JP5970224B2

JP5970224B2 - 内燃機関用のスパークプラグ

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Publication number: JP5970224B2
Application number: JP2012083878A
Authority: JP
Inventors: 猪原　孝之; 孝之猪原; 岡部　伸一; 伸一岡部; 高伸青地; 篤岩見; 柴田　正道; 正道柴田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2016-08-17
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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として、軸方向に中心電極と接地電極とを対向させて火花放電ギャップを形成したものがある。かかるスパークプラグは、火花放電ギャップに放電を生じさせ、この放電により、燃焼室内の混合気に着火している。
ここで、燃焼室内においては、例えばスワール流やタンブル流といった混合気の気流が形成されており、この気流が火花放電ギャップにおいても適度に流れることにより、着火性を確保することができる。

ところが、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢によっては、ハウジングの先端部に接合された接地電極の一部が、気流における火花放電ギャップの上流側に配置されることがある。この場合、燃焼室内の気流が接地電極によって遮られ、火花放電ギャップ付近の気流が停滞するおそれがある。その結果、スパークプラグの着火性が低下するおそれがある。すなわち、内燃機関への取付姿勢によって、スパークプラグの着火性がばらつくという問題が生じるおそれがある。特に近年、希薄燃焼による内燃機関が多く用いられているが、このような内燃機関においては、スパークプラグの取付姿勢によって、燃焼安定性が低下するおそれがある。

また、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢、すなわち周方向についての接地電極の位置を制御することは困難である。これは、ハウジングにおける取付用ネジの形成状態や内燃機関への取り付け作業時におけるスパークプラグの締付度合い等によって、取付姿勢が変化してしまうからである。

そこで、接地電極による気流の阻害を抑制するために、接地電極に穴開け加工を施した構成や、複数の薄い板状部材によって接地電極をハウジングに接合した構成が開示されている（特許文献１）。

特開平９−１４８０４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の「接地電極に穴開け加工を施した構成」では、接地電極の強度低下を招くおそれがある。また、それを防ぐために接地電極を太く形成すれば、結局、混合気の気流を妨げやすくなる。
また、同じく特許文献１に記載の「複数の薄い板状部材によって接地電極をハウジングに接合した構成」では、接地電極の形状が複雑になり、製造工数も増加し、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の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。

本発明の第１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との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部とを有し、
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部の配設本数は１本であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向における上記接地電極の立設部と上記先端突起部との間の開放空間のうち広い方の開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が１８０°以上となる角度領域にわたり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）。
本発明の第２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との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部とを有し、
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部は複数本配設されており、これら複数本の上記先端突起部の配置は、上記中心電極の中心軸と上記接地電極の中心軸とを含む平面を境にして非対称であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向において隣り合う上記先端突起部との間の開放空間のうち最も広い開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が１８０°以上となる角度領域にわたり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）。

上記スパークプラグは、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部を有する。これにより、上記スパークプラグが内燃機関に対してどのような姿勢で取付けられても、火花放電ギャップへ向かう燃焼室内の気流が妨げられることを防ぐことができる。つまり、例えば、上記接地電極の一部が火花放電ギャップの上流側に配置された場合において、上流側から上記接地電極の脇を通過した気流を上記先端突起部によって、火花放電ギャップへ導くことができる。すなわち、上記先端突起部が上記気流のガイドとなり、上記気流を火花放電ギャップに向かって導くことができる。そのため、火花放電ギャップ付近の気流の停滞を防ぐことができる。その結果、上記スパークプラグの安定した着火性を確保できる。
また、上記構成は、上記先端突起部を、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出させて配置した簡易な構成とすることによって実現される。つまり、接地電極の形状を特に工夫する必要はなく複雑な形状にする必要もない。

また、上記先端突起部は、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい。そのため、上流側からスパークプラグの先端部付近へ向かう気流を、上記先端突起部によって上記火花放電ギャップへ効率的に導きやすく、かつ、上記先端突起部が上流側からスパークプラグの先端部付近へ向かう気流を妨げにくくなる。つまり、上記先端突起部は、上記接地電極の一部が火花放電ギャップの上流側に配された場合において、気流を火花放電ギャップへ導く機能（以下、適宜にこれをガイド機能という）を果たすが、上記先端突起部自身が火花放電ギャップの上流側になされた場合には、その形状によっては火花放電ギャップへ向かう気流を遮蔽するおそれが考えられる。上述の火花放電ギャップへ気流を導く機能は、先端突起部のプラグ径方向の幅が大きいほど発揮されやすく、上述の火花放電ギャップへ向かう気流を遮蔽する効果は、先端突起部のプラグ周方向の幅が大きいほど生じやすい。それゆえ、上記先端突起部を、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状とすることにより、火花放電ギャップへ向かう気流の遮蔽を防ぎつつ、火花放電ギャップへの気流の導入を効率的に行いやすくなる。

以上のごとく、上記態様によれば、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の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、スパークプラグの先端部の斜視図。実施例１における、接地電極の立設部を気流の上流側に取付けた場合のスパークプラグの先端部の部分断面による底面説明図。実施例１における、接地電極の立設部を気流の上流側に取付けた場合のスパークプラグの先端部の側面図。図３のＡ−Ａ線矢視断面図。実施例２における、スパークプラグの図４に相当する底面説明図。比較例１における、スパークプラグの先端部の斜視図。比較例１における、（Ａ）上流側に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図、（Ｂ）気流と直交する位置に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図、（Ｃ）下流側に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図。比較例１における、放電長さの比較グラフ。比較例１における、放電長さとＡ／Ｆ限界との関係を示す線図。実験例１における、流速１４ｍ／ｓのときのスパークプラグの取付姿勢とＡ／Ｆ限界との関係を示す線図。（ａ）比較例１における、接地電極の立設部を気流の上流側に取り付けた場合の図３に相当する側面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図。実験例２における、角度αとＡ／Ｆ限界との関係を示す線図。実施例３における、スパークプラグの先端部の斜視図。実施例３における、接地電極の立設部を気流の上流側に取付けた場合のスパークプラグの先端部の部分断面による底面説明図。実施例４における、スパークプラグの先端部の斜視図。実施例４における、接地電極の立設部を気流の上流側に取付けた場合のスパークプラグの先端部の部分断面による底面説明図。実施例５における、スパークプラグの先端部の斜視図。実施例５における、接地電極の立設部を気流の上流側に取付けた場合のスパークプラグの先端部の部分断面による底面説明図。実施例６における、スパークプラグの先端部の斜視図。実施例６における、接地電極の立設部を気流の上流側に取付けた場合のスパークプラグの先端部の部分断面による底面説明図。

上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。
また、上記先端突起部の「プラグ周方向の幅」とは、プラグ軸方向から見たときのスパークプラグの中心軸を中心とした円の接線方向の幅を意味する。

また、上記先端突起部は、プラグ周方向の幅が、上記接地電極におけるプラグ周方向の幅よりも小さいことが好ましい（請求項３）。この場合には、上記先端突起部自身によって上記気流を遮蔽することを防ぎやすく、火花放電ギャップ付近の気流の停滞を効果的に防ぐことができる。

また、上記スパークプラグをプラグ軸方向から見たとき、上記中心電極の中心と上記接地電極の立設部の中心とを結ぶ直線と、上記中心電極の中心と上記先端突起部における上記接地電極側の側端を結ぶ直線とがなす角度は、１２０°以下であることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記先端突起部の上記気流に対するガイド機能を効果的に発揮させることができ、上記気流を火花放電ギャップに向かって導きやすくすることができる。そのため、火花放電ギャップ付近の気流の停滞を効果的に防ぐことができ、上記スパークプラグの安定した着火性を確実に確保できる。
なお、上記角度αは、９０°以下であることがより好ましい。

また、上記先端突起部は、プラグ軸方向への突出量が上記接地電極よりも小さいことが好ましい（請求項５）。この場合には、上記先端突起部の上記気流に対するガイド機能を確保しつつ、スパークプラグのプラグ軸方向における小型化を実現できる。その結果、スパークプラグの着火性を確保しつつ、上記スパークプラグを内燃機関への取付けた際における上記先端突起部の燃焼室内のピストンとの干渉を防ぐことができる。

また、上記先端突起部は、プラグ軸方向に対して平行に突出していることが好ましい（請求項６）。この場合には、上記先端突起部が、上記中心電極に向かう屈曲部分を有しないため、該屈曲部分に起因する気流のよどみの形成を防ぐことができ、火花放電ギャップ付近の気流の停滞を効果的に防ぐことができる。
また、上記先端突起部の形状を簡素化できるため、簡易な構成のスパークプラグを実現できる。
なお、「プラグ軸方向に対して平行」とは、プラグ軸方向に対して若干傾斜していても、上記効果を得られる程度に実質的に平行である場合も含む。

また、上記第１の態様においては、上記先端突起部の配設本数は１本である。この場合には、上記接地電極の立設部が、火花放電ギャップの上流に配されたとき、上記先端突起部によって火花放電ギャップへ導かれる気流が、上記中心電極の中心軸と上記接地電極の中心軸とを含む平面を基準に非対称となる。そのため、火花放電ギャップにおける気流のよどみが生じにくい。また、上記先端突起部の配設本数を１本とすることにより、上記先端突起部自身による火花放電ギャップへ向かう気流の遮蔽を防ぎやすい。

また、上記第２の態様においては、上記先端突起部は複数本配設されており、これら複数本の上記先端突起部の配置は、上記中心電極の中心軸と上記接地電極の中心軸とを含む平面を境にして非対称である。この場合にも、上記接地電極の立設部が、火花放電ギャップの上流に配されたとき、上記先端突起部によって火花放電ギャップへ導かれる気流が、上記中心電極の中心軸と上記接地電極の中心軸とを含む平面を基準に非対称となる。そのため、火花放電ギャップにおける気流のよどみが生じにくい。

（実施例１）
内燃機関用のスパークプラグにつき、図１〜図３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４１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とを有する。また、スパークプラグ１は、ハウジング２に接続されると共に中心電極４との間に火花放電ギャップＧを形成する接地電極５を有する。

そして、スパークプラグ１は、ハウジング２の先端部２１から先端側へ突出した先端突起部２２を有している。
先端突起部２２は、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きくなるように形成されている。
また、先端突起部２２は、プラグ周方向の幅Ｗ２が、接地電極５におけるプラグ周方向の幅Ｗ３よりも小さくなるように形成されている。

また、図２に示すごとく、スパークプラグ１をプラグ軸方向から見たとき、中心電極４の中心と接地電極５の立設部５１の中心とを結ぶ直線Ｌ１と、中心電極４の中心と先端突起部２２における接地電極５側の側端２２１を結ぶ直線Ｌ２とがなす角度αは、１２０°以下になるように設定されている。
本例では、上記角度αは４５°になるように設定されている。

また、図３に示すごとく、先端突起部２２は、プラグ軸方向への突出量Ｈが接地電極５よりも小さくなるように形成されている。
また、先端突起部２２は、プラグ軸方向に対して平行に突出して形成されている。
また、先端突起部２２の配設本数は１本である。

接地電極５は、図１、図３に示すごとく、ハウジング２の先端部２１から先端側に立設する立設部５１と、立設部５１の先端から屈曲して、中心電極４の先端部４１に対してプラグ軸方向に対向する対向面５３を備えた対向部５２とを有している。

また、ハウジング２の直径は１０．２ｍｍ、ハウジング２の先端部２１における肉厚は１．４ｍｍである。また、図１に示すごとく、先端突起部２２のプラグ径方向の幅Ｗ１は２．０ｍｍであり、プラグ周方向の幅Ｗ２は１．３ｍｍである。また、接地電極５のプラグ周方向の幅Ｗ３は２．６ｍｍである。

また、中心電極４の先端部４１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Ｇは１．１ｍｍである。

また、中心電極４の先端部４１は、イリジウムからなる貴金属チップによって構成されている。また、ハウジング２及び接地電極５はニッケル合金からなる。
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、本例の作用効果つき、図１〜図４を用いて説明する。
上記スパークプラグ１は、ハウジング２の先端部２１から先端側へ突出した先端突起部２２を有する。これにより、スパークプラグ１が内燃機関に対してどのような姿勢で取付けられても、火花放電ギャップＧへ向かう燃焼室内の気流Ｆが妨げられることを防ぐことができる。つまり、例えば、図４に示すごとく、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置された場合において、上流側から接地電極５の脇を通過した気流Ｆを先端突起部２２によって、火花放電ギャップＧへ導くことができる。すなわち、先端突起部２２が気流Ｆのガイドとなり、気流Ｆを火花放電ギャップＧに向かって導くことができる。そのため、火花放電ギャップＧ付近の気流Ｆの停滞を防ぐことができる。その結果、スパークプラグ１の安定した着火性を確保できる。

また、同図における符号Ｚで示す領域は、気流Ｆのよどみを表すものである。
また、上記構成は、図１、図３に示すごとく、先端突起部２２を、ハウジング２の先端部２１から先端側へ突出させて配置した簡易な構成とすることによって実現される。つまり、接地電極５の形状を特に工夫する必要はなく複雑な形状にする必要もない。

また、先端突起部２２は、図１に示すごとく、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きい。そのため、上流側からスパークプラグ１の先端部付近へ向かう気流Ｆを、先端突起部２２によって火花放電ギャップＧへ効率的に導きやすく、かつ、先端突起部２２が上流側からスパークプラグ１の先端部付近へ向かう気流Ｆを妨げにくくなる。つまり、先端突起部２２は、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配された場合において、気流Ｆを火花放電ギャップＧへ導く機能を果たすが、先端突起部２２自身が火花放電ギャップＧの上流側になされた場合には、その形状によっては火花放電ギャップＧへ向かう気流Ｆを遮蔽するおそれが考えられる。上述の火花放電ギャップＧへ気流Ｆを導く機能は、先端突起部２２のプラグ径方向の幅Ｗ１が大きいほど発揮されやすく、上述の火花放電ギャップＧへ向かう気流Ｆを遮蔽する効果は、先端突起部２２のプラグ周方向の幅Ｗ２が大きいほど生じやすい。それゆえ、先端突起部２２を、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きい形状とすることにより、火花放電ギャップＧへ向かう気流Ｆの遮蔽を防ぎつつ、火花放電ギャップＧへの気流Ｆの導入を効率的に行いやすくなる。

また、図１に示すごとく、先端突起部２２は、プラグ周方向の幅Ｗ２が、接地電極５におけるプラグ周方向Ｗ３の幅よりも小さい。これにより、先端突起部２２自身によって気流Ｆを遮蔽することを防ぎやすく、火花放電ギャップＧ付近の気流Ｆの停滞を効果的に防ぐことができる。

また、図２に示すごとく、スパークプラグ１をプラグ軸方向から見たとき、中心電極４の中心と接地電極５の立設部５１の中心とを結ぶ直線Ｌ１と、中心電極４の中心と先端突起部２２における接地電極５側の側端２２１を結ぶ直線Ｌ２とがなす角度αは、１２０°以下である。これにより、先端突起部２２の気流Ｆに対するガイド機能を効果的に発揮させることができ、気流Ｆを火花放電ギャップＧに向かって導きやすくすることができる。そのため、火花放電ギャップＧ付近の気流Ｆの停滞を効果的に防ぐことができ、スパークプラグ１の安定した着火性を確実に確保できる。

また、図３に示すごとく、先端突起部２２は、プラグ軸方向への突出量Ｈが接地電極５よりも小さい。これにより、先端突起部２２の気流Ｆに対するガイド機能を確保しつつ、スパークプラグ１のプラグ軸方向における小型化を実現できる。その結果、スパークプラグ１の着火性を確保しつつ、スパークプラグ１を内燃機関への取付けた際における先端突起部２２の燃焼室内のピストンとの干渉を防ぐことができる。

また、先端突起部２２は、プラグ軸方向に対して平行に突出している。これにより、先端突起部２２が、中心電極４に向かう屈曲部分を有しないため、屈曲部分に起因する気流Ｆのよどみの形成を防ぐことができ、火花放電ギャップＧ付近の気流Ｆの停滞を効果的に防ぐことができる。
また、先端突起部２２の形状を簡素化できるため、簡易な構成のスパークプラグを実現できる。

また、先端突起部２２の配設本数は１本である。これにより、接地電極５の立設部５１が、火花放電ギャップＧの上流に配されたとき、先端突起部２２によって火花放電ギャップＧへ導かれる気流Ｆが、中心電極４の中心軸と接地電極５の中心軸とを含む平面を基準に非対称となる。そのため、火花放電ギャップＧにおける気流Ｆのよどみが生じにくい。また、先端突起部２２の配設本数を１本とすることにより、先端突起部２２自身による火花放電ギャップＧへ向かう気流Ｆの遮蔽を防ぎやすい。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、ハウジングの先端部２１に先端突起部２２を２本配設した例である。
２本の先端突起部２２は、それぞれ接地電極５を挟んで両側に配されている。
先端突起部２２の配置は、図５に示すごとく、中心電極４の中心軸と接地電極５の中心軸とを含む平面を境にして非対称である。つまり、２本の先端突起部２２の配置は、上記実施例１において定義した角度α（図２参照）が、上記直線Ｌ１を挟んで互いに異なるような配置となっている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、接地電極５の立設部５１の両脇をそれぞれ通過する気流Ｆを、先端突起部２２によって火花放電ギャップＧへ導くことができる。また、これら２本の先端突起部２２の配置は、中心電極４の中心軸と接地電極５の中心軸とを含む平面を境にして非対称である。これにより、図５に示すごとく、接地電極５の立設部５１が、火花放電ギャップＧの上流に配されたとき、先端突起部２２によって火花放電ギャップＧへ導かれる気流Ｆが、中心電極４の中心軸と接地電極５の中心軸とを含む平面を基準に非対称となる。そのため、火花放電ギャップＧにおける気流Ｆのよどみが生じにくい。
その他、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（比較例１）
本例は、図６〜図９に示すごとく、接地電極９５が、立設部９５１と対向部９５２とから構成される通常のスパークプラグ９の例である。
図６に示すごとく、接地電極９５は、ハウジング９２の先端面９２１から先端側に立設する立設部９５１と、立設部９５１の先端から屈曲して、中心電極９４の先端部９４１に対してプラグ軸方向に対向する対向面９５３を備えた対向部９５２とを有している。
つまり、スパークプラグ９は、実施例１、実施例２のように、ハウジング先端部から先端側へ突出した先端突起部２２が配置されるような構成（図１、図５参照）を有しない。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、スパークプラグ９を内燃機関に取り付けて使用する際に、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すごとく、スパークプラグ９の取付け向きによって、火花放電ギャップＧにおける放電Ｓの放電長さＬが大きく変化してしまう。これは、燃焼室における気流Ｆの方向との関係による。
つまり、図７（Ａ）に示すごとく、接地電極９５の立設部９５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置されるようにスパークプラグ９が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さＬが極めて小さくなる。

一方、図７（Ｂ）に示すごとく、火花放電ギャップＧに対する接地電極９５の立設部９５１の位置が気流Ｆの方向に直交する位置に配置されるようにスパークプラグ９が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さＬが極めて大きくなる。

また、図７（Ｃ）に示すごとく、接地電極９５の立設部９５１が火花放電ギャップＧの下流側に配置されるようにスパークプラグ９が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さＬは、ある程度大きくなるが、上記図７（Ｂ）に示す場合に比べて小さくなる。
なお、ここで、放電長さＬとは、スパークプラグの軸方向に対して直交する方向の放電の長さをいうものとする。
上記放電長さＬは、気流Ｆの流速を１５ｍ／ｓとして、火花放電ギャップＧに生じた放電Ｓの放電長さＬを測定することにより得られた知見であり、具体的には、図８に示すごとく、それぞれのスパークプラグ９の取付姿勢に応じて放電長さＬに大きな差が生じていた。

図８におけるＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す取付姿勢におけるデータを表す。
また、放電長さＬとスパークプラグ９の着火性能との関係についても、図９に示すごとく、放電長さＬが長いほど、着火性能が向上することが確認されている。ここで、着火性能は、Ａ／Ｆ限界、すなわち、混合気に着火することができる空燃比の限界値によって評価したものであり、Ａ／Ｆ限界が高いほど（混合気が希薄であるほど）着火性能が高いこととなる。
図８、図９から分かるように、比較例１のスパークプラグ９は、内燃機関への取付姿勢によって、着火性能が大きく変動してしまう。

（実験例１）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、実施例１のスパークプラグ１と、比較例１のスパークプラグ９とを用いて、それぞれのＡ／Ｆ限界が、気流Ｆに対する接地電極５、９５における立設部５１、９５１の配置位置によってどのように変化するかを調べた例である。

具体的には、実施例１のスパークプラグ１を軸方向先端側から見たときに、気流Ｆの上流方向が、火花放電ギャップＧに対する接地電極５の立設部５１の配置位置となす角度βを、０°〜３３０°まで、３０°おきに変化させ、それぞれの状態で、Ａ／Ｆ限界を測定した。つまり、角度βが０°のときは、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置され、角度βが１８０°のときは、接地電極５の立設部５１が、火花放電ギャップＧの下流側に配置されていることになる。また、比較例１のスパークプラグ９についても上記と同様の測定を行った。

実施例１のスパークプラグ１と比較例１のスパークプラグ９のそれぞれについて、上記のように気流Ｆの上流方向を変化させつつ、気流Ｆの流速を１４ｍ/ｓとして、それぞれＡ／Ｆ限界を測定した。
その結果を、図１０に示す。同図において、符号Ｃ１を付した一点差線で示す折れ線が比較例１のスパークプラグ９の測定結果であり、符号Ｃ２を付した実線で示す折れ線が実施例１のスパークプラグ１の測定結果である。
また、折れ線グラフＣ１、Ｃ２では、破線で示す同心円の中心（原点）より外側に向かうほど、Ａ／Ｆ限界が高いことを意味する。すなわち、図中に示すグラフにおけるＡ／Ｆ限界の値は、破線で示される同心円の中心（原点）が２４であり、最も外側の円が２６である。また、その間に等間隔に存在する複数の同心円は、内側からそれぞれＡ／Ｆ限界の値が２４．４、２４．８、２５．２、２５．６であることを表す目盛である。

図１０に示すごとく、比較例１のスパークプラグ９におけるＡ／Ｆ限界を示す折れ線グラフＣ１は、いびつな形状となっている。これは、比較例１のスパークプラグ９のＡ／Ｆ限界つまり着火性が、気流Ｆの上流方向、換言すれば、スパークプラグ９の内燃機関への取付姿勢によって大きく変動することを意味する。また特に、角度βが０°となる部分においては、Ａ／Ｆ限界が極めて低くなっていることが分かる。つまり、接地電極９５の立設部９５１が火花放電ギャップＧに対して気流Ｆの上流側に配置されたときに、Ａ／Ｆ限界が極端に低下し、着火性能が大きく低下するおそれがあることが分かる。

これは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すごとく、スパークプラグ９における立設部９５１が、気流Ｆにおける火花放電ギャップＧの上流側に配置された場合、立設部９５１の全領域によって、気流Ｆが遮られ、火花放電ギャップＧ付近の気流Ｆが停滞してしまうことに起因すると考えられる。より具体的には、同図の符号Ｚで示す領域である気流Ｆのよどみの中に、火花放電ギャップＧが入ってしまうと、放電Ｓが伸びにくく、充分な放電長さＬが得られなくなってしまう。その結果、スパークプラグ９は、安定した着火性能を得ることが困難となる。すなわち、図１０から分かるように、比較例１のスパークプラグ９は、内燃機関への取付姿勢によって、着火性能が大きく変動してしまう。

これに対して、図１０に示すごとく、実施例１のスパークプラグ１におけるＡ／Ｆ限界を示す折れ線グラフＣ２は、原点を中心とした円形に近い形状となっている。これは、スパークプラグ１は、取付姿勢に関わらず、充分な着火性を確保することができていることを意味する。それゆえ、実施例１のスパークプラグ１は、取付姿勢に関わらず、着火性を確保することができていることが分かる。

（実験例２）
本例は、図１２に示すごとく、実施例１のスパークプラグ１を用いて、上記角度β＝０°、すなわち、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置される状態となるようにスパークプラグ１を配設したときの上記実験例１で得られるＡ／Ｆ限界が、上記角度α（図２参照）によってどのように変化するか、その関係を調べた例である。

具体的には、実施例１のスパークプラグ１をプラグ軸方向から見たとき、中心電極４の中心と接地電極５の立設部５１の中心とを結ぶ直線Ｌ１と、中心電極４の中心と先端突起部２２における接地電極５側の側端２２１を結ぶ直線Ｌ２とがなす角度α（図２参照）を、２０°〜１８０°まで変化させ、各々のスパークプラグ１を、内燃機関の燃焼室内において接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側となるように配置して、各々のＡ／Ｆ限界を測定した。
具体的には、上記角度αを２０°、４５°、６８°、９０°、１１３°、１３５°、１８０°とした各種試料を用意して、それぞれ試験を行った。

また、先端突起部２２の配置は、接地電極５の立設部５１の位置に対して周方向の一方側と他方側との双方について試した。図１２のグラフの横軸に記載した−１８０°〜−４５°は、図２に示す先端突起部２２の配置に対して、上記直線Ｌ１を挟んで反対側に先端突起部２２を配置したことを意味する便宜的なものであって、実際には、これらの絶対値が角度αである。
上記測定の結果を図１２に示す。

図１２における縦軸は、Ａ／Ｆ限界の高低を示し、上方に位置するほどＡ／Ｆ限界が高く、下方に位置するほどＡ／Ｆ限界が低いことを示す。すなわち、図中に示すグラフにおけるＡ／Ｆ限界の値は、原点が２４であり、最も上方の目盛が２５．２である。またその間に等間隔に存在する複数の目盛は、下方からそれぞれ２４．２、２４．４、２４．６、２４．８、２５．０である。

そして、図中の符号Ｄ１、Ｄ２を付した線グラフが、上述した本例の測定結果を示す。線グラフＤ１は、先端突起部２２の位置を図２のように、接地電極５の立設部５１に対して反時計回りに周方向へずらしたときのそれぞれのＡ／Ｆ限界を示す。同様に、線グラフＤ２は、先端突起部２２の位置を図２とは逆に、接地電極５の立設部５１に対して時計回りに周方向へずらしたときのそれぞれのＡ／Ｆ限界を示す。

図１２に示すごとく、上記角度αが９０°以下の場合はＡ／Ｆ限界が極めて高い。また、上記角度αが９０°を超えて大きくなるとＡ／Ｆ限界が低下している。そして、上記角度αが１２０°を超えて１３５°以上となるとＡ／Ｆ限界が低くなる。
逆に、上記角度αが１２０°以下の場合は、Ａ／Ｆ限界を２４．４以上確保することができる。

本例の結果から、スパークプラグ１は、上記角度αを１２０°以下に設定すれば、着火性向上の効果をより充分に発揮することができる。
また、上記角度αを９０°以下とすることにより、更に着火性の向上をより効果的に発揮することができる。

（実験例３）
本例においては、先端突起部２２のプラグ径方向の幅Ｗ１、プラグ周方向の幅Ｗ２をそれぞれ種々変更して、それらにおける火花放電ギャップＧへの気流の導入されやすさを比較した。
すなわち、上記幅Ｗ１、Ｗ２を種々変更した試料を作製し、接地電極５の立設部５１が上流側となるように、気流の中に各試料を配置した。これは、図２に示す気流Ｆに対する配置と同様である。そして、このときの火花放電ギャップＧにおける風速を測定した。気流の流速は１８．５ｍ／ｓとした。

用意した試料は、先端突起部２２の幅Ｗ１、Ｗ２以外については、実施例１に示したスパークプラグと同様の構成を有する。そして、幅Ｗ１、Ｗ２を、それぞれ表１に示すように設定したものを、それぞれ試料１、試料２、試料３、試料４とした。また、先端突起部２２を設けていないスパークプラグを、試料５として用意した。
測定結果を表１に示す。なお、同表における「導風率」とは、気流の流速（１８．５ｍ／ｓ）に対する、火花放電ギャップＧにおける風速の割合であり、気流がいかに減速せずに火花放電ギャップＧに導かれるかの指標となる値である。

同表から分かるように、先端突起部２２を設けた試料１〜４は、先端突起部２２を設けていない試料５に比べて風速率が高い。しかし、先端突起部２２の形状がＷ１＞Ｗ２を満たさない試料３及び試料４は、試料５に比べれば導風率が高いものの、なお低い水準である。これに対して、先端突起部２２の形状がＷ１＞Ｗ２を満たす試料１及び試料２は、導風率が８０％以上と高い。
この結果から、先端突起部２２を、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きい形状とすることによって、接地電極５の立設部５１が気流の上流側に配置されても、火花放電ギャップＧへの気流の導入を効率的に行うことができることが分かる。

（実施例３）
本例は、図１３、図１４に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部２２の断面形状を略半円形状とした例である。
また、先端突起部２２は、接地電極５側の側端２２１に平面部を有し、その反対側に曲面部を有する。また、上記平面部はプラグ径方向に沿って形成されている。そして、先端突起部２２は、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きい。

その他は、実施例１と同様である。また、図１３、図１４に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の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４）
本例は、図１５、図１６に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部２２の断面形状を三角形状とした例である。
また、先端突起部２２は、接地電極５側の側端２２１に三角形の一辺を配置し、その一辺は、プラグ径方向に沿って形成されている。なお、本例においては、上記三角形は二等辺三角形であり、その底辺を接地電極５側の側端２２１としている。そして、先端突起部２２は、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きい。

その他は、実施例１と同様である。また、図１５、図１６に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の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５）
本例は、図１７、図１８に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部２２の断面形状を台形状とした例である。
また、先端突起部２２は、接地電極５側の側端２２１に台形の一辺を配置し、その一辺は、プラグ径方向に沿って形成されている。なお、本例においては、上記台形における互いに平行な二つの底辺のうち、より長い方の底辺を接地電極５側の側端２２１としている。そして、先端突起部２２は、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きい。

その他は、実施例１と同様である。また、図１７、図１８に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の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６）
本例は、図１９、図２０に示すごとく、突出方向に直交する平面による先端突起部２２の断面形状を六角形状とした例である。
また、先端突起部２２は、接地電極５側の側端２２１に六角形の一辺を配置し、その一辺は、プラグ径方向に沿って形成されている。また、側端２２１を構成する一辺は、上記六角形におけるプラグ径方向の全長のうち火花放電ギャップＧに近い側に配置されている。そして、先端突起部２２は、プラグ径方向の幅Ｗ１がプラグ周方向の幅Ｗ２よりも大きい。

その他は、実施例１と同様である。また、図１９、図２０に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる簡易な構成の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、先端突起部２２の形状は、上述した実施例１〜６に示したものに限らず、Ｗ１＞Ｗ２を満たすものであれば、種々の形状を採用することができる。

１スパークプラグ
２ハウジング
２１先端部
２２先端突起部
３絶縁碍子
４中心電極
４１先端部
５接地電極
Ｗ１プラグ径方向の幅
Ｗ２プラグ周方向の幅
Ｈ突出量

Claims

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との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部とを有し、
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部の配設本数は１本であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向における上記接地電極の立設部と上記先端突起部との間の開放空間のうち広い方の開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が１８０°以上となる角度領域にわたり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。
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との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、上記ハウジングの先端部から先端側へ突出した先端突起部とを有し、
該先端突起部は、プラグ径方向に上記中心電極に対向すると共にプラグ軸方向に延びる部分における、プラグ軸方向に直交する断面の形状が、プラグ径方向の幅がプラグ周方向の幅よりも大きい形状であり、
上記先端突起部は複数本配設されており、これら複数本の上記先端突起部の配置は、上記中心電極の中心軸と上記接地電極の中心軸とを含む平面を境にして非対称であり、
プラグ軸方向から見たとき、プラグ周方向において隣り合う上記先端突起部との間の開放空間のうち最も広い開放空間は、上記中心電極の中心を中心とした中心角が１８０°以上となる角度領域にわたり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。
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、上記先端突起部は、プラグ周方向の幅が、上記接地電極におけるプラグ周方向の幅よりも小さいことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
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、上記スパークプラグをプラグ軸方向から見たとき、上記中心電極の中心と上記接地電極の立設部の中心とを結ぶ直線と、上記中心電極の中心と上記先端突起部における上記接地電極側の側端を結ぶ直線とがなす角度は、１２０°以下であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
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、上記先端突起部は、プラグ軸方向への突出量が上記接地電極よりも小さいことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
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、上記先端突起部は、プラグ軸方向に対して平行に突出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。