火花塞的制作方法
火花塞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種火花塞，其中環(huán)狀空間的開口處的中心電極和絕緣體之間的距離設(shè)置為至少0.2mm，并且能夠從燃料橋及早恢復。火花塞（1）包括：中心電極（5），其沿軸線（CL1）的方向延伸；陶瓷絕緣子（2），其設(shè)置有供中心電極（5）插入的軸孔（4）；金屬殼（3），其布置在陶瓷絕緣子（2）的外周；以及接地電極（27），其固定到金屬殼（3）并且具有與中心電極（5）的前端面（5F）面對的對向面（27F）。在中心電極（5）的外周面和軸孔（4）的內(nèi)周面之間形成環(huán)狀空間（31）并且該環(huán)狀空間（31）朝向前端側(cè)開口，當C（mm）是環(huán)狀空間（31）的開口處的中心電極（5）的外周面和軸孔（4）的內(nèi)周面之間的距離時，滿足C≥0.2mm。在包含軸線（CL1）并且與接地電極（27）的中心軸線（CL2）正交的截面中，接地電極（27）的側(cè)面（27S1、27S2）的輪廓線是向外凸出的彎曲狀。
【專利說明】火花塞
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種在內(nèi)燃機中使用的火花塞。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸如內(nèi)燃機等燃燒裝置中使用的火花塞包括，例如:絕緣體，其具有沿軸線方向延伸的軸孔；中心電極，其插入軸孔；金屬殼，其組裝在絕緣體的外周；以及棒狀接地電極，其一端固定到金屬殼的前端。還有，接地電極的大致中間部分彎回，火花放電間隙形成于中心電極的前端和接地電極的另一端之間。當將高電壓施加到中心電極時，在火花放電間隙中產(chǎn)生火花放電，以點燃空氣燃料混合物。
[0003]順便來說，當火花放電間隙由于電極消耗而擴大，或者碳附著到絕緣體的表面上，而沒有在火花放電間隙中產(chǎn)生正常的火花放電時,存在以下風險:電流從中心電極通過絕緣體的表面流到金屬殼，或者在絕緣體和金屬殼之間產(chǎn)生飛火。
[0004]在這種情況下，為了防止在火花放電間隙以外放電(非正規(guī)放電)，已經(jīng)提出如下技術(shù):設(shè)置環(huán)狀空間(所謂的熱間隙)，該環(huán)狀空間形成于中心電極的前端側(cè)的外周面和軸孔的內(nèi)周面之間并且朝向前端側(cè)開口(例如，參照專利文獻1)。利用該環(huán)狀空間的設(shè)置，能夠相對地增大從中心電極到金屬殼的沿著絕緣體表面的距離或者能夠相對地增大在中心電極和絕緣體的前端之間的距離，而能夠更確實地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2010-21136號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]發(fā)明要解決的問題
[0009]順便來說，為了更好地提高抑制非正規(guī)放電(irregular discharge)的效果，優(yōu)選地，更多地增大環(huán)狀空間的開口處的中心電極和絕緣體之間的距離。然而，作為本發(fā)明人深入研究的結(jié)果，證實:雖然能夠通過增大上述距離來提高抑制非正規(guī)放電的效果，但是在中心電極的前端和接地電極的另一端之間(火花放電間隙)易于產(chǎn)生燃料附著到那些電極以在電極之間產(chǎn)生連接的現(xiàn)象(所謂的燃料橋)。從這方面考慮，作為本發(fā)明人進一步進行研究的結(jié)果，證實:由于上述距離的增加而產(chǎn)生的毛細管現(xiàn)象所引起的進入環(huán)狀空間的燃料的增加主要導致了易于產(chǎn)生燃料橋。還證實:如果特別地將上述距離設(shè)定為0.2mm以上，則顯著地易于產(chǎn)生燃料橋，且難以從燃料橋恢復(燃料的落下)。
[0010]考慮到上述情況已經(jīng)做出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是使環(huán)狀空間的開口處的中心電極和絕緣體之間的距離為0.2mm以上的火花塞能夠從燃料橋及早恢復。
[0011]用于解決問題的方案
[0012]以下，將逐項說明適于實現(xiàn)上述目的的各構(gòu)造。將根據(jù)場合需要記載對應構(gòu)造的特定作用效果。[0013]構(gòu)造1
[0014]本構(gòu)造的火花塞包括:中心電極，其沿軸線方向延伸；筒狀絕緣體，其設(shè)置有供所述中心電極插入的軸孔；筒狀金屬殼，其布置于所述絕緣體的外周；以及接地電極，所述接地電極的一端固定到所述金屬殼的前端，所述接地電極的另一端具有與所述中心電極的前端面面對的對向面，其中，所述火花塞具有環(huán)狀空間，所述環(huán)狀空間由所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面形成并且朝向軸線方向上的前端側(cè)開口，當c (mm)是所述環(huán)狀空間的開口處的所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面之間的沿著與所述軸線正交的方向的距離時，滿足C > 0.2mm，并且在包含所述軸線并且與所述接地電極的中心軸線正交的截面中，所述接地電極的與所述對向面鄰接的側(cè)面的輪廓線具有向外凸出的彎曲形狀。
[0015]構(gòu)造2
[0016]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1的火花塞，其中，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足D < B。
[0017]構(gòu)造3
[0018]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1或構(gòu)造2的火花塞，其中，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足0.72XB < D。
[0019]構(gòu)造4
[0020]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1至構(gòu)造3中任一項的火花塞，其中，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足I (D_B)/2| ( 0.25。
[0021]構(gòu)造5
[0022]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1至構(gòu)造4中任一項的火花塞，其中，所述金屬殼的外周面包括被構(gòu)造成與燃燒裝置的安裝孔螺紋連接的螺紋部，所述接地電極包括間隙對應部，所述間隙對應部是位于所述中心電極的前端面的軸線方向上的前端側(cè)并且位于所述接地電極的對向面的軸線方向上的后端側(cè)的部分，并且當M (mm)是所述螺紋部的螺紋直徑并且X (mm)是所述間隙對應部的寬度時，滿足M/X≤5.25。
[0023]間隙對應部是接地電極的在軸線方向上位于與火花放電間隙相同高度的部位，該部位是接地電極的特別防止空氣燃料混合物流入火花放電間隙的部位。
[0024]發(fā)明的效果
[0025]根據(jù)構(gòu)造1的火花塞，因為設(shè)置了具有0.2mm以上的距離C的環(huán)狀空間，所以能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生。
[0026]另一方面，當距離C被設(shè)定為0.2mm以上時，易于產(chǎn)生燃料橋，并且從燃料橋及早恢復變得困難。然而，根據(jù)構(gòu)造1的火花塞，在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中，接地電極的 側(cè)面的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。因此，中心電極和接地電極之間的橋狀燃料連接易于朝向接地電極的側(cè)面?zhèn)攘鲃印＝Y(jié)果，燃料及早落下，并且能夠從燃料橋及早恢復。
[0027]此外，當接地電極的側(cè)面形成曲面狀，將空氣燃料混合物施加到接地電極的背面?zhèn)葧r，空氣燃料混合物通過不從接地電極的側(cè)面分開地圍繞接地電極行進而變得易于流入火花放電間隙中。結(jié)果，如上所述，與能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生的事實結(jié)合，能夠顯著地提高點火性能。[0028]根據(jù)構(gòu)造2的火花塞，接地電極的對向面在上述截面中的輪廓線為直線狀。因此，隨著放電，對向面大致均勻地消耗，能夠提高耐久性。
[0029]另一方面，當對向面的輪廓線為直線狀時，燃料易于匯聚在對向面上。為此，增大了對產(chǎn)生燃料橋的擔心。然而，在構(gòu)造2的火花塞中，當B (mm)是中心電極的前端面的外徑，并且D (mm)是對向面在上述截面中的長度時，被構(gòu)造為滿足D SB。因此，由于形成曲面狀的接地電極的側(cè)面位于流出環(huán)狀空間的燃料的下方，所以大部分燃料流到接地電極的側(cè)面?zhèn)?。結(jié)果，燃料幾乎不匯聚在接地電極的對向面上，能夠更好地提高從燃料橋及早恢復的效果。
[0030]根據(jù)構(gòu)造3的火花塞，被構(gòu)造成滿足0.72XB≤D，相對于中心電極的前端面的外徑B，與接地電極的消耗體積對應的長度D充分地大。因此，能夠更確實地防止由于火花放電導致的火花放電間隙的急速擴大，能夠進一步提高耐久性。
[0031]根據(jù)構(gòu)造4的火花塞，被構(gòu)造為滿足|(D_B)/2| < 0.25，外徑B大致等于長度D。因此，在中心電極的前端面的全部區(qū)域和接地電極的對向面的全部區(qū)域之間產(chǎn)生火花放電。為此，能夠更確實地防止僅中心電極的前端面的一部分或僅接地電極的對向面的一部分的偏消耗情況，并且能夠有效地利用中心電極或接地電極。結(jié)果，能夠更確實地抑制火花放電間隙的急速擴大，并且能夠進一步提高耐久性。
[0032]當從火花放電間隙到間隙對應部的沿著徑向的距離根據(jù)螺紋部的螺紋直徑而不同時，根據(jù)構(gòu)造5的火花塞，根據(jù)與該沿著徑向的距離對應的螺紋部的螺紋直徑M (mm)，間隙對應部的寬度X(mm)被設(shè)定得足夠小。為此，空氣燃料混合物更易于流入火花放電間隙，由此，能夠進一步提聞點火性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是示出火花塞的構(gòu)造的局部剖視的主視圖。
[0034]圖2是示出火花塞的前端部的構(gòu)造的局部剖視的放大主視圖。
[0035]圖3是示出接地電極在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中的截面形狀的放大截面圖。
[0036]圖4是示出中心電極和陶瓷絕緣子之間形成的環(huán)狀空間的局部放大的截面圖。
[0037]圖5是示出電極頭布置在接地電極上的示例的局部剖視的放大主視圖。
[0038]圖6是示出當電極頭布置在接地電極上時接地電極在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中的截面形狀的放大截面圖。
[0039]圖7是示出火花塞的前端的構(gòu)造的局部剖視的放大側(cè)視圖。
[0040]圖8是示出距離C不同地變化的樣品的抗漏性評價試驗結(jié)果的圖。
[0041]圖9是示出當螺紋部的螺紋直徑是M10時樣品A和樣品B的點火性能評價試驗的結(jié)果的圖。
[0042]圖10是示出當螺紋部的螺紋直徑是M14時樣品A和樣品B的點火性能評價試驗的結(jié)果的圖。
[0043]圖11是示出當D/B的值不同地變化時耐久性評價試驗的結(jié)果的圖。[0044]圖12是示出當M/X的值不同地變化時耐久性評價試驗的結(jié)果的圖。
[0045]圖13是示出根據(jù)另一個實施方式的接地電極的形狀的局部放大的截面圖。
[0046]圖14是示出根據(jù)另一個實施方式的中心電極的形狀的局部放大的截面圖。
[0047]圖15是示出根據(jù)另一個實施方式的接地電極的形狀的局部放大的截面圖。
【具體實施方式】
[0048]以下，將參照【專利附圖】
【附圖說明】實施方式。圖1是示出火花塞1的局部剖視的主視圖。在圖1中，將假定火花塞1的軸線CL1的方向為附圖的上下方向、下側(cè)為火花塞1的前端側(cè)且上側(cè)為后端側(cè)來進行說明。
[0049]火花塞1包括形成筒狀絕緣體的陶瓷絕緣子2，以及保持陶瓷絕緣子2的筒狀金屬殼3。
[0050]眾所周知地，通過燒結(jié)氧化鋁等形成陶瓷絕緣子2。在陶瓷絕緣子2的輪廓部中，陶瓷絕緣子2包括:后端側(cè)主體部10，其形成于陶瓷絕緣子2的后端側(cè)；大徑部11，其在相對于后端側(cè)主體部10的前端側(cè)徑向向外突出；中間主體部12，其在相對于大徑部11的前端側(cè)以比大徑部11的直徑細的方式形成；以及長鼻部(nose length portion) 13,其在陶瓷絕緣子2的輪廓部上在相對于中間主體部12的前端側(cè)以比中間主體部12的直徑細的方式形成。另外，在陶瓷絕緣子2中，大徑部11、中間主體部12和大部分的長鼻部13容納在金屬殼3的內(nèi)側(cè)。錐狀臺階14形成到中間主體部12和長鼻部13的連接部，陶瓷絕緣子2通過臺階14被鎖定到金屬殼3。
[0051]此外，沿著軸線CL1延伸的軸孔4貫通陶瓷絕緣子2，棒狀(圓柱狀)的中心電極5插入并固定到軸孔4的前端側(cè)。中心電極5包括由高熱傳導性金屬(例如，銅、銅合金、純鎳(Ni)等)制成的內(nèi)層5A，以及由主要包含Ni的Ni合金制成的外層5B。中心電極5的前端面5F形成平坦狀，中心電極5的前端從陶瓷絕緣子2的前端突出。
[0052]另外，端子電極6在端子電極6從陶瓷絕緣子2的后端突出的狀態(tài)下插入并固定到軸孔4的后端側(cè)中。
[0053]此外，圓柱狀的電阻器7布置在軸孔4的中心電極5和端子電極6之間。電阻器7的兩端分別通過導電玻璃密封層8和9電連接到中心電極5和端子電極6。
[0054]金屬殼3由諸如低碳鋼等的金屬制成并且形成為筒狀，用于將火花塞1擰到諸如內(nèi)燃機、燃料電池改質(zhì)器等的燃燒裝置的裝配孔的螺紋部(外螺紋部)15形成于金屬殼3的外周面。還有，座部16以朝向外周側(cè)突出的方式形成于螺紋部15的后端側(cè)，環(huán)狀墊圈18圍繞螺紋部15的后端的螺紋頸17裝配。此外，在將金屬殼3裝配到燃燒裝置時將與諸如扳手等的工具接合的具有六角形截面的工具接合部19布置在金屬殼3的后端側(cè)。還有，徑向向內(nèi)屈曲的彎邊部20布置在金屬殼3的后端。
[0055]另外，用于鎖定陶瓷絕緣子2的錐形臺階21設(shè)置在金屬殼3的內(nèi)周面。從金屬殼3的后端側(cè)朝向金屬殼3的前端側(cè)插入陶瓷絕緣子2。接著，在陶瓷絕緣子2的臺階14與金屬殼3的臺階21鎖定的狀態(tài)下，金屬殼3的后端側(cè)的開口部徑向向內(nèi)彎邊，即，形成彎邊部20，使得陶瓷絕緣子2固定到金屬殼3。圓環(huán)狀的板狀密封件22插入陶瓷絕緣子2的臺階14和金屬殼3的臺階21之間。結(jié)果，保持了燃燒室的氣密性，防止了進入陶瓷絕緣子2的長鼻部13和金屬殼3的內(nèi)周面之間的間隙的、暴露在燃燒室的內(nèi)部的燃料氣體泄漏到外部。
[0056]此外，為了通過彎邊而更完全地密封，在金屬殼3的后端側(cè)、在金屬殼3和陶瓷絕緣子2之間插入環(huán)狀構(gòu)件23和24，用滑石粉末(滑石粉)25填充環(huán)狀構(gòu)件23和24之間的間隙。也就是，金屬殼3通過板狀密封件22、環(huán)形構(gòu)件23和24以及滑石粉25保持陶瓷絕緣子2。
[0057]此外，如圖2所示，金屬殼3的前端部26接合到棒狀的接地電極27的一端部。接地電極27由主要包含Ni的合金制成，并且接地電極27的大致中間部分朝向中心電極5側(cè)彎回。在本實施方式中，接地電極27被構(gòu)造為沿著接地電極27的長度方向具有指定寬度。還有，如圖2和圖3所示，接地電極27的與中心電極5的前端面5F面對的對向面27F形成平坦狀。也就是，在包括軸線CL1并且與接地電極27的中心軸線CL2正交的截面內(nèi)，對向面27F的輪廓線形成直線狀。另外，在上述截面中，對向面27F的寬度方向上的中心面對中心電極5的前端面5F的中心。還有，在本實施方式中，接地電極27的另一端朝向相對于軸線CL1遠離接地電極27的一端的一側(cè)突出，充分增加大了對向面27F的面積。
[0058]此外，接地電極27的位于中心電極5側(cè)的相反側(cè)的背面27B也形成如對向面27F的平坦狀。通常，在接地電極27已以直棒狀的狀態(tài)與金屬殼3接合之后，對背面27B加壓，以便使背面27B朝向中心電極5側(cè)彎回。然而，由于背面27B形成平坦狀，所以接地電極27能夠朝向軸線CL1側(cè)高精度地彎回。因此，接地電極27的對向面27F的寬度方向上的中心能夠更確實地面對中心電極5的前端面5F的中心。
[0059]另外，火花放電間隙28形成于中心電極5的前端面5F和接地電極27的對向面27F之間，在火花放電間隙28中在大致沿著軸線CL1的方向上進行火花放電。
[0060]此外，在本實施方式中，陶瓷絕緣子2的前端側(cè)形成有環(huán)狀空間31，環(huán)狀空間31是由中心電極5的外周面和軸孔4的內(nèi)周面形成的，并且朝向軸線CL1方向上的前端側(cè)開口。通過使中心電極5的前端略微變細而形成環(huán)狀空間31，還有，環(huán)狀空間31的開口處的沿著與軸線CL1正交的方向的尺寸相對地大。具體地，如圖4所示，當C (mm)是環(huán)狀空間31的開口處的中心電極5的外周面和軸孔4的內(nèi)周面之間的在與軸線CL1正交的方向上的距離時，被構(gòu)造成使得滿足C > 0.2mm。還有，在本實施方式中，環(huán)狀空間31的沿著軸線CL1的長度(深度)L被設(shè)定為指定值(例如，0.1mm)，環(huán)狀空間31的體積相對地大(當長度L等于或大于0.1mm時，擔心產(chǎn)生所謂的燃料橋以及燃料橋的長期化，當長度L等于或大于0.5mm時，更加擔心產(chǎn)生所謂的燃料橋以及燃料橋的長期化)。另外，將距離C設(shè)定為指定值(例如，
0.5mm)以下，以便確保位于環(huán)狀空間31的外周的陶瓷絕緣子2的強度。利用該指定值，燃料借助于毛細管現(xiàn)象易于進入環(huán)狀空間31。
[0061]順便來說，如在本實施方式中，當設(shè)置具有相對大的開口的環(huán)狀空間31時，或者當接地電極27的另一端從軸線CL1突出時，在中心電極5的前端和接地電極27的另一端之間易于產(chǎn)生燃料橋?？紤]到這點，在本實施方式中，接地電極27的形狀能夠被設(shè)定如下。
[0062]也就是，如圖3所示，在包括軸線CL1并且與接地電極27的中心軸線CL2正交的截面中，接地電極27的與對向面27F鄰接的兩個側(cè)面27S1和27S2的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。還有，在本實施方式中，在上述截面中，接地電極27的具有最大寬度的部分形成于相對于對向面27F的背面27B側(cè)。也就是，當從火花放電間隙28側(cè)觀察接地電極27時，接地電極27的兩個側(cè)面27S1和27S2的至少一部分是可見的。這里，“接地電極27的寬度”表示接地電極27的沿著與軸線CL1和接地電極27的中心軸線CL2均正交的方向的寬度。
[0063]還有，在上述截面中，防止兩個側(cè)面27S1和27S2的輪廓線曲率半徑過度地大(例如，接地電極27的最大值以下)。此外，接地電極27的側(cè)面27S1和27S2的至少一部分形成曲面狀，該接地電極27的兩個側(cè)面27S1和27S2的至少一部分從稍后將說明的間隙對應部27A延伸到接地電極27的另一端(在本實施方式中為接地電極27的側(cè)面27S1和27S2的全部區(qū)域)。
[0064]另外，在本實施方式中，對向面27F的寬度被構(gòu)造得相對地小。也就是，如圖2和圖3所示，當B (mm)是中心電極5的前端面5F的外徑，D (mm)是對向面27F的在上述截面中的輪廓線的長度時，被構(gòu)造成使得滿足D < B。
[0065]另一方面，接地電極27的對向面27F被構(gòu)造為具有足夠的面積，以便抑制火花放電間隙28伴隨火花放電等的急速擴大，在本實施方式中，被構(gòu)造成使得0.72XB < D。
[0066]此外，在本實施方式中，中心電極5的前端面5F的外徑B (mm)和對向面27F在上述截面中的輪廓線的長度D (mm)被構(gòu)造為滿足| (D-B)/2 | ( 0.25_，外徑B和長度D被設(shè)定為彼此大致相等。
[0067]如圖5和圖6所示，接地電極27的另一端可以設(shè)置有由耐消耗性優(yōu)異的金屬(例如，銦合金、鉬合金等)制成的電極頭32，電極頭32可以被構(gòu)造為面對中心電極5的前端面5F。在這種情況下，“接地電極27的對向面”表示電極頭32的與中心電極5的前端面5F面對的對向面32F。因此，當設(shè)置電極頭32時，對向面32F在上述截面中的長度D (mm)相對于中心電極5的前端面5F的外徑B (mm)被構(gòu)造為滿足上述表達式(0.72XB≤D≤B且 (D-B)/2 ( 0.25mm)。
[0068]此外，如圖7所示，當X (mm)是間隙對應部27A (在圖2中以散點圖案示出的位置)的寬度，間隙對應部27A是位于相對于中心電極5的前端面5F的軸線CL1上的前端側(cè)并且還位于相對于接地電極27的對向面27F的軸線CL1上的后端側(cè)的部分，而M (mm)是螺紋部15的螺紋直徑時，被構(gòu)造成使得滿足M/X≤5.25。
[0069]如以上詳細說明的，根據(jù)本實施方式，因為設(shè)置了具有0.2mm以上的距離C的環(huán)狀空間31，所以能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生。
[0070]另一方面，當距離C被設(shè)定為0.2mm以上時，易于產(chǎn)生燃料橋，并且難以從燃料橋及早恢復。然而，在本實施方式中，在包括軸線CL1并且與接地電極27的中心軸線CL2正交的截面中，接地電極27的兩個側(cè)面27S1和27S2的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。因此，橋狀燃料易于朝向接地電極27的側(cè)面27S1和27S2流動。結(jié)果，燃料及早落下，并且能夠從燃料橋及早恢復。
[0071]還有，當接地電極27的側(cè)面27S1和27S2形成曲面狀，而將空氣燃料混合物應用到接地電極27的背面?zhèn)葧r，空氣燃料混合物通過不會從接地電極27的側(cè)面27S1和27S2分開地圍繞接地電極27行進而變得易于流入火花放電間隙28中。結(jié)果，如上所述，與能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生的事實結(jié)合，能夠顯著地提高點火性能。
[0072]此外，在本實施方式中，對向面27F在上述截面中的輪廓線是直線狀的。因此，對向面27F伴隨著放電大致均勻地損耗，從而能夠提高耐久性。
[0073]另外，因為滿足D ( B，所以接地電極27的形成曲面狀的側(cè)面27S1和27S2位于流出環(huán)狀空間31的燃料的下方，由此大部分燃料流入接地電極27的側(cè)面27S1和27S2側(cè)。結(jié)果，燃料幾乎不在接地電極27的對向面27F上匯聚，所以能夠更好地提高從燃料橋的及
早恢復效果。
[0074]另外，構(gòu)造滿足0.72XB < D，所以相對于中心電極5的前端面5F的外徑B，充分地確保了接地電極27的消耗體積。因此，能夠更確實地防止火花放電間隙28的伴隨火花放電的急速擴大，并且進一步提聞耐久性。
[0075]此外，構(gòu)造滿足| (D_B)/2 | ( 0.25mm,所以外徑B和長度D被設(shè)定為彼此大致相等。因此，在前端面5F的全部區(qū)域和對向面27F的全部區(qū)域之間產(chǎn)生火花放電。為此，能夠更確實地防止僅前端面5F或?qū)ο蛎?7F的一部分的偏消耗情況，能夠有效地利用中心電極5或接地電極27。結(jié)果，能夠更確實地抑制火花放電間隙28的急速擴大，能夠進一步提高耐久性。 [0076]此外，構(gòu)造滿足M/X≥5.25，所以根據(jù)螺紋部15的螺紋直徑M (mm),間隙對應部的寬度X (mm)足夠小。為此，空氣燃料混合物更易于流入火花放電間隙28，所以能夠進一步提聞點火性能。
[0077]隨后，為了確認由上述實施方式獲得的作用效果，制備螺紋部的螺紋直徑被設(shè)定為M10或M14且環(huán)狀空間的距離C (mm)在不同地變化的火花塞的樣品，在各樣品上進行抗漏性評價試驗。將在下文說明抗漏性試驗的概要。也就是，各樣品被裝配到指定的室，室中的壓力被設(shè)定為1.2MPa，用指定的電源對各樣品施加100次電壓。然后，在除了火花放電間隙以外的位置測量沿著陶瓷絕緣子的表面產(chǎn)生的放電的次數(shù)(泄漏的次數(shù))。圖8示出了上述試驗的試驗結(jié)果。參照圖8，由圓圈示出螺紋直徑為M10的樣品的試驗結(jié)果，由三角形示出螺紋直徑為M14的樣品的試驗結(jié)果。還有，在各樣品中，中心電極和接地電極由主要包含Ni的金屬制成。
[0078]如圖8所示，發(fā)現(xiàn)了距離C被設(shè)定為等于或大于0.2mm的樣品極大地減小了泄漏的次數(shù)，能夠有效地防止火花放電間隙之外的火花放電(非正規(guī)放電)。可以想到:這是因為環(huán)狀空間的開口寬度增大了，使得中心電極和金屬殼之間的沿著陶瓷絕緣子的表面的距離以及中心電極和陶瓷絕緣子的前端之間的距離能夠相對地增大。
[0079]從上述試驗的結(jié)果方面考慮，優(yōu)選地是，為了抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生并且更確實地在火花放電間隙之間產(chǎn)生火花放電，在構(gòu)造中滿足C > 0.2_。
[0080]然后，制備螺紋部的螺紋直徑為M10或M14并且接地電極的兩個側(cè)面形成向外凸出的曲面狀的火花塞的樣品(與實施例對應的樣品A)，以及接地電極的兩個側(cè)面形成平坦狀的火花塞的樣品(與比較例對應的樣品B)，在兩種樣品上進行點火性能評價試驗。將在下文說明點火性能評價試驗的概要。也就是，將樣品安裝到1.5L排氣量的四缸發(fā)動機上，使得接地電極配置在從接地電極指向燃料噴出口側(cè)的狀態(tài)相對作為轉(zhuǎn)動軸的軸線轉(zhuǎn)動90度的位置(從點火性能方面來看是最優(yōu)位置)，并且采用作為MBT (最適合點火的位置)的點火定時來操作發(fā)動機。接著，在空氣燃料比逐漸增大(燃料被稀釋)的同時，測量各空氣燃料比下的發(fā)動機扭矩的變量，在發(fā)動機扭矩的變量超過5%時的空氣燃料比被定義為極限(limited)空氣燃燒比。極限空氣燃料比越大，表示點火性能就越好。圖9示出了螺紋直徑為M10的樣品的試驗結(jié)果，圖10示出了螺紋直徑為M14的樣品的試驗結(jié)果。
[0081]如圖9和圖10所示，發(fā)現(xiàn)了接地電極的兩個側(cè)面形成曲面狀的樣品A具有優(yōu)異的點火性能。可以想到:這是因為當空氣燃料混合物被應用到接地電極的背面時，空氣燃料混合物以不會從接地電極的側(cè)面分開地圍繞接地電極行進的方式容易地流到火花放電間隙中。
[0082]從上述試驗結(jié)果方面出發(fā)，為了提高點火性能，優(yōu)選地是，在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中，接地電極的側(cè)面的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。
[0083]在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生了翻滾旋渦(氣流旋渦)，即使在接地電極相對于燃料噴出口和排氣口的配置位置不同時，由于接地電極的存在導致產(chǎn)生了對燃料流入火花放電間隙的抑制。在本實施例中，如上所述，即使在接地電極裝配到從點火性能方面來看最優(yōu)選的位置，由接地電極產(chǎn)生的對空氣燃料混合物流入的抑制的影響相對地小時，接地電極的側(cè)面形成曲面狀，由此也能夠提高點火性能。為此，當由于接地電極的存在而產(chǎn)生的對空氣燃料混合物流入的抑制的影響大時，例如，當接地電極配置在燃料噴出口和火花放電間隙之間時，可以想到:能更顯著地發(fā)揮通過將接地電極的側(cè)面形成曲面狀所產(chǎn)生的對點火性能的提高效果。
[0084]接著，對螺紋部的螺紋直徑為M10或M14并且距離C被設(shè)定為0.2mm以上的上述樣品A和樣品B各制作5個樣品，在各樣品上進行燃料橋評價試驗。以下將說明燃料橋評價試驗的概要。也就是，將指定量的燃料注入形成在陶瓷絕緣子的長鼻部的外周面和金屬殼的內(nèi)周面之間的空隙中，接著，使樣品的前端指向下方。各樣品的前端指向下方，使得燃料朝向火花放電間隙側(cè)行進，由于毛細管現(xiàn)象使得一部分燃料進入環(huán)狀空間，并且從環(huán)狀空間的內(nèi)部朝向火花放電間隙側(cè)逐漸落下(因為距離C被設(shè)定為0.2mm以上，大量的燃料進入環(huán)狀空間，燃料橋易于被長期維持)。接著，在樣品的前端已經(jīng)指向下方之后，將樣品放置5分鐘，然后觀察火花放電間隙，確定在火花放電間隙中是否出現(xiàn)燃料橋。在本實施例中，如果未確定燃料橋，給出評價“0”，評價“0”表示火花放電間隙能夠從燃料橋及早恢復。另一方面，當確定燃料橋時， 給出評價“X”，評價“X”表示難以從燃料橋及早恢復。表1表示螺紋直徑為M10的樣品的試驗結(jié)果，表2表示螺紋直徑為M14的樣品的試驗結(jié)果。在螺紋直徑為M10的樣品中，接地電極的寬度被設(shè)定為2.1mm,在螺紋直徑為M14的樣品中，接地電極的寬度被設(shè)定為2.6mm。還有，在各樣品中，中心電極和接地電極由主要包含Ni的金屬制成。
[0085][表 1]
[0086]螺紋直徑:M10
[0087]
序號|樣品A|樣品B
--X
200
300
40X
50X
[0088][表2][0089]螺紋直徑:M14
[0090]
【權(quán)利要求】
1.一種火花塞,其包括:中心電極，其沿軸線方向延伸；筒狀絕緣體，其設(shè)置有供所述中心電極插入的軸孔；筒狀金屬殼，其布置于所述絕緣體的外周；以及接地電極，所述接地電極的一端固定到所述金屬殼的前端，所述接地電極的另一端具有與所述中心電極的前端面面對的對向面，其中，所述火花塞具有環(huán)狀空間，所述環(huán)狀空間由所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面形成并且朝向軸線方向上的前端側(cè)開口，當C (mm)是所述環(huán)狀空間的開口處的所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面之間的沿著與所述軸線正交的方向的距離時，滿足C > 0.2mm，并且在包含所述軸線并且與所述接地電極的中心軸線正交的截面中，所述接地電極的與所述對向面鄰接的側(cè)面的輪廓線具有向外凸出的彎曲形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足D SB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足0.72XB < D。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足I (D_B)/2| <0.25。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼的外周面包括被構(gòu)造成與燃燒裝置的安裝孔螺紋連接的螺紋部，所述接地電極包括間隙對應部，所述間隙對應部是位于所述中心電極的前端面的軸線方向上的前端側(cè)并且位于所述接地電極的對向面的軸線方向上的后端側(cè)的部分，并且當M (mm)是所述螺紋部的螺紋直徑并且X (mm)是所述間隙對應部的寬度時，滿足M/X ≥ 5.25。
【文檔編號】H01T13/20GK103650268SQ201280034494
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月11日
【發(fā)明者】鈴木香織 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社
【專利摘要】本發(fā)明是一種火花塞，其中環(huán)狀空間的開口處的中心電極和絕緣體之間的距離設(shè)置為至少0.2mm，并且能夠從燃料橋及早恢復。火花塞（1）包括：中心電極（5），其沿軸線（CL1）的方向延伸；陶瓷絕緣子（2），其設(shè)置有供中心電極（5）插入的軸孔（4）；金屬殼（3），其布置在陶瓷絕緣子（2）的外周；以及接地電極（27），其固定到金屬殼（3）并且具有與中心電極（5）的前端面（5F）面對的對向面（27F）。在中心電極（5）的外周面和軸孔（4）的內(nèi)周面之間形成環(huán)狀空間（31）并且該環(huán)狀空間（31）朝向前端側(cè)開口，當C（mm）是環(huán)狀空間（31）的開口處的中心電極（5）的外周面和軸孔（4）的內(nèi)周面之間的距離時，滿足C≥0.2mm。在包含軸線（CL1）并且與接地電極（27）的中心軸線（CL2）正交的截面中，接地電極（27）的側(cè)面（27S1、27S2）的輪廓線是向外凸出的彎曲狀。
【專利說明】火花塞
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種在內(nèi)燃機中使用的火花塞。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸如內(nèi)燃機等燃燒裝置中使用的火花塞包括，例如:絕緣體，其具有沿軸線方向延伸的軸孔；中心電極，其插入軸孔；金屬殼，其組裝在絕緣體的外周；以及棒狀接地電極，其一端固定到金屬殼的前端。還有，接地電極的大致中間部分彎回，火花放電間隙形成于中心電極的前端和接地電極的另一端之間。當將高電壓施加到中心電極時，在火花放電間隙中產(chǎn)生火花放電，以點燃空氣燃料混合物。
[0003]順便來說，當火花放電間隙由于電極消耗而擴大，或者碳附著到絕緣體的表面上，而沒有在火花放電間隙中產(chǎn)生正常的火花放電時,存在以下風險:電流從中心電極通過絕緣體的表面流到金屬殼，或者在絕緣體和金屬殼之間產(chǎn)生飛火。
[0004]在這種情況下，為了防止在火花放電間隙以外放電(非正規(guī)放電)，已經(jīng)提出如下技術(shù):設(shè)置環(huán)狀空間(所謂的熱間隙)，該環(huán)狀空間形成于中心電極的前端側(cè)的外周面和軸孔的內(nèi)周面之間并且朝向前端側(cè)開口(例如，參照專利文獻1)。利用該環(huán)狀空間的設(shè)置，能夠相對地增大從中心電極到金屬殼的沿著絕緣體表面的距離或者能夠相對地增大在中心電極和絕緣體的前端之間的距離，而能夠更確實地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2010-21136號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]發(fā)明要解決的問題
[0009]順便來說，為了更好地提高抑制非正規(guī)放電(irregular discharge)的效果，優(yōu)選地，更多地增大環(huán)狀空間的開口處的中心電極和絕緣體之間的距離。然而，作為本發(fā)明人深入研究的結(jié)果，證實:雖然能夠通過增大上述距離來提高抑制非正規(guī)放電的效果，但是在中心電極的前端和接地電極的另一端之間(火花放電間隙)易于產(chǎn)生燃料附著到那些電極以在電極之間產(chǎn)生連接的現(xiàn)象(所謂的燃料橋)。從這方面考慮，作為本發(fā)明人進一步進行研究的結(jié)果，證實:由于上述距離的增加而產(chǎn)生的毛細管現(xiàn)象所引起的進入環(huán)狀空間的燃料的增加主要導致了易于產(chǎn)生燃料橋。還證實:如果特別地將上述距離設(shè)定為0.2mm以上，則顯著地易于產(chǎn)生燃料橋，且難以從燃料橋恢復(燃料的落下)。
[0010]考慮到上述情況已經(jīng)做出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是使環(huán)狀空間的開口處的中心電極和絕緣體之間的距離為0.2mm以上的火花塞能夠從燃料橋及早恢復。
[0011]用于解決問題的方案
[0012]以下，將逐項說明適于實現(xiàn)上述目的的各構(gòu)造。將根據(jù)場合需要記載對應構(gòu)造的特定作用效果。[0013]構(gòu)造1
[0014]本構(gòu)造的火花塞包括:中心電極，其沿軸線方向延伸；筒狀絕緣體，其設(shè)置有供所述中心電極插入的軸孔；筒狀金屬殼，其布置于所述絕緣體的外周；以及接地電極，所述接地電極的一端固定到所述金屬殼的前端，所述接地電極的另一端具有與所述中心電極的前端面面對的對向面，其中，所述火花塞具有環(huán)狀空間，所述環(huán)狀空間由所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面形成并且朝向軸線方向上的前端側(cè)開口，當c (mm)是所述環(huán)狀空間的開口處的所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面之間的沿著與所述軸線正交的方向的距離時，滿足C > 0.2mm，并且在包含所述軸線并且與所述接地電極的中心軸線正交的截面中，所述接地電極的與所述對向面鄰接的側(cè)面的輪廓線具有向外凸出的彎曲形狀。
[0015]構(gòu)造2
[0016]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1的火花塞，其中，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足D < B。
[0017]構(gòu)造3
[0018]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1或構(gòu)造2的火花塞，其中，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足0.72XB < D。
[0019]構(gòu)造4
[0020]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1至構(gòu)造3中任一項的火花塞，其中，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足I (D_B)/2| ( 0.25。
[0021]構(gòu)造5
[0022]本構(gòu)造的火花塞是根據(jù)構(gòu)造1至構(gòu)造4中任一項的火花塞，其中，所述金屬殼的外周面包括被構(gòu)造成與燃燒裝置的安裝孔螺紋連接的螺紋部，所述接地電極包括間隙對應部，所述間隙對應部是位于所述中心電極的前端面的軸線方向上的前端側(cè)并且位于所述接地電極的對向面的軸線方向上的后端側(cè)的部分，并且當M (mm)是所述螺紋部的螺紋直徑并且X (mm)是所述間隙對應部的寬度時，滿足M/X≤5.25。
[0023]間隙對應部是接地電極的在軸線方向上位于與火花放電間隙相同高度的部位，該部位是接地電極的特別防止空氣燃料混合物流入火花放電間隙的部位。
[0024]發(fā)明的效果
[0025]根據(jù)構(gòu)造1的火花塞，因為設(shè)置了具有0.2mm以上的距離C的環(huán)狀空間，所以能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生。
[0026]另一方面，當距離C被設(shè)定為0.2mm以上時，易于產(chǎn)生燃料橋，并且從燃料橋及早恢復變得困難。然而，根據(jù)構(gòu)造1的火花塞，在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中，接地電極的 側(cè)面的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。因此，中心電極和接地電極之間的橋狀燃料連接易于朝向接地電極的側(cè)面?zhèn)攘鲃印＝Y(jié)果，燃料及早落下，并且能夠從燃料橋及早恢復。
[0027]此外，當接地電極的側(cè)面形成曲面狀，將空氣燃料混合物施加到接地電極的背面?zhèn)葧r，空氣燃料混合物通過不從接地電極的側(cè)面分開地圍繞接地電極行進而變得易于流入火花放電間隙中。結(jié)果，如上所述，與能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生的事實結(jié)合，能夠顯著地提高點火性能。[0028]根據(jù)構(gòu)造2的火花塞，接地電極的對向面在上述截面中的輪廓線為直線狀。因此，隨著放電，對向面大致均勻地消耗，能夠提高耐久性。
[0029]另一方面，當對向面的輪廓線為直線狀時，燃料易于匯聚在對向面上。為此，增大了對產(chǎn)生燃料橋的擔心。然而，在構(gòu)造2的火花塞中，當B (mm)是中心電極的前端面的外徑，并且D (mm)是對向面在上述截面中的長度時，被構(gòu)造為滿足D SB。因此，由于形成曲面狀的接地電極的側(cè)面位于流出環(huán)狀空間的燃料的下方，所以大部分燃料流到接地電極的側(cè)面?zhèn)?。結(jié)果，燃料幾乎不匯聚在接地電極的對向面上，能夠更好地提高從燃料橋及早恢復的效果。
[0030]根據(jù)構(gòu)造3的火花塞，被構(gòu)造成滿足0.72XB≤D，相對于中心電極的前端面的外徑B，與接地電極的消耗體積對應的長度D充分地大。因此，能夠更確實地防止由于火花放電導致的火花放電間隙的急速擴大，能夠進一步提高耐久性。
[0031]根據(jù)構(gòu)造4的火花塞，被構(gòu)造為滿足|(D_B)/2| < 0.25，外徑B大致等于長度D。因此，在中心電極的前端面的全部區(qū)域和接地電極的對向面的全部區(qū)域之間產(chǎn)生火花放電。為此，能夠更確實地防止僅中心電極的前端面的一部分或僅接地電極的對向面的一部分的偏消耗情況，并且能夠有效地利用中心電極或接地電極。結(jié)果，能夠更確實地抑制火花放電間隙的急速擴大，并且能夠進一步提高耐久性。
[0032]當從火花放電間隙到間隙對應部的沿著徑向的距離根據(jù)螺紋部的螺紋直徑而不同時，根據(jù)構(gòu)造5的火花塞，根據(jù)與該沿著徑向的距離對應的螺紋部的螺紋直徑M (mm)，間隙對應部的寬度X(mm)被設(shè)定得足夠小。為此，空氣燃料混合物更易于流入火花放電間隙，由此，能夠進一步提聞點火性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是示出火花塞的構(gòu)造的局部剖視的主視圖。
[0034]圖2是示出火花塞的前端部的構(gòu)造的局部剖視的放大主視圖。
[0035]圖3是示出接地電極在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中的截面形狀的放大截面圖。
[0036]圖4是示出中心電極和陶瓷絕緣子之間形成的環(huán)狀空間的局部放大的截面圖。
[0037]圖5是示出電極頭布置在接地電極上的示例的局部剖視的放大主視圖。
[0038]圖6是示出當電極頭布置在接地電極上時接地電極在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中的截面形狀的放大截面圖。
[0039]圖7是示出火花塞的前端的構(gòu)造的局部剖視的放大側(cè)視圖。
[0040]圖8是示出距離C不同地變化的樣品的抗漏性評價試驗結(jié)果的圖。
[0041]圖9是示出當螺紋部的螺紋直徑是M10時樣品A和樣品B的點火性能評價試驗的結(jié)果的圖。
[0042]圖10是示出當螺紋部的螺紋直徑是M14時樣品A和樣品B的點火性能評價試驗的結(jié)果的圖。
[0043]圖11是示出當D/B的值不同地變化時耐久性評價試驗的結(jié)果的圖。[0044]圖12是示出當M/X的值不同地變化時耐久性評價試驗的結(jié)果的圖。
[0045]圖13是示出根據(jù)另一個實施方式的接地電極的形狀的局部放大的截面圖。
[0046]圖14是示出根據(jù)另一個實施方式的中心電極的形狀的局部放大的截面圖。
[0047]圖15是示出根據(jù)另一個實施方式的接地電極的形狀的局部放大的截面圖。
【具體實施方式】
[0048]以下，將參照【專利附圖】
【附圖說明】實施方式。圖1是示出火花塞1的局部剖視的主視圖。在圖1中，將假定火花塞1的軸線CL1的方向為附圖的上下方向、下側(cè)為火花塞1的前端側(cè)且上側(cè)為后端側(cè)來進行說明。
[0049]火花塞1包括形成筒狀絕緣體的陶瓷絕緣子2，以及保持陶瓷絕緣子2的筒狀金屬殼3。
[0050]眾所周知地，通過燒結(jié)氧化鋁等形成陶瓷絕緣子2。在陶瓷絕緣子2的輪廓部中，陶瓷絕緣子2包括:后端側(cè)主體部10，其形成于陶瓷絕緣子2的后端側(cè)；大徑部11，其在相對于后端側(cè)主體部10的前端側(cè)徑向向外突出；中間主體部12，其在相對于大徑部11的前端側(cè)以比大徑部11的直徑細的方式形成；以及長鼻部(nose length portion) 13,其在陶瓷絕緣子2的輪廓部上在相對于中間主體部12的前端側(cè)以比中間主體部12的直徑細的方式形成。另外，在陶瓷絕緣子2中，大徑部11、中間主體部12和大部分的長鼻部13容納在金屬殼3的內(nèi)側(cè)。錐狀臺階14形成到中間主體部12和長鼻部13的連接部，陶瓷絕緣子2通過臺階14被鎖定到金屬殼3。
[0051]此外，沿著軸線CL1延伸的軸孔4貫通陶瓷絕緣子2，棒狀(圓柱狀)的中心電極5插入并固定到軸孔4的前端側(cè)。中心電極5包括由高熱傳導性金屬(例如，銅、銅合金、純鎳(Ni)等)制成的內(nèi)層5A，以及由主要包含Ni的Ni合金制成的外層5B。中心電極5的前端面5F形成平坦狀，中心電極5的前端從陶瓷絕緣子2的前端突出。
[0052]另外，端子電極6在端子電極6從陶瓷絕緣子2的后端突出的狀態(tài)下插入并固定到軸孔4的后端側(cè)中。
[0053]此外，圓柱狀的電阻器7布置在軸孔4的中心電極5和端子電極6之間。電阻器7的兩端分別通過導電玻璃密封層8和9電連接到中心電極5和端子電極6。
[0054]金屬殼3由諸如低碳鋼等的金屬制成并且形成為筒狀，用于將火花塞1擰到諸如內(nèi)燃機、燃料電池改質(zhì)器等的燃燒裝置的裝配孔的螺紋部(外螺紋部)15形成于金屬殼3的外周面。還有，座部16以朝向外周側(cè)突出的方式形成于螺紋部15的后端側(cè)，環(huán)狀墊圈18圍繞螺紋部15的后端的螺紋頸17裝配。此外，在將金屬殼3裝配到燃燒裝置時將與諸如扳手等的工具接合的具有六角形截面的工具接合部19布置在金屬殼3的后端側(cè)。還有，徑向向內(nèi)屈曲的彎邊部20布置在金屬殼3的后端。
[0055]另外，用于鎖定陶瓷絕緣子2的錐形臺階21設(shè)置在金屬殼3的內(nèi)周面。從金屬殼3的后端側(cè)朝向金屬殼3的前端側(cè)插入陶瓷絕緣子2。接著，在陶瓷絕緣子2的臺階14與金屬殼3的臺階21鎖定的狀態(tài)下，金屬殼3的后端側(cè)的開口部徑向向內(nèi)彎邊，即，形成彎邊部20，使得陶瓷絕緣子2固定到金屬殼3。圓環(huán)狀的板狀密封件22插入陶瓷絕緣子2的臺階14和金屬殼3的臺階21之間。結(jié)果，保持了燃燒室的氣密性，防止了進入陶瓷絕緣子2的長鼻部13和金屬殼3的內(nèi)周面之間的間隙的、暴露在燃燒室的內(nèi)部的燃料氣體泄漏到外部。
[0056]此外，為了通過彎邊而更完全地密封，在金屬殼3的后端側(cè)、在金屬殼3和陶瓷絕緣子2之間插入環(huán)狀構(gòu)件23和24，用滑石粉末(滑石粉)25填充環(huán)狀構(gòu)件23和24之間的間隙。也就是，金屬殼3通過板狀密封件22、環(huán)形構(gòu)件23和24以及滑石粉25保持陶瓷絕緣子2。
[0057]此外，如圖2所示，金屬殼3的前端部26接合到棒狀的接地電極27的一端部。接地電極27由主要包含Ni的合金制成，并且接地電極27的大致中間部分朝向中心電極5側(cè)彎回。在本實施方式中，接地電極27被構(gòu)造為沿著接地電極27的長度方向具有指定寬度。還有，如圖2和圖3所示，接地電極27的與中心電極5的前端面5F面對的對向面27F形成平坦狀。也就是，在包括軸線CL1并且與接地電極27的中心軸線CL2正交的截面內(nèi)，對向面27F的輪廓線形成直線狀。另外，在上述截面中，對向面27F的寬度方向上的中心面對中心電極5的前端面5F的中心。還有，在本實施方式中，接地電極27的另一端朝向相對于軸線CL1遠離接地電極27的一端的一側(cè)突出，充分增加大了對向面27F的面積。
[0058]此外，接地電極27的位于中心電極5側(cè)的相反側(cè)的背面27B也形成如對向面27F的平坦狀。通常，在接地電極27已以直棒狀的狀態(tài)與金屬殼3接合之后，對背面27B加壓，以便使背面27B朝向中心電極5側(cè)彎回。然而，由于背面27B形成平坦狀，所以接地電極27能夠朝向軸線CL1側(cè)高精度地彎回。因此，接地電極27的對向面27F的寬度方向上的中心能夠更確實地面對中心電極5的前端面5F的中心。
[0059]另外，火花放電間隙28形成于中心電極5的前端面5F和接地電極27的對向面27F之間，在火花放電間隙28中在大致沿著軸線CL1的方向上進行火花放電。
[0060]此外，在本實施方式中，陶瓷絕緣子2的前端側(cè)形成有環(huán)狀空間31，環(huán)狀空間31是由中心電極5的外周面和軸孔4的內(nèi)周面形成的，并且朝向軸線CL1方向上的前端側(cè)開口。通過使中心電極5的前端略微變細而形成環(huán)狀空間31，還有，環(huán)狀空間31的開口處的沿著與軸線CL1正交的方向的尺寸相對地大。具體地，如圖4所示，當C (mm)是環(huán)狀空間31的開口處的中心電極5的外周面和軸孔4的內(nèi)周面之間的在與軸線CL1正交的方向上的距離時，被構(gòu)造成使得滿足C > 0.2mm。還有，在本實施方式中，環(huán)狀空間31的沿著軸線CL1的長度(深度)L被設(shè)定為指定值(例如，0.1mm)，環(huán)狀空間31的體積相對地大(當長度L等于或大于0.1mm時，擔心產(chǎn)生所謂的燃料橋以及燃料橋的長期化，當長度L等于或大于0.5mm時，更加擔心產(chǎn)生所謂的燃料橋以及燃料橋的長期化)。另外，將距離C設(shè)定為指定值(例如，
0.5mm)以下，以便確保位于環(huán)狀空間31的外周的陶瓷絕緣子2的強度。利用該指定值，燃料借助于毛細管現(xiàn)象易于進入環(huán)狀空間31。
[0061]順便來說，如在本實施方式中，當設(shè)置具有相對大的開口的環(huán)狀空間31時，或者當接地電極27的另一端從軸線CL1突出時，在中心電極5的前端和接地電極27的另一端之間易于產(chǎn)生燃料橋?？紤]到這點，在本實施方式中，接地電極27的形狀能夠被設(shè)定如下。
[0062]也就是，如圖3所示，在包括軸線CL1并且與接地電極27的中心軸線CL2正交的截面中，接地電極27的與對向面27F鄰接的兩個側(cè)面27S1和27S2的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。還有，在本實施方式中，在上述截面中，接地電極27的具有最大寬度的部分形成于相對于對向面27F的背面27B側(cè)。也就是，當從火花放電間隙28側(cè)觀察接地電極27時，接地電極27的兩個側(cè)面27S1和27S2的至少一部分是可見的。這里，“接地電極27的寬度”表示接地電極27的沿著與軸線CL1和接地電極27的中心軸線CL2均正交的方向的寬度。
[0063]還有，在上述截面中，防止兩個側(cè)面27S1和27S2的輪廓線曲率半徑過度地大(例如，接地電極27的最大值以下)。此外，接地電極27的側(cè)面27S1和27S2的至少一部分形成曲面狀，該接地電極27的兩個側(cè)面27S1和27S2的至少一部分從稍后將說明的間隙對應部27A延伸到接地電極27的另一端(在本實施方式中為接地電極27的側(cè)面27S1和27S2的全部區(qū)域)。
[0064]另外，在本實施方式中，對向面27F的寬度被構(gòu)造得相對地小。也就是，如圖2和圖3所示，當B (mm)是中心電極5的前端面5F的外徑，D (mm)是對向面27F的在上述截面中的輪廓線的長度時，被構(gòu)造成使得滿足D < B。
[0065]另一方面，接地電極27的對向面27F被構(gòu)造為具有足夠的面積，以便抑制火花放電間隙28伴隨火花放電等的急速擴大，在本實施方式中，被構(gòu)造成使得0.72XB < D。
[0066]此外，在本實施方式中，中心電極5的前端面5F的外徑B (mm)和對向面27F在上述截面中的輪廓線的長度D (mm)被構(gòu)造為滿足| (D-B)/2 | ( 0.25_，外徑B和長度D被設(shè)定為彼此大致相等。
[0067]如圖5和圖6所示，接地電極27的另一端可以設(shè)置有由耐消耗性優(yōu)異的金屬(例如，銦合金、鉬合金等)制成的電極頭32，電極頭32可以被構(gòu)造為面對中心電極5的前端面5F。在這種情況下，“接地電極27的對向面”表示電極頭32的與中心電極5的前端面5F面對的對向面32F。因此，當設(shè)置電極頭32時，對向面32F在上述截面中的長度D (mm)相對于中心電極5的前端面5F的外徑B (mm)被構(gòu)造為滿足上述表達式(0.72XB≤D≤B且 (D-B)/2 ( 0.25mm)。
[0068]此外，如圖7所示，當X (mm)是間隙對應部27A (在圖2中以散點圖案示出的位置)的寬度，間隙對應部27A是位于相對于中心電極5的前端面5F的軸線CL1上的前端側(cè)并且還位于相對于接地電極27的對向面27F的軸線CL1上的后端側(cè)的部分，而M (mm)是螺紋部15的螺紋直徑時，被構(gòu)造成使得滿足M/X≤5.25。
[0069]如以上詳細說明的，根據(jù)本實施方式，因為設(shè)置了具有0.2mm以上的距離C的環(huán)狀空間31，所以能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生。
[0070]另一方面，當距離C被設(shè)定為0.2mm以上時，易于產(chǎn)生燃料橋，并且難以從燃料橋及早恢復。然而，在本實施方式中，在包括軸線CL1并且與接地電極27的中心軸線CL2正交的截面中，接地電極27的兩個側(cè)面27S1和27S2的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。因此，橋狀燃料易于朝向接地電極27的側(cè)面27S1和27S2流動。結(jié)果，燃料及早落下，并且能夠從燃料橋及早恢復。
[0071]還有，當接地電極27的側(cè)面27S1和27S2形成曲面狀，而將空氣燃料混合物應用到接地電極27的背面?zhèn)葧r，空氣燃料混合物通過不會從接地電極27的側(cè)面27S1和27S2分開地圍繞接地電極27行進而變得易于流入火花放電間隙28中。結(jié)果，如上所述，與能夠有效地抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生的事實結(jié)合，能夠顯著地提高點火性能。
[0072]此外，在本實施方式中，對向面27F在上述截面中的輪廓線是直線狀的。因此，對向面27F伴隨著放電大致均勻地損耗，從而能夠提高耐久性。
[0073]另外，因為滿足D ( B，所以接地電極27的形成曲面狀的側(cè)面27S1和27S2位于流出環(huán)狀空間31的燃料的下方，由此大部分燃料流入接地電極27的側(cè)面27S1和27S2側(cè)。結(jié)果，燃料幾乎不在接地電極27的對向面27F上匯聚，所以能夠更好地提高從燃料橋的及
早恢復效果。
[0074]另外，構(gòu)造滿足0.72XB < D，所以相對于中心電極5的前端面5F的外徑B，充分地確保了接地電極27的消耗體積。因此，能夠更確實地防止火花放電間隙28的伴隨火花放電的急速擴大，并且進一步提聞耐久性。
[0075]此外，構(gòu)造滿足| (D_B)/2 | ( 0.25mm,所以外徑B和長度D被設(shè)定為彼此大致相等。因此，在前端面5F的全部區(qū)域和對向面27F的全部區(qū)域之間產(chǎn)生火花放電。為此，能夠更確實地防止僅前端面5F或?qū)ο蛎?7F的一部分的偏消耗情況，能夠有效地利用中心電極5或接地電極27。結(jié)果，能夠更確實地抑制火花放電間隙28的急速擴大，能夠進一步提高耐久性。 [0076]此外，構(gòu)造滿足M/X≥5.25，所以根據(jù)螺紋部15的螺紋直徑M (mm),間隙對應部的寬度X (mm)足夠小。為此，空氣燃料混合物更易于流入火花放電間隙28，所以能夠進一步提聞點火性能。
[0077]隨后，為了確認由上述實施方式獲得的作用效果，制備螺紋部的螺紋直徑被設(shè)定為M10或M14且環(huán)狀空間的距離C (mm)在不同地變化的火花塞的樣品，在各樣品上進行抗漏性評價試驗。將在下文說明抗漏性試驗的概要。也就是，各樣品被裝配到指定的室，室中的壓力被設(shè)定為1.2MPa，用指定的電源對各樣品施加100次電壓。然后，在除了火花放電間隙以外的位置測量沿著陶瓷絕緣子的表面產(chǎn)生的放電的次數(shù)(泄漏的次數(shù))。圖8示出了上述試驗的試驗結(jié)果。參照圖8，由圓圈示出螺紋直徑為M10的樣品的試驗結(jié)果，由三角形示出螺紋直徑為M14的樣品的試驗結(jié)果。還有，在各樣品中，中心電極和接地電極由主要包含Ni的金屬制成。
[0078]如圖8所示，發(fā)現(xiàn)了距離C被設(shè)定為等于或大于0.2mm的樣品極大地減小了泄漏的次數(shù)，能夠有效地防止火花放電間隙之外的火花放電(非正規(guī)放電)。可以想到:這是因為環(huán)狀空間的開口寬度增大了，使得中心電極和金屬殼之間的沿著陶瓷絕緣子的表面的距離以及中心電極和陶瓷絕緣子的前端之間的距離能夠相對地增大。
[0079]從上述試驗的結(jié)果方面考慮，優(yōu)選地是，為了抑制非正規(guī)放電的產(chǎn)生并且更確實地在火花放電間隙之間產(chǎn)生火花放電，在構(gòu)造中滿足C > 0.2_。
[0080]然后，制備螺紋部的螺紋直徑為M10或M14并且接地電極的兩個側(cè)面形成向外凸出的曲面狀的火花塞的樣品(與實施例對應的樣品A)，以及接地電極的兩個側(cè)面形成平坦狀的火花塞的樣品(與比較例對應的樣品B)，在兩種樣品上進行點火性能評價試驗。將在下文說明點火性能評價試驗的概要。也就是，將樣品安裝到1.5L排氣量的四缸發(fā)動機上，使得接地電極配置在從接地電極指向燃料噴出口側(cè)的狀態(tài)相對作為轉(zhuǎn)動軸的軸線轉(zhuǎn)動90度的位置(從點火性能方面來看是最優(yōu)位置)，并且采用作為MBT (最適合點火的位置)的點火定時來操作發(fā)動機。接著，在空氣燃料比逐漸增大(燃料被稀釋)的同時，測量各空氣燃料比下的發(fā)動機扭矩的變量，在發(fā)動機扭矩的變量超過5%時的空氣燃料比被定義為極限(limited)空氣燃燒比。極限空氣燃料比越大，表示點火性能就越好。圖9示出了螺紋直徑為M10的樣品的試驗結(jié)果，圖10示出了螺紋直徑為M14的樣品的試驗結(jié)果。
[0081]如圖9和圖10所示，發(fā)現(xiàn)了接地電極的兩個側(cè)面形成曲面狀的樣品A具有優(yōu)異的點火性能。可以想到:這是因為當空氣燃料混合物被應用到接地電極的背面時，空氣燃料混合物以不會從接地電極的側(cè)面分開地圍繞接地電極行進的方式容易地流到火花放電間隙中。
[0082]從上述試驗結(jié)果方面出發(fā)，為了提高點火性能，優(yōu)選地是，在包括軸線并且與接地電極的中心軸線正交的截面中，接地電極的側(cè)面的輪廓線形成向外凸出的彎曲狀。
[0083]在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生了翻滾旋渦(氣流旋渦)，即使在接地電極相對于燃料噴出口和排氣口的配置位置不同時，由于接地電極的存在導致產(chǎn)生了對燃料流入火花放電間隙的抑制。在本實施例中，如上所述，即使在接地電極裝配到從點火性能方面來看最優(yōu)選的位置，由接地電極產(chǎn)生的對空氣燃料混合物流入的抑制的影響相對地小時，接地電極的側(cè)面形成曲面狀，由此也能夠提高點火性能。為此，當由于接地電極的存在而產(chǎn)生的對空氣燃料混合物流入的抑制的影響大時，例如，當接地電極配置在燃料噴出口和火花放電間隙之間時，可以想到:能更顯著地發(fā)揮通過將接地電極的側(cè)面形成曲面狀所產(chǎn)生的對點火性能的提高效果。
[0084]接著，對螺紋部的螺紋直徑為M10或M14并且距離C被設(shè)定為0.2mm以上的上述樣品A和樣品B各制作5個樣品，在各樣品上進行燃料橋評價試驗。以下將說明燃料橋評價試驗的概要。也就是，將指定量的燃料注入形成在陶瓷絕緣子的長鼻部的外周面和金屬殼的內(nèi)周面之間的空隙中，接著，使樣品的前端指向下方。各樣品的前端指向下方，使得燃料朝向火花放電間隙側(cè)行進，由于毛細管現(xiàn)象使得一部分燃料進入環(huán)狀空間，并且從環(huán)狀空間的內(nèi)部朝向火花放電間隙側(cè)逐漸落下(因為距離C被設(shè)定為0.2mm以上，大量的燃料進入環(huán)狀空間，燃料橋易于被長期維持)。接著，在樣品的前端已經(jīng)指向下方之后，將樣品放置5分鐘，然后觀察火花放電間隙，確定在火花放電間隙中是否出現(xiàn)燃料橋。在本實施例中，如果未確定燃料橋，給出評價“0”，評價“0”表示火花放電間隙能夠從燃料橋及早恢復。另一方面，當確定燃料橋時， 給出評價“X”，評價“X”表示難以從燃料橋及早恢復。表1表示螺紋直徑為M10的樣品的試驗結(jié)果，表2表示螺紋直徑為M14的樣品的試驗結(jié)果。在螺紋直徑為M10的樣品中，接地電極的寬度被設(shè)定為2.1mm,在螺紋直徑為M14的樣品中，接地電極的寬度被設(shè)定為2.6mm。還有，在各樣品中，中心電極和接地電極由主要包含Ni的金屬制成。
[0085][表 1]
[0086]螺紋直徑:M10
[0087]
序號|樣品A|樣品B
--X
200
300
40X
50X
[0088][表2][0089]螺紋直徑:M14
[0090]
【權(quán)利要求】
1.一種火花塞,其包括:中心電極，其沿軸線方向延伸；筒狀絕緣體，其設(shè)置有供所述中心電極插入的軸孔；筒狀金屬殼，其布置于所述絕緣體的外周；以及接地電極，所述接地電極的一端固定到所述金屬殼的前端，所述接地電極的另一端具有與所述中心電極的前端面面對的對向面，其中，所述火花塞具有環(huán)狀空間，所述環(huán)狀空間由所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面形成并且朝向軸線方向上的前端側(cè)開口，當C (mm)是所述環(huán)狀空間的開口處的所述中心電極的外周面和所述軸孔的內(nèi)周面之間的沿著與所述軸線正交的方向的距離時，滿足C > 0.2mm，并且在包含所述軸線并且與所述接地電極的中心軸線正交的截面中，所述接地電極的與所述對向面鄰接的側(cè)面的輪廓線具有向外凸出的彎曲形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足D SB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足0.72XB < D。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述對向面在所述截面中的輪廓線為直線狀，并且當B (mm)是所述中心電極的前端面的外徑并且D (mm)是所述對向面在所述截面中的輪廓線的長度時，滿足I (D_B)/2| <0.25。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼的外周面包括被構(gòu)造成與燃燒裝置的安裝孔螺紋連接的螺紋部，所述接地電極包括間隙對應部，所述間隙對應部是位于所述中心電極的前端面的軸線方向上的前端側(cè)并且位于所述接地電極的對向面的軸線方向上的后端側(cè)的部分，并且當M (mm)是所述螺紋部的螺紋直徑并且X (mm)是所述間隙對應部的寬度時，滿足M/X ≥ 5.25。
【文檔編號】H01T13/20GK103650268SQ201280034494
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月11日
【發(fā)明者】鈴木香織 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社
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