(57)【要約】【課題】過給手段を備えた高流速環境を生じる内燃機関において、高着火性と耐消耗性を得ることができる内燃機関用スパークプラグを提供する。【解決手段】中心電極放電部１１の直径Ａと接地電極放電部４１の直径Ｂとの比Ｂ／ＡをＢ／Ａ≧１．４とするとともに、接地電極放電部４１の直径Ｂを０．９（ｍｍ）≦Ｂとすることにより、吹き消え時の再放電頻度を小さくできるとともに、接地電極放電部４１からの外部への熱の放散を促進でき、放電部の消耗量を低く抑えることができる。また、接地電極放電部４１の直径Ｂを、Ｂ≦１．４（ｍｍ）とすることにより、接地電極放電部４１の熱応力による亀裂発生確率を小さくし、接地電極放電部４１の分離等の破損を抑制することが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に中心電極放電部（１１）を有する中心電極（１０）と、
前記中心電極（１０）の外周に配設され、前記中心電極（１０）を保持する絶縁碍子（３０）と、
前記絶縁碍子（３０）の外周に配設され、前記絶縁碍子（３０）を保持するハウジング（２０）と、
前記中心電極放電部（１１）と放電ギャップ（５０）を介して対向する接地電極放電部（４１）を有する接地電極（４０）とを備え、
燃焼室（３）に吸入される吸入空気を過給する過給手段（７０）を備えた内燃機関において使用される内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極放電部（４１）の前記中心電極放電部（１１）と対向する部分の直径をＢ（ｍｍ）、前記中心電極放電部（１１）の前記接地電極放電部（４１）と対向する部分の直径をＡ（ｍｍ）としたときに、
０．９≦Ｂ≦１．４（ｍｍ）、かつ、
Ｂ／Ａ≧１．４、
の関係を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記接地電極放電部（４１）が、前記中心電極放電部（１１）へ向けて前記接地電極（４０）から突出する長さをＬ（ｍｍ）としたときに、
０．５（ｍｍ）≦Ｌ≦１．２（ｍｍ）、
の関係を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記過給手段（７０）により過給されることによって前記中心電極放電部（１１）と前記接地電極放電部（４１）との間の前記放電ギャップ（５０）を流れる燃料と空気との混合気の流速が２０ｍ／ｓ以上となることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給手段を備えた内燃機関において高着火性と火花放電による消耗抑制とを両立する内燃機関用スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中心電極や接地電極に関する種々の要素の寸法を規定し、着火性や耐久性の向上を目的としたスパークプラグが知られている。例えば、特許文献１には、接地電極放電部の径を０．８ｍｍ以下、接地電極放電部の径を中心電極放電部の径で割った比率が１．４以上、及び接地電極放電部の接地電極表面からの突出長さを０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることにより、より高い着火性と耐久性を得ることを目的としたスパークプラグが示されている。
【０００３】
また、従来、スパークプラグの接地電極放電部の径は、発生した火花がこの放電部によって熱量を吸収され、その火炎核が消されてしまう消炎作用が発生する可能性があるため、小寸法であることが求められてきた。
【０００４】
ところで、近年、排ガス規制等によって、車両の燃費向上が望まれていることから、この要望に応えるべく、高過給の内燃機関が用いられている。このような内燃機関において用いられるスパークプラグは、燃焼室内において高流速環境下に置かれる。即ち、内燃機関の吸気管等に設けられた過給手段によって圧縮された空気と燃料とが混合された混合気が、通常の内燃機関よりも高圧状態で内燃機関の燃焼室に流入するとともに、燃焼室内に突出したスパークプラグの接地電極放電部と中心電極放電部の間の空間（放電ギャップ）を通常の内燃機関よりも早い速度で流れる。このような高流速環境下において、スパークプラグの放電ギャップに高電圧を印加することで発生する放電電流の軌跡である放電電流軌跡は高流速の混合気によって吹き流され易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２３１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
過給手段を備えた内燃機関の高流速環境下にスパークプラグが置かれた場合、接地電極放電部と中心電極放電部との放電ギャップ間に発生する放電電流軌跡が流速の早い混合気によって吹き流され、放電が途切れる現象（以下、吹き消え現象と記す）を生じる可能性がある。特に、接地電極放電部の径が小さく、過給手段を備えた内燃機関ではこの現象が生じ易い。そして、吹き消え現象の発生により、燃焼が不安定になったり、吹き消え現象が生じた後に再度放電することで放電回数が増加し、その分、接地電極放電部の温度が高くなることで接地電極放電部の消耗が加速されるおそれがある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、過給手段を備えた高流速環境を生じる内燃機関における、放電の吹き消え頻度を低減するとともに、接地電極放電部が持つ熱量の外部への放散を促進し、また、接地電極放電部の熱応力による接合強度の低下を抑え、高着火性と耐消耗性を得ることができる内燃機関用スパークプラグを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明における内燃機関用スパークプラグ（１）は、燃焼室（３）に吸入される吸入空気を過給する過給手段（７０）を備えた内燃機関において使用され、接地電極放電部（４１）の中心電極放電部（１１）と対向する部分の直径をＢ（ｍｍ）、中心電極放電部（１１）の接地電極放電部（４１）と対向する部分の直径をＡ（ｍｍ）としたときに、０．９（ｍｍ）≦Ｂ≦１．４（ｍｍ）、かつ、Ｂ／Ａ≧１．４の関係を満たすことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、過給手段を備えた内燃機関のスパークプラグ（１）において、吹き消え現象を抑制することができ、また、接地電極放電部（４１）が持つ熱量の外部への放散を促進できるとともに、熱応力による接合強度の低下を抑えることができ、その結果、高着火性と耐消耗性を実現することができる。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、過給手段を備える結果、放電ギャップ（５０）における高流速環境下（例えば、流速２０ｍ／ｓ以上）においては放電電流軌跡（２）が吹き流されるという現象が発生し、着火が放電部から離れた箇所で発生して、放電部へ熱が伝わりにくいという点に着目した。そして、接地電極放電部（４１）の直径Ｂを、従来の考え方とは異なり、比較的大きく設定するとともに、接地電極放電部（４１）の直径Ｂを中心電極放電部（１１）の直径Ａよりも所定比率以上大きく設定することによって、吹き流される放電電流軌跡（２）が接地電極放電部端面（４２）をその縁端部（４３）まで吹き流される方向に移動可能とし、また、中心電極放電部（１１）が大きくならず電界集中を維持可能として、吹き消え現象を抑制し、高着火性と耐消耗性を実現することが可能である点を見い出した。
【００１１】
これらの知見を踏まえ、中心電極放電部（１１）の直径Ａと接地電極放電部（４１）の直径Ｂとの比Ｂ／ＡをＢ／Ａ≧１．４とするとともに、接地電極放電部（４１）の直径Ｂを０．９（ｍｍ）≦Ｂとすることにより、吹き消え時の再放電頻度を小さくできるとともに、接地電極放電部（４１）からの外部への熱の放散を促進でき、放電部の消耗量を低く抑えることが可能となる。また、接地電極放電部（４１）の直径Ｂを、Ｂ≦１．４（ｍｍ）とすることにより、接地電極放電部（４１）の熱応力による亀裂発生確率を小さくし、接地電極放電部（４１）の分離等の破損を抑制することが可能となる。
【００１２】
なお、特許請求の範囲及び上記手段の項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って、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】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す半断面図。
【図２】図１のＸ方向から見た本発明のスパークプラグ放電部の拡大図。
【図３】第１の実施形態のスパークプラグが使用される過給手段を備えた内燃機関の模式構成図。
【図４】（Ａ）は低流速環境の内燃機関に配置されたスパークプラグの放電状態の説明図、（Ｂ）は高流速環境の同スパークプラグの放電状態の説明図。
【図５】スパークプラグにおける再放電頻度とＢ／Ａとの関係を評価した可視化火花放電ベンチ試験の結果を示す特性図。
【図６】図５における可視化火花放電ベンチ試験の流速に対する吹き消え抑制効果Ｃ／Ｄの結果を示す特性図。
【図７】スパークプラグにおける流速毎のリーン限界Ａ／Ｆと接地電極放電部の直径Ｂとの関係を示す特性図。
【図８】スパークプラグにおける耐消耗性と接地電極放電部の直径Ｂとの関係を示す特性図。
【図９】（Ａ）は自然吸気エンジンにおける耐消耗性評価のための耐久試験の結果を示すグラフ、（Ｂ）は過給エンジンにおける同結果を示すグラフ。
【図１０】冷熱サイクル試験におけるスパークプラグの接地電極放電部に生じた発生応力と接地電極放電部の直径Ｂとの関係を示す特性図。
【図１１】スパークプラグにおけるギャップ拡大比と接地電極放電部の突出する長さＬとの関係についてエンジン耐久試験の結果を示す特性図。
【図１２】スパークプラグにおけるリーン限界Ａ／Ｆと接地電極放電部の突出する長さＬとの関係についてエンジン耐久試験の結果を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の第１の実施形態である内燃機関用スパークプラグ１について、図１〜図３を用いて説明する。図１に本発明におけるスパークプラグ１の半断面図を示す。スパークプラグ１は、中心電極放電部１１を燃焼室に突出する側（以下、先端側と称する）の先端部に設けた中心電極１０と、この中心電極１０の外周に配設され中心電極１０を保持する絶縁碍子３０と、絶縁碍子３０の外周に配設され絶縁碍子３０を保持するハウジング２０と、ハウジング２０の先端側の端部２２から突出し、中心電極放電部１１と対向するように曲折させるとともに対向面に接地電極放電部４１を有した接地電極４０とからなる。なお、このスパークプラグ１は、後述するように、過給手段を備えた内燃機関の燃焼室３に取り付けられる。
【００１５】
中心電極１０は、先端側と反対の側（以下、基端側と称する）に絶縁碍子３０から露出したターミナル部１４と、燃焼室側の端部に基端側から先端側に向けて径をすぼめた略円錐台状に形成された中心電極先端部１３と、中心電極先端部１３の先端側に導体によって略円柱状に形成された中心電極放電部１１とを備えている。中心電極１０の外周には略円筒状の絶縁碍子３０が配設されており、この絶縁碍子３０の一部を覆うように金属導体によって形成されたハウジング２０が絶縁碍子３０の外周に配設される。ハウジング２０には螺子部２１が設けられており、螺子部２１が内燃機関に締結されることでスパークプラグ１が内燃機関に固定される。
【００１６】
ハウジング先端側端部２２には金属導体によって形成された接地電極４０が接合されている。接地電極４０はハウジング先端側端部２２から突出した腕部を持ち、腕部の一部を中心電極放電部１１と対向するように曲折させ、この曲折部から接地電極放電部４１が中心電極放電部１１と対向するように突出している。
【００１７】
図２に中心電極先端部１３、中心電極放電部１１、接地電極放電部４１及び接地電極４０によって構成されたスパークプラグ放電部の概略拡大図を示す。中心電極先端部１３に配された中心電極放電部１１は例えばロジウムなどを添加したイリジウム合金からなり、接地電極４０から中心電極１０に向けて突出した接地電極放電部４１は、例えばロジウムなどを添加した白金合金からなっており、ともに略円柱状に形成されている。
【００１８】
中心電極放電部１１と接地電極放電部４１は、互いに対向した中心電極放電部端面１２と接地電極放電部端面４２を有しており、後述するように接地電極放電部４１の直径Ｂは、０．９ｍｍ以上１．４ｍｍ以下に形成され、中心電極放電部１１の直径Ａは、接地電極放電部４１の直径Ｂとの関係Ｂ／Ａが１．４以上の範囲となるように形成されている。
【００１９】
また、接地電極放電部４１は接地電極４０に溶接されており、接地電極４０から中心電極１０の軸方向に長さＬだけ突き出しており、長さＬは後述するように０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲が好ましい。溶接は例えばアーク溶接等によって行われ、略円柱状である接地電極放電部４１の接地電極側の外周に行われる。
【００２０】
図３に過給手段として排気タービン式過給機７０を備えた内燃機関を示す。排気タービン式過給機７０は排気側と吸気側にそれぞれタービンを有し、両タービンが構造的に連結している。以下、排気タービン式過給機７０による過給の方法を説明する。
【００２１】
排気タービン式過給機７０は排気側に動力を受け取る排気側タービン７１と、動力を受けて吸気を圧縮する遠心式圧縮機の機能を持つ吸気側タービン７２とからなる。内燃機関によって燃焼した混合気６３は燃焼室３から排気６２として放出される。排気側タービン７１は排気６２から運動エネルギーと熱エネルギーを一部受け取り、該エネルギーを用いて高速回転する。排気側タービン７１に連結された吸気側タービン７２は、排気側タービン７１の高速回転に伴って回転し、この回転力によって、吸気側タービン７２が吸気６０を過給し、圧縮された過給後吸気６１は燃焼室３へ吸入される。
【００２２】
上記方法で過給された過給後吸気６１は、燃料と混合することで混合気６３となる。この混合気６３は燃焼室３内に自然吸気（ＮＡ）を用いた内燃機関における混合気６３の圧力より高圧で流入され、燃焼室３内に突出したスパークプラグ１の中心電極放電部１１と接地電極放電部４１との間の放電ギャップ５０間を流動する。過給手段を有しない内燃機関における放電ギャップ５０を流れる混合気６３の流速は平均流速１０ｍ／ｓ（メートル／秒）より小さくなるのに対して、過給手段を備えた内燃機関の混合気６３の流速は平均流速２０ｍ／ｓから４０ｍ／ｓの範囲となる。なお、本発明において高流速環境とは、例えば上述した過給手段を用いることにより、過給手段を用いない自然吸気エンジンなどの内燃機関における混合気６３の流速以上の流速を生じる環境をさす。
【００２３】
また、過給手段は上述した排気タービン式過給機７０に限定されるものではなく、例えば機械式過給機などの内燃機関の動力や電動機を利用して燃焼室に強制的に空気を送り込む機構、もしくは吸気管の形状、構造等によって走行により得る空気の圧力を利用して過給する方法などによる過給手段でもよい。
【００２４】
高流速環境と、該環境より混合気が低い速度で流動する低流速環境におけるスパークプラグ放電部の様子を、図４を用いて説明する。図４の（Ａ）は低流速環境の放電部の放電の様子を示し、同図（Ｂ）は高流速環境の放電部における放電の様子を示しており、この（Ｂ）は吹き流され現象が発生したときの様子を示している。
【００２５】
中心電極放電部１１と接地電極放電部４１との間の放電は対向する中心電極放電部端面１２と接地電極放電部端面４２において発生する。すなわち、スパークプラグ１に印加された高電圧が放電ギャップ５０において絶縁破壊を引き起こし、該状態において電流が流れることによって放電が開始され、その経路が放電電流軌跡２として現出する。この放電によって混合気が引火し、火炎核が生成される。そして、生成された火炎核が拡大するにつれて接地電極放電部４１にまで達し、該放電部は火炎核によって生成された熱量を吸収する。すなわち、接地電極放電部４１による冷却効果が発生する。その結果、火炎核が放電ギャップ５０内で熱量を奪われて消える現象、すなわち消炎作用が発生することがある。
【００２６】
図４（Ａ）のような、混合気６３の流速が低流速環境下にある放電では放電ギャップ５０において火炎核が形成されるため、接地電極放電部４１の直径を大きくすることにより電極による冷却効果が増し、消炎作用が働くことで着火が不安定になるおそれがある。そのため、一般に接地電極放電部４１は径を小さくとることで消炎作用を抑制しようとする傾向があった。
【００２７】
上述した内容と比較し、図４（Ｂ）に示すように高流速環境下の放電では、放電ギャップ５０を流動する混合気６３の流れによって対向面において生成された放電電流軌跡２が混合気の流動方向８０に流される。このとき、接地電極放電部４１における放電電流軌跡２の末端は接地電極放電部端面４２を移動し、縁端部４３にまで達するとともに放電電流軌跡２が略円弧を描くように放電ギャップ５０より外側にまで到達する。すなわち、放電電流軌跡２が混合気６３の速い流動によって吹き流される。吹き流された放電によって混合気６３が引火し、放電ギャップ５０内よりも放電部径方向外側において火炎核が形成される。
【００２８】
また、放電電流軌跡２が吹き流され放電が途切れた場合、吹き消え現象が発生し、このとき、放電ギャップ間においてスパークプラグ１に印加された高電圧の吹き消えによって損なわれたエネルギーの残余分によって再放電が開始される。従って、火炎核が吹き流される場合、または吹き消え現象が発生した場合、放電ギャップ外において火炎核が形成されることから冷却効果の影響が少なくなり、接地電極放電部４１は径を大きくとっても着火性への影響が少なくなる。
【００２９】
以下、本発明の構成を着想し、その作用効果を確認するために行った実験及びその結果について説明する。
【００３０】
図５は、スパークプラグにおける吹き消え時の再放電頻度と、中心電極放電部１１の直径Ａ及び接地電極放電部４１の直径Ｂの比Ｂ／Ａとの関係を、放電ギャップにおける混合気６３の流速をパラメータとして評価した可視化火花放電ベンチ試験の結果を示す。すなわち、スパークプラグ１の放電ギャップ５０における混合気６３の流速及び接地電極放電部４１の直径Ｂを変化させたときの１スパーク当たりの再放電回数と比Ｂ／Ａとの関係性についての試験を行ったものである。
【００３１】
使用したスパークプラグにおける中心電極放電部１１は、中心電極先端部１３からの突出長さが０．８ｍｍ、中心電極放電部１１の直径Ａが０．５５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．０ｍｍであるもの各種を用意し、接地電極放電部４１は、接地電極４０からの突き出し長さＬが０．８ｍｍ、接地電極放電部４１の直径Ｂが０．５５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍであるもの各種を用意した。
【００３２】
上記スパークプラグを、混合気６３の流動速度を変化させることが可能であり火花放電の様子を可視化することができる可視化高流動火花放電ベンチにて、流速毎に比Ｂ／Ａの組み合わせを変えることで再放電回数を調査した。
【００３３】
図５によると、流速が５ｍ／ｓの環境では再放電をすることなく、安定して放電していることがわかる。しかし、流速が１０ｍ／ｓ以上になると再放電を起こす現象が見受けられ、この現象は流速が高流速になるほど顕著化するとともに再放電頻度は上昇している。      
【００３４】
また、Ｂ／Ａが小さい場合、再放電頻度が高いことに対して、Ｂ／Ａを大きくとることによって再放電頻度が減少し、再放電が抑制されていることも分かる。中でも、Ｂ／Ａが１．４より大きい場合に同じ流速における実験値の近似線の傾きが小さくなり、再放電頻度が抑制されている。
【００３５】
ここで、Ｂ／Ａが１．４より小さい範囲における再放電頻度の近似的な減少傾きをＣ、１．４より大きい範囲における再放電頻度の近似的な減少傾きをＤとしたときの、放電ギャップ５０の流速と、その流速における吹き消え抑制の程度を示す吹き消え抑制効果Ｃ／Ｄとの関係について図６に示す。
【００３６】
この図６から、流速が大きくなるほどその流速における吹き消え抑制効果Ｃ／Ｄは増し、流速１５ｍ／ｓ以上でＣ／Ｄが大きく増大している。すなわち、流速が１５ｍ／ｓ以上においては顕著な吹き消え抑制効果があり、２０ｍ／ｓ以上においてはさらに大きな抑制効果が得られることを示している。
【００３７】
これは、Ｂ／Ａが１．４以上であるように中心電極放電部１１の直径Ａよりも接地電極放電部４１の直径Ｂを大きくすることで、中心電極放電部１１に印加された高電圧の電界集中が比較的大きく維持され、加えて接地電極放電部４１において放電を受ける表面積が比較的大きくなるため、混合気６３の流動によって放電が流されても吹き消え現象が起こりにくくなるからである。吹き消え現象が抑えられることで、再放電による接地電極放電部４１の温度上昇が抑制され、これに起因した接地電極放電部４１の消耗を抑えることが可能になる。
【００３８】
次に、放電ギャップ５０の流速を変化させた状態での接地電極放電部４１の直径Ｂについて有効な範囲を検証するべく、中心電極先端部１３からの突き出し長さが０．８ｍｍ、直径が０．７ｍｍの中心電極放電部１１と、腕部からの突き出し長さＬが０．８ｍｍ、直径が０．７ｍｍから１．６ｍｍの範囲内において用意した接地電極放電部４１とを備えた各種スパークプラグを、６気筒、排気量２０００ｃｃのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数６００ｒｐｍのアイドリング状態においてエンジン耐久試験を行ない、リーン限界Ａ／Ｆを調べた。
【００３９】
図７は、流速毎におけるリーン限界Ａ／Ｆと接地電極放電部４１の直径Ｂとの関係を示す特性図である。リーン限界Ａ／Ｆとは、失火せずに燃焼が成立するような燃焼変動率ＰｍｉＣＯＶ（平均有効圧の分散／平均値。本実験では１５％としている。）を満足するための最も燃料が薄いＡ／Ｆ（空気と燃料の混合比）のことである。
【００４０】
すなわち、このリーン限界Ａ／Ｆが大きいほど少ない燃料で燃焼を可能とする。この図７から、流速が０ｍ／ｓである場合、接地電極放電部４１の直径Ｂを大きくとるほどリーン限界Ａ／Ｆの値が下がっており、流速が大きい場合、特に流速が２０ｍ／ｓである場合は接地電極放電部４１の直径Ｂを大きくとってもリーン限界の値が緩やかに減少するにとどまっており、変動が少ないことがわかる。すなわち、高流速環境下においては、接地電極放電部４１の直径Ｂは比較的大きくとってもリーン限界Ａ／Ｆは減衰しにくいことがわかる。これは高流速環境下においては吹き流されることによって火炎核が放電ギャップ５０間の外側において生成されやすく、接地電極放電部４１によって火炎核の熱量が吸収されにくいことから接地電極放電部４１の直径Ｂを大きくとることによる消炎作用の影響は小さく、着火性の悪化がないからである。
【００４１】
また、高流速環境下において着火性の観点から接地電極放電部４１の直径Ｂを比較的大きくとることが可能である一方で、接地電極放電部４１の直径Ｂは、接地電極放電部４１の消耗体積及び接合強度の観点から最適な範囲があることを見い出した。次にその消耗体積及び接合強度の観点から接地電極放電部４１の評価をした試験結果を図８〜図１０に示す。
【００４２】
図８は、接地電極放電部４１の耐消耗性について評価をすべく、排気量２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジンにおいて、過給手段を備えたエンジンと、過給手段を搭載しない自然吸気（Ｎ／Ａ）エンジンを用意し、中心電極放電部１１の直径Ａと接地電極放電部４１の直径Ｂとの比率Ｂ／Ａが１．５となるような各種スパークプラグを取り付けて、５６００ｒｐｍ−ＷＯＴ（ワイドオープンスロットル）にて２００時間連続稼動させるエンジン耐久試験を行い、接地電極放電部４１の消耗体積を測定したものである。なお、ｒｐｍ−ＷＯＴとは、スロットル全開状態での回転数を示す単位である。
【００４３】
また、各種スパークプラグの具体的な寸法は、中心電極放電部１１と接地電極放電部４１の直径Ａ、Ｂがそれぞれ、０．４ｍｍと０．６ｍｍ、０．６ｍｍと０．９ｍｍ、０．８ｍｍと１．２ｍｍであり、Ｂ／Ａは各々１．５である。
【００４４】
図８において、自然吸気エンジンでは接地電極放電部４１の直径Ｂに依存することなく接地電極放電部４１の消耗体積にほとんど変化はないが、過給手段を備えたエンジンでは接地電極放電部４１の直径Ｂが小さくなるにつれて消耗体積が増加しており、０．９ｍｍ以下において急増していることが分かる。言い換えれば、接地電極放電部４１の直径Ｂが０．９ｍｍ以上において消耗体積が小さく安定していることが分かる。
【００４５】
これは、接地電極放電部４１が火炎核または燃焼から吸収して得た熱量を混合気６３に放散するために一定以上の表面積を持つことが有効であることを示している。自然吸気エンジンにおける放電ギャップ５０内で火炎核が形成されて接地電極放電部４１が熱量吸収及びその放散を行うこととは異なり、放電ギャップ５０外で火炎核が形成される過給エンジンである場合において、放散を行い易いように接地電極放電部４１を大きくとることは、着火性を犠牲にせずに消耗体積の減少を図ることができるという有用性がある。
【００４６】
また、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、自然吸気エンジンと過給手段を備えたエンジンにおいて、比較例として用いた従来のスパークプラグと本発明のスパークプラグとの電極消耗を比較評価するべく、図８の試験と同条件のエンジン耐久試験（排気量２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジン、５６００ｒｐｍ−ＷＯＴ、２００時間）を行なった。すなわち、従来のスパークプラグと本発明のスパークプラグ１とを自然吸気エンジンと過給手段を備えたエンジンにそれぞれ取り付けて消耗体積を測定した。自然吸気エンジンの試験結果を図９（Ａ）に、過給手段を備えたエンジンの試験結果を図９（Ｂ）に示す。なお、図９において、斜線部分が接地電極放電部４１の消耗体積、また、斜線のない部分が中心電極放電部１１の消耗体積である。
【００４７】
図９において、比較例として用いたスパークプラグは、中心電極放電部１１の直径Ａが０．５５ｍｍ、突き出し長さが０．８ｍｍのイリジウムを主成分とした合金からなる中心電極放電部１１と、接地電極放電部４１の直径Ｂが０．７ｍｍ、突き出し長さＬが０．８ｍｍの白金を主成分とした合金からなる接地電極放電部４１を備えたスパークプラグであり、本実施例として用いたスパークプラグは中心電極放電部１１の直径Ａが０．７ｍｍ、突き出し長さが０．８ｍｍのイリジウムを主成分とした合金からなる中心電極放電部１１と、接地電極放電部４１の直径Ｂが１．０ｍｍ、突き出し長さＬが０．８ｍｍの白金を主成分とした合金からなる接地電極放電部４１を備えたスパークプラグである。
【００４８】
図９（Ａ）のように、自然吸気エンジンにおいて接地電極放電部４１及び中心電極放電部１１は、比較例と本実施例の間で消耗体積にほとんど差異は見受けられないものの、図９（Ｂ）のように、過給エンジンにおいては接地電極放電部４１の消耗体積は、比較例より本実施例においてかなり抑制されていることが分かる。これは上述したとおり、火炎核から熱を吸収しにくく、接地電極放電部４１が持つ熱の放散を行い易いように接地電極放電部４１を大きくとることが有効であるとともに、過給手段を備えたエンジンに取り付けられた比較例のスパークプラグにおいては吹き消え現象の発生によって再放電が行われ易く、接地電極放電部４１が高温となることで接地電極放電部４１の体積消耗が促進される一方、実施例のスパークプラグでは再放電が抑制され、温度が上昇しにくいからである。
【００４９】
次に、接地電極放電部４１と接地電極４０との接合強度についての評価を行うべく、接地電極放電部４１の直径Ｂが１．０ｍｍから１．８ｍｍまでの接地電極放電部４１が溶接された接地電極４０を用意し、エンジン内の熱ストレスを模擬的に再現した冷熱サイクル試験を実施した。評価条件として１５０℃と９００℃の温度条件において接地電極４０を各６分間ずつさらし、これを２００サイクル繰り返すものであり、各サンプル数は１０とした。図１０に接地電極放電部４１の直径Ｂと発生した熱応力の関係を示し、以下に評価の結果である表１を示す。
【００５０】
【表１】
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上記表１において示す発生応力とは熱応力を指し、判定は接地電極放電部４１が接地電極４０から分離しなかったものを合格（○）、分離したものを不合格（×）として表現している。この表１から、接地電極放電部４１の直径Ｂが１．４ｍｍ以下においては接地電極放電部４１の分離を回避することが可能であることが分かる。
【００５１】
接地電極放電部４１が接地電極４０から分離して破損する理由として、熱応力の影響が考えられる。すなわち、低温状態と高温状態に繰り返し置かれることで接地電極放電部４１と接地電極４０との溶融部界面に熱応力が発生し、この熱応力が溶融部界面の亀裂発生応力を上回るために亀裂が発生する。一旦発生した亀裂は、酸素が進入し一気に亀裂が進展するため接合強度が大幅に低下すると考えられ、この接合強度の低下により接地電極放電部４１が接地電極４０から分離する可能性がある。本発明のスパークプラグ１ではこれを回避することで、信頼性が向上している。
【００５２】
次に接地電極放電部４１の最適な突き出し長さを調査すべく、接地電極放電部４１の突出長さＬ（ｍｍ）と各要素についての試験を行った。その結果を図１１及び図１２に示す。
【００５３】
図１１は中心電極放電部１１の直径Ａが０．７ｍｍ、突き出し長さが０．８ｍｍであるスパークプラグにおいて、接地電極放電部４１の直径Ｂを１．０ｍｍとし、突き出し長さＬを０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍと変化させたものを用意し、図８の試験と同じ条件のエンジン耐久試験（排気量２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジン、５６００ｒｐｍ−ＷＯＴ、２００時間）によってギャップ拡大比を調べたものである。なお、ギャップ拡大比とは試験後の放電ギャップ５０間距離を当初の放電ギャップ間距離で割った比率である。
【００５４】
図１１に示されるように、突き出し長さＬが大きくなるにつれてギャップが拡大しているのが分かる。さらに、突出長さＬが１．２ｍｍ以上においてはギャップ拡大比が大幅に上昇している。これは突き出し長さＬを大きくとることで燃焼によって接地電極放電部４１の温度が上昇し、体積消耗が大きくなるからである。ギャップが拡大することで必要な放電電圧が上昇し、正常な距離において必要な放電電圧では正常に放電できず、着火性に問題が生じるおそれがある。従って、温度上昇を抑え耐消耗性を確保するとともに着火性の悪化を防止するために突出長さは１．２ｍｍ以下が望ましい。
【００５５】
図１２は中心電極放電部１１の直径Ａが０．７ｍｍ、突き出し長さが０．８ｍｍであるスパークプラグにおいて、接地電極放電部４１の直径Ｂを１．０ｍｍとし、突き出し長さＬを０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍと変化させたものを用意し、図８の試験と同じ条件のエンジン耐久試験（排気量２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジン、５６００ｒｐｍ−ＷＯＴ、２００時間）によってリーン限界Ａ／Ｆを調べたものである。
【００５６】
図１２によれば、接地電極放電部４１の突き出し長さＬを大きくすることでリーン限界Ａ／Ｆが上昇するが、０．５ｍｍ以下においては顕著に下降している。これは接地電極放電部４１の突き出し長さＬを小さくとることで接地電極放電部４１に加えて接地電極４０による消炎作用も働くからであり、リーン限界が大幅に低下することで着火性の悪化が生じるおそれがある。
【００５７】
従って、突出長さＬは０．５ｍｍ以上が望ましく、図１１の結果から併せると０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下が望ましいことが分かる。この場合、着火性の悪化を抑えながらも耐消耗性も良好な接地電極放電部４１が提供できる。
【符号の説明】
【００５８】
１  スパークプラグ、２  放電電流軌跡、３  燃焼室、１０  中心電極、１１  中心電極放電部、１２  中心電極放電部端面、１３  中心電極先端部、１４  ターミナル部、２０  ハウジング、２１  螺子部、２２  ハウジング先端側の端部、３０  絶縁碍子、４０  接地電極、４１  接地電極放電部、４２  接地電極放電部端面、４３  縁端部、５０  放電ギャップ、６０  吸気、６１  過給後吸気、６２  排気、６３  混合気、７０  排気タービン式過給機、８０  混合気の流動方向、Ａ  中心電極放電部の直径、Ｂ  接地電極放電部の直径、Ｌ  接地電極放電部の突き出し長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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