WO2022050123A1 - 内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

スパークプラグ（１）は、接地電極（６）の対向面（６１）と中心電極（４）の側面との間に、放電ギャップ（Ｇ）を形成している。プラグ軸方向から見て、噴孔（５１）の中心軸は、プラグ径方向に対して傾斜している。少なくとも一つの噴孔（５１）は、対向面（６１）を向くと共に、当該噴孔（５１）の中心軸の延長線（５１Ｌ）が対向面（６１）と交差する接地方向噴孔（５１０）である。接地方向噴孔（５１０）の中心軸の延長線（５１Ｌ）と対向面（６１）との交点を、交点（Ａ）とする。角度（α１）は、接地方向噴孔（５１０）の中心軸の延長線（５１Ｌ）と対向面（６１）とが交差する角度である。また、角度（α１）は、プラグ軸方向から見たとき、交点（Ａ）に対して接地電極（６）の突出端縁（６２）に近い側の対向面（６１）と、接地方向噴孔（５１０）の中心軸の延長線（５１Ｌ）とのなす角度である。角度（α１）は鈍角となっている。

Description

内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関 関連出願の相互参照

　本出願は２０２０年９月２日に出願された日本出願番号２０２０－１４７２４６号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関に関する。

　副燃焼室を備えたスパークプラグにおいて、接地電極をハウジングの先端部に固定すると共に、接地電極の側面と中心電極の側面との間に放電ギャップを形成したものが、例えば、特許文献１に開示されている。当該スパークプラグは、接地電極をハウジングに固定した後に放電ギャップの調整ができると共に、放電ギャップの調整後にプラグカバーをハウジングに固定することができる。

独国特許出願公開第１０２０１７１０７６７９号明細書

　特許文献１に記載のスパークプラグは、放電ギャップの配置が、副燃焼室内に形成される気流を考慮したものとなっておらず、着火性向上の観点から、改善の余地がある。

　本開示は、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関を提供しようとするものである。

　本開示の第１の態様は、筒状の絶縁碍子と、
　該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極と、
　上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジングと、
　上記中心電極との間に放電ギャップを形成する接地電極と、
　上記放電ギャップが配される副燃焼室を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバーと、を有し、
　上記接地電極は、上記ハウジングの先端部に固定された固定端部から上記副燃焼室内に突出していると共に、上記中心電極と対向する対向面を有し、
　該対向面と上記中心電極の側面との間に、上記放電ギャップが形成されており、
　上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔が形成されており、
　プラグ軸方向から見て、上記噴孔の中心軸は、プラグ径方向に対して傾斜しており、
　少なくとも一つの上記噴孔は、上記対向面を向くと共に、当該噴孔の中心軸の延長線が上記対向面と交差する接地方向噴孔であって、
　プラグ軸方向から見たとき、上記接地方向噴孔の中心軸の延長線と上記対向面とが交差する角度であって、上記接地方向噴孔の中心軸の延長線と上記対向面との交点に対して上記接地電極の突出端縁に近い側の上記対向面と、上記接地方向噴孔の中心軸の延長線と、のなす角度が、鈍角となっている、内燃機関用のスパークプラグにある。

　本開示の第２の態様は、上記内燃機関用のスパークプラグを備えた内燃機関であって、
　主燃焼室と、
　上記プラグカバーの外表面が上記主燃焼室に面するように配置された上記スパークプラグと、
　上記主燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタと、を有し、
　上記スパークプラグは、上記内燃機関の圧縮行程において該インジェクタから噴射された上記燃料を含む噴射流が、上記接地方向噴孔の外側開口部に向かうように、配置されている、内燃機関にある。

　本開示の第３の態様は、上記内燃機関用のスパークプラグを備えた内燃機関であって、
　主燃焼室と、
　上記プラグカバーの外表面が上記主燃焼室に面するように配置された上記スパークプラグと、を有し、
　上記スパークプラグは、上記接地方向噴孔の外側開口部が、上記主燃焼室に形成される気流の上流側を向くように、配置されている、内燃機関にある。

　上記第１の態様にかかる内燃機関用のスパークプラグにおいて、プラグ軸方向から見て、上記噴孔の中心軸は、プラグ径方向に対して傾斜している。これにより、噴孔を介して副燃焼室に導入される気流、或いは、噴孔を介して副燃焼室から流出する気流によって、副燃焼室内にスワール流を形成することができる。

　そして、プラグ軸方向から見たとき、接地方向噴孔の中心軸の延長線と対向面とが交差する角度であって、接地方向噴孔の中心軸の延長線と対向面との交点に対して接地電極の突出端縁に近い側の対向面と、接地方向噴孔の中心軸の延長線と、のなす角度が、鈍角となっている。それゆえ、対向面によって案内された副燃焼室内の気流によって、放電ギャップに形成された放電が伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。

　また、膨張行程において放電を生じさせる場合、接地方向噴孔を介して副燃焼室から流出する気流によって、放電ギャップにて生じた放電が接地方向噴孔に向かって伸長し易く、副燃焼室内での着火性を向上できる。また、着火位置を接地方向噴孔に近付けやすいため、例えば、副燃焼室の温度が低い運転条件などでは、冷損も抑制され、主燃焼室への火炎ジェットを強化することができる。さらに、放電ギャップにて生じた放電或いは放電プラズマ、又は初期火炎が、接地方向噴孔から噴出しやすいため、主燃焼室での着火性向上を図ることができる。

　上記第２の態様にかかる内燃機関において、上記スパークプラグは、インジェクタから噴射された噴射流が、接地方向噴孔の外側開口部に向かうように、配置されている。これにより、燃料密度の高い混合気が、接地方向噴孔から副燃焼室内へ導入されやすくなる。その結果、燃料密度の高い混合気が、放電ギャップに到達しやすくなり、着火性を向上させることができる。

　また、上記第３の態様にかかる内燃機関において、上記スパークプラグは、接地方向噴孔の外側開口部が、主燃焼室に形成される気流の上流側を向くように、配置されている。これにより、接地方向噴孔を介して、主燃焼室から副燃焼室へと気流が導入されやすくなる。それゆえ、対向面によって案内された気流によって、放電ギャップに形成された放電が確実に伸長しやすい。その結果、着火性を確実に向上させることができる。

　以上のごとく、上記態様によれば、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関を提供することができる。
　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、実施形態１における、スパークプラグの先端部付近の、プラグ軸方向に沿った断面図であって、図２のＩ－Ｉ線矢視断面相当図であり、 図２は、図１のII矢視図であり、 図３は、実施形態１における、接地電極をハウジングに取り付ける様子を示す断面図であり、 図４は、実施形態１における、プラグカバーをハウジングに取り付ける様子を示す断面図であり、 図５は、実施形態１における、内燃機関の断面説明図であり、 図６は、実施形態１における、圧縮行程において副燃焼室に形成されたスワール流の向きを説明する、先端側から見た説明図であり、 図７は、実施形態１における、スパークプラグに対する噴射流の向きを説明する、先端側から見た説明図であり、 図８は、実施形態１における、膨張行程において接地方向噴孔を介して副燃焼室から流出する気流を示す説明図であり、 図９は、実施形態２における、内燃機関の断面説明図であり、 図１０は、実施形態２における、主燃焼室に形成された気流の向きを説明する、内燃機関を先端側から見た説明図であり、 図１１は、実施形態２における、スパークプラグに対する主燃焼室の気流の向きを説明する、先端側から見た説明図であり、 図１２は、実施形態３における、スパークプラグの先端部付近の、プラグ軸方向に沿った断面図であり、 図１３は、実施形態４における、放電ギャップ周辺の、接地電極の突出方向に直交する断面図であり、 図１４は、実施形態５における、スパークプラグを先端側から見た平面図であり、 図１５は、実施形態６における、スパークプラグを先端側から見た平面図である。

（実施形態１）
　内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関に係る実施形態について、図１～図８を参照して説明する。
　本形態の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１、図２に示すごとく、筒状の絶縁碍子３と、中心電極４と、筒状のハウジング２と、接地電極６と、プラグカバー５と、を有する。中心電極４は、絶縁碍子３の内周側に保持されると共に絶縁碍子３から先端側に突出している。ハウジング２は、絶縁碍子３を内周側に保持する。接地電極６は、中心電極４との間に放電ギャップＧを形成する。プラグカバー５は、放電ギャップＧが配される副燃焼室５０を覆うようハウジング２の先端部に設けられている。

　接地電極６は、ハウジング２の先端部に固定された固定端部６３から副燃焼室５０内に突出している。また、接地電極６は、中心電極４と対向する対向面６１を有する。対向面６１と中心電極４の側面との間に、放電ギャップＧが形成されている。

　プラグカバー５には、副燃焼室５０と外部とを連通させる噴孔５１が形成されている。図２に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見て、噴孔５１の中心軸は、プラグ径方向に対して傾斜している。少なくとも一つの噴孔５１は、図１、図２に示すごとく、対向面６１を向くと共に、当該噴孔５１の中心軸の延長線５１Ｌが対向面６１と交差する接地方向噴孔５１０である。接地方向噴孔５１０の中心軸の延長線５１Ｌと対向面６１との交点を、交点Ａとする。

　図２に示すごとく、角度α１は、プラグ軸方向Ｚから見たとき、接地方向噴孔５１０の中心軸の延長線５１Ｌと対向面６１とが交差する角度である。また、角度α１は、プラグ軸方向Ｚから見たとき、交点Ａに対して接地電極６の突出端縁６２に近い側の対向面６１と、接地方向噴孔５１０の中心軸の延長線５１Ｌと、のなす角度である。角度α１は、鈍角となっている。

　本形態のスパークプラグ１は、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。図５に示すごとく、ハウジング２の外周面に形成した取付ネジ部２３を、シリンダヘッド７６のプラグホール７６１の雌ネジ部に螺合して、スパークプラグ１が内燃機関１０に取り付けられる。そして、スパークプラグ１の軸方向Ｚの一端を、内燃機関１０の主燃焼室１１に配置する。スパークプラグ１の軸方向Ｚにおいて、主燃焼室１１に露出する側を先端側、その反対側を基端側というものとする。また、スパークプラグ１の軸方向Ｚを、適宜、プラグ軸方向Ｚ、或いは単に、Ｚ方向ともいう。また、図２に示すごとく、放電ギャップＧにおいて中心電極４と接地電極６とが互いに対向する対向方向Ｙを、適宜、Ｙ方向という。

　図１に示すごとく、プラグカバー５は、ハウジング２の先端部に溶接等によって接合されている。スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられた状態において、プラグカバー５は、副燃焼室５０を主燃焼室と区画している。

　図１、図２に示すごとく、プラグカバー５には、複数の噴孔５１が形成されている。接地方向噴孔５１０の内径は、接地方向噴孔５１０以外の噴孔５１の内径よりも大きい。

　接地方向噴孔５１０の内径は、例えば、接地方向噴孔５１０以外の噴孔５１の内径の１．２倍～１．４倍とすることができる。

　本形態において、各噴孔５１は、図１に示すごとく、先端側へ向かうほど外周側へ向かうように傾斜している。

　内燃機関の圧縮行程等においては、噴孔５１を通じて主燃焼室から副燃焼室５０へ、気流が導入される。ここで、噴孔５１を通じて副燃焼室５０に導入される気流によって、副燃焼室５０にスワール流（図６の破線矢印ＡＦ２参照）が生じるように、噴孔５１が形成されている。具体的には、図２に示すごとく、スパークプラグ１をＺ方向から見たとき、噴孔の中心軸の延長線５１Ｌが、プラグ中心軸ＰＣを通らない状態にて、噴孔５１が形成されている。本形態において、噴孔の中心軸の延長線５１Ｌは、中心電極４を通らない。プラグ中心軸ＰＣは、スパークプラグ１の中心軸であり、本形態において、中心電極４の中心軸でもある。

　Ｚ方向から見たとき、噴孔５１とプラグ中心軸ＰＣとを通過するプラグ径方向に延びる仮想直線ＶＬに対して、噴孔の中心軸の延長線５１Ｌは鋭角の角度α２をもって傾斜している。複数の噴孔５１は、各噴孔５１における仮想直線ＶＬに対する噴孔の中心軸の延長線５１Ｌの傾斜方向が、プラグ周方向における同じ側となっている。本形態において、複数の噴孔５１は、上記角度α２が互いに同等である。なお、プラグ周方向は、プラグ中心軸ＰＣを中心とする円周に沿った方向である。プラグ径方向は、プラグ中心軸ＰＣに直交する方向である。

　このような噴孔５１の形成態様により、図６に示すごとく、噴孔５１から副燃焼室５０に導入された気流によって、副燃焼室５０にスワール流が形成される。本形態の場合、副燃焼室５０の気流ＡＦ２であるスワール流は、プラグ中心軸ＰＣの周りに、図６における反時計回りの螺旋状に生じる。

　また、本形態において、プラグカバー５には、一つの接地方向噴孔５１０が形成されている。接地方向噴孔５１０は、図１、図２に示すごとく、接地電極６の対向面６１を向いている。つまり、接地方向噴孔５１０の開口方向の延長線上に対向面６１が配されている。

　図２に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、接地方向噴孔５１０の中心軸の延長線５１Ｌと対向面６１とが交差する角度α１は、例えば、１２０°以上である。

　接地方向噴孔５１０の中心軸の延長線５１Ｌは、図１に示すごとく、Ｙ方向から見たとき、放電ギャップＧを通過する。本形態において、放電ギャップＧは、ハウジング２の先端よりも先端側に形成されている。

　また、放電ギャップＧを形成する対向面６１と中心電極４の側面とのそれぞれは、チップによって形成することもできる。チップは、例えば、イリジウムや白金等の貴金属、又はこれらを主成分とする合金とすることができる。

　また、対向面６１は、平坦面を有する。交点Ａは、当該平坦面にある。

　本形態において、接地電極６は、略四角柱形状をなしている。つまり、接地電極６は、４つの平坦な側面を備えており、そのうちの一つが対向面６１となっている。対向面６１は、中心電極４の側面と対向している。

　本形態において、対向面６１は、Ｙ方向に直交するように形成されている。また、対向面６１の全体が平坦な面となっている。

　本形態において、接地電極６は、ハウジング２の先端面２１に接合されている。接地電極６は、Ｚ方向に直交する方向に、ハウジング２の先端面２１に固定された固定端部６３から副燃焼室５０内へ突出している。また、接地電極６は、図１、図２に示すごとく、Ｙ方向の幅よりも、Ｚ方向の幅の方が大きくなっている。

　図１に示すごとく、中心電極４と接地電極６との対向方向Ｙから見て、接地電極６の固定端部６３と突出端縁６２とは、中心電極４を挟んで互いに反対側に配されている。

　図１に示すごとく、Ｙ方向から見たとき、接地電極６の突出端縁６２と交点Ａとは、中心電極４を挟んで互いに反対側に位置する。本形態において、交点Ａは、Ｚ方向における対向面６１の中央の位置よりも先端側に位置している。また、Ｙ方向から見たとき、交点Ａは、中心電極４に対して、接地電極６の固定端部６３に近い位置にある。本形態において、Ｙ方向から見て、交点Ａと中心電極４とを最短距離で結ぶ線分の長さは、中心電極４の直径よりも短い。なお、交点Ａは、Ｙ方向から見たとき、中心電極４と重なる位置とすることもできる。また、交点Ａは、Ｙ方向から見たとき、中心電極４に対して、接地電極６の突出端縁６２に近い位置とすることもできる。

　次に、本形態のスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、図３に示すごとく、中心電極４と絶縁碍子３とが組み付けられたハウジング２の先端面２１に対し、接地電極６を接合する。具体的には、ハウジング２の平坦な先端面２１に対し、略四角柱形状の接地電極６の平坦な面を、図３中の矢印Ｍの方向に当接させ、溶接等により接合する。そして、接地電極６をハウジング２に接合後、放電ギャップＧが適切な距離となるよう微調整すべく、接地電極６をわずかに変形させる。なお、接地電極６は、中心電極４と絶縁碍子３とがハウジング２に組み付けられる前に、ハウジング２に接合することもできる。

　次に、図４に示すごとく、ハウジング２の先端面２１に対し、プラグカバー５の平坦な基端面を、図４中の矢印Ｍの方向に当接させ、溶接等によりプラグカバー５とハウジング２とを互いに接合する。また、本形態において、プラグカバー５の基端面には、接地電極６の形状に対応するように、先端側に後退した凹部（図示略）が形成されている。そして、その凹部を接地電極６にはめ込むようにプラグカバー５を配置し、上記のごとく、ハウジング２とプラグカバー５とを互いに接合する。これにより、図１、図２に示すごとく、本形態のスパークプラグ１を製造することができる。

　次に、上記スパークプラグ１を備えた内燃機関１０を、図５に示す。
　内燃機関１０は、主燃焼室１１と、スパークプラグ１と、インジェクタ７１と、を有する。スパークプラグ１は、プラグカバー５の外表面５２が主燃焼室１１に面するように配置されている。インジェクタ７１は、主燃焼室１１に直接燃料を噴射する。

　スパークプラグ１は、図５、図７に示すごとく、内燃機関１０の圧縮行程においてインジェクタ７１から噴射された燃料を含む噴射流Ｆが、接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１に向かうように、配置されている。なお、図５、図７に示す矢印Ｆは、燃料噴射直後の噴射流の向きを示すものであり、これは、必ずしも、圧縮行程又は膨張行程における主燃焼室１１内の気流と一致するものではない。また、噴射流Ｆが接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１に向かうような状態は、図７に示すプラグカバー５近傍の噴射流Ｆの方向から接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１が見えるような状態である。

　また、本形態の内燃機関１０は、図５に示すごとく、シリンダヘッド７６と、シリンダブロック７５と、シリンダ７０内を往復運動するピストン７４とを備える。そして、シリンダヘッド７６、シリンダブロック７５、及びピストン７４に囲まれて、主燃焼室１１が形成される。シリンダヘッド７６には、吸気ポート７２１及び排気ポート７３１が形成されており、それぞれ吸気弁７２又は排気弁７３が備えられている。そして、シリンダヘッド７６における吸気ポート７２１と排気ポート７３１との間には、スパークプラグ１が取り付けられる。本形態において、スパークプラグ１は、接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１が、排気弁７３側を向くように、配置されている。

　吸気ポート７２１及び排気ポート７３１は、その開口方向が主燃焼室１１の中心軸側に向かうように、ピストン７４の進退方向に対して傾斜している。また、主燃焼室１１の基端面は、スパークプラグ１から遠ざかるにつれて先端側へ向かうように傾斜している。

　そして、吸気ポート７２１に隣接する位置に、インジェクタ７１が設けてある。インジェクタ７１は、主燃焼室１１の中心軸側に向かって燃料を噴射するような姿勢にて、取り付けられている。

　内燃機関１０においては、ピストン７４の往復運動に伴って、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順次繰り返される。吸気行程において、吸気ポート７２１からガス（主として空気）が主燃焼室１１内に導入され、排気行程において、排気ポート７３１から主燃焼室１１内のガスが排出される。吸気行程における気流の導入のされ方等に起因して、主燃焼室１１に所定の気流が形成され、圧縮行程においても、その気流は残る。

　圧縮行程においては、主燃焼室１１内の雰囲気が圧縮され、噴孔５１を介して、副燃焼室５０へ気流が流入する。これにより、副燃焼室５０内にスワール流が形成されると共に、副燃焼室５０内の圧力も上昇する。そして、例えば、圧縮行程において、インジェクタ７１が燃料を直接、主燃焼室１１へ噴射する。

　そして、主燃焼室１１へ噴射された燃料は、図５に示すごとく、主燃焼室１１内の空気と共に噴射流Ｆを形成して、ピストン７４の基端面に当たる。本形態において、ピストン７４の基端面は、凹状面を有する。ピストン７４の基端面に当たった噴射流Ｆは、軌道を変えて、基端側、すなわちスパークプラグ１側へ向かう。このとき、噴射流Ｆは、図７に示すごとく、スパークプラグ１における接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１付近に到達する。

　噴射流Ｆは、燃料割合の比較的大きい混合気となっている。それゆえ、噴射流Ｆが到達した接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１付近は、燃料を多く含む混合気となる。そして、この混合気は、図６に示すようなスワール流が形成されている副燃焼室５０に、接地方向噴孔５１０を介して引き込まれることとなる。そして、図７に示すごとく、接地方向噴孔５１０から引き込まれた燃料密度の高い混合気の気流ＡＦ２が、接地電極６の対向面６１に案内されて、放電ギャップＧに向かうこととなる。

　そして、圧縮上死点付近において、スパークプラグ１の放電ギャップＧに放電を生じさせる。これにより、混合気への着火が効率的に行われる。なお、上述の燃料噴射タイミング、スパークプラグ１の放電点火タイミングは、後述するように、状況や目的等によって、種々変更しうる。

　また、膨張行程においては、ピストン７４が先端側に移動することにより主燃焼室１１が副燃焼室５０に対して陰圧となる。そして、噴孔５１を介して、副燃焼室５０から主燃焼室１１へ気流が流出する。これにより、図８に示すごとく、対向面６１に案内されて接地方向噴孔５１０へと向かう気流ＡＦ２が形成される。また、対向面６１に案内される気流ＡＦ２は、放電ギャップＧを通過する。

　次に、本形態の作用効果を説明する。
　上記内燃機関用のスパークプラグ１において、プラグ軸方向Ｚから見て、噴孔５１の中心軸は、プラグ径方向に対して傾斜している。これにより、噴孔５１を介して副燃焼室５０に導入される気流、或いは、噴孔５１を介して副燃焼室５０から流出する気流によって、副燃焼室５０内にスワール流を形成することができる。

　そして、プラグ軸方向Ｚから見たとき、角度α１が鈍角となっている。それゆえ、対向面６１によって案内された副燃焼室５０内の気流ＡＦ２によって、放電ギャップＧに形成された放電が伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。

　また、膨張行程において放電を生じさせる場合、接地方向噴孔５１０を介して副燃焼室５０から流出する気流ＡＦ２によって、放電ギャップＧにて生じた放電が接地方向噴孔５１０に向かって伸長し易く、副燃焼室５０内での着火性を向上できる。また、着火位置を接地方向噴孔５１０に近付けやすいため、例えば、副燃焼室５０の温度が低い運転条件などでは、冷損も抑制され、主燃焼室１１への火炎ジェットを強化することができる。さらに、放電ギャップＧにて生じた放電或いは放電プラズマ、又は初期火炎が、接地方向噴孔５１０から噴出しやすいため、主燃焼室１１での着火性向上を図ることができる。

　つまり、仮に、角度α１が鋭角である場合、内燃機関の圧縮行程において、噴孔を介して副燃焼室に導入された気流は、対向面によって、放電ギャップがある側とは反対の方向に案内されやすい。そのため、圧縮行程において放電ギャップに放電を生じさせたとしても、放電は伸長しにくい。また、膨張行程においても、対向面に案内されて噴孔へと向かう気流が形成されにくく、放電が伸長しにくい。一方、本形態は、上記のごとく、角度α１が鈍角となっている。そのため、圧縮行程において、接地方向噴孔５１０を介して副燃焼室５０に導入された気流ＡＦ２は、対向面６１によって、放電ギャップＧがある側に案内されやすい。その結果、気流ＡＦ２によって、放電が伸長しやすい。また、例えば、内燃機関が触媒暖機運転等を行う場合等、膨張行程にスパークプラグ１を点火する場合もある。本形態のスパークプラグ１は、膨張行程において、対向面６１に案内されて接地方向噴孔５１０へと向かう気流ＡＦ２が形成されやすい。そして、形成された気流ＡＦ２が放電ギャップＧを通過することにより、放電が伸長しやすい。その結果、膨張行程において放電を生じさせる場合でも、着火性の向上を図ることができる。

　接地方向噴孔５１０の中心軸の延長線５１Ｌは、交点Ａにおいて、対向面６１と交差する。それゆえ、接地方向噴孔５１０を介して副燃焼室５０に導入された気流ＡＦ２は、対向面６１によって案内されやすい。その結果、対向面６１によって案内された気流ＡＦ２が放電ギャップＧに向かうことにより、放電が伸長しやすい。

　また、放電ギャップＧにて形成された初期火炎は、スワール流によって副燃焼室５０の基端側に運ばれるため、燃焼が副燃焼室５０の基端側或いは中央から成長することで、火炎が噴孔５１に到達する時点での副燃焼室５０内の圧力が高くなり、主燃焼室１１への火炎ジェットを強化することができる。

　対向面６１は、平坦面を有する。また、交点Ａは、当該平坦面にある。それゆえ、副燃焼室５０内の気流ＡＦ２が、対向面６１によって一層案内されやすい。その結果、放電ギャップＧに形成された放電が一層伸長しやすい。

　中心電極４と接地電極６との対向方向Ｙから見て、接地電極６の固定端部６３と突出端縁６２とは、中心電極４を挟んで互いに反対側に配されている。それゆえ、膨張行程において、副燃焼室５０の気流ＡＦ２が、対向面６１によって一層案内されやすい。その結果、膨張行程において、放電ギャップＧに形成された放電が一層伸長しやすい。

　接地方向噴孔５１０の内径は、接地方向噴孔５１０以外の噴孔５１の内径よりも大きい。それゆえ、接地方向噴孔５１０を介して副燃焼室５０に導入される気流ＡＦ２、又は接地方向噴孔５１０を介して副燃焼室５０から流出する気流ＡＦ２が、強くなりやすい。それゆえ、対向面６１によって案内される気流ＡＦ２が強くなりやすい。その結果、放電ギャップＧに形成された放電を一層伸長させることができる。

　また、接地電極６は、Ｙ方向の幅よりも、Ｚ方向の幅の方が大きくなっている。それゆえ、対向面６１によって、副燃焼室５０内の気流ＡＦ２を効率よく案内することができると共に、接地電極６の熱引き性を確保することができる。

　上記内燃機関１０において、スパークプラグ１は、インジェクタ７１から噴射された噴射流Ｆが、接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１に向かうように、配置されている。これにより、燃料密度の高い混合気が、接地方向噴孔５１０から副燃焼室５０内へ導入されやすくなる。その結果、燃料密度の高い混合気が、放電ギャップＧに到達しやすくなり、着火性を向上させることができる。

　また、例えば、内燃機関の高負荷運転において、プレイグニッションの抑制を目的として、リタード噴射、リタード点火を行う場合がある。リタード噴射、リタード点火は、一般的な燃料噴射及び点火のタイミングよりも遅いタイミングで行う、燃料噴射及び点火である。つまり、インジェクタ７１からの燃料噴射タイミングを、例えば、圧縮行程における、ピストン７４が上死点に達する直前のタイミングとする。具体的には、例えば、ＢＴＤＣ３０°のタイミングにて、燃料を噴射する。ＢＴＤＣは、Before Top Dead Center　の略であり、圧縮上死点に対してどの程度前のクランク角のタイミングかを示す。そして、スパークプラグ１の点火を、実質的に圧縮上死点のタイミングとする。

　このようなタイミングにて、燃料噴射及び点火を行うことで、所望のタイミングよりも早いタイミングでの着火、すなわち早期着火を抑制し、プレイグニッションを抑制することができる。その一方で、リタード噴射を行う場合、燃料が主燃焼室１１に供給される際には、すでに副燃焼室５０内にある程度空気が充填されていると共に、主燃焼室１１内の気流も弱まった状態となる。そうすると、噴孔５１から副燃焼室５０に導入される燃料が、比較的少なくなりやすい状況となる。

　しかし、本形態のスパークプラグ１は、上述の接地方向噴孔５１０を有すると共に、角度α１が鈍角となっている。それゆえ、接地方向噴孔５１０から、燃料を含んだ混合気が副燃焼室５０に導入される際、燃料密度の高い混合気が、放電ギャップＧに到達しやすい。それゆえ、仮に副燃焼室５０に導入される燃料が全体として少なくなったとしても、放電ギャップＧに供給される燃料の割合を多くすることができる。その結果、上述のように、副燃焼室５０内における着火性を向上させ、ひいては、主燃焼室１１の着火性を向上させることができる。

　なお、燃料噴射タイミングが吸気行程である場合にも、少なくとも、放電ギャップＧにおける放電を伸ばしやすくするという点では、上記と同様に本形態の作用効果を発揮しうる。すなわち、例えば、ＥＧＲ燃焼（すなわち排気再循環燃焼）を利用する場合には、吸気行程において燃料を噴射し、圧縮行程において点火する。この場合にも、本形態のスパークプラグ１においては、放電が引き伸ばされやすく、着火性を向上させることができる。また、着火性が向上することにより、ＥＧＲ量の上限を向上でき、燃費を向上させることができる。

　また、スパークプラグ１は、接地電極６がハウジング２の先端部に固定されると共に、接地電極６の対向面６１と中心電極４の側面との間に放電ギャップＧが形成されている。それゆえ、接地電極６をハウジング２に固定した後に、放電ギャップの調整を容易に行うことができる。その結果、容易に製造することができる。

　本形態のスパークプラグ１は、接地電極６をハウジング２の先端部に固定すると共に、放電ギャップＧの調整後に、プラグカバー５をハウジング２に固定することができる。それゆえ、接地電極６及びプラグカバー５を容易に組み付けることができる。その結果、組み付け性を向上させることができる。

　以上のごとく、本形態によれば、着火性を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグ１及びこれを備えた内燃機関１０を提供することができる。

（実施形態２）
　本形態は、図９～図１１に示すごとく、接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１が、主燃焼室１１の気流ＡＦ１の上流側を向いた形態である。
　すなわち、本形態の内燃機関１０において、スパークプラグ１は、接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１が、主燃焼室１１に形成される気流ＡＦ１の上流側を向くように、配置されている。

　本形態において、スパークプラグ１の接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１は、図９、図１０に示すごとく、吸気弁７２側を向いている。

　スパークプラグ１は、シリンダヘッド７６における、２つの吸気ポート７２１と２つの排気ポート７３１とに囲まれた位置に配設されている。内燃機関１０の吸気行程において、２つの吸気ポート７２１からガスが主燃焼室１１内に導入され、排気行程において、２つの排気ポート７３１から主燃焼室１１内のガスが排出される。

　そして、主燃焼室１１内においては、主として、図９の矢印ＡＦ１に示すごとく、ピストン７４の摺動方向に直交する方向の軸周りの気流である、タンブル流が形成される。そして、この気流ＡＦ１は、図９、図１０に示すごとく、主燃焼室１１内のスパークプラグ１の先端部付近においては、吸気弁７２側から排気弁７３側へ向かう向きとなる。より具体的には、図１０に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見たとき、２つの吸気ポート７２１の中間位置から、２つの排気ポート７３１の中間位置へ向かう方向に沿った気流ＡＦ１が、スパークプラグ１の先端部付近の主な気流となる。

　なお、主燃焼室１１内の気流は、常に一定となっているわけではなく、サイクル間、或いは１サイクル中の異なるタイミングの間において、変動し得る。ただし、主な気流の向き、特に、点火タイミングにおける気流の向きは、概略定まっており、上述した気流ＡＦ１は、点火タイミングにおける主な気流を意味する。そして、「主燃焼室１１に形成される気流」というときは、特に断らない限り、上述の、点火タイミングにおける、スパークプラグ１の先端部付近の気流ＡＦ１を意味する。

　また、本形態において、インジェクタ（図示略）は、吸気ポート７２１内に燃料を噴射するように、内燃機関１０に設置されている。なお、インジェクタは、実施形態１と同様に、主燃焼室１１に直接燃料を噴射するように内燃機関に設置することもできる。
　その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

　上記内燃機関１０において、スパークプラグ１は、接地方向噴孔５１０の外側開口部５１１が、主燃焼室１１に形成される気流ＡＦ１の上流側を向くように、配置されている。これにより、図１１に示すごとく、接地方向噴孔５１０を介して、主燃焼室１１から副燃焼室５０へと気流ＡＦ２が導入されやすくなる。それゆえ、対向面６１によって案内された気流ＡＦ２によって、放電ギャップＧに形成された放電が確実に伸長しやすい。その結果、着火性を確実に向上させることができる。
　その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
　本形態は、図１２に示すごとく、実施形態１に対し、接地電極６の固定位置を変更した形態である。

　本形態において、接地電極６は、図１２に示すごとく、ハウジング２の先端部の内周面２２に接合されている。また、放電ギャップＧは、ハウジング２の先端よりも基端側に形成されている。
　その他は、実施形態１と同様である。本形態の場合にも、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
　本形態は、図１３に示すごとく、接地電極６の対向面６１が、内側に向かって凹んだ凹面を有する形態である。また、交点Ａ（図示略）は、当該凹面にある。

　本形態は、対向面６１の全体が凹面となっている。図１３に示すごとく、接地電極６の突出方向に直交する断面において、対向面６１は、Ｙ方向の一方側に向かって凹んだ凹面となっている。言い換えると、当該凹面は、接地電極６の先端部と基端部との双方から離れるに従って、Ｙ方向における中心電極４がある側とは反対側に向かうように形成されている。つまり、当該凹面は、図１３に示すように、接地電極６の突出方向に直交すると共にプラグ中心軸ＰＣを含む断面において、Ｚ方向における接地電極６の略中央の位置において、最も中心電極４から離れている。また、対向面６１の先端部と基端部とは、Ｙ方向における位置が略同じとなっている。
　その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同様である。

（実施形態５）
　本形態は、図１４に示すごとく、実施形態１に対し、接地電極６の形状を変更した形態である。
　すなわち、接地電極６は、Ｚ方向から見たとき、中心電極４のある側とは反対側に膨らむように、略弧状に形成されている。つまり、対向面６１も、Ｚ方向から見たとき、中心電極４のある側とは反対側に膨らむように、略弧状に形成されている。
　その他は、実施形態１と同様である。

　対向面６１は、Ｚ方向から見たとき、中心電極４のある側とは反対側に膨らむように、略弧状に形成されている。それゆえ、対向面６１に案内された気流が弱まりにくい。その結果、放電ギャップＧに発生した放電を一層引き伸ばしやすい。
　その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態６）
　本形態は、図１５に示すごとく、２つの平坦な面の間に放電ギャップＧを形成した形態である。

　本形態において、中心電極４は、図１５に示すごとく、略四角柱形状をなしている。すなわち、中心電極４は、４つの平坦な側面を備える。そして、接地電極６の平坦な対向面６１と中心電極４の平坦な側面とが、互いに略平行に対向配置されることにより、放電ギャップＧが形成されている。なお、中心電極４は、放電ギャップＧを形成する側面が平坦な面となっていればよく、略四角柱形状以外の形状とすることができる。例えば、中心電極４は、放電ギャップＧを形成する側面を平坦な面とし、それ以外の側面を曲面とすることもできる。
　その他は、実施形態１と同様である。

　放電ギャップＧは、接地電極６の平坦な対向面６１と中心電極４の平坦な側面とが互いに略平行に対向配置されることにより形成されている。それゆえ、接地電極６又は中心電極４の摩耗により、放電ギャップＧの距離が拡大することを抑制することができる。その結果、スパークプラグ１の寿命を延ばすことができる。
　その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

　なお、例えば、略円柱形状を有する中心電極４の側面に、平坦な面を備えたチップを接合し、そのチップの平坦な面を対向面６１に対し略平行となるように対向配置した構成によっても、上記と同様の効果を有するスパークプラグ１とすることができる。

　本開示は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形形態や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

1. 　筒状の絶縁碍子（３）と、
   　該絶縁碍子の内周側に保持されると共に該絶縁碍子から先端側に突出した中心電極（４）と、
   　上記絶縁碍子を内周側に保持する筒状のハウジング（２）と、
   　上記中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（６）と、
   　上記放電ギャップが配される副燃焼室（５０）を覆うよう上記ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（５）と、を有し、
   　上記接地電極は、上記ハウジングの先端部に固定された固定端部（６３）から上記副燃焼室内に突出していると共に、上記中心電極と対向する対向面（６１）を有し、
   　該対向面と上記中心電極の側面との間に、上記放電ギャップが形成されており、
   　上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔（５１）が形成されており、
   　プラグ軸方向（Ｚ）から見て、上記噴孔の中心軸は、プラグ径方向に対して傾斜しており、
   　少なくとも一つの上記噴孔は、上記対向面を向くと共に、当該噴孔の中心軸の延長線（５１Ｌ）が上記対向面と交差する接地方向噴孔（５１０）であって、
   　プラグ軸方向から見たとき、上記接地方向噴孔の中心軸の延長線と上記対向面とが交差する角度であって、上記接地方向噴孔の中心軸の延長線と上記対向面との交点（Ａ）に対して上記接地電極の突出端縁（６２）に近い側の上記対向面と、上記接地方向噴孔の中心軸の延長線と、のなす角度（α１）が、鈍角となっている、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
2. 　上記対向面は、平坦面又は内側に向かって凹んだ凹面を有し、
   　上記交点（Ａ）は、当該平坦面又は当該凹面にある、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. 　上記中心電極と上記接地電極との対向方向（Ｙ）から見て、上記接地電極の上記固定端部と上記突出端縁とは、上記中心電極を挟んで互いに反対側に配されている、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 　上記プラグカバーには、複数の上記噴孔が形成されており、
   　上記接地方向噴孔の内径は、該接地方向噴孔以外の上記噴孔の内径よりも大きい、請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグを備えた内燃機関（１０）であって、
   　主燃焼室（１１）と、
   　上記プラグカバーの外表面（５２）が上記主燃焼室に面するように配置された上記スパークプラグと、
   　上記主燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタ（７１）と、を有し、
   　上記スパークプラグは、上記内燃機関の圧縮行程において該インジェクタから噴射された上記燃料を含む噴射流（Ｆ）が、上記接地方向噴孔の外側開口部（５１１）に向かうように、配置されている、内燃機関。
6. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグを備えた内燃機関（１０）であって、
   　主燃焼室（１１）と、
   　上記プラグカバーの外表面（５２）が上記主燃焼室に面するように配置された上記スパークプラグと、を有し、
   　上記スパークプラグは、上記接地方向噴孔の外側開口部（５１１）が、上記主燃焼室に形成される気流（ＡＦ１）の上流側を向くように、配置されている、内燃機関。

Images