CN111917005B - 火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备形成副室的罩部的火花塞，抑制提前点火及失火的发生。火花塞(100)具备从前端侧覆盖中心电极(10)的前端部(11)和接地电极(13)的对向部(13A)而形成预燃室空间(63)并且形成有作为贯通孔的喷孔(61)的罩部(50)。喷孔(61)的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部(50)的材料的热传导率B(W/mK)满足算式(1)：10＜A×B＜4000。

Description

火花塞
技术领域
本发明涉及火花塞。
背景技术
开发有具备点火室的火花塞。例如，专利文献1的预燃室火花塞具备圆筒状的金属制的壳体和将中心电极和接地电极双方包围并形成点火室的点火室盖。点火室盖形成有允许混合气体从燃烧室向点火室流入的多个孔口。在该火花塞中，通过在点火室内的点火使火炬状的火焰从孔口向燃烧室内喷出而使燃烧室内的混合气体燃烧。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2012-199236号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1所公开的火花塞中，点火室是除孔口以外封闭的构造，因此在点火时点火室内部的温度容易变高，存在发生提前点火的担忧。另一方面，在该火花塞中，进入点火室内的燃烧气体的量少，通过向气缸盖侧的热传导等而点火室附近的冷却增进，由此，存在发生失火的担忧。
本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于在具备形成副室的罩部的火花塞中抑制提前点火及失火的发生。本发明能够作为以下的方式实现。
用于解决课题的技术手段
(1)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向的对向部，在所述对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，以所述中心电极的所述前端部从该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向部而形成副室，并且形成有作为贯通孔的喷孔，
其中，
所述喷孔的内周面的总面积A(mm2)和构成所述罩部的材料的热传导率B(W/mK)满足算式(1)：10＜A×B＜4000。
在本发明的火花塞中，当喷孔的内周面的总面积A(mm2)的值变大时，副室内的热量变得容易从罩部导向主体配件侧。另外，当构成罩部的材料的热传导率B(W/mK)的值变大时，副室内的热量变得容易从罩部导向主体配件侧。因此，通过使A×B为小于4000的值，能够使热量不会从罩部过度导向主体配件侧，防止罩部的温度下降而失火。另一方面，通过使A×B为大于10的值，能够使热量变得容易从罩部导向主体配件侧，防止提前点火的发生。
(2)在(1)所记载的火花塞中，所述总面积A(mm2)和所述热传导率B(W/mK)满足算式(2)：20＜A×B＜2400。
该火花塞通过使喷孔的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部的材料的热传导率B(W/mK)的乘积A×B为大于20的值，能够进一步地使热量变得容易从罩部导向主体配件侧，进一步地防止提前点火的发生。
(3)在(1)或(2)所记载的火花塞中，对于所述喷孔中的自身的中心轴线相对于所述火花塞的轴线倾斜的喷孔，在利用通过所述喷孔的中心轴线且与包含所述火花塞的轴线和所述喷孔的中心轴线的面正交的面P切断所述喷孔的内周面时，在至少一个所述喷孔内，比所述面P靠前端侧的部分的表面积小于比所述面P靠后端侧的部分的表面积。
该火花塞在提前点火容易发生的环境中，热量容易从罩部的前端侧向后端侧诱导而逸散，使温度不会变得过高而能够防止提前点火。
(4)在(1)或(2)所记载的火花塞中，对于所述喷孔中的自身的中心轴线相对于所述火花塞的轴线倾斜的喷孔，在利用通过所述喷孔的中心轴线且与包含所述火花塞的轴线和所述喷孔的中心轴线的面正交的面P切断所述喷孔的内周面时，在至少一个所述喷孔内，比所述面P靠前端侧的部分的表面积大于比所述面P靠后端侧的部分的表面积。
该火花塞在失火容易发生的环境中，变得容易使热量向罩部的前端侧诱导而存储，使温度不易降低，能够防止失火。
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是第二实施方式的火花塞的局部放大剖视图。
标号说明
10…中心电极
11…前端部
13…接地电极
13A…对向部
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…主体配件
40A…前端侧开口部
41…筒孔
43…垫圈
50、250…罩部
50A、250A…前端侧的部分
50B、250B…后端侧的部分
51A、251A…顶部
61、261…喷孔
63、263…预燃室空间(副室)
100、200…火花塞
AX…中心轴线
CX…中心轴线
SG…放电间隙
具体实施方式
＜第一实施方式＞
以下，参照附图对火花塞100的第一实施方式详细地进行说明。此外，在以下的说明中，将图1的下方侧称为火花塞100的前端侧(前方侧)，使图1的上方侧为后端侧。
图1是示出第一实施方式的火花塞100的概略结构的剖视图。在图1中，利用单点划线图示火花塞100的中心轴线CX(火花塞的轴线)。
火花塞100安装于内燃机，用于燃烧室内的混合气体的点火。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和主体配件40。
中心电极10由轴状的电极构件构成，配置为其中心轴与火花塞100的中心轴线CX一致。中心电极10以其前端部11与主体配件40的前端侧开口部40A相比位于后端侧(纸面上侧)的方式经由绝缘体20而保持于主体配件40。中心电极10经由配置于后端侧的端子电极30电连接于外部电源。
接地电极13是从比主体配件40的前端侧开口部40A稍微靠后端侧(纸面上侧)的位置朝向比中心电极10的前端部11稍微靠前端侧(纸面下侧)的位置延伸的棒状的电极。具体而言，接地电极13连接于主体配件40的前端侧开口部40A的稍靠后端侧(纸面上侧)的位置。并且，接地电极13延伸至中心电极10的前端部11的前方为止。如图2所示，接地电极13具有与中心电极10的前端部11对向的对向部13A。在接地电极13的对向部13A和中心电极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的筒状构件。绝缘体20例如由氧化铝、氮化铝等的陶瓷烧结体构成。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电极构件即端子电极30。端子电极30的后端部31以能够与外部电源连接的方式从绝缘体20的后端开口部22延伸出。为了抑制火花放电发生时的电波噪音的产生，中心电极10和端子电极30经由被玻璃密封材料夹着的电阻体35而电连接。绝缘体20的中心轴与火花塞100的中心轴线CX一致。
主体配件40是在中心具有筒孔41的大致圆筒状的金属构件。主体配件40例如由碳素钢构成。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附近安装有接地电极13。在主体配件40的内侧的缩径部分和绝缘体20之间设置有垫圈43。垫圈43例如由与构成主体配件40的金属材料相比质软的金属材料的构成。
火花塞100具备罩部50。罩部50形成为拱顶状。罩部50例如由不锈钢、镍基合金、铜基合金等构成。罩部50环状地接合于主体配件40的前端(更具体而言，前端侧开口部40A)。如图2所示，罩部50从前方侧覆盖中心电极10的前端部11及接地电极13的对向部13A。由罩部50围起的空间成为预燃室空间(副室)63。罩部50从后端侧起随着接近其顶部51A而厚度逐渐变小。
如图2所示，在罩部50中，在比其顶部51A靠后端侧形成有多个喷孔61。喷孔61例如形成有4个。喷孔61均是大致圆柱形的贯通孔。喷孔61自身的中心轴线AX均相对于火花塞100的中心轴线CX倾斜。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。
被罩部50覆盖住的空间即预燃室空间63构成为点火室，经由喷孔61与燃烧室连通。罩部50在对于喷孔61中的4个的喷孔61中的每一个利用面P切断喷孔61的内周面时，在喷孔61内，比面P靠前端侧的部分的表面积小于比面P靠后端侧的部分的表面积。在此，面P是指通过喷孔61的中心轴线AX的面，且与包含火花塞100的中心轴线CX和喷孔61的中心轴线AX的面(在图2中示出的火花塞100的剖面)正交的面。即，在利用包含火花塞100的中心轴线CX和喷孔61的中心轴线AX的面(在图2中示出的火花塞100的剖面)切断喷孔61的内周面时，喷孔61的内周面中的前端侧的切断缘的长度L1小于后端侧的切断缘的长度L2。由此，在罩部50中，比喷孔61靠前端侧的部分50A与比喷孔61靠后端侧的部分50B相比薄。通过这样的结构，在火花塞100中在提前点火容易发生的环境中，热量容易从罩部50的前端侧向后端侧诱导而逸散，使温度不会变得过高而能够防止提前点火。
本第一实施方式的火花塞100的4个的喷孔61的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部50的材料的热传导率B(W/mK)满足下述(1)、(3)、(4)算式。
10＜A×B＜4000…(1)
0.7≤A≤18.5…(3)
13≤B≤372…(4)
在该火花塞100中，当4个喷孔61的内周面的总面积A(mm2)的值变大时，预燃室空间63内的热量变得容易从罩部50导向主体配件40侧。另外，当构成罩部50的材料的热传导率B(W/mK)的值变大时，预燃室空间63内的热量变得容易从罩部50导向主体配件40侧。因此，通过使A×B为小于4000的值，能够使热量不会从罩部50过度导向主体配件40侧，防止罩部50的温度降低而失火。另一方面，通过使A×B为大于10的值，能够使热量变得容易从罩部50导向主体配件40侧，防止提前点火的发生。
另外，本第一实施方式的火花塞100优选4个喷孔61的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部50的材料的热传导率B(W/mK)满足下述(2)算式。
20＜A×B＜2400…(2)
通过使该火花塞100的4个喷孔61的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部的材料的热传导率B(W/mK)的乘积A×B为大于20的值，能够进一步地使热量变得容易从罩部50导向主体配件40侧，进一步地防止提前点火的发生。
＜第二实施方式＞
接下来，参照图3对第二实施方式的火花塞200进行说明。在第二实施方式的火花塞200中，罩部250的结构与第一实施方式的火花塞100不同。对于其他的结构与第一实施方式的火花塞100大致相同，对大致相同的结构部位附以同一标号且结构、作用及效果的说明省略。
如图3所示，罩部250形成为拱顶状。罩部250环状地接合于主体配件40的前端(更具体而言，前端侧开口部40A)。罩部250从前方侧覆盖中心电极10的前端部11及接地电极13的对向部13A。由罩部250围起的空间为预燃室空间263。罩部25从后端侧起随着接近其顶部251A而厚度逐渐变大。
如图3所示，在罩部250中，在比其顶部251A靠后端侧形成有多个喷孔261。喷孔261例如形成有4个。喷孔261均为大致圆柱形的贯通孔。喷孔261自身的中心轴线AX均相对于火花塞200的中心轴线CX倾斜。多个喷孔261位于将火花塞200的中心轴线CX作为中心的假想圆周上。多个喷孔261在上述假想圆周上等间隔地排列。
由罩部250覆盖的空间即预燃室空间263经由喷孔261与燃烧室连通。罩部250在利用面P切断喷孔261的内周面时，在喷孔261内，比面P靠前端侧的部分的表面积大于比面P靠后端侧的部分的表面积。在此，面P是指通过喷孔261的中心轴线AX的面且与包含火花塞200的中心轴线CX和喷孔261的中心轴线AX的面(在图3中示出的火花塞200的剖面)正交的面。即，如图3所示，在利用包含火花塞200的中心轴线CX和喷孔261的中心轴线AX的面(在图3中示出的火花塞200的剖面)切断喷孔261的内周面时，与后端侧的切断缘的长度L4相比喷孔261的内周面的前端侧的切断缘的长度L3更大。由此，在罩部250中，比喷孔261靠前端侧的部分250A厚于比喷孔261靠后端侧的部分250B。通过这样的结构，火花塞200在失火容易发生的环境中，能够容易使热量向罩部250的前端侧诱导而储存，使温度不易下降而防止失火。
本第二实施方式的火花塞200与第一实施方式的火花塞100同样地，4个喷孔261的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部250的材料的热传导率B(W/mK)满足上述(1)算式(10＜A×B＜4000)。由此，火花塞200发挥与第一实施方式的火花塞100同样的效果。
另外，本第二实施方式的火花塞200与第一实施方式的火花塞100同样地优选4个喷孔261的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部250的材料的热传导率B(W/mK)满足上述(2)算式(20＜A×B＜2400)。由此，火花塞200发挥与第一实施方式的火花塞100同样的效果。
【实施例】
以下，通过实施例对发明更具体地进行说明。
1.实验(与第一实施方式对应的实验)
(1)实验方法
(1.1)实施例
使用了在图1、2中示出的火花塞100的样品。详细的条件记载于下述的表1中。该火花塞100满足了第一实施方式的必要条件。在表1中，使用“No.”表示实验例。表1的No.2～28是实施例。
(1.2)比较例
使用了与在图1、2中示出的火花塞100不同的结构(喷孔的内周面的总面积A(mm2)或者构成罩部的材料的热传导率B(W/mK)不同)的火花塞的样品。详细的条件记载于下述表1中。该火花塞不满足第一实施方式的必要条件。如在表1中“1＊”那样，在附有“＊”的情况下表示是比较例。即，表1的No.1、29、30是比较例。
(2)评价方法
(2.1)喷孔的内周面的总面积A(mm2)的测定
使用X射线CT扫描仪在管电压120kV、管电流140μA的条件下，扫描了各样品的罩部。由罩部的扫描结果制作3D图像而测定出4个喷孔的内周面的总面积A(mm2)。
(2.2)耐提前点火评价试验
对各样品进行了耐提前点火评价试验。耐提前点火评价试验的概要如下。将各样品安装于直列四缸、排气量1.3L的自然吸气发动机，将点火角度(曲柄角度)设为规定的初始值而在全开状态(6000rpm)下使发动机的一系列的过程循环动作1000次。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，将那个时刻的点火角度作为提前点火发生角度而特别指定。在提前点火未发生的情况下，使点火角度提前1度之后，再一次使发动机在全开状态下动作，确认提前点火的发生的有无。重复进行该操作直到提前点火发生为止，特别指定出各样品的提前点火发生角度。另外，对于作为基准的火花塞(安装于试验发动机的正品火花塞)也同样地特别指定出提前点火发生角度。并且，计算作为基准的火花塞的提前点火发生角度和各样品的提前点火发生角度的差分值。提前点火发生角度相对于该作为基准的火花塞越为提前侧，则作为耐提前点火性能越良好的火花塞进行评价。利用以下的基准来评价各样品相对于作为基准的火花塞的提前点火发生角度并打出各实验例的评价得分。将其结果在表1的“耐提前点火”的栏中示出。
＜耐提前点火的评价＞
评价以如下的3个阶段进行。评价得分的分数越高，则表示耐提前点火性能越良好。
评价得分
3：相对于作为基准的火花塞提前5°CA以上
1：相对于作为基准的火花塞提前2°CA以上且小于5°CA
0：相对于作为基准的火花塞提前小于2°CA或者延迟
(2.3)耐失火的试验
对各样品进行了耐失火评价试验。耐失火评价试验的概要如下。将样品安装于直列四缸、排气量1.6L的直喷涡轮增压发动机，在2000rpm、吸气压1000kPa的条件下测定出1000次循环运转时的失火率。失火率越低，则作为耐失火性能(点火性能)越良好的火花塞进行评价。利用以下基准来评价各样品的失火率并打出各实验例的评价得分。将其结果在表1的“耐失火”的栏中示出。
＜耐失火的评价＞
评价以如下3个阶段进行。评价得分的分数越高，则表示耐失火性能越良好。
评价得分
3：失火率为小于1％
1：失火率为1％以上且小于3％
0：失火率为3％以上
(2.4)综合评价
基于耐提前点火的评价得分和耐失火的评价得分的合计得分对各样品进行综合评价。合计得分越高，则作为耐提前点火和耐失火双方越良好而进行评价。使合计得分为6的样品的综合评价为“◎”，为4的样品的综合评价为“〇”，为3的样品的综合评价为“×”。将其结果在表1的“综合评价”的栏中示出。
表1
Figure BDA0002469125960000121
(3)评价结果
在实验例1(比较例)中，喷孔的内周面的总面积A(mm2)和构成罩部的材料的热传导率B(W/mK)的乘积A×B为9.1，综合得分为3。另外，在实验例29(比较例)中，A×B为4166.4，综合得分为3。在实验例30(比较例)中，A×B为6882.0，综合得分为3。另一方面，在实验例2～28(实施例)中，10＜A×B＜4000，综合得分为4或者6。像这样，实施例通过满足上述(1)式(10＜A×B＜4000)，与比较例相比，抑制了提前点火和失火双方。
在实验例1(比较例)中，A×B为9.1，耐提前点火的评价得分为0。另外，在实验例2(实施例)中，A×B为19.5，耐提前点火的评价得分为1。另外，在实验例7(实施例)中，A×B为18.2，耐提前点火的评价得分为1。另一方面，在实验例3～6、8～23、25～28(实施例)中，20＜A×B＜2400，耐提前点火的评价得分为3。这样，通过满足上述(2)算式(20＜A×B＜2400)，进一步地抑制了提前点火的发生。
＜其他的实施方式(变形例)＞
此外，本发明不限于上述的实施方式，在未脱离其要点的范围内能够在多种方式中实施。
(1)在上述实施方式中，罩部的形状为指定形状，但是其形状可以适当变更。罩部的形状例如可以为圆筒、方箱型、圆锥等。
(2)在上述实施方式中，例示出了具备指定数量的喷孔的火花塞，但是喷孔的数量不特别地进行限定，而可以适当变更。另外，喷孔的配置、贯通方向也可以适当变更。

Claims (4)

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对向的对向部，在所述对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，以所述中心电极的所述前端部从该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向部而形成副室，并且形成有作为贯通孔的喷孔，
其中，
所述喷孔的内周面的总面积A(mm2)和构成所述罩部的材料的热传导率B(W/mK)满足算式(1)：10＜A×B＜4000。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，
所述总面积A(mm2)和所述热传导率B(W/mK)满足算式(2)：20＜A×B＜2400。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，
对于所述喷孔中的自身的中心轴线相对于所述火花塞的轴线倾斜的喷孔，在利用通过所述喷孔的中心轴线且与包含所述火花塞的轴线和所述喷孔的中心轴线的面正交的面P切断所述喷孔的内周面时，在至少一个所述喷孔内，比所述面P靠前端侧的部分的所述喷孔的内周面的表面积小于比所述面P靠后端侧的部分的所述喷孔的内周面的表面积。
4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，
对于所述喷孔中的自身的中心轴线相对于所述火花塞的轴线倾斜的喷孔，在利用通过所述喷孔的中心轴线且与包含所述火花塞的轴线和所述喷孔的中心轴线的面正交的面P切断所述喷孔的内周面时，在至少一个所述喷孔内，比所述面P靠前端侧的部分的所述喷孔的内周面的表面积大于比所述面P靠后端侧的部分的所述喷孔的内周面的表面积。
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