CN102227855A - 等离子流火花塞 - Google Patents

Abstract

提供一种可抑制沟槽发展、降温良好的等离子流火花塞，其中，在绝缘件(10)的小径部(15)中，轴线O方向的形状是直线状，中心电极(20)的外径按照最前端部(23)、阶梯部(24)、前端部(22)、主体部(21)的顺序变大。

Description

等离子流火花塞

技术领域

本发明涉及一种形成等离子体并对混合气体进行点火的内燃机用等离子流火花塞。

背景技术

一直以来，在作为汽车用的内燃机的发动机的火花塞中，使用通过火花放电对混合气体进行点火的火花塞。近年来，要求内燃机的进一步的高输出化、低燃费化。因此，燃烧扩展迅速、能够对点火界限空燃比较高的稀薄混合气体点火的等离子流火花塞的开发获得进展。

等离子流火花塞具有以下构造：中心电极和接地电极之间的火花放电间隙周边用陶瓷等绝缘件包围，形成较小容积的放电空间(腔室)。举例说明等离子流火花塞的点火方式的一例，在对混合气体进行点火时，首先向中心电极和接地电极之间施加高电压，进行火花放电。通过此时产生的绝缘破坏，在中心电极和接地电极之间能够流动较低电压的电流。进一步通过向中心电极和接地电极之间提供电力，而使放电状态转变，在腔室内形成等离子体。如上形成的等离子体通过开口(所谓孔(Orifice))喷射时，对混合气体进行点火。

因此在现有技术中，例如在下述专利文献1所述的等离子流火花塞中，使绝缘件的内壁为阶梯形状，在腔室内设置限流，从而以50～200mJ左右的能量可获得充分的点火性能。并且，在下述专利文献2所述的等离子流火花塞中，使腔室内的容积为10mm³以下，腔室内的长度和直径的比(长度/直径)为2以上，中心电极和接地电极的距离为3mm以下，通过加长等离子体喷射长度而提高点火性能。

专利文献1：特开2007-287666号公报

专利文献2：特开2006-294257号公报

发明内容

但在上述专利文献1所述的等离子流火花塞中，因绝缘件的内壁有阶梯，所以沟槽(因放电等引起的槽)发展加快，持续使用时，出现点火性明显降低的问题。

并且，在上述专利文献2所述的等离子流火花塞中，考虑到中心电极和接地电极的距离为3mm以下，则中心电极的直径φ为1.5mm以下，中心电极的形状变得细长，因此中心电极前端的降温性(热的易下降性)变差，存在耐久性差的问题。具体而言，当中心电极前端的降温恶化时，前端被削去，易于消耗，并且在高温状态下发生火花放电时，前端易被氧化。

因此，本发明的目的是解决上述现有技术中的问题点，提供一种可抑制沟槽发展、降温性良好的等离子流火花塞。

本发明用于解决上述课题的至少一部分，可作为以下方式或适用例实现。

(适用例1)

一种等离子流火花塞，具有：具有沿着轴线方向的轴孔的筒状的绝缘部件；收容在该绝缘部件的上述轴孔内的棒状的中心电极；以及配置在上述绝缘部件的前端的板状的接地电极，该等离子流火花塞的特征在于，上述中心电极具有：主体部；前端部，该前端部具有比该主体部的外径小的外径，和上述主体部相比位于前端侧；以及最前端部，该最前端部具有比上述前端部的外径小的外径，和上述前端部相比位于前端侧，在上述绝缘部件中，形成上述轴孔的部分具有：收容部，具有比上述中心电极的上述主体部的外径小的内径，至少收容上述中心电极的上述前端部；以及小径部，具有比上述中心电极的上述前端部的外径小、且比上述收容部的内径小的内径，和上述收容部相比位于前端侧，至少配置有上述中心电极的上述最前端部，上述中心电极的前端在上述绝缘部件的上述小径部内，和上述绝缘部件的前端相比位于后侧，与上述小径部的内周共同形成腔室部，上述接地电极具有用于将上述腔室部和外部气体连通的开口部，上述小径部的上述轴线方向的形状是直线状。

(适用例2)

一种等离子流火花塞，其特征在于，在上述绝缘部件中，形成上述轴孔的部分还具有位于上述收容部和上述小径部之间的第1阶梯部，在上述接地电极中，在上述开口部的内周直径小于上述中心电极的上述前端部的外径、且大于上述小径部的内径时，从上述接地电极的上述开口部的内周开始沿着上述轴线方向划第1直线时，设上述第1直线和上述绝缘部件的前端相交的第1交点、与上述第1直线和上述绝缘部件的上述第1阶梯部相交的第2交点之间的距离为a，在上述接地电极中，在上述开口部的内周直径小于上述中心电极的上述前端部的外径、且小于上述小径部的内径时，设上述小径部的内周的上述轴线方向的长度为a，从上述中心电极的上述前端部的外周开始沿着上述轴线方向划第2直线时，设上述第2直线和上述绝缘部件的上述第1阶梯部相交的第3交点、与上述第2直线和上述绝缘部件的前端相交的第4交点之间的距离为b，将上述接地电极和上述中心电极的上述前端部在上述轴线方向投影时，设上述接地电极和上述中心电极的上述前端部重叠的面积为c时，满足如下关系：0.2≤(2c)/(a+b)≤4。

(适用例3)

根据适用例1或适用例2所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述接地电极中的上述开口部的内径相对于上述绝缘部件中的上述小径部前端的内径在75～120％的范围。

(适用例4)

根据适用例1至适用例3的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述中心电极作为负极使用。

(适用例5)

根据适用例1至适用例4的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，在上述轴线方向上，上述最前端部和上述小径部的重叠量是0.5～3mm。

(适用例6)

根据权利要求1至权利要求5的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述中心电极还具有位于上述前端部和上述最前端部之间的第2阶梯部，设上述第1阶梯部和上述收容部所成的角度为θ1、上述第2阶梯和上述前端部所成的角度为θ2时，θ1＜θ2。

(适用例7)

根据适用例1至适用例6的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，设上述腔室部的容积为R、上述腔室部沿着上述轴线方向的长度为S、上述小径部内径为N时，上述容积R是R≤2.5mm³，且上述长度S和上述内径N的比是S/N≥0.3。

(适用例8)

根据适用例1至适用例7的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述第1阶梯部和上述第2阶梯部之间具有间隙。

(适用例9)

根据适用例1至适用例8的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，在上述中心电极中，至少其前端由熔点2400℃以上的纯金属或合金构成。

(适用例10)

根据适用例9所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述中心电极中，至少其前端由钨或钨合金构成。

此外，上述各种方式或适用例可适当组合，或省略构成的一部分。

发明的效果

在适用例1的等离子流火花塞中，绝缘部件中的小径部的轴线方向的形状是直线状。这样一来，腔室部内的放电路径是直线，因此与放电路径是曲线或L字型时相比，可减弱到绝缘部件内部的电场强度，可抑制沟槽的发展。

并且，中心电极的外径按照最前端部、前端部、主体部的顺序变大，因此可将中心电极前端所受的热从最前端部向着主体部高效传导，可提高中心电极的降温性。结果可确保中心电极的耐久性。

在适用例2的等离子流火花塞中，以使如上定义的距离a、b及面积c满足0.2≤(2c)/(a+b)≤4的关系的方式，设定包围腔室部周边的部分的形状。通过设定这样的形状，在绝缘部件中，被中心电极和接地电极之间夹持的部分(换言之，是包围腔室部周边的部分)的静电容量可以是适当的值，从而可防止所谓的等离子体脱离。

在适用例3的等离子流火花塞中，接地电极中的开口部的内径相对绝缘部件中的小径部前端的内径设定为75～120％的范围。通过设定在该范围内，即使产生沟槽，在腔室部中，在小径部的内周上基本均匀地产生沟槽，因此可使沟槽发展均匀化，可提高等离子流火花塞的耐久性，良好地保持点火性能。

在适用例4的等离子流火花塞中，将中心电极作为负极使用。通过这样使用，绝缘部件中的小径部的前端部分难于被沟槽削去。并且，在小径部的内周中，中心电极的前端附近易被削去，在被如此削去时，放电路径成为从外侧向内侧的形态，抑制了沟槽发展造成的点火性下降。

在适用例5的等离子流火花塞中，中心电极的最前端部和绝缘部件的小径部的重叠量为0.5～3mm。通过设定为这一范围，放电方式成为沿面放电，因此可抑制放电电压的增加。

在适用例6的等离子流火花塞中，绝缘部件中的第1阶梯部和收容部所成的角度为θ1、中心电极中的第2阶梯部和前端部所成的角度为θ2时，满足θ1＜θ2的关系。这样一来，可抑制绝缘部件中的第1阶梯部及小径部的消耗，并可抑制中心电极的前端的降温恶化，并且防止阶梯部之间滞留燃烧气体。

在适用例7的等离子流火花塞中，腔室部的容积R是R≤2.5mm³，且腔室部的长度S和小径部的内径N的比是S/N≥0.3地设定。通过设定为这一范围，可使腔室部的形状最佳化，使点火性良好。

在适用例8的等离子流火花塞中，在绝缘部件中的第1阶梯部和中心电极中的第2阶梯部之间设置间隙。通过设置该间隙，绝缘部件的前端部分的热可不逃逸到中心电极，从而可抑制中心电极前端的温度上升。

在适用例9的等离子流火花塞中，使中心电极的至少前端由熔点2400℃以上的纯金属或合金构成。这样一来，在等离子体电流流入到等离子流火花塞时，也可使中心电极的前端不易熔融。

在适用例10的等离子流火花塞中，中心电极的至少其前端由钨或钨合金构成。

附图说明

图1是将作为本发明的一个实施例的等离子流火花塞100的部分切断表示的剖视图。

图2是放大表示图1的等离子流火花塞100的前端部分的中心附近的剖视图。

图3是表示用于驱动图1的等离子流火花塞的点火装置的概要构成的框图。

图4是将图2中的绝缘件10中被夹持在中心电极20和接地电极30之间的部分放大表示的剖视图。

图5是比较表示放电前后的中心电极相对接地电极的电压波形的波形图。

图6是表示本发明的一个实施例涉及的等离子体脱离评价结果的一例的说明图。

图7是放大表示图2中的接地电极30的开口部31及绝缘件10的小径部15前端的剖视图。

图8是表示本发明的一个实施例涉及的点火性评价结果的一例的说明图。

图9是从等离子流火花塞100的前端侧观察图2中的接地电极30的开口部31及绝缘件10的小径部15前端的说明图。

图10是表示因图2中的中心电极20的极性不同造成的沟槽的发展方式的不同的说明图。

图11是表示因中心电极20的极性不同引起的点火性水平维持时间不同的说明图。

图12是表示图2中的绝缘件10的小径部15和中心电极20的最前端部23的重叠程度的说明图。

图13是表示绝缘件10的小径部15和中心电极20的最前端部23的重叠量的不同造成的放电电压增加率的说明图。

图14是放大表示图2中的绝缘件10的阶梯部16及中心电极20的阶梯部24附近的剖视图。

图15是放大表示图2中的腔室60的剖视图。

图16是表示图2中的腔室60的形状不同形成的点火性评价结果的说明图。

标记的说明

4密封体

5垫片

6、7环形部件

9滑石

10绝缘件

12轴孔

14收容部

15小径部

16阶梯部

20中心电极

21主体部

22前端部

23最前端部

24阶梯部

30接地电极

31开口部

40端子配件

50主体配件

51工具扣合部

52螺纹部

53铆接部

54锷部

55座面

56卡止部

58扣合部

60腔室

80垫圈

100等离子流火花塞

200点火装置

210触发电源

212线圈

220等离子体电源

具体实施方式

以下根据实施例按照以下顺序说明本发明的实施方式。

A.等离子流火花塞的构造

B.等离子流火花塞的驱动

C.实施例的特征点

C-1.绝缘件小径部的形状

C-2.中心电极的形状

C-3.腔室周围的静电容量

C-4.接地电极及小径部的内径

C-5.中心电极的极性

C-6.绝缘件小径部和中心电极最前端部的重叠

C-7.阶梯部的角度

C-8.腔室的形状

C-9.阶梯部间的间隙

C-10.中心电极前端的材质

D.变形例

A.等离子流火花塞的构造：

图1是将作为本发明的一个实施例的等离子流火花塞100部分切断表示的剖视图。图2是放大表示图1的等离子流火花塞100的前端部分的中心附近的剖视图。此外在图1中，将等离子流火花塞100的轴线O方向作为图中的上下方向，将下侧作为等离子流火花塞100的前端侧、上侧作为后端而来进行说明。

如图2所示，等离子流火花塞100由以下构成：筒状的绝缘件10，其具有沿轴线O方向的轴孔12；中心电极20，收容在该绝缘件10的轴孔12内；板状的接地电极30，配置在绝缘件10的前端；端子配件40，设置在绝缘件10的后端；以及主体配件50，保持绝缘件10。

绝缘件10是众所周知的烧制氧化铝等而形成的绝缘部件，其介电常数为8～11。绝缘件10的外形中，轴线O方向的大致中央为锷状，以该锷状部分为界，分为后端侧和前端侧。并且，比锷状部件靠近前端侧，中途为阶梯状，前端部分的外径进一步变小。

中心电极20是インコネル(因科镍，商标名)600或601等Ni系合金等形成的圆柱状的电极棒，内部具有由具有良好导热性的铜等构成的金属芯(未图示)。并且，由钨或钨合金构成的圆盘状的电极芯片(未图示)通过焊接安装在其前端上。中心电极20分为：主体部21；前端部22，和该主体部21相比位于前端侧；最前端部23，和该前端部22相比位于前端侧；以及阶梯部24，位于该前端部22和最前端部23之间。前端部22的外径小于主体部21的外径，最前端部23的外径小于前端部22的外径。主体部21和前端部之间是锷状，该锷状部分在绝缘件10的轴孔12内，与阶梯状的部位抵接，从而在轴孔12内将中心电极20定位。

并且，在绝缘件10的形成轴孔12的部分，比上述阶梯状部位靠近前端侧分为：收容部14，收容中心电极20的前端部22；小径部15，和该收容部14相比位于前端侧，配置有中心电极20的最前端部23；阶梯部16，位于该收容部14和小径部15之间。小径部15的内径小于中心电极20的前端部22的外径，并小于收容部14的内径。中心电极20的前端在绝缘件10的小径部15内，和绝缘件10的前端相比位于后侧，由中心电极20的前端和小径部15的内周包围的容积小的空间形成可作为放电空间的腔室60。

并且，接地电极30由具有良好耐火花消耗性的金属形成，作为一例，使用Ir系合金。接地电极30呈厚0.3～1mm的圆盘状，其中央具有开口部31，使腔室60与外部气体连通。接地电极30在抵接绝缘件10的前端的状态下，与主体配件50的前端的内周面上形成的扣合部58扣合。并且，接地电极30的外周边缘整周与扣合部58激光焊接，接地电极30与主体配件50一体接合。

中心电极20经由轴孔12内部设置的金属及玻璃的混合物构成的导电性的密封体4，电连接到后端侧的端子配件40。通过该密封体4，中心电极20及端子配件40在轴孔12内被固定并被导通。此外，密封体4为防止因热熔解，配置在从中心电极20的前端部在必要限度内远离的位置上。并且，通过火花塞盖(未图示)，高压线(未图示)连接到端子配件40。

主体配件50是用于将等离子流火花塞100固定到内燃机(未图示)的引擎头的圆筒状的配件，包围绝缘件10并保持它。主体配件50由铁系材料形成，具有：工具扣合部51，嵌合火花塞专用扳手(未图示)；螺纹部52，与内燃机上部设置的引擎头螺合。

主体配件50的比工具扣合部51靠近后端侧设有铆接部53。从工具扣合部51到铆接部53的主体配件50与绝缘件10的后端侧之间，介有圆环状的环形部件6、7，进一步在两个环形部件6、7之间填充滑石9的粉末。并且，通过铆合铆接部53，绝缘件10通过环形部件6、7及滑石9在主体配件50内向前端侧挤压。这样一来，绝缘件10外周的阶梯状的部位通过环形的垫圈80由在主体配件50内周面阶梯状形成的卡止部56支持，主体配件50与绝缘件10一体化。通过该垫圈80，主体配件50和绝缘件10之间的密封被保持，防止燃烧气体流出。并且，在工具扣合部51和螺纹部52之间形成锷部54，螺纹部52的后端侧附近、即锷部54的座面55中嵌插有垫片5。

B.等离子流火花塞的驱动：

图3是表示用于驱动图1的等离子流火花塞100的点火装置的概要构成的框图。

等离子流火花塞100通过上述高压线连接到点火装置200。点火装置200具有彼此是不同系统的触发电源210及等离子体电源220。此外，作为等离子体电源220，使用具有10～120mJ的输出的电源。

首先，从触发电源210通过线圈212输出所希望的电力，该电力通过上述高压线提供到等离子流火花塞100时，在等离子流火花塞100中，该电力从连接了上述高压线的端子配件40通过密封体4提供到中心电极20。这样一来，在中心电极20和接地电极30之间的火花放电间隙中，产生火花放电(breakdown)，该火花放电通过腔室60内的空间、壁面。因此，当通过火花放电被绝缘破坏时，之后作为中心电极20的电压，放电维持电压下降。在该下降的时间，从作为其他系统的等离子体电源220流入等离子体电流时，通过此时提供的能量，在腔室60内形成等离子体。这样形成的等离子体从接地电极30的开口部31喷射时，在内燃机中进行对混合气体的点火。此外在图3中，C1一般是等离子流火花塞100保持的静电容量。稍后说明C2。

C.实施例的特征点：

C-1.绝缘件小径部的形状：

在本实施例中，如图2所示，绝缘件10的小径部15中，轴线O方向的形状是直线状。

因此，通过使小径部15的轴线O方向的形状为直线状，腔室60内的放电路径变为直线，因此与放电路径是曲线或L字型时相比，可减弱到绝缘件10内部的电场强度，抑制沟槽的发展。

C-2.中心电极的形状：

在本实施例中，如图2所示，中心电极20的外径按照最前端部23、阶梯部24、前端部22、主体部21的顺序变大，因此可将中心电极20的前端接收的热从最前端部23向着主体部21高效地传导，可提高中心电极20的降温性。结果可确保中心电极20的耐久性。

C-3.腔室周围的静电容量：

在本实施例中，为了使绝缘件10中夹持在中心电极20和接地电极30之间的部分、换言之包围腔室60周边的部分(小径部15、阶梯部16等)的静电容量C2成为适当的值，考虑到该部分的形状、中心电极20和接地电极30的位置关系等，如下进行设定。其中绝缘件10的介电常数如上所述，是8～11。

图4是将图2中的绝缘件10中的被中心电极20和接地电极30之间夹持的部分放大表示的剖视图。即，如图4所示，例如在接地电极30中，开口部31的内周直径小于中心电极20的前端部22的外径、大于绝缘件10的小径部15的内径时，从接地电极30的开口部31的内周沿轴线O方向划直线K1时，设该直线K1和绝缘件10的前端相交的交点P1、与该直线K1和绝缘件10的阶梯部16相交的交点P2之间的距离为a。并且，从中心电极20的前端部22的外周开始沿着轴线O方向划直线K2时，设该直线K2和绝缘件10的阶梯部16相交的交点P3、与该直线K2和绝缘件10的前端相交的交点P4之间的距离为b。进一步，将接地电极30和中心电极20的前端部22在轴线O方向投影时，设接地电极30和中心电极20的前端部22重叠的面积为c。并且，以使上述定义的距离a、b及面积c满足0.2≤(2c)/(a+b)≤4的关系的方式，设定包围腔室60周边的部分的形状。此外，在接地电极30中，开口部31的内周直径小于中心电极20的前端部22的外径、小于绝缘件10的小径部15的内径时，上述距离a是小径部15的内周的轴线O方向的长度。并且在接地电极30中，开口部31的内周直径因内周方向上的位置而变化时(例如如下述图9(d)所示，开口部31内周具有多个突起时)，在内周方向的各位置上，求出上述距离a，将它们的平均值适用于上述公式。

通过设定该形状，可使包围腔室60周边的部分(小径部15、阶梯部16等)的静电容量C2为适当的值，因此可防止所谓等离子体脱离。

以下参照图3及图5说明本实施例中的防止等离子体脱离的原理。

在图3中，从点火装置200的等离子体电源220向等离子流火花塞100流入等离子体电流时，一般情况下如上所述，先通过触发电源210使中心电极20和接地电极30之间(火花塞间隙间)产生放电现象，在使它们之间成为导通状态的基础上，作为相对接地电极30的中心电极20的电压，放电维持电压例如是-500V以上，等离子体电源220可使其内部具有的电容器(未图示)中存储的电荷一次完全作为等离子体电流流入。此外在图3中，C2如上所述，是包围腔室60周边的部分的静电容量。

图5是比较表示放电前后的中心电极对接地电极的电压的波形的波形图。在图5中，(a)表示现有的等离子流火花塞的波形，(b)表示本实施例的等离子流火花塞100的波形，(c)表示包围腔室60周边的部分的静电容量C2变为过大的值时的波形。

在现有的等离子流火花塞中，如图5(a)所示，根据使用条件不同，存在放电维持电压过高的情况，这种情况下，无法流入等离子体电流，发生等离子体脱离。与之相对，在本实施例的等离子流火花塞100中，如上所述，包围腔室60周边的部分的静电容量C2是适当的值，因此如图5(b)所示，可降低放电维持电压，易流入等离子体电流。并且，火花放电(breakdown)时放出的电荷再次存储到包围该腔室60周边的部分的静电容量C2，中心电极20的电压向反向(正向)大幅波动，可促进等离子体电流的流入。

此外，上述距离a、b及面积c中，不满足a＜b且0.2≤(2c)/(a+b)≤4、包围腔室60周边的部分的静电容量C2变为过大的值时，如图5(c)所示，感应电流从触发电源210一侧的线圈212的电感器流入，从而作为中心电极20的电压使放电维持电压为-500V以下，无法流入等离子体电流。

因此，利用图6说明本实施例涉及的等离子体脱离评价结果的一例。图6是表示本实施例涉及的等离子体脱离评价结果的一例的说明图。在图6中，纵轴表示等离子体脱离发生率(％)，横轴表示基于上述距离a、b及面积c的(2c)/(a+b)的值。此外，评价条件在设腔体压力为1.0MPa的基础上，将等离子体脱离发生率3％作为判定线。

从图6可知，(2c)/(a+b)≥0.2以上时，等离子体脱离发生率为3％以下，等离子体脱离大幅减少。并且，1.0≤(2c)/(a+b)≤2.0时，等离子体脱离发生率为0％，较为良好。当(2c)/(a+b)＞4时，包围腔室60周边的部分的静电容量C2变为过大的值，因此火花放电(breakdown)后的放电维持电压变高，产生等离子体脱离。

C-4.接地电极及小径部的内径：

图7是放大表示图2中的接地电极30的开口部31及绝缘件10的小径部15前端的剖视图。在本实施例中，图7所示的接地电极30中的开口部31的内径m相对绝缘件10中的小径部15前端的内径n，设定在75～120％的范围。

这样一来，通过使开口部31的内径m相对于小径部15前端的内径n即腔室60的内径的比率设定为上述范围并最佳化，即使产生沟槽，在腔室60内，在小径部15的内周上也基本平均地发生沟槽，因此可使沟槽发展平均化，提高等离子流火花塞100的耐久性，良好地保持点火性。

与之相对，开口部31的内径相对腔室60的内径的比率不在上述范围、开口部31的内径相对于腔室60内径过小时，会断开来自开口部31的等离子体焰的喷射，造成点火性下降。相反，当开口部31的内径相对腔室60的内径过大时，放电路径变为L字型，在沟槽发展的同时，在产生沟槽的部分中，接地电极30和中心电极20的距离变得最短，因此放电路径集中到该部分，沟槽发展偏向于这一部分，点火性降低。

在此利用图8说明本实施例涉及的点火性评价结果的一例。图8是表示本实施例涉及的点火性评价结果的一例的说明图。在图8中，纵轴表示：作为表示点火性的指标，在无载(N/L)状态下驱动内燃机(旋转次数820rpm)，表示熄火1％发生时的A/F(空气/燃料)值，横轴表示开口部31的内径m相对于上述小径部15的内径n(即腔室60的内径)的比率(m/n)(％)。此外，评价条件是，以A/F＝15为点火性边界线，A/F值在该值以上时合格。作为评价对象，使用新产品、及沟槽耐久1000小时(耐久1000Hr)的产品。对于沟槽耐久1000小时的产品，沟槽耐久条件在压力0.4MPa的腔体内，以频率60Hz使其火花放电(触发放电)。

从图8可知，开口部31内径相对腔室60内径的比率为75％以上，可获得良好的点火性。而在沟槽耐久1000小时的产品中，上述比率大到120％时，点火性急剧下降。因此，当上述比率为75％～120％时，点火性良好。

并且在本实施例中，作为接地电极30的开口部31对于腔室60的形态，可采用图9所示的各种形态。图9是从等离子流火花塞100的前端侧观察图2中的接地电极30的开口部31及绝缘件10的小径部15前端的说明图。

在图9中，(a)表示接地电极30中的开口部31的内径m大于绝缘件10中的小径部15前端的内径n(即腔室60的内径)时的形态。相反，(b)表示接地电极30中的开口部31的内径m小于绝缘件10中的小径部15前端的内径n时的形态。并且，(c)表示接地电极30中的开口部31的内周的一部分与接地电极30的外周连接、开口部31开放的形态，(d)表示在接地电极30中的开口部31的内周具有多个突起的形态。

C-5.中心电极的极性：

在本实施例中，相对接地电极30，将中心电极20作为负极使用。

图10是表示因图2中的中心电极20的极性不同造成的沟槽的发展方式的不同的说明图。在图10中，(a)表示将中心电极20作为负极使用的情况，(b)表示作为正极使用的情况。

一般情况下，沟槽的发展在负极一侧较大，因此如图10(b)所示，相对接地电极30将中心电极20作为正极使用时，在绝缘件10中，小径部15的前端部分易于通过沟槽被削去，放电路径潜入到接地电极30的底面侧，因此存在点火性下降的危险。与之相对，如图10(a)所示，本实施例中，相对接地电极30，将中心电极20作为负极使用时，小径部15的前端部分不会被削去，小径部15的内周中，中心电极20的前端附近易被削去，当这样被削去时，放电路径变为从外侧朝向内侧的形态，抑制了相对于沟槽的发展的点火性的降低。

在此对因中心电极20的极性不同点火性水平维持程度如何不同来利用图11进行说明。图11是表示因中心电极20的极性不同引起的点火性水平维持时间不同的说明图。在图11中，纵轴表示沟槽耐久条件下的耐久时间。具体而言，是在无载(N/L)状态下驱动内燃机(旋转次数820rpm)，熄火1％发生时的A/F(空气/燃料)值低于15为止的时间。此外，沟槽耐久条件和图8时一样，在压力0.4MPa的腔体内，以频率60Hz使其火花放电(触发放电)。

从图11可知，相对接地电极30，将中心电极20作为负极使用，从而大幅改善点火性水平维持的时间。

C-6.绝缘件小径部和中心电极最前端部的重叠：

图12是表示图2中的绝缘件10的小径部15和中心电极20的最前端部23的重叠程度的说明图。在本实施方式中，如图12所示，在轴线O方向上，绝缘件10的小径部15和中心电极20的最前端部23的重叠量d为0.5～3mm。

图13是表示绝缘件10的小径部15和中心电极20的最前端部23的重叠量的不同造成的放电电压增加率的说明图。在图13中，纵轴表示等离子体耐久后的放电案压增加率(％)，横路表示绝缘件10的小径部15和中心电极20的最前端部23的重叠量d。此外，等离子体耐久条件是，频率60Hz下100小时(600Hz×100Hr)、118mJ、腔体压力0.4mPa时，将放电电压的增加率50％作为判定线。

重叠量d小于0.5mm时，对中心电极20的最前端部23产生电极消耗时，电极消耗扩展到与绝缘件10的小径部15不重叠的部分，放电形态变为大气中放电+沿面放电，因此如图13所示，放电电压大幅增加。

重叠量d大于3mm时，中心电极20的降温恶化，20的氧化明显加快，放电电压大幅增加。

与之相对，重叠量d在0.5～3mm的范围内时，放电形态为沿面放电，因此抑制了放电电压的增加。

C-7.阶梯部的角度：

图14是放大表示图2中的绝缘件10的阶梯部16及中心电极20的阶梯部24附近的剖视图。在本实施例中，如图14(a)所示，在绝缘件10中，阶梯部16和收容部14所成的角度为θ1、在中心电极20中阶梯部24和前端部22所成角度为θ2时，设定上述角度满足θ1＜θ2。

与之相对，例如如图14(b)所示，阶梯部16和收容部14所成的角度θ1、阶梯部24和前端部22所成的角度θ2之间的关系和以上相反，是θ1＞θ2时，中心电极20的最前端部23的轴线O方向的长度和图14(a)时一样时，中心电极20的最前端部23消耗时，电场集中到与接地电极30之间的点e，易变为放电的基点，因此绝缘件10的阶梯部16及小径部15易被消耗。

并且，例如如图14(c)所示，使角度θ1和角度θ2的关系为θ1＞θ2，并使中心电极20的最前端部23的轴线O方向的长度大于图14(a)的情况时，中心电极20的23的消耗造成的影响放缓，但因最前端部23的长度变长，造成中心电极20的前端降温恶化，中心电极20的前端易消耗，并且阶梯部16和阶梯部24之间的空间变大，燃烧气体易滞留到该部分。

C-8.腔室的形状：

图15是放大表示图2中的腔室60的剖视图。在本实施例中，如图15所示，设腔室60的容积为R、腔室60中沿着轴线O方向的长度为S、腔室60的内径(即换言之是绝缘件10的小径部15的内径)为N时，容积R是R≤2.5mm³，且长度S和内径N的比设定为S/N≥0.3。

通过将腔室60的容积R、长度S、内径N设定为以上范围，可使腔室60的形状最佳化，从而使点火性良好。

图16是表示图2中的腔室60的形状不同造成的点火性评价结果的说明图。在图16中，纵轴和图8的情况一样，作为表示点火性的指标，在无载(N/L)状态下驱动内燃机(旋转次数820rpm)，表示熄火1％发生时的A/F(空气/燃料)值，横轴表示上述腔室60的容积R(mm³)。并且，分别示出腔室60的内径N(mm)为φ0.5、φ1.0、φ1.3、φ1.5、φ2.0的五种情况。此外，评价条件和图8时一样，将A/F＝15作为点火性边界线，A/F值为该值以上时为合格。

从图16可知，腔室60的容积R超过2.5mm³时，点火性急剧下降。并且，腔室60内径N为φ2.0mm时，即使容积R在2mm³以下时，点火性也降低。原因在于，腔室60的内径N变大时，与腔室60的长度S的比率产生影响。

并且，对图16所示的所有数据，求出腔室60的长度S和内径N的比时，对于腔室60的容积R为2.5mm³以下的产品，点火性降低的是上述比为0.25以下的，点火性未降低的是上述比为0.3以上的。

因此，当腔室60的容积R为2.5mm³以下、且腔室60的长度S和内径N的比为0.3以上时，点火性良好。

C-9.阶梯部之间的间隙：

在本实施例中，如图2所示，在绝缘件10中的阶梯部16和中心电极20中的阶梯部24之间，设置间隙。这样一来，绝缘件10的前端部分的热不会逃逸到中心电极20，因此可抑制中心电极20的前端的温度上升。

C-10.中心电极前端的材质：

在本实施例中，如上所述，中心电极20的前端由钨或钨合金构成，因此在等离子体电流流入到等离子流火花塞100时，也可使中心电极20的前端不易熔融。此外，中心电极20的前端除了钨、钨合金以外，也可由熔点2400℃以上的纯金属或合金构成。

D.变形例：

此外，本发明不限于上述实施例、实施方式，在不脱离其主旨的范围内可通过各种方式实施。

在上述实施例中，具有C-1～C-10所述的各特征点，但本发明不限于此。即，至少具有C-1、C-2所述的特征点即可，可不具有其他特征点。并且，具有其他特征点时，也可任意组合这些特征点。

Claims (10)

1.一种等离子流火花塞，具有：具有沿着轴线方向的轴孔的筒状的绝缘部件；收容在该绝缘部件的上述轴孔内的棒状的中心电极；以及配置在上述绝缘部件的前端的板状的接地电极，该等离子流火花塞的特征在于，

上述中心电极具有：主体部；前端部，该前端部具有比该主体部的外径小的外径，和上述主体部相比位于前端侧；以及最前端部，该最前端部具有比上述前端部的外径小的外径，和上述前端部相比位于前端侧，

在上述绝缘部件中，形成上述轴孔的部分具有：收容部，具有比上述中心电极的上述主体部的外径小的内径，至少收容上述中心电极的上述前端部；以及小径部，具有比上述中心电极的上述前端部的外径小、且比上述收容部的内径小的内径，和上述收容部相比位于前端侧，至少配置有上述中心电极的上述最前端部，

上述中心电极的前端在上述绝缘部件的上述小径部内，和上述绝缘部件的前端相比位于后侧，与上述小径部的内周共同形成腔室部，

上述接地电极具有用于将上述腔室部和外部气体连通的开口部，

上述小径部的上述轴线方向的形状是直线状。

2.根据权利要求1所述的等离子流火花塞，其特征在于，

在上述绝缘部件中，形成上述轴孔的部分还具有位于上述收容部和上述小径部之间的第1阶梯部，

在上述接地电极中，在上述开口部的内周直径小于上述中心电极的上述前端部的外径、且大于上述小径部的内径时，从上述接地电极的上述开口部的内周开始沿着上述轴线方向划第1直线时，设上述第1直线和上述绝缘部件的前端相交的第1交点、与上述第1直线和上述绝缘部件的上述第1阶梯部相交的第2交点之间的距离为a，

在上述接地电极中，在上述开口部的内周直径小于上述中心电极的上述前端部的外径、且小于上述小径部的内径时，设上述小径部的内周的上述轴线方向的长度为a，

从上述中心电极的上述前端部的外周开始沿着上述轴线方向划第2直线时，设上述第2直线和上述绝缘部件的上述第1阶梯部相交的第3交点、与上述第2直线和上述绝缘部件的前端相交的第4交点之间的距离为b，

将上述接地电极和上述中心电极的上述前端部在上述轴线方向投影时，设上述接地电极和上述中心电极的上述前端部重叠的面积为c时，满足如下关系：

0.2≤(2c)/(a+b)≤4。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的等离子流火花塞，其特征在于，

上述接地电极中的上述开口部的内径相对于上述绝缘部件中的上述小径部前端的内径在75～120％的范围。

4.根据权利要求1至权利要求3的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，

上述中心电极作为负极使用。

5.根据权利要求1至权利要求4的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，

在上述轴线方向上，上述最前端部和上述小径部的重叠量是0.5～3mm。

6.根据权利要求1至权利要求5的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，

上述中心电极还具有位于上述前端部和上述最前端部之间的第2阶梯部，

设上述第1阶梯部和上述收容部所成的角度为θ1、上述第2阶梯和上述前端部所成的角度为θ2时，θ1＜θ2。

7.根据权利要求1至权利要求6的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，

设上述腔室部的容积为R、上述腔室部沿着上述轴线方向的长度为S、上述小径部内径为N时，上述容积R是R≤2.5mm³，且上述长度S和上述内径N的比是S/N≥0.3。

8.根据权利要求1至权利要求7的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，

上述第1阶梯部和上述第2阶梯部之间具有间隙。

9.根据权利要求1至权利要求8的任意一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，

在上述中心电极中，至少其前端由熔点2400℃以上的纯金属或合金构成。

10.根据权利要求9所述的等离子流火花塞，其特征在于，

上述中心电极中，至少其前端由钨或钨合金构成。

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