CN1050707C

CN1050707C - 用于内燃机的火花塞

Info

Publication number: CN1050707C
Application number: CN96101357A
Authority: CN
Inventors: 松原佳弘; 国友严; 伊藤祥一郎
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2000-03-22
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: CN1136721A; EP0725463B1; DE69609209T2; DE69609209D1; EP0725463A1; JPH08213149A

Abstract

在用于内燃机的一种火花塞中，一个绝缘体有一个同圆心的轴向上的孔，位于该孔中的一个中心电极以其一个前端越过绝缘体的前端伸展。设置了一个金属壳，支承着绝缘体。把一个外电极连接到金属壳的前端上，与中心电极的前端部形成一个火花隙。外电极的至少一个外表面被做成一个平滑地弯曲的型面，对着中心电极，从而使沿着外电极流动的空气-燃油混合气平滑地流动。

Description

用于内燃机的火花塞

本发明涉及用于汽车内燃机的火花塞。

随着最近对提高燃油效率的需要，已经提出用稀薄的燃油气体运行汽车发动机的要求。在实现贫油燃烧发动机的过程中，显著地改进火花塞使稀薄的燃油气体燃烧的可点火性从而可以用贫油燃烧使发动机运行是相当本质性的。为了满足这一要求，已经设计出一种火花塞，在这种火花塞中把中心电极明显地延长，为的是点火位置靠近内燃机的燃烧室的中心。

然而，在先有的火花塞中，所采用的外电极的截面形状为长方形的。由于外电极的长方形截面的棱角部分，出现了火焰熄火效应(一种变冷效应)，妨碍了火焰核心的增长，同时，扰动了空气混合气的漩涡，从而使对空气混合气的可点火性变坏。当电极被更长地延伸到内燃机的燃烧室中时，情况更是这样。同时，可点火性受当把火花塞装到内燃机的汽缸头上时外电极取向为哪个侧面的影响。

因此，本发明的一个目的是提供用于内燃机的一种火花塞，它能均匀地改善可点火性，而不管外电极的取向为哪个侧面。

按照本发明，提供了一种火花塞，它包括：一个绝缘体，它有一个同圆心的轴向上的孔，在该孔中设置了一个中心电极，该中心电极的一个前端部越过绝缘体的前端伸展；为支承绝缘体而设置的一个金属壳；连接到金属壳的前端上的一个外电极，与中心电极的前端部形成一个火花隙；以及外电极的至少一个外表面被做成一个平滑地弯曲的型面，对着中心电极。

按照本发明的一个方面，外电极为单一的电极，它的前点火侧表面被做成平面的构形，与中心电极的前端表面一起形成火花隙。

按照本发明的另一个方面，外电极为多个电极，它们中的一个的前点火侧表面被做成平面的构形，与中心电极的前端表面一起形成火花隙。

按照本发明的另一个方面，外电极的前点火侧表面的截面被做成半圆形或多边形(其棱角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)，而除了前点火侧表面以外的外电极的其它部分的截面被做成半圆形，椭圆形，或多边形(其棱角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)。

按照本发明的另一个方面，除了与中心电极的前端表面一起形成火花隙的那个之外的外电极与中心电极的竖直侧面一起形成一个火花隙，并且外电极的截面是半圆形，椭圆形，或多边形(其棱角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)。

按照本发明的另一个方面，外电极至少为单一的电极，并与中心电极的竖直侧面一起形成一个火花隙。

按照本发明的另一个方面，外电极的截面被做成半圆形，椭圆形，或多边形(其棱角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)。

按照本发明的另一个方面，至少外电极的外表面被做成平滑地弯曲的型面，对着中心电极，并被设置在一个基座部分(外电极被在此基座部分连接到金属壳上)前面的一个部位。

按照本发明的另一个方面，基座部分(外电极被在此基座部分连接到金属壳上)前面的那个部位的截面被做成半圆形，椭圆形，或多边形(其棱角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)。

按照本发明的另一个方面，外电极为一个单一的电极，它的前点火侧表面被做成平面的构形，与中心电极的前端表面一起形成火花隙。

按照本发明的另一个方面，除了与中心电极的前端表面一起形成火花隙的那个之外的外电极与中心电极的竖直侧面一起形成一个火花隙。

按照本发明的另一个方面，与中心电极的竖直侧面一起形成火花隙的那个外电极的前点火端被做成平面的构形。

按照本发明的另一个方面，与中心电极的竖直侧面一起形成火花隙的那个外电极的前点火端被做成与中心电极的竖直侧面相对应的弯月形的凹口。

按照本发明的另一个方面，中心电极的前端表面伸展进入燃烧室中5毫米或更多一点。

按照本发明的另一个方面，外电极有铜制的核心或以铜为基础制成的核心。

按照本发明的另一个方面，贵金属顶端或以贵金属为基础制成的顶端被至少部分地设置在外电极的与中心电极一起形成火花隙的那一部分上。

按照本发明的另一个方面，中心电极在与外电极一起形成火花隙的前点火端有贵金属顶端或以贵金属为基础制成的顶端。

靠至少把外电极的外表面制作成平滑地弯曲的型面，与中心电极相对着，使得减小外电极对空气—燃油混合气的气流的影响成为可能。这就是说，平滑地弯曲的型面使得显著地减小对空气—燃油混合气流的扰动成为可能，从而确保进入点火部分的空气—燃油混合气的气流平滑，而不会妨碍气流进入点火部分，因此，使得可以改善点火性能，并减小可点火性受外电极取向为哪个侧面的影响的变化。

靠把平滑地弯曲的型面设置在一个基座端(外电极被在此端部连接到金属壳上)前面的一个部位，也使得减小外电极对空气—燃油混合气的气流的影响成为可能。即，平滑地弯曲的型面使得显著地减小对空气—燃油混合气流的扰动成为可能，从而确保进入点火部分的空气—燃油混合气的气流平滑，而不会妨碍气流进入点火部分，因此，使得可以改善点火性能，并减小可点火性受外电极取向为哪个侧面的影响的变化。

靠把外电极的前点火侧表面做成平面的构形，与中心电极的前端表面一起形成火花隙，使得有效地防止火花腐蚀成为可能，从而可以延长使用寿命。应该注意到，在所有这些情况下，″平滑地弯曲的型面″是指外表面不是带棱角的，没有任何带边缘的棱角。

将参考着下面的附图更详细地描述本发明的这些和其它目的，方面和实施例，在附图中有：

图1为按照本发明的第一实施例的火花塞的点火部分的一半纵向剖面图；

图2为沿着图1的A-A线所取的外电极的横截面图；

图3a和3b为沿着图1的B-B线所取的外电极的横截面图；

图4a为火花塞的点火部分的正面图；

图4b为由图4a的箭头C看过去的火花塞的点火部分的正面图；

图5a为火花塞的点火部分的正面图；

图5b为由图5a的箭头D看过去的火花塞的点火部分的正面图；

图6为示出先有技术与本发明之间的可点火性的比较的图；

图7a，7b和7c为按照本发明的第二实施例的各种外电极的横截面图；

图8为按照本发明的第三实施例的火花塞的点火部分的一半纵向剖面图；

图9为按照本发明的第四实施例的火花塞的点火部分的一半纵向剖面图；

图10a为按照本发明的第五实施例的火花塞的点火部分的顶视图；

图10b为按照本发明的第五实施例的火花塞的点火部分的一半纵向剖面图；

图11a为按照本发明的第六实施例的火花塞的点火部分的顶视图；

图11b为按照本发明的第六实施例的火花塞的点火部分的一半纵向剖面图；

图12为按照本发明的第七实施例的火花塞的点火部分的一半纵向剖面图；以及

图13为按照本发明的第八实施例的火花塞的点火部分的一半纵向剖面图。

参见图1，2，3a，3b，4a和4b，这些图示出按照本发明的第一实施例的火花塞1的上面部分，火花塞1有一个中心电极3和一个外电极5。中心电极3位于一个绝缘体2的一个轴向的孔2a中，并且，接地的电极5被连接到一个金属壳4的前端部4a上，该金属壳支承地包围着绝缘体2。中心电极3的前端表面3a与外电极5一起形成了一个火花隙G。

中心电极3为复合结构，其中铜的核心或以铜为基础的核心被嵌入一个镍的金属包覆或镍基的金属包覆之中，并且中心电极3的前端表面3a由绝缘体2的前端2b伸出一个预先确定的长度。

外电极由镍或镍基合金制成，并且其一端弯向中心电极3的前端表面3a，同时另一端被焊接到金属壳4的前端4a上。除了外电极5的前点火侧表面5a(它与中心电极3的前端表面3a一起形成火花隙G)之外，外电极5的截面形状为圆形，如图2中所示。外电极5的前点火侧表面5a被做成平面的构形，包括前点火侧表面5a的外电极5的截面为半圆形或长方形(正方形)，该方形的四角(R)被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点，如图3a和3b中所示。在图3a和3b中，外电极5的半圆形表面5g或变圆的四角(R)用作平滑地弯曲的型面，当使空气—燃油混合气进入内燃机的燃烧室中时，把沿着外电极5流动的空气—燃油混合气的气流变平滑。

如下地制作外电极5：

(1)把一段截面为圆形的直线坯料焊接到金属壳4的前端4a上，然后在一个预先确定的长度上切断。

(2)把它的前端(此端与中心电极3一起形成火花隙G)借助冲压步骤压制成圆形或长方形(通常为正方形)截面，从而在一侧提供平面的构形(前点火侧表面5a)，该侧面与中心电极3的前端表面3a相对。

(3)随后，把外电极5的前部弯向中心电极3，与中心电极3的前端表面3a相对，从而形成火花隙G，该火花隙的宽度由一侧到另一侧基本上是均匀的。

由于外电极5的截面基本上为长方形或半圆形的，可以减小外电极5对空气—燃油混合气的气流的影响。这就是说，把外电极5制作成平滑地弯曲的型面，使得显著地减小对空气—燃油混合气流的流体阻力成为可能，从而确保进入点火部分的空气—燃油混合气的气流平滑，而不会妨碍气流进入点火部分，因此，使得可以改善点火性能，并减小可点火性受外电极取向为哪个侧面的影响的变化。

进行了一个实验比较本发明的外电极5(图4a和4b)与先有技术火花塞(图5a和5b)的外电极50之间的可点火性(贫油燃烧极限空气—燃油比)。在这种情况下，火花塞1所采用的外电极5的直径(d1)为1.7毫米。由外电极5的前端表面5e伸展的3.0毫米的横向区域(其中包括前点火侧表面5a)被做成截面通常为半圆的形状。

同时，先有的外电极50的截面为长方形的，尺寸为2.8毫米(w：宽度)×1.6毫米(t：厚度)。在本发明的外电极5和先有的外电极50中，中心电极3，30的直径(d2)都为2.6毫米，并且都分别由绝缘体2，20的前端2b，20b伸出8.5毫米(h1)。绝缘体2，20的前端都分别由金属壳4，40的前端4a，40a伸出1.5毫米(h2)。

图6示出实验结果，该结果比较了本发明的外电极5与先有技术火花塞的外电极50之间的可点火性(贫油燃烧极限空气—燃油比)。在用长方形的坯料制作的先有技术外电极50中，发现，可点火性受当把火花塞装到内燃机的汽缸头上时外电极取向为哪个侧面的影响而降低到发生不能接受的改变的程度。在按照本发明的外电极5中，发现，可点火性得到了改善，并且可点火性受当把火花塞装到内燃机的汽缸头上时外电极取向为哪个侧面的影响而发生的变化减小了。

因为外电极5的前点火侧表面5a被制作成平面的构形，与中心电极3的前端表面3a一起提供了火花隙G，所以减小火花腐蚀的数量是可能的，从而延长了使用寿命，这与一个中凸部分对着中心电极3的前端表面3a的情况相反。

图7a，7b和7c示出本发明的第二实施例，其中外电极5的截面为半圆形，椭圆形或其四角(R)被做成圆角的长方形，其半径为0.5毫米或更大一点。考虑到流体阻力和火焰熄灭效应，最好把外电极5的截面做成通常为正方形的构形。在这些情况下，观察到，当以如在本发明的第一实施例中所描述的相同的方式在外电极5的前点火侧表面5a进行切割时，外电极5的截面为半圆形或长方形(包括通常为正方形)(其四角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)。

图8示出本发明的第三实施例，其中外电极5为复合结构，它有铜的核心或以铜为基础的核心5c，被嵌入一个镍的金属包覆或镍基的金属包覆5b之中，为的是容易把热带走，从而减轻对外电极5的以氧化为基础的腐蚀。

图9示出本发明的第四实施例，其中把中心电极的前端部变细，比如使得直径(d)为1.0至1.5毫米，并把一个耐火花腐蚀的贵金属顶端6焊接到中心电极3的前端表面3a上，从而与外电极5一起形成火花隙G。在这种情况下，贵金属顶端6由铂，铱，铂—铱基合金或铂—镍基合金制成。靠这样变细的外电极5，可以减少火焰熄灭效应，从而改善可点火性，同时，靠把贵金属顶端6焊接到中心电极3上提高中心电极3的耐用性。

除了把贵金属顶端6焊接到中心电极3上之外，还可以把另外的一个贵金属顶端6a焊接到外电极5的前点火侧表面5a上，如图9的上部所示的那样。在这种情况下，贵金属顶端6a由铂，铱，铂—铱基合金或铂—镍基合金制成。

靠把贵金属顶端6a焊接到外电极5的前点火侧表面5a上，可以提高外电极5的耐用性。在这种情况下，当然，实际上，在本发明的第一至第三实施例中，可以仅只把贵金属顶端焊接到中心电极3的前端表面3a上，或仅只焊接到外电极5的前点火侧表面5a上。

图10a和10b示出本发明的第五实施例，其中设置了两个外电极5，5在直径上与设置在其间的中心电极3相对着。在这种情况下，每个外电极5，5弯向中心电极3，使得外电极5的前点火端5e与中心电极3的竖直侧面3s相对着。外电极5的前点火端5e被做成弯月形的凹口，被设置成与中心电极3同圆心。前点火端5e被用作前点火端表面，它与中心电极3的竖直侧面3s合作构成火花隙G，其宽度尺寸在横向上和竖直方向上都基本上是均匀的，因此防止了在有限的部位局部地出现火花腐蚀，从而使中心电极3有耐火花腐蚀的能力。

图11a和11b示出本发明的第六实施例，其中设置了两个外电极5，5在直径上与设置在其间的中心电极3相对着，其方式与在本发明的第五实施例中所描述的一样。每个外电极5，5弯向中心电极3，使得外电极5的前点火端5e与中心电极3的竖直侧面相对着。然而，外电极5的前点火端5e被做成平面的构形，如图11a中所示的那样。前点火端5e被用作前点火端表面，它与中心电极3的竖直侧面3s合作构成火花隙G，其宽度尺寸由中心到右和左的方向上都逐渐增加，这样使得可以减少妨碍火焰核心发展的火焰熄灭效应，从而提高了可点火性。观察到，在本发明的第五和第六实施例中，外电极5的截面可以是半圆形，椭圆形，或多边形(其棱角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)。

图12示出本发明的第七实施例，其中两个外电极5i，5j中之一与中心电极3的前端表面3a一起形成一个火花隙Gi，另一个外电极5J以其前点火端5e与竖直的侧面3s形成一个火花隙Gj，其方式与在本发明的第五和第六实施例中所描述的一样。在这种情况下，外电极5j的前点火端5e的截面可以为弯月形的凹口或平面的构形，其方式与在本发明的第五和第六实施例中所分别描述的一样。

图13示出本发明的第八实施例，其中使中心电极3的伸出的长度(L)增加，使得形成一种所谓突出型的火花塞。伸出的长度(L)是指中心电极3的前端表面3a由燃烧室Ci的壁部7朝向内燃机的燃烧室Ci的中心伸展的在轴向上的一个尺寸。在这种情况下，伸出的长度(L)被预先确定为5毫米或更大一点。

对于突出型的火花塞(此种火花塞是为了使稀薄的燃油气体燃烧)，最好采用外电极5。由于对于突出型的火花塞采用了外电极5，可以明显地改善可点火性，同时，减小了可点火性受当把火花塞装到内燃机的汽缸头上时外电极取向为哪个侧面的影响而发生的变化。特别是当以贫油燃烧运行内燃机(这种运行强烈地受由空气—燃油混合气进入所造成的漩涡的影响)时，这更为有效。靠把外电极5制作成有包覆层和核心的复合结构，可以提高外电极5带走热量的作用，从而显著地改善了它的耐用性，导致延长使用寿命。

在本发明的第一到第八实施例中所描述的外电极5中，在基座(外电极5被在此基座连接到金属壳4的前端4a上)前面的一部分，外电极5的截面可以是半圆形，椭圆形，或多边形(其棱角被做成圆角的，其半径为0.5毫米或更大一点)。在本发明的第九实施例中，在基座(外电极5被在此基座连接到金属壳4的前端4a上)处外电极5的截面被做成长方形。

靠只把基座(外电极5被在此基座连接到金属壳4的前端4a上)处的外电极5的截面做成长方形，可以加大外电极5焊接到金属壳4上的面积，从而提高它们之间的单元的强度，同时，改善通过金属壳4带走热量的作用，从而提高外电极5的耐用性。特别是当由于加大金属壳4的内壁与绝缘体2的腿部之间的环形空间(这是为了防止在绝缘体2上积碳)而使金属壳4的前端4a的厚度减小时，这更为有效。当采用厚度减小型的火花塞时，情况也是如此，采用厚度减小型的火花塞是因为金属壳4的前端4a的厚度随着设在金属壳4上的凸螺纹部分的直径的减小而减小。

应该注意到，本发明可以用于多极型火花塞，在这种火花塞中设有多个外电极，使得外电极为三个，四个，五个或更多。

尽管参考着特定的实施例描述了本发明，但是应该理解为，这种描述不应被看作限定性的，熟习技术的人可以对于特定的实施例作多种改型和添加，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种火花塞(1)，包括：

一个绝缘体(2)，它有一个同圆心上的轴向孔(2a)；

位于绝缘体(2)的轴向上的孔(2a)中的一个中心电极(3)，该中心电极(3)的前端部越过绝缘体(2)的前端(2b)延伸；

一个金属壳(4)，该壳支撑着绝缘体(2)，从而使绝缘体(2)的前端(2b)从金属壳(4)的前端(4a)伸出；

至少一个连接到金属壳(4)的前端(4a)上的外电极(5；5i，5j)，与中心电极的前端表面一起形成一个火花隙(G；Gi，Gj)；

其特征在于，

至少一个外电极(5；5i，5j)的外表面(5g；R)的至少一部分被制成一个平滑地弯曲的型面，至少一个外电极(5；5i，5j)的点火侧面(5a；5e)被制成平的形状，从而与中心电极(3)的前端部形成火花隙(G；Gi，Gj)。

2.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，至少一个外电极(5；5j)与中心电极(3)的竖直侧面(3s)形成一个火花隙(G；Gj)。

3.如权利要求2所述的火花塞，其特征在于，与中心电极(3)的竖直侧面(3s)形成一个火花隙(G；Gj)的那个或每一个外电极(5；5j)具有一个前点火端(5e)，该端为平的形状。

4.如权利要求2或3所述的火花塞，其特征在于，与中心电极(3)的竖直侧面(3s)形成一个火花隙(G；Gj)的那个或每一个外电极(5；5j)具有一个前点火端(5e)，该端根据中心电极(3)的竖直侧面的弧度被制成一个弯曲状的槽。

5.如权利要求4所述的火花塞，其特征在于，至少一个外电极(5；5i，5j)的横截面为圆形、半圆形、椭圆形或其尖角被倒圆或尖角的半径为0.5或更大的多边形。

6.如权利要求4所述的火花塞，其特征在于，至少一个外电极(5；5i，5j)的前端部的横截面被制成一个半圆形其尖角被倒圆或尖角的半径为0.5或更大的多边形，同时该至少一个的外电极(5；5i，5j)除前端部之外的其它部分的横截面被制成圆形、半圆形、椭圆形或其尖角被倒圆或尖角的半径为0.5或更大的多边形。

7.如权利要求4所述的火花塞，其特征在于，由光滑弯曲的型面构成的至少一个外电极(5；5i，5j)的外表面位于所述至少一个外电极的基座部分之前的一个部位上，所述的外电极(5；5i，5j)经该部位与金属壳(4)连接。

8.如权利要求7所述的火花塞，其特征在于，所述的外电极(5；5i，5j)经其与金属壳(4)连接的基座部分之前的部位的横截面被制成圆形、半圆形、椭圆形或其尖角被倒圆或尖角的半径为0.5或更大的多边形。

9.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，中心电极(3)的前端面从燃烧室的一个壁伸入燃烧室(Ci)中5.0mm或更多。

10.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，至少一个外电极(5；5i，5j)有一个铜的或铜基的芯(5c)。

11.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，贵金属顶端或以贵金属顶端为基础制成的顶端(6a)被至少部分地设置在至少一个外电极(5；5i，5j)与中心电极(3)形成火花隙(G；Gi，Gj)的部位上。

12.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，中心电极(3)在与至少一个外电极(5；5i，5j)形成火花隙(G；Gi，Gj)的前点火端上具有贵金属顶端或以贵金属顶端为基础制成的顶端(6)。