CN117378107A - 火花塞 - Google Patents
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Abstract
抑制发动机盖的损伤并且抑制气密性的下降。火花塞具备：绝缘体，形成有在轴线方向上延伸的轴孔；中心电极，配置于轴孔，中心电极自身的前端部在轴孔的前端侧突出；筒状的主体配件，将绝缘体保持于内周侧，在外周面形成有螺纹部；及接地电极，一端部固定于设置于主体配件的贯通孔，另一端部与中心电极的前端部之间形成放电间隙，其中，螺纹部具有位于比贯通孔靠轴线方向的后端侧处的第一螺纹部和位于比贯通孔靠轴线方向的前端侧处的第二螺纹部，第一螺纹部的有效直径比第二螺纹部的有效直径大。
Description
技术领域
本公开涉及火花塞。
背景技术
作为在内燃机中使用的点火用的火花塞，已知有安装于发动机盖且在中心电极的前端与接地电极之间使火花放电产生的火花塞(例如，专利文献1)。在专利文献1所记载的火花塞中，在主体配件中形成有在径向上贯通的贯通孔，沿着径向延伸的棒状的接地电极插入并固定于该贯通孔。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-046660号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
一般来说，火花塞越靠前端侧则越容易成为高温，因此容易热膨胀。因而，若如专利文献1所记载的火花塞那样主体配件的阳螺纹也形成于比接地电极的焊接部靠轴线方向的前端侧处，则前端侧的阳螺纹热膨胀的结果，可能会使发动机盖损伤。另一方面，若为了抑制发动机盖的损伤而减小主体配件的阳螺纹的直径，则主体配件的阳螺纹与发动机盖的阴螺纹之间的气密性可能会下降。因此，追求着能够抑制发动机盖的损伤并且抑制气密性的下降的技术。
用于解决课题的手段
本公开能够作为以下的方式来实现。
(1)根据本公开的一方式，提供一种火花塞。该火花塞具备：绝缘体，形成有在轴线方向上延伸的轴孔；中心电极，配置于所述轴孔，所述中心电极自身的前端部在所述轴孔的前端侧突出；筒状的主体配件，将所述绝缘体保持于内周侧，在外周面形成有螺纹部；及接地电极，一端部固定于设置于所述主体配件的贯通孔，另一端部与所述中心电极的所述前端部之间形成放电间隙，所述火花塞的特征在于，所述螺纹部具有位于比所述贯通孔靠所述轴线方向的后端侧处的第一螺纹部和位于比所述贯通孔靠所述轴线方向的前端侧处的第二螺纹部，所述第一螺纹部的有效直径比所述第二螺纹部的有效直径大。根据该方式的火花塞，由于位于比贯通孔靠轴线方向的后端侧处的第一螺纹部的有效直径比位于比贯通孔靠轴线方向的前端侧处的第二螺纹部的有效直径大，所以能够抑制第二螺纹部的径向的尺寸因热膨胀而过度变大，另外，能够抑制第一螺纹部与发动机盖的阴螺纹的间隙过度变大而在第一螺纹部处确保气密性。因此，能够抑制发动机盖的损伤并且抑制气密性的下降。
(2)在上述方式的火花塞中，可以是，所述第一螺纹部的有效直径为所述第二螺纹部的有效直径的100.30％以上。根据该方式的火花塞，由于第一螺纹部的有效直径为第二螺纹部的有效直径的100.30％以上，所以能够使第一螺纹部与发动机盖的阴螺纹的间隙减小，其结果，能够进一步抑制气密性的下降。
(3)在上述方式的火花塞中，可以是，在所述轴线方向上，所述第二螺纹部的长度比所述第一螺纹部的长度短。根据该方式的火花塞，由于在轴线方向上第二螺纹部的长度比第一螺纹部的长度短，所以能够确保第一螺纹部的沿着轴线方向的尺寸，其结果，能够进一步抑制气密性的下降。
需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以火花塞的制造方法、安装有火花塞的发动机盖等方式实现。
附图说明
图1是示出火花塞的概略结构的局部剖视图。
图2是将火花塞的前端附近放大而示出的剖视图。
具体实施方式
A.第一实施方式：
图1是示出作为本公开的一实施方式的火花塞100的概略结构的局部剖视图。在图1中，以火花塞100的轴心即轴线CA为界，在纸面右侧示出了火花塞100的外观形状，在纸面左侧示出了火花塞100的截面形状。在以下的说明中，将沿着轴线CA的图1的下方侧(配置有后述的接地电极40的一侧)称作前端侧，将图1的上方侧(配置有后述的端子配件50的一侧)称作后端侧，将沿着轴线CA的方向称作轴线方向AD。在图1中，为了便于说明，将安装火花塞100的发动机盖90以虚线示出。在发动机盖90一般设置有使冷却介质循环的未图示的制冷剂流路。火花塞100以使其前端侧向燃烧室95内露出的方式安装于发动机盖90。
火花塞100具备绝缘体10、中心电极20、主体配件30、接地电极40及端子配件50。需要说明的是，火花塞100的轴线CA与绝缘体10、中心电极20、主体配件30及端子配件50这些构件的轴线一致。
绝缘体10具有形成有在轴线方向AD上延伸的轴孔11的大致筒状的外观形状。在轴孔11中，在前端侧收容中心电极20的一部分，在后端侧收容端子配件50的一部分。因而，绝缘体10将中心电极20保持于内周侧。绝缘体10的前端侧的部分收容于后述的主体配件30的轴孔31，绝缘体10的后端侧的部分从轴孔31露出。绝缘体10由将氧化铝等陶瓷材料烧成而形成的绝缘子构成。
中心电极20是沿着轴线方向AD延伸的棒状的电极，配置于轴孔11。中心电极20的前端部21在轴孔11的前端侧突出。在前端部21也可以接合有例如由铂、铱合金等形成的贵金属端头。本实施方式的中心电极20由以镍为主成分的镍合金形成。
在绝缘体10的轴孔11内，在中心电极20与端子配件50之间，从前端侧朝向后端侧依次配置有前端侧密封件61、电阻体62及后端侧密封件63。因而，中心电极20在后端侧经由前端侧密封件61、电阻体62及后端侧密封件63而与端子配件50电连接。
电阻体62包含陶瓷粉末、导电材料及玻璃作为材料。电阻体62通过作为端子配件50与中心电极20之间的电阻发挥功能，从而抑制产生火花放电时的噪声的产生。前端侧密封件61和后端侧密封件63分别包含导电性的玻璃粉末作为材料。在本实施方式中，前端侧密封件61及后端侧密封件63包含将铜粉末和硼硅酸钙玻璃粉末混合后的粉末作为材料。
端子配件50设置于火花塞100的后端侧的端部。端子配件50的前端侧收容于绝缘体10的轴孔11，端子配件50的后端侧从轴孔11露出。对端子配件50连接未图示的高压电缆，施加高电压。通过该施加，在后述的放电间隙G产生火花放电。在放电间隙G产生的火花使燃烧室95中的混合气着火。
主体配件30具有沿着轴线方向AD形成有轴孔31的大致筒状的外观形状，在轴孔31内保持绝缘体10。换言之，主体配件30将绝缘体10保持于内周侧。主体配件30例如由低碳钢形成，对整体实施了镀镍、镀锌等镀覆处理。在主体配件30的外周面形成有工具卡合部32和螺纹部33。工具卡合部32在将火花塞100向发动机盖90安装时与未图示的工具卡合。螺纹部33在主体配件30的前端侧的区域中在外周面形成有螺纹牙，向发动机盖90的阴螺纹部93拧入。关于螺纹部33的详细的说明后述。
图2是将火花塞100的前端附近放大而示出的剖视图。在主体配件30设置有在径向上贯通的贯通孔37。贯通孔37形成于在轴线方向AD上比中心电极20的前端部21靠前端侧处，使主体配件30的外周面和内周面连通。贯通孔37设置于主体配件30的周向的一处。在贯通孔37固定有接地电极40。在本实施方式中，贯通孔37具有带台阶的形状，贯通孔37的内径在主体配件30的外周侧形成得比内周侧大。
接地电极40由棒状的金属构件构成，以在径向上延伸的方式配置。接地电极40的一端部41插入并固定于贯通孔37。因而，一端部41也可以称为固定部。接地电极40的另一端部42与中心电极20的前端部21相向。另一端部42与中心电极20的前端部21之间形成用于火花放电的放电间隙G。本实施方式的接地电极40与中心电极20同样，由以镍为主成分的镍合金形成。本实施方式的接地电极40在贯通孔37中被焊接而固定，但不限于焊接，例如也可以通过压入等而固定。
形成于主体配件30的外周面的螺纹部33具有第一螺纹部34和第二螺纹部35。第一螺纹部34位于比贯通孔37靠轴线方向AD的后端侧处。第二螺纹部35位于比贯通孔37靠轴线方向AD的前端侧处。在本实施方式中，在轴线方向AD上，第二螺纹部35的长度比第一螺纹部34的长度短。
第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径大。在本说明书中，“有效直径”表示由JIS B 0205 2001规定的值。第一螺纹部34的有效直径能够通过算出针对第一螺纹部34的每个螺纹牙测定出的值的平均值而求出。同样，第二螺纹部35的有效直径能够通过算出针对第二螺纹部35的每个螺纹牙测定出的值的平均值而求出。如后述的实施例所示，优选地，第一螺纹部34的有效直径的大小相对于第二螺纹部35的有效直径的大小为100.30％以上。需要说明的是，优选地，第一螺纹部34的有效直径的大小相对于第二螺纹部35的有效直径的大小为101.00％以下。
在本实施方式中，螺纹部33以越从轴线方向AD的前端侧去往后端侧则有效直径越大的方式形成。也可以取代这样的结构，例如在螺纹部33中，第一螺纹部34的各螺纹牙的有效直径形成为大致恒定，第二螺纹部35的各螺纹牙的有效直径形成为大致恒定，第一螺纹部34和第二螺纹部35连续地相连。需要说明的是，在该情况下，第一螺纹部34和第二螺纹部35可以平滑地相连，也可以形成台阶而相连。
螺纹部33例如能够通过滚轧、切削等来形成。在通过滚轧来形成的情况下，例如可以在第二螺纹部35的形成位置处，与第一螺纹部34的形成位置相比加强模具的紧固，从而将第一螺纹部34的有效直径形成得比第二螺纹部35的有效直径大。另外，也可以使用在与第一螺纹部34的形成位置与第二螺纹部35的形成位置之间对应的位置形成有台阶的模具来进行滚轧。另外，在切螺纹前的状态下，可以在圆筒状的主体配件30中在第一螺纹部34的形成位置与第二螺纹部35的形成位置之间设置有台阶，也可以是第一螺纹部34的形成位置和第二螺纹部35的形成位置预先形成为锥状。另外，在本实施方式中，第一螺纹部34和第二螺纹部35一体地形成，但也可以分体地形成。需要说明的是，贯通孔37可以在螺纹部33的形成前形成，也可以在螺纹部33的形成后形成。
在此，一般来说，接地电极40会暴露于混合气的燃烧而成为高温状态。因而，在形成于主体配件30的贯通孔37固定接地电极40的火花塞100中，接地电极40的一端部41可能会因过热而氧化。然而，在本实施方式的火花塞100中，由于在轴线方向AD上比贯通孔37靠前端侧处形成有第二螺纹部35，所以在比贯通孔37靠前端侧处也能够使主体配件30的第二螺纹部35和发动机盖90的阴螺纹部93螺合。由于一般在发动机盖90设置有制冷剂流路，所以通过使第二螺纹部35和阴螺纹部93螺合，在更容易成为高温的前端侧也能够确保接地电极40的散热路径。因此，能够抑制接地电极40的一端部41过度温度上升，因此能够抑制接地电极40的一端部41氧化。其结果，能够抑制在燃烧室95的冷热循环中接地电极40从贯通孔37脱落，因此能够提高火花塞100的耐久性。
另外，一般来说，火花塞100的前端附近具有越去往轴线方向AD的前端侧则越成为高温的倾向。因而，若在比固定接地电极40的贯通孔37靠轴线方向AD的前端侧处形成有第二螺纹部35，则第二螺纹部35与第一螺纹部34相比热膨胀量变大。若第二螺纹部35的径向的尺寸因热膨胀而过度变大，则可能会在形成于发动机盖90的阴螺纹部93产生开裂等损伤。然而，在本实施方式的火花塞100中，由于第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径大、即第二螺纹部35的有效直径比第一螺纹部34的有效直径小，所以能够抑制第二螺纹部35的径向的尺寸因热膨胀而过度变大。作为其结果，在本实施方式的火花塞100中，能够抑制发动机盖90的损伤。
另外，若与本申请不同而将螺纹部33的有效直径在轴线方向AD上一律形成得小，则能够抑制第二螺纹部35的径向的尺寸过度变大，因此可认为能够抑制发动机盖90的损伤。然而，若减小螺纹部33的有效直径，则螺纹部33与阴螺纹部93的间隙会过度变大，气密性可能会下降。然而，在本实施方式的火花塞100中，由于第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径大，所以能够抑制第一螺纹部34与阴螺纹部93的间隙过度变大，其结果，能够抑制气密性的下降。
这样，根据本实施方式的火花塞100，由于位于比贯通孔37靠轴线方向AD的后端侧处的第一螺纹部34的有效直径比位于比贯通孔37靠轴线方向AD的前端侧处的第二螺纹部35的有效直径大，所以能够抑制第二螺纹部35的径向的尺寸因热膨胀而过度变大，另外，能够抑制第一螺纹部34与阴螺纹部93的间隙过度变大而在第一螺纹部34处确保气密性。其结果，能够抑制发动机盖90的损伤并且抑制气密性的下降。
另外，由于能够在第一螺纹部34处确保气密性，所以即使在接地电极40的一端部41与贯通孔37之间燃料的混合气发生了泄漏的情况下，也能够抑制该混合气从火花塞100的座面泄漏。因此，在本实施方式的火花塞100中，与在第二螺纹部35处确保气密性的结构相比，能够更加抑制气密性的下降。
另外，由于第一螺纹部34的有效直径为第二螺纹部35的有效直径的100.30％以上，所以能够使第一螺纹部34与阴螺纹部93的间隙更加减小，其结果，能够进一步抑制气密性的下降。
另外，由于在轴线方向AD上第二螺纹部35的长度比第一螺纹部34的长度短，所以能够确保第一螺纹部34的沿着轴线方向AD的尺寸，其结果，能够进一步抑制气密性的下降。
B.实施例：
以下，利用实施例来进一步具体地说明本发明，但本发明不限定于以下的实施例。
<试样>
如以下的表1所示，制作了火花塞100。更具体而言，作为实施例1～5，制作了第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径大的火花塞100。另外，作为比较例1、2，制作了第一螺纹部34的有效直径和第二螺纹部35的有效直径相同、即螺纹部33的有效直径在轴线方向AD上恒定的火花塞。在比较例1和比较例2中，螺纹部33的内径互相不同，比较例1的螺纹部33的有效直径比比较例2的螺纹部33的有效直径小。更具体而言，比较例1的螺纹部33的有效直径设为与实施例1、5的第二螺纹部35的有效直径相同，比较例2的螺纹部33的有效直径设为与比较例3、4的第二螺纹部35的有效直径相同。另外，作为比较例3、4，制作了第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径小的火花塞。在实施例和比较例中都是，公称直径设为M10，螺纹部33的有效直径以外的结构互相相同，样本数分别设为10。
<衬套破损试验>
将实施例的火花塞100和比较例的火花塞组装于再现了发动机盖90的衬套。形成于衬套的内周面的阴螺纹部93的有效直径设为了标准下限值。从主体配件30的轴孔31侧利用燃烧器对接地电极40的一端部41周边进行了加热。将接地电极40的电极温度1000℃的加热2分钟和接地电极40的电极温度200℃的冷却1分钟设为冷热循环的1循环，实施了1000循环。通过目视观察各试样，根据在衬套是否产生了破损而评价了破损性。以下示出评价基准。
A：在衬套看到了破损
B：在衬套未看到破损
<气密试验>
将实施例的火花塞100和比较例的火花塞组装于再现了发动机盖90的衬套。形成于衬套的内周面的阴螺纹部93的有效直径设为了标准下限值。按照ISO标准，将试样整体在200℃下保持30分钟后，以2MPa进行加压，测定从火花塞的座面泄漏的气体的量，评价了气密性。以下示出评价基准。
A：未看到泄漏
B：看到了小于2cc/min.的泄漏
C：看到了2cc/min.以上的泄漏
表1中示出衬套破损试验及气密试验的结果。
表1
从表1知道了以下的内容。即，在第二螺纹部35的有效直径小的实施例1～5及比较例1中，未看到衬套的破损，在第二螺纹部35的有效直径大的比较例2～4中，看到了衬套的破损。因而，知道了：通过第二螺纹部35的有效直径小，能够抑制在发动机盖90产生损伤。另外，通过实施例1～5与比较例1的比较而知道了：在第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径大的实施例1～5中，与第一螺纹部34的有效直径与第二螺纹部35的有效直径相同的比较例1相比，能够抑制气密性的下降。尤其知道了：在第一螺纹部34的有效直径为第二螺纹部35的有效直径的100.30％以上的实施例1～3中，在气密试验中未看到泄漏，因此能够更加抑制气密性的下降。在实施例1～5中，可认为：由于第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径大，所以能够使第一螺纹部34和阴螺纹部93紧贴，结果，能够抑制气密性的下降。从以上的结果知道了：通过第一螺纹部34的有效直径比第二螺纹部35的有效直径大，能够抑制发动机盖90的损伤并且抑制气密性的下降。
另外，在比较例1中，可认为：通过螺纹部33的有效直径在轴线方向AD上一律形成得小，能够抑制发动机盖90的损伤，但另一方面，阴螺纹部93与螺纹部33的紧贴性会下降，气密性下降。在比较例2中，可认为：通过螺纹部33的有效直径在轴线方向AD上一律形成得大，能够抑制气密性的下降，但另一方面，因螺纹部33的热膨胀而在发动机盖90产生了损伤。从比较例2～4的结果知道了：第一螺纹部34的有效直径越小，则阴螺纹部93与第一螺纹部34的紧贴性越下降，气密性越下降。
C.其他的实施方式：
上述实施方式中的螺纹部33的结构只不过是一例，能够各种变更。例如，在轴线方向AD上，第二螺纹部35的长度也可以与第一螺纹部34的长度相同，还可以比第一螺纹部34的长度长。另外，例如，第一螺纹部34的有效直径不限于第二螺纹部35的有效直径的100.30％以上，也可以是超过第二螺纹部35的有效直径的100％的任意的值。通过这样的结构，也能够通过第一螺纹部34的有效直径形成得比第二螺纹部35的有效直径大而抑制发动机盖90的损伤并且抑制气密性的下降。
上述实施方式中的火花塞100的结构只不过是一例，能够各种变更。例如，火花塞100也可以是在主体配件30的前端具备罩而形成有副燃烧室的预燃室火花塞。
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未作为必要技术特征来说明，就能够适当删除。
标号说明
10…绝缘体，11…轴孔，20…中心电极，21…前端部，30…主体配件，31…轴孔，32…工具卡合部，33…螺纹部，34…第一螺纹部，35…第二螺纹部，37…贯通孔，40…接地电极，41…一端部，42…另一端部，50…端子配件，61…前端侧密封件，62…电阻体，63…后端侧密封件，90…发动机盖，93…阴螺纹部，95…燃烧室，100…火花塞，AD…轴线方向，CA…轴线，G…放电间隙。
Claims (3)
1.一种火花塞，具备：
绝缘体，形成有在轴线方向上延伸的轴孔；
中心电极，配置于所述轴孔，所述中心电极自身的前端部在所述轴孔的前端侧突出；
筒状的主体配件，将所述绝缘体保持于内周侧，在外周面形成有螺纹部；及
接地电极，一端部固定于设置于所述主体配件的贯通孔，另一端部与所述中心电极的所述前端部之间形成放电间隙，
所述火花塞的特征在于，
所述螺纹部具有位于比所述贯通孔靠所述轴线方向的后端侧处的第一螺纹部和位于比所述贯通孔靠所述轴线方向的前端侧处的第二螺纹部，
所述第一螺纹部的有效直径比所述第二螺纹部的有效直径大。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，
所述第一螺纹部的有效直径为所述第二螺纹部的有效直径的100.30％以上。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，
在所述轴线方向上，所述第二螺纹部的长度比所述第一螺纹部的长度短。
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