(57)【要約】【課題】熱による混合気のプレイグニッションを抑制するスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１１は、ハウジング３１、接地電極３３、碍子３５、中心電極４０および気体交換部５０を備える。中心電極４０は、碍子３５に設けられており、接地電極３３との間に隙間を形成する放電部４１を有し、エンジンの燃料を点火可能である。気体交換部５０は、ハウジング３１に設けられており、碍子流路３５５に流れた気体を流入出可能である。また、碍子流路３５５に流れた気体が気体交換部５０に流入したとき、気体交換部５０は、流入した気体を冷却する。気体交換部５０からの気体が碍子流路３５５を経由して、碍子３５および放電部４１に向かって流出する。気体交換部５０から碍子流路３５５に流出した気体により、碍子３５が十分に冷却される。このため、スパークプラグ１１は、熱による混合気のプレイグニッションを抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）に設けられるスパークプラグ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）であって、
筒状のハウジング（３１、２３１、３３１、６３１）と、
前記ハウジングの一端に設けられている接地電極（３３）と、
前記ハウジングの内側に設けられており、前記ハウジングとの間に形成される碍子流路（３５５）を有する碍子（３５）と、
前記碍子に設けられており、前記接地電極との間に隙間を形成する放電部（４１）を有し、前記内燃機関の燃料を点火可能な中心電極（４０）と、
前記ハウジングに設けられており、前記碍子流路に流れた気体を流入出可能であり、前記碍子流路に流れた気体が流入したとき、流入した気体を冷却する気体交換部（５０、２５０、４５０、５５０、６５０）と、
を備えるスパークプラグ。
【請求項２】
前記気体交換部は、前記碍子流路に接続されるハウジング流路（３１７、３１８、３１９）に連通し、前記碍子流路と離間している１つ以上の穴（５０、４５０、５５０、６５０）、または、前記ハウジングの内面（２３２）に設けられ、前記碍子流路に連通する溝（２５０）である請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記内燃機関は、燃焼室（９００）を有し、
前記内燃機関のピストン（９３）が上死点に移動したときの前記燃焼室の容積を上死点容積（Ｖｔ）とし、前記ピストンが下死点に移動したときの前記燃焼室の容積を下死点容積（Ｖｂ）とし、前記上死点容積に対する前記下死点容積の比を圧縮比（ε）とし、前記気体交換部の容積（Ｖｅ）に対する前記気体交換部の容積と前記碍子流路の容積（Ｖｉ）との和（Ｖｅ＋Ｖｉ）の比を容積比（Ｒｖ）とすると、
前記容積比は、前記圧縮比以下である請求項１または２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記碍子流路は、環状に形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記気体交換部から前記碍子流路に流れる気体の前記ハウジングの周方向における速さを増加可能な旋回部（６０、４６０）をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記ハウジングは、前記碍子流路および前記気体交換部に連通するハウジング流路（３１８）を有し、
前記ハウジング流路は、前記ハウジングの周方向に延びている請求項１から５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記ハウジングは、前記碍子流路および前記気体交換部に連通するハウジング流路（３１７、３１９）を有し、
前記ハウジング流路は、前記ハウジングの軸方向に対して傾斜している請求項１から６のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記気体交換部に設けられ、前記ハウジングの軸方向に対して傾斜している案内部材（４６１）をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記ハウジングと前記碍子との間に設けられ、前記碍子流路に流れた気体が前記ハウジング内に流入することを規制する碍子シール部（３５７）をさらに備え、
前記気体交換部の重心（Ｇ）の位置は、前記碍子シール部の位置よりも前記中心電極とは反対側に設けられる請求項１から８のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
前記気体交換部は、前記気体交換部の断面の外縁が多角形形状または湾曲するように、形成されている請求項１から９のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１１】
前記内燃機関は、吸気ポート（９１２）および排気ポート（９５２）を有し、
前記気体交換部は、前記吸気ポート側の前記ハウジングに設けられている請求項１から１０のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１２】
前記気体交換部は、複数設けられている請求項１から１１のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１３】
前記中心電極は、前記接地電極との間で複数回の放電が可能である請求項１から１２のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関において燃焼室の混合気を点火するスパークプラグが知られている。このスパークプラグは、電極と、電極の絶縁を維持する碍子と、電極および碍子を収容するハウジングとを備える。特許文献１では、ハウジングの内側にテーパ構造を設けるスパークプラグが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０１３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
碍子は、熱伝導率が比較的低く、燃焼した混合気の熱により高温になりやすい。碍子が高温になると、碍子の熱によって、燃焼前の混合気が自着火するプレイグニッションが発生する。特許文献１の構成では、テーパ構造を設けて、碍子とハウジングとの隙間に気体が流入する。流入した気体が碍子を冷却することで、プレイグニッションを抑制する。
しかし、碍子流路に気体が流入するためには、外部の気体と碍子流路の気体との圧力差が必要である。テーパ構造では、圧力差は生じず、気体は外部から碍子流路に流入できない。このため、碍子は冷却されず、プレイグニッションを抑制できない虞がある。
【０００５】
本開示の目的は、熱による混合気のプレイグニッションを抑制するスパークプラグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、内燃機関（１）に設けられるスパークプラグ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）である。
スパークプラグは、ハウジング（３１、２３１、３３１、６３１）、接地電極（３３）、碍子（３５）、中心電極（４０）、気体交換部（５０、２５０、４５０、５５０、６５０）を備える。
【０００７】
ハウジングは、筒状に形成されている。
接地電極は、ハウジングの一端に設けられている。
碍子は、ハウジングの内側に設けられており、ハウジングとの間に形成される碍子流路（３５５）を有する。
中心電極は、碍子に設けられており、接地電極との間に隙間を形成する放電部（４１）を有し、内燃機関の燃料を点火可能である。
気体交換部は、ハウジングに設けられており、碍子流路に流れた気体を流入出可能である。
また、碍子流路に流れた気体が気体交換部に流入したとき、気体交換部は、流入した気体を冷却する。
【０００８】
碍子流路に流れた気体が気体交換部に流入したとき、気体交換部により流入した気体は、冷却される。気体交換部からの気体が碍子流路を経由して、碍子および放電部に向かって流出する。気体交換部から碍子流路に流出した気体により、碍子が冷却される。このため、スパークプラグは、熱による混合気のプレイグニッションを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】各実施形態のスパークプラグが用いられるエンジンの構成図。
【図２】第１実施形態のスパークプラグの断面図。
【図３】図２のＩＩＩ部拡大図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】第１実施形態のスパークプラグの気体交換部に気体が流入するときの説明図。
【図７】第１実施形態のスパークプラグの気体交換部から気体が流出するときの説明図。
【図８】第１実施形態のスパークプラグの気体交換部から気体が旋回して流出するときの説明図。
【図９】第１実施形態のスパークプラグが放電したときの説明図。
【図１０】第１実施形態のスパークプラグによって生じた火炎の流れの説明図。
【図１１】第１実施形態のスパークプラグの気体交換部から気体が流出し、スパークプラグが再度放電したときの説明図。
【図１２】第２実施形態のスパークプラグの断面図。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図。
【図１４】第３実施形態のスパークプラグの断面図。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図。
【図１６】図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図。
【図１７】図１４のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図。
【図１８】第４実施形態のスパークプラグの断面図。
【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線断面図。
【図２０】第４実施形態のスパークプラグの気体交換部の拡大斜視図。
【図２１】第５実施形態のスパークプラグの断面図。
【図２２】図２１のＸＸＩＩ部拡大図。
【図２３】第６実施形態のスパークプラグの断面図。
【図２４】図２３のＸＸＩＶ部拡大図。
【図２５】他の実施形態のスパークプラグの径方向の断面図。
【図２６】他の実施形態のスパークプラグの径方向の断面図。
【図２７】他の実施形態のスパークプラグの径方向の断面図。
【図２８】比較例のスパークプラグの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、スパークプラグの実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明する。
本実施形態という場合、複数の実施形態を包括する。
スパークプラグは、内燃機関に設けられる。
【００１１】
まず、本実施形態のスパークプラグ１１が設けられる内燃機関としてのエンジン９０について、説明する。
図１に示すように、エンジン９０は、吸気系９１、シリンダ９２、スパークプラグ１１、ピストン９３、クランクシャフト９４、排気系９５などを備える。図中において、吸気系９１に流入する空気の流れを矢印Ｆ１で示す。排気系９５から流出する排気の流れを矢印Ｆ２で示す。
また、エンジン９０は、燃焼室９００を有する。
燃焼室９００は、シリンダ９２とピストン９３とによって区画形成されている。
【００１２】
吸気系９１は、吸気流路９１０、燃料噴射弁９１１および吸気ポート９１２を有する。
吸気流路９１０は、吸気した空気が流れる。
燃料噴射弁９１１は、吸気流路９１０内で燃料を噴射する。吸気流路９１０に流れる空気と噴射した燃料とが混合され、吸気流路９１０に混合気が形成される。吸気流路９１０に流れる混合気は、燃焼室９００に流入する。
吸気ポート９１２は、吸気弁９１３を含む。
吸気ポート９１２は、吸気弁９１３を開閉することによって、混合気が燃焼室９００に流入するタイミングを制御する。
【００１３】
シリンダ９２は、シリンダヘッド９２１を有し、ピストン９３を収容している。
スパークプラグ１１は、シリンダヘッド９２１に設けられており、取付孔９２２に挿通され、シリンダヘッド９２１とねじ締結されている。
スパークプラグ１１の先端部は、燃焼室９００に露出している。スパークプラグ１１をシリンダヘッド９２１に取り付けたときの燃焼室９００側を燃焼室側とする。また、燃焼室９００とは反対側をターミナル側とする。
ピストン９３は、シリンダ９２に沿って、燃焼室９００内の上死点から下死点まで移動可能である。
クランクシャフト９４は、ピストン９３に連結されている。
【００１４】
燃焼室９００に流入した混合気は、スパークプラグ１１が放電することによって、点火し、燃焼する。混合気が燃焼したとき、燃焼室９００の圧力が増加する。ピストン９３が押し下げられ、クランクシャフト９４が回転する。クランクシャフト９４の回転トルクがエンジン９０の外部に伝達される。クランクシャフト９４の回転トルクにより、例えば、エンジン９０を搭載する車両のタイヤが回転する。
【００１５】
排気系９５は、排気流路９５１および排気ポート９５２を有する。
排気流路９５１は、燃焼室９００の混合気が燃焼した後の排気が流れる。
排気ポート９５２は、排気弁９５３を含む。
排気ポート９５２は、排気弁９５３を開閉することによって、燃焼室９００からの排気が排気流路９５１に排出されるタイミングを制御する。
排気流路９５１を流れた排気は、大気に排出される。
【００１６】
（第１実施形態）
次に、第１実施形態のスパークプラグ１１の構成について、説明する。
図２および図３に示すように、スパークプラグ１１は、ハウジング３１、接地電極３３、碍子３５および中心電極４０を備える。
【００１７】
ハウジング３１は、筒状の金属部材であり、ハウジング第１筒部３１１およびハウジング第２筒部３１２を有する。
ハウジング第１筒部３１１は、燃焼室側のハウジング３１に位置する部位である。
ハウジング第１筒部３１１は、ハウジング３１の径方向外側の外壁にねじ溝を有する。ねじ溝により、ハウジング第１筒部３１１とシリンダヘッド９２１とがねじ結合可能である。
また、ハウジング第１筒部３１１は、ハウジング凸部３１３を内壁に有する。
【００１８】
ハウジング凸部３１３は、ハウジング３１の径方向外側から径方向内側に延びており、碍子３５の外壁と係合可能である。
また、ハウジング凸部３１３は、傾斜面３１５およびハウジング凸部端面３１６を端面に含む。
【００１９】
傾斜面３１５は、ターミナル側のハウジング凸部３１３の端面に形成されている。
傾斜面３１５は、中心電極４０のターミナル４８から燃焼室９００に向かうに伴い、ハウジング３１の径方向内側から径方向外側に向かって傾斜している。
ハウジング凸部端面３１６は、燃焼室側のハウジング凸部３１３の端面に形成され、傾斜面３１５とは反対側の端面に形成されている。
ハウジング凸部端面３１６は、中心電極４０のターミナル４８から燃焼室９００に向かうに伴い、ハウジング３１の径方向外側から径方向内側に向かって傾斜している。
傾斜面３１５およびハウジング凸部端面３１６は、ハウジング３１の軸に対して、対称となるように形成されており、テーパ形状である。
【００２０】
ハウジング第２筒部３１２は、ターミナル側のハウジング３１に位置する部位である。ハウジング第２筒部３１２の外径および内径は、ハウジング第１筒部３１１の外径および内径よりも大きい。
ハウジング第２筒部３１２は、ハウジング第１筒部３１１との段差面にガスケット３１４を有する。
ガスケット３１４は、スパークプラグ１１がシリンダヘッド９２１に取り付けられたとき、ターミナル側に気体が流入することを規制する。ガスケット３１４により、燃焼室９００と外部との気密が維持される。
【００２１】
接地電極３３は、燃焼室側のハウジング第１筒部３１１の一端に設けられている。
また、接地電極３３は、Ｌ字形状に形成されており、金属からなる部材である。
さらに、接地電極３３は、ハウジング第１筒部３１１と接続する側とは反対側の端部と、中心電極４０の放電部４１と、の間に隙間が形成されるように、設けられている。
【００２２】
碍子３５は、筒状に形成されており、ハウジング３１に収容されている。
また、碍子３５は、セラミックスで形成されており、絶縁性を有する。碍子３５により、ハウジング３１と中心電極４０との絶縁が維持される。
さらに、碍子３５は、小内径部３５１、大内径部３５２、大外径部３５３、ターミナル支持部３５４および碍子流路３５５を有する。
【００２３】
小内径部３５１は、ハウジング第１筒部３１１の内側に位置し、スパークプラグ１１をシリンダヘッド９２１に取り付けたとき、燃焼室側の碍子３５に位置する部位である。
また、小内径部３５１は、筒状に形成されており、一定の断面積を有する柱状空間を内側に含む。
さらに、小内径部３５１は、燃焼室９００から離れるにしたがって外径が大きくなるように、形成されている。
【００２４】
また、小内径部３５１は、ターミナル側の端部の外壁に段差面３５６および小内径部端面３５８を含む。
段差面３５６と傾斜面３１５との間には、碍子シール部３５７が設けられている。
碍子シール部３５７は、スパークプラグ１１がシリンダヘッド９２１に取り付けられたとき、ターミナル側に気体が流入することを規制する。碍子シール部３５７により、燃焼室９００と外部との気密が維持される。
小内径部端面３５８は、ターミナル側の小内径部３５１の端面であり、中心電極４０の係合部４３と接触可能である。
【００２５】
大内径部３５２は、ハウジング第１筒部３１１の内側に位置し、小内径部３５１よりもターミナル側に位置する部位である。
また、大内径部３５２は、筒状に形成されており、一定の断面積を有する柱状空間を内側に含む。大内径部３５２の柱状空間の径は、燃焼室側の小内径部３５１の柱状空間の径よりも大きい。
さらに、大内径部３５２の外径は、ターミナル側の小内径部３５１の外径と同じである。
【００２６】
大外径部３５３は、ハウジング第２筒部３１２の内側に位置し、大内径部３５２よりもターミナル側に位置する部位である。
また、大外径部３５３は、筒状に形成されており、一定の断面積を有する柱状空間を内側に含む。大外径部３５３の柱状空間の径は、大内径部３５２の柱状空間の径と同じである。
さらに、大外径部３５３の外径は、大内径部３５２の外径よりも大きい。
【００２７】
ターミナル支持部３５４は、ハウジング第２筒部３１２の外側に位置し、ターミナル側の大外径部３５３に位置する部位である。
また、ターミナル支持部３５４は、中心電極４０のターミナル４８を内側で支持している。
さらに、ターミナル支持部３５４は、周方向に形成される複数の溝を外壁に含む。
【００２８】
図３に示すように、碍子流路３５５は、小内径部３５１の外面とハウジング第１筒部３１１の内面とで区画形成されている。
また、碍子流路３５５は、ハウジング第１筒部３１１の開口からハウジング凸部端面３１６まで形成されている。なお、碍子流路３５５に流入した気体は、碍子シール部３５７により、ターミナル側に漏れないように、規制される。
図４に示すように、碍子流路３５５は、円環状となるように、形成されている。
【００２９】
図２に戻って、中心電極４０は、燃焼室側の碍子３５の内側に位置する。なお、中心電極４０は、接地電極３３に対向するように、碍子３５の端面に設けられてもよい。
中心電極４０は、金属からなる部材であり、燃焼室９００の混合気を点火可能である。
また、中心電極４０と碍子３５との間には、比較的小さい隙間が形成されている。
さらに、中心電極４０は、放電部４１、軸部４２、係合部４３、接続端子部４４、電極第１シール部４５、抵抗体４６、電極第２シール部４７およびターミナル４８を有する。
【００３０】
放電部４１は、スパークプラグ１１をシリンダヘッド９２１に取り付けたとき、燃焼室側の中心電極４０に位置する部位である。
放電部４１は、先端が比較的細くなるように、形成されている。
また、放電部４１は、接地電極３３との間で放電可能である。
放電部４１は、ターミナル４８を介して高圧電流が流れるとき、接地電極３３との間の隙間に混合気を点火可能な火花を生成可能である。
【００３１】
軸部４２は、放電部４１よりもターミナル側に位置し、柱形状の部位である。
軸部４２は、放電部４１および係合部４３に接続されており、小内径部３５１の内側で小内径部３５１と嵌合されている。
また、軸部４２は、中心軸Ｏに垂直な断面が円形形状となるように、形成されている。
さらに、軸部４２は、中心軸Ｏに垂直な断面の面積が一定となるように、形成されている。
【００３２】
係合部４３は、軸部４２よりもターミナル側に位置する部位である。
係合部４３の外径は、軸部４２の外径よりも大きい。
また、係合部４３は、係合部端面４３１を含む。
係合部端面４３１は、燃焼室側における係合部４３の端面であり、小内径部端面３５８と接触可能である。これにより、中心電極４０をターミナル支持部３５４から碍子３５の内側に挿入するとき、係合部端面４３１と小内径部端面３５８とが接触し、中心電極４０の燃焼室側への移動が規制される。
【００３３】
接続端子部４４は、係合部４３よりもターミナル側に位置する部位である。
接続端子部４４は、電極第１シール部４５と電気的に接続するように、形成されている。
電極第１シール部４５は、中心電極４０よりもターミナル側に設けられている。
電極第１シール部４５は、ガラス粉末と銅粉末との混合物であり、抵抗体４６と中心電極４０とを電気的に接続している。
また、電極第１シール部４５は、碍子３５と溶着しており、ターミナル側に気体が流入することを規制する。電極第１シール部４５により、燃焼室９００と外部との気密が維持される。
【００３４】
抵抗体４６は、電極第１シール部４５よりもターミナル側に設けられている。
抵抗体４６は、例えば、鉄で形成されている。
抵抗体４６は、ターミナル４８を経由して供給される高圧電流によるノイズを低減する。
電極第２シール部４７は、抵抗体４６よりもターミナル側に設けられている。
電極第２シール部４７は、電極第１シール部４５の材質と同様であり、抵抗体４６と中心電極４０とを電気的に接続している。
また、電極第２シール部４７は、電極第１シール部４５と同様に、碍子３５と溶着しており、ターミナル側に気体が流入することを規制する。電極第２シール部４７により、燃焼室９００と外部との気密が維持される。
【００３５】
ターミナル４８は、電極第２シール部４７よりもターミナル側に設けられている。
ターミナル４８は、電極第２シール部４７と電気的に接続されている。
また、ターミナル４８は、ターミナル側の端部がターミナル支持部３５４の外部に露出するように、形成されている。
さらに、ターミナル４８は、外部から供給される高圧電流を受電可能である。
【００３６】
従来、スパークプラグの碍子は、熱伝導率が比較的低く、燃焼した混合気の熱により高温になりやすい。碍子が高温になると、碍子の熱によって、燃焼前の混合気が自着火するプレイグニッションが発生することが知られている。
図２８に示すように、比較例のスパークプラグ１００は、テーパ構造１０１を備える。図２８において、テーパ構造１０１を誇張して記載している。特許文献１では、テーパ構造１０１により、碍子１０２とハウジング１０３との隙間である碍子流路１０４に気体が流入することが記載されている。碍子流路１０４に流入した気体が碍子１０２を冷却することで、プレイグニッションを抑制する。
【００３７】
しかし、碍子流路１０４に気体が流入するためには、外部の気体と碍子流路１０４の気体との圧力差が必要である。テーパ構造１０１では、圧力差は生じず、気体は外部から碍子流路に流入できない。このため、碍子１０２は冷却されず、プレイグニッションを抑制できない虞がある。
そこで、スパークプラグ１１は、熱による混合気のプレイグニッションを抑制する。
【００３８】
図３に戻って、ハウジング３１は、ハウジング流路３１７をさらに有する。
ハウジング流路３１７は、碍子流路３５５に連通しており、ハウジング凸部端面３１６から気体交換部５０に向かって延びている。なお、ハウジング流路３１７は、ハウジング３１の内側面から気体交換部５０に向かって延びていてもよい。
また、ハウジング流路３１７の流路面積Ａｈは、碍子流路３５５の流路面積Ａｉよりも小さい。
【００３９】
スパークプラグ１１は、気体交換部５０および旋回部６０をさらに備えており、複数回点火する。
気体交換部５０は、ハウジング３１に設けられており、碍子流路３５５に流れた気体を流入出可能である。
また、気体交換部５０は、碍子流路３５５に流れた気体が流入したとき、流入した気体を冷却する。
【００４０】
第１実施形態の気体交換部５０は、ハウジング３１の内部に設けられており、ハウジング流路３１７に連通する穴である。
気体交換部５０は、碍子３５および碍子流路３５５に離間している。
また、気体交換部５０は、ハウジング３１の径方向に対して、碍子流路３５５よりも外側に設けられており、碍子流路３５５よりもターミナル側に設けられている。
【００４１】
さらに、気体交換部５０は、ハウジング３１の軸方向の断面が長方形形状である。なお、気体交換部５０は、角がＲ形状になっている。
また、気体交換部５０は、吸気ポート９１２側に設けられている。
図５に示すように、気体交換部５０は、ハウジング３１の周方向に延びている。
気体交換部５０は、ハウジング３１の径方向の断面が円環状の一部をなす形状となるように、形成されている。
【００４２】
ピストン９３が上死点に移動したときの燃焼室９００の容積を上死点容積Ｖｔとする。ピストン９３が下死点に移動したときの燃焼室９００の容積を下死点容積Ｖｂとする。以下関係式（１）に示すように、上死点容積Ｖｔに対する下死点容積Ｖｂの比を圧縮比εとする。
ε＝Ｖｂ／Ｖｔ                    ・・・（１）
【００４３】
気体交換部５０の容積を交換部容積Ｖｅとする。碍子流路３５５の容積を碍子流路容積Ｖｉとする。以下関係式（２）に示すように、交換部容積Ｖｅに対する交換部容積Ｖｅと碍子流路容積Ｖｉとの和の比を容積比Ｒｖとする。
シリンダ９２、ピストン９３または気体交換部５０は、以下関係式（３）に示すように、容積比Ｒｖが圧縮比ε以下となるように、調整されている。
Ｒｖ＝（Ｖｅ＋Ｖｉ）／Ｖｅ        ・・・（２）
Ｒｖ≦ε                          ・・・（３）
【００４４】
図６に示すように、ピストン９３が上死点に移動したとき、燃焼室９００の比較的高い圧力の気体が碍子流路３５５に流れる。図中において、碍子流路３５５に流れた気体の流れをＦｉで示す。
碍子流路３５５に流れた気体は、ハウジング流路３１７を経由して、圧縮されながら、気体交換部５０に流入する。このとき、気体交換部５０に流入する気体は、冷却される。また、気体交換部５０の中で、気体交換部５０に流入した気体は、ハウジング３１に熱が伝達され、冷却される。
【００４５】
図７に示すように、ピストン９３が下死点に移動したとき、燃焼室９００の圧力および碍子流路３５５の圧力は、小さくなる。碍子流路３５５内の気体と気体交換部５０内の気体とに圧力差が生じる。このとき、気体交換部５０により冷却された気体が碍子流路３５５に流出する。気体交換部５０により冷却された気体が碍子流路３５５を経由して、碍子３５および放電部４１が冷却される。
【００４６】
気体交換部５０から碍子流路３５５に流れる気体のハウジング３１の周方向における速さを周方向流速Ｖｃとする。
旋回部６０は、気体交換部５０に設けられており、周方向流速Ｖｃを増加可能である。
ハウジング流路３１７は、気体交換部５０から放電部４１に向かうに伴い、ハウジング３１の径方向外側から径方向内側に向かって傾斜しており、ハウジング３１の軸方向に対して傾斜している。
【００４７】
図８に示すように、旋回部６０により、周方向流速Ｖｃが増加し、傾斜するハウジング流路３１７を経由する。ハウジング流路３１７を経由することにより、周方向流速Ｖｃがさらに増加する。周方向流速Ｖｃが増加した気体は、碍子流路３５５を螺旋状に流れ、放電部４１に到達する。螺旋状に流れた気体は、放電部４１を冷却する。図中において、螺旋状に流れる気体をＦｓで示す。
【００４８】
図９に示すように、ピストン９３が上死点に移動する前にスパークプラグ１１が放電する。なお、図中において、ピストン９３の位置をクランクアングルで示す。
スパークプラグ１１が放電後、燃焼室９００の燃料に点火し、燃料が燃焼する。燃焼された燃料は、火炎となる。火炎は、碍子３５およびハウジング３１に伝播される
【００４９】
図１０に示すように、ピストン９３が上死点から下死点に移動するとき、火炎は、気体交換部５０に向かって伝播される。図中において、火炎の流れをＦｆで示す。気体交換部５０の大きさによっては、火炎が気体交換部５０の内部に到達しないことがある。これにより、燃焼されない気体が増加する虞がある。
【００５０】
図１１に示すように、そこで、気体交換部５０により冷却された気体が碍子流路３５５に流出したとき、スパークプラグ１１は、放電する。スパークプラグ１１が放電後、燃焼されていなかった燃料に点火し、燃焼されていなかった燃料が燃焼される。燃焼された燃料は、火炎となる。
【００５１】
［１］気体交換部５０は、碍子流路３５５に流れた気体を流入出可能である。また、碍子流路３５５に流れた気体が気体交換部５０に流入したとき、気体交換部５０は、流入した気体を冷却する。
気体交換部５０と碍子流路３５５との圧力差により、碍子流路３５５に流れた気体が気体交換部５０に流入する。このとき、気体交換部５０に流入した気体は、冷却される。また、気体交換部５０内において、流入した気体は、ハウジング３１に熱伝達し、冷却される。
【００５２】
気体交換部５０と碍子流路３５５との圧力差により、気体交換部５０からの気体が碍子流路３５５を経由して、碍子３５および放電部４１に向かって流れる。気体交換部５０から碍子流路３５５に流出した気体により、碍子３５が十分に冷却される。このため、スパークプラグ１１は、熱による混合気のプレイグニッションを抑制できる。
【００５３】
［２］気体交換部５０は、容積比Ｒｖが圧縮比ε以下となるように、形成されている。また、旋回部６０は、気体交換部５０から碍子流路３５５に流れる気体のハウジング３１の周方向における速さＶｃを増加可能である。さらに、碍子流路３５５は、環状に形成されている。また、ハウジング流路３１７は、ハウジング３１の軸方向に対して傾斜している。このため、気体交換部５０から碍子流路３５５に流出する気体が放電部４１にまで到達しやすくなる。放電部４１が冷却されやすくなり、プレイグニッションを抑制しやすくする。
また、気体交換部５０から碍子流路３５５に流れる気体が旋回することにより、碍子３５の全体を冷却することができる。
【００５４】
［３］気体交換部５０は、吸気ポート９１２側に設けられている。吸気ポート９１２側の燃焼室９００内の気体の温度は、燃焼室９００内の気体の温度よりも低い。このため、碍子流路３５５を経由して気体交換部５０に流入する気体の温度は、比較的低くなりやすい。これにより、気体交換部５０から流出する気体の温度が低くなりやすく、碍子３５が冷却されやすくなる。
［４］スパークプラグ１１は、放電を複数回行う。これにより、燃焼されていなかった燃料が燃焼される。このため、燃焼されない気体が低減する。
【００５５】
（第２実施形態）
第２実施形態では、気体交換部の形態が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。
図１２および図１３に示すように、第２実施形態のスパークプラグ１２の気体交換部２５０は、ハウジング２３１の内面であるハウジング内面２３２に設けられている溝である。
気体交換部２５０は、碍子流路３５５と離間している。碍子３５の一部と気体交換部２５０とは接している。
【００５６】
気体交換部２５０は、ハウジング流路３１７を経由して、碍子流路３５５に連通している。
また、気体交換部２５０は、ハウジング２３１の周方向に延びている。
気体交換部２５０は、ハウジング２３１の径方向の断面が円環状の一部となるように、形成されている。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第２実施形態では、気体交換部２５０が溝であることにより、ハウジング２３１の加工が容易となる。スパークプラグ１２の製造が容易になり、スパークプラグ１２の加工コストが低くなる。
【００５７】
第３実施形態では、ハウジング流路３１７の形態を除き、第１実施形態と同様である。
第３実施形態のスパークプラグ１３のハウジング流路３１７は、気体交換部５０および碍子流路３５５に連通している。
図１４、図１５、図１６および図１７に示すように、ハウジング流路３１８は、ハウジング３３１の周方向に延びて、かつ、ハウジング３３１の軸方向に延びており、螺旋状に形成されている。
また、ハウジング流路３１８は、ハウジング３３１の径方向における断面が円形形状となるように形成されている。
【００５８】
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第３実施形態においては、ハウジング流路３１７がハウジング３３１の周方向に延びており、周方向流速Ｖｃが増加しやすくする。周方向流速Ｖｃが増加することで、気体交換部５０から碍子流路３５５に流出する気体が放電部４１にまで到達しやすくなる。また、周方向流速Ｖｃが増加することによって、碍子３５の全体が冷却されやすくなる。
【００５９】
（第４実施形態）
第４実施形態では、気体交換部および旋回部の形態を除き、第１実施形態と同様である。
第４実施形態のスパークプラグ１４の気体交換部４５０は、ハウジング３１の内部に設けられており、ハウジング流路３１９に連通する穴である。
【００６０】
図１８および図１９に示すように、気体交換部４５０は、ハウジング３１の径方向の断面が円環状に形成されており、周方向に延びている。
ハウジング流路３１９は、気体交換部４５０と同様に、ハウジング３１の径方向の断面が円環状に形成されており、周方向に延びている。
【００６１】
旋回部４６０は、ハウジング３１の径方向外側の気体交換部４５０に設けられており、複数の案内部材４６１を有する。
複数の案内部材４６１は、ハウジング３１の周方向に並んでおり、ハウジング３１の径方向外側の気体交換部４５０に接している。なお、複数の案内部材４６１は、ハウジング流路３１９に設けられてもよい。
【００６２】
図２０に示すように、案内部材４６１は、外縁の一部が湾曲している。なお、図２０において、所在を明確にするため、気体交換部４５０および案内部材４６１を誇張して記載している。
また、案内部材４６１は、ハウジング３１の軸方向に対して傾斜している。
さらに、案内部材４６１は、幅が一様に形成されている、または、燃焼室側に向かって幅が大きくなるように形成されている。
案内部材４６１は、気体交換部４５０から碍子流路３５５に流出する気体を案内する。気体交換部４５０から碍子流路３５５に流出する気体は、案内部材４６１に沿って整流され、周方向の速さが気体交換部４５０内で増加する。
【００６３】
第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第４実施形態では、案内部材４６１により、気体交換部４５０内の気体は、周方向の速さが増加する。このため、気体交換部５０から碍子流路３５５に流出する気体は、旋回しやすくなる。したがって、碍子３５の全体が冷却されやすくなる。
【００６４】
（第５実施形態）
第５実施形態において、気体交換部の形態を除き、第１実施形態と同様である。
図２１および図２２に示すように、第５実施形態のスパークプラグ１５の気体交換部５５０は、重心Ｇの位置が設定されている。
気体交換部５５０の重心Ｇの位置は、碍子シール部３５７の位置よりも中心電極４０とは反対側であり、ターミナル側に位置する。
【００６５】
重心Ｇは、気体交換部５５０に物体が充填されたときの重心位置である。
重心Ｇは、例えば、ハウジング３１の軸方向における気体交換部５５０の断面を用いて演算される。ハウジング３１の軸方向における気体交換部５５０の断面は、長方形形状であり、長方形の図心として、重心Ｇは演算される。
【００６６】
第５実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第５実施形態では、気体交換部５５０の重心Ｇの位置は、碍子シール部３５７の位置よりも中心電極４０とは反対側である。碍子シール部３５７よりもターミナル側のハウジング３１は比較的温度が低い。このため、気体交換部５５０に流入する気体は、冷却されやすくなる。これにより、気体交換部５５０から碍子流路３５５に流れる気体が碍子３５を冷却しやすくする。
【００６７】
（第６実施形態）
第６実施形態において、気体交換部の形態を除き、第１実施形態と同様である。
図２３および図２４に示すように、第６実施形態のスパークプラグ１６の気体交換部６５０は、ハウジング６３１の軸方向における断面の外縁の一部が多角形形状に形成されている。
【００６８】
ハウジング６３１は、複数の突起体６３２を内部に有する。
複数の突起体６３２は、気体交換部６５０に接しており、気体交換部６５０に流入した気体の熱を吸熱可能である。
また、複数の突起体６３２は、気体交換部６５０内の気体の流れを乱す。気体交換部６５０に流入した気体の熱は、複数の突起体６３２に伝達され、外部に放熱される。
【００６９】
第６実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第６実施形態では、気体交換部６５０は、ハウジング６３１の軸方向における断面の外縁が多角形形状に形成されている。気体交換部６５０の形状および突起体６３２により、気体交換部６５０内の気体がハウジング６３１に接する表面積が増加する。このため、気体交換部６５０内の気体からハウジング６３１への熱伝達がされやすくなる。気体交換部６５０内の気体が冷却されやすくなり、気体交換部５５０から碍子流路３５５に流れる気体が碍子３５を冷却しやすくする。
【００７０】
（他の実施形態）
（ｉ）第１実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
図２５に示すように、気体交換部５０は、複数のハウジング流路３１７にそれぞれ連通する穴であり、複数設けられてもよい。なお、ハウジング流路３１７は、気体交換部５０の数に対応して設けられる。気体交換部の数に限定されず、第１実施形態と同様の効果を奏する。
ハウジング流路３１７に連通する穴である気体交換部５０と、ハウジング流路３１７に連通する溝である気体交換部２５０とを組み合わせてもよい。また、第１から第６までの実施形態を組み合わせてもよい。
【００７１】
（ｉｉ）第２実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
図２６に示すように、ハウジング流路３１７に連通する溝である気体交換部２５０は、複数設けられてもよい。
図２７に示すように、ハウジング流路３１７に連通する溝である気体交換部２５０は、環状に形成されてもよい。
【００７２】
（ｉｉｉ）第６実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
気体交換部６５０は、断面の外縁が多角形形状、円形形状または曲線形状であってもよい。
以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  ・・・内燃機関、
１１、１２、１３、１４、１５、１６  ・・・スパークプラグ、
３１、２３１、３３１、６３１  ・・・ハウジング、
３３  ・・・接地電極、
３５  ・・・碍子、  ３５５  ・・・碍子流路、
４０  ・・・中心電極、
４１  ・・・放電部、
５０、２５０、４５０、５５０、６５０  ・・・気体交換部。
【図１】
2018181592.tif 000003
【図２】
2018181592.tif 000004
【図３】
2018181592.tif 000005
【図４】
2018181592.tif 000006
【図５】
2018181592.tif 000007
【図６】
2018181592.tif 000008
【図７】
2018181592.tif 000009
【図８】
2018181592.tif 000010
【図９】
2018181592.tif 000011
【図１０】
2018181592.tif 000012
【図１１】
2018181592.tif 000013
【図１２】
2018181592.tif 000014
【図１３】
2018181592.tif 000015
【図１４】
2018181592.tif 000016
【図１５】
2018181592.tif 000017
【図１６】
2018181592.tif 000018
【図１７】
2018181592.tif 000019
【図１８】
2018181592.tif 000020
【図１９】
2018181592.tif 000021
【図２０】
2018181592.tif 000022
【図２１】
2018181592.tif 000023
【図２２】
2018181592.tif 000024
【図２３】
2018181592.tif 000025
【図２４】
2018181592.tif 000026
【図２５】
2018181592.tif 000027
【図２６】
2018181592.tif 000028
【図２７】
2018181592.tif 000029
【図２８】
2018181592.tif 000030