CN115051242A

CN115051242A - 火花塞

Info

Publication number: CN115051242A
Application number: CN202210130067.1A
Authority: CN
Inventors: 后泽达哉; 前田俊介; 后藤大希
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2022-02-11
Publication date: 2022-09-13
Also published as: US11424600B1; DE102022103525A1; US20220294191A1; JP2022137969A; JP7291737B2

Abstract

本发明提供一种能够减少流入盖的燃料气体的提前点火的火花塞。火花塞具备在内周设置有架部的筒状的主体配件、具有卡止于架部的卡止部及与卡止部的前端侧相邻的前端部的绝缘体、配置于主体配件的前端侧并从前端侧覆盖绝缘体的前端部的盖，在盖设置有沿厚度方向贯通的多个喷口。多个喷口包括截面积的最小值的大小不同的喷口，多个喷口中的截面积的最小值为最大的最大喷口的数量与截面积的最小值为最大喷口的截面积的最小值的90％以上的大喷口的数量的合计数量比最大喷口及大喷口以外的喷口的数量少，绝缘体的前端与卡止部的前端之间的前端部的轴线方向的长度为12mm以下。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及在主体配件的前端侧配置有盖的火花塞。

背景技术

已知一种火花塞，具备：绝缘体、配置于绝缘体的外周的筒状的主体配件、配置于主体配件的前端侧的盖，在盖设置有沿厚度方向贯通的多个喷口(专利文献1)。这种火花塞对从喷口流入盖的燃料气体进行点火而生成火焰，将含有火焰的气流从喷口喷射到燃烧室，通过该喷流使燃烧室内的燃料气体燃烧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-159355号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在现有技术中，若盖的内侧的温度上升，绝缘体过热，则成为引起从喷口流入盖的燃料气体的过早着火(提前点火)的火种。

本发明是为了解决该问题点而完成的，其目的在于提供一种能够减少流入盖的燃料气体的提前点火的火花塞。

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：筒状的主体配件，在内周设置有向径向的内侧伸出的架部；绝缘体，具有卡止部和前端部，并沿轴线延伸，卡止部直接或经由其他部件从前端侧卡止于架部，前端部与卡止部的前端侧相邻；及盖，配置于主体配件的前端侧，并从前端侧覆盖绝缘体的前端部，在盖设置有沿盖的厚度方向贯通的多个喷口。多个喷口包括截面积的最小值的大小不同的喷口，多个喷口中的面积的最小值为最大的最大喷口的数量与截面积的最小值为最大喷口的截面积的最小值的90％以上的大喷口的数量的合计数量比最大喷口及大喷口以外的喷口的数量少，绝缘体的前端与卡止部的前端之间的前端部的轴线方向的长度为12mm以下。

发明效果

根据第一方式，由于绝缘体的前端部的轴线方向的长度为12mm以下，因此能够减小绝缘体被加热的前端部的表面积。由于在盖设置有截面积的最小值的大小不同的喷口，因此能够使从喷口流入盖的燃料气体的流速不同。由于通过速度不同的多个流动而使燃料气体的流动性丰富，所以绝缘体的前端部被燃料气体冷却。因此能够降低前端部的过热并减少提前点火。

而且，由于最大喷口的数量与大喷口的数量的合计数量比最大喷口及大喷口以外的喷口的数量少，所以从最大喷口及大喷口以外的喷口也能够喷射包含火焰的气流。因此，能够进行燃烧室内的燃料气体的稳定的点火，能够提高燃烧稳定性。

根据第二方式，多个喷口各自的截面积的最小值为最大值的90％以上。由于能够降低以喷口的截面积的变化为原因的喷流的能量损失，因此除了第一方式的效果之外，还能够进一步提高燃烧稳定性。

根据第三方式，最大喷口的截面积的最小值为多个喷口中的截面积的最小值为最小的最小喷口的截面积的最小值的120％以上且500％以下。通过燃料气体的流动，点火的稳定性提高，而且能够确保来自最大喷口以外的喷口的气流的喷射，因此除了第一或第二方式的效果以外，还能够进一步提高燃烧稳定性。

根据第四方式，多个喷口设置于盖中的除了轴线相交的位置以外的区域。由于能够提高盖的内侧的燃料气体的流动性，所以除了第一至第三方式的任一个的效果以外，还能够提高燃料气体对绝缘体的前端部的冷却能力，进一步减少提前点火。

根据第五方式，在将盖投影到与轴线垂直的平面上而得到的投影图中，在通过投影图与轴线的交点而等角度地引出与喷口的数量相同数量的直线时，以所有的喷口与直线相交的方式设置有喷口。由于能够使燃料气体、喷流通过喷口而产生的热的出入在盖的轴线周围大致均等，因此能够使盖的轴线周围的热负荷大致均等。因此，除了第四方式的效果以外，还能够进一步提高燃烧稳定性。

附图说明

图1是一个实施方式的火花塞的局部剖视图。

图2是将由图1的II所示的部分放大后的火花塞的剖视图。

图3是将由图1的III所示的部分放大后的盖的剖视图。

图4是在与轴线垂直的平面上投影盖的投影图。

图5是图3的V-V线处的盖的喷口的截面的示意图。

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是一个实施方式的火花塞10的局部剖视图。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。图2是将由图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。在图1及图2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。

如图1所示，火花塞10具备绝缘体11、主体配件21及盖30。绝缘体11是具有沿着轴线O延伸的轴孔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。

如图2所示，绝缘体11具备卡止部13和与卡止部13的前端侧相邻的前端部15。前端部15的外径比卡止部13的外径小。在卡止部13设置有朝向前端侧的卡止面14。在本实施方式中，卡止面14由随着朝向前端侧而缩径的圆锥面构成，但不限于此。卡止面14也可以是与轴线O垂直的面。在前端部15设置有朝向径向的外侧的外周面16。外周面16与卡止面14的前端侧相邻。

衬垫17与绝缘体11中的包含卡止部13与前端部15之间的边界14a(卡止部13的前端)且比边界14a靠后端侧的部分接触。衬垫17是由比构成主体配件21的金属材料软质的铁或铜等金属材料构成的圆环状的板材。在本实施方式中，衬垫17仅与卡止面14接触，但不限于此。衬垫17也可以跨卡止面14及外周面16的双方而接触。

前端部15是绝缘体11中比与衬垫17接触的部分靠前端侧的部分。前端部15的轴线方向的长度L是指绝缘体11的前端18与边界14a之间的轴线方向的距离。在观察包括轴线O的截面时，在轴线O的两侧分别出现边界14a和绝缘体11的前端18。绝缘体11的前端18与边界14a之间的轴线O的两侧的2个距离中的至少一方为12mm以下。

返回图1进行说明。在绝缘体11的轴孔12的前端侧配置有中心电极19。中心电极19的前端从绝缘体11向前端侧突出。中心电极19在轴孔12内与端子配件20电连接。端子配件20是与高压电缆(未图示)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20被固定于绝缘体11的后端。

主体配件21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21配置于绝缘体11的外周。在主体配件21的主体部22的外周设置有外螺纹23。外螺纹23与发动机的螺纹孔(未图示)嵌合。在本实施方式中，外螺纹23的标称直径为14mm以下。绝缘体11的前端部15的外径、即前端部15的表面积与外螺纹23的标称直径大致成比例。通常，前端部15的外径是外螺纹23的标称直径的大致一半。

如图2所示，在主体配件21的主体部22的内周设置有架部24。架部24位于绝缘体11的卡止面14的前端侧。架部24卡止绝缘体11的卡止部13。在本实施方式中，衬垫17介于卡止部13与架部24之间。主体配件21经由绝缘体11支承中心电极19。绝缘体11的前端部15的外周面16不与衬垫17接触，也不与主体配件21接触。

返回到图1进行说明。在主体配件21的主体部22配置有接地电极25。接地电极25例如是以Pt、Ni、Ir等中的1种以上为主成分的金属制的棒状的部件。在本实施方式中，接地电极25配置在外螺纹23的位置，贯通主体部22。接地电极25的一部分与中心电极19相对，在中心电极19与接地电极25之间设置有火花间隙。

在主体配件21的主体部22连接有盖30。盖30是半球状的部件。盖30的材料可例示以Fe、Ni、Cu等的1种以上为主成分的金属材料。在本实施方式中，盖30焊接于主体配件21。盖30从前端侧覆盖绝缘体11的前端部15(参照图2)，形成被主体配件21的主体部22和盖30包围的副室31。

绝缘体11的前端部15(参照图2)的外周面16露出于副室31。在盖30设置有多个在厚度方向上贯通盖30的喷口32。喷口32将发动机(未图示)的燃烧室和副室31连通。

安装于发动机(未图示)的火花塞10通过发动机的阀操作，从发动机的燃烧室通过喷口32向副室31流入燃料气体。火花塞10通过中心电极19与接地电极25之间的放电而生成火焰核。当火焰核生长时，对副室31内的燃料气体进行点火，而燃料气体燃烧。通过由燃料气体的燃烧而产生的膨胀压力，产生包含火焰的气流，将包含火焰的气体从喷口32向燃烧室喷射。燃烧室内的燃料气体通过该火焰的喷流而燃烧。

伴随着副室31内的燃料气体的燃烧、包含火焰的气流的喷射以及燃烧室内的燃料气体的燃烧，绝缘体11、中心电极19、主体配件21的主体部22以及盖30被加热。利用通过发动机的阀操作而流入燃烧室、副室31的燃料气体，绝缘体11、中心电极19、主体配件21的主体部22以及盖30被冷却。主体配件21的主体部22、接地电极25以及盖30的热通过外螺纹23而向发动机移动。中心电极19及绝缘体11的热从衬垫17(参照图2)通过外螺纹23而向发动机移动。

图3是将由图1的III所示的部分放大后的盖30的剖视图。喷口32从盖30的内表面33穿透到外表面34。与喷口32的中心线C垂直的喷口32的截面为圆形。

在盖30的内表面33与喷口32相交的喷口32的边缘35上带有倒角或圆角。在盖30的外表面34与喷口32相交的喷口32的边缘36上也带有倒角或圆角。因此，边缘35、36的附近的与喷口32的中心线C垂直的喷口32的截面积比从边缘35、36离开的位置的与喷口32的中心线C垂直的喷口32的截面积大。为了避免边缘35、36的倒角或圆角的影响，喷口32的截面积是指沿着中心线C从边缘35、36离开0.2mm以上的位置的与中心线C垂直的喷口32的截面的面积。

在测定沿着中心线C从边缘35、36离开0.2mm以上的范围的任意的位置的喷口32的截面积时的喷口32的截面积的最小值为该范围的喷口32的截面积的最大值的90％以上。这是为了降低因喷口32的截面积的变化而引起的喷流的能量损失。

图4是将盖30投影到与轴线O垂直的平面上的投影图41。由于喷口32设置在半球状的盖30中的除了轴线O相交的位置以外的区域，因此在投影图41出现的喷口32是椭圆形。由于在盖30中的除了轴线O相交的位置以外的区域设置有喷口32，因此能够使从燃烧室通过喷口32流入副室31的燃料气体的流动成为大的涡流。由于能够提高副室31的燃料气体的流动性，因此能够提高燃料气体对绝缘体11的前端部15的冷却能力，能够进一步减少提前点火。

喷口32包括最大喷口37、大喷口38、小喷口39以及最小喷口40。在本实施方式中，在盖30设置有8个喷口32。8个喷口32的每个喷口32与轴线O之间的距离大致相等。

盖30在轴线O的周围大致等间隔地设置有喷口32。因此，在投影图41中，在将通过投影图41与轴线O的交点而等角度地引出与喷口32的数量相同数量的直线42时，能够在所有的喷口32与直线42相交的位置引出直线42。在投影图41中，直线42与喷口32不需要在喷口32的中心相交，只要喷口32的某处与直线42相交即可。由此，能够使燃料气体、喷流通过喷口32而产生的热的出入在盖30的轴线周围大致均等。因此，能够使盖30的轴线周围的热负荷大致均等。在本实施方式中，喷口32为8个，因此直线42为8根，以轴线O为中心等角度地引出的直线42、42彼此相交的最小的角度为45°。

图5是图3的V-V线处的盖30的喷口32的截面的示意图。在图5中，汇总图示了喷口32的与各自的中心线C(参照图3)垂直的截面。喷口32包括截面积的最小值的大小不同的最大喷口37、大喷口38、小喷口39以及最小喷口40。图5所示的喷口32的截面越大，则表示喷口32的截面积的最小值越大。

最大喷口37是喷口32中截面积的最小值最大的喷口。在本实施方式中，最大喷口37的数量为1个。大喷口38是截面积的最小值为最大喷口37的截面积的最小值的90％以上的喷口。在本实施方式中，大喷口38的数量为2个。小喷口39是截面积的最小值小于最大喷口37的截面积的最小值的90％的喷口。最小喷口40是喷口32中截面积的最小值最小的喷口。最小喷口40的截面积的最小值小于最大喷口37的截面积的最小值的90％。

由于喷口32包括截面积的最小值的大小不同的喷口，因此能够使从喷口32流入盖30的副室31的燃料气体的流速不同。由于通过流速不同的多个流动而使燃料气体的流动性丰富，因此在副室31露出的绝缘体11的前端部15被燃烧气体冷却。由于前端部15的轴线方向的长度L为12mm以下，因此能够减小前端部15的热容量。由于能够提高燃烧气体对前端部15的冷却效果，因此能够减少从喷口32流入副室31的燃料气体的提前点火。

最大喷口37的数量与大喷口38的数量的合计数量(在本实施方式中为3)比最大喷口37及大喷口38以外的小喷口39的数量与最小喷口40的数量的合计数量(在本实施方式中为5)少。由此，从最大喷口37及大喷口38以外的小喷口39、最小喷口40也能够喷射包含火焰的气流。因此，能够进行燃烧室内的燃料气体的稳定的点火，能够提高燃烧稳定性。

最大喷口37的截面积的最小值为最小喷口40的截面积的最小值的120％以上且500％以下。由于副室31内的燃料气体的流动丰富，因此新鲜的燃料气体容易到达火花间隙，点火的稳定性提高，而且能够确保来自最小喷口40的气流的喷射，因此能够进一步提高燃烧稳定性。

【实施例】

通过实施例来进一步详细地说明本发明，但本发明并不限定于该实施例。

(样品的制作)

试验者与一个实施方式的火花塞10同样地，如表1所示，制作绝缘体11的前端部15的长度L(mm)、从“小喷口39的数量与最小喷口40的数量的合计数量”减去“最大喷口37的数量与大喷口38的数量的合计数量”所得的数、最大喷口37的截面积的最小值相对于最小喷口40的截面积的最小值的比例(％)、投影图41中的所有的喷口32与直线42的交叉的有无这些方面不同的样品No.1-11。样品No.1-11的除此以外的部分的数量、尺寸、形状为恒定。样品No.1-11在盖30上分别设置8个喷口32，外螺纹23的标称直径为14mm。

【表1】

样品No.1-10的喷口32的截面积的最小值不同。样品No.11的喷口32的截面积的最小值是恒定的。

样品No.1-8、10的从“小喷口39的数量与最小喷口40的数量的合计数量”减去“最大喷口37的数量与大喷口38的数量的合计数量”所得的数为正的数。即No.1-8、10的“最大喷口37的数量与大喷口38的数量的合计数量”比“小喷口39的数量与最小喷口40的数量的合计数量”少。样品No.9的“最大喷口37的数量与大喷口38的数量的合计数量”与“小喷口39的数量与最小喷口40的数量的合计数量”相等。

样品No.1-4、10是处于投影图41中的所有的喷口32与直线42为交叉的关系。样品No.5-9、11在投影图41中存在不与直线42交叉的喷口32。

(试验1)

试验1是关于提前点火的试验。试验者将样品安装于排气量1.3升的自然吸气式4气缸汽油发动机的各气缸，使发动机工作，使进气节流阀为全开的状态。使发动机工作1分钟以达到某个点火正时，调查是否发生提前点火。反复进行如果不发生提前点火则提前2°而使发动机工作1分钟的操作，直至发生提前点火。

发生提前点火的曲柄角越大，表示越难以发生提前点火。判定为发生提前点火的曲柄角为上止点前30°以上的样品为A(优异)，发生提前点火的曲柄角为小于上止点前30°的样品为D(差)。将结果记录在表1中。

(试验2)

试验2是关于燃烧稳定性的试验。试验者将样品安装于排气量1.6升的增压式4气缸直喷汽油发动机的各气缸，使发动机工作，计算出转速2000rpm、压力1200kPa、空燃比14.5的条件下的3000个循环的循环间的COV(图示平均有效压力的变动率)。

COV越小，表示燃烧稳定性越高。判定为COV小于1％的样品为A(优异)，COV为1％以上且小于2％的样品为B(良好)，COV为2％以上且小于3％的样品为C(稍好)，COV为3％以上的样品为D(差)。将结果记录在表1中。

(评价)

试验1(提前点火)的No.1-9的判定为A，但No.10、11的判定为D。No.1-9的样品的前端部15的长度为12mm以下，喷口32的截面积的最小值不同。推测No.1-9的样品与No.10，11的样品相比，副室31内的燃料气体的流动性丰富，能够冷却热容量比较小的前端部15，因此能够减少前端部15的过热而减少提前点火。

试验2(燃烧稳定性)的No.1-8的判定为A、B或C，但No.9的判定为D。No.1-8的样品的“最大喷口37的数量与大喷口38的数量的合计数量”比“小喷口39的数量与最小喷口40的数量的合计数量”少。推测No.1-8的样品与No.9的样品相比，从最大喷口37及大喷口38以外的喷口32(小喷口39、最小喷口40)也喷射包含火焰的气流，而能够进行燃烧室内的燃料气体的稳定的点火，能够提高燃烧稳定性。

在试验2中，No.1-6的判定为A或B，但No.7，8的判定为C。No.1-6的样品的最大喷口37的截面积的最小值相对于最小喷口40的截面积的最小值的比例为120％以上且500％以下。推测No.1-6的样品与No.7，8的样品相比，副室31内的燃料气体的流动丰富，新鮮的燃料气体容易到达火花间隙，点火的稳定性提高，而且能够确保来自最小喷口40的气流的喷射，因此燃烧稳定性进一步提高。

在试验2中，No.1-4的判定为A，但No.5、6的判定为B。No.1-4的样品是处于投影图41中所有的喷口32与直线42为交叉的关系。推测No.1-4的样品与No.5、6的样品相比，燃料气体、喷流通过喷口32而产生的热的出入在盖30的轴线周围大致均等，因此盖30的轴线周围的热负荷大致均等，能够进一步提高燃烧稳定性。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够容易地推测在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良变形。

在实施方式中，对在盖30设置有8个喷口32的情况进行了说明，但并不一定限定于此。只要在盖30设置的喷口32的数量为3个以上(至少1个最大喷口37和2个小喷口39)就以适当设定。在盖30设置的喷口32的数量为3个的情况下，没有大喷口38，小喷口39中小的一方的喷口为最小喷口。在2个小喷口39为相同大小的情况下，最小喷口的截面积的最小值与小喷口39的截面积的最小值相等。

在实施方式中，对设置于盖30的喷口32的截面为圆形的情况进行了说明，但并不一定限定于此。其他喷口32的截面可例示椭圆形、多边形、角部带有圆角的多边形。

在实施方式中，对将具有球冠状的内表面33及外表面34的半球状的盖30配置于主体配件21的情况进行了说明，但并不一定限定于此。盖30的形状可以适当设定。例如当然可以采用有底圆筒状的盖。

在实施方式中，对在盖30分别各设置1个最大喷口37、最小喷口40的情况进行了说明，但并不一定限定于此。在截面积的最小值为最大的喷口存在多个的情况下，最大喷口37存在多个。在截面积的最小值为最小的喷口存在多个的情况下，最小喷口40存在多个。

在实施方式中，对在绝缘体11的卡止部13与主体配件21的架部24之间夹设衬垫17(其他部件)的情况进行了说明，但并不一定限定于此。当然也可以以绝缘体11的卡止部13与主体配件21的架部24直接接触的方式在绝缘体11的外周配置主体配件21。在该情况下，前端部15是指绝缘体11中比与架部24接触的部分靠前端侧的部分。

在实施方式中，对在主体配件21的外螺纹23的位置配置直线状的接地电极25的情况进行了说明，但并不一定限定于此。接地电极25可以配置于主体配件21，也可以配置于盖30。接地电极25不限于直线状。接地电极25也可以弯曲。不限于在中心电极19的前端侧设置火花间隙。也可以在中心电极19的径向的外侧设置火花间隙。

在实施方式中，对在主体配件21焊接有盖30的情况进行了说明，但并不一定限定于此。当然也可以准备在前端设有盖的筒状部件，并将其与主体配件21连接而形成副室31。筒状部件是由盖封闭前端的筒状的部件，在内周面形成有与主体配件21的外螺纹23结合的内螺纹。在筒状部件的外周面设置有与发动机的螺纹孔结合的外螺纹。通过将筒状部件的内螺纹与主体配件21的外螺纹23结合，在主体配件21的前端侧配置盖。在该盖设置喷口32。

将筒状部件与主体配件21连接而在主体配件21的前端侧配置盖的方法不限于将筒状部件的内周面的内螺纹与主体配件21的外螺纹23结合。当然也可以通过其他方法将筒状部件与主体配件连接。作为其他方法，例如可举出通过焊接等将筒状部件与主体配件接合。筒状部件的材料可例示镍基合金、不锈钢等的金属材料或氮化硅等陶瓷。

标号说明

10 火花塞；

11 绝缘体；

13 卡止部；

14a 边界(卡止部的前端)；

15 前端部；

17 衬垫(其他部件)；

18 绝缘体的前端；

21 主体配件；

24 架部；

30 盖；

32 喷口；

37 最大喷口；

38 大喷口；

39 小喷口；

40 最小喷口；

41 投影图；

42 直线；

L 前端部的轴线方向的长度；

O 轴线。

Claims

1.一种火花塞，具备：

筒状的主体配件，在内周设置有向径向的内侧伸出的架部；

绝缘体，具有卡止部和前端部，并沿轴线延伸，所述卡止部直接或经由其他部件从前端侧卡止于所述架部，所述前端部与所述卡止部的前端侧相邻；及

盖，配置于所述主体配件的前端侧，并从前端侧覆盖所述绝缘体的所述前端部，

在所述盖设置有沿所述盖的厚度方向贯通的多个喷口，

其中，

所述多个喷口包括截面积的最小值的大小不同的喷口，

所述多个喷口中的截面积的最小值为最大的最大喷口的数量与截面积的最小值为所述最大喷口的截面积的最小值的90％以上的大喷口的数量的合计数量比所述最大喷口及所述大喷口以外的喷口的数量少，

所述绝缘体的前端与所述卡止部的前端之间的所述前端部的轴线方向的长度为12mm以下。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

所述多个喷口各自的截面积的最小值为最大值的90％以上。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述最大喷口的截面积的最小值为所述多个喷口中的截面积的最小值为最小的最小喷口的截面积的最小值的120％以上且500％以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其中，

所述多个喷口设置于所述盖中的除了所述轴线相交的位置以外的区域。

5.根据权利要求4所述的火花塞，其中，

在将所述盖投影到与所述轴线垂直的平面上而得到的投影图中，在通过所述投影图与所述轴线的交点而等角度地引出与所述喷口的数量相同数量的直线时，所有的所述喷口与所述直线相交。