JP2023016617A - 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、筒状の絶縁碍子と、中心電極と、筒状のハウジングと、接地電極６と、プラグカバー５と、を有する。プラグカバー５には、副燃焼室５０と外部とを連通させる複数の噴孔５１が形成されている。接地電極６は、副燃焼室５０の外周側からプラグ中心軸に向かって突出するように形成されている。複数の噴孔５１は、噴孔５１から流入した気流によって、副燃焼室５０に偏心スワール流が形成されるように設けてある。偏心スワール流は、プラグ軸方向から見て放電ギャップＧよりも接地電極の突出側の位置に旋回中心を有する旋回流である。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

内燃機関用のスパークプラグとして、放電ギャップが配される副燃焼室を備えたものがある。かかるスパークプラグにおいて、特許文献１に示すように、副燃焼室を形成するプラグカバーに設けた複数の噴孔を、プラグ軸方向から見て、プラグ径方向に対して傾斜させたものがある。これにより、副燃焼室に、プラグ軸方向を軸に旋回する気流であるスワール流を形成させることができる。

特開２００９－２７０５３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のスパークプラグにおいては、放電ギャップ付近に充分な気流を生じさせにくい。

すなわち、噴孔から副燃焼室に流入する気流によって副燃焼室にスワール流が形成されるものの、副燃焼室の中心部付近においては、気流の淀みが生じやすい。それゆえ、放電ギャップ付近においては、充分な気流を形成しにくい。その結果、放電ギャップに形成された放電を、気流によって引き伸ばしにくい。それゆえ、上記特許文献１に記載のスパークプラグにおいては、着火性の向上の余地があるといえる。

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、
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）と、
上記放電ギャップが配される副燃焼室（５０）を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、を有し、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる複数の噴孔（５１）が形成されており、
上記接地電極は、上記副燃焼室の外周側からプラグ中心軸に向かって突出するように形成されており、
上記複数の噴孔は、該噴孔から流入した気流によって、上記副燃焼室に偏心スワール流（Ｆｓ）が形成されるように設けてあり、
上記偏心スワール流は、プラグ軸方向（Ｚ）から見て上記放電ギャップよりも上記接地電極の突出側の位置に旋回中心を有する旋回流である、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、複数の噴孔は、該噴孔から流入した気流によって、副燃焼室に偏心スワール流が形成されるように設けてある。それゆえ、放電ギャップに生じた放電を、偏心スワール流によって引き伸ばすことができる。これにより、着火性を向上させることができる。

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付近の、プラグ軸方向に沿った断面図。 図１のII－II線矢視断面図。 図２のIII－III線矢視断面図。 実施形態１における、内燃機関に取り付けられたスパークプラグの正面図。 実施形態１における、副燃焼室に生じる気流の説明図。 図１に、第１噴孔の延長領域を描き足した説明図。 図２に、第１噴孔の延長領域を描き足した説明図。 実験例１における、第１噴孔を通りプラグ中心軸を含む断面において見た解析結果の説明図。 実験例１における、放電ギャップを通りプラグ軸方向に直交する断面において見た解析結果の説明図。 実験例２における、角度θの説明図。 実験例２における、試験結果を示す線図。 実験例３における、距離Ｌ１及び内径ｄの説明図。 実験例３における、試験結果を示す線図。 実験例４における、試験結果を示す線図。 実験例４における、面積Ｓ５の説明図。 実験例５における、距離Ｌ１及び内径ｄの説明図。 実験例５における、試験結果を示す線図。 実験例６における、一つの試料の説明図。 実験例６における、他の一つの試料の説明図。 実験例６における、試験結果を示す線図。 実験例７における、試験結果を示す線図。 実験例７における、比較試料の噴孔の配置を示す説明図。 実施形態２における、噴孔の配置を示す説明図。 実施形態３における、噴孔の配置を示す説明図。 実施形態４における、噴孔の配置を示す説明図。 実施形態５における、噴孔の配置を示す説明図。 実施形態６における、スパークプラグの先端部付近の、プラグ軸方向に沿った断面図。 図２７のXXVIII－XXVIII線矢視断面図。 実施形態７における、スパークプラグの先端部付近の、プラグ軸方向に沿った断面図。 実施形態８における、スパークプラグの先端部付近の、プラグ軸方向に沿った断面図。 実施形態９における、プラグ軸方向に直交する断面による、スパークプラグの断面図。 実施形態９における、プラグ軸方向に直交する断面による、他のスパークプラグの断面図。

（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７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～図４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、接地電極６と、プラグカバー５と、を有する。

図１、図３に示すごとく、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。接地電極６は、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する。プラグカバー５は、放電ギャップＧが配される副燃焼室５０を覆うようハウジング２の先端部に設けられている。

図１～図３に示すごとく、プラグカバー５には、副燃焼室５０と外部とを連通させる複数の噴孔５１が形成されている。
接地電極６は、副燃焼室５０の外周側からプラグ中心軸に向かって突出するように形成されている。

複数の噴孔５１は、噴孔５１から流入した気流によって、副燃焼室５０に偏心スワール流が形成されるように設けてある。図５に示すごとく、偏心スワール流Ｆｓは、プラグ軸方向Ｚから見て放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側の位置に旋回中心を有する旋回流である。

本形態のスパークプラグ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。そして、図４に示すごとく、スパークプラグ１の軸方向Ｚの一端を、内燃機関の燃焼室に配置する。この内燃機関の燃焼室を、上述の「副燃焼室５０」に対して、「主燃焼室１１」という。

ハウジング２は、図１、図４に示すごとく、外周面に取付ネジ部２３を有する。図４に示すごとく、取付ネジ部２３が内燃機関のエンジンヘッド等に設けられたプラグホール１２の雌ネジ部に螺合することで、内燃機関にスパークプラグ１が取り付けられる。スパークプラグ１は、先端側の一部を主燃焼室１１に露出させた状態にて、内燃機関に取り付けられる。

スパークプラグ１の軸方向Ｚにおいて、主燃焼室１１に露出する側を先端側、その反対側を基端側というものとする。また、軸方向Ｚに沿うスパークプラグ１の中心軸をプラグ中心軸という。プラグ中心軸を中心とする円の周方向をプラグ周方向という。

プラグカバー５は、ハウジング２の先端部に溶接等によって接合されている。接地電極６は、一端がハウジング２又はプラグカバー５に固定されている。この固定端から、接地電極６はプラグ中心軸に向かって突出している。本形態では、図３に示すごとく、接地電極６は、固定端から突出端へ向かうほど先端側へ向かうように傾斜している。ただし、接地電極６を、プラグ軸方向Ｚに直交するように配設した構成とすることもできる。

スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられた状態において、プラグカバー５は、副燃焼室５０を主燃焼室１１と区画している。副燃焼室５０にて生じた火炎は、噴孔５１から主燃焼室１１へ噴出する。

図２に示すごとく、スパークプラグ１は、複数の噴孔５１として、少なくとも下記の第１噴孔５１１及び第２噴孔５１２を有する。第１噴孔５１１よりも第２噴孔５１２の方が、放電ギャップＧに近い。

第１噴孔５１１は、図６、図７に示すごとく、噴孔軸５１１Ｌに沿った延長領域５１１Ｅの少なくとも一部が放電ギャップＧと重なる。さらに、第１噴孔５１１は、図５に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見て、外側開口部５１１ｏから内側開口部５１１ｉに向かうベクトル５１１ｖが、以下の要件を満たすように形成されている。すなわち、ベクトル５１１ｖは、放電ギャップＧに近づく側を向いているとともに、接地電極６の突出方向６ｖに対して９０°±３０°の角度をなす。本形態においては、接地電極６の突出方向６ｖに対するベクトル５１１ｖの角度が、略９０°である。

第２噴孔５１２は、図３に示すごとく、噴孔軸５１２Ｌが放電ギャップＧを通らない。かつ、第２噴孔５１２は、図５に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見て、外側開口部５１２ｏから内側開口部５１２ｉに向かうベクトル５１２ｖが、放電ギャップＧから接地電極６の突出側へ遠ざかる側を向いている。

第２噴孔５１２は、プラグ軸方向Ｚから見て、内側開口部５１２ｉの少なくとも一部が、放電ギャップＧよりも、接地電極６の突出側、かつ、接地電極６の幅の内側となる位置に配置されている。より好ましくは、第２噴孔５１２は、プラグ軸方向Ｚから見て、内側開口部５１２ｉの中心５１２ｃが、接地電極６の幅方向の中心となる位置に配置されている。また、本形態において、第２噴孔５１２は、プラグ軸方向Ｚから見て、内側開口部５１２ｉの全体が、接地電極６の幅方向の内側となる位置に配置されている。

本形態のスパークプラグ１は、図２に示すごとく、噴孔５１として、第１噴孔５１１及び第２噴孔５１２に加え、第３噴孔５１３を有する。第３噴孔５１３は、プラグ軸方向Ｚから見て、図５に示すごとく、外側開口部５１３ｏから内側開口部５１３ｉに向かうベクトル５１３ｖが第１噴孔５１１へ向かう噴孔５１である。

また、本形態のスパークプラグ１は、噴孔５１として、第１噴孔５１１、第２噴孔５１２及び第３噴孔５１３に加え、第４噴孔５１４を有する。第４噴孔５１４は、プラグ軸方向Ｚから見て、外側開口部５１４ｏから内側開口部５１４ｉに向かうベクトル５１４ｖが第３噴孔５１３へ向かう噴孔である。

第１噴孔５１１以外の噴孔５１は、内側開口部が放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側に配されている。すなわち、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉ、第３噴孔５１３の内側開口部５１３ｉ、及び第４噴孔５１４の内側開口部５１４ｉは、放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側に配されている。本形態において、第１噴孔５１１の内側開口部５１１ｉは、接地電極６の突出方向６ｖにおいて、突出側端部と略同等の位置に配されている。

プラグ軸方向Ｚから見て、第３噴孔５１３の噴孔軸５１３Ｌ及び第４噴孔５１４の噴孔軸５１４Ｌは、プラグ径方向に対して傾斜している。プラグ軸方向Ｚから見て、第３噴孔５１３の噴孔軸５１３Ｌは、第２噴孔５１２の噴孔軸５１２Ｌと略平行となっており、ベクトル５１３ｖはベクトル５１２ｖと逆向きとなっている。また、プラグ軸方向Ｚから見て、第４噴孔５１４の噴孔軸５１４Ｌは、第１噴孔５１１の噴孔軸５１１Ｌと略平行となっており、ベクトル５１４ｖはベクトル５１１ｖと逆向きとなっている。

また、プラグ軸方向Ｚから見て、第１噴孔５１１の噴孔軸５１１Ｌ及び第４噴孔５１４の噴孔軸５１４Ｌは、第２噴孔５１２の噴孔軸５１２Ｌ及び第３噴孔５１３の噴孔軸５１３Ｌに対して、略直交している。

本形態においては、プラグカバー５には第１噴孔５１１、第２噴孔５１２、第３噴孔５１３、第４噴孔５１４の、４つの噴孔５１が形成されている。これら４つの噴孔５１のうち、第２噴孔５１２が、他の噴孔５１よりも、流路断面積が大きい。第１噴孔５１１、第２噴孔５１２、及び第３噴孔５１３は、互いに流路断面積が略同等である。ここで、流路断面積は、各噴孔５１の噴孔軸に直交する断面の面積である。

上記複数の噴孔５１は、いずれも、外側開口部から内側開口部に向かうベクトルが、基端側を向くベクトル成分を有する。すなわち、外側開口部から内側開口部に向かうベクトルが、斜め基端側を向く。図６に示すごとく、第１噴孔５１１の噴孔軸５１１Ｌは、プラグ軸方向Ｚに対して、例えば５５°～６５°傾斜している。また、図３に示すごとく、第２噴孔５１２噴孔軸５１２Ｌは、プラグ軸方向Ｚに対して、例えば５５°～６５°傾斜している。

上述したように、第１噴孔５１１は、図６、図７に示すごとく、噴孔軸５１１Ｌに沿った延長領域５１１Ｅの少なくとも一部が放電ギャップＧと重なる。しかし、その他の噴孔５１、すなわち第２噴孔５１２、第３噴孔５１３、第４噴孔５１４は、それぞれの噴孔軸に沿った延長領域が、放電ギャップＧと重ならない。

また、第１噴孔５１１の延長領域５１１Ｅは、他の噴孔５１、すなわち第２噴孔５１２、第３噴孔５１３、第４噴孔５１４の延長領域と重ならない。

プラグカバー５に、複数の噴孔５１が、上述のような態様にて形成されていることにより、内燃機関の圧縮行程において、副燃焼室５０内に、図５に示すような回転方向の偏心スワール流Ｆｓを形成することができる。すなわち、本形態の場合には、図５において、放電ギャップＧの左下の位置に、旋回中心を有する偏心スワール流Ｆｓが形成される。そして、偏心スワール流Ｆｓは、同図における時計回りに旋回する。それゆえ、この偏心スワール流Ｆｓは、放電ギャップＧ付近においては、接地電極６の突出側を向くベクトル成分を有することとなる。より具体的には、偏心スワール流Ｆｓの、放電ギャップＧ付近における向きは、同図における右下方向となる。なお、副燃焼室５０内においては、実際には複雑な気流が形成されることとなるが、上述のような偏心スワール流Ｆｓが一部の気流として形成され、この偏心スワール流Ｆｓに着目したとき、その流れの向きが上述のようになる。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用のスパークプラグ１において、複数の噴孔５１は、噴孔５１から流入した気流によって、副燃焼室５０に偏心スワール流Ｆｓが形成されるように設けてある。それゆえ、放電ギャップＧに生じた放電を、偏心スワール流Ｆｓによって引き伸ばすことができる。これにより、着火性を向上させることができる。

このことにつき、副燃焼室内にプラグ中心軸を中心としたスワール流が形成される場合と比較して、具体的に説明する。まず、噴孔から流入する気流によって、副燃焼室内に、プラグ中心軸を中心としたスワール流が形成される場合につき、考察する。

すなわち、例えば、上述の特許文献１に開示された構成では、圧縮行程において、主燃焼室から副燃焼室内に流入する気流によって、副燃焼室内にプラグ中心軸を中心としたスワール流が形成される。そうすると、プラグ中心軸付近においては、スワール流の流速は低く、気流の淀みが生じやすい。その結果、圧縮行程点火を行う場合、プラグ中心軸に存在する放電ギャップにおいて生じた放電は、引き伸ばされにくい。それゆえ、例えば、低負荷時等におけるＥＧＲ（すなわち排気再循環）を利用した運転時等において、着火性の低下が懸念される。

これに対して、本形態のスパークプラグ１は、上述のように、流入気流によって、偏心スワール流が形成される。それゆえ、圧縮行程においては、放電ギャップＧに充分な強さの気流が生じる。圧縮行程点火の場合、この気流によって、放電が引き伸ばされやすい。その結果、着火性を向上させることができる。

また、本形態のスパークプラグ１は、第１噴孔５１１及び第２噴孔５１２を有する。そして、第１噴孔５１１は、延長領域５１１Ｅの少なくとも一部が放電ギャップＧと重なる（図６参照）。さらに、プラグ軸方向Ｚから見てベクトル５１１ｖが放電ギャップＧに近づく側を向いているとともに、接地電極６の突出方向６ｖに対して９０°±３０°の角度をなすように形成されている（図５参照）。また、第２噴孔５１２は、噴孔軸５１２Ｌが放電ギャップＧを通らず（図３参照）、かつ、プラグ軸方向Ｚから見て、ベクトル５１２ｖが、放電ギャップＧから接地電極６の突出側へ遠ざかる側を向いている（図５参照）。これにより、偏心スワール流Ｆｓを効果的に生じさせることができると共に、放電ギャップＧにおける気流の強さを充分に得ることができる。それゆえ、圧縮行程点火によって生じた放電を、充分に引き伸ばすことができる。

また、膨張行程においては、噴孔を介して副燃焼室から主燃焼室へ気流が流出するが、上述の特許文献１に開示された構成の場合、副燃焼室における噴孔から離れた位置においては、流出気流に伴う気流が形成されにくい。それゆえ、放電ギャップ付近に充分な気流が形成されにくく、膨張行程点火の場合にも、充分な放電の引き伸ばし効果は期待できない。
したがって、例えば、低負荷時等における触媒暖機運転等を行う場合において、着火性の低下が懸念される。

これに対して、本形態のスパークプラグ１は、上述のように、第１噴孔５１１よりも放電ギャップＧに近い第２噴孔５１２を有する。それゆえ、第２噴孔５１２から流出する気流に伴って、放電ギャップＧの近傍に、第２噴孔５１２へ向かう気流が生じる。これにより、膨張行程点火によって生じた放電を引き伸ばすことができる。その結果、膨張行程点火においても、着火性を向上させることができる。

また、第２噴孔５１２は、プラグ軸方向Ｚから見て、内側開口部５１２ｉの少なくとも一部が、放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側、かつ、接地電極６の幅の内側となる位置に配置されている（図２参照）。これにより、膨張行程点火において放電ギャップＧに生じた放電を、より第２噴孔５１２側へ引き伸ばしやすくなる。

また、本形態のスパークプラグ１は第３噴孔５１３を有する。これにより、圧縮行程において、偏心スワール流を効果的に形成することができる。

また、本形態のスパークプラグ１は、第４噴孔５１４を有する。これにより、圧縮行程において、偏心スワール流を一層効果的に形成することができる。

また、第１噴孔５１１以外の噴孔５１は、内側開口部が放電ギャップＧよりも、接地電極６の突出側に配されている。これにより、偏心スワール流の旋回中心を、放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側に形成しやすい。

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を提供することができる。

（実験例１）
本例は、図８、図９に示すごとく、副燃焼室５０内における気流の形成のされ方につき、シミュレーションにて確認した例である。なお、本例以降の実験例及び実施形態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。

本例においては、実施形態１に示したスパークプラグ１を内燃機関に取り付けた状態において、圧縮行程における、副燃焼室５０内外の気流を解析した。
この気流の解析は、計算流動力学（以下において、ＣＦＤという。）を用いて算出した。すなわち、実施形態１のスパークプラグ１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。

第１噴孔５１１を通りプラグ中心軸を含む断面において見た解析結果を、図８に示す。放電ギャップＧを通りプラグ軸方向Ｚに直交する断面において見た解析結果を、図９に示す。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し、矢印の長さが長いほど流速が速いことを示す。

図８から分かるように、第１噴孔５１１から流入した気流の多くが、放電ギャップＧに向かう。また、図９において、放電ギャップＧの左下あたりを中心に、偏心スワール流が確認できる。偏心スワール流は、プラグ軸方向Ｚから見て放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側の位置に旋回中心を有する。そして、この旋回スワール流に着目すると、放電ギャップ付近において、接地電極６の突出側を向くベクトル成分を有するような旋回流となっている。

本例の解析結果から、実施形態１のスパークプラグ１は、圧縮行程において、偏心スワール流が形成されることが確認できる。

（実験例２）
本例においては、図１０、図１１に示すごとく、接地電極６の突出方向６ｖに対するベクトル５１１ｖの角度θの適切な範囲を調べた。
すなわち、第１噴孔５１１の形成位置及び向きを変更することで角度θを変更したスパークプラグを、複数種類用意した。その一例が、図５に示す、θ＝９０°のものである。また、θが９０°未満のものの一例を、図１０に示す。

そして、複数種類のスパークプラグを、それぞれ２Ｌ過給エンジンに取り付けて、当該エンジンを、２０００ｒｐｍにて運転し、ＥＧＲ燃焼限界を測定した。ＥＧＲ燃焼限界は、燃焼変動率（以下「ＣＯＶ」という。）を３％以下に抑えることができる限界のＥＧＲ率として定義した。

ここで、ＣＯＶは、以下の式から算出される。
ＣＯＶ（％）＝（図示平均有効圧力（標準偏差））／（図示平均有効圧力（平均値））
また、図示平均有効圧力（平均値）は、５００ｋＰａである。

測定結果を、角度θとＥＧＲ燃焼限界との関係として、図１１に示す。同図において、縦軸は、角度θが０°の場合のＥＧＲ燃焼限界に対する、ＥＧＲ燃焼限界の拡大代を示す。

同図から分かるように、角度θが６０°以上となると、ＥＧＲ燃焼限界の拡大代が１．５ポイント以上となる。また、角度θが７５°以上となると、ＥＧＲ燃焼限界の拡大代が３ポイント以上となる。さらに、角度θが９０°に近づくと、よりＥＧＲ燃焼限界の拡大代が大きくなる。なお、ＥＧＲ燃焼限界の拡大代１．５ポイント、３ポイントは、角度θが０°の場合に比べて、それぞれＥＧＲ燃焼限界が、それぞれ１．５％分、３％分、拡大することを意味する。

また、角度θが９０°を超える場合については、原理的に考えると、以下のようになると推察される。すなわち、角度θが１２０°のとき、角度θが６０°の場合と略同様のＥＧＲ燃焼限界の拡大が期待できる。角度θが１０５°のとき、角度θが７５°の場合と略同様のＥＧＲ燃焼限界の拡大が期待できる。

本例の結果から、角度θは、９０°±３０°とすることが望ましいことが分かる。また、より好ましくは、角度θは、７５°～１０５°、すなわち９０°±１５°とする。また、角度θは、約９０°とすることがさらに好ましい。

（実験例３）
本例においては、図１２、図１３に示すごとく、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉの中心５１２ｃと放電ギャップＧとのプラグ径方向の距離Ｌ１の適切な範囲を調べた。

まず、第２噴孔５１２の形成位置を変更することで距離Ｌ１を変更したスパークプラグを、複数種類用意した。なお、距離Ｌ１を特定するための放電ギャップＧの位置は、プラグ軸方向Ｚに中心電極４と接地電極６とが重なる位置のうち、最もプラグ軸方向Ｚの距離が短い位置とする。

そして、各スパークプラグを、それぞれ２Ｌ過給エンジンに取り付けて、当該エンジンを、１５００ｒｐｍにて運転した。また、点火時期は、膨張行程であって、ＡＴＤＣ１０°の時点とした。このときのＣＯＶを測定した。測定結果を、図１３に示す。同図において、横軸は、Ｌ１／（ｄ／２）である。ここで、ｄは、プラグカバー５の内径であり、いずれの試料においても一定としている。縦軸は、ＣＯＶである。

同図から分かるように、Ｌ１／（ｄ／２）が大きくなりすぎると、ＣＯＶが大きくなりすぎる。そして、Ｌ１／（ｄ／２）を０．５以下とすることで、ＣＯＶを２０％以下に低減できることが分かる。さらに、０．２≦Ｌ１／（ｄ／２）≦０．５、を満たすことで、ＣＯＶを１５％以下に低減することができる。なお、ＣＯＶ２０％以下は、ドライバビリティの問題が生じにくいレベルである。また、ＣＯＶ１５％以下は、ドライバビリティの問題が殆ど生じないレベルである。

本例の結果から、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉの中心位置を、放電ギャップＧからプラグ径方向に離れすぎないようにすることで、着火性を向上させることができるといえる。また、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉの中心位置を、放電ギャップＧから接地電極６の突出方向に若干離れるようにすることで、着火性を向上させることができるといえる。

（実験例４）
本例においては、図１４に示すごとく、第２噴孔５１２の噴孔軸５１２Ｌ（図３参照）に直交する断面の断面積Ｓ２の適切な範囲を調べた。

まず、第２噴孔５１２の断面積Ｓ２を変更したスパークプラグを、複数種類用意した。そして、各スパークプラグを取り付けた内燃機関において、実験例３と同様に、ＣＯＶを測定した。測定結果を、図１４に示す。同図において、横軸は、Ｓ２／Ｓ５である。ここで、Ｓ５は、プラグカバー５のプラグ軸方向Ｚに直交する断面の外形の内側の面積である。つまり、図１５において輪郭５９の内側の斜線ハッチングを付した領域の面積が、Ｓ５に相当する。図１５における外形（すなわち輪郭５９）は、図２に示す断面図の外形と同じ外形を示す。いずれの試料においても、Ｓ５は一定としている。縦軸は、ＣＯＶである。

同図から分かるように、Ｓ２／Ｓ５が小さすぎると、ＣＯＶが大きくなりすぎる。そして、Ｓ２／Ｓ５を０．００６以上とすることで、ＣＯＶを２０％以下に低減できることが分かる。さらに、Ｓ２／Ｓ５を０．０１以上とすることで、ＣＯＶを１５％以下に低減することができる。これは、ある程度、第２噴孔５１２の断面積Ｓ２を大きくすることで、第２噴孔５１２から流入する気流による放電の引き伸ばし効果が充分に得られるためと考えられる。

なお、Ｓ２／Ｓ５を０．０２８以下とすることで、圧縮行程において、第２噴孔５１２からの流入気流が多くなりすぎることを抑制することができる。これにより、副燃焼室５０に偏心スワール流の形成を確保することができる。
かかる観点を踏まえ、上述の実験例の結果と合わせて、０．００６≦Ｓ２／Ｓ５≦０．０２８、を満たすことが好ましいといえる。また、０．０１≦Ｓ２／Ｓ５≦０．０２８、を満たすことがさらに好ましいといえる。

（実験例５）
本例においては、図１６、図１７に示すごとく、中心電極４の先端と副燃焼室５０の先端とのプラグ軸方向Ｚの距離ｈの適切な範囲を調べた。

まず、距離ｈを変更したスパークプラグを、複数種類用意した。そして、各スパークプラグを取り付けた内燃機関において、実験例３と同様に、ＣＯＶを測定した。測定結果を、図１７に示す。同図において、横軸は、ｈ／ｄである。ここで、ｄは、プラグカバー５の内径であり、いずれの試料においても一定としている。縦軸は、ＣＯＶである。

同図から分かるように、ｈ／ｄが大きくなりすぎると、ＣＯＶが大きくなりすぎる。そして、ｈ／ｄを０．３３以下とすることで、ＣＯＶを２０％以下に低減できることが分かる。さらに、ｈ／ｄを０．３以下とすることで、ＣＯＶを１５％以下に低減することができる。

なお、接地電極６とプラグカバー５との干渉を防ぐ観点で、ｈ／ｄを０．１５以上とすることが好ましい。
かかる観点を踏まえて、本実験例の結果と合わせて、０．１５≦ｈ／ｄ≦０．３３、を満たすことが好ましいといえる。また、０．１５≦ｈ／ｄ≦０．３、を満たすことがさらに好ましいといえる。

（実験例６）
本例においては、図１８～図２０に示すごとく、副燃焼室５０における中心電極４よりも先端側の領域の容積に対する副燃焼室５０全体の容積の割合の、適切な範囲を調べた。

副燃焼室５０における中心電極４よりも先端側の領域の容積に対する副燃焼室５０全体の容積の割合に近似する指標として、「Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）」を用いている。ここで、ｈは、上述した図１６に示すように、中心電極４の先端と副燃焼室５０の先端とのプラグ軸方向Ｚの距離である。Ｓ５０は、プラグカバー５のプラグ軸方向Ｚに直交する断面の内周の内側の面積である。Ｖは、副燃焼室５０の容積である。なお、副燃焼室５０は、プラグカバー５の内側の空間のみならず、その基端側に連続するハウジング２の内側の空間をも含む。

そこで、本例においては、まず、例えば、図１６、図１８、図１９に示すごとく、容積Ｖを変更することで、Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）を変更したスパークプラグを、複数種類用意した。図１８、図１９に示すスパークプラグは、絶縁碍子３からの中心電極４の突出長さを大きくするとともに、絶縁碍子３の先端位置を基端側に設けたものである。これにより、これらのスパークプラグは、ハウジング２の内側の空間容積を大きくして、副燃焼室５０の容積を大きくしている。

そして、各スパークプラグを取り付けた内燃機関において、実験例３と同様に、ＣＯＶを測定した。測定結果を、図２０に示す。同図において、横軸は、Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）である。縦軸は、ＣＯＶである。

同図から分かるように、Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）が小さくなりすぎると、ＣＯＶが大きくなりすぎる。そして、Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）を２以上とすることで、ＣＯＶを２０％以下に低減できることが分かる。さらに、Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）を２．５以上とすることで、ＣＯＶを１５％以下に低減することができる。

なお、スパークプラグ１の製造コスト等の観点で、Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）を６以下とすることが好ましい。
かかる観点を踏まえて、本実験例の結果と合わせて、２≦Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）≦６
、を満たすことが好ましいといえる。また、２．５≦Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）≦６、を満たすことがさらに好ましいといえる。

（実験例７）
本例においては、図２１に示すごとく、副燃焼室５０の容積によるＥＧＲ燃焼限界への影響を確認した。

まず、試料１～３として、実施形態１に示したスパークプラグ１とともに、副燃焼室５０の容積を変化させたスパークプラグを複数用意した。実施形態１（図１～図３参照）のスパークプラグ１を試料１とした。試料２、試料３は、試料１に対して、副燃焼室５０の容積を大きくした。試料２、試料３は、図１８、図１９に示したものと同様に、絶縁碍子３からの中心電極４の突出長さを大きくするとともに、絶縁碍子３の先端位置を、基端側に設けたものである。これにより、これらのスパークプラグは、ハウジング２の内側の空間容積を大きくして、副燃焼室５０の容積を大きくしている。副燃焼室５０の容積は、試料１が０．３ｃｃ、試料２が０．４ｃｃ、試料３が０．５５ｃｃである。

また、比較試料として、図２２に示すような噴孔９５１の配置のスパークプラグ９を用意した。このスパークプラグ９の場合、圧縮行程において、副燃焼室９５０に、プラグ中心軸を中心とするスワール流が形成される。なお、比較試料のスパークプラグ９における、噴孔９５１以外の構成は、実施形態１と同様である。

試験は、実験例２と同様の方法にて行い、ＥＧＲ燃焼限界を測定した。その結果を、図２１に示す。同図に示すように、試料１～３のいずれにおいても、比較試料に対してＥＧＲ燃焼限界の拡大が確認された。なお、同図において、複数本の破線は、ＥＧＲ燃焼限界の各目盛りを延長したものであるが、上下に隣り合う破線の間隔は、３ポイント分である。

（実施形態２）
本形態は、図２３に示すごとく、噴孔５１の位置及び向きを、実施形態１に示したものに対して、変更した形態である。

本形態のスパークプラグ１においては、第１噴孔５１１が、放電ギャップＧよりも、接地電極６の固定端側に配されている。また、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉの一部が、放電ギャップＧと、プラグ軸方向Ｚに重なっている。その他の噴孔５１の位置及び向きも、実施形態１に示したものに対して若干異なっている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合にも、圧縮行程における偏心スワール流の形成が期待できる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態３）
本形態も、図２４に示すごとく、噴孔５１の位置及び向きを、実施形態１に示したものに対して、変更した形態である。

本形態のスパークプラグ１においては、第１噴孔５１１の内側開口部５１１ｉが、放電ギャップＧよりも、接地電極６の突出側に配されている。これにより、すべての噴孔５１の内側開口部５１１ｉ、５１２ｉ、５１３ｉ、５１４ｉが、放電ギャップＧよりも、接地電極６の突出側に配されている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合にも、圧縮行程における偏心スワール流の形成が期待できる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態４）
本形態は、図２５に示すごとく、噴孔５１の個数を３個とした形態である。
また、すべての噴孔５１の内側開口部が、放電ギャップＧよりも、接地電極６の突出側に配されている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合にも、圧縮行程における偏心スワール流の形成が期待できる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
なお、噴孔５１の個数については、例えば５個以上とすることもできる。

（実施形態５）
本形態は、図２６に示すごとく、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉの中心５１２ｃを、接地電極６の幅方向の中心からずらした形態である。

ただし、本形態においても、第２噴孔５１２は、プラグ軸方向Ｚから見て、内側開口部５１２ｉの少なくとも一部が、放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側、かつ、接地電極６の幅の内側（すなわち、図２６におけるｗを付した領域内）となる位置に配置されている。

また、本形態においては、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉの中心５１２ｃを、接地電極６の幅方向の中心よりも、第１噴孔５１１から遠い側であって、かつ接地電極６の幅ｗの内側に配置している。
その他は、実施形態１と同様である。
本形態の場合にも、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態６）
本形態は、図２７、図２８に示すごとく、放電ギャップＧに面する接地電極６の幅ｗを小さくした形態である。
例えば、接地電極６の幅ｗを、中心電極４における絶縁碍子３に保持されている部位の直径よりも小さくすることができる。

図２８に示すごとく、接地電極６は、ハウジング２又はプラグカバー５に固定される電極本体部６０と、電極本体部６０からその突出方向に延設された延設部６１とを有するものとすることもできる。この場合において、電極本体部６０に対して延設部６１の幅を小さくすることができる。延設部６１は、電極本体部６０に対して溶接等にて接合することができる。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合には、放電ギャップＧ付近に気流が生じた際に、比較的即座に放電の伸長が生じやすい。その結果、着火性を安定させやすい。また、初期火炎の消炎作用を抑制することもできる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態７）
本形態は、図２９に示すごとく、放電ギャップＧを挟んで対向する、中心電極４の放電面４２と、接地電極６の放電面６２とが、互いに略平行となるように形成されている形態である。

本形態の場合には、接地電極６の放電面６２が、プラグ径方向に対して傾斜しているため、これに合わせて、中心電極４の放電面４２を、プラグ径方向に対して傾斜させている。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態の場合には、中心電極４の消耗による放電ギャップＧの拡大を抑制することができる。それゆえ、スパークプラグ１の長寿命化を図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態８）
本形態は、図３０に示すごとく、接地電極６の延設方向及びプラグ軸方向の双方に直交する方向から見たとき、接地電極６の放電面６２の延長線が、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉ付近を通るよう構成した形態である。

図３０に示すごとく、接地電極６の延設方向及びプラグ軸方向の双方に直交する方向から見たときの、第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉの中心５１２ｃと、放電ギャップＧの中心とを結ぶ直線を、直線Ｌ２とする。なお、ここでの放電ギャップＧの中心は、接地電極６と中心電極４とを最短距離にて結ぶ線分の中点である。

このとき、放電面６２は、直線Ｌ２に略平行である。例えば、放電面６２と直線Ｌ２とのなす角度の絶対値を、５°以下とすることができる。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においては、放電ギャップＧから第２噴孔５１２の内側開口部５１２ｉへ向かうベクトルが、放電面６２に略平行とすることができる。それゆえ、放電ギャップＧにおいて生じた放電を、より、第２噴孔５１２へ向かって引き伸ばしやすくすることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態９）
本形態は、図３１、図３２に示すごとく、プラグカバー５の側壁の厚みをプラグ周方向位置によって異ならせた形態である。

本形態においては、プラグ軸方向Ｚから見たとき、プラグカバー５の外周輪郭５９はプラグ中心軸を中心とする円形状となる。また、放電ギャップＧは、プラグ中心軸に存在する。一方、プラグカバー５の内周輪郭５８は、プラグ中心軸からずれた点を中心とする円形状となっている。つまり、内周輪郭５８を外周輪郭５９に対して偏心させている。これにより、プラグ軸方向Ｚから見たとき、副燃焼室５０の中心が、放電ギャップＧからずれる。

図３１及び図３２は、本形態の例示であって、複数の噴孔５１の配置が互いに異なるものを示している。図３１に示すスパークプラグ１は、複数の噴孔５１は、流入する気流によって、副燃焼室５０の内壁（すなわち、プラグカバー５の内周輪郭５８）に沿うような、スワール流が形成されるような向き及び位置に設けてある。このスワール流は、放電ギャップＧよりも接地電極６の突出側に旋回中心を有する偏心スワール流Ｆｓである。

また、図３２に示すスパークプラグも、同様に、流入する気流によって、偏心スワール流Ｆｓが形成されるように、複数の噴孔５１が設けてある。そして、同図に示すスパークプラグ１は、複数の噴孔５１のうちの一つが、放電ギャップＧの近傍に設けてある。

本形態においても、放電ギャップＧに生じた放電を、偏心スワール流Ｆｓによって引き伸ばすことができる。これにより、着火性を向上させることができる。

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 内燃機関用のスパークプラグ
２ ハウジング
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
５ プラグカバー
５０ 副燃焼室
５１ 噴孔
６ 接地電極
Ｇ 放電ギャップ

Claims (10)

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、
   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）と、
   上記放電ギャップが配される副燃焼室（５０）を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、を有し、
   上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる複数の噴孔（５１）が形成されており、
   上記接地電極は、上記副燃焼室の外周側からプラグ中心軸に向かって突出するように形成されており、
   上記複数の噴孔は、該噴孔から流入した気流によって、上記副燃焼室に偏心スワール流（Ｆｓ）が形成されるように設けてあり、
   上記偏心スワール流は、プラグ軸方向（Ｚ）から見て上記放電ギャップよりも上記接地電極の突出側の位置に旋回中心を有する旋回流である、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
2. 上記複数の噴孔として、少なくとも下記の第１噴孔（５１１）及び第２噴孔（５１２）を有し、
   上記第１噴孔よりも上記第２噴孔の方が、上記放電ギャップに近く、
   上記第１噴孔は、噴孔軸（５１１Ｌ）に沿った延長領域（５１１Ｅ）の少なくとも一部が上記放電ギャップと重なり、かつ、プラグ軸方向から見て、外側開口部（５１１ｏ）から内側開口部（５１１ｉ）に向かうベクトルが、上記放電ギャップに近づく側を向いているとともに、上記接地電極の突出方向に対して９０°±３０°の角度をなすように形成されており、
   上記第２噴孔は、噴孔軸（５１２Ｌ）が上記放電ギャップを通らず、かつ、プラグ軸方向から見て、外側開口部（５１２ｏ）から内側開口部（５１２ｉ）に向かうベクトルが、上記放電ギャップから上記接地電極の突出側へ遠ざかる側を向いている、
   請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. 上記第２噴孔は、プラグ軸方向から見て、内側開口部の少なくとも一部が、上記放電ギャップよりも上記接地電極の突出側、かつ、上記接地電極の幅の内側となる位置に配置されている、請求項２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 上記第２噴孔の内側開口部の中心（５１２ｃ）と上記放電ギャップとのプラグ径方向の距離をＬ１、上記プラグカバーの内径をｄ、としたとき、
   ０≦Ｌ１／（ｄ／２）≦０．５
   を満たす、請求項３に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 上記第２噴孔の噴孔軸に直交する断面の断面積をＳ２、上記プラグカバーのプラグ軸方向に直交する断面の外形の内側の面積をＳ５としたとき、
   ０．００６≦Ｓ２／Ｓ５≦０．０２８
   を満たす、請求項２～４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. 上記噴孔として、上記第１噴孔及び上記第２噴孔に加え、プラグ軸方向から見て、外側開口部から内側開口部に向かうベクトルが上記第１噴孔へ向かう第３噴孔（５１３）を有する、請求項２～５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. 上記噴孔として、上記第１噴孔、上記第２噴孔及び上記第３噴孔に加え、プラグ軸方向から見て、外側開口部から内側開口部に向かうベクトルが上記第３噴孔へ向かう第４噴孔（５１４）を有する、請求項６に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
8. 上記第１噴孔以外の上記噴孔は、内側開口部が放電ギャップよりも、上記接地電極の突出側に配されている、請求項２～７のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
9. 上記中心電極の先端と上記副燃焼室の先端とのプラグ軸方向の距離をｈ、上記プラグカバーの内径をｄとしたとき、
   ０．１５≦ｈ／ｄ≦０．３３
   を満たす、請求項１～８のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
10. 上記中心電極の先端と上記副燃焼室の先端とのプラグ軸方向の距離をｈ、上記プラグカバーのプラグ軸方向に直交する断面の内周の内側の面積をＳ５０、上記副燃焼室の容積をＶとしたとき、
    ２≦Ｖ／（ｈ×Ｓ５０）≦６
    を満たす、請求項１～９のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
    

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