失が減少する、又は無くなることにより、火炎の成長が早まり、混合気を早期に燃焼させることができると考えられる。

（実験例５）
本例は、図１９に示すように、基本構造を実施形態４と同様とするスパークプラグについて、ポケット部の表面積と体積との比と、点火後の未燃燃料の残留と、の関係を解析した例である。スパークプラグのポケット部について、プラグ径方向の長さと、プラグ軸方向の長さとをそれぞれ変更し、表面積と体積との比を変更した。そして、ポケット部の表面積と体積との比を変更したそれぞれのスパークプラグについて、スパークプラグの放電による点火後の未燃燃料の残留を確認した。本例の試験は、スパークプラグを設置した内燃機関において、雰囲気圧力を２．０ＭＰａ、燃料をプロパンとした条件にて行った。図１９のグラフにおいて、横軸がポケット部のプラグ径方向の長さ、縦軸がポケット部のプラグ軸方向の長さを示す。

図１９中に示した領域Ａ１は、ポケット部の表面積と体積との比が、７以下の領域を示す。領域Ａ２は、ポケット部の表面積と体積との比が、１０以下であって、７よりも大きい領域を示す。領域Ａ３は、ポケット部の表面積と体積との比が、２０以下であって、１０よりも大きい領域を示す。また、ポケット部の表面積と体積との比が異なるそれぞれのスパークプラグについて、未燃燃料の残留の程度を示す記号にて、図１９のグラフ中にプロットした。

図１９に示すごとく、領域Ａ１のスパークプラグにおいては、未燃燃料の残留がほとんど無い結果となった。また、領域Ａ２のスパークプラグにおいては、未燃燃料の残留が微小であった。領域Ａ３のスパークプラグにおいては、未燃燃料の残留が確認された。つまり、ポケット部の表面積と体積との比が小さいほど、未燃燃料の残留が少なくなる結果となった。この結果より、ポケット部の表面積と体積との比が小さいほど、副燃焼室にて発生した火炎の、ポケット部による冷却損失が減少すると考えられる。

（実験例６）
本例は、図２０～図２３に示すごとく、実施形態４のスパークプラグ１、又は比較形態３のスパークプラグ９２を設置した内燃機関１０、９２０について、未燃燃料Ｆ１の残留量を解析した例である。それぞれのスパークプラグは、主燃焼室１０１にプラグカバー５の外表面が露出するように、内燃機関のシリンダヘッド１０２に設置した。本例の試験は、排気量が２０００ｃｃであって、自然吸気式の内燃機関を用い、回転数を２０００ｒ／ｍとし、スロットル全開の条件にて行った。図２０及び図２１が比較形態３の解析結果を示し、図２２及び図２３が実施形態４の解析結果を示す。また、図２０及び図２２が、スパークプラグの放電による点火直後の状況を示し、図２１及び図２３が、スパークプラグによる点火から２ｍｓ後の状況を示す。また、燃焼後のガスＦ２は、燃料を含むガスが２０００℃以上に燃焼したガスのことを示す。

図２１に示すごとく、点火から２ｍｓ後に、比較形態３のスパークプラグ９２の副燃焼室５０において、未燃燃料Ｆ１の残留が確認された。また、未燃燃料Ｆ１は、主にポケット部５０１に残留していることを確認した。一方、実施形態４のスパークプラグ１では、図２３に示すごとく、点火から２ｍｓ後において、副燃焼室５０内の大部分が燃焼後のガスＦ２によって占められており、未燃燃料Ｆ１の残留は微小であった。本例の結果より、ポケット部５０１のＺ方向における長さを短くする、またはポケット部５０１を無くすことにより、副燃焼室５０における未燃燃料Ｆ１の残留を減少させることができると考えられる。これにより、プレイグニッション等の発生を抑えることができると考えられる。

（実施形態５）
本形態は、図２４、図２５に示すごとく、絶縁碍子３の先端部に窪み部３２を形成した形態である。

絶縁碍子３の先端面３１は、図２４に示すごとく、先端面３１の外周端３１１よりも基端側へ後退した窪み部３２を有する。

本形態において、窪み部３２は、基端側に向かうに従って、縮径するように形成されている。つまり、窪み部３２は、略円錐形状となるように形成されている。また、本形態において、ポケット部は形成されていない。
その他は、実施形態４と同様である。

本形態のスパークプラグ１において、絶縁碍子３の先端面３１は、窪み部３２を有する。それゆえ、副燃焼室５０において、火炎の成長が阻害されにくい。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

また、窪み部３２が形成されていることにより、副燃焼室５０の容積を拡大させることができる。つまり、窪み部３２が形成されていることにより、副燃焼室５０内の混合気量を多くすることができる。それゆえ、副燃焼室５０の火炎を、噴孔５１を介して、主燃焼室に勢いよく噴出させることができる。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

また、窪み部３２が形成されていることにより、絶縁碍子３における中心電極４とハウジング２との間の沿面距離を長くすることができる。それゆえ、放電ギャップＧの長さを長くしても、中心電極４とハウジング２との間の沿面放電の発生を確実に抑えることができる。それゆえ、放電ギャップＧの長さを長くしても、放電ギャップＧにおいて、確実に放電を発生させることができる。それゆえ、副燃焼室５０の着火性を向上させることができる。その結果、混合気を安定的に燃焼させることができる。

窪み部３２は、基端側に向かうに従って、縮径するように形成されている。それゆえ、図２５に示すごとく、噴孔５１を介して主燃焼室から副燃焼室５０に流入した気流ＡＦが、窪み部３２に沿って流れることにより、副燃焼室５０内のガスを効率的に循環させることができる。それゆえ、副燃焼室５０の掃気性を向上させることができる。その結果、副燃焼室５０の混合気を安定的に燃焼させることができる。
その他、実施形態４と同様の作用効果を有する。

（実施形態６）
本形態は、図２６に示すごとく、実施形態５に対し、窪み部３２の形状を変更した形態である。

本形態において、窪み部３２は、図２６に示すごとく、基端側に向かうに従って、ハウジング２の内周面２１と中心電極４の外周面との双方から離れるように形成されている。つまり、窪み部３２は、プラグ径方向におけるハウジング２の内周面２１と中心電極４の外周面との間の略中央の位置において、最も基端側に後退している。

また、絶縁碍子３の先端面３１の内周端と、先端面３１の外周端３１１とは、Ｚ方向における位置が略同じとなっている。つまり、ハウジング２の内周面２１及び中心電極４の外周面の副燃焼室５０への露出を増やすことなく、窪み部３２が形成されている。
その他は、実施形態５と同様である。

本形態において、窪み部３２は、基端側に向かうに従って、ハウジング２の内周面２１と中心電極４の外周面との双方から離れるように形成されている。それゆえ、ハウジング２の内周面２１及び中心電極４の外周面の副燃焼室５０への露出を増やすことなく、窪み部３２を形成することができる。それゆえ、副燃焼室５０内の火炎が、金属材料からなるハウジング２及び中心電極４によって冷却されることを抑えることができる。その結果、副燃焼室５０内の混合気を安定的に燃焼させることができる。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。

（実施形態７）
本形態は、図２７、図２８に示すごとく、絶縁碍子３の先端面３１に溝部３４が形成された形態である。

本形態のスパークプラグ１は、図２７、図２８に示すごとく、絶縁碍子３の先端面３１において、複数の溝部３４が形成されている。溝部３４は、先端面３１を基端側に後退させることによって形成されている。図２８に示すごとく、絶縁碍子３の先端部を先端側から見たとき、それぞれの溝部３４は、環状に形成されている。また、絶縁碍子３の先端部を先端側から見たとき、それぞれの溝部３４同士は、プラグ中心軸Ｃを中心として、略同心円状に形成されている。
その他は、実施形態５と同様である。

本形態のスパークプラグ１は、絶縁碍子３の先端面３１において、溝部３４が形成されている。それゆえ、中心電極４とハウジング２との間の絶縁碍子３の沿面距離を一層長くすることができる。その結果、放電ギャップＧの長さを長くしても、放電ギャップＧにおいて、一層確実に放電を発生させることができる。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。

（実施形態８）
本形態は、図２９に示すごとく、実施形態７に対し、溝部３４の形状を変更した形態である。

本形態において、溝部３４は、図２９に示すごとく、基端側に向かうに従い、プラグ径方向の幅が小さくなるように形成されている。
その他の構成及び作用効果は、実施形態７と同様である。

（実施形態９）
本形態は、図３０に示すごとく、絶縁碍子３の先端部において、段部３５が形成された形態である。

段部３５は、図３０に示すごとく、絶縁碍子３の先端面３１を基端側に後退させることによって形成されている。また、段部３５は、中心電極４の外周面の一部を露出させるように形成されている。つまり、プラグ径方向における、中心電極４の外周面の一部と、段部３５を形成する絶縁碍子３の表面との間には、環状の空間が形成されている。プラグ径方向における当該環状の空間の幅は、例えば、１ｍｍ以下である。
その他は、実施形態５と同様である。

本形態において、絶縁碍子３の先端部には段部３５が形成されている。それゆえ、中心電極４とハウジング２との間の絶縁碍子３の沿面距離を一層長くすることができる。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。

（実施形態１０）
本形態は、図３１に示すごとく、実施形態９に対し、段部３５の形成位置を異ならせた形態である。

本形態において、段部３５は、図３１に示すごとく、ハウジング２の内周面２１の一部を露出させるように形成されている。プラグ径方向における、ハウジング２の内周面２１の一部と、段部３５を形成する絶縁碍子３の表面との間には、環状の空間が形成されている。プラグ径方向における当該環状の空間の幅は、例えば、１ｍｍ以下である。つまり、当該環状の空間は、副燃焼室５０の一部ではなく、クリアランス部１２である。
その他の構成及び作用効果は、実施形態９と同様である。

（実施形態１１）
本形態は、図３２、図３３に示すごとく、絶縁碍子３の先端部に小径部３７が形成された形態である。

小径部３７は、図３２、図３３に示すごとく、絶縁碍子３における小径部３７よりも基端側の部分に対し、直径が小さい。また、小径部３７の基端側の部分は、基端側に向かうに従って拡径するように形成されている。そして、プラグ径方向における小径部３７とハウジング２の内周面２１との間にポケット部５０１が形成されている。

本形態のスパークプラグ１において、距離Ｌ１は、図３３に示すごとく、距離Ｌ２以下である。また、距離Ｌ１は、ポケット部５０１の開口部５０２のプラグ径方向における最大幅Ｌ３以下である。
その他の構成及び作用効果は、実施形態４と同様である。

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、２１…内周面、３…絶縁碍子、４…中心電極、５…プラグカバー、５０…副燃焼室、Ｃ…プラグ中心軸、Ｚ…プラグ軸方向、２１１…副燃焼室に面するハウジングの内周面の基端、Ｌ１…プラグ軸方向における絶縁碍子の先端から副燃焼室に面するハウジングの内周面の基端までの距離、Ｌ２…プラグ径方向におけるプラグ中心軸からハウジングの内周面までの最短距離

Claims (7)

1. 筒状の絶縁碍子（３）と、
   該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極（４）と、
   上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング（２）と、
   該ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、
   少なくとも該プラグカバーと上記ハウジングと上記絶縁碍子と上記中心電極とによって囲まれた副燃焼室（５０）と、を有し、
   プラグ軸方向（Ｚ）における上記絶縁碍子の先端から上記副燃焼室に面する上記ハウジングの内周面（２１）の基端（２１１）までの距離（Ｌ１）は、プラグ径方向におけるプラグ中心軸（Ｃ）から上記ハウジングの上記内周面までの最短距離（Ｌ２）以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
2. 上記副燃焼室は、プラグ径方向における上記絶縁碍子と上記ハウジングとの間に、ポケット部（５０１）を有し、
   上記距離（Ｌ１）は、該ポケット部の開口部（５０２）のプラグ径方向における最大幅（Ｌ３）以下である、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
3. 上記副燃焼室は、プラグ径方向における上記絶縁碍子と上記ハウジングとの間に、ポケット部（５０１）を有し、
   該ポケット部に面する上記絶縁碍子及び上記ハウジングの表面積と、該ポケット部の体積との比は、１０以下である、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. 上記ポケット部に面する上記絶縁碍子及び上記ハウジングの表面積と、該ポケット部の体積との比は、７以下である、請求項３に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 上記絶縁碍子の先端面（３１）は、該先端面の外周端（３１１）よりも基端側へ後退した窪み部（３２）を有する、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. 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（６）を有し、
   上記放電ギャップの長さ（Ｌ４）は、０．６ｍｍ以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
7. 上記放電ギャップの長さは、０．３ｍｍ以下である、請求項６に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

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