CN102165655A - 用于内燃机的火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，其构造为在接地电极上不提供贵金属尖端，其中火花塞具有改进的可点火性和延长的寿命，且其中接地电极具有高的强度。火花塞(1)提供有中心电极(5)、绝缘体(2)、主配合件(3)和接地电极(27)。在形成在中心电极(5)和接地电极(27)之间的火花放电间隙(33)内大体上沿轴线(CL1)方向进行火花放电。接地电极具有窄部(42)，所述窄部(42)具有大体上恒定的且小于中心电极(5)的尖端表面(5F)的外径的宽度，且接地电极也具有宽部(41)，所述宽部(41)的宽度大于窄部(42)的宽度。当在轴线(CL1)的方向从尖端侧观察时，窄部(42)的基端位于从中心电极(5)的尖端表面(5F)的接地电极(27)的根部侧上，且窄部(42)的基端位于沿轴线(CL1)方向从火花放电间隙(33)的中心的尖端侧上。

Description

用于内燃机的火花塞

技术领域

本发明涉及用于一种用于内燃机的火花塞。

背景技术

用在例如汽车发动机的内燃机内的火花塞包括例如在其轴向方向上延伸的中心电极、布置在中心电极外侧的绝缘体、布置在绝缘体外侧上的大致管状的金属外壳，和具有基端的接地电极，该基端连接到金属外壳的尖端部。接地电极布置为后弯状态，使其尖端部与中心电极的尖端部相对。通过接地电极的此布置，在中心电极的尖端部和接地电极的尖端部之间生成火花放电间隙。此外，已知了传统技术的火花塞，其中具有较小体积的贵金属芯片提供在接地电极的限定了火花放电间隙的部分上。通过提供贵金属芯片，传统技术的火花塞意图防止接地电极获取焰核的热(即，熄灭现象)，且因此改进了点火性能。

近年来，随着资源短缺而导致的用于贵金属芯片的金属成本的增加，存在对于在接地电极内不使用贵金属芯片而构成的这种火花塞的增加的需求。为此原因，考虑到即使当在接地电极内不使用贵金属芯片时也改进点火性能，建议了一种火花塞，其中接地电极的与中心电极相对的部分形成为梯形截面形状以向接地电极的尖端突出，且接地电极的尖端部的相对的侧面向接地电极的尖端的侧渐缩(例如，见专利文献1)。根据此传统技术，可抑制熄灭现象，使得可预期点火性能的提高。

然而，在以上所述传统技术的火花塞中，除了接地电极的尖端部外，接地电极不形成为渐缩形状，即接地电极在弯曲部和根侧部处具有较大的宽度。因此，在以上所述的传统技术的火花塞的情况中，在中心电极的尖端部和接地电极的弯曲部之间将容易发生异常火花放电，这类似于构造为具有大体上均匀宽度的接地电极的情况。这将不能充分地达到改进点火性能的效果。

为解决以上问题，已建议了一种火花塞，所述火花塞包括接地电极，该接地电极带有尖端部，该尖端部向中心电极的尖端表面侧倾斜，使得接地电极的尖端部的角部与中心电极的尖端表面相对(例如，见专利文献2)。以此构造，在接地电极的尖端部的角部和中心电极之间的火花放电(即在通常位置的火花放电)的发生可被利用以因此增加点火性能。

然而，在使用以上传统技术的火花塞的情况中，可获得火花塞的点火性能的增加，但倾向于出现中心电极的与接地电极的尖端的角部相对的部分的局部损耗。其结果是，导致火花放电间隙的迅速扩大，且因此将在使用的早期阶段发生不能提供正常的火花放电。

另一方面，建议了包括接地电极的火花塞，所述接地电极在至少与中心电极相对的侧上具有弯曲的面(例如，见专利文献3)。以此构造，空气燃料混合物可容易地流入火花放电间隙，因此增加点火性能而不使火花塞的寿命降低。

专利文献引用列表

专利文献1：日本专利No.3461637；

专利文献2：未经审查的日本专利申请公开No.2004-87464；

专利文献3：未经审查的日本专利申请公开No.2007-250344。

发明内容

然而，需要降低接地电极的宽度到一定程度(例如，降低其直径)，以便于将空气燃料混合物引入到火花放电间隙内。接地电极宽度的降低导致接地电极的强度的降低。特别地，接地电极的弯曲部趋向于受到由于在内燃机的运行期间生成的振动等而导致的应力集中。其结果是，接地电极的弯曲部将遭受例如断裂和损坏的问题。

考虑到以上问题而完成本发明。本发明的目的是提供一种用于内燃机的火花塞，所述火花塞在接地电极上不使用贵金属芯片的情况下构造，且可增加点火性能，且同时实现寿命的增加且保证接地电极的充分高的强度。

在下文中，本发明的火花塞将如下参考其适合于实现以上目的的各构造解释。另外，根据各构造的具体功能和效果可按需要进行描述。

构造1：在本发明的一个方面中，提供了一种用于内燃机的火花塞，包括：

在火花塞的轴向方向上延伸的棒状中心电极；

管状绝缘体，其具有在火花塞的轴向方向上延伸的轴向孔，所述轴向孔内接收中心电极接；

沿绝缘体的外周布置的管状金属外壳；和

接地电极，其从金属外壳的尖端部延伸，且布置为弯曲状态，使其尖端部与所述中心电极相对；

其中中心电极的尖端部和接地电极的尖端部配合以在其间限定间隙，在所述间隙内沿火花塞的轴向方向提供火花放电；

其中接地电极形成有在其尖端部处的宽度缩窄部分，所述宽度缩窄部分具有小于中心电极的尖端表面的外径的大体上均匀的宽度，且形成有宽度加宽部分，所述宽度加宽部分在接地电极的基端部和宽度缩窄部分之间延伸，且其宽度大于宽度缩窄部分的宽度，

其中宽度缩窄部分具有基端，当在火花塞的轴向方向上从火花塞的尖端侧观察时，所述基端定位成从中心电极的尖端表面向接地电极的根部侧偏移，和

其中宽度缩窄部分的基端定位成在火花塞的轴向方向上从间隙的中心向火花塞的尖端侧偏移。

根据以上所述的构造1，接地电极的尖端部形成为宽度缩窄部分，所述宽度缩窄部分具有比基端部侧的宽度更小的宽度。以此构造，可防止接地电极从由火花放电生成的焰核获取热，且防止接地电极抑制焰核的生长(扩散)。其结果是，火焰扩散可增加，以因此实现良好的点火性能。

此外，在其中在接地电极在其宽度方向上的中心部分和中心电极之间提供火花放电的情况中，焰核将在焰核被接地电极覆盖的位置处产生，使得焰核的扩散趋向于被接地电极抑制。相比之下，根据构造1，宽度缩窄部分的宽度设定为小于中心电极的尖端表面的外径。因为在中心电极的边缘部分和接地电极的边缘部分处场强较高，所以火花放电将在其间容易发生。在构造1的情况下，火花放电可在中心电极的尖端边缘和宽度缩窄部分的形成在中心电极侧上的边缘(侧边缘)之间容易地生成。即，火花放电可在中心电极不被接地电极覆盖的位置处容易地生成。由于因此提供的火花放电和接地电极的具有缩窄宽度的尖端部，可有效地阻止由接地电极导致的对于焰核增长的抑制，因此促进火花塞的点火性能。

另外，在其中接地电极的宽度缩窄部分的宽度设定为大于中心电极的尖端表面的外径的情况中，中心电极的尖端边缘的各部分和宽度缩窄部分的侧边缘之间的距离取决于中心电极的尖端边缘的各部分而较大地变化。其结果是火花放电可能集中在中心电极的尖端边缘的以较小的距离与接地电极的宽度缩窄部分的侧边缘分开的部分上。相比之下，根据构造1，因为接地电极的宽度缩窄部分的宽度小于中心电极的尖端表面的外径，所以可防止在中心电极的尖端边缘的各部分和宽度缩窄部分的侧边缘之间的距离的大差异的发生。其结果是，中心电极的尖端边缘的各部分可大体上均匀地损耗，使得中心电极的寿命可延长。

此外，接地电极的宽度缩窄部分形成为使得基端定位成从以上所述的间隙的中心向火花塞的尖端侧在火花塞的轴向方向上偏移。换言之，接地电极的定位成从以上所述的间隙的中心向火花塞的后端侧在火花塞的轴向方向上偏移的至少一部分形成为宽度加宽部分。使用宽度缩窄部分的此布置，接地电极的弯曲部形成为具有较大的宽度，因此保证接地电极的充分高的强度。

同时，已建议了一种技术，其中接地电极的尖端部形成有具有大体上均匀宽度的宽度缩窄部分，如在未经审查的日本专利申请公开No.2001-307858的图5A中示出。然而，在此传统技术中，宽度缩窄部分的宽度大于中心电极的尖端表面的外径。这将趋向于允许接地电极抑制焰核的增长。相比之下，根据构造1，宽度缩窄部分的宽度小于如上所述的中心电极的尖端表面的外径。因此，本发明可用于明显地提高点火性能。

构造2：根据此构造，提供了如在以上所述的构造1中描述的用于内燃机的火花塞，其中宽度缩窄部分包括形成在与中心电极相对的表面和布置为邻近该相对表面的侧表面之间的侧边缘，且

中心电极包括内边缘，内边缘中的每个是形成在中心电极的尖端表面和中心电极的外周表面之间的尖端边缘的部分，当在火花塞的轴向方向上从火花塞的尖端侧观察时所述内边缘每个布置在宽度缩窄部分的侧边缘之间，

其中在宽度缩窄部分的侧边缘和中心电极的内边缘之间沿垂直于宽度缩窄部分的中心轴线的方向延伸的最大距离F和沿火花塞轴向方向延伸的间隙的距离G满足由下式表达的关系：

F≤1.25G。

根据以上所述的构造2，火花塞构造为使得宽度缩窄部分的侧边缘和中心电极的内边缘之间的距离较小，即宽度缩窄部分的宽度充分地小。以此构造，可更确定地防止接地电极抑制焰核的增长，且因此进一步提高火花塞的点火性能。

另外，在中心电极的内边缘和宽度缩窄部分的侧边缘之间的距离较大的情况中，火花放电将趋向于在宽度缩窄部分的以较小的距离与中心电极的内边缘分开的部分处发生，即在面向中心电极的尖端表面的宽度缩窄部分的相对表面的中心部分处发生(即，当从接地电极的尖端表面侧观察时，位于宽度缩窄部分的相对表面的中心处的部分)，或在宽度缩窄部分的相对表面的中心部分附近发生。这将导致接地电极对焰核增长的抑制，因此导致不能充分地提高点火性能。相比之下，根据构造2，火花放电可肯定地提供在中心电极的内边缘和宽度缩窄部分的侧边缘之间。作为结果，可执行如上所述的功能和效果且进一步提高点火性能。

构造3：根据此构造，提供了如在以上所述的构造1或2中描述的用于内燃机的火花塞，其中宽度缩窄部分包括形成在与中心电极相对的表面和布置为邻近相对表面的侧表面之间的侧边缘，且

中心电极包括内边缘，内边缘的每个是形成在中心电极的尖端表面和中心电极的外周表面之间的尖端边缘的部分，当在火花塞的轴向方向上从火花塞的尖端侧观察时所述内边缘布置在宽度缩窄部分的侧边缘之间，且包括外边缘，所述外边缘是尖端边缘的除内边缘之外的剩余部分，

其中在宽度缩窄部分的侧边缘和中心电极的内边缘之间沿垂直于宽度缩窄部分的中心轴线的方向延伸的最大距离F和在宽度缩窄部分的侧边缘和中心电极的外边缘之间沿垂直于宽度缩窄部分的中心轴线的方向延伸的最大距离H满足由下式表达的关系：

0mm≤F-H≤0.3mm。

根据以上所述的构造3，因为满足关系0mm≤F-H，所以当从接地电极的尖端表面侧观察时，宽度缩窄部分的侧边缘的每个与中心电极的外边缘的每个的一部分相对，该部分定位成从如下距离的中间向外边缘的每个的外周侧偏移，所述距离是中心电极的尖端表面的中心和外边缘的每个的定位成从中心电极的尖端表面的中心最远的最远部分之间的距离。即，接地电极的宽度缩窄部分构造为具有充分大的宽度。以此构造，可保证接地电极的宽度缩窄部分的充分的强度，且抑制中心电极的内边缘和接地电极的宽度缩窄部分的侧边缘之间的距离的明显降低。另一方面，通过满足关系F-H≤0.3mm，可抑制中心电极的外边缘和接地电极的宽度缩窄部分的侧边缘之间的距离的明显降低。即，通过满足关系0mm≤F-H≤0.3mm，可不仅保证接地电极的宽度缩窄部分的充分高的强度，而且保证更确定地抑制在中心电极的尖端边缘的各部分和宽度缩窄部分的侧边缘之间的大差异的发生，使得可实现中心电极的更均匀的损耗。作为结果，火花塞的耐久性可进一步提高，且因而其寿命可进一步延长。

构造4：根据此构造，提供了如在以上所述的构造1至3中任一项中描述的用于内燃机的火花塞，其中中心电极的尖端表面的布置成最靠近接地电极的根部的部分和宽度缩窄部分的基端之间沿宽度缩窄部分的中心轴线延伸的距离D满足下式：

D≥0.3mm。

根据以上所述的构造4，宽度缩窄部分的基端和中心电极的尖端表面之间沿宽度缩窄部分的中心轴线的最小距离D设定为0.3mm或更大。即，可抑制焰核增长的接地电极的宽度加宽部分位于与期待生成焰核的位置距离更远的位置。以此构造，可更确定地防止对于焰核增长的抑制，且因此进一步提高点火性能。

同时，距离D的上极限可设定为满足如下条件，即宽度缩窄部分的基端定位成从火花放电间隙的中心向火花塞的尖端侧在火花塞的轴向方向上偏移。

构造5：根据此构造，提供了如在以上所述的构造1至4中任一项中描述的用于内燃机的火花塞，其中假定延伸为靠近接地电极的根部侧的方向以负号“-”方向表示，且延伸为远离接地电极的根部侧的方向以正号“+”方向表示，则当在火花塞的轴向方向上从火花塞的尖端侧观察且使用中心电极的尖端表面的布置成与接地电极的根部最远的部分作为参考时，在中心电极的尖端表面的布置成与接地电极的根部最远的该部分和宽度缩窄部分的尖端之间的沿宽度缩窄部分的中心轴线延伸的距离E满足下式：

-0.4mm≤E≤+0.5mm。

根据以上所述的构造5，即使在其中接地电极的宽度缩窄部分的尖端构造为当从火花塞的尖端侧在火花塞的轴向方向上观察时突出超过中心电极的尖端表面的布置成与接地电极的根部最远的部分的情况中，宽度缩窄部分的尖端沿宽度缩窄部分的中心轴线的突出量也设定为0.5mm或更小。以此构造，可更确定地防止由接地电极对于焰核扩散的抑制，以此可实现进一步增加点火性能。另一方面，在接地电极的宽度缩窄部分的尖端构造为当从火花塞的尖端侧在火花塞的轴向方向上观察时从中心电极的尖端表面的布置成与接地电极的根部最远的部分收回的情况中，宽度缩窄部分的尖端沿宽度缩窄部分的中心轴线的收回量也设定为0.4mm或更小。以此构造，可在接地电极的尖端部(宽度缩窄部分)和中心电极的尖端表面的与接地电极的根部最远距离地布置的部分之间提供火花放电，且因而允许中心电极的更均匀的损耗。即，可通过控制距离E使之处于-0.4mm≤E≤0.5mm的范围内而进一步提高火花塞的点火性能和耐久性。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的火花塞的部分剖示的前视图。

图2(a)是火花塞的尖端部的部分剖示的前视图，且图2(b)是用于解释火花塞的中心电极和接地电极的宽度缩窄部分之间的位置关系的部分放大的前视图。

图3(a)是火花塞的尖端部的放大的侧视图，且图3(b)是用于解释火花塞的中心电极和接地电极的宽度缩窄部分之间的位置关系的部分放大的侧视图。

图4(a)是火花塞的尖端部的放大的俯视图，且图4(b)是用于解释火花塞的中心电极和接地电极的宽度缩窄部分之间的位置关系的部分放大的俯视图。

图5是示出了多个样本的点火性能评估测试的结果的曲线图，所述样本在通过将内边缘距离除以间隙距离所得的值方面相互不同。

图6是火花塞的尖端部的示意性俯视图，以用于解释电极损耗量的测量位置。

图7是示出了如在多个样本的耐久性评估测试中在电极的各测量位置所测量的电极损耗量的曲线图，所述样本在通过将从内边缘距离减去外边缘距离所得的值方面相互不同。

图8是示出了样本的点火性能评估测试的结果的曲线图，所述样本在基端距离的值方面相互不同。

图9是示出了样本的点火性能评估测试的结果的曲线图，所述样本在尖端距离的值方面相互不同。

图10是示出了在样本的耐久性评估测试中在中心电极的最远边缘处测量的电极损耗量的曲线图，所述样本在尖端距离的值方面相互不同。

图11(a)和图11(b)分别是根据其它实施例的中心电极的部分放大的俯视图。

图12(a)和图12(b)分别是根据其它实施例的中心电极的部分放大的俯视图。

图13是根据另一个实施例的接地电极的部分放大的侧视图。

图14(a)和图14(b)分别是根据其它实施例的接地电极的部分放大的侧视图。

具体实施方式

在下文中，通过参考附图解释了本发明的实施例。图1是用于内燃机的火花塞1(在下文中仅称为“火花塞”)的部分剖视截面图。在图1等附图中，向上和向下的方向指示了火花塞1的轴线CL1的方向，且下侧指示了火花塞1的尖端侧(或前端侧)，且上侧指示了火花塞1的后端侧。

火花塞1由作为绝缘构件的管状绝缘体2和保持绝缘体的管状金属外壳3形成。

绝缘体2如所熟知通过烘焙氧化铝等形成，且构造为包括：形成在火花塞1的后端侧上的后端侧体部10；大直径部11，其形成在比后端侧体部10更靠近火花塞1的尖端侧的侧上且从此处径向向外突出；和中间体部12，其形成在比大直径部11更靠近火花塞1的尖端侧的侧上且具有比大直径部11的直径小的直径，和细长腿部13，其形成在比中间体部12更靠近火花塞1的尖端侧的侧上且具有比中间体部12的直径小的直径。大直径部11、中间体部和细长腿部13的大体上完整的部分容纳在金属外壳3内。渐缩的阶梯部14形成在细长腿部13和中间体部12之间的连接部分上。绝缘体2与金属绝缘体3在阶梯部14处接合。

另外，绝缘体2形成有轴向孔4，所述轴向孔4沿轴线CL1延伸通过绝缘体2。中心电极5插入到轴向孔4的尖端侧且固定到其内。中心电极5作为整体形成为棒形(圆柱形状)，且具有从绝缘体2的尖端突出的平的尖端表面5F。此外，中心电极5包括由铜或铜合金制成的内层5A和由含镍作为主要成分的镍(Ni)合金制成的外层5B。在此实施例中，中心电极5的外径设定为1.3mm或更大。

另外，端子电极6以从绝缘体2的后端突出的状态插入到轴向孔4的后端侧且固定到其中。

此外，圆柱形电阻器7在轴向孔4内布置在中心电极5和端子电极6之间。电阻器7具有相对的端部，所述端部分别与中心电极5和端子电极6通过玻璃密封层8、9电连接。

另外，金属外壳3由例如低碳钢的金属制成且形成为管状形状。金属外壳3包括螺钉部(公螺纹部分)15，所述螺钉部15形成在金属外壳3的外周表面上且用于将火花塞1安装到内燃机的发动机盖(未示出)。座部16在金属外壳3的外周表面上形成在螺钉部15的后端侧上。环形垫圈18装配到布置在螺钉部15的后端处的螺钉颈部17。金属外壳3进一步包括其后端侧上的工具接合部19，所述工具接合部19具有适合于在将金属外壳3安装到发动机盖上时与例如扳手的工具接合的六边形截面形状，且包括堵塞部20，所述堵塞部20形成在工具接合部19的后端侧上且用于将绝缘体2保持在金属外壳3上。

此外，金属外壳3具有在其内周表面上的渐缩的阶梯部21，其用于接合绝缘体2。绝缘体2从金属外壳3的后端侧向着金属外壳3的尖端侧插入到金属外壳3内，且通过将布置在后端侧上的金属外壳3的开口部分在其径向向内的方向上堵塞而将绝缘体2固定到金属外壳3，其状态使得绝缘体2的阶梯部14与金属外壳3的阶梯部21接合。即，通过形成堵塞部20，使绝缘体2固定到金属外壳3。此外，环形板状的衬垫22布置在绝缘体2的阶梯部14和金属外壳3的阶梯部21之间。通过提供衬垫22，燃烧室可保持处于密闭的密封条件中，且可防止进入到绝缘体2的暴露到燃烧室内侧的细长腿部13和金属外壳3的内周表面之间的空气燃料混合物泄漏到外侧。

另外，为进一步提高通过堵塞提供的密闭密封，环形圈构件23、24布置在金属外壳3和金属外壳3的后端侧上的绝缘体2之间，且滑石粉25填充到圈构件23、24之间。即，金属外壳3通过板形衬垫22、圈构件23、24和滑石粉25保持绝缘体2。

此外，由Ni合金等制造的接地电极27连接到金属外壳3的尖端部26的尖端表面。接地电极27具有由外层27A和内层27B组成的双层结构。更特定地，外层27A由Ni合金(例如，INCONEL合金600或INCONEL合金601(二者是注册商标))制成。另一方面，内层27B由具有比Ni合金更高的导电性和导热性的铜合金或纯铜制成。接地电极27向后弯曲使得接地电极27的位于中心电极5侧上的尖端部的表面与中心电极5的尖端表面5F相对。以此构造，在中心电极5的尖端表面5F和接地电极27的位于中心电极5侧上的表面之间限定了火花放电间隙33，且大体上沿轴线CL1提供火花放电。

此外，在此实施例中，如在图2(a)、图3(a)和图4(a)中示出，接地电极27包括宽度加宽部分41，其宽度大于中心电极5的尖端表面5F的外径，和宽度缩窄部分42，其宽度小于中心电极5的尖端表面5F的外径。宽度加宽部分41从金属外壳3的尖端部延伸到中心电极5上方和前方的位置。宽度缩窄部分42从宽度加宽部分41的尖端延伸且覆盖中心电极5的尖端表面5F的至少中心区域。宽度缩窄部分42具有基端42B，所述基端42B定位成从火花放电间隙33的中心P向火花塞1的尖端侧在轴线CL1的方向上偏移。

此外，在此实施例中，如在图3(b)和图4(b)中示出，宽度缩窄部分42包括侧边缘42E，该侧边缘42E形成在与中心电极5的尖端表面5F相对的表面42C和布置为邻近相对的表面42C的侧表面之间。中心电极5包括内边缘51E，所述内边缘51E每个是形成在中心电极5的尖端表面5F和中心电极5的外周表面之间的环形尖端边缘5E的一部分。当在轴线CL1的方向上从火花塞的尖端侧观察时，内边缘51E布置在宽度缩窄部分42的侧边缘42E之间。在此，在宽度缩窄部分42的侧边缘42E和中心电极5的内边缘51E之间沿垂直于宽度缩窄部分42的中心轴线CL2的方向延伸的最大距离(在此称为“内边缘距离”)F，和火花塞放电间隙33的沿轴线CL1的方向延伸的距离(在此称为“间隙距离”)G满足由下式表达的关系：F≤1.25G。宽度缩窄部分42的宽度等设定为满足以上所述的关系。

此外，中心电极5包括外边缘52E，所述外边缘52E是尖端边缘5E的除内边缘51E外的剩余部分。在此，通过从内边缘距离F减去在宽度缩窄部分42的侧边缘42E和中心电极5的外边缘52E之间沿垂直于宽度缩窄部分42的中心轴线CL2的方向延伸的最大距离(在此称为“外边缘距离”)H而获得的值(F-H)设定为处于0mm至0.3mm的范围内。

另外，如在图2(b)和图4(b)中示出的在宽度缩窄部分42的基端42B和中心电极的尖端表面5F的设置成与接地电极27的根部(连接部分)最近的部分(最近边缘)NE之间沿宽度缩窄部分42的中心轴线CL2延伸的距离D设定为满足下式：D≥0.3mm。

此外，宽度缩窄部分42构造为使得当从火花塞的尖端侧在轴线CL1的方向上观察时，火花塞的尖端42F从中心电极5的尖端表面5F的布置成与接地电极27的根部(连接部分)最远的部分(最远边缘)FE向远离接地电极27的根部(连接部分)的侧突出。然而，尖端42F的突出量设定为较小的值。在此实施例中，假定尖端42F的突出量通过沿宽度缩窄部分42的中心轴线CL2的距离(称为“尖端距离”)E表示，则尖端距离E设定为满足下式：E≤0.5mm。

在此实施例中，宽度缩窄部分42构造为使得当从火花塞的尖端侧在轴线CL1的方向上观察时，尖端42F从最远边缘FE在离开接地电极27的根部(连接部分)延伸的方向上突出。然而，宽度缩窄部分42可构造为使得当从火花塞的尖端侧在轴线CL1的方向上观察时，尖端42F从最远边缘FE向接地电极27的根部侧收回。在此情况中，沿中心轴线CL2的收回量优选地设定为0.4mm或更小。因此，假定离开接地电极27的根部侧延伸的方向通过正号“+”方向表示，且延伸为靠近接地电极27的根部侧的方向通过负号“-”方向表示，则当从火花塞1的尖端侧在中心轴线CL1的方向上观察且使用最远边缘FE作为参考点时，尖端距离E设定为满足下式：-0.4mm≤E≤+0.5mm。

如上所述，根据此实施例，接地电极27的尖端部的与中心电极5的尖端表面5F相对的部分具有宽度缩窄部分42的形式，其宽度小于接地电极27的基端部(宽度加宽部分41)的宽度。以此构造，可防止接地电极27从焰核获取由火花放电生成的热，且可防止接地电极27抑制焰核的增长(扩散)。其结果是，可增强火花塞的火焰扩散特性，因此实现了良好的点火性能。

此外，宽度缩窄部分42的宽度设定为小于中心电极5的尖端表面5F的外径。以此构造，火花放电趋向于在中心电极5的尖端边缘5E和宽度缩窄部分42的侧边缘42E之间发生。即，火花放电趋向于在中心电极5不被接地电极27覆盖的位置处发生。由于除接地电极27的形成为宽度缩窄部分的尖端部的构造外的此构造，可有效地抑制接地电极27对于焰核的增长的抑制，且进一步增强火花塞的点火性能。

此外，因为宽度缩窄部分42的宽度设定为小于中心电极5的尖端表面5F的外径，所以可抑制发生中心电极5的尖端边缘5E的各部分和宽度缩窄部分42的侧边缘42E之间的距离的大的差异。其结果是中心电极5的各部分可大体上均匀地损耗，因此延长了火花塞的寿命。

另外，宽度缩窄部分42构造为使得基端42B定位成从火花放电间隙33的中心P向火花塞1的尖端侧在轴线CL1的方向上偏移。换言之，接地电极27的在轴线CL1的方向上位于火花塞1的后端侧上的至少部分构造为宽度加宽部分41。因此，接地电极27的弯曲部形成为具有较大的宽度，因此保证了接地电极27的充分高的强度。

此外，满足关系F≤1.25G，且宽度缩窄部分42的侧边缘42E和中心电极5的内边缘51E因此设定为较小，即宽度缩窄部分42的宽度设定为较小。以此构造，可更确定地防止接地电极27导致的对于焰核的增长的抑制等，因此进一步提高了点火性能。此外，通过将宽度缩窄部分42的侧边缘42E和中心电极5的内边缘51E之间的距离设定为较小，可肯定地在中心电极5的内边缘51E和宽度缩窄部分42的侧边缘42E之间提供火花放电。其结果是，可进一步提高火花塞的点火性能。

一方面，因为满足关系0mm≤F-H，所以当从接地电极27的尖端表面的侧观察时，宽度缩窄部分42的侧边缘42E中的每个侧边缘与外边缘52E中的每个外边缘的如下部分相对，所述部分定位成从中心电极5的尖端表面5F的中心和外边缘中的每个外边缘的位于距尖端表面5F的中心最远的最远部分之间的距离的中间向外边缘52E中的每个外边缘的外周侧偏移。即，宽度缩窄部分42构造为具有充分大的宽度。以此构造，可保证宽度缩窄部分42的充分高的强度，且防止中心电极5的内边缘51E和宽度缩窄部分42的侧边缘42E之间的距离的明显降低。另一方面，通过满足关系F-H≤0.3mm，可防止中心电极5的外边缘52E和宽度缩窄部分42的侧边缘42E之间的距离的明显降低。即，通过满足关系0mm≤F-H≤0.3mm，可不仅保证宽度缩窄部分42的强度，而且更确定地防止在中心电极5的尖端边缘5E的各部分和宽度缩窄部分42的侧边缘42E之间的大差异的发生，使得可实现中心电极5的更均匀的损耗。作为结果，火花塞的耐久性可进一步提高，因此其寿命可进一步延长。另外，在此实施例中，沿宽度缩窄部分42的中心轴线CL2从宽度缩窄部分42的基端42B延伸到中心电极5的尖端表面5F的最小距离D设定为0.3mm或更大。即，可抑制焰核增长的宽度加宽部分41位于离期待焰核生成的位置较远的位置中。以此构造，可更确定地防止对于焰核增长的抑制，且因此进一步提高火花塞的点火性能。

此外，宽度缩窄部分42的尖端42F构造为当从火花塞1的尖端侧在轴线CL1的方向上观察时突出超过中心电极5的最远边缘FE。以此构造，可便于在宽度缩窄部分42的尖端部和中心电极5的尖端表面5F的定位成离开接地电极27的根部的部分之间生成火花放电。此外，可获得中心电极5的更均匀的损耗。另一方面，尖端42F沿宽度缩窄部分42的中心轴线CL2的突出量设定为0.5mm或更小。以此构造，可更确定地防止接地电极27对于焰核扩散的抑制，因此进一步提高火花塞的点火性能。

另外，中心电极5的外径设定为足够大，即1.3mm或更大。因此，通过满足关系0mm≤F-H≤0.3mm，可获得中心电极5的更均匀的损耗，且进一步提高火花塞的耐久性。

然后，执行点火性能评估测试以识别此实施例的功能和效果。点火性能评估测试以如下方式执行。具体地，准备了在例如中心电极的外径和相互间的内边缘距离的尺寸方面不同的多个火花塞样本，且将所述样本安装到四缸1.5L发动机。发动机在如下条件下运行：转速为8000rpm，进气负压为-540mmHg，且进气燃料混合物的空燃比为14.5。点火提前角逐渐提前，且获得在平均燃烧压力的改变率达到20％(20％改变率实现角度)的时间处的点火角度。图5示出了指示20％改变率实现角度和值(F/G)之间的关系的曲线图，通过将中心电极的外径相互不同的样本中的每个样本内的内边缘距离除以间隙距离获得所述值(F/G)。在图5中，中心电极外径为1.3mm的样本中的每个样本的20％改变率实现角度以实心黑色菱形绘出，且中心电极外径为1.7mm的样本中的每个样本的20％改变率实现角度以实心黑色三角形绘出，且中心电极外径为2.1mm的样本中的每个样本的20％改变率实现角度以实心黑色圆形绘出。此外，样本的每个内的基端距离和尖端距离调整为0.3mm。

如在图5中示出，可见在中心电极外径相互不同的样本中，其中通过将内边缘距离除以间隙距离所获得的值(F/G)为1.25或更小的样本(即其中满足关系F≤1.25G的样本)具有明显提高的点火性能。其原因被认为是通过将内边缘距离除以间隙距离所获得的值设定为1.25或更小而使宽度缩窄部分的宽度充分地降低，使得有效地防止接地电极导致的对于焰核增长的抑制。

然后，准备了在通过从内边缘距离减去外边缘距离所获得的值(F-H)方面彼此不同的多个火花塞样本且使其接受耐久性评估测试。耐久性评估测试以如下方式执行。在样本的每个中以60Hz(每分钟六十次)的放电间隔在100小时的时间长度内提供火花放电。在完成放电后，在预先确定的测量位置测量电极损耗量。在此使用的术语“预先确定的测量位置”意味着中心电极的尖端边缘的部分的各位置，假定中心电极的尖端边缘的位于最靠近接地电极的根部的部分的位置是0度(360度)角位置，则所述位置每个围绕中心电极的尖端表面的中心相互间存在45度的旋转角度差，如在图6中示出(如通过图6中实心黑色圆形所指示)。另外，通过在测试完成后基于在执行测试前的样本的中心电极的尖端表面来测量样本的中心电极的尖端表面的沿轴向方向的损耗量而获得电极损耗量。图7示出了指示了在各样本中的各测量位置中的电极损耗量的曲线图。表1示出了通过在各样本中从各测量位置中的电极损耗量的最大值减去其最小值而获得的值(损耗差异)。在图7中，空心正方形意味着值“F-H”为-0.1mm的样本内的电极损耗量，实心黑色菱形意味着值“F-H”为0mm的样本内的电极损耗量，实心黑色三角形意味着值“F-H”为0.1mm的样本内的电极损耗量，实心黑色圆形意味着值“F-H”为0.2mm的样本内的电极损耗量，实心黑色正方形意味着值“F-H”为0.3mm的样本内的电极损耗量，且空心三角形意味着值“F-H”为0.4mm的样本内的电极损耗量。

表1

F-H(mm)	电极损耗差异(mm)
		-0.1	0.28
0	0.1
		0.1	0.04
0.2	0.02
		0.3	0.06
0.4	0.16

如在图7和表1中示出，在具有设定在范围0mm至0.3mm内的值“F-H”的样本中，损耗差异为0.1mm或更小，且中心电极的尖端边缘的各部分的各位置中的电极损耗量的波动极小。即，发现可有效地防止电极损耗的局部化。其原因被认为是由于中心电极的尖端边缘的各部分和宽度缩窄部分的侧边缘之间的距离的较小的波动，火花放电以大体上均匀的频率在尖端边缘的各部分处生成。

然后，在基端距离方面相互不同的火花塞样本接受以上所述的点火性能评估测试。在测试中所使用的样本的每个内，中心电极的外径为1.7mm，通过将内边缘距离除以间隙距离所获得的值(F/G)为1.1，且尖端距离为0.3mm。图8示出了指示了各样本内的基端距离和20％改变率实现角度之间的关系的曲线图。

如在图8中示出，在每个具有0mm或更大的基端距离的样本中，即在形成为使得当从火花塞的尖端侧在火花塞的轴向方向上观察时宽度缩窄部分的基端定位成从中心电极的尖端表面向接地电极的根部侧偏移的样本中，20％改变率实现角度超过50度BTDC。因此发现这些样本具有良好的点火性能。其原因被认为是因为接地电极的尖端部的与中心电极的尖端表面相对的至少部分形成在宽度缩窄部分内，所以有效地防止接地电极获取在火花放电时生成的焰核的热以及抑制焰核的增长(扩散)。

此外，在每个具有0.3mm或更大的基端距离的样本中，具有进一步提高的点火性能。其原因被认为是由于如下的布置，焰核的增长进一步被促进，在该布置中，使得接地电极的可能抑制焰核增长的宽度加宽部分位于更远离在正常放电时期待生成火花放电的位置的位置。出于以上所述的测试结果，基端距离优选地设定为0.3mm或更大，以提高点火性能。然而，从充分保证接地电极的弯曲部分的强度的角度考虑，需要使得宽度缩窄部分的基部相对于火花放电间隙的中心定位在火花塞轴向方向上的火花塞的尖端侧上。因此，要求基端距离设定为位于可满足以上位置条件的范围内。

然后，通过不同地改变接地电极的长度准备在尖端距离(即当从火花塞的尖端侧在火花塞的轴向方向上观察时从中心电极的最远边缘沿宽度缩窄部分的中心轴线延伸到宽度缩窄部分的尖端的距离，其中延伸为远离接地电极的基端部的方向以正号“+”方向指示，且延伸为靠近接地电极的基端部的方向以负号“-”方向指示)方面不同的火花塞的样本，且使所述火花塞样本接受如上所述的点火性能评估测试和耐久性评估测试。图9示出了指示了在各样本中尖端距离和20％改变率实现角度之间的关系的曲线图，且图10示出了指示了尖端距离和在最远边缘处的电极损耗量之间关系的曲线图。在样本的每个中，中心电极的外径为1.7mm，通过从内边缘距离减去外边缘距离而获得的值(F-H)为0mm，且后端距离为0.3mm。

发现可通过如在图9中示出的具有+0.5mm或更小的尖端距离的样本实现良好的点火性能。其原因被认为是通过将接地电极的突出量设定为较小的值，有效地防止接地电极抑制焰核的扩散。一方面，认识到如在图10中所示，具有-0.4mm或更大的尖端距离的样本即使在最远边缘处也具有较大的电极损耗量，使得可抑制电极损耗的局部化的发生而不损耗最远边缘。其原因被认为是由于宽度缩窄部分的尖端位于靠近最远边缘的布置，在宽度缩窄部分的尖端和中心电极的最远边缘之间的火花放电的生成得以促进。

在以上所述的各评估测试的结果的总体考虑中，从促进火花塞的点火性能的角度出发，通过将内边缘距离除以间隙距离所得的值优选地设定为1.25或更小，即优选地满足E≤1.25G的关系，基端距离D优选地设定为0mm或更大(更优选地为0.3mm或更大)，或尖端距离E优选地设定为+0.5mm或更小。此外，从延长火花塞的寿命的角度出发，通过从内边缘距离减去外边缘距离所获得的值(F-H)优选地设定在0mm至0.3mm的范围内，或尖端距离E优选地设定为-0.4mm或更大。

本发明优选地不限制于以上所述的实施例，且可作如下修改。也可进行在下文中未解释的其它修改和变化。

(a)在以上所述的实施例中，中心电极5的尖端表面5F形成为平的形状且火花放电可在中心电极5的最近边缘NE或最远边缘FE和接地电极27之间生成。然而，在最近边缘NE或最远边缘FE和接地电极27之间生成的火焰的扩散趋向于略微被接地电极27抑制。因此，为解决此问题，如在图11(a)、图11(b)中示出，可在中心电极5的尖端表面5F的定位成对应于最近边缘NE和最远边缘FE的部分处提供切开部分53、54。替代地，如在图12(a)、图12(b)中示出，可提供带有沟槽的部分55、56，所述部分55、56延伸通过中心电极5的尖端表面5F的定位成对应于最近边缘NE和最远边缘FE的部分。通过提供切开部分53、54或带有沟槽的部分55、56，也可防止在火焰的扩散趋向于被接地电极27所抑制的部分处火花放电的发生。在此情况中，火焰扩散特性可更有效地提高。此外，形成在切开部分53、54或带有沟槽的部分55、56和中心电极5的尖端表面5F之间的角部可接受倒角，或所述角部形成为弯曲的形状。在此情况中，可防止火花放电在角部和接地电极27之间出现，且因此进一步提高火焰扩撒特性。

(b)在以上所述的实施例中，宽度缩窄部分42的与中心电极5的尖端表面5F相对的表面42C形成为平的形状。然而，相对的表面42C可提供有带有沟槽的部分61，所述带有沟槽的部分61沿宽度缩窄部分42的中心轴线CL2延伸，如在图13中示出。在此情况中，可防止火花放电在中心电极5和宽度缩窄部分42的中间部分之间发生，即防止火花放电在火焰的扩散趋向于被接地电极27所抑制的部分处发生，且因此进一步提高的点火性能。此外，形成在宽度缩窄部分42的相对的表面42C和带有沟槽的部分61之间的角部可接受倒角，或所述角部形成为如在以上(a)中所述的弯曲的形状。

(c)在以上所述的实施例中，接地电极27形成为矩形截面形状。然而，可提供如下接地电极57，所述接地电极57构造为使得邻近接地电极27的与中心电极5的尖端表面5F相对的表面57C的侧表面形成为向外隆起的弯曲形状，即具有半圆形截面，如在图14(a)中示出。替代地，可提供如下接地电极67，所述接地电极67构造为使得与中心电极5的尖端表面5F相对的表面67C的至少后表面形成为向外隆起的弯曲形状。在此情况中，即使当空气燃料混合物从接地电极57、67的背表面侧提供，也可允许空气燃料混合物流入到火花放电间隙33内，使得点火性能可进一步提高。

(d)在以上所述的实施例中，火花放电间隙33形成在中心电极5的尖端表面5F和接地电极27(宽度缩窄部分42)之间。然而，由Pt合金或Ir合金制成的贵金属芯片可提供在中心电极5的尖端处，使得火花放电间隙33可形成在贵金属芯片和接地电极27(宽度缩窄部分42)之间。在此情况中，火花塞的耐久性可进一步提高。

(e)在以上所述的实施例中，接地电极27具有由外层27A和内层27B组成的双层结构。然而，接地电极27的结构不限制于以上所述的实施例。例如，接地电极27可构造为不带有内层27B或可具有三层结构或包括四层或更多层的多层结构。

(f)在以上所述的实施例中，接地电极27连接到金属外壳3的尖端部26的尖端表面。然而，接地电极可通过切割金属外壳的部分(或先前焊接到金属外壳的尖端金属外壳的部分)形成(例如，未经审查的日本专利申请公开No.2006-236906)。此外，接地电极27可连接到金属外壳3的尖端部26的侧表面。

(g)在以上所述的实施例中，工具接合部19具有六边形截面。然而，工具接合部19的形状不限制于六边形形状。例如，工具接合部19可形成为双六边形形状(变形的十二边形)(ISO22977：2005(E))等。

附图标记列表

1    火花塞(用于内燃机的火花塞)

2    绝缘体(绝缘构件)

3    金属外壳

4     轴向孔

5     中心电极

5E    尖端边缘

5F    (中心电极的)尖端表面

27    接地电极

33    火花放电间隙(间隙)

41    宽度加宽部分

42    宽度缩窄部分

42B   宽度缩窄部分的基端

42C   相对表面

42E   侧边缘

51E   内边缘

52E   外边缘

57    接地电极

57C   相对表面

67    接地电极

67C   相对表面

CL1   轴线

CL1   宽度缩窄部分的中心轴线

FE    最远边缘

NE    最近边缘

Claims (5)

1.一种用于内燃机的火花塞，包括：

棒状中心电极，所述棒状中心电极在火花塞的轴向方向上延伸；

管状绝缘体，所述管状绝缘体具有在所述火花塞的所述轴向方向上延伸的轴向孔，所述中心电极被接收在所述轴向孔中；

管状金属外壳，所述管状金属外壳沿着所述绝缘体的外周设置；和

接地电极，所述接地电极从所述金属外壳的尖端部延伸，且设置成处于弯曲状态中，使得其尖端部与所述中心电极相对；

其中所述中心电极的尖端部和所述接地电极的尖端部配合以在其间限定间隙，在该间隙中沿所述火花塞的所述轴向方向提供火花放电；

其中所述接地电极形成有在其尖端部处的宽度缩窄部分和宽度加宽部分，所述宽度缩窄部分具有小于所述中心电极的尖端表面的外径的大体上均匀的宽度，所述宽度加宽部分在所述接地电极的基端部和所述宽度缩窄部分之间延伸，且所述宽度加宽部分的宽度大于所述宽度缩窄部分的宽度，

其中所述宽度缩窄部分具有基端，当在所述火花塞的所述轴向方向上从所述火花塞的尖端侧观察时，该基端定位成从所述中心电极的尖端表面、向所述接地电极的根部侧偏移，并且

其中所述宽度缩窄部分的所述基端定位成在所述火花塞的所述轴向方向上从所述间隙的中心、向所述火花塞的尖端侧偏移。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中所述宽度缩窄部分包括形成在与所述中心电极相对的表面和设置为邻近所述相对的表面的侧表面之间的侧边缘，并且

所述中心电极包括内边缘，所述内边缘每个都是形成在所述中心电极的尖端表面和所述中心电极的外周表面之间的尖端边缘的一部分，当在所述火花塞的所述轴向方向上从所述火花塞的尖端侧观察时，所述内边缘每个都设置在所述宽度缩窄部分的所述侧边缘之间，

其中在所述宽度缩窄部分的所述侧边缘和所述中心电极的所述内边缘之间、沿垂直于所述宽度缩窄部分的中心轴线的方向延伸的最大距离F和沿所述火花塞的所述轴向方向延伸的所述间隙的距离G满足由下式表示的关系：

F≤1.25G。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中所述宽度缩窄部分包括形成在与所述中心电极相对的表面和设置为邻近所述相对的表面的侧表面之间的侧边缘，并且

所述中心电极包括内边缘和外边缘，所述内边缘每个都是形成在所述中心电极的尖端表面和所述中心电极的外周表面之间的尖端边缘的一部分，当在所述火花塞的所述轴向方向上从所述火花塞的尖端侧观察时，所述内边缘每个都设置在所述宽度缩窄部分的所述侧边缘之间，所述外边缘是所述尖端边缘的除所述内边缘之外的剩余部分，

其中在所述宽度缩窄部分的所述侧边缘和所述中心电极的所述内边缘之间、沿垂直于所述宽度缩窄部分的中心轴线的方向延伸的最大距离F和在所述宽度缩窄部分的所述侧边缘和所述中心电极的所述外边缘之间、沿垂直于所述宽度缩窄部分的中心轴线的方向延伸的最大距离H满足由下式表示的关系：

0mm≤F-H≤0.3mm。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其中所述中心电极的尖端表面的设置成最靠近所述接地电极的根部的一部分和所述宽度缩窄部分的基端之间、沿所述宽度缩窄部分的中心轴线延伸的距离D满足下式：

D≥0.3mm。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的火花塞，其中假定延伸为靠近所述接地电极的根部侧的方向由负号“-”方向表示，且延伸为远离所述接地电极的根部侧的方向由正号“+”方向表示，则当在所述火花塞的所述轴向方向上从所述火花塞的尖端侧观察并且使用所述中心电极的尖端表面的设置成与所述接地电极的根部最远的一部分作为参考时，在所述中心电极的尖端表面的设置成与所述接地电极的所述根部最远的所述部分和所述宽度缩窄部分的尖端之间、沿所述宽度缩窄部分的中心轴线延伸的距离E满足下式：

-0.4mm≤E≤+0.5mm。

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