JP7365790B2

JP7365790B2 - 内燃機関及びスパークプラグ

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Publication number: JP7365790B2
Application number: JP2019094238A
Authority: JP
Inventors: 大祐嶋本; 香土井; 明光杉浦; 脩平中島; 恭輔藤田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: US11664645B2; WO2020235332A1; JP2020191160A; US20220077662A1; DE112020002454T5; CN113840982A; CN113840982B

Description

本発明は、内燃機関及びスパークプラグに関する。

放電ギャップを囲む副室を備えたスパークプラグを取り付けた内燃機関が、例えば、特許文献１に開示されている。
かかる内燃機関は、副室において混合気に着火することにより火炎を形成する。そして、副室内にて生じた火炎を、副室と主燃焼室とを連通させる噴孔から噴出させる。これにより、主燃焼室内に火炎を伝搬させて混合気を燃焼させる。
特許文献１においては、副室内の気流の跳ね返り効果を利用して、火炎の成長を促進することが開示されている。

特開２０１６－５３３７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関においては、火炎の成長については考慮されているものの、副室内における混合気への着火、すなわち、初期火炎の形成自体については、考慮されていない。つまり、副室内の放電を引き伸ばして着火性を向上させることについては、何ら考慮されていない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性に優れた内燃機関及びスパークプラグを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、スパークプラグ（１０）が取り付けられた内燃機関（１）であって、
上記スパークプラグは、筒状のハウジング（２）と、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に、該絶縁碍子の先端側に突出した中心電極（４）と、
プラグ周方向の一部において、上記中心電極に外周側から対向して、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（５）と、
上記ハウジングの先端部に設けられた、該ハウジングとは別部材の副室形成部（６）と、を有し、
上記副室形成部の内側には、上記放電ギャップが配置される副室（６０）が形成されており、
上記副室形成部は、上記副室と上記内燃機関の主燃焼室（１１）とを連通させる複数の噴孔（６１）を有し、
上記複数の噴孔のうちの少なくとも一つは、プラグ中心軸（Ｃ）よりも上記主燃焼室内の気流（Ａ）の上流側に形成されると共に、開口方向の延長線（Ｌ１）と上記副室の内壁面（６２）とが交差する角度（α）が、上記開口方向の延長線の基端側において９０°を超えるよう形成された、上流側噴孔（６１１）であり、
上記放電ギャップは、プラグ中心軸よりも上記主燃焼室内の気流の上流側に形成されており、
上記絶縁碍子は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部（３１）を有し、プラグ中心軸を含むと共に上記放電ギャップを通る平面による断面において、上記放電ギャップは、上記テーパ状先端部の外周面の延長線（Ｌ２）よりも、上記主燃焼室内の気流の上流側、かつ、上記上流側噴孔の基端面の延長線（Ｌ３）よりも、基端側に形成されており、
上記接地電極は、上記副室形成部の内壁面から内側へ突出しており、
上記接地電極における上記放電ギャップ側の面である放電面（５１）は、プラグ周方向の幅（ｄ２）よりもプラグ軸方向の長さ（ｄ１）が長い形状を有し、かつ、上記放電面の先端部（５１１）を、上記中心電極よりも先端側に配置してなる、内燃機関にある。

本発明の他の態様は、筒状のハウジング（２）と、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に、該絶縁碍子の先端側に突出した中心電極（４）と、
プラグ周方向の一部において、上記中心電極に外周側から対向して、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（５）と、
上記ハウジングの先端部に設けられた、該ハウジングとは別部材の副室形成部（６）と、を有し、
上記副室形成部の内側には、上記放電ギャップが配置される副室（６０）が形成されており、
上記副室形成部は、上記副室と上記副室形成部の外部とを連通させる複数の噴孔（６１）を有し、
上記中心電極は、径方向外側へ突出した電極突出部（４１）を有し、該電極突出部の突出側端縁に対向配置された上記接地電極との間に、上記放電ギャップが形成されており、
上記複数の噴孔のうちの少なくとも一つは、プラグ中心軸（Ｃ）に対して上記放電ギャップが配される側に形成されたギャップ側噴孔（６１１）であり、
該ギャップ側噴孔は、開口方向の延長線と上記副室の内壁面（６２）とが交差する角度が、上記開口方向の延長線の基端側において９０°を超えるよう形成されており、
上記絶縁碍子は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部（３１）を有し、プラグ中心軸を含むと共に上記放電ギャップを通る平面による断面において、上記放電ギャップは、上記テーパ状先端部の外周面の延長線（Ｌ２）よりも、プラグ中心軸から離れた位置、かつ、上記上流側噴孔の基端面の延長線（Ｌ３）よりも、基端側に形成されており、
上記接地電極は、上記副室形成部の内壁面から内側へ突出しており、
に形成されており、
上記接地電極における上記放電ギャップ側の面である放電面（５１）は、プラグ周方向の幅（ｄ２）よりもプラグ軸方向の長さ（ｄ１）が長い形状を有し、かつ、上記放電面の先端部（５１１）を、上記中心電極よりも先端側に配置してなる、内燃機関用のスパークプラグ（１０）にある。

上記内燃機関において、上記放電ギャップは、プラグ中心軸よりも上記主燃焼室内の気流の上流側に形成されている。これにより、主燃焼室から副室に導入され、副室にて循環した気流によって、放電を放電ギャップから伸長させることができる。それゆえ、副室内において、混合気への着火性を向上させることができる。その結果、噴孔から主燃焼室への火炎噴出を強化することができる。

上記スパークプラグにおいて、中心電極は、径方向外側へ突出した電極突出部を有する。そして、電極突出部の突出側端縁に対向配置された接地電極との間に、放電ギャップが形成されている。さらに、複数の噴孔のうちの少なくとも一つは、上記ギャップ側噴孔である。それゆえ、主燃焼室に生じる気流の上流側にギャップ側噴孔が配置される状態にて、内燃機関にスパークプラグを取り付けることで、副室内における着火性を向上させることができる。その結果、噴孔から主燃焼室への火炎噴出を強化することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、着火性に優れた内燃機関及びスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段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、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

参考形態１における、内燃機関の断面説明図。参考形態１における、スパークプラグの先端部の断面説明図。図２のIII－III線矢視断面図。参考形態１における、噴孔の開口方向の延長線を記入した、スパークプラグの先端部の断面説明図。図１のＶ－Ｖ線矢視断面図。図２のVI－VI線矢視断面図。参考形態１における、噴孔の基端面の延長線及びテーパ状先端部の延長線を記入した、スパークプラグの先端部の断面説明図。参考形態１における、放電の引き伸ばし効果を説明する、スパークプラグの先端部の断面説明図。比較形態１における、スパークプラグの先端部の断面説明図。実験例１における、比較形態１の内燃機関についての、ＣＦＤによる気流の解析図。実験例１における、参考形態１の内燃機関についての、ＣＦＤによる気流の解析図。実験例２における、放電伸長距離の測定結果の線図。実験例２における、放電伸長距離と放電維持電圧との概略の関係を示す線図。実験例３における、燃焼変動率の測定結果の線図。実施形態２における、スパークプラグの先端部の断面説明図。実施形態２における、スパークプラグの先端部の一部断面斜視図。参考形態３における、スパークプラグの先端部の断面説明図。図１７のXVIII－XVIII線矢視断面図。参考形態４における、スパークプラグの先端部の断面説明図。図１９のXX－XX線矢視断面図。参考形態５における、スパークプラグの先端部の断面説明図。図２１のXXII－XXII線矢視断面図。参考形態６における、スパークプラグの先端部の断面説明図。図２３のXXIV－XXIV線矢視断面図。

（参考形態１）
内燃機関及びスパークプラグに係る参考形態について、図１～図８を参照して説明する。
本形態の内燃機関１は、図１に示すごとく、スパークプラグ１０が取り付けられた内燃機関である。

図２、図３に示すごとく、スパークプラグ１０は、筒状のハウジング２と、筒状の絶縁碍子３と、中心電極４と、接地電極５と、副室形成部６と、を有する。
絶縁碍子３は、ハウジング２の内側に保持されている。中心電極４は、絶縁碍子３の内側に保持されると共に、絶縁碍子３の先端側に突出している。接地電極５は、中心電極４に外周側から対向して、上記中心電極４との間に放電ギャップＧを形成している。副室形成部６は、ハウジング２の先端部に設けられている。

副室形成部６の内側には、副室６０が形成されている。副室６０に、放電ギャップＧが配置されている。
副室形成部６は、副室６０と内燃機関１の主燃焼室１１とを連通させる複数の噴孔６１を有する。
複数の噴孔６１のうちの少なくとも一つは、以下の条件を備える上流側噴孔６１１である。すなわち、図４に示すごとく、上流側噴孔６１１は、プラグ中心軸Ｃよりも主燃焼室１１内の気流Ａの上流側に形成されている。また、上流側噴孔６１１は、開口方向の延長線Ｌ１と副室６０の内壁面６２とが交差する角度αが、延長線Ｌ１の基端側において９０°を超えるよう形成されている。

そして、放電ギャップＧは、プラグ中心軸Ｃよりも主燃焼室１１内の気流Ａの上流側に形成されている。すなわち、図４において、プラグ中心軸Ｃよりも左側に、放電ギャップＧが位置している。
なお、副室６０は、中心電極４の周辺における、ハウジング２の先端部の内周側の空間をも含む。したがって、副室６０の内壁面６２は、副室形成部６の内面の他、ハウジング２の先端部の内面をも含む。

図１、図５に示すごとく、内燃機関１は、吸気ポート１２０を開閉する吸気弁１２と、排気ポート１３０を開閉する排気弁１３とを備えている。スパークプラグ１０は、エンジンヘッドにおける、吸気ポート１２０と排気ポート１３０とに囲まれた位置に配設されている。図５に示すごとく、吸気ポート１２０および排気ポート１３０は、一つの主燃焼室１１に対して、２個ずつ配設されている。そして、各吸気ポート１２０に吸気弁１２が開閉可能に取り付けられ、各排気ポート１３０に排気弁１３が開閉可能に取り付けられている。

２つの吸気ポート１２０と２つの排気ポート１３０とは、スパークプラグ１０の周りにおいて、周状に配列されている。スパークプラグ１０の周りにおいて、２つの吸気ポート１２０同士が互いに隣り合い、２つの排気ポート１３０同士が互いに隣り合っている。図１に示すごとく、吸気ポート１２０及び排気ポート１３０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１４の進退方向に対して傾斜している。また、図４に示すごとく、主燃焼室１１の基端面は、スパークプラグ１０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。

図１に示すごとく、スパークプラグ１０は、先端部を主燃焼室１１へ突出させている。すなわち、副室形成部６を主燃焼室１１に露出させており、噴孔６１を主燃焼室１１に露出させている。なお、プラグ軸方向Ｘにおいて、スパークプラグ１０における主燃焼室１１を向く側を先端側、その反対側を基端側という。
主燃焼室１１を構成するシリンダ内に、ピストン１４が摺動可能に配置されている。

内燃機関１は、ピストン１４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、２つの吸気ポート１２０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１３０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１の矢印Ａに示すごとく、ピストン１４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、この気流は、主燃焼室１１内のスパークプラグ１０の先端部付近においては、吸気弁１２側から排気弁１３へ向かう向きとなる。より具体的には、図５に示すごとく、プラグ軸方向Ｘから見たとき、２つの吸気ポート１２０の中間位置から、２つの排気ポート１３０の中間位置へ向かう方向Ａに沿った気流が、スパークプラグ１０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は、概略定まっており、上述した気流は、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内の気流」或いは「主室気流」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１０の先端部付近の気流を意味する。また、単に「上流側」、「下流側」というときは、特に断らない限り、上記「主燃焼室１１内の気流」すなわち上記「主室気流」における、上流側、下流側を意味する。

ここで、スパークプラグ１０単体に着目して、本形態のスパークプラグ１０について、説明する。
スパークプラグ１０の副室形成部６は、複数の噴孔６１を有する。各噴孔６１は、副室６０と副室形成部６の外部とを連通させている。中心電極４は、径方向外側へ突出した電極突出部４１を有する。電極突出部４１の突出側端縁に対向配置された接地電極５との間に、放電ギャップＧが形成されている。

複数の噴孔６１のうちの少なくとも一つは、プラグ中心軸Ｃに対して放電ギャップＧが配される側に形成されたギャップ側噴孔６１１である。つまり、プラグ軸方向Ｘから見たとき、プラグ中心軸Ｃからギャップ側噴孔６１１に向かうベクトルと、プラグ中心軸Ｃから放電ギャップＧへ向かうベクトルとのなす角度が、９０°未満となる。本形態においては、上述の上流側噴孔６１１は、少なくともギャップ側噴孔６１１である。

ギャップ側噴孔６１１は、図４に示すごとく、開口方向の延長線Ｌ１と副室６０の内壁面６２とが交差する角度αが、開口方向の延長線Ｌ１の基端側において９０°を超えるよう形成されている。

上記のような構成のスパークプラグ１０を、所定の姿勢にてエンジンヘッド等に取り付けることで、本形態の内燃機関１が得られる。つまり、放電ギャップＧがプラグ中心軸Ｃに対して、主室気流Ａの上流側の位置となる姿勢にて、スパークプラグ１０をエンジンヘッド等に組み付けることで、本形態の内燃機関１が得られる。

スパークプラグ１０を取り付けた内燃機関１においては、プラグ中心軸Ｃよりも上流側に、放電ギャップＧが配置される。図２、図３に示すごとく、中心電極４の先端部に、上流側に突出した電極突出部４１が形成されている。また、本形態においては、接地電極５は、副室６０の内壁面６２から内側へ突出している。接地電極５は、副室形成部６に設けてある。すなわち、接地電極５は、副室形成部６の内壁面６２から、中心電極４に向って突出している。接地電極５と中心電極４の電極突出部４１とは、プラグ径方向において互いに対向している。接地電極５の突出端と中心電極４の電極突出部４１との間に、放電ギャップＧが形成されている。なお、プラグ径方向は、プラグ中心軸Ｃに直交する方向である。

図５、図６に示すごとく、スパークプラグ１０の副室形成部６には、複数の噴孔６１が形成されている。そのうちの半数が、上流側噴孔６１１となる。特に、本形態においては、副室形成部６に６個の噴孔６１が、周方向に等間隔に配設されている。そして、そのうちの３個の噴孔６１が、プラグ中心軸Ｃよりも主室気流Ａの上流側に形成された上流側噴孔６１１であり、他の３個の噴項６１は、プラグ中心軸Ｃよりも下流側に形成されている。

また、３個の上流側噴孔６１１のうちの一つは、プラグ軸方向Ｘから見て、プラグ中心軸Ｃから、２つの吸気ポート１２０の中間位置に向かう位置に配置されている。すなわち、プラグ軸方向Ｘから見たとき、当該一つの上流側噴孔６１１とプラグ中心軸Ｃとを結ぶ直線は、気流Ａに略平行となっている。そして、吸気行程においては、当該一つの上流側噴孔６１１から最も多くのガスが導入される。

図４に示すごとく、噴孔６１は、外側から内側に向うほど基端側へ向かうように傾斜している。各噴孔６１の中心軸を延長したとき、その延長線Ｌ１は、副室６０における反対側の内壁面６２に交わる。つまり、上流側噴孔６１１の中心軸を延長した延長線Ｌ１は、副室６０における下流側の内壁面６２と交差する。この交差した点において、延長線Ｌ１と内壁面６２とのなす角度のうち、基端側の角度αが、９０°を超える角度、すなわち鈍角となっている。

なお、内壁面６２が基端側へ向かうほど外側へ向かうように傾斜している場合は、上記角度αが鈍角となることを条件に、上流側噴孔６１１は、例えば、プラグ軸方向Ｘに直交するような向きに形成することもできる。

本形態においては、内壁面６２は、プラグ軸方向Ｘに平行に形成されている。そして、上述のように、噴孔６１は、外側から内側に向うほど基端側へ向かうように傾斜している。その結果、延長線Ｌ１と内壁面６２とが基端側においてなす角度が、鈍角となっている。

図７に示すごとく、絶縁碍子３は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部３１を有する。プラグ中心軸Ｃを含むと共に放電ギャップＧを通る平面による断面（図７に示す断面）において、放電ギャップＧは、テーパ状先端部３１の外周面の延長線Ｌ２よりも、主燃焼室１１内の気流Ａの上流側に形成されている。

かかる構成を実現すべく、スパークプラグ１０としては、以下の構成を有する。すなわち、プラグ中心軸Ｃを含むと共に放電ギャップＧを通る平面による断面において、放電ギャップＧは、テーパ状先端部３１の外周面の延長線Ｌ２よりも、プラグ中心軸Ｃから離れた位置に形成されている。

図２、図３に示すごとく、副室形成部６は、筒状のハウジング２の先端部を覆うように配設されている。また、ハウジング２と絶縁碍子３のテーパ状先端部３１との間には、環状の空間であるポケット部１５が形成されている。つまり、絶縁碍子３は、その外周面の一部においてハウジング２の内周面の一部に係止されている（図示略）。この係止部よりも先端側の絶縁碍子３の部分が、テーパ状先端部３１となっている。このテーパ状先端部３１の外側面とハウジング２の内側面との間には、環状のポケット部１５が形成されている。副室形成部６の内側の空間である副室６０と、ポケット部１５とは互いに繋がっている。

図７に示すごとく、放電ギャップＧは、上流側噴孔６１１の基端面の延長線Ｌ３よりも、基端側に配置されている。ここで、上流側噴孔６１１の基端面の延長線Ｌ３は、上流側噴孔６１１の中心軸に沿った直線のうち、上流側噴孔６１１の基端面に接する直線である。
本形態においては、接地電極５は、副室形成部６における、噴孔６１よりも基端部に近いプラグ軸方向位置から突出している。

上記のように構成された内燃機関１においては、主燃焼室１１内のガスが、噴孔６１を介して、副室６０内に導入され、副室６０から、噴孔６１を介して、主燃焼室１１へ導出される。ここで、主燃焼室１１における気流Ａが、図１に示すようなタンブル流となっていることから、主燃焼室１１のガスは、主として、上流側噴孔６１１から導入される。

副室６０に導入されたガスの主流は、図８の矢印Ａ１に示すごとく、副室６０の下流側の内壁面６２に向かうと共に、当該内壁面６２に沿うように、基端側へ向かい、下流側のポケット部１５に導入される。
下流側のポケット部１５に入ったガスの主流は、ポケット部１５内において上流側に向きを変えると共に、上流側のポケット部１５に沿って、先端側へ向かう。そして、ガスは、副室６０に戻ると共に、下流側の噴孔６１から排出される。
以上のガスの流れ（すなわち気流Ａ１）は、あくまでも主流であり、必ずしもすべてのガスがそのような流れとなるとは限らない。

上記のような気流Ａ１が副室６０内に形成されるため、プラグ中心軸Ｃよりも上流側に配された放電ギャップＧにおいては、気流Ａ１が先端側へ向かうこととなる。それゆえ、図８に示すごとく、放電ギャップＧに形成された放電Ｓは、先端側へ引き伸ばされることとなる。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関１において、放電ギャップＧは、プラグ中心軸Ｃよりも主室気流Ａの上流側に形成されている。これにより、上述のように、主燃焼室１１から副室６０に導入され、副室６０にて循環した気流Ａ１によって、放電Ｓを放電ギャップＧから先端側へ伸長させることができる（図８参照）。それゆえ、副室６０内において、混合気への着火性を向上させることができる。その結果、噴孔６１から主燃焼室１１への火炎噴出を強化することができる。

また、プラグ中心軸Ｃを含むと共に放電ギャップＧを通る平面による断面において、放電ギャップＧは、テーパ状先端部３１の外周面の延長線Ｌ２よりも、主室気流Ａの上流側に形成されている。これにより、より効果的に、放電Ｓを先端側へ引き伸ばすことができる。つまり、ポケット部１５から副室６０へ流れる気流Ａ１は、延長線Ｌ２よりも、プラグ中心軸Ｃから遠い位置において強くなりやすい。それゆえ、放電ギャップＧを、延長線Ｌ２よりも外周側（すなわち、主室気流Ａの上流側）に形成することで、より効果的に、放電Ｓを引き伸ばしやすくなる。

放電ギャップＧは、上流側噴孔６１１の基端面の延長線Ｌ３よりも、基端側に配置されている。これにより、放電ギャップＧ付近の気流Ａ１が乱れることを抑制することができる。つまり、上流側噴孔６１１から副室６０へ導入された直後の気流Ａ１は、プラグ中心軸を横切ると共に、基端側へ向かうような流れとなる。このような流れが、放電ギャップＧの付近に向かうと、上述のように、先端側へ向かう気流Ａ１の流れを乱すことも考えられる。それゆえ、放電ギャップＧが延長線Ｌ３よりも基端側に配されることで、このような、放電ギャップＧにおける先端側へ向かう気流Ａ１を、より確実に形成することができる。そして、放電Ｓの引き伸ばし効果をより得やすくなる。

また、接地電極５は、副室６０の内壁面６２から内側へ突出している。これにより、火花放電位置のバラツキを抑制し、副室６０内における気流Ａ１による放電Ｓの引き伸ばし効果を、より確実に得ることができる。

以上のごとく、本形態によれば、着火性に優れた内燃機関及びスパークプラグを提供することができる。

（比較形態１）
本比較形態は、図９に示すごとく、スパークプラグ９０における放電ギャップＧを、プラグ中心軸Ｃの位置に設けた形態である。
すなわち、接地電極９５を、副室形成部６の先端部の内側面から、プラグ中心軸Ｃに沿って、基端側へ突出させている。そして、接地電極９５と中心電極９４とをプラグ軸方向Ｘに対向させて、両者の間に放電ギャップＧを形成している。
その他は、参考形態１と同様である。

（実験例１）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、参考形態１に示した内燃機関１と、比較形態１に示した内燃機関９とにつき、副室６０内における気流を解析した。
この気流の解析は、計算流動力学（以下において、ＣＦＤという。）を用いて、算出する。すなわち、参考形態１及び比較形態１の各内燃機関１、９において、実際の自動車用エンジンとして用いる際に生じる気流を想定して、ＣＦＤによって一般的なシミュレーション解析を行った。

比較形態１による解析結果を、図１０に示し、参考形態１による解析結果を、図１１に示す。これらの図において、多数の矢印のそれぞれが、各箇所における気流の向きを示し、矢印の頭（すなわち三角形状部分）の大きさが大きいほど、流速が速いことを示す。

図１０、図１１に示すように、上流側噴孔６１１から副室６０内に導入された気流は、下流側のポケット部１５に向い、上流側のポケット部１５から先端側へ向かう。そして、図１０から分かるように、比較形態１の内燃機関９においては、放電ギャップＧを横切る気流が弱く、方向もランダムである。一方、図１１に示すごとく、参考形態１の内燃機関１においては、放電ギャップＧを、ある程度の流速を有する一定方向の気流が横切る。
この解析結果は、上述の参考形態１において説明した気流Ａ１（図８参照）と概略一致している。そして、このような気流が生じることで、参考形態１においては、放電Ｓが先端側へ引き伸ばされることになると考えられる。

（実験例２）
本例は、図１２に示すごとく、参考形態１の内燃機関１と、比較形態１の内燃機関９とで、放電の引き伸ばし効果を確認した例である。
ここで、試験条件としては、２Ｌ、４気筒のエンジンを想定し、回転数１２００ｒｐｍ、負荷１５０ｋＰａ、空燃比（すなわちＡ／Ｆ）１４．７とした。また、放電ギャップＧの大きさは、０．７ｍｍ、噴孔の直径は１．２ｍｍ、副室内の容積は１ｍｌとした。

この条件のもと、スパークプラグに電圧を印加して放電ギャップＧに放電を生じさせた。そして、このときの放電波形を計測し、放電維持電圧を得た。図１３に概略を示すごとく、放電維持電圧が大きいほど、放電伸長距離が長くなることは、周知である。そこで、測定された放電維持電圧から、予め用意された放電維持電圧と放電伸長距離との関係に基づき、放電伸長距離を求めた。ここで、放電伸長距離とは、放電Ｓの起点間の放電経路に沿った距離をいう。

その結果を、図１２に示す。同図において、Ｂが比較形態１を、Ｃが参考形態１を、それぞれ示す。同図から分かるように、参考形態１の内燃機関１においては、比較形態１の内燃機関９に比べて、放電伸長距離が大幅に向上している。この結果から、参考形態１によれば、放電の引き伸ばし効果を大きく得ることができることが分かる。

（実験例３）
本例は、図１４に示すごとく、参考形態１の内燃機関１と、比較形態１の内燃機関９とで、燃焼安定性を確認した例である。
燃焼安定性は、各内燃機関を運転したときの燃焼変動率（以下、ＣＯＶという）を計測することにより、評価した。
試験条件は、実験例２と同様である。

燃焼変動率ＣＯＶは以下の式から算出される。
ＣＯＶ（％）＝（図示平均有効圧力（標準偏差））／（図示平均有効圧力（平均値））

試験の結果を、図１４に示す。同図において、Ｂが比較形態１を、Ｃが参考形態１を、それぞれ示す。同図に示すように、比較形態１の内燃機関９においては、ＣＯＶが８０％以上であるのに対し、参考形態１の内燃機関１においては、ＣＯＶが３．４％であった。この結果から、参考形態１によれば、燃焼安定性を大きく向上させることができることが分かる。

（実施形態２）
本形態は、図１５、図１６に示すごとく、接地電極５をプラグ軸方向Ｘに長尺に形成した形態である。
すなわち、本形態において、接地電極５は、副室形成部６の内面から副室６０側に突出すると共に、プラグ軸方向Ｘに長い形状を有する。すなわち、接地電極５は、プラグ周方向よりもプラグ軸方向Ｘに長い形状を有する。つまり、図１６に示す寸法ｄ１、ｄ２が、ｄ１＞ｄ２の関係を有する。そして、接地電極５における放電ギャップＧ側の面である放電面５１は、該放電面５１の先端部５１１を、中心電極４よりも先端側に配置している。なお、プラグ周方向は、プラグ中心軸Ｃを中心とする円の接線方向である。

また、接地電極５における放電面５１の基端部５１２は、中心電極４の先端部と略同等のプラグ軸方向位置に配置されている。
その他は、参考形態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、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態においては、放電ギャップＧにおける初期放電は、接地電極５の放電面５１の基端部５１２と中心電極４との間において生じやすい。その後、放電Ｓにおける接地電極５側の起点は、副室６０内の気流によって先端側へ移動する。そして、放電Ｓの起点は、接地電極５の放電面の先端部５１１まで移動する。これにより、放電Ｓの起点間距離が拡大する。その結果、副室６０における着火性を向上させることができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

（参考形態３）
本形態は、図１７、図１８に示すごとく、中心電極４の先端部に、直径の大きい大径部４２を設けた形態である。
すなわち、中心電極４の先端部を、その全周にわたり、径方向に突出させている。これにより、放電ギャップＧの位置をプラグ中心軸Ｃから遠ざけている。そして、ポケット部１５からの気流Ａ１が放電ギャップＧを先端側へ通過するように構成している。
その他は、参考形態１と同様である。

本形態においては、中心電極４の先端部に円柱形状の大径部４２を設けることで、放電ギャップＧの位置を調整することができる。それゆえ、生産性を向上させることができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

（参考形態４）
本形態は、図１９、図２０に示すごとく、接地電極５をスパークプラグ１０のプラグ中心軸Ｃの周りの半周分にわたって、半円環状に形成した形態である。
すなわち、主燃焼室１１の気流Ａの上流側となる位置に、１８０°の範囲にわたり、副室形成部６の内周面から、接地電極５を突出させている。
その他は、参考形態１と同様である。

本形態においては、主室気流Ａの上流側における広い範囲において、放電ギャップＧを形成することができる。
なお、プラグ軸方向Ｘから見たときの接地電極５の形成角度範囲は、図２０に示すような１８０°とする以外にも、１８０°未満とすることもできる。

（参考形態５）
本形態は、図２１、図２２に示すごとく、接地電極５を、副室６０の内壁面６２によって構成した形態である。
すなわち、本形態においては、副室６０の内壁面６２から特に接地電極５を突出させていない。

その一方で、中心電極４の電極突出部４１を内壁面６２近傍まで延ばすことで、内壁面６２との間に放電ギャップＧを形成している。すなわち、電極突出部４１の突出端は、副室６０の内壁面６２に、放電ギャップＧを介して対向している。それゆえ、電極突出部４１の突出端と対向する副室６０の内面の一部が、接地電極５を構成している。

本形態においては、副室形成部６の一部が、電極突出部４１と対向している。それゆえ、副室形成部６が接地電極５を構成することとなる。
その他は、参考形態１と同様である。

本形態においては、副室６０の内壁面６２（すなわちハウジング２の内面および副室形成部６の内面）に沿って先端側へ流れる気流Ａ１が、より向きの揃った状態にて放電ギャップＧを通過しやすい。それゆえ、放電ギャップＧに生じた放電火花を、効果的に引き伸ばすことができる。また、火花放電Ｓの内壁面６２側の起点が軸方向に移動しやすくなり、起点間距離が長くなりやすい。その結果、火花放電Ｓの放電伸長距離を大きくしやすい。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

なお、本形態において、電極突出部４１の突出端が、ハウジング２の内面に対向した構成とすることもできる。この場合は、ハウジング２の一部が接地電極５として機能する。

（参考形態６）
本形態は、図２３、図２４に示すごとく、中心電極４に電極突出部４１（図２参照）を設けない形態である。
そして、副室６０の内壁面６２から突出した接地電極５の突出端を、中心電極４の側面に対向させている。これにより、中心電極４の側面と接地電極５との間に、放電ギャップＧを形成している。

接地電極５は、主室気流Ａの上流側から、中心電極４の側面に対向させている。これにより、放電ギャップＧを、プラグ中心軸Ｃよりも、主室気流Ａの上流側に配置している。
また、図２３に示すごとく、中心電極４は、参考形態１（図２参照）に比べて、より先端側へ突出している。すなわち、中心電極４の先端は、Ｘ方向において、副室６０の中央付近に配置されている。これにより、プラグ中心軸Ｃを含むと共に放電ギャップＧを通る平面による断面（図２３に示す断面）において、放電ギャップＧは、テーパ状先端部３１の外周面の延長線Ｌ２よりも、主室気流Ａの上流側に形成された状態としている。

また、放電ギャップＧは、上流側噴孔６１１の基端面の延長線Ｌ３よりも、基端側に配置されている。
その他は、参考形態１と同様である。

本形態においては、中心電極４に電極突出部４１を設ける必要がないため、比較的簡素な構成とすることができる。そのため、生産性に優れたスパークプラグ１０及び内燃機関１を得ることができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

上記各形態においては、副室形成部６をハウジング２と別部材とした形態を示した。

本発明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。

１内燃機関
１０スパークプラグ
４中心電極
５接地電極
６副室形成部
６０副室
６１噴孔
６１１上流側噴孔
Ｇ放電ギャップ

Claims

スパークプラグ（１０）が取り付けられた内燃機関（１）であって、
上記スパークプラグは、筒状のハウジング（２）と、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に、該絶縁碍子の先端側に突出した中心電極（４）と、
プラグ周方向の一部において、上記中心電極に外周側から対向して、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（５）と、
上記ハウジングの先端部に設けられた、該ハウジングとは別部材の副室形成部（６）と、を有し、
上記副室形成部の内側には、上記放電ギャップが配置される副室（６０）が形成されており、
上記副室形成部は、上記副室と上記内燃機関の主燃焼室（１１）とを連通させる複数の噴孔（６１）を有し、
上記複数の噴孔のうちの少なくとも一つは、プラグ中心軸（Ｃ）よりも上記主燃焼室内の気流（Ａ）の上流側に形成されると共に、開口方向の延長線（Ｌ１）と上記副室の内壁面（６２）とが交差する角度（α）が、上記開口方向の延長線の基端側において９０°を超えるよう形成された、上流側噴孔（６１１）であり、
上記放電ギャップは、プラグ中心軸よりも上記主燃焼室内の気流の上流側に形成されており、
上記絶縁碍子は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部（３１）を有し、プラグ中心軸を含むと共に上記放電ギャップを通る平面による断面において、上記放電ギャップは、上記テーパ状先端部の外周面の延長線（Ｌ２）よりも、上記主燃焼室内の気流の上流側、かつ、上記上流側噴孔の基端面の延長線（Ｌ３）よりも、基端側に形成されており、
上記接地電極は、上記副室形成部の内壁面から内側へ突出しており、
上記接地電極における上記放電ギャップ側の面である放電面（５１）は、プラグ周方向の幅（ｄ２）よりもプラグ軸方向の長さ（ｄ１）が長い形状を有し、かつ、上記放電面の先端部（５１１）を、上記中心電極よりも先端側に配置してなる、内燃機関。
筒状のハウジング（２）と、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
該絶縁碍子の内側に保持されると共に、該絶縁碍子の先端側に突出した中心電極（４）と、
プラグ周方向の一部において、上記中心電極に外周側から対向して、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（５）と、
上記ハウジングの先端部に設けられた、該ハウジングとは別部材の副室形成部（６）と、を有し、
上記副室形成部の内側には、上記放電ギャップが配置される副室（６０）が形成されており、
上記副室形成部は、上記副室と上記副室形成部の外部とを連通させる複数の噴孔（６１）を有し、
上記中心電極は、径方向外側へ突出した電極突出部（４１）を有し、該電極突出部の突出側端縁に対向配置された上記接地電極との間に、上記放電ギャップが形成されており、
上記複数の噴孔のうちの少なくとも一つは、プラグ中心軸（Ｃ）に対して上記放電ギャップが配される側に形成されたギャップ側噴孔（６１１）であり、
該ギャップ側噴孔は、開口方向の延長線と上記副室の内壁面（６２）とが交差する角度が、上記開口方向の延長線の基端側において９０°を超えるよう形成されており、
上記絶縁碍子は、先端側へ向かうほど縮径するテーパ状先端部（３１）を有し、プラグ中心軸を含むと共に上記放電ギャップを通る平面による断面において、上記放電ギャップは、上記テーパ状先端部の外周面の延長線（Ｌ２）よりも、プラグ中心軸から離れた位置、かつ、上記上流側噴孔の基端面の延長線（Ｌ３）よりも、基端側に形成されており、
上記接地電極は、上記副室形成部の内壁面から内側へ突出しており、
に形成されており、
上記接地電極における上記放電ギャップ側の面である放電面（５１）は、プラグ周方向の幅（ｄ２）よりもプラグ軸方向の長さ（ｄ１）が長い形状を有し、かつ、上記放電面の先端部（５１１）を、上記中心電極よりも先端側に配置してなる、内燃機関用のスパークプラグ（１０）。