JP2023101437A - Spark plug for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。 The present invention relates to spark plugs for internal combustion engines.
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。かかるスパークプラグは、放電ギャップに生じた放電によって副燃焼室内に火炎を形成する。そして、副燃焼室内に形成された火炎を、副燃焼室と主燃焼室とを連通させる噴孔から噴出させることにより、主燃焼室内に火炎を伝搬させて混合気を燃焼させる。
For example, as disclosed in
特許文献１に記載のスパークプラグは、プラグカバーに、放電ギャップとプラグ径方向に隣接する噴孔を設けることにより、主燃焼室における火炎の成長を促進させようとしている。
The spark plug described in
しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグにおいては、主燃焼室における火炎の成長の促進については考慮されているものの、副燃焼室内における混合気への着火、すなわち、初期火炎の形成自体については、考慮されていない。つまり、副燃焼室内の放電を引き伸ばして着火性を向上させることについては、何ら考慮されていない。また、排ガス浄化フィルタの触媒温度を高くする等の目的のため、内燃機関の膨張行程において、放電による点火を行う場合があるが、膨張行程における着火性についても考慮されていない。
However, although the spark plug described in
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性に優れた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。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a spark plug for an internal combustion engine that has excellent ignitability.
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、上記中心電極の先端部と上記接地電極とが、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、
少なくとも１つの上記噴孔は、プラグ軸方向に沿って形成された軸方向噴孔（５１１）であり、
プラグ軸方向から見たとき、上記軸方向噴孔の中心（５１１Ｃ）は、上記接地電極と重なることなく、上記中心電極の中心軸（ＣＣ）に対しプラグ径方向の外側へ偏心しており、
プラグ軸方向から見たときの上記中心電極の中心軸から上記軸方向噴孔の中心までの距離（Ｄ１）をｘｍｍとし、上記副燃焼室の容積をＶｃｃとしたとき、下記式（１）及び下記式（２）を満たす、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。
a center electrode (4) held on the inner peripheral side of the insulator and protruding from the insulator to the tip side;
a cylindrical housing (2) that holds the insulator on the inner peripheral side;
a ground electrode (6) forming a discharge gap (G) with the center electrode;
a plug cover (5) provided at the tip of the housing so as to cover the sub-combustion chamber (50) in which the discharge gap is arranged;
The plug cover is formed with an injection hole (51) for communicating the sub-combustion chamber with the outside,
The ground electrode protrudes into the secondary combustion chamber from a fixed end (61) fixed to the housing or the plug cover,
The discharge gap is formed by the tip portion of the center electrode and the ground electrode facing each other in the axial direction (Z) of the plug,
at least one injection hole is an axial injection hole (511) formed along the axial direction of the plug;
When viewed from the axial direction of the plug, the center (511C) of the axial nozzle hole does not overlap the ground electrode and is eccentric to the radially outer side of the central axis (CC) of the center electrode,
A spark plug (1) for an internal combustion engine that satisfies the following formulas (1) and (2), where x mm is the distance (D1) from the center axis of the center electrode to the center of the axial nozzle hole when viewed from the axial direction of the plug, and Vcc is the volume of the sub-combustion chamber.
上記スパークプラグは、上記式（１）及び上記式（２）を満たす。それゆえ、内燃機関の膨張行程において、放電ギャップに生じた放電は、軸方向噴孔へと向かう気流によって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。 The spark plug satisfies the above formulas (1) and (2). Therefore, during the expansion stroke of the internal combustion engine, the discharge generated in the discharge gap is likely to be extended by the airflow directed toward the axial nozzle hole. As a result, ignitability can be improved.
以上のごとく、上記態様によれば、着火性に優れた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。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a spark plug for an internal combustion engine with excellent ignitability.
It should be noted that the symbols in parentheses described in the claims and means for solving the problems indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope of the present invention.
（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８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。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。
(Embodiment 1)
An embodiment of a spark plug for an internal combustion engine will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
A
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の先端部と接地電極６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。
The
また、少なくとも１つの噴孔５１は、プラグ軸方向Ｚに沿って形成された軸方向噴孔５１１である。図２に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見たとき、軸方向噴孔５１１の中心５１１Ｃは、接地電極６と重なることなく、中心電極４の中心軸ＣＣに対しプラグ径方向の外側へ偏心している。
At least one
図３に示すごとく、プラグ軸方向Ｚから見たときの中心電極４の中心軸ＣＣから軸方向噴孔５１１の中心５１１Ｃまでの距離Ｄ１をｘｍｍとし、副燃焼室５０の容積をＶｃｃとする。このとき、スパークプラグ１は、下記式（１）及び下記式（２）を満たす。
また、本形態のスパークプラグ１は、上記式（１）及び上記式（２）に加え、下記式（３）を更に満たす。
１．０５８≦ｘ≦１．９４２ ・・・（３）
Further, the
1.058≦x≦1.942 (3)
また、スパークプラグ１は、下記式（４）及び下記式（５）を更に満たすことがより好ましい。
また、スパークプラグ１は、下記式（６）を更に満たすことがより好ましい。
１．２５４≦ｘ≦１．７４６ ・・・（６）
Further, it is more preferable that the
1.254≦x≦1.746 (6)
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２１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。
The
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ＰＣは、スパークプラグ１の中心軸ＰＣ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ＰＣに直交する平面上において、プラグ中心軸ＰＣを中心とする円の半径方向を意味する。また、本形態において、中心電極４は、中心軸ＣＣがプラグ中心軸ＰＣに実質的に重なるように配置されている。
One end of the
図１に示すごとく、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を主燃焼室と区画している。また、噴孔５１は副燃焼室５０と主燃焼室とを互いに連通させている。
As shown in FIG. 1, the
副燃焼室５０は、絶縁碍子３から先端側に突出した中心電極４の周辺における、ハウジング２の先端部の内周側の空間を含む。また、副燃焼室５０は、絶縁碍子３の外周面とハウジング２の内周面との間に形成された環状の空間であるポケット部５０１をも含む。本形態において、副燃焼室５０の容積Ｖは、０．４０ｃｃ以上である。また、副燃焼室５０の容積Ｖは、０．５５ｃｃ以上であることがより好ましい。
The
また、プラグカバー５は、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。
The
プラグカバー５には複数の噴孔５１が形成されている。本形態において、噴孔５１は、軸方向噴孔５１１と、傾斜噴孔５１２とを有する。傾斜噴孔５１２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、傾斜噴孔５１２は、図３に示すごとく、噴孔軸５１２Ｌが実質的にプラグ中心軸ＰＣを通過するように形成されている。傾斜噴孔５１２は角部５４に形成されている。また、軸方向噴孔５１１は底壁部５３に形成されている。
A plurality of injection holes 51 are formed in the
軸方向噴孔５１１の内径Ｄ２は、傾斜噴孔５１２の内径Ｄ３よりも大きい。内径Ｄ２は、例えば、内径Ｄ３の２倍以上とすることができる。
The inner diameter D2 of the
軸方向噴孔５１１は、図１に示すごとく、噴孔軸５１１ＬがＺ方向に沿うように形成されている。図２～図４に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１は接地電極６と重ならないように配置されている。
As shown in FIG. 1, the
本形態において、接地電極６は、図１に示すごとく、ハウジング２の先端部に固定されている。接地電極６は全体として略Ｌ字形状をなしている。接地電極６は、固定端部６１とは反対側の突出端部６２を、中心電極４の先端部に対しＺ方向に対向させることにより、放電ギャップＧを形成している。
In this embodiment, the
図２～図４に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１は、突出端部６２の突出側に形成されている。図４に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１の少なくとも一部は、接地電極６を突出端部６２の突出方向に延長した延長領域６Ｅと重なっている。本形態においては、Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１の全体が延長領域６Ｅと重なっている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
図１～図４に示すごとく、突出端部６２の突出側には、突出端面６２１が形成されている。本形態において、突出端面６２１は、平坦な面であると共に、Ｚ方向に沿うように形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, a
本形態においては、図３に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、放電ギャップＧと軸方向噴孔５１１との並び方向において、突出端面６２１から中心５１１Ｃまでの距離は、距離Ｄ１と実質的に同じ距離になっている。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、突出端面６２１から中心５１１Ｃまでの距離は、距離Ｄ１と実質的に同じ距離になっている。つまり、突出端面６２１は、実質的に中心軸ＣＣと重なるように配置されている。また、Ｚ方向から見たとき、プラグ中心軸ＰＣから中心５１１Ｃまでの距離は、距離Ｄ１と実質的に同じ距離になっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, when viewed from the Z direction, the distance from the projecting
また、Ｚ方向から見たとき、突出端部６２の一部と中心電極４の先端面４１の一部とは、互いに重なっている。また、Ｚ方向から見たとき、突出端面６２１の一部と中心電極４の先端面４１の一部とは、互いに重なっている。
Also, when viewed in the Z direction, a portion of the projecting
また、放電ギャップＧは、図１に示すごとく、突出端部６２の基端面６２２と、中心電極４の先端面４１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。基端面６２２は先端面４１に沿うように形成されている。基端面６２２と先端面４１とは、それぞれ平坦な面であると共に、実質的にＺ方向に直交するように形成されている。基端面６２２と先端面４１とは、実質的に互いに平行となるように形成されている。
Also, as shown in FIG. 1, the discharge gap G is formed by the
本形態において、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。中心軸ＣＣ及びプラグ中心軸ＰＣは、放電ギャップＧを通過する。図３に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、放電ギャップＧは、固定端部６１と軸方向噴孔５１１との間に形成されている。
In this embodiment, the discharge gap G is formed closer to the tip than the tip of the
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、上記式（１）及び上記式（２）を満たす。それゆえ、内燃機関の膨張行程において、放電ギャップＧに生じた放電は、軸方向噴孔５１１へと向かう気流によって伸長しやすい。その結果、着火性を向上させることができる。
Next, the effect of this form is demonstrated.
The
膨張行程においては、ピストンが先端側に移動することにより、主燃焼室が副燃焼室５０に対して負圧となる。これにより、噴孔５１を介して、副燃焼室５０から主燃焼室へとガスが導出される。また、軸方向噴孔５１１を介してガスが導出されることにより、副燃焼室５０に、軸方向噴孔５１１へと向かう気流が形成される。ここで、仮に、距離Ｄ１が小さ過ぎる場合と大き過ぎる場合を考える。距離Ｄ１が小さ過ぎる場合、軸方向噴孔５１１へと向かう気流が接地電極６によって阻害され、放電が伸長しにくい。また、接地電極６による気流の乱れが生じやすく、放電が短絡しやすい。一方、距離Ｄ１が大き過ぎる場合、放電ギャップＧにおける気流が弱くなりやすく、放電も短絡しやすいため、放電が伸長しにくい。そこで、本形態のスパークプラグ１は、上記式（１）及び上記式（２）を満たす。それゆえ、内燃機関の膨張行程において、軸方向噴孔５１１へと向かう気流が接地電極６によって阻害されにくく、充分な強さの気流が放電ギャップＧに形成されやすい。それゆえ、放電ギャップＧに生じた放電は、短絡しにくいと共に、軸方向噴孔５１１へ向かって伸長しやすい。それゆえ、膨張行程における着火性を向上させることができる。これにより、排ガス浄化フィルタの触媒温度を、短期間に上昇させることができる。その結果、燃費向上、エミッション低減が期待できる。
In the expansion stroke, the main combustion chamber becomes negative pressure with respect to the
また、図６に示すごとく、放電ギャップＧに生じた放電Ｓの接地電極６側の起点Ｓ１は、図７に示すごとく、膨張行程において、軸方向噴孔５１１へと向かう気流Ａにより、突出端面６２１を伝って、軸方向噴孔５１１に近づくように移動しやすい。それゆえ、放電は、軸方向噴孔５１１へ向かって一層伸長しやすい。その結果、着火性を一層向上させることができる。また、場合によっては、放電Ｓの起点Ｓ１は、図８に示すごとく、接地電極６から軸方向噴孔５１１の内面に移ることもある。そうすると、更に放電Ｓは伸長されると共に、放電Ｓの一部が軸方向噴孔５１１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、主燃焼室の着火性を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 6, the starting point S1 of the discharge S generated in the discharge gap G on the side of the
また、放電Ｓが軸方向噴孔５１１へ向かって伸長することにより、放電Ｓによって生じた初期火炎が接地電極６によって冷却されにくい。それゆえ、着火性を一層向上させることができる。
Further, since the discharge S extends toward the
また、軸方向噴孔５１１へ向かって放電Ｓが伸長することにより、着火位置を軸方向噴孔５１１に近付けやすい。これにより、例えば、副燃焼室５０の温度が低い運転条件などでは、初期火炎の冷却損失が抑制され、軸方向噴孔５１１から主燃焼室へと火炎が噴出しやすい。その結果、主燃焼室での着火性を向上させることができる。
Further, the extension of the discharge S toward the
また、スパークプラグ１は、上記式（１）及び上記式（２）に加え、上記式（３）を更に満たす。それゆえ、着火性を確実に向上させることができる。
The
また、スパークプラグ１は、上記式（４）及び上記式（５）を更に満たすと、内燃機関の膨張行程において、放電Ｓが、気流Ａによって一層伸長しやすい。この場合、放電Ｓが主燃焼室にまで伸長しやすい。それゆえ、主燃焼室における燃焼安定性を確実に向上させることができる。それゆえ、遅角限界を向上させることができる。その結果、ＥＵＲＯ７のエミッション規制を満足させることが期待できる。
When the
また、スパークプラグ１は、上記式（６）を更に満たすと、放電Ｓが、気流Ａによって、より一層伸長しやすい。この場合、着火性を、より一層向上させることができる。
Further, when the
本形態において、内径Ｄ２（図３参照）は内径Ｄ３（図３参照）よりも大きい。それゆえ、気流Ａを強化することができる。その結果、放電Ｓを一層伸長させることができる。 In this embodiment, the inner diameter D2 (see FIG. 3) is larger than the inner diameter D3 (see FIG. 3). Therefore, the airflow A can be strengthened. As a result, the discharge S can be extended further.
Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１は、中心５１１Ｃが接地電極６と重ならないように形成されている。それゆえ、放電ギャップＧに気流Ａを確実に形成しやすい。その結果、放電Ｓを確実に伸長させることができる。
The
本形態において、副燃焼室５０の容積Ｖは０．４０ｃｃ以上である。それゆえ、膨張行程において、充分な強さの気流Ａを形成しやすい。その結果、放電Ｓを確実に伸長させることができる。
In this embodiment, the volume V of the
また、副燃焼室５０の容積Ｖが０．５５ｃｃ以上であると、膨張行程において、気流Ａがより強くなりやすい。この場合、放電Ｓを一層伸長させることができる。
Further, when the volume V of the
Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１は、突出端部６２の突出側に形成されている。また、Ｚ方向から見たとき、突出端面６２１の一部と先端面４１の一部とは、互いに重なっている。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップＧに気流Ａが一層形成されやすい。その結果、放電Ｓを一層伸長させることができる。
The
突出端面６２１は、中心軸ＣＣと実質的に重なるように配置されている。それゆえ、膨張行程において、放電ギャップＧに気流Ａが、より一層形成されやすい。その結果、放電Ｓを、より一層伸長させることができる。
The projecting
Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１の少なくとも一部は、延長領域６Ｅ（図４参照）と重なっている。それゆえ、膨張行程において、放電Ｓが気流Ａによって確実に伸長しやすい。
When viewed in the Z direction, at least a portion of the
また、Ｚ方向から見たとき、軸方向噴孔５１１の全体が延長領域６Ｅと重なっている。それゆえ、膨張行程において、放電Ｓが気流Ａによって一層確実に伸長しやすい。
Also, when viewed from the Z direction, the entire
また、放電ギャップＧは、突出端部６２の基端面６２２と中心電極４の先端面４１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。また、基端面６２２は先端面４１に沿うように形成されている。それゆえ、接地電極６側及び中心電極４側の放電Ｓ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。
The discharge gap G is formed by the
以上のごとく、本形態によれば、着火性に優れた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。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the
（比較形態１）
本形態は、図９に示すごとく、実施形態１に対し、プラグカバーを有さない形態である。
(Comparative form 1)
As shown in FIG. 9, this embodiment does not have a plug cover in contrast to the first embodiment.
本形態のスパークプラグ９が内燃機関に取り付けられた状態において、放電ギャップＧは主燃焼室に配置される（図示略）。
その他は、実施形態１と同様である。なお、図９において用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１におけるものと同様の構成要素等を表す。
When the
Others are the same as those of the first embodiment. Note that, of the reference numerals used in FIG. 9, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components and the like as those in the first embodiment unless otherwise specified.
（実験例１）
本例では、図１０のグラフに示すごとく、基本構造を実施形態１と同様としつつ、距離Ｄ１の値が互いに異なる複数のスパークプラグを用いて、ＣＦＤ解析（「Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ解析」の略）を行うことによって算出した放電の最長の長さＬ１と、実験を行うことによって確認した遅角限界との関係を解析した。試験条件は、各スパークプラグにおいて、副燃焼室の容積Ｖを０．４０ｃｃ、軸方向噴孔の数を１つ、傾斜噴孔の数を４つとした。また、軸方向噴孔の内径を１．５ｍｍとし、傾斜噴孔の内径を０．７ｍｍとした。また、内燃機関として直列４気筒のエンジンを用い、排気量を２．５Ｌ、回転数を１５００ｒｐｍ、トルクを２０Ｎｍとした。
(Experimental example 1)
In this example, as shown in the graph of FIG. 10, the relationship between the maximum discharge length L1 calculated by CFD analysis (abbreviation of "Computational Fluid Dynamics analysis") and the retardation limit confirmed by conducting experiments was analyzed using a plurality of spark plugs having different values of distance D1 while maintaining the same basic structure as that of the first embodiment. The test conditions were as follows: for each spark plug, the volume V of the sub-combustion chamber was 0.40 cc, the number of axial injection holes was one, and the number of inclined injection holes was four. Also, the inner diameter of the axial nozzle hole was set to 1.5 mm, and the inner diameter of the inclined nozzle hole was set to 0.7 mm. In addition, an in-line four-cylinder engine was used as the internal combustion engine, with a displacement of 2.5 L, a rotation speed of 1500 rpm, and a torque of 20 Nm.
一般に、放電ギャップに生じた放電が伸長するほど、点火時期を遅角することができると考えられる。ここで、基本構造を比較形態１と同様とするスパークプラグについて、上記条件にて遅角限界の実験を行ったところ、遅角限界はＡＴＤＣ（圧縮上死点後の略）０°ＣＡ（クランク角の略）であった。そこで、上記解析結果から、遅角限界がＡＴＤＣ０°ＣＡ以上となる放電の長さＬ１を求めた。また、ＥＵＲＯ７のエミッション規制を満足させることが期待できる、遅角限界がＡＴＤＣ１８°ＣＡ以上となる長さＬ１も求めた。
Generally, it is considered that the longer the discharge generated in the discharge gap, the more the ignition timing can be retarded. Here, when a spark plug having the same basic structure as Comparative Example 1 was tested for the retardation limit under the above conditions, the retardation limit was ATDC (abbreviation after compression top dead center) and 0°CA (abbreviation of crank angle). Therefore, from the above analysis results, the discharge length L1 at which the retardation limit is greater than or equal to ATDC0° CA was obtained. Also, the length L1 at which the retardation limit is
図１０のグラフにおいて、丸印は、各スパークプラグの実験結果及び解析結果をプロットしたものである。また、図１０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。 In the graph of FIG. 10, the circular marks plot the experimental results and analytical results of each spark plug. Also, the graph of FIG. 10 shows approximate straight lines in these plots.
本例の結果から、Ｌ１が長くなるほど、遅角限界が向上することが分かる。また、図１０のグラフに示す近似直線から、遅角限界がＡＴＤＣ０°ＣＡ以上となる長さＬ１は、１０ｍｍ以上と推測された。また、遅角限界がＡＴＤＣ１８°ＣＡ以上となる長さＬ１は、２６ｍｍ以上と推測された。
From the results of this example, it can be seen that the longer the L1, the better the retardation limit. Further, from the approximate straight line shown in the graph of FIG. 10, the length L1 at which the retardation limit is ATDC0°CA or more was estimated to be 10 mm or more. Also, the length L1 at which the retardation limit is
（実験例２）
本例では、図１１のグラフに示すごとく、基本構造を実施形態１と同様としつつ、距離Ｄ１及び副燃焼室の容積Ｖが互いに異なる複数のスパークプラグを用いて、距離Ｄ１と、放電の最長の長さＬ１との関係についてＣＦＤ解析を行った。その他の試験条件は、実験例１と同様である。
(Experimental example 2)
In this example, as shown in the graph of FIG. 11, a CFD analysis was performed on the relationship between the distance D1 and the maximum discharge length L1 using a plurality of spark plugs having different distances D1 and sub-combustion chamber volumes V while the basic structure was the same as that of the first embodiment. Other test conditions are the same as in Experimental Example 1.
図１１のグラフから、容積Ｖの大きさによらず、距離Ｄ１が１．５ｍｍのとき、長さＬ１の値がピークになることが分かる。具体的には、距離Ｄ１が１．５ｍｍから小さくなるほど長さＬ１が小さくなっていると共に、距離Ｄ１が１．５ｍｍから大きくなるほど長さＬ１が小さくなっている。本例のＣＦＤ解析から、距離Ｄ１が小さ過ぎる場合、軸方向噴孔へと向かう気流が接地電極によって阻害され、放電が充分に伸長しなかったと考えられる。また、接地電極による気流の乱れが生じやすく、放電が短絡しやすかったと考えられる。一方、距離Ｄ１が大き過ぎる場合、放電ギャップにおける軸方向噴孔へと向かう気流が弱くなりやすく、放電も短絡しやすいため、放電が充分に伸長しなかったと考えられる。 From the graph of FIG. 11, it can be seen that the value of the length L1 peaks when the distance D1 is 1.5 mm, regardless of the size of the volume V. FIG. Specifically, the length L1 decreases as the distance D1 decreases from 1.5 mm, and the length L1 decreases as the distance D1 increases from 1.5 mm. From the CFD analysis of this example, it is considered that if the distance D1 was too small, the ground electrode obstructed the airflow toward the axial nozzle hole, and the discharge did not extend sufficiently. In addition, it is considered that the ground electrode tends to cause turbulence in the airflow, which tends to cause short-circuiting of the discharge. On the other hand, if the distance D1 is too large, the airflow toward the axial injection hole in the discharge gap tends to weaken, and the discharge tends to short-circuit, so the discharge did not extend sufficiently.
また、図１１のグラフは、距離Ｄ１が１．５ｍｍのときに長さＬ１の値がピークになる、ガウス分布に近似した形状となっている。この結果に基づき、距離Ｄ１をｘｍｍとしたときの、長さＬ１を求める式であって、ガウス分布の式をベースとした下記式（７）を導き出した。下記式（７）において、σは標準偏差である。また、長さＬ１のピーク値の要素を加えるため、下記式（７）の右辺に係数ａを乗じた式が下記式（８）である。
また、図１２のグラフは、図１１のグラフに示す解析結果における、距離Ｄ１が１．５ｍｍのときの、容積Ｖと長さＬ１との関係を示したグラフである。図１２のグラフに示すごとく、距離Ｄ１が同じであっても、容積Ｖによって長さＬ１の値が異なることが分かる。 Also, the graph of FIG. 12 is a graph showing the relationship between the volume V and the length L1 when the distance D1 is 1.5 mm in the analysis results shown in the graph of FIG. As shown in the graph of FIG. 12, even if the distance D1 is the same, it can be seen that the value of the length L1 differs depending on the volume V.
また、図１２のグラフには、解析値のプロットにおける近似曲線を示した。当該近似曲線の式は下記式（９）となる。また、下記式（９）の数字をｂ、ｃ、ｄに置き換え、下記式（９）を一般化した式が、下記式（１０）である。
Ｌ１＝－７７６．５５Ｖ２＋７６７．２４Ｖ－１５５．９８ ・・・（９）
Ｌ１＝－ｂＶ２＋ｃＶ－ｄ ・・・（１０）
In addition, the graph of FIG. 12 shows an approximate curve for plotting the analytical values. The formula of the approximate curve is the following formula (9). Further, the following formula (10) is obtained by replacing the numbers in the following formula (9) with b, c, and d and generalizing the following formula (9).
L1=-776.55V 2 +767.24V-155.98 (9)
L1=-bV 2 +cV-d (10)
また、上記式（８）に容積Ｖの要素を加えるため、上記式（８）の右辺に上記式（１０）の右辺を乗じた式が、下記式（１１）である。
次に、上記式（１１）のａ、ｂ、ｃ、ｄ、σのそれぞれの値を、図１１のグラフの解析値を用い、最小二乗法により算出した。このとき、ａは「２７．１」、ｂは「０．０」、ｃは「３．２」、ｄは「０．６」、σは「０．４」となった。そして、これらの値を上記式（１１）に代入した式が下記式（１２）である。
図１３のグラフは、上記式（１２）の距離Ｄ１及び容積Ｖに数値を代入して算出した長さＬ１と、ＣＦＤ解析による長さＬ１との関係を解析したグラフである。上記式（１２）を用いて算出した長さＬ１と、ＣＦＤ解析による長さＬ１との相関係数を求めたところ、０．７以上であった。この結果から、上記式（１２）を用いて算出した長さＬ１と、ＣＦＤ解析による長さＬ１とは強い相関があることが分かる。 The graph of FIG. 13 is a graph obtained by analyzing the relationship between the length L1 calculated by substituting numerical values for the distance D1 and the volume V in the above equation (12) and the length L1 obtained by CFD analysis. A correlation coefficient between the length L1 calculated using the above formula (12) and the length L1 obtained by CFD analysis was found to be 0.7 or more. From this result, it can be seen that there is a strong correlation between the length L1 calculated using the above formula (12) and the length L1 obtained by the CFD analysis.
また、上記式（１２）の左辺の長さＬ１の値を１０ｍｍとし、ｘについての式として表した式の「＝」を、「≦」又は「≧」に変えた式が上記式（１）及び上記式（２）である。つまり、上記式（１）及び上記式（２）は、長さＬ１が１０ｍｍ以上になるときの、距離Ｄ１の範囲を示す式である。言い換えると、上記式（１）及び上記式（２）は、実験例１の解析結果から、遅角限界がＡＴＤＣ０°ＣＡ以上になるときの、距離Ｄ１の範囲を示す式である。そのため、上記式（１）及び上記式（２）を満たす、基本構造を実施形態１と同様とするスパークプラグは、基本構造を比較形態１と同様とするスパークプラグと同等以上の、膨張行程における着火性を備えていると推測される。
Further, the above formula (1) and the above formula (2) are obtained by changing the “=” in the formula for x to “≦” or “≧” with the value of the length L1 of the left side of the above formula (12) set to 10 mm. That is, the above formulas (1) and (2) are formulas showing the range of the distance D1 when the length L1 is 10 mm or more. In other words, the above formulas (1) and (2) are formulas showing the range of the distance D1 when the retardation limit is ATDC0° CA or more from the analysis result of Experimental Example 1. Therefore, it is presumed that the spark plug having the same basic structure as that of
また、上記式（１２）の左辺の長さＬ１の値を２６ｍｍとし、ｘについての式として表した式の「＝」を、「≦」又は「≧」に変えた式が上記式（４）及び上記式（５）である。つまり、上記式（４）及び上記式（５）は、長さＬ１が２６ｍｍ以上になるときの、距離Ｄ１の範囲を示す式である。言い換えると、上記式（４）及び上記式（５）は、実験例１の解析結果から、遅角限界がＡＴＤＣ１８°ＣＡ以上になるときの、距離Ｄ１の範囲を示す式である。そのため、上記式（４）及び上記式（５）を満たす、基本構造を実施形態１と同様とするスパークプラグは、ＥＵＲＯ７のエミッション規制を満足させることができる程度の、膨張行程における着火性を備えていると推測される。
Further, the above formula (4) and the above formula (5) are obtained by changing the value of the length L1 of the left side of the above formula (12) to 26 mm and replacing "=" in the formula for x with "≦" or "≧". That is, the above formulas (4) and (5) are formulas showing the range of the distance D1 when the length L1 is 26 mm or more. In other words, the above formulas (4) and (5) are formulas showing the range of the distance D1 when the retardation limit is
また、図１１のグラフから、副燃焼室の容積Ｖを０．４０ｃｃ以上にしたとき、長さＬ１は、距離Ｄ１を調整することにより、確実に１０ｍｍ以上になりやすいと考えられる。そこで、上記式（１）及び上記式（２）の容積Ｖに「０．４０」を代入し、ｘの範囲を示した式が上記式（３）である。つまり、容積Ｖを０．４０ｃｃ以上にしたとき、ｘを上記式（３）の範囲にすることにより、長さＬ１を確実に１０ｍｍ以上にすることができると考えられる。その結果、膨張行程における着火性を確実に向上させることができると考えられる。 Further, from the graph of FIG. 11, it is considered that when the volume V of the sub-combustion chamber is set to 0.40 cc or more, the length L1 tends to be reliably increased to 10 mm or more by adjusting the distance D1. Therefore, the above formula (3) is obtained by substituting "0.40" for the volume V in the above formulas (1) and (2) and showing the range of x. That is, when the volume V is set to 0.40 cc or more, it is considered that the length L1 can be reliably set to 10 mm or more by setting x within the range of the above formula (3). As a result, it is considered that the ignitability in the expansion stroke can be reliably improved.
また、図１１のグラフから、副燃焼室の容積Ｖを０．５５ｃｃ以上にしたとき、長さＬ１は、距離Ｄ１を調整することにより、確実に２６ｍｍ以上になりやすいと考えられる。そこで、上記式（４）及び上記式（５）の容積Ｖに「０．５５」を代入し、ｘの範囲を示した式が上記式（６）である。つまり、容積Ｖを０．５５ｃｃ以上にしたとき、ｘを上記式（６）の範囲にすることにより、長さＬ１を確実に２６ｍｍ以上にすることができると考えられる。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と考えられる。 Further, from the graph of FIG. 11, it is considered that when the volume V of the sub-combustion chamber is set to 0.55 cc or more, the length L1 tends to be reliably increased to 26 mm or more by adjusting the distance D1. Therefore, the above formula (6) is obtained by substituting "0.55" for the volume V in the above formulas (4) and (5) and showing the range of x. That is, when the volume V is set to 0.55 cc or more, it is considered that the length L1 can be reliably set to 26 mm or more by setting x within the range of the above formula (6). As a result, it is considered that the ignitability in the expansion stroke can be further improved.
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。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention.
１…スパークプラグ、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、５１１…軸方向噴孔、５１１Ｃ…中心、６…接地電極、６１…固定端部、Ｄ１…距離、Ｇ…放電ギャップ、Ｚ…プラグ軸方向、ＣＣ…中心軸
Claims (4)
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、上記中心電極の先端部と上記接地電極とが、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、
少なくとも１つの上記噴孔は、プラグ軸方向に沿って形成された軸方向噴孔（５１１）であり、
プラグ軸方向から見たとき、上記軸方向噴孔の中心（５１１Ｃ）は、上記接地電極と重なることなく、上記中心電極の中心軸（ＣＣ）に対しプラグ径方向の外側へ偏心しており、
プラグ軸方向から見たときの上記中心電極の中心軸から上記軸方向噴孔の中心までの距離（Ｄ１）をｘｍｍとし、上記副燃焼室の容積をＶｃｃとしたとき、下記式（１）及び下記式（２）を満たす、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
a center electrode (4) held on the inner peripheral side of the insulator and protruding from the insulator to the tip side;
a cylindrical housing (2) that holds the insulator on the inner peripheral side;
a ground electrode (6) forming a discharge gap (G) with the center electrode;
a plug cover (5) provided at the tip of the housing so as to cover the sub-combustion chamber (50) in which the discharge gap is arranged;
The plug cover is formed with an injection hole (51) for communicating the sub-combustion chamber with the outside,
The ground electrode protrudes into the secondary combustion chamber from a fixed end (61) fixed to the housing or the plug cover,
The discharge gap is formed by the tip portion of the center electrode and the ground electrode facing each other in the axial direction (Z) of the plug,
at least one injection hole is an axial injection hole (511) formed along the axial direction of the plug;
When viewed from the axial direction of the plug, the center (511C) of the axial nozzle hole does not overlap the ground electrode and is eccentric to the radially outer side of the central axis (CC) of the center electrode,
A spark plug (1) for an internal combustion engine that satisfies the following formulas (1) and (2), where x mm is the distance (D1) from the center axis of the center electrode to the center of the axial nozzle hole when viewed from the axial direction of the plug, and Vcc is the volume of the auxiliary combustion chamber.
１．０５８≦ｘ≦１．９４２ ・・・（３） The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, further satisfying the following formula (3).
1.058≦x≦1.942 (3)
１．２５４≦ｘ≦１．７４６ ・・・（６） 4. The spark plug for an internal combustion engine according to claim 3, further satisfying the following formula (6).
1.254≦x≦1.746 (6)
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