CN109716603A - 火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高以在火花塞的内部产生的火焰核为原因的早燃的检测精度的火花塞。端子配置成比主体配件的螺纹部靠后端侧。探测电极配置在被夹在绝缘体的外周与主体配件的内周之间的空间中的比缩径部与托架部、或者缩径部与密封件的接触部分的前端靠前端侧的部分。探测电极与端子通过导体而连接。探测电极及导体与中心电极、主体配件及接地电极绝缘。由于探测电极配置在被夹在绝缘体的外周与主体配件的内周之间的空间，能够提前检测在该空间产生的火焰核。

Description

火花塞
技术领域
本发明涉及一种火花塞，特别是涉及能够提高早燃的检测精度的火花塞。
背景技术
公知对当火焰到达火花塞的中心电极与接地电极之间时产生的离子电流进行检测而判别内燃机的燃烧状态的技术(专利文献1、2)、将除了接地电极以外的电极配置在中心电极附近并对离子电流进行检测的火花塞(专利文献3、4)。还公知根据判别出的内燃机的燃烧状态而对火花塞的点火时间进行调整的技术(专利文献5)。根据这些技术，能够精度良好地检测出过热的火花塞成为热源而发生的过早点火(早燃)、以碳的自点火为原因的早燃。能够根据该检测结果来调整内燃机的燃烧状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-190396号公报
专利文献2:日本特开平4-133281号公报
专利文献3:日本特开平6-338377号公报
专利文献4:日本特开平9-260023号公报
专利文献5:日本特开2014-109196号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述以往的技术中，存在如下这样的问题：无法精度良好地检测出根据近年的研究而发现的以在火花塞的内部产生的火焰核为原因的早燃。
本发明为了解决上述的问题而完成，其目的在于提供一种能够提高以在火花塞的内部产生的火焰核为原因的早燃的检测精度的火花塞。
用于解决课题的的技术方案及发明效果
为了实现该目的，根据技术方案1所述的火花塞，具备外径朝着前端侧缩小的缩径部的筒状的绝缘体形成有从前端侧向后端侧沿轴线延伸的轴孔。中心电极配置在轴孔中。配置在绝缘体的外周的筒状的主体配件具备设置在自身的内周的托架部和设置在自身的外周的螺纹部。托架部向主体配件的径向内侧突出，且直接或隔着环状的密封件而从前端侧将缩径部卡定。连接于主体配件的接地电极隔着火花间隙而与中心电极相对。
端子配置成比螺纹部靠后端侧。探测电极配置于被夹在绝缘体的外周与主体配件的内周之间的空间中的、比缩径部与托架部的接触部分或缩径部与密封件的接触部分的前端靠前端侧的部分。探测电极与端子通过导体而连接。探测电极及导体与中心电极、主体配件及接地电极绝缘。
由于探测电极配置在被夹在绝缘体的外周与主体配件的内周之间的空间，能够提前探测到在火花塞的内部的空间产生的火焰核。因此，能够提高以在火花塞的内部产生的火焰核为原因的早燃的检测精度。
根据技术方案2所述的火花塞，探测电极的与轴线方向正交的方向的宽度为0.5mm以上。其结果是，能够确保探测电极的面积，因此能够确保离子电流的检测灵敏度。因此，在技术方案1的效果之外，还存在能够抑制早燃的误检测(虽然发生了早燃，但无法检测到该情况)的效果。
根据技术方案3所述的火花塞，探测电极自身的前端处于比主体配件的前端靠后端侧的位置。其结果是，能够不易检测到在被夹在绝缘体的外周与主体配件的内周之间的空间之外产生的火焰核，因此，在技术方案1或2的效果之外，还存在能够准确地检测在该空间产生的火焰核的效果。
根据技术方案4所述的火花塞，由于探测电极自身的前端处于从绝缘体的前端向后端侧离开6mm以上的位置，在配置在绝缘体的轴孔中的中心电极与探测电极之间不易发生放电。其结果是，在技术方案1至3中的任一项的效果之外，还存在能够抑制探测电极的火花消耗的效果。
根据技术方案5所述的火花塞，由于探测电极自身的前端处于从接触部分的前端向前端侧离开3mm以上的位置，能够将探测电极的前端配置在随着火焰核的成长而温度易于上升的区域。如果温度易于上升，则离子电流易于流动，因此，在技术方案1至4中的任一项的效果之外，还存在能够提高早燃的检测精度的效果。
根据技术方案6所述的火花塞，接地电极的第一端部接合于主体配件且第二端部以与轴线交叉的方式与中心电极相对。探测电极的至少一部分存在于比假想平面靠接地电极的第一端部侧的位置，该假想平面包含轴线、且与包含从接地电极的第一端部向第二端部延伸的轴和轴线的平面垂直。由于在比假想平面靠第一端部侧的空间易于产生火焰核，通过将探测电极的至少一部分配置在该部位，在技术方案1至5中的任一项的效果之外，还存在能够不易发生误检测的效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式中的火花塞的单侧剖视图。
图2是将主体配件剖切示出的火花塞的左侧视图。
图3是从轴线方向观察的火花塞的仰视图。
图4是示出点火装置的电气结构的框图。
图5是示出控制装置的电气结构的框图。
图6是示出避免低速早燃处理的流程图。
图7是示出变形例中的点火装置的电气结构的框图。
图8的(a)是将第二实施方式中的火花塞的主体配件剖切示出的左侧视图，(b)是第三实施方式中的火花塞的左侧视图，(c)是第四实施方式中的火花塞的左侧视图，(d)是第五实施方式中的火花塞的左侧视图。
图9的(a)是将第六实施方式中的火花塞的主体配件剖切示出的左侧视图，(b)是第七实施方式中的火花塞的左侧视图，(c)是第八实施方式中的火花塞的左侧视图，(d)是第九实施方式中的火花塞的左侧视图。
图10的(a)是将第十实施方式中的火花塞的主体配件剖切示出的左侧视图，(b)是火花塞的右侧视图。
图11是第十一实施方式中的火花塞的剖视图。
图12的(a)是将第十二实施方式中的火花塞的主体配件剖切示出的左侧视图，(b)是火花塞的右侧视图。
图13是示出火花塞的施加电压与误检测率的关系的图。
图14是示出探测电极的宽度与误检测率的关系的图。
图15是示出从绝缘体的前端到探测电极的前端为止的轴线方向上的距离与内部跳火的发生率的关系的图。
图16是示出从接触部分的前端到探测电极的前端为止的轴线方向上的距离与误检测率的关系的图。
图17是示出探测电极的周向上的位置与误检测率的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。图1是本发明的第一实施方式中的火花塞10的以轴线O为界的单侧剖视图。在图1中，将纸面下侧称为火花塞10的前端侧，将纸面上侧称为火花塞10的后端侧。如图1所示，火花塞10具备主体配件20、接地电极30、绝缘体40及中心电极70。
主体配件20为固定在内燃机(未图示)的螺孔中的大致圆筒状的构件，由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成。主体配件20从后端侧朝向前端侧沿轴线O依次连接有施铆部21、工具卡合部22、弯曲部23、基座部24、主体部25。主体部25在外周面形成有螺纹部26。
施铆部21及弯曲部23为用于对绝缘体40进行施铆的部位。工具卡合部22为在将螺纹部26结合于螺孔(未图示)时使扳手等工具卡合的部位。基座部24为位于主体部25的后端侧且向径向外侧呈环状突出的部位。基座部24在与主体部25之间配置有环状的密封垫片60。
密封垫片60在螺纹部26嵌合于螺孔(未图示)时夹在基座部24与内燃机之间而对螺孔与螺纹部26的间隙进行密封。托架部27为主体部25的向径向内侧突出的部位，在托架部27的后端侧的圆环状的面28配置有密封件61。密封件61为以材质比构成主体配件20的金属材料软的软钢板等金属材料形成的圆环状的板材。
接地电极30为接合于主体配件20的前端29的金属制(例如镍基合金制)的棒状的构件，以与轴线O相交的方式朝向轴线O弯折。接地电极30中，第一端部31接合于主体配件20，第二端部32以与轴线O交叉的方式与中心电极70相对。
绝缘体40为由机械特性、高温下的绝缘性优异的氧化铝等形成的大致圆筒状的构件。绝缘体40形成有沿轴线O贯通的轴孔41。绝缘体40从后端侧朝向前端侧沿轴线O依次连接有后部42、突出部43、大径部44、缩径部45、小径部47。
绝缘体40插入于主体配件20中，且在外周固定有主体配件20。绝缘体40中，后部42的后端侧从主体配件20露出，小径部47的前端从主体配件20的前端29突出。突出部43为从后部42的前端侧向径向外侧突出的部位，且配置在主体配件20的弯曲部23的径向内侧。
大径部44及小径部47各自配置于主体部25的径向内侧。小径部47的外径比大径部44的外径小。在大径部44与小径部47的边界存在外径朝着前端侧缩小的缩径部45。缩径部45的外表面46朝着前端侧而直径缩小。密封件61配置在主体配件20的托架部27的后端侧的面28与绝缘体40的缩径部45的外表面46之间。
在绝缘体40的后部42的外周与主体配件20的工具卡合部22的内周之间配置有环构件62、63及夹在环构件62、63之间的滑石等填充材料64。在主体配件20的施铆部21朝向绝缘体40向径向内侧施铆时，绝缘体40隔着环构件62、63及填充材料64朝向主体配件20的托架部27的面28按压。其结果是，密封件61夹在托架部27的后端侧的面28与缩径部45的外表面46之间而发生塑性变形。密封件61以气密的方式对托架部27与缩径部45的间隙进行封塞。
火花塞10中，在绝缘体40设置有用于检测离子电流的导体51及探测电极52。在本实施方式中，导体51埋设于绝缘体40。绝缘体40在外周形成有从后部42到小径部47为止连续的槽48，导体51配置在槽48的槽底。导体51将配置在比主体配件20靠后端侧的后部42的外周的端子53与配置在小径部47的外周的探测电极52连接。探测电极52配置在绝缘体40的外周与主体配件20的内周之间。端子53为供外部配线(未图示)连接的部位。
导体51及探测电极52由具有耐热性且电阻率较小的铂等贵金属、银等形成。在本实施方式中，导体51及探测电极52通过包含贵金属、银等的金属膏的烧熔而形成于槽48。导体51由埋入于槽48中的绝缘构件54覆盖，与主体配件20绝缘。在本实施方式中，通过具有耐热性的无机粘接剂的固化而形成绝缘构件54。
由于导体51一体地设置于绝缘体40的表面(槽48)，与将导体51配置在绝缘体40与主体配件20之间的情况、内置于主体配件20的情况相比，能够使主体配件20、火花塞10的外径不会增大。由于设置于绝缘体40的导体51被绝缘构件54覆盖，能够确保导体51的耐久度且防止导体51与主体配件20的短路。
中心电极70为在形成为有底筒状的金属制(例如镍基合金制)的电极母材的内部埋设导热性比电极母材优异的芯材而成的棒状的电极。芯材由铜或以铜作为主成分的合金形成。中心电极70卡定于绝缘体40的轴孔41，且沿轴线O配置。中心电极70的前端从轴孔41突出，且中心电极70的前端隔着火花间隙而与接地电极30相对。
端子配件80为连接有高压电缆(未图示)的棒状的构件，由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成。端子配件80的前端侧配置在绝缘体40的轴孔41内。在端子配件80与中心电极70之间配置有具有导电性的玻璃密封件65。通过玻璃密封件65将中心电极70与端子配件80电连接。
火花塞10例如通过以下这样的方法来制造。准备设置有导体51、探测电极52及端子53的绝缘体40，并将中心电极70插入到绝缘体40的轴孔41。中心电极70以使前端从轴孔41露出到外部的方式配置。将端子配件80插入到绝缘体40的轴孔41，确保端子配件80与中心电极70的电连接。在将接合有接地电极30的主体配件20组装到绝缘体40的外周之后，将接地电极30弯曲以使其在轴线O方向上与中心电极70相对，获得在中心电极70与接地电极30之间设定有火花间隙的火花塞10。
接着，参照图2及图3对探测电极52进行说明。图2是将主体配件20剖切示出的火花塞10的左侧视图(从接地电极30的第一端部31侧观察绝缘体40的图)。在图2中省略主体配件20及绝缘体40的轴线O方向的后端侧(图2上侧)的图示。图3是从轴线O方向观察的火花塞10的仰视图。
如图2所示，探测电极52在绝缘体40的小径部47形成为沿着轴线O的线状。探测电极52配置在被夹在绝缘体40的外周与主体配件20的内周之间的空间55中的比缩径部45的外表面46与密封件61的接触部分56的前端靠前端侧(图2下侧)的位置。
发明人查明了高压缩化、高增压化的内燃机在低旋转高负载状态下发生的低速早燃(LSPI)容易在空间55产生火种。如果在空间55配置探测电极52并对探测电极52和主体配件20赋予电位差，则在空间55产生火焰核时离子电流流过探测电极52。如果检测该离子电流，则能够提前检测出在空间55产生火焰核的LSPI。因此，能够提高以在火花塞10的内部产生的火焰核为原因的早燃的检测精度。
探测电极52的轴线O方向的前端52a位于从接触部分56的前端到绝缘体40的前端49之间。探测电极52的轴线O方向的后端52b配置成比与密封件61的接触部分56的前端靠前端侧(图2下侧)。这是为了确保探测电极52的后端52b与密封件61的绝缘。
在本实施方式中，探测电极52的轴线O方向的前端52a处于比主体配件20的前端29靠轴线O方向的后端侧(图2上侧)的位置。由此，能够不易检测到在空间55之外(比主体配件20的前端29靠前端侧的位置)产生的火焰核。其结果是，能够严格区分在空间55之外产生的火焰核和在空间55内产生的火焰核，能够准确地检测在空间55内产生的火焰核。
优选的是，探测电极52的与轴线O方向正交的方向的宽度W为0.5mm以上。这是为了确保探测电极52的面积，并抑制噪声等而抑制误检测。
优选的是，探测电极52的轴线O方向的前端52a处于从绝缘体40的前端49向轴线O方向的后端侧(图2上侧)离开6mm以上的位置。即，在探测电极52的前端52a与绝缘体40的前端49的轴线O方向上的距离D1为6mm以上时，能够抑制由中心电极70与探测电极52的电位差引起的放电的产生。由于能够抑制由放电引起的探测电极52的火花消耗，因此能够提高耐久度。
优选的是，探测电极52的轴线O方向的前端52a处于从接触部分56的前端向轴线O方向的前端侧(图2下侧)离开3mm以上的位置。即，在接触部分56的前端与探测电极52的前端52a的轴线O方向上的距离D2为3mm以上时，能够将探测电极52配置在随着火焰核的成长而小径部47的表面温度易于上升的区域。如果表面温度易于上升，则离子电流变得易于流动，因此能够提高早燃的检测精度。
优选的是，探测电极52的前端52a位于比绝缘体40的小径部47的轴线O方向的长度(从接触部分56的前端到绝缘体40的前端49的轴线O方向上的长度L)的1/2靠前端侧(图2下侧)的位置。这是为了确保对离子电流进行检测的探测电极52的面积(长度)而确保检测灵敏度。
如图3所示，探测电极52的至少一部分存在于比假想平面58靠接地电极30的第一端部31侧的空间55内，假想平面58与包含从第一端部31向第二端部32延伸的接地电极30的轴57和轴线O的平面(图3左右延伸的平面)垂直、且包含轴线O。由于LSPI的起点(火焰核)易于在空间55中的比假想平面58靠第一端部31侧的区域产生，与探测电极52存在于比假想平面58靠接地电极30的第二端部32侧的区域的情况相比，能够容易地检测LSPI。
接着，参照图4至图6，对避免低速早燃(LSPI)的控制装置进行说明。图4是表示点火装置90的电气结构的框图，图5是表示控制装置的电气结构的框图，图6是表示避免LSPI处理的流程图。
如图4所示，火花塞10以前端向发动机98的燃烧室99突出的方式安装于汽缸盖。发动机控制单元(ECU)91为具备CPU、ROM、RAM等的逻辑运算电路，将火花塞10的点火指令信号向驱动电路92输出。
在驱动电路92将连接有蓄电池93的一次线圈94的一次电流切断时，在二次线圈95产生高电压。该高电压被施加到火花塞10的中心电极70(参照图1)与接地电极30之间，在中心电极70与接地电极30之间发生火花放电而对燃烧室99内的混合气体进行点火。第一检测电路96检测二次线圈95的电压变化。
蓄电池93对火花塞10的端子53与主体配件20(参照图1)之间赋予电位差。在赋予了电位差的探测电极52(参照图1)与主体配件20之间，当由于LSPI而使火焰核产生并成长时流过离子电流。第二检测电路97对离子电流流过时的端子53的电压下降进行检测。
如图5所示，第一检测电路96及第二检测电路97各自向ECU91输出检测结果。未发生早燃的发动机98在第一检测电路96检测到电压变化之后由第二检测电路97对电压下降进行检测。在发动机98发生了早燃时，在第一检测电路96检测电压变化之前由第二检测电路97对电压下降进行检测。ECU91对第一检测电路96的检测结果与第二检测电路97的检测结果进行比较来判别是否发生早燃。
空气流量传感器100对从供气管(未图示)向燃烧室99(参照图4)吸入的空气量进行计测，并将该计测结果向ECU91输出。节气门传感器101对节气门(未图示)的开度进行检测，并将该检测结果向ECU91输出。节气门基于加速踏板(未图示)的踩下量而对开度进行调整，通过节气门的开度调整而调整向燃烧室99吸入的空气量。
曲柄角传感器102对发动机98(参照图4)的转速进行检测，并将该检测结果输出到ECU91。排气温度传感器103为配置于与燃烧室99连接的排气管(未图示)的传感器，对排气的温度进行检测，并将该检测结果输出到ECU91。燃料喷射阀104为将与吸入到燃烧室99中的空气量对应的量的燃料向燃烧室99喷射的装置。ECU91基于空气流量传感器100、节气门传感器101及曲柄角传感器102等的检测结果来判别发动机98的运转状态，并计算基础燃料喷射量及火花塞10的基础点火时间。
在此，如果在发动机98的运转过程中LSPI(低速早燃)连续发生或频发，则有时会诱发剧烈的爆震而使发动机98产生较大的损伤。另外，如果在低旋转高负载状态下发生LSPI，则存在发动机98的转矩难以提升这样的问题。
因此，为了抑制LSPI的发生，如图6所示，ECU91执行避免LSPI处理。该处理为在对ECU91接通电源的期间由ECU91反复(例如以0.2ms的间隔)执行的处理。ECU91对燃料喷射阀104及驱动电路92进行调整来避免LSPI。
ECU91涉及避免LSPI处理，对第一检测电路96的检测结果与第二检测电路97的检测结果进行比较来判断是否发生了LSPI(S1)。如果未发生LSPI(S1：“否”)，则结束该避免LSPI处理。作为S1的处理的结果，在发生LSPI时，ECU91根据排气温度传感器103的检测结果来判断排气温度是否为规定值以上(S2)。
作为S2的处理的结果，在排气温度为规定值以上的情况下(S2：“是”)，增加从燃料喷射阀104向燃烧室99的燃料的喷射量(S3)，并结束该避免LSPI处理。在燃料的喷射量增加时，由于与燃料增量相应的汽化热和由燃料增量引起的燃烧速度的减缓而使燃烧室99的温度降低，因此能够避免LSPI。
作为S2的处理的结果，在排气温度小于规定值的情况下(S2：“否”)，为了避免LSPI，对驱动电路92的动作进行调整而使火花塞10的点火时间滞后(S4)，结束该避免LSPI处理。
ECU91能够通过避免LSPI处理的执行而适当地控制火花塞10的点火时间及空燃比，因此能够确保发动机98的转矩且防止发动机98的损伤。其结果是，能够提高发动机98的可靠性。另外，由于能够避免在低旋转高负载状态下产生的LSPI，能够推进由高压缩化、高增压化实现的发动机的高效化。
接着，参照图7来对另外的点火装置105进行说明。图7是示出变形例中的点火装置105的电气结构的框图。此外，关于与点火装置90(参照图4)相同的部分，标注相同的附图标记并省略以下的说明。
点火装置105经由防止放电电流的进入的电容器将火花塞10的中心电极70(参照图1)与端子53连接。检测电路106对在二次线圈95中产生的电压和离子电流进行检测，并将该检测结果向ECU91输出。根据点火装置105，ECU91基于检测电路106的检测结果，对在二次线圈95中产生电压的时刻和产生离子电流的时刻进行比较，判别是否发生早燃。
接着，参照图8至图10来对第二实施方式至第十实施方式中的火花塞进行说明。此外，关于与在以第一实施方式为代表的实施方式中说明的部分相同的部分，标注相同的附图标记并省略以下的说明。图8(a)是将第二实施方式中的火花塞110的主体配件20剖切示出的左侧视图，图8(b)是第三实施方式中的火花塞120的左侧视图，图8(c)是第四实施方式中的火花塞130的左侧视图，图8(d)是第五实施方式中的火花塞140的左侧视图。
图9(a)是将第六实施方式中的火花塞150的主体配件20剖切示出的左侧视图，图9(b)是第七实施方式中的火花塞160的左侧视图，图9(c)是第八实施方式中的火花塞170的左侧视图，图9(d)是第九实施方式中的火花塞180的左侧视图。在图8(a)至图9(d)中省略主体配件20及绝缘体40的轴线方向的后端侧的图示。
图8(a)所示的第二实施方式中的火花塞110中，配置在绝缘体40的小径部47上的探测电极111具备沿轴线方向延伸的线状的第一部112及在第一部112的轴线方向的前端形成的圆形状的第二部113。第一部112连接于被绝缘构件54覆盖的导体51(参照图1)。第二部113配置在小径部47的轴线方向的大致中央。第二部113的与轴线方向正交的方向上的宽度比第一部112大，且形成为外缘的曲率较小的圆形状，因此能够使在探测电极111与中心电极70之间不易发生放电。因此，能够提高探测电极111的耐久度。
图8(b)所示的第三实施方式中的火花塞120中，配置在小径部47上的探测电极121具备设置在比第二部113靠轴线方向的后端侧的第一部112的第三部122。第三部122形成为与轴线方向正交的方向上的宽度比第一部112大的圆形状。探测电极121具备第三部122，因此除在第二实施方式中获得的作用效果之外还能够提高检测灵敏度。
图8(c)所示的第四实施方式中的火花塞130中，探测电极131形成为在整周上围绕后端侧的小径部47的外周的带状。由于能够通过探测电极131来提高小径部47的热量扩散性，因此能够提高火花塞130的耐热性。
图8(d)所示的第五实施方式中的火花塞140中，配置在小径部47上的探测电极141具备弯折且向轴线方向延伸的第一部142、在第一部142的轴线方向的前端形成的圆形状的第二部143及设置在比第二部143靠轴线方向的后端侧的第一部142的第三部144。第二部143的与轴线方向正交的方向上的宽度比第一部142大，且形成为曲率较小的圆形状。通过弯折的第一部142而使小径部47的周向上的第二部143及第三部144的位置不同，因此，除在第三实施方式中获得的作用效果之外，还能够扩大周向上的火焰核的检测范围。
图9(a)所示的第六实施方式中的火花塞150中，探测电极151具备沿轴线方向延伸的线状的第一部152及在第一部152的轴线方向的前端形成的矩形状的第二部153。第二部153的前端配置在小径部47的轴线方向的大致中央。由于第二部153的与轴线方向正交的方向上的宽度比第一部152大，假设在第二部153与中心电极70之间发生放电而消耗第二部153的一部分，也能够确保第二部153的面积。因此，能够提高耐久度。
图9(b)所示的第七实施方式中的火花塞160中，探测电极161具备沿轴线方向延伸的线状的第一部162及在第一部162的轴线方向的前端形成的第二部163。第二部163形成为与轴线方向正交的方向上的宽度随着朝向前端侧而变窄的梯形。在该情况下也能够实现与第六实施方式相同的作用效果。
图9(c)所示的第八实施方式中的火花塞170中，向轴线方向的前端侧延伸的线状的探测电极171在小径部47的轴线方向的大致中央向轴线方向的后端侧回转。由于探测电极171向小径部47的轴线方向及周向延伸，能够扩大周向上的火焰核的检测范围。
图9(d)所示的第九实施方式中的火花塞180中，探测电极181呈格子状配置在后端侧的小径部47上。由于探测电极181向小径部47的轴线方向及周向延伸，能够扩大周向上的火焰核的检测范围。
图10(a)是将第十实施方式中的火花塞190的主体配件20剖切示出的左侧视图，图10(b)是火花塞190的右侧视图。在图10(a)及图10(b)中省略主体配件20及绝缘体40的轴线方向的后端侧的图示，在图10(b)中省略接地电极30的图示。
如图10(a)所示，第十实施方式中的火花塞190中，配置在小径部47上的探测电极191具备沿轴线方向延伸的线状的第一部112、在第一部112的轴线方向的前端形成的第二部192及设置在比第二部192靠轴线方向的后端侧的第一部112的第三部193。如图10(b)所示，第二部192及第三部193形成为在整周上围绕小径部47的外周的环状。由于存在第二部192及第三部193，能够扩大周向上的火焰核的检测范围。
接着，参照图11对第十一实施方式进行说明。在第一实施方式至第十实施方式中，对于探测电极设置有一个的情况进行了说明。与此相对地，在第十一实施方式中，对探测电极设置有多个的情况进行说明。此外，对于与在第一实施方式中说明的部分相同的部分，标注相对的附图标记并省略以下的说明。图11是包含第十一实施方式中的火花塞200的轴线O的剖视图。在图11中，将纸面下侧称为火花塞200的前端侧，将纸面上侧称为火花塞200的后端侧。如图11所示，火花塞200具备主体配件20、接地电极30、绝缘体210及中心电极70。
绝缘体210在导体51及探测电极52之外还设置有用于对离子电流进行检测的另外的导体212及探测电极213。绝缘体210在外周形成有从后部42到小径部47为止连续的槽211，导体212配置在槽211的槽底。导体212将在比主体配件20靠后端侧的后部42的外周配置的端子214与在小径部47的外周配置的探测电极213连接。探测电极213配置在绝缘体40的外周与主体配件20的内周之间。端子214为供外部配线(未图示)连接的部位。
导体212及探测电极213由具有耐热性且电阻率较小的铂等贵金属、银等形成。在本实施方式中，导体212及探测电极213通过包含贵金属、银等的金属膏的烧熔而形成于槽211。导体212由埋入于槽211中的绝缘构件215覆盖，与主体配件20绝缘。在本实施方式中，通过具有耐热性的无机粘接剂的固化而形成绝缘构件215。探测电极52、213彼此绝缘。
在本实施方式中，导体212及探测电极213隔着轴线O配置在导体51及探测电极52的相反侧，但并不一定限于此。探测电极52、213只要至少一部分配置在空间55的内侧，则在该范围内能够配置在任意的位置。
火花塞200中，由于彼此绝缘的探测电极52、213配置在空间55，如果对探测电极52与主体配件20之间、探测电极213与主体配件20之间分别赋予电位差，则能够检测在空间55产生的火焰核所引起的离子电流。由于火花塞200有多个探测电极52、213，如果检测在哪个探测电极52、213流过离子电流，则能够确定产生火焰核的位置。此外，不对火花塞200的探测电极52、213与主体配件20之间赋予电位差，而通过对探测电极52与探测电极213之间赋予电位差，也能够检测离子电流。
接着，参照图12对第十二实施方式进行说明。此外，对于与在第一实施方式中说明的部分相同的部分，标注相对的附图标记并省略以下的说明。图12(a)是将第十二实施方式中的火花塞220的主体配件20剖切示出的左侧视图(从接地电极30的第一端部31侧观察绝缘体40的图)，图12(b)是火花塞220的右侧视图。在图12(a)及图12(b)中省略主体配件20及绝缘体40的轴线O方向的后端侧的图示。
如图12(a)及图12(b)所示，火花塞220在夹着绝缘体210的小径部47的轴线O的两侧配置有探测电极221、225。探测电极221、225彼此绝缘。探测电极221具备沿轴线O方向延伸的线状的第一部222、从第一部222的轴线O方向的前端沿小径部47的周向延伸的第二部223及从比第二部223靠轴线O方向的后端侧的第一部222与第二部223空出间隔地沿周向延伸的第三部224。
探测电极225具备沿轴线O方向延伸的线状的第一部226、从第一部226的轴线O方向的前端沿小径部47的周向延伸的第二部227及从比第二部227靠轴线O方向的后端侧的第一部226与第二部227空出间隔地沿周向延伸的第三部228。由于探测电极221、225向小径部47的轴线方向及周向延伸，能够扩大周向上的火焰核的检测范围。
实施例
通过实施例来更加详细地说明本发明，但本发明不限定于该实施例。
(实施例1)试验者将在第一实施方式中说明的配置有线状的探测电极的火花塞(图2参照)和压力传感器安装于带涡轮增压器的发动机(排气量1.6L)。火花塞的探测电极的轴线方向的前端位于绝缘体的小径部的轴线方向的中央，且该探测电极的与轴线方向正交的方向的宽度W为1mm。探测电极配置在面向接地电极的第一端部侧的绝缘体的小径部。
试验者通过火花塞将供给到发动机的混合气体点火而使其燃烧。试验者通过在第一实施方式中说明的点火装置(参照图4)对火花塞的探测电极与主体配件之间赋予电位差，由此检测离子电流，而对在被夹在火花塞的绝缘体与主体配件之间的空间产生的火焰核的产生/成长(以下称为“火花塞LSPI(低速早燃)”)进行了检测。试验者通过压力传感器检测出火花塞对混合气体的点火/燃烧及火花塞LSPI。
试验者对压力传感器的检测结果与火花塞的检测结果进行比较，求出了尽管压力传感器检测到火花塞LSPI但火花塞无法检测到火花塞LSPI的误检测率(压力传感器检测到100次的火花塞LSPI中的火花塞无法检测到火花塞LSPI的比例)。
图13是示出火花塞的施加电压(探测电极与主体配件的电位差)与误检测率的关系的图。施加电压的正数示出探测电极的极性为+，施加电压的负数示出探测电极的极性为-。由图13显而易见地，通过使探测电极的极性为+且施加电压为+50V以上，能够几乎消除火花塞LSPI的误检测。
(实施例2)除了使火花塞的探测电极的宽度W(参照图2)各种不同以外，试验者与实施例1同样地对火花塞LSPI进行了检测。施加电压(探测电极与主体配件的电位差)设为+50V。图14是示出探测电极的宽度与误检测率的关系的图。由图14显而易见地，通过使探测电极的宽度为0.5mm以上，能够使火花塞LSPI的误检测率为10％以下。可以推测出这是由于能够抑制噪声等的影响。
(实施例3)除了使从火花塞的绝缘体的前端到探测电极的前端为止的轴线方向上的距离D1(参照图2)各种不同以外，试验者与实施例1同样地对火花塞LSPI进行了检测。施加电压(探测电极与主体配件的电位差)设为+50V。图15是示出从绝缘体的前端到探测电极的前端为止的轴线方向上的距离D1与内部跳火(中心电极与探测电极之间的放电)的产生率的关系的图。由图15显而易见地，通过使距离D1为6mm以上，能够在防止内部跳火的产生的同时检测出火花塞LSPI。这是由于抑制中心电极与探测电极之间的放电而提高火花塞LSPI的检测灵敏度。
(实施例4)除了使从火花塞的绝缘体与密封件的接触部分的前端到探测电极的前端为止的轴线方向上的距离D2(参照图2)各种不同以外，试验者与实施例1同样地对火花塞LSPI进行了检测。施加电压(探测电极与主体配件的电位差)设为+50V。图16是示出从接触部分的前端到探测电极的前端为止的轴线方向上的距离D2与误检测率的关系的图。由图16显而易见地，通过使距离D2为3mm以上，能够使火花塞LSPI的误检测率为10％以下。可以推测出这是由于，通过使距离D2为3mm以上，能够将探测电极配置在随着火焰核的成长而温度易于上升来使离子电流易于流动的区域。
(实施例5)除了使火花塞的探测电极的周向的位置相对于接地电极而各种不同以外，试验者与实施例1同样地对火花塞LSPI进行了检测。施加电压(探测电极与主体配件的电位差)设为+50V。图17是示出探测电极的周向上的位置与误检测率的关系的图。在图17中，中心示出轴线O，横轴示出从接地电极30的第一端部31向第二端部32延伸的轴(57，参照图3)的位置。纵轴示出包含轴线O的假想平面(58，参照图3)。
由图17显而易见地，通过使探测电极存在于比假想平面(纵轴)靠接地电极30的第一端部31侧(比图17的中心靠左侧)的位置，能够使火花塞LSPI的误检测率为10％以下。可以推测出这是由于，在被夹在绝缘体与主体配件之间的空间中的比假想平面靠接地电极的第一端部侧，发生火花塞LSPI的频率较高。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但能够容易地推测出，本发明完全不限定于上述实施方式，而能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改进变形。例如探测电极的形状、尺寸为一例，能够适当设定。
在上述各实施方式中，对绝缘体40、210的前端49比主体配件20的前端29更向轴线O方向的前端侧突出的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然能够将绝缘体40、210的前端49比主体配件20的前端29更向轴线O方向的后端侧配置。在该情况下也能够实现与上述各实施方式相同的作用效果。
在上述各实施方式中，对将密封件61配置在主体配件20的内周(托架部27)与绝缘体40、210的外周(缩径部45)之间且主体配件20隔着密封件61将绝缘体40、210卡定的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然能够省略密封件61而使主体配件20的内周(托架部27)与绝缘体40、210的外周(缩径部45)接触，通过该接触部分而使主体配件20将绝缘体40、210卡定。在该情况下也能够实现与上述各实施方式相同的作用效果。
在上述各实施方式中，对将探测电极设置于绝缘体40、210的情况进行了说明，但并不一定限于此。由于只要将探测电极配置在被夹在绝缘体40、210与主体配件20之间的空间55即可，当然能够将探测电极设置于主体配件20的内周或以非接触的状态将探测电极设置于主体配件20及绝缘体40、210这双方。
在上述各实施方式中，对通过金属膏的烧熔而形成导体51、212及端子53、214的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然能够将导体51、212设为金属线且将端子53、214设为金属板，以代替金属膏。
在上述各实施方式中，对将导体51、212及端子53、214设置在绝缘体40、210的表面的情况进行了说明，但并不一定限于此。由于只要导体与中心电极70、主体配件20及接地电极30绝缘即可，当然能够例如对导体进行绝缘包覆并内置于主体配件20，或配置在主体配件20与绝缘体40、210之间。
在上述各实施方式中，对探测电极的轴线O方向的前端处于比主体配件20的前端29靠轴线O方向的后端侧的位置的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然能够使探测电极的轴线O方向的前端突出到比主体配件20的前端29靠轴线O方向的前端侧的位置。在该情况下，虽然也取决于探测电极从主体配件20的前端29突出的长度、面积，但不仅是在被夹在绝缘体40与主体配件20之间的空间55产生的火焰核，还能够检测在空间55之外产生的火焰核。
在第十一实施方式中，对探测电极221、225设置有两个的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然能够根据需要来将探测电极设置成一个或多个。
在上述各实施方式中，对第一端部31接合于主体配件20的接地电极30的第二端部32侧弯折的情况进行了说明。但是，并不一定限于此。当然能够将接地电极形成为直线状以代替使用弯折的接地电极30。在该情况下，将主体配件20的前端侧沿轴线O方向延伸，将直线状的接地电极的第一端部接合于主体配件20，使接地电极的第二端部与中心电极70相对。
在上述各实施方式中，对于以中心电极70的轴线O与接地电极30的第二端部32交叉的方式配置接地电极30的情况进行了说明。但是，并不一定限于此，能够适当地设定中心电极70与接地电极30的位置关系。作为中心电极70与接地电极30的其他位置关系，例如可举出以中心电极70的侧面与接地电极30的第二端部32相对的方式配置接地电极30、以接地电极30的轴57与轴线O倾斜地相交的方式配置接地电极30等。
附图标记说明
10、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、220火花塞 20主体配件 26螺纹部 27托架部 30接地电极 31第一端部 32第二端部 40、210绝缘体 41轴孔 45缩径部51、212导体 52、111、121、131、141、151、161、171、181、191、213、221、225探测电极 52a前端53、214端子 55空间 56接触部分 57轴 58假想平面 61密封件 70中心电极 W宽度 O轴线

Claims (6)

1.一种火花塞，具备：
筒状的绝缘体，具备外径朝着前端侧缩小的缩径部，且形成有从前端侧向后端侧沿轴线延伸的轴孔；
中心电极，配置在所述轴孔中；
筒状的主体配件，配置在所述绝缘体的外周，且具备设置在所述主体配件自身的内周的托架部和设置在所述主体配件自身的外周的螺纹部；及
接地电极，连接于所述主体配件，且隔着火花间隙而与所述中心电极相对，
所述托架部向所述主体配件的径向内侧突出，且直接或隔着环状的密封件而从前端侧将所述缩径部卡定，
所述火花塞的特征在于，具备：
端子，配置成比所述螺纹部靠后端侧；
探测电极，配置于被夹在所述绝缘体的外周与所述主体配件的内周之间的空间中的、比所述缩径部与所述托架部的接触部分或者所述缩径部与所述密封件的接触部分的前端靠前端侧的部分；及
导体，将所述探测电极与所述端子连接，
所述探测电极及所述导体与所述中心电极、所述主体配件及所述接地电极绝缘。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，
所述探测电极的与轴线方向正交的方向的宽度为0.5mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，
所述探测电极自身的前端处于比所述主体配件的前端靠后端侧的位置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的火花塞，其特征在于，
所述探测电极自身的前端处于从所述绝缘体的前端向后端侧离开6mm以上的位置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的火花塞，其特征在于，
所述探测电极自身的前端处于从所述接触部分的前端向前端侧离开3mm以上的位置。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的火花塞，其特征在于，
所述接地电极的第一端部接合于所述主体配件，所述接地电极的第二端部以与所述轴线交叉的方式与所述中心电极相对，
所述探测电极的至少一部分存在于比假想平面靠所述接地电极的所述第一端部侧的位置，所述假想平面包含所述轴线、且与包含从所述接地电极的所述第一端部向所述第二端部延伸的轴和所述轴线的平面垂直。
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