JP6030473B2 - 点火プラグ及びエンジン - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグに関する。

従来、プレチャンバプラグと呼ばれる点火プラグが提案されている（例えば、特許文献１から３）。プレチャンバプラグとは、点火プラグの放電部に孔を有するカバーを取り付けることにより、点火後にカバーに設けられた孔から火炎を噴出させて、燃焼室内における高い着火性を実現した点火プラグをいう。

特開２００９−２７０５４１号公報 特開２００９−２７０５４０号公報 特表２００６−５０３２１８号公報

しかし、特許文献１に記載された点火プラグでは、カバーに設けられた孔が点火プラグの中心軸に対して軸対称の配置となっているため、カバー内の初期火炎成長は、各方向へ分散される。その結果、火炎核中心は点火プラグの中心軸上、すなわち電極近傍にとどまるため、電極への熱引き（熱損失）が大きいという課題があった。

また、特許文献２に記載された点火プラグは気流をつくるため、プレチャンバに小さなスロート空間部を設け、プラグカバーに導通孔を設けている。しかし、点火点から導通孔の間の流動抵抗が大きいという課題があった。また、特許文献２に記載された点火プラグは、プレチャンバ内容積に対して火炎が接触する壁面の面積が多い。このため、プレチャンバ内で成長する火炎の熱引きが大きくなるという課題があった。

また、特許文献３に記載された点火プラグは、各導通孔の間隔が狭い。このため、噴出した火炎同士が干渉するという課題や、火炎の噴出範囲が限定的となるという課題があった。

そのため、点火プラグにおいて、着火性のさらなる向上が求められていた。そのほか、従来の点火プラグにおいては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上などが望まれていた。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
本発明の第１の形態は、
火花放電を生成するための少なくとも一対の電極を有する点火プラグであって、
前記点火プラグは中心軸を有し、
前記点火プラグは、前記中心軸方向先端側に空間が形成され、前記空間内で前記火花放電が行われ、前記空間の内部と外部とを連通する複数の導通孔を備えるプラグカバーを有し、
前記複数の導通孔は、
前記プラグカバー上で最も先端側かつ前記中心軸上に位置する基準点から、前記導通孔から前記基準点までの距離の最大値と最小値との差が前記最大値の２０％以下となる所定の距離に設けられ、
前記中心軸方向に投影したとき、前記基準点を中心とした角度範囲が１８０度未満である、点火プラグである。

（１）本発明の一形態によれば、点火プラグが提供される。点火プラグは、火花放電を生成するための少なくとも一対の電極を有する点火プラグであって、前記点火プラグは中心軸を有し；前記点火プラグは、前記中心軸方向先端側に空間が形成され、前記空間内で前記火花放電が行われ、前記空間の内部と外部とを連通する複数の導通孔を備えるプラグカバーを有し；前記複数の導通孔は、前記プラグカバー上で最も先端側に位置する基準点から所定の距離に設けられ、前記中心軸方向に投影したとき、前記基準点を中心とした角度範囲が１８０度未満である。この点火プラグによれば、火花放電による火炎核中心が電極から離れる。このため、電極からの熱引きが低減し、点火プラグの着火性が向上する。

（２）上記形態の点火プラグにおいて、前記中心軸方向における前記一対の電極間の中点から前記導通孔までの最短距離をＬとし、前記中心軸方向において、前記複数の導通孔が前記点火プラグの先端側にある場合のＬを正の値とした場合、０≦Ｌとしてもよい。この点火プラグによれば、プラグカバー内の初期火炎が成長する際に、熱引き作用が抑制できる。このため、点火プラグの着火性が向上する。

（３）上記形態の点火プラグにおいて、前記一対の電極間の中点から前記空間を囲む内壁までの最短距離をＲとしたとき、Ｌ≦Ｒとしてもよい。この形態の点火プラグによれば、初期火炎の成長は球状に広がるのではなく、初期火炎の成長は球状に加えて、プラグカバーの内壁方向ではなく、導通孔のある方向にも広がる。このため、プラグカバー内の初期火炎が成長して導通孔に到着する際に、火炎がプラグカバー内壁に接触する程度（またはその可能性）を低減することができる。よって、点火プラグの着火性が向上する。

（４）上記形態の点火プラグにおいて、前記複数の導通孔の面積の総和が３．１４mm²から１２．５７mm²としてもよい。この形態の点火プラグによれば、噴出火炎の量や到達距離が大きくなる。このため、点火プラグの着火性が向上する。

（５）上記形態の点火プラグにおいて、前記複数の導通孔とは、３個から８個の導通孔としてもよい。この形態の点火プラグによれば、流路抵抗や熱損失を抑える。このため、点火プラグの着火性が向上する。

（６）上記形態の点火プラグにおいて、前記中心軸を通る直線と、前記一対の電極間の中点と任意の前記導通孔とを通る直線と、がなす角度αが、１５度以上９０度以下としてもよい。この形態の点火プラグによれば、噴出火炎同士の干渉が低減される。このため、点火プラグの着火性が向上する。

（７）上記形態の点火プラグにおいて、前記角度αが、４５度以上７５度以下としてもよい。この形態の点火プラグによれば、噴出火炎同士の干渉が低減され、かつ、熱引きも生じにくくなる。このため、点火プラグの着火性が向上する。

（８）本発明の他の形態によれば、エンジンが提供される。エンジンは、点火プラグが取り付けられる燃焼室を有するエンジンであって、前記燃焼室は、燃料ガスを吸入する吸気口と；前記燃料ガスを排出する排気口と、を備え、前記吸気口は仮想的な対称面について対称に配置されており、前記排気口は、前記対称面について対称に配置されており、前記対称面に含まれ、前記中心軸と垂直な方向であって、前記吸気口から前記排気口に向かう第１方向と、前記角度範囲を２等分する第２方向と、からなる角度が３６．１度以下である。この形態のエンジンによれば、燃料の着火性が向上する。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、点火プラグ、点火プラグが取り付けられる燃焼室を有するエンジンの他に、点火プラグの製造方法、点火プラグを装着した車両等の態様で実現することができる。

本発明の実施形態である点火プラグが取り付けられた内燃機関の構成を示す概略図。 点火プラグ１０の構成を示す概略図。 導通孔５１の配置を示した概略図。 内燃機関１００における混合気の燃焼工程を工程順に示す模式図。 図４で説明した燃焼工程の際の燃焼室１０１におけるガスの流れを説明するための模式図。 角度範囲Ｄと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図。 距離Ｌと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図。 導通孔５１の個数と面積と限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図。 角度αと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図。 タンブル比とクランクアングルとの関係を示す図。 角度γと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図。 実施形態で示した以外の燃焼室１０１の構成例を示す図。 導通孔５１の他の形状例を示す説明図。

本発明の実施形態について、以下の順番で説明する。
Ａ．実施形態：
Ｂ．実施形態における実験例：
Ｃ．変形例：

Ａ．実施形態：
Ａ１．内燃機関の構成：
図１は本発明の実施形態である点火プラグが取り付けられた内燃機関の構成を示す概略図である。点火プラグ１０の仮想中心軸１０ａｘ（以後、「中心軸１０ａｘ」とも呼ぶ）方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１０の先端側、上側を後端側として説明する。図１には、互いに直交する三次元矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。矢印ｚは点火プラグ１０の先端側から後端側に向かう方向である。

内燃機関１００は、動力源として車両などに搭載される。内燃機関１００は、燃料と空気との混合気を燃焼させて回転駆動力を発生する。内燃機関１００は、シリンダブロック１１０と、シリンダヘッド１２０と、クランクケース１３０とを備える。

シリンダブロック１１０は、略円筒状のケーシングであり、内部にピストン１１１を往復摺動可能となるように収容している。シリンダヘッド１２０は、シリンダブロック１１０の上方開口部を閉塞するキャップ部材である。混合気を燃焼させる燃焼室１０１は、シリンダヘッド１２０の内壁面と、シリンダブロック１１０の内壁面と、ピストン１１１の上面から形成されている。

シリンダヘッド１２０には、吸気配管１２１と、排気配管１２２とが接続されている。吸気配管１２１は、混合気を燃焼室１０１に導入する配管である。排気配管１２２は、排気ガスを燃焼室１０１から排出する配管である。吸気配管１２１および排気配管１２２にはそれぞれ、吸気弁１２３と、排気弁１２４とが設けられている。シリンダヘッド１２０には、さらに、吸気配管１２１と排気配管１２２との間に、燃焼室１０１において混合気を点火するための点火プラグ１０が取り付けられている。点火プラグ１０の構成や、点火プラグ１０の燃焼室１０１への取り付けについては、後に詳述する。

クランクケース１３０は、クランクシャフト１３１を収容するケーシングである。クランクケース１３０は、シリンダブロック１１０の下方に配置されている。クランクケース１３０の内部空間は、シリンダブロック１１０の内部空間と連続している。クランクシャフト１３１は、クランクケース１３０において回転可能に取り付けられている。クランクシャフト１３１は、コンロッド１１２を介してピストン１１１と連結されている。なお、クランクシャフト１３１は、外部負荷（図示せず）に接続されており、自身の回転を外部負荷に伝達する。

Ａ２．点火プラグの構成：
図２は、点火プラグ１０の構成を示す概略図である。なお、図２において、点火プラグ１０の仮想中心軸１０ａｘを一点鎖線で図示する。中心軸１０ａｘの一点鎖線を境界として、点火プラグ１０の概略外観図（紙面右側）と概略断面図（紙面左側）とを区分して図示する。

点火プラグ１０は、筒状の主体金具１と、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め込まれた筒状の絶縁碍子２と、先端部が突出するように絶縁碍子２内に嵌めこまれた軸状の中心電極３とを備えている。

主体金具１は、炭素鋼等の金属により中空円筒状に形成されており、接地電極４が接合されている。接地電極４は、矢印ｚの反対方向である点火プラグ１０の先端側（紙面下側）に向かって垂下する基体部４ｂと、基体部４ｂから中心電極３側に向かってほぼ垂直に折れ曲がった先端部４ｔとを有する。先端部４ｔと中心電極３の先端との間には、間隙ｓｇ（「火花ギャップｓｇ」とも呼ぶ）が形成されている。

絶縁碍子２は、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には中心電極３や端子金具１３を嵌め込むための貫通孔６が形成されている。中心電極３は、貫通孔６の先端側（紙面下側）に固定され、端子金具１３は、貫通孔６の後端側（紙面上側）に固定される。

また、貫通孔６内において、端子金具１３と中心電極３との間には、抵抗体１５が配置される。この抵抗体１５の先端部は、導電性ガラスシール層１６を介して中心電極３と電気的に接続されており、抵抗体１５の後端部は導電性ガラスシール１７を介して端子金具１３と電気的に接続されている。

主体金具１は、点火プラグ１０のハウジングを構成する。主体金具１の先端側（紙面下側）の外周面には、主体金具１にプラグカバー５０を取り付けるためのねじ部７が形成されている。プラグカバー５０の後端側の外周面には、点火プラグ１０をシリンダヘッド１２０に取り付けるためのねじ部８が形成されている。ねじ部８には、シリンダヘッド１２０に設けられたねじ孔１２５（図１）に螺合するねじ溝が切られている。

プラグカバー５０は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などにより形成されている。プラグカバー５０は、中心電極３や接地電極４を覆うように内面が中空状に形成されている。なお、中心電極３や接地電極４が配されている空間を、点火室６０という。プラグカバー５０は、ねじ部７に螺合するねじ溝がきられており、主体金具１をプラグカバー５０にねじ込むことにより取りつけられている。プラグカバー５０の厚さは、耐熱性および強度を確保できれば特に制限されないが、例えば、１．５ｍｍから３ｍｍ程度である。

プラグカバー５０には、点火室６０と燃焼室１０１（図１）とを連通する複数の導通孔５１が設けられている。導通孔５１により、燃焼室１０１に存在する混合気を点火室６０に流入させ、また、間隙ｓｇで発生した火花によって点火室６０内の混合気を着火させて発生する火炎を燃焼室１０１に噴射させることができる。

図３は、導通孔５１の配置を示した概略図である。図３（Ａ）は、点火室６０の近傍を拡大して示す説明図である。なお、図３（Ａ）において、点火プラグ１０の中心軸１０ａｘ方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１０の先端側、上側を後端側として説明する。中心軸１０ａｘ方向において、導通孔５１は、中心電極３と接地電極４との電極間の中点Ｇと同じ位置、もしくは、より先端側の位置に設けられている。こうすることにより、プラグカバー５０内の初期火炎が成長した後に、接地電極４より熱引き作用の大きい中心電極３側に火炎が成長することが防止できる。このため、点火プラグ１０の着火性を向上できる。なお、「中点Ｇ」とは、中心電極３の接地電極４側表面と接地電極４の３側表面との中点をいう。

中心軸１０ａｘ方向における、中心電極３と接地電極４との電極間の中点Ｇから導通孔５１までの距離をＬとする。中心電極３と接地電極４との電極間の中点Ｇからプラグカバー５０の内壁までの距離をＲとする。このとき、Ｌ≦Ｒとなるように導通孔５１は設けられている。こうすることにより、初期火炎の成長は球状に広がるのではなく、初期火炎の成長は球状に加えて、プラグカバー５０の内壁方向ではなく、導通孔５１のある方向にも広がる。このため、プラグカバー５０内の初期火炎が成長して導通孔５１に到達する際に、火炎がプラグカバー５０の内壁に接触する程度を低減できる。よって、点火プラグ１０の着火性を向上できる。

中点Ｇを頂点として、プラグカバー５０上で最も先端側に位置する基準点ｄｐと、導通孔５１の中心点Ｐとがなす角度を角度αとする。角度αが９０度のとき、Ｌ＝０となる。なお、「導通孔５１の中心点」とは、導通孔５１の中心軸と導通孔５１の開口端面とが交差する点をいう。「開口端面」とは、最も小さい面積で開口（導通孔５１）を覆う場合の面をいう。なお、基準点ｄｐは、中心軸１０ａｘ上に位置する。

図３（Ｂ）は、燃焼室１０１側から見たプラグカバー５０を示す説明図である。各導通孔５１（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）の中心点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、プラグカバー５０上で最も先端側に位置する基準点ｄｐから所定の距離に設けられている。なお、「所定の距離に設けられている」とは、導通孔５１から基準点ｄｐまでの距離の最大値と最小値との差が最大値の２０％以下であることをいう。

中心軸１０ａｘ方向に投影したとき、基準点ｄｐを中心として、両端の導通孔５１ａ、５１ｄの中心点（Ｐ１、Ｐ４）がなす角度範囲Ｄは１８０度以内となる。なお、角度範囲Ｄは、両端の導通孔５１（５１ａ、５１ｄ）以外の導通孔５１（５１ｂ、５１ｃ）を通る側の角度範囲をいう。角度範囲Ｄを２等分する方向を方向Ｆとする。なお、導通孔５１の配置や個数は、好ましいものの一例であり、点火プラグの用途等に応じて配置や個数を適宜変更してもよい。

ねじ部８の後端側（紙面上側）には、六角部１ｅが設けられている（図２参照）。六角部１ｅは、主体金具１を燃焼室に取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる部分であり、六角状の横断面形状を有している。

主体金具１の後端側の開口部の内壁面と、絶縁碍子２の外壁面との間には、タルク等の粉体が充填された充填層６１が形成されている。充填層６１は、絶縁碍子２のフランジ状の突出部２ｅと、主体金具１の開口部端部が内側に加締められた加締め部１ｄとの間に形成されている。充填層６１の突出部２ｅ側と加締め部１ｄ側のそれぞれの端部には、リング状の線パッキン６２，６０が配置されている。

主体金具１の六角部１ｅとねじ部７との間には、フランジ状のガスシール部１ｆが設けられ、ガスシール部１ｆのねじ部７側には、ガスケット３０がはめ込まれている。このガスケット３０は、炭素鋼等の金属板素材を曲げ加工したリング状の部品であり、ねじ部７をプラグカバー５０側のねじ孔にねじ込むことにより、ガスシール部１ｆとプラグカバー５０側のねじ孔の開口周縁部との間で、軸線方向に圧縮されてつぶれるように変形し、ねじ孔とねじ部７との間の隙間をシールする。

同様に、プラグカバー５０の後端側（紙面上側）には、フランジ状のガスシール部５０ｆが設けられ、ガスシール部５０ｆのシリンダヘッド１２０（図１）側にはガスケット４０がはめ込まれている。このガスケット４０は、炭素鋼等の金属板素材を曲げ加工したリング状の部品であり、ねじ部８をシリンダヘッド１２０（図１）側のねじ孔１２５にねじ込むことにより、ガスシール部５０ｆとねじ孔１２５の開口周縁部との間で、軸線方向に圧縮されてつぶれるように変形し、ねじ孔１２５とねじ部８との間の隙間をシールする。

ガスシール部１ｆと六角部１ｅとの間には、溝部１ｈが形成されている。溝部１ｈは、厚みが主体金具１の中で最も薄く形成された薄肉部として構成されており、外側にわずかに湾曲している。

Ａ３．内燃機関１００における燃焼工程：
図４は、内燃機関１００における混合気の燃焼工程を工程順に示す模式図である。第１工程（図４（Ａ））では、燃焼室１０１に混合気が供給される。具体的には、排気弁１２４を閉じたまま吸気弁１２３を開き、ピストン１１１を下方（クランクケース１３０側）へと移動させることにより、吸気配管１２１を介して、燃焼室１０１に混合気を流入させる。

第２工程（図４（Ｂ））では、吸気弁１２３および排気弁１２４が閉じられた状態で、ピストン１１１がクランクシャフト１３１の回転に伴って上方へと移動することにより、燃焼室１０１の混合気が圧縮される。第３工程（図４（Ｃ））では、点火プラグ１０による着火により、混合気が爆発燃焼し、二酸化炭素などの気体となることによって、体積が膨張してピストン１１１が下方へと移動する。

第４工程（図４（Ｄ））では、クランクシャフト１３１の回転に伴って、ピストン１１１が上方への移動を開始するとともに、排気弁１２４が開かれることにより、燃焼室１０１の排ガスが排気配管１２２へと押し出される。内燃機関１００では、上記の第１〜第４工程が繰り返され、クランクシャフト１３１の回転が外部負荷へと伝達される。

Ａ４．燃焼工程におけるガスの流れ：
図５は、図４で説明した燃焼工程の際の燃焼室１０１におけるガスの流れを説明するための模式図である。図５（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、異なる方向から見たときの燃焼室１０１が図示されている。なお、図５（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１と対応するように三次元矢印ｘ，ｙ，ｚを図示してある。

図５（Ａ）は、内燃機関１００を上方から見たとき（矢印ｚとは反対の方向に沿って見たとき）の燃焼室１０１を示している。図５（Ａ）には、吸気配管１２１が接続されている吸気口１０２と、排気配管１２２が接続されている排気口１０３とを図示してある。なお、吸気口１０２と排気口１０３とは、シリンダヘッド１２０に設けられている。また、図５（Ａ）には、点火プラグ１０の取り付け位置を破線で図示してある。

ここで、図５（Ａ）には、さらに、燃焼室１０１の仮想中心軸１０１ａｘ（以後、単に「中心軸１０１ａｘ」と呼ぶ）と、仮想直線Ｌ１と、方向Ｓとを図示してある。吸気口１０２は仮想的な対称面について対称に配置されており、排気口１０３も、この対称面について対称に配置されている。この対称面に含まれ、中心軸１０１ａｘと垂直な直線を仮想直線Ｌ１とする。また、方向Ｓとは、この対称面に含まれ、中心軸１０ａｘと垂直な方向であって、吸気口１０２から排気口１０３に向かう方向とする。中心軸１０１ａｘに垂直な平面において、方向Ｓと図３（Ｂ）に示す方向Ｆとがなす角度γは、本実施形態において０度とする。また、点火プラグ１０は、中心軸１０ａｘが燃焼室１０１の中心軸１０１ａｘと一致するように取り付けられている。

図５（Ｂ）は、内燃機関１００を矢印ｙとは反対の方向に沿って見たときの燃焼室１０１を示す模式図である。ここで、燃焼室１０１において、燃焼工程（図４）の際の燃焼室１０１における第２工程時（図４（Ｂ））のガスの流れは、「タンブル旋回流」とも呼ばれる、図中の方向Ｔで示す方向への旋回流となる。そして、点火プラグ１０の近傍領域におけるガスの流れ方向Ｓは、吸気口１０２から排気口１０３へと向かう方向に規定される。

Ｂ．実施形態の実験例：
上述した実施形態に従った複数のサンプルについて、以下のような着火性能の実験を行った。

Ｂ１．実験例１：
図６は、角度範囲Ｄと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図である。なお、「空燃比」とは、混合気における空気の質量を燃料の質量で除した値をいう。「限界空燃比Ａ／Ｆ」とは、混合気における空気の割合を増大させていったときに、混合気の点火が不可能となる空燃比の限界値をいう。限界空燃比Ａ／Ｆが大きいほど、点火プラグ１０の着火性が大きいことを示す。

この実験は、以下の条件で行った。プレチャンバプラグとしては、間隙ｓｇが１ｍｍであり、ネジ径がＭ１４のプレチャンバプラグを用いた。エンジンは、排気量が１５００ｃｃの自動車用エンジンを用いた。角度γは０度とした。プラグカバー５０の内径Ｒ（図３（Ａ）参照）は４．５ｍｍとし、導通孔５１は直径が１．５ｍｍのものを４つ設けた。各導通孔５１は、図３（Ｂ）に示す基準点ｄｐに対して等間隔の角度となるように設けられている。

中心軸１０ａｘ方向における、中心電極３と接地電極４との電極間の中点Ｇから導通孔５１までの距離Ｌ（図３（Ａ）参照）を２．５ｍｍとした。導通孔５１の角度α（図３（Ａ）参照）は６０度とした。

なお、基準点ｄｐを頂点として導通孔５１の両端がなす角度は１７．８度である。このため、角度範囲Ｄが１６２．２度の場合とは、図３（Ｂ）に示す基準点ｄｐを頂点とした、導通孔５１aの方向Ｆに対して右端と、導通孔５１ｄの方向Ｆに対して左端との角度が１８０度となる場合をいう。角度範囲Ｄが５３．５度の場合とは、導通孔５１同士が互いに接する場合をいう。導通孔５１が中心軸１０ａｘを中心として放射状に等間隔で設けられた場合を基準プラグとする。この場合、角度範囲Ｄは２７０度となる。

図６において、基準プラグよりも限界空燃比Ａ／Ｆが高いものを「○」と表記した。図６は、角度範囲Ｄが１８０度より小さいものについては限界空燃比Ａ／Ｆが高いことを示している。角度範囲Ｄが１８０度より小さい点火プラグによれば、導通孔５１の配置が偏っているため、火炎核中心が中心軸１０ａｘからずれる。このため、火炎核中心が電極から離れるため、電極からの熱引きが低減し、点火プラグの着火性が向上したと考えられる。

Ｂ２．実験例２：
図７は、距離Ｌと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図である。この実験は、以下の条件で行った。プレチャンバプラグとしては、間隙ｓｇが１ｍｍであり、ネジ径がＭ１４のプレチャンバプラグを用いた。エンジンは、排気量が１５００ｃｃの自動車用エンジンを用いた。角度γは０度とした。プラグカバー５０の内径Ｒ（図３（Ａ）参照）が３．５ｍｍの場合と４．５ｍｍの場合と６ｍｍの場合とについて実験した。導通孔５１は直径が１．５ｍｍのものを４つ設けた。各導通孔５１は、基準点ｄｐに対して等間隔の角度となるように設けられている。角度範囲Ｄ（図３（Ｂ）参照）は９０度とした。導通孔５１の角度α（図３（Ａ）参照）は６０度とした。

図７においては、実験例１の基準プラグの限界空燃比Ａ／Ｆ（２１．８）よりも０．５以上高い限界空燃比Ａ／Ｆとなった項目を「○」と表記した。図７は、Ｌ≧０の点火プラグが限界空燃比Ａ／Ｆが高いことを示している。この点火プラグによれば、プラグカバー内の初期火炎が成長する際に、熱引き作用が接地電極より大きい中心電極３側に成長することを防止できる。このため、点火プラグの着火性が向上すると考えられる。

また、図７は、Ｌ≦Ｒの点火プラグが限界空燃比Ａ／Ｆが高いことを示している。この点火プラグによれば、プラグカバー内の初期火炎が成長して導通孔に到着する際に、火炎が点火室６０を囲む内壁に接触する程度（またはその可能性）を低減することができる。このため、点火プラグの着火性が向上すると考えられる。

Ｂ３．実験例３：
図８は、導通孔５１の個数と面積の総和と、限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図である。「導通孔５１の面積」とは、導通孔５１の軸に垂直な断面における導通孔５１の面積をいう。

この実験は、以下の条件で行った。プレチャンバプラグとしては、間隙ｓｇが１ｍｍであり、ネジ径がＭ１４のプレチャンバプラグを用いた。エンジンは、排気量が１５００ｃｃの自動車用エンジンを用いた。角度γは０度とした。プラグカバー５０の内径Ｒ（図３（Ａ）参照）は５．５ｍｍとした。各導通孔５１は、基準点ｄｐに対して等間隔の角度となるように設けられている。角度範囲Ｄ（図３（Ｂ）参照）は１５８度とした。距離Ｌ（図３（Ａ）参照）を３．０ｍｍとし、導通孔５１の角度α（図３（Ａ）参照）は６０度とした。なお、試験ごとの各導通孔５１の面積は同じとした。

図８においては、実験例１の基準プラグの限界空燃比Ａ／Ｆ（２１．８）よりも１．０以上高い限界空燃比Ａ／Ｆとなった項目を「○」と表記し、実験例１の基準プラグの限界空燃比Ａ／Ｆ（２１．８）よりも１．５以上高い限界空燃比Ａ／Ｆとなった項目を「◎」と表記した。

図８は、導通孔５１の面積の総和が３．１４ｍｍ²から１２．５７ｍｍ²の点火プラグの限界空燃比Ａ／Ｆが高いことを示している。この点火プラグは、燃焼室１０１への噴出火炎の量や到達距離が大きくなるため、点火プラグの着火性が向上すると考えられる。燃焼室１０１への噴出火炎の量や到達距離が大きくなるように導通孔５１の形状、大きさ、配置を定めることで、同様の効果が得られると考えられる。

また、図８は、導通孔５１の数が３個から８個である点火プラグの限界空燃比Ａ／Ｆがより高いことを示している。この点火プラグによれば、流路抵抗や熱損失が抑えられるため、点火プラグの着火性が向上すると考えられる。

Ｂ４．実験例４：
図９は、角度αと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図である。この実験は、以下の条件で行った。プレチャンバプラグとしては、間隙ｓｇが１ｍｍであり、ネジ径がＭ１４のプレチャンバプラグを用いた。エンジンは、排気量が１５００ｃｃの自動車用エンジンを用いた。角度γは０度とした。プラグカバー５０の内径Ｒ（図３（Ａ）参照）は４．５ｍｍとし、導通孔５１は直径が１．５ｍｍのものを４つ設けた。各導通孔５１は、基準点ｄｐに対して等間隔の角度となるように設けられている。角度範囲Ｄ（図３（Ｂ）参照）は９０度とした。距離Ｌ（図３（Ａ）参照）は２．５ｍｍとした。

図９においては、実験例１の基準プラグの限界空燃比Ａ／Ｆ（２１．８）よりも１．５以上高い限界空燃比Ａ／Ｆとなった項目を「○」と表記し、実験例１の基準プラグの限界空燃比Ａ／Ｆ（２１．８）よりも２．０以上高い限界空燃比Ａ／Ｆとなった項目を「◎」と表記した。

図９は、角度αが１５度以上９０度以下である点火プラグの限界空燃比Ａ／Ｆが高いことを示している。このような点火プラグは、各導通孔５１から噴出される火炎同士に距離があるため、火炎同士の干渉が低減される。このため、点火プラグの着火性が向上すると考えられる。

また、図９は、角度αが４５度以上７５度以下である点火プラグの限界空燃比Ａ／Ｆがより高いことを示している。このような点火プラグは、各導通孔５１から噴出される火炎同士に距離があるため、火炎同士の干渉が低減される上に、電極からの熱引きがより低減される。このため、点火プラグの着火性がより向上すると考えられる。

Ｂ５．実験例５：
図１０は、タンブル比とクランクアングルとの関係を示す図である。なお、「タンブル比」とは、エンジン回転速度（ｒｐｍ）に対する旋回流の回転速度（ｒｐｍ）をいう。

この実験は、以下の条件で行った。プレチャンバプラグとしては、間隙ｓｇが１ｍｍであり、ネジ径がＭ１４のプレチャンバプラグを用いた。エンジンは、排気量が１５００ｃｃの自動車用エンジンを用いた。角度γは０度とした。プラグカバー５０の内径Ｒ（図３（Ａ）参照）は４．５ｍｍとし、導通孔５１は直径が１．５ｍｍのものを４つ設けた。各導通孔５１は、基準点ｄｐに対して等間隔の角度となるように設けられている。本実施形態の点火プラグは角度範囲Ｄ（図３（Ｂ）参照）を９０度とし、基準プラグは２７０度とした。角度α（図３（Ａ）参照）は６０度とした。距離Ｌ（図３（Ａ）参照）は２．５ｍｍとした。点火時期は、−２５ｄｅｇＡＴＤＣ（Ａｆｔｅｒ Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）とした。

図１０において、縦軸はタンブル比を表し、横軸はＣｒａｎｋ Ａｎｇｌｅを表している。図１０は、基準プラグでは上死点（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ＝０）を過ぎるとタンブル比が０になるのに対し、本実施形態の点火プラグは、上死点を過ぎてもタンブル流を保っていることを示している。また、点火プラグは、火炎が噴出した−１５ｄｅｇＡＴＤＣ付近でタンブル流が強化されていることを、図１０は示している。このため、基準プラグと比べて、本実施形態の点火プラグは、着火性が向上している。

図１１は、角度γと限界空燃比Ａ／Ｆとの関係を示す図である。この実験は、以下の条件で行った。プレチャンバプラグとしては、間隙ｓｇが１ｍｍであり、ネジ径がＭ１４のプレチャンバプラグを用いた。エンジンは、排気量が１５００ｃｃの自動車用エンジンを用いた。プラグカバー５０の内径Ｒ（図３（Ａ）参照）は４．５ｍｍとし、導通孔５１は直径が１．５ｍｍのものを４つ設けた。各導通孔５１は、基準点ｄｐに対して等間隔の角度となるように設けられている。角度範囲Ｄ（図３（Ｂ）参照）は９０度とした。角度α（図３（Ａ）参照）は６０度とした。距離Ｌ（図３（Ａ）参照）は２．５ｍｍとした。

図１１においては、実験例１の基準プラグの限界空燃比Ａ／Ｆ（２１．８）よりも１以上高い限界空燃比Ａ／Ｆとなった項目を「○」と表記した。

図１１は、角度γが３６．１度以下である点火プラグの限界空燃比Ａ／Ｆが高いことを示している。このように点火プラグをエンジンに取り付けることにより、点火プラグの着火性が向上すると考えられる。

従来技術では、点火室６０内の初期火炎が導通孔５１に至る過程は火炎の成長に依存していた。このため、初期火炎の成長を強力にするためには、放電エネルギを増加させる手法がとられていた。放電エネルギを増加させると、電極消耗が増し、点火プラグ１０の寿命が短くなるなどの欠点があった。

しかし、本実施形態における点火プラグ１０は、点火室６０内に気流を発生させて初期火炎の成長を促進させる。このため、点火プラグ１０の耐久性は向上する。点火プラグ１０は、初期火炎が導通孔５１に至る過程において電極や壁面への火炎の接触を低減でき、かつ、導通孔５１から噴出した火炎同士の干渉も少ない。このため、点火プラグ１０の着火性が向上する。なお、本実験では、導通孔５１は直径が１．５ｍｍのものを４つ設けた。しかし、他の実験条件においても、同様の効果が得られると考えられる。

Ｃ．変形例：
Ｃ１．変形例１：
本実施形態において、吸気口１０２と排気口１０３とはそれぞれ２つずつとしている。しかし、本発明はこれに限定されず、吸気口１０２と排気口１０３とは、それぞれ少なくとも１つずつあればよい。

図１２は、実施形態で示した以外の燃焼室１０１の構成例を示す図である。図１２（Ａ）は、吸気口１０２と排気口１０３とがそれぞれ一つずつ設けられた燃焼室１０１の構成を示す図である。図１２（Ｂ）は、吸気口１０２が二つ設けられ、排気口１０３が一つ設けられた燃焼室１０１の構成を示す図である。図１２（Ｃ）は、吸気口１０２が３つ設けられ、排気口１０３が二つ設けられた燃焼室１０１の構成を示す図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれの図についても、中心軸１０１ａｘと、仮想直線Ｌ１と、方向Ｓとを図示してある。

Ｃ２．変形例２：
本実施形態において、点火プラグ１０は、図５（Ａ）に示すように点火プラグ１０の中心軸１０ａｘと燃焼室１０１の中心軸１０１ａｘが一致するように取り付けられている。しかし、本発明はこれに限られない。点火プラグ１０は、仮想直線Ｌ１上に設けられていればよい。

Ｃ３．変形例３：
本実施形態において、導通孔５１の形状を円形としたが、本発明はこれに限られない。導通孔５１は、点火室６０と燃焼室１０１とを連通すればよい。

図１３は、導通孔５１の他の形状例を示す説明図である。図１３（Ａ）は、略楕円形状の導通孔５１を示す。図１３（Ｂ）は、略六角形形状の導通孔５１を示す。図１３（Ｃ）は、略八角形形状の導通孔５１を示す。図１３（Ｄ）は、略三角形形状の導通孔５１を示す。図１３（Ｅ）は、略台形形状の導通孔５１を示す。図１３（Ｆ）は、略正方形形状の導通孔５１を示す。図１３（Ｇ）は、略長方形状の導通孔５１を示す。図１３（Ｈ）は、四方に突起した四つの鋭角を有する略星型形状の導通孔５１を示す。

Ｃ４．変形例４：
本実施形態において、中心電極３と接地電極４はそれぞれ１つずつであるが、本発明はこれに限られない。中心電極３と接地電極４とは少なくとも１つずつあれば足りる。このため、例えば中心電極が１つに対して接地電極４が４つ設けられていてもよい。

Ｃ５．変形例５：
本実施形態において、プラグカバー５０と接地電極４とは別部材としているが、本発明はこれに限られない。プラグカバー５０は、接地電極４としての役割を兼ねてもよい。

Ｃ６．変形例６：
本実施形態において、Ｒ（図３（Ａ）参照）は、中心電極３と接地電極４との電極間の中点Ｇからプラグカバー５０の内壁までの距離としたが、本発明はこれに限られない。Ｒは、中心電極３と接地電極４との電極間の中点Ｇから点火室６０の内壁までの距離であればよい。このため、点火室６０の内壁は、プラグカバー５０の内壁に限らず、主体金具１の内壁の場合でもよく、その他の部材の内壁であってもよい。

Ｃ７．変形例７：
本実施形態において、プラグカバー５０は主体金具１と分離可能な別体である。しかし、本発明はこれに限られず、プラグカバー５０と主体金具１とは一体の構造としてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…主体金具
１ｄ…加締め部
１ｅ…六角部
１ｆ…ガスシール部
１ｈ…溝部
２…絶縁碍子
２ｅ…突出部
３…中心電極
４…接地電極
４ｂ…基体部
４ｔ…先端部
６…貫通孔
７…ねじ部
１０…点火プラグ
１０ａｘ…中心軸
１３…端子金具
１５…抵抗体
１６…導電性ガラスシール層
２０…平均プラスマイナス
３０…ガスケット
４０…ガスケット
５０…プラグカバー
５０ｆ…ガスシール部
５１…導通孔
６０…点火室
６１…充填層
６２…線パッキン
１００…内燃機関
１０１…燃焼室
１０１ａｘ…中心軸
１０２…吸気口
１０３…排気口
１１０…シリンダブロック
１１１…ピストン
１１２…コンロッド
１２０…シリンダヘッド
１２１…吸気配管
１２２…排気配管
１２３…吸気弁
１２４…排気弁
１２５…孔
１３０…クランクケース
１３１…クランクシャフト
Ｇ…中点
Ｐ…中心点
Ｄ…角度範囲
Ｆ…方向
Ｓ…方向
Ｔ…方向
Ｒ…内径
Ｌ…距離
Ｐ１…中心点
Ｌ１…仮想直線
ｓｇ…間隙（火花ギャップ）
ｄｐ…基準点
Ａ／Ｆ…限界空燃比

Claims (8)

1. 火花放電を生成するための少なくとも一対の電極を有する点火プラグであって、
   前記点火プラグは中心軸を有し、
   前記点火プラグは、前記中心軸方向先端側に空間が形成され、前記空間内で前記火花放電が行われ、前記空間の内部と外部とを連通する複数の導通孔を備えるプラグカバーを有し、
   前記複数の導通孔は、
   前記プラグカバー上で最も先端側かつ前記中心軸上に位置する基準点から、前記導通孔から前記基準点までの距離の最大値と最小値との差が前記最大値の２０％以下となる所定の距離に設けられ、
   前記中心軸方向に投影したとき、前記基準点を中心とした角度範囲が１８０度未満である、点火プラグ。
2. 請求項１に記載の点火プラグであって、
   前記中心軸方向における前記一対の電極間の中点から前記導通孔までの最短距離をＬとし、
   前記中心軸方向において、前記複数の導通孔が前記中点に対して前記点火プラグの先端側にある場合のＬを正の値とした場合、０≦Ｌである、点火プラグ。
3. 請求項２に記載の点火プラグであって、
   前記中点から前記空間を囲む内壁までの最短距離をＲとしたとき、Ｌ≦Ｒである、点火プラグ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の点火プラグであって、
   前記複数の導通孔の面積の総和が３．１４mm²から１２．５７mm²である、点火プラグ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の点火プラグであって、
   前記複数の導通孔とは、３個から８個の導通孔である、点火プラグ。
6. 請求項２または請求項３に記載の点火プラグであって、
   前記中心軸を通る直線と、
   前記中点と任意の前記導通孔とを通る直線と、がなす角度αが、
   １５度以上９０度以下である、点火プラグ。
7. 請求項６に記載の点火プラグであって、
   前記角度αが、４５度以上７５度以下である、点火プラグ。
8. 請求項１ないし請求項７までのいずれか一項に記載の点火プラグが取り付けられる燃焼室を有するエンジンであって、
   前記燃焼室は、
   燃料ガスを吸入する吸気口と、
   前記燃料ガスを排出する排気口と、を備え、
   前記吸気口は仮想的な対称面について対称に配置されており、
   前記排気口は、前記対称面について対称に配置されており、
   前記対称面に含まれ、前記中心軸と垂直な方向であって、前記吸気口から前記排気口に向かう第１方向と、
   前記角度範囲を２等分する第２方向と、からなる角度が３６．１度以下である、エンジン。

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