JP5971806B2 - プラズマジェット点火プラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマを生成することで混合気等へと着火するプラズマジェット点火プラグ及びその製造方法に関する。

従来、内燃機関等の燃焼装置においては、火花放電により混合気等へと着火する点火プラグが使用されている。また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている。

一般にプラズマジェット点火プラグは、軸孔を有する筒状の絶縁体と、先端面が絶縁体の先端面よりも没入した状態で前記軸孔内に挿設される中心電極と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、前記主体金具の先端部に接合される円環状の接地電極とを備える。また、プラズマジェット点火プラグは、前記中心電極の先端面及び前記軸孔の内周面によって形成された空間（キャビティ部）を有しており、当該キャビティ部は接地電極に形成された貫通孔を介して外部に連通されるようになっている。

加えて、このようなプラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気等への着火が行われる。まず、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して、両電極間で火花放電を生じさせる。その上で、両電極間に高エネルギーの電流を流すことによって放電状態を遷移させて、前記キャビティ部の内部にプラズマを発生させる。そして、発生したプラズマをキャビティ部の開口から噴出させることで、混合気等への着火が行われる。

さらに、着火性の更なる向上を図るという点から、内燃機関等にプラズマジェット点火プラグを取付けた状態において、プラズマジェット点火プラグの先端部が燃焼室の内壁面から突出するように構成し、プラズマの噴出が燃焼室のより中心側にて生じるように構成する手法が考えられる（例えば、特許文献１等参照）。当該手法を採用した際には、主体金具の先端部に筒状の円筒部が設けられるとともに、絶縁体の先端部ひいてはキャビティ部が円筒部の内側に配置される。また、接地電極は、円筒部の先端部に接合されることとなる。

特開２００８−１７７１４２号公報

ところで、一般的な点火プラグは、絶縁体の先端部が主体金具の先端部よりも突出している。そのため、絶縁体の先端部は、燃焼室内に流入される新気が直接接触することで冷却され、絶縁体の先端部の過熱は十分に抑制される。

しかしながら、プラズマジェット点火プラグにおいては、絶縁体の先端部は主体金具の内部に配置されるため、絶縁体の先端部に対して新気はほとんど接触しない。そのため、絶縁体の先端部が過熱されてしまいやすく、絶縁体の先端部を熱源とした早期着火（いわゆるプレイグニッション）が生じてしまうおそれがある。特に、上述のように、プラズマジェット点火プラグの先端部が燃焼室の内壁面から突出するように構成した場合には、主体金具の先端部（円筒部）や接地電極の受熱量が増加する。そのため、絶縁体の先端部もより過熱されやすくなり、プレイグニッションの発生がより懸念される。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関等に取り付けられた際に、先端部が燃焼室の内壁面から突出するプラズマジェット点火プラグにおいて、絶縁体の先端部における過熱を極めて効果的に抑制し、プレイグニッションの発生をより確実に防止することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のプラズマジェット点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられ、内燃機関に取付けるための取付ねじを有するとともに、前記取付ねじの前記軸線方向先端側に、円筒部を有する筒状の主体金具と、
先端が前記絶縁体の先端よりも後端側に位置するようにして前記軸孔内に挿設される棒状の中心電極と、
前記円筒部の先端部に設けられる接地電極と、
前記軸孔の内周面及び前記中心電極の先端側表面により形成され、先端側に向けて開口するキャビティ部と、
前記接地電極に設けられ、自身の少なくとも一部が、前記キャビティ部の開口を前記軸線方向先端側に延ばしてなる仮想面の内側に位置する貫通孔と、を備えるプラズマジェット点火プラグであって、
前記接地電極は、前記絶縁体の先端部から離間し、
前記円筒部は、外周から内周に貫通し、周方向に沿って間欠的に複数設けられる開口部を有し、
前記開口部の開口面積をＳ（ｍｍ²）とし、前記取付ねじから前記接地電極の先端面までの前記軸線方向における長さをＰ（ｍｍ）とし、前記絶縁体のうち前記中心電極の先端側表面よりも前記軸線方向先端側に位置する部位の前記軸線と直交する方向に沿った最大肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、
Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝
かつ、Ｐ＞１
を満たすことを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。

尚、ｌｎは自然対数を示す。

一般の内燃機関においては、プラズマジェット点火プラグの取付ねじが螺合される雌ねじ部の先端（燃焼室側の端部）から燃焼室の内壁面までの距離が約１ｍｍとされる。ここで、上記構成１によれば、取付ねじから接地電極の先端面までの長さＰが１ｍｍよりも大きなものとされている。そのため、上記構成１のプラズマジェット点火プラグを内燃機関に取付けた際には、プラズマジェット点火プラグの先端部が燃焼室の内壁面から突出することとなる。従って、絶縁体の先端部の過熱、及び、これに伴うプレイグニッションの発生がより懸念される。

この点、上記構成１によれば、接地電極は絶縁体の先端部から離間するように構成されている。従って、接地電極から絶縁体の先端部に伝導する熱量を効果的に低減させることができる。

さらに、上記構成１によれば、燃焼室内に配置される円筒部には、周方向に沿って間欠的に複数の開口部が設けられており、開口部の開口面積をＳ（ｍｍ²）としたとき、Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝を満たすように構成されている。すなわち、開口面積Ｓは、主体金具（円筒部）の内部に対する新気の流入量ひいては絶縁体先端部の冷却効果の大きさに相当するところ、上記式を満たすことにより、絶縁体先端部の受熱量（最大肉厚Ｔや長さＰの大きさに対応する）を上回る冷却効果が奏されるように構成されている。これにより、絶縁体の先端部における過熱を効果的に抑制することができ、接地電極が絶縁体の先端部から離間していることと相俟って、絶縁体先端部の過熱を極めて効果的に抑制することができる。その結果、プレイグニッションの発生をより確実に防止することができる。

尚、最大肉厚Ｔや長さＰと、絶縁体の先端部における受熱量との関係は、次の通りである。すなわち、絶縁体のうち中心電極の先端側表面よりも軸線方向先端側に位置する部位は、内周面が中心電極から大きく離間している部位である。従って、中心電極によって熱が引かれにくく、過熱がより懸念される部位であり、この部位の最大肉厚Ｔが大きいほど、絶縁体先端部の受熱量は増大する。また、燃焼室の内壁面に対する接地電極の先端面の突出量は、長さＰから１ｍｍを減算した値（Ｐ−１）とほぼ等しく、長さＰの値が大きいほど、絶縁体先端部の受熱量は増大する。上記構成１では、これらの点を鑑みた上で、開口面積Ｓを上記式により規定することで、良好な耐プレイグニッション性を実現している。

構成２．本構成のプラズマジェット点火プラグは、上記構成１において、前記接地電極と前記絶縁体の先端部との間の最短距離が０．１０ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記構成２によれば、接地電極と絶縁体の先端部との間の最短距離が０．１０ｍｍ以上とされている。従って、接地電極の熱が絶縁体の先端部に対してより伝わりにくくなり、絶縁体の先端部の過熱をより一層確実に防止することができる。その結果、耐プレイグニッション性の更なる向上を図ることができる。

また、上記構成２によれば、前記最短距離が１ｍｍ以下とされているため、中心電極及び接地電極間において火花放電を生じさせるために必要な電圧（放電電圧）を十分に小さくすることができる。従って、火花放電に伴う中心電極や接地電極、絶縁体の消耗をより確実に防止することができ、耐久性の向上を図ることができる。

構成３．本構成のプラズマジェット点火プラグの製造方法は、前記主体金具と前記接地電極とが別部材により構成された、上記構成１又は２に記載のプラズマジェット点火プラグの製造方法であって、
前記円筒部の先端部に前記接地電極を接合する接合工程を含み、
前記接合工程においては、前記絶縁体と前記接地電極との間に所定の治具を挟み込んだ状態で、前記円筒部の先端部に前記接地電極を接合することを特徴とする。

上記構成３によれば、絶縁体と接地電極との間の最短距離をより確実に、かつ、より容易に所期の値とすることができる。

また、円筒部には開口部が設けられているため、開口部を通過させることにより、治具を絶縁体及び接地電極間に対して容易に配置することができるとともに、治具を絶縁体及び接地電極間から容易に取外すことができる。すなわち、プラズマジェット点火プラグの使用時において、絶縁体先端部の冷却に寄与する開口部は、プラズマジェット点火プラグの製造時において、治具の通過口とすることができ、絶縁体及び接地電極間に所期の隙間をより確実に、かつ、より容易に形成するために利用することができる。

点火システムの構成を示す一部破断拡大正面図である。 点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 貫通孔の形成位置を説明するための斜視模式図である。 円筒部に設けられた開口部等を示す拡大斜視図である。 図２のＪ−Ｊ線断面図である。 点火プラグの先端部の構成を示す拡大断面図である。 接合工程において用いられる治具等を示す拡大断面図である。 最大肉厚Ｔを４ｍｍとした上で、長さＰ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルにおける、耐プレイグニッション性評価試験の結果を示すグラフである。 最大肉厚Ｔを１．５ｍｍとした上で、長さＰ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルにおける、耐プレイグニッション性評価試験の結果を示すグラフである。 長さＰを４ｍｍとした上で、最大肉厚Ｔ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルにおける、耐プレイグニッション性評価試験の結果を示すグラフである。 長さＰを６ｍｍとした上で、最大肉厚Ｔ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルにおける、耐プレイグニッション性評価試験の結果を示すグラフである。 別の実施形態における、開口部の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における、開口部の構成を示す拡大断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、プラズマジェット点火プラグ（以下、単に「点火プラグ」と称す）１、及び、当該点火プラグ１が取付けられた内燃機関ＥＮを備えてなる点火システム１０１を示す一部破断正面図である。

内燃機関ＥＮは、点火プラグ１が挿通される取付孔ＰＨを有しており、内燃機関ＥＮのうち取付孔ＰＨを形成する部位には雌ねじ部ＦＳが形成されている。そして、点火プラグ１は、後述する取付ねじ１５が前記雌ねじ部ＦＳに螺合されることで、内燃機関ＥＮに取付けられている。尚、内燃機関ＥＮに取付けられた点火プラグ１は、その先端部（図１中、下側の部位）が内燃機関ＥＮの燃焼室ＥＲ内に配置されている。また、着火性の向上を図るべく、点火プラグ１の先端部は、燃焼室ＥＲを形成する内壁面ＲＷよりも燃焼室ＥＲの中心側へと比較的大きく突出するように構成されている。

次いで、点火プラグ１の構成について詳述する。図２に示すように、点火プラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。尚、図２では、点火プラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には、棒状の中心電極５が挿設されている。中心電極５は、熱伝導性に優れる金属〔例えば、銅や銅合金、純ニッケル（Ｎｉ）等〕からなる内層５Ａ、及び、Ｎｉを主成分とする合金〔例えば、インコネル（商標名）６００や６０１等〕からなる外層５Ｂにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端が絶縁碍子２の先端よりも後端側に位置している。また、中心電極５の先端部は、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて先細るテーパ状とされている。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、導電性金属及びガラスを含んでなる円柱状のガラスシール部９が配設されている。ガラスシール部９により、中心電極５と端子電極６とがそれぞれ電気的に接続されるとともに、絶縁碍子２に固定されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ１を内燃機関に取付けるための取付ねじ（雄ねじ部）１５が形成されている。また、取付ねじ１５よりも後端側には鍔状の座部１６が形成され、取付ねじ１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

併せて、主体金具３のうち取付ねじ１５の軸線ＣＬ１方向先端側には、円筒状の円筒部２１が形成されている。円筒部２１は、点火プラグ１を内燃機関ＥＮに取付けた際に、その大部分が前記内壁面ＲＷよりも燃焼室ＥＲの中心側に突出するようになっている（図１参照）。また、燃焼室ＥＲ内に配置される円筒部２１の先端部に対して後述する接地電極２７が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２２が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してその後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２２に係止された状態で、主体金具３の後端側開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定されている。尚、段部１４，２２間には、円環状の板パッキン２３が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性が保持され、絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２４，２５が介在され、リング部材２４，２５間にはタルク（滑石）２６の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２３、リング部材２４，２５及びタルク２６を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部には、Ｎｉを主成分とする合金により形成されるとともに、円板状をなす接地電極２７が接合されている（つまり、主体金具３と接地電極２７とは別部材である）。接地電極２７は、前記円筒部２１の先端部に係合された状態で、自身の外周部分が前記円筒部２１に対して溶接されることで接合されている。尚、接地電極２７は、絶縁碍子２の先端面から若干離間した状態で主体金具３に接合されている。

さらに、絶縁碍子２の先端部には、軸孔４の内周面と中心電極５の先端側表面とにより形成され、先端側に向けて開口する空間であるキャビティ部３１が形成されている。本実施形態では、中心電極５及び接地電極２７間に電圧を印加し、両電極５，２７間で火花放電を生じさせた状態で、両電極５，２７間に短時間に大電流を投入することにより、キャビティ部３１内においてプラズマが生成されるようになっている。尚、本実施形態において、キャビティ部３１は、その内径（本実施形態では、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下）が軸線ＣＬ１方向に沿って一定とされているが、必ずしもキャビティ部３１の内径を軸線ＣＬ１方向に沿って一定とする必要はない。従って、例えば、キャビティ部３１が先端側に向かって先細り形状、又は、先端側に向かって先太り形状をなし、キャビティ部３１を形成する軸孔４の内周面が軸線ＣＬ１に対して若干（例えば、±５°程度）傾いていてもよい。

また、接地電極２７には、接地電極２７の板厚方向に貫通する貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８の少なくとも一部は、図３（尚、図３は、絶縁碍子２の先端部、及び、接地電極２７のみを示す）に示すように、キャビティ部３１の開口（軸孔４の先端）を軸線ＣＬ１方向先端側に延ばしてなる仮想面ＶＣの内側に位置するように構成されている。つまり、貫通孔２８の少なくとも一部は、キャビティ部３１の開口上に形成されており、キャビティ部３１は貫通孔２８を介して外部へと連通されている。そして、キャビティ部３１内において生成されたプラズマは、貫通孔２８を通って外部へと噴出するようになっている。

さらに、本実施形態では、図４及び図５に示すように、円筒部２１は、外周から内周に貫通し、周方向に沿って間欠的に設けられた複数（本実施形態では、等間隔に４つ）の開口部３３を有している。各開口部３３は、主体金具３の径方向と直交する断面において矩形状をなし、その開口領域が主体金具３の径方向に沿って内周側から外周側に向けて徐々に拡大するように構成されている。そして、各開口部３３の開口面積Ｓ（ｍｍ²：尚、本実施形態のように、径方向に沿って開口面積が変化する場合、開口面積Ｓとあるのは、開口面積の最小値であり、本実施形態では、主体金具３の内周における開口面積をいう）が、次の構成を満たすように構成されている。すなわち、図６に示すように、取付ねじ１５から接地電極２７の先端面までの軸線ＣＬ１方向における長さをＰ（ｍｍ）とし、絶縁碍子２のうち中心電極５の先端側表面よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置する部位の軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った最大肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝を満たすように構成されている。尚、ｌｎは、自然対数を示す。

また、本実施形態では、Ｐ＞１を満たすように構成されている。尚、一般の内燃機関ＥＮでは、雌ねじ部ＦＳから内壁面ＲＷまでの距離は約１ｍｍとなる。そのため、本実施形態において、Ｐ＞１を満たすように構成することで、図１に示すように、内燃機関ＥＮに点火プラグ１を取付けた状態において、接地電極２７の先端面が内壁面ＲＷよりも燃焼室ＥＲの中心側に突出することとなる。そして、Ｐ−１とあるのは、軸線ＣＬ１に沿った内壁面ＲＷに対する接地電極２７の突出量を示す。尚、着火性をより確実に向上させるべく、長さＰを所定値以上（例えば、３ｍｍ以上）とすることが好ましく、接地電極２７や主体金具３の過熱をより確実に防止すべく、長さＰを所定値以下（例えば、６ｍｍ以下）とすることが好ましい。また、絶縁碍子２を貫通する放電の発生を抑制すべく、最大肉厚Ｔを所定値以上（例えば、１．５ｍｍ以上）とすることが好ましい。尚、最大肉厚Ｔは、主体金具３の内径や中心電極５の外径に応じて、その上限が設定される。

さらに、本実施形態では、図６に示すように、接地電極２７と絶縁碍子２の先端部との間の最短距離Ｌが０．１０ｍｍ以上１ｍｍ以下となるように構成されている。

また、本実施形態では、円筒部２１の先端部に接地電極２７を接合する接合工程において、図７に示すように、絶縁碍子２と接地電極２７との間に、厚さ０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の平板状の治具ＪＧを挟み込んだ状態で、抵抗溶接、又は、レーザー溶接により、円筒部２１の先端部に接地電極２７が接合される。これにより、絶縁碍子２の先端部と接地電極２７との間に隙間がより確実に形成されるとともに、前記最短距離Ｌが０．１０ｍｍ以上１ｍｍ以下とされる。尚、治具ＪＧは、接地電極２７の接合前に、開口部３３を通って円筒部２１の内側へと差し込まれ、接地電極２７と絶縁碍子２の先端部との間に配置される。また、治具ＪＧは、接地電極２７の接合後に、開口部３３を通って円筒部２１の外側へと抜き取られ、接地電極２７と絶縁碍子２の先端部との間から取外される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、接地電極２７は絶縁碍子２の先端部から離間するように構成されている。従って、接地電極２７から絶縁碍子２の先端部に伝導する熱量を効果的に低減させることができる。

さらに、本実施形態では、燃焼室ＥＲ内に配置される円筒部２１には、周方向に沿って間欠的に複数の開口部３３が設けられており、各開口部３３の開口面積をＳ（ｍｍ²）としたとき、Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝を満たすように構成されている。すなわち、開口面積Ｓは、主体金具（円筒部）の内部に対する新気の流入量ひいては絶縁碍子２先端部の冷却効果の大きさに相当するところ、上記式を満たすことにより、絶縁碍子２先端部の受熱量（最大肉厚Ｔや長さＰの大きさに対応する）を上回る冷却効果が奏されるように構成されている。これにより、絶縁碍子２の先端部における過熱を効果的に抑制することができ、接地電極２７が絶縁碍子２の先端部から離間していることと相俟って、絶縁碍子２先端部の過熱を極めて効果的に抑制することができる。その結果、プレイグニッションの発生をより確実に防止することができる。

また、接地電極２７と絶縁碍子２の先端部との間の最短距離Ｌが０．１０ｍｍ以上とされている。従って、接地電極２７の熱が絶縁碍子２の先端部に対してより伝わりにくくなり、絶縁碍子２の先端部の過熱をより一層確実に防止することができる。その結果、耐プレイグニッション性の更なる向上を図ることができる。

一方で、最短距離Ｌは１ｍｍ以下とされているため、中心電極５及び接地電極２７間において火花放電を生じさせるために必要な電圧を十分に小さくすることができる。従って、火花放電に伴う中心電極５や接地電極２７、絶縁碍子２の消耗をより確実に防止することができ、耐久性の向上を図ることができる。

さらに、絶縁碍子２と接地電極２７との間に治具ＪＧを挟み込んだ状態で、円筒部２１の先端部に接地電極２７が接合されるため、前記最短距離Ｌをより確実に、かつ、より容易に所期の値とすることができる。

また、円筒部２１には開口部３３が設けられているため、開口部３３を通過させることにより、治具ＪＧを絶縁碍子２及び接地電極２７間に対して容易に配置することができるとともに、治具ＪＧを絶縁碍子２及び接地電極２７間から容易に取外すことができる。すなわち、点火プラグ１の使用時において、絶縁碍子２先端部の冷却に寄与する開口部３３は、点火プラグ１の製造時において、治具ＪＧの通過口とすることができ、絶縁碍子２及び接地電極２７間に所期の隙間をより確実に、かつ、より容易に形成するために利用することができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、取付ねじから接地電極の先端面までの長さＰ（ｍｍ）と、絶縁碍子のうち中心電極の先端側表面よりも先端側に位置する部位の最大肉厚Ｔ（ｍｍ）と、開口部の開口面積Ｓ（ｍｍ²）とを種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、耐プレイグニッション性評価試験を行った。耐プレイグニッション性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを、排気量１．６Ｌ、４気筒ＤＯＨＣエンジンに取付けた上で、点火角度を所定の初期値として、全開状態（５５００ｒｐｍ）にて前記エンジンを２分間動作させた。その後、エンジン動作時にプレイグニッションが発生したか否かを確認し、プレイグニッションが発生した場合には、そのときの点火角度をプレイグニッション発生角度として特定した。一方で、プレイグニッションが発生しなかった場合には、点火角度を１度進角させた上で、再度エンジンを全開状態にて２分間動作させ、次いで、プレイグニッションの発生の有無を確認することを、プレイグニッションが発生するまで繰り返し行い、プレイグニッション発生角度を特定した。ここで、プレイグニッション発生角度が３２度以上となったサンプルは、良好な耐プレイグニッション性を有するということができる。尚、各サンプルともに、円筒部に軸線ＣＬ１を挟んで対向する２つの開口部を設け、また、最短距離Ｌを０．１ｍｍとした。

図８〜図１１に、上記試験の結果を示す。尚、図８〜図１１では、プレイグニッション発生角度が３２度以上となったサンプルを丸印にて示し、プレイグニッション発生角度が３２度未満となったサンプルをバツ印にて示す。また、図８は、最大肉厚Ｔを４ｍｍとした上で、長さＰ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルの試験結果を示し、図９は、最大肉厚Ｔを１．５ｍｍとした上で、長さＰ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルの試験結果を示す。さらに、図１０は、長さＰを４ｍｍとした上で、最大肉厚Ｔ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルの試験結果を示し、図１１は、長さＰを６ｍｍとした上で、最大肉厚Ｔ及び開口面積Ｓを種々変更したサンプルの試験結果を示す。尚、図８〜図１１には、良好な耐プレイグニッション性を有するサンプルの試験結果から得られた近似曲線と、当該近似曲線の式を示す。尚、前記近似曲線は、良好な耐プレイグニッション性を有するサンプルとその他のサンプルとの境界を示すといえる。

尚、最大肉厚Ｔを４ｍｍとした場合において、ｌｎ（Ｔ）は約１．３８６３ｍｍであり、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）は約５．５４５２である。また、最大肉厚Ｔを１．５ｍｍとした場合において、ｌｎ（Ｔ）は約０．４０５５ｍｍであり、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）は約１．６２１９である。さらに、長さＰを４ｍｍとした場合において、ｌｎ（Ｐ−１）は約１．０９８６ｍｍであり、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）は約４．３９４４である。加えて、長さＰを６ｍｍとした場合において、ｌｎ（Ｐ−１）は約１．６０９４ｍｍであり、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）は約６．４３７８である。

図８に示すように、最大肉厚Ｔを４ｍｍとしたサンプルは、開口面積Ｓが、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）＋５．５４５２〔＝４（ｍｍ）×ｌｎ（４）〕以上となったときに、耐プレイグニッション性がより確実に良好となり、図９に示すように、最大肉厚Ｔを１．５ｍｍとしたサンプルは、開口面積Ｓが、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）＋１．６２１９〔＝４（ｍｍ）×ｌｎ（１．５）〕以上となったときに、耐プレイグニッション性がより確実に良好となることが明らかとなった。

さらに、図１０に示すように、長さＰを４ｍｍとしたサンプルは、開口面積Ｓが、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）＋４．３４９９〔＝４（ｍｍ）×ｌｎ（３）〕以上となったとき、耐プレイグニッション性がより確実に良好となり、図１１に示すように、長さＰを６ｍｍとしたサンプルは、開口面積Ｓが、４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）＋６．４３７８〔＝４（ｍｍ）×ｌｎ（５）〕以上となったとき、耐プレイグニッション性がより確実に良好となることが分かった。

すなわち、上記試験結果から、Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝を満たすことで、プレイグニッションの発生を効果的に抑制できることが明らかとなった。これは、長さＰや最大肉厚Ｔの大きさは、絶縁碍子の先端部の受熱量に相当し、開口面積は、主体金具の内部に対する新気の流入量、つまり、絶縁碍子先端部の冷却効果の大きさに相当するところ、上記式を満たすことで、主体金具の内部に流入した新気により、絶縁碍子の先端部が十分に冷却されたためであると考えられる。

上記試験の結果より、プレイグニッションの発生を効果的に抑制するという観点から、円筒部に、周方向に沿って間欠的に複数の開口部を設けるとともに、開口部の開口面積Ｓが、Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝の式を満たすように構成することが好ましいといえる。

次に、Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝を満たし、最短距離Ｌを種々異なるものとした点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、上述の耐プレイグニッション評価試験を行った。尚、当該試験では、点火角度が３４度以上となったサンプルは、非常に優れた耐プレイグニッション性を有するとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、点火角度が３４度未満となったサンプルは、「△」の評価を下すこととした。

表１に、上記試験の結果を示す。尚、サンプルとして、長さＰを２ｍｍとし、最大肉厚Ｔを１．５ｍｍとし、開口面積Ｓを２ｍｍ²としたものと、長さＰを１１ｍｍとし、最大肉厚Ｔを４．０ｍｍとし、開口面積を１５ｍｍ²としたものとを用意した。また、各サンプルともに、軸線ＣＬ１を挟んで対向する２つの開口部を設けた。

表１に示すように、最短距離Ｌを０．１０ｍｍ以上としたサンプルは、非常に優れた耐プレイグニッション性を有することが分かった。これは、接地電極から絶縁碍子へと伝導される熱量が十分に低減したためであると考えられる。

上記試験の結果より、プレイグニッションの発生を一層効果的に抑制するという観点から、最短距離Ｌを０．１０ｍｍ以上とすることがより好ましいといえる。

尚、最短距離Ｌを過度に大きなものとすると、中心電極及び接地電極間で火花放電を生じさせるために必要な電圧が過度に増大してしまい、着火性や耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。従って、着火性や耐久性の低下をより確実に防止すべく、最短距離Ｌを１ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態における開口部３３の数は例示であって、その数は２つ以上であれば特に限定されるものではない。従って、図１２に示すように、開口部３４を周方向に沿って間欠的に２つ設けることとしてもよいし、図１３に示すように、開口部３５を周方向に沿って間欠的に６つ設けることとしてもよい。

また、上記実施形態では、開口部３３が等間隔に設けられているが、必ずしも開口部を等間隔に設ける必要はない。但し、開口部３３を通って新気が主体金具３の内部へとより確実に流入するようにするという観点から、開口部は次の位置に設けることが好ましい。すなわち、軸線ＣＬ１と直交し１の開口部を通る断面において、軸線ＣＬ１と前記１の開口部の周方向に沿った中心とを結ぶ第１仮想線を引くとともに、軸線ＣＬを通り前記第１仮想線に直交する第２仮想線を引く。このとき、第２仮想線を基準として、前記１の開口部側を一方側としたとき、他方側に前記１の開口部と異なる開口部を形成することが好ましい。

（ｂ）上記実施形態において、開口部３３は矩形状をなしているが、開口部の形状は特に限定されるものではない。従って、例えば、開口部が円形状であってもよい。

（ｃ）上記実施形態において、中心電極５の先端部はテーパ状とされているが、中心電極５の先端部の形状は特に限定されるものではない。

（ｄ）上記実施形態では特に記載していないが、耐久性の向上を図るべく、中心電極５や接地電極２７のうち火花放電の起点となり得る部位に、耐消耗性に優れる金属（例えば、白金合金やイリジウム合金等）からなるチップを設けてもよい。

（ｅ）上記実施形態において、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状は、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…点火プラグ（プラズマジェット点火プラグ）、２…絶縁碍子（絶縁体）、３…主体金具、４…軸孔、５…中心電極、１５…取付ねじ、２１…円筒部、２７…接地電極、２８…貫通孔、３１…キャビティ部、３３…開口部、ＣＬ１…軸線、ＪＧ…治具。

Claims (3)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられ、内燃機関に取付けるための取付ねじを有するとともに、前記取付ねじの前記軸線方向先端側に、円筒部を有する筒状の主体金具と、
   先端が前記絶縁体の先端よりも後端側に位置するようにして前記軸孔内に挿設される棒状の中心電極と、
   前記円筒部の先端部に設けられる接地電極と、
   前記軸孔の内周面及び前記中心電極の先端側表面により形成され、先端側に向けて開口するキャビティ部と、
   前記接地電極に設けられ、自身の少なくとも一部が、前記キャビティ部の開口を前記軸線方向先端側に延ばしてなる仮想面の内側に位置する貫通孔と、を備えるプラズマジェット点火プラグであって、
   前記接地電極は、前記絶縁体の先端部から離間し、
   前記円筒部は、外周から内周に貫通し、周方向に沿って間欠的に複数設けられる開口部を有し、
   前記開口部の開口面積をＳ（ｍｍ²）とし、前記取付ねじから前記接地電極の先端面までの前記軸線方向における長さをＰ（ｍｍ）とし、前記絶縁体のうち前記中心電極の先端側表面よりも前記軸線方向先端側に位置する部位の前記軸線と直交する方向に沿った最大肉厚をＴ（ｍｍ）としたとき、
   Ｓ≧｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｐ−１）｝＋｛４（ｍｍ）×ｌｎ（Ｔ）｝
   かつ、Ｐ＞１
   を満たすことを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。
2. 前記接地電極と前記絶縁体の先端部との間の最短距離が０．１０ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火プラグ。
3. 前記主体金具と前記接地電極とが別部材により構成された、請求項１又は２に記載のプラズマジェット点火プラグの製造方法であって、
   前記円筒部の先端部に前記接地電極を接合する接合工程を含み、
   前記接合工程においては、前記絶縁体と前記接地電極との間に所定の治具を挟み込んだ状態で、前記円筒部の先端部に前記接地電極を接合することを特徴とするプラズマジェット点火プラグの製造方法。

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