CN110011183B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高耐污损性的火花塞。火花塞具有：绝缘体，在该绝缘体形成有轴孔；中心电极，其以使自身的前端从绝缘体突出的方式配置于轴孔；圆筒状的主体金属壳体，其以使绝缘体的前端从该主体金属壳体的前端突出的方式从外周侧保持绝缘体；以及接地电极，其与主体金属壳体相连接，在该接地电极与中心电极之间形成火花间隙。主体金属壳体具有朝向径向内侧呈凸状伸出的凸起部，绝缘体具有卡定于凸起部的后端面的卡定部，在将主体金属壳体的前端与绝缘体之间的径向上的间隙的大小设为L₀、将主体金属壳体中的比凸起部靠前端侧的部分与绝缘体之间的径向上的间隙的大小设为L时，满足0.9L₀≤L≤L₀。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种火花塞，尤其涉及一种能够提高耐污损性的火花塞。

背景技术

火花塞通常在接地电极与中心电极之间产生火花放电，从而对内燃机的燃烧室内的混合气体进行点火，该接地电极接合于筒状的主体金属壳体，该中心电极利用沿轴线方向延伸的筒状的绝缘体与主体金属壳体分隔开。但是，因混合气体的不完全燃烧等而产生的碳跟随着燃烧气体进入主体金属壳体与绝缘体之间的间隙，碳在绝缘体的表面堆积导致电极之间的绝缘电阻下降，当以低于要求电压(火花放电产生的电压)的电压产生泄漏时，就不会产生火花放电。为了防止因绝缘体的污损导致的泄漏，专利文献1公开了在轴线方向的中央的部分将主体金属壳体与绝缘体之间的径向上的间隙扩大为最大的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-184571号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在上述以往的技术中，进入到间隙的燃烧气体容易在间隙扩大了的部分滞留，因此，有时跟随着燃烧气体的碳在绝缘体的表面堆积并产生污损。

本发明是为了解决上述的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够提高耐污损性的火花塞。

用于解决问题的方案

为了达成该目的，本发明的火花塞具有：绝缘体，在该绝缘体形成有沿轴线从前端侧向后端侧延伸的轴孔；中心电极，其以使自身的前端从绝缘体突出的方式配置于轴孔；圆筒状的主体金属壳体，其以使绝缘体的前端从该主体金属壳体的前端突出的方式从外周侧保持绝缘体；以及接地电极，其与主体金属壳体相连接，在该接地电极与中心电极之间形成火花间隙。主体金属壳体具有朝向径向内侧呈凸状伸出的凸起部，绝缘体具有卡定于凸起部的后端面的卡定部，在将主体金属壳体的前端与绝缘体之间的径向上的间隙的大小设为L₀、将主体金属壳体中的比凸起部靠前端侧的部分与绝缘体之间的径向上的间隙的大小设为L时，满足0.9L₀≤L≤L₀。

发明的效果

根据技术方案1所述的火花塞，在将主体金属壳体的前端与绝缘体之间的径向上的间隙的大小设为L₀时，主体金属壳体中的比凸起部靠前端侧的部分与绝缘体之间的径向上的间隙的大小L满足0.9L₀≤L≤L₀。由此，能够提高进入主体金属壳体与绝缘体之间的间隙的燃烧气体的扫气性。其结果是，被燃烧气体搬运过来的碳不易在绝缘体的表面堆积，因此能够提高耐污损性。

根据技术方案2所述的火花塞，在主体金属壳体的外周面形成的外螺纹的标称直径为12mm以下。若外螺纹的标称直径变小，则主体金属壳体与绝缘体之间的间隙的大小L也变小，由于碳在绝缘体的表面堆积导致的影响变大。因而，本发明的应用尤其有效。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的火花塞的单侧剖视图。

图2是将图1的一部分放大了的火花塞的剖视图。

附图标记说明

10、火花塞；11、绝缘体；18、卡定部；21、绝缘体的前端；22、间隙；30、中心电极；33、中心电极的前端；40、主体金属壳体；42、外螺纹；47、凸起部；48、后端面；52、主体金属壳体的前端；54、接地电极；55、火花间隙；L₀、L、间隙的大小；O、轴线。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明优选的实施方式。图1是本发明的第1实施方式的火花塞10的以轴线O为界的单侧剖视图，图2是将图1的一部分放大了的火花塞10的剖视图。在图2中，以轴线O为界的单侧部分的图示被省略。在图1和图2中，将纸面下侧称作火花塞10的前端侧，将纸面上侧称作火花塞10的后端侧。如图1所示，火花塞10具有绝缘体11、中心电极30、主体金属壳体40以及接地电极54。

如图1所示，绝缘体11是由高温下的绝缘性、机械特性优异的氧化铝等形成的大致圆筒状的构件。在绝缘体11上沿轴线O贯通有轴孔。在绝缘体11的形成轴孔的内周面12的前端侧形成有朝向后端的面13，该朝向后端的面13随着朝向前端侧去而缩径。

对于绝缘体11而言，后端部14、大径部15、小径部16以及前端部17按照从后端侧向前端侧的顺序依次相连。大径部15是绝缘体11中的外径最大的部位。小径部16是外径小于大径部15的外径的部位，外径比小径部16的外径小的前端部17在小径部16的前端侧借助卡定部18(参照图2)与小径部16邻接。卡定部18随着朝向前端侧去而缩径。

在绝缘体11的前端部17中的、靠后端侧的外周面19随着朝向前端侧去而缩径。在绝缘体11的前端部17中的、与外周面19的前端侧部位邻接的外周面20的外径在整个轴线O方向上恒定。

中心电极30是插入轴孔的前端侧并沿轴线O保持于绝缘体11的棒状的电极。对于中心电极30而言，沿轴线O方向延伸的轴部31和向相对于轴部31垂直的方向伸出的头部32相连。头部32卡定于朝向后端的面13。在中心电极30中，导热性优异的芯材埋设于电极母材。电极母材利用以Ni(镍)为主体的合金或者由Ni(镍)构成的金属材料形成，芯材利用铜或者以铜为主要成分的合金形成。

端子金属壳体34是连接有高压缆线(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。端子金属壳体34的前端侧部位插入绝缘体11的轴孔。端子金属壳体34利用由具有导电性的玻璃构成的导电性密封件等与中心电极30的头部32电连接。

主体金属壳体40是由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成的大致圆筒状的构件。主体金属壳体40具有包围绝缘体11的从前端部17到小径部16的部位的主体部41、与主体部41的后端侧相连接的座部43、与座部43的后端侧相连接的连接部44、与连接部44的后端侧相连接的工具卡合部45以及与工具卡合部45的后端侧相连接的后端部46。主体部41在外周形成有用于与内燃机(未图示)的螺纹孔螺纹结合的外螺纹42。在本实施方式中，外螺纹42的标称直径设定为12mm以下。

座部43是用于堵塞内燃机(未图示)的螺纹孔与外螺纹42之间的间隙的部位，该座部43的外径形成为比主体部41的外径大。连接部44是在将主体金属壳体40组装于绝缘体11时以弯曲状塑性变形的部位。工具卡合部45是在将外螺纹42紧固于内燃机的螺纹孔时供扳手等工具卡合的部位。后端部46朝向径向内侧弯曲，位于比绝缘体11的大径部15靠后端侧的位置。在大径部15与后端部46之间形成填充有滑石等的粉末的密封部56。

接地电极54是与主体金属壳体40的主体部41相接合的棒状的金属制(例如镍基合金制)的构件。在本实施方式中，接地电极54的前端侧部位弯曲。如图2所示，接地电极54隔着火花间隙55与中心电极30的前端33相对。中心电极30的前端33位于比绝缘体11的前端21靠前端侧的位置。

如图2所示，主体金属壳体40在主体部41形成有朝向径向内侧呈凸状伸出的凸起部47。凸起部47在主体部41的整周上以环状连续。凸起部47的后端面48随着朝向前端侧去而缩径。在本实施方式中，凸起部47的前端面49形成为锥状，随着朝向前端侧去而扩径。在凸起部47的后端面48与绝缘体11的卡定部18之间夹着密封件53。密封件53是圆环状的板材，由比构成主体金属壳体40的金属材料软质的软钢板等金属材料形成。

主体金属壳体40的从凸起部47到后端部46(参照图1)的部分隔着密封件53、密封部56对绝缘体11的从小径部16到大径部15(参照图1)的部分施加轴线O方向上的压缩载荷。其结果是，将主体金属壳体40固定于绝缘体11的外周。绝缘体11的卡定部18在整周上隔着密封件53卡定于凸起部47的后端面48。密封件53紧贴于凸起部47的后端面48和卡定部18，密封件53在整周上沿轴线O方向压缩。由此，能够确保凸起部47的后端面48与卡定部18之间的气密。

主体金属壳体40以绝缘体11的前端21从主体金属壳体40的前端52突出的方式从外周侧保持绝缘体11。主体金属壳体40中的比凸起部47靠前端侧的部分自身的内径根据前端部17的形状相应地进行调整。具体而言，在比凸起部47靠前端侧的部分中的、隔着间隙22与绝缘体11的外周面19相对的内周面50以大致沿外周面19的形状的方式随着朝向前端侧去而缩径。在比凸起部47靠前端侧的部分中的、隔着间隙22与绝缘体11的外周面20相对的内周面51以沿外周面20的形状的方式使其内径在整个轴线O方向上恒定。

在火花塞10中，若将主体金属壳体40的前端52与绝缘体11之间的径向上的间隙22的大小(与轴线O垂直的方向上的距离)设为L₀，将主体金属壳体40中的比凸起部47靠前端侧的部分的内周面50、内周面51与绝缘体11之间的间隙22的大小(与轴线O垂直的方向上的距离)设为L，则满足0.9L₀≤L≤L₀。在本实施方式中，在主体金属壳体40的内周面51与绝缘体11的外周面20相对的部分中，间隙22的大小L在整个轴线O方向上恒定。在主体金属壳体40的内周面50与绝缘体11的外周面19相对的部分中，间隙22的大小L在0.9L₀≤L≤L₀的范围内，随着朝向后端侧去而逐渐变小。

另外，凸起部47从内周面50的后端侧朝向径向内侧伸出，因此，凸起部47(包含前端面49)与绝缘体11之间的间隙22的大小比L小。此外，为了防止主体金属壳体40的前端52与绝缘体11之间的泄漏，L₀比火花间隙55的大小G大。

在火花塞10通过将主体金属壳体40的外螺纹42紧固于内燃机(未图示)的螺纹孔而安装于内燃机时，绝缘体11中的比卡定部18靠前端侧的前端部17的外周面19、外周面20暴露于燃烧室内的燃烧气体。因混合气体的不完全燃烧等而产生的碳跟随着燃烧气体的气流进入间隙22。由于间隙22的大小满足0.9L₀≤L≤L₀，因此能够提高进入间隙22的燃烧气体的扫气性。因而，使跟随着燃烧气体的碳不易在绝缘体11的前端部17的外周面19、外周面20堆积。因而能够提高耐污损性。

并且，在主体金属壳体40的内周面50与绝缘体11的外周面19相对的部分中，间隙22的大小L在0.9L₀≤L≤L₀的范围内随着朝向后端侧去而逐渐变小，因此，能够随着朝向间隙22的后端侧去使燃烧气体的流速加快。因而，能够使跟随着燃烧气体的碳不易在绝缘体11的距卡定部18较近的部分堆积。其结果是，能够抑制在绝缘体11的距卡定部18较近的部分(与前端52侧相比，间隙22较窄的部分)产生的泄漏。

此外，由于形成于主体金属壳体40的外螺纹42的标称直径为12mm以下，因此，能够在使主体金属壳体40小径化的同时确保间隙22的大小L，能够提高耐污损性。

【实施例】

通过实施例进一步详细地说明本发明，但本发明并不限定于该实施例。

调整火花塞10的绝缘体11的前端部17的外周面19、外周面20的外径以及主体金属壳体40的内周面50、内周面51的内径，制作了主体金属壳体40的前端52与绝缘体11之间的径向上的间隙22的大小L₀、主体金属壳体40中的比凸起部47靠前端侧的部分的内周面50、内周面51与绝缘体11之间的间隙22中的最狭窄的部分的大小L_min以及火花间隙55的大小G不同的多种样品1～样品10。在表1中示出了样品1～样品10的L₀(单位：mm)、L_min(单位：mm)、L_min/L₀、G(单位：mm)。

另外，在样品1～样品10中，将主体金属壳体40的外螺纹42的标称直径设为12mm，并设为G/L₀＝0.70。此外，在样品1～样品10中，将除了L₀、L_min、G之外的要素(例如各构件的材质、形状、尺寸等)设为恒定。

【表1】

在样品1～样品3中，将L₀设为1.35mm，将G设为0.95mm，将L_min设为1.20mm、1.25mm、1.30mm中的任意值。由此，在样品1～样品3中，将L_min/L₀设定为0.89～0.96。

在样品4～样品6中，将L₀设为1.57mm，将G设为1.10mm，将L_min设为1.40mm、1.45mm、1.50mm中的任意值。由此，在样品4～样品6中，将L_min/L₀设定为0.89～0.96。

在样品7～样品10中，将L₀设为1.65mm，将G设为1.15mm，将L_min设为1.45mm、1.50mm、1.55mm、1.60mm中的任意值。由此，在样品7～样品10中，将L_min/L₀设定为0.88～0.97。

以使各样品的中心电极30和接地电极54向具有排气量1.5L的四缸发动机的试验用汽车(未图示)的燃烧室突出的方式将各样品安装于缸盖。使用发动机控制单元(未图示)对电路输出点火指令信号，在各样品的中心电极30与接地电极54之间施加电压。施加于各样品的电压设为恒定。

由此，在中心电极30与接地电极54之间产生火花放电，对燃烧室内的混合气体进行点火。在检测到与正常的火花放电时出现在电路中的正常的电流波形不同的异常的电流波形时，判断为发生了由绝缘体11的污损导致的泄漏。在以下所示的试验运转期间始终测量电流波形。

使用置于10℃的低温试验室内的底盘测功机之上的试验用汽车来进行试验运转。试验运转为，将第1运转和接着该第1运转的第2运转设为一个循环并将其重复10个循环。在第1运转中，在发动机刚起动后的三次空转之后，以3速段进行了40秒的前进行驶(35km/h)，在90秒的怠速之后，再次以3速段进行了40秒的前进行驶(35km/h)，然后使发动机停止，放置到发动机的冷却水的温度变为10℃为止。

在第2运转中，发动机刚起动之后的3次空转之后，以1速段进行了15秒的前进行驶(15km/h)，在使发动机停止30秒之后，再次以1速段进行了15秒的前进行驶(15km/h)，在使发动机停止30秒之后，再次以1速段进行了15秒的前进行驶(15km/h)，然后使发动机停止，放置到发动机的冷却水的温度变为10℃为止。

该试验运转的低速运转的时间较长，并且气温也较低，因此是容易在绝缘体11的前端部17的表面附着碳的(容易产生烟熏污损)运转条件。在该试验运转期间，在连续地测得的电流波形中，检测到10次以上异常的电流波形的样品被评价为“耐污损性较低(×)”，检测到的异常的电流波形的次数为9次以下的样品被评价为“耐污损性较高(〇)”。

其结果是，如表1所示，样品1、样品2、样品4、样品5、样品7～样品9被评价为耐污损性较高，样品3、样品6、样品10被评价为耐污损性较低。被评价为耐污损性较高的样品满足L_min/L₀≥0.9，被评价为耐污损性较低的样品的L_min/L₀的值低于0.9。在除了G/L₀＝0.70之外的样品中也能够看到该倾向，对此省略了说明。根据本实施例明确的是，通过满足0.9L₀≤L≤L₀，能够提高耐污损性。

以上基于实施方式说明了本发明，但本发明丝毫不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改良变形，这是能够容易推测的。

在实施方式中，说明了凸起部47的前端面49形成为锥状(圆锥面)的情况，但并不是必须限定于此。例如，当然能够将前端面49设为随着朝向前端侧去而扩径的凹面状、凸面状(球形环状)。此外，当然能够将前端面49设为与轴线O垂直的平面状。

在实施方式中，说明了绝缘体11的前端部17具有随着朝向前端侧去而缩径的外周面19和外径恒定的外周面20的情况，但并不一定限定于此。当然能够省略外周面20并使缩径的外周面19延长到绝缘体11的前端21。在使前端部17的外周面19延长到前端21的情况下，调整主体金属壳体40的形状以满足0.9L₀≤L≤L₀。例如，省略主体金属壳体40的与前端部17的外周面20相对的内周面51，使主体金属壳体40的内周面50延长到主体金属壳体40的前端52。

相反地，当然能够省略前端部17的缩径的外周面19并使圆筒状的外周面20延长到后端侧的卡定部18。在使前端部17的外周面20延长到卡定部18的情况下，调整主体金属壳体40的形状以满足0.9L₀≤L≤L₀。例如，省略主体金属壳体40的与前端部17的外周面19相对的内周面50并使主体金属壳体40的内周面51延长到凸起部47。

在实施方式中，说明了在主体金属壳体40的内周面50与绝缘体11的外周面19相对的部分中，间隙22的大小L随着朝向后端侧去而逐渐变小的情况。但并不一定限定于此。只要处于0.9L₀≤L≤L₀的范围内，当然还能够以间隙22的大小L随着朝向后端侧去而逐渐变大的方式、或者以存在随着朝向后端侧去而变大的部分和随着朝向后端侧去而变小的部分的方式，来设定主体金属壳体40和绝缘体11的形状。其原因在于，只要处于0.9L₀≤L≤L₀的范围内，即使设为间隙22的大小L随着朝向后端侧去而逐渐变大、或者设为存在随着朝向后端侧去而变大的部分和随着朝向后端侧去而变小的部分，也不会发生燃烧气体的显著的滞留。

在实施方式中，说明了将绝缘体11隔着密封件53卡定于主体金属壳体40的凸起部47的情况，但并不一定限定于此。当然能够省略密封件53并将绝缘体11卡定于主体金属壳体40的凸起部47。

在实施方式中省略了说明，但为了提高耐火花消耗性，当然能够将含有贵金属的电极头设于中心电极30、接地电极54。

在实施方式中，说明了使与主体金属壳体40接合的接地电极54弯曲并且接地电极54与中心电极30在轴线O方向上相对的情况(在轴线O方向上形成火花间隙55的情况)。但并不一定限定于此。例如，当然能够使中心电极30的侧面与接地电极54在与轴线O交叉的方向上相对(在与轴线O垂直的方向上形成火花间隙)。此外，当然能够使用直线状的接地电极54来替代使用弯曲的接地电极54。

在实施方式中，说明了一根接地电极54接合于主体金属壳体40的情况，但并不一定限定于此。当然能够将多根接地电极接合于主体金属壳体40。

Claims (2)

1.一种火花塞，该火花塞具有：

绝缘体，在该绝缘体形成有沿轴线从前端侧向后端侧延伸的轴孔；

中心电极，其以使自身的前端从所述绝缘体突出的方式配置于所述轴孔；

圆筒状的主体金属壳体，其以使所述绝缘体的前端从该主体金属壳体的前端突出的方式从外周侧保持所述绝缘体；以及

接地电极，其与所述主体金属壳体相连接，在该接地电极与所述中心电极之间形成火花间隙，在该火花塞中，

所述主体金属壳体具有朝向径向内侧呈凸状伸出的凸起部，

所述绝缘体具有卡定于所述凸起部的后端面的卡定部，

在将所述主体金属壳体的所述前端与所述绝缘体之间的径向上的间隙的大小设为L₀、将所述主体金属壳体中的比所述凸起部靠前端侧的部分与所述绝缘体之间的径向上的间隙的大小设为L时，满足0.9L₀≤L≤L₀，

在将所述主体金属壳体中的比所述凸起部靠前端侧的部分的内周面与所述绝缘体之间的间隙中的最狭窄的部分的大小设为L_min时，L_min/L₀设定为0.9～0.97。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

所述主体金属壳体在自身的外周面形成有外螺纹，

所述外螺纹的标称直径为12mm以下。

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