JPWO2008102842A1 - スパークプラグ、及びスパークプラグを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

スパークプラグ（１００）がエンジンヘッド（７０）に固定された際に、エンジンヘッドの内壁面から燃焼室内へ向けて突出する筒部（６０）を備えたスパークプラグにおいて、筒部（６０）の外周面に、貫通孔又は切り欠きからなる１つ以上の通気部（６１）を設けた。発火部を燃焼室内に突出させたことにより、着火性が向上すると共に、内燃機関の吸気口から流入する混合気が通気部（６１）を通って筒部（６０）の内側へ入り込み、絶縁碍子（１０）の熱を奪って冷却するため、プレイグニッションの発生が抑制される。

Description

本発明は、内燃機関に取り付けられて混合気への点火を行うためのスパークプラグ、及びスパークプラグを備えた内燃機関に関するものである。

従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。一般的なスパークプラグは、中心電極と、その中心電極を軸孔内に保持する絶縁碍子と、この絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具とを有している。その主体金具には接地電極の一端部が接合されており、他端部と中心電極の先端部との間で火花放電間隙が形成されている。この火花放電間隙が着火部となり、火花放電が行われることによって、混合気への点火が行われる。

ところで、燃焼室内部に、スパークプラグの着火部をより突出させた形態のものとすれば、消炎作用を及ぼす燃焼室内壁面から着火部をより遠ざけることができ、火炎核の成長の阻害を抑制できるので、着火性を向上することが可能である。しかし、接地電極の軸線方向の長さをより長くして着火部を燃焼室内部に突出させた場合には、接地電極の熱引きの基点となる主体金具との接合部までの長さが相対的に長くなってしまうため、接地電極の熱伝導効率が低下して熱引き性能が低下する。よって、接地電極の先端側全体が酸化してしまう不具合や、さらには接地電極の溶損を生じる虞がある。また、接地電極の長さを長くする程、振動や衝撃等に対する耐久性も低下する虞がある。

そこで、主体金具の先端側に、内燃機関の取付部から燃焼室内部へ向けて突出する筒部を形成したスパークプラグが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このスパークプラグでは、筒部の先端側に接地電極の一端部が接合されており、スパークプラグをこのような形態のものとすれば、接地電極の軸線方向の長さを変えることなく着火部を燃焼室内部に突出させることができる。この構成により、接地電極を長くした場合に比べて接地電極の熱伝導効率や振動等に対する耐久性を低下させることなく、着火部を燃焼室内部に突出させて、スパークプラグの着火性の向上を実現している。
特開昭６２−８２６８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグでは、内燃機関の吸気口から燃焼室へ流入する混合気が絶縁碍子近傍に流れ込む過程において、筒部が障害となり、混合気の吹き抜けによる絶縁碍子の冷却効果が得られ難くなって、耐プレイグニッション性能が低下してしまう虞があった。また、スパークプラグの汚損によって、絶縁碍子の表面と主体金具の内周面との間で横飛火や奥飛火が発生した場合に、火花が混合気に曝され難いため、さらに着火性が悪化してしまうという問題点もあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、接地電極の熱伝導効率の低下の回避、及び接地電極の耐久性の向上を実現するために、内燃機関の取付部から燃焼室内へ突出する筒部を設けた構成であっても、吸気口からの混合気による絶縁碍子の冷却効果の悪化、並びに奥飛火の発生を抑制でき、さらに横飛火による着火性の向上をも可能にするスパークプラグ、及びスパークプラグを備えた内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の第１態様によれば、中心電極と、前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持すると共に、内燃機関の取付部に取り付けられる主体金具と、前記主体金具の先端部に設けられ、前記主体金具が前記取付部に取り付けられた際に、前記取付部よりも先端側に突出する筒状の筒部と、一端部が前記筒部の先端に接合され、前記一端部とは反対側の他端部が前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成する接地電極とを備えたスパークプラグであって、前記筒部には、当該筒部の内側と外側とを連通し、切り欠きからなる１つ以上の通気部が形成されている、スパークプラグが提供される。

第１態様のスパークプラグでは、内燃機関の内壁面よりも先端側に位置し、燃焼室内へ突出する筒状をなす筒部が主体金具の先端部に設けられており、この筒部に、切り欠きからなる通気部を形成した。そして、筒部の先端に接地電極を接合することで、火花放電間隙の位置を燃焼室内に突出させることができ、着火性を向上することができる。また、火花放電間隙の位置を燃焼室内に突出させるにあたって、接地電極の長さを長くしなくとも良いため、接地電極の熱伝導効率や振動等に対する耐久性を低下させることがない。さらに、筒部に通気部を形成したことで、混合気が通気部を通って絶縁碍子近傍に流れ込む流路を設けることができ、混合気の吹き抜けによる絶縁碍子の冷却効果を得ることができる。

また、通気部を設けたことにより、筒部には新たなエッジ（稜角部分）が形成されることとなる。このエッジ付近の電界強度はエッジが形成されていない部位よりも増すため、スパークプラグの汚損により主体金具の内側で火花放電が生じ得る状況（横飛火や奥飛火が発生し得る状況）となった場合でも、エッジ部分を介した火花放電を生じさせることができる。これにより、絶縁碍子の表面に付着したカーボンの清浄を行うことができ、汚損の進行を抑制し、ひいては奥飛火の発生の頻度を低減することができる。また、エッジを介した火花放電が生じた場合でも、通気部を通って筒部の内側へ流入する混合気に火花が曝されて容易に着火できると共に、通気部を通じて燃焼室内への火炎伝播をスムーズに行うことができるため、混合気の燃焼を安定させることができる。

さらに、第２態様のスパークプラグは、上記第１態様のスパークプラグの前記筒部の先端部を含み前記軸線方向に垂直な第一断面における、前記絶縁碍子の径をＬとしたときに、当該第一断面における前記切り欠きの両端を結ぶ長さＷは、０．７Ｌ以上とするとよい。

プレイグニッションが発生する点火時期は、絶縁碍子の径Ｌに対する切り欠き両端を結ぶ長さＷの割合Ｗ／Ｌが、０．５と０．７との間で急激に向上する。すなわち、Ｗ／Ｌを０．７以上とした場合、通常の点火時期とプレイグニッションが発生する点火時期までの取り差分を増大させる効果が急激に大きくなる。このため、第２態様のスパークプラグのように、Ｗを０．７以上とすれば、切り欠きの大きさが十分となったことで、冷却効果がさらに向上され、混合気の燃焼を一層安定させることができる。

さらに、第３態様のスパークプラグは、上記第１態様又は第２態様のスパークプラグの前記筒部の先端部を含み前記軸線方向に垂直な第一断面における、前記切り欠きの両端と当該筒部の中心とを結ぶ直線がなす角の角度の合計は、当該第一断面における当該筒部の両端と当該中心とを結ぶ直線がなす角の角度の合計よりも小さくするとよい。

このようにすれば、十分な混合気が切り欠きから流入し、絶縁碍子先端部の冷却性をさらに向上させることができる。

さらに、第４態様のスパークプラグは、上記第１乃至第３態様のいずれかのスパークプラグの前記筒部の先端部を含み前記軸線方向に垂直な第一断面における、前記絶縁碍子の径Ｌは、当該第一断面における前記切り欠きの両端を結ぶ長さＷよりも短く、且つ、前記切り欠きの後端部を含み前記軸線方向に垂直な第二断面における、前記絶縁碍子の径Ｍは、当該第二断面における前記切り欠きの両端を結ぶ長さＶよりも長くするとよい。

このようにすれば、切り欠きの先端側からは多くの混合気が流入するため、混合気による絶縁碍子の冷却性を向上させることができる。さらに、切り欠きの後端側では、筒部と絶縁碍子とが対向する面積が広くなるため、絶縁碍子から筒部への熱引きが向上する。

また、第５態様のスパークプラグは、中心電極と、前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持すると共に、内燃機関の取付部に取り付けられる主体金具と、前記主体金具の先端部に設けられ、前記主体金具が前記取付部に取り付けられた際に、前記取付部よりも先端側に突出する筒状の筒部と、一端部が前記筒部の先端に接合され、前記一端部とは反対側の他端部が前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成する接地電極とを備えたスパークプラグであって、
前記筒部には、当該筒部の内側と外側とを連通し、貫通孔からなる１つ以上の通気部が形成されている。

第５態様のスパークプラグによれば、第１態様のスパークプラグと同様な作用効果を得ることができる。また、通気部を切り欠きにより形成した場合には、接地電極の接合位置に制約が生ずるが、第５態様のスパークプラグのように、通気部を貫通孔とすれば、通気部の形成位置に関わらず接地電極を筒部に接合することができる。

さらに、第６態様のスパークプラグは、上記第５態様のスパークプラグの前記貫通孔は、前記軸線方向の長さが前記径方向の長さよりも長くするとよい。

このようにすれば、貫通孔から多くの混合気が流入するため、混合気による絶縁碍子の冷却性を向上させることができる。

さらに、第７態様のスパークプラグは、上記第１乃至第６態様のいずれかのスパークプラグの前記通気部は、前記径方向の長さが後端側程、先端側に比べ短くするとよい。

このようにすれば、切り欠きの先端側からは多くの混合気が流入するため、混合気による絶縁碍子の冷却性を向上させることができる。さらに、切り欠きの後端側では、筒部と絶縁碍子とが対向する面積が広くなるため、絶縁碍子から筒部への熱引きが向上する。

さらに、第８態様のスパークプラグは、上記第１乃至第７態様のいずれかのスパークプラグの前記筒部における前記接地電極との接合位置と、前記通気部の形成位置とが当該筒部の周方向に離間しているとよい。

第８態様のスパークプラグのように、貫通孔からなる通気部が形成された筒部であれば、筒部における通気部の形成位置と接地電極の形成位置とを筒部の周方向に離間させることが望ましい。このようにすれば、接地電極から内燃機関の取付部への主体金具を介した熱の伝導が通気部により妨げられることはないので、筒部を介した接地電極の熱引きを向上させることができる。さらに、通気部による剛性の低下した部位から離れた位置に接地電極が接合されることとなるため、振動等に対する接地電極の強度も増すことができる。

また、第９態様の内燃機関は、上記第１乃至第８態様のいずれかのスパークプラグと、前記スパークプラグを取り付ける取付部とを備えている。

第９態様の内燃機関によれば、内燃機関が備えるスパークプラグに応じて、上記第１乃至第８態様のいずれかのスパークプラグと同様な作用効果が得られる。

さらに、第１０態様の内燃機関は、上記第９態様の内燃機関の前記スパークプラグは、前記取付部に取り付けられた際に、前記筒部の側面のうち、前記内燃機関の吸気口に向かう側の位置に前記通気部が形成されているとよい。

このように、筒部に通気部を設けるにあたって、筒部の側面のうち内燃機関の吸気口に向かう側の位置に通気部を形成すれば、吸気口から流入する混合気が絶縁碍子に直接当たりやすくなるため、混合気が熱を奪うことによる絶縁碍子の冷却性をより向上させることができる。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 取付部７１に固定されたスパークプラグ１００の火花放電間隙付近を拡大して見た一側面図である。 エンジンヘッド７０の取付部７１にスパークプラグ１００が取り付けられた状態を示す部分破断断面図である。 取付部７１に固定された第二の実施形態のスパークプラグ２００の火花放電間隙付近を拡大して見た一側面図である。 通気部の有無と燃焼の安定性との関係についての評価試験２の結果を示すグラフである。 通気部の有無と燃焼の安定性との関係についての評価試験３の結果を示すグラフである。 取付部７１に固定されたスパークプラグ３００の火花放電間隙付近を拡大して見た一側面図である。 取付部７１に固定されたスパークプラグ４００の火花放電間隙付近を拡大して見た一側面図である。 軸線Ｏと直交する仮想第一断面Ｓ上に、軸線Ｏ方向の前方側からスパークプラグ２００をみた、図４のＳ−Ｓ線における矢視方向断面図である。 取付部７１に固定されたスパークプラグ５００の火花放電間隙付近を拡大して見た一側面図である。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明に係るスパークプラグの第一の実施形態であるスパークプラグ１００の構造について説明する。尚、図１において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、絶縁碍子１０と、主体金具５０と、中心電極２０と、筒部６０と、接地電極３０と、端子金具４０とから構成されている。主体金具５０は、絶縁碍子１０を保持する。中心電極２０は、軸線Ｏ方向に延設され、絶縁碍子１０の軸孔１２内に保持されている。筒部６０は、主体金具５０の先端側に設けられている。接地電極３０は、筒部６０の先端面６７に基端部３２を溶接され、先端部３１の内面３３が中心電極２０の先端部２２を臨むように屈曲されている。端子金具４０は、絶縁碍子１０の後端部に設けられている。

まず、スパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ伸びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側程縮径されており、スパークプラグ１００が内燃機関１（図３参照）のエンジンヘッド７０（図２参照）に取り付けられた際には、その燃焼室７７（図３参照）に曝される。そして、脚長部１３と先端側胴部１７との間は段部１５として形成されている。

次に、中心電極２０について説明する。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００又は６０１等のニッケル系合金等により略円柱状に形成され、内部に熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２３を有している。中心電極２０は、その軸線がスパークプラグ１００の軸線Ｏと一致するように絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側にて保持されている。中心電極２０の先端側は絶縁碍子１０の先端部１１の先端面から突出され、その突出部分は先端側に向かって径小となるように形成されている。この突出部分の先端には耐火花消耗性を向上するための貴金属チップ９１が接合されており、中心電極２０本体と一体となって小径の先端部２２を構成している。尚、第一の実施形態では、中心電極２０と一体になった貴金属チップ９１を含め「中心電極」と称する。

また、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体４及びセラミック抵抗体３を経由して、上方の端子金具４０に電気的に接続されている。そして端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次いで、接地電極３０について説明する。接地電極３０は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００又は６０１等のニッケル合金が用いられる。接地電極３０は自身の長手方向の横断面が略長方形を有しており、基端部３２が筒部６０の先端面６７に溶接により接合されている。また、接地電極３０の先端部３１は、一側面側が中心電極２０の先端部２２に対向するように屈曲され、先端部３１の内面３３と中心電極２０の先端面２１（第一の実施形態では貴金属チップ９１の先端面２１）との間で火花放電間隙が形成されている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、内燃機関１（図３参照）のエンジンヘッド７０（図２参照）にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具であり、絶縁碍子１０を取り囲むようにして保持している。主体金具５０は低炭素鋼材により形成され、工具係合部５１と、ねじ部５２とを備える。工具係合部５１には、スパークプラグレンチ（図示外）が嵌合する。ねじ部５２は、内燃機関１の上部に設けられたエンジンヘッド７０の取付部７１（図２参照）に螺合する雄ねじ状の形状を有する。工具係合部５１とねじ部５２との間には鍔状のシール部５４が形成され、シール部５４とねじ部５２との間の位置に、エンジン内の気密漏れを防止するためのガスケット５が嵌挿されている。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締め部５３が設けられており、シール部５４と工具係合部５１との間には薄肉の座屈部５８が設けられている。また、工具係合部５１から加締め部５３にかけての主体金具５０の内周面と、内部に保持される絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。そして、加締め部５３の端部を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７及びタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周でねじ部５２の位置に形成された段部５６に、絶縁碍子１０の段部１５が環状の板パッキン８を介して支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は板パッキン８によって保持される。また、座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の圧縮ストロークを稼いで気密性を高めている。

次に、図２を参照して、主体金具５０の先端側に形成された筒部６０について説明する。図２に示すように、主体金具５０の先端側には、円筒状の筒部６０が設けられている。筒部６０は、スパークプラグ１００がエンジンヘッド７０の取付部７１に固定された際に、エンジンヘッド７０の内壁面から燃焼室内へ向けて突出する。そして、筒部６０は、その先端面６７が中心電極２０の先端面２１よりも後端側に位置するように形成されており、先述したように、筒部６０の先端面６７には接地電極３０の基端部３２が接合されている。そして、筒部６０の外周側の側面には、筒部６０の内周側の側面に貫通する貫通孔からなる通気部６１が設けられている。通気部６１は、軸線Ｏと平行な方向を短径とする楕円状の形状を有する。通気部６１を径方向に見た場合、通気部６１の長径は３．０ｍｍ，短径は１．５ｍｍであり、筒部６０と接地電極３０との接合位置に対して、筒部６０の周方向に離間した位置に形成されている。尚、筒部６０の周方向は、軸線Ｏ方向に直交する方向である。

次に、図３を参照して、エンジンヘッド７０に固定されたスパークプラグ１００における通気部６１の形成位置と、内燃機関１の吸気口７３との位置関係について説明する。図３に示すように、シリンダー７５の軸線方向に沿って上下動するピストン７６を備える内燃機関１において、吸気口７３から燃焼室７７に入った混合気は、排気口７４に向けて流れる流路を形成する。スパークプラグ１００が取付部７１に取り付けられた状態において、主体金具５０の筒部６０や火花放電間隙は、その流路上に配置される。また、主体金具５０のねじ部５２に設けられたねじ山の開始位置５５は、スパークプラグ１００の固定時に取付部７１の当接位置７２と当接する。エンジンヘッド７０に対するスパークプラグ１００の締め付け終了時における両者の相対的な向き（角度位相）は、開始位置５５と当接位置７２とを規定することにより定められる。そして、スパークプラグ１００がエンジンヘッド７０の取付部７１に固定された際に、筒部６０の外周面のうち、内燃機関１の吸気口７３に向かう側（図３において紙面右側）となる位置に、通気部６１は形成されている。尚、上記したエンジンヘッド７０に対するスパークプラグ１００の締め付け終了角度位相の固定方法は一例であり、これに限定するものではない。

以上説明した第一の実施形態のスパークプラグ１００によると、吸気口７３から燃焼室内へ流入する混合気が通気部６１を通って筒部６０の内側へ入り込み、通気部６１に面した絶縁碍子１０の表面に当たる。このため、混合気によって熱が奪われて絶縁碍子１０が冷却される。従って、プレイグニッション（過早点火）の発生が抑制される。一方で、通気部６１に面していない絶縁碍子１０の表面に、混合気が直接当たることが筒部６０によって妨げられる。そして、筒部６０によって絶縁碍子１０の表面に直接当たる混合気の量を適度に制限することができれば、絶縁碍子１０の表面へのカーボンの付着を低減することができ、ひいては所謂「くすぶり」の発生を抑制することができる。

さらに、筒部６０における接地電極３０との接合位置に対して筒部６０の周方向に離間する位置に通気部６１を設けたことにより、通気部６１によって剛性の低下した筒部６０の部位から離れた位置に接地電極３０を接合することができる。このため、振動や衝撃に対する耐久性を向上させることができる。加えて、接地電極３０から主体金具５０の後端側への熱の伝導が通気部６１により妨げられることがないので、筒部６０を介した接地電極３０の熱引きを向上させることができる。また、スパークプラグ１００が内燃機関１に取り付けられた際に、筒部６０の外周面のうち、内燃機関１の吸気口７３に向かう側となる位置に通気部６１を形成したことで、混合気が通気部６１を通って絶縁碍子１０に当たりやすくでき、冷却効果を増すことができる。

次に、本発明に係るスパークプラグの第二の実施形態であるスパークプラグ２００の構造について、図４を参照して説明する。尚、第二の実施形態のスパークプラグ２００は、第一の実施形態のスパークプラグ１００の通気部６１とは異なる形状の通気部２６１を設けたものである。従って、ここではスパークプラグ２００の主体金具２５０における筒部２６０に設けられた通気部２６１の形状について説明し、その他の部位の構造については第一の実施形態と同じであるため、同一の符号を付して説明を省略又は簡略化するものとする。

図４に示すように、第二の実施形態のスパークプラグ２００における主体金具２５０の先端側には、第一の実施形態の主体金具５０と同様に円筒状の筒部２６０が設けられている。スパークプラグ２００がエンジンヘッド７０の取付部７１に取り付けられると、筒部２６０はエンジンヘッド７０の内壁面から燃焼室内へ向けて突出する形態となる。また、筒部２６０の先端面２６７には接地電極３０の基端部３２が接合されている。そして、筒部２６０には、接地電極３０との接合位置に対して筒部２６０の周方向に離間した位置に、高さ（軸線Ｏと平行な方向）が２．５ｍｍ，幅が５．０ｍｍである側面視コの字型の切り欠きからなる通気部２６１が形成されている。通気部２６１の内面と、筒部２６０の内周面とがなすエッジ（稜角部分）はＲ面取りされておらず、角が尖っている。また、第一の実施形態のスパークプラグ１００における通気部６１と同様に、スパークプラグ２００がエンジンヘッド７０の取付部７１に固定された際に、筒部２６０の外周面のうち、内燃機関１（図３参照）の吸気口７３（図３参照）に向かう側（図３において紙面右側）の位置に、通気部２６１は形成されている。また、スパークプラグ２００には、筒部２６０の外周面のうち、内燃機関１の排気口７４（図３参照）に向かう側（図３において紙面左側）の位置にも、通気部２６１が形成されている。

このような構成のスパークプラグ２００では、混合気は、内燃機関１の駆動時に吸気口７３から燃焼室７７へ入り、排気口７４へ向かって流れる。このとき、混合気は、混合気の流路上に配置される筒部２６０の通気部２６１を通って筒部２６０の内側へ入り込み、通気部２６１に面した絶縁碍子１０の表面１６に当たる。このため、絶縁碍子１０は混合気に熱を奪われて冷却される。また、通気部２６１の内面と、筒部２６０の内周面とがなすエッジは角が尖っているため、通気部２６１を形成することで、このエッジ付近の電界強度は増すことになる。すると、スパークプラグ２００の汚損に伴い横飛火が発生する状況となった場合でも、火花はエッジへ飛火するため、絶縁碍子１０の後端側の奥部で生じ得る奥飛火の発生が抑制されると共に、絶縁碍子１０の表面に付着したカーボンの清浄を行うことができる。また、混合気は通気部２６１を通って筒部２６０の内側へ流入するため、通気部２６１のエッジへ飛火した場合に火花が混合気に曝されやすく、容易に着火することができると共に、通気部２６１を通じて燃焼室７７内への火炎伝播をスムーズに行うことができる。

このように構成したスパークプラグについて、実施形態の効果を確認するため、以下に示す評価試験１〜３を行った。

［実施例１］
まず、評価試験１として、通気部６１，２６１の有無と、プレイグニッションの発生時期との関係について評価試験を行った。評価試験１では、主体金具の先端側に設けられた筒部の形状のみが異なる３つのスパークプラグＡ，Ｂ及びＣを用意した。スパークプラグＡは、筒部に通気部が形成されていない。スパークプラグＢは、第一の実施形態のスパークプラグ１００と同様に楕円状の貫通孔が筒部に形成されている。スパークプラグＣは、第二の実施形態のスパークプラグ２００と同様にコの字型の切り欠きが筒部に形成されている。そして、各スパークプラグを試験用内燃機関のエンジンヘッドに取り付けて５６００ｒｐｍ・全開で駆動させ、点火時期を徐々に早めながら、プレイグニッションの発生し始める時期及び発生した点火時期を測定した。尚、点火時期は、内燃機関内のピストンを動かすクランクの上死点前の角度（ＢＴＤＣ）によって表す。プレイグニッションの発生し始める点火時期及び発生した点火時期が遅い程、すなわち、上死点前の角度の値が大きい程、熱引きがよく熱価の高いスパークプラグといえる。これは、点火時期が進んでいる程燃焼時間が長くなり、絶縁碍子の温度が上昇しやすくなるためである。評価試験１の結果を表１に示す。尚、表１において、プレイグニッションの発生し始める点火時期を「△」にて、発生した点火時期を「▲」にて示す。

表１に示すように、評価試験１の結果、スパークプラグＡに比べて、スパークプラグＢの方が、プレイグニッションの発生し始める点火時期及び発生した点火時期は共に遅く、熱引きがよいことが確認された。また、スパークプラグＣは、スパークプラグＡ及びスパークプラグＢに比べて、プレイグニッションの発生し始める点火時期及び発生した点火時期が遅く、熱引きがよいことがわかった。ここで、スパークプラグＢよりもスパークプラグＣの方が熱引きがよい理由として、スパークプラグＣの方がスパークプラグＢよりも、通気部の大きさが大きいことが挙げられる。

［実施例２］
次に、評価試験２として、通気部２６１の有無と、燃焼の安定性との関係について評価試験を行った。評価試験２では、実施例１と同様のスパークプラグＡと、スパークプラグＣとを用意した。そして、各スパークプラグを試験用内燃機関のエンジンヘッドに取り付け、燃料噴射時期と点火時期とを共に変化させて内燃機関を駆動させた。そして、失火が発生したか否かによって、安定して燃焼が行われたか否かを判定し、その判定結果を図５に示した。図５において、点火時期及び燃料噴射時期は、共にクランクの上死点前の角度（ＢＴＤＣ）によって表し、斜線部分がスパークプラグＡの安定燃焼エリアを、複数の点により網掛けされた部分がスパークプラグＢの安定燃焼エリアをそれぞれ示す。尚、図５において、横軸に示すクランクの上死点前の角度が小さい程、燃料噴射時期が遅くなり、縦軸に示すクランクの上死点前の角度が大きい程、点火時期が早くなる。従って、図５に示すグラフの左上に近づく程、燃料を噴射してから点火が行われるまでの時間が短くなり、混合気内の燃料の霧化が不十分となりやすいため、所謂「くすぶり」の状態となりやすい。

図５に示すように、この評価試験の結果、スパークプラグＡに比べて、スパークプラグＣの方が、安定燃焼エリアが広いことが確認できた。特に、スパークプラグＣでは、「くすぶり」の状態となりやすい、図５における左上に近いエリアで燃焼の安定性がスパークプラグＡに比べ増している。これは、筒部に通気部が形成されていることにより、横飛火が発生する状況となった場合であっても、通気部を設けることで形成されるエッジへ火花が飛火し、混合気への着火が行われることによる。

［実施例３］
次に、評価試験３として、仮想第一断面における絶縁碍子の径Ｌに対する切り欠きの幅Ｗの割合Ｗ／Ｌ（％）と、プレイグニッションの発生時期との関係について評価試験を行った。ここで仮想第一断面、仮想第一断面における絶縁碍子の径Ｌ，及び切り欠きの幅Ｗについて、図４のスパークプラグ２００を例に説明する。図４において、仮想第一断面Ｓは、筒部２６０の先端部を含み、軸線Ｏ方向に垂直な断面である。また図４において、仮想第１断面Ｓにおける絶縁碍子１０の径をＬで示し、仮想第１断面Ｓにおける通気部２６１（切り欠き）の両端を結ぶ長さをＷで示している。評価試験３では、以上のようにしてＷ及びＬを求め、割合Ｗ／Ｌ（％）のみが異なる６つのスパークプラグを用意した。具体的には、Ｗ／Ｌ（％）が、０％（切り欠き無し），３０％，５０％，７０％，９０％，１１０％のスパークプラグを用いて、評価試験１と同様の評価試験を行った。評価試験３の結果を、図６に示す。図６では、プレイグニッションが発生した点火時期を、クランクの上死点前の角度（ＢＴＤＣ）によって表している。

図６に示すように、評価試験３の結果、割合Ｗ／Ｌ（％）が大きくなるに従い、割合Ｗ／Ｌ（％）が小さい場合に比べ、クランクの上死点前の角度（ＢＴＤＣ）が大きくなり、熱引きがよいことが確認された。特に、Ｗ／Ｌ（％）が、５０％と７０（％）との間で、クランクの上死点前の角度（ＢＴＤＣ）が急激に大きくなっていた。このため、Ｗ／Ｌを７０（％）以上とした場合には、切り欠きを設けることによる効果を一層高めることができることが確認された。

尚、本発明は上記各実施の形態に限られず、様々な形態で実施可能である。例えば、以下に示す変形を適宜加えてもよい。以下、図７乃至図１０を参照して、上記実施の形態の変形例について説明する。尚、図７乃至図１０において、第一及び第二の実施形態と同様の構成を有する場合には、同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。

図７に示す変形例１は、主体金具における筒部に設けられた通気部の形状と数が第一の実施形態と異なり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。具体的には図７に示すように、変形例１のスパークプラグ３００は、主体金具３５０の先端側に設けられた筒部３６０に、高さ（軸線Ｏと平行な方向）が２．５ｍｍ，幅が１．０ｍｍである軸線Ｏ方向に長い長方形状の貫通孔である８つの通気部３６１を穿設している。変形例１では、通気部３６１の軸線Ｏ方向の長さが径方向の長さよりも長いため、通気部３６１から多くの混合気が流入し、混合気による絶縁碍子１０の冷却性を向上させることができる。また、変形例１のように、貫通孔又は切り欠きからなる通気部は、複数設けてもよい。通気部は、少なくとも内燃機関の吸気口に向かう側の位置に設けられることが好ましい。したがって、第二の実施形態のスパークプラグ２００（図４参照）のように、筒部の外周面のうち、内燃機関の吸気口に向かう側の位置に加え、内燃機関の排気口に向かう側の位置にも通気部を設けてもよい。このようにした場合にも、混合気が通気部を通って絶縁碍子近傍に流れ込む流路を設けることができ、混合気の吹き抜けによる絶縁碍子の冷却効果を良好に得ることができる。

次に、図８に示す変形例２では、主体金具における筒部に設けられた通気部の形状が第二の実施形態と異なり、その他の構成は第二の実施形態と同様である。変形例２のスパークプラグ４００は、通気部４６１が径方向の長さが後端側程、先端側に比べ短くなっている。具体的には、図８に示すように、主体金具４５０の先端側に設けられた筒部４６０に、高さ（軸線Ｏと平行な方向）が２．５ｍｍ，先端側の幅が５．０ｍｍ，後端側の幅が３．０ｍｍである側面視略台形状の切り欠きである通気部（切り欠き）４６１を形成している。このように、貫通孔又は切り欠きからなる通気部の形状及び大きさは適宜変更が可能である。通気部が切り欠きである場合、切り欠きの側面形状は、スパークプラグ４００のように、径方向の長さが後端側程、先端側に比べ短くするのが好ましい。また、スパークプラグ４００のように、先端部を含み軸線Ｏ方向に垂直な仮想第一断面Ｓにおける、絶縁碍子１０の径Ｌは、仮想第一断面Ｓにおける通気部４６１の両端を結ぶ長さＷよりも短く、且つ、通気部４６１の後端部を含み軸線Ｏ方向に垂直な仮想第二断面Ｔにおける、絶縁碍子１０の径Ｍは、仮想第二断面Ｔにおける通気部４６１の両端を結ぶ長さＶよりも長くすると好ましい。これらのようにした場合には、通気部４６１の先端側からは多くの混合気が流入するため、混合気による絶縁碍子１０の冷却性を向上させることができる。さらに、通気部４６１の後端側では、筒部と絶縁碍子１０とが対向する面積が広くなるため、絶縁碍子１０から筒部への熱引きが向上する。径方向の長さが後端側程、先端側に比べ短する場合の通気部の形状としては、任意の形状を採用可能である。例えば、変形例２のような側面視略台形状の他、三角形、しずく形が挙げられる。

尚、切り欠きからなる通気部を設ける際は、筒部を先端側から見たときに、切り欠きである通気部が形成された部分が、切り欠きが形成されていない部分よりも少ないことが好ましい。換言すれば、軸線Ｏ方向に垂直な仮想第一断面Ｓにおける、切り欠きの両端と筒部の中心とを結ぶ直線がなす角の角度の合計は、仮想第一断面Ｓにおける筒部の両端と筒部の中心とを結ぶ直線がなす角の角度の合計よりも小さくするのが好ましい。ここで、図４に示すスパークプラグ２００を例に、軸線Ｏ方向に垂直な仮想第一断面Ｓにおける切り欠きの両端と筒部の中心とを結ぶ直線がなす角と、仮想第一断面Ｓにおける筒部の両端と筒部の中心とを結ぶ直線がなす角との関係について、図９を参照して説明する。図９において、筒部２６０の中心をＰで示している。また、仮想第一断面Ｓにおける筒部２６０の両端と中心Ｐとを結ぶ直線がなす角を角αで示している。このように、仮想第一断面Ｓにおける筒部２６０の両端と中心Ｐとを結ぶ直線がなす角とは、仮想第一断面Ｓにおける筒部２６０の両端と中心Ｐとを結ぶ直線がなす角のうち、筒部２６０と対向する角を言う。同様に、図９において、仮想第一断面Ｓにおける切り欠き２６１の両端と中心Ｐとを結ぶ直線がなす角を角βで示している。角βは鋭角であり、角βの合計は、角αの角度の合計よりも小さい。このように、仮想第一断面Ｓにおける筒部２６０の形成範囲と、切り欠き２６１の形成範囲とを規定すれば、十分な混合気が切り欠き２６１から流入し、絶縁碍子１０先端部の冷却性をさらに向上させることができる。

尚、スパークプラグ２００のように、仮想第一断面Ｓにおける切り欠き２６１の両端を、切り欠き２６１の内周側の両端とするか、外周側の両端とするかによって、角βの角度が異なる場合がある。前述のように、仮想第一断面Ｓにおける筒部２６０の形成範囲と、切り欠き２６１の形成範囲とを上記のように規定するのが好ましいのは、切り欠き２６１を介して十分な混合気を中心Ｐ側へ流入させることができるからである。よって、仮想第一断面Ｓにおける切り欠き２６１の両端を内周側の両端とするか、外周側の両端とするか、又は内周の端部と外周側の端部とを組み合わせるかは、混合気の流入を考慮して適宜定めればよい。筒部の両端についても同様である。

次に、図１０に示す変形例３では、通気部の形状、絶縁碍子の先端側の形状、中心電極の先端側の形状、及び接地電極の数が第一の実施形態と異なり、他の構成は第一の実施形態と同様である。具体的には、変形例３のスパークプラグ５００は、図９に示すように、主体金具５５０の先端側に設けられた筒部５６０の先端面５６７に、形状及び大きさが同じである４つの接地電極を接合している。詳細には、紙面左側に接地電極５３０が、手前側に接地電極５３５が、紙面右側に接地電極５３７が、そして、図示しないが、紙面奥側にも接地電極がそれぞれ設けられている。そして、絶縁碍子５１０に保持された中心電極５２０の先端部５２２と、４つの接地電極との間でそれぞれ火花放電間隙が形成される。スパークプラグ５００における筒部５６０の外周面には、軸線Ｏと平行な方向を短径とし、長径が２．０ｍｍ，短径が１．５ｍｍである楕円状の通気部５６１が２つ穿設されている。このように、本発明は多極プラグにも適用することができ、この場合の通気部の形状、大きさ、及び数は任意に設定することができる。

また、第一の実施形態では、図３に示すように、開始位置５５と、当接位置７２とを規定することで、取付部７１に対するスパークプラグ１００の締め付け終了時の角度位相を定めている。しかし、スパークプラグ１００の固定時の角度位相を他の方法で定めることもできる。例えば、主体金具にねじ山が設けられていない、所謂ねじ無しプラグを用いる方法がある。ねじ無しプラグは、内燃機関に穿設されたプラグ取付孔に挿入された状態で、プラグ固定具により先端側へ向けて押圧されると共に、このプラグ固定具がねじ止め等によりエンジンヘッドに固定されることで内燃機関に組みつけられる。ねじ無しプラグであれば、プラグ取付孔にねじ無しプラグを挿入する時点で、適切な角度位相を容易に決定することができる。

また、第一の実施形態では筒部６０にねじ山は形成されていないが、ねじ部５２の軸線Ｏ方向の長さをそのまま延長させることで、スパークプラグをエンジンヘッド７０に取り付ける時にエンジンヘッド７０の内壁面からねじ部５２の一部を突出させる構成としてもよい。すなわち、筒部６０にねじ山が形成されているスパークプラグであっても本発明の適用が可能である。また、第一及び第二の実施形態では、スパークプラグがエンジンヘッド７０の内壁面に対して垂直に固定されているが、内壁面に対して斜めに固定される形態のスパークプラグであっても本発明を適用できる。

以上説明した本発明を例示した実施形態及び変形例は、いずれも筒部に形成された通気部が等間隔に同形状のものとされていたが、これに限られず、筒部に形成される通気部の大きさを異ならせたものとしてもよい。前述の通り、接地電極の熱引きの面では、接地電極が接合される部位の近傍には通気部が存在しない方が好ましい。従って、筒部の周方向にわたって通気部を形成する場合、接地電極が接合されている部位から離れるにしたがって、通気部の開口面積が大きくなるように構成してもよい。また、絶縁碍子の冷却効果の観点からは、スパークプラグが内燃機関に取り付けられるときは、開口面積が大きくされた通気部側が燃焼室の吸気口を臨むようにすることが望ましい。

Claims (10)

1. 中心電極と、
   前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持すると共に、内燃機関の取付部に取り付けられる主体金具と、
   前記主体金具の先端部に設けられ、前記主体金具が前記取付部に取り付けられた際に、前記取付部よりも先端側に突出する筒状の筒部と、
   一端部が前記筒部の先端に接合され、前記一端部とは反対側の他端部が前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成する接地電極と
   を備えたスパークプラグであって、
   前記筒部には、当該筒部の内側と外側とを連通し、切り欠きからなる１つ以上の通気部が形成されたことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記筒部の先端部を含み前記軸線方向に垂直な第一断面における、前記絶縁碍子の径をＬとしたときに、当該第一断面における前記切り欠きの両端を結ぶ長さＷは、０．７Ｌ以上であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記筒部の先端部を含み前記軸線方向に垂直な第一断面における、前記切り欠きの両端と当該筒部の中心とを結ぶ直線がなす角の角度の合計は、当該第一断面における当該筒部の両端と当該中心とを結ぶ直線がなす角の角度の合計よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記筒部の先端部を含み前記軸線方向に垂直な第一断面における、前記絶縁碍子の径Ｌは、当該第一断面における前記切り欠きの両端を結ぶ長さＷよりも短く、且つ、前記切り欠きの後端部を含み前記軸線方向に垂直な第二断面における、前記絶縁碍子の径Ｍは、当該第二断面における前記切り欠きの両端を結ぶ長さＶよりも長いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 中心電極と、
   前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持すると共に、内燃機関の取付部に取り付けられる主体金具と、
   前記主体金具の先端部に設けられ、前記主体金具が前記取付部に取り付けられた際に、前記取付部よりも先端側に突出する筒状の筒部と、
   一端部が前記筒部の先端に接合され、前記一端部とは反対側の他端部が前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成する接地電極と
   を備えたスパークプラグであって、
   前記筒部には、当該筒部の内側と外側とを連通し、貫通孔からなる１つ以上の通気部が形成されたことを特徴とするスパークプラグ。
6. 前記貫通孔は、前記軸線方向の長さが前記径方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記通気部は、前記径方向の長さが後端側程、先端側に比べ短いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスパークプラグ。
8. 前記筒部における前記接地電極との接合位置と、前記通気部の形成位置とが当該筒部の周方向に離間していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のスパークプラグ。
   
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のスパークプラグと、
   前記スパークプラグを取り付ける取付部と
   を備えることを特徴とする内燃機関。
10. 前記スパークプラグは、前記取付部に取り付けられた際に、前記筒部の側面のうち、前記内燃機関の吸気口に向かう側の位置に前記通気部が形成されたことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。

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