WO2018055833A1

WO2018055833A1 - スパークプラグ

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Publication number: WO2018055833A1
Application number: PCT/JP2017/018948
Authority: WO
Inventors: 大加納; 清輝森; 知宏岩塚; 芳樹井上; 敬太中川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2019-03-22
Also published as: JP2018049762A; US20190383258A1; US10968881B2; CN109716603A; KR20190040282A; DE112017004067B4; DE112017004067T5; JP6425698B2; CN109716603B

Abstract

スパークプラグの内部で発生する火炎核が原因のプレイグニッションの検出精度を向上できるスパークプラグを提供すること。主体金具のねじ部よりも後端側に端子が配置される。絶縁体の外周と主体金具の内周とに挟まれた空間のうち、縮径部と棚部またはパッキンとの接触部分の先端よりも先端側の部分に検知電極が配置される。検知電極と端子とは導体によって繋がれる。検知電極および導体は、中心電極、主体金具および接地電極と絶縁されている。絶縁体の外周と主体金具の内周とに挟まれた空間に検知電極が配置されているので、この空間に生じる火炎核を早期に検知できる。

Description

スパークプラグ

本発明はスパークプラグに関し、特にプレイグニッションの検出精度を向上できるスパークプラグに関するものである。

スパークプラグの中心電極と接地電極との間に火炎が到達すると生じるイオン電流を検出して内燃機関の燃焼状態を判別する技術（特許文献１，２）、接地電極とは別の電極を中心電極の近くに配置してイオン電流を検出するスパークプラグは知られている（特許文献３，４）。判別された内燃機関の燃焼状態に応じてスパークプラグの点火時期を調整する技術も知られている（特許文献５）。これらの技術によれば、過熱したスパークプラグが熱源となって生じる過早着火（プレイグニッション）やカーボンの自己着火が原因のプレイグニッションは精度良く検出できる。その検出結果に応じて内燃機関の燃焼状態を調整できる。

特開２０１５－１９０３９６号公報特開平４－１３３２８１号公報特開平６－３３８３７７号公報特開平９－２６００２３号公報特開２０１４－１０９１９６号公報

しかしながら上記従来の技術では、近年の研究によって発見された、スパークプラグの内部で発生する火炎核が原因のプレイグニッションは精度良く検出できないという問題点がある。　

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、スパークプラグの内部で発生する火炎核が原因のプレイグニッションの検出精度を向上できるスパークプラグを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載のスパークプラグによれば、先端側に向かって外径が小さくなる縮径部を備える筒状の絶縁体は、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる軸孔が形成される。中心電極は軸孔に配置される。絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具は、自身の内周に設けられる棚部と、自身の外周に設けられるねじ部とを備えている。棚部は主体金具の径方向内側に突出し、縮径部を直接または環状のパッキンを介して先端側から係止する。主体金具に接続される接地電極は、火花ギャップを介して中心電極と対向する。　

ねじ部よりも後端側に端子が配置される。絶縁体の外周と主体金具の内周とに挟まれた空間のうち、縮径部と棚部またはパッキンとの接触部分の先端よりも先端側の部分に検知電極が配置される。検知電極と端子とは導体によって繋がれる。検知電極および導体は、中心電極、主体金具および接地電極と絶縁されている。　

絶縁体の外周と主体金具の内周とに挟まれた空間に検知電極が配置されているので、スパークプラグの内部の空間に生じる火炎核を早期に検知できる。よって、スパークプラグの内部で発生する火炎核が原因のプレイグニッションの検出精度を向上できる。　

請求項２記載のスパークプラグによれば、検知電極は、軸線方向と直交する方向の幅が０．５ｍｍ以上である。その結果、検知電極の面積を確保できるので、イオン電流の検出感度を確保できる。よって、請求項１の効果に加え、プレイグニッションの誤検出（プレイグニッションが発生しているのに、それを検出できないこと）を抑制できる効果がある。　

請求項３記載のスパークプラグによれば、検知電極は、自身の先端が、主体金具の先端よりも後端側にある。その結果、絶縁体の外周と主体金具の内周とに挟まれた空間の外で発生した火炎核を検出し難くできるので、請求項１又は２の効果に加え、その空間に発生した火炎核を正確に検出できる効果がある。　

請求項４記載のスパークプラグによれば、検知電極は、自身の先端が、絶縁体の先端から後端側に６ｍｍ以上離れた位置にあるので、絶縁体の軸孔に配置された中心電極と検知電極との間に放電を発生し難くできる。その結果、請求項１から３のいずれかの効果に加え、検知電極の火花消耗を抑制できる効果がある。　

請求項５記載のスパークプラグによれば、検知電極は、自身の先端が、接触部分の先端から先端側に３ｍｍ以上離れた位置にあるので、火炎核の成長に伴って温度が上昇し易い領域に検知電極の先端を配置できる。温度が上昇し易いとイオン電流が流れ易くなるので、請求項１から４のいずれかの効果に加え、プレイグニッションの検出精度を向上できる効果がある。　

請求項６記載のスパークプラグによれば、接地電極は、第１端部が主体金具に接合され第２端部が軸線と交差して中心電極と対向する。検知電極は、少なくとも一部が、軸線を含む仮想平面であって、接地電極の第１端部から第２端部へと延びる軸と軸線とを含む平面に垂直な仮想平面よりも接地電極の第１端部側に存在する。仮想平面よりも第１端部側の空間に火炎核が発生し易いので、検知電極の少なくとも一部をその部位に配置することにより、請求項１から５のいずれかの効果に加え、誤検出を生じ難くできる効果がある。

本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。主体金具を切断して示したスパークプラグの左側面図である。軸線方向から見たスパークプラグの底面図である。点火装置の電気的構成を示すブロック図である。制御装置の電気的構成を示すブロック図である。低速プレイグニッション回避処理を示すフローチャートである。変形例における点火装置の電気的構成を示すブロック図である。（ａ）は第２実施の形態におけるスパークプラグの主体金具を切断して示した左側面図であり、（ｂ）は第３実施の形態におけるスパークプラグの左側面図であり、（ｃ）は第４実施の形態におけるスパークプラグの左側面図であり、（ｄ）は第５実施の形態におけるスパークプラグの左側面図である。（ａ）は第６実施の形態におけるスパークプラグの主体金具を切断して示した左側面図であり、（ｂ）は第７実施の形態におけるスパークプラグの左側面図であり、（ｃ）は第８実施の形態におけるスパークプラグの左側面図であり、（ｄ）は第９実施の形態におけるスパークプラグの左側面図である。（ａ）は第１０実施の形態におけるスパークプラグの主体金具を切断して示した左側面図であり、（ｂ）はスパークプラグの右側面図である。第１１実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。（ａ）は第１２実施の形態におけるスパークプラグの主体金具を切断して示した左側面図であり、（ｂ）はスパークプラグの右側面図である。スパークプラグの印加電圧と誤検出率との関係を示す図である。検知電極の幅と誤検出率との関係を示す図である。絶縁体の先端から検知電極の先端までの軸線方向における距離と奥飛火の発生率との関係を示す図である。接触部分の先端から検知電極の先端までの軸線方向における距離と誤検出率との関係を示す図である。検知電極の周方向における位置と誤検出率との関係を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。図１に示すようにスパークプラグ１０は、主体金具２０、接地電極３０、絶縁体４０及び中心電極７０を備えている。　

主体金具２０は、内燃機関（図示せず）のねじ穴に固定される略円筒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。主体金具２０は、後端側から先端側へと軸線Ｏに沿って加締め部２１、工具係合部２２、湾曲部２３、座部２４、胴部２５の順に連接されている。胴部２５は外周面にねじ部２６が形成されている。　

加締め部２１及び湾曲部２３は、絶縁体４０を加締めるための部位である。工具係合部２２は、ねじ部２６をねじ穴（図示せず）に結合するときにレンチ等の工具を係合させる部位である。座部２４は、胴部２５の後端側に位置し、径方向外側に環状に突出する部位である。座部２４は、胴部２５との間に環状のガスケット６０が配置される。　

ガスケット６０は、ねじ穴（図示せず）にねじ部２６が嵌められたときに、座部２４と内燃機関とに挟まれてねじ穴とねじ部２６との隙間を封止する。棚部２７は、胴部２５の径方向内側へ突出する部位であり、棚部２７の後端側の円環状の面２８にパッキン６１が配置される。パッキン６１は、主体金具２０を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。　

接地電極３０は、主体金具２０の先端２９に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の棒状の部材であり、軸線Ｏと交わるように軸線Ｏへ向かって屈曲する。接地電極３０は、第１端部３１が主体金具２０に接合され、第２端部３２が軸線Ｏと交差して中心電極７０と対向する。　

絶縁体４０は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成される略円筒状の部材である。絶縁体４０は、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔４１が形成されている。絶縁体４０は、後端側から先端側へ軸線Ｏに沿って後部４２、突出部４３、大径部４４、縮径部４５、小径部４７の順に連接されている。　

絶縁体４０は主体金具２０に挿入され、外周に主体金具２０が固定される。絶縁体４０は、後部４２の後端側が主体金具２０から露出し、小径部４７の先端が主体金具２０の先端２９から突き出す。突出部４３は、後部４２の先端側から径方向外側に突出する部位であり、主体金具２０の湾曲部２３の径方向内側に配置される。　

大径部４４及び小径部４７は、それぞれ胴部２５の径方向内側に配置される。小径部４７の外径は大径部４４の外径より小さい。大径部４４と小径部４７との境界に、先端側へ向かって外径が小さくなる縮径部４５が存在する。縮径部４５の外面４６は、先端側へ向かって縮径する。パッキン６１は、主体金具２０の棚部２７の後端側の面２８と、絶縁体４０の縮径部４５の外面４６との間に配置される。　

絶縁体４０の後部４２の外周と主体金具２０の工具係合部２２の内周との間に、リング部材６２，６３及びリング部材６２，６３に挟まれたタルク等の充填材６４が配置される。主体金具２０の加締め部２１が絶縁体４０に向けて径方向内側に加締められると、リング部材６２，６３及び充填材６４を介して、絶縁体４０が主体金具２０の棚部２７の面２８へ向けて押圧される。その結果、棚部２７の後端側の面２８と縮径部４５の外面４６とに挟まれてパッキン６１が塑性変形する。パッキン６１は棚部２７と縮径部４５との隙間を気密に閉塞する。　

スパークプラグ１０は、イオン電流を検出するための導体５１及び検知電極５２が絶縁体４０に設けられている。本実施の形態では、導体５１は絶縁体４０に埋設されている。絶縁体４０は、後部４２から小径部４７まで連続する溝４８が外周に形成され、導体５１は溝４８の溝底に配置される。導体５１は、主体金具２０よりも後端側の後部４２の外周に配置された端子５３と、小径部４７の外周に配置された検知電極５２とを接続する。検知電極５２は、絶縁体４０の外周と主体金具２０の内周との間に配置される。端子５３は、外部配線（図示せず）が接続される部位である。　

導体５１及び検知電極５２は、耐熱性があり抵抗率が小さい白金等の貴金属、銀などによって形成される。本実施の形態では、導体５１及び検知電極５２は、貴金属や銀などを含む金属ペーストの焼き付けによって溝４８に形成されている。導体５１は、溝４８に埋め込まれた絶縁部材５４に覆われ、主体金具２０と絶縁される。本実施の形
態では、耐熱性のある無機接着剤の硬化によって絶縁部材５４が形成されている。　

導体５１は絶縁体４０の表面（溝４８）に一体的に設けられるので、導体５１を絶縁体４０と主体金具２０との間に配置する場合や主体金具２０に内蔵する場合に比べて、主体金具２０やスパークプラグ１０の外径が大きくならないようにできる。絶縁体４０に設けられた導体５１は絶縁部材５４に覆われるので、導体５１の耐久性を確保しつつ導体５１と主体金具２０との短絡を防止できる。　

中心電極７０は、有底筒状に形成された金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材を埋設した棒状の電極である。芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。中心電極７０は絶縁体４０の軸孔４１に係止され、軸線Ｏに沿って配置される。中心電極７０は、先端が軸孔４１から突出し、火花ギャップを介して先端が接地電極３０と対向する。　

端子金具８０は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具８０の先端側は絶縁体４０の軸孔４１内に配置される。端子金具８０と中心電極７０との間に、導電性を有するガラスシール６５が配置される。ガラスシール６５により中心電極７０と端子金具８０とは電気的に接続される。　

スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。導体５１、検知電極５２及び端子５３が設けられた絶縁体４０を準備し、絶縁体４０の軸孔４１に中心電極７０を挿入する。中心電極７０は、先端が軸孔４１から外部に露出するように配置する。絶縁体４０の軸孔４１に端子金具８０を挿入し、端子金具８０と中心電極７０との電気的な接続を確保する。接地電極３０が接合された主体金具２０を絶縁体４０の外周に組み付けた後、軸線Ｏ方向に中心電極７０と対向するように接地電極３０を屈曲し、中心電極７０と接地電極３０との間に火花ギャップが設定されたスパークプラグ１０を得る。　

次に図２及び図３を参照して検知電極５２について説明する。図２は主体金具２０を切断して示したスパークプラグ１０の左側面図（接地電極３０の第１端部３１側から絶縁体４０を見た図）である。図２では主体金具２０及び絶縁体４０の軸線Ｏ方向の後端側（図２上側）の図示が省略されている。図３は軸線Ｏ方向から見たスパークプラグ１０の底面図である。　

図２に示すように検知電極５２は、絶縁体４０の小径部４７に、軸線Ｏに沿う線状に形成されている。検知電極５２は、絶縁体４０の外周と主体金具２０の内周とに挟まれた空間５５のうち、縮径部４５の外面４６とパッキン６１との接触部分５６の先端よりも先端側（図２下側）に配置される。　

発明者らは、高圧縮化や高過給化した内燃機関の低回転高負荷状態で生じる低速プレイグニッション（ＬＳＰＩ）は、空間５５に火種が生じ易いことを突き止めた。空間５５に検知電極５２を配置し、検知電極５２と主体金具２０とに電位差を与えておけば、空間５５に火炎核が生じるとイオン電流が検知電極５２に流れる。このイオン電流を検出すれば、空間５５で火炎核が生じるＬＳＰＩを早期に検知できる。よって、スパークプラグ１０の内部で発生する火炎核が原因のプレイグニッションの検出精度を向上できる。　

検知電極５２は、軸線Ｏ方向の先端５２ａが、接触部分５６の先端から絶縁体４０の先端４９までの間に位置する。検知電極５２は、軸線Ｏ方向の後端５２ｂが、パッキン６１との接触部分５６の先端よりも先端側（図２下側）に配置される。検知電極５２の後端５２ｂとパッキン６１との絶縁を確保するためである。　

本実施の形態では、検知電極５２は、軸線Ｏ方向の先端５２ａが、主体金具２０の先端２９よりも軸線Ｏ方向の後端側（図２上側）にある。これにより、空間５５の外（主体金具２０の先端２９よりも先端側）で発生した火炎核を検出し難くできる。その結果、空間５５の外に発生した火炎核と空間５５内に発生した火炎核とを峻別することができ、空間５５内に発生した火炎核を正確に検出できる。　

検知電極５２は、軸線Ｏ方向と直交する方向の幅Ｗが０．５ｍｍ以上あるのが好ましい。検知電極５２の面積を確保し、ノイズ等を抑制して誤検出を抑制するためである。　

検知電極５２は、軸線Ｏ方向の先端５２ａが、絶縁体４０の先端４９から軸線Ｏ方向の後端側（図２上側）に６ｍｍ以上離れた位置にあることが好ましい。即ち、検知電極５２の先端５２ａと絶縁体４０の先端４９との軸線Ｏ方向における距離Ｄ１が６ｍｍ以上あると、中心電極７０と検知電極５２との電位差による放電の発生を抑制できる。放電による検知電極５２の火花消耗を抑制できるので、耐久性を向上できる。　

検知電極５２は、軸線Ｏ方向の先端５２ａが、接触部分５６の先端から軸線Ｏ方向の先端側（図２下側）に３ｍｍ以上離れた位置にあるのが好ましい。即ち、接触部分５６の先端と検知電極５２の先端５２ａとの軸線Ｏ方向における距離Ｄ２が３ｍｍ以上あると、火炎核の成長に伴って小径部４７の表面温度が上昇し易い領域に検知電極５２を配置できる。表面温度が上昇し易いとイオン電流が流れ易くなるので、プレイグニッションの検出精度を向上できる。　

検知電極５２は、先端５２ａが、絶縁体４０の小径部４７の軸線Ｏ方向の長さ（接触部分５６の先端から絶縁体４０の先端４９までの軸線Ｏ方向における長さＬ）の１／２よりも先端側（図２下側）に位置すると好ましい。イオン電流を検出する検知電極５２の面積（長さ）を確保し、検出感度を確保するためである。　

図３に示すように検知電極５２は、少なくとも一部が、第１端部３１から第２端部３２へと延びる接地電極３０の軸５７と軸線Ｏとを含む平面（図３左右に延びる平面）に垂直な仮想平面５８であって軸線Ｏを含む面（仮想平面５８）よりも接地電極３０の第１端部３１側の空間５５内に存在する。ＬＳＰＩの起点（火炎核）は、空間５５のうち仮想平面５８よりも第１端部３１側の領域に発生し易いので、仮想平面５８よりも接地電極３０の第２端部３２側の領域に検知電極５２が存在する場合よりも、ＬＳＰＩを検出し易くできる。　

次に図４から図６を参照して、低速プレイグニッション（ＬＳＰＩ）を回避する制御装置について説明する。図４は点火装置９０の電気的構成を示すブロック図であり、図５は制御装置の電気的構成を示すブロック図であり、図６はＬＳＰＩ回避処理を示すフローチャートである。　

図４に示すようにスパークプラグ１０は、エンジン９８の燃焼室９９に先端が突出するようにシリンダヘッドに取り付けられる。エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備える論理演算回路であり、スパークプラグ１０の点火指令信号をドライブ回路９２に出力する。　

バッテリ９３が接続された１次コイル９４の１次電流をドライブ回路９２が遮断すると、２次コイル９５に高電圧が発生する。その高電圧がスパークプラグ１０の中心電極７０（図１参照）と接地電極３０との間に印加され、中心電極７０と接地電極３０との間に火花放電が生じて燃焼室９９内の混合気に着火する。２次コイル９５の電圧変化は第１検出回路９６が検出する。　

バッテリ９３は、スパークプラグ１０の端子５３と主体金具２０（図１参照）との間に電位差を与える。電位差を与えた検知電極５２（図１参照）と主体金具２０との間に、ＬＳＰＩによって火炎核が発生し成長するとイオン電流が流れる。イオン電流が流れたときの端子５３の電圧降下は第２検出回路９７が検出する。　

図５に示すように、第１検出回路９６及び第２検出回路９７は検出結果をＥＣＵ９１へそれぞれ出力する。プレイグニッションが発生していないエンジン９８は、第１検出回路９６が電圧変化を検出した後に第２検出回路９７が電圧降下を検出する。エンジン９８にプレイグニッションが発生したときには、第１検出回路９６が電圧変化を検出する前に第２検出回路９７が電圧降下を検出する。ＥＣＵ９１は、第１検出回路９６の検出結果と第２検出回路９７の検出結果とを比較してプレイグニッションの発生の有無を判別する。　

エアフローセンサ１００は、給気管（図示せず）から燃焼室９９（図４参照）へ吸入される空気量を計測し、その計測結果をＥＣＵ９１へ出力する。スロットルセンサ１０１はスロットル弁（図示せず）の開度を検出し、その検出結果をＥＣＵ９１へ出力する。スロットル弁はアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量に基づいて開度が調整され、スロットル弁の開度調整により燃焼室９９へ吸入される空気の量が調整される。　

クランク角センサ１０２はエンジン９８（図４参照）の回転数を検出し、その検出結果をＥＣＵ９１に出力する。排気温度センサ１０３は、燃焼室９９に接続する排気管（図示せず）に配置されるセンサであり、排気の温度を検出し、その検出結果をＥＣＵ９１に出力する。燃料噴射弁１０４は、燃焼室９９に吸入される空気の量に対応する量の燃料を燃焼室９９へ向けて噴射する装置である。ＥＣＵ９１は、エアフローセンサ１００、スロットルセンサ１０１及びクランク角センサ１０２等の検出結果に基づいてエンジン９８の運転状態を判別し、基本の燃料噴射量およびスパークプラグ１０の基本の点火時期を算出する。　

ここで、エンジン９８の運転中にＬＳＰＩ（低速プレイグニッション）が連続して発生したり頻発したりすると、激しいノッキングを誘発し、エンジン９８に大きな損傷を生じさせることがある。また、低回転高負荷状態でＬＳＰＩが生じると、エンジン９８のトルクを向上させ難いという問題点がある。　

そこで、ＬＳＰＩの発生を抑制するために、図６に示すようにＥＣＵ９１はＬＳＰＩ回避処理を実行する。この処理はＥＣＵ９１に電源が投入されている間、ＥＣＵ９１によって繰り返し（例えば０．２ｍｓ間隔で）実行される処理である。ＥＣＵ９１は燃料噴射弁１０４及びドライブ回路９２を調整して、ＬＳＰＩを回避する。　

ＥＣＵ９１はＬＳＰＩ回避処理に関し、第１検出回路９６の検出結果と第２検出回路９７の検出結果とを比較して、ＬＳＰＩが発生したか否かを判断する（Ｓ１）。ＬＳＰＩが発生していなければ（Ｓ１：Ｎｏ）、このＬＳＰＩ回避処理を終了する。Ｓ１の処理の結果、ＬＳＰＩが発生すると、ＥＣＵ９１は排気温度センサ１０３の検出結果から、排気温度が規定値以上か否かを判断する（Ｓ２）。　

Ｓ２の処理の結果、排気温度が規定値以上である場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、燃料噴射弁１０４から燃焼室９９への燃料の噴射量を増加して（Ｓ３）、このＬＳＰＩ回避処理を終了する。燃料の噴射量が増えると、燃料増量分の気化熱と燃料増量による燃焼速度の緩和とによって燃焼室９９の温度が低下するので、ＬＳＰＩを回避できる。　

Ｓ２の処理の結果、排気温度が規定値未満である場合には（Ｓ２：Ｎｏ）、ＬＳＰＩを回避するためにドライブ回路９２の作動を調整して、スパークプラグ１０の点火時期を遅角させ（Ｓ４）、このＬＳＰＩ回避処理を終了する。　

ＥＣＵ９１は、ＬＳＰＩ回避処理の実行により、スパークプラグ１０の点火時期および空燃比を適切に制御できるので、エンジン９８のトルクを確保しながらエンジン９８の損傷を防止できる。その結果、エンジン９８の信頼性を向上できる。また、低回転高負荷状態で生じるＬＳＰＩを回避できるので、高圧縮化や高過給化によるエンジンの高効率化を推進できる。　

次に図７を参照して他の点火装置１０５について説明する。図７は変形例における点火装置１０５の電気的構成を示すブロック図である。なお、点火装置９０（図４参照）と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。　

点火装置１０５は、スパークプラグ１０の中心電極７０（図１参照）と端子５３とが、放電電流の進入を防
ぐコンデンサを介して接続されている。検出回路１０６は、２次コイル９５に生じた電圧とイオン電流とを検出し、その検出結果をＥＣＵ９１へ出力する。点火装置１０５によれば、ＥＣＵ９１は検出回路１０６の検出結果に基づき、２次コイル９５に電圧が生じた時刻とイオン電流が発生した時刻とを比較して、プレイグニッションの発生の有無を判別する。　

次に図８から図１０を参照して、第２実施の形態から第１０実施の形態におけるスパークプラグについて説明する。なお、第１実施の形態をはじめとする実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図８（ａ）は第２実施の形態におけるスパークプラグ１１０の主体金具２０を切断して示した左側面図であり、図８（ｂ）は第３実施の形態におけるスパークプラグ１２０の左側面図であり、図８（ｃ）は第４実施の形態におけるスパークプラグ１３０の左側面図であり、図８（ｄ）は第５実施の形態におけるスパークプラグ１４０の左側面図である。　

図９（ａ）は第６実施の形態におけるスパークプラグ１５０の主体金具２０を切断して示した左側面図であり、図９（ｂ）は第７実施の形態におけるスパークプラグ１６０の左側面図であり、図９（ｃ）は第８実施の形態におけるスパークプラグ１７０の左側面図であり、図９（ｄ）は第９実施の形態におけるスパークプラグ１８０の左側面図である。図８（ａ）から図９（ｄ）では主体金具２０及び絶縁体４０の軸線方向の後端側の図示が省略されている。　

図８（ａ）に示す第２実施の形態におけるスパークプラグ１１０は、絶縁体４０の小径部４７に配置された検知電極１１１が、軸線方向に延びる線状の第１部１１２と、第１部１１２の軸線方向の先端に形成された円形状の第２部１１３とを備えている。第１部１１２は、絶縁部材５４に覆われた導体５１（図１参照）に接続する。第２部１１３は、小径部４７の軸線方向の略中央に配置されている。第２部１１３は、軸線方向と直交する方向における幅が第１部１１２よりも大きく、且つ、外縁の曲率が小さい円形状に形成されるので、検知電極１１１と中心電極７０との間に放電を生じ難くすることができる。よって、検知電極１１１の耐久性を向上できる。　

図８（ｂ）に示す第３実施の形態におけるスパークプラグ１２０は、小径部４７に配置された検知電極１２１が、第２部１１３よりも軸線方向の後端側の第１部１１２に設けられた第３部１２２を備えている。第３部１２２は、軸線方向と直交する方向における幅が第１部１１２よりも大きい円形状に形成されている。検知電極１２１は第３部１２２を備えているので、第２実施の形態で得られる作用効果に加え、検出感度を向上できる。　

図８（ｃ）に示す第４実施の形態におけるスパークプラグ１３０は、検知電極１３１が、後端側の小径部４７の外周を全周に亘って取り囲む帯状に形成されている。検知電極１３１によって小径部４７の熱の放散性を向上できるので、スパークプラグ１３０の耐熱性を向上できる。　

図８（ｄ）に示す第５実施の形態におけるスパークプラグ１４０は、小径部４７に配置された検知電極１４１が、屈曲しつつ軸線方向へ延びる第１部１４２と、第１部１４２の軸線方向の先端に形成された円形状の第２部１４３と、第２部１４３よりも軸線方向の後端側の第１部１４２に設けられた第３部１４４とを備えている。第２部１４３は、軸線方向と直交する方向における幅が第１部１４２よりも大きく、且つ、曲率の小さい円形状に形成されている。屈曲した第１部１４２によって、小径部４７の周方向における第２部１４３及び第３部１４４の位置が異なるので、第３実施の形態で得られる作用効果に加え、周方向における火炎核の検出範囲を広げることができる。　

図９（ａ）に示す第６実施の形態におけるスパークプラグ１５０は、検知電極１５１が、軸線方向に延びる線状の第１部１５２と、第１部１５２の軸線方向の先端に形成された矩形状の第２部１５３とを備えている。第２部１５３は、先端が、小径部４７の軸線方向の略中央に配置されている。第２部１５３は、軸線方向と直交する方向における幅が第１部１５２よりも大きいので、仮に第２部１５３と中心電極７０とに放電が生じて第２部１５３の一部が消耗しても、第２部１５３の面積を確保できる。よって、耐久性を向上できる。　

図９（ｂ）に示す第７実施の形態におけるスパークプラグ１６０は、検知電極１６１が、軸線方向に延びる線状の第１部１６２と、第１部１６２の軸線方向の先端に形成された第２部１６３とを備えている。第２部１６３は、軸線方向と直交する方向における幅が、先端側へ向かうにつれて狭くなる台形状に形成されている。この場合も第６実施の形態と同様の作用効果を実現できる。　

図９（ｃ）に示す第８実施の形態におけるスパークプラグ１７０は、軸線方向の先端側へ延びる線状の検知電極１７１が、小径部４７の軸線方向の略中央において軸線方向の後端側へ転回する。検知電極１７１は、小径部４７の軸線方向および周方向へ延びるので、周方向における火炎核の検出範囲を広げることができる。　

図９（ｄ）に示す第９実施の形態におけるスパークプラグ１８０は、検知電極１８１が、後端側の小径部４７に格子状に配置されている。検知電極１８１は、小径部４７の軸線方向および周方向へ延びるので、周方向における火炎核の検出範囲を広げることができる。　

図１０（ａ）は第１０実施の形態におけるスパークプラグ１９０の主体金具２０を切断して示した左側面図であり、図１０（ｂ）はスパークプラグ１９０の右側面図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）では主体金具２０及び絶縁体４０の軸線方向の後端側の図示が省略されており、図１０（ｂ）では接地電極３０の図示が省略されている。　

図１０（ａ）に示すように第１０実施の形態におけるスパークプラグ１９０は、小径部４７に配置された検知電極１９１が、軸線方向に延びる線状の第１部１１２と、第１部１１２の軸線方向の先端に形成された第２部１９２と、第２部１９２よりも軸線方向の後端側の第１部１１２に設けられた第３部１９３とを備えている。図１０（ｂ）に示すように第２部１９２及び第３部１９３は、小径部４７の外周を全周に亘って取り囲む環状に形成されている。第２部１９２及び第３部１９３があるので、周方向における火炎核の検出範囲を広げることができる。　

次に図１１を参照して第１１実施の形態について説明する。第１実施の形態から第１０実施の形態では、検知電極を１つ設ける場合について説明した。これに対し第１１実施の形態では、検知電極を複数設ける場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図１１は第１１実施の形態におけるスパークプラグ２００の軸線Ｏを含む断面図である。図１１では、紙面下側をスパークプラグ２００の先端側、紙面上側をスパークプラグ２００の後端側という。図１１に示すようにスパークプラグ２００は、主体金具２０、接地電極３０、絶縁体２１０及び中心電極７０を備えている。　

絶縁体２１０は、導体５１及び検知電極５２に加え、イオン電流を検出するための別の導体２１２及び検知電極２１３が設けられている。絶縁体２１０は、後部４２から小径部４７まで連続する溝２１１が外周に形成され、導体２１２は溝２１１の溝底に配置される。導体２１２は、主体金具２０よりも後端側の後部４２の外周に配置された端子２１４と、小径部４７の外周に配置された検知電極２１３とを接続する。検知電極２１３は、絶縁体４０の外周と主体金具２０の内周との間に配置される。端子２１４は、外部配線（図示せず）が接続される部位である。　

導体２１２及び検知電極２１３は、耐熱性があり抵抗率が小さい白金等の貴金属、銀などによって形成される。本実施の形態では、導体２１２及び検知電極２１３は、貴金属や銀などを含む金属ペーストの焼き付けによって溝２１１に形成されている。導体２１２は、溝２１１に埋め込まれた絶縁部材２１５に覆われ、主体金具２０と絶縁される。本実施の形態では、耐熱性のある無機接着剤の硬化によって絶縁部材２１５が形成されている。検知電極５２，２１３は互いに絶縁されている。　

本実施の形態では、導体２１２及び検知電極２１３が、軸線Ｏを挟んで導体５１及び検知電極５２の反対側に配置されているが、必ずしもこれに限られるものではない。検知電極５２，２１３は、少なくとも一部が空間５５の内側に配置されていれば、その範囲内で任意の位置に配置できる。　

スパークプラグ２００は、互いに絶縁された検知電極５２，２１３が空間５５に配置されているので、検知電極５２と主体金具２０との間、検知電極２１３と主体金具２０との間にそれぞれ電位差を与えておけば、空間５５で発生した火炎核によるイオン電流を検出できる。スパークプラグ２００は検知電極５２，２１３が複数あるので、どちらの検知電極５２，２１３にイオン電流が流れたかを検出すれば、火炎核が生じた場所を特定することが可能である。なお、スパークプラグ２００の検知電極５２，２１３と主体金具２０との間に電位差を与えるのではなく、検知電極５２と検知電極２１３との間に電位差を与えておくことによって、イオン電流を検出することも可能である。　

次に図１２を参照して第１２実施の形態について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図１２（ａ）は第１２実施の形態におけるスパークプラグ２２０の主体金具２０を切断して示した左側面図（接地電極３０の第１端部３１側から絶縁体４０を見た図）であり、図１２（ｂ）はスパークプラグ２２０の右側面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）では主体金具２０及び絶縁体４０の軸線Ｏ方向の後端側の図示が省略されている。　

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すようにスパークプラグ２２０は、絶縁体２１０の小径部４７の軸線Ｏを挟んだ両側に検知電極２２１，２２５が配置されている。検知電極２２１，２２５は互いに絶縁されている。検知電極２２１は、軸線Ｏ方向に延びる線状の第１部２２２と、第１部２２２の軸線Ｏ方向の先端から小径部４７の周方向に延びる第２部２２３と、第２部２２３よりも軸線Ｏ方向の後端側の第１部２２２から第２部２２３と間隔をあけて周方向に延びる第３部２２４とを備えている。　

検知電極２２５は、軸線Ｏ方向に延びる線状の第１部２２６と、第１部２２６の軸線Ｏ方向の先端から小径部４７の周方向に延びる第２部２２７と、第２部２２７よりも軸線Ｏ方向の後端側の第１部２２６から第２部２２７と間隔をあけて周方向に延びる第３部２２８とを備えている。検知電極２２１，２２５は、小径部４７の軸線方向および周方向へ延びているので、周方向における火炎核の検出範囲を広げることができる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。　

（実施例１）　試験者は、ターボチャージャ付エンジン（排気量１．６Ｌ）に、第１実施の形態で説明した線状の検知電極が配置されたスパークプラグ（図２参照）と圧力センサとを取り付けた。スパークプラグの検知電極は、絶縁体の小径部の軸線方向の中央に軸線方向の先端が位置し、軸線方向と直交する方向の幅Ｗは１ｍｍであった。検知電極は、接地電極の第１端部側に面した絶縁体の小径部に配置されていた。　

試験者は、エンジンに供給した混合気をスパークプラグによって着火し燃焼させた。試験者は、第１実施の形態で説明した点火装置（図４参照）により、スパークプラグの検知電極と主体金具との間に電位差を与えることによりイオン電流を検知し、スパークプラグの絶縁体と主体金具とに挟まれた空間で発生する火炎核の発生・成長（以下「プラグＬＳＰＩ」と称す）を検出した。試験者は、スパークプラグによる
混合気への着火・燃焼およびプラグＬＳＰＩを圧力センサにより検出した。　

試験者は、圧力センサによる検出結果とスパークプラグによる検出結果とを比較して、プラグＬＳＰＩを圧力センサが検出したのにも関わらずスパークプラグが検出できなかった誤検出率（圧力センサが１００回検出したプラグＬＳＰＩのうちスパークプラグが検出できなかった割合）を求めた。　

図１３はスパークプラグの印加電圧（検知電極と主体金具との電位差）と誤検出率との関係を示す図である。印加電圧のプラスは検知電極の極性を＋にしたことを示し、印加電圧のマイナスは検知電極の極性を－にしたことを示す。図１３から明らかなように、検知電極の極性を＋にし、印加電圧を＋５０Ｖ以上にすることによってプラグＬＳＰＩの誤検出をほぼなくすことができた。　

（実施例２）　試験者は、スパークプラグの検知電極の幅Ｗ（図２参照）を種々異ならせた以外は実施例１と同様にして、プラグＬＳＰＩを検出した。印加電圧（検知電極と主体金具との電位差）は＋５０Ｖとした。図１４は検知電極の幅と誤検出率との関係を示す図である。図１４から明らかなように、検知電極の幅を０．５ｍｍ以上にすることによって、プラグＬＳＰＩの誤検出率を１０％以下にすることができた。ノイズ等の影響を抑制できるからであると推察される。　

（実施例３）　試験者は、スパークプラグの絶縁体の先端から検知電極の先端までの軸線方向における距離Ｄ１（図２参照）を種々異ならせた以外は実施例１と同様にして、プラグＬＳＰＩを検出した。印加電圧（検知電極と主体金具との電位差）は＋５０Ｖとした。図１５は絶縁体の先端から検知電極の先端までの軸線方向における距離Ｄ１と奥飛火（中心電極と検知電極との間の放電）の発生率との関係を示す図である。図１５から明らかなように、距離Ｄ１を６ｍｍ以上にすることによって、奥飛火の発生を防ぎつつプラグＬＳＰＩを検出できた。中心電極と検知電極との間の放電を抑制し、プラグＬＳＰＩの検出感度を高められるからである。　

（実施例４）　試験者は、スパークプラグの絶縁体とパッキンとの接触部分の先端から検知電極の先端までの軸線方向における距離Ｄ２（図２参照）を種々異ならせた以外は実施例１と同様にして、プラグＬＳＰＩを検出した。印加電圧（検知電極と主体金具との電位差）は＋５０Ｖとした。図１６は接触部分の先端から検知電極の先端までの軸線方向における距離Ｄ２と誤検出率との関係を示す図である。図１６から明らかなように、距離Ｄ２を３ｍｍ以上にすることによって、プラグＬＳＰＩの誤検出率を１０％以下にすることができた。距離Ｄ２を３ｍｍ以上にすることによって、火炎核の成長に伴って温度が上昇し易くイオン電流が流れ易い領域に検知電極を配置できるからであると推察される。　

（実施例５）　試験者は、スパークプラグの検知電極の周方向の位置を接地電極に対して種々異ならせた以外は実施例１と同様にして、プラグＬＳＰＩを検出した。印加電圧（検知電極と主体金具との電位差）は＋５０Ｖとした。図１７は検知電極の周方向における位置と誤検出率との関係を示す図である。図１７において、中心は軸線Ｏを示し、横軸は接地電極３０の第１端部３１から第２端部３２へと延びる軸（５７、図３参照）の位置を示す。縦軸は軸線Ｏを含む仮想平面（５８、図３参照）を示す。　

図１７から明らかなように、仮想平面（縦軸）よりも接地電極３０の第１端部３１側（図１７の中心よりも左側）に検知電極が存在することによって、プラグＬＳＰＩの誤検出率を１０％以下にすることができた。絶縁体と主体金具とに挟まれた空間のうち仮想平面よりも接地電極の第１端部側でプラグＬＳＰＩの発生する頻度が高いからであると推察される。　

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば検知電極の形状や寸法は一例であり適宜設定できる。　

上記各実施の形態では、絶縁体４０，２１０の先端４９が主体金具２０の先端２９よりも軸線Ｏ方向の先端側へ突出する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。絶縁体４０，２１０の先端４９を主体金具２０の先端２９よりも軸線Ｏ方向の後端側へ配置することは当然可能である。この場合も、上記各実施の形態と同様の作用効果を実現できる。　

上記各実施の形態では、主体金具２０の内周（棚部２７）と絶縁体４０，２１０の外周（縮径部４５）との間にパッキン６１を配置して、パッキン６１を介して主体金具２０が絶縁体４０，２１０を係止する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。パッキン６１を省略し、主体金具２０の内周（棚部２７）と絶縁体４０，２１０との外周（縮径部４５）とを接触させ、その接触部分によって絶縁体４０，２１０を主体金具２０が係止することは当然可能である。その場合も、上記各実施の形態と同様の作用効果を実現できる。　

上記各実施の形態では、検知電極を絶縁体４０，２１０に設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。絶縁体４０，２１０と主体金具２０とに挟まれた空間５５に検知電極が配置されていれば良いので、主体金具２０の内周に検知電極を設けたり主体金具２０及び絶縁体４０，２１０の双方に非接触な状態で検知電極を設けたりすることは当然可能である。　

上記各実施の形態では、導体５１，２１２及び端子５３，２１４を金属ペーストの焼き付けによって形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。金属ペーストに代えて、導体５１，２１２を金属線、端子５３，２１４を金属板とすることは当然可能である。　

上記各実施の形態では、導体５１，２１２及び端子５３，２１４を絶縁体４０，２１０の表面に設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。導体は、中心電極７０、主体金具２０及び接地電極３０と絶縁されていれば良いので、例えば導体を絶縁被覆して主体金具２０に内蔵したり主体金具２０と絶縁体４０，２１０との間に配置したりすることは当然可能である。　

上記各実施の形態では、検知電極の軸線Ｏ方向の先端が、主体金具２０の先端２９よりも軸線Ｏ方向の後端側にある場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。検知電極の軸線Ｏ方向の先端を、主体金具２０の先端２９よりも軸線Ｏ方向の先端側に突出させることは当然可能である。この場合には、主体金具２０の先端２９から検知電極が突出する長さや面積にもよるが、絶縁体４０と主体金具２０とに挟まれた空間５５に発生する火炎核だけでなく、空間５５の外に発生した火炎核も検出することができる。　

第１１実施の形態では、検知電極２２１，２２５を２つ設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。必要に応じて検知電極を１又は複数設けることは当然可能である。　

上記各実施の形態では、主体金具２０に第１端部３１が接合された接地電極３０の第２端部３２側が屈曲する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した接地電極３０を用いる代わりに、接地電極を直線状にすることは当然可能である。この場合には、主体金具２０の先端側を軸線Ｏ方向に延ばし、直線状の接地電極の第１端部を主体金具２０に接合して、接地電極の第２端部を中心電極７０と対向させる。　

上記各実施の形態では、中心電極７０の軸線Ｏと接地電極３０の第２端部３２とが交差するように接地電極３０を配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、中心電極７０と接地電極３０との位置関係は適宜設定できる。中心電極７０と接地電極３０との他の位置関係としては、例えば、中心電極７０の側面と接地電極３０の第２端部３２とが対向するように接地電極３０を配置すること、接地電極３０の軸５７と軸線Ｏとが斜めに交わるように接地電極３０を配置すること等が挙げられる。

１０，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００，２２０　スパークプラグ　２０　　主体金具　２６　　ねじ部　２７　　棚部　３０　　接地電極　３１　　第１端部　３２　　第２端部　４０，２１０　絶縁体　４１　　軸孔　４５　　縮径部　５１，２１２　導体　５２，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２１３，２２１，２２５　検知電極　５２ａ　先端　５３，２１４　端子　５５　　空間　５６　　接触部分　５７　　軸　５８　　仮想平面　６１　　パッキン　７０　　中心電極　Ｗ　　　幅　Ｏ　　　軸線

Claims

先端側に向かって外径が小さくなる縮径部を備え、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる軸孔が形成される筒状の絶縁体と、

　前記軸孔に配置される中心電極と、

　自身の内周に設けられる棚部と、自身の外周に設けられるねじ部とを備え、前記絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具と、

　前記主体金具に接続され火花ギャップを介して前記中心電極と対向する接地電極と、を備え、

　前記棚部は、前記主体金具の径方向内側に突出し、前記縮径部を直接または環状のパッキンを介して先端側から係止するスパークプラグであって、

　前記ねじ部よりも後端側に配置される端子と、

　前記絶縁体の外周と前記主体金具の内周とに挟まれた空間のうち、前記縮径部と前記棚部または前記パッキンとの接触部分の先端よりも先端側の部分に配置される検知電極と、　前記検知電極と前記端子とを繋ぐ導体と、を備え、

　前記検知電極および前記導体は、前記中心電極、前記主体金具および前記接地電極と絶縁されていることを特徴とするスパークプラグ。
前記検知電極は、軸線方向と直交する方向の幅が、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
前記検知電極は、自身の先端が、前記主体金具の先端よりも後端側にある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。
前記検知電極は、自身の先端が、前記絶縁体の先端から後端側に６ｍｍ以上離れた位置にあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。
前記検知電極は、自身の先端が、前記接触部分の先端から先端側に３ｍｍ以上離れた位置にあることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスパークプラグ。
前記接地電極は、第１端部が前記主体金具に接合され第２端部が前記軸線と交差して前記中心電極と対向し、

　前記検知電極は、少なくとも一部が、前記軸線を含む仮想平面であって、前記接地電極の前記第１端部から前記第２端部へと延びる軸と前記軸線とを含む平面に垂直な仮想平面よりも前記接地電極の前記第１端部側に存在することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスパークプラグ。