JP5375711B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグであって、イオン電流検出に用いることのできる内燃機関用のスパークプラグに関する。

自動車のエンジン等の内燃機関における着火手段として用いられるスパークプラグには、内燃機関の高出力化、燃費向上等を目的として、スパークプラグに流れるイオン電流を検出することにより、燃焼圧や失火等を検出するものがある。
すなわち、燃焼室において混合気が燃焼すると、燃焼に伴い電離作用が働き、陽イオンが発生する。この陽イオンが、マイナスに帯電したスパークプラグの接地電極の表面に吸着されて電子を受け取ることにより、中心電極から接地電極側にイオン電流が流れる。このイオン電流を検出することにより、燃焼状態を把握することができる。

ところが、スパークプラグにおける取付金具の内側の絶縁碍子の表面が帯電することにより、イオン電流の検出の際にノイズが発生することがあるという問題がある。すなわち、絶縁碍子の表面の帯電に起因して生じる取付金具との間のコロナ放電によってノイズが発生する。このノイズが、正確なイオン電流の検出を妨げ、燃焼状態の正確な把握が困難となるおそれがある。
そこで、かかるノイズを低減するために、取付金具の内側の絶縁碍子の表面に、導電皮膜を塗布したスパークプラグが開示されている（特許文献１参照）。これにより、絶縁碍子の表面に帯電した電荷を、導電皮膜を通じて取付金具との接触部から放電することにより、ノイズを低減している。

特開２００９−４３４２５号公報

しかしながら、上記のように絶縁碍子の外表面に導電皮膜を形成しただけでは、充分にノイズを解消できないことがあった。
すなわち、絶縁碍子の外表面に上記導電皮膜を形成した構成によれば、スパークプラグの新品時から恒久的に発生するノイズを抑制することは可能である。しかし、スパークプラグが燃焼室内において使用され、カーボン等の燃焼残渣物が絶縁碍子の脚部の外表面に付着した状況において発生しやすくなる、いわゆる外部要因によるノイズの発生も存在することを、発明者らは見出した。

かかる燃焼残渣物の付着に伴うノイズは、以下のメカニズムによって発生すると考えられる。
すなわち、絶縁碍子の外表面に燃焼残渣物が付着すると、燃焼残渣物が電極板と同様の役割を果たし、絶縁碍子の外表面（燃焼残渣物）と取付金具との間でコロナ放電が発生することにより、絶縁碍子の外表面が帯電しやすくなる。この電荷が再放電（コロナ放電）することにより、ノイズとなる。

また、燃焼残渣物が付着した領域に帯電した電荷は、燃焼残渣物を伝って移動可能となる。このとき、燃焼残渣物が取付金具と導通していれば、これらの電荷が燃焼残渣物と取付金具との接触部を通じて放電されるため、ノイズの原因となるコロナ放電を抑制することができる。

ところが、燃焼残渣物が取付金具と導通しておらず、孤立した状態で絶縁碍子の外表面に形成されている場合には、大きな電荷が絶縁碍子の外表面に溜まる。そして、この大きな電荷が、絶縁碍子に付着した燃焼残渣物の一部から取付金具の一部に、コロナ放電によって放電され、これに起因してノイズが発生すると考えられる。特に燃焼残渣物が部分的に除去されたとき、燃焼残渣物の付着領域の端部付近が、他の部分に比べて電界強度が高くなり、この部分においてコロナ放電が発生しやすい。

しかも、コロナ放電は、燃焼室の圧力がある程度低下した時点で発生しやすいため、特に強電界部を設けていない絶縁碍子と取付金具との間において生じるコロナ放電は、燃焼が行われる時点で発生する。そうすると、燃焼に伴って生じるイオン電流の発生タイミングと、上記コロナ放電に伴って生じるノイズの発生タイミングとが重なってしてしまう。

そこで、かかるイオン電流の検出タイミング（後述する図４〜図６の検出区間Ｄ）におけるコロナ放電を防ぐべく、燃焼残渣物が付着した絶縁碍子の外表面に帯電した電荷を、イオン電流の検出タイミングよりも早期に放電することにより、イオン電流検出時における上記のような外部要因によるノイズを抑制することを発明者らは検討した。ただし、その手段の条件として、中心電極と接地電極との間の火花放電ギャップにおける正常な火花放電を阻害しないことが必要となる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、火花放電ギャップにおける正常な火花放電を確保しつつ、イオン電流検出時のノイズ発生を充分に防ぐ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。

本発明は、筒状の取付金具と、碍子先端部が上記取付金具から突出するように該取付金具の挿通孔に保持された筒状の絶縁碍子と、電極先端部が上記碍子先端部から突出するように上記絶縁碍子の中心貫通孔に保持された中心電極と、上記取付金具に接続されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する主接地電極と、上記取付金具に接続されると共に上記碍子先端部における先端外周角部との間にコロナ放電ギャップを形成する副接地電極とを有する内燃機関用のスパークプラグであって、
上記絶縁碍子は、上記取付金具と対向する外表面の少なくとも一部に、上記取付金具と導通する導電皮膜を形成してなり、
上記絶縁碍子の上記先端外周角部は、中心軸を含む平面による断面形状が曲率半径０．５ｍｍ以下であり、
上記副接地電極における上記先端外周角部に最も近い近接点は、上記絶縁碍子の先端面よりも先端側に配置されており、
上記コロナ放電ギャップ及び上記中心軸を含む平面による断面形状において、上記絶縁碍子の上記先端面を延長した先端面延長線と、上記先端外周角部に隣接する上記絶縁碍子の側面を延長した側面延長線との交点をＱとし、
該交点Ｑと上記副接地電極における上記近接点との間の径方向距離をＨ１、軸方向距離をＨ２、上記火花放電ギャップの大きさをＧ１、上記コロナ放電ギャップの大きさをＧ２としたとき、
Ｇ１≦Ｇ２、Ｈ１≦１．４ｍｍ、Ｈ２≦０．５ｍｍであることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項１）。

上記スパークプラグは、上記碍子先端部における先端外周角部との間にコロナ放電ギャップを形成する上記副接地電極を有する。これにより、上記碍子先端部の先端外周角部と上記副接地電極との間に強電界部が形成されるため、燃焼室における燃焼のタイミングよりも前の圧力が高い状態でも上記コロナ放電ギャップにおいてコロナ放電が生じる。つまり、燃焼室における燃焼状態に応じて中心電極から主接地電極側に流れるイオン電流の検出タイミングよりも早期にコロナ放電を発生させ、電荷を副接地電極から逃がすことができる。その結果、イオン電流の検出時におけるコロナ放電を抑制し、イオン電流の検出の妨げとならないようにすることができる。

しかも、早期に放電できるため、絶縁碍子の外表面に大きな電荷が溜まることもなく、大きなコロナ放電を抑制し、大きなノイズが発生することを防ぐことができる。
このように、上記絶縁碍子の表面に帯電した電荷を、早期に、上記碍子先端部における先端外周角部から副接地電極へ、コロナ放電によって逃がすことができる。

特に、絶縁碍子の外表面にカーボン等の燃焼残渣物が付着した状態において、絶縁碍子の外表面が帯電したとき、仮に副接地電極がないとすると、燃焼残渣物の付着面積に応じて大きな電荷が溜まるおそれがある。この大きな電荷がイオン電流検出時に、絶縁碍子と取付金具との間で放電されると、イオン電流の検出が困難となる。しかし、上述のごとく、副接地電極を設けることにより、燃焼残渣物が付着した絶縁碍子の外表面に帯電した電荷を、早期にコロナ放電ギャップにおいて副接地電極へ放電することができる。
それゆえ、燃焼に伴うイオン電流の検出時に、上記コロナ放電に伴うノイズが発生することを防ぎ、イオン電流を正確に検出することができる。

そして、上記径方向距離Ｈ１、上記軸方向距離Ｈ２、上記火花放電ギャップの大きさＧ１、上記コロナ放電ギャップの大きさＧ２が、Ｇ１≦Ｇ２、Ｈ１≦１．４ｍｍ、Ｈ２≦０．５ｍｍを満たすことにより、上記副接地電極が上記の機能を発揮することができ、上記の作用効果を奏することができる。
また、上記条件を満たすことにより、上記コロナ放電ギャップにおける火花放電を防ぎ、上記火花放電ギャップにおける正常な火花放電を確保して、着火性を確保することができる。

また、上記絶縁碍子は、上記取付金具と対向する外表面の少なくとも一部に、上記導電皮膜を形成してなる。そのため、導電皮膜を形成した部分においては、絶縁碍子の外表面が帯電しても、電荷が導電皮膜を通じて取付金具に逃げる。これにより、仮に上記導電皮膜がないとした場合に、燃焼残渣物の付着の有無とは関係なくスパークプラグの新品時から恒久的に発生する、絶縁碍子の外表面と取付金具との間のコロナ放電に起因するノイズを抑制することができる。

以上のごとく、本発明によれば、火花放電ギャップにおける正常な火花放電を確保しつつ、イオン電流検出時のノイズ発生を充分に防ぐ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。

実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの一部断面説明図。 実施例１における、スパークプラグの先端部付近において、取付金具及び主接地電極の断面図と、他の部位の正面図とを組み合わせた、説明図。 実施例１における、先端側から見たスパークプラグの平面図。 実施例１における、（Ａ）燃焼時の検出電流の波形図、（Ｂ）燃焼室の圧力の変化を示す線図。 実施例１における、（Ａ）失火時の検出電流の波形図、（Ｂ）燃焼室の圧力の変化を示す線図。 実施例１における、（Ａ）ノイズ発生時の検出電流の波形図、（Ｂ）燃焼室の圧力の変化を示す線図。 実施例２における、先端側から見たスパークプラグの平面図。 実施例３における、スパークプラグの先端部付近において、取付金具及び共通接地電極の断面図と、他の部位の正面図とを組み合わせた、説明図。 実施例３における、先端側から見たスパークプラグの平面図。 実験例における、試験結果を示す線図。

本発明において、上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における着火手段として用いることができ、イオン電流の検出が可能なスパークプラグである。
本明細書においては、上記スパークプラグにおける、内燃機関の燃焼室に挿入する側を先端側とし、その反対側を基端側として説明する。
また、単に「軸方向」というときは、スパークプラグの軸方向を意味し、単に「径方向」というときは、上記「軸方向」に直交する方向を意味するものとする。
また、上記火花放電ギャップの大きさＧ１は、上記中心電極と上記主接地電極との間の最短距離であり、上記コロナ放電ギャップの大きさＧ２は、上記先端外周角部と上記副接地電極との間の最短距離である。

また、Ｇ１＞Ｇ２である場合には、上記コロナ放電ギャップにおいて火花放電が発生するおそれがあり、着火性が低下するおそれがある。
また、Ｈ１＞１．４ｍｍ、又は、Ｈ２＞０．５ｍｍである場合には、上記コロナ放電ギャップにおける早期のコロナ放電を行い難くなり、絶縁碍子と取付金具との間でのコロナ放電を充分に抑制することが困難となり、イオン電流の検出時におけるノイズを充分に抑制することが困難となるおそれがある。

また、Ｇ１≦Ｈ１であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、より確実に、上記コロナ放電ギャップにおける火花放電を防ぎ、上記火花放電ギャップにおける正常な火花放電を確保することができる。

また、上記主接地電極は、上記中心電極の側面との間に上記火花放電ギャップを形成していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、燃焼室へのスパークプラグの突出し量を大きくすることなく、上記中心電極の電極先端部を絶縁碍子の碍子先端部から大きく突き出して、スパークプラグによるイオン電流の検出感度を高めることができる。

また、上記副接地電極は、上記中心電極を挟んで互いに対向する位置に２本配設してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、絶縁碍子の外表面に帯電した電荷を、偏りなく早期に放電することができ、イオン電流の検出時におけるノイズの発生を効果的に抑制することができる。

また、上記副接地電極は、等間隔に３本以上配設されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、絶縁碍子の外表面に帯電した電荷を、全周にわたって万遍なく放電することができ、ノイズの発生をより効果的に抑制することができる。

また、上記主接地電極と上記副接地電極とは、上記取付金具に接続された共通の共通接地電極によって構成されており、上記火花放電ギャップは、上記共通接地電極の先端部と上記中心電極との間に形成され、上記コロナ放電ギャップは、上記共通接地電極における上記先端部よりも基端側の中間部と上記中心電極との間に形成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記主接地電極と上記副接地電極とを共通化することができるため、スパークプラグの構成を簡単にすることができると共に、材料費を低減することができる。

また、上記共通接地電極は、上記中心電極に向って突出した火花放電用凸部と、上記絶縁碍子に向って突出したコロナ放電用凸部とを有し、上記火花放電用凸部と上記中心電極との間に上記火花放電ギャップが形成され、上記コロナ放電用凸部と上記絶縁碍子の上記先端外周角部との間に上記コロナ放電ギャップが形成されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記火花放電ギャップ及び上記コロナ放電ギャップに、それぞれ強電界部が形成されやすいため、火花放電ギャップにおける火花放電を確実に生じさせることができると共に、コロナ放電ギャップにおけるコロナ放電を早期に生じさせることができる。

また、上記火花放電用凸部及び上記コロナ放電用凸部は、貴金属チップによって構成されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記火花放電用凸部及び上記コロナ放電用凸部の耐久性を向上させることができ、イオン電流検出時におけるノイズの発生し難い長寿命のスパークプラグを得ることができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係る内燃機関用のスパークプラグにつき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状の取付金具２と、碍子先端部３１が取付金具２から突出するように該取付金具２の挿通孔２１に保持された筒状の絶縁碍子３と、電極先端部４１が碍子先端部３１から突出するように絶縁碍子３の中心貫通孔３２に保持された中心電極４とを有する。そして、図２に示すごとく、中心電極４との間に火花放電ギャップを形成する主接地電極５１と、碍子先端部３１における先端外周角部３１１との間にコロナ放電ギャップを形成する副接地電極５２とが、取付金具４に接続されている。

絶縁碍子３は、図１に示すごとく、取付金具２と対向する外表面の少なくとも一部に、取付金具２と導通する導電皮膜１１を形成してなる。
絶縁碍子３の先端外周角部３１１は、中心軸Ｃを含む平面による断面形状が曲率半径０．５ｍｍ以下である。
図２に示すごとく、副接地電極５２における先端外周角部３１１に最も近い近接点５２１は、絶縁碍子３の先端面３１２よりも先端側に配置されている。

コロナ放電ギャップ及び中心軸Ｃを含む平面による断面形状において、絶縁碍子３の先端面３１２を延長した先端面延長線Ｌ１と、先端外周角部３１１に隣接する絶縁碍子３の側面を延長した側面延長線Ｌ２との交点をＱとする。そして、交点Ｑと副接地電極５２における近接点５２１との間の径方向距離をＨ１、軸方向距離をＨ２、火花放電ギャップの大きさをＧ１、コロナ放電ギャップの大きさをＧ２とする。このとき、Ｇ１≦Ｇ２、Ｈ１≦１．４ｍｍ、Ｈ２≦０．５ｍｍが成り立つ。
さらに、Ｇ１≦Ｈ１であることが好ましい。

主接地電極５１は、中心電極４の側面４２との間に火花放電ギャップを形成している。
主接地電極５１は、取付金具２に接合された基端部５１１から先端へ行くほど中心電極４に近付くように傾斜した傾斜部５１２と、該傾斜部５１２の先端側において屈曲部を介して中心電極４の軸方向に略平行に形成された直伸部５１３とを有する。そして、直伸部５１３の内側面に、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）或いはこれらの合金からなる貴金属チップ５１４が溶接されている。この貴金属チップ５１４が中心電極４の電極先端部４１の側面４２に対向配置されており、貴金属チップ５１４と中心電極４の側面４２との間に火花放電ギャップが形成されている。

また、主接地電極５１の貴金属チップ５１４が対向する中心電極４の側面４２は、中心電極４に部分的に埋め込まれた、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）或いはこれらの合金からなる貴金属部４２１によって構成されている。
なお、主接地電極５１及び中心電極４における、貴金属チップ５１４及び貴金属部４２１以外の部分は、ニッケル基合金からなる。

また、図３に示すごとく、主接地電極５１は、中心電極４を挟んで互いに対向する位置に２本配設してある。そして、副接地電極５２も、中心電極４を挟んで互いに対向する位置に２本配設してある。これら２本の主接地電極５１及び２本の副接地電極５２は、中心電極２を取り囲むように、その全周に交互に等間隔に配置されている。
なお、副接地電極５２も、ニッケル基合金からなる。

図２に示すごとく、副接地電極５２は、取付金具２に接合された基端部５２２から先端に向かって中心軸Ｃに平行に立ち上がり、所定の位置で径方向内側に屈曲してなり、中心電極４の電極先端部４１の側面４２に対向する対向端面５２３を有する。対向端面５２３は、図３に示すごとく、絶縁碍子３の碍子先端部３１の側面形状に沿うような円弧形状の凹状面を構成している。
また、本例においては、図２に示すごとく、対向端面５２３の基端の角部が上記近接点５２１となり、この近接点５２１と絶縁碍子３の先端外周角部３１１との間に、コロナ放電ギャップが形成されている。

図１に示すごとく、絶縁碍子３は、取付金具２から基端側に突出して露出する基端露出部３０１と、該紀端露出部３０１の先端側に形成された他の部位よりも外径の大きい大径部３０２と、該大径部３０２の先端側に形成された大径部３０２よりも外径の小さい中径部３０３と、該中径部３０３の先端側に形成されて燃焼室内の雰囲気に曝される脚部３０４とを有する。脚部３０４は、先端に向うにつれて縮径するテーパ状に形成されているが、その先端部である脚部先端部３１１においては、直径が変化しないストレート部が形成されている。
また、図２に示すごとく、絶縁碍子３の先端面３１２は、中心軸Ｃに直交する平面によって構成されており、その外周の先端外周角部３１１は、曲率半径０．５ｍｍ以下の面取りが形成されている。

そして、図１に示すごとく、絶縁碍子３における大径部３０２と中径部３０３とには、その外表面の全域にわたって、導電皮膜１１が形成されている。導電皮膜１１は、例えば、白金、銀、パラジウム、金、タングステン、モリブデン等の金属によって構成することができる。

取付金具２は、スパークプラグ１を内燃機関に取り付けるための取付用ネジ部２０１と、該取付用ネジ部２０１の基端側に形成された六角部２０２と、基端部に設けられたかしめ部２０３とを有する。そして、図２に示すごとく、取付金具２の先端面２２に主接地電極５１及び副接地電極５２が溶接固定されている。

図１に示すごとく、取付金具２は、絶縁碍子３の中径部３０３の先端部を先端側から係止すると共に、大径部３０２の基端側から上記かしめ部２０３によって先端側にかしめることにより、挿通孔２１内に絶縁碍子３を固定している。
そして、絶縁碍子３の中径部３０３の先端部、及び大径部３０２の基端部において、導電皮膜１１が取付金具２と電気的に導通している。

また、絶縁碍子３の脚部３０４の外表面と、取付金具２の挿通孔２１の内壁との間には、先端側に開口した空間であるポケット部１２が形成されている。それゆえ、このポケット部１２に面する脚部３０４の外表面には、燃焼室内における燃焼に伴うカーボン等の燃焼残渣物が付着することがある。

次に、本例の作用効果につき説明する。
スパークプラグ１は、碍子先端部３１における先端外周角部３１１との間にコロナ放電ギャップを形成する副接地電極５２を有する。これにより、碍子先端部３１の先端外周角部３１１と副接地電極５２との間に強電界部が形成されるため、燃焼室における燃焼のタイミングよりも前の圧力が高い状態でもコロナ放電ギャップにおいてコロナ放電が生じる。つまり、燃焼室における燃焼状態に応じて中心電極４から主接地電極５１側に流れるイオン電流の検出タイミング（後述する検出区間Ｄ）よりも早期にコロナ放電を発生させ、電荷を副接地電極５２から逃がすことができる。その結果、イオン電流の検出時におけるコロナ放電を抑制し、イオン電流の検出の妨げとならないようにすることができる。

しかも、早期に放電できるため、絶縁碍子３の外表面に大きな電荷が溜まることもなく、大きなコロナ放電を抑制し、大きなノイズが発生することを防ぐことができる。
このように、絶縁碍子３の表面に帯電した電荷を、早期に、碍子先端部３１における先端外周角部３１１から副接地電極５２へ、コロナ放電によって逃がすことができる。

特に、絶縁碍子３の外表面にカーボン等の燃焼残渣物が付着した状態において、絶縁碍子３の外表面が帯電したとき、仮に副接地電極５２がないとすると、燃焼残渣物の付着面積に応じて大きな電荷が溜まるおそれがある。この大きな電荷がイオン電流検出時に、絶縁碍子３と取付金具２との間で放電されると、イオン電流の検出が困難となる。しかし、上述のごとく、副接地電極５２を設けることにより、燃焼残渣物が付着した絶縁碍子３の外表面に帯電した電荷を、早期にコロナ放電ギャップにおいて副接地電極５２へ放電することができる。
それゆえ、燃焼に伴うイオン電流の検出時に、上記コロナ放電に伴うノイズが発生することを防ぎ、イオン電流を正確に検出することができる。

ここで、図４〜図６を用いて、イオン電流の検出時に現れる検出電流の波形につき、説明する。図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）は、スパークプラグ１に検出される電流値の時間変化を示し、これらと時間軸を揃えた、燃焼室内の圧力の時間変化を、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）の曲線Ｐに示す。

まず、コロナ放電が生じない理想的な電流の検出波形には、図４（Ａ）に示すごとく、スパークプラグ１の点火時に発生する点火ノイズ６０と、燃焼に基づいて点火ノイズ６０の直後に流れるイオン電流のイオン電流波形６１とが現れる。そして、燃焼が行われない失火の状態においては、図５（Ａ）に示すごとく、点火ノイズ６０の直後に、イオン電流波形６１は現れない。

それゆえ、点火ノイズ６０の直後に、所定の閾値６２を超えるイオン電流波形６１が現れたか否か（図４（Ａ）、図５（Ａ）における閾値６２よりも下方にイオン電流波形６１が現れたか否か）により、正常な燃焼が行われたか否かを判定することができる。
つまり、点火ノイズ６０の発生が終了した直後から、燃焼に基づくイオン電流を検出するための検出区間Ｄが始まる。

しかしながら、実際には、上述したごとく、絶縁碍子３と取付金具２との間に生じるコロナ放電に基づくノイズ電流も発生する。このコロナ放電は、燃焼室の圧力Ｐがある程度低くなったときに発生する。一方、図４、図５、図６に示すごとく、スパークプラグ１の点火時（点火ノイズ６０が発生している時期）には、燃焼室の圧力Ｐは高く、その後、低下し、イオン電流の検出区間Ｄにおいてはある程度低い状態となる。

そのため、副接地電極５２を設けないスパークプラグにおいては、点火ノイズ６０の発生時にはコロナ放電が発生し難く、圧力Ｐが低下したイオン電流の検出区間Ｄにおいてコロナ放電が発生することとなる。そうすると、図６（Ａ）に示すごとく、コロナ放電に基づくノイズ６３がイオン電流の検出区間Ｄにおいて発生し、これが上記閾値６２を超えると、ノイズ６３を、図４（Ａ）に示すイオン電流波形６１と誤認して検出されてしまう。すなわち、失火の状態でも、このノイズ６３が検出されることによって、正常な燃焼が行われていると誤判定されてしまう。

これに対して、副接地電極５２を設けた本例のスパークプラグ１においては、副接地電極５２の周囲に強電界部が形成されることによって、早期にコロナ放電を発生させて、絶縁碍子３の外表面における電荷を放電することができる。これにより、コロナ放電に伴うノイズ６３は、点火ノイズ６０が発生する時期に発生し、イオン電流の検出区間Ｄにおいては抑制されることとなる。
その結果、上記のような誤判定を抑制することができる。

そして、上記径方向距離Ｈ１、上記軸方向距離Ｈ２、上記火花放電ギャップの大きさＧ１、上記コロナ放電ギャップの大きさＧ２が、Ｇ１≦Ｇ２、Ｈ１≦１．４ｍｍ、Ｈ２≦０．５ｍｍを満たすことにより、副接地電極が上記の機能を発揮することができ、上記の作用効果を奏することができる。
また、上記条件を満たすことにより、コロナ放電ギャップにおける火花放電を防ぎ、火花放電ギャップにおける正常な火花放電を確保して、着火性を確保することができる。
この点については、後述する実験例において詳述する。

また、絶縁碍子３は、取付金具２と対向する外表面の少なくとも一部に、導電皮膜１１を形成してなる。そのため、導電皮膜１１を形成した部分においては、絶縁碍子３の外表面が帯電しても、電荷が導電皮膜１１を通じて取付金具２に逃げる。これにより、仮に導電皮膜１１がないとした場合に、燃焼残渣物の付着の有無とは関係なくスパークプラグ１の新品時から恒久的に発生する、絶縁碍子３の外表面と取付金具２との間のコロナ放電に起因するノイズを抑制することができる。

また、Ｇ１≦Ｈ１とすることによって、より確実に、コロナ放電ギャップにおける火花放電を防ぎ、火花放電ギャップにおける正常な火花放電を確保することができる。
また、主接地電極５１は、中心電極４の側面４２との間に火花放電ギャップを形成している。そのため、燃焼室へのスパークプラグ１の突出し量を大きくすることなく、中心電極４の電極先端部４１を絶縁碍子３の碍子先端部３１から大きく突き出して、スパークプラグ１によるイオン電流の検出感度を高めることができる。

また、図３に示すごとく、副接地電極５２は、中心電極４を挟んで互いに対向する位置に２本配設してある。これにより、絶縁碍子３の外表面に帯電した電荷を、偏りなく早期に放電することができ、イオン電流の検出時におけるノイズの発生を効果的に抑制することができる。

以上のごとく、本例によれば、火花放電ギャップにおける正常な火花放電を確保しつつ、イオン電流検出時のノイズ発生を充分に防ぐ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。

（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、副接地電極５２が、等間隔に３本配設されている内燃機関用のスパークプラグ１の例である。
一方、主接地電極５１は、実施例１と同様に、２本配設されている。３本の副接地電極５２は、中心電極４の電極先端部４１の周囲に等間隔に、すなわち隣り合う副接地電極５２の間の配置を１２０°ずらして取付金具２の先端面２２に固定されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、絶縁碍子３の外表面に帯電した電荷を、全周にわたって万遍なく放電することができ、ノイズの発生をより効果的に抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図８、図９に示すごとく、主接地電極５１と副接地電極５２とを、取付金具２に接続された共通の共通接地電極５０によって構成したスパークプラグ１の例である。
火花放電ギャップは、共通接地電極５０の先端部と中心電極４との間に形成され、コロナ放電ギャップは、共通接地電極５０における先端部よりも基端側の中間部と中心電極４との間に形成されている。

また、共通接地電極５０は、中心電極４に向って突出した火花放電用凸部５０４と、絶縁碍子３に向って突出したコロナ放電用凸部５０５とを有する。火花放電用凸部５０４と中心電極４との間に火花放電ギャップが形成され、コロナ放電用凸部５０５と絶縁碍子３の先端外周角部３１１との間に上記コロナ放電ギャップが形成されている。
火花放電用凸部５０４及びコロナ放電用凸部５０５は、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）或いはこれらの合金からなる貴金属チップによって構成されている。

共通接地電極５０は、上記コロナ放電用凸部５０５を設けている以外は、実施例１における主接地電極５１と同様の形状を有する。すなわち、共通電極５０は、取付金具２に接合された基端部５０１から先端に向かって中心電極４に近付くように傾斜した傾斜部５０２と、該傾斜部５０２の先端側において屈曲部を介して中心電極４の軸方向に略平行に形成された直伸部５０３とを有する。そして、直伸部５０３の内側面に火花放電用凸部５０４が溶接され、傾斜部５０２の内側面にコロナ放電用凸部５０５が溶接されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、主接地電極５１と副接地電極５２とを共通化することができるため、スパークプラグ１の構成を簡単にすることができると共に、材料費を低減することができる。
また、本例のスパークプラグ１においては、共通接地電極５０に設けた火花放電用凸部５０４と中心電極４との間に火花放電ギャップが形成され、共通接地電極５０に設けたコロナ放電用凸部５０５と絶縁碍子３の先端外周角部３１１との間にコロナ放電ギャップが形成されている。そのため、火花放電ギャップ及びコロナ放電ギャップに、それぞれ強電界部が形成されやすいため、火花放電ギャップにおける火花放電を確実に生じさせることができると共に、コロナ放電ギャップにおけるコロナ放電を早期に生じさせることができる。

また、火花放電用凸部５０４及びコロナ放電用凸部５０５は、貴金属チップによって構成されているため、耐久性を向上させることができる。その結果、イオン電流検出時におけるノイズの発生し難い長寿命のスパークプラグ１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実験例）
本例は、図１０に示すごとく、径方向距離Ｈ１及び軸方向距離Ｈ２と、スパークプラグの着火性及びノイズ抑制効果との関係につき評価した例である。
まず、実施例１に示したスパークプラグ１と同様の構成であって、径方向距離Ｈ１と軸方向距離Ｈ２を、種々変更した複数種類のスパークプラグを用意した。

ここで、火花放電ギャップの大きさＧ１は１．０ｍｍとした。また、絶縁碍子３の先端外周角部３１１の曲率半径は、０．２ｍｍである。
また、中心電極４の電極先端部４１の直径は２ｍｍ、絶縁碍子３の碍子先端部３１の直径は４．５ｍｍ、主接地電極５１及び副接地電極５２の母材（貴金属チップ５４以外の部分）の断面形状は、厚み１．２ｍｍ×幅２．２ｍｍの矩形である。また、主接地電極５１における貴金属チップ５４は、直径０．７ｍｍ、長さ０．８ｍｍの円柱形状である。
また、取付金具２の取付用ネジ部２０１の直径は１４ｍｍ、長さは１９ｍｍである。また、絶縁碍子３の脚部３０４の長さは１５ｍｍである。

上記着火性の評価は、５Ｌ、多気筒のエンジンベンチを用いて行った。このエンジンベンチの全気筒に、評価対象のスパークプラグを装着するとともに、エンジンヘッドに振動ピック（振動測定器）を取り付けた状態で、アイドリング放置運転を行った。そして、３０秒間、エンジンヘッドの振動加速度を測定した。

この振動加速度を、副接地電極５２を備えていないスパークプラグについても同様に測定した。そして、評価対象のスパークプラグによる振動加速度の最大値Ｍ１を、副接地電極５２を備えていないスパークプラグによる振動加速度の最大値Ｍ０と比較して、Ｍ０≦Ｍ１となる場合には、合格、Ｍ０＞Ｍ１の場合には不合格とした。
つまり、Ｍ０＞Ｍ１の場合には、副接地電極５２と絶縁碍子３との間のコロナ放電ギャップにおける火花放電が生じ、着火性が低下していると判断されることから、不合格としている。

この着火性試験の結果を、図１０のグラフにおいて、実線の○（合格）と×（不合格）とによって表した。同図から分かるように、径方向距離Ｈ１が１．０ｍｍ以上、すなわちＨ１≧Ｇ１のとき着火性については合格となり、Ｈ１が１．０ｍｍを下回る、すなわちＨ１＜Ｇ１となると、不合格となるものもある。ただし、軸方向距離Ｈ２が０．５ｍｍの場合には、Ｈ１が１．０ｍｍを下回る０．９ｍｍであっても、合格となった。これは、コロナ放電ギャップの大きさＧ２が充分な大きさ（Ｇ１≦Ｇ２）となるからであると考えられる。

次に、上記ノイズ抑制効果の評価は、上記と同様のエンジンベンチを用い、一つの気筒に評価対象のスパークプラグを装着することにより行った。また、エンジンベンチにスパークプラグを取り付ける前に、別のエンジンに取り付けると共に過濃Ａ／Ｆ（過濃空燃比）の混合気を用いて運転し、絶縁碍子３の脚部３０１の外表面にカーボンを付着させた状態（カーボン汚損状態）にした。
このようにカーボン汚損状態としたスパークプラグを上記エンジンベンチに装着し、回転数３０００ｒｐｍ、フルスロットルにて運転した。

そして、燃焼時のイオン電流を、３０秒間測定した。このときの出力値の最小値を、ＩＯＮminとする。これが、上述した図４〜図６における閾値６２に対応する。このイオン電流測定の際の運転は、確実な燃焼が行われる運転条件を選択する。たとえば、点火時期の過度な進角や遅角は運転条件として用いない。
一方、同じ運転条件において、スパークプラグを装着した気筒への燃料噴射を強制的に止めて、完全失火状態を形成し、失火時のイオン電流を３分間測定した。このときのノイズ（検出区間Ｄにおける検出電流）の最大値を、ＮＯＩＳＥmaxとする。

そして、ＩＯＮmin≧２×ＮＯＩＳＥmaxの場合に合格、ＩＯＮmin＜２×ＮＯＩＳＥmaxの場合に不合格と判定した。
ここで、上記のごとく、ＩＯＮminが閾値６２であることから、実際にはノイズがＩＯＮminを超えたときに燃焼によるイオン電流と誤認識されることとなるが、本試験では、誤認識をより確実に防ぐ観点から、ノイズがＩＯＮminの半分以下となるものを合格とした。

このノイズ抑制効果試験の結果を、図１０のグラフにおいて、破線の○（合格）と×（不合格）とによって表した。同図から分かるように、Ｈ１≦１．４ｍｍ、Ｈ２≦０．５ｍｍであれば、ノイズ抑制効果が得られる。一方、Ｈ２が０．５ｍｍを超えると、ノイズが充分に抑制されていない。これは、絶縁碍子３の外表面に帯電した電荷が、コロナ放電ギャップから充分に放電しきれないためと考えられる。

以上、着火性試験及びノイズ抑制効果試験の結果から、Ｇ１≦Ｇ２、Ｈ１≦１．４ｍｍ、Ｈ２≦０．５ｍｍとすることにより、着火性を維持しつつ、充分なノイズ抑制効果を得ることができることが分かる。
なお、図１０における一点鎖線によって囲まれた領域Ｓが、本発明の要件を満たすＨ１、Ｈ２のとり得る範囲を示す。

１ スパークプラグ
１１ 導電皮膜
２ 取付金具
２１ 挿通孔
３ 絶縁碍子
３１ 碍子先端部
３１１ 先端外周角部
３１２ 先端面
３２ 中心貫通孔
４ 中心電極
４１ 電極先端部
５１ 主接地電極
５２ 副接地電極
５２１ 近接点
Ｃ 中心軸
Ｇ１ 火花放電ギャップの大きさ
Ｇ２ コロナ放電ギャップの大きさ
Ｈ１ 径方向距離
Ｈ２ 軸方向距離

Claims (8)

1. 筒状の取付金具と、碍子先端部が上記取付金具から突出するように該取付金具の挿通孔に保持された筒状の絶縁碍子と、電極先端部が上記碍子先端部から突出するように上記絶縁碍子の中心貫通孔に保持された中心電極と、上記取付金具に接続されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する主接地電極と、上記取付金具に接続されると共に上記碍子先端部における先端外周角部との間にコロナ放電ギャップを形成する副接地電極とを有する内燃機関用のスパークプラグであって、
   上記絶縁碍子は、上記取付金具と対向する外表面の少なくとも一部に、上記取付金具と導通する導電皮膜を形成してなり、
   上記絶縁碍子の上記先端外周角部は、中心軸を含む平面による断面形状が曲率半径０．５ｍｍ以下であり、
   上記副接地電極における上記先端外周角部に最も近い近接点は、上記絶縁碍子の先端面よりも先端側に配置されており、
   上記コロナ放電ギャップ及び上記中心軸を含む平面による断面形状において、上記絶縁碍子の上記先端面を延長した先端面延長線と、上記先端外周角部に隣接する上記絶縁碍子の側面を延長した側面延長線との交点をＱとし、
   該交点Ｑと上記副接地電極における上記近接点との間の径方向距離をＨ１、軸方向距離をＨ２、上記火花放電ギャップの大きさをＧ１、上記コロナ放電ギャップの大きさをＧ２としたとき、
   Ｇ１≦Ｇ２、Ｈ１≦１．４ｍｍ、Ｈ２≦０．５ｍｍであることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
2. 請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、Ｇ１≦Ｈ１であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記主接地電極は、上記中心電極の側面との間に上記火花放電ギャップを形成していることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
4. 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において、上記副接地電極は、上記中心電極を挟んで互いに対向する位置に２本配設してあることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
5. 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において、上記副接地電極は、等間隔に３本以上配設されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
6. 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において、上記主接地電極と上記副接地電極とは、上記取付金具に接続された共通の共通接地電極によって構成されており、上記火花放電ギャップは、上記共通接地電極の先端部と上記中心電極との間に形成され、上記コロナ放電ギャップは、上記共通接地電極における上記先端部よりも基端側の中間部と上記中心電極との間に形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
7. 請求項６に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記共通接地電極は、上記中心電極に向って突出した火花放電用凸部と、上記絶縁碍子に向って突出したコロナ放電用凸部とを有し、上記火花放電用凸部と上記中心電極との間に上記火花放電ギャップが形成され、上記コロナ放電用凸部と上記絶縁碍子の上記先端外周角部との間に上記コロナ放電ギャップが形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
8. 請求項７に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記火花放電用凸部及び上記コロナ放電用凸部は、貴金属チップによって構成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。

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