JP5751137B2 - 内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、自動二輪、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造に関する。

従来より、図１４に示すごとく、例えば、自動車等の内燃機関の燃焼室に導入される混合気の着火手段として用いられる内燃機関用のスパークプラグ９がある。
上記スパークプラグ９は、中心電極９４と接地電極９５とを有する。該接地電極９５はその一端がハウジング９２に固定されると共に屈曲して、他端を中心電極９４に対向する位置に配置している。

また、上記接地電極９５には、火花放電ギャップ９１１へ向かって突出した突起部９６が配されている。また、突起部９６は、上記中心電極９４と対向する対向面９６０を有している。そして、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、火花放電ギャップ９１１において放電がなされ、この放電により混合気に着火する。なお、図中の符号Ｅは放電により形成される火花放電を示し、符号Ｆは混合気の気流を示し、符号Ｉは火炎を示す（特許文献１参照）。
なお、特許文献２には、突起部９６のない接地電極を備えたスパークプラグが開示されている。

特開２００３−３１７８９６号公報 特開２００９−２５２５２５号公報

しかしながら、近年では、燃費向上を企図した希薄燃焼による内燃機関が種々開発されており、かかる希薄燃焼においては混合気への着火性を保持すべく、燃焼室内の混合気の流速を大きくする必要がある。そのため、上述した特許文献１に示すようなスパークプラグ９を使用した場合は、混合気の流速が大きくなる分、図１５（Ｃ）に示すごとく、火花放電ギャップ９１１において混合気が火花放電Ｅによって温められる前に、火花放電Ｅが引き伸ばされて切れやすくなってしまう。火花放電Ｅが消えた場合は、再度放電する現象（以下、これを再放電という）が生じ、これが繰り返されることとなる。そして、気流によって一定の方向、すなわち下流側に絶えず火花放電Ｅが流されることで、突起部９６の下流側の角部において再放電が繰り返され、この部分が偏って消耗しやすくなる（以下、これを偏消耗という）。その結果、スパークプラグの寿命が低下してしまうという問題が生じていた。

これに対して、一般的には、突起部９６を太径化することで耐消耗性を向上させ、スパークプラグの寿命を向上させることが考えられる。
しかし、この場合、突起部９６の上記対向面９６０が拡大するため、火炎成長時において対向面９６０が火炎Ｉから熱を奪い、火炎Ｉの成長を阻害してしまうおそれがある（以下、これを消炎作用という）。その結果、スパークプラグの着火性の低下を招くおそれがある。

また、特許文献２に記載のスパークプラグは、接地電極の形状を、混合気の気流の上流側よりも下流側の体積が大きくなるようにしているが、突起部がないと消炎作用が大きくなり易いため、着火性向上には不利である。また、特許文献２に記載のスパークプラグは、接地電極に突起部を有さず、上述の突起部の消耗の問題を解決するものではない。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであって、消炎作用を抑制しつつ、着火性及び寿命を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造を提供しようとするものとする。

本発明の一態様は、筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続されると共に上記中心電極にプラグ軸方向から対向する対向部を有して上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
上記中心電極の上記先端部及び上記接地電極の上記対向部の少なくとも一方には、火花放電ギャップに向かって突出した突起部が配されており、
上記突起部のうち少なくとも一方は、プラグ軸方向に直交する断面形状が、その輪郭のうち最も曲率半径の小さい最小曲率半径部を有すると共に、以下の条件を満たす特定形状であって、
上記条件は、上記断面形状における上記最小曲率半径部と幾何学的重心とを結ぶ第一直線を想定し、次いで、該第一直線が上記断面形状の輪郭と交差する２つの交点間を結ぶ第一線分を想定し、次いで、上記第一線分の中点において該第一線分と直交する第二直線を想定し、上記断面形状を上記第二直線によって、上記最小曲率半径部を含む第１領域と上記最小曲率半径部を含まない第２領域とに分割したとき、上記第２領域の面積が上記第１領域の面積よりも大きいという条件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）。

また、他の態様は、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を内燃機関に取り付けてなるスパークプラグ取付構造であって、燃焼室に配された上記突起部は、上記第１領域が上記第２領域よりも上記燃焼室に供給される混合気の気流の上流側となるように配置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の取付構造にある（請求項６）。

上記スパークプラグは、上記突起部のうち少なくとも一方のプラグ軸方向に直交する断面形状が、上記特定形状に形成されている。すなわち、上記断面形状における上記第２領域の面積が上記第１領域の面積よりも大きくなるように形成されている。これによって、上記スパークプラグを内燃機関の燃焼室に取付ける際、上記突起部の上記第１領域が上記第２領域よりも上記燃焼室における混合気の気流の上流側となるように配置すれば、スパークプラグの長寿命化を図ることができる。すなわち、上記のような配置とすれば、上記突起部における気流の下流側には、面積の大きい上記第２領域が配置されることとなる。そのため、上述のごとく上記突起部の下流側の角部において再放電が繰り返されても、面積が大きい分、再放電による上記突起部の消耗範囲の拡大を抑制することができる。そのため、上記突起部の偏消耗を抑制し、耐消耗性を向上させることができる。その結果、スパークプラグの寿命を向上させることができる。

また、上記のような配置とすれば、上記第１領域における上記最小曲率半径部が上流側に配置される。上記最小曲率半径部の付近は、最も電界集中させやすく、上記最小曲率半径部が放電の起点となりやすい。そのため、上記最小曲率半径部を上流側に配置することにより、上記突起部の中でもその上流側において初期の火花放電を得ることができ、火花放電が混合気によって下流側まで流されて吹き消されるまでの時間を稼ぐことができる。そのため、火炎による着火機会を充分確保することができる。その結果、スパークプラグの着火性を向上させることができる。

上記構成は、上記突起部のうち少なくとも一方の上記断面形状を、上記特定形状とすることによって実現されている。これによって、上記突起部自体を特に太径化することなく、消炎作用を抑制することもできる。その結果、スパークプラグの着火性の低下を防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、消炎作用を抑制しつつ、着火性及び寿命を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造を提供することができる。

実施例１における、スパークプラグの部分断面による説明図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、特定形状の突起部の斜視による説明図。 実施例１における、スパークプラグの燃焼室内への取付状態の説明図。 図４のＢ−Ｂ線矢視断面図。 実施例１における、突起部６の説明図であって、（Ａ）放電時の状態を示す説明図、（Ｂ）火花放電の移動を示す説明図、（Ｃ）偏消耗の状態を示す説明図。 実施例２における、スパークプラグの部分断面による説明図。 図７のＤ−Ｄ線矢視断面図。 図７のＨ−Ｈ線矢視断面図。 実施例３における、突起部の図５に相当する説明図。 実施例４における、突起部６の説明図であって、（Ａ）図２に相当する断面による説明図、（Ｂ）図３に相当する斜視による説明図。 実施例５における、突起部６の説明図であって、（Ａ）図２に相当する断面による説明図、（Ｂ）図３に相当する斜視による説明図。 比較例１における、スパークプラグ９における突起部９６の説明図であって、（Ａ）放電時の状態を示す説明図、（Ｂ）火花放電の移動を示す説明図、（Ｃ）火花放電の吹き消えと再放電を示す説明図、（Ｄ）偏消耗の状態を示す説明図。 背景技術における、スパークプラグの先端部分の説明図。 背景技術における、スパークプラグの先端部分の説明図であって、（Ａ）放電時の状態を示す説明図、（Ｂ）火花放電が気流によって引き延ばされた状態の説明図、（Ｃ）放電切れの状態を示す説明図。 実験例１における、耐久時間とギャップ拡大量との関係を示す線図。 実験例２における、耐久時間と放電電圧との関係を示す線図。 実験例３における、耐久時間と再放電発生回数との関係を示す線図。

上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、自動二輪、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関の着火手段として用いることができる。
また、上記スパークプラグにおいて、内燃機関の燃焼室内に挿入される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

なお、上記第１領域が上記第２領域よりも上記気流の上流側に配されるように上記スパークプラグを上記燃焼室に取付ける方法は、既存の周知技術を用いることで実現できる。つまり、例えば、特開平１１−３２４８７８号公報、特開平１１−３５１１１５号公報等に開示された周知技術を用いることで、上述のような上記スパークプラグの配置を容易に実現できる。

また、上記特定形状の上記突起部を、上記中心電極または上記接地電極のいずれか一方に配して構成してもよいし、或いは上記中心電極及び上記接地電極の双方に配して構成してもよい。なお、上記中心電極に上記突起部を配する場合は、上記突起部は、プラグ径方向の幅が上記中心電極の上記先端部の外径よりも小さくなるように形成される。

また、上記突起部は、上記中心電極の上記先端部と上記接地電極の上記対向部との双方に配されており、かつ双方の上記突起部の上記断面形状が、上記特定形状であることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記中心電極においても上記接地電極と同様に、着火機会の確保、消炎作用の抑制、耐消耗性の向上を図ることができる。そのため、上記スパークプラグの着火性及び寿命を効果的に向上させることができる。

また、上記突起部は、上記第一直線が上記接地電極の上記対向部の延設方向に対して交差するように配されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記接地電極によって火花放電ギャップに向かう気流を遮蔽することを防ぎつつ、気流の下流側に上記第２領域が配置され、気流の上流側に上記第１領域が配置されるようにすることができる。そのため、上述のごとく、上記突起部の耐消耗性を向上させることができると共に、上記着火機会を充分確保することができる。その結果、スパークプラグの寿命を向上させつつ、着火性をより向上させることができる。

また、上記突起部は、上記第一直線が上記接地電極の上記対向部の延設方向に対して直交するように配されていることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記接地電極によって火花放電ギャップに向かう気流を遮蔽することをより確実に防ぎつつ、気流の下流側に上記第２領域が配置され、気流の上流側に上記第１領域が配置されるようにすることができる。そのため、上述のごとく、上記突起部の耐消耗性を向上させることができると共に、上記着火機会を充分確保することができる。その結果、スパークプラグの寿命を向上させつつ、着火性をより効果的に向上させることができる。

また、上記突起部は、貴金属チップからなることが好ましい（請求項５）。この場合には、一層のスパークプラグの長寿命化を図ることができる。

（実施例１）
実施例にかかるスパークプラグにつき、図１〜図６を用いて説明する。
本例のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状のハウジング２と、ハウジング２の内側に保持された筒状の絶縁碍子３と、先端部が突出するように絶縁碍子３の内側に保持された中心電極４と、ハウジング２に接続されると共に中心電極４にプラグ軸方向から対向する対向部５２を有して中心電極４との間に火花放電ギャップ１１を形成する接地電極５とを備えている。
また、接地電極５の対向部５２には、火花放電ギャップ１１に向かって突出した突起部６が配されている。

また、突起部６は、図２に示すごとく、プラグ軸方向に直交する断面形状が、その輪郭６０のうち最も曲率半径の小さい最小曲率半径部６１を有すると共に、以下の条件を満たす特定形状である。その条件は以下のように定められる。すなわち、図２に示すごとく、まず、上記断面形状における最小曲率半径部６１と幾何学的重心Ｐ１とを結ぶ第一直線Ｌ１を想定する。次いで、第一直線Ｌ１が上記断面形状の輪郭６０と交差する２つの交点Ｐ２間を結ぶ第一線分Ｍを想定する。次いで、第一線分Ｍの中点Ｐ３において第一線分Ｍと直交する第二直線Ｌ２を想定する。次いで、上記断面形状を第二直線Ｌ２によって、最小曲率半径部６１を含む第１領域Ｂと最小曲率半径部６１を含まない第２領域Ｃとに分割する。このとき、第２領域Ｃの面積は第１領域Ｂの面積よりも大きい。

また、突起部６は、第一直線Ｌ１が接地電極５の対向部５２の延設方向（図５に示す破線Ｌ５）に対して直交するように配されている。なお、突起部６は、第一直線Ｌ１と同一方向の全長Ｗ１が、対向部５２の延設方向に直交する方向の幅Ｗ２よりも小さくなるように形成されている。そして、図３に示すごとく、突起部６は、上記断面形状が上記特定形状を満たす柱状体であると共に、プラグ軸方向への厚みＴを有する。

また、図２に示すごとく、突起部６は、上記断面形状の輪郭６０が、第一直線Ｌ１を基準として線対象形状となっている。そして、輪郭６０は、第二直線Ｌ２方向の幅が、第１領域Ｂの最小曲率半径部６１（第１領域Ｂ側の交点Ｐ２）から第２領域Ｃへ向かって徐々に拡大し、第２領域Ｃにおいて最大幅部６２を形成すると共に、該最大幅部６２を基点として第２領域Ｃ側の交点Ｐ２に向かい窄まった形状となっている。そして、最大幅部６２は、第２領域Ｃにおける輪郭６０のうちで最も曲率半径が小さい部分となっている。

また、本例のスパークプラグ１において、ハウジング２の直径は１０ｍｍ、ハウジング２の先端部における肉厚は１．４ｍｍである。また、第一直線Ｌ１に沿った突起部６の全長Ｗ１は０．８８ｍｍ、第一直線Ｌ１と同一方向とプラグ軸方向の双方に直交する方向の幅Ｗ３（図３参照）は０．８８ｍｍ、突起部６の厚みＴは０．８ｍｍである。
また、突起部６の第１領域Ｂにおける最小曲率半径部６１の曲率半径Ｒ１は０．１であり、第２領域Ｃにおける最大幅部６２の曲率半径Ｒ２は０．２である。また、接地電極５の対向部５２の幅Ｗ２は２．６ｍｍである。
また、中心電極４の先端部は、絶縁碍子３の先端から軸方向に１．５ｍｍ突出している。そして、火花放電ギャップ１１の大きさは０．８ｍｍである。

また、図１に示すごとく、接地電極５は、一端がハウジング２の先端部に固定されると共に先端側に立設する立設部５１と、立設部５１の他端から屈曲して中心電極４にプラグ軸方向から対向する対向部５２とを有している。本例では、この対向部５２における中心電極４に対向する面に、図３に示す突起部６が配されている。

また、突起部６は、貴金属チップによって構成されており、より具体的には、本例における突起部６は、例えば、白金合金から構成されている。そして、本例では、接地電極５の対向部５２に貴金属チップが溶接によって接合され、この貴金属チップによって、突起部６が構成されている。

また、ハウジング２及び接地電極５の母材（突起部６以外の部位）はニッケル合金からなる。
また、本例においては、中心電極４の先端部は、貴金属チップからなる略円柱状をなす突起部４１によって構成されている。また、この貴金属チップは、例えば、イリジウム合金から構成することができる。
なお、本例のスパークプラグ１は、自動車等の車両用の内燃機関に用いられる。

次に、本例のスパークプラグ１の内燃機関７への取付構造につき、図４、図５を用いて説明する。
スパークプラグ１の内燃機関７への取付に際して、例えば、周知技術（特開平１１−３２４８７８号公報、特開平１１−３５１１１５号公報等）を用いて、燃焼室７０における混合気の気流Ｆの気流方向に対して接地電極５の位置を調節して、スパークプラグ１を内燃機関７へ取付ける。

具体的には、図４、図５に示すごとく、気流Ｆの気流方向に対して、接地電極５の対向部５２の延設方向（図５に示す破線Ｌ５）が直交するように調節して、スパークプラグ１を内燃機関７に取付ける。つまり、接地電極５の立設部５１が気流Ｆを遮蔽しないようにスパークプラグ１を内燃機関７に取付ける。また、図５に示すごとく、燃焼室７０に配された突起部６が、第１領域Ｂが第２領域Ｃよりも燃焼室７０に供給される混合気の気流Ｆの上流側となるように配置されるようにする。

次に、本例のスパークプラグ１の放電時の突起部６における火花放電Ｅの移動と突起部６の消耗との関係につき、図６を用いて詳細に説明する。
中心電極４と接地電極５との間に所定の電圧を印加することにより、火花放電ギャップ１１に放電させる際には、図６（Ａ）に示すごとく、突起部６の上流側において初期の火花放電Ｅを得ることができる。つまり、電界強度が高くなりやすい最小曲率半径部６１において、初期の火花放電Ｅが生じる。そして、図６（Ｂ）に示すごとく、火花放電Ｅは、混合気の気流Ｆによって下流側まで流され、図６（Ｃ）に示すごとく、突起部６の下流側の角部において火花放電Ｅが引き伸ばされる。この間に火花放電Ｅによって、混合気に着火する。また、突起部６の下流側の角部において、火花放電Ｅが引き伸ばされ消滅するが、同じ箇所、すなわち、突起部６の下流側の角部において再放電が繰り返される。これによって、突起部６の消耗が生じることとなる。

次に、本例の作用効果につき、図２、図４〜図６を用いて説明する。
上記スパークプラグ１は、突起部６のうち少なくとも一方のプラグ軸方向に直交する断面形状が、上記特定形状に形成されている。すなわち、図２に示すごとく、上記断面形状における第２領域Ｃの面積が第１領域Ｂの面積よりも大きくなるように形成されている。これによって、スパークプラグ１を内燃機関７の燃焼室７０に取付ける際、突起部６の第１領域Ｂが第２領域Ｃよりも燃焼室７０における混合気の気流Ｆの上流側となるように配置すれば、スパークプラグ１の長寿命化を図ることができる。すなわち、上記のような配置とすれば、突起部６における気流Ｆの下流側には、面積の大きい第２領域Ｃが配置されることとなる。そのため、上述のごとく突起部６の下流側の角部において再放電が繰り返されても、図６（Ｃ）に示すごとく、面積が大きい分、再放電による突起部６の消耗範囲の拡大を抑制することができる。そのため、突起部６の偏消耗を抑制し、耐消耗性を向上させることができる。その結果、スパークプラグ１の寿命を向上させることができる。

また、上記のような配置とすれば、第１領域Ｂにおける最小曲率半径部６１が上流側に配置される。最小曲率半径部６１の付近は、最も電界集中させやすく、最小曲率半径部６１が放電の起点となりやすい。そのため、最小曲率半径部６１を上流側に配置することにより、図６（Ａ）に示すごとく、突起部６の中でもその上流側において初期の火花放電Ｅを得ることができる。そして、図６（Ｂ）に示すごとく、火花放電Ｅが混合気によって下流側まで流されて吹き消されるまでの時間を稼ぐことができる。そのため、火炎による着火機会を充分確保することができる。その結果、スパークプラグ１の着火性を向上させることができる。

上記構成は、突起部６の上記断面形状を、上記特定形状とすることによって実現されている。これによって、突起部６自体を特に太径化することなく、消炎作用を抑制することもできる。その結果、スパークプラグ１の着火性の低下を防ぐことができる。

また、突起部６は、図５に示すごとく、第一直線Ｌ１が接地電極５の対向部の延設方向に対して直交するように配されている。これによって、接地電極５によって火花放電ギャップ１１に向かう気流Ｆを遮蔽することをより確実に防ぎつつ、気流Ｆの下流側に第２領域Ｃが配置され、気流Ｆの上流側に第１領域Ｂが配置されるようにすることができる。そのため、上述のごとく、突起部６の耐消耗性を向上させることができると共に、着火機会を充分確保することができる。その結果、スパークプラグ１の寿命を向上させつつ、着火性をより効果的に向上させることができる。
また、突起部６は、貴金属チップからなる。これによって、一層のスパークプラグ１の長寿命化を図ることができる。

以上のごとく、本例によれば、消炎作用を抑制しつつ、着火性及び寿命を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図７〜図９に示すごとく、中心電極４の先端部に設けた突起部４１も接地電極５の突起部６と同様の上記特定形状とした例である。
本例においては、図８、図９に示すごとく、中心電極４の突起部４１と接地電極５の突起部６との双方は、プラグ軸方向に直交する断面形状が、上記実施例１で示した特定形状をなす（図２参照）。

また、本例のスパークプラグ１を内燃機関７の燃焼室７０（図４参照）に取付けた状態において、突起部４１及び突起部６は、それぞれ第１領域Ｂが第２領域Ｃよりも気流Ｆの上流側に配されると共に、それぞれ最小曲率半径部６１が気流Ｆの上流側を向いた状態とすることができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、中心電極４においても接地電極５と同様に、着火機会の確保、消炎作用の抑制、耐消耗性の向上を図ることができる。そのため、スパークプラグ１の着火性及び寿命を効果的に向上させることができる。
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１０に示すごとく、突起部６を、第一直線Ｌ１が接地電極５の対向部５２の延設方向に対して斜めに交差するように配した例である。
本例における突起部６は、第一直線Ｌ１が接地電極５の対向部５２の延設方向（破線Ｌ５）に対して４５°で交差するように配されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、図１０に示すごとく、接地電極５によって火花放電ギャップ１１に向かう気流Ｆを遮蔽することを防ぎつつ、気流Ｆの下流側に第２領域Ｃが配置され、気流Ｆの上流側に第１領域Ｂが配置されるようにすることができる。つまり、例えば、対向部５２の延設方向（破線Ｌ５）が気流Ｆに直交するようにスパークプラグ１を内燃機関７の燃焼室７０に取り付けたときに、最小曲率半径部６１が気流Ｆの上流側となるような配置にすることが可能となる。そのため、上述のごとく、突起部６の耐消耗性を向上させることができると共に、着火機会を充分確保することができる。その結果、スパークプラグ１の寿命を向上させつつ、着火性をより向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、上記特定形状をなす突起部６を、第１領域Ｂと第２領域Ｃの面積差を大きくして形成した例である。
本例における突起部６は、プラグ軸方向に直交する断面形状の輪郭６０が、上記断面形状における第１領域Ｂの最小曲率半径部６１から第２領域Ｃの一部に亘る輪郭６０の一部において、第一線分Ｍの中点Ｐ３側に向って窪んだ窪み部６３を形成してなる。これによって、図１１（Ａ）に示すごとく、突起部６のプラグ軸方向に直交する断面形状が、第１領域Ｂの面積が第２領域Ｃの面積よりも特に小さく、その面積差が大きくなるように形成されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、突起部６において、最小曲率半径部６１を含んだ第１領域Ｂ側において電界集中させやすく、最小曲率半径部６１を放電の起点とさせやすい。そのため、着火機会を確保しやすくできる。また、第２領域Ｃ側の耐消耗性をより向上させやすくすることができる。その結果、スパークプラグ１の着火性及び寿命を効果的に向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例も、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、上記特定形状をなす突起部６の輪郭６０に窪み部６３を設けて第１領域Ｂと第２領域Ｃの面積差を大きくして形成した例である。
また、本例においては、突起部６の上記断面形状における第２領域Ｃの輪郭６０の一部に、上記第一直線Ｌ１と直交するストレート部６４を形成している。
その他は、実施例４と同様であり、実施例４と同様の作用効果を有する。

（比較例１）
本例は、図１３〜図１５に示すごとく、接地電極９５の突起部９６が円柱形状であるスパークプラグ９の例である。

図１４に示すごとく、本例のスパークプラグ９は、中心電極９４の先端部及び接地電極９５の対向部９５２の双方にそれぞれ突起部９６、突起部９４２を配してなる。突起部９６及び突起部９４２は、火花放電ギャップ９１１に向かって突出しており、また略円柱状をなしている。
その他は、実施例１と同様である。

スパークプラグ９を内燃機関に取り付けて使用する際、すなわち放電時には、図１３（Ａ）に示すごとく、火花放電Ｅは、突起部９６の角部のいずれかの部位において最初に生じることとなるが、その位置は特に特定されるわけではなく、気流Ｆの気流方向の上流位置とは限らない。それゆえ、初期放電の発生する位置によっては、火花放電Ｅが混合気によって下流側まで流されて吹き消されるまでの時間が短くなることがあり、着火機会が少なることがある。そして、図１３（Ｂ）に示すごとく、火花放電Ｅは、気流Ｆによって突起部９６の下流側に流される。そして、図１３（Ｃ）に示すごとく、火花放電ギャップ９１１において混合気が火花放電Ｅによって温められる前に、火花放電Ｅが引き伸ばされて消滅する。そして、同じ箇所、すなわち、突起部９６の下流側の角部において再放電が繰り返される。そのため、図１３（Ｄ）に示すごとく、突起部９６の下流側の角部において偏消耗が生じてしまう。その結果、スパークプラグ９の寿命が低下してしまう。

（実験例１）
本例は、図１６に示すごとく、スパークプラグの突起部の耐消耗性について、火花放電ギャップの拡大量（以下、これを適宜、ギャップ拡大量という。）の測定によって調べた例である。

評価対象としては、実施例１で示した、接地電極５のみに上記特定形状の突起部６を配したスパークプラグ１を「試料１」とした。また、実施例２で示した、中心電極４及び接地電極５の双方にそれぞれ上記特定形状の突起部６、突起部４１を配したスパークプラグ１を「試料２」とした。また、比較例１で示した、中心電極９４及び接地電極９５の双方にそれぞれ円柱形状の突起部９６、突起部９４２を配したスパークプラグ９を「試料３」として用意した。また、試料１〜試料３のスパークプラグは、それぞれ３個ずつサンプルとして用意した。

また、試料３の突起部の直径を０．７ｍｍとした。
なお、試料１〜試料３において、突起部は、中心電極側のものも、接地電極側のものも含めてプラグ軸方向に直交する断面の断面積が略同等であり、材料使用量も略同等である。

各試料において、中心電極側の突起部はイリジウム合金からなり、接地電極側の突起部は白金合金からなる。
これらの試料を用いて以下の耐久試験を行った。
耐久試験にあたっては、各試料のスパークプラグを、燃焼室７０を模した試験装置に装着し、装置内を窒素雰囲気とすると共に、圧力を０．６ＭＰａとした。
また、スパークプラグの先端部付近に流速３０ｍ／秒の気流が形成されるように、装置内に混合気を送りこみ、放電周期３０Ｈｚにて、スパークプラグに電圧を印加した。このときの点火エネルギは７０ｍＪとした。
また、装置に対するスパークプラグの取付姿勢は、気流の方向に対して直交する位置に、接地電極の立設部（図１における符号５１参照）が配置されるような姿勢とした。

この耐久試験の結果を図１６に示す。同図において、符号Ｄ１を付した◆のプロットを結んだ折れ線グラフが試料１の測定結果であり、符号Ｄ２を付した△のプロットを結んだ折れ線グラフが試料２の測定結果である。また、符号Ｄ３を付した■のプロットを結んだ折れ線グラフが試料３の測定結果である。なお、測定値は、各試料における３つのサンプルについての実測値の平均値である。
同図に示すグラフの縦軸は、ギャップ拡大量（ｍｍ）を示し、横軸は、耐久時間（時間）を示す。

図１６から分かるように、何れの試料も、耐久時間の経過に従い、徐々に火花放電ギャップが拡大しているが、試料３（Ｄ３）に比べて、試料１（Ｄ１）、試料２（Ｄ２）は、そのギャップ拡大量の増加速度が遅い。つまり、試料１、２については、火花放電に対する突起部の耐消耗性に優れていることが分かる。
また、耐久時間が６００時間以上となると、特に試料２のギャップ拡大量が増え難く、試料１よりも耐久性に優れている。つまり、中心電極と接地電極との双方に、上記特定形状の突起部を設けることによって、火花放電ギャップの拡大を一層抑制することができると言える。

（実験例２）
本例は、図１７に示すごとく、スパークプラグの突起部の耐消耗性を、放電電圧の測定によって調べた例である。
一般に、火花放電ギャップが拡大するに伴い放電電圧も増加する。そこで、本例では、耐久試験において、火花放電の電圧をそれぞれ計測し、実施例１、２のスパークプラグの放電電圧の増加が、比較例のそれに比べて抑制されているか確認を行った。

本例における、耐久試験方法及び評価対象（試料１〜試料３）の各条件は、それぞれ上記実験例１と同様である。
そして、各試料について、耐久時間１００時間の経過の区切りごとに１０００回の火花放電の放電電圧を計測した。なお、この測定は、各試料における３個のサンプルのうちの放電電圧の最大値を測定し、その３つの最大値を平均したものが図１７における各プロットである。

その測定結果を図１７に示す。同図において、符号Ｄ１を付した◆のプロットを結んだ折れ線グラフが試料１の測定結果であり、符号Ｄ２を付した△のプロットを結んだ折れ線グラフが試料２の測定結果である。また、符号Ｄ３を付した■のプロットを結んだ折れ線グラフが試料３の測定結果である。
同図に示すグラフの縦軸は、放電電圧（ｋＶ）を示し、横軸は耐久時間（時間）を示す。

図１７から分かるように、何れの試料も耐久時間の経過に従い、徐々に放電電圧が増加しているが、試料３（Ｄ３）に比べて、試料１（Ｄ１）、試料２（Ｄ２）は、その放電電圧の増加速度が遅い。つまり、試料１、２については、火花放電に対する突起部の耐消耗性に優れていることが分かる。また、耐久時間が５００時間以上となると、特に試料２の放電電圧が増え難く、試料１よりも耐久性に優れている。つまり、中心電極と接地電極との双方に、上記特定形状の突起部を設けることによって、放電電圧の増加を一層抑制することができると言える。

（実験例３）
本例は、図１８に示すごとく、スパークプラグの突起部の耐消耗性を再放電発生回数の測定によって調べた例である。
すなわち、本例では、耐久試験において、再放電回数をそれぞれ計測し、実施例１、２のスパークプラグの再放電発生回数の増加が、比較例のそれに比べて抑制されているか確認を行った。

本例における、耐久試験方法及び評価対象（試料１〜試料３）の各条件は、それぞれ上記実験例１と同様である。
そして、各試料について、耐久時間１００時間の経過の区切りごとに１０回の火花放電の放電電圧の波形を高周波プローブを用いて計測し、再放電発生回数を調査した。この計測は、各回の電圧印加における電流波形を観測し、電流値が所定の閾値を超えた回数をカウントすることにより行った。
なお、図１８に示す各プロットは、各試料における３個のサンプルのうちの再放電発生回数の平均値を表したものである。

具体的な計測の結果を図１８に示す。同図において、符号Ｄ１を付した◆のプロットを結んだ折れ線グラフが試料１の測定結果であり、符号Ｄ２を付した△のプロットを結んだ折れ線グラフが試料２の測定結果である。また、符号Ｄ３を付した■のプロットを結んだ折れ線グラフが試料３の測定結果である。
同図に示すグラフの縦軸は、再放電発生回数（回）を示し、横軸は、耐久時間（時間）を示す。

図１８から分かるように、何れの試料も耐久時間の経過に従い、徐々に再放電発生回数が増加しているが、試料３（Ｄ３）に比べて、試料１（Ｄ１）、試料２（Ｄ２）は、その再放電発生回数の増加速度が遅い。つまり、実施例１、２のスパークプラグは、比較例のスパークプラグに比べて再放電回数も抑制できていることが確認できた。また、耐久時間が６００時間以上となると、特に試料２の再放電発生回数が増え難い。つまり、中心電極と接地電極との双方に、上記特定形状の突起部を設けることによって、再放電発生回数の増加を一層抑制することができると言える。

１ スパークプラグ
２ ハウジング
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
５ 接地電極
５２ 対向部
６ 突起部
６１ 最小曲率半径部
Ｌ１ 第一直線
Ｍ 第一線分
Ｌ２ 第二直線
Ｂ 第１領域
Ｃ 第２領域

Claims (6)

1. 筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングに接続されると共に上記中心電極にプラグ軸方向から対向する対向部を有して上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
   上記中心電極の上記先端部及び上記接地電極の上記対向部の少なくとも一方には、火花放電ギャップに向かって突出した突起部が配されており、
   上記突起部のうち少なくとも一方は、プラグ軸方向に直交する断面形状が、その輪郭のうち最も曲率半径の小さい最小曲率半径部を有すると共に、以下の条件を満たす特定形状であって、
   上記条件は、上記断面形状における上記最小曲率半径部と幾何学的重心とを結ぶ第一直線を想定し、次いで、該第一直線が上記断面形状の輪郭と交差する２つの交点間を結ぶ第一線分を想定し、次いで、上記第一線分の中点において該第一線分と直交する第二直線を想定し、上記断面形状を上記第二直線によって、上記最小曲率半径部を含む第１領域と上記最小曲率半径部を含まない第２領域とに分割したとき、上記第２領域の面積が上記第１領域の面積よりも大きいという条件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、上記突起部は、上記中心電極の上記先端部と上記接地電極の上記対向部との双方に配されており、かつ双方の上記突起部の上記断面形状が、上記特定形状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、上記突起部は、上記第一直線が上記接地電極の上記対向部の延設方向に対して交差するように配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。
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、上記突起部は、上記第一直線が上記接地電極の上記対向部の延設方向に対して直交するように配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。
5. 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において、上記突起部は、貴金属チップからな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１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグを内燃機関に取り付けてなるスパークプラグ取付構造であって、燃焼室に配された上記突起部は、上記第１領域が上記第２領域よりも上記燃焼室に供給される混合気の気流の上流側となるように配置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の取付構造。

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