專利名稱：高性能、長壽命的火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞。更具體來講，本發(fā)明涉及車用內(nèi)燃機(jī)上火花塞的一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能確?；鸹ㄈ母咝阅芎烷L使用壽命。
背景技術(shù)：
用于內(nèi)燃機(jī)的普通火花塞一般包括一金屬殼體、一絕緣體、一中心電極、以及一接地電極。
金屬殼體上具有一螺紋部分，用于將火花塞裝配到發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)。絕緣體的中央制有一個孔腔，且絕緣體被固定到金屬殼體中，并使得其一端從金屬殼體的一個端部中突出。中心電極被固定到絕緣體的中央孔腔中，且其一端從絕緣體的所述端部中突伸出。接地電極具有一個側(cè)面，而且接地電極被接合到金屬殼體的所述端部上，以使得其側(cè)面與中心電極的端部相對，并離開一定距離，從而在二者之間形成一個火花塞間隙。
近些年來，為了提高發(fā)動機(jī)的功率輸出和改善燃油經(jīng)濟(jì)性，人們在不斷地提高發(fā)動機(jī)的壓縮比。但是，與此同時，壓縮比的提高導(dǎo)致火花塞需要有更高的點火電壓(即產(chǎn)生火花所需的電壓)。
火花塞所需點火電壓的提高就意味著在火花塞的火花塞間隙之間產(chǎn)生火花的難度增大了。這樣就會形成“側(cè)火花”，而不是在火花塞間隙中產(chǎn)生正常的電火花。
側(cè)火花是一種從火花塞的中心電極沿絕緣體的外表面串延、并飛向火花塞金屬殼體的電火花。更具體來講，側(cè)火花飛跨過絕緣體外表面與金屬殼體內(nèi)表面之間的間隙，從而導(dǎo)致火花塞出現(xiàn)的丟火。因此，在產(chǎn)生側(cè)火花的情況下，裝備有該火花塞的發(fā)動機(jī)的性能就會下降。
在另一方面，為了提高發(fā)動機(jī)的功率輸出，通常情況下需要增大與進(jìn)氣歧管和排氣歧管相關(guān)的氣門的尺寸，并需要確保用于冷卻發(fā)動機(jī)的水套工作良好。因此，發(fā)動機(jī)上可用來安裝火花塞的空間就要被減小，因而，希望能減小火花塞的尺寸。
火花塞的小型化將導(dǎo)致氣穴(Air pocket)尺寸的減小，其中的氣穴是指在金屬殼體與接地電極相接合的那一端部處，絕緣體外表面與金屬殼體內(nèi)表面之間的空間。如上文所述那樣，除了火花塞點火所需電壓的提高會導(dǎo)致側(cè)火花的產(chǎn)生之外，氣穴尺寸的減小也會導(dǎo)致火花塞中產(chǎn)生側(cè)火花。
因而，希望將火花塞中氣穴的尺寸保持在一定水平之上，以防止側(cè)火花的產(chǎn)生。但是，在另一方面，如果將火花塞絕緣體的徑向厚度減薄來保證小型化火花塞中氣穴的尺寸，則火花塞的耐受電壓就會降低；耐受電壓的降低會導(dǎo)致火花塞出現(xiàn)絕緣擊穿。
因此，在將火花塞小型化時，需要在防止火花塞產(chǎn)生側(cè)火花與保證火花耐受電壓之間進(jìn)行折衷。
作為此折衷考慮的一個方案，在日本專利文件特開2000-243535中提出了一種火花塞，其結(jié)構(gòu)的一些參數(shù)經(jīng)過了合適的限定，這些參數(shù)例如是上述的絕緣體徑向厚度和氣穴尺寸。
近來，人們除了如上文所述那樣尋求提高發(fā)動機(jī)的性能之外，還致力于保證發(fā)動機(jī)具有較長的工作壽命。舉例來講，在過去，希望發(fā)動機(jī)的實際工作公里數(shù)大約能達(dá)到100000公里，但在目前卻希望發(fā)動機(jī)能保證超過200000公里的實際里程。
在此條件下，本發(fā)明的發(fā)明人對特開2000-243535號日本待審專利中提出的火花塞進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果這種火花塞被使用了很長時間之后，就不能可靠地消除火花塞中的側(cè)火花。
具體來講，如果火花塞的使用里程超過了200000公里，則火花塞的中心電極和接地電極會出現(xiàn)顯著的損耗，從而極大地增加了二者之間的火花塞間隙。這樣，由于火花塞間隙的增大，需要進(jìn)一步加大火花塞的點火電壓，從而將有利于火花塞中產(chǎn)生側(cè)火花。因此，火花塞的這種結(jié)構(gòu)不能保證火花塞的高性能和長壽命。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的一個目的是通過一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的火花塞，該結(jié)構(gòu)能在不犧牲火花塞耐受電壓性的前提下、在很長的工作壽命內(nèi)防止火花塞中產(chǎn)生側(cè)火花。
如上文描述的那樣，在經(jīng)過長期使用之后，普通火花塞中的火花塞間隙會顯著增大?；鸹ㄈg隙的增大造成火花塞所需的點火電壓提高，從而使火花塞易于產(chǎn)生側(cè)火花。
因而，希望能抑制火花塞所需點火電壓由于火花塞間隙的增大而提高，從而使火花塞具有高性能和長工作壽命。
一種用于阻止火花塞所需點火電壓增大的常規(guī)途徑是通過將火花塞中心電極細(xì)長化來加強(qiáng)火花塞火花塞間隙中的電場；火花塞間隙中一尤其是中心電極周圍較強(qiáng)的電場能更為有利地抑制火花塞所需的點火電壓。
基于這種常規(guī)的途徑，本發(fā)明的發(fā)明人通過試驗發(fā)現(xiàn)不僅可通過將火花塞的中心電極細(xì)長化來增強(qiáng)火花塞火花塞間隙中的電場，而且可通過將該火花塞的接地電極細(xì)長化并使其突伸以增強(qiáng)電場。換言之，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將火花塞的接地電極細(xì)長化、并使其突出將具有抑制其所需點火電壓增加的效果。
另外，本發(fā)明的發(fā)明人已通過實驗研究了一種火花塞結(jié)構(gòu)參數(shù)的合適范圍，在該火花塞的結(jié)構(gòu)中，接地電極經(jīng)過了細(xì)長化處理，且突伸出來。
本發(fā)明是基于這些實驗研究的結(jié)果而作出的。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種火花塞S1，其包括中空的金屬殼體，其具有一第一端和一與第一端相反的第二端，金屬殼體的外周面上還具有一螺紋部分，并在第一端上具有一內(nèi)腔開孔，螺紋部分的外徑在12到14mm的范圍內(nèi)；具有一定長度的絕緣體，其具有一第一端和與第一端相反的第二端，絕緣體的內(nèi)部也制有一個孔腔，以一定方式將絕緣體固定在金屬殼體的內(nèi)腔中，以使得絕緣體的第一端從金屬殼體的第一端中突出；中心電極，其被固定在絕緣體的孔腔內(nèi)，中心電極的一端從絕緣體的第一端中突伸出；接地電極，其具有一側(cè)面，接地電極被接合到金屬殼體的第一端上，以使得接地電極的側(cè)面與中心電極的所述端部成相對的位置關(guān)系；第一貴金屬片，其具有一第一端，該第一端被接合到中心電極的所述端部上，并具有一第二端，其面對著接地電極的側(cè)面；以及第二貴金屬片，其一第一端被接合到接地電極的側(cè)面上，而第二端則面對著第一貴金屬片的第二端，第二貴金屬片的第二端與第一貴金屬片的第二端分離開，從而在二者之間形成一火花塞間隙；其中第一貴金屬片第二端的表面積S在0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；
從中心電極的端部到第一貴金屬片第二端之間，第一貴金屬片的長度A在0.8mm到1.5mm的范圍內(nèi)并包含端點值；第二貴金屬片第二端的表面積Q在0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；從接地電極的側(cè)面到第二貴金屬片第二端之間，第二貴金屬片的長度B在0.5mm到1.2mm之間并包含端點值；在一基準(zhǔn)平面上，形成所述內(nèi)腔的金屬殼體內(nèi)表面與絕緣體外表面之間的距離L大于或等于1.5mm，所述基準(zhǔn)平面的延伸方向垂直于絕緣體的長度方向，并經(jīng)過金屬殼體第一端的一內(nèi)邊緣；距離L與一間距G的比值大于或等于1.25，其中間距G為第一、第二貴金屬片各自第二端之間火花塞間隙的間距；以及在基準(zhǔn)平面上，絕緣體的厚度T大于等于0.7mm。
如上所述，對各個參數(shù)S、A、Q、B的數(shù)值范圍分別進(jìn)行了限定，由此可增強(qiáng)火花塞S1上火花塞間隙中的電場。
另外，相比于常規(guī)的火花塞，通過增強(qiáng)火花塞間隙中的電場，可顯著地抑制火花塞S1所需點火電壓由于火花塞間隙的間距G增大而出現(xiàn)的升高。
另外，如上所述，對距離L、比值L/G、以及厚度T的數(shù)值范圍分別進(jìn)行了限定，以便于在確?；鸹ㄈ鸖1絕緣性能(即耐受電壓性)的同時有效地抑制火花塞S1中側(cè)火花的產(chǎn)生。
因此，根據(jù)本發(fā)明的火花塞S1具有能阻止火花塞中產(chǎn)生側(cè)火花、同時保證其耐受電壓性的結(jié)構(gòu)。
如上所述，火花塞S1所包括的金屬殼體帶有螺紋部分，且螺紋部分的外徑在12mm到14mm的范圍內(nèi)。
與上述的火花塞S1相比，一種火花塞S2更為細(xì)長，其金屬殼體具有外徑小于或等于10mm的螺紋部分。因而，盡管火花塞S2的結(jié)構(gòu)幾乎與火花塞S1的結(jié)構(gòu)完全相同，但由于尺寸上的限制，火花塞S2的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)一例如距離L和厚度T的數(shù)值范圍將不與上述的范圍相同。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，火花塞S2金屬殼體上螺紋部分的外徑小于或等于10mm，其結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)值范圍被具體限定如下第一貴金屬片上一第二端的表面積S在0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；從一中心電極的端部到第一貴金屬片第二端之間，第一貴金屬片的長度A在0.8mm到1.5mm的范圍內(nèi)并包含端點值；第二貴金屬片一第二端的表面積Q在0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；從一接地電極的側(cè)面到第二貴金屬片第二端之間，第二貴金屬片的長度B在0.5mm到1.2mm之間并包含端點值；在一基準(zhǔn)平面上，形成一內(nèi)腔的金屬殼體內(nèi)表面與一絕緣體外表面之間的距離L在1.2到1.6mm的范圍內(nèi)并包含端點值，所述基準(zhǔn)平面的延伸方向垂直于絕緣體的長度方向，并經(jīng)過金屬殼體一第一端的一內(nèi)邊緣；第一、第二貴金屬片各自第二端之間火花塞間隙的間距G在0.4到1.0mm的范圍內(nèi)并包含端點值；以及在基準(zhǔn)平面上，絕緣體的厚度T在0.5到0.8mm的范圍內(nèi)并包含端點值。
在火花塞S2的結(jié)構(gòu)中，參數(shù)S、A、Q以及B的數(shù)值范圍與火花塞S1結(jié)構(gòu)中的對應(yīng)數(shù)值范圍相同，從而可增強(qiáng)火花塞S2火花塞間隙中的電場。因此，相比于常規(guī)的火花塞，可顯著地抑制所需點火電壓由于火花塞間隙的間距G增大而出現(xiàn)的升高。
另外，通過如上所述那樣對距離L的尺寸范圍進(jìn)行限定，可在細(xì)長化火花塞S2結(jié)構(gòu)中尺寸受到限制的條件下有效地抑制側(cè)火花的產(chǎn)生。
另外，通過如上文所述那樣對火花塞間隙的間距G的尺寸范圍進(jìn)行限定，可防止該細(xì)長化的火花塞S2出現(xiàn)丟火，由此可增強(qiáng)火花塞S2的點火性能。
另外，通過如上述那樣對厚度T的尺寸范圍進(jìn)行限定，可確保在細(xì)長化火花塞S2結(jié)構(gòu)中的尺寸限制條件下火花塞S2具有理想的絕緣性能(即耐受電壓性)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的火花塞S2還具有這樣的結(jié)構(gòu)其可防止火花塞中產(chǎn)生側(cè)火花，同時能確?；鸹ㄈ诤荛L的工作壽命內(nèi)具有良好的耐受電壓性。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式，在火花塞S2的結(jié)構(gòu)中，在一平面上，絕緣體內(nèi)表面與中心電極外表面之間的間隙L1大于0.1mm，且等于或小于0.3mm，其中，所述平面的延伸方向平行于經(jīng)過絕緣體第一端一內(nèi)邊緣的所述基準(zhǔn)平面。
通過對間隙L1的數(shù)值范圍進(jìn)行限定，能進(jìn)一步地提高火花塞S2抑制側(cè)火花產(chǎn)生的能力。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，在火花塞S2的結(jié)構(gòu)中，絕緣體的內(nèi)表面或外表面可具有一小徑段和一錐臺段。另外，對錐臺段的錐度范圍進(jìn)行限定，使該錐度小于2，優(yōu)選為等于或小于1.5。
通過對錐臺段的錐度范圍進(jìn)行限定，可保證火花塞S2中絕緣體的熱強(qiáng)度，由此可在不犧牲火花塞S2絕緣性能的前提下防止絕緣體發(fā)生斷裂。
根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施方式，在火花塞S1和火花塞S2的結(jié)構(gòu)中，第一貴金屬片是由銥基合金制成的，該合金中銥的重量含量大于50％，且包括至少一種添加物；該合金的熔點大于2000攝氏度。另外，所述的至少一種添加物優(yōu)選地是從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選出的。
另外，第二貴金屬片是由鉑基合金制成的，該合金中鉑的重量含量大于50％，且包括至少一種添加物；合金的熔點大于1500攝氏度。另外，第二貴金屬片的至少一種添加物優(yōu)選地是從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、以及Re中選出的。
通過限定火花塞S1和S2中第一、第二貴金屬片的材料，可確保第一、第二塊體具有較長的工作壽命。


從下文的詳細(xì)描述、以及本發(fā)明優(yōu)選實施方式的附圖，可更加全面地理解本發(fā)明，但是，不應(yīng)將本發(fā)明的范圍限制在這些具體的實施方式中，提出這些實施方式的目的僅是為了進(jìn)行解釋和便于理解。
在附圖中圖1是一個局部剖開的側(cè)視圖，表示了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的火花塞總體結(jié)構(gòu)；圖2是一個放大的局部剖開側(cè)視圖，表示了圖1所示火花塞中的火花塞間隙及其附近部位；圖3中的圖線代表了與本發(fā)明第一實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果表示了為增強(qiáng)火花塞火花塞間隙中相對電場而采用與接地電極相接合的貴金屬片時的效果；圖4A中的圖線表示了與本發(fā)明第一實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞接地電極上貴金屬片一個端面的直徑與火花塞中火花塞間隙的電場強(qiáng)度之間的關(guān)系；
圖4B中的圖線表示的是與本發(fā)明第一實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞接地電極上貴金屬片的長度與火花塞火花塞間隙中電場強(qiáng)度之間的關(guān)系；圖5中的圖線表示的是與本發(fā)明第一實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞中氣穴尺寸與“側(cè)火花”發(fā)生率之間的關(guān)系；圖6中的圖線表示的是與本發(fā)明第一實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞中絕緣體厚度與火花塞介電質(zhì)擊穿發(fā)生率之間的關(guān)系；圖7中的圖線表示的是與本發(fā)明第二實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞中氣穴尺寸與“側(cè)火花”發(fā)生率之間的關(guān)系；圖8中的圖線表示的是與本發(fā)明第二實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞中絕緣體厚度與火花塞介電質(zhì)擊穿發(fā)生率之間的關(guān)系；圖9是一個放大的局部剖開側(cè)視圖，表示了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的火花塞中的火花塞間隙及其附近部位；圖10中的圖線表示的是與本發(fā)明第三實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞中間隙尺寸對“側(cè)火花”發(fā)生率的影響效果；圖11是一個放大的局部剖開側(cè)視圖，表示了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的火花塞中的火花塞間隙及其附近部位；圖12表示的是對與本發(fā)明第四實施方式相關(guān)的火花塞的絕緣體執(zhí)行熱沖擊試驗的結(jié)果；圖13中放大的局部剖開側(cè)視圖表示了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式一種改型方式的火花塞中的火花塞間隙及其附近部位；以及圖14中的圖線表示的是與本發(fā)明第五實施方式相關(guān)的一些研究結(jié)果，這些結(jié)果代表的是火花塞接地電極上貴金屬片一個端面處直徑與火花塞火花塞間隙中電場相關(guān)強(qiáng)度之間的關(guān)系。
具體實施例方式
下面將參照附圖1-14對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述。
應(yīng)當(dāng)指出的是為了清楚簡明并易于理解，如果可能的話，本發(fā)明不同實施方式中功能相同的同類構(gòu)件在各個附圖中將由相同的數(shù)字標(biāo)號指代。
圖1表示了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的火花塞S1的總體結(jié)構(gòu)。
火花塞S1被設(shè)計為用在機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)上。當(dāng)將火花塞S1安裝到內(nèi)燃機(jī)上時，穿過一個制在發(fā)動機(jī)缸蓋(圖中未示出)的螺紋孔將其插入到發(fā)動機(jī)的燃燒室(圖中未示出)中，其中，所述缸蓋與發(fā)動機(jī)的其它部件—例如氣缸和活塞一道共同形成了燃燒室。
如圖1所示，火花塞S1包括一金屬殼體10、一絕緣體20、一中心電極30、一接地電極40、一第一貴金屬片35、以及一第二貴金屬片45。
中空的金屬殼體10是由導(dǎo)電的金屬材料—例如低碳鋼制成的。如上所述，金屬殼體10的外周面上具有一螺紋部分12，用于將火花塞S1安裝到發(fā)動機(jī)的燃燒室(圖中未示出)中。
在該實施方式中，金屬殼體10螺紋部分12的外徑在12到14mm之間(包括這兩個端點值)。這一尺寸范圍對應(yīng)于符合JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的M12~M14區(qū)間。
管狀的絕緣體20是由氧化鋁陶瓷(Al2O3)制成的，其被固定在金屬殼體10中，并部分地包含在其中，并使得絕緣體20的一個端部21從金屬殼體10的端部11中突伸出來。
另外，從圖1可看出，在金屬殼體10內(nèi)表面的下部與絕緣體20外表面的下部之間形成了一個氣穴。在該氣穴處，金屬殼體10內(nèi)表面與絕緣體20外表面之間的距離是從金屬殼體10內(nèi)表面的下邊緣處向著氣穴的內(nèi)部逐漸地增大的。
圓柱形的中心電極30是由Cu等傳熱性非常好的金屬與耐熱性、耐腐蝕向很好的金屬材料制成的，其中的高傳熱金屬被用作芯部材料，而另一種金屬材料例如是Ni(鎳)基合金，其被用作包層金屬。
中心電極30被固定到絕緣體的中心孔腔22中，從而與金屬殼體10隔絕開。中心電極30與絕緣體20一道被部分地包含在金屬殼體10中，并使得中心電極30的一端31從絕緣體20的端部21中突伸出來。
由Ni基合金制成的接地電極40為柱狀，在該實施方式中，其例如近似為L形的棱柱體，其中，所述合金主要是由Ni組成的。
接地電極40的一個端部被接合(例如通過焊接)到金屬殼體10的端部11上。接地電極40的另一端部具有一個側(cè)面42，其與中心電極30的端部31對置著。
下面參見圖2，圓柱形的第一貴金屬片35具有一第一端，其被接合到中心電極的端部31上，塊體35的第二端面對著接地電極40的側(cè)面42。
在該實施方式中，利用激光焊接方法將第一貴金屬片35接合到中心電極30的端部31上。因此，利用激光焊接對兩構(gòu)件的熔融和混合操作，在第一貴金屬片35與中心電極30之間形成了一個焊接層34。
優(yōu)選地是，第一貴金屬片35是由銥基合金制成的，該合金中銥的重量含量不低于50％，且包括一種添加物；這種合金的熔點大于2000℃。
另外，所述的至少一種添加物優(yōu)選地是從如下的材料中選出的Pt(鉑)、Rh(銠)、Ni(鎳)、W(鎢)、Pd(鈀)、Ru(釕)、Re(錸)、Al(鋁)、Al2O3(氧化鋁)、Y(釔)、Y2O3(氧化釔)。
在另一方面，圓柱形的第二貴金屬片45具有一第一端，其被接合到接地電極40的側(cè)面42上，且具有一第二端，其面對著第一貴金屬片35的第二端。
第一、第二貴金屬片35和45的兩第二端部相互分離開，從而在二者之間形成一火花塞間隙50?；鸹ㄈg隙50的間距例如為1mm。
在該實施方式中，利用激光焊接將第二貴金屬片45接合到接地電極40的側(cè)面42上，從而利用激光焊接過程中的熔融和混合作用而在二者之間形成一焊接層44。
優(yōu)選地是，第二貴金屬片45是由鉑基合金制成的，該合金中鉑的重量含量大于50％，并包括至少一種添加物；該Pt基合金的熔點高于1500℃。
另外，用在第二貴金屬片45中的至少一種添加物優(yōu)選地是從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選出的。
必須要指出的是也可采用其它的接合措施來將第一、第二貴金屬片35和45分別接合到中心電極30和接地電極40上，例如可采用電阻焊、等離子焊、粘接等方式。另外，在該實施方式中為圓柱狀的兩個貴金屬片35和45也可為棱柱狀。
上文已經(jīng)介紹了火花塞S1所有的主要部件，下面將參照圖2對參數(shù)S、A、Q、B、G、L、T進(jìn)行定義和描述。對于火花塞S1的結(jié)構(gòu)而言，這些參數(shù)是至關(guān)重要的。
S是第一貴金屬片35第二端的表面積(下文稱之為端面面積S)。
第一貴金屬片35的長度A是指從中心電極30的端部到第一貴金屬片35第二端之間的長度(下文稱為長度A)。
Q是第二貴金屬片45第二端的表面積(下文稱之為端面面積Q)。
B是第二貴金屬片45的長度，其是指從接地電極40的側(cè)面42到第二貴金屬片45第二端之間的長度(下文稱之為長度B)。
G是指第一、第二貴金屬片35和45的兩個第二端之間的間距(下文稱之為火花塞間隙尺寸G)。
L是指在圖2所示的基準(zhǔn)平面101內(nèi)、金屬殼體10內(nèi)表面與絕緣體20外表面之間的距離(下文被稱為氣穴尺寸L)；基準(zhǔn)平面101的延伸方向垂直于絕緣體20的縱向，并經(jīng)過金屬殼體10端部11的內(nèi)邊緣。
T是指基準(zhǔn)平面內(nèi)絕緣體20的厚度(下文稱為絕緣體厚度T)。
另外，如上文所述的那樣，在該實施方式中，利用激光焊接工藝將第一、第二貴金屬片35和45分別接合到中心電極30和接地電極40上。在此情況下，第一貴金屬片35的長度A包括焊接層34的厚度，而第二貴金屬片45的長度B則包括焊接層44的厚度。在不存在焊接層34和44等的其它情況下，長度A、B只等于第一貴金屬片35第一端與第二端之間的距離、以及第二45貴金屬片45的對應(yīng)距離。
上述各個參數(shù)的尺寸范圍限定了根據(jù)本發(fā)明的火花塞S1結(jié)構(gòu)的特征，這些尺寸范圍是由本發(fā)明根據(jù)如下的研究結(jié)果而確定出的。
首先，按照將火花塞的中心電極細(xì)長化、以增強(qiáng)火花塞間隙中電場強(qiáng)度的常規(guī)設(shè)計途徑，對第一貴金屬片35的端面面積S和長度A進(jìn)行分析。更具體來講，較小的端面面積S和/或較大的長度A能更為有利地增強(qiáng)火花塞間隙中電場的強(qiáng)度。
如上文提到的那樣，第一貴金屬片35在本實施方式中為圓柱形。已通過實驗發(fā)現(xiàn)如果第一貴金屬片35第二端的表面直徑等于或小于0.7mm、且長度A大于或等于0.8mm，則火花塞S1火花塞間隙50中的電場就能得到增強(qiáng)。
另外，通過實驗還發(fā)現(xiàn)如果第一貴金屬片35第二端的表面直徑小于0.4mm、或長度A大于1.5mm，則很難將熱量從第一貴金屬片35中傳出。因此，由于溫度升高，第一貴金屬片35的電火花腐蝕就會增強(qiáng)，從而無法確保第一貴金屬片35具有長的工作壽命。
另外，易于理解的是圓柱形第一貴金屬片35上0.4mm的第二端表面直徑對應(yīng)于0.12mm2的表面積，而0.7mm的表面直徑則對應(yīng)于0.38mm2的表面積。另外，應(yīng)當(dāng)指出的是第一貴金屬片35的形狀并不僅限于為圓柱形。
因此，在該實施方式中，對第一貴金屬片35端面面積S和長度A的尺寸范圍進(jìn)行了限定，以增強(qiáng)火花塞間隙50中的電場，此限定使得S處于0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)、A處于0.8mm到1.5mm的范圍內(nèi)。
其次，基于一種方案對第二貴金屬片45的表面積Q和長度B進(jìn)行了設(shè)計，其中，所述方案是由本發(fā)明人首次提出的，目的在于增強(qiáng)火花塞火花塞間隙中的電場。該方案的主要思想在于通過使火花塞的接地電極細(xì)長化、并進(jìn)行突伸，也能增強(qiáng)火花塞火花塞間隙中的電場。因而，對于火花塞S1的第二貴金屬片45，較小的端面面積Q和/或較大的長度B將更利于火花塞間隙50中電場的增強(qiáng)。
基于上述的考慮，研制出一種火花塞結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)適于將第二貴金屬片45細(xì)長化、以增強(qiáng)火花塞間隙50中的電場；在所研制的結(jié)構(gòu)中，金屬殼體10上螺紋部分12的外徑在12到14mm的范圍內(nèi)。
應(yīng)當(dāng)指出的是下面列舉的研究結(jié)果特別適合于其金屬殼體10螺紋部分12的外徑為14mm的火花塞S1；但實驗已經(jīng)證實對于外徑在12mm到14mm之間的任何火花塞S1，都存在相同的趨勢、并能獲得類似的結(jié)果。
另外，研究中所使用的所有火花塞，第一貴金屬片35的端面面積S均為0.2mm2、長度A為1.2mm，且火花塞間隙的基準(zhǔn)尺寸G為1.0mm。通過將圓柱形第一貴金屬片35第二端的表面直徑限定為0.5mm，就可實現(xiàn)0.2mm2的端面面積S。
為了進(jìn)行研究而使用兩種不同類型的火花塞，其中一種火花塞的接地電極40上未接合有第二貴金屬片45(這種火花塞被稱為平板接地電極型)，而另一種火花塞的接地電極40上則設(shè)置有一第二貴金屬片45(被稱為突出接地電極型)。
因而，平板接地電極型火花塞的火花塞間隙50是在第一貴金屬片35的第二端面與接地電極40的側(cè)面42之間形成的。對于突出接地電極型火花塞，第二貴金屬片45的端面面積Q為0.38mm2、長度B為0.8mm。通過將圓柱形第二貴金屬片45第二端的表面直徑限定為0.7mm就能實現(xiàn)0.38mm2的端面面積Q。
采用上述兩種不同類型的火花塞，通過FEM(有限元)分析方法對采用第二貴金屬片45以增強(qiáng)火花塞間隙中電場的效果(即將接地電極40細(xì)長化并使其突伸的效果)進(jìn)行研究。
研究結(jié)果表示在圖3中，圖中的水平軸線代表的是火花塞間隙G相對于火花塞間隙G基準(zhǔn)值1.0mm的增量，而垂直軸線則代表的是電場的相關(guān)強(qiáng)度。
對于給定的火花塞間隙G，電場的相關(guān)強(qiáng)度被定義為火花塞間隙50中電場最大強(qiáng)度與一基準(zhǔn)強(qiáng)度的比值；基準(zhǔn)強(qiáng)度是指火花塞間隙的尺寸G等于1.0mm的基準(zhǔn)值時、火花塞間隙50中電場的最大強(qiáng)度。
從圖3所示的研究結(jié)果可以看出在使接地電極突起的情況下，電場相關(guān)強(qiáng)度隨火花塞間隙G加大而下降的趨勢變慢了，換言之，相比于平板接地電極型的情況，相對于火花塞間隙G的增大，火花塞所需點火電壓的增大放慢了。
應(yīng)當(dāng)指出的是火花塞間隙尺寸G0.2mm的增量大致上對應(yīng)于實際行駛里程200000公里之后由于電火花磨損而使火花塞間隙尺寸G增大的量。
從圖3可看出，在突出接地電極型火花塞的情況下，甚至在火花塞間隙尺寸G增大0.2mm的情況下，電場的相關(guān)強(qiáng)度也能保持在0.9以上，在實際工作中，這樣的強(qiáng)度是能被接受的。
因此，相比于普通的平板接地電極型火花塞，根據(jù)本發(fā)明的突出接地電極型火花塞可在更長的使用壽命內(nèi)將火花塞間隙中的電場強(qiáng)度保持在一個很高的水平上，由此可有效地抑制火花塞所需點火電壓的升高。
另一項研究是針對第二貴金屬片45的端面面積Q和長度B進(jìn)行的。具體來講，利用FEM分析方法確定出了可有效抑制火花塞所需點火電壓由于火花塞間隙尺寸G增大而升高的參數(shù)Q和B的數(shù)值范圍。
研究結(jié)果表示在圖4A和圖4B中。應(yīng)當(dāng)指出的是該研究中所測試火花塞的第二貴金屬片45為圓柱形，且火花塞間隙的尺寸G被保持為恒定—等于1.2mm。
在圖4A中，第二貴金屬片45第二端面的尺寸是由直徑、而非面積代表的。另外，在圖4A和圖4B中，電場相關(guān)強(qiáng)度的定義與圖3是相同的。此外，圖中的黑圓點代表了由根據(jù)本發(fā)明的突出接地電極型火花塞獲得的結(jié)果，而白圈點則指代由普通的平板接地電極型火花塞獲得的結(jié)果，列出該結(jié)果是為了進(jìn)行對比。
圖4A表示了一些研究結(jié)果，在該研究中，對第二貴金屬片45第二端的表面直徑進(jìn)行改變，以確定出所產(chǎn)生的電場相關(guān)強(qiáng)度，與此同時，長度B被保持為恒定的0.8mm。
圖4B表示了一些研究結(jié)果，在這些研究中，對長度B進(jìn)行改變以確定出此條件下所產(chǎn)生電場的相關(guān)強(qiáng)度，與此同時，第二貴金屬片45第二端的表面直徑被保持為恒定值0.7mm。
從圖4A和圖4B可看出當(dāng)?shù)诙F金屬片45第二端的表面直徑等于或小于0.9mm、且長度B等于或大于0.5mm時，可將電場相關(guān)強(qiáng)度保持在0.9以上，由此可有效地抑制火花塞所需點火電壓由于火花塞間隙尺寸G的增大而升高。
另外，盡管未在圖中表示出，但從實驗發(fā)現(xiàn)如果第二貴金屬片45第二端的表面直徑小于0.4mm、或長度B大于1.2mm，則很難將熱量從貴金屬片45傳走，從而導(dǎo)致出現(xiàn)提前點火現(xiàn)象。
不難理解第二貴金屬片45第二端0.4mm的表面直徑對應(yīng)表面積為0.12mm2，而0.9mm的表面直徑則對應(yīng)于0.65mm2的表面積。另外，應(yīng)當(dāng)指出的是第二貴金屬片45的形狀并不僅限于圓柱形。
因此，在該實施方式中，對第二貴金屬片45端面面積Q和長度B的數(shù)值范圍進(jìn)行了限定，以增強(qiáng)火花塞間隙50中電場的強(qiáng)度，設(shè)計使得Q在0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)，且長度B在0.5到1.2mm的范圍內(nèi)。
在螺紋部分12的外徑為14mm的火花塞S1中，除了對端面面積S和長度A的尺寸范圍進(jìn)行限定之外，還可對端面面積Q和長度B的尺寸范圍進(jìn)行限定，這樣就能抑制火花塞所需點火電壓由于火花塞間隙尺寸增大而升高，由此阻止了側(cè)火花的產(chǎn)生。
最后，對火花塞S1的氣穴尺寸L以及絕緣體厚度T進(jìn)行設(shè)計。
氣穴尺寸L這一參數(shù)能影響火花塞S1抑制側(cè)火花產(chǎn)生的能力。如上文提到的那樣，由于側(cè)火花會飛跨過氣穴而到達(dá)金屬殼體10上，所以較大的氣穴尺寸L將有利于抑制側(cè)火花的產(chǎn)生。因而，下面的研究將只確定出參數(shù)L的下限。
圖5所示的研究結(jié)果表示了氣穴尺寸L與側(cè)火花發(fā)生率(即產(chǎn)生側(cè)火花的可能性)之間的關(guān)系。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm、水溫為50℃的怠速工況下，利用一1800cc排量的四缸發(fā)動機(jī)進(jìn)行了研究。
該研究中所測試的火花塞具有這樣的結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，螺紋部分12的外徑為14mm；端面面積S為0.2mm2(所對應(yīng)的端面直徑為0.5mm)；長度A為1.2mm；端面面積Q為0.38mm2(所對應(yīng)的端面直徑為0.7mm)；長度B為0.8mm；以及，火花塞間隙的尺寸G為1.2mm。
在研究中，對氣穴尺寸L進(jìn)行改變以確定出所導(dǎo)致的側(cè)火花發(fā)生率。具體來講，對于每一給定的氣穴尺寸L，共執(zhí)行100次放電發(fā)火，將產(chǎn)生了側(cè)火花的點火次數(shù)就計為該氣穴尺寸給定值L的側(cè)火花發(fā)生率。
從圖5可看出，如果氣穴尺寸L等于或大于1.5mm，則就能完全消除火花塞中的側(cè)火花。
另外，側(cè)火花的產(chǎn)生不僅受到單個參數(shù)L的影響，而且受參數(shù)L與火花塞間隙尺寸G之間關(guān)系的影響。具體來講，如果氣穴尺寸L相對于某一給定的火花塞間隙G足夠大，則在將側(cè)火花抑制的同時，火花塞間隙50中只能產(chǎn)生正常的放電火花。
因而，除了孤立地考慮到氣穴尺寸L之外，還對氣穴尺寸L相對于火花塞間隙尺寸G的比值(下文稱為L/G)進(jìn)行了分析。由于L/G越大，越有利于抑制側(cè)火花的產(chǎn)生，所以，在該研究中，只需要利用氣穴尺寸L的下限值(即1.5mm)與上述研究中火花塞間隙的尺寸G(即1.2mm)確定出L/G的下限值就可以了，這樣確定出的L/G等于或大于1.25。
在另一方面，絕緣厚度T這一參數(shù)會影響到火花塞S1抵御介電擊穿的能力(即確保火花塞S1的耐受電壓度)。較大的絕緣厚度T能更為有利地保證火花塞S1的耐受電壓性。因而，在火花塞S1的尺寸限制條件內(nèi)，要在選擇較大的厚度T與選擇較大的氣穴尺寸L之間進(jìn)行取舍。
為了能在抑制側(cè)火花產(chǎn)生的同時防止火花塞S1出現(xiàn)介電擊穿，通過如下的研究確定出了絕緣厚度T的下限。
圖6所示的研究結(jié)果表示了絕緣厚度T與火花塞介電擊穿發(fā)生率之間的關(guān)系。該研究是在從怠速到節(jié)氣門全開的1000rpm加速條件下進(jìn)行的，使用的是一臺1800cc排量的四缸發(fā)動機(jī)，在此條件下，所需的點火電壓將很高，因而火花塞易于發(fā)生介電擊穿。
該研究中測試的火花塞具有這樣的結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，螺紋部分12的外徑為14mm；端面面積S為0.2mm2；長度A為1.2mm；端面面積Q為0.38mm2；突起長度B為0.6mm；火花塞間隙的尺寸G為1.2mm；以及氣穴尺寸L為1.5mm。
應(yīng)當(dāng)指出的是當(dāng)氣穴尺寸L減小時，火花塞的電場會更加集中在基準(zhǔn)平面101內(nèi)的絕緣體20處。因而，該研究中采用氣穴尺寸L的下限值1.5mm是為了使研究處于最為臨界的條件下。
在該研究中，對絕緣厚度T進(jìn)行改變以確定出所導(dǎo)致的介電擊穿發(fā)生率。具體來講，對于每一給定的絕緣厚度T，測試十個具有此厚度T的火花塞，發(fā)生介電擊穿的火花塞數(shù)目與總數(shù)目的比值被當(dāng)作是該給定厚度T下介電擊穿的發(fā)生率。
從圖6可看出，如果絕緣體20的絕緣厚度T大于或等于0.7mm，則就能保證火花塞的耐受電壓性，從而可防止介電擊穿。
因此，對于火花塞S1，由于絕緣體20的絕緣厚度可被顯著減小到0.7mm，所以可相應(yīng)地增大氣穴的尺寸L，由此使火花塞S1的設(shè)計具有更大的柔性。
總之，根據(jù)本發(fā)明該實施方式的火花塞S1的結(jié)構(gòu)特征體現(xiàn)為如下的參數(shù)，其中，火花塞S1金屬殼體10螺紋部分12的外徑在12到14mm的范圍內(nèi)第一貴金屬片35端面面積S在0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)；第一貴金屬片35的長度A在0.8到1.5mm的范圍內(nèi)；第二貴金屬片45的端面面積Q在0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)；第二貴金屬片45的長度B在0.5mm到1.2mm的范圍內(nèi)；作為金屬殼體10內(nèi)表面與絕緣體外表面之間在基準(zhǔn)平面101內(nèi)距離的氣穴尺寸L等于或大于1.5mm；L/G等于或大于1.25mm，該比值是氣穴尺寸L與火花塞間隙尺寸G之間的比值；以及絕緣厚度T等于或大于0.7mm，厚度T是絕緣體20在基準(zhǔn)平面內(nèi)的厚度。
按照上文的討論對端面面積S和長度A的尺寸范圍進(jìn)行了限定，由此可增強(qiáng)火花塞S1火花塞間隙50中的電場。
另外，還如上文所述那樣對端面面積Q和長度B的尺寸范圍進(jìn)行了限定，從而可增強(qiáng)火花塞間隙50中的電場。
相比于普通的火花塞，通過增強(qiáng)火花塞間隙50中的電場，可顯著地抑制火花塞S1所需點火電壓由于火花塞間隙尺寸G的增大而升高。
另外，如上所述，對氣穴尺寸L、比值L/G、以及絕緣厚度T的尺寸范圍都進(jìn)行了限定，從而可有效地抑制火花塞S1中產(chǎn)生側(cè)火花，同時還保證了火花塞S1的絕緣性能(即耐受電壓性)因此，根據(jù)本發(fā)明該實施方式的火花塞S1的結(jié)構(gòu)能防止火花塞S1中產(chǎn)生側(cè)火花，與此同時還保證了火花塞在很長工作壽命內(nèi)的耐受電壓性。
此外，第一貴金屬片35優(yōu)選地是由Ir基合金制成的，該合金的中Ir的重量含量在50％以上，并包括至少一種添加物，該合金的熔點高于2000℃。
另外，所述的至少一種添加物優(yōu)選地是從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選出的。
通過如上所述那樣對第一貴金屬片35的材料進(jìn)行限定，能保證第一貴金屬片35具有很長的工作壽命。
另外，第二貴金屬片45優(yōu)選地是由Pt基合金制成的，該合金的中Pt的重量含量在50％以上，并包括至少一種添加物，該合金的熔點高于1500℃。
另外，用于第二貴金屬片45的所述至少一種添加物優(yōu)選地是從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選出的。
通過如上所述那樣對第二貴金屬片45的材料進(jìn)行限定，能保證第二貴金屬片45具有很長的工作壽命。
對于根據(jù)上述實施方式的火花塞S1，其金屬殼體10上螺紋部分12的外徑在12到14mm的范圍內(nèi)；在當(dāng)前實施方式中，提供了一種火花塞S2，其金屬殼體10上螺紋部分12的外徑等于或小于10mm。
應(yīng)指出的是，對于火花塞S2的螺紋部分12，其外徑的范圍等于或小于10mm，這將對應(yīng)于JIS中等于或小于M10的規(guī)格。
火花塞S2的結(jié)構(gòu)與火花塞S1的結(jié)構(gòu)幾乎完全相同，從而也可參照圖1和圖2對其進(jìn)行描述。因而，當(dāng)前實施方式中主要對火花塞S1與火花塞S2結(jié)構(gòu)上的區(qū)別進(jìn)行描述。
火花塞S2螺紋部分12的外徑小于火花塞S1上螺紋部分的外徑。換言之，火花塞S2相比于火花塞S1更為細(xì)長。因而，在火花塞S2的結(jié)構(gòu)中，由于受到尺寸上的限制，諸如氣穴尺寸L和絕緣厚度T等參數(shù)的尺寸范圍將無法與火花塞S1的結(jié)構(gòu)相同。
因而，本發(fā)明人基于研究結(jié)果確定出了這些參數(shù)的尺寸范圍，這些參數(shù)范圍限定了根據(jù)該實施方式的火花塞S2的結(jié)構(gòu)特征。
應(yīng)當(dāng)指出的是下面列舉的實驗結(jié)果尤其適于金屬殼體10螺紋部分12的外徑為10mm的火花塞S2；但實驗已經(jīng)證實對于外徑小于10mm的任何火花塞S2，都存在相同的趨勢、并能獲得類似的結(jié)果。
首先，對火花塞S2第一貴金屬片35的端面面積S和長度A的尺寸范圍進(jìn)行確定，以使得S處于0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)、A處于0.8到1.5mm的范圍內(nèi)。
另外，對火花塞S2第二貴金屬片45端面面積Q和長度B的尺寸范圍進(jìn)行確定，以使得Q處于0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)、B處于0.5到1.2mm的范圍內(nèi)。
上面對于火花塞S2參數(shù)S、A、Q和B尺寸范圍的限定與火花塞S1的情況相同。這些尺寸范圍被確定為可增強(qiáng)火花塞S2火花塞間隙50中的電場。
其次，相關(guān)于火花塞間隙尺寸G，確定出火花塞S2中氣穴尺寸L的尺寸范圍。
如上文提到的那樣，火花塞S2金屬殼體10上螺紋部分12的外徑小于火花塞S1的對應(yīng)數(shù)值。因而，火花塞S2的氣穴尺寸L將不可能與火花塞S1的尺寸一樣大。換言之，火花塞S2結(jié)構(gòu)中氣穴尺寸L必定要小于火花塞S1結(jié)構(gòu)中的尺寸。
因而，為了滿足對氣穴尺寸L與火花塞間隙尺寸G之間比值關(guān)系的要求，可考慮與氣穴尺寸L的減小成比例地縮小火花塞間隙尺寸G；在上述實施方式中，對L/G的要求被限定為大于或等于1.25。
對于金屬殼體上螺紋部分的外徑小于或等于10mm的普通火花塞的結(jié)構(gòu)，火花塞間隙尺寸G的上限通常等于1.0mm。因而，在該實施方式中，設(shè)定火花塞間隙尺寸G的上限為1.0mm。
與此相反，如果將火花塞間隙尺寸G過分地減小，則用來進(jìn)行放電點火的間距將小到易于發(fā)生丟火的程度。具體來講，已通過實驗發(fā)現(xiàn)如果火花塞間隙的尺寸G小于0.4mm，則就易于發(fā)生丟火。
因此，在該實施方式中，對火花塞間隙的尺寸G進(jìn)行限定，以使得G處于0.4到1.0mm的范圍內(nèi)。
圖7所示的研究結(jié)果表示了氣穴尺寸L與側(cè)火花發(fā)生率之間的關(guān)系。執(zhí)行該研究的方式與第一實施方式中所執(zhí)行的、結(jié)果表示在圖5中的研究的方式相同；在該研究中，所測試的發(fā)動機(jī)具有四個氣缸，排量為1800cc，且實驗是在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm、水溫為50℃的怠速條件下進(jìn)行的。
研究中所測試的火花塞具有這樣的結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，螺紋部分12的外徑為10mm；端面面積S為0.2mm2(所對應(yīng)的端面直徑為0.5mm)；長度A為1.2mm；端面面積Q為0.38mm2(所對應(yīng)的端面直徑為0.7mm)；長度B為0.8mm；火花塞間隙的尺寸G為1.0mm；以及絕緣厚度T為0.6mm。在該研究中，對氣穴尺寸L進(jìn)行改變以確定出所導(dǎo)致的側(cè)火花發(fā)生率。按照與其結(jié)果表示在圖5中的研究相同的方式，計算出側(cè)火花的發(fā)生率。
從圖7可看出如果氣穴尺寸L大于或等于1.2mm，則基本上可消除火花塞中側(cè)火花的產(chǎn)生。
最后，對絕緣厚度T對火花塞S2介電擊穿發(fā)生率的影響進(jìn)行了研究。
圖8表示出了研究結(jié)果。該研究是按照與第一實施方式中的、結(jié)果表示在圖6中的研究相同的方式進(jìn)行的；在該研究中，用于進(jìn)行測試的發(fā)動機(jī)具有四個氣缸，且排量為1800cc，執(zhí)行測試的條件是從怠速向節(jié)氣門全開的1000rpm加速工況。
該研究中所測試的火花塞具有這樣的結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，螺紋部分12的外徑為10mm；端面面積S為0.2mm2；長度A為1.2mm；端面面積Q為0.38mm2；長度B為0.6mm；火花塞間隙的尺寸G為1.0mm；以及氣穴尺寸L為1.2mm。在該研究中，對絕緣厚度進(jìn)行改變以確定出所導(dǎo)致的介電擊穿發(fā)生率。按照與前述實施方式中研究相同的方式，計算出火花塞出現(xiàn)介電擊穿的發(fā)生率。
從圖8可看出，如果絕緣體20的絕緣厚度T等于或大于0.5mm，則就能保證火花塞的耐受電壓性，進(jìn)而防止其出現(xiàn)介電擊穿。
另外，其金屬殼體上螺紋部分的外徑等于或小于10mm的火花塞的結(jié)構(gòu)一般會受到尺寸條件的限制，這些尺寸限制條件包括電極的尺寸、可用于容納電極的空間、以及布置空間。由于存在這些尺寸限制，這些火花塞中氣穴尺寸L的上限一般為1.6mm，絕緣厚度T的上限一般為0.8mm。
因此，在該實施方式中，對火花塞S2的氣穴尺寸L和絕緣厚度T的尺寸范圍進(jìn)行了限定，以使得L處于1.2到1.6mm的范圍內(nèi)、T處于0.5到0.8mm的范圍內(nèi)。
總之，根據(jù)該實施方式的火花塞S2的結(jié)構(gòu)特征體現(xiàn)為如下的參數(shù)，其中，火花塞S2金屬殼體10上螺紋部分12的外徑等于或小于10mm第一貴金屬片35端面面積S在0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)；第一貴金屬片35的長度A在0.8到1.5mm的范圍內(nèi)；第二貴金屬片45的端面面積Q在0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)；第二貴金屬片45的長度B在0.5mm到1.2mm的范圍內(nèi)；氣穴尺寸L在1.2到1.6mm的范圍內(nèi)；
火花塞間隙的尺寸G在0.4到1.0mm的范圍內(nèi)；以及絕緣厚度T在0.5到0.8mm的范圍內(nèi)。
在上述結(jié)構(gòu)中，參數(shù)S、A、Q和B的尺寸范圍分別等同于根據(jù)上述實施方式的火花塞S1結(jié)構(gòu)的尺寸范圍，從而可增強(qiáng)火花塞S2火花塞間隙50中的電場。因此，相比于普通的火花塞，可顯著地抑制火花塞S2所需的點火電壓由于火花塞間隙尺寸G增大而升高。
另外，通過如上述那樣對氣穴尺寸L的尺寸范圍進(jìn)行限定，可在細(xì)長化火花塞S2的尺寸限制條件內(nèi)有效地防止火花塞S2產(chǎn)生側(cè)火花。
另外，通過如上所述那樣對火花塞間隙尺寸G的尺寸范圍進(jìn)行限定，可防止細(xì)長化后的火花塞S2出現(xiàn)丟火，由此提高了火花塞S2的點火性能。
另外，通過如上述那樣對絕緣厚度T的尺寸范圍進(jìn)行限定，可在細(xì)長化火花塞S2的尺寸限制條件內(nèi)確保其具有理想的絕緣性能(即耐受電壓性)。
因此，根據(jù)該實施方式的火花塞S2的結(jié)構(gòu)可防止側(cè)火花的產(chǎn)生，同時還確保了火花塞在很長工作壽命內(nèi)的耐受電壓性。
圖9表示了在根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的火花塞S3中、火花塞間隙50及其附近部位的結(jié)構(gòu)。該實施方式是本發(fā)明第二實施方式的改型；因此，下面將主要對火花塞S3區(qū)別于第二實施方式中火花塞S2的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行描述。
火花塞S3包括一金屬殼體10，其螺紋部分12(圖9中未示出)的外徑等于或小于10mm?；鸹ㄈ鸖3的特征在于圖9中的間隙L1在0.1到0.3mm的范圍內(nèi)；其中，L1是指在一個平面內(nèi)絕緣體20內(nèi)表面與中心電極30外表面之間的距離，其中的平面平行于基準(zhǔn)平面101延伸，并經(jīng)過絕緣體20一端21的內(nèi)邊緣。
一般來講，在如火花塞S2的火花塞結(jié)構(gòu)中，間隙L1等于或小于0.1mm，以允許中心電極30順滑地插入到絕緣體20的中心孔腔22中。
但是，在該實施方式中，火花塞S3的間隙L1被增大，以便于獲得抑制側(cè)火花產(chǎn)生的效果，不然的話，需要通過增大氣穴尺寸L來實現(xiàn)上述效果。此外，例如可通過對中心電極30執(zhí)行機(jī)加工來增大間隙L1。
通過實驗研究確定出根據(jù)該實施方式的、上述的間隙L1尺寸范圍。所述研究的結(jié)果被表示在圖10中。
執(zhí)行該研究的方式與其結(jié)果表示在圖5中的、第一實施方式中的研究的方式相同；在該研究中。所測試的發(fā)動機(jī)具有四個氣缸，其排量為1800cc，且測試是在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm、水溫為50℃的怠速條件下進(jìn)行的。
研究中所測試的火花塞具有這樣的結(jié)構(gòu)螺紋部分12的外徑為10mm；第一貴金屬片35的端面面積S為0.2mm2(所對應(yīng)的端面直徑為0.5mm)；第一貴金屬片35的長度A為1.2mm；第二貴金屬片45的端面面積Q為0.38mm2(所對應(yīng)的端面直徑為0.7mm)；第二貴金屬片45的長度B為0.8mm；絕緣厚度T為0.6mm；以及火花塞間隙的尺寸G為0.9mm。在兩種情況下，對氣穴尺寸L進(jìn)行改變以確定出所導(dǎo)致的側(cè)火花發(fā)生率，在其中一種情況下，間隙L1被保持為恒定的0.1mm，而在另一情況下，間隙L1被保持為恒定的0.2mm。按照與其結(jié)果表示在圖5中的研究相同的方式，計算出側(cè)火花的發(fā)生率。
從圖10可看出相比于間隙L1為0.1mm的情況，在間隙L1為0.2mm的情況下，采用較小的氣穴尺寸L就能有效地抑制側(cè)火花的產(chǎn)生。
換言之，與間隙L1等于或小于0.1mm的普通火花塞相比，通過將間隙L1增大，可提高火花塞S3抑制側(cè)火花產(chǎn)生的能力。
另外，從圖10所述的結(jié)果可領(lǐng)會到優(yōu)選地是，使火花塞S3中間隙L1大于或等于0.2mm。
與此相反，如果間隙L1太大，則熱量將很難從絕緣體20傳遞到中心電極30上，因而，絕緣體20端部21的溫度將升得很高，由此導(dǎo)致提前發(fā)火現(xiàn)象的出現(xiàn)。因而，優(yōu)選地是，火花塞S3的間隙L1等于或小于0.3mm。
因此，在該實施方式中，火花塞S3間隙L1的尺寸范圍被限定為L1大于0.1mm，且小于或等于0.3mm。
相比于第二實施方式的火花塞S2，通過對間隙L1的尺寸范圍進(jìn)行限定，可使根據(jù)該實施方式的火花塞S3進(jìn)一步增強(qiáng)了抑制側(cè)火花產(chǎn)生的能力。
圖11表示了在根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的火花塞S4中火花塞間隙5及其鄰近部位的結(jié)構(gòu)。該實施方式是本發(fā)明第二實施方式的改型；因此，下面將主要對火花塞S4區(qū)別于第二實施方式中火花塞S2的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行描述。
對于細(xì)長化的火花塞—例如火花塞S2，其金屬殼體10上螺紋部分12的外徑等于或小于10mm，此條件下，火花塞的絕緣體20也要相應(yīng)地細(xì)長化，這就會為絕緣體帶來熱強(qiáng)度方面的問題。
在該實施方式中，提供了一種火花塞S4，其金屬殼體10上螺紋部分(圖11中未示出)的外徑等于或小于10mm，這種火花塞是對其絕緣體20的熱強(qiáng)度進(jìn)行了實驗研究后獲得的結(jié)果。
如圖11所示，火花塞S4的管狀絕緣體20具有一外表面，該外表面上帶有一錐臺段23和一小直徑的圓柱段24。小徑段24的第一端距離絕緣體20端部21的尺寸為1mm，其第二端比第一端離絕緣體20的端部21更遠(yuǎn)。錐臺段23具有與小徑段24的第二端相重合的一個界面。錐臺段24錐向著該界面變細(xì)。
圖11中還表示出了該研究中所涉及的參數(shù)，其中H是在絕緣體20縱向方向上、金屬殼體10端部11與絕緣體20端部21之間的距離，H大于1mm；H1是指在絕緣體20縱向方向上、金屬殼體10端部11與絕緣體20錐臺段界面之間的距離；D1是指絕緣體20錐臺段在其界面處的直徑；以及D是指絕緣體20錐臺段在基準(zhǔn)平面101上的直徑，D大于D1。
另外，在研究中，將錐臺段23的錐度定義為(D-D1)/H1(下文稱之為錐度(D-D1)/H1)。
錐度(D-D1)/H1這一參數(shù)對絕緣體20的熱強(qiáng)度具有很大的影響。
具體來講，當(dāng)發(fā)動機(jī)經(jīng)歷從怠速向節(jié)氣門滿開度的加速過程、或從滿開度向怠速的減速過程時，發(fā)動機(jī)就會出現(xiàn)快速加熱和快速冷卻。在這些情況下，用在該發(fā)動機(jī)中的火花塞的絕緣體內(nèi)、外表面之間會產(chǎn)生很大的溫度差，從而由于熱應(yīng)力的作用而使絕緣體斷裂。
為了降低絕緣體內(nèi)、外表面之間的該溫度差，優(yōu)選地是使絕緣體端部處具有一小徑部分。但是，與此同時，厚度較大的絕緣體更為有利于提高火花塞的絕緣性能。
具有小徑段24和錐臺段23的火花塞S4可解決上述的矛盾關(guān)系。然而，對于火花塞S4，錐臺段23會導(dǎo)致熱應(yīng)力的增加，從而會從錐臺段23的界面處(即小徑段24的第二端處)產(chǎn)生斷裂。
另外，實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于火花塞S4，在絕緣體20的一個部位處，其內(nèi)、外表面之間的溫差很小，絕緣體該部位與端部21的縱向距離為1mm。
因而，絕緣體20的熱強(qiáng)度主要是受錐臺段23和小徑段24形狀的影響。具體來講，錐度(D-D1)/H1對絕緣體20熱強(qiáng)度具有至關(guān)重要的影響；隨著錐度(D-D1)/H1的增大，絕緣體20的熱強(qiáng)度就會降低。
為了確定出可行的范圍一即錐度(D-D1)/H1的上限，通過熱沖擊測試進(jìn)行了研究。
該研究中所測試的火花塞具有這樣的結(jié)構(gòu)螺紋部分12的外徑為10mm；端面面積S為0.2mm2；長度A為1.2mm；端面面積Q為0.38mm2；長度B為0.6mm；火花塞間隙的尺寸G為1.0mm；氣穴尺寸L為1.2mm；以及絕緣厚度T為0.6mm。
另外，在該研究中，距離H被保持為2.5mm；絕緣體20的直徑D被保持為3.7mm；且絕緣體20的小徑D1被保持為3.1mm。對于距離H1，則采用了三個不同的尺寸0.3mm、0.4mm、以及0.6mm。不難理解對于給定的直徑D和D1，錐度(D-D1)/H1與距離H1成反比。
通過將室溫下的火花塞浸入到鍍槽中液態(tài)錫(Sn)中、然后再判斷火花塞是否由于室溫與熔錫溫度之間巨大的溫差而出現(xiàn)裂紋，以此來執(zhí)行熱沖擊實驗。在研究中，改變?nèi)坼a的溫度，以便于獲得不同的溫差。
圖12表示出了研究結(jié)果。如圖12所示，在每一給定的液態(tài)錫溫度上，對三組不同的火花塞進(jìn)行測試；每組火花塞分別包括五個H1相同的火花塞，尺寸H1從0.3mm、0.4mm和0.6mm中選擇，屬于不同組的火花塞具有不同的H1值。
在圖12中，符號“O”代表沒有出現(xiàn)斷裂的火花塞，符號“×”代表出現(xiàn)任何斷裂的火花塞。另外，圖中還表示出了各個H1數(shù)值條件下對應(yīng)的三個不同錐度值(D-D1)/H1。
應(yīng)當(dāng)指出的是在這樣的熱沖擊測試中，如果某種火花塞的絕緣體在高于800℃的熔錫溫度下未出現(xiàn)任何的裂紋，則就認(rèn)為該火花塞可被用在內(nèi)燃機(jī)中。
從圖12可看出如果尺寸H1等于或大于0.3mm，則在800℃的溫度上，所有被測火花塞的絕緣體都未出現(xiàn)開裂。0.3mm的尺寸H1所對應(yīng)的錐度(D-D1)/H1為2。
從圖12還可看出如果尺寸H1大于或等于0.4mm，換言之，如果錐度(D-D1)/H1等于或小于1.5，則在850℃的溫度上，所有被測火花塞的絕緣體20均不開裂。
因此，在該實施方式中，將火花塞S4錐度(D-D1)/H1的數(shù)值范圍限定為使錐度(D-D1)/H1小于2，優(yōu)選為等于或小于1.5。
總之，根據(jù)該實施方式的火花塞S4具有這樣的結(jié)構(gòu)其錐度(D-D1)/H1小于2，優(yōu)選為不大于1.5，其中，該火花塞金屬殼體10上螺紋部分12的外徑等于或小于10mm。
通過如上述那樣對錐度(D-D1)/H1進(jìn)行限定，可保證絕緣體20的熱強(qiáng)度，由此可防止絕緣體20發(fā)生開裂，同時還確保了火花塞S4的絕緣性能。
根據(jù)前一實施方式的火花塞S4具有這樣的結(jié)構(gòu)錐臺段23被設(shè)置在絕緣體20的外表面上；本實施方式提供了火花塞S4的一種改型S4′，在該火花塞的結(jié)構(gòu)中，錐臺段23′被設(shè)置在一內(nèi)表面上，該內(nèi)表面在絕緣體20中形成了一個中央孔腔22。
圖13表示出了火花塞S4′中一火花塞間隙50及其鄰近部位的結(jié)構(gòu)。如圖13所示，絕緣體20的內(nèi)表面包括一錐臺段23′和一圓筒形的小徑段24′。小徑段24′的第一端與絕緣體端部21的內(nèi)邊緣相重合，第二端與端部21的內(nèi)邊緣離開一定距離。錐臺段23′的界面與小徑段23′的第二端相重合。錐臺段23′向著其界面逐漸變細(xì)。
圖13中還表示出了如下的參數(shù)，其中H是在絕緣體20縱向方向上、金屬殼體10端部11與絕緣體20端部21之間的距離，H大于1mm；H1是指在絕緣體20縱向方向上、金屬殼體10端部11與絕緣體20錐臺段23′界面之間的距離；D1′是指絕緣體20錐臺段23′在其界面處的直徑；D′是指絕緣體20錐臺段23′在基準(zhǔn)平面101上的直徑，D′大于D1′。
另外，在研究中，將錐臺段23′的錐度定義為(D′-D1′)/H1(下文稱之為錐度(D′-D1′)/H1)。
其金屬殼體10上螺紋部分12(圖13中未示出)的外徑小于或等于10mm的火花塞S4′具有這樣的結(jié)構(gòu)其錐度(D′-D1′)/H1小于2，優(yōu)選為小于或等于1.5。
通過與本發(fā)明第四實施方式類似的研究，確定出錐度(D′-D1′)/H1的上述范圍。結(jié)果就是，可確?；鸹ㄈ鸖4′中絕緣體20的熱強(qiáng)度，由此可防止絕緣體20出現(xiàn)裂紋，同時還確保了火花塞S4′的絕緣性能。
在上面列舉的實施方式中，將端面面積Q的尺寸范圍限定為0.12到0.65mm2。換言之，將第二貴金屬片45第二端面的直徑限定在0.4到0.9mm的范圍內(nèi)。
在當(dāng)前實施方式中，提供了一種火花塞S5，在其結(jié)構(gòu)中，端面面積Q的尺寸范圍為0.12到0.35mm2。端面面積Q的這一范圍對應(yīng)于火花塞S5第二貴金屬片45第二端面的直徑在0.4到0.65mm的范圍內(nèi)。更具體來講，相比于前面各實施方式中的火花塞，火花塞S5的第二貴金屬片45被進(jìn)一步細(xì)長化了。
應(yīng)當(dāng)指出的是在第一實施方式中，火花塞間隙尺寸G0.2mm的增量大致上對應(yīng)于每實際行駛200000公里后火花塞間隙由于放電損耗而出現(xiàn)的增大量。第一實施方式中的研究(其結(jié)果表示在圖4A和圖4B中)是在火花塞間隙尺寸G保持0.2mm增量的前提下進(jìn)行的。
因此，對于上述各實施方式中提供的火花塞，可保證具有與200000公里實際里程對應(yīng)的長工作壽命。
但是，已考慮了這樣的情況未來的火花塞將希望具有與300000公里實際里程相對應(yīng)的更長的工作壽命。
因此，利用FEM分析方法對端面面積Q進(jìn)行了研究，以確定出甚至在火花塞間隙尺寸G增大0.3mm的情況下為抑制放電電壓升高而所要求的Q值范圍。
該研究的結(jié)果表示在圖14中。應(yīng)當(dāng)指出的是在該研究中，所測試的第二貴金屬片45為圓柱狀，且在圖14中，被測第二貴金屬片45的第二端面面積由直徑、而非面積代表。另外，圖14中關(guān)于電場相關(guān)強(qiáng)度的定義與圖3中的定義相同。
該研究中所測試的火花塞的結(jié)構(gòu)與火花塞S1的結(jié)構(gòu)幾乎完全相同，從而也可參照圖1和圖2對其進(jìn)行描述。在這些被測試火花塞的結(jié)構(gòu)中，端面面積S為0.2mm2；長度A為1.2mm；長度B為0.8mm；火花塞間隙尺寸G為1.3mm(即相對于火花塞間隙基準(zhǔn)值G增加0.3mm)。在該研究中，對第二貴金屬片45第二端面的直徑進(jìn)行改變，以確定出由此導(dǎo)致的電場相關(guān)強(qiáng)度的變化。
從圖14可看出如果第二貴金屬片45第二端面的直徑小于或等于0.65mm，換言之，如果端面面積Q等于或小于0.35mm2，則盡管火花塞間隙尺寸G的增量為0.3mm，電場的相關(guān)強(qiáng)度也能保持在0.9以上，從而可有效地抑制所需要放電電壓由于火花塞間隙尺寸G的增大而升高。
另外，如同在第一實施方式中，將火花塞S5端面面積Q的下限限定為等于或大于0.12mm2。
因而，在本實施方式的情況下，為端面面積Q限定的數(shù)值范圍為上述的0.12到0.35mm2。
總之，根據(jù)該實施方式的火花塞S5所具有的結(jié)構(gòu)使第二貴金屬片45進(jìn)一步地細(xì)長化。具體來講，端面面積Q的范圍被限定為0.12到0.35mm2。結(jié)果就是，對于火花塞S5，可抑制需點火電壓由于火花塞間隙G的增大而升高，進(jìn)而防止了側(cè)火花的產(chǎn)生。
因此，根據(jù)該實施方式的火花塞S5的結(jié)構(gòu)可防止火花塞中產(chǎn)生側(cè)火花，同時保證了火花塞在很長的工作壽命內(nèi)具有良好的耐受電壓性，其中的工作壽命例如對應(yīng)于300000公里的行駛里程。
對于實施本發(fā)明的技術(shù)人員和本領(lǐng)域工程人員而言，不難理解盡管上文對本發(fā)明的特定實施方式進(jìn)行了表示和描述，但在不悖離所公開設(shè)計思想的前提下，可對本發(fā)明作多種形式的改動、變型、改進(jìn)。在本領(lǐng)域公知意義內(nèi)的這些改動、變型和改進(jìn)應(yīng)當(dāng)被涵蓋在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，其包括中空的金屬殼體，其具有一第一端和一與第一端相反的第二端，所述金屬殼體的外周面上還具有一螺紋部分，并在第一端上具有一內(nèi)腔開孔，螺紋部分的外徑在12到14mm的范圍內(nèi)；具有一定長度的絕緣體，其具有一第一端和與第一端相反的第二端，所述絕緣體的內(nèi)部也制有一個孔腔，以一定方式將所述絕緣體固定在所述金屬殼體的內(nèi)腔中，以使得所述絕緣體的第一端從所述金屬殼體的第一端中突出；中心電極，其被固定在所述絕緣體的孔腔內(nèi)，所述中心電極的一端從所述絕緣體的第一端中突伸出；接地電極，其具有一側(cè)面，接地電極被接合到所述金屬殼體的第一端上，以使得所述接地電極的側(cè)面與所述中心電極的所述端部成相對的位置關(guān)系；第一貴金屬片，其具有一第一端，該第一端被接合到所述中心電極的所述端部上，并具有一第二端，其面對著所述接地電極的側(cè)面；以及第二貴金屬片，其一第一端被接合到所述接地電極的側(cè)面上，而第二端則面對著所述第一貴金屬片的第二端，所述第二貴金屬片的第二端與所述第一貴金屬片的第二端分離開，從而在二者之間形成一火花塞間隙；其中所述第一貴金屬片第二端的表面積S在0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；從所述中心電極的端部到所述第一貴金屬片第二端之間，第一貴金屬片的長度在0.8mm到1.5mm的范圍內(nèi)并包含端點值；所述第二貴金屬片第二端的表面積在0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；從所述接地電極的側(cè)面到所述第二貴金屬片第二端之間，所述第二貴金屬片的長度在0.5mm到1.2mm之間并包含端點值；在一基準(zhǔn)平面上，形成所述內(nèi)腔的所述金屬殼體內(nèi)表面與所述絕緣體外表面之間的距離L大于或等于1.5mm，所述基準(zhǔn)平面的延伸方向垂直于所述絕緣體的長度方向，并經(jīng)過所述金屬殼體第一端的一內(nèi)邊緣；距離L與一間距G的比值大于或等于1.25，其中，間距G為所述第一、第二貴金屬片各自第二端之間火花塞間隙的間距；以及在基準(zhǔn)平面上，所述絕緣體的厚度大于等于0.7mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于所述第二貴金屬片第二端的表面積在0.12到0.35mm2的范圍內(nèi)并包含端點值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于利用激光焊方法將第一貴金屬片的第一端接合到所述中心電極的端部上，且所述第一貴金屬片的長度等于所述第一貴金屬片第一、第二端之間的距離加上另一距離之和，所述另一距離是指所述中心電極的端部與所述第一貴金屬片第一端之間的距離，該距離貫穿一焊接層，焊接層是利用激光焊接在所述中心電極與所述第一貴金屬片之間形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于利用激光焊方法將所述第二貴金屬片的第一端接合到所述接地電極的側(cè)面上，且所述第二貴金屬片的長度等于所述第二貴金屬片第一、第二端之間的距離加上另一距離之和，所述另一距離是指所述接地電極的側(cè)面與所述第二貴金屬片第一端之間的距離，該距離貫穿一焊接層，焊接層是利用激光焊接在所述接地電極與所述第二貴金屬片之間形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于所述第一貴金屬片是由一種銥基合金制成的，該合金中銥的重量含量大于50％，且包括至少一種添加物，所述銥基合金的熔點大于2000攝氏度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火花塞，其特征在于所述的至少一種添加物是從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選出的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于所述第二貴金屬片是由一種鉑基合金制成的，該合金中鉑的重量含量大于50％，且包括至少一種添加物，該合金的熔點大于1500攝氏度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的火花塞，其特征在于所述至少一種添加物是從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、以及Re中選出的。
9.一種火花塞，包括中空的金屬殼體，其具有一第一端和一與第一端相反的第二端，所述金屬殼體的外周面上還具有一螺紋部分，并在第一端上具有一內(nèi)腔開孔，螺紋部分的外徑小于或等于10mm；具有一定長度的絕緣體，其具有一第一端和與第一端相反的第二端，所述絕緣體的內(nèi)部也制有一個孔腔，以一定方式將所述絕緣體固定在所述金屬殼體的內(nèi)腔中，以使得所述絕緣體的第一端從所述金屬殼體的第一端中突出；中心電極，其被固定在所述絕緣體的孔腔內(nèi)，所述中心電極的一端從所述絕緣體的第一端中突伸出；接地電極，其具有一側(cè)面，接地電極被接合到所述金屬殼體的第一端上，以使得所述接地電極的側(cè)面與所述中心電極的所述端部成相對的位置關(guān)系；第一貴金屬片，其具有一第一端，該第一端被接合到所述中心電極的所述端部上，并具有一第二端，其面對著所述接地電極的側(cè)面；以及第二貴金屬片，其一第一端被接合到所述接地電極的側(cè)面上，而第二端則面對著所述第一貴金屬片的第二端，所述第二貴金屬片的第二端與所述第一貴金屬片的第二端分離開，從而在二者之間形成一火花塞間隙；其中所述第一貴金屬片上一第二端的表面積在0.12到0.38mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；從所述中心電極的端部到第一貴金屬片第二端之間，所述第一貴金屬片的長度在0.8mm到1.5mm的范圍內(nèi)并包含端點值；第二貴金屬片第二端的表面積在0.12到0.65mm2的范圍內(nèi)并包含端點值；從所述接地電極的側(cè)面到所述第二貴金屬片第二端之間，第二貴金屬片的長度在0.5mm到1.2mm之間并包含端點值；在一基準(zhǔn)平面上，形成內(nèi)腔的金屬殼體內(nèi)表面與所述絕緣體外表面之間的距離在1.2到1.6mm的范圍內(nèi)并包含端點值，所述基準(zhǔn)平面的延伸方向垂直于絕緣體的長度方向，并經(jīng)過金屬殼體第一端的一內(nèi)邊緣；所述第一、第二貴金屬片各自第二端之間火花塞間隙的間距在0.4到1.0mm的范圍內(nèi)并包含端點值；以及在基準(zhǔn)平面上，所述絕緣體的厚度在0.5到0.8mm的范圍內(nèi)并包含端點值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于在一平面上，形成所述絕緣體內(nèi)腔的內(nèi)表面與所述中心電極外表面之間的間隙大于0.1mm，且等于或小于0.3mm，其中，所述平面的延伸方向平行于經(jīng)過所述絕緣體第一端一內(nèi)邊緣的所述基準(zhǔn)平面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于所述絕緣體的外表面包括小徑段，其第一端距離所述絕緣體第一端的尺寸為1mm，其第二端比第一端離所述絕緣體的第一端更遠(yuǎn)，以及錐臺段，其具有與小徑段的第二端相重合的一個界面，錐臺段錐向著該界面逐漸變細(xì)；其中，所述絕緣體錐臺段的錐度被定義為(D-D1)/H1，該錐度小于2.0，式中H1是指在所述絕緣體縱向方向上、所述金屬殼體第一端與所述絕緣體錐臺段界面之間的距離；D1是指所述絕緣體錐臺段在其界面處的直徑；以及D是指所述絕緣體錐臺段在基準(zhǔn)平面上的直徑，D大于D1。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的火花塞，其特征在于由(D-D1)/H1代表的所述絕緣體錐臺段的錐度小于/等于1.5。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于所述絕緣體的內(nèi)表面形成了該絕緣體的內(nèi)腔，所述絕緣體的內(nèi)表面包括小徑段，其第一端與所述絕緣體第一端的內(nèi)邊緣相重合，第二端與所述絕緣體的第一端離開一定距離；以及錐臺段，其一界面與小徑段的第二端相重合，該錐臺段錐向著其界面逐漸變細(xì)；其中，所述絕緣體錐臺段的錐度被定義為(D′-D1′)/H1，該錐度小于2.0，式中H1是指在所述絕緣體縱向方向上、所述金屬殼體第一端與所述絕緣體錐臺段界面之間的距離；D1′是指所述絕緣體錐臺段在其界面處的直徑；以及D′是指所述絕緣體錐臺段在基準(zhǔn)平面上的直徑，D′大于D1′。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的火花塞，其特征在于由(D′-D1′)/H1代表的所述絕緣體錐臺段的錐度小于/等于1.5。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于所述第二貴金屬片第二端的表面積在0.12到0.35mm2的范圍內(nèi)并包含端點值
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于利用激光焊方法將所述第一貴金屬片的第一端接合到所述中心電極的端部上，且所述第一貴金屬片的長度等于所述第一貴金屬片第一、第二端之間的距離加上另一距離之和，所述另一距離是指所述中心電極的端部與所述第一貴金屬片第一端之間的距離，該距離貫穿一焊接層，焊接層是利用激光焊接在所述中心電極與所述第一貴金屬片之間形成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于利用激光焊方法將所述第二貴金屬片的第一端接合到所述接地電極的側(cè)面上，且所述第二貴金屬片的長度等于所述第二貴金屬片第一、第二端之間的距離加上另一距離之和，所述另一距離是指所述接地電極的側(cè)面與所述第二貴金屬片第一端之間的距離，該距離貫穿一焊接層，焊接層是利用激光焊接在所述接地電極與所述第二貴金屬片之間形成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于所述第一貴金屬片是由一種銥基合金制成的，該合金中銥的重量含量大于50％，且包括至少一種添加物，該合金的熔點大于2000攝氏度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的火花塞，其特征在于所述的至少一種添加物是從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選出的。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于所述第二貴金屬片是由一種鉑基合金制成的，該合金中鉑的重量含量大于50％，且包括至少一種添加物，該合金的熔點大于1500攝氏度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的火花塞，其特征在于所述至少一種添加物是從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、以及Re中選出的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種火花塞，其包括一金屬殼體、一絕緣體、一中心電極、一接地電極、一第一貴金屬片、以及一第二貴金屬片。金屬殼體上螺紋部分的外徑等于或小于14mm，以便于火花塞能被安裝到內(nèi)燃機(jī)上。通過實驗研究為火花塞各個結(jié)構(gòu)參數(shù)確定出合適的尺寸范圍，這些結(jié)構(gòu)參數(shù)例如是第一貴金屬片的端面面積S、第一貴金屬片的長度A、第二貴金屬片的端面面積Q、第二貴金屬片的長度B、氣穴尺寸L、火花塞間隙的間距G、比值L/G、以及絕緣體的厚度T。該結(jié)構(gòu)可確?；鸹ㄈ哂懈咝阅?、長壽命。
文檔編號H01T13/20GK1599161SQ200410078660
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者金生啟二, 岡部伸一 申請人:株式會社電裝