JP7707985B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

例えば、特許文献１に開示されているように、先端に副燃焼室を備えた内燃機関用のスパークプラグが知られている。当該スパークプラグにおいて、副燃焼室を覆うプラグカバーは、先端部の厚みが薄くなっている。これにより、当該先端部が高温になることを抑え、スパークプラグによる放電の発生よりも前に混合気が着火すること（すなわちプレイグニッション）を抑制しようとしている。

特開２０２０－００９７４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグは、プラグカバーの過熱を抑制することについては考慮されているものの、接地電極の過熱を抑制することについては考慮されていない。それゆえ、接地電極を起点とするプレイグニッションの懸念はあり、更なる改善の余地があるといえる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、接地電極の過熱を抑制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。

本発明の第一の態様は、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露出した中心電極（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噴孔（５１）が形成されており、
上記接地電極は、上記ハウジングの先端部のハウジング先端側面（２１）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、
上記接地電極は、上記固定端部を有すると共に上記ハウジング先端側面から先端側へ立設した立設部（６２）と、該立設部の先端からプラグ径方向の内側へ向かって屈曲した屈曲部（６３）と、該屈曲部から上記プラグ径方向の内側へ向かって延設された延設部（６４）と、を有し、
上記接地電極は、ニッケルを主成分とする外層部（６５）と、該外層部の内部に配されると共に銅を主成分とする芯部（６６）とを有し、
上記放電ギャップは、上記中心電極の先端部と上記接地電極の上記延設部とが、プラグ軸方向（Ｚ）に互いに対向することにより形成されており、
上記接地電極のプラグ軸方向の高さをＨｍｍとし、上記接地電極全体に対する上記芯部の質量割合をＷｃｕ質量％としたとき、下記式（１）を満たし、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室の外周側を覆う周壁部（５２）と、上記副燃焼室の先端側を覆う底壁部（５３）と、上記周壁部の先端と上記底壁部の外周とを曲面状に繋ぐ角部（５４）と、を有し、
上記延設部と上記底壁部との間には、隙間（ｇ１）が形成されており、プラグ軸方向における、上記延設部と上記底壁部との間の距離（Ｄ１）は、上記プラグカバーの厚み（Ｔ２）以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。
Ｈ≦（２×Ｗｃｕ／１７）＋２．５ ・・・（１）
本発明の第二の態様は、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露出した中心電極（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噴孔（５１）が形成されており、
上記接地電極は、上記ハウジングの先端部のハウジング先端側面（２１）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、
上記接地電極は、上記固定端部を有すると共に上記ハウジング先端側面から先端側へ立設した立設部（６２）と、該立設部の先端からプラグ径方向の内側へ向かって屈曲した屈曲部（６３）と、該屈曲部から上記プラグ径方向の内側へ向かって延設された延設部（６４）と、を有し、
上記接地電極は、ニッケルを主成分とする外層部（６５）と、該外層部の内部に配されると共に銅を主成分とする芯部（６６）とを有し、
上記放電ギャップは、上記中心電極の先端部と上記接地電極の上記延設部とが、プラグ軸方向（Ｚ）に互いに対向することにより形成されており、
上記接地電極のプラグ軸方向の高さをＨｍｍとし、上記接地電極全体に対する上記芯部の質量割合をＷｃｕ質量％としたとき、下記式（１）を満たし、
上記プラグカバーは、上記副燃焼室の外周側を覆う周壁部（５２）と、上記副燃焼室の先端側を覆う底壁部（５３）と、上記周壁部の先端と上記底壁部の外周とを曲面状に繋ぐ角部（５４）と、を有し、
上記プラグカバーは、その内周面（５５）における周方向の一部がプラグ径方向における外側へ後退することにより形成されたカバー凹部（５６）を有し、
上記プラグカバーにおいて、上記カバー凹部は基端側に開口しており、
上記カバー凹部は、上記周壁部から上記角部までにわたって形成されており、
上記立設部の少なくとも一部は、上記カバー凹部の内側に配置されている、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
Ｈ≦（２×Ｗｃｕ／１７）＋２．５ ・・・（１）

上記スパークプラグは、銅を主成分とする芯部を備えた接地電極を有すると共に、上記式（１）を満たす。それゆえ、接地電極の熱を外部に放熱しやすいと共に、接地電極における、主燃焼室内の燃焼による受熱を抑制することができる。その結果、接地電極の過熱を抑制することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、接地電極の過熱を抑制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。

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線矢視断面図。 図１のII－II線矢視断面図。 実施形態１における、接地電極の高さＨ等を示す断面図。 実施形態１における、接地電極の延設方向に直交する断面図であって、図２のIV－IV線矢視断面図。 実施形態１における、スパークプラグが設置された内燃機関の断面図。 実施形態１における、ハウジングに電極材を接合した状態を示す図。 実施形態１における、電極材を屈曲治具によって屈曲させた様子を示す図。 実施形態１における、電極材をハンドプレス機によって屈曲させた様子を示す図。 実施形態１における、第１部材の断面図。 実施形態１における、クラッド部材を、第１部材に組み付けた状態を示す断面図。 実施形態１における、クラッド部材を加圧治具によって加圧する様子を示す断面図。 実験例１における、高さＨとＭＢＴからの進角量との関係を示すグラフ。 実験例１における、質量割合Ｗｃｕと高さＨとの関係を示すグラフ。

（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１１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２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から先端側に露出している。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。プラグカバー５には、副燃焼室５０と外部とを連通させる噴孔５１が形成されている。

接地電極６は、ハウジング２の先端部のハウジング先端側面２１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。接地電極６は、立設部６２と屈曲部６３と延設部６４とを有する。立設部６２は、固定端部６１を有すると共にハウジング先端側面２１から先端側へ立設している。屈曲部６３は、立設部６２の先端からプラグ径方向の内側へ向かって屈曲している。延設部６４は、屈曲部６３からプラグ径方向の内側へ向かって延設されている。

また、接地電極６は、ニッケルを主成分とする外層部６５と、外層部６５の内部に配されると共に銅を主成分とする芯部６６とを有する。

放電ギャップＧは、中心電極４の先端部と接地電極６の延設部６４とが、プラグ軸方向Ｚに互いに対向することにより形成されている。

図３に示すごとく、接地電極６のプラグ軸方向Ｚの高さをＨｍｍとし、接地電極６全体に対する芯部６６の質量割合をＷｃｕ質量％とする。このとき、スパークプラグ１は下記式（１）を満たす。
Ｈ≦（２×Ｗｃｕ／１７）＋２．５ ・・・（１）

また、スパークプラグ１は、下記式（２）を更に満たすことがより好ましい。
Ｈ≦（２×Ｗｃｕ／１７）＋０．５ ・・・（２）

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５に示すごとく、ハウジング２のネジ部２２を、シリンダヘッド７１のプラグホール７１１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。ハウジング２は、シリンダヘッド７１と熱的に接触している。

内燃機関１０は、シリンダ７０内を往復運動するピストン７４を備える。主燃焼室１０１は、ピストン７４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、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１０１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。

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１０１と区画している。また、噴孔５１は、副燃焼室５０と主燃焼室１０１とを連通させている。

プラグカバー５は、図３に示すごとく、周壁部５２と底壁部５３と角部５４とを有する。周壁部５２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５３は、副燃焼室５０の先端側を覆う部分である。角部５４は、周壁部５２の先端と底壁部５３の外周とを曲面状に繋ぐ部分である。周壁部５２の基端部は、ハウジング２の先端部に接合されている。プラグカバー５は、ハウジング２と熱的に接触している。

また、噴孔５１は、プラグカバー５の角部５４に形成されている。噴孔５１は、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。

また、プラグカバー５は、図１、図２に示すごとく、その内周面５５における周方向の一部がプラグ径方向における外側へ後退することにより形成されたカバー凹部５６を有する。カバー凹部５６は、周壁部５２から角部５４までにわたって形成されている。カバー凹部５６は基端側に開口している。また、接地電極６の立設部６２の少なくとも一部は、カバー凹部５６の内側に配置されている。

本形態において、接地電極６は、プラグカバー５と当接することなく、ハウジング先端側面２１に固定されている。接地電極６は、ハウジング２と熱的に接触している。また、図３に示すごとく、接地電極６の延設部６４とプラグカバー５の底壁部５３との間には、隙間ｇ１が形成されている。Ｚ方向における、延設部６４と底壁部５３との間の距離Ｄ１は、プラグカバー５の厚みＴ２以下である。本形態において、距離Ｄ１は、０．５～１．０ｍｍである。また、接地電極６のＺ方向の高さＨは１．５ｍｍ以上である。

図４に示すごとく、接地電極６の延設方向に直交する断面は、略直方体形状をなしている。接地電極６の厚みＴ１は、接地電極６の幅Ｗ１よりも小さい。本形態において、厚みＴ１は、１．０ｍｍ以上である。

また、図３に示すごとく、接地電極６の固定端部６１は、ハウジング先端側面２１に溶接によって接合されている。外層部６５と芯部６６とは、それぞれハウジング先端側面２１に直接固定されている。芯部６６は、外層部６５とハウジング先端側面２１とによって封止されている。

外層部６５は、固定端部６１から接地電極６の突出端部６７までにわたって、形成されている。また、芯部６６は、固定端部６１から延設部６４までにわたって、形成されている。本形態において、突出端部６７には、芯部６６が設けられていない。

本形態において、接地電極６全体に対する芯部６６の質量割合Ｗｃｕは、１０質量％以上かつ２５質量％以下である。また、芯部６６は、外層部６５よりも熱伝導率が高い。本形態において、芯部６６における銅の含有量は９９質量％以上である。また、外層部６５におけるニッケルの含有量は８５質量％以上である。

また、接地電極６は、芯部６６の内部に配されると共に、ニッケルを主成分とする軸部６８を有する。軸部６８は、固定端部６１から延設部６４までにわたって形成されている。軸部６８におけるニッケルの含有量は８５質量％以上である。

また、図１、図３、図４に示すごとく、接地電極６は、接地電極６の厚み方向及び接地電極の幅方向の双方において、外層部６５と、芯部６６と、軸部６８とが重なった多層構造となっている。

また、図１、図３に示すごとく、延設部６４の突出端部６７には、チップ６９が接合されている。また、中心電極４の先端部にも、チップ４１が接合されている。放電ギャップＧは、チップ６９の平坦な基端面と、チップ４１の平坦な先端面とがＺ方向に互いに対向することにより形成されている。図２に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、芯部６６は、チップ６９と重ならないように形成されている。チップ４１、６９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にて構成することができる。

また、放電ギャップＧは、図１、図３に示すごとく、ハウジング２の先端よりも先端側に形成されている。すなわち、中心電極４の先端は、ハウジング２の先端よりも先端側に位置している。

次に、本形態における接地電極６の形成方法について説明する。
本形態において、接地電極６は、棒状の電極材を屈曲することにより形成されている。具体的には、まず、図６に示すごとく、中心電極４と絶縁碍子３とプラグカバー５とを組み付ける前のハウジング２に対し、略四角柱形状の電極材６０を、ハウジング先端側面２１に接合する。電極材６０を接合するにあたっては、電極材６０の長手方向をＺ方向に沿う方向としつつ、電極材６０の基端面とハウジング先端側面２１とをＺ方向に互いに当接させ、溶接を行う。その後、電極材６０にチップ６９を溶接する。また、必要に応じて、電極材６０の一部を切断することにより、電極材６０のＺ方向の長さを調整する。

次いで、電極材６０を接合したハウジング２に挿通治具９１を挿通する。このとき、挿通治具９１の先端がハウジング２の先端よりも先端側に位置するように、挿通治具９１を配置する。また、挿通治具９１の、ハウジング２の先端から先端側への突出量は、接地電極６の高さＨに応じて調整する。

その後、ハウジング２に接合された電極材６０を、図７に示すごとく、屈曲治具９２を用いて、プラグ径方向の内側へ屈曲させる。具体的には、屈曲治具９２は、電極材６０の一部を挿通させるための凹部９２１を有する。そして、この凹部９２１に電極材６０の一部を挿通させた状態にて、電極材６０をプラグ径方向の内側へ屈曲させる。

その後、図８に示すごとく、屈曲した電極材６０の一部を、ハンドプレス機９３によって、基端側に押圧する。これにより、図１、図３に示すごとく、立設部６２と屈曲部６３と延設部６４とを有する接地電極６を形成することができる。

また、接地電極６を形成した後、挿通治具９１を取り外し、中心電極４を内周側に保持した絶縁碍子３を、ハウジング２に組み付ける。その後、必要に応じて、ハウジング２に固定された接地電極６をわずかに変形させ、放電ギャップＧが適切な距離となるように微調整を行う。その後、プラグカバー５をハウジング２の先端部に接合する。これにより、図１～図３に示すごとく、本形態のスパークプラグ１を製造することができる。

次に、ハウジング２に接合する電極材６０の製造方法について説明する。
電極材６０を製造するにあたっては、まず、ニッケルを主成分とする略円柱形状の部材に対し、プレス加工を行うことにより、図９に示すごとく、外層部６５となる有底筒状の第１部材６５０を作製する。そして、図１０に示すごとく、略円柱形状のクラッド部材６０１を、第１部材６５０の凹部６５１の内側に組み付ける。クラッド部材６０１は、芯部６６となる、銅を主成分とする筒状の第２部材６６０と、軸部６８となる、ニッケルを主成分とする第３部材６８０とを有する。第３部材６８０は、第２部材６６０の内側に配置されている。また、クラッド部材６０１において、第２部材６６０と第３部材６８０とは互いに圧着されている。

次いで、図１１に示すごとく、第１部材６５０に組み付けられたクラッド部材６０１を、加圧治具９４によって加圧し、クラッド部材６０１と第１部材６５０とを互いに圧着させる。その後、クラッド部材６０１と第１部材６５０とからなる部材に対し焼鈍を行う。次いで、焼鈍を行った部材を、型を用いて略四角柱形状に成形する。その後、略四角柱形状となった部材に対し、さらに焼鈍を行う。そして、焼鈍を行った部材に対し、必要に応じて、不要な部分を取り除くことにより、電極材６０を作製することができる。

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は、銅を主成分とする芯部６６を備えた接地電極６を有すると共に、上記式（１）を満たす。それゆえ、接地電極６の熱を外部に放熱しやすいと共に、接地電極６における、主燃焼室１０１内の燃焼による受熱を抑制することができる。その結果、接地電極６の過熱を抑制することができる。

本形態のスパークプラグ１は、放電ギャップＧに放電を生じさせることにより、副燃焼室５０内の混合気を着火させ、火炎を形成する。そして、副燃焼室５０内にて生じた火炎を、噴孔５１を介して、主燃焼室１０１に火炎ジェットとして噴出させる。これにより、主燃焼室１０１に火炎を伝播させて混合気を燃焼させる。ここで、燃焼時における主燃焼室１０１の温度は、シリンダ７０及びピストン７４による冷却の影響から、燃焼の中心、つまり主燃焼室１０１の中心付近が最も高くなりやすい。したがって、高さＨを低くし、接地電極６の主燃焼室１０１への突き出し量を少なくするほど、接地電極６の受熱を抑えやすい。また、高さＨを低くするほど、特に温度が高くなりやすい突出端部６７から、ハウジング先端側面２１までの放熱経路を短くすることができ、接地電極６の過熱を抑制しやすい。また、接地電極６は、比較的、熱伝導率が高い銅を主成分とする芯部６６を有する。そのため、質量割合Ｗｃｕを高くするほど、接地電極６の熱を、ハウジング２を介して外部に放熱しやすく、接地電極６の過熱を抑制しやすい。一方で、高さＨを小さくし過ぎると、電極材６０を屈曲させる際に、ハウジング２と接地電極６との接合部に負荷がかかりやすく、製造性が悪くなりやすい。また、質量割合Ｗｃｕを高くし過ぎると、外層部６５によって芯部６６を充分に封止しにくくなり、接地電極６の製造性が悪くなりやすい。そこで、本形態のスパークプラグ１は、上記式（１）を満たす。高さＨと質量割合Ｗｃｕとを、上記式（１）の範囲内に調整することにより、接地電極６の製造性を確保しつつ、接地電極６の過熱を抑制することができる。それゆえ、内燃機関の運転効率が高い高負荷時において、プレイグニッションを抑制することができる。その結果、内燃機関の出力及び燃費を向上させることができる。

スパークプラグ１は、上述のごとく、接地電極６の熱を外部に放熱しやすいと共に、接地電極６の受熱を抑制できるため、隙間ｇ１（図３参照）を介して、底壁部５３の熱が延設部６４に伝わったとしても、接地電極６の過熱を充分に抑制することができる。特に隙間ｇ１が小さいと、プラグカバー５の底壁部５３からの接地電極６の受熱が大きくなりやすいが、本形態の構成により、接地電極６の過熱を抑制することができる。

また、高さＨが低くなることにより、プラグカバー５のＺ方向における高さも低くすることができる。すなわち、プラグカバー５の主燃焼室への突出量を小さくすることができる。それゆえ、主燃焼室１０１の中心からプラグカバー５までの間の距離を長くすることができ、さらに、プラグカバー５の先端部からハウジング２までの放熱経路を短くすることができる。その結果、プラグカバー５の過熱を抑制することができる。

また、スパークプラグ１は、上記式（２）を更に満たすと、接地電極６の熱を外部に一層放熱しやすいと共に、接地電極６の受熱を一層抑制することができる。それゆえ、接地電極６の過熱を一層抑制することができる。その結果、高圧縮比化された自動車エンジン、或いは過給機を備えた自動車エンジン等の高効率エンジン用のスパークプラグ１として用いたとしても、充分にプレイグニッションを抑制することができる。

高さＨは１．５ｍｍ以上である。それゆえ、立設部６２と屈曲部６３と延設部６４とを有する接地電極６を形成しやすい。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。

また、芯部６６は、ハウジング先端側面２１に直接固定されている。それゆえ、接地電極６の熱をハウジング２に効率的に伝えることができる。その結果、接地電極６の過熱を一層抑制することができる。

また、突出端部６７には芯部６６が形成されていない。それゆえ、電極材６０にチップ６９を溶接する際、銅を主成分とする芯部６６の影響を受けにくい。それゆえ、電極材６０にチップ６９を溶接しやすい。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。

放電ギャップＧは、ハウジング２の先端よりも先端側に形成されている。それゆえ、ハウジング２にプラグカバー５を固定する前において、ハウジング２に固定された接地電極６と中心電極４との間に形成された放電ギャップＧの距離を確認しやすい。それゆえ、放電ギャップＧの調整を容易に行うことができる。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。

また、立設部６２の少なくとも一部はカバー凹部５６の内側に配置されている。それゆえ、接地電極６とハウジング先端側面２１との接合範囲を広くしやすい。つまり、カバー凹部５６の内側に立設部６２の一部が配置されている分、接地電極６とハウジング先端側面２１との接合範囲を広くすることができる。それゆえ、接地電極６の熱がハウジング２に一層移動しやすい。その結果、接地電極６の過熱を一層抑制することができる。

接地電極６は、立設部６２と屈曲部６３と延設部６４とを有する。それゆえ、接地電極６とハウジング２との接合部の強度を確実に確保することができると共に、接地電極６の過熱を一層抑制することができる。つまり、本形態においては、棒状の電極材６０の基端面とハウジング先端側面２１とをＺ方向に互いに当接させ、溶接を行うことにより、接地電極６をハウジング２に固定することができる。そのため、ハウジング２に対し接地電極６を強固に接合することができる。また、ハウジング２と接地電極６との接合部を介して、接地電極６の熱を外部に、より効率的に放熱することができる。

芯部６６は、外層部６５とハウジング先端側面２１とによって封止されている。それゆえ、比較的低融点である銅を主成分とする芯部６６が溶出することを確実に防ぐことができる。その結果、接地電極６の熱引き性を確実に維持することができる。

以上のごとく、本形態によれば、接地電極６の過熱を抑制することができる内燃機関用のスパークプラグ１を提供することができる。

上記実施形態１において、接地電極６は軸部６８を有する。ただし、接地電極が、軸部を有さない構成とすることもできる。

（実験例１）
本例では、基本構造を実施形態１と同様としつつ、高さＨ及び質量割合Ｗｃｕの値が互いに異なる複数のスパークプラグを用いて、高さＨ及び質量割合Ｗｃｕの値と、プレイグニッションが発生したときの、ＭＢＴ（Minimum Spark Advance for Best Torqueの略）からの進角量との関係を解析した。一般に、ＭＢＴから点火時期を進角させるほど、プレイグニッションが発生しやすい。そのため、本例では、それぞれのスパークプラグを設置した内燃機関につき、ＭＢＴから点火時期を徐々に進角させ、プレイグニッションの発生する点火時期を解析した。試験条件は、内燃機関を単気筒の４ストロークエンジンとし、スロットル全開、回転数を６５００ｒｐｍとした。

ここで、プレイグニッションの発生する点火時期がＭＢＴから５°ＣＡ（クランク角の略）以上進角する場合を、一般的な自動車エンジン用のスパークプラグとして用いる際に充分にプレイグニッションを抑制できる基準としている。そこで、上記解析結果から、当該基準を満たす高さＨと質量割合Ｗｃｕとの関係を求めた。また、プレイグニッションの発生する点火時期がＭＢＴから１０°ＣＡ以上進角する場合を、高圧縮比化された自動車エンジン、或いは過給機を備えた自動車エンジン等の高効率エンジン用のスパークプラグとして用いる際に充分にプレイグニッションを抑制できる基準としている。そこで、上記解析結果から、当該基準を満たす高さＨと質量割合Ｗｃｕとの関係を求めた。また、本例において、ＭＢＴは、ＢＴＤＣ（圧縮上死点前の略）２０°ＣＡである。

図１２のグラフは、質量割合Ｗｃｕが互いに異なるスパークプラグのそれぞれについて、高さＨとＭＢＴからの進角量との関係を示したグラフである。図１２のグラフにおいて、丸印及び四角印は、それぞれのスパークプラグの解析結果をプロットしたものである。また、図１２のグラフには、これらのプロットにおける近似直線を示した。

図１２のグラフより、質量割合Ｗｃｕの値にかかわらず、高さＨが小さくなるほど、プレイグニッションの発生する点火時期が進角することが分かる。この結果より、高さＨを短くするほど、プラグカバーの過熱を抑制することができ、プレイグニッションを抑制することができると考えられる。

また、図１２のグラフより、高さＨの値にかかわらず、質量割合Ｗｃｕの値が大きくなるほど、プレイグニッションの発生する点火時期が進角することが分かる。この結果より、質量割合Ｗｃｕの値を大きくするほど、プラグカバーの過熱を抑制することができ、プレイグニッションを抑制することができると考えられる。

また、図１２のグラフに示すそれぞれの近似直線から、ＭＢＴからの進角量が５°ＣＡになるときの高さＨと、ＭＢＴからの進角量が１０°ＣＡになるときの高さＨとを求めた。そして、この求めた高さＨと、質量割合Ｗｃｕとの関係について示したグラフが図１３のグラフである。図１３のグラフにおいて、丸印は、図１２のグラフの近似直線から求めた高さＨの値をプロットしたものである。また、図１３のグラフには、これらのプロットにおける近似直線を示した。ここで、ＭＢＴからの進角量が５°ＣＡとなるときの近似直線の式は、下記式（３）となる。また、ＭＢＴからの進角量が１０°ＣＡとなるときの近似直線の式は、下記式（４）となる。
Ｈ＝（２×Ｗｃｕ／１７）＋２．５ ・・・（３）
Ｈ＝（２×Ｗｃｕ／１７）＋０．５ ・・・（４）

また、図１３のグラフにおいて、式（３）の近似直線よりも下側の範囲が、プレイグニッションの発生する点火時期がＭＢＴから５°ＣＡ以上進角する高さＨと質量割合Ｗｃｕとの組み合わせとなる。すなわち、上記式（１）を満たす実施形態１のスパークプラグは、一般的な自動車エンジン用のスパークプラグとして用いる際に充分にプレイグニッションを抑制できる。また、図１３のグラフにおいて、式（４）の近似直線よりも下側の範囲が、プレイグニッションの発生する点火時期がＭＢＴから１０°ＣＡ以上進角する高さＨと質量割合Ｗｃｕとの組み合わせとなる。すなわち、上記式（２）を満たすスパークプラグは、高効率エンジン用のスパークプラグとして用いる際に充分にプレイグニッションを抑制できる。

（実験例２）
本例では、下記の表１に示すごとく、高さＨが互いに異なる複数のスパークプラグを用いて、高さＨと、接地電極の製造性との関係を解析した。また、それぞれのスパークプラグにおいて、接地電極となる電極材は、幅を２．１５ｍｍとし、厚みを１．０ｍｍとした。試料１は、基本構造を実施形態１と同様としつつ、接地電極の質量割合Ｗｃｕの値が１７質量％のスパークプラグである。つまり、試料１は、銅を主成分とする芯部を有する。また、試料２～５は、芯部及び軸部を備えない接地電極を有するスパークプラグである。また、試料２～５において、その他の構成は、実施形態１と同様である。

また、本例において、製造性の評価は、接地電極を屈曲する際の曲げ強度と、接地電極の固定端部とハウジング先端側面との接合部の強度と、について評価した。また、曲げ強度の評価は、表１に示すごとく、屈曲部に割れが見られない場合を「○」、屈曲部に割れが発生した場合を「×」にて示した。また、接合部強度の評価は、表１に示すごとく、接地電極の固定端部とハウジング先端側面との接合部に剥離が見られない場合を「○」、接合部に剥離が見られた場合を「×」にて示した。また、表１に示す製造性の判定は、曲げ強度と接合部強度との双方の評価が「○」の場合を「○」とし、曲げ強度の評価及び接合部強度の評価の少なくとも一方が「×」の場合を「×」とした。そして、表１の判定が「○」である場合、製造性に問題がないと判断した。

表１から、試料１、３～５は、製造性の判定が「○」であった。一方、試料２は、接合部強度の評価が「×」となり、製造性の判定が「×」となった。試料２と試料３～５とは、高さＨ以外が同等の構成となっている。そのため、試料２は、高さＨが低すぎたことにより、接合部に負荷がかかり過ぎ、接合部強度の評価が「×」になったと考えられる。また、高さＨが１．５ｍｍ以上の試料３～５では、製造性の判定が「○」である。そのため、高さＨを１．５ｍｍ以上とすることにより、接地電極の製造性を確実に確保することができると考えられる。

また、試料１は、試料２と同様に高さＨが１．３ｍｍであるにもかかわらず、接合部強度の評価が「○」であり、製造性の判定が「○」であった。ここで、試料１は銅を主成分とする芯部を備える。それゆえ、電極材の硬度が比較的低くなり、電極材を容易に屈曲させることができたと推測される。そのため、電極材を屈曲させる際、接合部に負荷がかかりにくく、接合部強度の評価が「○」になったと推測される。この結果から、芯部を備える接地電極の場合、接地電極の高さＨを１．３ｍｍ以上とすることにより、接地電極の製造性を確実に確保することができると考えられる。また、高さＨが１．５ｍｍ以上の場合、芯部を備えない試料３～５でも、製造性の判定が「○」になったことから、実施形態１のように、芯部を備え、さらに高さＨを１．５ｍｍ以上とすることにより、製造性を確実に向上させることができると考えられる。

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…スパークプラグ、２…ハウジング、２１…ハウジング先端側面、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、６１…固定端部、６２…立設部、６３…屈曲部、６４…延設部、６５…外層部、６６…芯部、Ｇ…放電ギャップ、Ｚ…プラグ軸方向

Claims (5)

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露出した中心電極（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噴孔（５１）が形成されており、
   上記接地電極は、上記ハウジングの先端部のハウジング先端側面（２１）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、
   上記接地電極は、上記固定端部を有すると共に上記ハウジング先端側面から先端側へ立設した立設部（６２）と、該立設部の先端からプラグ径方向の内側へ向かって屈曲した屈曲部（６３）と、該屈曲部から上記プラグ径方向の内側へ向かって延設された延設部（６４）と、を有し、
   上記接地電極は、ニッケルを主成分とする外層部（６５）と、該外層部の内部に配されると共に銅を主成分とする芯部（６６）とを有し、
   上記放電ギャップは、上記中心電極の先端部と上記接地電極の上記延設部とが、プラグ軸方向（Ｚ）に互いに対向することにより形成されており、
   上記接地電極のプラグ軸方向の高さをＨｍｍとし、上記接地電極全体に対する上記芯部の質量割合をＷｃｕ質量％としたとき、下記式（１）を満たし、
   上記プラグカバーは、上記副燃焼室の外周側を覆う周壁部（５２）と、上記副燃焼室の先端側を覆う底壁部（５３）と、上記周壁部の先端と上記底壁部の外周とを曲面状に繋ぐ角部（５４）と、を有し、
   上記延設部と上記底壁部との間には、隙間（ｇ１）が形成されており、プラグ軸方向における、上記延設部と上記底壁部との間の距離（Ｄ１）は、上記プラグカバーの厚み（Ｔ２）以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
   Ｈ≦（２×Ｗｃｕ／１７）＋２．５ ・・・（１）
2. 上記プラグカバーは、その内周面（５５）における周方向の一部がプラグ径方向における外側へ後退することにより形成されたカバー凹部（５６）を有し、
   上記プラグカバーにおいて、上記カバー凹部は基端側に開口しており、
   上記カバー凹部は、上記周壁部から上記角部までにわたって形成されており、
   上記立設部の少なくとも一部は、上記カバー凹部の内側に配置されている、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. 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露出した中心電極（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噴孔（５１）が形成されており、
   上記接地電極は、上記ハウジングの先端部のハウジング先端側面（２１）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、
   上記接地電極は、上記固定端部を有すると共に上記ハウジング先端側面から先端側へ立設した立設部（６２）と、該立設部の先端からプラグ径方向の内側へ向かって屈曲した屈曲部（６３）と、該屈曲部から上記プラグ径方向の内側へ向かって延設された延設部（６４）と、を有し、
   上記接地電極は、ニッケルを主成分とする外層部（６５）と、該外層部の内部に配されると共に銅を主成分とする芯部（６６）とを有し、
   上記放電ギャップは、上記中心電極の先端部と上記接地電極の上記延設部とが、プラグ軸方向（Ｚ）に互いに対向することにより形成されており、
   上記接地電極のプラグ軸方向の高さをＨｍｍとし、上記接地電極全体に対する上記芯部の質量割合をＷｃｕ質量％としたとき、下記式（１）を満たし、
   上記プラグカバーは、上記副燃焼室の外周側を覆う周壁部（５２）と、上記副燃焼室の先端側を覆う底壁部（５３）と、上記周壁部の先端と上記底壁部の外周とを曲面状に繋ぐ角部（５４）と、を有し、
   上記プラグカバーは、その内周面（５５）における周方向の一部がプラグ径方向における外側へ後退することにより形成されたカバー凹部（５６）を有し、
   上記プラグカバーにおいて、上記カバー凹部は基端側に開口しており、
   上記カバー凹部は、上記周壁部から上記角部までにわたって形成されており、
   上記立設部の少なくとも一部は、上記カバー凹部の内側に配置されている、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
   Ｈ≦（２×Ｗｃｕ／１７）＋２．５ ・・・（１）
4. 上記高さＨは１．５ｍｍ以上である、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。
5. 下記式（２）を更に満たす、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。
   Ｈ≦（２×Ｗｃｕ／１７）＋０．５ ・・・（２）