專利名稱：具有增強(qiáng)的點(diǎn)燃空氣－燃料混合物性能的火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的火花塞。更具體地說，本發(fā)明涉及一種汽車內(nèi)燃機(jī)的火花塞的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，確保火花塞(下文被稱作火花塞的點(diǎn)火性能)點(diǎn)燃?xì)怏w—燃料混合物的高性能。
背景技術(shù)：
用于內(nèi)燃機(jī)的普通火花塞通常包括金屬殼體、絕緣體、中心電極和接地電極。
金屬殼體具有螺紋部分，用于將火花塞安裝在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)。絕緣體具有形成在其內(nèi)的中心孔，并被固定在金屬殼體內(nèi)，從而其一端從所述金屬殼體的端部突出。中心電極被固定在絕緣體的中心孔內(nèi)，從而其一端部從所述中心孔內(nèi)伸出。接地電極具有側(cè)表面，其被連接到金屬殼體的端部上，從而該側(cè)表面與中心電極相對，彼此之間存在間距，從而在兩者之間形成火花塞間隙。
近些年來，對一種具有更高能量輸出的內(nèi)燃機(jī)的需求要求增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣閥和排氣閥的尺寸，并將水箱固定以便對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻，導(dǎo)致火花塞在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的安裝空間被減少，從而要求火花塞是細(xì)長的。
例如，在過去，火花塞金屬殼體的螺紋部分的外徑在JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中被規(guī)定為M14；然而現(xiàn)在，在JIS中，所述螺紋部分的外徑被要求等于或小于M12。
而且，為了增加功率輸出或改善燃料燃燒效率，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，使用高壓縮或貧油燃燒類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)這種類型發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒條件便變差時(shí)，碳或其它未燃燒產(chǎn)物將圍繞絕緣體的端部而沉積在絕緣體上。這種沉積導(dǎo)致所謂的“積碳”問題。
在細(xì)長的火花塞內(nèi)，氣穴的體積，也就是絕緣體的外表面和金屬殼體內(nèi)表面之間的空間，被減少。氣穴體積的減少可能導(dǎo)致“表面漂移火花”(surface-creeping spark)，所述表面漂移火花從火花塞的中心電極沿絕緣體的外表面移動(dòng)，并飛到火花塞的金屬殼體上。
當(dāng)絕緣體被積碳時(shí)，由于導(dǎo)電的碳沉積在絕緣體表面上，減少了絕緣體和金屬殼體之間的絕緣阻力，這種表面漂移火花在火花塞內(nèi)更頻繁地產(chǎn)生。
為了遏制表面漂移火花的產(chǎn)生，美國專利文獻(xiàn)US6,147,441(下文簡稱為第一參考文獻(xiàn))介紹了一種火花塞，其金屬殼體的螺紋部分的外徑為10～12毫米。該火花塞規(guī)定了尺寸參數(shù)的范圍，例如放電間隙的長度(火花塞間隙尺寸)、氣體體積寬度(也就是氣穴尺寸)、絕緣體相對于裝配元件(也就是金屬殼體)的突出長度、中心電極的直徑、貴金屬尖端的端部直徑(也就是貴金屬片)以及貴金屬尖端相對于中心電極的突出高度。
此外，為了解決上述積碳問題，美國專利US5,929,556(下文簡稱為第二參考文獻(xiàn))介紹了另一種類型的火花塞。該火花塞具有下述結(jié)構(gòu)，中心電極從絕緣體的端部縮回，從而，當(dāng)絕緣體被積碳時(shí)，在表面漂移火花產(chǎn)生期間，沉積在絕緣體表面上的碳可以被燃燒。
本發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，在具有第一參考文獻(xiàn)結(jié)構(gòu)的細(xì)長火花塞中，即使絕緣體沒有被積碳，表面漂移火花的產(chǎn)生也不能被有效地遏制。
圖11顯示了典型火花塞的火花塞間隙50和其附近。如圖所示，該火花塞包括金屬殼體10、絕緣體20、中心電極30和接地電極40。本發(fā)明人在對上述第一參考文獻(xiàn)的火花塞進(jìn)行研究時(shí)所使用的尺寸參數(shù)在圖11中被標(biāo)明，這些參數(shù)包括中心電極30和絕緣體20之間的間隙X；金屬殼體外側(cè)的絕緣體20的表面漂移距離Y；絕緣體20的突出長度Y1；氣穴尺寸Z；火花塞間隙尺寸G；以及金屬殼體10內(nèi)絕緣體20的表面漂移距離W。
此外，火花塞的表面漂移火花距離由組合參數(shù)(X+Y+Z)表示。
火花塞間隙尺寸G和表面漂移火花距離(X+Y+Z)之間的關(guān)系對表面漂移火花的產(chǎn)生有重大影響。具體地說，對于給定的火花塞間隙尺寸G，越大的表面漂移火花距離(X+Y+Z)更有效地遏制表面漂移火花的產(chǎn)生。
然而，當(dāng)?shù)谝粎⒖嘉墨I(xiàn)所介紹的結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于細(xì)長火花塞時(shí)，特別時(shí)應(yīng)用在金屬殼體的螺紋部分直徑等于或小于10毫米的火花塞時(shí)，火花塞的氣穴尺寸Z不能具有大值。因而，火花塞的表面漂移火花距離(X+Y+Z)相對于火花塞間隙尺寸G變得過小，火花塞內(nèi)表面漂移火花的產(chǎn)生不能被有效地遏制。
如上所述，當(dāng)絕緣體被積碳時(shí)，通過在表面漂移火花產(chǎn)生期間，燃燒沉積在絕緣體表面上的碳，第二參考文獻(xiàn)所介紹的火花塞被設(shè)計(jì)用于阻止絕緣體和金屬殼體之間絕緣阻值的下降。
然而，對于高壓縮或貧油燃燒類型發(fā)動(dòng)機(jī)中所使用的火花塞來說，積碳問題變得非常嚴(yán)重。大量的碳沉積出現(xiàn)在圍繞絕緣體端部的絕緣體表面上，從而從金屬殼體端部突出的絕緣體部分的絕緣阻值下降，導(dǎo)致火花塞短路。
具體地說，在圖11中，在中心電極30和絕緣體20之間的間隙X內(nèi)以及對應(yīng)于表面漂移距離Y的絕緣體20的表面上出現(xiàn)大量的碳沉積，導(dǎo)致短路。
當(dāng)碳沉積逐漸出現(xiàn)時(shí)，通過將碳沉積燃燒，第二參考文獻(xiàn)所介紹的火花塞能夠阻止絕緣阻值下降。然而，當(dāng)快速地出現(xiàn)大量碳沉積時(shí)，通過燃燒，不能及時(shí)地清除碳沉積。
此外，本發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在火花塞內(nèi)產(chǎn)生表面漂移火花時(shí)，第二參考文獻(xiàn)所介紹的火花塞的點(diǎn)火能力將快速下降。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在火花塞內(nèi)產(chǎn)生表面漂移火花時(shí)，火花塞內(nèi)的氣穴尺寸Z對火花塞的點(diǎn)火性能具有巨大影響。隨著氣穴尺寸Z的增加，火花塞的點(diǎn)火性能增加。
更具體地說，當(dāng)在火花塞的氣穴內(nèi)產(chǎn)生表面漂移火花時(shí)，隨著氣穴尺寸Z的增加，氣穴內(nèi)用于點(diǎn)火的空間增大，從而便于在其內(nèi)點(diǎn)火。相反，隨著氣穴尺寸Z的減少，氣穴內(nèi)用于點(diǎn)火的空間減少，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缺火。
第二參考文獻(xiàn)所介紹的火花塞實(shí)際上被設(shè)計(jì)用于保持絕緣阻值。然而沒有考慮在火花塞內(nèi)產(chǎn)生表面漂移火花的條件下的火花塞的點(diǎn)火性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有改進(jìn)結(jié)構(gòu)的細(xì)長火花塞，即使當(dāng)絕緣體被積碳時(shí)，也確?；鸹ㄈ母唿c(diǎn)火性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)明，提供火花塞S1，其包括
具有第一端和與所述第一端相反的第二端的中空金屬殼體，所述金屬殼體具有在外周上的螺紋部分和在第一端敞開的內(nèi)部空腔，螺紋部分的外徑等于或小于10毫米；絕緣體，其具有在絕緣體第一端和與所述第一端相反的第二端之間的長度，絕緣體內(nèi)部形成有孔，所述絕緣體被固定在所述金屬殼體的內(nèi)部空腔內(nèi)，所述絕緣體的第一端從所述金屬殼體的第一端中突出；被固定在所述絕緣體內(nèi)孔內(nèi)的中心電極，所述中心電極的一端從所述絕緣體的第一端中突出；具有側(cè)表面的接地電極，所述接地電極與所述金屬殼體的第一端相連，從而所述接地電極的側(cè)表面通過火花塞間隙與所述中心電極的端部相對，其中在確定了所述內(nèi)部空腔的金屬殼體內(nèi)表面與所述絕緣體外表面之間的距離在第一基準(zhǔn)平面上具有最大數(shù)值，在一基準(zhǔn)平面上具有最小數(shù)值，所述第一基準(zhǔn)平面沿垂直于所述絕緣體長度的方向延伸穿過所述金屬殼體的第一端的內(nèi)邊緣，所述基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸，并與所述第一基準(zhǔn)平面保持一定間距，確定下述尺寸關(guān)系(X+0.3Y+Z)/G≥2.0Y1≥1.0毫米W/Z≥4.01.25毫米≤Z≤1.55毫米其中，X是在第二基準(zhǔn)平面上確定所述孔的所述絕緣體內(nèi)表面與所述中心電極外表面之間的距離，所述第二基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸并穿過所述絕緣體的第一端的內(nèi)邊緣；
Y是沿絕緣體的第一端和外表面從所述絕緣體的第一端內(nèi)邊緣至所述第一基準(zhǔn)平面的最小距離，Y1是在絕緣體的長度方向上從所述絕緣體的第一端至所述金屬殼體第一端之間的距離Z是在第一基準(zhǔn)平面上所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離，G是中心電極的端部和接地電極側(cè)表面之間的火花塞間隙的間距，W是在所述絕緣體的外表面上所述第一基準(zhǔn)平面和一第三基準(zhǔn)平面之間的最小距離，在所述第三基準(zhǔn)平面上，所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離與火花塞間隙G具有相同數(shù)值，第三基準(zhǔn)平面和第一基準(zhǔn)平面平行。
對于符合本發(fā)明的細(xì)長火花塞S1，已經(jīng)確定(X+0.3Y+Z)/G≥2，從而，當(dāng)絕緣體沒有積碳時(shí)，可以遏制在火花塞S1內(nèi)表面漂移火花的產(chǎn)生，從而，便于在火花塞間隙內(nèi)穩(wěn)定地產(chǎn)生正常火花。
此外如上所述，Y1和W/Z的下限值已經(jīng)被確定，從而當(dāng)絕緣體積碳時(shí)，可以遏制在細(xì)長火花塞S1內(nèi)內(nèi)部火花的產(chǎn)生，同時(shí)便于在細(xì)長火花塞S1內(nèi)產(chǎn)生側(cè)火花。
此外，氣穴尺寸Z的尺寸范圍已經(jīng)如上所述被確定，從而即使而當(dāng)絕緣體積碳時(shí)，通過側(cè)火花，細(xì)長火花塞S1的點(diǎn)火性能被確保。
因而，當(dāng)絕緣體被積碳時(shí)，火花塞S1的點(diǎn)火性能可以被保證。
此外，在火花塞S1的結(jié)構(gòu)中，所述中心電極端部和接地電極側(cè)表面之間的火花塞間隙間距G是0.4～0.8毫米。
將火花塞間隙間距G設(shè)定在上述范圍內(nèi)，當(dāng)絕緣體沒有積碳時(shí)，火花塞S1內(nèi)的表面漂移火花的產(chǎn)生可以被可靠地遏制，同時(shí)確?；鸹ㄈ母唿c(diǎn)火性能，根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供一種火花塞S2，其包括具有第一端和與所述第一端相反的第二端的中空金屬殼體，所述金屬殼體具有在外周上的螺紋部分和在第一端敞開的內(nèi)部空腔，螺紋部分的外徑等于12毫米；絕緣體，其具有在絕緣體第一端和與所述第一端相反的第二端之間的長度，絕緣體內(nèi)部也形成有孔，所述絕緣體被固定在所述金屬殼體的內(nèi)部空腔內(nèi)，所述絕緣體的第一端從所述金屬殼體的第一端中突出；被固定在所述絕緣體內(nèi)孔內(nèi)的中心電極，所述中心電極的一端從所述絕緣體的第一端中突出；具有側(cè)表面的接地電極，所述接地電極與所述金屬殼體的第一端相連，從而，所述接地電極的側(cè)表面通過火花塞間隙與所述中心電極的端部相對，其中在確定了所述內(nèi)部空腔的金屬殼體內(nèi)表面與所述絕緣體外表面之間的距離在第一基準(zhǔn)平面上具有最大數(shù)值，在一基準(zhǔn)平面上具有最小數(shù)值，所述第一基準(zhǔn)平面沿垂直于所述絕緣體長度的方向延伸穿過所述金屬殼體的第一端的內(nèi)邊緣，所述基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸，并與所述第一基準(zhǔn)平面保持指定的間距，確定下述尺寸關(guān)系(X+0.3Y+Z)/G≥2.00.4毫米≤G≤1.3毫米Y1≥1.0毫米W/Z≥4.0
1.25毫米≤Z≤1.9毫米其中，X是在第二基準(zhǔn)平面上確定內(nèi)孔的所述絕緣體內(nèi)表面與所述中心電極外表面之間的距離，所述第二基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸并穿過所述絕緣體的第一端的內(nèi)邊緣；Y是沿絕緣體的第一端和外表面從所述絕緣體的第一端內(nèi)邊緣至所述第一基準(zhǔn)平面的最小距離，Y1是在絕緣體的長度方向上從所述絕緣體的第一端至所述金屬殼體第一端之間的距離，Z是在第一基準(zhǔn)平面上所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離，G是中心電極的端部和接地電極側(cè)表面之間的火花塞間隙的間距，W是在所述絕緣體的外表面上所述第一基準(zhǔn)平面和一第三基準(zhǔn)平面之間的最小距離，在所述第三基準(zhǔn)平面上，所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離與火花塞間隙G具有相同數(shù)值，第三基準(zhǔn)平面和第一基準(zhǔn)平面平行。
確定上述尺寸關(guān)系，即使當(dāng)絕緣體積碳時(shí)，細(xì)長火花塞的高點(diǎn)火性能可以被確保。
在火花塞S1和S2的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選尺寸關(guān)系被定義為(X+0.3Y+Z)/G≥2.5。從而，當(dāng)絕緣體沒有積碳時(shí)，那些火花塞內(nèi)的表面漂移火花的產(chǎn)生可以被遏制，便于在那些火花塞的火花塞間隙內(nèi)產(chǎn)生正常的火花。
而且，在火花塞S1和S2的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選所述金屬殼體在第一端內(nèi)邊緣的內(nèi)徑D和所述金屬殼體螺紋部分的外徑M滿足下述關(guān)系(M-D)≥3.0毫米。
在金屬殼體的內(nèi)徑M和外徑D之間確定上述尺寸關(guān)系，可以保證金屬殼體端部的表面面積，從而，增強(qiáng)熱量從接地電極向金屬殼體的傳送。因而，可以保證接地電極的熱阻。
而且，在火花塞S1和S2的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選所述中心電極包括第一貴金屬片，其一端就是中心電極的端部，在端部，第一貴金屬片的橫截面面積是0.07～0.4平方毫米。
上述那樣確定上述第一貴金屬片的橫截面面積的尺寸，可以保證那些火花塞的火花塞間隙內(nèi)用于點(diǎn)燃的空間，同時(shí)，第一貴金屬片不太薄，不會(huì)輕易地被磨損。
第一貴金屬片優(yōu)選由銥基合金制造，在所述銥基合金中，包括重量超過50％的銥以及至少一種添加劑，所述銥基合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。此外，所述至少一種添加劑從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選擇。
通過確定第一貴金屬片的材料，可以保證那些火花塞S1和S2的中心電極的長壽命。
而且，在火花塞S1和S2的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選接地電極包括第二貴金屬片，該片的第一端與所述接地電極的側(cè)表面相連，第二端通過火花塞間隙與中心電極的端部相對，第二貴金屬片在第二端的橫截面面積是0.12～0.80平方毫米，第二貴金屬片的第二端與所述接地電極側(cè)表面之間的距離是0.3～1.5毫米。
通過上述那樣設(shè)定第二貴金屬片的尺寸范圍，可以保證那些火花塞的火花塞間隙內(nèi)用于點(diǎn)燃的空間，同時(shí)，第二貴金屬片不太薄，不會(huì)輕易地被磨損。
第二貴金屬片最好由鉑基合金制成，該合金包括大于50％重量的鉑材料以及至少一種添加劑，鉑合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。此外，至少一種添加劑從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇。
通過確定第二貴金屬片的材料，可以保證那些火花塞S1和S2的接地電極的長壽命。
因而，在火花塞S1和S2的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選所述絕緣體第一端的外邊緣由等于或大于0.2毫米的半徑修圓。
通過上述那樣確定絕緣體第一端的外邊緣，在那些火花塞S1和S2內(nèi)產(chǎn)生表面漂移火花可以被更有效地遏制。


通過下文結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所進(jìn)行的詳細(xì)介紹，本發(fā)明將被更清楚地理解，然而應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例，這些實(shí)施例僅用于解釋和理解本發(fā)明。
在附圖中圖1是一個(gè)顯示符合本發(fā)明第一實(shí)施例的火花塞整體結(jié)構(gòu)的部分剖開的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2是一個(gè)顯示圖1所示火花塞的火花塞間隙和其附近的放大橫截面?zhèn)纫晥D；圖3是一個(gè)圖表，顯示與本發(fā)明第一實(shí)施例有關(guān)的不同類型被測試樣品火花塞的詳細(xì)參數(shù)和它們數(shù)值；圖4是一個(gè)圖形，顯示了與本發(fā)明第一實(shí)施例有關(guān)的火花塞內(nèi)的“表面漂移火花”的產(chǎn)生率與結(jié)合參數(shù)(X+0.3Y+Z)/G之間的關(guān)系；圖5A是一個(gè)圖表，顯示在與本發(fā)明第一實(shí)施例有關(guān)的研究中被測試的不同類型樣品火花塞的詳細(xì)參數(shù)和它們數(shù)值；
圖5B是一個(gè)圖形，顯示使用圖5A所示的這些樣品火花塞的研究測試結(jié)果；圖6是一個(gè)圖形，顯示與本發(fā)明第一實(shí)施例有關(guān)的火花塞內(nèi)氣穴(air pocket)尺寸Z和貧油的極限空氣/燃料比之間的關(guān)系；圖7是一個(gè)圖形，顯示與本發(fā)明第一實(shí)施例有關(guān)的火花塞內(nèi)火花塞間隙G和貧油的極限空氣/燃料比之間的關(guān)系；圖8A一個(gè)圖表，顯示在與本發(fā)明第一實(shí)施例有關(guān)的試驗(yàn)中不同類型被測試火花塞的詳細(xì)參數(shù)和它們數(shù)值；圖8B是一個(gè)圖形，顯示半徑R和在使用圖8A所示樣品火花塞進(jìn)行試驗(yàn)中所獲得的“表面漂移火花”發(fā)生率之間關(guān)系；圖9是一個(gè)圖表，顯示在與本發(fā)明第二實(shí)施例有關(guān)的試驗(yàn)中被測試的不同類型樣品火花塞的詳細(xì)參數(shù)和它們數(shù)值；圖10是一個(gè)圖形，顯示與本發(fā)明第二實(shí)施例有關(guān)的火花塞內(nèi)氣穴尺寸Z和貧油的極限空氣/燃料比之間的關(guān)系；圖11是顯示典型火花塞內(nèi)火花塞間隙和其附近的部分橫截面?zhèn)纫晥D；圖12A是顯示在火花塞中的側(cè)火花軌跡的視圖；圖12B是顯示在火花塞中內(nèi)部火花軌跡的視圖。
具體實(shí)施例方式
下文結(jié)合圖1～12介紹本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。
應(yīng)該指出的是，為了簡明和便于理解，在本發(fā)明不同實(shí)施例中具有相同功能的相同元件在每個(gè)附圖中采用相同的附圖標(biāo)記表示。
(第一實(shí)施例)圖1顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的火花塞S1的整體結(jié)構(gòu)。
火花塞S1被設(shè)計(jì)用于汽車的內(nèi)燃機(jī)。利用設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋(未示)上的螺紋孔，將火花塞安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室(未示)內(nèi)而實(shí)現(xiàn)火花塞S1在內(nèi)燃機(jī)上的安裝。
如圖1所示，火花塞S1包括金屬殼體10、絕緣體20、中心電極30和接地電極40。
圓柱形金屬殼體10由諸如低碳鋼的導(dǎo)電金屬材料制成。金屬殼體10在外周上具有如上所述用于將火花塞S1裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的螺紋部分12。
金屬殼體10的螺紋部分12的外徑等于或小于10毫米。該數(shù)值范圍對應(yīng)于JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))所規(guī)定的M10范圍。
由氧化鋁陶瓷(Al2O3)制造的管狀絕緣體20被固定并部分地包含在金屬殼體10內(nèi)，從而，絕緣體20的端部從金屬殼體10的一端11突出。
圓柱形中心電極30由諸如銅的高導(dǎo)熱金屬材料作為芯部材料且由諸如鎳(Nickel)基合金材料的高熱阻、耐蝕金屬材料作為材料覆層材料。
中心電極30被固定在絕緣體20的中心孔22內(nèi)，從而與金屬殼體10隔離。中心電極30與絕緣體20一起被部分地包含在金屬殼體10內(nèi)，從而中心電極30的端部31a從絕緣體20的端部21突出。
由主要包含鎳的鎳基合金制成的接地電極40是柱形，例如在該實(shí)施例中，是大致L形棱柱。
接地電極40的一端例如通過焊接被連接到金屬殼體10上。接地電極的另一端具有與中心電極的端部31a相對的側(cè)表面42。
參考圖2，中心電極30包括第一圓柱貴金屬片(chip)31，其端部就是中心電極30的端部31a。第一圓柱貴金屬片31在端部31a具有橫截面區(qū)域S1，其面積最好是0.07～0.4平方毫米。
在該實(shí)施例中，通過激光焊接，第一圓柱貴金屬片31被連接到中心電極30的基底材料上。
第一圓柱貴金屬片31最好由銥基合金制成，該合金包括大于50％重量的銥材料以及至少一種添加劑，該合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。
而且，最好一種添加劑從Pt(鉑)、Rh(銠)、Ni(鎳)、W(鎢)、Pd(鈀)、Ru(釕)、Re(錸)、Al(鋁)、Al2O3(氧化鋁)、Y(釔)、Y2O3(氧化釔)中選擇。
接地電極40包括第二圓柱貴金屬片41，其第一端被連接到接地電極40的側(cè)表面42上，第二端通過火花塞間隙50與第一圓柱貴金屬片31的端部31a相對。
接地電極40的第二圓柱貴金屬片41在第二端具有橫截面區(qū)域S2，其面積最好是0.12～0.80平方毫米。第二圓柱貴金屬片41的第二端與接地電極40的側(cè)表面42之間的距離t2最好是0.3～1.5毫米。
在該實(shí)施例中，通過激光焊接，第二圓柱貴金屬片41被連接到接地電極40的側(cè)表面42上。
第二圓柱貴金屬片41最好由鉑基合金制成，該合金包括大于50％重量的鉑材料以及至少一種添加劑，鉑合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。
第二圓柱貴金屬片41的至少一種添加劑最好從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇。
另外，也可以使用諸如電阻焊接、等離子焊接和粘接等其它連接措施分別將第一圓柱貴金屬片31和第二圓柱貴金屬片41連接到中心電極30和接地電極40上。此外，在該實(shí)施例中具有圓柱形狀的兩個(gè)貴金屬片31和41也可以具有棱柱形狀。
第一圓柱貴金屬片31的端部31a和第二圓柱貴金屬片41的第二端彼此間隔，在兩者之間形成火花塞間隙50。火花塞間隙50具有空間G，其大小將在下文介紹。
應(yīng)該指出的是，絕緣體20的端部21的銳利外邊緣趨向于圍繞它誘發(fā)強(qiáng)電場，因而，便于在火花塞上產(chǎn)生表面漂移火花(surface-creepingsparks)。因而，絕緣體20的端部21的外邊緣由圓角R修圓。
而且，如圖2所示，氣穴被形成在金屬殼體10內(nèi)表面下部和絕緣體20外表面的下部之間。在氣穴中，金屬殼體10的內(nèi)表面和絕緣體20的外表面之間的距離在基準(zhǔn)平面101上具有最大值，從基準(zhǔn)平面101朝向氣穴內(nèi)側(cè)的方向遞減。基準(zhǔn)平面101被確定為通過金屬殼體10端部11的內(nèi)邊緣垂直于絕緣體20縱向地延伸的平面。
上文已經(jīng)介紹了火花塞S1的基本元件，在下文將定義和介紹圖2所示的尺寸參數(shù)G、W、X、Y、Y1、Z。
X是確定中心孔22的絕緣體20的內(nèi)表面與基準(zhǔn)平面202上中心電極30的外表面之間的距離，基準(zhǔn)平面202平行于基準(zhǔn)平面101并通過絕緣體20的端部21內(nèi)邊緣延伸(下文將X簡稱為中心電極30和絕緣體20之間的間距)。
Y是沿端部21和絕緣體20的外表面從絕緣體20的端部21的內(nèi)邊緣到基準(zhǔn)平面101的最小距離(下文將Y簡稱為金屬殼體10外側(cè)的絕緣體20的表面漂移距離)。
Y1是沿絕緣體20的縱向從絕緣體20的端部21到金屬殼體10的端部11的距離(下文簡稱為絕緣體20的突出長度)。
Z是在基準(zhǔn)平面101上金屬殼體10的內(nèi)表面和絕緣體20的外表面之間的距離(簡稱為氣穴尺寸Z)。
G是第一圓柱貴金屬片31的端部31a和第二圓柱貴金屬片41的第二端之間的火花塞間隙50的空間(下文簡稱火花塞間隙尺寸G)。
W是在基準(zhǔn)平面101和與基準(zhǔn)平面101平行的基準(zhǔn)平面303之間的絕緣體20外表面上的最小距離。在基準(zhǔn)平面303上，金屬殼體10內(nèi)表面和絕緣體20外表面之間的距離與火花塞間隙50的空間G具有相同的數(shù)值(簡稱為金屬殼體10內(nèi)部的絕緣體20的表面漂移距離W)。
此外，由(X+0.3Y+Z)表示的組合參數(shù)被使用，研究如何有效地遏制在火花塞間隙S1內(nèi)產(chǎn)生的表面漂移火花。
鑒于發(fā)明人下述考慮，使用上述參數(shù)。
為了確保火花塞S1的高點(diǎn)火性能，當(dāng)絕緣體20沒有被積碳時(shí)，必須在火花塞內(nèi)遏制表面漂移火花的產(chǎn)生，從而，可以在火花塞間隙50內(nèi)可靠地產(chǎn)生正常的火花。
如上所述，相對于給定的火花塞間隙尺寸G，更大的表面漂移火花距離(X+Y+Z)更有利于遏制表面漂移火花的產(chǎn)生。而且從經(jīng)驗(yàn)中已經(jīng)知道，相對于相同的火花間隙，產(chǎn)生表面漂移火花所需的火花電壓是在火花塞間隙50內(nèi)產(chǎn)生正?；鸹ㄋ桦妷旱?.3倍。
因而，本發(fā)明人使用參數(shù)(X+0.3Y+Z)試驗(yàn)地研究在火花塞S1內(nèi)如何有效地遏制表面漂移火花的產(chǎn)生。具體地說，本發(fā)明人一直研究比值(X+0.3Y+Z)/G的效果，該比值表示在遏制表面漂移火花產(chǎn)生時(shí)表面漂移火花距離與火花塞間隙尺寸G的比值。
當(dāng)絕緣體20積碳時(shí)，為了確?；鸹ㄈ鸖1的高點(diǎn)火性能，必須首先認(rèn)識到存在兩種不同圖案的表面漂移火花。一種圖案是“側(cè)火花”，其飛到毗鄰金屬殼體10的端部11的金屬殼體10的內(nèi)表面部位上；另一種圖案是“內(nèi)部火花”，其飛到確定火花塞內(nèi)氣穴內(nèi)部的金屬殼體10的內(nèi)表面部位上，兩種表面漂移火花圖案分別在圖12A和12B中被顯示。
在圖12A中，側(cè)火花的軌跡由虛線顯示，從中心電極30沿絕緣體20的外表面運(yùn)動(dòng)，飛過氣穴到達(dá)毗鄰金屬殼體10端部11的金屬殼體10的內(nèi)表面上。
在圖12B中，內(nèi)部火花的軌跡也由虛線表示，從中心電極30沿絕緣體20的外表面運(yùn)動(dòng)，飛過氣穴到達(dá)與中心電極30外表面一起確定氣穴內(nèi)部的金屬殼體10的內(nèi)表面部位上。
從圖12B中可以清楚看到，在內(nèi)部火花情況下，在氣穴內(nèi)部點(diǎn)火的空間非常小，從而點(diǎn)火不能成功。因而，當(dāng)火花塞S1的絕緣體20積碳時(shí)，必須阻止內(nèi)部火花的產(chǎn)生，從而確?；鸹ㄈ鸖1的點(diǎn)火性能。
換句話說，當(dāng)火花塞S1的絕緣體20積碳時(shí)，要求所產(chǎn)生的表面漂移火花是側(cè)火花，從而在燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃?xì)怏w燃料混合物，而不是在火花塞S1內(nèi)點(diǎn)燃?xì)怏w燃料混合物。
當(dāng)絕緣體20的突出長度Y1非常大時(shí)，表面漂移火花難以到達(dá)氣穴的內(nèi)部，從而，表面漂移火花將變成側(cè)火花，而不變成內(nèi)部火花。
具體地說，在圖2中，火花塞S1的氣穴內(nèi)部被確定為基準(zhǔn)平面303上方的氣穴部分，在此處，更容易產(chǎn)生內(nèi)部火花。如上所述，在基準(zhǔn)平面303上的金屬殼體10內(nèi)表面和絕緣體20的外表面之間距離具有與火花塞間隙尺寸G相同的數(shù)值。
小的表面漂移距離W表示氣穴的內(nèi)部靠近金屬殼體10的端部11，從而便于內(nèi)部火花的產(chǎn)生。
換句話說，大的表面漂移距離W有利于遏制內(nèi)部火花的產(chǎn)生。因而，考慮表面漂移距離W與氣穴間隙尺寸Z之間的平衡，在研究中一直使用比值W/Z。
本發(fā)明人因而研究當(dāng)火花塞S1的絕緣體20積碳時(shí)，兩個(gè)參數(shù)Y1和W/Z對在細(xì)長火花塞S1內(nèi)遏制內(nèi)部火花產(chǎn)生的作用。
如上所述，要求細(xì)長火花塞S1的氣穴間隙尺寸Z具有較大數(shù)值，從而，火花塞S1的點(diǎn)火性能可以由側(cè)火花確保。然而同時(shí)，當(dāng)氣穴間隙尺寸Z過大時(shí)，將導(dǎo)致內(nèi)部火花，而不是側(cè)火花。因而，本發(fā)明人一直研究氣穴間隙尺寸Z與細(xì)長火花塞S1的能力之間的關(guān)系，以便通過側(cè)火花點(diǎn)燃?xì)怏w燃料混合物。
根據(jù)本發(fā)明人研究的結(jié)果，構(gòu)成本實(shí)施例火花塞S1的結(jié)構(gòu)特征的上述參數(shù)之間的尺寸關(guān)系已經(jīng)被確定。
為了研究，制造20個(gè)不同類型的k1～k20的樣品火花塞。所有樣品火花塞被包含具有外徑為10毫米的螺紋部分12的金屬殼體10。換句話說，所有樣品火花塞都是細(xì)長的。每種樣品火花塞的上述參數(shù)數(shù)值被顯示在圖3的圖表內(nèi)。每種類型火花塞表面漂移火花產(chǎn)生率也被顯示在通過研究所獲得的同一個(gè)圖表內(nèi)。
應(yīng)該理解的是，下文所顯示的研究結(jié)果是金屬殼體10的螺紋部分12的外徑為10毫米時(shí)火花塞S1的結(jié)果。然而試驗(yàn)已經(jīng)證明，當(dāng)外徑小于10毫米時(shí)，也可以獲得同樣的趨勢和類似的結(jié)果。
首先，參數(shù)(X+0.3Y+Z)/G與表面漂移火花產(chǎn)生率之間的關(guān)系已經(jīng)被試驗(yàn)確定，以便當(dāng)絕緣體20沒有積碳時(shí)，遏制在火花塞S1上產(chǎn)生表面漂移火花。
在上述測定中，樣品火花塞K1～K20在下述條件下被測試，那些火花塞被安裝在其內(nèi)的壓力腔內(nèi)的壓力是0.8MPa，放電間隔是30HZ。使用這種測試條件模仿發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際加速條件，此時(shí)，所要求的電壓很高，趨向于產(chǎn)生表面漂移火花。在上述測定中被測試的所有樣品火花塞的絕緣體20沒有積碳。
圖4顯示了測定結(jié)果。在圖中也標(biāo)明20％的目標(biāo)發(fā)生率，這是具有帶14毫米外徑的金屬殼體螺紋部分的典型火花塞內(nèi)表面漂移火花發(fā)生率。
從圖4中可以看到，當(dāng)參數(shù)(X+0.3Y+Z)/G大于2.0時(shí)，表面漂移火花發(fā)生率被遏制，低于20％。
更具體地說，當(dāng)絕緣體20沒有積碳時(shí)，滿足(X+0.3Y+Z)/G≥2.0的尺寸關(guān)系，在細(xì)長火花塞S1內(nèi)，表面漂移火花的產(chǎn)生可以被遏制。因而，火花塞S1內(nèi)火花塞間隙50內(nèi)的正常火花的產(chǎn)生可以被增強(qiáng)。
其次，兩個(gè)參數(shù)Y1和W/Z以及內(nèi)部火花產(chǎn)生率之間的關(guān)系已經(jīng)被試驗(yàn)測定，以便當(dāng)絕緣體20積碳時(shí)，遏制內(nèi)部火花產(chǎn)生率，便于火花塞S1內(nèi)部火花的產(chǎn)生。
在測定中，樣品火花塞K5～K11被測試，通過有意地在中心電極30和絕緣體20之間間隙內(nèi)以及在與表面漂移距離Y對應(yīng)的絕緣體20的外表面上堆積碳，那些樣品火花塞被有意積碳。每種類型尺寸參數(shù)的數(shù)值被顯示在圖5A所示圖表內(nèi)，每種類型的內(nèi)部火花發(fā)生率也被顯示在同一個(gè)圖表中。
圖5B圖解地顯示測定結(jié)果，在圖中，參數(shù)W/Z被改變，相對于三種不同的突出長度Y10.6毫米、1.0毫米和2.5毫米，確定內(nèi)部火花的產(chǎn)生率。不同突出長度Y1的結(jié)果被區(qū)別，用圓點(diǎn)表示0.6毫米，用方形點(diǎn)表示1.0毫米，用三角形點(diǎn)表示2.5毫米。
從圖5B中可以看到，當(dāng)絕緣體20的突出長度Y1等于或大于1.0毫米時(shí)，參數(shù)W/Z等于或大于4.0時(shí)，內(nèi)部火花發(fā)生率是0％，也就是，內(nèi)部火花被完全遏制。
更具體地說，當(dāng)絕緣體20積碳時(shí)，滿足尺寸關(guān)系Y1≥1.0毫米，W/Z≥4.0，在細(xì)長火花塞S1內(nèi)，內(nèi)部火花的產(chǎn)生可以被遏制，同時(shí)便于產(chǎn)生側(cè)火花。
最后，氣穴尺寸Z和火花塞S1通過側(cè)火花點(diǎn)燃?xì)怏w燃料混合物的性能之間的關(guān)系已經(jīng)被試驗(yàn)測定。
圖6顯示了測定結(jié)果。在圖中，火花塞的點(diǎn)火性能由當(dāng)氣體燃料混合物由側(cè)火花點(diǎn)燃時(shí)所獲得的貧油極限空氣/燃料比表示。更大的貧油極限空氣/燃料比表示火花塞高的點(diǎn)火性能。
從圖6中可以看到，當(dāng)氣穴尺寸Z是1.25～1.55毫米時(shí)，貧油極限空氣/燃料比保持很高的水平。當(dāng)氣穴尺寸Z小于1.25毫米時(shí)，貧油極限空氣/燃料比急劇下降。當(dāng)氣穴尺寸Z下降時(shí)，用于點(diǎn)火的空間變得太小，火焰不能傳播，因而導(dǎo)致上述下降。相反，當(dāng)氣穴尺寸Z大于1.25毫米時(shí)，貧油極限空氣/燃料比也可以下降，由于過大的氣穴尺寸Z誘發(fā)內(nèi)部火花，而不誘發(fā)側(cè)火花，因而導(dǎo)致所述下降。
更具體地說，當(dāng)絕緣體20積碳時(shí)，滿足1.25毫米≤Z≤1.55毫米的尺寸關(guān)系，通過在火花塞內(nèi)產(chǎn)生側(cè)火花，細(xì)長火花塞S1的點(diǎn)火性能被確保。
進(jìn)行總結(jié)，符合本發(fā)明的火花塞S1，其包括具有外徑等于或小于10毫米的螺紋部分12的金屬殼體10，其結(jié)構(gòu)特征是，包括間隙X、表面漂移距離Y、絕緣體20的突出長度Y1、氣穴尺寸Z、另一個(gè)表面漂移距離W的尺寸參數(shù)滿足下述尺寸關(guān)系(X+0.3Y+Z)/G≥2.0；Y1≥1.0毫米；W/Z≥4.0；以及1.25毫米≤Z≤1.55毫米。
即使當(dāng)絕緣體20積碳時(shí)，上述結(jié)構(gòu)確保細(xì)長火花塞S1的高點(diǎn)火性能。
此外，為了增強(qiáng)火花塞S1的點(diǎn)火性能，火花塞間隙尺寸G的適合范圍已經(jīng)被試驗(yàn)確定。
參考圖3，三個(gè)樣品火花塞類型k18、k19和k20具有不同的火花塞間隙尺寸G，相對于所有其它參數(shù)，具有相同數(shù)值。發(fā)明人認(rèn)為，這些火花塞類型之間表面漂移火花發(fā)生率的差異起因于它們之間的火花塞間隙尺寸G的差異。
從圖3可以看到，當(dāng)火花塞間隙尺寸G的等于或小于0.8毫米時(shí)，表面漂移火花發(fā)生率是0％。更具體地說，當(dāng)絕緣體20沒有積碳時(shí)，火花塞S1內(nèi)表面漂移火花的發(fā)生可以被完全遏制。
此外，分別具有減少的火花塞間隙尺寸G也就是0.6毫米、0.5毫米、0.4毫米和0.3毫米的樣品火花塞類型20被制造，以便確定火花塞間隙尺寸G的下限。那些樣品火花塞與火花塞k18、k19和k20一起被測試。
圖7顯示了根據(jù)火花塞間隙尺寸G和貧油極限空氣/燃料比之間關(guān)系的測試結(jié)果。如上所述，更大的貧油極限空氣/燃料比代表火花塞高的點(diǎn)火性能。
從圖7可以看到，當(dāng)火花塞間隙尺寸G等于或大于0.4毫米時(shí)，貧油極限空氣/燃料比保持高的水平。更具體地說，在絕緣體20沒有積碳時(shí)，火花塞S1的高點(diǎn)火性能可以被確保。
因而，當(dāng)火花塞S1的火花塞間隙尺寸G是0.4～0.8毫米時(shí)，在絕緣體20沒有積碳的條件下遏制表面火花漂移的產(chǎn)生的同時(shí)，火花塞S1的高點(diǎn)火性能可以被確保。
已經(jīng)介紹過，絕緣體20的銳利外邊緣趨向于誘發(fā)圍繞其的強(qiáng)電場，從而，便于在火花塞S1內(nèi)產(chǎn)生表面漂移火花。
因此，在本實(shí)施例中，絕緣體20端部21的外邊緣由圓角R修圓，通過試驗(yàn)研究確定R的范圍。
具有不同大小R的樣品火花塞K19在研究中被測試。那些樣品火花塞參數(shù)的詳細(xì)數(shù)值被顯示在圖8A中。
圖8B顯示了研究結(jié)果。在研究中，那些表面漂移火花被觀察，它們從中心電極30沿絕緣體20端部21移動(dòng)，并沿絕緣體20的橫向直接飛到接地電極40上。
如圖8B所示，當(dāng)半徑R等于或大于0.2毫米時(shí)，表面漂移火花的產(chǎn)生被有效地遏制。更具體地說，當(dāng)絕緣體20端部21的外邊緣由等于或大于0.2毫米的半徑R修圓時(shí)，火花塞S1內(nèi)的表面漂移火花的產(chǎn)生被有效地遏制。
應(yīng)該指出的是，圖3所示類型的所有樣品火花塞k1～k20的圓角半徑R等于0.4毫米。
此外，要求火花塞S1的金屬殼體10在端部11具有適當(dāng)大的橫截面面積，以便確保接地電極40的熱阻。
優(yōu)選的是，在火花塞S1的結(jié)構(gòu)中，金屬殼體10在端部11的內(nèi)邊緣的內(nèi)徑D和金屬殼體10的螺紋部分12的外徑M滿足下述尺寸關(guān)系(M-D)≥3.0毫米對上述尺寸關(guān)系進(jìn)行具體說明，金屬殼體10的端部11的表面區(qū)域可以被確保，從而增強(qiáng)了從接地電極40向金屬殼體10傳送熱量，因而，接地電極40的熱阻也可以被確保。
此外，火花塞S1的火花塞間隙50具有上述0.4～0.8毫米的小火花塞間隙尺寸G。最好第一貴金屬片31是薄的，以便確保足夠的點(diǎn)燃空間。然而，同時(shí)，當(dāng)?shù)谝毁F金屬片31太薄時(shí)，將容易被磨損。
因而，第一貴金屬片31在端部31a的橫截面面積的最佳范圍已經(jīng)被說明，從而S1是0.07～0.4平方毫米。
此外如上所述，第一貴金屬片31的最佳材料已經(jīng)被說明，從而，可以確?；鸹ㄈ鸖1的中心電極30的長壽命。
此外，第二貴金屬片41的橫截面面積的最佳范圍和突出長度t2已經(jīng)被確定，從而S2是0.12～0.80平方毫米，t2是0.3～1.5毫米。因而，火花塞S1內(nèi)可用于點(diǎn)燃的空間被保證，同時(shí)，第二貴金屬片41不是很薄，不會(huì)被輕易地磨損。
因而，如上所述，第二貴金屬片41的最佳材料已經(jīng)被說明，從而，也可以確保火花塞S1的接地電極40的長壽命。
(第二實(shí)施例)符合在先實(shí)施例的火花塞S1包括具有螺紋部分12的金屬殼體10，所述螺紋部分12的外徑等于或小于10毫米。在本實(shí)施例中，火花塞S2包括具有螺紋部分12的金屬殼體10，所述螺紋部分12的外徑等于12毫米。
應(yīng)該指出的是，火花塞S2的螺紋部分12、外徑12毫米對應(yīng)于JIS內(nèi)所規(guī)定的M12。
火花塞S2的結(jié)構(gòu)幾乎等同于火花塞S1的結(jié)構(gòu)，也可以參照圖1和2進(jìn)行介紹。從而，在本實(shí)施例中，僅介紹火花塞S2的結(jié)構(gòu)與火花塞S1的結(jié)構(gòu)之間的差異。
由于火花塞S2的金屬殼體10的螺紋部分12的外徑不同于火花塞S1的金屬殼體10的螺紋部分12的外徑?；鸹ㄈ鸖2的結(jié)構(gòu)中的尺寸參數(shù)可能不滿足火花塞S1的結(jié)構(gòu)中的相同尺寸關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明人研究的結(jié)果，構(gòu)成符合本實(shí)施例火花塞S2的結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)尺寸關(guān)系已經(jīng)被確定。
首先，相對于尺寸關(guān)系(X+0.3Y+Z)/G≥2.0，獲得與火花塞S1相同的趨向和類似結(jié)果。從而，該關(guān)系也適用于火花塞S2。
其次，基于圖9所示的測試結(jié)果，火花塞S2內(nèi)的火花塞間隙尺寸G的尺寸范圍已經(jīng)被研究。
樣品火花塞K21～K23在研究中被測試。樣品火花塞K21～K24內(nèi)的表面漂移火花產(chǎn)生率小于5％，在圖9中，樣品火花塞K24內(nèi)的表面漂移火花產(chǎn)生率為15％。更具體地說，當(dāng)火花塞間隙尺寸G等于或小于1.3毫米時(shí)，火花塞S2內(nèi)的表面漂移火花的產(chǎn)生可以被有效地遏制，從而，便于在火花塞間隙50內(nèi)產(chǎn)生正常的火花。
火花塞S2內(nèi)火花塞間隙尺寸G的下限已經(jīng)被試驗(yàn)確定，與火花塞S1的相同，都是0.4毫米，以便確?；鸹ㄈ鸖2的點(diǎn)火性能。
因而，火花塞S2內(nèi)火花塞間隙尺寸G的尺寸范圍是0.4毫米≤G≤1.3毫米。因而在絕緣體20沒有積碳時(shí)，可以確保火花塞S2的高點(diǎn)火性能，同時(shí)確保遏制火花塞S2內(nèi)表面漂移火花的產(chǎn)生。
第三，相對于兩個(gè)參數(shù)Y1和W/Z以及內(nèi)部火花產(chǎn)生率之間的關(guān)系，獲得與火花塞S1相同的趨向和結(jié)果。因而，Y1≥1.0毫米和W/Z≥4.0也適合于火花塞S2。
最后，基于圖10所示測試結(jié)果，火花塞S2內(nèi)的氣穴尺寸Z的尺寸范圍已經(jīng)被研究。
從圖10可以看到，當(dāng)氣穴尺寸Z大于1.9毫米時(shí)，由于產(chǎn)生內(nèi)部火花，火花塞的點(diǎn)火性能急劇下降。
雖然圖10中未示，當(dāng)氣穴尺寸Z小于1.25毫米時(shí)，由于火花塞內(nèi)用于點(diǎn)燃的空間減少，火花塞的點(diǎn)火性能也急劇下降。
因而，火花塞S2內(nèi)的氣穴尺寸Z的尺寸范圍已經(jīng)被設(shè)定為1.25毫米≤Z≤1.9毫米。因而，當(dāng)絕緣體20積碳時(shí)，細(xì)長火花塞S2通過側(cè)火花點(diǎn)燃?xì)怏w燃料混合物的能力可以被確保。
總結(jié)如下，符合本實(shí)施例的火花塞S2包括帶外徑為12毫米的螺紋部分的金屬殼體10，其結(jié)構(gòu)特征是，包括間隙X、表面漂移距離Y、絕緣體20的突出長度Y1、氣穴尺寸Z、另一個(gè)表面漂移距離W的尺寸參數(shù)滿足下述尺寸關(guān)系(X+0.3Y+Z)/Z≥2.0；0.4毫米≤G≤1.3毫米；Y1≥1.0毫米；W/Z≥4.0；以及1.2毫米≤Z≤1.9毫米即使當(dāng)絕緣體20積碳時(shí)，上述結(jié)構(gòu)確保細(xì)長火花塞S2的高點(diǎn)火性能。
此外，通過上述實(shí)施例中其它優(yōu)選方式而獲得的其它效果也可以在火花塞S2內(nèi)被獲得。
(其它實(shí)施例)上文已經(jīng)介紹了本發(fā)明特殊實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明精神范圍內(nèi)，可以進(jìn)行不同的改進(jìn)、改變和改善。
例如在上述實(shí)施例中，第一和第二貴金屬片31和41分別通過激光焊接被連接到中心電極30和接地電極40的基底材料上。
然而也可以使用其它焊接措施，例如電阻焊、等離子焊接和膠粘。
此外，中心電極30和接地電極40可能分別不包括兩個(gè)貴金屬片31和41。
除了上述實(shí)施例中所確定的基本尺寸關(guān)系之外，在設(shè)計(jì)火花塞S1和火花塞S2時(shí)，其它詳細(xì)的尺寸范圍和/或關(guān)系可以被適合地修改或改變。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所進(jìn)行的其它這些改進(jìn)、改變和改善均被權(quán)利要求書所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，包括具有第一端和與所述第一端相反的第二端的中空金屬殼體，所述金屬殼體還具有在其外周上的螺紋部分和在第一端敞開的內(nèi)部空腔，螺紋部分的外徑等于或小于10毫米；絕緣體，其具有在絕緣體第一端和與所述第一端相反的第二端之間的長度，絕緣體內(nèi)部形成有孔，所述絕緣體被固定在所述金屬殼體的內(nèi)部空腔內(nèi)，所述絕緣體的第一端從所述金屬殼體的第一端中突出；被固定在所述絕緣體內(nèi)孔內(nèi)的中心電極，所述中心電極的一端從所述絕緣體的第一端中突出；具有側(cè)表面的接地電極，所述接地電極與所述金屬殼體的第一端相連，從而所述接地電極的側(cè)表面通過火花塞間隙與所述中心電極的端部相對，其中在確定了所述內(nèi)部空腔的金屬殼體內(nèi)表面與所述絕緣體外表面之間的距離在第一基準(zhǔn)平面上具有最大數(shù)值，在一基準(zhǔn)平面上具有最小數(shù)值，所述第一基準(zhǔn)平面沿垂直于所述絕緣體長度的方向延伸穿過所述金屬殼體的第一端的內(nèi)邊緣，所述基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸并與所述第一基準(zhǔn)平面保持一定間距，以及確定下述尺寸關(guān)系(X+0.3Y+Z)/G≥2.0；Y1≥1.0毫米；W/Z≥4.0；以及1.25毫米≤Z≤1.55毫米，其中，X是在一第二基準(zhǔn)平面上確定所述孔的所述絕緣體內(nèi)表面與所述中心電極外表面之間的距離，所述第二基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸并穿過所述絕緣體的第一端的內(nèi)邊緣；Y是沿絕緣體的第一端和外表面從所述絕緣體的第一端內(nèi)邊緣至所述第一基準(zhǔn)平面的最小距離，Y1是在絕緣體的長度方向上從所述絕緣體的第一端至所述金屬殼體第一端之間的距離Z是在第一基準(zhǔn)平面上所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離，G是中心電極的端部和接地電極側(cè)表面之間的火花塞間隙的間距，W是在所述絕緣體的外表面上在所述第一基準(zhǔn)平面和一第三基準(zhǔn)平面之間的最小距離，在所述第三基準(zhǔn)平面上，所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離與火花塞間隙G具有相同數(shù)值，第三基準(zhǔn)平面和第一基準(zhǔn)平面平行。
2.如權(quán)利要求1所述火花塞，其特征在于所述中心電極端部和接地電極側(cè)表面之間的火花塞間隙的間距G是0.4～0.8毫米。
3.如權(quán)利要求1所述火花塞，其特征在于尺寸關(guān)系被定義為(X+0.3Y+Z)/G≥2.5。
4.如權(quán)利要求1所述火花塞，其特征在于所述金屬殼體在第一端內(nèi)邊緣的內(nèi)徑D和所述金屬殼體螺紋部分的外徑M滿足下述關(guān)系(M-D)≥3.0毫米。
5.如權(quán)利要求1所述火花塞，其特征在于所述中心電極包括貴金屬片，其一端就是中心電極的端部，在端部，所述貴金屬片的橫截面面積是0.07～0.4平方毫米。
6.如權(quán)利要求5所述火花塞，其特征在于所述中心電極的貴金屬片由銥基合金制造，在所述銥基合金中，包括重量超過50％的銥以及至少一種添加劑，所述銥基合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。
7.如權(quán)利要求6所述火花塞，其特征在于所述至少一種添加劑從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選擇。
8.如權(quán)利要求1所述火花塞，其特征在于所述接地電極包括貴金屬片，所述片的第一端與所述接地電極的側(cè)表面相連，第二端通過火花塞間隙與中心電極的端部相對，所述接地電極的貴金屬片在第二端的橫截面面積是0.12～0.80平方毫米，所述接地電極的貴金屬片的第二端與所述接地電極側(cè)表面之間的距離是0.3～1.5毫米。
9.如權(quán)利要求8所述火花塞，其特征在于所述接地電極的貴金屬片最好由鉑基合金制成，該合金包括大于50％重量的鉑材料以及至少一種添加劑，鉑合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。
10.如權(quán)利要求9所述火花塞，其特征在于至少一種添加劑從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇。
11.如權(quán)利要求1所述火花塞，其特征在于所述絕緣體第一端的外邊緣由等于或大于0.2毫米的半徑修圓。
12.一種火花塞，包括具有第一端和與所述第一端相反的第二端的中空金屬殼體，所述金屬殼體具有在外周上的螺紋部分和在第一端敞開的內(nèi)部空腔，螺紋部分的外徑等于12毫米；絕緣體，其具有在絕緣體第一端和與所述第一端相反的第二端之間的長度，絕緣體內(nèi)部也形成有孔，所述絕緣體被固定在所述金屬殼體的內(nèi)部空腔內(nèi)，所述絕緣體的第一端從所述金屬殼體的第一端中突出；被固定在所述絕緣體內(nèi)孔內(nèi)的中心電極，所述中心電極的一端從所述絕緣體的第一端中突出；具有側(cè)表面的接地電極，所述接地電極與所述金屬殼體的第一端相連，從而所述接地電極的側(cè)表面通過火花塞間隙與所述中心電極的端部相對，其中在確定了所述內(nèi)部空腔的金屬殼體內(nèi)表面與所述絕緣體外表面之間的距離在第一基準(zhǔn)平面上具有最大數(shù)值，在一基準(zhǔn)平面上具有最小數(shù)值，所述第一基準(zhǔn)平面沿垂直于所述絕緣體長度的方向延伸穿過所述金屬殼體的第一端的內(nèi)邊緣，所述基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸，并與所述第一基準(zhǔn)平面保持指定的間距，以及確定下述尺寸關(guān)系(X+0.3Y+Z)/G≥2.0；0.4毫米≤G≤1.3毫米；Y1≥1.0毫米；W/Z≥4.0；以及1.25毫米≤Z≤1.9毫米其中，X是在第二基準(zhǔn)平面上確定所述孔的所述絕緣體內(nèi)表面與所述中心電極外表面之間的距離，所述第二基準(zhǔn)平面平行于所述第一基準(zhǔn)平面延伸并穿過所述絕緣體的第一端的內(nèi)邊緣；Y是沿絕緣體的第一端和外表面從所述絕緣體的第一端內(nèi)邊緣至所述第一基準(zhǔn)平面的最小距離，Y1是在絕緣體的長度方向上從所述絕緣體的第一端至所述金屬殼體第一端之間的距離，Z是在第一基準(zhǔn)平面上所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離，G是中心電極的端部和接地電極側(cè)表面之間的火花塞間隙的間距，W是在所述絕緣體的外表面上所述第一基準(zhǔn)平面和一第三基準(zhǔn)平面之間的最小距離，在所述第三基準(zhǔn)平面上，所述金屬殼體內(nèi)表面和所述絕緣體外表面之間的距離與火花塞間隙G具有相同數(shù)值，第三基準(zhǔn)平面和第一基準(zhǔn)平面平行。
13.如權(quán)利要求12所述火花塞，尺寸關(guān)系被定義為(X+0.3Y+Z)/G≥2.5。
14.如權(quán)利要求12所述火花塞，其特征在于所述金屬殼體在第一端內(nèi)邊緣的內(nèi)徑D和所述金屬殼體螺紋部分的外徑M滿足下述關(guān)系(M-D)≥3.0毫米。
15.如權(quán)利要求12所述火花塞，其特征在于所述中心電極包括貴金屬片，其一端就是中心電極的端部，在端部，所述中心電極的貴金屬片的橫截面面積是0.07～0.4平方毫米。
16.如權(quán)利要求15所述火花塞，其特征在于所述中心電極的貴金屬片由銥基合金制造，在所述銥基合金中，包括重量超過50％的銥以及至少一種添加劑，所述銥基合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。
17.如權(quán)利要求16所述火花塞，其特征在于所述至少一種添加劑從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選擇。
18.如權(quán)利要求12所述火花塞，其特征在于所述接地電極包括貴金屬片，所述片的第一端與所述接地電極的側(cè)表面相連，第二端通過火花塞間隙與中心電極的端部相對，所述接地電極的貴金屬片在第二端的橫截面面積是0.12～0.80平方毫米，所述接地電極的貴金屬片的第二端與所述接地電極側(cè)表面之間的距離是0.3～1.5毫米。
19.如權(quán)利要求18所述火花塞，其特征在于所述接地電極的貴金屬片最好由鉑基合金制成，該合金包括大于50％重量的鉑材料以及至少一種添加劑，鉑合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。
20.如權(quán)利要求19所述火花塞，其特征在于至少一種添加劑從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇。
21.如權(quán)利要求12所述火花塞，其特征在于所述絕緣體第一端的外邊緣由等于或大于0.2毫米的半徑修圓。
全文摘要
一種火花塞包括金屬殼體、絕緣體、中心電極和接地電極。所述金屬殼體具有外徑等于或小于10毫米或等于12毫米的螺紋部分，用于將火花塞安裝在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)。諸如中心電極和絕緣體之間距離X、金屬殼體外側(cè)的表面漂移距離Y、絕緣體突出長度Y1、氣穴尺寸Z和金屬殼體內(nèi)的表面漂移距離W的火花塞結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)滿足通過本發(fā)明試驗(yàn)所確定的尺寸關(guān)系。當(dāng)絕緣體積碳時(shí)，該結(jié)構(gòu)確?；鸹ㄈc(diǎn)燃?xì)怏w燃料混合物的高性能。
文檔編號H01T13/20GK1599163SQ20041007973
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者金生啟二, 岡部伸一 申請人:株式會(huì)社電裝