CN111917004B

CN111917004B - 火花塞

Info

Publication number: CN111917004B
Application number: CN202010342568.7A
Authority: CN
Inventors: 后泽达哉
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2040-04-27
Also published as: DE102020112012A1; CN111917004A; US10770868B1; JP2020184435A; JP6864711B2

Abstract

本发明提供一种抑制提前点火和失火这两者的火花塞。火花塞(100)具备：中心电极(10)；接地电极(13)；筒状的绝缘体(20)，在中心电极(10)的前端部(11)从绝缘体(20)的前端露出的状态下将中心电极(10)收容于内部；主体配件(40)，将绝缘体(20)收容于内部；及罩部(50)，从前端侧覆盖中心电极(10)的前端部(11)和接地电极(13)的对置部(14)而形成副室(51)，并且形成有作为贯通孔的喷孔(55)。火花塞(100)在将绝缘体(20)的外周面(24)中的露出于副室的部分的表面积设为第一表面积A，单位为mm²，并将罩部(50)及主体配件(40)中的露出于副室(51)的部分的合计表面积设为第二表面积B，单位为mm²时，满足关系式1即0.10＜A/B＜0.70。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及火花塞。

背景技术

在专利文献1中公开了一种火花塞，其具备绝缘体和主体配件。记载了在该火花塞中，在主体配件的外周面中的从螺纹部的后端到螺纹部的前端为止的部分的表面积、主体配件中的暴露于内燃机的燃烧气体的部分的表面积、以及绝缘体中的暴露于燃烧气体的部分的表面积满足规定的关系的情况下，能够提高耐热性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/025440号

发明内容

发明所要解决的课题

近年来，对内燃机的高效率化的要求有所提高。对于内燃机的高效率化，已知燃烧速度的提高是有效的。作为对于燃烧速度的提高有效的近年来受到关注的是带副室的火花塞(以下也称为副燃烧室火花塞)。副燃烧室火花塞目前为止被应用于发电机、赛车用发动机，并且已确认了燃烧效率的提高。而且，副燃烧室火花塞即使被应用于发电机、赛车用发动机以外的内燃机，也可看到燃烧效率提高的效果。

副燃烧室火花塞在电极间进行火花点火后，首先在副室内发生燃烧。此后，副室内的燃烧通过与外部之间的贯通孔(喷孔)喷出，并以喷出的高温气体作为点火源在主燃烧室内发生爆发性的燃烧。从副室喷出高温气体的速度比没有副室的火花塞点火的燃烧速度快，而且喷出的高温气体的轨迹整体成为点火源，因此能够利用高温气体使大量的燃料接触。因此，副燃烧室火花塞的燃烧速度比没有副室的火花塞的燃烧速度快，由此能够期待燃烧效率提高的效果。

但是，副燃烧室火花塞在点火部被密闭的结构上，具有副室内部的温度容易变高的倾向。若过热的状态持续，则有可能发生提前点火，从而存在问题。另一方面，如果副室内部的温度过低，则副室内的燃烧消耗能量，有可能在主燃烧室中不发生燃烧而失火，从而存在问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于抑制提前点火和失火这两者。本发明能够以如下形式实现。

用于解决课题的技术方案

由于在副室内副室体积决定混合气量，因此对产生的热能造成影响。另外，绝缘体由于热传导率低，所以发挥蓄积热量的作用。另一方面，由于主体配件、罩部等金属部分与发动机缸盖连接，所以起到将热量逸散到外部而冷却副室整体的作用。本申请发明人着眼于副室体积起到与发热相关的作用、绝缘体表面积起到与蓄热相关的作用、配件和副室壳体等的表面积起到与散热相关的作用这些方面，开发出了本发明的带副室的火花塞。

作为本发明之一的火花塞具备：

中心电极；

接地电极，具有与所述中心电极的前端部对置的对置部，并在所述对置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，在所述中心电极的所述前端部从所述的绝缘体的前端露出的状态下将所述中心电极收容于内部；

主体配件，将所述绝缘体收容于内部；及

罩部，从前端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对置部而形成副室，并且形成有作为贯通孔的喷孔，

在将所述绝缘体的外周面中的露出于所述副室的部分的表面积设为第一表面积A，单位为mm²，并将所述罩部及所述主体配件中的露出于所述副室的部分的合计表面积设为第二表面积B，单位为mm²时，满足关系式1即0.10＜A/B＜0.70。

根据该结构，由于具有蓄热性而成为热源的绝缘体、具有散热性而促进冷却的罩部及主体配件满足如上所述的关系式，因此能够良好地保持副室内的加热与冷却的平衡。其结果，能够抑制提前点火和失火这两者。

在上述火花塞中，也可以采用如下结构，即，

在将所述副室的体积设为副室体积C，单位为mm³时，满足关系式2即0.50＜C/B＜2.10。

根据该结构，由于与由副室内的燃烧引起的发热相关的副室体积和具有散热性而促进冷却的罩部及主体配件满足如上所述的关系式，因此能够更良好地保持副室内的加热与冷却的平衡。

在上述火花塞中，也可以采用如下结构，即，

满足关系式3即0.15＜A/B＜0.55。

根据该结构，能够更良好地保持副室内的加热与冷却的平衡。

在上述火花塞中，也可以采用如下结构，即，

满足关系式4即0.80＜C/B＜1.90。

根据该结构，能够进一步良好地保持副室内的加热与冷却的平衡。

在上述火花塞中，也可以采用如下结构，即，

满足关系式5即1.10＜C/B＜1.80。

附图说明

图1是表示第一实施方式中的火花塞的结构的剖视图。

图2是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，参照附图对火花塞100的第一实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，将图1的下方侧设为火花塞100的前端侧(前方侧)，将图1的上方侧设为后端侧。

图1是表示第一实施方式中的火花塞100的概略结构的剖视图。

在图1中，火花塞100的中心轴线CX(火花塞的轴线)由单点划线图示出。火花塞100安装于内燃机，用于其点火。在安装于内燃机时，火花塞100的前端侧(纸面下侧)配置在内燃机的燃烧室内，后端侧(纸面上侧)配置在燃烧室的外部。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、主体配件40、罩部50。

中心电极10由轴状的电极部件构成，并配置成其中心轴与火花塞100的中心轴线CX一致。中心电极10以使其前端部11位于主体配件40的前端侧开口40A内的方式，经由绝缘体20保持于主体配件40。中心电极10经由配置于后端侧的端子电极30与外部电源电连接。

接地电极13是朝向中心电极10的前端部11延伸的棒状的电极。接地电极13在主体配件40的前端侧开口部40A处从内周面43朝向内侧延伸。并且，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对置的对置部13A。在接地电极13的对置部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，中心电极10以其前端部11露出的状态被收容。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，以能够与外部电源连接。中心电极10与端子电极30经由被玻璃密封材料夹持的电阻体35而电连接，以抑制发生火花放电时的电波噪声的产生。绝缘体20的中心轴与火花塞100的中心轴线CX一致。

主体配件40是在中心具有筒孔41的大致圆筒状的金属部件，并将绝缘体20收容于内部。主体配件40例如由碳钢构成。主体配件40的中心轴与火花塞100的中心轴线CX一致。如上所述，在主体配件40的前端侧开口部40A安装有接地电极13。

罩部50形成为圆顶状。罩部50的后端固定于主体配件40的前端。罩部50从前端侧覆盖中心电极10的前端部11以及接地电极13的对置部13A而形成副室51。即，副室51是由罩部50的内壁面53和主体配件40的内周面43包围而成的空间。在罩部50形成有作为贯通孔的喷孔55。被罩部50覆盖的空间即副室51(点火室)经由喷孔55与燃烧室连通。罩部50中的比喷孔55靠前端侧的部分薄于比喷孔55靠后端侧的部分。

接着，参照图2对火花塞100的各部分的关系进行说明。在将绝缘体20的外周面24中的露出于副室51的部分的表面积设为第一表面积A(mm²)，并将罩部50及主体配件40中的露出于副室51的部分的合计表面积设为第二表面积B(mm²)时，火花塞100满足以下的关系式1。

关系式1 0.10＜A/B＜0.70

另外，在将副室51的体积设为副室体积C(mm³)时，优选满足以下的关系式2。

关系式2 0.50＜C/B＜2.10

而且，更优选满足关系式3、关系式4、关系式5。

关系式3 0.15＜A/B＜0.55

关系式4 0.80＜C/B＜1.90

关系式5 1.10＜C/B＜1.80

第一表面积A、第二表面积B以及副室体积C可以使用X射线CT(computedtomography：计算机断层扫描)扫描仪来计算。在本实施方式中，在副室51的上端部处，在主体配件40与绝缘体20之间设有环状的密封部件60，第一表面积A为绝缘体20的外周面24中的比密封部件60靠前端侧的部分的面积。另外，第二表面积B为主体配件40的内周面43中的比密封部件60靠前端侧的部分的面积与罩部50的内壁面53的面积的合计值。另外，罩部50的内壁面53中的喷孔55的开口面积以及主体配件40中的供接地电极13插入的开口面积不包含在第二表面积B中。

接着，对如上所述构成的火花塞100的作用效果进行说明。

在上述关系式1及关系式3中，在比下限值大的情况下，通过确保具有蓄热性而成为热源的绝缘体20的表面积，能够将副室51内的温度保持在规定的温度以上。另外，在比上限值小的情况下，通过确保具有散热性而促进冷却的罩部50及主体配件40的表面积，能够将副室51内的温度保持在规定的温度以下。因此，能够良好地保持副室51内的加热与冷却的平衡。其结果，能够抑制提前点火和失火这两者。

另外，在上述关系式2、关系式4及关系式5中，在比下限值大的情况下，通过确保与由副室内的燃烧引起的发热有关的副室51的体积，能够将副室51内的温度保持在规定的温度以上。另外，在比上限值小的情况下，通过确保具有散热性而促进冷却的罩部50及主体配件40的表面积，能够将副室51内的温度保持在规定的温度以下。因此，能够更良好地保持副室51内的加热与冷却的平衡。

【实施例】

以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明。

(1)实验例

作为实验例1～48，制作出变更了第一表面积(绝缘体表面积)A、第二表面积(副室表面积)B及副室体积C的火花塞的样品。根据使用X射线CT扫描仪，在200kV-120uA的条件下扫描各样品所得的3D图像，计算出各样品的第一表面积A、第二表面积B及副室体积C。

实验例1～16、18～20、22～24、26～28、30～32、35、36、39、40、43、44、47、48为实施例。将它们的第一表面积(绝缘体表面积)A、第二表面积(副室表面积)B及副室体积C记载于下述的表1。

实验例17、21、25、29、33、34、37、38、41、42、45、46为比较例。将它们的第一表面积(绝缘体表面积)A、第二表面积(副室表面积)B及副室体积C记载于下述的表1。

在表1中，使用“编号”来表示实验例。另外，在表1中，如“17*”那样附加了“*”的情况下，表示为比较例。

(2)评价方法

(2-1)耐提前点火性评价试验

对各样品进行耐提前点火性评价试验。耐提前点火性评价试验的概要如下所述。将样品安装于直列四缸、排气量为1.3L的自然吸气发动机，然后将点火角度(曲轴转角)作为规定的初始值，将发动机的一系列工序作为一个循环，以全开状态(6000rpm)使发动机运转直到将该循环重复1000次为止。然后，确认在发动机动作时是否发生了提前点火，在发生了提前点火的情况下，将此时的点火角度确定为提前点火发生角度。在没有发生提前点火的情况下，使点火角度提前一度，然后再次使发动机以全开状态进行动作，并确认有无发生提前点火。反复进行该操作直到发生提前点火为止，由此确定各样品的提前点火发生角度。而且，对于作为基准的火花塞(搭载于试验发动机的正品火花塞)，也以同样的方式确定提前点火发生角度。然后，计算作为基准的火花塞的提前点火发生角度与各样品的提前点火发生角度的差分值。相对于该作为基准的火花塞，提前点火发生角度越靠提前角侧，评价为耐提前点火性能越高的火花塞。按照以下基准评价各样品相对于成为基准的火花塞的提前点火发生角度，并给出各实验例的评价得分。将其结果示于表1的“提前点火”一栏。

＜耐提前点火性的评价>

评价以如下4个等级进行。评价得分的分数越高，表示耐提前点火性能越高。

评价得分5：相对于作为基准的火花塞，7℃A以上提前角

2：相对于作为基准的火花塞，5℃A以上且小于7℃A提前角

1：相对于作为基准的火花塞，2℃A以上且小于5℃A提前角

0：相对于作为基准的火花塞，小于2℃A提前角或者延迟角

(2-2)失火率的测定

对于各样品，以如下方式测定失火率。将样品安装于直列四缸、排气量为1.6L的直喷涡轮增压发动机，然后在发动机转速为2000rpm、最高进气压力为1000kPa的条件下进行运转，并测定失火率。失火率作为一个气缸的1000次循环中的失火循环(不能点火的循环)的数量的比例而计算出。该失火率越低，评价为点火性越高的火花塞。按照以下基准评价各样品的失火率，并给出各实验例的评价得分。将其结果示于表1的“失火”一栏。

＜失火率的评价>

评价以如下6个等级进行。评价得分的分数越高，表示失火率越低。

评价得分5：失火率小于1％

4：失火率为1％以上且小于2％

3：失火率为2％以上且小于3％

2：失火率为3％以上且小于5％

1：失火率为5％以上且小于7％

0：失火率为7％以上

(2-3)综合评价

基于耐提前点火性的评价得分与失火率的评价得分的合计得分，综合评价各样品。将各样品的合计得分示于表1的“综合评价”一栏的左侧。合计得分越高，评价为提前点火和失火这两者越得到抑制的火花塞。将合计得分为10的样品的综合评价设为“++++”，将9的样品的综合评价设为“+++”，将8的样品的综合评价设为“++”，将7的样品的综合评价设为“+”，将6的样品的综合评价设为“±”，将5的样品的综合评价设为“-”。将结果示于表1的“综合评价”一栏的右侧。

【表1】

表1

(3)评价结果

作为实施例的实验例1～16、18～20、22～24、26～28、30～32、35、36、39、40、43、44、47、48满足下述关系式1。

与此相对，作为比较例的实验例17、21、25、29、33、34、37、38、41、42、45、46的A/B为0.7以上，不满足关系式1。

作为实施例的实验例1～16、18～20、22～24、26～28、30～32、35、36、39、40、43、44、47、48的合计得分为6(综合评价为±)以上，合计得分的平均值为7.67。作为比较例的实验例17、21、25、29、33、34、37、38、41、42、45、46的合计得分为5(综合评价为-)。根据以上的结果，实施例与比较例相比，抑制了提前点火和失火这两者。

关系式1：0.10＜A/B＜0.70

另外，作为实施例的实验例1～16、18～20、22～24、26～28、30～32、35、36、39、40、43、44、47、48中的满足下述关系式2的实验例1～3、6～8、11、12、16、18、19、22～24、27、28、32、35、39、40、43、44、48的合计得分为7(综合评价为+)以上，合计得分的平均为8.6。满足关系式2的火花塞进一步抑制了提前点火和失火这两者。

关系式2：0.50＜C/B＜2.10

作为实施例的实验例1～16、18～20、22～24、26～28、30～32、35、36、39、40、43、44、47、48中的满足下述关系式3的实验例1～3、5～7、9～11、13～15、18、19、20、23、24、27、28、31、32、36、40、44、48的合计得分的平均为8.1。满足关系式3的火花塞进一步抑制了提前点火和失火这两者。

关系式3：0.15＜A/B＜0.55

满足关系式2的实验例1～3、6～8、11、12、16、18、19、22～24、27、28、32、35、39、40、43、44、48中的满足下述关系式4的实验例1、2、6、7、11、12、16、18、22、23、27、28、32、39、43、44、48的合计得分的平均为8.9。满足下述关系式4的火花塞更进一步抑制了提前点火和失火这两者。

关系式4：0.80＜C/B＜1.90

满足关系式4的实验例1、2、6、7、11、12、16、18、22、23、27、28、32、39、43、44、48中的满足下述关系式5的实验例1、6、7、11、12、16、22、23、27、28、32、39、43、44、48的合计得分的平均为9.0。满足关系式5的火花塞更进一步抑制了提前点火和失火这两者。

关系式5：1.10＜C/B＜1.80

＜其他实施方式(变形例)>

另外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式来实施。

(1)在上述实施方式中，罩部的形状为特定形状，但其形状可以适当变更。罩部的形状例如可以为圆筒、方形的箱型、圆锥等。

(2)在上述实施方式中，例示了具有特定数量的喷孔的火花塞，但喷孔的数量并不被特别限定，可以适当变更。另外，喷孔的配置、贯通方向也可以适当变更。

标号说明

10…中心电极

11…前端部

13…接地电极

13A…对置部

20…绝缘体

21…轴孔

22…后端开口部

24…外周面

30…端子电极

31…后端部

35…电阻体

40…主体配件

40A…前端侧开口部

41…筒孔

43…内周面

50…罩部

51…副室

53…内壁面

55…喷孔

60…密封部件

100…火花塞

CX…中心轴线

SG…放电间隙

Claims

1.一种火花塞，其特征在于，该火花塞具备：

中心电极；

筒状的绝缘体，在所述中心电极的所述前端部从所述绝缘体的前端露出的状态下将所述中心电极收容于内部；

主体配件，将所述绝缘体收容于内部；及

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

满足关系式3即0.15＜A/B＜0.55。

4.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于，

满足关系式4即0.80＜C/B＜1.90。

5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

满足关系式5即1.10＜C/B＜1.80。