CN101978566B

CN101978566B - 火花塞

Info

Publication number: CN101978566B
Application number: CN200980110243.8A
Authority: CN
Inventors: 铃木彰; 加藤友聪
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2029-03-18
Also published as: US20110017163A1; KR20100127236A; EP2264843A4; CN101978566A; EP2264843B1; JP5386098B2; JP2009230946A; KR101522057B1; US8215277B2; WO2009116553A1; EP2264843A1

Abstract

提供一种能够快速地烧尽附着于绝缘体的碳的火花塞。对于该火花塞，为了提高绝缘体(10)的前端侧的温升性能，分别限定绝缘体(10)的突出量H(mm)、绝缘体(10)的前端侧体积Vi(mm³)、中心电极(20)的前端侧体积Vc(mm³)。结果，能够在保持绝缘体(10)的耐电压性和中心电极(20)的耐久性的同时提高积碳的恢复性。另外，由于积碳的恢复性提高，能够防止从中心电极(20)沿着绝缘体(10)向金属壳(50)产生的侧向火花的出现，因此，能够稳定地确保空气燃料混合物的正常点火。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种组装在内燃机中的用于对空气燃料混合物进行点火的火花塞。

背景技术

传统地，在内燃机中使用火花塞用于点火。火花塞通常包括：中心电极；绝缘体，其用于将中心电极保持在轴向孔中；金属壳，其用于围绕绝缘体的径向外周以保持绝缘体；以及接地电极，其具有被接合到金属壳的一端部和另一端部，火花放电间隙形成在另一端部和中心电极之间。此外，当在火花放电间隙中产生火花放电时，空气燃料混合物被点火。

近年来，为了获得更高的发动机输出功率，必须扩大设置在发动机中的进气门和排气门的气门直径，以及必须确保更大的发动机用水套(water jacket)以改进水冷系统。由于火花塞安装于发动机的安装空间变小，所以要求火花塞的直径更小。然而，如果火花塞的直径变小，绝缘体和金属壳之间的绝缘距离变窄。结果，火花塞不能在常规的火花放电间隙中放电，并且易于产生从中心电极沿着绝缘体向金属壳的侧向火花。此外，在干积垢(dry fouling)状态下，可能产生跳火(flashover)。这是由于沉积在绝缘体表面上的导电碳等引起绝缘体和金属壳之间的绝缘特性劣化。在这一情况下，必须通过提高绝缘体的前端温度以烧尽附着于绝缘体的碳从而确保任意回次的绝缘特性。

因此，例如，已经提议火花塞满足下面的公式：(X+0.3Y+Z)/G≥2，Y1(mm)≥1，W/Z≥4，及1.25≤Z(mm)≤1.55，其中，X是绝缘体与中心电极在绝缘体的前端位置处的距离，Y是在金属壳的外侧的绝缘体表面的沿面距离，Y1是绝缘体从金属壳突出的突出量，Z是气穴间隙(pocket gap)，G是火花放电间隙的距离，并且W是金属壳内的直到绝缘体和金属壳之间的距离为G以下的部位的绝缘体的表面的长度(例如参照专利文献1)。该火花塞在如下方面有优势：通过分别限定组成部件中的上述各种距离，使得当火花塞没有干积垢时即使细径的火花塞也能够在常规的火花放电间隙中稳定地放电，并且即使在火花塞已经有干积垢并且已经发生例如侧向火花和跳火等沿面放电的情况下也能够确保点火性。

专利文献1：JP-A-2005-116513

发明内容

发明要解决的问题

然而，即使能够在火花塞已经有干积垢并且已经发生沿面放电的状态下点火，如同根据专利文献1的火花塞的情况一样，除非附着于绝缘体的碳能够立即被烧尽，否则大量的碳可能附着于绝缘体的表面。在这种情况下，由于直至所有的碳被烧尽需要相当多的时间，将发生如下情况：碳不能完全地从绝缘体去除。因此，存在不能期望恢复到获得正常的点火现象的状态的问题。因此，要求能够例如通过烧尽附着于绝缘体的碳而快速地从干积垢状态恢复到正常状态的方法。

设计本发明以克服上述问题，并且本发明的目的是提供能够快速烧尽附着于绝缘体的碳的火花塞。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面的火花塞包括：中心电极，其沿轴线方向延伸；绝缘体，其具有沿所述轴线方向延伸的轴向孔并且将所述中心电极保持在所述轴向孔的内部的前端侧；金属壳，其用于围绕所述绝缘体的外周而保持组件的所述绝缘体，在所述组件中，所述中心电极被保持在所述绝缘体的轴向孔中；以及接地电极，其包括一端部和另一端部，所述一端部被接合到所述金属壳，火花放电间隙形成在所述另一端部和所述中心电极之间，其中，满足如下公式：H≥1.8mm，并且满足如下公式：4.02mm³＜Vi≤12.51mm³；2.10mm³≤Vc≤6.42mm³；Vc/Vi≤1.03；其中，H是所述绝缘体从所述金属壳的前端面沿所述轴线方向朝前端侧突出的突出长度；Vi是所述绝缘体的与从所述绝缘体的前端开始沿所述轴线方向朝所述绝缘体的后端延伸1.5mm的范围对应的部分的体积；以及Vc是所述中心电极的与沿所述轴线方向的所述1.5mm的范围对应的部分的体积。

在根据第二方面的火花塞中，除了第一方面中记载的本发明的构造外，还满足如下公式：4.22mm³≤Vi≤8.77mm³；2.10mm³≤Vc≤5.36mm³；Vc/Vi≤0.84。

在根据第三方面的火花塞中，除了第一方面或第二方面中记载的本发明的构造外，所述金属壳包括位于所述金属壳的外周面的安装螺纹部，所述安装螺纹部包括形成于其上并且将被螺纹接合到内燃机的安装螺纹孔的螺纹，并且所述安装螺纹部的外径的公称直径为M10以下。

本发明的技术效果

在本发明的根据第一方面的火花塞中，由于满足如下公式：H≥1.8mm，并且满足如下公式：4.02mm³＜Vi≤12.51mm³；2.10mm³≤Vc≤6.42mm³；Vc/Vi≤1.03，因此，能够快速地提高绝缘体的温度。通常认为，绝缘体的体积Vc越小，积碳的影响越大。然而，由于点火部周围的绝缘体温度升高，绝缘体的耐久性劣化。在本发明中，通过使用具有良好积碳恢复性的Vc的火花塞，通过评价发动机中的绝缘体的耐久性和中心电极的耐久性发现H、Vi、Vc和Vc/Vi的优化数值范围。结果，由于能够快速地提高绝缘体的温度，所以能够快速地烧尽附着于绝缘体的碳。此外，由于碳被快速地烧尽，在防止如侧向放电等沿面放电发生方面和确保汽车运行所需的绝缘电阻方面显示出极大地优势。

另外，在本发明的根据第二方面的火花塞中，通过进一步限定第一方面中限定的数值范围，能够快速地提高绝缘体的温度。因此，能够更快速地烧尽附着于绝缘体的碳。

另外，在本发明的根据第三方面的火花塞中，除了本发明的根据第一方面或第二方面的优点之外，如果温升性能已经提高的上述绝缘体被用于细径的火花塞，在该火花塞中，安装螺纹部的螺纹的外径的公称直径为M10以下，那么即使金属壳的内周面和绝缘体的外周面之间的间隙窄，附着于绝缘体的碳也能够快速地被烧尽。因此，由于能够防止从中心电极沿着绝缘体到金属壳所产生的沿面放电的出现，所以能够稳定地确保空气燃料混合物的正常点火。

附图说明

图1是火花塞100的局部剖视图；

图2是火花塞100的中心电极20的前端部22和前端部22附近的放大图；

图3是示出绝缘体10的前端侧体积Vi的位置和中心电极20的前端侧体积Vc的位置的图；

图4是示出实施例1的试验区1的结果的表格；

图5是示出实施例1的试验区2的结果的表格；

图6是示出实施例1的试验区3的结果的表格；

图7是示出实施例1的试验区4的结果的表格；

图8是示出实施例2的结果的表格；

图9是示出实施例3的结果的表格；以及

图10是示出实施例3的结果的曲线图。

附图标记的说明

10：绝缘体

11：前端部

12：轴向孔

20：中心电极

22：前端部

30：接地电极

50：金属壳

57：前端面

60：组件

90：电极头

100：火花塞

H：绝缘体的突出量

Vi：绝缘体的前端侧体积

Vc：中心电极的前端侧体积

具体实施方式

在下文中，参照附图，将对体现本发明的火花塞的实施方式进行说明。首先，参照图1和图2，将对火花塞的结构的示例进行说明。图1是火花塞100的局部剖视图；图2是火花塞100的中心电极20的前端部22和前端部22附近的放大图。应当注意，在图1中，通过如下假定来进行说明：火花塞100的轴线O方向是图中的上下方向，并且下侧是火花塞100的前端侧，上侧是火花塞100的后端侧。

如图1所示，火花塞100包括：绝缘体10；金属壳50，其用于保持所述绝缘体10；中心电极20，其被沿轴线O方向保持在绝缘体10中；接地电极30，其具有被焊接于金属壳50的前端面57的基部32，并且接地电极30的前端部31的一个侧表面与中心电极20的前端部22相对；以及金属端子40，其被设置在绝缘体10的后端部。

首先，将对绝缘体10进行说明。如通常所知的那样，绝缘体10由烧结氧化铝等形成并且呈筒状，在绝缘体10的轴心形成沿轴线O方向延伸的轴向孔12。具有最大外径的凸缘部19形成于轴线O方向的大致中央，并且后端侧筒部(barrel portion)18形成于绝缘体的基端侧(图1中的上侧)。具有比后端侧筒部18的外径小的外径的前端侧筒部17形成于凸缘部19的前端侧(图1中的下侧)。此外，具有比前端侧筒部17的外径小的外径的长腿部13形成于前端侧筒部17的前侧。长腿部13的直径朝向前端侧逐渐减小，并且当火花塞100被安装于内燃机的气缸盖200时，长腿部13暴露于内燃机的燃烧室的内部。另外，在长腿部13和前端侧筒部17之间的部位形成台阶部15。

接着，将对中心电极20进行说明。如图2所示，中心电极20是具有如下结构的棒状电极：芯材25被埋设到由镍或者如INCONEL(商标名)600或者601等含镍作为主成分的合金形成的电极母材21中，芯材25由导热性优于电极母材21的铜或者含铜作为主成分的合金形成。通常，通过将芯材25填充到形成为带底的筒状的电极母材21中并且通过从底侧挤压而延伸电极母材21来制备中心电极20。芯材25在其柱体部处具有大致固定的外径，但是在其前端侧呈锥状。

另外，中心电极20的前端部22从绝缘体10的前端部11突出并且形成为直径朝向前端侧逐渐变小。由贵金属形成的电极头90被焊接到前端部22的前端面以提高耐火花消耗性。以对准中心电极20的前端部22与电极头90之间的配合面的状态，由激光焊接围绕外周面接合这两个构件。此外，由于两种材料都被激光照射熔融并且混合，因此电极头90和中心电极20被牢固地接合。

另外，中心电极20在轴向孔12的内部向后端侧延伸并且通过密封体4和陶瓷电阻器3(见图1)被电连接到后侧(图1中的上侧)的金属端子40。高压电缆(未示出)经由插头(plug cap)(未示出)被连接到金属端子40，并且高电压被施加到金属端子40。这里，中心电极20保持在绝缘体10的轴向孔12中的组件将被称为组件(subassembly)60(参照图2和图3)。

接着，将对接地电极30进行说明。接地电极30由高耐腐蚀性的金属形成，作为示例，使用如INCONEL(商标名)600或者601的镍合金。对于该接地电极30，在其长度方向上的横截面具有大致矩形的形状，并且接地电极的基部32被接合到金属壳50的前端面57。此外，接地电极30的前端部31被弯曲成使得接地电极的该端部的一个侧面与中心电极20的前端部22相对。

接着，将对金属壳50进行说明。图1中所示的金属壳50是用于将火花塞100固定到内燃机的气缸盖200的筒状配件，金属壳50在其内部以包围绝缘体10的从后端侧筒部18的一部分延伸到长腿部13的部位的方式保持绝缘体10。金属壳50由低碳钢制成，并且具有与未示出的火花塞扳手接合的工具接合部51和形成有螺纹的安装螺纹部52，安装螺纹部52的螺纹将被旋入内燃机的气缸盖200的安装螺纹孔201中。

此外，凸缘状密封部54被形成在金属壳50的工具接合部51和安装螺纹部52之间。通过弯曲板体而形成的环状垫圈5被装配于安装螺纹部52和密封部54之间的螺纹颈59。垫圈5通过密封部54的座面55和安装螺纹孔201的开口周缘部205之间的挤压而塌陷变形，并且垫圈5密封座面55和开口周缘部205之间的间隙，以由此防止空气经由安装螺纹孔201从发动机泄漏。

此外，薄壁弯边部53被设置在金属壳50的工具接合部51的后端侧。与弯边部53类似的薄壁的弯曲部(buckling portion)58被设置在密封部54和工具接合部51之间。此外，环状圈构件6和7从工具接合部51到弯边部53介于金属壳50的内周面和绝缘体10的后端侧筒部18的外周面之间，并且滑石9的粉末被填充在环状圈构件6和7之间。通过向内弯曲弯边部53以使弯边部53弯边，绝缘体10经由圈构件6、7和滑石9在金属壳50的内部被向前端侧挤压。

结果，绝缘体10的台阶部15经由环形板状密封件8被台阶部56支撑，该台阶部56形成于安装螺纹部52的金属壳50的内周上的位置，由此使金属壳50和绝缘体10一体化。此时，由板状密封件8来保持金属壳50和绝缘体10之间的气密性，从而防止燃烧气体流出。此外，在弯边时，由于压缩力的施加使弯曲部58向外弯曲变形，并且通过增大滑石9的沿轴线O方向的压缩长度而增强金属壳50内部的气密性。

利用具有上述结构的火花塞100，当碳附着在绝缘体10的前端侧的表面上并且呈干积垢状态(dry fouling state)时，绝缘电阻值降低，并且点火线圈所产生的电压降低。如果所产生的电压比火花塞所需的电压(火花间隙中的火花放电所需的电压)低，火花放电失败，将导致失火(misfiring)。为了防止上述失火，绝缘体10的前端温度被提高到大约450℃，这使得能够烧尽附着于绝缘体10的碳，从而能够防止失火，该现象被称为“自清洁(self-cleaning)”。

通过快速地进行该自清洁，能够实现从干积垢状态到能够获得正常的点火性能的状态的恢复。此外，为了快速地进行自清洁，必须提高绝缘体10的前端温度。因此，在该实施方式中，为了提高绝缘体10的前端侧的温升性能，分别限定绝缘体10的前端侧的突出量(下面说明的H)、绝缘体10的前端侧的体积(下面说明的Vi)以及中心电极20的前端侧的体积(下面说明的Vc)。

接着，参照图2和图3，将对限定火花塞100的参数进行说明。图3是示出绝缘体10的前端侧体积Vi的位置和中心电极20的前端侧体积Vc的位置的图。如图2和图3所示，首先，绝缘体10从金属壳的前端面57沿轴线O方向向前端侧突出的突出量(长度)被设定为H(mm)。假定平面P(由双点划线P-P示出的截面)，该平面P经过沿轴线O方向向后端侧离开绝缘体10的前端1.5mm的位置并且垂直于轴线O。组件沿着该平面P被截取。此时假定绝缘体10的沿着平面P被截去的前端侧的体积为Vi(mm³)。此外，假定中心电极20的沿着平面P被截去的前端侧的体积为Vc(mm³)。

此外，由如下数值范围来限定这些参数。应当注意，下面限定的数值范围源于稍后将说明的各种试验结果。

H≥1.8mm

4.02mm³＜Vi≤12.51mm³

2.10mm³≤Vc≤6.42mm³

Vc/Vi≤1.03

更优选地，由如下数值范围来限定这些参数。

H≥1.8mm

4.22mm³≤Vi≤8.77mm³

2.10mm³≤Vc≤5.36mm³

Vc/Vi≤0.84

当由上述各数值范围来限定这些参数时，能够提高绝缘体10的前端侧的温升性能。例如，绝缘体10的突出量H越小，暴露到燃烧室的部分越小，于是绝缘体10的前端的温度不能充分地升高。在这种情况中，附着于绝缘体10的碳不能快速地被烧尽。因此，由于正常放电失败导致的异常燃烧的发生率变高。因此，在该实施方式中，H被限定为1.8mm以上。结果，由于绝缘体10的前端侧充分地暴露到燃烧室，使得绝缘体10的前端温度易于升高。因此，能够提高绝缘体10的温升性能。

此外，绝缘体10的前端侧体积Vi越小，使得前端温度越容易升高，于是附着于绝缘体10的碳能够被快速地烧尽。然而，如果使Vi过度小，点火部周围的绝缘体温度升高，则存在绝缘体承受贯穿破裂(penetration fracture)的可能性。另一方面，如果使前端侧体积Vi大，则前端温度变得难以升高。因此，在该实施方式中，进行如下限定：4.02mm³＜Vi≤12.51mm³(优选为8.77mm³)。结果，能够维持绝缘体10的温升性能并且防止绝缘体10的贯穿破裂的问题。

此外，如果使中心电极20的前端侧体积Vc过度小，则焊接到中心电极20的前端部22的电极头90的耐久性急剧地劣化。因此，在该实施方式中，进行如下限定：2.10mm3≤Vc≤6.42mm³(优选为5.36mm³)。结果，能够维持绝缘体10的温升性能并且保持电极头90的耐久性。也就是说，能够防止电极头90的磨损。

如果上述温升特性已改善的绝缘体和中心电极用于细径火花塞，在该火花塞中安装螺纹部的螺纹的外径按照公称直径在M10以下，即使金属壳50的内周面和绝缘体10的外周面之间的间隙窄，附着于绝缘体10的碳也能够被快速地烧尽。因此，由于能够防止从中心电极20沿着绝缘体向金属壳50产生的侧向火花(side spark)的出现，所以能够稳定地确保空气燃料混合物的正常点火。

接着，将对用于证明本发明中限定的各参数的数值范围的三个评价试验进行说明。在实施例1中，将对积碳的恢复性试验进行说明。在实施例2中，将对绝缘体的耐电压试验进行说明。在实施例3中，将对中心电极的电极头的耐久性试验进行说明。应当注意，在下面的说明中，通过将绝缘体的突出量简称为“H”，绝缘体的前端侧体积简称为“Vi”，并且中心电极的前端侧体积简称为“Vc”进行说明。

实施例1

在实施例1中，检验H、Vi和Vc对积碳的恢复性的影响。首先，在该试验中，提供绝缘体的H不同的四个试验区。并且提供了如下设定：对于试验区1，H＝0.8mm；对于试验区2，H＝1.8mm；对于试验区3，H＝2.8mm以及对于试验区4，H＝3.8mm。分别制备用于各试验区的多个火花塞，该多个火花塞对于每个试验区满足H的设定，并且Vi和Vc分别适当地变化。

接着，将对试验条件进行说明。首先，基于JIS D 1606的干积垢试验使火花塞干积垢以制备绝缘电阻值为100Ω的火花塞。接着，具有调整后的绝缘电阻值的各火花塞被安装于工作台上的发动机中，并且在发动机速度为3000rpm且进气压力为-30Mpa的条件下被保持2分钟。接着，发动机被设定在空转状态，测量30秒内的侧向火花的发生率。应当注意，在该试验中使用的发动机是2L四缸发动机。在这些试验条件下，对每个试验区的前述火花塞的样品进行评价。应当注意，基于侧向火花的发生率进行三级(stage)评价，也就是，没有侧向火花发生的样品被评价为“○”，低于5％的样品被评价为“△”，5％以上的样品被评价为“×”。

将参照图4对试验区1的结果进行说明。图4是示出实施例1的试验区1的结果的表格。在试验区1中，对19个样品进行评价(样品序号1-1到1-19)，在这些样品中，H＝0.8mm，Vi在3.91至13.63(mm³)的范围内适当地变化，Vc在2.10至6.98(mm³)的范围内适当地变化。如表格中所示，所有19个样品都被评价为“×”。

将参照图5对试验区2的结果进行说明。图5是示出实施例1的试验区2的结果的表格。在试验区2中，对22个样品进行评价(样品序号2-1到2-22)，在这些样品中，H＝1.8mm，Vi在1.74至16.51(mm³)的范围内适当地变化，Vc在2.10至8.17(mm³)的范围内适当地变化。应当注意，在示出试验区2的结果的表格中，为了便于对具有不同评价结果的样品进行对比讨论，从顶部起按照被评价为“×”的样品、被评价为“△”的样品和被评价为“○”的样品的顺序依次排列这些样品。

如表格中所示，在22个样品中，有8个样品被评价为“△”并且6个样品被评价为“○”。对于与“○”或者“△”对应的样品的各参数的范围，Vi在4.02至12.51(mm³)的范围内，Vc在2.10至6.42(mm³)的范围内，并且Vc/Vi在0.28至1.03的范围内。对于仅与“○”对应的样品的各参数的范围，Vi在4.02至8.77(mm³)的范围内，Vc在2.10至5.36(mm³)的范围内，并且Vc/Vi在0.40至0.84的范围内。

将参照图6对试验区3的结果进行说明。图6是示出实施例1的试验区3的结果的表格。在试验区3中，对13个样品进行评价(样品序号3-1到3-13)，在这些样品中H＝2.8mm，Vi在4.02至13.63(mm³)的范围内适当地变化，Vc在2.10至6.98(mm³)的范围内适当地变化。应当注意，在示出试验区3的结果的表格中，为了便于对具有不同评价结果的样品进行对比讨论，也从顶部起按照被评价为“×”的样品、被评价为“△”的样品和被评价为“○”的样品的顺序依次排列这些样品。

如表格中所示，在13个样品中，有6个样品被评价为“△”并且4个样品被评价为“○”。对于与“○”或者“△”对应的样品的各参数的范围，Vi在4.02至12.51(mm³)的范围内，Vc在2.10至6.42(mm³)的范围内，并且Vc/Vi在0.28至1.03的范围内。对于仅与“○”对应的样品的各参数的范围，Vi在4.02至8.77(mm³)的范围内，Vc在2.10至5.36(mm³)的范围内，并且Vc/Vi在0.40至0.84的范围内。

将参照图7对试验区4的结果进行说明。图7是示出实施例1的试验区4的结果的表格。在试验区4中，对13个样品进行评价(样品序号4-1到4-13)，在这些样品中H＝3.8mm，Vi在4.02至13.63(mm³)的范围内适当地变化，Vc在2.10至6.98(mm³)的范围内适当地变化。应当注意，在示出试验区4的结果的表格中，为了便于对具有不同评价结果的样品进行对比讨论，也从顶部起按照被评价为“×”的样品、被评价为“△”的样品和被评价为“○”的样品的顺序依次排列这些样品。

接着，将概括实施例1的结果。在实施例1的试验区1至4的各结果中，如果考虑“○”和“△”的范围，由下面的数值范围限定H、Vi、Vc以及Vc/Vi：

H≥1.8mm

4.02mm³≤Vi≤12.51mm³

2.10mm³≤Vc≤6.42mm³

Vc/Vi≤1.03

应当注意，如果仅考虑“○”的范围，由下面的数值范围限定这些参数。

H≥1.8mm

4.22mm³≤Vi≤8.77mm³

2.10mm³≤Vc≤5.36mm³

Vc/Vi≤0.84

实施例2

在实施例2中，在实施例1限定的数值范围中进行绝缘体的耐电压试验。首先，将实施例1中满足H和Vi的各范围并且在积垢(污损)时恢复性良好的火花塞制备为样品。具体地，通过设定三类H：1.8、2.8和3.8(mm)，并且在2.47至12.51(mm³)的范围内适当地变化Vi，制作23个样品。应当注意，由于考虑电极磨损将火花放电间隙调整为1.3mm。

接着，将对试验条件进行说明，对于发动机，使用660cc三缸涡轮增压发动机。对于试验模式，该模式由1分钟空转(800rpm)和3分钟节气门全开(wide open throttle)组成，并且重复该模式10小时。接着，对于10小时后的各样品，评价积垢的恢复性，并且评价绝缘体的耐电压性。应当注意，以“○”、“△”和“×”的方式进行积垢的恢复性评价。对于绝缘体的耐电压性，在绝缘体中发生贯穿破裂的情况被评价为“×”，并且未发生贯穿破裂的情况被评价为“○”。

接着，将参照图8对耐电压试验的结果进行说明。图8是示出实施例2的结果的表格。对于积垢恢复性，无论H如何，Vi为12.51(mm³)的三个样品(样品序号21，22和23)分别是“△”，而其它样品均为“○”，并且没有样品为“×”。同时，对于绝缘体的贯穿破裂的有无，无论H如何，Vi在2.47至4.02(mm³)范围内的样品均为“×”，而Vi在4.22至12.51(mm³)范围内的样品均为“○”。

接着，将概括实施例2的结果。在实施例2的结果被反映在实施例1限定的数值范围的情况下，由于贯穿破裂发生在Vi＝4.02(mm³)的样品的绝缘体中，所以Vi必须超过4.02。因此，实施例1中限定的数值范围进一步被进行如下限定：

4.02mm³＜Vi≤12.51(优先为8.77)mm³

实施例3

在实施例3中，检验Vc对焊接到中心电极的前端部的电极头的耐久性的影响。在电极头的耐久性试验中，计算对安装于发动机的火花塞进行耐久性试验100小时之后电极头的残存率。这里，术语“残存率”是指电极头的不包括熔融部的部分的残存率，并且由如下公式计算：

残存率＝(耐久性试验后的电极头的体积)/(耐久性试验前的电极头的体积)

应当注意，术语“电极头的体积”是指电极头的不包括熔融部的部分的体积。

接着，将对试验条件进行说明。对于发动机，使用2L四缸发动机，接着，在WOT(5000rpm)下持续进行100小时的耐久性试验，并且计算耐久性试验之后的电极头的残存率。对于电极头，研究两种类型的电极头，即，一种由铱(Ir)合金制成和另一种由铂(Pt)合金制成。接着，通过在0.64至8.17(mm³)的范围内适当地变化焊接有这两种电极头的中心电极的Vc。12个设置有由铱合金制成的电极头的火花塞和12个设置有由铂合金制成的电极头的火花塞作为样品被制备。

接着，将参照图9和图10对耐久性试验结果进行说明。图9是示出实施例3的结果的表格，并且图10是示出实施例3的结果的曲线图。首先，将开始讨论由铱合金制成的电极头。当Vc在0.64mm³至1.52mm³的范围时，残存率从22％逐渐地增加到49％。接着，当Vc超过1.52mm³时，残存率急剧地增加，并且当Vc为1.79mm³时，残存率在一次行程中增加到90％。随后，残存率变为98％。同时，对于由铂合金制成的电极头也得到类似的结果。也就是说，当Vc在0.64mm³至1.52mm³的范围时，残存率从56％逐渐地增加到70％。接着，当Vc超过1.52mm³时，残存率急剧增加，并且当Vc为1.79mm³时，残存率在一次行程中增加到85％。随后，残存率变为93％。

接着，将概括实施例3的结果。在由铱合金制成和由铂合金制成的电极头中，当Vc为1.79mm³或者更高时，电极头的残存率急剧变高。因此，如果Vc为1.79mm³或者更高，能够保持电极头的耐久性，由此，证明在实施例1中限定的Vc的数值范围的下限(Vc＝2.10mm³)满足该条件。

基于前面的实施例1至实施例3的结果，证明了能够由下面的数值范围限定H、Vi、Vc和Vc/Vi。

H≥1.8mm

4.02mm³＜Vi≤12.51(优选为8.77)mm³

2.10mm³≤Vc≤6.42(优选为5.36)mm³

Vc/Vi≤1.03(优选为0.84)

应当注意，Vc/Vi的下限是由Vc的下限和Vi的下限自动地确定的值。

如上所述，对于根据该实施方式的火花塞100，为了提高绝缘体10的前端侧的温升性能，分别限定绝缘体10的突出量H(mm)，绝缘体10的前端侧体积Vi(mm³)以及中心电极20的前端侧体积Vc(mm³)。结果，能够在保持绝缘体10的耐电压性和中心电极20的耐久性的同时提高积碳的恢复性。此外，由于积碳的恢复性提高，能够防止从中心电极20沿着绝缘体10向金属壳50产生的侧向火花的出现，由此能够稳定地确保空气燃料混合物的正常点火。

应当注意，毋庸赘言，本发明能够进行各种变型，例如，虽然已经说明了构成中心电极20的电极母材21和芯材25分别地由镍或者含镍作为主成分的合金以及由铜或者含铜作为主成分的合金制成，但是也可以使用其它金属，能够采用耐火花消耗性优异的金属(如铁合金)与导热性优于电极母材21的金属(如银合金)的组合。

虽然已经参照具体实施方式详细说明了本发明。显然，本领域技术人员能够在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种变型和修改。

本申请基于2008年3月21日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2008-72731)，其内容通过引用的方式包含于此。

Claims

1.一种火花塞，该火花塞包括：

中心电极，其沿轴线方向延伸；

绝缘体，其具有沿所述轴线方向延伸的轴向孔并且将所述中心电极保持在所述轴向孔的内部的前端侧；

金属壳，其用于围绕所述绝缘体的外周而保持组件的所述绝缘体，在所述组件中，所述中心电极被保持在所述绝缘体的轴向孔中；以及

接地电极，其包括一端部和另一端部，所述一端部被接合到所述金属壳，火花放电间隙形成在所述另一端部和所述中心电极之间，

其中，满足如下公式：

H≥1.8mm，

并且满足如下公式：

4.02mm³＜Vi≤12.51mm³；

2.10mm³≤Vc≤6.42mm³；

Vc/Vi≤1.03；

其中，

H是所述绝缘体从所述金属壳的前端面沿所述轴线方向朝前端侧突出的突出长度；

Vi是所述绝缘体的与从所述绝缘体的前端开始沿所述轴线方向朝所述绝缘体的后端延伸1.5mm的范围对应的部分的体积；以及

Vc是所述中心电极的与沿所述轴线方向的所述1.5mm的范围对应的部分的体积。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，满足如下公式：

4.22mm³≤Vi≤8.77mm³；

2.10mm³≤Vc≤5.36mm³；

Vc/Vi≤0.84。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述金属壳包括位于所述金属壳的外周面的安装螺纹部，所述安装螺纹部包括形成于其上并且将被螺纹接合到内燃机的安装螺纹孔的螺纹，并且

所述安装螺纹部的外径的公称直径为M10以下。