JPWO2008114592A1 - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

主体金具の筒孔（５９）の先端側を軸線Ｏ方向前方へ突出させて形成した周壁延長部５７は、突出状に形成された突出部（５７０〜５７２）と、突出部（５７０〜５７２）間をそれぞれ結ぶ連結部（５７４）とから構成される。インジェクタ（２２０）の噴射口（２２１）から噴射される燃料は、突出部（５７０）に衝突して貴金属チップ（９０）と接地電極（３０）の先端部（３１）との間の火花放電間隙に直接到達しにくい。突出部（５７０）に衝突しなかった燃料は突出部（５７１，５７２）に衝突し、燃料のうち液滴状の未気化燃料は突出部（５７１，５７２）に付着し、気化燃料は分離されて火花放電間隙の周囲へ向け反射される。

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に関するものである。

従来、自動車のエンジン等の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、自身の先端側に火花放電のための電極を形成する中心電極と、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。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。この火花放電間隙において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、直噴式のエンジンでは燃料を噴射するインジェクタの噴射口が燃焼室内に露出されている。上記のようなスパークプラグを直噴式のエンジンに取り付けた場合、噴射される燃料がスパークプラグに直撃すると、例えば火花放電間隙が液滴状の燃料で短絡されてしまう、いわゆる燃料ブリッジが形成され、失火を招く虞がある。こうした現象を避けるため、燃焼室の内壁やピストンへ向けて燃料が噴射されるように噴射口を配置する。更に、ピストン上昇の際に圧縮される空気を利用して点火のタイミングに火花放電間隙の周囲に濃い燃料層が到達するように、インジェクタの噴射圧や噴射量、噴射タイミングなどの制御が行われる。このようにすれば、噴射された燃料が燃焼室内壁面やピストンに衝突した際に液滴状の未気化燃料（噴霧状に噴射された燃料は空気と混合して混合気となる。その混合気中において気化していない状態で含まれるもの）が付着し、気化燃料（噴霧状に噴射された燃料が気化した状態で混合気中に含まれるもの）は分離される。このため、火花放電間隙には気化燃料が到達することとなり燃料ブリッジの形成が抑制される。また、接地電極を壁面（保護部材）で覆い（例えば、特許文献１参照。）、液滴状の未気化燃料が火花放電間隙へ向かっても火花放電間隙には入り込み難くなるような構成としてもよい。
特開２００６−２２８５２２号公報

しかしながら、従来のスパークプラグでは、エンジンの運転条件によって燃料の噴射条件が変化するため、スパークプラグへの燃料の直撃を避けるための制御を加えると、インジェクタの噴射圧や噴射量、噴射タイミングなどの制御が更に複雑となる問題があった。また、燃焼室の内壁は燃焼室内で比較的温度の低い部位であり、内壁へ向けて燃料が噴射されると内壁に付着した燃料が完全燃焼できず、煤として残る場合がある。一方、特許文献１の場合、火花放電間隙において燃料ブリッジを形成させ難くすることはできるが、火花放電間隙の周囲を壁面で覆うため火花放電間隙に気化燃料が到達しにくく、火花放電により点火し難くなるという問題があった。更に、絶縁碍子の先端部も壁面で覆われてしまうので蓄熱しやすく、スパークプラグが耐熱温度を超えた温度となる虞があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、インジェクタから噴射される燃料が直接火花放電間隙に到達するのを抑制しつつ、火花放電により点火しやすくすることができるスパークプラグ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、軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔内の先端側に保持する絶縁碍子と、前記軸線方向に延びる筒孔を有し、その筒孔内に、前記絶縁碍子を挿通させた状態で保持する主体金具であって、自身が内燃機関のエンジンヘッドに取り付けられた際に、前記絶縁碍子の先端部の径方向周囲を取り囲みつつ、その絶縁碍子の先端部と共に前記軸線方向に沿って燃焼室の内壁面よりも当該燃焼室側に突出する部位を有する周壁延長部を自身の先端側に有する主体金具と、一端部が前記主体金具の前記周壁延長部に接合され、他端部が前記中心電極の先端部との間で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において、前記周壁延長部は、前記軸線方向に沿って前記内壁面よりも前記燃焼室側に突出すると共に、前記主体金具の周方向に複数個が断続的に設けられた突出部と、当該複数の突出部間をそれぞれ前記主体金具の周方向に接続し、自身の先端が、前記突出部に対して相対的に後端側に位置してなる連結部とから構成され、前記複数の突出部のうちの少なくとも一つの突出部には、その突出先端に、前記接地電極の前記一端部が接合されている、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、周壁延長部に突出部が複数形成されているので、スパークプラグをエンジンヘッドに取り付けた際に噴射される燃料が突出部により遮られ、火花放電間隙の周囲に到達する燃料の量を減らすことができる。このため、火花放電間隙が燃料によって短絡されてしまう、いわゆる燃料ブリッジが形成されてしまうのを抑制することができる。また、噴射された燃料が突出部に衝突すると、液滴状の未気化燃料の一部が突出部に付着し、気化燃料と未気化燃料とが分離される。突出部が火花放電間隙の周囲に複数あるため気化燃料を火花放電間隙の周囲に漂わせやすく、火花放電により点火しやすくすることができる。

また、周壁延長部は、突出部と突出部との間を連結部で繋ぐ構成である。周壁延長部の剛性を考慮した場合、周壁延長部の先端の位置が、スパークプラグの前方（先端側）、すなわち、燃焼室の内壁面よりも燃焼室側に突出した位置にあることが好ましい。一方、連結部の突出量が小さいほど、連結部を通じて燃料を含む混合気が主体金具の内周側へ入り込みやすくなり、混合気と絶縁碍子との接触により熱を奪うことができる。このため、連結部の突出量を調整することにより、スパークプラグの耐熱温度を超えて絶縁碍子が加熱されることを防止できる。従って、連結部の先端の位置が、必ずしも燃焼室の内壁面よりも燃焼室側に突出した位置にある必要はない。

更に、本発明の第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中心電極の先端部の中央と、当該中央を通り前記中心電極の軸線と平行な直線が前記接地電極と交差する点とを結ぶ線分の中点を前記火花放電間隙の中央の位置とし、前記スパークプラグが前記エンジンヘッドに取り付けられる際にはその取り付け向きが調整され、前記軸線方向と直交する第１仮想平面上に、前記燃焼室内に露出された燃料の噴射口と前記周壁延長部と前記火花放電間隙とを投影したときに、前記噴射口の開口中心部の位置と前記火花放電間隙の中央の位置とを結ぶ第１仮想直線を遮る位置に、前記周壁延長部の前記突出部のうち前記接地電極の接合された第１突出部が配置されるものであり、前記主体金具の周方向における前記第１突出部の両端を結ぶ方向を幅方向としたときに、前記第１突出部の前記幅方向の長さは、前記接地電極の前記幅方向の両端を結ぶ長さより長くするとよい。

このようにすれば、噴射口から噴射された燃料が火花放電間隙へと真っ直ぐ向かう経路を第１突出部で遮る。このため、燃料のうち気化した気化燃料よりも比較的重い、液滴状の未気化燃料は、直接、火花放電間隙へ到達しにくい。一方、火花放電間隙の周囲には、他の突出部に衝突した燃料から分離された気化燃料が到達しやすくなるので、火花放電により点火しやすくすることができる。また、着火後の火炎核から熱を奪い消炎作用を及ぼしやすい接地電極は、比較的体積が小さくなるように形成される。第１突出部は、幅方向において接地電極より大きく形成されているため、噴射口から噴射され火花放電間隙へ向かう燃料を遮ることに対する確実性が増す。

更に、本発明の第３態様のスパークプラグは、上記第２態様の前記スパークプラグが前記エンジンヘッドに取り付けられた状態において、前記噴射口の開口中心部および前記主体金具の軸線を含む第２仮想平面上に、前記噴射口と前記第１突出部と前記火花放電間隙とを投影したときに、前記第１突出部の突出先端は、前記第１仮想直線よりも、前方にあるようにするとよい。

このようにすれば、第１突出部の突出先端が第１仮想線よりも前方（燃焼室内）に突出した位置にあるので、噴射口から噴射された燃料が火花放電間隙へと真っ直ぐ向かう経路を確実に遮ることができる。一方、火花放電間隙の周囲には、他の突出部に衝突した燃料から分離された気化燃料が到達しやすくなるので、火花放電により点火しやすくすることができる。また、燃料の噴射口のそばに火花放電間隙を配置させる構成が可能となるのでエンジン設計の自由度が増し、内燃機関の小型化を図ることができる。

更に、本発明の第４態様のスパークプラグは、上記第３態様のスパークプラグの前記第２仮想平面上に、前記周壁延長部の前記突出部のうち前記第１突出部とは異なる第２突出部と、前記噴射口から噴射される燃料の広がり角度の輪郭線とを投影したときに、前記第２突出部の突出先端は、前記噴射口から噴射される燃料の広がり角度の輪郭線で挟まれる領域内にあるようにするとよい。

このようにすれば、噴射口から噴射される燃料の広がり角度内に第２突出部の突出先端があるので、第２突出部に燃料を衝突させることができる。これにより、燃料のうち液滴状の未気化燃料を第２突出部に付着させ、気化燃料との分離をより確実に行うことができるので、火花放電間隙の周囲により多くの気化燃料を漂わせやすくすることができる。更に、第２突出部との衝突により気化燃料の流速が低下するので火花放電間隙の周囲に漂いやすくなり、火花放電により点火しやすくすることができる。

更に、本発明の第５態様のスパークプラグは、上記第４態様のスパークプラグの前記第１仮想平面上において、前記第２突出部の外表面のうち前記火花放電間隙側を向く側の面である内面の中心において当該内面と直交する方向が、前記内面の中心の位置から前記噴射口の開口中心部の位置へ向かう方向と、前記内面の中心の位置から前記火花放電間隙の中央の位置へ向かう方向との２方向に挟まれた鋭角範囲内にあるようにするとよい。

このように第２突出部の内面の向く方向を規定すれば、その内面に衝突して分離した気化燃料の反射する方向を、火花放電間隙の周囲へ向かう方向に修正することができる。このため、火花放電間隙の周囲に確実に気化燃料を漂わせ、火花放電により点火しやすくすることができる。

更に、本発明の第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第２仮想平面上において、前記火花放電間隙の中央の位置が、前記噴射口の開口中心部の位置を通り前記軸線と直交する第２仮想直線よりも前記軸線方向の前方側にある場合、前記第２突出部の前記内面は、前記軸線方向の前方側へ向けて前記軸線に近づくように傾斜する面として形成されるようにするとよい。

このように、第２突出部の内面を、軸線方向前方へ向けて軸線に近づくように傾斜する面とすれば、軸線方向においても燃料の反射方向を修正して火花放電間隙の周囲に確実に気化燃料を漂わせることができる。このため、火花放電間隙の中央の位置が、噴射口の開口中心部の位置よりも軸線方向前方側にある場合に、火花放電により点火しやすくすることができる。

また、本発明の第７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第２仮想平面上において、前記火花放電間隙の中央の位置が、前記噴射口の開口中心部の位置を通り前記軸線と直交する第２仮想直線よりも前記軸線方向の後方側にある場合、前記第２突出部の前記内面は、前記軸線方向の前方側へ向けて前記軸線から遠ざかるように傾斜する面として形成されるようにするとよい。

このように、第２突出部の内面を、軸線方向前方へ向けて軸線から遠ざかるように傾斜する面とすれば、軸線方向においても燃料の反射方向を修正して火花放電間隙の周囲に確実に気化燃料を漂わせることができる。このため、火花放電間隙の中央の位置が、噴射口の開口中心部の位置がよりも軸線方向後方側にある場合に、火花放電により点火しやすくすることができる。

内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けた状態のスパークプラグ１００の部分断面図である。 インジェクタ２２０の噴射口２２１の開口中心部Ｔおよび軸線Ｏを含む第２仮想平面（図２紙面）上に、インジェクタ２２０およびスパークプラグ１００の先端側の部位を投影し、両者の位置関係を示した図である。 軸線Ｏと直交する第１仮想平面（図３紙面）上に、軸線Ｏ方向の前方側から見た周壁延長部５７，およびインジェクタ２２０の噴射口２２１を投影し、両者の位置関係を示した図である。 図３の２点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見た、スパークプラグ１００の先端側の部位の断面図である。 インジェクタ２２０の噴射口２２１の開口中心部Ｔを通り軸線Ｏと直交する仮想直線Ｎよりも火花放電間隙の中央Ｓの位置が軸線Ｏ方向前方にある場合の例として、インジェクタ２２０とスパークプラグ１００の先端側の部位との位置関係を示した図である。 図５において、矢視方向から見た軸線Ｏを通る平面によって切断したスパークプラグ１００の先端側の部位の断面図である。 変形例としてのスパークプラグ４００の周壁延長部４５０の構造を示す図である。

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、一例としてのスパークプラグ１００の全体の構造について説明する。なお、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（前方）、上側を後端側（後方）として説明する。

図１に示すように、本実施の形態のスパークプラグ１００は、燃焼室２１０内に燃料を直接噴射するいわゆる直噴式のエンジンのエンジンヘッド２００に取り付けられて使用される。燃焼室２１０内において、インジェクタ２２０の噴射口２２１から噴射される燃料は、吸気口２３０から燃焼室２１０内に導入される空気と混合され、排気口２４０に向けて流れる流路を形成する。スパークプラグ１００が取付孔２０５に取り付けられた状態において、その流路上に後述する火花放電間隙が配置されるように、エンジンヘッド２００における取付孔２０５の位置やインジェクタ２２０の噴射口２２１の位置が決められている。以下、スパークプラグ１００の構成について説明する。

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、接地電極３０と、端子金具４０とを構成主体とする。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。接地電極３０は、主体金具５０の先端側に一端部（基端部３２）が溶接され、他端部（先端部３１）の内面３３が中心電極２０の先端に設けられた貴金属チップ９０との間で火花放電間隙を形成する。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方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の中央より後端側には外径の最も大きな鍔部１９が形成されており、鍔部１９より後端側（図１における上側）に後端側胴部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が形成されている。そして先端側胴部１７の先端側には、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は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には燃焼室２１０内に露出される。

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または６０１等のニッケル系合金等で形成され、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の先端部２２は絶縁碍子１０の先端部１１から前方に突出され、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（図２参照）。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９０が接合されている。

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およびセラミック抵抗３を経由して、後方の端子金具４０に電気的に接続されている。端子金具４０にはプラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド２００にスパークプラグ１００を固定するための筒状の金具である。主体金具５０は、絶縁碍子１０の脚長部１３から後端側胴部１８の先端側にかけての部位の周囲を取り囲むようにして、自身の筒孔５９内に絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成されており、略中央から先端側にかけて、太径の取付部５２が形成されている。取付部５２の外周面には雄ねじ状のねじ山が形成されており、ねじ山がエンジンヘッド２００の取付孔２０５に形成された雌ねじと螺合して、スパークプラグ１００が取付孔２０５内に固定される。なお、主体金具５０は耐熱性を重視し、ステンレスやインコネル等を用いてもよい。

取付部５２の後端側には、鍔状のシール部５４が形成されている。シール部５４と取付部５２との間の部位には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、取付孔２０５を介した燃焼室２１０内の気密漏れを防止するものである。具体的には、ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、シール部５４の先端向きの面である座面５５と、エンジンヘッド２００の取付孔２０５の開口周縁部２０６との間に挟まれ変形し、両者間を封止する。

シール部５４の後端側には、スパークプラグレンチ（図示外）が嵌合する工具係合部５１が形成されている。工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられており、工具係合部５１とシール部５４との間にも薄肉の座屈部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての筒孔５９の内周面と絶縁碍子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が介在されている。両リング部材６，７間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。また、筒孔５９の内周面には、周方向に一周して内側に突設された棚部５６が形成されている。絶縁碍子１０が筒孔５９内に保持される際には、棚部５６に、絶縁碍子１０の脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成された段部１５が、環状の板パッキン８を介して支持される。そして、加締部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およびタルク９を介し、筒孔５９内で絶縁碍子１０が先端側に向け押圧される。この加締めの際に座屈部５８は加熱され、圧縮力の付加に伴い膨らむように変形されることで、加締部５３による圧縮ストロークを稼ぐ。これにより、筒孔５９内において加締部５３と棚部５６との間で絶縁碍子１０が確実に挟まれ保持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とは一体となる。板パッキン８により主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は保持され、筒孔５９を介した燃焼ガスの流出が防止される。

また、取付部５２よりも先端側には、取付部５２より細径の周壁延長部５７が、筒孔５９を軸線Ｏ方向に沿って前方へ延長するような形態で設けられている。周壁延長部５７は、軸線Ｏ方向に沿って前方へ向けて突出されている。スパークプラグ１００がエンジンヘッド２００の取付孔２０５に取り付けられた際に、周壁延長部５７は、燃焼室２１０の内壁面２１５よりも燃焼室２１０の内部側に突出する部位を有する。すなわち、スパークプラグ１００がエンジンヘッド２００の取付孔２０５に取り付けられた際に、周壁延長部５７の前方の部位は、燃焼室２１０の内部に配置される。ここで、燃焼室２１０の内壁面２１５は、燃焼室２１０の内部と外部とを区切る壁の面の内、燃焼室２１０の内部側の面である。周壁延長部５７は、周方向の３箇所で突出する突出部５７０，５７１，５７２と、突出部５７０〜５７２それぞれより突出量が小さく、突出部５７０〜５７２それぞれの間を周方向に接続する連結部５７４とから構成されている。突出部５７０の突出先端５７５には接地電極３０が接合されている。

次に、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た棒状の電極であり、一例として、インコネル（商標名）６００または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に形成されており、自身の基端部３２が、主体金具５０の周壁延長部５７の一部位をなす突出部５７０の突出先端５７５（図２参照）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、内面３３側が中心電極２０の先端部２２に向き合うように軸線Ｏへ向かって延びており、内面３３と、中心電極２０の先端部２２に接合された貴金属チップ９０との間で火花放電間隙が形成されている。

このような構成のスパークプラグ１００では、エンジンヘッド２００に取り付けられた際の自身と燃焼室２１０内に露出されたインジェクタ２２０の噴射口２２１との相対的な位置関係に基づいて、周壁延長部５７を構成する突出部５７０〜５７２の形成位置や大きさ、形状が規定されている。以下、図２〜図４を参照して、突出部５７０〜５７２の形成位置や大きさ、形状について説明する。

突出部５７０〜５７２は、主体金具５０の周方向に断続的に設けられている。突出部５７０は、予め軸線Ｏ方向に沿って筒状に形成した周壁延長部５７の原形を、仮想直線Ｍを挟んで、仮想直線Ｍと、軸線Ｏとの双方に平行な２つの仮想平面で切り欠いた形状を有する。ここで、仮想直線Ｍは、火花放電間隙の中央Ｓと、インジェクタ２２０の噴射口２２１の開口中心部Ｔとを結ぶ直線である。中央Ｓは、図２において、軸線Ｏ上で貴金属チップ９０の先端と内面３３との中央の位置を基準としている。開口中心部Ｔは、図２において、噴射口２２１の開口端の形状（通常は円形）における中心の位置を基準としている。突出部５７０は、主体金具５０の周方向において仮想直線Ｍを遮る位置に形成されている。換言すれば、突出部５７０は中央Ｓと開口中心部Ｔとを結ぶ線分を遮る。

より具体的には、図２に示すように、突出部５７０の突出先端５７５の位置が、仮想直線Ｍよりも軸線Ｏ方向の前方に配置されるように、突出部５７０が十分な突出量（突出長さ）をもって突出されている。また、図３に示すように、突出部５７０は、筒孔５９の周方向における自身の両端を結ぶ方向（以下、「幅方向」と言う。）の長さＢが、接地電極３０の幅方向の両端を結ぶ長さＣよりも大きくなるように構成されている。従って、噴射口２２１から噴射された燃料がスパークプラグ１００に向かって飛んだ場合、燃料が突出部５７０の外周側の壁面に確実に衝突し、火花放電間隙には直接到達しにくい。一方で、突出部５７０の幅方向の両端より外側を通過する燃料は、絶縁碍子１０の先端部１１付近を通過して絶縁碍子１０の熱を奪うことができる。このため、スパークプラグ１００の耐熱温度を超えて、絶縁碍子１０が加熱されることを回避することができる。

次に、図３に示すように、突出部５７１，５７２は、仮想直線Ｍを中心に対称な形状に形成され、それぞれの内面５７８，５７９が、火花放電間隙を臨むように形成されている。突出部５７１，５７２の形成位置、大きさ、および形状について、突出部５７２を例に具体的に説明する。突出部５７２は、予め軸線Ｏ方向に筒状に形成した周壁延長部５７の原形の内周側を前方へ向けて軸線Ｏから遠ざかる方向に傾斜した平面で切り欠き、更に、軸線Ｏを含む平面で切り欠いた形状を有する。詳細には、突出部５７２の突出先端５７７は軸線Ｏに垂直な平面であり、軸線Ｏ側の面である内面５７９は、前方へ向けて軸線Ｏから遠ざかる方向に傾斜した平面である。内面５７９は、噴射口２２１から噴射される燃料を、火花放電間隙に向けて反射させる面である。従って、内面５７９の向きは、少なくとも噴射口２２１の位置、および火花放電間隙の位置を考慮して決定される。

本実施の形態では、図３において、突出部５７２の内面５７９上で、突出方向における内面５７９の中央となる位置を含む仮想等高線Ｋを想定し、仮想等高線Ｋの中点をＬとする。噴射口２２１の開口中心部Ｔおよび仮想等高線Ｋの中点Ｌを結ぶ仮想直線Ｕと、火花放電間隙の中央Ｓおよび仮想等高線Ｋの中点Ｌを結ぶ仮想直線Ｖとを想定する。突出部５７２の内面５７９の向きは、軸線Ｏと直交する第１仮想平面上（図３紙面上）で、仮想等高線Ｋに直交し中点Ｌを通る仮想直線Ｗが、仮想直線Ｕと仮想直線Ｖとで挟まれた鋭角αの範囲内にあるように、規定されている。換言すると、第１仮想平面上において、内面５７９の向く方向（仮想等高線Ｋに直交する方向）が、仮想等高線Ｋの中点Ｌから噴射口２２１の開口中心部Ｔへ向かう方向と、仮想等高線Ｋの中点Ｌから火花放電間隙の中央Ｓへ向かう方向とに挟まれた鋭角αの範囲内にあるとしている。このような規定に基づいて形成された突出部５７２は、噴射口２２１から噴射され、突出部５７０に遮られずに突出部５７２に到達した燃料を、内面５７９で反射させた際に、燃料の反射方向を火花放電間隙の周囲に向けることができる。そして、突出部５７１は、仮想直線Ｍを中心に突出部５７２と対称形状となっているので、同様に、噴射口２２１から噴射された燃料を内面５７８で反射させ、燃料の反射方向を火花放電間隙の周囲に向けることができる。なお、燃料が内面５７８，５７９に衝突したとき、内面５７８，５７９によって反射されるのは主に気化した気化燃料であり、液滴状の未気化燃料は内面５７８，５７９に付着することとなり、火花放電間隙において燃料ブリッジが形成されにくい。

また、図２に示すように、噴射口２２１から噴射される燃料は広がり角度βをもって燃焼室２１０内に広がっていく。本実施の形態では、第２仮想平面（図２紙面）において、そのときの広がり角度βの輪郭線をＹとしたとき、輪郭線Ｙで挟まれる領域内に突出部５７１，５７２の突出先端５７６，５７７が配置されることを規定している。つまり、噴射口２２１から噴射された燃料の少なくとも一部は確実に突出部５７１，５７２の内面５７８，５７９に衝突するように、突出部５７１，５７２の大きさが規定されている。

ところで、図２において、噴射口２２１の開口中心部Ｔを通り軸線Ｏと直交する仮想直線Ｎを想定したとき、本実施の形態では、火花放電間隙の中央Ｓが、仮想直線Ｎよりも、軸線Ｏ方向の後方に位置している。噴射口２２１の開口中心部Ｔと、火花放電間隙の中央Ｓとがこのような位置関係を有する本実施の形態では、図４に示すように、突出部５７１，５７２の内面５７８，５７９を、軸線Ｏ方向前方へ向けて、軸線Ｏから遠ざかる方向に傾斜する面としている。このようにすることで、噴射口２２１から噴射された燃料が突出部５７１，５７２の内面５７８，５７９に衝突した際の反射方向が、内面５７８，５７９が傾斜していない場合と比べて、火花放電間隙の周囲により近づく方向に修正することができる（図中矢印Ｅで示す。）。前述したように、内面５７８，５７９によって反射されるのは主に気化燃料であり、火花放電間隙の周囲に気化燃料を漂わせることで火花放電により点火しやすくすることができる。

このように、本実施の形態のスパークプラグ１００では、周壁延長部５７を構成する突出部５７０〜５７２の形成位置や大きさ、形状が規定されている。エンジンヘッド２００に取り付けられた際に、確実に、周壁延長部５７とインジェクタ２２０の噴射口２２１との相対的な位置関係が上記のような関係を満たすように、取り付け向きが定められている。

エンジンヘッド２００に対するスパークプラグ１００の取り付け向きを一定とする方法には様々な方法がある。一例としては、スパークプラグ１００側とエンジンヘッド２００側の双方にマークキングを行い、両者を突き合わせつつ、スパークプラグ１００の締め付けを行う方法がある。具体的には開口周縁部２０６等、エンジンヘッド２００側の任意の位置にマーキングを施す。スパークプラグ１００を取付孔２０５に取り付けた状態で、上記した周壁延長部５７とインジェクタ２２０の噴射口２２１との相対的な位置関係が満たされるように、スパークプラグ１００側の任意の位置にもマーキングを施す。そしてスパークプラグ１００を取付孔２０５に螺合させ、マーキング同士が向き合う位置まで締め付けを行えばよい。なお、締め付け時にガスケット５は潰れつつ封止を行うが、ガスケット５の気密を維持できる潰れ量の範囲を大きくとることで、スパークプラグの個体間の製造公差を吸収することが可能である。

また、主体金具５０の取付部５２の雄ねじ状のねじ山の形成と、エンジンヘッド２００の取付孔２０５の雌ねじの形成とを、常に、同一の条件で行い、両者共に製造公差が生じにくくなるように形成してもよい。つまり、主体金具５０の取付部５２に設けたねじ山の形成開始位置が、主体金具５０における所定の位置となるように製造する。エンジンヘッド２００の取付孔２０５にて、スパークプラグ１００の固定時にねじ山の形成開始位置が当接する位置についても同様に、エンジンヘッド２００における所定の位置となるように製造する。このようにすれば、エンジンヘッド２００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）が定まり、周壁延長部５７とインジェクタ２２０の噴射口２２１との相対的な位置関係を常に一定とすることができる。あるいは、ねじを使わずに固定可能なスパークプラグに本発明を適用してもよい。なお、上記した取り付け方法は単なる一例であり、これらの取り付け方法に限定するものではなく、その他様々な公知の方法を用いることが可能である。

なお、本発明は各種の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、主体金具５０の筒孔５９の先端側を突出させて周壁延長部５７を形成した。この場合は、予め軸線Ｏ方向に沿って筒状に形成した周壁延長部５７の原形を切削することで、突出部５７０〜５７２および連結部５７４の形状を形成するとよい。また、切削以外の方法でも周壁延長部５７を形成することは可能である。例えば、予め連結部５７４の突出先端に揃えた筒状の周壁延長部５７の原形を主体金具５０から予め軸線Ｏ方向に沿って形成させておき、突出部５７０〜５７２の形状をなす突片をそれぞれ溶接してもよい。この場合、接地電極３０と突出部５７０とを一体に形成し、接合後に接地電極部分を内向きに折り曲げることで火花放電間隙を形成してもよい。あるいは、突出部５７０〜５７２および連結部５７４が形成された王冠状の周壁延長部５７を別体で作製し、主体金具５０の先端に溶接してもよい。

一方本発明は、図５に示すように、インジェクタ３２０の噴射口３２１の開口中心部Ｔを通り軸線Ｏと直交する仮想直線Ｎよりも火花放電間隙の中央Ｓが軸線Ｏ方向の前方に位置する配置関係を有するエンジンに取り付けて使用するスパークプラグ３００に適用してもよい。この場合、図６に示すように、主体金具３５０の突出部３７１，３７２の内面３７８，３７９を、軸線Ｏ方向前方へ向けて、軸線Ｏに近づく方向に傾斜する面として構成するとよい。このようにすれば、上記実施の形態と同様に、噴射口３２１から噴射された燃料が突出部３７１，３７２の内面３７８，３７９に衝突して反射する燃料を、内面３７８，３７９が傾斜していない場合と比べて、火花放電間隙の周囲により近づけることができる（図中矢印Ｆで示す。）。すなわち、軸線Ｏ方向においても燃料の反射方向を修正して火花放電間隙の周囲に確実に気化燃料を漂わせることができるので、火花放電により点火しやすくすることができる。

また、周壁延長部５７の突出部５７０〜５７２は３つに限らず、２つ以上あればよい。例えば、図７に示す、スパークプラグ４００の主体金具４５０のように、突出部４７０〜４７３を有してもよい。突出部４７０は、接地電極３０が接合され、インジェクタの噴射口（図１参照）から噴出される燃料が直接、火花放電間隙へ向かうのを遮る。突出部４７１，４７２，４７３は、突出部４７０には衝突せずに突出部４７１〜４７３に到達した燃料を火花放電間隙へ向かわせるように反射させる。本変形例では噴射された燃料が、突出部４７１，４７２において気化燃料と液滴状の未気化燃料とに分離し、気化燃料の反射方向が突出部４７３へ向かうように突出部４７１，４７２，４７３を配置している。そして突出部４７３において気化燃料を火花放電間隙へ向けて反射させる形態のものである（燃料の辿る流路を矢印Ｈで示す。）。このような構成のスパークプラグ４００では、突出部４７１，４７２に衝突した気化燃料は流速が低下した状態で突出部４７３へ向けて反射され、突出部４７３との衝突によって反射されると、更に流速が低下した状態で火花放電間隙に向かうこととなる。従って、火花放電間隙において気化燃料が停滞しやすくなり、火花放電により点火しやすくすることができる。

また、上記実施の形態では突出部５７１，５７２の内面５７８，５７９を平らな面として説明したが、必ずしも平面でなくともよい。例えば上記した周壁延長部５７の原形となる筒状の内周面の形状をそのままに切削を行わず、内向きに湾曲した面としてもよい。あるいは内面５７８，５７９を多段状に形成してより多くの気化燃料が反射されるようにしてもよいし、凹面状に形成して軸線Ｏと直交する方向のみならず軸線Ｏ方向においても反射された気化燃料が火花補電間隙の中央へ向かうようにしてもよい。また、上記実施の形態では、突出部５７０に接地電極３０を接合したが、突出部５７１や突出部５７２に接地電極３０を接合してもよく、突出部５７０は噴射された燃料が直接火花放電間隙へ到達するのを遮る構成となればよい。また、接地電極３０も一つでなくともよく、例えば突出部５７１および突出部５７２それぞれに一つずつ接地電極３０が接合されていてもよい。ただし、この場合、インジェクタの噴射口（図１参照）から噴出される燃料が直接、突出部５７１および突出部５７２に接続された接地電極の後方側の面に到達し、付着する虞がある。接地電極の後方側の面に付着した燃料に起因して、燃料ブリッジが形成される虞があるため、接地電極が接合される突出部は、上記実施形態のように、インジェクタの噴射口から噴出される燃料が直接、火花放電間隙へ向かうのを遮る構成とすることが好ましい。

また、上記実施の形態では、周壁延長部５７は、燃焼室２１０の内壁面２１５よりも燃焼室２１０側に突出する部位を有する形態のスパークプラグ１００を例に説明した。ここで、周壁延長部５７の全てが燃焼室２１０の内壁面２１５よりも燃焼室２１０側へ突出している必要はない。例えば、周壁延長部５７を構成する連結部５７４は、その突出先端が、必ずしも燃焼室２１０の内壁面２１５より突出する位置になくてもよい。つまり、連結部５７４の突出先端が、内壁面２１５の位置と揃う位置にあってもよいし、内壁面２１５よりも取付孔２０５内の奥まった位置にあってもよい。連結部５７４の突出長さが短いほど、連結部５７４を通じて絶縁碍子１０の先端部１１付近を通過可能となる燃料が増え、絶縁碍子１０の熱を奪いやすくできるが、その反面、突出部５７０の剛性が低下する虞が生ずる。このため、十分な剛性を保ちつつ、連結部５７４の突出長さを短くできれば好ましい。

また、上記実施の形態では、仮想等高線Ｋ上の中点Ｌを用いて、突出部５７２の内面５７９の向きを規定していたが、これに限定されない。突出部５７２の内面５７９の中心を通る、内面５７９の垂線を用いて突出部５７２の内面５７９の向きを規定しているのは、次のような理由による。すなわち、突出部５７２の内面５７９の中心において反射された気化燃料が火花補電間隙の中央へ向かうような形状とすれば、突出部５７２の内面５７９に反射されて火花補電間隙の中央付近へ向かう気化燃料の量を多くすることができると想定されるからである。従って例えば、突出部５７２の内面５７９の中心として、内面５７９の重心を用いてもよいし、内面５７９が矩形である場合、対角線の交点を用いてもよい。更に、突出部５７２の内面５７９の中央以外の部分において反射された気化燃料が火花補電間隙の中央へ向かうような大きさ、形状、配置としてもよい。その場合にも、気化燃料が火花補電間隙の中央へ向かわせることができる。また、突出部５７１，５７２の内面５７８，５７９は、内面５７８，５７９によって反射された気化燃料が火花補電間隙の中央へ向かうような形状であればよく、軸線Ｏ方向に対し、必ずしも傾斜していなくともよい。

Claims (7)

1. 中心電極と、
   軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔内の先端側に保持する絶縁碍子と、
   前記軸線方向に延びる筒孔を有し、その筒孔内に、前記絶縁碍子を挿通させた状態で保持する主体金具であって、自身が内燃機関のエンジンヘッドに取り付けられた際に、前記絶縁碍子の先端部の径方向周囲を取り囲みつつ、その絶縁碍子の先端部と共に前記軸線方向に沿って燃焼室の内壁面よりも当該燃焼室側に突出する部位を有する周壁延長部を自身の先端側に有する主体金具と、
   一端部が前記主体金具の前記周壁延長部に接合され、他端部が前記中心電極の先端部との間で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において、
   前記周壁延長部は、前記軸線方向に沿って前記内壁面よりも前記燃焼室側に突出すると共に、前記主体金具の周方向に複数個が断続的に設けられた突出部と、当該複数の突出部間をそれぞれ前記主体金具の周方向に接続し、自身の先端が、前記突出部に対して相対的に後端側に位置してなる連結部とから構成され、
   前記複数の突出部のうちの少なくとも一つの突出部には、その突出先端に、前記接地電極の前記一端部が接合されていることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記中心電極の先端部の中央と、当該中央を通り前記中心電極の軸線と平行な直線が前記接地電極と交差する点とを結ぶ線分の中点を前記火花放電間隙の中央の位置とし、
   前記スパークプラグが前記エンジンヘッドに取り付けられる際にはその取り付け向きが調整され、前記軸線方向と直交する第１仮想平面上に、前記燃焼室内に露出された燃料の噴射口と前記周壁延長部と前記火花放電間隙とを投影したときに、前記噴射口の開口中心部の位置と前記火花放電間隙の中央の位置とを結ぶ第１仮想直線を遮る位置に、前記周壁延長部の前記突出部のうち前記接地電極の接合された第１突出部が配置されるものであり、
   前記主体金具の周方向における前記第１突出部の両端を結ぶ方向を幅方向としたときに、前記第１突出部の前記幅方向の長さは、前記接地電極の前記幅方向の両端を結ぶ長さより長いことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記スパークプラグが前記エンジンヘッドに取り付けられた状態において、前記噴射口の開口中心部および前記主体金具の軸線を含む第２仮想平面上に、前記噴射口と前記第１突出部と前記火花放電間隙とを投影したときに、
   前記第１突出部の突出先端は、前記第１仮想直線よりも、前方にあることを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記第２仮想平面上に、前記周壁延長部の前記突出部のうち前記第１突出部とは異なる第２突出部と、前記噴射口から噴射される燃料の広がり角度の輪郭線とを投影したときに、
   前記第２突出部の突出先端は、前記噴射口から噴射される燃料の広がり角度の輪郭線で挟まれる領域内にあることを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記第１仮想平面上において、前記第２突出部の外表面のうち前記火花放電間隙側を向く側の面である内面の中心において当該内面と直交する方向が、前記内面の中心の位置から前記噴射口の開口中心部の位置へ向かう方向と、前記内面の中心の位置から前記火花放電間隙の中央の位置へ向かう方向との２方向に挟まれた鋭角範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載のスパークプラグ。
6. 前記第２仮想平面上において、前記火花放電間隙の中央の位置が、前記噴射口の開口中心部の位置を通り前記軸線と直交する第２仮想直線よりも前記軸線方向の前方側にある場合、
   前記第２突出部の前記内面は、前記軸線方向の前方側へ向けて前記軸線に近づくように傾斜する面として形成されたことを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記第２仮想平面上において、前記火花放電間隙の中央の位置が、前記噴射口の開口中心部の位置を通り前記軸線と直交する第２仮想直線よりも前記軸線方向の後方側にある場合、
   前記第２突出部の前記内面は、前記軸線方向の前方側へ向けて前記軸線から遠ざかるように傾斜する面として形成されたことを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。

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