特許 7582106 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

(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】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/54 20060101AFI20241106BHJP

   H01T 13/20 20060101ALI20241106BHJP

   H01T 13/32 20060101ALI20241106BHJP

   F02B 19/08 20060101ALI20241106BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20241106BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20241106BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01T13/54

H01T13/20 B

H01T13/32

F02B19/08 A

F02B19/12 D

F02B19/12 B

F02B23/10 P

F02B23/10 T

F02P13/00 302A

F02P13/00 302B

F02P13/00 303A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021121091

(22)【出願日】2021-07-22

(65)【公開番号】P2023016618

(43)【公開日】2023-02-02

【審査請求日】2024-02-08

(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】杉浦 明光

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５２－０２４６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０９３２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｔ １３／５４

Ｈ０１Ｔ １３／２０

Ｈ０１Ｔ １３／３２

Ｆ０２Ｂ １９／０８

Ｆ０２Ｂ １９／１２

Ｆ０２Ｂ ２３／１０

Ｆ０２Ｐ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる複数の噴孔（５１）が形成されており、該噴孔は、該噴孔を介して上記副燃焼室に気流が導入されることによって該副燃焼室にスワール流が生じるように形成されており、
上記接地電極は、上記ハウジング又は上記プラグカバーに固定された固定端部（６１）から上記副燃焼室内に突出しており、
上記放電ギャップは、上記中心電極の中心対向側面（４１）と上記接地電極の接地対向側面（６３）とが、互いにプラグ径方向に対向することにより形成されており、
上記複数の噴孔のうちの一部の上記噴孔は、上記接地電極の突出端部（６２）の突出側に形成された突出側噴孔（５１０）であり、
上記接地対向側面の突出側端縁（６３１）の先端である端縁先端（６３２）は、プラグ軸方向（Ｚ）から見たとき、プラグ中心軸（Ｃ）までの距離（Ｄ１）よりも、上記突出側噴孔の内側開口部（５１１）の中心（５１１Ｃ）までの距離（Ｄ２）が短い位置に配置されており、
上記突出側端縁は、プラグ軸方向から見たとき、上記放電ギャップよりも、該放電ギャップを通過する上記スワール流の下流側の位置に配されており、
上記突出側噴孔の中心軸を含むと共にプラグ軸方向に沿った断面視において、上記端縁先端は、上記突出側噴孔を開口方向に延長した延長領域（５１０Ｅ）よりも先端側に位置しており、
上記突出側噴孔とプラグ周方向に隣接すると共に、プラグ軸方向から見たとき、該突出側噴孔よりも上記スワール流の上流側に形成されている上記突出側噴孔以外の上記噴孔を隣接噴孔（５１２）としたとき、上記端縁先端から上記突出側噴孔までの距離（Ｄ３）は、上記端縁先端から該隣接噴孔までの距離（Ｄ４）以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）。

【請求項2】

上記接地対向側面の先端側端縁（６３３）は、上記接地電極の長手方向における、上記放電ギャップの位置から上記突出端部までにわたって、上記突出端部に近づくほど先端側に向かうように傾斜しているか、又はプラグ軸方向に対して直交している、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】

上記接地対向側面は、上記固定端部から上記突出端部までにわたって、連続した平面状に形成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

【請求項4】

上記突出側噴孔は、他の上記噴孔よりも開口面積が大きい、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。

【請求項5】

請求項４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（１２）と、を有し、
上記スパークプラグは、上記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、上記突出側噴孔の外側開口部（５１３）に向かうように、配置されている、内燃機関。

【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及びこれを備えた内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に開示されているように、放電ギャップが配される副燃焼室を備えたスパークプラグが知られている。当該スパークプラグは、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ている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１７１０７６７９号明細書

【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、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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、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、
上記プラグカバーには、上記副燃焼室と外部とを連通させる複数の噴孔（５１）が形成されており、該噴孔は、該噴孔を介して上記副燃焼室に気流が導入されることによって該副燃焼室にスワール流が生じるように形成されており、
上記接地電極は、上記ハウジング又は上記プラグカバーに固定された固定端部（６１）から上記副燃焼室内に突出しており、
上記放電ギャップは、上記中心電極の中心対向側面（４１）と上記接地電極の接地対向側面（６３）とが、互いにプラグ径方向に対向することにより形成されており、
上記複数の噴孔のうちの一部の上記噴孔は、上記接地電極の突出端部（６２）の突出側に形成された突出側噴孔（５１０）であり、
上記接地対向側面の突出側端縁（６３１）の先端である端縁先端（６３２）は、プラグ軸方向（Ｚ）から見たとき、プラグ中心軸（Ｃ）までの距離（Ｄ１）よりも、上記突出側噴孔の内側開口部（５１１）の中心（５１１Ｃ）までの距離（Ｄ２）が短い位置に配置されており、
上記突出側端縁は、プラグ軸方向から見たとき、上記放電ギャップよりも、該放電ギャップを通過する上記スワール流の下流側の位置に配されており、
上記突出側噴孔の中心軸を含むと共にプラグ軸方向に沿った断面視において、上記端縁先端は、上記突出側噴孔を開口方向に延長した延長領域（５１０Ｅ）よりも先端側に位置しており、
上記突出側噴孔とプラグ周方向に隣接すると共に、プラグ軸方向から見たとき、該突出側噴孔よりも上記スワール流の上流側に形成されている上記突出側噴孔以外の上記噴孔を隣接噴孔（５１２）としたとき、上記端縁先端から上記突出側噴孔までの距離（Ｄ３）は、上記端縁先端から該隣接噴孔までの距離（Ｄ４）以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。

【0007】

本発明の他の態様は、上記内燃機関用のスパークプラグを備えた内燃機関（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（１２）と、を有し、
上記突出側噴孔は、他の上記噴孔よりも開口面積が大きく、
上記スパークプラグは、上記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、上記突出側噴孔の外側開口部（５１３）に向かうように、配置されている、内燃機関にある。

【発明の効果】

【0008】

上記スパークプラグにおいて、噴孔は、噴孔を介して副燃焼室に気流が導入されることによって副燃焼室にスワール流が生じるように形成されている。また、接地電極は、接地対向側面を有する。それゆえ、副燃焼室に形成されたスワール流は、接地対向側面に案内されて、放電ギャップを通過しやすい。それゆえ、放電ギャップに形成された放電は伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。

【0009】

また、上記スパークプラグは、突出側噴孔を有する。また、端縁先端は、上記位置に配置されている。それゆえ、放電ギャップに形成された放電は、突出側噴孔を介して副燃焼室から流出する気流によって、突出側噴孔に向かって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。

【0010】

上記内燃機関において、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、他の噴孔よりも開口面積が大きい突出側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、突出側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。

【0011】

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、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】

【0012】

【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、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。

【図2】図３のII-II線矢視断面相当の図。

【図3】図２のIII矢視図。

【図4】図６のIV-IV線矢視断面相当の図。

【図5】実施形態１における、噴孔の中心軸の延長線を示す、プラグ軸方向から見た図。

【図6】実施形態１における、距離Ｄ１と距離Ｄ２とを示す断面図。

【図7】実施形態１における、突出側噴孔を開口方向に延長した延長領域と端縁先端との位置関係を説明する、断面説明図。

【図8】実施形態１における、距離Ｄ３と距離Ｄ４とを示す断面図。

【図9】実施形態１における、距離Ｄ９を示す断面図。

【図10】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、プラグ軸方向から見た説明図。

【図11】実施形態１における、圧縮行程時の、放電が伸長する前のスパークプラグの先端部の断面図。

【図12】実施形態１における、圧縮行程時の、放電が伸長したときのスパークプラグの先端部の断面図。

【図13】実施形態１における、膨張行程において副燃焼室に形成された気流の向きを示す断面図。

【図14】実施形態１における、膨張行程時の、放電の起点が端縁先端まで移動したときのスパークプラグの先端部の断面図。

【図15】実施形態１における、膨張行程時の、放電の起点が突出側噴孔まで移動したときのスパークプラグの先端部の断面図。

【図16】実施形態１における、膨張行程時の、放電が主燃焼室まで伸長したときのスパークプラグの先端部の断面図。

【図17】実施形態１における、内燃機関の断面図。

【図18】実施形態２における、スパークプラグの先端部のプラグ軸方向に直交する断面図。

【図19】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って、図２０のXIX-XIX線矢視断面相当図。

【図20】図１９のXX-XX線矢視断面相当の図。

【図21】実施形態４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２２のXXI-XXI線矢視断面相当図。

【図22】図２１のXXII-XXII線矢視断面相当の図。

【図23】実施形態５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。

【図24】実施形態６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２５のXXIV-XXIV線矢視断面相当図。

【図25】図２４のXXV-XXV線矢視断面相当の図。

【図26】実施形態７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。

【図27】実施形態７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を、接地電極の突出側から見た図。

【図28】実施形態８における、内燃機関の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（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１７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４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。

【0014】

プラグカバー５には、副燃焼室５０と外部とを連通させる複数の噴孔５１が形成されている。噴孔５１は、噴孔５１を介して副燃焼室５０に気流が導入されることによって副燃焼室５０にスワール流が生じるように形成されている。

【0015】

接地電極６は、ハウジング２又はプラグカバー５に固定された固定端部６１から副燃焼室５０内に突出している。放電ギャップＧは、中心電極４の中心対向側面４１と接地電極６の接地対向側面６３とが、互いにプラグ径方向に対向することにより形成されている。

【0016】

複数の噴孔５１のうちの一部の噴孔５１は、接地電極６の突出端部６２の突出側に形成された突出側噴孔５１０である。接地対向側面６３の突出側端縁６３１の先端である端縁先端６３２は、図６に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見たとき、プラグ中心軸Ｃまでの距離Ｄ１よりも、突出側噴孔５１０の内側開口部５１１の中心５１１Ｃまでの距離Ｄ２が短い位置に配置されている。

【0017】

また、突出側端縁６３１は、図１０に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見たとき、放電ギャップＧよりも、放電ギャップＧを通過するスワール流Ａ２の下流側の位置に配されている。

【0018】

また、図７に示すごとく、突出側噴孔５１０の中心軸を含むと共にプラグ軸方向Ｚに沿った断面視において、端縁先端６３２は、突出側噴孔５１０を開口方向に延長した延長領域５１０Ｅよりも先端側に位置している。

【0019】

図１０に示すごとく、突出側噴孔５１０とプラグ周方向に隣接すると共に、プラグ軸方向Ｚから見たとき、突出側噴孔５１０よりもスワール流Ａ１の上流側に形成されている突出側噴孔５１０以外の噴孔５１を隣接噴孔５１２とする。このとき、図８に示すごとく、端縁先端６３２から突出側噴孔５１０までの距離Ｄ３は、端縁先端６３２から隣接噴孔５１２までの距離Ｄ４以下である。

【0020】

本形態のスパークプラグ１は、例えば、自動車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１７に示すごとく、ハウジング２のネジ部２１を、シリンダヘッド１３のプラグホール１３０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。

【0021】

内燃機関１０は、シリンダ１６内を往復運動するピストン１７を備える。主燃焼室１１は、ピストン１７の往復運動によって、容積変化する。内燃機関１０には、吸気ポート１４１及び排気ポート１５１が形成されており、それぞれ吸気弁１４又は排気弁１５が備えられている。

【0022】

そして、スパークプラグ１の軸方向Ｚの一端が、内燃機関１０の主燃焼室１１に配置される。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。なお、プラグ中心軸Ｃは、スパークプラグ１の中心軸Ｃを意味するものとする。また、プラグ径方向とは、プラグ中心軸Ｃに直交する平面上において、プラグ中心軸Ｃを中心とする円の半径方向を意味する。また、プラグ周方向は、プラグ中心軸Ｃを中心とする円周に沿った方向である。また、プラグ中心軸Ｃは、本形態において、中心電極４の中心軸でもある。

【0023】

本形態において、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１０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１１と区画している。

【0024】

本形態において、プラグカバー５は、図４に示すごとく、周壁部５３と底壁部５４と角部５５とを有する。周壁部５３は、副燃焼室５０の外周側の一部を覆う略円筒形状の部分である。底壁部５４は、副燃焼室５０の先端側を覆う部分である。角部５５は、周壁部５３の先端と底壁部５４の外周とを曲面状に繋ぐ部分である。周壁部５３の基端部は、ハウジング２の先端部に接合されている。

【0025】

プラグカバー５において、噴孔５１は、角部５５に形成されている。噴孔５１は、図２、図５、図６、図８、図９に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、プラグ周方向に等間隔で形成されている。また、噴孔５１は、図１、図４、図７に示すごとく、先端側へ向かうほどプラグ径方向の外側へ向かうように、Ｚ方向に対して傾斜して開口している。

【0026】

本形態において、プラグカバー５には、４つの噴孔５１が形成されており、そのうちの一つが突出側噴孔５１０となっている。また、隣接噴孔５１２は、図２、図５、図８、図９に示すごとく、突出側噴孔５１０に対し、プラグ周方向に略９０°ずれた位置に形成されている。

【0027】

図１７に示すごとく、内燃機関１０に設置されたスパークプラグ１において、プラグカバー５に形成された噴孔５１は、副燃焼室５０と主燃焼室１１とを連通させている。内燃機関１０の圧縮行程等においては、噴孔５１を通じて主燃焼室１１から副燃焼室５０へ、気流が導入される。そして、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１０の破線矢印Ａ１参照）が形成される。

【0028】

具体的には、図５に示すごとく、噴孔５１の中心軸の延長線５１Ｌは、Ｚ方向から見て、プラグ径方向に対して傾斜している。つまり、本形態において、噴孔５１は、Ｚ方向から見たとき、噴孔５１とプラグ中心軸Ｃ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５１の中心軸の延長線５１Ｌが鋭角の角度をもって傾斜している。噴孔５１は、各噴孔５１における仮想直線ＶＬに対する噴孔５１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。

【0029】

このような噴孔５１の形成態様により、図１０に示すごとく、噴孔５１を介して副燃焼室５０に導入された気流によって、副燃焼室５０にスワール流Ａ１が形成される。本形態の場合、スワール流Ａ１は、プラグ中心軸Ｃの周りに、図１０における時計回りの螺旋状に生じる。

【0030】

また、Ｚ方向から見たとき、接地電極６の突出端部６２は、その突出方向が、スワール流Ａ１に沿うように、突出している。また、突出端部６２は、Ｚ方向から見たとき、突出側噴孔５１０よりも、スワール流Ａ１の上流側に位置している。突出端部６２は、Ｚ方向から見たとき、隣接噴孔５１２よりも、スワール流Ａ１の下流側に位置している。

【0031】

図２に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、突出端部６２の突出方向において、突出側噴孔５１０と放電ギャップＧとは、突出端部６２を挟んで、互いに反対側に位置している。また、Ｚ方向から見たとき、突出端部６２の突出方向において、突出側噴孔５１０と接地電極６の固定端部６１とは、突出端部６２を挟んで、互いに反対側に位置している。

【0032】

また、図５に示すごとく、突出端部６２から突出側噴孔５１０までの距離Ｄ５は、突出端部６２から隣接噴孔５１２までの距離Ｄ６以下である。

【0033】

また、突出側噴孔５１０は、他の噴孔５１よりも開口面積が大きい。つまり、突出側噴孔５１０の内径は、他の噴孔５１の内径よりも大きい。突出側噴孔５１０の内径は、例えば、突出側噴孔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。また、突出側噴孔５１０の開口面積は、例えば、突出側噴孔５１０以外の噴孔５１の開口面積の１．４倍～２．０倍とすることができる。

【0034】

本形態においては、図９に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、接地電極６を突出方向に延長した延長領域６Ｅと、突出側噴孔５１０とは、互いに重なっている。

【0035】

また、接地電極６は、棒状に形成されている。具体的には、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、そのうちの一つが接地対向側面６３となっている。また、接地電極６は、ハウジング２に固定されている。

【0036】

図１に示す、接地対向側面６３における、接地電極６の長手方向に直交する方向の幅Ｄ７は、図２に示す、Ｚ方向から見たときの接地電極６の厚みＤ８よりも大きい。

【0037】

接地対向側面６３は、図１、図２に示すごとく、固定端部６１から突出端部６２までにわたって、連続した平面状に形成されている。

【0038】

接地対向側面６３の先端側端縁６３３は、接地電極６の長手方向における、放電ギャップＧの位置から突出端部６２までにわたって、突出端部６２に近づくほど先端側に向かうように傾斜しているか、又はプラグ軸方向Ｚに対して直交している。本形態において、先端側端縁６３３は、図１に示すごとく、接地電極６の長手方向における、放電ギャップＧの位置から突出端部６２までにわたって、突出端部６２に近づくほど先端側に向かうように傾斜している。

【0039】

接地電極６は、図１、図３に示すごとく、突出端部６２に近づくほど先端側に向かうように傾斜している。本形態において、先端側端縁６３３は、固定端部６１から突出端部６２までにわたって、突出端部６２に近づくほど先端側に向かうように傾斜している。

【0040】

また、突出側端縁６３１の端縁先端６３２は、図７に示すごとく、突出側噴孔５１０の基端よりも先端側に位置している。また、端縁先端６３２は、突出側噴孔５１０の内側開口部５１１の中心５１１Ｃよりも先端側に位置している。

【0041】

図９に示すごとく、プラグ径方向における端縁先端６３２からプラグカバー５の周壁部５３の内壁面５６までの距離Ｄ９は、距離Ｄ１（図６参照）よりも短い。

【0042】

また、図７に示すごとく、Ｚ方向における、端縁先端６３２からプラグカバー５の底壁部５４の内壁面５６までの距離Ｄ１０は、プラグカバー５の厚みＤ１１以下である。

【0043】

また、図１～図４に示すごとく、中心電極４の中心対向側面４１は平面状に形成されている。そして、平面状の接地対向側面６３と、平面状の中心対向側面４１とを、接地電極６の厚み方向に互いに対向させることにより、放電ギャップＧが形成されている。中心対向側面４１は、接地対向側面６３に沿うように、形成されている。

【0044】

放電ギャップＧは、接地対向側面６３と中心対向側面４１とが、互いに略平行に対向することにより形成されている。放電ギャップＧは、例えば、接地対向側面６３と中心対向側面４１とが接地電極６の厚み方向に互いに対向している間の領域である。

【0045】

また、本形態において、中心電極４は、図３、図４に示すごとく、絶縁碍子３よりも先端側において、基径部４２とギャップ形成部４３とを有する。基径部４２は、略円柱形状を呈している。ギャップ形成部４３は、基径部４２よりも先端側に形成されていると共に、接地電極６との間に放電ギャップＧを形成する。つまり、ギャップ形成部４３に、平面状の中心対向側面４１が形成されている。

【0046】

本形態において、ギャップ形成部４３は、略半円柱形状を呈している。つまり、ギャップ形成部４３は、中心電極４の長手方向に直交する断面の形状が略半円形状となっている。

【0047】

次に、上記スパークプラグ１を備えた内燃機関１０について説明する。
内燃機関１０は、図１７に示すごとく、主燃焼室１１と、スパークプラグ１と、インジェクタ１２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１２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、インジェクタ１２から噴射された燃料を含む噴射流Ｆが、突出側噴孔５１０の外側開口部５１３に向かうように、配置されている。なお、図１７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が突出側噴孔５１０の外側開口部５１３に向かうような状態は、図１７に示すプラグカバー５近傍の噴射流Ｆの方向から突出側噴孔５１０の外側開口部５１３が見えるような状態である。

【0048】

内燃機関１０において、スパークプラグ１は、Ｚ方向から見たとき、突出側噴孔５１０の外側開口部５１３が、排気弁１５側を向くように、配置されている（図示略）。

【0049】

また、吸気ポート１４１に隣接する位置に、インジェクタ１２が設けてある。インジェクタ１２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。

【0050】

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１２が燃料を直接、主燃焼室１１へ噴射する。

【0051】

そして、主燃焼室１１へ噴射された燃料は、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１７の基端面に当たる。本形態において、ピストン１７の基端面は、凹状面を有する。ピストン１７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１７に示すごとく、スパークプラグ１における突出側噴孔５１０の外側開口部５１３付近に到達する。

【0052】

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が到達した突出側噴孔５１０の外側開口部５１３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、スワール流が形成されている副燃焼室５０に、突出側噴孔５１０を介して引き込まれることとなる。そして、突出側噴孔５１０から引き込まれた燃料密度の高い混合気が、放電ギャップＧに向かうこととなる。

【0053】

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。

【0054】

次に、本形態の作用効果を説明する。
上記スパークプラグ１において、噴孔５１は、噴孔５１を介して副燃焼室５０に気流が導入されることによって副燃焼室５０にスワール流が生じるように形成されている。また、接地電極６は、接地対向側面６３を有する。それゆえ、副燃焼室５０に形成されたスワール流は、接地対向側面６３に案内されて、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に形成された放電は伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。

【0055】

圧縮行程等においては、図１０に示すごとく、噴孔５１を介して副燃焼室５０に気流が導入されることにより、副燃焼室５０にスワール流Ａ１が生じる。また、Ｚ方向から見たとき、突出端部６２は、その突出方向が、スワール流Ａ１に沿うように、突出している。それゆえ、スワール流Ａ１の一部は、接地対向側面６３に案内されることにより、放電ギャップＧを通過しやすい。また、放電ギャップＧを通過するスワール流Ａ２は、Ｚ方向から見たとき、突出端部６２の突出方向に沿って流れやすい。それゆえ、Ｚ方向から見たとき、図１１に示すように放電ギャップＧに形成された放電Ｓは、図１２に示すごとく、スワール流Ａ２によって、突出端部６２の突出側に向かって伸長しやすい。その結果、圧縮行程等において、着火性を向上させることができる。

【0056】

さらに、放電によって着火した初期火炎は、スワール流Ａ１によって副燃焼室５０の、より基端側へ運ばれやすい。これによって、噴孔５１から充分離れた位置から火炎が広がり、充分に内圧が高い状態で、火炎ジェットが噴孔５１から主燃焼室１１に噴出することが期待できる。その結果、内燃機関１０の高負荷時のノック抑制、低負荷時もしくは中負荷時におけるＥＧＲ率（すなわち、排気再循環率）の向上が期待でき、出力及び燃費の向上、エミッション低減が期待できる。

【0057】

また、上記スパークプラグ１は、突出側噴孔５１０を有する。また、端縁先端６３２は、上記位置に配置されている。それゆえ、放電ギャップＧに形成された放電は、突出側噴孔５１０を介して副燃焼室５０から流出する気流によって、突出側噴孔５１０に向かって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。

【0058】

膨張行程においては、ピストン１７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。これにより、噴孔５１を介して、副燃焼室５０から主燃焼室１１へとガスが導出される。これにより、図１３に示すごとく、副燃焼室５０において、噴孔５１よりも基端側の位置から噴孔５１へと向かう気流Ａ３が形成される。また、膨張行程時においては、圧縮行程時に形成されたスワール流が残留する。つまり、膨張行程時においても、圧縮行程時のスワール流と同じ向きの、弱いスワール流が残留する。そして、図１４、図１５に示すごとく、この残留スワール流Ａ４の一部は、接地対向側面６３に案内されることにより、放電ギャップＧを通過しやすい。また、放電ギャップＧを通過するスワール流Ａ５は、Ｚ方向から見たとき、突出端部６２の突出方向に沿って流れやすい。それゆえ、Ｚ方向から見たとき、放電ギャップＧに形成された放電Ｓは、スワール流Ａ５によって、突出端部６２の突出側に向かって伸長しやすい。そして、スワール流Ａ５によって伸長した放電Ｓは、さらに、突出側噴孔５１０を介して副燃焼室５０から流出する気流Ａ３によって、突出側噴孔５１０及び主燃焼室に向かって伸長しやすい。その結果、膨張行程時における着火性を向上することができる。

【0059】

また、端縁先端６３２は、上記条件を満たす位置に配置されている。それゆえ、放電Ｓの接地電極６側の起点は、接地電極６から突出側噴孔５１０の内周面に移りやすい。具体的には、図１４に示すごとく、放電Ｓの接地電極６側の起点ＳＰは、スワール流Ａ５及び気流Ａ３によって、接地対向側面６３上を突出側噴孔５１０側へと向かい、端縁先端６３２に移動する。そして、起点ＳＰは、気流Ａ３によって、端縁先端６３２からプラグカバー５の底壁部５４の内壁面５６に移る。その後、さらに、放電Ｓの起点ＳＰは、図１５に示すごとく、底壁部５４の内壁面５６に沿って突出側噴孔５１０の内周面にまで移動する。そうすると、更に放電Ｓは伸長されると共に、図１６に示すごとく、放電Ｓの一部が突出側噴孔５１０から主燃焼室側へ飛び出すことも期待できる。これによって、膨張行程時における主燃焼室の着火性を向上させることができる。

【0060】

また、自動車エンジン等の内燃機関が冷えている状態で稼働させる冷間始動時などにおいては、上記膨張行程にて放電を発生させることにより、以下のメリットがある。冷間始動時などは、プラグカバー５、中心電極４、ハウジング２、絶縁碍子３等が低温となっていることがある。また、内燃機関１０の運転が軽負荷域にあり、燃料密度が低くなっていることがある。そのため、放電によって副燃焼室５０内の混合気を着火させたとしても、発生した初期火炎が低温のプラグカバー５や中心電極４等に触れて冷やされることにより、火炎が主燃焼室へ充分に噴出されないこともある。

【0061】

したがって、特に冷間始動時等においては、主燃焼室に向かって放電を伸長させることにより、初期火炎とプラグカバー５や中心電極４等との接触を抑制することができる。これにより、初期火炎のエネルギ損失を抑えやすい。また、主燃焼室の混合気を直接着火することも可能となる。その結果、冷間始動時等における着火性を向上させることができる。

【0062】

つまり、本形態のスパークプラグ１は、内燃機関１０の運転が高負荷域及び軽負荷域のどちらの場合であっても、着火性を向上させることができる。

【0063】

また、突出側噴孔５１０は、他の噴孔５１よりも開口面積が大きい。それゆえ、膨張行程において、突出側噴孔５１０を介して副燃焼室５０から流出する気流が強くなりやすい。それゆえ、放電ギャップＧに生じた放電が、突出側噴孔５１０に向かって一層伸長しやすいと共に、主燃焼室側へ一層飛び出しやすい。その結果、膨張行程における着火性を一層向上させることができる。

【0064】

幅Ｄ７（図１参照）は、厚みＤ８（図２参照）よりも大きい。それゆえ、接地対向側面６３は、スワール流を放電ギャップＧへと一層案内しやすい。それゆえ、放電ギャップＧに生じた放電は一層伸長しやすい。その結果、着火性を一層向上させることができる。

【0065】

先端側端縁６３３は、接地電極６の長手方向における、放電ギャップＧの位置から突出端部６２までにわたって、突出端部６２に近づくほど先端側に向かうように傾斜している。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップＧに生じた放電の接地電極６側の起点は、気流によって、先端側端縁６３３に沿って、端縁先端６３２へと移動しやすい。それゆえ、膨張行程において、放電が一層伸長しやすい。その結果、膨張行程における着火性を一層向上させることができる。

【0066】

接地対向側面６３は、固定端部６１から突出端部６２までにわたって、連続した平面状に形成されている。それゆえ、接地対向側面６３は、スワール流を放電ギャップＧへと、より一層案内しやすい。その結果、放電ギャップＧに生じた放電は、より一層伸長しやすい。

【0067】

放電ギャップＧは、平面状の接地対向側面６３と平面状の中心対向側面４１とが、互いに略平行に対向することにより形成されている。それゆえ、接地電極６側及び中心電極４側の放電の起点位置を分散させやすい。そのため、接地電極６及び中心電極４が局部的に摩耗することを抑制し、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。

【0068】

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１２から噴射された噴射流Ｆが、他の噴孔５１よりも開口面積が大きい突出側噴孔５１０の外側開口部５１３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、突出側噴孔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。

【0069】

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１２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１７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。

【0070】

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、プラグカバー５に形成された噴孔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。

【0071】

しかし、本形態のスパークプラグ１は、インジェクタ１２から噴射された噴射流が、他の噴孔５１よりも開口面積が大きい突出側噴孔５１０の外側開口部５１３に向かうように、配置されている。それゆえ、燃料密度の高い混合気が、突出側噴孔５１０から副燃焼室５０内へ導入されやすい。その結果、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。

【0072】

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。

【0073】

（実施形態２）
本形態は、図１８に示すごとく、実施形態１に対し、中心電極４の形状を変更した形態である。

【0074】

本形態において、中心電極４のギャップ形成部４３は、図１８に示すごとく、中心電極４の長手方向に直交する断面の形状が欠円形状となっている。Ｚ方向から見たとき、中心対向側面４１から接地対向側面６３までの距離は、中心電極４の中心軸から接地対向側面６３までの距離よりも近い。
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。
本形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0075】

（実施形態３）
本形態は、図１９、図２０に示すごとく、実施形態１に対し、中心電極４の形状を変更した形態である。

【0076】

本形態において、中心電極４は、図１９、図２０に示すごとく、絶縁碍子３よりも先端側において、略円柱形状を呈している。ギャップ形成部４３の外径は、基径部４２の外径と同等の大きさである。

【0077】

また、接地対向側面６３と共に放電ギャップＧを形成する中心対向側面４１は、曲面状となっている。
その他は、実施形態１と同様である。

【0078】

中心電極４は、絶縁碍子３よりも先端側において、略円柱形状を呈している。それゆえ、中心電極４を容易に形成することができる。その結果、スパークプラグ１の生産性を向上させることができる。

【0079】

また、ギャップ形成部４３は、略円柱形状を呈している。それゆえ、組み付け時において放電ギャップＧを形成する際、中心対向側面４１と接地対向側面６３とを容易に対向させることができる。それゆえ、放電ギャップＧを容易に形成しやすい。その結果、スパークプラグ１の生産性を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。

【0080】

（実施形態４）
本形態は、図２１、図２２に示すごとく、実施形態３に対し、中心電極４の形状を変更した形態である。

【0081】

本形態において、中心電極４の基径部４２とギャップ形成部４３とは、それぞれ略円柱形状を呈している。ギャップ形成部４３の外径は、基径部４２の外径よりも小さい。
その他の構成及び作用効果は、実施形態３と同様である。

【0082】

（実施形態５）
本形態は、図２３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。

【0083】

本形態において、接地電極６は、図２３に示すごとく、固定端部６１を含む固定側部６４と、突出端部６２を含む傾斜部６５とを有する。固定側部６４は、Ｚ方向に直交する方向に沿って形成されている。傾斜部６５は、突出端部６２に近づくに従って先端側に向かうようにＺ方向に対して傾斜している。

【0084】

接地対向側面６３は、固定側部６４の固定端部６１から傾斜部６５の突出端部６２までにわたって、連続した平面状に形成されている。
その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同様である。

【0085】

（実施形態６）
本形態は、図２４、図２５に示すごとく、実施形態５に対し、接地電極６の形状を変更した形態である。

【0086】

接地電極６は、図２５に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、略Ｌ字形状を呈している。具体的には、Ｚ方向から見たとき、接地電極６は、固定側部６４の長手方向と傾斜部６５の長手方向とが互いに直交するように、屈曲している。
その他の構成及び作用効果は、実施形態５と同様である。

【0087】

（実施形態７）
本形態は、図２６、図２７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。

【0088】

接地電極６は、図２６、図２７に示すごとく、小幅部６６と、小幅部６６よりもＺ方向の幅が大きい大幅部６７とを有する。小幅部６６は固定端部６１を有する。大幅部６７は突出端部６２を有する。

【0089】

接地電極６は、接地電極６の長手方向における放電ギャップＧの位置から突出端部６２までにわたって大幅部６７が形成されている。

【0090】

大幅部６７における接地対向側面６３の先端側端縁６３３は、接地電極６の長手方向における、放電ギャップＧの位置から突出端部６２までにわたって、Ｚ方向に対して直交している。
その他は、実施形態１と同様である。

【0091】

先端側端縁６３３は、接地電極６の長手方向における、放電ギャップＧの位置から突出端部６２までにわたって、Ｚ方向に対して直交している。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップＧに生じた放電の接地電極６側の起点は、気流によって、先端側端縁６３３に沿って、端縁先端６３２へと移動しやすい。それゆえ、膨張行程において、放電が一層伸長しやすい。その結果、膨張行程における着火性を一層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。

【0092】

（実施形態８）
本形態は、図２８に示すごとく、実施形態１に対し、内燃機関１０に設置されたスパークプラグ１の配置を変更した形態である。

【0093】

本形態の内燃機関１０は、図２８に示すごとく、インジェクタ１２から噴射された噴射流Ｆの一部が、直接、スパークプラグ１に向かうよう構成されている。そこで、本形態においては、スパークプラグ１を、突出側噴孔５１０の外側開口部５１３に、噴射流Ｆの一部が直接向かうように、配置している。つまり、インジェクタ１２は、燃料を含む噴射流Ｆの一部が、直接、突出側噴孔５１０の外側開口部５１３に向かうように、主燃焼室１１に燃料を噴射することとなる。

【0094】

本形態において、スパークプラグ１は、Ｚ方向から見たとき、突出側噴孔５１０の外側開口部５１３が、吸気弁１４側を向くように、配置されている（図示略）。
その他は、実施形態１と同様である。

【0095】

スパークプラグ１は、インジェクタ１２から噴射された噴射流Ｆが、直接、突出側噴孔５１０の外側開口部５１３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、突出側噴孔５１０から副燃焼室５０内へ確実に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に確実に到達しやすくなり、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。

【0096】

上記実施形態１～８において、接地電極６は、略四角柱形状を呈する。ただし、接地電極６は、例えば、平面状の接地対向側面を備えた略半円柱形状とすることができる。このとき、接地対向側面は、接地電極の長手方向における、放電ギャップの位置から突出端部までにわたる部分のみを平面状とすることができる。

【0097】

上記実施形態１～８において、プラグカバー５には、４つの噴孔５１が形成されている。ただし、噴孔は、プラグカバーに５つ以上形成することもできる。また、プラグカバーに形成された噴孔の数は、３つ以下とすることもできる。

【0098】

また、放電ギャップを形成する中心電極の先端部と接地電極とのそれぞれに、チップを接合することもできる。つまり、中心対向側面に接合されたチップと接地対向側面に接合されたチップとの間に、放電ギャップを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。

【0099】

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】

【0100】

１…スパークプラグ、２…ハウジング、３…絶縁碍子、４…中心電極、４１…中心対向側面、５…プラグカバー、５０…副燃焼室、５１…噴孔、５１０…突出側噴孔、５１０Ｅ…延長領域、５１１…内側開口部、５１１Ｃ…内側開口部の中心、５１２…隣接噴孔、６…接地電極、６１…固定端部、６２…突出端部、６３…接地対向側面、６３１…突出側端縁、６３２…端縁先端、Ｃ…プラグ中心軸、Ｇ…放電ギャップ、Ｚ…プラグ軸方向

【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】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】