JP3721877B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己清浄作用を向上させた内燃機関用スパークプラグに関し、特に、放電ギャップにおける燃料ブリッジ形成の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関用スパークプラグは、中心電極の周囲を被覆保持する絶縁碍子を取付金具にて保持するとともに、一端が取付金具に固定されるとともに他端が中心電極の先端面とにより放電ギャップを形成する接地電極を備えた構成を有し、該放電ギャップ間に火花放電を起こし、燃焼室内の燃料混合気に着火させるものである。一方で、最近、環境に対する関心が高まり、内燃機関に対して層状燃焼を採用することにより、低燃費でより環境に良い内燃機関が実現されている。
【０００３】
しかし、このような燃焼室内にて層状燃焼を生じせしめる場合、過濃混合気がスパークプラグ近傍に集まり、カーボン汚損し易い状態となってしまう。そして、このようなカーボン汚損によれば、中心電極を保持する絶縁碍子の表面の絶縁性低下が生じ、ひいては中心電極と接地電極との間の正規の放電ギャップ間での火花放電ではなく、中心電極から碍子表面を伝って取付金具奥への火花放電が生じ、着火性能が悪化するという問題が発生する。
【０００４】
このような不具合を解消するために、火花清浄スパークプラグとして、例えば、実公昭５３−４１６２９号公報や特開昭４７−１９２３６号公報に記載のものが知られている。これらのものは、上述した一般的なプラグ構成における接地電極を第１接地電極（主接地電極）、この第１接地電極により形成される放電ギャップを第１放電ギャップとし、更に、第１接地電極とは別部位に、一端が取付金具に固定されるとともに他端が中心電極の側面とにより第２放電ギャップを形成する第２接地電極（補助接地電極）を設けたものである（以下、ダブル接地電極タイプという）。
【０００５】
ここで、該ダブル接地電極タイプにおいては、中心電極の側面と対向する第２接地電極の他端は絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外側に位置している。そして、特に実公昭５３−４１６２９号公報では、通常時の火花放電は、メインギャップとしての第１放電ギャップにて発生させ、上述のような絶縁碍子のカーボン汚損時には、サブギャップとしての第２放電ギャップにて火花放電させることにより、絶縁碍子を汚損しているカーボンを消失させて、放電の奥飛びを抑制し、着火性の低減を抑制するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のダブル接地電極タイプの火花清浄スパークプラグにおいては、第１及び第２放電ギャップ間に内燃機関の燃料（ガソリン等）が溜まって燃料ブリッジが形成され、これら各ギャップにおいて火花放電が生じなくなる（失火する）という問題がある。この燃料ブリッジが形成される様子を図１０に示す。ここで、図１０において、Ｊ１は中心電極、Ｊ２は絶縁碍子、Ｊ３は取付金具、Ｊ４は第１接地電極、Ｊ５及びＪ６はそれぞれ第２接地電極であり、燃料は片側斜線ハッチングにて示す。
【０００７】
図１０（ａ）に示す様に、燃料ブリッジは、第１接地電極Ｊ４と中心電極Ｊ１との間の第１放電ギャップ（メインギャップ）に形成される燃料ブリッジＪ７と、第２接地電極Ｊ５及びＪ６と中心電極Ｊ１との間の第２放電ギャップ（サブギャップ）に形成される燃料ブリッジＪ８とがある。ここで、両ギャップが十分に広ければ、プラグに加わる振動（車両振動や燃焼室内の圧力変動等）等によって、両ブリッジＪ７及びＪ８は切れて、残らないが、第１放電ギャップを広げることは、放電電圧の上昇を招き、第２放電ギャップを広くすると、ギャップでの放電が行われれずに火花が碍子表面を伝い、ハウジング奥に放電してしまう問題が起きてしまうので、それほど広くすることはできない。
【０００８】
また、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示す様に、上記の振動等によって第２放電ギャップの燃料ブリッジＪ８が切れても、その燃料が第１放電ギャップへ伝わるため、第１放電ギャップの燃料ブリッジＪ７は切れにくく、残りやすい。このように、ダブル接地電極タイプにおいては、第２接地電極が無い構成である通常のプラグ構成よりも、特に、燃料ブリッジの切れが悪くなり、失火を生じやすい。
【０００９】
そして、このような燃料ブリッジは、特に、寒冷地等にて使用される内燃機関（寒冷地仕様の自動車エンジン等）の場合、低温始動時に燃料がリッチとなり、形成されやすい。また、過濃混合気を燃焼させる層状燃焼の場合にも、燃料ブリッジは形成されやすい。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ダブル接地電極タイプの内燃機関用スパークプラグにおいて、着火性能を維持しつつ、第１放電ギャップ及び第２放電ギャップにて燃料ブリッジが形成されるのを防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第２接地電極と中心電極との間の第２放電ギャップにおいては、上記図１０に示す様に、第２接地電極Ｊ５、Ｊ６とこれに正対する絶縁碍子Ｊ２の先端部側面との間に燃料が溜まりやすいことから、第２放電ギャップにて第２接地電極と絶縁碍子とが正対する部位における両者の各々の対向面積の関係、及び、中心電極径と第１放電ギャップ（メインギャップ）との関係を特定することに着目してなされたものである。
【００１２】
まず、請求項１記載の発明は、中心電極（３）と、該中心電極の周囲を覆い該中心電極を保持する絶縁碍子（２）と、該絶縁碍子を保持する取付金具（１）と、一端が該取付金具に固定されるとともに他端が該中心電極の先端面と対向して第１放電ギャップを形成する第１接地電極（４）と、一端が該取付金具に固定されるとともに他端が該中心電極の側面と対向して第２放電ギャップを形成する第２接地電極（５、６）とを備え、該第２接地電極の他端が該絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外側に位置しているスパークプラグ、即ち、ダブル接地電極タイプの内燃機関用スパークプラグについて、次のような構成としたことを特徴としている。
【００１３】
即ち、第１放電ギャップをＡ、中心電極（３）の先端部の径をＢとしたとき、これら寸法Ａ及びＢを、Ｂ≦５Ａ−２．５（単位：ｍｍ）、の関係となるように設定し、更に、第２放電ギャップの幅方向と直交する方向における第２接地電極（５、６）の他端の断面積をＳ１、絶縁碍子（２）の先端部の側面に対して該第２接地電極の他端面が正射影された投影面積をＳ２、第２放電ギャップの幅方向における該第２接地電極の他端から該絶縁碍子の先端部の側面への距離をＣとし、この距離Ｃ（単位：ｍｍ）を横軸、上記面積Ｓ１と上記面積Ｓ２との比Ｓ２／Ｓ１を縦軸とした直交座標を設定した場合、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．８，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．５）
の各点を結ぶ線及びこれら線内の領域となるように、上記距離Ｃ及び上記比Ｓ２／Ｓ１を設定したことを特徴としている。
【００１４】
これら、各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２を規定する上記の範囲は、本発明者等が実験検討した結果、即ち後述の図７及び図８に基づくものであり、本発明によれば、プラグの着火性能を維持しつつ、第１放電ギャップ及び第２放電ギャップにて燃料ブリッジが形成されるのを防止することができる。
【００１５】
なお、第２接地電極の他端と絶縁碍子の先端部側面とが正対する部分（プラグの軸方向において重なり合う部分）においては、両者の対向面は平面ではなく多少湾曲しているため、本発明では、両者の対向面積を、上記の各面積Ｓ１及びＳ２のように平面化した面積で近似している。
【００１６】
さらに、請求項２記載の発明のように、上記距離Ｃと上記比Ｓ２／Ｓ１とを、上記直交座標において、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．０，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．３）
の各点を結ぶ線及びこれら線内の領域となるように設定すれば、より確実に第１及び第２放電ギャップにおける燃料ブリッジの形成を防止することができる。
【００１９】
また、第１放電ギャップＡは０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下（請求項３の発明）が好ましい。これは、それぞれの下限値未満であるとラフアイドルが生じやすく、一方、それぞれの上限値を超えると火花放電が起こりにくく失火しやすくなるためである。また、中心電極の先端部の径Ｂは、実用面を考えて、０．３ｍｍ以上２．８ｍｍ以下（請求項４の発明）が好ましい。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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一例である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るダブル接地電極タイプのスパークプラグ１００の半断面図、図２は、図１中のＸ矢視部分拡大図、図３は、図１中のＹ矢視図である。なお、図２においては、絶縁碍子内部の中心電極を示すために、絶縁碍子は断面形状を示してある。また、図４において（ａ）は図２に対応した部分の寸法説明図、（ｂ）は図３に対応した部分の寸法説明図である。
【００２２】
スパークプラグ１００は、金属等よりなる円筒形状の取付金具（ハウジング）１を有しており、この取付金具１は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部１ａを備えている。取付金具１の内部には、例えばアルミナセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる絶縁碍子２が固定されており、この絶縁碍子２の先端部２ａは、取付金具１から露出するように設けられている。さらに、図２に示す様に、絶縁碍子２の先端部２ａのさらなる先端には、この基部である先端部２ａよりも径小であるとともに、略同一径を有する細径部２ｂが設けられている。
【００２３】
中心電極３は絶縁碍子２の軸孔２ｃに固定され、絶縁碍子２を介して取付金具１に絶縁保持されている。この中心電極３は、内材がＣｕ（銅）等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ（ニッケル）基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、中心電極３の先端が絶縁碍子２の先端部２ａから露出するように設けられている。また、図２に示す様に、中心電極３の基部３ａの先端には、基部３ａよりもさらに径小な有する径小部３ｂが形成されており、径小部３ｂの外周は、絶縁碍子２の細径部２ｂの内周よりも内側に位置している。
【００２４】
図２及び図３に示す様に、取付金具１の一端には、第１接地電極４、第２接地電極５及び６が溶接等により固定されている。これら第１及び第２接地電極４〜６は、Ｎｉ基合金材料等から構成されている。第１接地電極４においては、取付金具１に固定された一端とは反対の他端が、中心電極３の径小部３ｂの先端面に対向して配置され、該径小部３ｂの先端面との間に第１放電ギャップＡを形成している。
【００２５】
また、第２接地電極５及び６においては各々、取付金具１に固定された一端とは反対の他端面（先端面）が、中心電極３の径小部３ｂの側面に対向して配置され、該径小部３ｂの側面との間に第２放電ギャップを形成している。ここで、第２接地電極５及び６の他端面は、絶縁碍子２の細径部２ｂにおける外径よりも距離Ｃ（図４参照）だけ大きい径の外側に位置している。
【００２６】
ところで、本実施形態においては、図４に示す各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２を、次のように規定した独自の構成としている。これら独自の構成について、寸法規定の根拠とともに説明していく。ここで、第１放電ギャップＡは当該ギャップの幅、寸法Ｂは中心電極３の径小部３ｂの直径（本発明でいう中心電極の先端部の径、以下、中心電極径という）である。また、上記距離Ｃは、第２放電ギャップに幅方向（図４中の左右方向）における第２接地電極５及び６の各他端面から絶縁碍子２の細径部２ｂの側面への距離である。
【００２７】
また、第２放電ギャップの幅方向と直交する方向における第２接地電極５及び６の各他端の断面積をＳ１とする。この断面積Ｓ１は、図４中に一点鎖線にて示す仮想平面（第２放電ギャップの幅方向と直交する平面）９００内に位置する各第２接地電極５及び６の断面の面積である。また、図示例では、第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とは、軸方向において一部重なり合って正対した正対領域９０１を有している。
【００２８】
この正対領域９０１において、絶縁碍子２の細径部２ｂの側面に対して第２接地電極５及び６の各他端面が正射影された投影面積をＳ２とする。よって、これら各面積Ｓ１、Ｓ２は矩形状平面の面積となる。実際には、図に示す様に、正対領域９０１においては、絶縁碍子２及び第２接地電極５及び６の各対向面は平面ではなく多少湾曲しているが、本実施形態では、両者の対向面の面積を矩形状平面化した面積Ｓ１及びＳ２にて近似している。
【００２９】
そして、上記構成を有するスパークプラグ１００について、次に述べるような燃料保持力試験を行い、上記各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２の関係を検討し、規定した。図５に、この試験方法の模式的説明図を示す。まず、図５（ａ）に示す様に、−２５℃の低温室内に、内燃機関に用いられる燃料（本例ではハイオクガソリン）９１０を入れた容器（ビーカー等）９１１を用意し、燃料９１０を約−２５℃の状態とする。これにより、燃料９１０は粘性が大きく燃料ブリッジを形成し易い状態となる。
【００３０】
次に、この状態の低温室内にて、接地電極４〜６側と反対側端部に固定されたひも９１２によって、プラグ１００をつり下げ、その接地電極４〜６側にて取付金具１の端面まで燃料９１０中に浸漬した後、燃料９１０から取り出す。この浸漬によって本プラグ１００においても、上記図１０に示したのと同様に、第１接地電極４と中心電極３との間の第１放電ギャップＡ、及び、各第２接地電極５及び６と中心電極３との間の各第２放電ギャップに、各々燃料ブリッジが形成され、これら各放電ギャップが燃料９１０によってつながった状態となる。
【００３１】
続いて、上記低温室内にて、図５（ｂ）に示す様に、ひも９１２によりプラグ１００を空中で停止させ、この状態から、ひも９１２でプラグ１００を支持しながら、プラグ１００を中心電極３の先端面を下方にして所定の距離（落下高さ）Ｈだけ自然落下させ、空中で停止させる。この落下後の停止の際の衝撃によって、各放電ギャップに形成された燃料ブリッジが切れようとする。即ち、各放電ギャップにおいて燃料保持力が大きければ燃料ブリッジは残り、燃料保持力が弱ければ燃料ブリッジは切れる。ここで、落下高さＨは０ｃｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍと変えて行った。
【００３２】
まず、第２接地電極の断面積Ｓ１、投影面積Ｓ２及び距離Ｃを種々変えたものについて上記燃料保持力試験を行い、第２放電ギャップ間の燃料保持力について検討した例を示す。本例では、第２接地電極の断面積Ｓ１を、１．４４ｍｍ2（サイズ０．８ｍｍ×１．８ｍｍ）、２．６４ｍｍ2（サイズ１．２ｍｍ×２．２ｍｍ）、４．１６ｍｍ2（サイズ１．６ｍｍ×２．６ｍｍ）の３種類を用いた。
【００３３】
そして、図６に示す様に、各第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とをプラグの軸方向にずらして上記投影面積Ｓ２を種々変えていくことにより、上記断面積Ｓ１と投影面積Ｓ２との比Ｓ２／Ｓ１を、０〜１の間で種々変化させた。ちなみに、図６（ａ）では比Ｓ２／Ｓ１が０、図６（ｂ）では比Ｓ２／Ｓ１が０より大きく１未満、図６（ｃ）では比Ｓ２／Ｓ１が１の状態である。
【００３４】
また、上記距離Ｃについては、第２放電ギャップにおける着火性能を好適に維持するために、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲で種々変えた。これは、距離Ｃが０．３ｍｍ未満であると、第１放電ギャップ（メインギャップ）Ａよりも第２放電ギャップ（サブギャップ）の方が優先的に火花放電を発生してラフアイドルが生じやすく、一方、距離Ｃが１．２ｍｍを超えると第２放電ギャップにて火花放電が起こりにくく、カーボン汚損時に沿面放電せず失火エンストしやすくなるためである。
【００３５】
また、上記燃料保持力試験では、自然落下後において、第２放電ギャップに燃料ブリッジが残っていれば判定は否、第２放電ギャップに燃料ブリッジが残っていなければ判定は良であるが、本発明者等の検討によれば、上記落下高さＨが４ｃｍ以下で良判定ならば、実用上、燃料ブリッジが形成されないプラグとして使用可能である。そのため、上記比Ｓ２／Ｓ１と距離Ｃを種々変えた構成のプラグ１００を作製し、上記落下高さＨが４ｃｍ以下にて第２放電ギャップ間の燃料保持力試験を行った。その結果を、上記距離Ｃと上記比Ｓ２／Ｓ１との関係図として図７に示す。
【００３６】
図７は、上記距離Ｃ（単位：ｍｍ）を横軸、上記比Ｓ２／Ｓ１を縦軸とした直交座標を示すものある。図７中、斜線ハッチングで示す五角形の領域Ｒ、即ち、各点Ｐ１〜Ｐ５を結ぶ線内の領域（線も含む）Ｒが、上記落下高さＨが４ｃｍ以下で良判定となるような、上記距離Ｃ及び各面積Ｓ１、Ｓ２の設定領域（以下、第２放電ギャップの良判定領域という）である。ここで、各点Ｐ１〜Ｐ５の座標は、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．８，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．５）
である。
【００３７】
なお、図７に示す結果は、ｎ数（試験の繰り返し数）が３にて行った場合であるが、この第２放電ギャップの良判定領域Ｒは、少なくとも３回のうち１回は良判定となる領域である。さらに、３回とも全て良判定となる領域（以下、第２放電ギャップの好ましい良判定領域という）は、図７中の各点Ｐ１〜Ｐ３、Ｐ４’及びＰ５’の各点を結ぶ線にて示される五角形内の領域（線も含む）である。ここで、各点Ｐ４’及びＰ５’の座標は、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．０，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．３）
である。
【００３８】
従って、この第２放電ギャップの良判定領域Ｒとなるように、上記距離Ｃ及び各面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、第２放電ギャップにおける燃料ブリッジの形成を防止できる。更に、第２放電ギャップの好ましい良判定領域となるように、上記距離Ｃ及び各面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、より確実に第２放電ギャップにおける燃料ブリッジの形成を防止することができる。また、上記距離Ｃを０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下としているため、第２放電ギャップにおける着火性能を好適に維持できる。
【００３９】
また、上記比Ｓ２／Ｓ１が０でもよいため、本実施形態では上記正対領域９０１が無くても良い。つまり、図６（ａ）に示す様に、第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とが、軸方向において重なり合っていない（正対していない）状態でも良い。ここまでが、第２放電ギャップ間の燃料保持力の検討例である。
【００４０】
次に、第１放電ギャップＡ及び中心電極径（中心電極の先端部の径）Ｂを種々変えたものについて上記燃料保持力試験を行い、第１放電ギャップ間の燃料保持力について検討した例を示す。ここで、本検討では、上記第２放電ギャップ間の燃料保持力の検討において、落下高さＨが３ｃｍ以下で良判定となるように、上記距離Ｃ及び上記比Ｓ２／Ｓ１を設定したものについて、更に、第１放電ギャップＡ及び中心電極径Ｂを種々変えた。
【００４１】
本例では、第１接地電極４のサイズを１．４ｍｍ×２．６ｍｍとした。なお、このサイズは上記図４（ａ）に示す第１接地電極４の厚さＤを１．４ｍｍ、その幅Ｅを２．６ｍｍとしたものに相当する。また、第１放電ギャップＡは０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下の範囲で種々変えた。これは、第１放電ギャップＡが０．７ｍｍ未満であるとラフアイドルが生じやすく、一方、第１放電ギャップＡが１．３ｍｍを超えると失火エンストしやすくなるためである。また、中心電極径Ｂは実用面を考えて最小０．３ｍｍ、最大２．８ｍｍまでとした。
【００４２】
本検討においても、上記落下高さＨが４ｃｍ以下で良判定ならば、実用上、燃料ブリッジが形成されないプラグに相当するため、プラグ１００において、上記ギャップＡ及び中心電極径Ｂを種々変えた構成のものを作製し、上記落下高さＨが４ｃｍ以下にて第１放電ギャップ間の燃料保持力試験を行った。その結果を、第１放電ギャップＡと中心電極径Ｂとの関係図として図８に示す。
【００４３】
図８は、横軸に第１放電ギャップＡ（単位：ｍｍ）、縦軸に中心電極径Ｂ（単位：ｍｍ）とし、図中の実線Ｒ１を含みこの実線Ｒ１よりも右側が良判定領域（以下、第１放電ギャップの良判定領域という）であり、この実線Ｒ１を含まずにこの実線Ｒ１よりも左側が否判定領域であることを示す。従って、図８から、Ｂ≦５Ａ−２．５（単位：ｍｍ）、となるように、第１放電ギャップＡ及び中心電極径Ｂを設定すれば、第１放電ギャップＡにおける燃料ブリッジの形成を防止できる。また、第１放電ギャップＡを０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下としているため、第１放電ギャップＡにおける着火性能を好適に維持できる。
【００４４】
なお、比較例として、第２接地電極の無い通常のプラグ構成、即ち上記プラグ１００において第２接地電極が無く第１接地電極のみ有る構成において上記燃料保持力試験を行った。その結果を、図８中の破線Ｒ２に示す。この結果から、通常プラグ構成では、ダブル接地電極タイプよりも放電ギャップが狭い範囲まで燃料ブリッジ形成の防止が可能であることがわかる。即ち、本実施形態は、通常プラグ構成よりも燃料ブリッジが形成されやすいダブル接地電極タイプにおいて、好適にブリッジ形成を防止するものである。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、本発明者等が独自に考案した上記の燃料保持力試験を用いて、燃料保持力の良否判定を行い、その結果から、上記図７及び図８に示す様な良判定領域を求めることができる。そして、これら良判定領域に入るように上記の各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２が設定されたスパークプラグ１００によれば、プラグの着火性能を維持しつつ、第１放電ギャップ及び第２放電ギャップにて燃料ブリッジが形成されるのを防止することができる。
【００４６】
なお、上記した図示例によれば、第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とは、略平行になっているが、図９（図中、第１接地電極４は省略）に変形例として示す様に、これら両面が±３０°以内の角度（絶縁碍子２の細径部２ｂの側面と第２接地電極５及び６の各他端面とのなす角度）θをもって対向していれば良い。これは、当該角度θが±３０°よりも大きくなると、第２接地電極５及び６の他端におけるエッジＫ１０が放電部分に突き出た形となり、消耗が激しくなる可能性があるためである。また、一方の第２接地電極５と他方の第２接地電極６とで、角度θが異なっていても良い。
【００４７】
以上述べてきたように、本実施形態は、ダブル接地電極タイプのスパークプラグにおいて、燃料ブリッジの形成防止という目的からは従来為されていなかった各部寸法の最適化を、本発明者等が独自に考案した試験方法を用いて鋭意検討した結果、実現したものである。
【００４８】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、中心電極の先端面及びこれに対向する第１接地電極の部位に、ＰｔやＩｒ等の貴金属やＰｔやＩｒ等を主成分とする貴金属チップ（貴金属部材）が設けられていても良い。この場合、設置されたチップは各電極の一部に相当するものである。また、絶縁碍子２の先端には細径部２ｂが形成されてい無くても良い。
【００４９】
また、第２接地電極は上記実施形態のように２本でなくとも、１本もしくは３本以上であってもよい。また、第２接地電極が複数個あり、それぞれに対応して第２放電ギャップが形成されている場合、全ての第２接地電極について上記距離Ｃ及び上記各面積Ｓ１、Ｓ２が同一でなくとも良く、これら寸法Ｃ、Ｓ１、Ｓ２は、上記良判定領域にあれば、個々の第２接地電極毎に異なっていても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。
【図２】図１中のＸ矢視部分拡大図である。
【図３】図１中のＹ矢視図である。
【図４】図１に示すスパークプラグの部分寸法説明図である。
【図５】上記実施形態に係る燃料保持力試験の模式的説明図である。
【図６】上記実施形態にて投影面積Ｓ２を変化させた状態を示す説明図である。
【図７】第２放電ギャップ間の燃料保持力試験の結果を示す図である。
【図８】第１放電ギャップ間の燃料保持力試験の結果を示す図である。
【図９】上記実施形態の変形例を示す図である。
【図１０】燃料ブリッジが形成される様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１…取付金具、２…絶縁碍子、３…中心電極、４…第１接地電極、５、６…第２接地電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己清浄作用を向上させた内燃機関用スパークプラグに関し、特に、放電ギャップにおける燃料ブリッジ形成の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関用スパークプラグは、中心電極の周囲を被覆保持する絶縁碍子を取付金具にて保持するとともに、一端が取付金具に固定されるとともに他端が中心電極の先端面とにより放電ギャップを形成する接地電極を備えた構成を有し、該放電ギャップ間に火花放電を起こし、燃焼室内の燃料混合気に着火させるものである。一方で、最近、環境に対する関心が高まり、内燃機関に対して層状燃焼を採用することにより、低燃費でより環境に良い内燃機関が実現されている。
【０００３】
しかし、このような燃焼室内にて層状燃焼を生じせしめる場合、過濃混合気がスパークプラグ近傍に集まり、カーボン汚損し易い状態となってしまう。そして、このようなカーボン汚損によれば、中心電極を保持する絶縁碍子の表面の絶縁性低下が生じ、ひいては中心電極と接地電極との間の正規の放電ギャップ間での火花放電ではなく、中心電極から碍子表面を伝って取付金具奥への火花放電が生じ、着火性能が悪化するという問題が発生する。
【０００４】
このような不具合を解消するために、火花清浄スパークプラグとして、例えば、実公昭５３−４１６２９号公報や特開昭４７−１９２３６号公報に記載のものが知られている。これらのものは、上述した一般的なプラグ構成における接地電極を第１接地電極（主接地電極）、この第１接地電極により形成される放電ギャップを第１放電ギャップとし、更に、第１接地電極とは別部位に、一端が取付金具に固定されるとともに他端が中心電極の側面とにより第２放電ギャップを形成する第２接地電極（補助接地電極）を設けたものである（以下、ダブル接地電極タイプという）。
【０００５】
ここで、該ダブル接地電極タイプにおいては、中心電極の側面と対向する第２接地電極の他端は絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外側に位置している。そして、特に実公昭５３−４１６２９号公報では、通常時の火花放電は、メインギャップとしての第１放電ギャップにて発生させ、上述のような絶縁碍子のカーボン汚損時には、サブギャップとしての第２放電ギャップにて火花放電させることにより、絶縁碍子を汚損しているカーボンを消失させて、放電の奥飛びを抑制し、着火性の低減を抑制するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のダブル接地電極タイプの火花清浄スパークプラグにおいては、第１及び第２放電ギャップ間に内燃機関の燃料（ガソリン等）が溜まって燃料ブリッジが形成され、これら各ギャップにおいて火花放電が生じなくなる（失火する）という問題がある。この燃料ブリッジが形成される様子を図１０に示す。ここで、図１０において、Ｊ１は中心電極、Ｊ２は絶縁碍子、Ｊ３は取付金具、Ｊ４は第１接地電極、Ｊ５及びＪ６はそれぞれ第２接地電極であり、燃料は片側斜線ハッチングにて示す。
【０００７】
図１０（ａ）に示す様に、燃料ブリッジは、第１接地電極Ｊ４と中心電極Ｊ１との間の第１放電ギャップ（メインギャップ）に形成される燃料ブリッジＪ７と、第２接地電極Ｊ５及びＪ６と中心電極Ｊ１との間の第２放電ギャップ（サブギャップ）に形成される燃料ブリッジＪ８とがある。ここで、両ギャップが十分に広ければ、プラグに加わる振動（車両振動や燃焼室内の圧力変動等）等によって、両ブリッジＪ７及びＪ８は切れて、残らないが、第１放電ギャップを広げることは、放電電圧の上昇を招き、第２放電ギャップを広くすると、ギャップでの放電が行われれずに火花が碍子表面を伝い、ハウジング奥に放電してしまう問題が起きてしまうので、それほど広くすることはできない。
【０００８】
また、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示す様に、上記の振動等によって第２放電ギャップの燃料ブリッジＪ８が切れても、その燃料が第１放電ギャップへ伝わるため、第１放電ギャップの燃料ブリッジＪ７は切れにくく、残りやすい。このように、ダブル接地電極タイプにおいては、第２接地電極が無い構成である通常のプラグ構成よりも、特に、燃料ブリッジの切れが悪くなり、失火を生じやすい。
【０００９】
そして、このような燃料ブリッジは、特に、寒冷地等にて使用される内燃機関（寒冷地仕様の自動車エンジン等）の場合、低温始動時に燃料がリッチとなり、形成されやすい。また、過濃混合気を燃焼させる層状燃焼の場合にも、燃料ブリッジは形成されやすい。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、ダブル接地電極タイプの内燃機関用スパークプラグにおいて、着火性能を維持しつつ、第１放電ギャップ及び第２放電ギャップにて燃料ブリッジが形成されるのを防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第２接地電極と中心電極との間の第２放電ギャップにおいては、上記図１０に示す様に、第２接地電極Ｊ５、Ｊ６とこれに正対する絶縁碍子Ｊ２の先端部側面との間に燃料が溜まりやすいことから、第２放電ギャップにて第２接地電極と絶縁碍子とが正対する部位における両者の各々の対向面積の関係、及び、中心電極径と第１放電ギャップ（メインギャップ）との関係を特定することに着目してなされたものである。
【００１２】
まず、請求項１記載の発明は、中心電極（３）と、該中心電極の周囲を覆い該中心電極を保持する絶縁碍子（２）と、該絶縁碍子を保持する取付金具（１）と、一端が該取付金具に固定されるとともに他端が該中心電極の先端面と対向して第１放電ギャップを形成する第１接地電極（４）と、一端が該取付金具に固定されるとともに他端が該中心電極の側面と対向して第２放電ギャップを形成する第２接地電極（５、６）とを備え、該第２接地電極の他端が該絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外側に位置しているスパークプラグ、即ち、ダブル接地電極タイプの内燃機関用スパークプラグについて、次のような構成としたことを特徴としている。
【００１３】
即ち、第１放電ギャップをＡ、中心電極（３）の先端部の径をＢとしたとき、これら寸法Ａ及びＢを、Ｂ≦５Ａ−２．５（単位：ｍｍ）、の関係となるように設定し、更に、第２放電ギャップの幅方向と直交する方向における第２接地電極（５、６）の他端の断面積をＳ１、絶縁碍子（２）の先端部の側面に対して該第２接地電極の他端面が正射影された投影面積をＳ２、第２放電ギャップの幅方向における該第２接地電極の他端から該絶縁碍子の先端部の側面への距離をＣとし、この距離Ｃ（単位：ｍｍ）を横軸、上記面積Ｓ１と上記面積Ｓ２との比Ｓ２／Ｓ１を縦軸とした直交座標を設定した場合、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．８，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．５）
の各点を結ぶ線及びこれら線内の領域となるように、上記距離Ｃ及び上記比Ｓ２／Ｓ１を設定したことを特徴としている。
【００１４】
これら、各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２を規定する上記の範囲は、本発明者等が実験検討した結果、即ち後述の図７及び図８に基づくものであり、本発明によれば、プラグの着火性能を維持しつつ、第１放電ギャップ及び第２放電ギャップにて燃料ブリッジが形成されるのを防止することができる。
【００１５】
なお、第２接地電極の他端と絶縁碍子の先端部側面とが正対する部分（プラグの軸方向において重なり合う部分）においては、両者の対向面は平面ではなく多少湾曲しているため、本発明では、両者の対向面積を、上記の各面積Ｓ１及びＳ２のように平面化した面積で近似している。
【００１６】
さらに、請求項２記載の発明のように、上記距離Ｃと上記比Ｓ２／Ｓ１とを、上記直交座標において、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．０，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．３）
の各点を結ぶ線及びこれら線内の領域となるように設定すれば、より確実に第１及び第２放電ギャップにおける燃料ブリッジの形成を防止することができる。
【００１９】
また、第１放電ギャップＡは０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下（請求項３の発明）が好ましい。これは、それぞれの下限値未満であるとラフアイドルが生じやすく、一方、それぞれの上限値を超えると火花放電が起こりにくく失火しやすくなるためである。また、中心電極の先端部の径Ｂは、実用面を考えて、０．３ｍｍ以上２．８ｍｍ以下（請求項４の発明）が好ましい。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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一例である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るダブル接地電極タイプのスパークプラグ１００の半断面図、図２は、図１中のＸ矢視部分拡大図、図３は、図１中のＹ矢視図である。なお、図２においては、絶縁碍子内部の中心電極を示すために、絶縁碍子は断面形状を示してある。また、図４において（ａ）は図２に対応した部分の寸法説明図、（ｂ）は図３に対応した部分の寸法説明図である。
【００２２】
スパークプラグ１００は、金属等よりなる円筒形状の取付金具（ハウジング）１を有しており、この取付金具１は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部１ａを備えている。取付金具１の内部には、例えばアルミナセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる絶縁碍子２が固定されており、この絶縁碍子２の先端部２ａは、取付金具１から露出するように設けられている。さらに、図２に示す様に、絶縁碍子２の先端部２ａのさらなる先端には、この基部である先端部２ａよりも径小であるとともに、略同一径を有する細径部２ｂが設けられている。
【００２３】
中心電極３は絶縁碍子２の軸孔２ｃに固定され、絶縁碍子２を介して取付金具１に絶縁保持されている。この中心電極３は、内材がＣｕ（銅）等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ（ニッケル）基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、中心電極３の先端が絶縁碍子２の先端部２ａから露出するように設けられている。また、図２に示す様に、中心電極３の基部３ａの先端には、基部３ａよりもさらに径小な有する径小部３ｂが形成されており、径小部３ｂの外周は、絶縁碍子２の細径部２ｂの内周よりも内側に位置している。
【００２４】
図２及び図３に示す様に、取付金具１の一端には、第１接地電極４、第２接地電極５及び６が溶接等により固定されている。これら第１及び第２接地電極４〜６は、Ｎｉ基合金材料等から構成されている。第１接地電極４においては、取付金具１に固定された一端とは反対の他端が、中心電極３の径小部３ｂの先端面に対向して配置され、該径小部３ｂの先端面との間に第１放電ギャップＡを形成している。
【００２５】
また、第２接地電極５及び６においては各々、取付金具１に固定された一端とは反対の他端面（先端面）が、中心電極３の径小部３ｂの側面に対向して配置され、該径小部３ｂの側面との間に第２放電ギャップを形成している。ここで、第２接地電極５及び６の他端面は、絶縁碍子２の細径部２ｂにおける外径よりも距離Ｃ（図４参照）だけ大きい径の外側に位置している。
【００２６】
ところで、本実施形態においては、図４に示す各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２を、次のように規定した独自の構成としている。これら独自の構成について、寸法規定の根拠とともに説明していく。ここで、第１放電ギャップＡは当該ギャップの幅、寸法Ｂは中心電極３の径小部３ｂの直径（本発明でいう中心電極の先端部の径、以下、中心電極径という）である。また、上記距離Ｃは、第２放電ギャップに幅方向（図４中の左右方向）における第２接地電極５及び６の各他端面から絶縁碍子２の細径部２ｂの側面への距離である。
【００２７】
また、第２放電ギャップの幅方向と直交する方向における第２接地電極５及び６の各他端の断面積をＳ１とする。この断面積Ｓ１は、図４中に一点鎖線にて示す仮想平面（第２放電ギャップの幅方向と直交する平面）９００内に位置する各第２接地電極５及び６の断面の面積である。また、図示例では、第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とは、軸方向において一部重なり合って正対した正対領域９０１を有している。
【００２８】
この正対領域９０１において、絶縁碍子２の細径部２ｂの側面に対して第２接地電極５及び６の各他端面が正射影された投影面積をＳ２とする。よって、これら各面積Ｓ１、Ｓ２は矩形状平面の面積となる。実際には、図に示す様に、正対領域９０１においては、絶縁碍子２及び第２接地電極５及び６の各対向面は平面ではなく多少湾曲しているが、本実施形態では、両者の対向面の面積を矩形状平面化した面積Ｓ１及びＳ２にて近似している。
【００２９】
そして、上記構成を有するスパークプラグ１００について、次に述べるような燃料保持力試験を行い、上記各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２の関係を検討し、規定した。図５に、この試験方法の模式的説明図を示す。まず、図５（ａ）に示す様に、−２５℃の低温室内に、内燃機関に用いられる燃料（本例ではハイオクガソリン）９１０を入れた容器（ビーカー等）９１１を用意し、燃料９１０を約−２５℃の状態とする。これにより、燃料９１０は粘性が大きく燃料ブリッジを形成し易い状態となる。
【００３０】
次に、この状態の低温室内にて、接地電極４〜６側と反対側端部に固定されたひも９１２によって、プラグ１００をつり下げ、その接地電極４〜６側にて取付金具１の端面まで燃料９１０中に浸漬した後、燃料９１０から取り出す。この浸漬によって本プラグ１００においても、上記図１０に示したのと同様に、第１接地電極４と中心電極３との間の第１放電ギャップＡ、及び、各第２接地電極５及び６と中心電極３との間の各第２放電ギャップに、各々燃料ブリッジが形成され、これら各放電ギャップが燃料９１０によってつながった状態となる。
【００３１】
続いて、上記低温室内にて、図５（ｂ）に示す様に、ひも９１２によりプラグ１００を空中で停止させ、この状態から、ひも９１２でプラグ１００を支持しながら、プラグ１００を中心電極３の先端面を下方にして所定の距離（落下高さ）Ｈだけ自然落下させ、空中で停止させる。この落下後の停止の際の衝撃によって、各放電ギャップに形成された燃料ブリッジが切れようとする。即ち、各放電ギャップにおいて燃料保持力が大きければ燃料ブリッジは残り、燃料保持力が弱ければ燃料ブリッジは切れる。ここで、落下高さＨは０ｃｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍと変えて行った。
【００３２】
まず、第２接地電極の断面積Ｓ１、投影面積Ｓ２及び距離Ｃを種々変えたものについて上記燃料保持力試験を行い、第２放電ギャップ間の燃料保持力について検討した例を示す。本例では、第２接地電極の断面積Ｓ１を、１．４４ｍｍ2（サイズ０．８ｍｍ×１．８ｍｍ）、２．６４ｍｍ2（サイズ１．２ｍｍ×２．２ｍｍ）、４．１６ｍｍ2（サイズ１．６ｍｍ×２．６ｍｍ）の３種類を用いた。
【００３３】
そして、図６に示す様に、各第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とをプラグの軸方向にずらして上記投影面積Ｓ２を種々変えていくことにより、上記断面積Ｓ１と投影面積Ｓ２との比Ｓ２／Ｓ１を、０〜１の間で種々変化させた。ちなみに、図６（ａ）では比Ｓ２／Ｓ１が０、図６（ｂ）では比Ｓ２／Ｓ１が０より大きく１未満、図６（ｃ）では比Ｓ２／Ｓ１が１の状態である。
【００３４】
また、上記距離Ｃについては、第２放電ギャップにおける着火性能を好適に維持するために、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲で種々変えた。これは、距離Ｃが０．３ｍｍ未満であると、第１放電ギャップ（メインギャップ）Ａよりも第２放電ギャップ（サブギャップ）の方が優先的に火花放電を発生してラフアイドルが生じやすく、一方、距離Ｃが１．２ｍｍを超えると第２放電ギャップにて火花放電が起こりにくく、カーボン汚損時に沿面放電せず失火エンストしやすくなるためである。
【００３５】
また、上記燃料保持力試験では、自然落下後において、第２放電ギャップに燃料ブリッジが残っていれば判定は否、第２放電ギャップに燃料ブリッジが残っていなければ判定は良であるが、本発明者等の検討によれば、上記落下高さＨが４ｃｍ以下で良判定ならば、実用上、燃料ブリッジが形成されないプラグとして使用可能である。そのため、上記比Ｓ２／Ｓ１と距離Ｃを種々変えた構成のプラグ１００を作製し、上記落下高さＨが４ｃｍ以下にて第２放電ギャップ間の燃料保持力試験を行った。その結果を、上記距離Ｃと上記比Ｓ２／Ｓ１との関係図として図７に示す。
【００３６】
図７は、上記距離Ｃ（単位：ｍｍ）を横軸、上記比Ｓ２／Ｓ１を縦軸とした直交座標を示すものある。図７中、斜線ハッチングで示す五角形の領域Ｒ、即ち、各点Ｐ１〜Ｐ５を結ぶ線内の領域（線も含む）Ｒが、上記落下高さＨが４ｃｍ以下で良判定となるような、上記距離Ｃ及び各面積Ｓ１、Ｓ２の設定領域（以下、第２放電ギャップの良判定領域という）である。ここで、各点Ｐ１〜Ｐ５の座標は、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．８，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．５）
である。
【００３７】
なお、図７に示す結果は、ｎ数（試験の繰り返し数）が３にて行った場合であるが、この第２放電ギャップの良判定領域Ｒは、少なくとも３回のうち１回は良判定となる領域である。さらに、３回とも全て良判定となる領域（以下、第２放電ギャップの好ましい良判定領域という）は、図７中の各点Ｐ１〜Ｐ３、Ｐ４’及びＰ５’の各点を結ぶ線にて示される五角形内の領域（線も含む）である。ここで、各点Ｐ４’及びＰ５’の座標は、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．０，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．３）
である。
【００３８】
従って、この第２放電ギャップの良判定領域Ｒとなるように、上記距離Ｃ及び各面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、第２放電ギャップにおける燃料ブリッジの形成を防止できる。更に、第２放電ギャップの好ましい良判定領域となるように、上記距離Ｃ及び各面積Ｓ１、Ｓ２を設定すれば、より確実に第２放電ギャップにおける燃料ブリッジの形成を防止することができる。また、上記距離Ｃを０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下としているため、第２放電ギャップにおける着火性能を好適に維持できる。
【００３９】
また、上記比Ｓ２／Ｓ１が０でもよいため、本実施形態では上記正対領域９０１が無くても良い。つまり、図６（ａ）に示す様に、第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とが、軸方向において重なり合っていない（正対していない）状態でも良い。ここまでが、第２放電ギャップ間の燃料保持力の検討例である。
【００４０】
次に、第１放電ギャップＡ及び中心電極径（中心電極の先端部の径）Ｂを種々変えたものについて上記燃料保持力試験を行い、第１放電ギャップ間の燃料保持力について検討した例を示す。ここで、本検討では、上記第２放電ギャップ間の燃料保持力の検討において、落下高さＨが３ｃｍ以下で良判定となるように、上記距離Ｃ及び上記比Ｓ２／Ｓ１を設定したものについて、更に、第１放電ギャップＡ及び中心電極径Ｂを種々変えた。
【００４１】
本例では、第１接地電極４のサイズを１．４ｍｍ×２．６ｍｍとした。なお、このサイズは上記図４（ａ）に示す第１接地電極４の厚さＤを１．４ｍｍ、その幅Ｅを２．６ｍｍとしたものに相当する。また、第１放電ギャップＡは０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下の範囲で種々変えた。これは、第１放電ギャップＡが０．７ｍｍ未満であるとラフアイドルが生じやすく、一方、第１放電ギャップＡが１．３ｍｍを超えると失火エンストしやすくなるためである。また、中心電極径Ｂは実用面を考えて最小０．３ｍｍ、最大２．８ｍｍまでとした。
【００４２】
本検討においても、上記落下高さＨが４ｃｍ以下で良判定ならば、実用上、燃料ブリッジが形成されないプラグに相当するため、プラグ１００において、上記ギャップＡ及び中心電極径Ｂを種々変えた構成のものを作製し、上記落下高さＨが４ｃｍ以下にて第１放電ギャップ間の燃料保持力試験を行った。その結果を、第１放電ギャップＡと中心電極径Ｂとの関係図として図８に示す。
【００４３】
図８は、横軸に第１放電ギャップＡ（単位：ｍｍ）、縦軸に中心電極径Ｂ（単位：ｍｍ）とし、図中の実線Ｒ１を含みこの実線Ｒ１よりも右側が良判定領域（以下、第１放電ギャップの良判定領域という）であり、この実線Ｒ１を含まずにこの実線Ｒ１よりも左側が否判定領域であることを示す。従って、図８から、Ｂ≦５Ａ−２．５（単位：ｍｍ）、となるように、第１放電ギャップＡ及び中心電極径Ｂを設定すれば、第１放電ギャップＡにおける燃料ブリッジの形成を防止できる。また、第１放電ギャップＡを０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下としているため、第１放電ギャップＡにおける着火性能を好適に維持できる。
【００４４】
なお、比較例として、第２接地電極の無い通常のプラグ構成、即ち上記プラグ１００において第２接地電極が無く第１接地電極のみ有る構成において上記燃料保持力試験を行った。その結果を、図８中の破線Ｒ２に示す。この結果から、通常プラグ構成では、ダブル接地電極タイプよりも放電ギャップが狭い範囲まで燃料ブリッジ形成の防止が可能であることがわかる。即ち、本実施形態は、通常プラグ構成よりも燃料ブリッジが形成されやすいダブル接地電極タイプにおいて、好適にブリッジ形成を防止するものである。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、本発明者等が独自に考案した上記の燃料保持力試験を用いて、燃料保持力の良否判定を行い、その結果から、上記図７及び図８に示す様な良判定領域を求めることができる。そして、これら良判定領域に入るように上記の各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｓ１及びＳ２が設定されたスパークプラグ１００によれば、プラグの着火性能を維持しつつ、第１放電ギャップ及び第２放電ギャップにて燃料ブリッジが形成されるのを防止することができる。
【００４６】
なお、上記した図示例によれば、第２接地電極５及び６の各他端面と絶縁碍子２の細径部２ｂの側面とは、略平行になっているが、図９（図中、第１接地電極４は省略）に変形例として示す様に、これら両面が±３０°以内の角度（絶縁碍子２の細径部２ｂの側面と第２接地電極５及び６の各他端面とのなす角度）θをもって対向していれば良い。これは、当該角度θが±３０°よりも大きくなると、第２接地電極５及び６の他端におけるエッジＫ１０が放電部分に突き出た形となり、消耗が激しくなる可能性があるためである。また、一方の第２接地電極５と他方の第２接地電極６とで、角度θが異なっていても良い。
【００４７】
以上述べてきたように、本実施形態は、ダブル接地電極タイプのスパークプラグにおいて、燃料ブリッジの形成防止という目的からは従来為されていなかった各部寸法の最適化を、本発明者等が独自に考案した試験方法を用いて鋭意検討した結果、実現したものである。
【００４８】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、中心電極の先端面及びこれに対向する第１接地電極の部位に、ＰｔやＩｒ等の貴金属やＰｔやＩｒ等を主成分とする貴金属チップ（貴金属部材）が設けられていても良い。この場合、設置されたチップは各電極の一部に相当するものである。また、絶縁碍子２の先端には細径部２ｂが形成されてい無くても良い。
【００４９】
また、第２接地電極は上記実施形態のように２本でなくとも、１本もしくは３本以上であってもよい。また、第２接地電極が複数個あり、それぞれに対応して第２放電ギャップが形成されている場合、全ての第２接地電極について上記距離Ｃ及び上記各面積Ｓ１、Ｓ２が同一でなくとも良く、これら寸法Ｃ、Ｓ１、Ｓ２は、上記良判定領域にあれば、個々の第２接地電極毎に異なっていても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。
【図２】図１中のＸ矢視部分拡大図である。
【図３】図１中のＹ矢視図である。
【図４】図１に示すスパークプラグの部分寸法説明図である。
【図５】上記実施形態に係る燃料保持力試験の模式的説明図である。
【図６】上記実施形態にて投影面積Ｓ２を変化させた状態を示す説明図である。
【図７】第２放電ギャップ間の燃料保持力試験の結果を示す図である。
【図８】第１放電ギャップ間の燃料保持力試験の結果を示す図である。
【図９】上記実施形態の変形例を示す図である。
【図１０】燃料ブリッジが形成される様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１…取付金具、２…絶縁碍子、３…中心電極、４…第１接地電極、５、６…第２接地電極。
Claims (4)
- 中心電極（３）と、
前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持する絶縁碍子（２）と、
前記絶縁碍子を保持する取付金具（１）と、
一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中心電極の先端面と対向配置されて前記中心電極の先端面との間に第１放電ギャップを形成する第１接地電極（４）と、
一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中心電極の側面と対向配置されて前記中心電極の側面との間に第２放電ギャップを形成する第２接地電極（５、６）とを備え、
前記第２接地電極の他端は前記絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外側に位置しており、
前記第１放電ギャップをＡ、前記中心電極の先端部の径をＢとしたとき、これら寸法Ａ及びＢは、
Ｂ≦５Ａ−２．５（単位：ｍｍ）、の関係にあり、
前記第２放電ギャップの幅方向と直交する方向における前記第２接地電極の他端の断面積をＳ１、前記絶縁碍子の先端部の側面に対して前記第２接地電極の他端面が正射影された投影面積をＳ２、前記第２放電ギャップの幅方向における前記第２接地電極の他端から前記絶縁碍子の先端部の側面への距離をＣとし、
前記距離Ｃ（単位：ｍｍ）を横軸、前記面積Ｓ１と前記面積Ｓ２との比Ｓ２／Ｓ１を縦軸とした直交座標を設定した場合、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．８，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．５）
の各点を結ぶ線及びこれら線内の領域となるように、前記距離Ｃ及び前記比Ｓ２／Ｓ１は設定されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 - 前記距離Ｃと前記比Ｓ２／Ｓ１とは、前記直交座標において、
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．２，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（１．０，１．０）
（Ｃ，Ｓ２／Ｓ１）＝（０．３，０．３）
の各点を結ぶ線及びこれら線内の領域となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。 - 前記第１放電ギャップＡは０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用スパークプラグ。
- 前記中心電極の先端部の径Ｂは、０．３ｍｍ以上２．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用スパークプラグ。
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