JP6980617B2

JP6980617B2 - 点火プラグ

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Publication number: JP6980617B2
Application number: JP2018158067A
Authority: JP
Inventors: 俊介津荷; 大希後藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2038-08-27
Also published as: JP2020035516A

Description

本発明は、点火プラグに関するものである。

従来から、ガソリンエンジンやガスエンジン等の内燃機関に、点火プラグが用いられている。点火プラグとして、例えば、副燃焼室を有する点火プラグが提案されている（例えば、特許文献１）。この点火プラグでは、主体金具の先端部に固定されたキャップ内に副燃焼室が形成されている。キャップには、副燃焼室と外部とを連通する貫通孔が設けられている。副燃焼室内には、キャップの貫通孔を通じて、燃料ガスが導入される。また、副燃焼室内に中心電極と接地電極が配置されている。中心電極と接地電極とによって形成される間隙で発生した火花は、副燃焼室内に導入された燃料ガスに着火する。そして、火炎が、キャップの孔を通じて外部、すなわち、内燃機関の燃焼室に噴出することによって、燃焼室内の燃料ガスが燃焼する。

特許文献１の点火プラグでは、貫通孔は、キャップの側壁と、先端側の壁と、にそれぞれ形成されている。

独国特許出願公開第１０２０１４２１７６１９Ａ１号明細書

しかしながら、上記技術では、貫通孔の位置について十分に工夫されているとは言えなかった。このために、例えば、貫通孔から噴出する火炎がピストンに当たり、ピストンの熱引きによる熱損失が大きくなる可能性があった。熱損失が大きくなるほどエンジンの熱効率が低下する。

本発明の主な利点は、内燃機関の熱損失を低減させて内燃機関の熱効率を向上できる点火プラグを提供することである。

本発明は、上述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、以下の態様および適用例として実現することが可能である。
［態様］軸線の方向に延び、第１放電面を有する中心電極と、
前記軸線の方向に延びる軸孔を有し前記軸孔の先端側に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具と、
前記第１放電面と前記軸線の方向に重なって前記第１放電面との間に間隙を形成する第２放電面を有する接地電極と、
前記主体金具の先端部に接続され、前記主体金具の先端側の開口を覆うことで、前記間隙が配置される副燃焼空間を区画するキャップと、
を備え、
前記キャップには、前記副燃焼空間と外部とを連通する少なくとも１個の貫通孔が形成される点火プラグであって、
前記第１放電面の後端を通り、前記軸線と垂直な平面を第１平面とし、
前記第２放電面の先端を通り、前記軸線と垂直な平面を第２平面とするとき、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記副燃焼空間側の開口である第１開口の少なくとも一部と、前記外部側の開口である第２開口の少なくとも一部とは、前記第１平面と前記第２平面との間に配置され、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記第１開口の重心である第１点と、前記第２開口の重心である第２点と、を結ぶ直線は、前記軸線と垂直な平面と平行である、もしくは、前記第２点が前記第１点よりも後端側に位置するように前記軸線と垂直な平面に対して傾斜していることを特徴とする点火プラグ。

［適用例１］軸線の方向に延び、第１放電面を有する中心電極と、
前記軸線の方向に延びる軸孔を有し前記軸孔の先端側に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具と、
前記第１放電面と前記軸線の方向に重なって前記第１放電面との間に間隙を形成する第２放電面を有する接地電極と、
前記主体金具の先端部に接続され、前記主体金具の先端側の開口を覆うことで、前記間隙が配置される副燃焼空間を区画するキャップと、
を備え、
前記キャップには、前記副燃焼空間と外部とを連通する少なくとも１個の貫通孔が形成される点火プラグであって、
前記第１放電面の後端を通り、前記軸線と垂直な平面を第１平面とし、
前記第２放電面の先端を通り、前記軸線と垂直な平面を第２平面とするとき、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記副燃焼空間側の開口である第１開口の少なくとも一部と、前記外部側の開口である第２開口の少なくとも一部とは、前記第１平面と前記第２平面との間に配置されていることを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、第１放電面の後端を通り軸線と垂直な第１平面と、第２放電面の先端を通り軸線と垂直な第２平面との間に、第１開口と第２開口の少なくとも一部が配置されている。この結果、第１放電面と第２放電面との間隙で発生した火炎が軸線と垂直に近い方向に噴出される。この結果、噴出される火炎が、点火プラグの先端側にあるピストンに当たることを抑制して、ピストンによる熱引きを低減できる。したがって、内燃機関の熱損失を低減させて内燃機関の熱効率を向上できる

［適用例２］適用例１に記載の点火プラグであって、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記第１開口の重心である第１点と、前記第２開口の重心である第２点と、を結ぶ直線は、前記軸線と垂直な平面と平行である、もしくは、前記第２点が前記第１点よりも後端側に位置するように前記軸線と垂直な平面に対して傾斜していることを特徴とする点火プラグ。

上記構成によれば、火炎が軸線と垂直、あるいは、垂直より若干後端側に向かって噴出される。この結果、噴出される火炎が、ピストンに当たることをより効果的に抑制できる。

［適用例３］適用例１または２に記載の点火プラグであって、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記第１点と前記第２点とを結ぶ直線は、前記第２点が前記第１点よりも後端側に位置するように前記軸線と垂直な平面に対して傾斜していることを特徴とする点火プラグ。

上記構成によれば、火炎が垂直より若干後端側に向かって噴出される。この結果、噴出される火炎が、ピストンに当たることをさらに効果的に抑制できる。

［適用例４］適用例１〜３のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記第１開口の後端と前記第２開口の後端は、前記第１平面よりも後端側に位置し、
前記第１開口の先端と前記第２開口の先端は、前記第２平面よりも先端側に位置することを特徴とする点火プラグ。

上記構成によれば、火炎がキャップに遮られることを抑制できるので、火炎が効率良く貫通孔から噴出できる。この結果、燃料ガスの燃焼速度を向上することができる。

［適用例５］適用例１〜４のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記貫通孔は、複数個形成されており、
前記点火プラグを前記軸線に沿って見た場合に、
前記軸線を中心とする仮想的な円上の複数個の仮想的な点であり、周方向に等間隔で並ぶ前記複数個の仮想的な点を、複数個の特定点とするとき、
前記複数個の貫通孔は、それぞれ、前記複数個の特定点を１個ずつ含む領域に形成されていることを特徴とする点火プラグ。

上記構成によれば、燃焼室の全体に拡がるように、火炎が噴出される。この結果、燃料ガスの燃焼速度を向上することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグや点火プラグを用いた点火装置、その点火プラグを搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。

本実施形態の点火プラグ１００の断面図である。点火プラグ１００の先端近傍を軸線ＡＸに沿って先端側から後端方向ＢＤに向かって見た図である。図２に破線Ａ−Ａで示す面で点火プラグ１００の先端の近傍を切断した断面ＣＦ１を示す図である。図３に示す矩形範囲ＳＡａＳＡｂを拡大して示す図である。本実施形態の点火プラグ１００が取り付けられる内燃機関の一例を示す図である。点火プラグ１００と吸気バルブ７３０と排気バルブ７４０との配置例を示す投影図である。比較形態の１００Ｘの説明図である。変形例の説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．点火プラグの構成：
図１は本実施形態の点火プラグ１００の断面図である。軸線ＡＸと平行な方向（図１の上下方向）を軸線方向とも呼ぶ。軸線ＡＸを中心とし、軸線ＡＸと垂直な面上の円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図１における下方向を先端方向ＦＤと呼び、上方向を後端方向ＢＤとも呼ぶ。図１における下側を点火プラグ１００の先端側と呼び、図１における上側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。

点火プラグ１００は、上述したように内燃機関に取り付けられ、内燃機関の燃焼室内の燃料ガスに着火するために用いられる。点火プラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子電極４０と、内側主体金具５０と外側主体金具６０とからなる主体金具２と、抵抗体７０と、導電性のシール部材８０Ａ、８０Ｂと、キャップ９０と、を備える。

絶縁体１０は、軸線ＡＸに沿って延び、絶縁体１０を貫通する貫通孔である軸孔１２を有する略円筒状の部材である。絶縁体１０は、例えば、アルミナ等のセラミックスを用いて形成されている。絶縁体１０は、鍔部１９と、後端側胴部１８と、先端側胴部１７と、縮外径部１５と、脚長部１３と、を備えている。

鍔部１９は、絶縁体１０における軸線方向の略中央に位置する部分である。後端側胴部１８は、鍔部１９よりも後端側に位置し、鍔部１９の外径よりも小さな外径を有している。先端側胴部１７は、鍔部１９よりも先端側に位置し、後端側胴部１８の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３は、先端側胴部１７よりも先端側に位置し、先端側胴部１７の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３の外径は、先端側ほど縮径されている。脚長部１３の先端側の部分は、内側主体金具５０の先端面よりも先端側に突出している。縮外径部１５は、脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成され、後端側から先端側に向かって外径が縮径した部分である。

絶縁体１０は、内周側の構成の観点でみると、後端側に位置する大内径部１２Ｌと、大内径部１２Ｌよりも先端側に位置し、大内径部１２Ｌよりも内径が小さな小内径部１２Ｓと、縮内径部１６と、を備えている。縮内径部１６は、大内径部１２Ｌと小内径部１２Ｓとの間に形成され、後端側から先端側に向かって内径が縮径した部分である。縮内径部１６の軸線方向の位置は、本実施形態では、先端側胴部１７の先端側の部分の位置である。

内側主体金具５０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）で形成される円筒状の金具である。内側主体金具５０には、軸線ＡＸに沿って貫通する貫通孔５９が形成されている。内側主体金具５０は、絶縁体１０の径方向の周囲（すなわち、外周）に配置されている。すなわち、内側主体金具５０の貫通孔５９内に、絶縁体１０が挿入・保持されている。絶縁体１０の先端は、内側主体金具５０の先端よりも先端側に突出している。絶縁体１０の後端は、内側主体金具５０の後端よりも後端側に突出している。

内側主体金具５０は、プラグレンチが係合する六角柱形状の工具係合部５１と、外側主体金具６０に取り付けるための雄ネジが形成された取付ネジ部５２と、工具係合部５１と取付ネジ部５２との間に形成された鍔状の座部５４と、を備えている。取付ネジ部５２の呼び径は、例えば、Ｍ８〜Ｍ１４である。

内側主体金具５０の取付ネジ部５２と座部５４との間には、金属製の環状の内側ガスケット５Ａが嵌挿されている。内側ガスケット５Ａは、外側主体金具６０の座部６４（後述）と、内側主体金具５０の座部５４と、の隙間を封止する。

内側主体金具５０は、さらに、工具係合部５１の後端側に設けられた薄肉の加締部５３と、座部５４と工具係合部５１との間に設けられた薄肉の圧縮変形部５８と、を備えている。内側主体金具５０における工具係合部５１から加締部５３に至る部位の内周面と、絶縁体１０の後端側胴部１８の外周面と、の間に形成される環状の領域には、環状の線パッキン６、７が配置されている。当該領域における２つの線パッキン６、７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁体１０の外周面に固定されている。内側主体金具５０の圧縮変形部５８は、製造時において、絶縁体１０の外周面に固定された加締部５３が先端側に押圧されることにより、圧縮変形する。圧縮変形部５８の圧縮変形によって、線パッキン６、７およびタルク９を介し、絶縁体１０が内側主体金具５０内で先端側に向け押圧される。環状の板パッキン８を介して、内側主体金具５０の内周で取付ネジ部５２の位置に形成された段部５６（金具側段部）によって、絶縁体１０の縮外径部１５（絶縁体側段部）が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、内側主体金具５０と絶縁体１０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン８によって防止される。

外側主体金具６０は、内側主体金具５０と同様の導電性の金属材料で形成された円筒状の金具である。外側主体金具６０には、軸線ＡＸに沿って貫通する貫通孔６９が形成されている。外側主体金具６０は、内側主体金具５０の座部５４よりも先端側において、内側主体金具５０の周囲（すなわち、外周）に配置されている。外側主体金具６０の内周面には、雌ネジ６６が形成されている。内側主体金具５０の取付ネジ部５２に形成された雄ネジは、雌ネジ６６と係合している。これによって、外側主体金具６０の貫通孔６９内に、内側主体金具５０の座部５４より先端側の部分が挿入・保持されている。

外側主体金具６０は、取付ネジ部６２と、取付ネジ部６２よりも後端側の座部６４と、を備えている。取付ネジ部６２の呼び径は、例えば、Ｍ１０〜Ｍ１８である。取付ネジ部６２の外周面には、内燃機関のエンジンヘッド（図示省略）に点火プラグ１００を固定するための雄ネジが形成されている。

外側主体金具６０の取付ネジ部６２と座部６４との間には、金属製の環状の外側ガスケット５Ｂが嵌挿されている。外側ガスケット５Ｂは、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、点火プラグ１００と内燃機関（エンジンヘッド）との隙間を封止する。

外側主体金具６０の先端部６１には、外側主体金具６０および内側主体金具５０の先端側の開口６０ｏ、５０ｏを覆うキャップ９０が形成されている。キャップ９０の構成については後述する。キャップ９０によって、後述する間隙Ｇが配置される副燃焼空間ＢＳが区画・形成されている。

キャップ９０は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはＮｉを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）、タングステンで形成されている。本実施形態では、外側主体金具６０がＮｉ合金で形成され、キャップ９０は、外側主体金具６０と一体に形成されている。これに代えて、キャップ９０は、外側主体金具６０とは別部材で形成され、外側主体金具６０の先端に溶接によって接合されていても良い。

中心電極２０は、軸線ＡＸに沿って延びる棒状の部材である。中心電極２０は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはＮｉを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。中心電極２０は、中心電極２０は、ＮｉまたはＮｉ合金で形成された母材と、該母の内部に埋設された芯部と、を含む２層構造を有しても良い。この場合には、芯部は、例えば、母材よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金で形成される。中心電極２０は、絶縁体１０の軸孔１２の内部の先端側の部分に保持されている。すなわち、中心電極２０の後端側は、軸孔１２内に配置されている。脚部２５の先端側の面は、後述する接地電極３０の第２放電面３０Ｓとの間に間隙Ｇを形成する第１放電面２０Ｓである。点火プラグ１００は、いわゆる縦放電の点火プラグであり、第１放電面２０Ｓと第２放電面３０Ｓとは、軸線方向に重なっており、軸線方向に対向している。

中心電極２０は、図１に示すように、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部２４と、鍔部２４よりも後端側の部分である頭部２３（電極頭部）と、鍔部２４よりも先端側の部分である脚部２５（電極脚部）と、を備えている。鍔部２４は、絶縁体１０の縮内径部１６によって、先端側から支持されている。すなわち、中心電極２０は、縮内径部１６に係止されている。このように、中心電極２０の後端側は、軸孔１２（小内径部１２Ｓ）内に配置されている。脚部２５の先端側は、絶縁体１０の先端よりも先端側に突出している。

端子電極４０は、軸線方向に延びる棒状の部材である。端子電極４０は、絶縁体１０の軸孔１２に後端側から挿通され、軸孔１２内において、中心電極２０よりも後端側に位置している。端子電極４０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で形成され、端子電極４０の表面には、例えば、防食のために、Ｎｉなどのめっきが形成されている。

端子電極４０は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部４２（端子顎部）と、鍔部４２よりも後端側に位置するキャップ装着部４１と、鍔部４２よりも先端側の脚部４３（端子脚部）と、を備えている。端子電極４０のキャップ装着部４１は、絶縁体１０よりも後端側に露出している。端子電極４０の脚部４３は、絶縁体１０の軸孔１２に挿入されている。キャップ装着部４１には、高圧ケーブル（図示外）が接続されたプラグキャップが装着され、放電を発生するための高電圧が印加される。

抵抗体７０は、絶縁体１０の軸孔１２内において、端子電極４０の先端と中心電極２０の後端との間に、配置されている。抵抗体７０は、例えば、１ＫΩ以上の抵抗値（例えば、５ＫΩ）を有し、火花発生時の電波ノイズを低減する機能を有する。抵抗体７０は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。

軸孔１２内における、抵抗体７０と中心電極２０との隙間は、導電性のシール部材８０Ａによって埋められている。抵抗体７０と端子電極４０との隙間は、シール部材８０Ｂによって埋められている。すなわち、シール部材８０Ａは、中心電極２０と抵抗体７０とにそれぞれ接触し、中心電極２０と抵抗体７０とを離間している。シール部材８０Ｂは、抵抗体７０と端子電極４０にそれぞれ接触し、抵抗体７０と端子電極４０とを離間している。このように、シール部材８０Ａ、８０Ｂは、中心電極２０と端子電極４０とを、抵抗体７０を介して、電気的、かつ、物理的に、接続している。シール部材８０Ａ、８０Ｂは、導電性を有する材料、例えば、例えば、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系等のガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ、Ｆｅなど）とを含む組成物で形成されている。

接地電極３０は、図１に示すように、断面が四角形の棒状体である。接地電極３０は、両端部として、接続端部３２と、接続端部３２の反対側に位置する自由端部３１と、を有している。接続端部３２は、内側主体金具５０の先端部５０ｓに、例えば、抵抗溶接によって、接合されている。これによって、主体金具２（内側主体金具５０および外側主体金具６０）と接地電極３０とは、電気的および物理的に接続される。接地電極３０の接続端部３２の近傍は、軸線ＡＸの方向に延びており、自由端部３１の近傍は、軸線ＡＸと垂直な方向に延びている。棒状の接地電極３０は、中央部分において、約９０度だけ湾曲している。

接地電極３０は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、ＮｉまたはＮｉを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。接地電極３０は、中心電極２０と同様に、母材と、母材よりも熱伝導性が高い金属（例えば、銅）を用いて形成され、母材に埋設された芯部と、を含む２層構造を有しても良い。自由端部３１の後端側を向いた側面は、中心電極２０の第１放電面２０Ｓとの間に間隙Ｇを形成する第２放電面３０Ｓである。第１放電面２０Ｓと第２放電面３０Ｓとは、軸線ＡＸの方向に対向している。間隙Ｇは、放電が発生するいわゆる火花ギャップである。

図２は、点火プラグ１００の先端近傍を軸線ＡＸに沿って先端側から後端方向ＢＤに向かって見た図である。キャップ９０には、副燃焼空間ＢＳと外部とを連通する複数個（図２の例では４個）の貫通孔９５ａ〜９５ｄが形成されている。４個の貫通孔９５ａ〜９５ｄは、周方向に分散されて配置されている。図２には、４個の貫通孔９５ａ〜９５ｄの副燃焼空間ＢＳ側の開口（内側開口とも呼ぶ）９５ａｉ〜９５ｄｉの重心（中心）Ｐａｉ〜Ｐｄｉが図示されている。

ここで、図２において、軸線ＡＸを通り、接地電極３０の自由端部３１が延びる方向を第１方向Ｄ１とする。また、第１方向Ｄ１と垂直な方向（図２の上方向）を第２方向Ｄ２とする。４個の貫通孔９５ａ〜９５ｄは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２と４５度の角度を成す周方向の位置に配置されている。このために、図１には、４個の貫通孔９５ａ〜９５ｄは、現れていない。

図２には、仮想的な円ＶＣが図示されている。この円ＶＣは、軸線ＡＸを中心とし、筒部９２の外径よりも小さく、筒部９２の内径よりも大きな直径を有する円である。円ＶＣ上には、複数個の仮想的な４個の特定点ＳＰが図示されている。４個の特定点ＳＰは、周方向に等間隔で並んでいる。特定点ＳＰの個数が４個であるので、特定点ＳＰの周方向の間隔は９０度である。図２において、４個の貫通孔９５ａ〜９５ｄは、それぞれ、特定点ＳＰを１個ずつ含む領域に形成されていることが解る。

図３は、図２に破線Ａ−Ａで示す面で、点火プラグ１００の先端の近傍を切断した断面ＣＦ１を示す図である。図２の破線Ａ−Ａで示す面は、軸線ＡＸと、貫通孔９５ａの内側開口９５ａｉの重心Ｐａｉと、貫通孔９５ｂの内側開口９５ｂｉの重心Ｐｂｉと、を含む面である。

図３に示すように、キャップ９０は、略円筒状の筒部９２と、筒部９２の先端側に設けられ、筒部９２の先端側の開口を覆う円形の板状部９１と、を備えている。このために、副燃焼空間ＢＳは、略円柱形状を有している。副燃焼空間ＢＳ内には、脚長部１３の先端側の部分と、接地電極３０と、中心電極２０の先端側の部分と、が配置されている。副燃焼空間ＢＳには、間隙Ｇが配置されている。

本実施形態では、上述した４個の貫通孔９５ａ〜９５ｄは、筒部９２に形成されており、板状部９１には、形成されていない。したがって、例えば、キャップ９０において、軸線ＡＸと交差する位置には、貫通孔は形成されていない。４個の貫通孔９５ａ〜９５ｄの軸線方向の位置は、接地電極３０の間隙Ｇが位置する軸線方向の位置と、概ね等しい。

ここで、第１放電面２０Ｓの後端を通り、軸線ＡＸと垂直な平面を、第１平面Ｓ１とする。本実施形態では、第１放電面２０Ｓは、軸線ＡＸと垂直であるので、第１平面Ｓ１は、第１放電面２０Ｓの全体を含む面となる。第１放電面２０Ｓが軸線ＡＸと垂直な方向に対して傾斜している場合には、第１平面Ｓ１は、第１放電面２０Ｓの後端の一部のみを通る面となる。

第２放電面３０Ｓの先端を通り、軸線ＡＸと垂直な平面を、第２平面Ｓ２とする。本実施形態では、第２放電面３０Ｓは、軸線ＡＸと垂直であるので、第２平面Ｓ２は、第２放電面３０Ｓの全体を含む面となる。第２放電面３０Ｓが軸線ＡＸと垂直な方向に対して傾斜している場合には、第２平面Ｓ２は、第２放電面３０Ｓの後端の一部のみを通る面となる。

図３に示すように、貫通孔９５ａの内側開口９５ａｉの軸線方向の中央部は、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されている。また、貫通孔９５ａの外部側の開口（外側開口とも呼ぶ）９５ａｏの軸線方向の中央部は、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されている。

図４は、図３に示す矩形範囲ＳＡａ、ＳＡｂを拡大して示す図である。内側開口９５ａｉと外側開口９５ａｏとの軸線方向の位置は同じではなく、外側開口９５ａｏの軸線方向の位置は、内側開口９５ａｉの軸線方向の位置よりも後端側にずれている。図４（Ａ）に示すように、貫通孔９５ａの内側開口９５ａｉの重心Ｐａｉと、外側開口９５ａｏの重心Ｐａｏと、を結ぶ直線を、直線Ｌａとする。直線Ｌａは、外側開口９５ａｏの重心Ｐａｏが内側開口９５ａｉの重心Ｐａｉよりも後端側に位置するように、軸線ＡＸと垂直な平面（例えば、第１平面Ｓ１）に対して傾斜している。

貫通孔９５ａの内側開口９５ａｉの後端Ｂａｉと外側開口９５ａｏの後端Ｂａｏとは、第１平面Ｓ１よりも後端側に位置している。貫通孔９５ａの内側開口９５ａｉの先端Ｆａｉと外側開口９５ａｏの先端Ｆａｏとは、第２平面Ｓ２よりも先端側に位置している。

貫通孔９５ｂについても、上述した貫通孔９５ａと同様の位置関係を満たしている。具体的には、図３に示すように、貫通孔９５ｂの内側開口９５ｂｉおよび外側開口９５ｂｏの軸線方向の中央部は、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されている。

図４（Ｂ）に示すように、貫通孔９５ｂの内側開口９５ｂｉの重心Ｐｂｉと、外側開口９５ｂｏの重心Ｐｂｏと、を結ぶ直線Ｌｂは、外側開口９５ｂｏの重心Ｐｂｏが内側開口９５ｂｉの重心Ｐｂｉよりも後端側に位置するように、軸線ＡＸと垂直な平面に対して傾斜している。

図４（Ｂ）に示すように、貫通孔９５ｂの内側開口９５ｂｉの後端Ｂｂｉと外側開口９５ｂｏの後端Ｂｂｏとは、第１平面Ｓ１よりも後端側に位置している。貫通孔９５ｂの内側開口９５ｂｉの先端Ｆｂｉと外側開口９５ｂｏの先端Ｆｂｏとは、第２平面Ｓ２よりも先端側に位置している。

なお、図示は省略するが、図２に破線Ｂ−Ｂで示す面で、点火プラグ１００の先端の近傍を切断した断面は、図３の断面ＣＦ１と同様の断面となる。このことから解るように、貫通孔９５ｃ、９５ｄも、上述した貫通孔９５ａ、９５ｂと同様の位置関係を満たしている。具体的には、貫通孔９５ｃ、９５ｄの内側開口９５ｃｉ、９５ｄｉおよび外側開口９５ｃｏ、９５ｄｏの軸線方向の中央部は、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されている。そして、貫通孔９５ｃ、９５ｄの内側開口９５ｃｉ、９５ｄｉの重心と、外側開口９５ｃｏ、９５ｄｏの重心と、を結ぶ直線は、外側開口の重心が内側開口の重心よりも後端側に位置するように、軸線ＡＸと垂直な平面に対して傾斜している。さらには、貫通孔９５ｃ、９５ｄの内側開口９５ｃｉ、９５ｄｉの後端と外側開口９５ｃｏ、９５ｄｏの後端とは、第１平面Ｓ１よりも後端側に位置している。貫通孔９５ｃ、９５ｄの内側開口９５ｃｉ、９５ｄｉの先端と外側開口９５ｃｏ、９５ｄｏの先端とは、第２平面Ｓ２よりも先端側に位置している。

Ａ−２．点火プラグ１００の使用の態様
以上説明した本実施形態の点火プラグ１００は、以下のように動作する。点火プラグ１００は、ガスエンジンなどの内燃機関に取り付けられて使用される。所定の電源を含む点火装置（例えば、フルトランジスタ点火装置）によって、点火プラグ１００の接地電極３０と中心電極２０との間に電圧が印加される。この結果、接地電極３０と中心電極２０との間隙Ｇに、火花放電が生じる。すなわち、キャップ９０内の副燃焼空間ＢＳで火花放電が生じる。内燃機関の燃焼室内の燃料ガスが、キャップ９０の貫通孔９５ａ〜９５ｄを通って、副燃焼空間ＢＳ内に導入される。副燃焼空間ＢＳで生じた火花によって、副燃焼空間ＢＳ内の燃料ガスが点火される。点火された燃料ガスの燃焼によって生じた火炎は、キャップ９０の貫通孔９５ａ〜９５ｄを通って、外部（内燃機関の燃焼室）へと噴出される。噴出された火炎によって、内燃機関の燃焼室内の燃料ガスが点火される。この結果、特に、燃焼室の容積が比較的大きな内燃機関であっても、速やかに燃焼室内の燃料ガスの全体を燃焼させることができる。

図５は、本実施形態の点火プラグ１００が取り付けられる内燃機関の一例を示す図である。図中には、内燃機関７００の複数（例えば、４個）の燃焼室（シリンダとも呼ばれる）のうちの１個の燃焼室７９０の概略断面図が示されている。内燃機関７００は、エンジンヘッド７１０と、シリンダブロック７２０と、ピストン７５０と、点火プラグ１００と、を含んでいる。ピストン７５０は、図示しないコネクティングロッドに連結され、コネクティングロッドは、図示しないクランクシャフトに連結されている。

シリンダブロック７２０は、燃焼室７９０のうちの一部（略円筒状の空間）を形成するシリンダ壁７２９を有している。シリンダブロック７２０の一方向側（図５の上側）には、エンジンヘッド７１０が固定されている。エンジンヘッド７１０は、燃焼室７９０の端部を形成する内壁７１９と、燃焼室７９０に連通する吸気ポート７１２を形成する第１壁７１１と、吸気ポート７１２を開閉可能な吸気バルブ７３０と、燃焼室７９０に連通する排気ポート７１４を形成する第２壁７１３と、排気ポート７１４を開閉可能な排気バルブ７４０と、点火プラグ１００を取り付けるための取付孔７１８と、を有している。ピストン７５０は、シリンダ壁７２９によって形成される空間内を、往復動する。ピストン７５０のエンジンヘッド７１０側の面７５９と、シリンダブロック７２０のシリンダ壁７２９と、エンジンヘッド７１０の内壁７１９と、に囲まれる空間が、燃焼室７９０に相当する。点火プラグ１００の中心電極２０と接地電極３０（後述）とは、燃焼室７９０に露出している。図中の軸線ＡＸは、点火プラグ１００の軸線ＡＸである。

図６は、点火プラグ１００と吸気バルブ７３０と排気バルブ７４０との配置例を示す投影図である。この投影図は、点火プラグ１００の中心電極２０の軸線ＡＸに垂直な投影面上に要素１００、７３０、７４０を投影することによって得られる投影図である。図示された要素１００、７３０、７４０は、１個の燃焼室７９０（図５）の要素である。図中では、バルブ７３０、７４０を表す領域のそれぞれに、ハッチングが付されている。

図６に示すように、本実施形態の内燃機関７００の１個の燃焼室７９０には、１個の点火プラグ１００と、２個の吸気バルブ７３０と、２個の排気バルブ７４０と、が設けられている。投影図中のバルブ７３０、７４０は、いずれも、閉じた状態のバルブ７３０、７４０を示している。また、投影図中のバルブ７３０、７４０は、いずれも、燃焼室７９０内から見える部分を示している。以下、２個の吸気バルブ７３０を区別する場合には、符号「７３０」の末尾に識別子（ここでは、「ａ」または「ｂ」）を付加する。２個の排気バルブ７４０についても、同様である。

図中には、バルブ７３０ａ、７３０ｂ、７４０ａ、７４０ｂのそれぞれの中心位置Ｃ３ａ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ａ、Ｃ４ｂが、示されている。これらの中心位置Ｃ３ａ、Ｃ３ｂ、Ｃ４ａ、Ｃ４ｂは、それぞれ、図６に示す投影面上におけるバルブ７３０ａ、７３０ｂ、７４０ａ、７４０ｂを表す領域の重心位置を示している。例えば、第１中心位置Ｃ３ａは、第１吸気バルブ７３０ａを表す領域の重心位置である。なお、領域の重心は、領域内に質量が均等に分布していると仮定した場合の重心の位置である。

図中には、２個の重心位置Ｃ３、Ｃ４が示されている。吸気重心位置Ｃ３は、２個の吸気バルブ７３０ａ、７３０ｂのそれぞれの中心位置Ｃ３ａ、Ｃ３ｂの重心位置である。排気重心位置Ｃ４は、２個の排気バルブ７４０ａ、７４０ｂのそれぞれの中心位置Ｃ４ａ、Ｃ４ｂの重心位置である。なお、複数の中心位置の重心位置は、各中心位置に同じ質量が配置されていると仮定した場合の重心の位置である。

図６の矢印で示す流動方向Ｄｇは、軸線ＡＸと略垂直な方向であり、吸気重心位置Ｃ３から排気重心位置Ｃ４からに向かう方向である（バルブ配置方向とも呼ぶ。）。点火プラグ１００の点火時には、燃焼室７９０内における点火プラグ１００の先端近傍を流動方向Ｄｇに燃料ガス（空気と燃料の混合気）が流動する。図６の流動方向Ｄｇを示す矢印は、点火プラグ１００の先端近傍におけるガスの流動経路を示していると、言うこともできる。

ここで、燃焼室７９０にタンブルと呼ばれる縦方向（ピストン７５０の軸方向）の渦を発生させる場合に、バルブ７３０、バルブ７４０近傍において流動方向Ｄｇに流れるガスの流速は、燃焼室７９０の天井に近い位置（図５の上側、点火プラグ１００の後端側）において、天井から離れた位置（図５の下側、要素１００の先端側）よりも速くなる。例えば、図５の矢印ＡＲａが位置する部分におけるガスの流速は、矢印ＡＲｂが位置する部分におけるガスの流速よりも速くなる。

本実施形態の点火プラグ１００は、ガスの流速が比較的遅い位置（矢印ＡＲｂの位置）に先端が位置するように、内燃機関７００に取り付けられる。そして、点火プラグ１００は、ガスの流速が比較的遅い位置で、図５に矢印ＡＲｆで示すように、軸線ＡＸと垂直な方向に火炎を噴出する。この結果、吸気バルブ７３０の近傍に火炎を速やかに到達させることができ、燃料ガスを効率良く燃焼させることができ、燃焼速度を向上することができる。

図７は、比較形態の１００Ｘの説明図である。図７は、内燃機関７００に取り付けられている点火プラグが、比較形態の点火プラグ１００Ｘである点を除いて、図５と同じである。比較形態の点火プラグ１００Ｘは、図５の点火プラグ１００と比較して、先端が燃焼室７９０の天井の近くに位置するように、内燃機関７００に取り付けられる。そして、点火プラグ１００Ｘは、図７に矢印ＡＲｘで示すように、軸線ＡＸと垂直な方向に対して先端側に傾斜した方向に、火炎を噴出する。この場合には、噴出された火炎が比較的速い速度で流動するガスに巻き込まれる。このために、噴出された火炎が吸気バルブ７３０の近傍に到達することができず、吸気バルブ７３０の近傍で燃料ガスを燃焼させることができない可能性がある。本実施形態の点火プラグ１００は、このような不都合を解消して、燃焼速度を向上することができる。

以上説明した本実施形態の点火プラグ１００によれば、上述したように、貫通孔９５ａ〜９５ｄのそれぞれについて、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの少なくとも一部と、外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの少なくとも一部とは、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されている（図３）。この結果、間隙Ｇで発生した火炎が軸線ＡＸと垂直に近い方向に噴出される。この結果、噴出される火炎が、点火プラグ１００の先端側にあるピストン７５０に当たることが抑制され、ピストンによる熱引きが低減される。したがって、内燃機関７００の熱損失を低減させて内燃機関７００の熱効率を向上できる。特に、図５のように、点火プラグ１００の先端が、ピストン７５０に比較的近い位置に配置される場合には、仮に、図７の点火プラグ１００Ｘのように、火炎がピストン７５０側に噴出されると、噴出される火炎がピストン７５０に強く吹き付けられ得るのでピストン７５０よる熱引きが過大になり得る。本実施形態の点火プラグ１００によれば、このような不具合を抑制することができる。

さらには、内燃機関によっては、燃料ガスの燃焼速度を向上することができる。例えば、図５を参照して説明したように、燃焼室７９０にタンブルを発生させる内燃機関７００において、燃焼室７９０の天井から比較的離れた位置において、火炎を軸線ＡＸと垂直に近い方向に噴出でき、燃焼速度を向上できる。

さらに、本実施形態の点火プラグ１００によれば、貫通孔９５ａ〜９５ｄのそれぞれについて、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの重心と、外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの重心と、を結ぶ線（例えば、図４の直線Ｌａ、Ｌｂ）は、外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの重心が内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの重心よりも後端側に位置するように、軸線ＡＸと垂直な平面（例えば、第１平面Ｓ１）に対して傾斜している。この結果、貫通孔９５ａ〜９５ｄから噴出される火炎が、ピストン７５０に当たることをより効果的に抑制できる。

さらには、火炎が軸線ＡＸに垂直な面よりも後端側に向かって噴出されるので、例えば、図５に示す例では、吸気バルブ７３０により近い部分に火炎が到達しやすい。このために、吸気バルブ７３０により近い部分で、燃料ガスに着火でき、燃焼速度を向上することができる。

さらに、本実施形態の点火プラグ１００によれば、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの後端と外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの後端は、第１平面Ｓ１よりも後端側に位置し、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの先端と外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの先端は、第２平面Ｓ２よりも先端側に位置する。この結果、間隙Ｇにて発生して、軸線ＡＸと垂直な方向に向かう火炎がキャップ９０に遮られることを抑制できるので、火炎を効率良く貫通孔９５ａ〜５９ｄから噴出できる。この結果、燃料ガスの燃焼速度を向上することができる。

さらに、本実施形態の点火プラグ１００によれば、図２を参照して説明したように、点火プラグ１００を軸線ＡＸに沿って見た場合に、仮想的な円ＶＣ上の複数個の仮想的な点であり、周方向に等間隔で並ぶ複数個の仮想的な点を、複数個の特定点ＳＰとするとき、複数個の貫通孔９５ａ〜９５ｄは、それぞれ、複数個の特定点ＳＰを１個ずつ含む領域に形成されている。この結果、燃焼室７９０の全体に拡がるように火炎が噴出される。この結果、燃料ガスの燃焼速度を向上することができる。

Ｂ．変形例
（１）上記実施形態では、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの軸線方向の中央部分が、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されている。これに代えて、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの全体が、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されていても良い。また、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの後端側の一部分、または、先端側の一部分が、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されていても良い。

（２）上記実施形態では、外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの軸線方向の中央部分が、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されている。これに代えて、外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの全体が、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されていても良い。また、外側開口９５ａｏ〜９５ｄｏの後端側の一部分、または、先端側の一部分が、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に配置されていても良い。

（３）上記実施形態では、内側開口９５ａｉの重心と、外側開口９５ａｏの重心と、を結ぶ直線Ｌａ（図４）は、外側開口９５ａｏの重心が内側開口９５ａｉの重心よりも後端側に位置するように、第１平面Ｓ１に対して傾斜している。これに代えて、例えば、直線Ｌａは、第１平面Ｓ１と平行であっても良い。また、直線Ｌａは、外側開口９５ａｏの重心が内側開口９５ａｉの重心よりも先端側に位置するように、第１平面Ｓ１に対して傾斜していても良い。ただし、図５の内燃機関７００において、ピストン７５０による熱引きを低減して内燃機関７００の熱効率を向上する観点、および、燃焼速度を向上する観点からは、直線Ｌａは、外側開口９５ａｏの重心が内側開口９５ａｉの重心よりも後端側に位置するように、第１平面Ｓ１に対して傾斜しているか、第１平面Ｓ１と平行であることが好ましい。

（４）また、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの先端の全部または一部は、第２平面Ｓ２よりも後端側に位置していても良い。外側開口９５ａｏ〜９５ｏの先端の全部または一部は、第２平面Ｓ２よりも後端側に位置していても良い。また、内側開口９５ａｉ〜９５ｄｉの先端の全部または一部は、第２平面Ｓ２よりも後端側に位置していても良い。外側開口９５ａｏ〜９５ｏの先端の全部または一部は、第２平面Ｓ２よりも後端側に位置していても良い。

（５）上記実施形態のキャップ９０において、複数個の貫通孔９５ａ〜９５ｄは、周方向の位置が互いに異なり、軸線方向の位置、径方向の位置、形状、および、大きさが、互いに等しい。これに代えて、複数個の貫通孔９５ａ〜９５ｄの全部または一部は、軸線方向の位置、径方向の位置、形状、および、大きさのうちの全部または一部が、互いに異なっていても良い。また、貫通孔９５ａ〜９５ｄは、周方向に等間隔に並んでいるが、貫通孔９５ａ〜９５ｄのうちの２個の貫通孔の周方向の間隔は、互いに異なっていても良い。また、図２において、貫通孔９５ａ〜９５ｄのうちの一部は、特定点ＳＰを含まない領域に形成されていても良い。さらには、貫通孔９５ａ〜９５ｄの個数は、４個に限られず、他の個数、例えば、２個、３個、５個であっても良い。

（６）上記実施形態の点火プラグ１００の具体的な構成は、一例であり、これに限られない。図８は、変形例の説明図である。図８には、図３の第１実施形態の断面ＣＦ１に対応する部分が図示されている。

この変形例では、主体金具２Ｂは、２個の部材には分かれておらず、１個の部材で形成されている。また、本変形例では、キャップ９０Ｂの筒部９２の後端は、主体金具２Ｂの先端面に溶接によって固定されている。また、本変形例では、接地電極３０Ｂは、軸線ＡＸに沿って延びる丸棒状の部材である。接地電極３０Ｂの後端側の面は、第２放電面３０Ｓである。接地電極３０Ｂの先端側の面は、キャップ９０Ｂの板状部９１Ｂの後端側の面に溶接によって接合されている。これによって、接地電極３０Ｂは、キャップ９０Ｂを介して、主体金具２Ｂに電気的に接続されている。図８の点火プラグの他の構成は、第１実施例の点火プラグ１００の構成と同じである。

（５）記実施形態において、例えば、中心電極２０、端子電極４０、接地電極３０、主体金具２などの材質、形状、寸法などは、様々に変更可能である。例えば、上記実施形態では、中心電極２０や接地電極３０は１個の材料で形成されている。これに代えて、中心電極は、中心電極本体と、中心電極本体の先端に溶接され、放電面を有する中心電極チップと、を備える構成であっても良い。また、接地電極３０は、接地電極本体と、接地電極本体の自由端部に溶接され、放電面を有する接地電極チップと、を備える構成であっても良い。中心電極チップや接地電極チップとは、例えば、電極本体（例えば、Ｎｉ合金）よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属、タングステン（Ｗ）、それらの金属から選択された少なくとも１種を含む合金）を用いて形成される。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

２…主体金具、２Ｂ…主体金具、５Ａ…内側ガスケット、５Ｂ…外側ガスケット、６…線パッキン、８…板パッキン、９…タルク、１０…絶縁体、１２…軸孔、１２Ｌ…大内径部、１２Ｓ…小内径部、１３…脚長部、１５…縮外径部、１６…縮内径部、１７…先端側胴部、１８…後端側胴部、１９…鍔部、２０…中心電極、２０Ｓ…第１放電面、２３…頭部、２４…鍔部、２５…脚部、３０…接地電極、３０Ｂ…接地電極、３０Ｓ…第２放電面、３１…自由端部、３２…接続端部、４０…端子電極、４１…キャップ装着部、４２…鍔部、４３…脚部、５０…内側主体金具、５０ｓ…先端部、５１…工具係合部、５２…取付ネジ部、５３…加締部、５４…座部、５６…段部、５８…圧縮変形部、５９…貫通孔、６０…外側主体金具、６０ｏ…開口、６１…先端部、６２…取付ネジ部、６４…座部、６６…雌ネジ、６９…貫通孔、７０…抵抗体、８０Ａ、８０Ｂ…シール部材、９０、９０Ｂ…キャップ、９１…板状部、９２…筒部、９５ａ〜９５ｄ…貫通孔、９５ａｉ〜９５ｄｉ…内側開口、９５ａｏ〜９５ｄｏ…外側開口、１００…点火プラグ、７００…内燃機関、７１０…エンジンヘッド、７１１…第１壁、７１２…吸気ポート、７１３…第２壁、７１４…排気ポート、７１８…取付孔、７１９…内壁、７２０…シリンダブロック、７２９…シリンダ壁、７３０…吸気バルブ、７４０…排気バルブ、７５０…ピストン、７９０…燃焼室

Claims

軸線の方向に延び、第１放電面を有する中心電極と、
前記軸線の方向に延びる軸孔を有し前記軸孔の先端側に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具と、
前記第１放電面と前記軸線の方向に重なって前記第１放電面との間に間隙を形成する第２放電面を有する接地電極と、
前記主体金具の先端部に接続され、前記主体金具の先端側の開口を覆うことで、前記間隙が配置される副燃焼空間を区画するキャップと、
を備え、
前記キャップには、前記副燃焼空間と外部とを連通する少なくとも１個の貫通孔が形成される点火プラグであって、
前記第１放電面の後端を通り、前記軸線と垂直な平面を第１平面とし、
前記第２放電面の先端を通り、前記軸線と垂直な平面を第２平面とするとき、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記副燃焼空間側の開口である第１開口の少なくとも一部と、前記外部側の開口である第２開口の少なくとも一部とは、前記第１平面と前記第２平面との間に配置され、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記第１開口の重心である第１点と、前記第２開口の重心である第２点と、を結ぶ直線は、前記軸線と垂直な平面と平行である、もしくは、前記第２点が前記第１点よりも後端側に位置するように前記軸線と垂直な平面に対して傾斜していることを特徴とする点火プラグ。
請求項１に記載の点火プラグであって、
前記貫通孔のそれぞれについて、前記第１点と前記第２点とを結ぶ直線は、前記第２点が前記第１点よりも後端側に位置するように前記軸線と垂直な平面に対して傾斜していることを特徴とする点火プラグ。
請求項１または２に記載の点火プラグであって、
前記第１開口の後端と前記第２開口の後端は、前記第１平面よりも後端側に位置し、
前記第１開口の先端と前記第２開口の先端は、前記第２平面よりも先端側に位置することを特徴とする点火プラグ。
請求項１〜３のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記貫通孔は、複数個形成されており、
前記点火プラグを前記軸線に沿って見た場合に、
前記軸線を中心とする仮想的な円上の複数個の仮想的な点であり、周方向に等間隔で並ぶ前記複数個の仮想的な点を、複数個の特定点とするとき、
前記複数個の貫通孔は、それぞれ、前記複数個の特定点を１個ずつ含む領域に形成されていることを特徴とする点火プラグ。