CN111969418B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

提供抑制提前点火的发生并且使燃料经济性提高的火花塞。火花塞具备：中心电极；接地电极，在所述接地电极与所述中心电极之间形成有火花放电用的间隙；及中空状的火花塞罩，将所述中心电极和所述接地电极从前端侧覆盖，在所述火花塞罩设置有贯通孔，所述火花塞的特征在于，所述火花塞罩具备缩径部，该缩径部在沿着所述贯通孔的中心轴的方向上形成于从所述贯通孔的外侧开口端起的0.1mm以下的范围，随着从所述外侧开口端朝向所述贯通孔的内侧开口端而逐渐缩径，在将所述外侧开口端处的直径设为x，将所述缩径部的内侧端处的直径设为y的情况下，满足0mm<x‑y<0.2mm的关系。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及火花塞。

背景技术

作为在内燃机(例如汽油发动机)中使用的点火用的火花塞，已知设置有将中心电极和接地电极从前端侧覆盖的副室的火花塞(例如，专利文献1)。

一般来说，具有副室的火花塞在用于产生火花的中心电极与接地电极的间隙即火花间隙中进行火花放电后，首先在副室内产生火焰。之后，通过火焰而副室内的压力升高，通过该压力，火焰从副室内通过贯通孔而向火花塞罩的外部喷出。然后，通过以喷出的火焰为着火源使燃烧室内的燃料气体燃烧，从而在燃烧室内引起爆炸性的燃烧。

在专利文献1中，公开了在沿着火花塞的轴线的方向上在火花间隙的位置设置有贯通孔并且在副室的最靠前端侧的位置也设置有贯通孔的火花塞。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-224763号公报

发明内容

发明所要解决的课题

虽然如专利文献1所记载的火花塞那样进行着与贯通孔的位置相关的研究，但不能说充分进行了与贯通孔的形状相关的研究，从燃料经济性提高的观点来看还有进一步改善的余地。

而且，发明人发现了“贯通孔的外侧开口端会因连续性的火花点火而暴露于火焰，因此外侧开口端的温度过度变高”，作为其结果，发现了“会产生在火花点火前自着火的现象(所谓的“提前点火”)”。因而，本发明的目的在于提供抑制提前点火的发生并且使燃料经济性提高的技术。

用于解决课题的手段

本发明为了解决上述的课题而完成，能够作为以下的方式而实现。

(1)根据本发明的一方式，提供一种火花塞。该火花塞具备：中心电极；接地电极，在所述接地电极与所述中心电极之间形成有火花放电用的间隙；及中空状的火花塞罩，将所述中心电极和所述接地电极从前端侧覆盖，在所述火花塞罩设置有贯通孔，所述火花塞的特征在于，所述火花塞罩具备缩径部，该缩径部在沿着所述贯通孔的中心轴的方向上形成于从所述贯通孔的外侧开口端起的0.1mm以下的范围，随着从所述外侧开口端朝向所述贯通孔的内侧开口端而逐渐缩径，在将所述外侧开口端处的直径设为x，将所述缩径部的内侧端处的直径设为y的情况下，满足0mm<x-y<0.2mm的关系。根据该方式的火花塞，通过使x-y比0mm大，能够抑制外侧开口端暴露于火焰，因此能够抑制外侧开口端的温度过度变高，结果，能够抑制提前点火的发生。另外，根据该方式的火花塞，通过使x-y比0.2mm小，能够抑制外侧开口端处的火焰的密度下降。因而，能够抑制喷出的火焰的喷出速度变慢，作为其结果，火焰向燃烧室内充分遍及，燃料经济性提高。

(2)在上述方式的火花塞中，从所述中心轴到所述外侧开口端中的最靠前端侧的部分为止的距离可以比从所述中心轴到所述外侧开口端中的最靠后端侧的部分为止的距离大。根据该方式的火花塞，火焰向燃烧室的中心侧喷射，因此火焰向燃烧室内充分遍及，燃料经济性提高。

需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如能够以安装有火花塞的发动机盖等方案实现。

附图说明

图1是示出火花塞的局部剖面的说明图。

图2是从前端侧观察火花塞罩时的示意图。

图3是用于说明贯通孔的剖面形状的示意图。

图4是示出证明本实施方式起到的效果的实验结果的图。

标号说明

10…绝缘体

12…轴孔

13…长腿部

14…轴孔内台阶部

15…绝缘体台阶部

17…前端侧主干部

18…后端侧主干部

19…中央主干部

20…中心电极

21…电极构件

22…芯材

23…凸缘部

30…接地电极

31…贵金属端头

32…基端

33…前端部

40…端子配件

50…主体配件

51…工具卡合部

52…安装螺纹部

53…敛紧部

54…密封部

56…配件内台阶部

57…端面

58…压缩变形部

63…陶瓷电阻

64…密封体

65…垫圈

66、67…环构件

68…垫片

69…滑石

80…火花塞罩

81…贯通孔

82…螺纹部

84…罩密封部

86…螺纹槽

88…垫圈

100…火花塞

CA…轴线

CB…中心轴

D…贯通孔形成部

Dn…内侧部

Dr…缩径部

E1…外侧开口端

E2…内侧开口端

P1…部分

P2…部分

R…副室

a…距离

b…距离

x…直径

y…直径

具体实施方式

A.第1实施方式：

图1是示出火花塞100的局部剖面的说明图。在图1中，以火花塞100的轴心即轴线CA为交界，在纸面右侧图示了火花塞100的外观形状，在纸面左侧图示了火花塞100的剖面形状。在本实施方式的说明中，将图1的下方侧称作火花塞100的前端侧，将图1的上方侧称作火花塞100的后端侧。

火花塞100具备具有沿着轴线CA的轴孔12的绝缘体10、设置于轴孔12的中心电极20、配置于绝缘体10的外周的筒状的主体配件50、基端32固定于主体配件50的接地电极30及覆盖中心电极20和接地电极30的火花塞罩80。在此，火花塞100的轴线CA与中心电极20的轴线相同。

绝缘体10是通过将以氧化铝为首的陶瓷材料烧成而形成的绝缘子。绝缘体10是配置于主体配件50的内周的构件，是在中心形成有在前端侧收容中心电极20的一部分且在后端侧收容端子配件40的一部分的轴孔12的筒状的构件。在绝缘体10的轴向中央形成有外径大的中央主干部19。在中央主干部19的后端侧形成有外径比中央主干部19小的后端侧主干部18。在中央主干部19的前端侧形成有外径比后端侧主干部18小的前端侧主干部17。在前端侧主干部17的更前端侧形成有越朝向中心电极20侧则外径越小的长腿部13。

主体配件50是将绝缘体10的从后端侧主干部18的一部分到长腿部13的部位包围并保持的筒状的配件。主体配件50例如由低碳钢形成，对整体实施有镀镍、镀锌等电镀处理。主体配件50从后端侧起依次具备工具卡合部51、密封部54及安装螺纹部52。在工具卡合部51嵌合用于将火花塞100向发动机盖安装的工具。安装螺纹部52是在主体配件50的外周处整周形成有阳螺纹的部分，是向火花塞罩80的螺纹槽86拧入的部分。密封部54是在安装螺纹部52的根部呈凸缘状地形成的部分。在密封部54与火花塞罩80的罩密封部84之间嵌插有通过将板体折弯而形成的环状的垫圈65。主体配件50的前端侧的端面57是中空的圆状，从其中央突出有绝缘体10的长腿部13的前端和中心电极20的前端。

在主体配件50的比工具卡合部51靠后端侧处设置有厚度薄的敛紧部53。另外，在密封部54与工具卡合部51之间与敛紧部53同样地设置有厚度薄的压缩变形部58。在从工具卡合部51到敛紧部53的主体配件50的内周面与绝缘体10的后端侧主干部18的外周面之间夹设有圆环状的环构件66、67，而且在这些环构件66、67之间填充有滑石69的粉末。在火花塞100的制造时，通过将敛紧部53以向内侧折弯的方式向前端侧按压，压缩变形部58压缩变形。通过该压缩变形部58的压缩变形，经由环构件66、67及滑石69，绝缘体10在主体配件50内被朝向前端侧按压。并且，通过该按压，滑石69在轴线CA方向上被压缩，从而主体配件50内的气密性被提高。

在主体配件50形成有向内周伸出的配件内台阶部56。另外，在绝缘体10形成有位于长腿部13的后端且向外周伸出的绝缘体台阶部15。在主体配件50的内周，配件内台阶部56经由环状的垫片68而与绝缘体台阶部15接触。该垫片68是保持主体配件50与绝缘体10之间的气密性的构件，防止燃烧气体的流出。在本实施方式中，作为垫片，使用板垫片。

中心电极20是在电极构件21的内部埋设有热传导性比电极构件21优异的芯材22的棒状的构件。电极构件21由以镍为主成分的镍合金形成，芯材22由铜或以铜为主成分的合金形成。在中心电极20的前端侧的端部例如也可以接合有由铱合金等形成的贵金属端头。

在中心电极20的后端侧的端部附近形成有向外周侧伸出的凸缘部23。凸缘部23从后端侧与在绝缘体10的轴孔12中向内周侧伸出的轴孔内台阶部14接触，将中心电极20在绝缘体10内定位。中心电极20在中心电极20的后端侧经由密封体64及陶瓷电阻63而与端子配件40电连接。

接地电极30由以镍为主成分的合金形成。接地电极30的基端32固定于主体配件50的端面57。接地电极30从基端32朝向前端侧而沿着轴线CA延伸，其中间部分以使前端部33的一侧面与中心电极20的前端面对向的方式弯折。在接地电极30的前端部33的朝向中心电极20侧的面设置有贵金属端头31。在接地电极30的贵金属端头31与中心电极20之间形成有火花放电用的间隙。以下，将该间隙也称作“火花间隙”。贵金属端头31例如由铂、铱、钌、铑或它们的合金形成。

火花塞罩80是将中心电极20和接地电极30从前端侧覆盖的中空状的构件。本实施方式的火花塞罩80由不锈钢形成。将由火花塞罩80覆盖的空间也称作副室R。副室R覆盖着火花间隙。在本实施方式中，副室R是由绝缘体10、中心电极20、主体配件50、垫片68及火花塞罩80包围的空间。在火花塞罩80的内壁切削有与主体配件50的安装螺纹部52螺合的螺纹槽86，通过将主体配件50向火花塞罩80拧入，火花塞罩80安装于主体配件50。

火花塞罩80具备螺纹部82和罩密封部84。螺纹部82是在火花塞罩80的外周处整周形成有阳螺纹的部分，是向发动机盖的螺纹槽拧入的部分。罩密封部84是在螺纹部82的根部呈凸缘状地形成的部分。在罩密封部84的前端侧嵌插有通过将板体折弯而形成的环状的垫圈88。火花塞罩80的厚度没有特别的限定，但例如能够例示1.5mm～3mm左右。

在火花塞罩80设置有将自身的内部与外部连通的多个贯通孔81。通过设置贯通孔81，能够使存在于发动机的燃烧室的燃料气体向副室R流入，并且使在副室R内产生的火焰向火花塞罩80的外部喷射。

在本实施方式的火花塞100中，在火花间隙中进行火花放电后，首先，在副室R内产生火焰。之后，通过火焰而副室R内的压力升高，通过该压力，火焰通过贯通孔81而向火花塞罩80的外部喷出。然后，通过以喷出后的火焰为着火源使燃烧室内的燃烧气体燃烧，从而在燃烧室内引起爆炸性的燃烧。

图2是从前端侧观察火花塞罩80时的示意图。在本实施方式中，4个贯通孔81以轴线CA为中心而等间隔地设置。需要说明的是，贯通孔81的个数不限于此，也可以是3个以下，还可以是5个以上。从燃料经济性提高的观点来看，贯通孔81的数量优选是2个以上且8个以下，更优选是3个以上且6个以下。

图3是用于说明贯通孔81的剖面形状的示意图。在本实施方式中，火花塞罩80具备随着从贯通孔81的外侧开口端E1朝向贯通孔81的内侧开口端而逐渐缩径的缩径部Dr。缩径部Dr在沿着贯通孔81的中心轴CB的方向上形成于从外侧开口端E1起的0.1mm以下的范围。换言之，在火花塞罩80设置有形成贯通孔81的贯通孔形成部D，贯通孔形成部D具有包括与火花塞罩80的内侧的面相连的内侧开口端E2的内侧部Dn和包括与火花塞罩80的外侧的面相连的外侧开口端E1的缩径部Dr。在本实施方式中，缩径部Dr在沿着贯通孔81的中心轴CB的方向上在从外侧开口端E1起的0.08mm的范围内逐渐缩径。

在本实施方式的火花塞100中，特征在于，在将外侧开口端E1处的直径设为x，将缩径部Dr的内侧端处的直径设为y的情况下，满足0mm<x-y<0.2mm的关系。在此，外侧开口端E1处的直径x表示与轴线CA正交的线段中的在缩径部Dr中最靠外侧的线段的长度。缩径部Dr的内侧端处的直径y表示与轴线CA正交的线段中的在缩径部Dr中最靠内侧的线段的长度。

根据本实施方式的火花塞100，通过使x-y比0mm大，与x-y为0mm的情况相比，能够抑制外侧开口端E1暴露于火焰。因而，能够抑制外侧开口端E1的温度过度变高，结果，能够抑制在火花点火前自着火的现象即提前点火的发生。从抑制提前点火的发生的观点来看，x-y优选比0.01mm大，进一步优选比0.05mm大。

另外，根据本实施方式的火花塞100，通过使x-y比0.2mm小，与x-y为0.2mm以上的情况相比，能够抑制外侧开口端E1处的火焰的密度下降。因而，能够抑制从贯通孔81喷出的火焰的喷出速度变慢，作为其结果，火焰向燃烧室内充分遍及，燃料气体的燃烧速度变快，因此燃料经济性提高。从加快燃烧速度的观点来看，更优选使x-y为0.15mm以下。

另外，在本实施方式的火花塞100中，从贯通孔81的中心轴CB到外侧开口端E1中的最靠前端侧的部分P1为止的距离b比从中心轴CB到外侧开口端E1中的最靠后端侧的部分P2为止的距离a大。通过这样，从贯通孔81喷出的火焰向前端侧扩展。也就是说，火焰向燃烧室的中心侧喷射，因此火焰向燃烧室内充分遍及，燃料经济性提高。在本实施方式中，火花塞罩80具备多个贯通孔81，在所有的贯通孔81中，距离b都比距离a大。通过这样，从所有的贯通孔81喷出的火焰都向前端侧扩展，因此燃料经济性进一步提高。

图4是示出证明本实施方式起到的效果的实验结果的图。在该实验中，如图4所示，制作了使(i)外侧开口端E1处的直径x、(ii)缩径部Dr的内侧端处的直径y、(iii)距离a及(iv)距离b针对每个样本而不同的火花塞的样本。

x、y、a、b的各值的测定通过“将贯通孔81利用树脂填满后，以通过轴线CA和贯通孔81的中心轴CB的平面将火花塞罩80切断，将该切断面中的x、y、a、b的各值利用显微镜测定”而进行。在该实验中，进行了与提前点火相关的评价和与燃烧速度相关的评价。

在与提前点火相关的评价中，在直列四缸且排气量为1.3L的自然吸气发动机安装样本，将转速设为6000rpm，在WOT(Wide Open Throttle：节气门全开)的条件下进行了运转。并且，将提前点火的频度针对由曲轴角规定的每个点火正时进行了测定。一般来说，越使点火正时提前，则越容易发生提前点火。

与市售品的火花塞相比，将在使点火正时提前了2°的情况下不发生提前点火的情况下的分数设为了1分，将在提前了2°的情况下发生了提前点火的情况下的分数设为了0分。

在与燃烧速度相关的评价中，在直列四缸且排气量为1.6L的直喷涡轮发动机安装样本，在将NMEP(Net Mean Effective Pressure：净平均有效压力)设为1000kPa且将转速设为2000rpm的条件下测定了燃烧速度。燃烧速度根据MFB(Mass Fraction Burn：质量分数燃烧)从10质量％到达90质量％为止的时间而算出。

使用与市售品的火花塞相比燃烧速度缩短的比例，将燃烧速度以分数进行了评价。具体而言，如以下这样进行了评价。分数越大则表示燃烧速度越快，并且表示燃料经济性越好。

20％以上：3分

5％以上且小于20％：1分

小于5％：0分

另外，作为综合评价，算出了与提前点火相关的上述分数和与燃烧速度相关的上述分数之和。

从图4所示的实验结果可知以下的内容。即，通过比较样本1、9与其以外的样本的实验结果可知，在x-y比0大的情况下提前点火的发生被抑制。另一方面，通过比较样本7、8、15、16与其以外的样本的实验结果可知，在x-y比0.2mm小的情况下燃烧速度变快。

而且，通过进行样本17与样本18的实验结果的比较和样本19与样本20的实验结果的比较可知，在距离b比距离a大时，燃烧速度变得更快。

B.其他实施方式：

本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。例如，与发明内容一栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征能够为了解决上述的课题的一部分或全部或者为了达成上述的效果的一部分或全部而适当进行替换、组合。另外，只要该技术特征在本说明书中没有作为必要技术特征而说明，就能够适当删除。

在上述的实施方式中，主体配件50与火花塞罩80分体，但不限于此，也可以设为一体。另外，接地电极30设置于主体配件50，但不限于此，例如也可以设置于火花塞罩80。

在上述的实施方式中，如图3所示，从贯通孔81的中心轴CB到外侧开口端E1中的最靠前端侧的部分P1为止的距离b比从中心轴CB到外侧开口端E1中的最靠后端侧的部分P2为止的距离a大。但是，不限于此。距离b也可以与距离a相同，距离b还可以比距离a小。

Claims (2)

1.一种火花塞，具备：

中心电极；

接地电极，在所述接地电极与所述中心电极之间形成有火花放电用的间隙；及

中空状的火花塞罩，将所述中心电极和所述接地电极从前端侧覆盖，

在所述火花塞罩设置有贯通孔，

所述火花塞的特征在于，

所述火花塞罩具备缩径部，该缩径部在沿着所述贯通孔的中心轴的方向上形成于从所述贯通孔的外侧开口端起的0.1mm以下的范围，随着从所述外侧开口端朝向所述贯通孔的内侧开口端而逐渐缩径，

在将所述外侧开口端处的直径设为x，将所述缩径部的内侧端处的直径设为y的情况下，满足0mm<x-y<0.2mm的关系。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

从所述中心轴到所述外侧开口端中的最靠前端侧的部分为止的距离比从所述中心轴到所述外侧开口端中的最靠后端侧的部分为止的距离大。

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