特許 7600959 内燃機関及び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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/54 20060101AFI20241210BHJP

   H01T 13/52 20060101ALI20241210BHJP

   H01T 13/32 20060101ALI20241210BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20241210BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

H01T13/54

H01T13/52

H01T13/32

F02B19/12 D

F02P13/00 302B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021177745

(22)【出願日】2021-10-29

(65)【公開番号】P2023066893

(43)【公開日】2023-05-16

【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】石井 茂

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１７６５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２０３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１０５３５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ １／００－２３／１０

Ｆ０２Ｐ １／００－３／１２

Ｆ０２Ｐ ７／００－１７／１２

Ｈ０１Ｔ ７／００－２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スパークプラグ（１）を備えた内燃機関（１０）であって、
上記スパークプラグは、
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第１放電ギャップ（Ｇ１）を形成する接地電極（６）と、
上記第１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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔（５１）を有し、
上記第１放電ギャップは、プラグ軸方向（Ｚ）と上記噴孔の噴孔軸（Ｌ）との双方に直交する方向から見て、該噴孔軸と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第２放電ギャップ（Ｇ２）が設けてあり、
上記内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第１放電ギャップから上記第２放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関。

【請求項2】

上記内燃機関の負荷（Ｂ）が第１基準負荷（Ｂ１）よりも低いとき、主として上記第１放電ギャップに放電が生じ、上記内燃機関の負荷が第２基準負荷（Ｂ２）よりも高いとき、主として上記第２放電ギャップに放電が生じるよう構成され、
上記第１基準負荷は上記第２基準負荷以下である、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

上記中心電極は、上記絶縁碍子の先端面に沿ってプラグ径方向に突出した径方向突出部（４１）を有する、請求項１又は２に記載の内燃機関。

【請求項4】

上記接地電極は、上記副燃焼室の外周壁部に固定された固定端部（６１）からプラグ中心軸へ向かって突出するように形成され、上記接地電極の一部と上記中心電極の先端部とが、上記第１放電ギャップを介してプラグ軸方向に対向しており、プラグ軸方向から見て、上記固定端部は、吸気弁（７２）側を向いている、請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項5】

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第１放電ギャップ（Ｇ１）を形成する接地電極（６）と、
上記第１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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔（５１）を有し、
上記第１放電ギャップは、上記噴孔の噴孔軸（Ｌ）と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第２放電ギャップ（Ｇ２）が設けてあり、
上記副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第１放電ギャップから上記第２放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関用のスパークプラグ（１）。

【請求項6】

常温において、上記副燃焼室の圧力（Ｐ）が第１基準圧力（Ｐ１）よりも低いとき、主として上記第１放電ギャップに放電が生じ、上記副燃焼室の圧力が第２基準圧力（Ｐ２）よりも高いとき、主として上記第２放電ギャップに放電が生じるよう構成され、
上記第１基準圧力は上記第２基準圧力以下である、
請求項５に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

【請求項7】

上記中心電極は、上記絶縁碍子の先端面に沿ってプラグ径方向に突出した径方向突出部（４１）を有する、請求項５又は６に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグに関する。

【背景技術】

【0002】

副燃焼室を備えたスパークプラグが、例えば特許文献１に開示されている。かかるスパークプラグにおいては、放電ギャップにおいて発生した初期火炎が、副燃焼室内において成長し、噴孔から火炎ジェットを噴出させる。これにより、主燃焼室に噴出した火炎ジェットによって、主燃焼室における混合気に着火して、燃焼を生じさせる。特許文献１に記載のスパークプラグにおいては、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられている。それゆえ、火炎の失火が生じなければ、副燃焼室内において充分に成長した後の火炎が噴孔から噴出することとなるため、火炎ジェットを強化しやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１８４４３５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、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられていると、冷却損失の影響により、火炎の失火を招きやすい。特に内燃機関の低負荷時においては、ハウジングやプラグカバーの温度が比較的低いために、失火が懸念される。一方、内燃機関の高負荷時等、ハウジングやプラグカバーの温度が比較的高い場合には、失火は生じにくい。そのため、放電ギャップが噴孔から遠い位置に設けられていることは、着火性の観点において有利となると考えられる。このように、特許文献１に記載のスパークプラグは、内燃機関の運転状態によって、着火性が変動することが懸念される。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び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、スパークプラグ（１）を備えた内燃機関（１０）であって、
上記スパークプラグは、
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第１放電ギャップ（Ｇ１）を形成する接地電極（６）と、
上記第１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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔（５１）を有し、
上記第１放電ギャップは、プラグ軸方向（Ｚ）と上記噴孔の噴孔軸（Ｌ）との双方に直交する方向から見て、該噴孔軸と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第２放電ギャップ（Ｇ２）が設けてあり、
上記内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第１放電ギャップから上記第２放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関にある。

【0007】

本発明の他の態様は、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第１放電ギャップ（Ｇ１）を形成する接地電極（６）と、
上記第１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、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室と外部とを連通させる噴孔（５１）を有し、
上記第１放電ギャップは、上記噴孔の噴孔軸（Ｌ）と重なる位置、若しくは該噴孔軸よりも先端側の位置に、形成されており、
上記中心電極と上記ハウジングとの間には、上記絶縁碍子の表面を介した第２放電ギャップ（Ｇ２）が設けてあり、
上記副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第１放電ギャップから上記第２放電ギャップへ移行するよう構成されている、
内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。

【発明の効果】

【0008】

上記内燃機関においては、内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、上記第１放電ギャップから上記第２放電ギャップへ移行するよう構成されている。それゆえ、比較的内燃機関の負荷が低いときは、放電発生位置が第１放電ギャップとなり、比較的内燃機関の負荷が高いときは、放電発生位置が第２放電ギャップとなる。これにより、比較的低負荷の状態においては、比較的噴孔に近い第１放電ギャップ付近に初期火炎が形成されることとなり、失火を抑制しつつ、噴孔から火炎ジェットを噴出することができる。また、比較的高負荷の状態においては、比較的噴孔から遠い第２放電ギャップ付近に初期火炎が形成されることとなり、充分に成長した火炎を噴孔から火炎ジェットとして噴出することができる。
このように、低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。

【0009】

上記内燃機関用のスパークプラグにおいては、副燃焼室内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、上記第１放電ギャップから上記第２放電ギャップへ移行するよう構成されている。これにより、内燃機関の低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。

【0010】

以上のごとく、上記態様によれば、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び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】

【0011】

【図1】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断面説明図。

【図2】図１のII矢視相当の、スパークプラグの平面図。

【図3】図１のIII－III線矢視断面相当の、スパークプラグの断面図。

【図4】実施形態１における、第１放電ギャップにて放電した状態の説明図。

【図5】実施形態１における、第２放電ギャップにて放電した状態の説明図。

【図6】実施形態１における、内燃機関の負荷と放電電圧との関係を示す線図。

【図7】実施形態２における、スパークプラグを取り付けた内燃機関の断面説明図。

【図8】図７のVIII－VIII線矢視断面相当の、スパークプラグの断面図。

【図9】実施形態３における、内燃機関の断面説明図。

【図10】実施形態３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。

【図11】実施形態３における、副燃焼室５０内の気流を説明する、内燃機関の断面説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態１）
内燃機関１０及び内燃機関用のスパークプラグ１に係る実施形態について、図１～図６を参照して説明する。
本形態の内燃機関１０は、スパークプラグ１を備えた内燃機関である。
スパークプラグ１は、図１～図３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。

【0013】

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との間に第１放電ギャップＧ１を形成する。プラグカバー５は、第１放電ギャップＧ１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は、副燃焼室５０と外部とを連通させる噴孔５１を有する。図１に示すごとく、第１放電ギャップＧ１は、噴孔５１の噴孔軸Ｌと重なる位置、若しくは噴孔軸Ｌよりも先端側の位置に、形成されている。中心電極４とハウジング２との間には、絶縁碍子３の表面を介した第２放電ギャップＧ２が設けてある。
内燃機関１０の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第１放電ギャップＧ１から第２放電ギャップＧ２へ移行するよう構成されている。

【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。スパークプラグ１のプラグ軸方向Ｚの一端が、内燃機関１０の主燃焼室１０１に露出する。プラグ軸方向Ｚにおいて、主燃焼室１０１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の中心軸（すなわちプラグ中心軸Ｃ）に直交する方向を、プラグ径方向というものとする。また、プラグ中心軸Ｃを中心とした円周に沿った方向を、プラグ周方向というものとする。

【0016】

スパークプラグ１は、ハウジング２の外周に形成された取付ネジ部２３を、プラグホール７１に形成された雌ネジ部に螺合することにより、内燃機関１０に取り付けられる。
ハウジング２は、金属製の略円筒状体である。図１に示すごとく、ハウジング２の内周側に、略円筒形状の絶縁碍子３が保持されている。ハウジング２は、内周側に突出した係止凸部２１を有する。絶縁碍子３は外周側に突出した段部３１を有する。絶縁碍子３の段部３１がハウジング２の係止凸部２１に係止されることにより、絶縁碍子３がハウジング２の内周側に保持されている。絶縁碍子３は、アルミナ等のセラミックからなる。

【0017】

絶縁碍子３の内周側に、中心電極４が挿通保持されている。中心電極４は、絶縁碍子３の先端よりも先端側へ突出している。中心電極４の中心軸は、プラグ中心軸Ｃと一致している。絶縁碍子３の先端部における中心電極４の側面と、ハウジング２の係止凸部２１との間に、第２放電ギャップＧ２が形成される。第２放電ギャップＧ２は、絶縁碍子３の表面に沿った沿面ギャップである。

【0018】

接地電極６は、副燃焼室５０の外周壁部に固定された固定端部６１からプラグ中心軸Ｃへ向かって突出するように形成されている。接地電極６の一部と中心電極４の先端部とが、第１放電ギャップＧ１を介してプラグ軸方向Ｚに対向している。接地電極６は、ハウジング２の先端部に、溶接等にて接合されている。接地電極６は、固定端部６１から突出端へ向かうほど先端側へ向かうように、傾斜している。

【0019】

ハウジング２の先端部には、プラグカバー５が接合されている。プラグカバー５には、複数の噴孔５１が形成されている。図２に示すごとく、本形態において、噴孔５１は、４個、プラグ周方向に等間隔に形成されている。図１に示すごとく、噴孔５１の中心軸である噴孔軸Ｌは、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。噴孔軸Ｌとプラグ軸方向Ｚとの双方に直交する方向から見て、第１放電ギャップＧ１は、噴孔軸Ｌと重なる位置、若しくは噴孔軸Ｌよりも先端側に配置されている。

【0020】

本形態においては、噴孔軸Ｌとプラグ軸方向Ｚとの双方に直交する方向から見て、第１放電ギャップＧ１が、噴孔軸Ｌよりも先端側に配置されている。すなわち、噴孔軸Ｌとプラグ軸方向Ｚとの双方に直交する方向から見て、噴孔軸Ｌは、第１放電ギャップＧ１よりも基端側において、プラグ中心軸Ｃと交わっている。

【0021】

内燃機関１０は、シリンダ７０内におけるピストン７４（後述する図９参照）の往復運動に伴い、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を、順次繰り返す。そして、圧縮行程から膨張行程に切り替わるピストン７４の上死点付近のタイミングにおいて、スパークプラグ１に電圧を印加する。これにより、図４、図５に示すごとく、第１放電ギャップＧ１と第２放電ギャップＧ２とのいずれかに、火花放電を生じさせる。

【0022】

第１放電ギャップＧ１と第２放電ギャップＧ２とのうち、スパークプラグ１に電圧を印加した時点における、放電電圧の低い方に火花放電が生じることとなる。
上述のように、第１放電ギャップＧ１は、中心電極４の先端部と接地電極６との間の空間に形成されている。一方、第２放電ギャップＧ２は、絶縁碍子３の表面に沿った沿面ギャップである。

【0023】

いずれの放電ギャップにおいても、雰囲気圧力が高いほど、放電電圧が高くなる。雰囲気圧力は、内燃機関１０の負荷が大きくなるほど高くなる。そして、内燃機関の負荷Ｂと放電電圧との関係は、概ね図６に示すような関係となる。同図において、第１放電ギャップＧ１における、負荷Ｂと放電電圧との関係を、線Ｖ１にて示す。また、第２放電ギャップＧ２における、負荷Ｂと放電電圧との関係を、線Ｖ２にて示す。

【0024】

同図から分かるように、第１放電ギャップＧ１における、負荷Ｂの上昇に対する放電電圧の上昇割合は、全運転領域において概ね一定である（線Ｖ１参照）。これに対して、沿面放電ギャップである第２放電ギャップＧ２においては、負荷Ｂがある程度大きくなると、負荷Ｂの上昇に対する放電電圧の上昇割合が小さくなる（線Ｖ２参照）。このように、第１放電ギャップＧ１と第２放電ギャップＧ２とにおける、負荷Ｂと放電電圧との関係は、図６に示すように、互いに異なる傾向を示す。

【0025】

ここで、内燃機関１０の運転領域が高負荷領域である場合においては、ハウジング２やプラグカバー５の温度が高い状態にあるため、失火が生じにくい状態にある。それゆえ、噴孔５１から遠い第２放電ギャップＧ２において放電を発生させることが、燃焼性の観点において有利となる。

【0026】

一方、内燃機関１０の運転領域が低負荷領域である場合においては、ハウジング２やプラグカバー５の温度が低い状態にあるため、失火が生じやすい状態にある。それゆえ、噴孔５１に近い第１放電ギャップＧ１において放電を発生させることが、燃焼性の観点において有利となる。

【0027】

そこで、図６に示すごとく、高負荷領域においては第２放電ギャップＧ２の放電電圧Ｖ２が第１放電ギャップＧ１の放電電圧Ｖ１よりも低くなり、低負荷領域においては第１放電ギャップＧ１の放電電圧Ｖ１が第２放電ギャップＧ２の放電電圧Ｖ２よりも低くなるようにする。つまり、線Ｖ１と線Ｖ２とが交わるように、第１放電ギャップＧ１と第２放電ギャップＧ２とにおける放電電圧を調整する。この調整は、例えば、第２放電ギャップＧ２の距離を調整することにより、行うことができる。すなわち、第２放電ギャップＧ２を短くすることで、放電電圧Ｖ２を低くすることができ、第２放電ギャップＧ２を長くすることで、放電電圧Ｖ２を高くすることができる。

【0028】

なお、一般的なスパークプラグにおいては、第１放電ギャップＧ１に相当する放電ギャップのみで放電させるべく（換言すると、図６における線Ｖ１と線Ｖ２とが交わらないように）、第２放電ギャップＧ２に相当する部分の長さを充分に長くしている。これに対し、本形態のスパークプラグ１においては、敢えて第２放電ギャップＧ２をある程度短くして、図６における線Ｖ１と線Ｖ２とが適切な位置において交わるようにしている。

【0029】

図６において、線Ｖ１と線Ｖ２との交点に対応する負荷（以下、境界負荷Ｂ０という。）が、理論的には、第１放電ギャップＧ１での放電と、第２放電ギャップＧ２での放電との切り替わりの境界となる。すなわち、境界負荷Ｂ０よりも高負荷の場合に、第２放電ギャップＧ２にて放電し、境界負荷Ｂ０よりも低負荷の場合に、第１放電ギャップＧ１にて放電する。ただし、実際には、境界負荷Ｂ０の近傍においては、第１放電ギャップＧ１にて放電したり、第２放電ギャップＧ２にて放電したりすることとなる。

【0030】

具体的には、内燃機関１０の負荷が第１基準負荷Ｂ１よりも低いとき、主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じ、内燃機関１０の負荷が第２基準負荷Ｂ２よりも高いとき、主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じるようにする。第１基準負荷Ｂ１は第２基準負荷Ｂ２以下である。例えば、第１基準負荷Ｂ１を全負荷の１／４、第２基準負荷Ｂ２を全負荷の３／４とすることができる。

【0031】

そして、これを実現するために、例えば、第２放電ギャップＧ２の長さを調整して、上記境界負荷Ｂ０が、第１基準負荷Ｂ１と第２基準負荷Ｂ２との間の値となるように、調整する。また、例えば、中心電極４の先端部の消耗により、第１放電ギャップＧ１が徐々に拡大することも想定される。この場合、第１放電ギャップＧ１における放電電圧が徐々に高くなり、図６における線Ｖ１が上方へシフトすることとなる。このとき、境界負荷Ｂ０が第１基準負荷Ｂ１に近付くことになる。このように、境界負荷Ｂ０が変動し得ることを考慮して、変動した場合にもＢ１≦Ｂ０≦Ｂ２の関係が保たれるようにすることが好ましい。

【0032】

なお、「主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じる」とは、例えば、第１放電ギャップＧ１における放電確率（すなわち、一定期間内の或いは一定のサイクル数における放電回数）が、第２放電ギャップＧ２における放電確率の１０倍以上である場合を意味するものとすることができる。同様に、「主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じる」とは、例えば、第２放電ギャップＧ２における放電確率が、第１放電ギャップＧ１における放電確率の１０倍以上である場合を意味するものとすることができる。

【0033】

このように、本形態の内燃機関１０は、内燃機関１０の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第１放電ギャップＧ１から第２放電ギャップＧ２へ移行するよう構成されている。

【0034】

また、上述のように、内燃機関１０の負荷が高くなるほど、雰囲気圧力すなわち、副燃焼室５０内の圧力が高くなるという関係にある。それゆえ、本形態のスパークプラグ１は、副燃焼室５０内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、第１放電ギャップＧ１から第２放電ギャップＧ２へ移行するよう構成されている、ということができる。

【0035】

そして、本形態のスパークプラグ１は、以下のように構成されているといえる。すなわち、常温において、副燃焼室５０の圧力Ｐが第１基準圧力Ｐ１よりも低いとき、主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じ、副燃焼室５０の圧力Ｐが第２基準圧力Ｐ２よりも高いとき、主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じるよう構成されている。第１基準圧力Ｐ１は第２基準圧力Ｐ２以下である。

【0036】

このようなスパークプラグ１の構成は、例えば以下の試験によって確認することができる。すなわち、スパークプラグ１を、主燃焼室を模したチャンバに装着し、チャンバ内の圧力を変動させる。チャンバ内の温度は常温とする。この状態において、スパークプラグ１に電圧を印加したときに、主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じるか、主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じるか、を観測する。

【0037】

このとき、「チャンバ内の圧力（すなわち、副燃焼室５０の圧力）が第１基準圧力Ｐ１よりも低いとき、主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じ、チャンバ内の圧力（すなわち、副燃焼室５０の圧力）が第２基準圧力Ｐ２よりも高いとき、主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じる」という状態が確認できれば、上記の要件を満たすことが確認できる。

【0038】

なお、「常温において」としたのは、あくまでも、上記のような試験において常温で試験した場合を想定したものであり、実際にスパークプラグ１を使用する際に、常温とすることを意味するものではない。

【0039】

ここで、例えば、第１基準圧力Ｐ１を０．５ＭＰａ、第２基準圧力を１．５ＭＰａとすることができる。また、図６において、線Ｖ１と線Ｖ２との交点に対応する圧力Ｐを境界圧力Ｐ０とする。境界圧力Ｐ０と第１基準圧力Ｐ１と第２基準圧力Ｐ２とは、Ｐ１≦Ｐ０≦Ｐ２を満たす。

【0040】

なお、特に言及しない限り、副燃焼室５０の圧力とは、スパークプラグ１の点火時点における、副燃焼室５０の圧力を意味するものとする。

【0041】

なお、本形態において、中心電極４の材料として、例えば、ニッケル合金を用いることができる。特に、ニッケル９３％以上と、クロム３％以下とを含有する合金を用いることが、第２放電ギャップＧ２における放電による中心電極４のチャネリングを抑制できる観点で、好ましい。

【0042】

また、本形態においては、中心電極４及び接地電極６のいずれにおいても、第１放電ギャップＧ１に対向する部分に、貴金属チップを設けていない形態を示している。しかし、中心電極４及び接地電極６の少なくとも一方に、第１放電ギャップＧ１に対向する部分に、貴金属チップを設けることもできる。貴金属チップとしては、例えば、イリジウム合金、白金合金等を用いることができる。第１放電ギャップＧ１に対向する部位に貴金属チップを設けることによって、第１放電ギャップＧ１の拡大を抑制することができる。これにより、第１放電ギャップＧ１における放電電圧の変化を抑制することができる。

【0043】

また、本形態においては、噴孔５１の噴孔軸Ｌがプラグ中心軸Ｃに向かうように形成されたものを示した。しかし、噴孔軸がプラグ中心軸からずれるように噴孔を形成することもできる。例えば、噴孔から副燃焼室内に流入した気流によって、プラグ周方向に旋回するスワール流が、副燃焼室内に形成されるように、噴孔を形成することもできる。

【0044】

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記内燃機関１０においては、内燃機関の負荷の上昇に伴い、放電発生位置が、第１放電ギャップＧ１から第２放電ギャップＧ２へ移行するよう構成されている。それゆえ、比較的内燃機関１０の負荷が低いときは、放電発生位置が第１放電ギャップＧ１となり、比較的内燃機関１０の負荷が高いときは、放電発生位置が第２放電ギャップＧ２となる。

【0045】

これにより、比較的低負荷の状態においては、図４に示すごとく、比較的噴孔５１に近い第１放電ギャップＧ１付近に初期火炎が形成されることとなり、失火を抑制しつつ、噴孔５１から火炎ジェットを噴出することができる。また、比較的高負荷の状態においては、図５に示すごとく、比較的噴孔５１から遠い第２放電ギャップＧ２付近に初期火炎が形成されることとなり、充分に成長した火炎を噴孔５１から火炎ジェットとして噴出することができる。

【0046】

このように、低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを効果的に噴出させることができる。それゆえ、安定した着火性を得ることができる。

【0047】

そして、内燃機関１０の負荷が第１基準負荷Ｂ１よりも低いとき、主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じ、内燃機関１０の負荷が第２基準負荷Ｂ２よりも高いとき、主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じるようにしている。これにより、所定の低負荷時においても、所定の高負荷時においても、主燃焼室１０１へ火炎ジェットを確実に噴出させることができる。

【0048】

すなわち、例えば、第２放電ギャップＧ２の大きさを調整することで、境界負荷Ｂ０を第１基準負荷Ｂ１と第２基準負荷Ｂ２との間となるように調整する。これにより、内燃機関１０の負荷が第１基準負荷Ｂ１よりも低いときは、少なくとも、主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じ、内燃機関１０の負荷が第２基準負荷Ｂ２よりも高いとき、少なくとも、主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じるようにすることができる。

【0049】

また、本形態のスパークプラグ１は、副燃焼室５０内の圧力上昇に伴い、放電発生位置が、第１放電ギャップＧ１から第２放電ギャップＧ２へ移行するよう構成されている。これにより、内燃機関１０の低負荷時においても、高負荷時においても、火炎ジェットを主燃焼室１０１へ効果的に噴出させることができる。

【0050】

また、常温において、副燃焼室５０の圧力が第１基準圧力Ｐ１よりも低いとき、主として第１放電ギャップＧ１に放電が生じ、副燃焼室５０の圧力が第２基準圧力Ｐ２よりも高いとき、主として第２放電ギャップＧ２に放電が生じるよう構成されている。これにより、所定の低負荷時においても、所定の高負荷時においても、火炎ジェットを主燃焼室１０１へ確実に噴出させることができる。

【0051】

以上のごとく、本形態によれば、安定した着火性を得ることができる内燃機関及び内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

【0052】

（実施形態２）
本形態は、図７、図８に示すごとく、中心電極４が径方向突出部４１を有する形態である。
径方向突出部４１は、絶縁碍子３の先端面に沿ってプラグ径方向に突出している。中心電極４における絶縁碍子３の先端から突出した部位の一部を、プラグ径方向に突出させて、径方向突出部４１が形成されている。

【0053】

本形態においては、図８に示すごとく、径方向突出部４１は、プラグ周方向の全周にわたり、円環状に形成されている。ただし、プラグ周方向の一部のみにおいて、径方向突出部４１を突出させた構成とすることもできる。また、径方向突出部４１の外周端と、ハウジング２の内周面との間の距離は、第１放電ギャップＧ１の距離よりも長い。

【0054】

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。

【0055】

本形態においては、第２放電ギャップＧ２が絶縁碍子３の先端角部を経由しない状態にしやすくすることができる。これにより、第２放電ギャップＧ２における放電によって、絶縁碍子３の先端角部に局部的な損傷（すなわちチャネリング）が生じることを抑制することができる。また、径方向突出部４１の突出長さを調整することで、第２放電ギャップＧ２の長さ調整を容易に行うこともできる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0056】

（実施形態３）
本形態は、図９～図１１に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見て、接地電極６の固定端部６１が、吸気弁７２側を向いている形態である。
接地電極６は、固定端部６１からプラグ中心軸Ｃへ向かって突出するように形成されている（図１１参照）。接地電極６の一部と中心電極４の先端部とは、第１放電ギャップＧ１を介してプラグ軸方向Ｚに対向している（図１１参照）。

【0057】

内燃機関１０は、図９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１０１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、スパークプラグ１が取り付けられる。すなわち、図９、図１０に示すごとく、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。

【0058】

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１０１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１０１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。

【0059】

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１０１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１０１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１０１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。

【0060】

そして、主燃焼室１０１内においては、主として、図９の矢印ＡＦ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ＡＦは、図９、図１０に示すごとく、主燃焼室１０１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ＡＦが、スパークプラグ１の先端部付近の主な気流となる。

【0061】

なお、主燃焼室１０１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ＡＦ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１０１の気流」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ＡＦを意味する。
その他は、実施形態１と同様である。

【0062】

本形態の内燃機関１０においては、プラグ軸方向Ｚから見て、接地電極６の固定端部６１が、吸気弁７２側を向いている。それゆえ、図９、図１０に示すごとく、接地電極６の固定端部６１側の噴孔５１が、主燃焼室１０１における気流ＡＦの上流側を向くこととなる。そうすると、図１１に示すごとく、主として、固定端部６１側の噴孔５１から気流Ｆが導入される。これにより、副燃焼室５０内において、矢印Ｆにて示すように、固定端部６１と反対側の内壁面に沿って基端側へ向かった後、固定端部６１側の内壁面に沿って先端側へ向かうタンブル流が形成される。そうすると、接地電極６の基端側面によって、気流Ｆが第１放電ギャップＧ１に導かれる。その結果、第１放電ギャップＧ１に形成される放電を引き伸ばしやすくなり、着火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。

【0063】

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】

【0064】

１…スパークプラグ、１０…内燃機関、２…ハウジング、３…絶縁碍子、４…中心電極、５…プラグカバー、５０…副燃焼室、５１…噴孔、６…接地電極、Ｇ１…第１放電ギャップ、Ｇ２…第２放電ギャップ、Ｌ…噴孔軸、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】