CN104247179A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能提高内燃机的燃烧效率的火花塞。火花塞(100)中的接地电极(40)的中间部(460)的截面形状满足关系：B>(A/2)、R1>r1且R2>r2，其中，A表示沿X轴方向基点P3与基点P4之间的长度，B表示沿Y轴方向从连接基点P3与基点P4的直线到基点P7的长度，r1表示第一弯曲部的平均曲率半径，r2表示第二弯曲部的平均曲率半径，R1表示第三弯曲部的平均曲率半径，以及R2表示第四弯曲部的平均曲率半径。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及火花塞，特别涉及火花塞的接地电极。

背景技术

火花塞设有中心电极和接地电极，中心电极与接地电极之间形成间隙，火花塞是在中心电极与接地电极之间的间隙引起火花放电的点火装置。火花塞在中心电极与接地电极暴露于燃烧室内的状态下安装在内燃机内。接地电极相对于内燃机的相对位置关系由内燃机中形成的阴螺纹与火花塞中形成的阳螺纹之间的啮合关系确定。因此，当火花塞安装在内燃机中时，通常难以调整接地电极的位置关系。因此，根据接地电极的位置关系，可能存在燃烧前空气燃料混合物的流动被阻碍从而降低了点火性能的情况或者存在点火后火焰的成长被阻碍从而损失燃烧能量的情况。

专利文献1和专利文献2说明了为了避免归因于接地电极的位置关系造成的点火性能的降低和燃烧能量的损失，对于火花塞中的接地电极的截面形状而言，与中心电极对应侧的外形线为直线状，其它外形线为向外突出的弯曲状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-134319号公报

专利文献2：日本特开2007-134320号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1和专利文献2中，未对由于接地电极的位置关系导致的点火性能的降低和燃烧能量的损失可以通过火花塞中的接地电极的截面形状来减少进行充分地考虑。

本发明的目的是提供能够增加内燃机的燃烧效率的火花塞。

用于解决问题的方案

本发明为了解决至少部分的上述问题而做出，本发明可以实现为以下实施方式和应用例。

【应用例1】根据应用例1的火花塞，其包括：中心电极，其为棒状并且在轴线方向上延伸；筒状的金属壳；以及接地电极，所述接地电极具有基端部和末端部，其中，所述基端部固定于所述金属壳，所述接地电极朝向所述中心电极的前端弯曲，使得所述末端部与所述中心电极之间在轴线方向上形成间隙，所述接地电极具有面向所述中心电极的对向面，所述对向面的范围从所述基端部直到所述末端部，所述接地电极的在从所述间隙的轴线方向长度的中点起向轴线方向上的两个方向各0.30mm的范围内的、位于与轴线方向垂直的平面上的截面形状的外形线包括：对向边，其为直线状并且构成所述对向面；第一弯曲部，在作为所述对向边的端点的两个基点P1和P2以及在沿所述对向边的X轴方向上在所述截面形状中具有最大长度的两个基点P3和P4之中，所述第一弯曲部连接所述基点P1与所述基点P3并向外突出；第二弯曲部，所述第二弯曲部连接所述基点P2与所述基点P4并向外突出；第三弯曲部，所述第三弯曲部连接所述基点P3与所述外形线上的基点P5并向外突出，在所述基点P5处，所述外形线与沿与轴线方向和X轴方向垂直的Y轴方向穿过所述基点P1的直线相交；第四弯曲部，所述第四弯曲部连接所述基点P4与所述外形线上的基点P6并向外突出，在所述基点P6处，所述外形线与沿Y轴方向穿过所述基点P2的直线相交；以及连接部，所述连接部连接所述基点P5与所述基点P6并穿过基点P7，所述基点P7在Y轴方向上与所述对向边之间在所述截面形状中具有最大长度，并且满足B>(A/2)、R1>r1且R2>r2，其中：A是所述基点P3与所述基点P4之间的沿X轴方向的长度；B是从连接所述基点P3与所述基点P4的直线沿Y轴方向到所述基点P7的长度；r1是所述第一弯曲部的平均曲率半径；r2是所述第二弯曲部的平均曲率半径；R1是所述第三弯曲部的平均曲率半径；以及R2是所述第四弯曲部的平均曲率半径。

【应用例2】在根据应用例1的火花塞中，能够满足B(mm)≥(A(mm)/2)+0.06(mm)、a<b且c<d，其中：a是所述基点P1与所述基点P3之间的沿X轴方向的长度；b是所述基点P1与所述基点P3之间的沿Y轴方向的长度；c是所述基点P2与所述基点P4之间的沿X轴方向的长度；以及d是所述基点P2与所述基点P4之间的沿Y轴方向的长度。

【应用例3】在根据应用例1或应用例2的火花塞中，所述间隙沿轴线方向的长度H能够小于1.10mm，作为所述接地电极的在从轴线方向所见的所述接地电极与所述中心电极重叠的范围内的、位于与轴线方向和X轴方向平行的平面上的截面形状的末端部截面形状的外形线能够包括：末端部对向边，其为直线状的边并且构成所述对向面；第一末端弯曲部，在作为所述末端部对向边的端点的两个基点P’1和基点P’2以及在沿所述末端部对向边的X’轴方向上在所述末端部截面形状中具有最大长度的两个基点P’3和基点P’4之中，所述第一末端弯曲部连接所述基点P’1与所述基点P’3并向外突出；以及第二末端弯曲部，所述第二末端弯曲部连接所述基点P’2与所述基点P’4并向外突出，并且能够满足(D+E)/C≥0.27，其中：C是所述基点P’3与所述基点P’4之间的沿X’轴方向的长度；D是所述基点P’1与所述基点P’3之间的沿X’轴方向的长度；以及E是所述基点P’2与所述基点P’4之间的沿X’轴方向的长度。

【应用例4】在根据应用例1至应用例3中任一项的火花塞中，能够满足(a+c)/A≥0.27。

【应用例5】在根据应用例3的火花塞中，所述基点P’1与所述基点P’2之间的沿X’轴方向的长度F能够为0.80mm或更大。

【应用例6】在根据应用例1至应用例5中任一项的火花塞中，所述接地电极能够由含镍，即含Ni95重量％或更多的镍合金制成。

【应用例7】在根据应用例1至应用例6中任一项的火花塞中，在所述金属壳能够形成的螺纹部的公称直径为M10或更小。

本发明的实施方式不限于火花塞的形式，还可应用于例如接地电极的材料、设有火花塞的内燃机、火花塞的制造方法、使用该火花塞的点火方法等的各种形式。此外，本发明不限于前述形式，当然还可以在不脱离本发明的主旨的范围内以不同形式实现。

发明的效果

根据应用例1的火花塞，能够防止从接地电极侧沿Y轴方向流向间隙的空气燃料混合气的逆流在间隙中发生。因此，能够减少由于接地电极的位置关系导致的点火性能的降低。其结果是，能够增加内燃机的燃烧效率。

根据应用例2的火花塞，能够进一步防止从接地电极侧沿Y轴方向流向间隙的空气燃料混合气的逆流在间隙中发生。

根据应用例3的火花塞，能够减少接地电极在点火后阻碍从间隙沿轴线方向向接地电极的末端部扩展的火焰成长的影响。因此，能够减少由于接地电极造成的燃烧能量的损失。其结果是，能够进一步增加内燃机的燃烧效率。

根据应用例4的火花塞，能够减少接地电极在点火后阻碍从间隙沿Y轴方向向接地电极扩展的火焰成长的影响。因此，能够减少由于接地电极造成的燃烧能量的损失。其结果是，能够进一步增加内燃机的燃烧效率。

根据应用例5的火花塞，能够提高接地电极的耐久性。

根据应用例6的火花塞，能够提高接地电极的耐久性。

根据应用例7的火花塞，通过使用具有小于标准尺寸M14的小直径的火花塞，能够增加内燃机的燃烧效率。

附图说明

图1是示出了火花塞的局部截面图。

图2是示出了放大的接地电极的说明图。

图3是示出了接地电极的中间部的截面形状的说明图。

图4是示出了接地电极的末端部的截面形状的说明图。

图5是示出了关于接地电极的中间部的截面形状的第一评价试验的结果的表。

图6是示出了关于接地电极的中间部的截面形状的第二评价试验的结果的表。

图7是示出了关于接地电极的中间部的截面形状的第三评价试验的结果的表。

图8是示出了第三评价试验的图。

图9是示出了关于接地电极的末端部的截面形状的第四评价试验的结果的表。

图10是示出了第四评价试验的图。

图11是示出了关于接地电极的末端部的截面形状的第五评价试验的结果的表。

图12是示出了关于接地电极中镍含量的第六评价试验的结果的图。

图13是示出了第二实施方式的接地电极的说明图。

图14是示出了第三实施方式的末端部的截面形状的说明图。

图15是示出了第四实施方式的末端部的截面形状的说明图。

具体实施方式

A.第一实施方式：A-1，火花塞的结构：图1是示出了火花塞100的局部截面图。在图1中，以作为火花塞100的轴心的轴线CA1为界，纸面的右手侧示出了火花塞100的外观形状，纸面的左手侧示出了火花塞100的截面形状。在本实施方式的说明中，图1的下侧被称为火花塞100中的“前端侧”，图1的上侧被称为火花塞100中的“后端侧”。

火花塞100设有中心电极10、绝缘体20、金属壳30和接地电极40。在本实施方式中，火花塞100的轴线CA1也是中心电极10、绝缘体20和金属壳30各构件的轴心。

图1示出了彼此垂直的XYZ轴。图1中的XYZ轴与将稍后说明的其它附图中的XYZ轴对应。

在图1中的XYZ轴中，沿轴线CA1的轴为Z轴。对于Z轴方向(轴线方向)，从火花塞100的前端侧到后端侧的方向为+Z轴方向，相反的方向为–Z轴方向。

在图1中的XYZ轴中，沿接地电极40朝向轴线CA1弯曲的方向的轴为Y轴。对于沿Y轴的Y轴方向，接地电极40朝向轴线CA1弯曲的方向为-Y轴方向，相反的方向为+Y轴方向。

在图1中的XYZ轴中，与Y轴和Z轴垂直的轴为X轴。对于沿X轴的X轴方向，从纸面的后方到前方的方向为+X轴方向，相反的方向为-X轴方向。

火花塞100的中心电极10是具有导电性的电极体。中心电极10为沿Z轴方向(轴线方向)延伸的棒状。在本实施方式中，中心电极10由主成分为镍的镍合金(例如，Inconel(注册商标))制成。中心电极10的外侧面通过绝缘体20与外部电绝缘。中心电极10的前端11从绝缘体20的前端侧突出。中心电极10的后端侧电连接于绝缘体20的后端侧。在本实施方式中，中心电极10的后端侧经由密封体16、陶瓷电阻17、密封体18和端子金属固定件19电连接于绝缘体20的后端侧。

火花塞100的绝缘体20是具有电绝缘性的绝缘体。绝缘体20为沿Z轴方向(轴线方向)的筒状形式。在本实施方式中，绝缘体20通过烧制绝缘陶瓷材料(例如，氧化铝)制成。绝缘体20设有轴孔28，轴孔28是沿轴线CA1的贯通孔。中心电极10保持在绝缘体20的轴孔28中。

火花塞100的金属壳30是具有导电性的金属件。金属壳30为沿Z轴方向(轴线方向)的筒状形式。在本实施方式中，金属壳30是镀镍低碳钢的筒状形式的金属件。在其它实施方式中，金属壳30可以是镀锌金属件，或不镀(无镀)金属件。金属壳30在与中心电极10电绝缘的状态下弯边(swage)于绝缘体20的外侧面。

金属壳30设有端面31和螺纹部32。金属壳30的端面31为构成金属壳30的前端侧的中空圆形面的形式。接地电极40与端面31接合。绝缘体20和中心电极10从端面31的中央突出。金属壳30的螺纹部32为外侧面形成螺纹的圆筒部。在本实施方式中，将金属壳30的螺纹部32螺合地安装于内燃机200的螺纹孔210中，从而使火花塞100安装于内燃机200中。

在本实施方式中，形成于金属壳30的螺纹部32的公称直径为M10。在其它实施方式中，螺纹部32的公称直径可以小于M10，或大于M10。

火花塞100的接地电极40是具有导电性的电极体。接地电极40为弯曲的棒状。接地电极40具有从金属壳30的端面31沿-Z轴方向延伸然后向轴线CA1弯曲的形状。

接地电极40由主成分为镍(Ni)的镍合金(例如，Inconel(注册商标))制成。从提高接地电极40的耐久性的观点看，接地电极40优选由包含95重量％或更多镍的镍合金制成。稍后说明接地电极40中镍的含量的评价值。

图2是示出了放大的接地电极40的说明图。在图2中，从+X轴方向看的接地电极40与中心电极10的前端侧一起示出。接地电极40具有对向面405、基端部410、中间部460和末端部480。

接地电极40在末端部480处与中心电极10的前端11之间在Z轴方向(轴线方向)上形成间隙SG。在火花塞100安装在内燃机200中的状态下，通过对中心电极10施加2万-3万伏的高压，能够在间隙SG中引起火花放电。间隙SG可以被称为火花间隙。

接地电极40的对向面405为从基端部410直到末端部480的面向中心电极10并与X轴平行的面。

接地电极40的基端部410是与棒状的接地电极40的两个端部之中的末端部480不同的基部。基端部410固定于金属壳30。在本实施方式中，基端部410通过焊接固定在金属壳30的端面31。

如图2所示，接地电极40的中间部460是从间隙SG的沿Z轴方向(轴线方向)的长度H的中点PLh开始，向+Z轴方向和-Z轴方向的两个方向(向轴线方向上的两个方向)各0.30mm(毫米)范围内的部分。在图2中，阴影线被应用于中间部460所对应的部分。

图3是示出了接地电极40的中间部460的截面形状的说明图。图3中示出的中间部460的截面形状是沿图2中的箭头F3-F3所见的、位于XY平面(即，与轴线方向垂直的平面)的接地电极40的截面形状。中间部460的截面形状的外形线460L具有第一弯曲部461、第二弯曲部462、第三弯曲部463、第四弯曲部464、对向边465和连接部466。

外形线460L的对向边465是构成对向面405的、沿X轴的直线状的部分。在对向边465的两个端部中，-X轴方向侧的端点为基点P1，+X轴方向侧的端点为基点P2。

外形线460L的第一弯曲部461是向外突出并连接基点P1与基点P3的部分。基点P3是中间部460的截面形状中的、在X轴方向上具有最大长度A的直线Lx上的两个基点中的-X轴方向侧的基点。第一弯曲部461的平均曲率半径r1是由将第一弯曲部461分割成各0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线460L的第二弯曲部462是向外突出并连接基点P2与基点P4的部分。基点P4是中间部460的截面形状中的、在X轴方向上具有最大长度A的直线Lx上的两个基点中的+X轴方向侧的基点。第二弯曲部462的平均曲率半径r2是由将第二弯曲部462分割成各0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线460L的第三弯曲部463是向外突出并连接基点P3与基点P5的部分。基点P5是沿Y轴方向穿过基点P1的直线L1与外形线460L相交的基点。第三弯曲部463的平均曲率半径R1是由将第三弯曲部463分割成各0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线460L的第四弯曲部464是向外突出并连接基点P4与基点P6的部分。基点P6是沿Y轴方向穿过基点P2的直线L2与外形线460L相交的基点。第四弯曲部464的平均曲率半径R2是由将第四弯曲部464分割成各0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线460L的连接部466是连接基点P5与基点P6并穿过基点P7的部分。基点P7是在中间部460的截面形状中的、与对向边465之间在Y轴方向上长度最大的基点。在本实施方式中，连接部466是向外突出并连接基点P5与基点P6的部分。在本实施方式中，基点P7位于穿过中间部460的截面形状的X轴方向上的中央的直线Ly上。

从防止从接地电极40侧沿Y轴方向流向间隙SG的空气燃料混合气在间隙SG中发生逆流的观点看，在中间部460的全部区域中，在基点P3与基点P4之间沿X轴方向的长度A、沿Y轴方向从线Lx到基点P7的长度B与平均曲率半径R1、R2、r1、r2之间，优选满足关系：B>(A/2)、R1>r1以及R2>r2。稍后说明与这些条件相关的评价值。

从防止从接地电极40侧沿Y轴方向流向间隙SG的空气燃料混合气在间隙SG中发生逆流的观点看，在中间部460的全部区域中，在长度A和长度B、基点P1与基点P3之间沿X轴的长度a、基点P1与基点P3之间沿Y轴的长度b、基点P2与基点P4之间沿X轴的长度c、基点P2与基点P4之间沿Y轴的长度d之间，还优选满足关系：B(mm)≥(A(mm)/2)+0.06mm、a<b以及c<d。稍后说明与这些条件有关的评价值。

从减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Y轴方向朝向接地电极40扩展的火焰成长的影响的观点看，在中间部460的全部区域中，长度A、a和c之间的关系优选地满足：(a+c)/A≥0.27。稍后说明与这些条件有关的评价值。

回到对图2的说明，接地电极40的末端部480是与棒状的接地电极40的两个端部之中的基端部410不同的端部。间隙SG形成于末端部480的对向面405与中心电极10的前端11之间。如图2所示，末端部480是从Z轴方向(轴线方向)所见的接地电极40的与中心电极10重叠的范围内的部分。在图2中，阴影被应用于末端部480所对应的部分。

图4是示出了接地电极40的末端部480的截面图的说明图。图4示出的末端部480的截面形状(末端部截面形状)是沿图2中的箭头F4-F4所见的位于ZX平面上(即，与轴线方向和X轴方向平行的平面上)的接地电极40的截面形状。末端部480的截面形状的外形线480L具有第一末端弯曲部481、第二末端弯曲部482、第三末端弯曲部483、第四末端弯曲部484、末端部对向边485和连接部486。在本实施方式中，沿末端部对向边485的X’轴与X轴对应。

外形线480L的末端部对向边485是呈沿X轴的直线状并构成对向面405的部分。在末端部对向边485的两个端点中，-X轴方向侧的端点是基点P’1，+X轴方向侧的端点是基点P’2。

外形线480L的第一末端弯曲部481是向外突出并连接基点P'1和基点P'3的部分。基点P'3是末端部480的截面形状中的、在X轴方向上具有最大长度C的直线L'x上的两个基点中的-X轴方向侧的基点。第一末端弯曲部481的平均曲率半径r'1是由将第一末端弯曲部481分割成各0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线480L的第二末端弯曲部482是向外突出并连接基点P'2和基点P'4的部分。基点P'4是末端部480的截面形状中的、在X轴方向上具有最大长度C的直线L'x上的两个基点中的+X轴方向侧的基点。第二末端弯曲部482的平均曲率半径r'2是由将第二末端弯曲部482分割成各0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线480L的第三末端弯曲部483是向外突出并连接基点P'3和基点P'5的部分。基点P'5是沿Z轴方向穿过基点P'1的直线L'1与外形线480L相交的基点。第三末端弯曲部483的平均曲率半径R'1是由将第三末端弯曲部483分割成各0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线480L的第四末端弯曲部484是向外突出并连接基点P'4和基点P'6的部分。基点P'6是沿Z轴方向穿过基点P'2的直线L'2与外形线480L相交的基点。第四末端弯曲部484的平均曲率半径R'2是由将第四末端弯曲部484分割成各个0.10mm的线段得到的曲率半径的平均值。

外形线480L的连接部486是连接基点P'5和基点P'6并穿过基点P'7的部分。基点P'7是在末端部480的截面形状中的、与末端部对向边485之间在Z轴方向上具有最大长度G的基点。在本实施方式中，连接部486是向外突出并连接基点P'5和基点P'6的部分。在本实施方式中，基点P'7位于穿过末端部480的截面形状的X轴方向上的中央的直线L'y上。

从减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Z轴方向(轴线方向)朝向接地电极40的末端部480扩展的火焰成长的影响的观点看，在末端部480的全部区域，基点P’3与基点P’4的之间沿X轴方向长度C、基点P’1与基点P’3之间沿X轴方向的长度D以及基点P’2与基点P’4之间沿X’轴方向的长度E之间，优选地满足关系：(D+E)/C≥0.27。特别地，当间隙SG沿Z轴方向(轴线方向)的长度H变得小于1.10mm时，接地电极40的末端部480的形状对火焰成长施加的影响变大。因此，在H<1.10(mm)的情况下，满足(D+E)/C≥0.27是有效的。稍后说明与这些条件有关的评价值。

从提高接地电极40的耐久性的观点看，优选地，在末端部480的全部区域，从基点P’1沿X轴方向直到基点P’2的长度F为0.80mm或更大。稍后说明与这些条件有关的评价值。

在本实施方式中，通过将与图4示出的末端部480的截面形状一致的棒状构件弯曲而形成接地电极40，因此，形成图3中示出的中间部460的截面形状。在其它实施方式中，接地电极40的各部分的形状可以通过诸如切削、磨削、研磨等机械加工成形。

A-2.关于接地电极的评价：<A第一评价试验>图5是表明关于接地电极40的中间部460的截面形状的第一评价试验的结果的表。在第一评价试验中，制备接地电极40的中间部460的截面形状不同的多个火花塞100作为样本。这些样本安装在进行流体分析的风洞管中，从而确认在从接地电极40侧沿Y轴方向朝向间隙SG(沿-Y轴方向)均匀流动的情况下，是否在间隙SG中引起逆流。具体地，作为样本的火花塞100以中心电极10和接地电极40在风洞管的内侧突出并且接地电极40的中间部460在间隙SG的上游侧的方式安装在风洞管中。在风洞管内发生8m/s(米每秒)的管内流速的均匀流动的状况下，确认在间隙SG中是否发生逆流。

图5示出了识别样本的识别符号、长度A、B、a、b、c、d中的各值、平均曲率半径R1、R2、r1、r2中的各值以及在间隙SG中有/无逆流。在第一评价试验中，制备在中间部460的全部区域满足图5中表示的各值的16个样本A1到A16。样本A1至A16全都满足a<b且c<d。

根据满足B>(A/2)的样本A1至A8的评价结果，发现当在样本A3、A4、A7、A8中满足B>(A/2)、R1>r1且R2>r2时，在间隙SG中不发生逆流。在样本A1、A2、A5、A6中，发现即使当满足B>(A/2)而不满足R1>r1且R2>r2时，在间隙SG中发生逆流。

根据满足B＝(A/2)的样本A9至A12的评价结果，即使当满足R1>r1且R2>r2时，存在在间隙SG中发生逆流的情况(样本A11)和在间隙SG中不发生逆流的情况(样本A12)。如在样本A9、A10中，发现当满足B＝(A/2)、R1<r1且R2<r2时，在间隙SG中发生逆流。

根据满足B<(A/2)的样本A13至A16的评价结果，无论是否满足R1>r1且R2>r2，在间隙SG中都发生逆流。

因此，根据第一评价试验的结果，从防止从接地电极40侧沿Y轴方向朝向间隙SG流动的空气燃料混合气的逆流在间隙中发生的观点看，可以评价出优选的是，在中间部460的全部区域，满足关系：B>(A/2)、R1>r1且R2>r2，如样本A3、A4、A7、A8所示。

<第二评价试验>图6是表明关于接地电极40的中间部460的截面形状的第二评价试验的结果的表。除了在以比第一评价试验大的10m/s的管内流速的均匀流动中进行流体分析之外，第二评价试验与第一评价试验相同。

图6示出了识别样本的识别符号、长度A、B、a、b、c、d中的各值、平均曲率半径R1、R2、r1、r2中的各值以及在间隙SG中有/无逆流。图6还示出了基于长度A的评价值S(＝(A(mm)/2)+0.06(mm))中的各值。在第二评价试验中，制备在中间部460的全部区域满足图6中表示的各值的24个样本B1至B24。样本B1至B24全部满足R1>r1且R2>r2。

根据满足a<b且c<d的样本B1至B6的评价结果，如在样本B4至B6中，发现当满足B≥S(即，B≥A/2+0.06)时，间隙SG中不发生逆流。如在样本B1至B3中，发现即使当满足a<b且c<d时，在B<S(即，B<A/2+0.06)的情况下，间隙SG中发生逆流。

根据满足a＝b且c＝d的样本B7至B12的评价结果，即使当满足B≥S(即，B≥A/2+0.06)时，存在间隙SG中发生逆流的情况(样本B10、B11)和间隙SG中不发生逆流的情况(样本B12)。如在样本B7至B9中，发现在B<S(即，B<A/2+0.06)、a＝b且c＝d的情况下，间隙SG中发生逆流。

根据满足a>b且c>d的样本B13至B18的评价结果，发现无论是否满足B≥S(即，B≥A/2+0.06)，间隙SG中都发生逆流。

根据满足a<b且c<d的样本B19至B24的评价结果，如在样本B22至B24中，发现当满足B≥S(即，B≥A/2+0.06)时，间隙SG中不发生逆流。如在样本B19至B21中，发现即使当满足a<b且c<d时，在B<S(即，B<A/2+0.06)的情况下，间隙SG中发生逆流。

因此，根据第二评价试验的结果，从防止从接地电极40侧沿Y轴方向朝向间隙SG流动的空气燃料混合气的逆流在间隙SG中发生的观点看，可以评价出进一步优选的是，在中间部460的全部区域，满足关系：B(mm)≥(A(mm)/2)+0.06(mm)、a<b且c<d。

<第三评价试验>图7是表明关于接地电极40的中间部460的截面形状的第三评价试验的结果的表。在第三评价试验中，制备接地电极40的中间部460的截面形状不同的多个火花塞100作为样本。这些样本安装在风洞管中，在此，当空气燃料混合气点火时评价火焰焰心的传播面积。具体地，使用配备了具有观察口(view port)的燃烧室的纹影(Schlieren)光学装置，点火0.5ms(毫秒)之后间隙SG和附近区域通过观察口由高速相机成像，从而得到纹影图像。然后，将纹影图像二值化，从而得到火焰焰心在与Y轴平行并穿过轴线CA1的平面上的传播面积。在第三评价试验中，丙烷气的空气燃料混合气以0.05MPa(兆帕)的压力供给到燃烧室，通过对样本施加50mJ(毫焦耳)电能引起火花放电，从而点燃空气燃料混合气。

图7示出了识别样本的识别符号、长度A的值、长度(a+c)的值、评价值T(＝(a+c)/A)的值、平均曲率半径R1、R2、r1、r2中的各值、传播面积的值和传播面积换算比的值。图7中的评价值T表示长度(a+c)相对于长度A的比率。图7中的传播面积换算比是长度A相同的样本的传播面积中具有最大值的良好传播面积被设为1时各传播面积的比。其表示的是，当该值变得小于1时，传播面积变小且火焰成长被阻碍。

在第三评价试验中，制备在中间部460的全部区域满足图7中各值的16个样本C1至C16。样本C1至样本C8的长度A为1.50mm；样本C9至样本C16的长度A为1.20mm。样本C1至样本C16全都满足R1>r1且R2>r2。样本C1至样本C16中的螺纹部32的公称直径为M10。

图8是示出了第三评价试验的结果的图。图8以横轴为评价值T以及纵轴为传播面积换算比的方式示出了第三评价试验的结果。

根据在X轴方向上的最大长度A为1.50mm的样本C1至C8的评价结果，发现随着表示长度(a+c)相对于长度A的比率的评价值T变小，传播面积换算比的值变小且火焰成长被中间部460阻碍。特别地，发现在评价值T的值小于由样本C3表示的0.27的样本C1、C2中，当与评价值T的值大于样本C3的评价值的值的样本C4至C8相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。

根据在X轴方向上的最大长度A为1.20mm的样本C9至C16的评价结果，如样本C1至样本C8的情况一样，发现当评价值T的值变小时，传播面积换算比的值变小且火焰成长被中间部460阻碍。特别地，发现在评价值T的值小于由样本C12表示的0.27的样本C9至C11中，当与评价值T的值大于样本C12的评价值的值的样本C13至C16相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。

因此，根据第三评价试验的结果，从减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Y轴方向朝向接地电极40扩展的火焰成长的影响的观点看，可以评价出优选的是，在中间部460的全部区域，评价值T为0.27或更大，即，在长度A、a和c之间满足关系：(a+c)/A≥0.27。

<第四评价试验>图9是表明关于接地电极40的末端部480的截面形状的第四评价试验的结果的表。除了在点火0.3ms之后获取纹影图像之外，第四评价试验与第三评价试验相同。

图9示出了识别样本的识别符号、长度C和G的值、长度(D+E)的值、评价值U(＝(D+E)/C)的值、平均曲率半径R’1、R’2、r’1、r’2中的各值、传播面积的值和传播面积换算比的值。图9中的评价值U表示长度(D+E)相对于长度C的比率。图8中的传播面积换算比是长度C和G相同的样本的传播面积中具有最大值的良好的传播面积被设为1时各传播面积的比。其表示的是，当该值变得小于1时，传播面积较小且火焰成长被阻碍。

在第四评价试验中，制备在末端部480的全部区域满足图9中各值的16个样本D1至D16。在样本D1至样本D8中，长度C为1.50mm，长度G为1.20mm。在样本D9至样本D16中，长度C为1.20mm，长度G为1.00mm。样本D1至样本D16全都满足R’1>r’1且R’2>r’2。样本D1至样本D16中的螺纹部32的公称直径均为M10。样本D1至样本D16中的间隙SG的长度均为0.90mm。

图10是示出了第四评价试验的结果的图。图10以横轴为评价值U以及纵轴为传播面积换算比的方式示出了第四评价试验的结果。

根据在X轴方向上的最大长度C为1.50mm并且在Z轴方向上的最大长度G为1.20mm的样本D1至D8的评价结果，发现随着表示长度(D+E)相对于长度C的比率的评价值U变小，传播面积换算比的值变小且火焰成长被末端部480阻碍。特别地，在评价值U的值小于由样本D3表示的0.27的样本D1、D2中，发现当与评价值U的值大于样本D3的评价值的值的样本D4至D8相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。

根据在X轴方向上的最大长度C为1.20mm并且在Z轴方向上的最大长度G为1.00mm的样本D9至D16的评价结果，发现如样本D1至样本D8的情况一样，当评价值U变小时，传播面积换算比的值变小且火焰成长被末端部480阻碍。特别地，在评价值U的值小于由样本D12表示的0.27的样本D9至D11中，发现当与评价值U的值大于样本D12的评价值的值的样本D13至D16相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。

因此，根据第四评价试验的结果，从减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Z轴方向(轴线方向)朝向接地电极40的末端部480扩展的火焰成长的影响的观点看，可以评价出优选的是评价值U为0.27或更大，即，在长度C、D和E之间满足关系(D+E)/C≥0.27。特别地，当间隙SG沿Z轴方向(轴线方向)的长度H变得小于1.10mm时，接地电极40的末端部480的形状对火焰成长施加的影响变大。因此，在H<1.10(mm)的情况下，满足(D+E)/C≥0.27是有效的。

<第五评价试验>图11是示出了关于接地电极40的末端部480的截面形状的第五评价试验的结果的图。在第五评价试验中，制备末端部对向边485的长度F不同的多个火花塞100作为样本。对这些样本进行台式火花耐久性试验。具体地，在0.6MPa压力的大气环境下，通过作为样本的火花塞100以60Hz(赫兹)的频率火花放电75小时。此后，沿X轴测量间隙SG的长度H，得到作为从实验前的时间点起的长度H的增量的间隙增量。图11以横轴为长度F以及纵轴为间隙增量的方式示出了第五评价试验的结果。

在第五评价试验中，制备24个样本E1至E24。样本E1至E24中的螺纹部32的公称直径均为M10。样本E1至E24中的间隙SG的长度H在试验前的时间点均为0.90mm。样本E1至E24中的中心电极10的前端11的直径为1.50mm。

在样本E1至E6中，末端部480在X轴方向上的最大长度C为1.50mm；末端部480在Z轴方向上的最大长度G为1.20mm；接地电极40的镍(Ni)含量总共为88重量％(重量分数)，同时末端部对向边485的长度F在从0.60mm至1.10mm的范围内变化。在样本E7至E12中，长度C为1.20mm，长度G为1.00mm，镍的含量总共为98重量％，同时长度F在从0.60mm至0.95mm之间的范围内变化。在样本E13至E18中，长度C为1.50mm，长度G为1.20mm，镍的含量总共为95重量％，同时长度F在从0.60mm至1.10mm的范围内变化。在样本E19至E24中，长度C为1.50mm，长度G为1.20mm，镍的含量总共为98重量％，同时长度F在从0.60mm至1.10mm的范围内变化。

根据样本E1至E24的评价结果，发现无论长度C和G的值是多少，随着末端部对向边485的长度F变小，间隙增量的值变大且末端部480的耐久性降低。特别地，与长度F的值为0.80或更大的情况相比，当长度F变得小于0.80mm时，间隙增量的增加率变大。

因此，根据第五评价试验的结果，从提高接地电极40的耐久性的观点看，可以评价出优选的是在末端部480的全部区域，长度F为0.80mm或更大。

<第六评价试验>图12是示出了关于接地电极40的镍含量的第六评价试验的结果的图。在第六评价试验中，制备镍含量不同的多个火花塞100作为样本。对这些样本进行台式火花耐久性试验。第六评价试验的具体内容与第五评价试验的具体内容相同。图12以横轴为镍含量以及纵轴为间隙增量的方式示出了第六评价试验的结果。

在第六评价试验中，制备6个样本F1至F6。样本F1至F6中的螺纹部32的公称直径均为M10。样本F1至F6中的间隙SG的长度H在试验前的时间点均为0.90mm。样本F1至F6中的中心电极10的前端11的直径为1.50mm。在样本F1至F6中，共同地，长度C为1.50mm，长度G为1.20mm，长度D和E为0.35mm，长度F为0.80mm，同时镍含量在从88重量％至98重量％的范围内变化。

根据样本F1至F6的评价结果，发现随着镍含量变小，间隙增量的值变大且末端部480的耐久性降低。特别地，发现与镍含量为95％或更大的情况相比，随着镍含量变得少于95重量％，间隙增量的值的增加率变大。

因此，根据第六评价试验的结果，从提高接地电极40的耐久性的观点看，可以评价出优选的是接地电极40由含镍95重量％或更大的镍合金制成。

A-3效果：根据上述第一实施方式，通过满足B>(A/2)、R1>r1且R2>r2，能够防止从接地电极40侧沿Y轴方向流向间隙SG的空气燃料混合气的逆流在间隙SG中发生。因此，能减少由于接地电极40的位置关系导致的点火性能的降低。其结果是，能够提高内燃机200的燃烧效率。

另外，通过满足B(mm)≥(A(mm)/2)+0.06(mm)、a<b且c<d，能够进一步防止从接地电极40侧沿Y轴方向流向间隙SG的空气燃料混合气的逆流在间隙中发生。

此外，通过满足(a+c)/A≥0.27，能够减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Y轴方向朝向接地电极40扩展的火焰成长的影响。因此，能够减少由于接地电极40的位置关系导致的燃烧能量的损失。其结果是，能进一步提高内燃机200的燃烧效率。

此外，通过满足(D+E)/C≥0.27，能够减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Z轴方向朝向接地电极40的末端部480扩展的火焰成长的影响。因此，能够减少由于接地电极40导致的燃烧能量的损失。其结果是，能进一步提高内燃机200的燃烧效率。

此外，通过将长度F设为0.80mm或更大，能够提高接地电极40的耐久性。另外，通过将镍含量率设为95重量％或更大，能够提高接地电极的耐久性。

B.第二实施方式：在第二实施方式的说明中，与第一实施方式的构件相同的构件由相同的标号表示，具有添加到在第一实施方式中使用的标号的字母“a”的标号用于在形状、位置等方面不同，但与第一实施方式中的构件对应的构件。

图13是示出了第二实施方式中的放大的接地电极40a的说明图。除了设有具有贵金属电极头450a的接地电极40a之外，第二实施方式的火花塞100a与第一实施方式的火花塞相同。在图2中，从+X轴方向看到的接地电极40a与中心电极10的前端侧一起示出。

接地电极40a的贵金属电极头450a焊接在末端部480a的对向面405a中。在第二实施方式中，间隙SG沿Z轴方向(轴线方向)的长度H是沿Z轴方向从中心电极10的前端11直到末端部480a的对向面405a的长度。

贵金属电极头450a是含有贵金属的金属体，该贵金属比接地电极40a的母材在对火花放电或氧化的耐久性上更出色。在本实施方式中，贵金属电极头450a由包含20重量％的铂铑作为主成分的合金制成。在其它实施方式中，贵金属电极头450a的材料可以是其它合金，或者作为非合金的贵金属本身(例如铂、铱、钌、铑等)。

根据上述第二实施方式，与第一实施方式的情况相同，能够提高内燃机200的燃烧效率。

C.第三实施方式：在第三实施方式的说明中，与第一实施方式的构件相同的构件由相同的标号表示，具有添加到在第一实施方式中使用的标号的字母“b”的标号用于在形状、位置等方面不同，但与第一实施方式中的构件对应的构件。

图14是示出了第三实施方式中的末端部480b的截面形状的说明图。图14中示出的末端部480b的截面形状位于ZX平面。除了设有沿X轴连接基点P’5与基点P’6的连接部486b之外，第三实施方式中的末端部480b的截面形状的外形线480Lb与第一实施方式中的末端部的截面形状的外形线相同。第三实施方式的基点P’7b是连接部486b上的基点，且基点P’7b与基点P’5和基点P’6一起在末端部480的截面形状中与末端部对向边485之间在Z轴方向上具有最大长度G。

根据上述第三实施方式，与第一实施方式中的情况相同，能够提高内燃机200的燃烧效率。

D.第四实施方式：在第四实施方式的说明中，与第一实施方式的构件相同的构件由相同的标号表示，具有添加到在第一实施方式中使用的标号的字母“c”的标号用于在形状、位置等方面不同，但与第一实施方式中的构件对应的构件。

图15是示出了第四实施方式中的末端部480c的截面形状的说明图。图15中示出的末端部480c的截面形状位于ZX平面。除了设有连接部486c之外，第四实施方式中的末端部480c的截面形状的外形线480Lc与第一实施方式中的末端部的截面形状的外形线相同。第四实施方式的连接部486c在基点P’5侧与第三末端弯曲部483平滑地连结，在基点P’6侧与第四末端弯曲部484平滑地连结，且在连接部486c的中央部为沿X轴的直线的形式。第四实施方式的基点P’7c是位于连接部486b的中央部的直线上并且在末端部480的截面形状中与末端部对向边485之间在Z轴方向上具有最大长度G的基点。

根据上述第三实施方式，与第一实施方式中的情况相同，能够提高内燃机200的燃烧效率。

E.其它实施方式：虽然以上已说明了本发明的实施方式，但本发明不限于前述实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明还可以被以各种显而易见的形式实施。

附图标记列表

10…中心电极

11…前端

16…密封体

17…陶瓷电阻

18…密封体

19…端子金属固定件

20…绝缘体

28…轴孔

30…金属壳

31…端面

32…螺纹部

40、40a…接地电极

100、100a…火花塞

200…内燃机

210…螺纹孔

405、405a…对向面

410…基端部

450a…贵金属电极头

460…中间部

460L…外形线

461…第一弯曲部

462…第二弯曲部

463…第三弯曲部

464…第四弯曲部

465…对向边

466…连接部

480…末端部

480L、480Lb、480Lc…外形线

480a…末端部

480b…末端部

480c…末端部

481…第一末端弯曲部

482…第二末端弯曲部

483…第三末端弯曲部

484…第四末端弯曲部

486、486b、486c…连接部

Claims (7)

1.一种火花塞，其包括：

中心电极，其为棒状并且在轴线方向上延伸；

筒状的金属壳；以及

接地电极，所述接地电极具有基端部和末端部，其中，所述基端部固定于所述金属壳，所述接地电极朝向所述中心电极的前端弯曲，使得所述末端部与所述中心电极之间在轴线方向上形成间隙，

所述接地电极具有面向所述中心电极的对向面，所述对向面的范围从所述基端部直到所述末端部，

所述接地电极的在从所述间隙的轴线方向长度的中点起向轴线方向上的两个方向各0.30mm的范围内的、位于与轴线方向垂直的平面上的截面形状的外形线包括：

对向边，其为直线状并且构成所述对向面；

第一弯曲部，在作为所述对向边的端点的两个基点P1和P2以及在沿所述对向边的X轴方向上在所述截面形状中具有最大长度的两个基点P3和P4之中，所述第一弯曲部连接所述基点P1与所述基点P3并向外突出；

第二弯曲部，所述第二弯曲部连接所述基点P2与所述基点P4并向外突出；

第三弯曲部，所述第三弯曲部连接所述基点P3与所述外形线上的基点P5并向外突出，在所述基点P5处，所述外形线与沿与轴线方向和X轴方向垂直的Y轴方向穿过所述基点P1的直线相交；

第四弯曲部，所述第四弯曲部连接所述基点P4与所述外形线上的基点P6并向外突出，在所述基点P6处，所述外形线与沿Y轴方向穿过所述基点P2的直线相交；以及

连接部，所述连接部连接所述基点P5与所述基点P6并穿过基点P7，所述基点P7在Y轴方向上与所述对向边之间在所述截面形状中具有最大长度，并且

满足B>(A/2)、R1>r1且R2>r2，其中：

A是所述基点P3与所述基点P4之间的沿X轴方向的长度；

B是从连接所述基点P3与所述基点P4的直线沿Y轴方向到所述基点P7的长度；

r1是所述第一弯曲部的平均曲率半径；

r2是所述第二弯曲部的平均曲率半径；

R1是所述第三弯曲部的平均曲率半径；以及

R2是所述第四弯曲部的平均曲率半径。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，满足B≥(A/2)+0.06mm、a<b且c<d，其中：

a是所述基点P1与所述基点P3之间的沿X轴方向的长度；

b是所述基点P1与所述基点P3之间的沿Y轴方向的长度；

c是所述基点P2与所述基点P4之间的沿X轴方向的长度；以及

d是所述基点P2与所述基点P4之间的沿Y轴方向的长度，

A、B的单位均为mm。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述间隙沿轴线方向的长度H小于1.10mm，

作为所述接地电极的在从轴线方向所见的所述接地电极与所述中心电极重叠的范围内的、位于与轴线方向和X轴方向平行的平面上的截面形状的末端部截面形状的外形线包括：

末端部对向边，其为直线状的边并且构成所述对向面；

第一末端弯曲部，在作为所述末端部对向边的端点的两个基点P’1和基点P’2以及在沿所述末端部对向边的X’轴方向上在所述末端部截面形状中具有最大长度的两个基点P’3和基点P’4之中，所述第一末端弯曲部连接所述基点P’1与所述基点P’3并向外突出；以及

第二末端弯曲部，所述第二末端弯曲部连接所述基点P’2与所述基点P’4并向外突出，并且

满足(D+E)/C≥0.27，其中：

C是所述基点P’3与所述基点P’4之间的沿X’轴方向的长度；

D是所述基点P’1与所述基点P’3之间的沿X’轴方向的长度；以及

E是所述基点P’2与所述基点P’4之间的沿X’轴方向的长度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其特征在于，满足(a+c)/A≥0.27。

5.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述基点P’1与所述基点P’2之间的沿X’轴方向的长度F为0.80mm或更大。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述接地电极由含镍，即含Ni95重量％或更多的镍合金制成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的火花塞，其特征在于，在所述金属壳形成的螺纹部的公称直径为M10或更小。