JP5906670B2 - 内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造 - Google Patents

内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造 Download PDF

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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２１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されることで、中心電極９４との間に火花放電ギャップ９１１を形成している。
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２２（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放電火花を示し、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、接地電極の磨耗を抑制すべく、接地電極の形状を工夫し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２２（Ｃ）に示すごとく、火花放電ギャップ９１１において混合気が放電火花Ｅによって温められる前に、放電火花Ｅが引き伸ばされて切れやすくなってしまう。放電火花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放電火花Ｅが流されることで、突起部９６の下流側の角部９６６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Ｆから熱を奪い、火炎Ｆ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、内燃機関の燃焼室内の高圧縮化に伴い、放電電圧の上昇が懸念され、これを抑制することが要求される。そこで、火花放電ギャップを小さく設定することが考えられるが、この場合、消炎作用が生じやすくなり、着火性を向上させることが困難となる。
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やすいため、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、消炎作用及び放電電圧を抑制しつつ、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双方には、上記火花放電ギャップに向かって突出した突起部が各々配されており、
該突起部のうち少なくとも一方は、上記火花放電ギャップに対向する対向面がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜しており、
上記火花放電ギャップは、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側における小ギャップから他端側における大ギャップに向かって徐々に拡大するように構成されており、
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り、上記第２領域において大ギャップが形成され、上記第１領域の上記最小曲率半径部において上記小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にある（請求項１）。
また、他の態様は、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双方には、上記火花放電ギャップに向かって突出した突起部が各々配されており、
該突起部のうち少なくとも一方は、上記火花放電ギャップに対向する対向面がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜しており、
上記火花放電ギャップは、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側における小ギャップから他端側における大ギャップに向かって徐々に拡大するように構成されており、
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り、上記第１領域の上記最小曲率半径部において大ギャップが形成され、上記第２領域に上記小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にある（請求項２）。
また、さらに他の態様は、上記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の取付構造であって、上記火花放電ギャップは、上記小ギャップ側が上記大ギャップ側よりも、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８）。
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は、上記火花放電ギャップに対向する対向面がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜している。そして、上記火花放電ギャップが、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側に小ギャップが形成され、かつ他端側に大ギャップが形成されるように、一端側から他端側に向かって徐々に拡大して構成されている。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、上記突起部の上記小ギャップ側が上記大ギャップ側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、スパークプラグの放電電圧の抑制、耐消耗性及び着火性の向上を図ることができる。
このメカニズムにつき、以下において説明する。
内燃機関に対するスパークプラグの配置を上記のような配置とすれば、上記小ギャップが上流側に配置される。上記小ギャップの付近は最も電界集中させやすく、上記突起部における一端側が放電の起点となりやすい。その結果、放電電圧を抑制することもできる。そして、上記小ギャップを形成する一端側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放電火花を得ることができ、放電火花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と共に、これによって、再放電発生回数を抑制して、突起部の消耗の促進も抑制しやすくすることができる。その結果、スパークプラグの耐消耗性及び着火性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、上記突起部における気流の下流側には、上記大ギャップ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に放電火花が流された場合に、上記中心電極と上記接地電極との間の放電火花の距離（以下、これを放電距離という）を長くできる。そのため、放電火花の放電距離を長く確保しやすく、混合気への着火機会を充分に得ることができる。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を、上記火花放電ギャップに対向する対向面がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜して、上記火花放電ギャップが、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側における小ギャップから他端側における大ギャップに向かって徐々に拡大するように構成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、耐消耗性を向上させることができる。したがって、消炎作用を抑制しつつ、スパークプラグの寿命を向上させることができる。
以上のごとく、本発明によれば、消炎作用及び放電電圧を抑制しつつ、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。
参考例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矢視図。 参考例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３のＢ−Ｂ線矢視断面図。 参考例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）放電火花の移動を示す説明図、（Ｃ）放電火花の引き伸ばし状態を示す説明図。 参考例２における、スパークプラグの図２に相当する説明図。 参考例３における、突起部６の説明図であって、放電時の状態を示す説明図。 参考例４における、突起部６の説明図であって、放電後の状態を示す説明図。 実施例１における、スパークプラグの先端部分の部分断面による説明図。 図９のＣ−Ｃ矢視断面図。 実施例１における、図４に相当する説明図。 実施例１における、突起部６の斜視による説明図。 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）放電火花の移動を示す説明図。 実施例２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）放電火花の移動を示す説明図。 実施例３における、突起部６の説明図であって、（Ａ）図１０に相当する断面による説明図、（Ｂ）図１２に相当する斜視による説明図。 実施例４における、突起部６の説明図であって、（Ａ）図１０に相当する断面による説明図、（Ｂ）図１２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）放電火花の移動を示す説明図、（Ｃ）放電火花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。 実験例１における、耐久時間とギャップ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Ａ／Ｆ限界との関係を示す線図。 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）放電火花が気流によって引き伸ばされた状態の説明図、（Ｃ）放電切れの状態を示す説明図。
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、上記小ギャップ側が上記大ギャップ側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、上記火花放電ギャップに対向する対向面がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜した構成は、上記中心電極または上記接地電極のいずれか一方の上記突起部に構成してもよいし、或いは上記中心電極及び上記接地電極の双方の上記突起部に構成してもよい。
また、上記中心電極及び上記接地電極の双方の上記突起部における上記対向面は、プラグ軸方向に直交する面に対して同一方向に、かつ小ギャップ側から大ギャップ側へ行くほど上記スパークプラグの先端側へ向かうように傾斜していることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記火花放電ギャップに入った気流の方向を変えることができ、火炎を燃焼室内に広げやすい。そのため、上記スパークプラグの着火性を効果的に向上させることができる。
また、上記火花放電ギャップは、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方向に沿って徐々に拡大するように構成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防ぎつつ、気流の下流側に上記大ギャップが配置され、気流の上流側に上記小ギャップが配置されるようにスパークプラグを配置することができる。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、放電電圧を効果的に抑制することもできる。
また、上記火花放電ギャップは、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方向に沿って徐々に拡大するように構成されていることが好ましい（請求項５）。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大ギャップが配置され、気流の上流側に上記小ギャップが配置されるようにスパークプラグを配置することができる。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、放電電圧をより効果的に抑制することもできる。
また、上記一態様において、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り、上記第２領域において大ギャップが形成され、上記第１領域の上記最小曲率半径部において上記小ギャップが形成されている。
この場合には、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、耐消耗性をより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効果的に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放電火花を得ることができ、放電火花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効果的に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効果的に防ぐことができる。
また、上記他の態様において、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り、上記第１領域の上記最小曲率半径部において大ギャップが形成され、上記第２領域において上記小ギャップが形成されている。
この場合には、上記小ギャップを形成する上記第２領域が上流側に配置される。上記小ギャップは電界集中させやすく、放電の起点となりやすい。そのため、面積の大きい上記第２領域を上流側に配置することにより、上記小ギャップの拡大を抑制し、放電電圧の上昇を抑制することができる。また、断面積の小さい上記第１領域が下流側に配されるため、上記大ギャップにおいて形成された火炎核に対する消炎作用が働きにくく、火炎核が成長しやすい。そのため、スパークプラグの着火性を効果的に向上させることができる。
また、上記中心電極と上記接地電極との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６）。この場合には、着火機会の確保、消炎作用の抑制、耐消耗性の一層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より効果的に向上させることができる。
また、少なくとも一方の上記突起部は、貴金属チップから構成されていることが好ましい（請求項７）。この場合には、上記突起部の耐消耗性をより向上させることができる。その結果、一層のスパークプラグの長寿命化を図ることができる。
（参考例１）
参考例にかかるスパークプラグにつき、図１〜図５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、中心電極４の先端部及び接地電極５の対向部５２の双方には、火花放電ギャップ１１に向かって突出した突起部４１、突起部６が各々配されている。
また、図２に示すごとく、接地電極５に配された突起部６は、火花放電ギャップ１１に対向する対向面６０がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜している。
また、同図に示すごとく、火花放電ギャップ１１は、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側における小ギャップ１１１から他端側における大ギャップ１１２に向かって徐々に拡大するように構成されている。
また、本例では、火花放電ギャップ１１は、接地電極５の対向部５２の延設方向（図４に示す破線Ｌ５）に対して直交する方向に沿って徐々に拡大するように構成されている。
また、本例のスパークプラグ１において、例えばハウジング２の直径は１０ｍｍ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。
また、突起部４１は、プラグ軸方向に直交する断面形状が円形であり、全体を略円柱形状をなしている。また、突起部４１のプラグ軸方向高さは０．６ｍｍ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。
また、突起部６は、例えば、白金合金等の貴金属チップによって構成されている。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、突起部６は、一方の端面（対向面６０）が軸方向に対して傾斜した略円柱形状を有する。
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３、図４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３、図４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４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、同図に示すごとく、燃焼室７０に配された突起部６が、小ギャップ１１１が大ギャップ１１２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における放電火花Ｅの移動と形状及びそれによる混合気への着火の様子につき、図５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５（Ａ）に示すごとく、突起部６の上流側において初期の放電火花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小ギャップ１１１において、初期の放電火花Ｅが生じる。そして、図５（Ｂ）に示すごとく、放電火花Ｅは、混合気の気流Ｆによって下流側まで、その放電距離を拡大しながら流される。そして、図５（Ｃ）に示すごとく、突起部６の下流側の角部６６において放電火花Ｅが大きく引き伸ばされる。この間に放電火花Ｅによって混合気に着火する。
次に、本例の作用効果につき、図１〜図５を用いて説明する。
上記スパークプラグの突起部６は、図１、図２に示すごとく、火花放電ギャップ１１に対向する対向面６０がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜している。そして、火花放電ギャップ１１が、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側に小ギャップ１１１が形成され、かつ他端側に大ギャップ１１２が形成されるように、一端側から他端側に向かって徐々に拡大して構成されている。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の小ギャップ１１１側が大ギャップ１１２側よりも燃焼室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の放電電圧の抑制、耐消耗性及び着火性の向上を図ることができる。
このメカニズムにつき、以下において説明する。
内燃機関７に対するスパークプラグ１の配置を上記のような配置とすれば、小ギャップ１１１が上流側に配置される。小ギャップ１１１の付近は、最も電界集中させやすく突起部６における一端側が放電の起点となりやすい。その結果、放電電圧を抑制することもできる。そして、小ギャップ１１１を形成する一端側を上流側に配置することにより、突起部６の中でもその上流側において初期の放電火花Ｅを得ることができ、放電火花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と共に、これによって、再放電発生回数を抑制して、突起部６の消耗の促進も抑制しやすくすることができる。その結果、スパークプラグ１の耐消耗性及び着火性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、突起部６における気流の下流側には、大ギャップ１１２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の下流側に放電火花Ｅが流された場合に、中心電極４と接地電極５との間の放電火花Ｅの放電距離を長くできる（図３参照）。そのため、放電火花Ｅの放電距離を長く確保しやすく、混合気への着火機会を充分に得ることができる。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を、火花放電ギャップ１１に対向する対向面６０がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜して、火花放電ギャップ１１が、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側における小ギャップ１１１から他端側における大ギャップ１１２に向かって徐々に拡大するように構成することによって実現されている。これによって、突起部自体を特に太径化することなく、耐消耗性を向上させることができる。したがって、消炎作用を抑制しつつ、スパークプラグ１の寿命を向上することができる。
また、火花放電ギャップ１１は、接地電極５の対向部５２の延設方向（図４に示す破線Ｌ５）に対して直交する方向に沿って徐々に拡大するように構成されている。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の下流側に大ギャップ１１２が配置され、気流Ｆの上流側に小ギャップ１１１が配置されるようにスパークプラグ１を配置することができる。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、放電電圧をより効果的に抑制することもできる。
以上のごとく、本例によれば、消炎作用及び放電電圧を抑制しつつ、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。
なお、本例の突起部６を第一直線Ｌ１が接地電極５の対向部５２の延設方向を示す破線Ｌ５に対して４５°で交差するなど、斜めに交差するように配しても構わない。この場合にも、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の下流側に大ギャップ１１２が配置され、気流の上流側に小ギャップ１１１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、着火性をより向上させることができる。また、放電電圧を効果的に抑制することもできる。
（参考例２）
本例は、図６に示すごとく、中心電極４及び接地電極５の双方の突起部４１、６の対向面４１０、６０を傾斜させた例である。
本例では、中心電極４及び接地電極５の双方の突起部４１、６における対向面４１０、６０は、プラグ軸方向に直交する面に対して同一方向に、かつ小ギャップ１１１側から大ギャップ１１２側へ行くほどスパークプラグ１の先端側へ向かうように傾斜している。
本例においても、内燃機関７に対するスパークプラグ１の配置は、混合気の気流Ｆの上流側に小ギャップ１１１が配され、気流Ｆの下流側に大ギャップ１１２が配されるような配置とする。そして、これにより、中心電極４及び接地電極５の双方の突起部４１、６における対向面４１０、６０は、気流Ｆの上流側から下流側へ行くほどスパークプラグ１の先端側へ向かう状態となっている。
その他は、参考例１と同様である。
本例の場合には、火花放電ギャップ１１に入った気流Ｆの方向を変えることができ、火炎を燃焼室内に広げやすい。そのため、スパークプラグ１の着火性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。
（参考例３）
本例は、図７に示すごとく、スパークプラグ１の接地電極５に、火花放電ギャップ１１の小ギャップ１１１に面する角部６６が貴金属によって構成され、その他の部位がニッケル合金によって構成された突起部６を配した例である。
その他は、参考例１と同様である。
本例の場合には、初期放電が行われる小ギャップ１１１における突起部６の一端側の耐消耗性を向上させることができる。その結果、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。また、突起部６の製造コストを低減することもできる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
（参考例４）
本例は、図８に示すごとく、スパークプラグ１の接地電極５に、火花放電ギャップ１１の大ギャップ１１２に面する角部６６が貴金属によって構成され、その他の部位がニッケル合金によって構成された突起部６を配した例である。
その他は、参考例１と同様である。
本例の場合には、放電火花Ｅが流される大ギャップ１１２における突起部６の他端側の耐消耗性を向上させることができる。その結果、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。また、突起部６の製造コストを低減することもできる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
（実施例１）
本例は、図９〜図１３に示すごとく、スパークプラグ１の接地電極５及び中心電極４に、プラグ軸方向に直交する断面形状が図１０に示す特定形状をなす突起部６、突起部４１を配した例である。
突起部６と突起部４１とは、プラグ軸方向に直交する断面形状が同一である。それゆえ、まず、突起部６の形状を説明する。
突起部６は、図９、図１０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６１のうち最も曲率半径の小さい最小曲率半径部６２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１０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６２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６１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６２を含む第１領域Ｂと最小曲率半径部６２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という条件である。
そして、本例では、第２領域Ｃに大ギャップ１１２が形成され、第１領域Ｂの最小曲率半径部６２において小ギャップ１１１が形成されている。
また、本例における突起部６は、図１０に示すごとく、第一直線Ｌ１が接地電極５の対向部５２の延設方向（図１１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。
また、図１０に示すごとく、突起部６は、上記断面形状の輪郭６１が、第一直線Ｌ１を基準として線対称形状となっている。そして、輪郭６１は、第二直線Ｌ２方向の幅が、第１領域Ｂの最小曲率半径部６２（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６３を形成すると共に、該最大幅部６３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６３は、第２領域Ｃにおける輪郭６１のうちで最も曲率半径が小さい部分となっている。
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である。
なお、これに限定されるものではなく、例えば、突起部６の全長Ｗ１を０．８３ｍｍとし、幅Ｗ３を０．９６ｍｍに設定してもよい。
また、突起部６の第１領域Ｂにおける最小曲率半径部６２の曲率半径Ｒは０．１であり、第２領域Ｃにおける最大幅部６３の曲率半径Ｒは０．２である。また、接地電極５の対向部５２の幅Ｗ２は２．４ｍｍである。
そして、図１２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略柱状体である。また、突起部６は、プラグ軸方向に直交する方向の一端側においてプラグ軸方向の最大高さＴ１を有すると共に、他端側においてプラグ軸方向の最小高さＴ２を有する。つまり、突起部６は、火花放電ギャップ１１に対向する対向面６０が、プラグ軸方向に直交する面に対して傾斜している。
突起部４１も、プラグ軸方向に直交する断面形状が上記特定形状を満たす柱状体である。そして、突起部４１は、プラグ軸方向の高さが一定に形成されている。
次に、本例のスパークプラグ１の放電時の突起部における放電火花Ｅの移動と突起部の消耗との関係につき、図１３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１３（Ａ）に示すごとく、突起部６の上流側において初期の放電火花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６２（図１０参照）において、初期の放電火花Ｅが生じる。
そして、図１３（Ｂ）に示すごとく、放電火花Ｅは、混合気の気流Ｆによって下流側まで、その放電距離を拡大しながら流される。そして、突起部６の下流側の角部６６において放電火花Ｅが引き伸ばされる。この間に放電火花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６６において、放電火花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６６において再放電が繰り返される。
その他は、参考例１と同様である。
本例の場合には、突起部６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１０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、図１１に示すごとく、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（小ギャップ１１１側）が第２領域Ｃ（大ギャップ側１１２側）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６６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、耐消耗性をより向上させることができる。その結果、スパークプラグ１の寿命を効果的に向上させることができる。
また、最小曲率半径部６２の付近は、最も電界集中させやすく、最小曲率半径部６２が放電の起点となりやすい。そのため、最小曲率半径部６２を上流側に配置することにより、図１３（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放電火花Ｅを得ることができる。そして、図１３（Ｂ）に示すごとく、放電火花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の着火性を効果的に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の着火性の低下を効果的に防ぐことができる。
また、突起部６は、図１１に示すごとく、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によって放電火花ギャップ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より向上させることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
（実施例２）
本例は、図１４に示すごとく、スパークプラグ１の接地電極５に、プラグ軸方向に直交する断面形状が図１０に示す特定形状をなす突起部６を配すると共に、突起部６の第２領域Ｃが第１領域Ｂ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した例である。
本例においても、突起部６は、プラグ軸方向に直交する断面形状が、その輪郭６１のうち最も曲率半径の小さい最小曲率半径部６２を有すると共に、実施例１で示した条件を満たす特定形状である（図１０参照）。
そして、本例では、図１４に示すごとく、第１領域Ｂの最小曲率半径部６２において大ギャップ１１２が形成され、第２領域Ｃに小ギャップ１１１が形成されている。
特に、本例においては、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２領域Ｃ（小ギャップ１１１側）が第１領域Ｂ（大ギャップ１１２側）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される。
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（図１０参照）。これによって、図１４に示すごとく、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２領域Ｃが第１領域Ｂ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、初期放電が行われる突起部６における気流Ｆの上流側（小ギャップ１１１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、突起部６の上流側の角部６６において初期放電が繰り返されても、図１４（Ａ）に示すごとく、面積が大きい分、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の消耗を抑制することができ、耐消耗性をより向上させることができる。つまり、小ギャップ１１１の拡大を抑制することができ、放電電圧を抑制することができる。その結果、スパークプラグ１の寿命を効果的に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６２が下流側に配置される。最小曲率半径部６２の付近は、最も体積が小さい。そのため、放電火花Ｅが引き伸ばされる突起部６の下流側の角部６６において、消炎作用をより抑制しやすくできる。そして、図１４（Ｂ）に示すごとく、放電火花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もできる。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の着火性をより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１５（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６１が、上記断面形状における第１領域Ｂの最小曲率半径部６２から第２領域Ｃの一部に亘る輪郭６１の一部において、第１線分Ｍの中点Ｐ３側に向って窪んだ窪み部６４を形成してなる。これによって、図１５（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。
また、突起部４１も本例における突起部６と同様の上記断面形状としてもよい。
また、本例のスパークプラグ１は、第１領域Ｂの最小曲率半径部６２において小ギャップ１１１が形成され、第２領域Ｃに大ギャップ１１２が形成されるように構成される。
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６２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６２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４）
本例も、図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、上記特定形状をなす突起部６の輪郭６１に窪み部６４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６１の一部に、上記第一直線Ｌ１と直交するストレート部６５を形成している。
その他は、実施例１と同様である。
また、本例のスパークプラグ１は、第１領域Ｂの最小曲率半径部６２において小ギャップ１１１が形成され、第２領域Ｃに大ギャップ１１２が形成されるように構成される。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
上記実施例３、実施例４においては、第１領域Ｂの最小曲率半径部６２において小ギャップ１１１が形成され、第２領域Ｃに大ギャップ１１２が形成される構成を示したが、第１領域Ｂの最小曲率半径部６２において大ギャップ１１２が形成され、第２領域Ｃにおいて小ギャップ１１１が形成されるように構成してもよい。この場合には、実施例２に示した作用効果をより発揮させることができる。
（比較例１）
本例は、図１７に示すごとく、通常のスパークプラグ９の放電時の突起部９６における放電火花Ｅの移動と突起部９６の消耗との関係を示した例である。
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の双方に突起部９４１、９６を配してなる。各突起部９４１、９６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（図２１参照）。
その他は、参考例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１７（Ａ）に示すごとく、放電火花Ｅは、突起部９６の角部９６６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、放電火花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りやすく、着火機会が少なくなってしまう。そして、図１７（Ｂ）に示すごとく、放電火花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１７（Ｃ）に示すごとく、火花放電ギャップ９１１において混合気が放電火花Ｅによって温められる前に、放電火花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９６６において再放電が繰り返される。そのため、図１７（Ｄ）に示すごとく、突起部９６の下流側の角部９６６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１８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、参考例１で示した、接地電極５に設けた突起部６の対向面６０をプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜させたスパークプラグ１を「試料１」、「試料２」として用意した。また、比較例１で示した、接地電極９５に設けた突起部９６の対向面９６０をプラグ軸方向に直交するようにしたスパークプラグ９を「試料３」、「試料４」として用意した。
試料１〜試料４のスパークプラグにおいて、中心電極に設けた突起部の対向面は、プラグ軸方向に対して直交している。
また、試料１において、中心電極の突起部は、直径０．７ｍｍ、プラグ軸方向の長さが０．６ｍｍの円柱形状である。また、接地電極の突起部は、直径０．７ｍｍであり、プラグ軸方向の長さが、最も短い部分において０．５ｍｍ、最も長い部分において０．７ｍｍである。さらに、火花放電ギャップの寸法は、小ギャップにおいて０．７ｍｍ、大ギャップにおいて０．９ｍｍである。
また、試料２において、中心電極の突起部および接地電極の突起部は、直径１．０ｍｍである。さらに、火花放電ギャップの寸法は、小ギャップにおいて０．５ｍｍ、大ギャップにおいて０．７ｍｍである。その他は、試料１と同様である。
また、試料３において、中心電極の突起部および接地電極の突起部は、直径０．７ｍｍ、プラグ軸方向の長さが０．６ｍｍの円柱形状である。また、火花放電ギャップの寸法は、０．８ｍｍである。
また、試料４において、中心電極の突起部および接地電極の突起部は、直径１．０ｍｍ、プラグ軸方向の長さが０．６ｍｍの円柱形状である。また、火花放電ギャップの寸法は、０．６ｍｍである。
また、試料１〜試料４において、中心電極の突起部は、イリジウム合金からなる貴金属チップによって構成され、接地電極の突起部は、白金合金からなる貴金属チップによって構成されている。そして、試料１と試料３、試料２と試料４は、それぞれ、突起部の体積が同等であり、材料使用量が同等である。また、試料３と試料４とは、初期の要求電圧が同等となるように設定してある。
また、試料１〜試料４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。
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分付近に流速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。符号Ｄ４を付した△のプロットを結んだ折れ線グラフが試料４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、火花放電ギャップにおけるギャップ（ｍｍ）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、徐々にギャップが拡大している。そして、試料１（Ｄ１）については、試料３（Ｄ３）に対して、ギャップが大きくなり難い。すなわち、試料１は、耐久試験の初期において、小ギャップの拡大速度が速いために火花放電ギャップの拡大が速いが、その後のギャップ拡大は抑制される。そして、試料１の火花放電ギャップの大きさは、試料３の火花放電ギャップの大きさよりも小さい値で、同等のゆるやかな拡大速度にて拡大する。これにより、最終的には、同等の体積および材料使用量である試料３に比べて、試料１の火花放電ギャップの拡大を抑制することができる。
また、試料２（Ｄ２）についても、同等の体積および材料使用量である試料４（Ｄ４）に対して、同様に火花放電ギャップが大きくなり難い。
以上のごとく、本例によれば、参考例１のスパークプラグは、比較例１のスパークプラグよりも、火花放電ギャップの拡大を抑制することができることが分かる。
（実験例２）
本例は、図１９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、参考例１のスパークプラグの放電電圧が、比較例１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４）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１９における各プロットである。
その測定結果を図１９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。符号Ｄ４を付した△のプロットを結んだ折れ線グラフが試料４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、放電電圧（ｋＶ）を示し、横軸は耐久時間（時間）を示す。
図１９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。そして、試料１（Ｄ１）については、試料３（Ｄ３）に対して、放電電圧が高くなり難い。すなわち、試料１は、耐久試験の初期において、小ギャップの拡大に伴って放電電圧が比較的速く上昇するが、その後の放電電圧の上昇は抑制される。そして、試料１の火花放電ギャップの放電電圧は、試料３の放電電圧よりも小さい値で、同等のゆるやかな上昇速度にて上昇する。これにより、最終的には、同等の体積および材料使用量である試料３に比べて、試料１の放電電圧の上昇を抑制することができる。
また、試料２（Ｄ２）についても、同等の体積および材料使用量である試料４（Ｄ４）に対して、同様に放電電圧が大きくなり難い。
以上のごとく、本例によれば、参考例１のスパークプラグは、比較例１のスパークプラグよりも、放電電圧の上昇を抑制することができることが分かる。
（実験例３）
本例は、図２０に示すごとく、スパークプラグの着火性を、Ａ／Ｆ限界の値の測定によって調べた例である。
本例では、耐久試験において、Ａ／Ｆ限界の値をそれぞれ計測することにより、参考例１のスパークプラグの着火性が、比較例のそれに比べて向上し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４）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Ａ／Ｆ限界の値を計測した。Ａ／Ｆ限界の値の測定は、直列４気筒エンジンを用いて計測した。なお、この測定は、各試料における３個のサンプルのＡ／Ｆ限界の値を測定し、その３つの実測値を平均したものが図２０における各プロットである。
その測定結果を図２０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。符号Ｄ４を付した△のプロットを結んだ折れ線グラフが試料４の測定結果である。
同図に示すグラフの縦軸は、Ａ／Ｆ限界の値を示し、横軸は耐久時間（時間）を示す。
図２０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Ａ／Ｆ限界の値が増加している。そして、試料１（Ｄ１）については、試料３（Ｄ３）に対してＡ／Ｆ限界が高い。つまり、試料１は、同等の体積および材料使用量である試料３よりも着火性に優れている。
同様に、試料２（Ｄ２）についても、試料４（Ｄ４）に対してＡ／Ｆ限界が高く、試料２は、同等の体積および材料使用量である試料４よりも着火性に優れている。
以上のごとく、本例によれば、参考例１のスパークプラグは、比較例１のスパークプラグよりも、着火性に優れていることが分かる。
１ スパークプラグ
２ ハウジング
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
４１ 突起部
４１０ 対向面
５ 接地電極
５２ 対向部
６ 突起部
６０ 対向面
１１ 火花放電ギャップ
１１１ 小ギャップ
１１２ 大ギャップ

Claims (8)

  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双方には、上記火花放電ギャップに向かって突出した突起部が各々配されており、
    該突起部のうち少なくとも一方は、上記火花放電ギャップに対向する対向面がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜しており、
    上記火花放電ギャップは、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側における小ギャップから他端側における大ギャップに向かって徐々に拡大するように構成されており、
    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り、上記第２領域において大ギャップが形成され、上記第１領域の上記最小曲率半径部において上記小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。
  2. 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双方には、上記火花放電ギャップに向かって突出した突起部が各々配されており、
    該突起部のうち少なくとも一方は、上記火花放電ギャップに対向する対向面がプラグ軸方向に直交する面に対して傾斜しており、
    上記火花放電ギャップは、プラグ軸方向に直交する一つの方向において、一端側における小ギャップから他端側における大ギャップに向かって徐々に拡大するように構成されており、
    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り、上記第１領域の上記最小曲率半径部において大ギャップが形成され、上記第２領域に上記小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。
  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、上記中心電極及び上記接地電極の双方の上記突起部における上記対向面は、プラグ軸方向に直交する面に対して同一方向に、かつ小ギャップ側から大ギャップ側へ行くほど上記スパークプラグの先端側へ向かうように傾斜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、上記火花放電ギャップは、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方向に沿って徐々に拡大するように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。
  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、上記火花放電ギャップは、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方向に沿って徐々に拡大するように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。
  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において、上記中心電極と上記接地電極との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。
  7. 請求項１〜６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、少なくとも一方の上記突起部は、貴金属チップから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。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグを内燃機関に取り付けてなるスパークプラグの取付構造であって、上記火花放電ギャップは、上記小ギャップ側が上記大ギャップ側よりも、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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