CN107819272B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供能提高点火性能的火花塞。包括：筒状绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；棒状中心电极，其沿轴线方向延伸，配置于轴孔顶端侧；主体金属壳体，其配置于绝缘体外周；棒状接地电极，其包括与主体金属壳体顶端连接的连接端部和位于连接端部的相反侧且与中心电极以在彼此之间形成间隙的方式相对的自由端部。绝缘体包括：筒状主体部，其顶端位于比中心电极顶端靠后端侧的位置；突出部，其在周向上的局部自主体部顶端向顶端侧突出，其顶端位于比中心电极顶端靠顶端侧的位置。在与轴线垂直且通过中心电极顶端的剖面中，突出部的至少一部分位于自中心电极中心相对于接地电极引出的两条切线之间，突出部覆盖中心电极周围中的1/3以下的范围。

Description

火花塞

技术领域

本说明书涉及一种在内燃机中用于对燃料气体进行点火的火花塞。

背景技术

内燃机中使用的火花塞例如包括有绝缘体、配置于绝缘体的轴孔内的顶端侧的中心电极、配置于绝缘体的周围的端子金属壳体以及与端子金属壳体连接的接地电极(例如专利文献1)。火花塞使火花产生于形成在中心电极与接地电极之间的间隙，并利用该火花的能量进行燃烧气体的点火。

在专利文献1的图7中，公开有一种绝缘体的顶端面相对于轴线方向倾斜的火花塞。在专利文献1中，这样的火花塞由于形成于中心电极与接地电极之间的燃料桥的位置偏移而并不优选。

专利文献1：日本特开2007-250258号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，近年，为了提高内燃机的燃烧效率、降低排放而逐渐采用燃料气体的稀薄化、排气再循环(EGR：Exhaust Gas Recirculation)的技术等。因此，谋求火花塞的点火性能的进一步提高。

本说明书涉及一种提高内燃机中使用的火花塞的点火性能的技术。

用于解决问题的方案

本说明书中公开的技术能够作为以下的应用例来实现。

[应用例1]

一种火花塞，该火花塞包括：

筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；

棒状的中心电极，其沿所述轴线方向延伸，且配置于所述轴孔的顶端侧；

主体金属壳体，其配置于所述绝缘体的外周；以及

棒状的接地电极，其具有连接端部和自由端部，该连接端部与所述主体金属壳体的顶端连接，该自由端部位于所述连接端部的相反侧且以在该自由端部与所述中心电极之间形成间隙的方式与所述中心电极相对，

该火花塞的特征在于，

所述绝缘体包括：筒状的主体部，其顶端位于比所述中心电极的顶端靠后端侧的位置；以及突出部，其在周向上的局部位置自所述主体部的顶端向顶端侧突出，且该突出部的顶端位于比所述中心电极的顶端靠顶端侧的位置，

在与所述轴线垂直且通过所述中心电极的顶端的剖面中，

所述突出部的至少一部分位于自所述中心电极的中心相对于所述接地电极引出的两条切线之间，

所述突出部覆盖所述中心电极的周围中的1/3以下的范围。

根据上述结构，能够利用突出部对产生于中心电极与接地电极之间的间隙的火花放电、由该火花放电引起的等离子进行定向。其结果，能够抑制火花放电、等离子朝向接地电极的蔓延，能够使火花放电、等离子远离接地电极。另外，由于突出部覆盖电极20的周围的范围为1/3以下，因此，突出部的灭火作用也不会变得过大。其结果，能够抑制接地电极的灭火作用，从而提高火花塞的点火性能。

[应用例2]

根据应用例1所述的火花塞，其特征在于，

在所述剖面中，

所述突出部覆盖所述中心电极的周围中的1/6以上的范围。

根据上述结构，由于突出部配置于中心电极的周围中的充分宽广的范围，因此，能够更有效地使火花放电、等离子远离接地电极。其结果，能够进一步提高火花塞的点火性能。

[应用例3]

根据应用例1或2所述的火花塞，其特征在于，

将所述突出部在所述轴线方向上自所述中心电极的顶端突出的突出量设为H，

将所述间隙的最短距离设为G，此时，

满足0.15≤H/G≤0.5。

根据上述结构，能够利用突出部抑制火花放电、等离子被熄灭。其结果，能够进一步提高火花塞的点火性能。

[应用例4]

根据应用例1～3中任一项所述的火花塞，其特征在于，

在所述剖面中，

所述突出部位于跨相对于所述接地电极引出的两条切线之间的整个范围的位置。

根据上述结构，由于突出部位于跨相对于接地电极引出的两条切线之间的整个范围的位置，因此，能够更有效地使火花放电、等离子远离接地电极。其结果，能够进一步提高火花塞的点火性能。

[应用例5]

根据应用例1～4中任一项所述的火花塞，其特征在于，

在使所述接地电极和所述中心电极投影于与所述轴线垂直的平面的情况下，将自所述接地电极的所述连接端部朝向所述自由端部的方向设为第1方向，将所述第1方向的相反方向设为第2方向，此时，

所述中心电极的放电面的所述第1方向上的端部位于比所述自由端部靠所述第1方向侧的位置。

根据上述结构，由于中心电极的第1方向上的端部位于比接地电极的自由端部靠第1方向侧的位置，因此，能够有效地抑制接地电极对于火花放电、等离子向顶端侧蔓延的妨碍。其结果，能够进一步提高火花塞的点火性能。

[应用例6]

一种点火系统，该点火系统包括：

火花塞，其为应用例1～5中任一项所述的火花塞；以及

电源装置，其用于向所述火花塞供给电力，

该点火系统的特征在于，

所述电源装置具有：第1电源，其供给用于在所述间隙中产生火花放电的电力；以及第2电源，其在利用所述第1电源供给电力之后，相对于所述第1电源独立地向产生于所述间隙的火花放电供给电力。

根据上述结构，由于在利用第1电源供给电力之后，相对于第1电源独立地向已产生的火花放电供给电力，因此，能够进一步提高火花塞的点火性能。

另外，本发明能够以各种方式来实现，例如，能够以火花塞、使用了火花塞的点火装置、搭载该火花塞的内燃机、搭载使用了该火花塞的点火装置的内燃机等的方式来实现。

附图说明

图1是本实施方式的点火系统的框图。

图2是实施方式的火花塞的一例子的剖视图。

图3是火花塞100的顶端附近的结构的说明图。

图4是绝缘体10的顶端附近的立体图。

图5是表示与轴线CO垂直且通过中心电极20的顶端的剖面CFB的图。

图6是表示各样品的突出部132的设置位置的图。

图7是变形例的突出部132b的附近的立体图。

附图标记说明

5、衬垫；6、环构件；8、板密封件；9、滑石；10、绝缘体；12、轴孔；13、长腿部；15、台阶部；16、台阶部；17、顶端侧主体部；18、后端侧主体部；19、凸缘部；20、中心电极；21、中心电极主体；21A、电极母材；21B、芯部；23、头部；24、凸缘部；25、腿部；29、中心电极头；30、接地电极；31、接地电极主体；31A、连接端部；31B、自由端部；39、接地电极头；40、端子金属壳体；41、盖安装部；42、凸缘部；43、腿部；50、主体金属壳体；50A、顶端面；51、工具卡合部；52、安装螺纹部；53、弯边部；54、座部；56、台阶部；58、压缩变形部；59、插入孔；60、导电性密封材；100、火花塞；131、主体部；131A、顶端；132、132b、突出部；132A、顶端；295、第1放电面；311、连接端面；312、自由端面；315、侧面；395、第2放电面；600、点火系统；640、放电用电源；650、高频电源；660、混合电路；662、线圈；663、电容器；670、阻抗匹配电路；680、控制装置；690、插头线。

具体实施方式

A.第1实施方式：

A-1.点火系统的结构：

图1是本实施方式的点火系统的框图。点火系统600包括有火花塞100、放电用电源640、高频电源650、混合电路660、阻抗匹配电路670、控制装置680以及与火花塞100的端子金属壳体连接的插头线690。

放电用电源640与未图示的电池和混合电路660连接。放电用电源640例如包含点火线圈，使用电池的电力生成比较高的电压，例如生成5kV至30kV的触发电压。所生成的触发电压经由混合电路660和插头线690被供给到火花塞100。

高频电源650与未图示的电池和阻抗匹配电路670连接。高频电源650例如包含DC/AC转换器，使用电池的电力生成相对高频(例如50kHz～100MHz)的电压(在本实施方式中，为交流电压)。所生成的交流电压经由阻抗匹配电路670、混合电路660以及插头线690被供给到火花塞100。

阻抗匹配电路670与混合电路660和高频电源650连接。阻抗匹配电路670使高频电源650侧的输出阻抗和混合电路660侧的输入阻抗相匹配。由此，能够抑制向火花塞100供给的交流电压的衰减。

混合电路660与放电用电源640、阻抗匹配电路670以及插头线690连接。混合电路660包括有连接在放电用电源640(还称作第1电源)和插头线690之间的线圈662以及连接在阻抗匹配电路670和插头线690之间的电容器663。混合电路660抑制电流自放电用电源640和高频电源650(还称作第2电源)的一方向另一方流动，并且，将来自放电用电源640的触发电压和来自高频电源650的交流电压这两者电压经由插头线690供给到火花塞100。线圈662容许来自放电用电源640的相对低频的电流流动，并抑制来自高频电源650的相对高频的电流流动。电容器663容许来自高频电源650的相对高频的电流流动，并抑制来自放电用电源640的相对低频的电流流动。另外，还可以利用放电用电源640中包含的点火线圈代替线圈662。

控制装置680与放电用电源640和高频电源650连接。控制装置680例如为包含处理器和存储器的计算机。控制装置680控制自放电用电源640向火花塞100供给触发电压的时刻和自高频电源650向火花塞100供给交流电压的时刻。

简单说明点火系统600的动作。控制装置680控制放电用电源640，向火花塞100供给触发电压。其结果，向火花塞100的中心电极与接地电极之间供给触发电压，在中心电极与接地电极之间的间隙产生由介质击穿引起的火花放电。也将由介质击穿引起的火花放电称作触发放电。控制装置680在供给触发电压之后，紧接着控制高频电源650，并向火花塞100供给交流电压。其结果，向利用触发电压产生的触发放电供给交流电压的能量，从而生成等离子。利用所生成的等离子的能量，对内燃机的燃烧室内的混合气体进行点火。在这样的点火系统600中利用的火花塞100还被称作高频等离子火花塞。

由此，可以说放电用电源640为供给用于产生火花放电的电力的电源，高频电源650为相对于放电用电源640独立地向所产生的火花放电供给电力的电源。

另外，本实施方式的高频电源650生成交流电压，但还可以代替交流电压，而生成包含多个矩形的脉冲电压在内的电压。交流电压、包含多个矩形的脉冲电压在内的电压均能够被称作包含多个峰值电压在内的电压。即，高频电源650生成高频的包含多个峰值电压在内的电压(例如交流电压、脉冲电压)即可。放电用电源640和高频电源650的整体能够被称作向火花塞100供给触发放电用的触发电压和等离子生成用的多个峰值电压的电压供给部。

A-2.火花塞的结构：

图2是实施方式的火花塞的一例子的剖视图。图示的线CO表示火花塞100的轴线。图示的剖面为包含轴线CO在内的剖面。也将与轴线CO平行的方向称作“轴线方向”。也将以轴线CO为中心且与轴线CO垂直的面上的圆的径向简称作“径向”，也将该圆的圆周方向称作“周向”。将与轴线CO平行的方向中的、图1中的下方称作顶端方向FD，将上方称作后端方向BD。顶端方向FD为自后述的端子金属壳体40朝向中心电极20、接地电极30的方向。另外，将顶端方向FD侧称作火花塞100的顶端侧，将后端方向BD侧称作火花塞100的后端侧。

火花塞100安装于内燃机，用于对内燃机的燃烧室内的燃烧气体进行点火。火花塞100包括有绝缘体10、中心电极20、接地电极30、端子金属壳体40以及主体金属壳体50。

绝缘体10通过烧结氧化铝等而形成。绝缘体10为沿轴线方向延伸且具有贯穿绝缘体10的贯穿孔即轴孔12的大致圆筒状的构件。绝缘体10包括有凸缘部19、后端侧主体部18、顶端侧主体部17、台阶部15以及长腿部13。后端侧主体部18位于比凸缘部19靠后端侧的位置，且具有比凸缘部19的外径小的外径。顶端侧主体部17位于比凸缘部19靠顶端侧的位置，且具有比凸缘部19的外径小的外径。长腿部13位于比顶端侧主体部17靠顶端侧的位置，且具有比顶端侧主体部17的外径小的外径。在将火花塞100安装于内燃机(未图示)时，长腿部13暴露于其燃烧室。台阶部15形成于长腿部13与顶端侧主体部17之间。

主体金属壳体50由导电性的金属材料(例如低碳钢材)形成，为用于将火花塞100固定于内燃机的发动机盖(省略图示)的大致圆筒状的构件。主体金属壳体50形成有沿轴线CO贯穿的插入孔59。主体金属壳体50配置于绝缘体10的外周。即，在主体金属壳体50的插入孔59内插入并保持有绝缘体10。绝缘体10的顶端比主体金属壳体50的顶端向顶端侧突出。绝缘体10的后端比主体金属壳体50的后端向后端侧突出。

主体金属壳体50包括有供火花塞扳手卡合的六棱柱形状的工具卡合部51、用于安装于内燃机的安装螺纹部52以及形成于工具卡合部51与安装螺纹部52之间的凸缘状的座部54。安装螺纹部52的标称直径例如设为M8(8mm(毫米))、M10、M12、M14、M18中的任一者。

在主体金属壳体50的安装螺纹部52与座部54之间嵌插有通过将金属板弯折而形成的环状的衬垫5。在将火花塞100安装于内燃机时，衬垫5将火花塞100与内燃机(发动机盖)之间的间隙密封。

主体金属壳体50还包括有设于工具卡合部51的后端侧的薄壁的弯边部53和设于座部54与工具卡合部51之间的薄壁的压缩变形部58。在形成于主体金属壳体50中的自工具卡合部51到弯边部53的部位的内周面与绝缘体10的后端侧主体部18的外周面之间的环状的区域配置有环状的环构件6、7。在该区域中的两个环构件6、7之间填充有滑石(talc)9的粉末。弯边部53的后端向径向内侧弯折，并固定于绝缘体10的外周面。在制造时通过将固定于绝缘体10的外周面的弯边部53向顶端侧按压，从而使主体金属壳体50的压缩变形部58压缩变形。利用压缩变形部58的压缩变形，借助环构件6、7和滑石9将绝缘体10在主体金属壳体50内朝向顶端侧按压。隔着金属制的环状的板密封件8，利用形成于主体金属壳体50的安装螺纹部52内周的台阶部56(金属壳体侧台阶部)按压绝缘体10的台阶部15(绝缘子侧台阶部)。其结果，能够利用板密封件8防止内燃机的燃烧室内的气体自主体金属壳体50与绝缘体10之间的间隙向外部泄漏。

中心电极20包括有沿轴线方向延伸的棒状的中心电极主体21和与中心电极主体21的顶端接合的圆柱状的中心电极头29。因而，在本实施方式中，中心电极20的顶端为中心电极头29的顶端(后述的第1放电面295)。中心电极主体21配置于绝缘体10的轴孔12的内部的靠顶端侧的部分。中心电极主体21具有包含电极母材21A和埋设于电极母材21A的内部的芯部21B的构造。电极母材21A例如使用镍(Ni)或以Ni为主要成分的合金(例如NCF600、NCF601)形成。芯部21B由导热性比形成电极母材21A的合金的导热性优异的铜或以铜为主要成分的合金形成，在本实施方式中，芯部21B由铜形成。

另外，中心电极主体21包括有设于轴线方向上的规定位置的凸缘部24(凸缘部)、比凸缘部24靠后端侧的部分即头部23(电极头部)以及比凸缘部24靠顶端侧的部分即腿部25(电极腿部)。凸缘部24支承于绝缘体10的台阶部16。腿部25的顶端部分、即中心电极主体21的顶端比绝缘体10的顶端向顶端侧突出。

中心电极头29为具有大致圆柱形状的构件，例如使用激光焊接接合于中心电极主体21的顶端(腿部25的顶端)，从而形成接合部27。中心电极头29的顶端面为在与后述的接地电极头39的第2放电面395之间形成火花间隙的第1放电面295。火花间隙为第1放电面295与第2放电面395之间的间隙，为产生用于对燃烧气体进行点火的火花放电的部位。

中心电极头29由以高熔点的贵金属为主要成分的材料形成。中心电极头29例如使用铱(Ir)、铂等贵金属、以该贵金属为主要成分的合金而形成。

接地电极30包括有接地电极主体31和接地电极头39。接地电极主体31为剖面呈四边形的棒状体。接地电极主体31具有连接端面311和位于连接端面311的相反侧的自由端面312作为两端面。连接端面311例如利用电阻焊接接合于主体金属壳体50的顶端面50A。由此，主体金属壳体50和接地电极主体31电连接。

接地电极主体31例如使用Ni或以Ni为主要成分的合金(例如NCF600、NCF601)而形成。接地电极主体31可以具有以下这样的双层构造，即包含由耐腐蚀性较高的金属(例如Ni或Ni合金)形成的母材和使用导热性较高的金属(例如铜)形成且埋设于母材的芯部。

接地电极头39位于接地电极主体31的自由端面312的附近，沿着与自由端面312相交叉的侧面中的、与中心电极20的第1放电面295相对的侧面配置。接地电极头39具有与上述的第1放电面295相对的第2放电面395。接地电极头39由以高熔点的贵金属为主要成分的材料形成。接地电极头39例如使用铱(Ir)、铂等贵金属、以该贵金属为主要成分的合金形成。

端子金属壳体40为沿轴线方向延伸的棒状的构件。端子金属壳体40由导电性的金属材料(例如低碳钢)形成，在端子金属壳体40的表面利用镀敷等形成有用于防腐的金属层(例如Ni层)。端子金属壳体40包括有形成于轴线方向上的规定位置的凸缘部42(端子凸缘部)、位于比凸缘部42靠后端侧的位置的盖安装部41以及位于比凸缘部42靠顶端侧的位置的腿部43(端子腿部)。端子金属壳体40的盖安装部41自绝缘体10向后端侧露出。端子金属壳体40的腿部43插入于绝缘体10的轴孔12。在盖安装部41安装连接有插头线690的火花塞盖，从而能够向盖安装部41供给上述的触发电压、交流电压。

在绝缘体10的轴孔12内，在端子金属壳体40的顶端(腿部43的顶端)与中心电极20的后端(头部23的后端)之间埋入有导电性密封材60。导电性密封材60例如由含有B₂O₃-SiO₂系等玻璃颗粒和金属颗粒(Cu、Fe等)的组合物形成。

A-3.火花塞100的顶端部分的结构：

对于上述的火花塞100的顶端附近的结构进一步详细说明。图3是火花塞100的顶端附近的结构的说明图。图3的(A)中示出火花塞100的顶端附近的剖面CFA。该剖面CFA为包含火花塞100的轴线CO在内、且与棒状的接地电极主体31的轴线平行的剖面。图3的(B)是沿着轴线CO朝向后端方向BD观察火花塞100的顶端附近得到的图。在图3的(B)中，为了避免附图繁杂，对于主体金属壳体50而言，仅图示了顶端面50A。同样地，在图3的(B)中，对于绝缘体10而言，仅图示了长腿部13中的、比主体金属壳体50的顶端面50A靠顶端侧的部分，对于中心电极20而言，仅图示了中心电极头29。图3的(B)的单点划线表示了图3的(A)的剖面CFA。图4是绝缘体10的顶端附近的立体图。

如图3的(A)所示，也将接地电极30中的、处于接地电极主体31的自由端面312附近的部分称作自由端部31B。也将接地电极30中的、处于接地电极主体31的连接端面311附近的部分称作连接端部31A。自由端部31B为位于比中心电极20靠顶端侧的位置、且包含接地电极头39在内的部分。自由端部31B沿着与轴线CO垂直的方向延伸。连接端部31A沿着轴线CO的方向延伸。连接端部31A与自由端部31B之间(即，棒状的接地电极主体31的中央部分)以大约90度弯曲。

在图3的(B)中，将径向(与轴线CO垂直的方向)中的、自连接端部31A朝向自由端部31B的方向(图3的(B)的右方)设为第1方向D1，将第1方向D1的相反方向(图3的(B)的左方)设为第2方向D2。换言之，在使接地电极30和中心电极20投影到与轴线CO垂直的平面的情况下，在该投影图中，第1方向为自连接端部31A朝向自由端部31B的方向，第2方向为自自由端部31B朝向连接端部31A的方向。

接地电极头39沿着接地电极主体31的与第1放电面295相对的侧面315利用电阻焊接接合于自由端部31B。接地电极头39的第1方向D1上的端部比接地电极主体31的自由端面312略向第1方向D1突出。接地电极头39例如为沿着轴线CO观察到的形状呈四边形的板状的构件。

绝缘体10的长腿部13包括有主体部131和突出部132。主体部131具有大致圆筒形状。主体部131的顶端131A位于比主体金属壳体50的顶端面50A靠顶端侧的位置、且位于比中心电极20的顶端(即，在本实施方式中，为上述的中心电极头29的第1放电面295)靠后端侧的位置。突出部132在周向上的局部自主体部131的顶端131A向顶端侧(顶端方向FD)突出。突出部132的顶端132A位于比中心电极20的顶端靠顶端侧的位置。

将突出部132的轴线方向上的自中心电极20的顶端突出的突出量、即图3的(A)的例子中的第1放电面295与突出部132的顶端132A之间的轴线方向上的距离设为突出量H。另外，将第1放电面295与第2放电面395之间的间隙的最短距离(还称作间隙长度)设为G。

图5是表示与轴线CO垂直且通过中心电极20的顶端(即，第1放电面295)的剖面CFB的图。在图3的(A)中，该剖面CFB由虚线表示。

图5的剖面CFB中表示有第1放电面295、突出部132以及接地电极主体31。作为参考，在图5中用虚线表示了图3的(B)的主体金属壳体50的顶端面50A和接地电极30。

在图5的剖面CFB中，将自中心电极20的中心CC(在图5的例子中，为轴线CO的位置)相对于接地电极30(在图5的例子中，为接地电极主体31)引出的两条切线称作第1切线L1和第2切线L2。在图5的例子中，第1切线L1为通过表示接地电极主体31的剖面的矩形的顶点P1和中心电极20的中心CC的线，第2切线L2为通过该矩形的顶点P2和中心电极20的中心CC的线。剖面CFB中的中心电极20的中心CC也可以称作第1放电面295的重心。

将两条切线L1、L2之间的角度中的、设有接地电极30(接地电极主体31)的一侧的角度θ1(图5)称作接地电极30的配置角θ1。配置角θ1为表示中心电极20的周围(360度)中的、配置有接地电极30的连接端部31A的范围的值。

在图5的剖面CFB中，将自中心电极20的中心CC相对于突出部132引出的两条切线称作第3切线L3和第4切线L4。在图5的例子中，第3切线L3为与突出部132的周向上的一端面相切的线，第4切线L4为与突出部132的周向上的另一端面相切的线。

将两条切线L3、L4之间的角度中的、设有突出部132的一侧的角度θ2(图5)称作突出部132的设置角θ2。设置角θ2为表示中心电极20的周围(360度)中的、突出部132所覆盖的范围的值。例如，设置角θ2在60度以上是指突出部132覆盖了中心电极20的周围中的(1/6)以上的范围。

在此，由于接地电极30(特别是接地电极主体31)由热传导率相对较高且散热性能较高的材料形成，因此，在火花放电、等离子与接地电极30接触时，产生火花放电、等离子的热能被接地电极30夺走的现象(还称作灭火作用)。由此，为了抑制接地电极30的灭火作用并提高点火性能，使在间隙生成的火花放电、等离子远离接地电极30(特别是接地电极主体31)是很重要的。

在本实施方式中，优选的是，在剖面CFB中，突出部132的至少一部分位于两条切线L1、L2之间，并且，突出部132覆盖中心电极20的周围中的(1/3)以下的范围。换言之，突出部132覆盖中心电极20的周围中的(1/3)以下的范围是指突出部132的设置角θ2在120度以下。在剖面CFB中，若突出部132的至少一部分位于两条切线L1、L2之间，则能够利用突出部132限制在中心电极20与接地电极30之间的间隙中产生的火花放电、等离子蔓延的方向。由此，能够以使等离子不朝向接地电极30(接地电极主体31)的方向(例如图5的第2方向D2)蔓延的方式利用突出部132对火花放电、等离子定向。其结果，由于能够抑制火花放电、等离子朝向接地电极30蔓延，使火花放电、等离子远离接地电极30，因此，能够抑制接地电极30的灭火作用。

在此，由于形成突出部132的材料(氧化铝等绝缘体)的热传导率低于形成接地电极主体31的材料(Ni合金等金属)的热传导率，因此，突出部132所吸收的热能远小于接地电极主体31所吸收的热能。然而，虽然比接地电极30所吸收的热能少但突出部132自身也是吸收热能的，因此突出部132的灭火作用会降低点火性能。在剖面CFB中，在突出部132覆盖中心电极20的范围(设置角θ2)过大的情况下，由于突出部132与火花放电、等离子之间的接触面积变得过大，因此，突出部132的灭火作用变得过大，无法提高火花塞100的点火性能。若突出部132覆盖中心电极20的范围在(1/3)以下，则不存在这样的问题。

如以上说明所明确的那样，在剖面CFB中，突出部132的至少一部分位于两条切线L1、L2之间，并且，突出部132覆盖中心电极20的周围中的(1/3)以下的范围，在该情况下，能够提高火花塞100的点火性能。例如，在图5的例子中，突出部132中的周向上的中央部分位于两条切线L1、L2之间，设置角θ2为比120度充分小的大约80度。

另外，在本实施方式中，优选的是，在剖面CFB中，突出部132覆盖中心电极20的周围中的(1/6)以上的范围。换言之，优选的是，设置角θ2在60度以上。由此，由于在中心电极20的周围中的充分宽广的范围内配置突出部132，因此，能够更有效地使火花放电、等离子远离接地电极30。其结果，能够进一步提高火花塞100的点火性能。例如，在图5的例子中，设置角θ2为比60度充分大的大约80度。

在此，如上所述，由于突出部132自身也吸收热能，因此，虽然小于接地电极30所吸收的热能，但是突出部132的灭火作用也会降低点火性能。在突出部132的突出量H(图3的(A))相对于间隙的最短距离G(间隙长度G)过大时，由于突出部132与火花放电、等离子之间的接触面积变大，因此，突出部132的灭火作用变大，会导致火花塞100的点火性能下降。另一方面，在突出量H相对于间隙长度G过小时，无法充分地对火花放电、等离子进行定向，而无法利用突出部132充分地抑制火花放电、等离子朝向接地电极30的蔓延。其结果，无法抑制接地电极30的灭火作用，会导致点火性能下降。

在本实施方式中，优选的是，突出部132的突出量H(图3的(A))和间隙长度G满足0.15≤(H/G)≤0.5。由此，由于相对于间隙长度G的突出量H成为适当的量，因此，能够抑制接地电极30的灭火作用、且能够抑制突出部132的灭火作用。其结果，能够进一步提高火花塞100的点火性能。例如，在图5的例子中，(H/G)为满足上述范围的约0.2。

另外，在本实施方式中，优选的是，在剖面CFB中，突出部132位于相对于接地电极30引出的两条切线L1、L2之间的整个范围。由此，能够有效地抑制火花放电、等离子朝向接地电极30的方向蔓延，因此，能够进一步有效地使火花放电、等离子远离接地电极。其结果，能够进一步提高火花塞100的点火性能。例如，在图5的例子中能够明确出，突出部132的周向上的两端位于由两条切线L1、L2限定的范围的外侧，即，突出部132位于跨中心电极20的周围中的、两条切线L1、L2之间的整个范围的位置。另外，在该情况下，突出部132的设置角θ2成为在接地电极30的配置角θ1以上(θ2≥θ1)。

在此，当火花放电、等离子朝向燃烧室的中央部蔓延时，换言之，当火花放电、等离子自火花塞100的顶端朝向顶端方向FD蔓延时，由于更容易对燃烧气体进行点火，因此，点火性能提高。在本实施方式中，中心电极20的第1放电面295的第1方向D1上的端部位于比自由端部31B靠第1方向D1侧的位置。由此，能够有效地抑制接地电极30(例如接地电极主体31、接地电极头39)妨碍在火花间隙产生的火花放电、等离子向顶端方向FD扩大。其结果，能够进一步提高火花塞100的点火性能。在图5的例子中，自由端部31B的第1方向D1上的端部为接地电极头39的第1方向D1上的端部。在图5的例子中，第1放电面295的第1方向D1上的端部位于比接地电极头39的第1方向D1的端部靠向第1方向D1侧长度W的位置。

另外，在本实施方式中，如上所述，点火系统600(图1)包括：火花塞100；放电用电源640，其作为向火花塞100供给电力的电源装置而向火花间隙供给用于产生火花放电的电力；以及高频电源650，其在利用放电用电源640供给电力之后，相对于放电用电源640独立地向产生于火花间隙的火花放电供给电力。其结果，在利用放电用电源640供给电力之后，相对于放电用电源640独立地对所产生的火花放电供给电力，因此，能够进一步提高火花塞100的点火性能。另外，在该情况下，由于生成高能量的火花放电、等离子，因此，通过设置突出部132，能够对高能量的火花放电、等离子进行定向。因此，通过设置突出部132，能够更有效地提高点火性能。

A-4：第1评价试验

在第1评价试验中，如表1所示，制作三种火花塞的样品a1～a3，进行了点火性能的试验。各样品中共用的尺寸如以下所示。

中心电极头29的直径：1.6mm

长腿部13的外径：3.85mm

主体金属壳体50的顶端的内径：7.2mm

间隙长度G：0.8mm

突出部132的突出量H：0.1mm

接地电极30的配置角θ1：40度

突出部132的设置范围(设置角θ2)：1/3(120度)

接地电极30的覆盖：全覆盖

接地电极30的覆盖为“全覆盖”具体是指接地电极30的自由端部31B的第1方向D1上的端部与中心电极20的第1放电面295的第1方向D1上的端部一致(即，图5的W＝0)。

表1

样品序号	设置位置	点火性能
			a1	0	B
a2	120度	D
			a3	-120度	D

在样品a1～a3中，突出部132的设置位置互不相同。图6是表示各样品的突出部132的设置位置的图。图6中表示了与图5的剖面CFB相当的各样品的剖面。在图6中，突出部132a1、132a2、132a3分别为样品a1、a2、a3的突出部。图6的直线C1、C2、C3为将突出部132a1、132a2、132a3的周向上的中心CP1、CP2、CP3分别与中心电极20的中心CC连结的线。图6的直线C0为连结接地电极主体31的周向上的中心CP0和中心电极20的中心CC的线。

如图6所示，样品a1的突出部132a1的周向上的位置与接地电极主体31的周向上的位置一致。即，连结接地电极主体31的周向上的中心CP0和中心CC的直线C0与连结样品a1的突出部132a1的周向上的中心CP1和中心CC的直线C1一致。样品a2的突出部132a2的周向上的位置相对于接地电极主体31的周向上的位置向逆时针方向偏移120度(图6的θa＝120度)。即，连结样品a2的突出部132a2的周向上的中心CP2和中心CC的直线C2位于相对于连结接地电极主体31的周向上的中心CP0和中心CC的直线C0向逆时针方向转动了120度的位置。样品a3的突出部132a3的周向上的位置相对于接地电极主体31的周向上的位置向顺时针方向偏移120度(图6的θb＝120度)。即，连结样品a3的突出部132a3的周向上的中心CP3和中心CC的直线C3位于相对于连结接地电极主体31的周向上的中心CP0和中心CC的直线C0向顺时针方向转动了120度的位置。因此，在样品a1中，突出部132a1配置于设置有接地电极主体31的周向上的范围、即两条切线L1、L2之间的范围。相对于此，在样品a2、a3中，突出部132a2、132a3配置于与两条切线L1、L2之间的范围不同的范围。样品a1～a3中的除突出部以外的结构是相同的。

另外，作为用于比较的一种比较样品，准备了一种绝缘体10的长腿部13仅由主体部131构成而未配置有突出部132的样品。比较样品的其他的结构与各样品a1～a3相同。

在点火性能的试验中，检查了三种样品的EGR极限。具体而言，将各样品搭载于直列四缸、DOHC、排气量1.5L、自然吸气且以产生滚流的方式改良了吸气口而成的汽油发动机，并使该汽油发动机以1200rpm的转速进行运转。在运转时，使用图1的点火系统600进行触发电压和交流电压的供给，每次放电向样品供给400mJ的电能。在未进行排气再循环(EGR：Exhaust Gas Recirculation)的情况下，该汽油发动机的图示平均有效压力为500kPa。

在运转时，在转矩成为最大的点火时期(MBT：Minimum advance for the BestTorque)，进行排气再循环，检查了图示平均有效压力的变动(转矩变动)。然后，一边变更吸入气体中再循环气体所占有的比例(EGR率)，一边反复进行试验，由此，将图示平均有效压力的变动超过5％的最小的EGR率确定为EGR极限。表示EGR极限的EGR率越大，则点火性能越优异。

然后，在比较样品与各样品a1～a3之间比较EGR极限，并进行各样品的评价。将比较样品的EGR极限LE1与评价对象的样品的EGR极限LE2的差值(LE2-LE1)小于0.1％的样品的评价设为“D”，将差值(LE2-LE1)在0.1％以上且小于0.5％的样品的评价设为“C”。将差值(LE2-LE1)在0.5％以上且小于1％的样品的评价设为“B”，将差值(LE2-LE1)在1％以上的样品的评价设为“A”。

表1中表示了各样品的点火性能的试验的评价结果。样品a1的评价为“B”，可以看出相比于比较样品点火性能明显提高。样品a2、a3的评价为“D”，没有看出相比于比较样品点火性能有显著性的提高。在样品a1中可认为是，由于在火花间隙产生的火花放电、等离子朝向接地电极主体31的方向(第2方向D2)的蔓延被突出部132a1所阻碍，因此，能够抑制接地电极主体31的灭火作用，因此点火性能提高。在样品a2、a3中可认为是，由于在火花间隙中产生的火花放电、等离子朝向接地电极主体31的方向(第2方向D2)的蔓延未被突出部132a2、132a3所阻碍，因此，无法抑制接地电极主体31的灭火作用，点火性能未提高。

如以上说明所明确的那样，利用第1评价试验能够明确出，通过在设置有接地电极主体31的周向上的范围、即两条切线L1、L2之间的范围设置突出部132，能够提高火花塞的点火性能。

A-5：第2评价试验

在第2评价试验中，如表2所示，制作七种火花塞的样品b1～b7，进行了点火性能的试验。在样品b1～b7中，突出部132的周向上的位置彼此相同，与表1的样品a1相同，突出部132的周向上的位置与接地电极主体31的周向上的位置一致。即，各样品b1～b7的连结突出部132的周向上的中心和中心CC的直线与图6所示的连结接地电极主体31的周向上的中心CP0和中心CC的直线C0一致。在样品b1～b7中，突出部132的设置范围(设置角θ2)互不相同。具体而言，样品b1～b7的设置范围(设置角θ2)分别为1/8(45度)、1/7(大约51度)、1/6(60度)、1/5(72度)、1/4(90度)、1/3(120度)、1/2(180度)。样品b1～b7的其他的结构与表1的样品a1相同。

表2

样品序号	设置范围	点火性能
			b1	1/8	C
b2	1/7	C
			b3	1/6	B
b4	1/5	B
			b5	1/4	B
b6	1/3	B
			b7	1/2	D

点火性能的试验的内容以及评价基准与第1评价试验相同。表2中表示了各样品的点火性能的试验的评价结果。突出部132的设置范围为比(1/3)大的(1/2)的样品b7的评价为“D”，未看出相比于比较样品点火性能有显著性的提高。突出部132的设置范围在(1/3)以下的样品b1～b6的评价为“B”或“C”，能够确认出相比于比较样品点火性能有显著性的提高。可以认为在突出部132的设置范围大于(1/3)的情况下，突出部132自身的灭火作用变大，利用突出部132抑制接地电极主体31的灭火作用的效果被抵消，无法提高火花塞的点火性能。如上所述，能够确认的是，突出部132的设置范围优选在(1/3)以下。

另外，在突出部132的设置范围在(1/3)以下的样品b1～b6中，设置范围小于(1/6)的样品b1、b2的评价为“C”，设置范围在(1/6)以上的样品b3～b6的评价为“B”。如上所述，利用第2评价试验，能够确认的是，突出部132优选覆盖中心电极20的周围中的(1/6)以上的范围，由此，进一步提高火花塞100的点火性能。

A-6：第3评价试验

在第3评价试验中，如表3所示，制作十种火花塞的样品c1～c10，并进行了点火性能的试验。在五种样品c1～c5中，突出部132的突出量H互不相同。样品c1～c5的其他的结构与突出部132的设置范围为(1/6)的表2的样品b3相同。样品c1～c5的突出部132的突出量H分别为0.1mm、0.12mm、0.24mm、0.4mm、0.56mm。样品c1～c5的间隙长度G固定为0.8mm，因此，样品c1～c5的(H/G)值分别为0.125、0.15、0.3、0.5、0.7。

同样，在五种样品c6～c10中，突出部132的突出量H互不相同。样品c6～c10的其他的结构与突出部132的设置范围为(1/3)的表2的样品b6相同。与样品c1～c5相同，样品c6～c10的突出部132的突出量H分别为0.1mm、0.12mm、0.24mm、0.4mm、0.56mm，(H/G)的值分别为0.125、0.15、0.3、0.5、0.7。

表3

样品序号	设置范围	H(mm)	H/G	点火性能
					c1	1/6	0.1	0.125	B
c2	1/6	0.12	0.15	A
					c3	1/6	0.24	0.3	A
c4	1/6	0.4	0.5	A
					c5	1/6	0.56	0.7	B
c6	1/3	0.1	0.125	B
					c7	1/3	0.12	0.15	A
c8	1/3	0.24	0.3	A
					c9	1/3	0.4	0.5	A
c10	1/3	0.56	0.7	B

点火性能的试验内容以及评价基准与第1评价试验相同。表3中表示了各样品的点火性能的试验的评价结果。(H/G)的值满足0.15≤(H/G)≤0.5的样品c2～c4、c7～c9的评价在突出部132的设置范围为(1/6)、(1/3)的情况下均为“A”。(H/G)的值小于0.15的样品c1、c6、以及(H/G)的值超过0.5的样品c5、c10的评价在突出部132的设置范围为(1/6)、(1/3)的情况下均为“B”。如上所述，利用第3评价试验能够确认的是，优选(H/G)的值满足0.15≤(H/G)≤0.5，由此，能够进一步提高火花塞100的点火性能。

A-7：第4评价试验

在第4评价试验中，如表4所示，制作四种火花塞的样品d1～d4，并进行了点火性能的试验。在样品d1、d3中，与比较样品相同，上述的接地电极30的覆盖为上述的“全覆盖”。

在样品d2、d4中，与比较样品不同，上述的接地电极30的覆盖为“半覆盖”。接地电极30的覆盖为“半覆盖”具体是指，中心电极20的第1放电面295的第1方向D1上的端部位于比接地电极30的自由端部31B的第1方向D1上的端部靠向第1方向D1侧0.525mm的位置(即，图3的W＝0.525mm)。

样品d1、d2的其他的结构与突出部132的设置范围为(1/6)的表2的样品b3相同。样品d3、d4的其他的结构与突出部132的设置范围为(1/3)的表2的样品b6相同。

表4

点火性能的试验的内容以及评价基准与第1评价试验相同。表4中表示了各样品的点火性能的试验的评价结果。接地电极30的覆盖不是全覆盖的样品d2、d4的评价在突出部132的设置范围为(1/6)、(1/3)的情况下均为“A”。接地电极30的覆盖是全覆盖的样品d1、d3的评价在突出部132的设置范围为(1/6)、(1/3)的情况下均为“B”。如上所述，利用第4评价试验能够明确的是，优选的是，接地电极30的覆盖不是全覆盖、即中心电极20的第1放电面295的第1方向D1上的端部位于比自由端部31B靠第1方向D1侧的位置，由此，能够进一步提高火花塞100的点火性能。

B.变形例：

(1)图3、图4所示的突出部132的形状为一例子，并不限定于此。图7是变形例的突出部132b的附近的立体图。图7的突出部132b的侧面132Sb不与轴线方向平行而是相对于轴线方向倾斜。因此，在图7的突出部132b中，根据轴线方向上的位置的不同，周向上的长度、即覆盖中心电极20的周围的范围不同。在该情况下，对于突出部132b而言，在与轴线CO垂直且通过中心电极20的顶端(具体而言，第1放电面295)的剖面中，突出部132b覆盖中心电极20的周围中的(1/3)以下的范围即可。

另外，图4的突出部132的顶端132A(图4)具有与轴线方向垂直的面，但例如突出部的顶端还可以是尖锐的棱线、顶点。另外，图4的突出部132配置于自中心电极20的中心相对于接地电极30引出的两条切线L1、L2之间的周向上的整个范围内。代替于此，突出部132还可以仅配置于两条切线L1、L2之间的周向上的局部范围内。通常，突出部的至少一部分位于自中心电极20的中心相对于接地电极30引出的两条切线L1、L2(图5)之间即可。由此，相比于不存在该突出部的情况，该突出部能够抑制产生于火花间隙的火花放电、等离子朝向接地电极30(接地电极主体31)的蔓延，从而能够抑制接地电极30的灭火作用。

(2)图2的火花塞100使用图1的点火系统600、即两个电源640、650进行驱动。代替于此，图2的火花塞100还可以是仅使用一个电源例如放电用电源640进行驱动的火花塞。该情况下，虽然有时在火花间隙未产生等离子，但是，能够利用突出部132抑制例如在火花间隙产生的火花放电朝向接地电极30的蔓延。其结果，由于本变形例的火花塞能够抑制接地电极30的灭火作用，因此，能够提高点火性能。

(3)在图3的(A)中，第1放电面295的第1方向D1上的端部位于比接地电极30的自由端部31B的第1方向D1上的端部靠第1方向D1的位置。代替于此，第1放电面295的第1方向D1上的端部还可以位于接地电极30的自由端部31B的第2方向D2上。即使在该情况下，也能够通过配置突出部132来抑制接地电极30的灭火作用。

(4)图2的火花塞100的具体的形状、材料等为一例，并不限定于此。例如，接地电极30还可以是不存在接地电极头39的类型的电极。另外，接地电极头39的形状为四边形的板状，但也可以是圆柱形状，还可以是三棱柱形状、五棱柱形状。另外，主体金属壳体50的材质既可以是镀锌或镀镍而成的低碳钢，也可以是未施加镀敷的低碳钢。另外，绝缘体10的材质也可以是氧化铝以外的各种绝缘性陶瓷。

以上，根据实施方式、变形例说明了本发明，但上述的发明的实施方式是用于使本发明容易被理解，并非限定本发明。本发明只要不偏离其主旨以及技术方案的范围，就能够进行变更、改良，并且，本发明中包含其等效发明。

Claims (8)

1.一种火花塞(100)，该火花塞(100)包括：

筒状的绝缘体(10)，其具有沿轴线方向延伸的轴孔(12)；

棒状的中心电极(20)，其沿所述轴线方向延伸，且配置于所述轴孔(12)的顶端侧；

主体金属壳体(50)，其配置于所述绝缘体(10)的外周；以及

棒状的接地电极(30)，其具有连接端部(31A)和自由端部(31B)，该连接端部(31A)与所述主体金属壳体(50)的顶端连接，该自由端部(31B)位于所述连接端部(31A)的相反侧并以在该自由端部(31B)与所述中心电极(20)之间形成间隙的方式与所述中心电极(20)相对，该火花塞(100)的特征在于，

所述绝缘体(10)包括：筒状的主体部(131)，其顶端位于比所述中心电极(20)的顶端靠后端侧的位置；以及突出部(132)，其在周向上的局部位置自所述主体部(131)的顶端向顶端侧突出，且该突出部(132)的顶端位于比所述中心电极(20)的顶端靠顶端侧的位置，

在与所述轴线垂直且通过所述中心电极(20)的顶端的剖面(CFB)中，

所述突出部(132)的至少一部分位于自所述中心电极(20)的中心相对于所述接地电极(30)引出的两条切线(L1、L2)之间，

所述突出部(132)覆盖所述中心电极(20)的整周角度的1/3以下的范围。

2.根据权利要求1所述的火花塞(100)，其特征在于，

在所述剖面(CFB)中，

所述突出部(132)覆盖所述中心电极(20)的周围中的1/6以上的范围。

3.根据权利要求1所述的火花塞(100)，其特征在于，

将所述突出部(132)在所述轴线方向上自所述中心电极(20)的顶端突出的突出量设为H，

将所述间隙的最短距离设为G，此时，

满足0.15≤H/G≤0.5。

4.根据权利要求2所述的火花塞(100)，其特征在于，

将所述突出部(132)在所述轴线方向上自所述中心电极(20)的顶端突出的突出量设为H，

将所述间隙的最短距离设为G，此时，

满足0.15≤H/G≤0.5。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的火花塞(100)，其特征在于，

在所述剖面(CFB)中，

所述突出部(132)位于跨相对于所述接地电极(30)引出的两条切线(L1、L2)之间的整个范围的位置。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的火花塞(100)，其特征在于，

在使所述接地电极(30)和所述中心电极(20)投影到与所述轴线垂直的平面的情况下，将自所述接地电极(30)的所述连接端部(31A)朝向所述自由端部(31B)的方向设为第1方向(D1)，将所述第1方向(D1)的相反方向设为第2方向(D2)，此时，

所述中心电极(20)的放电面的所述第1方向(D1)上的端部位于比所述自由端部(31B)靠所述第1方向(D1)侧的位置。

7.根据权利要求5所述的火花塞(100)，其特征在于，

在使所述接地电极(30)和所述中心电极(20)投影到与所述轴线垂直的平面的情况下，将自所述接地电极(30)的所述连接端部(31A)朝向所述自由端部(31B)的方向设为第1方向(D1)，将所述第1方向(D1)的相反方向设为第2方向(D2)，此时，

所述中心电极(20)的放电面的所述第1方向(D1)上的端部位于比所述自由端部(31B)靠所述第1方向(D1)侧的位置。

8.一种点火系统(600)，该点火系统(600)包括：

火花塞(100)，其为权利要求1～7中任一项所述的火花塞(100)；以及

电源装置，其用于向所述火花塞(100)供给电力，

该点火系统(600)的特征在于，

所述电源装置具有：第1电源(640)，其供给用于在所述间隙中产生火花放电的电力；以及第2电源(650)，其在利用所述第1电源(640)供给电力之后，相对于所述第1电源(640)独立地向产生于所述间隙的火花放电供给电力。