CN110676692B

CN110676692B - 火花塞

Info

Publication number: CN110676692B
Application number: CN201910583936.4A
Authority: CN
Inventors: 后藤大希; 伴谦治; 后泽达哉; 津荷俊介
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: CN110676692A; DE102019209574A1

Abstract

本发明提供一种火花塞，能够减少热损失并提高发动机效率。将在火花塞(100)配置于内燃机时喷孔(61)的中心轴线(HX)与位于上止点的活塞(65)的上表面(65A)相交的点设为交点(S)。以交点(S)与活塞(65)的上表面(65A)的中心(P)之间的距离(L)与气缸的内孔半径(Rb)满足关系式0.5Rb≤L≤Rb的方式构成喷孔(61)。当这样构成喷孔(61)时，能够抑制因活塞(65)、气缸盖吸收热所致的热损失。由此，本结构的火花塞(100)能够提高发动机效率。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及火花塞。

背景技术

具备预燃室空间的火花塞已经开发出来。例如，在专利文献1中公开有具备预燃室空间和喷孔的火花塞，该预燃室空间的容积小于主燃烧室的容积且配置于气缸盖侧的中心部，该喷孔能够在预燃室空间与主燃烧室之间的边界进行气体交换。在该火花塞，因预燃室空间内着火而从喷孔向主燃烧室内喷出焰炬状的火焰，使主燃烧室内的混合气燃烧。

专利文献

专利文献1：日本特开2007-40174号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1公开的技术中，所喷出的火焰接触活塞、气缸盖，而被吸收热，产生热损失。其结果是，存在发动机效率降低的课题。

本发明鉴于上述实际情况而产生，其目的在于减少热损失且提高发动机效率。本发明能够作为以下方式实现。

用于解决课题的技术方案

(1)一种火花塞，具备：中心电极；接地电极，具有与所述中心电极的前端部相向的相向部，在所述相向部与所述中心电极的所述前端部之间形成放电间隙；筒状的绝缘体，以使所述中心电极的所述前端部从所述筒状的绝缘体自身的前端露出的状态，将所述中心电极收容于内部；主体金属件，将所述绝缘体收容于内部；及罩部，从前方侧覆盖所述中心电极的所述前端部和所述接地电极的所述相向部，所述罩部具备喷孔，所述罩部中的比所述喷孔靠前端侧的部分薄于比所述喷孔靠后端侧的部分，以使所述火花塞被配置于内燃机时所述喷孔的中心轴线与位于上止点的活塞的上表面相交的交点S和所述活塞的所述上表面的中心P之间的距离L与气缸的内孔半径Rb满足以下关系式(1)的方式构成所述喷孔，

关系式(1) 0.5Rb≤L≤Rb。

在本结构的火花塞中，罩部中的比喷孔靠前端侧的部分薄于比喷孔靠后端侧的部分。由此，能够抑制在罩部的比喷孔靠前端侧的部分存积热而变得高温，从而防止主燃烧室的提前点火。另外，在该结构中，罩部的比喷孔靠后端侧的部分比前端侧的部分厚，因此也能够保证罩部的机械强度。

进而，在本结构的火花塞中，以使被配置于内燃机时喷孔的中心轴线与位于上止点的活塞的上表面相交的交点S和活塞的上表面的中心P之间的距离L与气缸的内孔半径Rb满足上述关系式(1)的方式构成喷孔。当这样构成喷孔时，能够抑制因活塞、气缸盖吸收热所致的热损失。由此，本结构的火花塞能够提高发动机效率。

(2)一种火花塞，具备：中心电极；接地电极，具有与所述中心电极的前端部相向的相向部，在所述相向部与所述中心电极的所述前端部之间形成放电间隙；筒状的绝缘体，以使所述中心电极的所述前端部从所述筒状的绝缘体自身的前端露出的状态，将所述中心电极收容于内部；主体金属件，将所述绝缘体收容于内部；及罩部，从前方侧覆盖所述中心电极的所述前端部和所述接地电极的所述相向部，所述罩部具备喷孔，所述火花塞的轴线与所述喷孔的中心轴线所成的角度为75°以上且125°以下，以使所述火花塞被配置于内燃机时所述喷孔的中心轴线与气缸盖的内侧面相交的方式构成所述喷孔。

在本结构的火花塞中，以使火花塞被配置于内燃机时喷孔的中心轴线与气缸盖的内侧面相交的方式构成喷孔。当这样构成喷孔时，能够抑制因活塞、气缸盖的顶面吸收热所致的热损失。由此，本结构的火花塞能够提高发动机效率。

附图说明

图1是示出第一实施方式的火花塞的结构的剖视图。

图2是第一实施方式的火花塞的局部放大剖视图。

图3是示出第一实施方式的火花塞配置于内燃机的状态的剖视图。

图4是示出第二实施方式中的火花塞的结构的剖视图。

图5是第二实施方式中的火花塞的局部放大剖视图。

图6是示出第二实施方式中的火花塞配置于内燃机的状态的剖视图。

图7是示出实验例2中的火花塞配置于内燃机中的状态的剖视图。

图8是示出实验例4中的火花塞配置于内燃机中的状态的剖视图。

图9是其他实施方式中的火花塞的局部放大剖视图。

具体实施方式

＜第一实施方式＞

以下，参照附图详细说明火花塞100的第一实施方式。此外，在以下说明中，将图1的下方侧称为火花塞100的前端侧(前方侧)，将图1的上方侧设为后端侧。

图1是示出第一实施方式的火花塞100的示意结构的剖视图。

在图1中，用单点划线图示出火花塞100的中心轴线CX(火花塞的轴线)。另外，图3中用双点划线图示出火花塞100安装于内燃机时的气缸盖的顶面173(构成顶部的内表面)。

火花塞100安装于内燃机，用于内燃机的点火。在安装于内燃机时，火花塞100的前端侧(纸面下侧)配置于内燃机的燃烧室内，后端侧(纸面上侧)配置于燃烧室的外部。火花塞100具备中心电极10、接地电极13、绝缘体20、端子电极30及主体金属件40。

中心电极10由轴状的电极部件构成，配置为其中心轴与火花塞100的中心轴线CX对齐。中心电极10以其前端部11从主体金属件40的前端侧开口部40A露出的方式，借助绝缘体20保持于主体金属件40。中心电极10经由配置于后端侧的端子电极30而与外部电源电连接。

接地电极13是向中心电极10的前端部11延伸的棒状的电极。接地电极13从主体金属件40的前端侧开口部40A的周边部向前端侧延伸，在中途弯曲。而且，接地电极13延伸至中心电极10的前端部11的前方。接地电极13具有与中心电极10的前端部11相向的相向部13A。在接地电极13的相向部13A与中心电极10的前端部11之间形成有放电间隙SG。

绝缘体20是具有贯通中心的轴孔21的筒状部件。绝缘体20例如由氧化铝、氮化铝等陶瓷烧结体构成。在绝缘体20的轴孔21的前端侧，以中心电极10的前端部11露出的状态收容有中心电极10。在轴孔21的后端侧保持有轴状的作为电极部件的端子电极30。端子电极30的后端部31从绝缘体20的后端开口部22延伸出，以便能够与外部电源连接。为了抑制在产生火花放电时产生电波杂音，中心电极10与端子电极30经由由玻璃片材夹持的电阻体35电连接。绝缘体20的中心轴与火花塞100的中心轴线CX一致。

主体金属件40是在中心具有筒孔41的大致圆筒状的金属部件。主体金属件40例如由碳钢构成。主体金属件40的中心轴与火花塞100的中心轴线CX一致。如上所述，在主体金属件40的前端侧开口部40A安装有接地电极13。

火花塞100具备罩部50。罩部50形成为穹顶状。罩部50的后端具备筒状的主干部53。罩部50从前方侧覆盖中心电极10的前端部11和接地电极13的相向部13A。由罩部50围起的空间设为预燃室空间63。主干部53包围主体金属件40的后端部40B以外的部分。在本实施方式中，罩部50与主干部53形成为一体，但也可以是独立的。

如图2所示，在罩部50，在比其顶部51A靠后端侧处形成有多个喷孔61。喷孔61例如形成有4～8个。喷孔61都是大致圆柱形的贯通孔。多个喷孔61位于以火花塞100的中心轴线CX为中心的假想圆周上。多个喷孔61在上述假想圆周上等间隔地排列。

由罩部50覆盖的空间即预燃室空间63(着火室)经由喷孔61与燃烧室连通。

罩部50中的比喷孔61靠前端侧的部分50A薄于比喷孔61靠后端侧的部分50B。

例如，在利用通过火花塞100的中心轴线CX和喷孔61的中心轴线HX的平面切断罩部50而得到的剖视图(图2)中，对剖视图中示出的喷孔61的轮廓线的长度进行测定，后端侧的轮廓线的长度L1与前端侧的轮廓线的长度L2之差只要为0.1mm以上即可。换言之，只要前端侧的轮廓线的长度L2比后端侧的轮廓线的长度L1例如短0.1mm以上即可。

前端侧的部分50A的厚度并不特别限定。前端侧的部分50A的厚度优选设定为例如0.3mm以上且1.5mm以下。后端侧的部分50B的厚度并不特别限定。后端侧的部分50B的厚度优选设定为例如0.5mm以上且2.5mm以下。

在本实施方式中，越接近顶部51A，则罩部50的厚度越逐渐变小。

在本实施方式中，如图3所示，构成有喷孔61。设定为火花塞100配置于内燃机的状态。此时，将喷孔61的中心轴线HX与位于上止点的活塞65的上表面65A相交的点设为交点S。喷孔61的中心轴线HX与从喷孔61喷出的燃烧火焰的中心轴也一致。

以交点S与活塞65的上表面65A的中心P之间的距离L和气缸的内孔半径Rb满足以下关系式(1)的方式构成喷孔61。此外，在本实施方式中，全部喷孔61满足下述关系式(1)。

关系式(1) 0.5Rb≤L≤Rb

即，在图3中，交点S位于范围E内。

并且，优选满足关系式(2)，更加优选满足关系式(3)。

关系式(2) 0.7Rb≤L≤Rb

关系式(3) 0.8Rb≤L≤Rb

接下来，对如上所述构成的火花塞100的作用效果进行说明。

在本实施方式的火花塞100中，罩部50中的比喷孔61靠前端侧的部分50A薄于比喷孔61靠后端侧的部分50B。由此，能够抑制在罩部50的比喷孔61靠前端侧的部分50A存积热而变得高温，从而能够防止主燃烧室的提前点火。另外，在该结构中，罩部50的比喷孔61靠后端侧的部分50B厚于前端侧的部分50A，也能够保证罩部50的机械强度。

进而，本结构的火花塞100如下所示构成。考虑在火花塞100配置于内燃机时喷孔61的中心轴线HX与位于上止点的活塞65的上表面65A相交的交点S。以该交点S与活塞65的上表面65A的中心P之间的距离L和气缸的内孔半径Rb满足上述关系式(1)的方式构成喷孔61。当这样构成喷孔61时，能够抑制因活塞65、气缸盖吸收热所致的热损失。由此，本结构的火花塞100能够提高发动机效率。

即，当交点S比图3的范围E接近中心P时，燃烧气体与活塞65接触的时间变长。其结果是，活塞65吸收热，热损失增大，发动机效率降低。

另外，当交点S比图3的范围E靠外侧时，气缸盖吸收热，热损失增大，其结果是，发动机效率降低。

本实施方式的火花塞100因为交点S位于图3的范围E内，所以能够抑制因活塞65、气缸盖吸收热所致的热损失。由此，本结构的火花塞100能够提高发动机效率。

＜第二实施方式＞

接下来，参照图4～6说明第二实施方式的火花塞200。在第二实施方式的火花塞200中，罩部150的结构与第一实施方式的火花塞100不同。其他结构都与第一实施方式的火花塞100大致相同，对大致相同的构成部位标注相同的附图标记，省略对构造、作用及效果的说明。

罩部150是有底圆筒状。罩部150的后端具备筒状的主干部153。罩部150从前方侧覆盖中心电极10的前端部11和接地电极13的相向部13A。另外，主干部153包围主体金属件40的后端部40B以外的部分。

如图5所示，在罩部150的前端形成有多个喷孔161。喷孔161例如形成有4～8个。喷孔161都是大致圆柱形的贯通孔。多个喷孔161在比罩部150的前端面157靠后端侧处，位于与前端面157之间的距离大致恒定的假想圆周上。多个喷孔161在上述假想圆周上等间隔地排列。

在本实施方式中，如图6所示，火花塞200的中心轴线CX与喷孔161的中心轴线HX所成的角度θ(喷孔与中心轴线CX之间的角度)为75°以上且125°以下。而且，以在火花塞200配置于内燃机中时喷孔161的中心轴线HX与气缸盖的内侧面171相交的方式构成喷孔161。中心轴线HX与气缸盖的内侧面171相交与以下事项同义。即，如图6所示，其与中心轴线HX和气缸盖的交点T距燃烧室的下表面175的高度h比内侧面171的全高H小同义。图8示出不满足该要件的情况，中心轴线HX不与气缸盖的内侧面171相交，而与顶面173相交。在图8的情况下，高度h大于全高H。燃烧室的下表面175可以由位于上止点的活塞65的上表面65A限定。

需要说明的是，内侧面171的全高H相当于后述的表1、2中的气缸盖的内侧面高度H，例如，在实验例1～4中，设为5mm。

上述角度θ优选为75°以上且110°以下，更加优选为75°以上且100°以下。此外，该角度θ在图6、8中的哪种情况下都设定为90°。

接下来，对如上所述构成的火花塞200的作用效果进行说明。

在本结构的火花塞200中，以在火花塞200配置于内燃机中时喷孔161的中心轴线HX与气缸盖的内侧面171相交的方式构成喷孔161。当这样构成喷孔161时，能够抑制因活塞65、气缸盖吸收热所致的热损失。由此，本结构的火花塞200能够提高发动机效率。

即，在不满足本结构的要件的情况下，会成为以下(1)、(2)中的任一种，发动机效率降低。

(1)燃烧气体与活塞65接触的时间变长。其结果是，活塞65吸收热，热损失增大，发动机效率降低。

(2)气缸盖的顶面173(构成顶棚的内表面)吸收热，热损失增大，其结果是，发动机效率降低。

关于本实施方式的火花塞200，这些(1)、(2)中的任一现象都能消除，能够抑制因活塞65、气缸盖的顶面173吸收热所致的热损失。由此，本结构的火花塞200能够提高发动机效率。

【实施例】

以下，利用实施例进一步具体说明本发明。

1.实验1(与第一实施方式相对应的实验)

(1)实验方法

(1.1)实验例1(实施例)

使用了图3所示的火花塞100。详细条件记载于下表1中。该火花塞100满足第一实施方式的要件。

(1.2)实验例2(比较例)

使用了图7所示的火花塞100。详细条件记载于下表1中。该火花塞100没有满足第一实施方式的要件。

(2)评价方法

在直列4缸、排气量1.6L、增压式发动机气缸内安装压力传感器，在下述条件下测定燃烧压力，计算出质量燃烧率(MFB)。将该质量燃烧率从10％达到70％所需的曲柄角的旋转角度定义为MFB10-70％，设定为评价指标。该MFB10-70％为越小的值，则意味着气缸内的燃烧速度越快，发动机效率越提高。

＜条件＞

最高吸气压：1400kPa

最高转速：4000rpm

空燃比A/F：理想配比

＜评价＞

评价如下。

○：表示MFB10-70％为比没有罩部的基准火花塞小的值。

×：表示MFB10-70％为比基准火花塞大的值。

(3)实验结果

确认出实施例1的发动机效率比实施例2高。

【表1】

2.实验2(与第二实施方式对应的实验)

(1)实验方法

(1.1)实验例3(实施例)

使用了图6所示的火花塞200。详细条件记载于下表2中。该火花塞100满足第二实施方式的要件。

(1.2)实验例4(比较例)

使用了图8所示的火花塞200。详细条件记载于下表2中。该火花塞200没有满足第二实施方式的要件。

(2)评价方法

评价方法与上述“1.实验1(与第一实施方式对应的实验)”一栏的“(2)评价方法”相同。

(3)实验结果

确认出实施例3的发动机效率比实验例4高。

【表2】

＜其他实施方式(变形例)＞

此外，本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离其要旨的范围内以各种方式实施。

(1)在上述实施方式中，罩部50、150的形状设定为特定形状，但其形状能够适当地变更。罩部50、150的形状例如能够设定为矩形箱状、圆锥、三角锥、四角锥等。

(2)在上述实施方式中，例示出具备特定量的喷孔61、161的火花塞100、200，但是喷孔61、161的数量并不特别限定，能够适当地变更。

(3)在上述实施方式的火花塞100、200中，例示了具备主干部53、153的例子。火花塞100、200并不限于该方式，也可以如图9所示，为不设置主干部53、153且罩部52安装于主体金属件42的前端的形态。在该方式中，接地电极13的相向部14A从罩部52的侧壁向内侧突出。此外，在图9中，对与第一实施方式的火花塞100大致相同的构成部位标注相同的附图标记。

(4)在上述第一实施方式中，例举了全部喷孔61满足了上述关系式(1)～(3)中任一项的例子进行了说明。在本发明中，只要至少一个喷孔61满足上述关系式(1)～(3)中的任一个即可。

(5)在上述第二实施方式中，例举了全部喷孔161满足〔1〕与相对于中心轴线CX的喷孔角度相关的要件和〔2〕喷孔161的中心轴线HX与气缸盖的内侧面171相交的要件中任一个要件的例子进行了说明。在本发明中，只要至少一个喷孔161满足这些要件即可。

附图标记说明

10…中心电极

11…前端部

13…接地电极

13A…相向部

14A…相向部

20…绝缘体

21…轴孔

22…后端开口部

30…端子电极

31…后端部

35…电阻体

40…主体金属件

40A…前端侧开口部

40B…后端部

41…筒孔

42…主体金属件

50…罩部

50A…前端侧的部分

50B…后端侧的部分

51A…顶部

52…罩部

53…主干部

61…喷孔

63…预燃室空间

65…活塞

65A…上表面

100…火花塞

150…罩部

153…主干部

157…前端面

161…喷孔

171…内侧面

173…顶面

175…下表面

200…火花塞

CX…中心轴线(火花塞的轴线)

HX…中心轴线

P…中心

Rb…内孔半径

S…交点

SG…放电间隙

T…交点

L1…喷口的后端侧的轮廓线的长度

L2…喷口的前端侧的轮廓线的长度。

Claims

1.一种火花塞，具备：

中心电极；

接地电极，具有与所述中心电极的前端部相向的相向部，在所述相向部与所述中心电极的所述前端部之间形成放电间隙；

筒状的绝缘体，以使所述中心电极的所述前端部从所述筒状的绝缘体自身的前端露出的状态，将所述中心电极收容于内部；

主体金属件，将所述绝缘体收容于内部；及

罩部，从前方侧覆盖所述中心电极的所述前端部和所述接地电极的所述相向部，

所述罩部具备喷孔，

所述罩部中的比所述喷孔靠前端侧的部分薄于比所述喷孔靠后端侧的部分，

以使所述火花塞被配置于内燃机时所述喷孔的中心轴线与位于上止点的活塞的上表面相交的交点S和所述活塞的所述上表面的中心P之间的距离L与气缸的内孔半径Rb满足以下关系式(1)的方式构成所述喷孔，

关系式(1)0.5Rb≤L≤Rb。

2.一种内燃机，具备：

发动机缸体，包括限定气缸内孔的内侧面和限定燃烧室顶部的内顶面；

活塞，可滑动地容纳在所述气缸内孔中并且包括与所述内顶面相向的上表面，在所述内顶面与所述活塞的所述上表面之间限定所述燃烧室且所述燃烧室由所述内侧面包围；及

权利要求1所述的火花塞。

3.一种内燃机，具备：

发动机缸体，包括限定气缸内孔的内侧面和限定主燃烧室顶部的内顶面；

活塞，可滑动地容纳在所述气缸内孔中并且包括与所述内顶面相向的上表面，在所述内顶面与所述活塞的所述上表面之间限定所述主燃烧室且所述主燃烧室由所述内侧面包围；及

从后端延伸到前端的火花塞，

所述火花塞包括：

具有前端部的中心电极；

接地电极，具有在所述火花塞的所述前端与所述中心电极的所述前端部相向的相向部，在所述相向部与所述中心电极的所述前端部之间形成放电间隙；及

罩部，覆盖所述中心电极的所述前端部和所述接地电极的所述相向部，通过所述罩部而形成与所述主燃烧室分隔的预燃室，所述罩部具备被形成为从所述预燃室向所述主燃烧室喷射燃烧气体的喷孔，

所述罩部还包括后端侧的部分和前端侧的部分，所述喷孔形成于位于朝向火花塞后端的后侧的所述后端侧的部分与位于朝向火花塞前端的前侧的所述前端侧的部分之间，所述罩部的所述前端侧的部分形成所述预燃室的封闭底部，以防止所述燃烧气体喷向所述上表面的中心周围的所述活塞的所述上表面的中心区域而允许所述燃烧气体从所述预燃室仅喷向假想的圆柱形面外侧的周围区域，该假想的圆柱形面具有与所述气缸内孔的中心轴线重合的轴并且具有比从所述气缸内孔的所述中心轴线到所述气缸内孔的内圆柱面的径向距离的一半大的半径，

所述喷孔被构成为朝向所述假想圆柱面外侧的所述周围区域而向所述周围区域喷射所述燃烧气体。

4.如权利要求3所述的内燃机，其中，

所述假想的圆柱形面的所述半径大于从所述气缸内孔的中心轴线到所述气缸内孔的所述内圆柱面的径向距离的十分之七。

5.如权利要求3所述的内燃机，其中，

所述火花塞的所述罩部从所述内顶面的中心突出到所述主燃烧室，并包括围绕所述气缸内孔的所述中心轴线设置的多个喷孔。

6.如权利要求3所述的内燃机，其中，

所述罩部的所述前端侧的部分薄于所述罩部的所述后端侧的部分。

7.如权利要求3～6中任一项所述的内燃机，其中，

所述罩部构成为防止所述燃烧气体喷向所述发动机缸体的内顶面。

8.如权利要求3～6中任一项所述的内燃机，其中，

所述喷孔的喷出方向与所述气缸内孔的所述中心轴线所成的角度为75°以上且125°以下。

9.如权利要求8所述的内燃机，其中，

所述喷孔指向包围所述主燃烧室的所述内侧面，所述罩部构成为向所述内侧面喷射所述燃烧气体而不向所述活塞的所述上表面和所述内顶面喷射所述燃烧气体。

10.如权利要求8所述的内燃机，其中，

所述喷孔沿与所述气缸内孔的所述中心轴线垂直的假想的径向平面延伸，使得所述燃烧气体从所述预燃室沿所述假想的径向平面喷向所述气缸内孔的所述内侧面。

11.如权利要求3所述的内燃机，其中，

所述火花塞还包括：

筒状的绝缘体，将所述中心电极收容于内部；及

主体金属件，将所述绝缘体收容于内部，

所述罩部安装于所述主体金属件。