CN111834917A

CN111834917A - 火花塞

Info

Publication number: CN111834917A
Application number: CN202010267899.9A
Authority: CN
Inventors: 后泽达哉; 伴谦治
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: US10714908B1; JP2020177743A; CN111834917B; DE102020204698A1; JP6986042B2

Abstract

本发明提供一种火花塞，其能够加快从盖部的内侧朝向贯通孔的火焰传播速度。火花塞具备：中心电极；主体配件，将中心电极从外周进行绝缘保持；接地电极，在中心电极与所述接地电极自身的一端部之间形成火花间隙；以及盖部，与主体配件连接，将中心电极和接地电极的一端部从前端侧进行覆盖，并且在比接地电极靠前端侧形成有贯通孔，在盖部的内表面中的比贯通孔的内侧开口端靠前端侧的第一区域形成有至少一个台阶。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及在发动机的燃烧室形成副室的火花塞。

背景技术

已知一种在发动机的燃烧室形成副室的火花塞。这种火花塞在与主体配件连接的盖部形成有贯通孔。露出于燃烧室的盖部在燃烧室形成副室。火花塞对从燃烧室通过贯通孔流入到盖部的内侧的可燃混合气进行点火，通过因可燃混合气燃烧而产生的膨胀压力，将包含火焰的气流从贯通孔喷射到燃烧室。燃烧室内的可燃混合气通过该火焰的喷流而燃烧。为了随着朝向后端侧而阶段性地增大副室的截面积，在专利文献1(特别是图26)中公开的火花塞在盖部的内表面中的比贯通孔靠后端侧的区域形成有台阶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-144648号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1所公开的技术中，当可燃混合气从燃烧室通过贯通孔流入到盖部时，露出于燃烧室的盖部被可燃混合气冷却。特别是盖部的前端侧的部位与盖部的后端侧的部位相比温度变低。其结果，由于存在于盖部的内部的前端侧的可燃混合气的温度变低，所以在盖部的前端附近，火焰传播速度由于可燃混合气的温度降低而降低。当从盖部的内侧朝向贯通孔的火焰传播速度降低时，存在对燃烧室内的燃烧速度造成不良影响的问题。

本发明是为了解决该问题而完成的，其目的在于提供一种能够加快从盖部的内侧朝向贯通孔的火焰传播速度的火花塞。

用于解决课题的技术方案

为了实现该目的，本发明的火花塞具备：中心电极；主体配件，将中心电极从外周进行绝缘保持；接地电极，在中心电极与所述接地电极自身的一端部之间形成火花间隙；以及盖部，与主体配件连接，将中心电极和接地电极的一端部从前端侧进行覆盖，并且在比接地电极靠前端侧形成有贯通孔，在盖部的内表面中的比贯通孔的内侧开口端靠前端侧的第一区域形成有至少一个台阶。

发明效果

根据技术方案1所述的火花塞，由于形成有至少一个台阶的第一区域设置于盖部的内表面中的比贯通孔的内侧开口端靠前端侧，所以与在第一区域没有台阶的情况相比，能够扰乱第一区域附近的可燃混合气的流动。由于可燃混合气的流动的紊乱的强度给火焰传播的高速化带来的影响比可燃混合气的温度对火焰传播速度造成的影响大，所以能够与可燃混合气的温度降低无关地加快火焰传播。因此，能够加快从盖部的内侧朝向贯通孔的火焰传播速度。

根据技术方案2所述的火花塞，由于一个台阶的大小被设为在内表面的周向上的长度比在内表面的轴线方向上的长度长，因此，从燃烧室通过贯通孔流入到盖部的内侧的可燃混合气在沿着第一区域向轴线方向流动时能够容易产生紊流。因此，在技术方案1的效果的基础上，能够进一步加快火焰传播速度。

根据技术方案3所述的火花塞，由于台阶在盖部的内表面的整周上连续，所以与在盖部的内表面的整周的一部分设置有台阶的情况相比，能够更容易产生紊流。因此，在技术方案1或2的效果的基础上，能够进一步加快火焰传播速度。

根据技术方案4所述的火花塞，由于台阶还形成于盖部的内表面中的比接地电极靠前端侧且比内侧开口端靠后端侧的第二区域，所以在从燃烧室通过贯通孔流入到盖部的内侧的可燃混合气在沿着第二区域向后端侧流动时能够容易产生紊流。另外，包含火焰的气流在沿着第二区域向前端侧流动时也能够容易产生紊流。因此，在技术方案1至3中任一技术方案的效果的基础上，能够进一步加快火焰传播速度。

附图说明

图1是一个实施方式中的火花塞的局部剖视图。

图2是将图1的II所示的部分放大后的火花塞的剖视图。

图3是将图2的III所示的部分放大后的火花塞的剖视图。

图4是从图2的箭头IV方向观察的第一区域的示意性俯视图。

图5是将图2的V所示的部分放大后的火花塞的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1是一个实施方式中的火花塞10的局部剖视图。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(在图2中也相同)。图1中图示了火花塞10的前端侧的部位的包含轴线O的截面。如图1所示，火花塞10具备绝缘体11、中心电极13、主体配件20、接地电极30和盖部40。

绝缘体11是形成有沿着轴线O的轴孔12的大致圆筒状的部件，由机械特性、高温下的绝缘性优异的氧化铝等陶瓷形成。在绝缘体11的轴孔12的前端侧配置有中心电极13。中心电极13在轴孔12内与端子配件14电连接。端子配件14是与高压电缆(未示出)连接的棒状的部件，由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成。端子配件14固定在绝缘体11的后端。

主体配件20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部件。主体配件20具备：在外周面形成外螺纹21的前端部22；与前端部22的后端侧邻接的座部23；以及形成于座部23的后端侧的工具卡合部24。外螺纹21与发动机1的螺纹孔2螺纹接合。座部23是用于堵塞发动机1的螺纹孔2与外螺纹21之间的间隙的部位，其外径形成为大于外螺纹21的外径。在将外螺纹21向发动机1的螺纹孔2进行紧固时，工具卡合部24供扳手等工具卡合。

接地电极30是由以Ni等为主成分的金属材料形成的棒状的部件。在本实施方式中，接地电极30配置在外螺纹21的位置，并贯通前端部22而突出到前端部22的内侧。接地电极30的一端部31与中心电极13对置。在主体配件20的前端部22连接有盖部40。

盖部40是从前端侧覆盖中心电极13及接地电极30的一端部31的部位。盖部40由以Ni等为主成分的金属材料形成。在盖部40，在比接地电极30靠前端侧形成有贯通孔41。在火花塞10通过外螺纹21而安装于发动机1的螺纹孔2的状态下，盖部40露出于发动机1的燃烧室3。贯通孔41将由主体配件20和盖部40包围而成的副室42与燃烧室3连通。在本实施方式中，贯通孔41在盖部40形成有多个。

图2是将图1的II所示的部分放大后的火花塞10的包含轴线O的剖视图。在主体配件20的前端部22，在外螺纹21的部位形成有朝向径向的内侧凹陷的凹部25。在前端部22，在凹部25的径向的内侧形成有比凹部25细的孔26。孔26将前端部22沿径向贯通。插入到孔26中的接地电极30的另一端部32通过焊接部27而与前端部22接合。接地电极30的一端31与中心电极13之间形成火花间隙33。由于接地电极30与主体配件20的外螺纹21的部位接合，因此接地电极30的热量从外螺纹21传递到发动机1。

在盖部40的外表面43通过贯通孔41而形成有外侧开口端47，在盖部40的内表面44通过贯通孔41而形成有内侧开口端48。贯通孔41的内侧开口端48位于比接地电极30的一端部31靠前端侧。贯通孔41随着从内侧开口端48向外侧开口端47靠近而朝向前端侧倾斜。在本实施方式中，多个贯通孔41的内侧开口端48的后端49全部位于与轴线O垂直的平面50上。盖部40通过焊接部51与主体配件20的前端部22接合。

盖部40的内表面44被划分成比贯通孔41的内侧开口端48靠前端侧的第一区域45以及比第一区域45靠后端侧的第二区域46。第一区域45是盖部40的内表面44中的比用平面50切断盖部40时的切口靠前端侧的部位。第二区域46是盖部40的内表面44中的比用平面50切断盖部40时的切口靠后端侧的部位。第一区域45形成为球冠状，第二区域46形成为圆筒状或球带状。在第一区域45包含呈圆形的平面的前端面45a。

图3是将图2的III所示的部分放大后的火花塞10的剖视图。如图3所示，在盖部40的第一区域45形成有台阶52。在第一区域45存在多个台阶52。

图4是从图2的箭头IV方向观察的第一区域45的示意性俯视图。在图4中，图示了第一区域45中的以前端面45a为中心的部位，并省略了其周边的部位的图示。如图4所示，形成于第一区域45的台阶52设置在第一区域45中的前端面45a的周围，并沿着圆形的前端面45a在周向上延伸。一个台阶52的大小被设为在第一区域45的周向上的长度比在第一区域45的轴线方向上的长度长。由于第一区域45在径向和轴线方向上具有展宽，所以在第一区域45的轴线方向上的台阶52的长度也可以称为在第一区域45的径向上的长度。

在本实施方式中，每个台阶52形成为以轴线O作为中心的圆弧状，通过各个台阶52彼此在周向上连接，从而台阶52在第一区域45的整周上连续。但是，图4是示意图，所以省略了圆弧状的台阶52的在周向上连接的部分的图示。在第一区域45的整周上连续的多个台阶52设置成以轴线O为中心的同心圆状。同心圆状的多个台阶52彼此在第一区域45的径向上相邻。台阶52形成于第一区域45中的除了前端面45a之外的区域的整体。

返回图3进行说明。第一区域45的表面的截面曲线53显示出随着朝向前端侧(图3下侧)而向径向内侧(图3右侧)前进的倾向。截面曲线53是包含轴线O的平面(图3纸面)与第一区域45的交线。但是，截面曲线53并不需要全部以随着朝向前端侧而趋向径向内侧的方式倾斜。但是，截面曲线53的至少一部分是以这种方式倾斜的。例如通过使用光的非接触式表面粗糙度测定机，按照JIS B0601：2013检测第一区域45的表面性状，并使之通过对所得到的曲线的短波长成分或长波长成分进行阻断的滤波器而得到截面曲线53。

台阶52的高度H和长度T根据截面曲线53求出。台阶52的高度H是对截面曲线53的一个台阶52的相邻的谷54进行连结的线段55与该台阶52的峰56之间的距离。台阶52的长度T为线段55的长度。台阶52的高度H和长度T被适当设定，例如台阶52被制作成具有2～10μm的范围的高度H，并具有10～50μm的范围的长度T。当台阶52的高度H和长度T处于该范围时，能够进一步加强沿着第一区域45的径向(轴线方向)流动的气体的紊乱，因此为优选。

图5是将图2的V所示的部分放大后的火花塞10的剖视图。如图5所示，在盖部40的第二区域46也形成有在周向上延伸的台阶57。在第二区域46存在多个台阶57。一个台阶57的大小被设为在第二区域46的周向上的长度比在第二区域46的轴线方向上的长度长。

在本实施方式中，每个台阶57形成为以轴线O作为中心的圆弧状，通过各个台阶57彼此在周向上连接，台阶57在第二区域46的整周上连续。在第二区域46的整周上连续的多个台阶57设置成以轴线O为中心的同心圆状。同心圆状的多个台阶57彼此在第二区域46的轴线方向上相邻。台阶57形成于第二区域46整体。

第二区域46的表面的截面曲线58显示出随着朝向前端侧(图5下侧)而向径向内侧(图5右侧)前进的倾向。截面曲线58是包含轴线O的平面(图5纸面)与第二区域46的交线。但是，截面曲线58并不需要全部以随着朝向前端侧而趋向径向内侧的方式倾斜。但是，截面曲线58的至少一部分是以这种方式倾斜的。截面曲线58以与第一区域45的截面曲线53同样的方式获得。

根据截面曲线58求出的台阶57的高度H和长度T(未图示)与第一区域45中的台阶52同样地适当设定。例如，台阶57被制作成具有2～10μm的范围的高度H，并具有10～50μm的范围的长度T。当台阶57的高度H和长度T处于该范围时，能够进一步加强沿着第二区域46的轴线方向流动的气体的紊乱，因此为优选。

例如在使用于制作盖部40的工件与车床等的主轴一起旋转，使位于往复台上的刀具与工件接触，并使刀具左右前后移动而通过切削制作盖部40的内表面44时，以主轴的旋转轴为中心而制作台阶52、57。在与主轴的旋转轴垂直相交的前端面45a没有形成台阶52。可以根据移动刀具的速度来调整台阶52、57的轴线方向及周向的长度。在盖部40的内表面44形成台阶52、57后，通过切削等在盖部40形成贯通孔41。

另外，作为制作台阶52、57的方法，使用刀具的切削是一例，当然可以使用其他方法来形成台阶52、57。作为其他方法，可举出例如一边向盖部40的内表面44照射激光束一边喷吹辅助气体来去除熔融物的激光加工。另外，也可以通过粉末冶金来制造形成有台阶52、57的盖部40。

在安装于发动机1(参照图1)的火花塞10，通过发动机1的气门操作，可燃混合气从燃烧室3通过贯通孔41流入到盖部40的内侧。流入到盖部40的可燃混合气的气流是紊流。火花塞10通过中心电极13与接地电极30之间的放电而在火花间隙33产生火焰核。火焰核在生长后对盖部40的内侧的可燃混合气进行点火，从而可燃混合气燃烧。通过因该燃烧而产生的膨胀压力，火花塞10将包含火焰的气流从贯通孔41喷射到燃烧室3。燃烧室3内的可燃混合气通过该火焰的喷流而燃烧。

当可燃混合气从燃烧室3通过贯通孔41流入到盖部40的内侧时，露出于燃烧室3的盖部40被可燃混合气冷却，从而盖部40的前端侧的部位与成为热源的绝缘体11位于附近的盖部40的后端侧的部位相比，温度变低。其结果，由于存在于盖部40的内侧的前端侧的可燃混合气的温度变低，所以在盖部40的内侧，在前端附近，火焰传播速度有可能由于可燃混合气的温度降低而降低。

但是，由于形成至少一个台阶52的第一区域45设置于盖部40的内表面44中的比贯通孔41的内侧开口端48靠前端侧，因此，当可燃混合气沿着第一区域45流动时，与在第一区域45没有台阶的情况相比，能够扰乱可燃混合气的流动。无论在可燃混合气流入到盖部40时还是可燃混合气从盖部40流出时，可燃混合气的流动均被第一区域45扰乱。由于可燃混合气的流动的紊乱的强度给火焰传播的高速化带来的影响比可燃混合气的温度对火焰传播速度造成的影响大，所以能够与可燃混合气的温度降低无关地加快火焰传播。因此，能够加快从盖部40的内侧朝向贯通孔41的火焰传播速度。其结果，能够使燃烧室3内的可燃混合气迅速燃烧。

由于火花塞10的一个台阶52的大小被设为在内表面44的周向上的长度比在内表面44的轴线方向上的长度长，因此，从燃烧室3通过贯通孔41流入到盖部40的内侧的可燃混合气在沿着第一区域45向轴线方向(径向)流动时与台阶52接触的机会增加，所以能够容易产生紊流。因此，能够进一步加快火焰传播速度。

由于台阶52在盖部40的内表面44的整周上连续，因此与在盖部40的内表面44的整周的一部分设置有台阶的情况相比，可燃混合气在沿着第一区域45向轴线方向(径向)流动时与台阶52接触的机会增加，所以能够更容易产生紊流。因此，能够进一步加快火焰传播速度。

由于台阶57还形成于盖部40的内表面44中的比接地电极30靠前端侧且比内侧开口端48靠后端侧的第二区域46，因此从燃烧室3通过贯通孔41流入到盖部40的内侧的可燃混合气在沿着第二区域46向后端侧流动时也能够容易产生紊流。另外，包含火焰的气流在沿着第二区域46向前端侧流动时也能够容易产生紊流。因此，通过比内侧开口端48靠后端侧的台阶57，能够进一步加快火焰传播速度。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明不受上述实施方式的任何限定，可容易地推断出在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良变形。例如盖部40的形状，贯通孔41的数量、形状、大小，台阶52、57的高度H、长度T等是一例，它们可以适当设定。

在实施方式中，对在主体配件20焊接盖部40的情况进行了说明，但并不一定限于此。例如，当然可以将前端封闭的筒状部件与主体配件20的前端部22连接，并将筒状部件的前端部设为盖部。筒状部件配置成包围主体配件20的前端部22的外周。形成于筒状部件的外周面的外螺纹与发动机1的螺纹孔2螺纹接合。

作为将筒状部件(盖部)与主体配件20的前端部22连接的方法，例如可以在筒状部件的内周面形成内螺纹，并将内螺纹与形成于前端部22的外螺纹21接合。另外，能够通过焊接等将筒状部件的后端部与主体配件20的座部23接合在一起。而且，可以在筒状部件的后端部形成凸缘，并通过焊接等将主体配件20的座部23与凸缘接合。筒状部件例如可以由镍基合金等金属材料或氮化硅等陶瓷形成。

在实施方式中，对将贯通主体配件20的前端部22的接地电极30设置在外螺纹21的位置的情况进行了说明，但并不一定限于此。例如，当然可以将盖部配置成使主体配件20的前端部22的前端面露出，并将接地电极与前端部22的前端面连接。接地电极的形状可以是直线状，也可以弯曲。也可以将接地电极接合于盖部。

在实施方式中，对贯通孔41的内侧开口端48出现于用包含轴线O的平面切断盖部40所得的切口的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然可以使内侧开口端相对于轴线O的位置偏移地，在盖部40设置贯通孔，以使贯通孔的内侧开口端不会出现于包含轴线O的截面。在该情况下，可以制作用与轴线O平行的平面切断盖部40所得的切口，并基于出现于该切口的内侧开口端来确定贯通孔的内侧开口端的位置。因此，基于所确定的贯通孔的内侧开口端的位置，确定第一区域45及第二区域46。

在实施方式中，对接地电极30的一端部31配置于中心电极13的前端侧，并在中心电极13的前端侧形成火花间隙33的情况进行了说明，但并不一定限于此。例如，当然可以与中心电极13的侧面分隔地配置接地电极30的一端部31，并在中心电极13的侧面与接地电极30的一端部31之间形成火花间隙33。另外，当然可以配置多个接地电极30而设置多个火花间隙33。

在实施方式中，对多个贯通孔41的内侧开口端48的后端49全部位于与轴线O垂直的平面50上的情况，即多个内侧开口端48的后端49在轴线方向上的位置相同的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然可以使多个内侧开口端48的后端49在轴线方向上的位置不同。在多个内侧开口端48的后端49在轴线方向上的位置不同的情况下，第一区域45是盖部40的内表面44中的、比用通过多个内侧开口端48的后端49中的位于最靠后端侧的后端49的与轴线O垂直的平面切断盖部40时的切口靠前端侧的部位。第二区域46是盖部40的内表面44中的比第一区域45靠后端侧的部位。

在实施方式中，对台阶52形成于第一区域45中的除了前端面45a以外的区域整体，并且台阶57形成于第二区域46整体的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然可以在第一区域45的一部分形成台阶52，或者在第二区域46的一部分形成台阶57。

在实施方式中，对台阶52、57的每一个形成为以轴线O为中心的圆弧状，通过各个台阶52、57彼此在周向上连接，从而台阶52在第一区域45的整周上连续，并且台阶57在第二区域46的整周上连续的情况进行了说明，但并不一定限于此。例如，当然可以将台阶52、57设置于盖部40的内表面44的圆周的一部分，或者将台阶52、57形成为螺线(涡旋线)。

在通过切削制作台阶52、57的情况下，如果使工件与主轴一起缓慢旋转，并一边使刀具与工件接触一边使刀具左右前后缓慢移动，则能够使台阶52、57形成为螺线。在螺线的台阶52在第一区域45无切缝地连续的情况下，台阶52是一个，在螺线的台阶57在第二区域46无切缝地连续的情况下，台阶57是一个。当然可以在第一区域45设置多个螺线的台阶52，或者在第二区域46设置多个螺线的台阶57。在设置多个螺线的台阶52、57的情况下，可以在台阶52、57的螺线的一个间距之间设置螺线，或者将螺线彼此在周向上分隔设置。

在实施方式中，对在第二区域46形成台阶57的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然可以省略第二区域46的台阶57。

标号说明

10 火花塞

13 中心电极

20 主体配件

30 接地电极

31 接地电极的一端部

33 火花间隙

40 盖部

41 贯通孔

44 盖部的内表面

45 第一区域

46 第二区域

48 内侧开口端

52、57 台阶

O 轴线

Claims

1.一种火花塞，其具备：

中心电极；

主体配件，将所述中心电极从外周进行绝缘保持；

接地电极，在所述中心电极与所述接地电极自身的一端部之间形成火花间隙；以及

盖部，与所述主体配件连接，将所述中心电极和所述接地电极的一端部从前端侧进行覆盖，并且在比所述接地电极靠前端侧形成有贯通孔，

在所述盖部的内表面中的比所述贯通孔的内侧开口端靠前端侧的第一区域形成有至少一个台阶。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

一个所述台阶的大小被设为在所述内表面的周向上的长度比在所述内表面的轴线方向上的长度长。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述台阶在所述内表面的整周上连续。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其中，

所述台阶还形成于所述盖部的所述内表面中的比所述接地电极靠前端侧且比所述内侧开口端靠后端侧的第二区域。