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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-29
(45)【発行日】2023-12-07
(54)【発明の名称】点火プラグ
(51)【国際特許分類】
H01T 13/54 20060101AFI20231130BHJP
H01T 13/20 20060101ALI20231130BHJP
【ＦＩ】
H01T13/54
H01T13/20 B
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019205760
(22)【出願日】2019-11-13
(65)【公開番号】P2021077604
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-09-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110000648
【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】木下 翔太
(72)【発明者】
【氏名】藤田 恭輔
(72)【発明者】
【氏名】青木 文明
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 明光
【審査官】片岡 弘之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０５６２５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１４４８７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第６０１５６７８（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｔ １３／５４
Ｈ０１Ｔ １３／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記連通空間形成部の内周面には、上記副室側から上記主燃焼室側に向かって延びる凹状又は凸状のガイド部（６４）が形成されている、点火プラグ。
【請求項2】
上記ガイド部は、上記副室内側開口部から上記主室側開口部に亘って連続している、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項3】
上記連通空間形成部は、上記副室内側開口部から上記主室側開口部に近づくにつれて拡径している、請求項１又は２に記載の点火プラグ。
【請求項4】
筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記連通空間形成部は、上記副室内側開口部から上記主室側開口部に近づくにつれて拡径している、点火プラグ。
【請求項5】
プラグ軸方向において、上記副室形成部のプラグ軸方向先端から上記接地電極のプラグ軸方向基端までの距離は、上記副室形成部のプラグ軸方向先端から上記絶縁碍子のプラグ軸方向先端までの距離の０．２５～０．７５倍の範囲内である、請求項１～４のいずれか一項に記載の点火プラグ。
【請求項6】
プラグ軸方向先端側から見たとき、上記中心電極の先端部の全体が上記副室内側開口部の内側に位置している、請求項１～５のいずれか一項に記載の点火プラグ。
【請求項7】
上記中心電極の先端部は、上記副室内側開口部を通じて上記連通空間内に位置している、請求項１～６のいずれか一項に記載の点火プラグ。
【請求項8】
筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記副室内側開口部の内径（Ｄ１）は、上記主室側開口部の内径（Ｄ２）よりも小さくなっており、
上記連通空間形成部は、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを繋ぐとともに、プラグ軸方向に対して傾斜した側壁部（６３ａ）を有しており、
上記中心電極の上記先端部における上記主燃焼室側の先端位置は、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向基端側に位置しており、
上記副室形成部のプラグ軸方向先端側の端部は、プラグ軸方向基端側に向かうにつれて拡径する拡径領域を有しており、
上記噴孔は上記拡径領域を貫通するように設けられているとともに、上記噴孔の貫通方向はプラグ軸方向に対して傾斜しており、
プラグ軸方向に対する上記噴孔の貫通方向の傾斜角度は、プラグ軸方向に対する上記側壁部の傾斜角度よりも大きい、点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、点火プラグに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、点火プラグとして、主燃焼室と連通する噴孔を有する副室を備え、噴孔を介して副室内に混合気を流入させて、副室内で生じた火炎を噴孔から主燃焼室内に噴出させるものがある。例えば、特許文献１には、副室に外表面から内方に向けて突出した突起を設けることにより、副室内の火炎核を副室の内周面から離して噴孔からの火炎噴出を促す構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６０１５６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に開示の構成では、エンジンの運転条件が低負荷の場合には、部分負荷や高負荷である場合に比べて、副室内の発生熱量が少なくなる。そのため、低負荷時には、副室内では副室を形成する壁などへの熱損失の占める割合が大きくなって火炎の成長が阻害される。その結果、十分な火炎噴出が得られない場合があり、主燃焼室における混合気の燃焼が安定しない。
【0005】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、主燃焼室における燃焼の安定性の向上が図られる点火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、筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、
上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記連通空間形成部の内周面には、上記副室側から上記主燃焼室側に向かって延びる凹状又は凸状のガイド部（６４）が形成されている、点火プラグにある。
また、本発明の他の態様は、筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、
上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記連通空間形成部は、上記副室内側開口部から上記主室側開口部に近づくにつれて拡径している、点火プラグにある。
また、本発明のさらに他の態様は、筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、
上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記副室内側開口部の内径（Ｄ１）は、上記主室側開口部の内径（Ｄ２）よりも小さくなっており、
上記連通空間形成部は、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを繋ぐとともに、プラグ軸方向に対して傾斜した側壁部（６３ａ）を有しており、
上記中心電極の上記先端部における上記主燃焼室側の先端位置は、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向基端側に位置しており、
上記副室形成部のプラグ軸方向先端側の端部は、プラグ軸方向基端側に向かうにつれて拡径する拡径領域を有しており、
上記噴孔は上記拡径領域を貫通するように設けられているとともに、上記噴孔の貫通方向はプラグ軸方向に対して傾斜しており、
プラグ軸方向に対する上記噴孔の貫通方向の傾斜角度は、プラグ軸方向に対する上記側壁部の傾斜角度よりも大きい、点火プラグにある。
上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記連通空間形成部の内周面には、上記副室側から上記主燃焼室側に向かって延びる凹状又は凸状のガイド部（６４）が形成されている、点火プラグにある。
また、本発明の他の態様は、筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、
上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記連通空間形成部は、上記副室内側開口部から上記主室側開口部に近づくにつれて拡径している、点火プラグにある。
また、本発明のさらに他の態様は、筒状のハウジングと、該ハウジングのプラグ軸方向先端側に副室（２）を形成する副室形成部（３０）と、上記ハウジングに内包された絶縁碍子（５０）と、該絶縁碍子の内側に配設されるとともに、上記副室内に先端部（１１）が位置する中心電極（１０）と、該中心電極との間に放電経路を形成する接地電極（７０）とを備える点火プラグ（１）であって、
上記副室形成部から上記副室内に突出するとともに、上記副室内側に開口した副室内側開口部（６１）と、主燃焼室に開口した主室側開口部（６２）と、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを介して上記副室と上記主燃焼室とに連通する連通空間（６３）とを有する連通空間形成部（６０）と、
上記副室形成部において、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に配置されて、上記副室と上記主燃焼室とを連通して上記主燃焼室内に火炎を噴出するように構成された噴孔（３５）と、を備え、
上記接地電極は、上記副室内側開口部又は上記副室内側開口部から突出する突出部（６５）からなり、
上記副室内側開口部の内径（Ｄ１）は、上記主室側開口部の内径（Ｄ２）よりも小さくなっており、
上記連通空間形成部は、上記副室内側開口部と上記主室側開口部とを繋ぐとともに、プラグ軸方向に対して傾斜した側壁部（６３ａ）を有しており、
上記中心電極の上記先端部における上記主燃焼室側の先端位置は、上記副室内側開口部よりもプラグ軸方向基端側に位置しており、
上記副室形成部のプラグ軸方向先端側の端部は、プラグ軸方向基端側に向かうにつれて拡径する拡径領域を有しており、
上記噴孔は上記拡径領域を貫通するように設けられているとともに、上記噴孔の貫通方向はプラグ軸方向に対して傾斜しており、
プラグ軸方向に対する上記噴孔の貫通方向の傾斜角度は、プラグ軸方向に対する上記側壁部の傾斜角度よりも大きい、点火プラグにある。
【発明の効果】
【0007】
上記点火プラグでは、副室内に突出した連通空間形成部において副室内側開口部と主室側開口部とが連通空間によって連通しており、中心電極との間に放電経路を形成する接地電極は、副室内側開口部又は副室内側開口部から突出する突出部からなる。そして、放電経路に形成された放電で点火された初期火炎の一部は、副室内での火炎成長を経ずに連通空間及び主室側開口部を通じて直接主燃焼室に伝播される。それゆえ、副室内での熱損失の影響が低減されることとなり、低負荷時において噴孔から十分な火炎噴出が得られなくとも、主燃焼室内の混合気に直接着火することができ、主燃焼室における燃焼の安定性を向上できる。
【0008】
さらに、放電経路は、副室内に突出した連通空間形成部における副室内側開口部又は副室内側開口部から突出する突出部からなる接地電極と中心電極との間に形成される。従って、放電経路は副室の内方に位置しており、副室内側開口部よりもプラグ軸方向先端側に位置する噴孔から離れた位置に位置している。そのため、部分負荷－高負荷時には、副室の内方の放電経路で発生した初期火炎が、副室内に十分存在する混合気によって十分に成長した段階で噴孔に到達させることができる。そのため、部分負荷－高負荷時には十分な火炎噴出を得ることができ、着火性の向上を図ることができる。よって、低負荷時の燃焼安定性と、部分負荷－高負荷時の着火性向上との両立を図ることができる。
【0009】
さらに、エンジンにおいて、ピストンの上死点前に点火時期を到来させるＢＴＤＣ（Before Top Dead Center）点火を行う運転条件では、放電形成時にピストンの上昇に伴って生じる気流により、主燃焼室の混合気が主室側開口部から連通空間及び副室内側開口部を通じて副室内に流入することとなる。そして、中心電極と接地電極との間の放電経路に生じた放電が当該気流によって副室内に伸長することにより、副室内の混合気に与えるエネルギ量が高まる。その結果、副室内での燃焼が促進される。
【0010】
一方、ピストンの上死点後に点火時期を到来させるＡＴＤＣ（After Top Dead Center）点火を行う運転条件では、放電形成時にピストンの下降に伴って生じる気流により、副室内のガスが副室内側開口部、連通空間及び主室側開口部を通じて副室内から主燃焼室側への流出することとなる。そして、中心電極と接地電極との間の放電経路に生じた放電及びかかる放電により生じた初期火炎が当該気流によって主燃焼室側に伸長することにより着火性を向上できる。特にＡＴＤＣ点火が行われる冷間始動時では、副室内に位置する中心電極や絶縁碍子の表面温度が低い状態となっているため、これらから離れる方向に放電や火炎を伸長させることにより熱損失を抑制して燃焼の安定性を向上することができる。
【0011】
以上のごとく、上記態様によれば、燃焼の安定性が図られる点火プラグを提供することができる。
【0012】
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】
【0013】
【図1】実施形態１における、点火プラグの側面図。
【図3】実施形態１における、点火プラグの底面図。
【図5】実施形態１における、連通空間形成部の組付態様を説明する概念図。
【図6】（ａ）及び（ｂ）実施形態１における点火プラグの使用態様を表す概念図。
【図7】（ａ）及び（ｂ）実施形態１における点火プラグの使用態様を表す他の概念図。
【図9】変形形態１における、点火プラグの底面図。
【図15】（ａ）評価試験２における試験例４の試験結果を示す図、（ｂ）評価試験２における比較例の試験結果を示す図。
【図16】評価試験２における、試験結果を示す図、
【図18】（ａ）及び（ｂ）実施形態２における点火プラグの使用態様を表す概念図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
（実施形態１）
点火プラグの実施形態について、図１～図４を用いて説明する。
本実施形態の点火プラグ１は、図１、図２に示すように、ハウジング４０、副室形成部３０、絶縁碍子５０及びする中心電極１０を備える。
ハウジング４０は筒状をなしている。
副室形成部３０は、ハウジング４０のプラグ軸方向先端側Ｙ１に副室２を形成する。
絶縁碍子５０は、ハウジング４０に内包されている。
中心電極１０は、副室２内に先端部１１が位置するように構成されている。
接地電極７０は、中心電極１０との間に放電経路Ｇを形成する。
点火プラグの実施形態について、図１～図４を用いて説明する。
本実施形態の点火プラグ１は、図１、図２に示すように、ハウジング４０、副室形成部３０、絶縁碍子５０及びする中心電極１０を備える。
ハウジング４０は筒状をなしている。
副室形成部３０は、ハウジング４０のプラグ軸方向先端側Ｙ１に副室２を形成する。
絶縁碍子５０は、ハウジング４０に内包されている。
中心電極１０は、副室２内に先端部１１が位置するように構成されている。
接地電極７０は、中心電極１０との間に放電経路Ｇを形成する。
【0015】
そして、点火プラグ１は、図２に示すように、連通空間形成部６０と噴孔３５とを更に備える。
連通空間形成部６０は、副室形成部３０から副室２内に突出している。連通空間形成部６０は、副室２内側に開口した副室内側開口部６１と、主燃焼室３に開口した主室側開口部６２と、副室内側開口部６１と主室側開口部６２とを介して副室２と主燃焼室３とに連通する連通空間６３とを有する。
噴孔３５は、副室形成部３０において、副室内側開口部６１よりもプラグ軸方向先端側Ｙ１に配置されて、副室２と主燃焼室３とを連通して主燃焼室３内に火炎を噴出するように構成されている。
そして、接地電極７０は、副室内側開口部６１又は副室内側開口部６１から突出する突出部６５（図１１参照）からなる。
連通空間形成部６０は、副室形成部３０から副室２内に突出している。連通空間形成部６０は、副室２内側に開口した副室内側開口部６１と、主燃焼室３に開口した主室側開口部６２と、副室内側開口部６１と主室側開口部６２とを介して副室２と主燃焼室３とに連通する連通空間６３とを有する。
噴孔３５は、副室形成部３０において、副室内側開口部６１よりもプラグ軸方向先端側Ｙ１に配置されて、副室２と主燃焼室３とを連通して主燃焼室３内に火炎を噴出するように構成されている。
そして、接地電極７０は、副室内側開口部６１又は副室内側開口部６１から突出する突出部６５（図１１参照）からなる。
【0016】
以下、本実施形態の点火プラグ１について、詳述する。
図１に示すように、本実施形態の点火プラグ１は、先端が内燃機関の主燃焼室３に露出するように内燃機関のシリンダヘッド１０１に取り付けられる。図２に示すように、点火プラグ１は、プラグ軸方向Ｙを長手方向とする筒状のハウジング４０を有する。ハウジング４０内にハウジング４０と同軸上に筒状の絶縁碍子５０が配置されている。ハウジング４０のプラグ軸方向先端側Ｙ１には副室２を形成する副室形成部３０が設けられている。なお、本実施形態では、ハウジング４０と副室形成部３０とは一体としたが、これに替えて、両者を別体で形成して互いに溶接して接合してもよい。また、副室形成部３０をシリンダヘッド１０１と一体で形成してもよい。
図１に示すように、本実施形態の点火プラグ１は、先端が内燃機関の主燃焼室３に露出するように内燃機関のシリンダヘッド１０１に取り付けられる。図２に示すように、点火プラグ１は、プラグ軸方向Ｙを長手方向とする筒状のハウジング４０を有する。ハウジング４０内にハウジング４０と同軸上に筒状の絶縁碍子５０が配置されている。ハウジング４０のプラグ軸方向先端側Ｙ１には副室２を形成する副室形成部３０が設けられている。なお、本実施形態では、ハウジング４０と副室形成部３０とは一体としたが、これに替えて、両者を別体で形成して互いに溶接して接合してもよい。また、副室形成部３０をシリンダヘッド１０１と一体で形成してもよい。
【0017】
図２に示すように、絶縁碍子５０の内側には絶縁碍子５０と同軸上に中心電極１０が配置されている。中心電極１０のプラグ軸方向先端側Ｙ１には棒状の先端部１１が溶接されて取り付けられている。先端部１１は副室２内に露出している。
【0018】
図２に示すように、副室形成部３０には、連通空間形成部６０が設けられている。連通空間形成部６０は、プラグ軸方向Ｙに帯びる筒状をなしており、プラグ軸方向基端側Ｙ２に副室内側開口部６１と備え、プラグ軸方向先端側Ｙ１に主室側開口部６２を備える。連通空間形成部６０に形成された連通空間６３によって副室２と主燃焼室３とが連通している。本実施形態では、図４に示すように、連通空間形成部６０は副室内側開口部６１から主室側開口部６２に近づくにつれて拡径しており、連通空間６３の側壁部６３ａは部分円錐の側面形状であるコーン型をなしている。
【0019】
図２に示すように、副室内側開口部６１と中心電極１０の先端部１１とは互いに対向している。図３に示すように、副室内側開口部６１は円形に開口しており、図２に示すように、副室内側開口部６１の内径Ｄ１は先端部１１の外径Ｄ０よりも大きくなっており、プラグ軸方向Ｙから見て、中心電極１０の先端部１１の全体が副室内側開口部６１の内側に位置している。そして、中心電極１０への電圧印加により副室内側開口部６１と中心電極１０の先端部１１との間に放電が発生する放電経路Ｇが形成されている。従って、本実施形態では、接地電極７０は副室内側開口部６１からなる。
【0020】
図２に示すように、主室側開口部６２は、点火プラグ１においてプラグ軸方向先端側Ｙ１の最も先端側に位置している。図３に示すように、主室側開口部６２は円形に開口しており、図２に示すように、主室側開口部６２の内径Ｄ２は副室内側開口部６１の内径Ｄ１よりも大きくなっている。
【0021】
図２に示すように、プラグ軸方向Ｙにおいて、副室形成部３０のプラグ軸方向先端から接地電極７０である副室内側開口部６１までの距離Ｈ１は、副室形成部３０のプラグ軸方向先端から絶縁碍子５０のプラグ軸方向先端までの距離Ｈ０の０．２５～０．７５倍の範囲内とすることができ、好ましくは０．３～０．６倍の範囲内とすることができる。本実施形態では、距離Ｈ１は、距離Ｈ０の０．５倍としている。
【0022】
本実施形態１では、図５に示すように、連通空間形成部６０は副室形成部３０と別部品として形成されて、副室形成部３０のプラグ軸方向先端側Ｙ１の開口部３７に嵌入されて互いに溶接されて組付けられている。なお、これに替えて、連通空間形成部６０と副室形成部３０とを一体形成してもよい。
【0023】
次に、点火プラグ１の使用態様を詳述する。
図６（ａ）に示すように、ＢＴＤＣ点火を行う運転条件では、放電形成時にピストンの上昇に伴って生じる気流Ｆ１により、主燃焼室３の混合気が主室側開口部６２から連通空間６３及び副室内側開口部６１を通じて副室２内に流入することとなる。そして、放電経路Ｇに生じた放電が気流Ｆ１によって副室２内に伸長することにより、副室２内の混合気に与えるエネルギ量が高まる。その結果、副室２内での燃焼が促進されて、初期火炎Ｐ０が生じる。その後、副室２内での火炎成長により火炎が噴孔３５に到達すると、図６（ｂ）に示すように、噴孔３５から火炎Ｐ１が主燃焼室３内に噴出する。これにより、主燃焼室３の混合気に着火される。
図６（ａ）に示すように、ＢＴＤＣ点火を行う運転条件では、放電形成時にピストンの上昇に伴って生じる気流Ｆ１により、主燃焼室３の混合気が主室側開口部６２から連通空間６３及び副室内側開口部６１を通じて副室２内に流入することとなる。そして、放電経路Ｇに生じた放電が気流Ｆ１によって副室２内に伸長することにより、副室２内の混合気に与えるエネルギ量が高まる。その結果、副室２内での燃焼が促進されて、初期火炎Ｐ０が生じる。その後、副室２内での火炎成長により火炎が噴孔３５に到達すると、図６（ｂ）に示すように、噴孔３５から火炎Ｐ１が主燃焼室３内に噴出する。これにより、主燃焼室３の混合気に着火される。
【0024】
一方、図７（ａ）に示すように、ＡＴＤＣ点火を行う運転条件では、放電形成時にピストンの下降に伴って生じる気流Ｆ２により、副室２内のガスが副室内側開口部６１、連通空間６３及び主室側開口部６２を通じて副室２内から主燃焼室３側へ流出することとなる。そして、放電経路Ｇに生じた放電が当該気流Ｆ２によって主燃焼室側に伸長することにより、連通空間６３において直接主燃焼室３の混合気に着火して火炎Ｐ２が発生する。放電及び火炎は気流Ｆ２によって主燃焼室側にさらに伸長して、火炎が主燃焼室３の混合気に伝播されて着火性が向上する。
【0025】
（評価試験１）
次に本実施形態の点火プラグ１における評価試験１を行った。
評価試験１では、比較例、試験例１～３の点火プラグを用いて、点火後１５ｍｓ経過時の主燃焼室３の圧力をシミュレーションにより算出した。試験条件は、燃料種はプロパン(空燃比：ストイキ)、初期圧力０．５ＭＰａ、点火エネルギ５０ｍＪとした。
次に本実施形態の点火プラグ１における評価試験１を行った。
評価試験１では、比較例、試験例１～３の点火プラグを用いて、点火後１５ｍｓ経過時の主燃焼室３の圧力をシミュレーションにより算出した。試験条件は、燃料種はプロパン(空燃比：ストイキ)、初期圧力０．５ＭＰａ、点火エネルギ５０ｍＪとした。
【0026】
本評価試験１では、比較例として図８（ａ）に示す点火プラグ９を用意した。図８（ａ）に示すように比較例の点火プラグ９は、連通空間６３を有さず、副室形成部９３のプラグ軸方向先端側Ｙ１の端部に先端噴孔９４を有する。中心電極１０の先端部１１は先端噴孔９４まで延設されており、先端噴孔９４の壁面と先端部１１との間に放電経路Ｇが形成されるように構成されており、先端噴孔９４の壁面が接地電極９７となっている。そして、比較例の点火プラグ９では、プラグ軸方向Ｙにおいて、絶縁碍子９５のプラグ軸方向先端から副室形成部９３のプラグ軸方向先端までの距離Ｈ０は、本実施形態１の場合と同等となっている。一方、副室形成部９３のプラグ軸方向先端から放電が形成される先端噴孔９４までの距離Ｈ０は実質的に０である。よってＨ１／Ｈ０で表される放電位置比は０である。
【0027】
試験例１～３の点火プラグ１として、本実施形態１において図２に示す、副室形成部３０のプラグ軸方向先端から副室内側開口部６１までの距離Ｈ１を変更したものを用意した。試験例１の点火プラグ１は放電位置比Ｈ１／Ｈ０が０．３７５となるようにＨ１が設定されており、試験例２の点火プラグ１は放電位置比Ｈ１／Ｈ０が０．６２５となるようにＨ１が設定されており、試験例３の点火プラグ１は放電位置比Ｈ１／Ｈ０が１．０となるようにＨ１が設定されている。
【0028】
図８（ｂ）に示すように、試験例１、試験例２における点火後１５ｍｓ経過時の主燃焼室圧力は、において、比較例に対して上回っていた。そして、本評価試験１から、範囲として、放電位置比Ｈ１／Ｈ０が符号Ｋで示す０．２５～０．７５の範囲内であるときに比較例に対して主燃焼室圧力の上昇率が５％以上となり、比較例に対して燃焼改善効果が奏されることが示された。
【0029】
なお、試験例３では、点火後１５ｍｓ経過時の主燃焼室圧力は比較例よりも低い値となっていた。しかしながら、試験例３の点火プラグ１では、放電位置比Ｈ１／Ｈ０が１．０であるため、副室２内において放電経路Ｇから噴孔３５までの距離が十分長く確保されている。そのため、部分負荷－高負荷時には、放電経路Ｇで生じた放電による初期火炎は噴孔３５に到達するまでに十分に成長することができ、噴孔３５からの火炎噴出を強化することができる。その結果、部分負荷－高負荷時の着火性の向上が図られる。
【0030】
次に、本実施形態の点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の点火プラグ１では、副室２内に突出した連通空間形成部６０において副室内側開口部６１と主室側開口部６２とが連通空間６３によって連通しており、放電経路Ｇは中心電極１０と副室内側開口部６１との間に形成される。そして、放電経路Ｇに形成された放電で点火された初期火炎は、副室２内での火炎成長を経ずに連通空間６３及び主室側開口部６２を通じて主燃焼室３に直接伝播される。それゆえ、副室２内での熱損失の影響が低減されることとなり、低負荷時において噴孔３５から十分な火炎噴出が得られなくとも、主燃焼室３内の混合気に直接着火することができ、主燃焼室３における燃焼の安定性を向上できる。
本実施形態の点火プラグ１では、副室２内に突出した連通空間形成部６０において副室内側開口部６１と主室側開口部６２とが連通空間６３によって連通しており、放電経路Ｇは中心電極１０と副室内側開口部６１との間に形成される。そして、放電経路Ｇに形成された放電で点火された初期火炎は、副室２内での火炎成長を経ずに連通空間６３及び主室側開口部６２を通じて主燃焼室３に直接伝播される。それゆえ、副室２内での熱損失の影響が低減されることとなり、低負荷時において噴孔３５から十分な火炎噴出が得られなくとも、主燃焼室３内の混合気に直接着火することができ、主燃焼室３における燃焼の安定性を向上できる。
【0031】
さらに、放電経路Ｇは、副室２内に突出した連通空間形成部６０における副室内側開口部６１からなる接地電極７０と中心電極１０との間に形成される。従って、放電経路Ｇは、副室２の内方に位置しており、副室内側開口部６１よりもプラグ軸方向先端側Ｙ１に位置する噴孔３５から離れた位置に位置している。そのため、部分負荷－高負荷時には、副室２の内方の放電経路Ｇで発生した初期火炎Ｐ０が、副室２内に十分存在する混合気によって十分に成長した段階で噴孔３５に到達させることができる。そのため、部分負荷－高負荷時には十分な火炎噴出を得ることができ、着火性の向上を図ることができる。よって、低負荷時の燃焼安定性と、部分負荷－高負荷時の着火性向上との両立を図ることができる。
【0032】
さらに、エンジンにおいて、ＢＴＤＣ点火を行う運転条件では、上述の如く、放電経路Ｇに生じた放電が副室２内に伸長することにより、副室２内の混合気に与えるエネルギ量が高まり、副室２内での燃焼が促進される。一方、ＡＴＤＣ点火を行う運転条件では、上述の如く、放電経路Ｇに生じた放電及びかかる放電により生じた初期火炎が主燃焼室３側に伸長することにより着火性を向上できる。特にＡＴＤＣ点火が行われる冷間始動時では、副室２内に位置する中心電極１０や絶縁碍子５０の表面温度が低い状態となっているため、これらから離れる方向に放電や火炎を伸長させることにより熱損失を抑制して燃焼の安定性を向上することができる。
【0033】
本実施形態では、プラグ軸方向Ｙにおいて、副室形成部３０のプラグ軸方向先端から接地電極７０である副室内側開口部６１までの距離Ｈ１は、副室形成部３０のプラグ軸方向先端から絶縁碍子５０のプラグ軸方向先端までの距離Ｈ０の０．２５～０．７５倍の範囲内である。これにより、放電経路Ｇは副室２の中央領域に位置しているため、部分負荷－高負荷時には火炎が噴孔３５に到達するまでに火炎を十分に成長させることができるため、十分な火炎噴出を得ることができ、着火性の向上を図ることができる。また、放電経路Ｇは副室２の中央領域であって主燃焼室３から遠すぎない位置であるため、低負荷時に火炎Ｐ２により主燃焼室３の混合気も直接着火する場合にも十分な着火性を維持できる。これらにより、低負荷時の燃焼安定性と、部分負荷－高負荷時の着火性向上との両立を一層図ることができる。
【0034】
また、本実施形態では、プラグ軸方向先端側Ｙ１から見たとき、中心電極１０の先端部１１の全体が副室内側開口部６１の内側に位置している。これにより、放電経路Ｇに生じる放電は、副室２内への伸長と主燃焼室３内への伸長とのいずれもしやすくなっている。そのため、低負荷時の燃焼安定性と、部分負荷－高負荷時の着火性向上との両立を一層図ることができる。また、中心電極１０の先端部１１のエッジと副室内側開口部６１のエッジとが対向することとなるため、両者に電界が集中しやすくなり要求電圧の低減を図ることができる。
【0035】
また、本実施形態では、プラグ軸方向先端側Ｙ１から見たとき、中心電極１０の先端部１１の全体が副室内側開口部６１の内側に位置していることとしたが、これに限らず、図９に示す変形形態１のように、中心電極１０の先端部１１の一部が副室内側開口部６１の内側に位置していることとしてもよい。この場合でも、これにより、放電経路Ｇに生じる放電は、副室２内への伸長と主燃焼室３内への伸長とのいずれもしやすくなっているとともに、中心電極１０の先端部１１のエッジの一部と副室内側開口部６１のエッジの一部とが対向することとなるため、要求電圧の低減をある程度図ることができる。
【0036】
また、本実施形態では、連通空間形成部６０は、副室内側開口部６１から主室側開口部６２に近づくにつれて拡径している。これにより、連通空間６３に混合気が流入しやすくなるとともに、連通空間６３の掃気性を向上できるため、着火性の向上が図られる。
【0037】
また、本実施形態では、連通空間形成部６０において連通空間６３の側壁部６３ａはコーン型をなしている。これにより、主室側開口部６２を広く開口させやすくなり、低負荷時の火炎伝播が阻害されにくいとともに、放電経路Ｇに生じる放電を主室側開口部６２側に伸長させやすくなり、低負荷時の着火性を向上することができる。
【0038】
なお、連通空間６３の側壁部６３ａをコーン型に替えて、図１０に示す変形形態２のように、側壁部６３ａをプラグ軸方向基端側Ｙ２からプラグ軸方向Ｙ中央領域まで略円筒状に形成するとともに、プラグ軸方向先端側Ｙ１を大きく開口させた、いわゆる、ラッパ型としてもよい。この場合には、放電経路Ｇから噴孔３５に繋がる領域が比較的幅広に形成されるため、部分負荷－高負荷時において副室２内で火炎成長させる際の熱損失を低減して火炎噴出を強化することにより、部分負荷－高負荷時の着火性を向上することができる。
【0039】
なお、本実施形態１では、接地電極７０が副室内側開口部６１からなることとしたが、これに替えて、図１１に示す変形形態３のように、副室内側開口部６１から突出する突出部６５からなることとしてもよい。当該変形形態３では、突出部６５は、副室内側開口部６１の全体からプラグ軸方向基端側Ｙ２に突出してリング状に形成されている。また、図１２に示す変形形態４のように、突出部６５は副室内側開口部６１の一部からプラグ軸方向基端側Ｙ２に突出して棒状に形成されていてもよい。そして、変形形態３、４において、突出部６５は、副室内側開口部６１の形成材料よりも耐熱性、強度に優れた材料からなるものとすることができ、例えば、貴金属製とすることができる。これにより、放電による接地電極７０の消耗を抑制することができる。なお、接地電極７０は、突出部６５に替えて又は突出部６５とともに他の部材を接地電極７０の一部として取り付けて構成してもよい。
【0040】
また、図１３に示す変形形態５のように、中心電極１０が先端部１１のプラグ軸方向先端側Ｙ１の端面にチップ１２を備えていてもよい。チップ１２は中心電極１０の先端部１１よりも耐熱性、強度に優れた材料からなるものとすることができ、例えば、貴金属製とすることができる。これにより、放電による先端部１１の消耗を抑制することができる。さらに、図１４に示す変形形態６のように、中心電極１０が先端部１１のプラグ軸方向先端側Ｙ１の端面に上述したチップ１２を備えているとともに、接地電極７０が上述したリング状の突出部６５により形成されていてもよい。当該変形形態６によれば、中心電極１０の先端部１１と接地電極７０の両方の消耗を抑制することができる。また、当該変形形態３～６においても実施形態１と同様の作用効果を奏する。なお、中心電極１０は、チップ１２に替えて又はチップ１２とともに他の部材を中心電極１０の一部として取り付けて構成してもよい。
【0041】
（評価試験２）
次に火炎噴出のシミュレーションに基づく評価試験２を行った。
当該評価試験では、試験例４として変形形態２の点火プラグ１を用いた。また、比較例として、図８（ａ）に示す点火プラグ９を用いた。試験条件は、燃料種はプロパン(空燃比：ストイキ)、初期圧力０．５ＭＰａ、点火エネルギ５０ｍＪとし、放電開始後の０．５ｍｓ経過時、２．０ｍｓ経過時及び３．５ｍｓ経過時の火炎噴出の状態を評価した。また、主燃焼室３内の圧力変化を経時的に算出した。
次に火炎噴出のシミュレーションに基づく評価試験２を行った。
当該評価試験では、試験例４として変形形態２の点火プラグ１を用いた。また、比較例として、図８（ａ）に示す点火プラグ９を用いた。試験条件は、燃料種はプロパン(空燃比：ストイキ)、初期圧力０．５ＭＰａ、点火エネルギ５０ｍＪとし、放電開始後の０．５ｍｓ経過時、２．０ｍｓ経過時及び３．５ｍｓ経過時の火炎噴出の状態を評価した。また、主燃焼室３内の圧力変化を経時的に算出した。
【0042】
図１５（ａ）に示す試験例４では、図１５（ｂ）に示す比較例に比べて、噴出される火炎が強化されていた。また、図１６に示すように、試験例４では、比較例よりも早期に主燃焼室３内の圧力が上昇しており、着火性が向上されたことが示された。
【0043】
以上のごとく、本実施形態によれば、燃焼の安定性が図られる点火プラグを提供することができる。
【0044】
（実施形態２）
本実施形態２の点火プラグ１では、図１７に示すように、連通空間形成部６０の内周面には、ガイド部６４が形成されている。ガイド部６４は、副室２側から主燃焼室３側に向かって延びる凹状の溝として形成されている。本実施形態２では、ガイド部６４は、副室内側開口部６１から主室側開口部６２に亘って直線状に形成されている。本実施形態２におけるその他の構成は、実施形態１と同様であって、本実施形態２においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
本実施形態２の点火プラグ１では、図１７に示すように、連通空間形成部６０の内周面には、ガイド部６４が形成されている。ガイド部６４は、副室２側から主燃焼室３側に向かって延びる凹状の溝として形成されている。本実施形態２では、ガイド部６４は、副室内側開口部６１から主室側開口部６２に亘って直線状に形成されている。本実施形態２におけるその他の構成は、実施形態１と同様であって、本実施形態２においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
【0045】
本実施形態２の点火プラグ１においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。さらに、本実施形態２の点火プラグ１によれば、図１８（ａ）に示すように、ＡＴＤＣ点火を行う運転条件において、放電経路Ｇに放電が形成されると、図１８（ｂ）に示すように、副室２から主燃焼室３に向かう気流Ｆ２により放電の一端がガイド部６４に沿って主燃焼室３に移動することとなる。すなわち、凹状のガイド部６４において副室内側開口部６１から主室側開口部６２に亘って延びるエッジが放電移動のガイドとなる。これにより、放電を主燃焼室３側に一層伸長させることができるため、着火性の向上を一層図ることができる。
【0046】
本実施形態２では、凹状のガイド部６４としたが、これに替えて、図１９（ａ）に示す変形形態７や図１９（ｂ）に示す変形形態８のように、凸状のガイド部６４としてもよい。図１９（ａ）に示す変形形態７ではガイド部６４の断面形状を四角形状としている。また、図１９（ｂ）に示す変形形態８ではガイド部６４の断面形状を三角形状としている。変形形態７、８においても本実施形態２と同等の作用効果を奏する。
【0047】
また、本実施形態２では、中心電極１０の先端部１１を副室内側開口部６１まで延設したが、これに替えて、図２０、図２１に示す変形形態９では、中心電極１０の先端部１１は、副室内側開口部６１を通じて連通空間６３内に位置している。そして、プラグ軸方向Ｙにおいて先端部１１の端面は主室側開口部６２と同じ位置に位置している。
【0048】
変形形態９の点火プラグ１によれば、図２１に示すように、副室２から主燃焼室３に向かう気流Ｆ２により、放電経路Ｇに形成された放電の一端がガイド部６４に沿ってプラグ軸方向先端側Ｙ１に移動するとともに、放電の他端が中心電極１０の先端部１１に沿ってプラグ軸方向先端側Ｙ１に移動する。これにより、放電全体をプラグ軸方向先端側Ｙ１に移動させることができ、放電を主燃焼室３内に引き延ばして主燃焼室３内の混合気に直接着火しやすくなる。
【0049】
なお、本実施形態１、２では、中心電極１０のプラグ軸方向先端側Ｙ１に棒状の先端部１１を溶接して取り付けたが、これに替えて、図２２（ａ）に示す変形形態１０のように、中心電極１０を副室内側開口部６１まで延設してそのプラグ軸方向先端側Ｙ１を先端部１１としてもよい。
【0050】
また、図２２（ｂ）に示す変形形態１１のように、中心電極１０のプラグ軸方向先端側Ｙ１に溶接又は嵌合させて取り付けた棒状の先端部１１に、脱落防止部材１３を取り付けてもよい。脱落防止部材１３は、副室内側開口部６１の開口径よりも径方向に大きい形状を有しており、棒状の先端部１１のプラグ軸方向中央に取り付けられている。これにより、仮に先端部１１が中心電極１０から脱離しても脱落防止部材１３が副室内側開口部６１に引っかかって先端部１１が主燃焼室３内に脱落することを防止することができる。なお、変形形態１１の脱落防止部材１３に替えて、先端部１１のプラグ軸方向中央にプラグ径方向に突出するように屈曲させてなる突出部を設けて、先端部１１の脱離時には当該突出部が副室内側開口部６１に引っかかって先端部１１が主燃焼室３内に脱落することを防止するようにしてもよい。
【0051】
なお、本実施形態１、２及び各変形形態の点火プラグ１は、副室２内に燃料を投入する構成を有していてもよい。
【0052】
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】
【0053】
１…点火プラグ、２…副室、３…主燃焼室、１０…中心電極、１１…先端部、３０…副室形成部、３５…噴孔、４０…ハウジング、５０…絶縁碍子、６０…連通空間形成部、６１…副室内側開口部、６２…主室側開口部、６３…連通空間、６４…ガイド部、６５…突出部、Ｇ…放電経路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】