CN103994011B

CN103994011B - 点火系统

Info

Publication number: CN103994011B
Application number: CN201410050303.4A
Authority: CN
Inventors: 山田达范; 伴谦治; 鹿岛智克
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: EP2767706A2; CN103994011A; EP2767706B1; JP5789276B2; US9124075B2; JP2014154529A; US20140226251A1; EP2767706A3

Abstract

一种点火系统，能充分运用来自电源的输出能量并实现良好的引燃性。具有：点火火花塞，在中心电极和接地电极之间形成有火花放电间隙；电源，向火花放电间隙投入电能，通过从电源向火花放电间隙投入电能，产生火花放电。产生一次火花放电时的电源的输出能量为100mJ以上。另外，设火花放电间隙的大小为G1（mm），当在与轴线（CL1）垂直的平面（VS）中将中心电极和接地电极进行投影时，设中心电极的投影区域（5P）中除与接地电极的投影区域（27P）重叠的区域之外的区域的面积为S1（mm²），设中心电极的投影区域的面积为S2（mm²），则满足S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2及G1<2.0。

Description

点火系统

技术领域

本发明涉及在内燃机等中使用的具有点火火花塞的点火系统。

背景技术

点火系统被用于燃烧室内的混合气体等的引燃，具有被安装于内燃机（发动机）等的点火火花塞、和向点火火花塞供给电能的电源。通常，点火火花塞具有：绝缘体，具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，被插通在轴孔的前端侧；主体配件，设置于绝缘体的外周；以及棒状的接地电极，被固定于主体配件的前端部。并且，在接地电极的前端部与中心电极的前端部之间形成有火花放电间隙，从电源向火花放电间隙投入电能而产生火花放电，由此进行对混合气体等的引燃（例如，参照专利文献1等）。

另外，还提出了在接地电极的前端部设置由贵金属合金等构成的凸出部的技术，以便实现引燃性及耐久性的提高（例如，参照专利文献2等）。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平5－343157号公报

【专利文献2】日本特开2009－158339号公报

可是，近年来从应对气体排放限制或燃料费提高的角度考虑，正在积极地进行稀薄燃烧发动机或直喷发动机、低排放气体发动机等的研发，在这种发动机中要求更加良好的引燃性。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种点火系统，能够充分运用在使火花放电产生时来自电源的输出能量，并实现良好的引燃性。

下面，对于适合于解决上述目的的各种构成方式分项进行说明。另外，根据需要记述对应的结构所特有的作用效果。

构成方式1.本构成方式的点火系统具有点火火花塞和电源，所述点火火花塞具有：筒状的绝缘体，具有贯通轴线方向的轴孔；中心电极，被插通设置在所述轴孔的前端侧；以及棒状的接地电极，与所述中心电极的前端部之间形成间隙，所述电源向所述间隙投入电能，通过从所述电源向所述间隙投入电能，在所述间隙中产生火花放电，其特征在于，

产生一次火花放电时的所述电源的输出能量为100mJ以上，

设所述间隙的大小为G1（mm），

当在与所述轴线垂直的平面中、将所述中心电极的前端部和所述接地电极沿着所述轴线进行投影时，设所述中心电极的投影区域中除与所述接地电极的投影区域重叠的区域之外的区域的面积为S1（mm²），设所述中心电极的投影区域的面积为S2（mm²），则满足

S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2

G1<2.0。

另外，所谓一次火花放电是指在内燃机等的一个周期中的火花放电。例如，如果是采取进气、压缩、点火（膨胀）、排气这四个行程的四冲程内燃机，则进气、压缩、点火（膨胀）、排气为一个周期，如果是采取进气及压缩、点火及排气这两个行程的二冲程内燃机，则进气及压缩、点火及排气为一个周期。

根据上述构成方式1，产生一次火花放电时来自电源的输出能量为100mJ以上。因此，借助电能不仅在间隙中生成火花（火焰），而且能够借助电能对火花（火焰）提供朝向前端侧（燃烧室的中心侧）的扩散力。

并且，在这种对火花（火焰）提供朝向前端侧的扩散力的结构中，根据上述构成方式1构成为满足S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2。即构成为，间隙的大小G1越小，火花（火焰）朝向前端侧的扩散力越容易被接地电极阻碍，S1/S2越大，越不容易产生接地电极对火花（火焰）的扩散阻碍，通过满足S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2，能够有效地抑制接地电极对火花（火焰）朝向前端侧的扩散阻碍。因此，能够充分运用通过将输出能量设为100mJ而形成的朝向前端侧的扩散力，能够使火花（火焰）朝向前端侧（燃烧室的中心侧）势头良好地成长。其结果是能够实现良好的引燃性。

构成方式2.本构成方式的点火系统的特征在于，在上述构成方式1中，满足S1≤0.8×S2。

根据上述构成方式2，能够在间隙中充分确保中心电极和接地电极的相对面积。因此，能够更可靠地抑制随着火花放电而形成的中心电极和接地电极的局部耗损，能够得到良好的耐久性。

构成方式3.本构成方式的点火系统具有点火火花塞和电源，所述点火火花塞具有：筒状的绝缘体，具有贯通轴线方向的轴孔；中心电极，被插通设置在所述轴孔的前端侧；主体配件，设置于所述绝缘体的外周；棒状的接地电极，配置在所述主体配件的前端部；以及凸出部，设置于所述接地电极的前端部，与所述中心电极的前端部之间形成间隙，所述电源向所述间隙投入电能，通过从所述电源向所述间隙投入电能，在所述间隙中产生火花放电，其特征在于，

产生一次火花放电时的所述电源的输出能量为100mJ以上，

设所述间隙的大小为G3（mm），

设所述接地电极与所述中心电极的前端部之间的最短距离为G4（mm），

当在与所述轴线垂直的平面中、将所述中心电极的前端部、所述接地电极和所述凸出部沿着所述轴线进行投影时，设所述中心电极的投影区域的面积为S2（mm²），设所述中心电极的投影区域中除所述凸出部的投影区域之外的区域的面积为S3（mm²），设所述中心电极的投影区域中除所述接地电极的投影区域及所述凸出部的投影区域之外的区域的面积为S4（mm²），则满足

S3≥[{-30（mm^-1）×G3+60}/100]×S2

S4≥[{-30（mm^-1）×G4+60}/100]×S2

G3<2.0

G4<2.0。

根据上述构成方式3，在接地电极的前端部设有凸出部的点火系统能够发挥与上述构成方式1相同的作用效果。即构成为，通过将输出能量设为100mJ以上，能够对火花（火焰）提供朝向前端侧的扩散力，并且使面积S3、S4满足所述算式，由此能够充分运用扩散力，能够使火花（火焰）朝向前端侧（燃烧室的中心侧）势头良好地成长。其结果是能够实现良好的引燃性。

构成方式4.本构成方式的点火系统的特征在于，在上述构成方式3中，满足S3≤0.8×S2以及S4≤0.8×S2中至少一方。

根据上述构成方式4，通过满足S3≤0.8×S2，能够在间隙中充分确保凸出部与中心电极的相对面积。因此，能够更可靠地抑制随着火花放电而形成的凸出部和中心电极的局部耗损，能够实现耐久性的提高。

并且，通过满足S4≤0.8×S2，能够在间隙中充分确保凸出部及接地电极与中心电极的相对面积。其结果是，能够抑制接地电极和中心电极的局部耗损，能够提高耐久性。

另外，从进一步实现良好的耐久性的角度考虑，优选构成为使满足S3≤0.8×S2以及S4≤0.8×S2双方。

构成方式5.本构成方式的点火系统的特征在于，在上述构成方式1～4的任意一种构成方式中，当在与所述轴线垂直的平面中、将所述中心电极的前端部、所述接地电极和所述接地电极的中心轴沿着所述轴线进行投影时，所述接地电极的投影区域的至少一部分与所述中心电极的投影区域重叠，并且所述中心轴的投影线位于偏离所述中心电极的投影区域的中心的位置。

根据上述构成方式5，能够使接地电极中位于中心电极侧的面与和该面相邻的侧面之间的角部（电场强度提高、成为火花放电的起点的部位）更加接近中心电极的前端部。因此，能够更多地形成作为火花放电的起点的部位，能够进一步有效地抑制中心电极和接地电极的局部耗损。其结果是能够实现耐久性的进一步提高。

附图说明

图1是表示点火系统的结构概况的框图。

图2是表示点火火花塞的结构的局部截面主视图。

图3是表示点火火花塞的前端部的结构的局部截面放大主视图。

图4是中心电极的前端部和接地电极的投影图。

图5是表示接地电极的中心轴的投影线与中心电极的投影区域的中心的位置关系的投影图。

图6是示意地表示火花（火焰）的成长的图，（a）是正面放大示意图，（b）是侧面放大示意图。

图7是表示第2实施方式的点火火花塞的结构的局部截面放大主视图。

图8是表示第2实施方式的中心电极的前端部、接地电极和凸出部的投影图。

图9是在第2实施方式中示意地表示火花（火焰）的成长的图，（a）是正面放大示意图，（b）是侧面放大示意图。

图10是表示设火花放电间隙的大小为1.5mm、设输出能量为100mJ的试样的引燃性评价试验的结果的图表。

图11是表示设火花放电间隙的大小为1.5mm、设中心电极的前端面的外径为1.5mm的试样的引燃性评价试验的结果的图表。

图12是表示设火花放电间隙的大小为1.1mm、设输出能量为100mJ的试样的引燃性评价试验的结果的图表。

图13是表示设火花放电间隙的大小为1.1mm、设中心电极的前端面的外径为1.5mm的试样的引燃性评价试验的结果的图表。

图14是表示设火花放电间隙的大小为0.5mm、设输出能量为100mJ的试样的引燃性评价试验的结果的图表。

图15是表示设火花放电间隙的大小为0.5mm、设中心电极的前端面的外径为1.5mm的试样的引燃性评价试验的结果的图表。

图16是表示火花放电间隙的大小、与能够提高引燃性的面积比率的最小值的关系的图表。

图17是表示变更面积比率的各种试样的耐久性评价试验的结果的图表。

图18是表示中央配置试样和偏置配置试样的耐久寿命比率的图表。

图19是表示另一种实施方式的凸出部的结构等的仰视图。

图20是表示另一种实施方式的接地电极的结构的仰视图。

具体实施方式

下面，参照附图说明实施方式。

[第1实施方式]

图1是表示点火系统101的结构概况的框图。如图1所示，点火系统101具有被安装于内燃机EN的点火火花塞1、和对点火火花塞1提供电能的电源51。另外，在图1中仅示出了一个点火火花塞1，但在实际的内燃机EN设有多个气缸，对应各气缸设置点火火花塞1。并且，来自电源51的电能通过未图示的配电器供给到各点火火花塞1。

点火火花塞1如图2所示由形成筒状的作为绝缘体的绝缘子2、和保持绝缘子2的筒状的主体配件3等构成。另外，在图2中，将点火火花塞1的轴线CL1方向设为附图中的上下方向，将下侧设为点火火花塞1的前端侧，将上侧设为后端侧进行说明。

绝缘子2是通过公知那样将氧化铝等进行烧结而形成的，在其外形部中具有：后端侧主体部10，形成于后端侧；大径部11，比该后端侧主体部10靠前端侧沿径向向外凸出而形成；中间主体部12，比该大径部11靠前端侧而形成，且直径比该大径部11细；以及长腿部13，比该中间主体部12靠前端侧而形成，且直径比该中间主体部12细。此外，绝缘子2中的大径部11、中间主体部12和大部分的长腿部13被容纳在主体配件3的内部。并且，在中间主体部12与长腿部13的连接部形成有锥状的台阶部14，利用该台阶部14将绝缘子2卡定在主体配件3上。

另外，在绝缘子2中沿着轴线CL1贯通形成有轴孔4，中心电极5被插通设置在该轴孔4的前端侧。该中心电极5具有由导热性良好的金属（例如铜或铜合金、纯镍（Ni））等构成的内层5A、和由以Ni为主成分的合金构成的外层5B。并且，在中心电极5的前端部设有圆柱状的端头31，端头31由耐耗损性良好的金属（例如铱（Ir）、白金（Pt）、铑（Rh）、钌（Ru）、铼（Re）、钨（W）、钯（Pd）、或者以它们中的至少一种金属为主成分的合金等）构成。并且，中心电极5（端头31）的前端面呈平坦状，其前端部从绝缘子2的前端凸出。

并且，端子电极6以从绝缘子2的后端凸出的状态被插入轴孔4的后端侧并固定于此。

另外，在轴孔4的中心电极5和端子电极6之间设有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部通过导电性的玻璃密封层8、9分别与中心电极5和端子电极6电连接。

此外，所述主体配件3利用低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成有用于将点火火花塞1安装在内燃机等的安装孔中的螺纹部（外螺纹部）15。并且，在比螺纹部15靠后端侧形成有凸缘状的底座部16，环状的衬垫18嵌入到螺纹部15后端的螺纹颈17中。另外，在主体配件3的后端侧设有截面为六边形状的工具卡合部19，以便在将主体配件3安装于内燃机等时卡合扳手等工具，并且在主体配件3的后端部设有用于保持绝缘子2的铆接部20。

另外，在主体配件3的内周面设有用于卡定绝缘子2的锥状的台阶部21。并且，绝缘子2从主体配件3的后端侧朝向前端侧被插入主体配件3，并在自身的台阶部14被卡定于主体配件3的台阶部21的状态下，将主体配件3的后端侧开口部铆接在径向内侧即形成所述铆接部20，由此进行固定。另外，圆环状的密封片22介入设置在台阶部14、21之间。由此，保持燃烧室内的气密性，使进入到被暴露于燃烧室内的绝缘子2的长腿部13与主体配件3的内周面之间的间隙中的燃料气体不会泄露到外部。

另外，为了使基于铆接的密封更加彻底，在主体配件3的后端侧，环状的环部件23、24介入设置在主体配件3与绝缘子2之间，在环部件23、24之间填充有滑石（talc）25的粉末。即，主体配件3通过密封片22、环部件23、24和滑石25来保持绝缘子2。

另外，如图3所示，在主体配件3的前端部26接合有棒状的接地电极27，接地电极27在自身的中间部分被折返，其前端侧侧面与中心电极5的前端面相对。接地电极27由以Ni为主成分的合金（例如以Ni为主成分、并含有硅、铝及稀土类元素中至少一种的合金）构成。此外，在中心电极5的前端部与接地电极27的前端部之间形成有作为间隙的火花放电间隙33，通过从电源51向火花放电间隙33投入电能，能够在火花放电间隙33中产生火花放电。并且，在本实施方式中，假设火花放电间隙33的大小G1（mm，中心电极5与接地电极27之间的最短距离）小于2.0mm。另外，在本实施方式中，假设火花放电间隙33的大小G1为预定数值以上（例如0.3mm以上）。

返回图1，电源51对点火火花塞1供给电能，在火花放电间隙33中产生火花放电，电源51具有一次线圈52、二次线圈53、铁芯54和点火器55。

一次线圈52在其中心卷绕所述铁芯54，其一端与电力供给用的电池56连接，其另一端与点火器55连接。另外，二次线圈53在其中心卷绕所述铁芯54，其一端连接于一次线圈52和电池56之间，其另一端与点火火花塞1的端子电极6连接。

此外，点火器55利用预定的晶体管形成，根据来自由预定的电子控制装置（ECU）71构成的控制部61的通电信号，切换从电池56向一次线圈52的电力的供给和供给停止。在向点火火花塞1供给电能的情况下，使电流从电池56流向一次线圈52，在所述铁芯54的周围形成磁场，然后将来自控制部61的通电信号从导通切换为断开，由此停止从电池56向一次线圈52的通电。随着通电的停止，所述铁芯54的磁场变化，在二次线圈53产生负极性的电能。通过对点火火花塞1（火花放电间隙33）施加该电能，在火花放电间隙33中能够产生火花放电。

另外，在本实施方式中，在产生一次火花放电（一个周期中的火花放电）时的电源51的输出能量为100mJ以上（另外，当在一个周期中产生一次火花放电的情况下，输出能量是指产生这一次火花放电时的输出能量，当在一个周期中产生多次火花放电的情况下，输出能量是指产生各火花放电时的能量的总量）。通过投入这种高能量，在火花放电间隙33中产生火花放电，并且借助所述高能量对火花（火焰）提供朝向轴线CL1方向前端侧（即燃烧室的中心侧）的扩散力。另外，在产生一次火花放电时的电源51的输出能量小于100mJ的情况下，虽然借助所投入的电能而产生火花放电，但是不能产生借助所述电能对火花（火焰）提供朝向轴线CL1方向前端侧的扩散力的现象，仅仅是火焰随着时间的经过而蔓延。

另外，在本实施方式中，如前面所述假设电源51的输出能量为100mJ以上，并借助投入能量对火花（火焰）提供朝向轴线CL1方向前端侧的扩散力，在此特征的基础上按照下面所述来构成接地电极27。

即，如图4所示构成为，当在与轴线CL1垂直的平面VS中、将中心电极5的前端部和接地电极27沿着轴线CL1进行投影时，设中心电极5的投影区域5P（图4中带斜线的部位）中除与接地电极27的投影区域27P（图4中带散点图案的部位）重叠的区域之外的区域（图4中用粗线包围的区域）的面积为S1（mm²），设中心电极5的投影区域5P的面积为S2（mm²），此时满足S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2。即，火花放电间隙33的大小G1越小（即，朝向轴线CL1方向前端侧的火焰的扩散越容易被接地电极27阻碍），中心电极5的前端面与接地电极27的前端部的相对面积越小。

另一方面，如果中心电极5的前端面与接地电极27的前端部的相对面积过度减小，将导致在两个电极5、27之间产生火花放电的位置集中，火花放电间隙33有可能急速扩大。鉴于这种情况，在本实施方式中构成为使满足S1≤0.8×S2。即构成为，使中心电极5的前端面中不与接地电极27的前端部相对的面达到中心电极5前端面的面积的80%以下（换言之，使中心电极5的前端面中与接地电极27的前端部相对的面达到中心电极5前端面的面积的20%以上）。

另外，在本实施方式中，如图5所示构成为，当在与轴线CL1垂直的平面VS中、将中心电极5的前端部和接地电极27和接地电极27的中心轴CL2（参照图3）沿着轴线CL1进行投影时，接地电极27的投影区域27P的至少一部分与中心电极5的投影区域5P重叠，并且所述中心轴CL2的投影线PL位于偏离中心电极5的投影区域5P的中心CP的位置。即，在从轴线CL1方向前端侧观察时，以使中心轴CL2位于偏离中心电极5的前端面中心的位置的方式，设定接地电极27的配置位置。

如以上详细说明的那样，根据本实施方式，产生一次火花放电时来自电源51的输出能量为100mJ以上。因此，借助电能不仅在火花放电间隙33中生成火花（火焰），而且能够借助电能对火花（火焰）提供朝向前端侧（燃烧室的中心侧）的扩散力。

并且，这种对火花（火焰）提供朝向前端侧的扩散力的结构，在本实施方式中构成为满足S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2。因此，能够有效地抑制接地电极27对火花（火焰）朝向前端侧的扩散阻碍。由此，如图6（a）、（b）所示，能够充分运用通过将输出能量设为100mJ以上而形成的朝向前端侧的扩散力（图6中用黑箭头表示的力），能够使火花（火焰）朝向前端侧（燃烧室的中心侧）势头良好地成长。其结果是能够实现良好的引燃性。另外，在图6中，利用虚线示意地示出了火花（火焰）的成长。并且，图6中的白箭头表示火花（火焰）的蔓延方向，无论在输出能量小于100mJ的情况下还是面积S1、S1不满足上述关系式的情况下，火花（火焰）都沿着该白箭头方向蔓延。

另外，在本实施方式中，由于构成为满足S1≤0.8×S2，因而能够在火花放电间隙33中充分确保中心电极5和接地电极27的相对面积。因此，能够更可靠地抑制随着火花放电而形成的中心电极5或接地电极27的局部耗损，能够得到良好的耐久性。

另外，在本实施方式中，在从轴线CL1方向前端侧观察时，中心轴CL2位于偏离中心电极5的前端面中心的位置。因此，能够使接地电极27中位于中心电极5侧的面与相邻于该面的侧面之间的角部（电场强度提高、并成为火花放电的起点的部位）更接近中心电极5的前端部。因此，能够更多地形成作为火花放电的起点的部位，能够进一步有效地抑制中心电极5或接地电极27的局部耗损。其结果是能够实现耐久性的进一步提高。

[第2实施方式]

下面，关于第2实施方式，以与上述第1实施方式的不同之处为中心进行说明。在上述第1实施方式中，火花放电间隙33形成于中心电极5的前端部和接地电极27的前端部之间。与此相对，在本第2实施方式中，如图7所示，火花放电间隙43形成于在接地电极37的前端部设置的凸出部38与中心电极5之间。另外，凸出部38利用耐耗损性良好的金属（例如，Ir、Pt、Rh、Ru、Re、W、Pd、或者以它们中至少一种金属为主成分的合金等）构成，通过电阻焊接被接合于接地电极37的前端部。

另外，在本第2实施方式中，凸出部38比接地电极37中位于中心电极5侧的面向中心电极5侧凸出。因此，在设火花放电间隙43的大小（中心电极5和凸出部38之间的最短距离）为G3（mm）、设接地电极37与中心电极5的前端部之间的最短距离为G4（mm）时，满足G3<G4。并且，在本第2实施方式中构成为满足G3<2.0、以及G4<2.0。

另外，如图8所示，在与轴线CL1垂直的平面VS中，将中心电极5的前端部和接地电极37和凸出部38沿着轴线CL1进行投影。并且，设中心电极5的投影区域5P（图8中带斜线的部位）的面积为S2（mm²），设中心电极5的投影区域5P中除凸出部38的投影区域38P（图8中带网格图案的部位）之外的区域的面积为S3（mm²），设中心电极5的投影区域5P中除接地电极37的投影区域37P（图8中带散点图案的部位）及凸出部38的投影区域38P之外的区域的面积为S4（mm²）。此时构成为，满足S3≥[{-30（mm^-1）×G3+60}/100]×S2、以及S4≥[{-30（mm^-1）×G4+60}/100]×S2。即构成为，火花放电间隙43的大小G3越小（即，朝向轴线CL1方向前端侧的火焰的扩散越容易被凸出部38阻碍），中心电极5的前端面与凸出部38的相对面积越小。并且构成为，所述最短距离为G4越小（即，朝向轴线CL1方向前端侧的火焰的扩散越容易被接地电极37和凸出部38阻碍），中心电极5的前端面与接地电极37及凸出部38的相对面积越小。

另外，在本第2实施方式中构成为，满足S3≤0.8×S2、以及S4≤0.8×S2中至少一方（在本实施方式中是满足双方）。

根据以上所述的本第2实施方式，基本上发挥与上述第1实施方式相同的作用效果。即，如图9所示构成为，通过将输出能量设为100mJ以上，能够对火花（火焰）提供朝向前端侧的扩散力（图9中用黑箭头表示的力），并且使面积S3、S4满足所述算式，由此能够充分运用扩散力，能够使火花（火焰）朝向前端侧（燃烧室的中心侧）势头良好地成长。其结果是能够实现良好的引燃性。另外，在图9中利用虚线示意地示出了火花（火焰）的成长。并且，图9中的白箭头表示火花（火焰）的蔓延方向，无论在输出能量小于100mJ的情况下还是面积S1、S1不满足上述关系式的情况下，火花（火焰）都沿着白箭头方向蔓延。

另外，由于构成为满足S3≤0.8×S2，因而能够在火花放电间隙43中充分确保凸出部38和中心电极5的相对面积。因此，能够更可靠地抑制随着火花放电而形成的凸出部38或中心电极5的局部耗损，能够实现耐久性的提高。

另外，由于构成为满足S4≤0.8×S2，因而能够充分确保凸出部37及接地电极27和中心电极5的相对面积。其结果是，能够抑制接地电极27或中心电极5的局部耗损，能够进一步提高耐久性。

然后，为了确认通过上述实施方式所发挥的作用效果而制作了点火系统的试样，并对各试样进行了引燃性评价试验，所述各试样是这样制作的，将在产生一次火花放电时来自电源的输出能量（mJ）、火花放电间隙的大小G1（mm）、和中心电极的前端面的外径（mm）设为各种不同的情况，并且变更所述面积S1（mm²）与所述面积S2（mm²）之比（S1/S2，下面称为“面积比率”）。引燃性评价试验的概况如下所述。即，将试样的点火火花塞安装在1.5L、4气缸发动机上，然后在吸引负压-350mg、1600rpm的状态下进行动作。并且，逐渐增大空燃比（A/F）（使燃料逐渐稀薄），将发生失火的周期为每1000个周期达10个周期以上时的空燃比确定为临界空燃比。然后，在各试样中，把将面积S1设为0mm²的试样的临界空燃比作为基准，计算相对于所述基准的临界空燃比的提高量（空燃比提高量）。另外，空燃比提高量越大的试样，即使是在燃料稀薄的状态下也不易引发失火，因而可以说引燃性越好。

图10表示设火花放电间隙的大小G1为1.5mm、输出能量为100mJ，然后变更中心电极的前端面的外径和面积比率时的试验结果，图11表示设火花放电间隙的大小G1为1.5mm、设中心电极的前端面的外径为1.5mm，然后变更输出能量和面积比率时的试验结果。另外，图12表示设火花放电间隙的大小G1为1.1mm、设输出能量为100mJ，然后变更中心电极的前端面的外径和面积比率时的试验结果，图13表示设火花放电间隙的大小G1为1.1mm、设中心电极的前端面的外径为1.5mm，然后变更输出能量和面积比率时的试验结果。另外，图14表示设火花放电间隙的大小G1为0.5mm、设输出能量为100mJ，然后变更中心电极的前端面的外径和面积比率时的试验结果，图15表示设火花放电间隙的大小G1为0.5mm、设中心电极的前端面的外径为1.5mm，然后变更输出能量和面积比率时的试验结果。

另外，在图10、12、14中，利用圆圈绘制了设中心电极的前端面的外径为0.6mm的试样的试验结果，利用三角形绘制了设中心电极的前端面的外径为1.0mm的试样的试验结果，利用正方形绘制了设中心电极的前端面的外径为1.5mm的试样的试验结果。并且，在图11、13、15中，利用圆圈绘制了设输出能量为40mJ的试样的试验结果，利用三角形绘制了设输出能量为80mJ的试样的试验结果，利用正方形绘制了设输出能量为100mJ的试样的试验结果，利用菱形绘制了设输出能量为200mJ的试样的试验结果。

如图10和图11所示，在设火花放电间隙的大小G1为1.5mm的试样中，在设输出能量为100mJ以上时，通过设面积比率为15%，可知引燃性提高。另外，如图12和图13所示，在设火花放电间隙的大小G1为1.1mm的试样中，在设输出能量为100mJ以上时，通过设面积比率为27%，确认到引燃性提高。另外，如图14和图15所示，在设火花放电间隙的大小G1为0.5mm的试样中，在设输出能量为100mJ以上时，通过设面积比率为45%以上，明显引燃性提高。

并且，根据所得到的试验结果，在设输出能量为100mJ以上时，确认到能够提高引燃性的面积比率的最小值，可是如图16所示，在设火花放电间隙的大小G1为x、设面积比率为y时，通过满足y≥-30x+60，可知引燃性提高。即，通过设输出能量为100mJ以上，并且使满足S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2，明显引燃性提高。这被认为是通过下面的（1）和（2）的相辅相成作用，火花（火焰）朝向轴线方向前端侧（燃烧室的中心侧）势头良好地成长。

（1）通过设输出能量为100mJ以上，处于借助电能对火花（火焰）提供朝向轴线方向前端侧（燃烧室的中心侧）的扩散力的状态。

（2）通过设为S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2，火花（火焰）朝向轴线方向前端侧的扩散不易被接地电极阻碍。

另外，基于上述观点，认为通过使在接地电极设置凸出部的点火系统构成为，使在凸出部和中心电极之间形成的火花放电间隙的大小G3（mm）和所述面积S3（mm²）满足S3≥[{-30（mm^-1）×G3+60}/100]×S2，火花（火焰）朝向轴线方向前端侧的扩散不易被凸出部阻碍。另外，认为通过构成为使接地电极和中心电极之间的最短距离G4（mm）和所述面积S4（mm²）满足S4≥[{-30（mm^-1）×G4+60}/100]×S2，火花（火焰）朝向轴线方向前端侧的扩散不易被凸出部或接地电极阻碍。因此，认为通过使满足S3≥[{-30（mm^-1）×G3+60}/100]×S2、以及S4≥[{-30（mm^-1）×G4+60}/100]×S2，能够使火花（火焰）朝向轴线方向前端侧（燃烧室的中心侧）势头良好地成长，能够得到良好的引燃性。

根据上述试验的结果，可以说优选在接地电极和中心电极之间形成有火花放电间隙的点火系统构成为，将产生一次火花放电（一个周期中的火花放电）时的电源的输出能量设为100mJ以上，并且满足S1≥[{-30（mm^-1）×G1+60}/100]×S2，以便实现引燃性的提高。

并且，可以说优选设有接地电极的凸出部、并在凸出部和中心电极之间形成有火花放电间隙的点火系统构成为，将产生一次火花放电（一个周期中的火花放电）时的电源的输出能量设为100mJ以上，并且满足S3≥[{-30（mm^-1）×G3+60}/100]×S2、以及S4≥[{-30（mm^-1）×G4+60}/100]×S2，以便实现引燃性的提高。

然后，对于将所述面积比率（S1/S2）进行各种变更后的点火系统的试样进行了耐久性评价试验。耐久性评价试验的概况如下所述。即，将试样的点火火花塞安装在预定的容器中，使容器内成为氮气氛围，将容器内的压力设定为0.4Mpa。然后，将施加电压的频率设为30Hz（即，以每分钟1800次的比率），使点火火花塞放电。并且，对于各试样测定使火花放电间隙的大小从初期状态增大到0.20mm以上的时间（耐久时间），并且计算所测定出的耐久时间与将面积S1设为0mm²的试样的耐久时间之比（耐久寿命比率）。另外，将面积S1设为0mm²的试样最大限度地确保了中心电极和接地电极的相对面积，因而耐久性极其良好。因此，可以说越是耐久寿命比率接近100%的试样（即，耐久时间越接近将面积S1设为0mm²的试样的耐久时间的试样）具有越好的耐久性。图17表示耐久性评价试验的试验结果。

如图17所示可知，将面积比率（S1/S2）设为80%以上的试样（即满足S1≤0.8×S2的试样）的耐久寿命比率达到95%以上，具有良好的耐久性。这被认为是因为能够充分确保中心电极和接地电极的相对面积，并且更可靠地抑制随着火花放电而形成的中心电极和接地电极的局部耗损。

另外，基于上述观点，认为在接地电极设置凸出部的点火系统通过将面积比率（S3/S2）设为80%以上（即满足S3≤0.8×S2），能够抑制凸出部或中心电极的局部耗损。另外，认为通过将面积比率（S4/S2）设为80%以上（即满足S4≤0.8×S2），能够抑制接地电极及凸出部或中心电极的局部耗损。因此，通过使满足S3≤0.8×S2以及S4≤0.8×S2中至少一方，能够得到良好的耐久性，通过使满足S3≤0.8×S2以及S4≤0.8×S2双方，能够得到极好的耐久性。

根据上述试验的结果，可以说优选在接地电极和中心电极之间形成有火花放电间隙的点火系统构成为满足S1≤0.8×S2，以便实现耐久性的提高。

并且，可以说优选设有接地电极的凸出部、并在凸出部和中心电极之间形成有火花放电间隙的点火系统构成为，满足S3≤0.8×S2以及S4≤0.8×S2中至少一方，更优选满足双方，以便实现耐久性的提高。

然后，将火花放电间隙的大小G1设为1.1mm，将面积比率（S1/S2）设为30%以上，当在与轴线垂直的平面中、将中心电极的前端部和接地电极的中心轴沿着轴线进行投影时，制作了使所述中心轴的投影线与中心电极的投影区域的中心重叠而构成的点火系统的试样（中央配置试样）、以及使所述中心轴的投影线位于偏离中心电极的投影区域的中心的位置而构成的点火系统的试样（偏置配置试样），对于这两种试样进行了上述耐久性评价试验。然后，计算偏置配置试样的耐久时间与中央配置试样的耐久时间之比（耐久寿命比率）。图18表示该试验的结果。

如图18所示可知，中心轴的投影线位于偏离中心电极的投影区域的中心的位置而构成的偏置配置试样，具有更加良好的耐久性。这被认为是通过使接地电极错位，接地电极的中心电极侧面与侧面之间的角部（电场强度提高、并且成为火花放电的起点的部位）更加接近中心电极的前端部，因而形成更多的作为火花放电的起点的部位，其结果是能够有效地抑制中心电极或接地电极的局部耗损。

根据上述试验的结果，可以说优选构成为当在与轴线垂直的平面中、将中心电极的前端部和接地电极的中心轴沿着轴线进行投影时，所述中心轴的投影线位于偏离中心电极的投影区域的中心的位置，以便实现耐久性的进一步提高。

另外，不限于上述实施方式的记载内容，例如也可以按照以下方式进行实施。当然，也能够是下面没有示例的其它应用例、变更例。

（a）在上述第2实施方式中，接地电极37和凸出部38利用不同的材料构成，但是例如通过使接地电极的前端部变形，也可以利用相同的材料构成接地电极和凸出部。

（b）在上述第2实施方式中，在从轴线CL1方向前端侧观察时构成为，接地电极37与中心电极5的前端部的一部分重叠。与此相对，也可以构成为如图19所示，通过以从接地电极44的侧面凸出的方式构成凸出部45，在从轴线CL1方向前端侧观察时，凸出部45与中心电极5的前端部重叠，但接地电极44不与中心电极5的前端部重叠。

（c）在上述实施方式中构成为，接地电极27、37的宽度沿着中心轴CL2是固定的，但也可以构成为如图20所示，接地电极46具有宽度朝向前端而逐渐变狭窄的锥部47。通过形成这种结构，能够更可靠地增大所述面积S1、S4，能够更可靠地提高引燃性。

（d）在上述实施方式中，来自电源51的电能通过配电器供给各点火火花塞1，但也可以构成为对各点火火花塞1分别设置电源51，从一个电源51向一个点火火花塞1供给电能。

（e）电源51也可以使用能量可变的电源。在这种情况下，在内燃机的运转条件是容易产生引燃性的下降的条件时，通过在产生一次火花放电（一个周期中的火花放电）时从电源51输出比较大的能量，能够更可靠地得到良好的引燃性。另一方面，在不易产生引燃性的下降的运转条件时，通过在产生一次火花放电（一个周期中的火花放电）时从电源51输出比较小的能量，能够维持良好的引燃性，并且实现随着火花放电而形成的中心电极5和接地电极27等的耗损抑制，能够提高耐久性。

（f）在上述实施方式中，对于接地电极27被接合在主体配件3的前端部26的情况进行了具体说明，但也能够适用于将主体配件的一部分（或者预先焊接在主体配件上的前端配件的一部分）进行磨削来形成接地电极的情况（例如，日本特开2006-236906号公报等）。

（g）在上述实施方式中，工具卡合部19形成为截面呈六边形，但关于工具卡合部19的形状，不限定于这种形状。例如，也可以形成为Bi-HEX（变形十二边）形状[ISO22977：:205(E)]等。

Claims

1.一种点火系统，具有点火火花塞和电源，所述点火火花塞具有：筒状的绝缘体，具有贯通轴线方向的轴孔；中心电极，被插通设置在所述轴孔的前端侧；以及棒状的接地电极，与所述中心电极的前端部之间形成间隙，所述电源向所述间隙投入电能，通过从所述电源向所述间隙投入电能，在所述间隙中产生火花放电，所述点火系统的特征在于，

产生一次火花放电时的所述电源的输出能量为100mJ以上，

设所述间隙的大小为G1mm，

当在与所述轴线垂直的平面中、将所述中心电极的前端部和所述接地电极沿着所述轴线进行投影时，设所述中心电极的投影区域中除与所述接地电极的投影区域重叠的区域之外的区域的面积为S1mm²，设所述中心电极的投影区域的面积为S2mm²，则满足

S1≥[{-30(mm^-1)×G1+60}/100]×S2

G1<2.0

S1≤0.8×S2。

2.一种点火系统，具有点火火花塞和电源，所述点火火花塞具有：筒状的绝缘体，具有贯通轴线方向的轴孔；中心电极，被插通设置在所述轴孔的前端侧；主体配件，设置于所述绝缘体的外周；棒状的接地电极，配置在所述主体配件的前端部；以及凸出部，设置于所述接地电极的前端部，与所述中心电极的前端部之间形成间隙，所述电源向所述间隙投入电能，通过从所述电源向所述间隙投入电能，在所述间隙中产生火花放电，所述点火系统的特征在于，

产生一次火花放电时的所述电源的输出能量为100mJ以上，

设所述间隙的大小为G3mm，

设所述接地电极与所述中心电极的前端部之间的最短距离为G4mm，

当在与所述轴线垂直的平面中、将所述中心电极的前端部、所述接地电极和所述凸出部沿着所述轴线进行投影时，设所述中心电极的投影区域的面积为S2mm²，设所述中心电极的投影区域中除所述凸出部的投影区域之外的区域的面积为S3mm²，设所述中心电极的投影区域中除所述接地电极的投影区域及所述凸出部的投影区域之外的区域的面积为S4mm²，则满足

S3≥[{-30(mm^-1)×G3+60}/100]×S2

S4≥[{-30(mm^-1)×G4+60}/100]×S2

G3<2.0

G4<2.0。

3.根据权利要求2所述的点火系统，其特征在于，

满足S3≤0.8×S2、以及S4≤0.8×S2中至少一方。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的点火系统，其特征在于，

当在与所述轴线垂直的平面中、将所述中心电极的前端部、所述接地电极和所述接地电极的中心轴沿着所述轴线进行投影时，所述接地电极的投影区域的至少一部分与所述中心电极的投影区域重叠，并且所述中心轴的投影线位于偏离所述中心电极的投影区域的中心的位置。