特開 2022-96899 内燃機関用のスパークプラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022096899

(43)【公開日】2022-06-30

(54)【発明の名称】内燃機関用のスパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/54 20060101AFI20220623BHJP

   F02B 19/16 20060101ALI20220623BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20220623BHJP

【ＦＩ】

H01T13/54

F02B19/16 C

F02B19/16 F

F02P13/00 302B

F02P13/00 301Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020210150

(22)【出願日】2020-12-18

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西尾 典晃

(72)【発明者】

【氏名】木下 翔太

【テーマコード（参考）】

3G019

3G023

5G059

【Ｆターム（参考）】

3G019AA08

3G019KA16

3G023AA02

3G023AB01

3G023AC03

3G023AD21

3G023AE04

5G059AA10

5G059FF02

5G059FF03

5G059GG01

5G059KK23

(57)【要約】

【課題】副燃焼室内の冷却損失を低減することができる、内燃機関用のスパークプラグを提供すること。
【解決手段】中心電極２と、中心電極２との間に放電ギャップＧを形成する接地電極３と、放電ギャップＧが配される副燃焼室４０を外部と区画すると共に噴孔４１を備えた副室形成部４と、を有する内燃機関用のスパークプラグ１。副室形成部４の内壁面に、副室形成部４よりも体積比熱が低い遮熱膜５が形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心電極（２）と、
該中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（３）と、
上記放電ギャップが配される副燃焼室（４０）を外部と区画すると共に噴孔（４１）を備えた副室形成部（４）と、を有する内燃機関用のスパークプラグ（１）であって、
上記副室形成部の内壁面に、上記副室形成部よりも体積比熱が低い遮熱膜（５）が形成されている、内燃機関用のスパークプラグ。

【請求項2】

上記遮熱膜は、上記副室形成部よりも熱伝導率が低い、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

【請求項3】

上記遮熱膜の体積比熱Ｃｖと熱伝導率λとは、下記の不等式を満たす、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

【数1】

ただし、ｘ＝ｌｏｇλ、ｙ＝ｌｏｇＣｖ である。

【請求項4】

上記遮熱膜は、ジルコニアを主成分として含む、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。

【請求項5】

上記中心電極を絶縁碍子（１１）を介して内側に保持するハウジング（１２）と、該ハウジングの先端部に設けられたプラグカバー（１３）とを有し、上記ハウジングの一部と上記プラグカバーとが、上記副形成部を構成しており、上記遮熱膜は、上記プラグカバーに形成されている、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。

【請求項6】

上記遮熱膜は、体積比熱Ｃｖと熱伝導率λとが、下記の不等式の双方を満たす、請求項１～５のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
１≦ｌｏｇＣｖ≦３
－１≦ｌｏｇλ≦１

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

【背景技術】

【0002】

副燃焼室にて生成された燃焼火炎を複数の噴孔を介して主燃焼室に噴出せしめることで、主燃焼室の混合気を燃焼させる内燃機関が、特許文献１に開示されている。この内燃機関においては、熱効率を向上させるべく、主燃焼室の内面に遮熱膜を形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１１９４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、副燃焼室を備えた内燃機関においては、副燃焼室からの火炎ジェットを主燃焼室へ効率的に噴射させるようにすることが重要である。そのためには、副燃焼室内の冷却損失を低減させることが有効である。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、副燃焼室内の冷却損失を低減することができる、内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、中心電極（２）と、
該中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（３）と、
上記放電ギャップが配される副燃焼室（４０）を外部と区画すると共に噴孔（４１）を備えた副室形成部（４）と、を有する内燃機関用のスパークプラグ（１）であって、
上記副室形成部の内壁面に、上記副室形成部よりも体積比熱が低い遮熱膜（５）が形成されている、内燃機関用のスパークプラグにある。

【発明の効果】

【0007】

上記内燃機関用のスパークプラグにおいては、上記副室形成部の内壁面に、上記遮熱膜が形成されている。遮熱膜は副室形成部よりも体積比熱が低い。それゆえ、副燃焼室内の昇温に伴う遮熱膜の昇温速度も速く、短時間にて遮熱膜を高温とすることができる。これにより、副燃焼室内の熱が副室形成部に逃げることを抑制することができる。その結果、副燃焼室内の冷却損失を低減することができる。

【0008】

以上のごとく、上記態様によれば、副燃焼室内の冷却損失を低減することができる、内燃機関用の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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１における、スパークプラグの先端部付近の断面図。

【図2】図１のII－II線矢視断面。

【図3】実施形態１における、スパークプラグを取り付けた内燃機関の説明図。

【図4】実施形態２における、スパークプラグの先端部付近の断面図。

【図5】実験例１における、熱効率向上代のシミュレーション結果を示すコンター図。

【図6】実験例１における、各試料の熱効率のシミュレーション結果を示す線図。

【図7】実験例２における、副燃焼室の温度とガス充填量との関係を示す線図。

【図8】実験例３における、各試料の点火時期付近の副燃焼室内壁面の温度変化を示す線図。

【図9】実験例４における、各試料の点火時期付近の副燃焼室内の冷却損失の変化を示す線図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
本形態のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、中心電極２と、接地電極３と、副室形成部４と、を有する。接地電極３は、中心電極２との間に放電ギャップＧを形成する。副室形成部４は、放電ギャップＧが配される副燃焼室４０を外部と区画すると共に噴孔４１を備えている。副室形成部４の内壁面に、副室形成部４よりも体積比熱が低い遮熱膜５が形成されている。

【0011】

スパークプラグ１は、絶縁碍子１１とハウジング１２とプラグカバー１３とを有する。絶縁碍子１１は、中心電極２を内側に挿通して保持している。絶縁碍子１１は、例えば、アルミナ等のセラミックからなる。ハウジング１２は、絶縁碍子１１を内側に挿通して保持している。ハウジング１２は、例えば、低炭素鋼等の金属からなる。プラグカバー１３は、ハウジング１２の先端部に接合され、副燃焼室４０を先端側から覆っている。プラグカバー１３は、例えば、ニッケル等の金属からなる。また、プラグカバー１３に、複数の噴孔４１が形成されている。

【0012】

本形態において、ハウジング１２の一部とプラグカバー１３とが、副室形成部４を構成している。そして、副室形成部４のうち、プラグカバー１３に、遮熱膜５が形成されている。また、ハウジング１２の内壁面には、遮熱膜５は形成されていない。プラグカバー１３の内壁面に形成された遮熱膜５は、プラグカバー１３の本体よりも体積比熱が低い。上述した「副室形成部４よりも体積比熱が低い」とは、副室形成部４のうち、当該遮熱膜５が形成された部位よりも体積比熱が低いことを意味する。

【0013】

本形態においては、上述のように、遮熱膜５は、プラグカバー１３よりも体積比熱が低い。プラグカバー１３がニッケルからなる場合において、遮熱膜５は、ニッケルよりも体積比熱が低い材料からなる。この場合、遮熱膜５は、例えばジルコニアを主成分として含む材料からなる。例えば、遮熱膜５として、イットリアを含有しつつジルコニアを主成分とする材料を用いることができる。

【0014】

また、本形態において、遮熱膜５は、副室形成部４よりも熱伝導率が低い。つまり、本形態において遮熱膜５は、プラグカバー１３よりも熱伝導率が低い。「副室形成部４よりも熱伝導率が低い」とは、副室形成部４のうち、当該遮熱膜５が形成された部位よりも熱伝導率が低いことを意味する。
本形態において、遮熱膜５は、図１、図２に示すごとく、プラグカバー１３の内壁面の略全域にわたり形成されている。さらに、遮熱膜５は、噴孔４１の内周面にも形成されている。

【0015】

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３に示すごとく、ハウジング１２の外周面に形成した取付ネジ部１２４を、プラグホールの雌ネジ部７５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７１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７１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。なお、図３において、符号７２は、吸気口７２０を開閉する吸気弁を示す。符号７３は、排気口７３０を開閉する排気弁を示す。符号７４は、シリンダ７０内を往復摺動するピストンを示す。

【0016】

本形態において、図１、図２に示すごとく、接地電極３はプラグカバー１３に接合されている。接地電極３は、プラグカバー１３の側壁に接合され、プラグ径方向に沿って、プラグ中心軸に向かって突出している。中心電極２は、その先端部において、プラグ径方向の外側へ突出した側方突出部２１を有する。側方突出部２１と接地電極３とが互いに対向し、その間に放電ギャップＧが形成されている。

【0017】

中心電極２は、ハウジング１２よりも先端側へ突出している。そして、放電ギャップＧは、ハウジング１２の先端よりも先端側に位置している。すなわち、放電ギャップＧと同じ軸方向Ｚの位置には、プラグカバー１３の側壁が存在している。そして、プラグカバー１３の内壁面には、放電ギャップＧと同じ軸方向Ｚの位置も含めて、遮熱膜５が形成されている。

【0018】

副室形成部４に遮熱膜５を形成するにあたっては、例えば、プラズマ溶射装置の溶射ガンによって、プラグカバー１３の内壁面に溶射膜を形成することができる。

【0019】

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用のスパークプラグ１においては、副室形成部４の内壁面に、遮熱膜５が形成されている。遮熱膜５は副室形成部４よりも体積比熱が低い。それゆえ、副燃焼室４０内の昇温に伴う遮熱膜５の昇温速度も速く、短時間にて遮熱膜５が高温となる。これにより、副燃焼室４０内の熱が副室形成部４に逃げることを抑制することができる。その結果、副燃焼室４０内の冷却損失を低減することができる。

【0020】

これにより、副燃焼室４０から主燃焼室７１へ、高い熱量の火炎ジェットを噴射させることができる。それゆえ、内燃機関の熱効率を向上させることができる。
特に、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation、すなわち、排出ガス再循環の略）、希薄燃焼等、燃料密度の低い状態での運転環境下においては、副燃焼室４０内の冷却損失が大きいと、熱効率が低下しやすい。かかる運転環境下においても、本形態のように、副燃焼室４０内の冷却損失を向上させて、副燃焼室４０から主燃焼室７１への火炎ジェットの熱量を高めることで、内燃機関の熱効率を向上させることができる。

【0021】

また、遮熱膜５は、副室形成部４よりも熱伝導率が低い。これによっても、副燃焼室４０内の熱が遮熱膜５を通じて外部へ逃げにくい。その結果、より一層、副燃焼室４０内の冷却損失を低減することができる。

【0022】

また、遮熱膜５は、ジルコニアを主成分として含む。これにより、遮熱膜５の体積比熱及び熱伝導率を低減しやすくなる。それゆえ、遮熱膜５による遮熱効果を向上させることができ、副燃焼室４０内の冷却損失を、効果的に低減することができる。また、遮熱膜５の耐熱性を充分に確保することができる点でも有利である。

【0023】

また、遮熱膜５は、プラグカバー１３に形成されている。それゆえ、遮熱膜５の形成を容易にすることができる。すなわち、例えば、ハウジング１２に接合する前のプラグカバー１３に遮熱膜５を形成することができる。そのため、生産性に優れたスパークプラグ１を得ることができる。

【0024】

以上のごとく、本形態によれば、副燃焼室内の冷却損失を低減することができる、内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

【0025】

（実施形態２）
本形態は、図４に示すごとく、ハウジング１２の一部の内壁面にも遮熱膜５を形成した、内燃機関用のスパークプラグ１の形態である。
すなわち、ハウジング１２における、副燃焼室４０に面する内壁面に、遮熱膜５を形成している。本形態においては、副燃焼室４０に面するハウジング１２の内壁面のうち、基端側の一部を除いた全面に、遮熱膜５が形成されている。

【0026】

ハウジング１２に形成する遮熱膜５と、プラグカバー１３に形成する遮熱膜５とは、同じ材料にて構成することもできる。例えば、いずれの遮熱膜５も、ジルコニアを主成分として含む材料とすることができる。

【0027】

なお、本形態の場合、ハウジング１２に形成する遮熱膜５を、プラグカバー１３に形成する遮熱膜５と異なる材料とすることもできる。すなわち、ハウジング１２に形成する遮熱膜５は、ハウジング１２よりも体積比熱が低いものであって、プラグカバー１３と体積比熱が同等以上のものを用いることも可能である。

【0028】

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。

【0029】

本形態においては、副室形成部４を構成するプラグカバー１３とハウジング１２との双方に遮熱膜５を形成することとなる。それゆえ、副燃焼室４０に面する内壁面の広い範囲にわたり遮熱膜５を形成することができる。そのため、副燃焼室４０内の冷却損失を、より効果的に低減することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0030】

（実験例１）
本形態は、図５に示すごとく、遮熱膜５の体積比熱及び熱伝導率と、内燃機関の熱効率との関係につき、調べた例である。
そして、これによって、本願発明者らは、体積比熱と熱伝導率とが、後述する所定の関係式を満たすような遮熱膜５を設けることが、内燃機関の熱効率の向上において重要であることを見出した。

【0031】

すなわち、上記実施形態１において述べたように、副室形成部４よりも体積比熱の低い遮熱膜５を形成することで、内燃機関の熱効率を向上させることができる。そして、遮熱膜５の熱伝導率を副室形成部４よりも低くすることで、より内燃機関の熱効率を向上させることができる。しかし、例えば、遮熱膜５の体積比熱及び熱伝導率を低くすればするほど内燃機関の熱効率を向上させることができるとは限らない、という点に、本願発明者らは着目した。

【0032】

すなわち、例えば、遮熱膜５の体積比熱及び熱伝導率の双方を低くすると、副室形成部４の温度は上昇しやすくなる。そうすると、副燃焼室４０の温度も高くなり、副燃焼室４０内の気体が膨張する。これにより、後述する実験例２（図７参照）に示すごとく、副燃焼室４０内への混合気充填量が低下することとなる。副燃焼室４０内への混合気充填量が低下すると、副燃焼室４０内における燃焼効率が低下し、副燃焼室４０からの火炎ジェットの熱量も低下し、ひいては、内燃機関の熱効率の低下につながる。

【0033】

したがって、副燃焼室４０内の冷却損失の低減と、混合気充填率とは、いわゆるトレードオフの関係にある。つまり、混合気充填量を低下させすぎず、冷却損失を低減することで、内燃機関の熱効率の向上を図ることができるといえる。そこで、内燃機関の熱効率の向上という観点において、遮熱膜５の体積比熱と熱伝導率との関係について、下記のようなシミュレーション解析を行った。

【0034】

シミュレーションの前提として、実施形態１に示したスパークプラグ１を備えた内燃機関１０を想定した（図１～図３参照）。なお、噴孔４１の数は６個、噴孔４１の直径は１．２ｍｍ、副燃焼室４０の容量は０．５ｃｃとした。

【0035】

そして、遮熱膜５の体積比熱と熱伝導率とを変動させたとき、内燃機関の熱効率がどのように変化するかを、解析した。また、内燃機関としては、直列４気筒、排気量２．５Ｌの過給エンジンを想定した。このエンジンを、回転数２０００ｒｐｍ、負荷０．６５ＭＰａ、ＥＧＲ率２０％にて運転した場合を想定して、解析を行った。また、点火時期を７０６ｄｅｇ、点火エネルギを２３０ｍＪとした。
なお、点火時期は、１サイクル前の圧縮上死点を０ｄｅｇとしたときのクランク角にて表したものである。

【0036】

シミュレーション解析の結果を、図５のコンターマップに表す。このコンターマップは、数値流体力学（CFD：computational fluid dynamics）解析によるシミュレーションによって燃焼を計算し、算出した熱効率を基に、結果を３次スプラインにて補間して作成したものである。

【0037】

同図において、横軸が、遮熱膜５の熱伝導率λの対数ｘを示す。すなわち、ｘ＝ｌｏｇλ である。また、同図において、縦軸は、遮熱膜５の体積比熱Ｃｖの対数ｙを示す。すなわち、ｙ＝ｌｏｇＣｖ である。なお、ここでの対数は、常用対数である。そして、コンター図の等値線は、内燃機関の熱効率の向上代ｚを示す。向上代ｚは、副室形成部４に遮熱膜５を形成しない場合の内燃機関の熱効率（以下、基準熱効率という。）に対する、熱効率の向上分である。向上代ｚがマイナスの場合は、基準熱効率よりも、熱効率が低下していることを示す。

【0038】

同図から、熱伝導率λを小さくしすぎても、体積比熱Ｃｖを小さくしすぎても、内燃機関の熱効率の向上代ｚが低下してしまうことが分かる。そして、体積比熱Ｃｖと熱伝導率λとを所定の範囲内にすることで、内燃機関の熱効率を向上させることができることが分かる。つまり、同図において、ｚ＝０．０の等値線の内側の領域となる条件とすることにより、熱効率を向上させることができるといえる。

【0039】

図５の右上隅にある基準点Ｓ１が、プラグカバー１３の熱伝導率λと体積比熱Ｃｖとを示す。つまり、この基準点Ｓ１における熱効率は、基準熱効率であって、ｚ＝０．０となる。この基準点から、コンターマップの左下に向かうと、まずは、熱効率が高くなる。すなわち、基準点から、体積比熱Ｃｖと熱伝導率λとを小さくすると、熱効率がまずは高くなる。これは、実施形態１の作用効果の説明にて述べた理屈に合った結果である。すなわち、遮熱膜５の体積比熱Ｃｖが低下することで、副燃焼室４０内の昇温に伴って短時間にて遮熱膜５を高温とすることができ、副室形成部４内の熱が逃げにくくなる。また、遮熱膜５の熱伝導率λが低下することで、副室形成部４内の熱が遮熱膜５を介して外部へ逃げにくくなる。その結果、副燃焼室４０内の冷却損失が抑制され、内燃機関の熱効率が向上する。

【0040】

しかし、コンターマップの更に左下に向かうと、すなわち体積比熱Ｃｖと熱伝導率λとがさらに小さくなると、熱効率が低下する。これは、本例の冒頭の考察のように、副燃焼室４０内の温度上昇に伴う気体の膨張によって、副燃焼室４０内への混合気の充填量が低下するためと考えられる。

【0041】

上述のように、コンターマップにおいて、ｚ＝０．０の等値線の内側の領域となる条件とすることにより、熱効率を向上させることができるといえる。そこで、まず、コンターマップに表れたｘ、ｙ、ｚの関係を近似的に表す関係式を、下記の式（１）のように導出した。

【0042】

【数1】

【0043】

上記式（１）の導出方法の概略につき、以下に説明する。
上述のように、熱効率の向上は、副燃焼室における冷却損失の低減と共に、副燃焼室への混合気充填率の低減が、関わっていると考えられる。副燃焼室への混合気充填率の低下は、副燃焼室の温度に対してほぼ線形にて影響があり、温度が低いほど充填率が増加して熱効率が向上する。一方で温度が高いほど冷却損失が低下するため、熱効率が向上する。この二つの現象のバランスで熱効率が決まるため、温度に対してある極大値がある。
そして、一般に、熱量Ｑは、Ｑ＝ｍＣｖｄＴ、及び、Ｑ＝λＳｄＴ／ｄｌにて表せる。ここで、ｍは質量、Ｓは伝熱面積、ｄｌは伝熱距離を示す。このことから、Ｑが一定の場合には、温度変化ｄＴは、体積比熱Ｃｖ、熱伝導率λに、概ね反比例すると考えられる。実際には温度が変化するとＱも変化するため単純な反比例とはならないが、縦軸ｙをＣｖの対数とし、横軸ｘをλの対数としたコンターマップにおいて、熱効率の向上代ｚの反比例減少を表す下記の〔要素１〕を、式（１）の右辺に設けた。
１－ｅｘｐ（－ｘ－ｙ） ・・・〔要素１〕

【0044】

また、コンターマップにおける熱効率の向上代ｚの山が、比較的対称な形状を有することから、２次元ローレンツ関数を用いて、これを下記の〔要素２－１〕のように表した。
ｗ／｛（ｘ－ｐ）²＋（ｙ－ｑ）²－ｗ²｝ ・・・〔要素２－１〕

【0045】

ここで、ｐは、熱効率がピークを取るときのλをＰとしたときに、ｐ＝ｌｏｇＰを満たす値である。ｑは、熱効率がピークを取るときのＣｖをＱとしたときに、ｐ＝ｌｏｇＱを満たす値である。ｗは、２次元ローレンツ関数の半値半幅である。これらの値は、コンターマップから概ね読み取ることが可能であり、それぞれ、ｐ＝０．３、ｑ＝２．８、ｗ＝１．９とすることができる。これを、上記の〔要素２－１〕に代入して、下記の〔要素２－２〕が得られる。
１．９／｛（ｘ－０．３）²＋（ｙ－２．８）²－１．９²｝ ・・・〔要素２－２〕

【0046】

上記の〔要素１〕と〔要素２－２〕との積に、変換係数Ａを掛け合わせることで、熱効率の向上代ｚを概ね表す関数として、式（１）を得た。変換係数は、熱効率の値に変換するための係数である。

【0047】

このようにして得られた式（１）の左辺、すなわちｚを０としたものが、図５のコンターマップにおけるｚ＝０．０の曲線を概ね表すものである。それゆえ、式（１）の右辺が０よりも大きいことを表す下記の不等式（２）が、コンターマップにおけるｚ＝０．０の曲線の内側の領域を近似的に表すこととなる。

【0048】

【数2】

【0049】

また、より好ましい範囲として、ｚ＞０．１となるｘ、ｙの関係は、下記の式（３）にて表される。それゆえ、ｘ、ｙは、下記の式（３）を満たすことがより好ましいといえる。

【0050】

【数3】

【0051】

さらに、ｚ＞０．２、或いはｚ＞０．３となることがより好ましい。それゆえ、下記の式（４）、（５）のいずれかを満たすことがさらに好ましく、この中でも、式（４）よりも式（５）を満たすことが、内燃機関の熱効率の観点からは望ましいということができる。なお、遮熱膜をジルコニアにて構成した場合には、式（５）を満たすものとすることができる。

【0052】

【数4】

【0053】

次に、下記の表１に示す具体的な体積比熱Ｃｖおよび熱伝導率λを有する遮熱膜を形成した場合の、内燃機関の熱効率を、図５のコンター図に基づいて得た。その結果を、図６のグラフに示す。

【0054】

【表1】

【0055】

表１に示した試料の中で、試料１が、遮熱膜を形成していないものに相当する。また、試料３が、遮熱膜をジルコニアにて形成したものに相当する。試料７は、遮熱膜をアルミナにて形成したものに相当する。

【0056】

表１及び図６から分かるように、試料１に対して、試料３は、熱効率を向上できている。また、試料２よりも遮熱膜の体積比熱が小さい試料３は、試料２に対しても、熱効率を向上できている。また、試料４のように、体積比熱が小さすぎても、熱効率が低くなってしまう。図５には、各試料のプロットを、符号Ｓ１～Ｓ７を添えて記す。符号Ｓ１～Ｓ７は、それぞれ、試料１～７を表す。

【0057】

なお、これらの中で、試料２、３、５、６、７は、上記の式（１）を満たすものである。
また、本例の結果から、遮熱膜は、体積比熱Ｃｖと熱伝導率λとが、不等式、１≦ｌｏｇＣｖ≦３、－１≦ｌｏｇλ≦１の双方を満たすことで、内燃機関の熱効率を向上させることができることも分かる。試料３、試料５、試料６は、この条件を満たすものである。

【0058】

（実験例２）
本例においては、図７に示すごとく、上述の実験例１の表１に示した試料の中で、試料１、３、５、６を利用して、副燃焼室内の温度と、副燃焼室内へのガス充填量との関係を、シミュレーションにて算出した。

【0059】

上述のように、副燃焼室内の温度が上昇すると、副燃焼室内への混合気の充填量が低下して、却って熱効率の向上を阻害するおそれが懸念される。本例は、この点を、シミュレーションにて確かめたものである。結果を図７に示す。副燃焼室内への混合気の導入は、主として吸気行程から圧縮行程にかけて行われるため、この間の副燃焼室の平均温度を横軸の指標とした。より具体的には、吸気行程直前の上死点（すなわち、クランク角３６０°）から、点火前のクランク角６８３°までの間の平均温度を、横軸の指標とした。縦軸の指標は、クランク角６８３°の時点における副燃焼室内における空気の充填量を重量にて示したものとした。各プロットに付した符号Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６は、それぞれ各試料１、３、５、６に相当する。

【0060】

同図から分かるように、副燃焼室内の温度が高いほど、副燃焼室内における空気の充填量が小さくなることが分かる。そして、遮熱膜を形成している試料２～７に着目すると、副燃焼室内の温度の上昇と、充填量の減少とは、概ね比例関係にあることが分かる。

【0061】

（実験例３）
本例においては、図８に示すごとく、上述の試料１、３、５、６のスパークプラグについて、内燃機関の運転時における、点火タイミング付近の副燃焼室の内壁面の温度の時間変化をシミュレーションにて算出した。
ここで、点火タイミングは、クランク角７０６°の時点である。

【0062】

図８のグラフから分かるように、体積比熱及び熱伝導率が、試料１の副燃焼室の内壁面（すなわち、ニッケル）よりも低い遮熱膜を形成した試料３は、点火直後における内壁面の温度上昇が大きく、また、上昇速度も高い。

【0063】

（実験例４）
本例においては、図９に示すごとく、上述の試料１、３、５、６のスパークプラグについて、内燃機関の運転時における、点火タイミング付近の副燃焼室内の冷却損失の時間変化をシミュレーションにて算出した。
ここで、点火タイミングは、クランク角７０６°の時点である。

【0064】

図９のグラフから分かるように、体積比熱及び熱伝導率が、試料１の副燃焼室の内壁面（すなわち、ニッケル）よりも低い遮熱膜を形成した試料３は、点火直後における副燃焼室内の冷却損失が小さい。

【0065】

上記実験例３の結果（図８参照）からは、試料５、６が、試料３よりも、副燃焼室の内壁面の温度が高くなるという観点では望ましいと考えられる。また、上記実験例４の結果からは、試料５、６が、試料３よりも、副燃焼室内の冷却損失が小さくなるという観点では望ましいと考えられる。しかしながら、実験例１の図６のグラフから分かるように、内燃機関の熱効率は、試料５、６よりも、試料３が優れている。これは、既に説明したように、副燃焼室の温度が高くなると、副燃焼室への混合気の充填量が低下することから、図７に示すように、混合気の充填量が、試料５、６が、試料３よりも、少なくなってしまうためと考えられる。

【0066】

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。

【符号の説明】

【0067】

１ 内燃機関用のスパークプラグ
２ 中心電極
３ 接地電極
４ 副室形成部
４０ 副燃焼室
４１ 噴孔
５ 遮熱膜
Ｇ 放電ギャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】