專利名稱：具有高絕緣性能和高的點(diǎn)燃空氣－燃料混合物的能力的火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來講涉及一種內(nèi)燃機(jī)的火花塞。尤其地，本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)結(jié)構(gòu)的火花塞，其中金屬殼體具有外徑為12mm或者更小的螺紋部分。改進(jìn)的結(jié)構(gòu)確?；鸹ㄈ哂懈叩慕^緣性能和高的點(diǎn)燃空氣-燃料混合物的能力(在下文中稱為點(diǎn)火能力)。
背景技術(shù)：
用在內(nèi)燃機(jī)中的傳統(tǒng)火花塞總的來講包括管形金屬殼體、絕緣體、中心電極和接地電極。
金屬殼體具有螺紋部分以把火花塞安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。絕緣體具有形成在其中的中心孔，并且固定在金屬殼體中，以致它的端部從金屬殼體的端部中伸出。中心電極如此地固定在絕緣體的中心孔內(nèi)，以致它的端部從絕緣體的端部中伸出。接地電極具有頂部并且被接合到金屬殼體的端部上，因此頂部通過它們之間的火花間隙而面對(duì)中心電極的端部。
近年來，需要更高的內(nèi)燃機(jī)功率輸出，因此需要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門和排氣門的尺寸大小，并且需要固定用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的水套。這導(dǎo)致，用來把火花塞安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)中所需要的空間減少了，因此需要火花塞具有緊湊的結(jié)構(gòu)(更加具體地說，就是細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu))。
具體地說，在過去，火花塞中的金屬殼體的螺紋部分具有在JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中所規(guī)定的M14的外徑，但是現(xiàn)在，需要螺紋部分具有JIS所規(guī)定的M12或者更小的外徑。
例如，日本未審的實(shí)用新型No.H5-55490公開了一種這樣的緊湊火花塞。
在細(xì)長(zhǎng)的火花塞中，氣穴的容積相應(yīng)地減小，氣穴是位于絕緣體的外表面和金屬殼體的內(nèi)表面之間的絕緣空間。
絕緣體通常具有中間部分和端部分，該端部分具有從金屬殼體中伸出的絕緣體端部。該端部分薄于中間部分，在這兩個(gè)部分之間設(shè)置有截錐臺(tái)肩。該臺(tái)肩通過襯墊與金屬殼體的環(huán)形座相接合，從而形成了不透氣體的密封，其中該環(huán)形座形成在金屬殼體的內(nèi)表面上。相應(yīng)地，形成在火花塞中的氣穴從金屬殼體的端部到下面這樣位置上沿著絕緣體的縱向具有一個(gè)區(qū)域在該位置上，絕緣體的臺(tái)肩和金屬殼體的環(huán)形座處于密封接合之中。
當(dāng)氣穴的容積減少以使火花塞細(xì)長(zhǎng)時(shí)，可以產(chǎn)生“內(nèi)部火花”，而不是在火花間隙內(nèi)產(chǎn)生正?；鸹?。這里，內(nèi)部火花表示這樣的火花，這些火花從火花塞的中心電極沿著絕緣體的外表面進(jìn)行蔓延，并且超過形成在絕緣體和金屬殼體之間的氣穴而跳躍到金屬殼體中。內(nèi)部火花可以導(dǎo)致失火，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)效率下降。
另一方面，高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)或者稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)目前用來提高功率輸出和改善燃料經(jīng)濟(jì)性。但是，當(dāng)這種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒條件惡化時(shí)，碳和其它未燃燒產(chǎn)物將沉積在絕緣體的端部外表面上，因此產(chǎn)生了“積碳污臟”的問題。
當(dāng)火花塞的絕緣體被積碳弄臟時(shí)，在火花塞內(nèi)更加容易產(chǎn)生上述內(nèi)部火花。這是由于，導(dǎo)電的碳沉積在絕緣體端部的外表面上，可以導(dǎo)致位于絕緣體和金屬殼體之間的絕緣電阻降低。
因此，可以認(rèn)為，為了防止位于絕緣體和金屬殼體之間的絕緣電阻降低，故減少氣穴的容積，從而減少流入到氣穴內(nèi)和沉積在絕緣體端部的外表面上的積碳量和其它未燃燒的產(chǎn)物量。
但是，在減少氣穴容積的同時(shí)，即使在絕緣體端部沒有被積碳弄臟時(shí)，也會(huì)如前面所述那樣導(dǎo)致產(chǎn)生內(nèi)部火花。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種具有改進(jìn)結(jié)構(gòu)的火花塞，在該改進(jìn)結(jié)構(gòu)中，金屬殼體具有外徑為12mm或者更小的螺紋部分，該改進(jìn)結(jié)構(gòu)可以確?；鸹ㄈ哂懈叩慕^緣性能和高的點(diǎn)火能力。
為此，需要防止火花塞的絕緣體受到積碳的弄臟，從而防止位于絕緣體和金屬殼體之間的絕緣電阻降低，并且防止在火花塞內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部火花。
本發(fā)明的這些發(fā)明人認(rèn)為，增大絕緣體的外表面錐度可以有效地防止碳流入到火花塞的氣穴內(nèi)。更加具體地說，當(dāng)絕緣體的端部外表面的錐度較大時(shí)，流入到氣穴內(nèi)的碳碰撞在該端部的外表面上，從而改變了流動(dòng)過程。其結(jié)果是，碳難以沉積在絕緣體端部的外表面上。
上面考慮導(dǎo)致了來自實(shí)驗(yàn)研究的本發(fā)明結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種火花塞，該火花塞包括
管形的金屬殼體，它具有第一端和第二端，第二端與第一端相對(duì)，金屬殼體還在它的外周上具有螺紋部分，并且具有環(huán)形座，該環(huán)形座形成在金屬殼體的內(nèi)表面上，螺紋部分的外徑為10mm或者更小；具有一長(zhǎng)度的中空絕緣體，它具有第一長(zhǎng)度部分、第二長(zhǎng)度部分和臺(tái)肩，其中臺(tái)肩設(shè)置在第一和第二長(zhǎng)度部分之間，該臺(tái)肩的外表面逐漸變細(xì)并且連續(xù)到第一長(zhǎng)度部分的外表面上，絕緣體固定在金屬殼體內(nèi)，因此絕緣體的臺(tái)肩和金屬殼體的環(huán)形座通過襯墊而處于密封接合，絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的一個(gè)端部從金屬殼體的第一端伸出；中心電極，它固定在絕緣體中，中心電極的一個(gè)端部從絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的端部伸出；及接地電極，它接合到金屬殼體的第一端上，該接地電極的頂部通過火花間隙而面對(duì)中心電極的端部，其中，絕緣體的第一長(zhǎng)度部分向著它的端部逐漸變細(xì)從而在第一基準(zhǔn)平面上具有第一外徑和在第二基準(zhǔn)平面上具有第二外徑，第一基準(zhǔn)平面被限定成垂直于絕緣體的縱向延伸通過第一基準(zhǔn)直線和第二基準(zhǔn)直線之間的交點(diǎn)，其中第一基準(zhǔn)直線在臺(tái)肩的外表面上具有一部分，第二基準(zhǔn)直線在絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的外表面上具有一部分，第二基準(zhǔn)直線如此限定，以致絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第二基準(zhǔn)直線的該部分上具有最大外徑，第二基準(zhǔn)平面如此限定，以致平行于第一基準(zhǔn)平面延伸通過金屬殼體的第一端的內(nèi)邊緣，其中，下面尺寸大小關(guān)系被定義成D-D0≥1.0mmT0≥1.2mm，及G≤0.9mm，在這里
D是絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第一基準(zhǔn)表面上的第一外徑，D0是絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第二基準(zhǔn)平面上的第二外徑，T0是在第二基準(zhǔn)平面上的、位于金屬殼體的內(nèi)表面和絕緣體的外表面之間的距離，及G是位于中心電極的端部和接地電極的頂部之間的火花間隙的空間距離。
如上面那樣規(guī)定絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的外表面錐度(即D-D0)的有效范圍、氣穴大小(即T0)及火花塞的火花間隙(即G)的空間，可以確?；鸹ㄈ慕^緣電阻，同時(shí)防止產(chǎn)生內(nèi)部火花。
為了在火花塞內(nèi)充分地抑制內(nèi)部火花的產(chǎn)生，優(yōu)選的是D-D0≥1.5mm。
為了進(jìn)一步可靠地防止碳沉積在絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的外表面上，因此對(duì)于火花塞而言，下面尺寸大小關(guān)系優(yōu)選地被定義成1.0mm≤(D3-D0)≤1.8mm在這里，D3是絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第三基準(zhǔn)平面上的外徑，該第三基準(zhǔn)平面被限定成，平行于第一基準(zhǔn)平面并且與第一基準(zhǔn)平面相隔一個(gè)3×T0的距離以進(jìn)行延伸。
出于相同的目的，還優(yōu)選的是，把火花塞的下面尺寸大小關(guān)系限定成(D4-D0)≤0.8mm在這里，D4是絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第四基準(zhǔn)平面上的外徑，該第四基準(zhǔn)平面被限定成，平行于第一基準(zhǔn)平面地并且與第一基準(zhǔn)平面相隔一個(gè)1.5×T0的距離以進(jìn)行延伸。
尤其在金屬殼體的螺紋部分具有等于10mm的外徑時(shí)，本發(fā)明的火花塞在絕緣性能和點(diǎn)火能力方面具有極好的性能。
為了進(jìn)一步可靠地防止碳沉積在絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的外表面上，因此火花塞優(yōu)選的是，金屬殼體的內(nèi)徑在從第二基準(zhǔn)平面到第三基準(zhǔn)平面的范圍內(nèi)沿著絕緣體的縱向不變或者增大。
此外，優(yōu)選的是，火花塞的中心電極具有貴金屬片，該金屬片的端部是中心電極的末端。中心電極的貴金屬片具有垂直于絕緣體的縱向的橫截面，其面積為0.07-0.40mm2。
使用這種貴金屬片，確保在火花塞的火花間隙內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)火所需要的空間，同時(shí)貴金屬片不能太薄以致易于磨損。
中心電極的貴金屬片優(yōu)選地由Ir基合金來形成，該合金具有Ir，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Ir基合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。此外，該至少一種添加物優(yōu)選地從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選擇出來。
如上面那樣規(guī)定貴金屬片的材料，可以確?；鸹ㄈ闹行碾姌O具有較長(zhǎng)的使用壽命。
還優(yōu)選的是，火花塞的接地電極的頂部具有貴金屬片，該貴金屬片的橫截面垂直于絕緣體的縱向，其面積為0.12-0.80mm2，并且沿著絕緣體縱向的長(zhǎng)度為0.3-1.5mm。同時(shí)，限定出下面尺寸大小關(guān)系G≥0.6mm使用接地電極的這種貴金屬片，可以確保在火花塞的火花間隙內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)火所需要的空間，同時(shí)貴金屬片不能太薄以致易于磨損，因此允許火花間隙的空間G減小到0.6mm的相當(dāng)小尺寸。
接地電極的貴金屬片優(yōu)選地由Pt基合金來形成，該合金具有Pt，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Pt基合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。此外，該至少一種添加物優(yōu)選地從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇出來。
如上面那樣規(guī)定接地電極的貴金屬片的材料，可以確保接地電極具有較長(zhǎng)的使用壽命。
當(dāng)火花塞的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的上述那種幾乎相同但是金屬殼體的螺紋部分的外徑等于12mm時(shí)，根據(jù)本發(fā)明限定出下面尺寸大小關(guān)系D-D0≥1.4mmT0≥1.6mm，及G≤1.1mm，在這里如上述那樣規(guī)定外徑為12mm的火花塞的尺寸大小關(guān)系，可以確?；鸹ㄈ慕^緣電阻，同時(shí)防止產(chǎn)生內(nèi)部火花。
此外，為了充分地抑制在外徑為12mm的火花塞內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部火花，因此優(yōu)選的是D-D0≥1.6mm。
相應(yīng)地，本發(fā)明的火花塞的改進(jìn)結(jié)構(gòu)確保火花塞具有高的絕緣性能和高的點(diǎn)火能力。


通過在下文中給出的詳細(xì)描述和本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖來更加完全地理解本發(fā)明，但是不應(yīng)該理解成把本發(fā)明限制成具體的實(shí)施例，而這些詳細(xì)描述只是出于解釋和理解目的來給出的。
在附圖中圖1是局部橫剖視側(cè)視圖，它示出了本發(fā)明實(shí)施例的火花塞的總體結(jié)構(gòu)；圖2是放大的局部橫剖視側(cè)視圖，它示出了圖1火花塞中的火花間隙和周圍部分；
圖3是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同氣穴大小T0的、圖1的火花塞的外徑差值(D-D0)和最小絕緣電阻之間的關(guān)系，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；圖4是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同氣穴大小T0的、圖1的火花塞的外徑差值(D-D0)和內(nèi)部火花產(chǎn)生率之間的關(guān)系，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；圖5是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同氣穴大小T0的、圖1的火花塞的外徑差值(D-D0)和最小絕緣電阻之間的關(guān)系，該火花塞具有外徑為12mm的螺紋部分；圖6是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同氣穴大小T0的、圖1的火花塞的外徑差值(D-D0)和內(nèi)部火花產(chǎn)生率之間的關(guān)系，該火花塞具有外徑為12mm的螺紋部分；圖7是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同外徑差值(D-D0)的、圖1火花塞的絕緣電阻沿著絕緣體縱向的改變量，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；圖8是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同氣穴大小T0的、圖1火花塞的絕緣電阻沿著絕緣體縱向的改變量，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；圖9是放大局部橫剖視側(cè)視圖，它示出了圖1火花塞的絕緣體端部的錐形外表面，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；圖10是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同外徑差值(D3-D0)的、圖1的火花塞的外徑差值(D4-D0)和最小絕緣電阻之間的關(guān)系，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；
圖11是曲線圖，它示出了相對(duì)于不同外徑差值(D3-D0)的、圖1的火花塞的外徑差值(D4-D0)和內(nèi)部火花產(chǎn)生率之間的關(guān)系，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；圖12是放大局部橫剖視側(cè)視圖，它示出了火花塞的金屬殼體的錐形內(nèi)表面，該火花塞具有外徑為10mm的螺紋部分；圖13是曲線圖，它示出了與圖1火花塞相比較的、圖12的火花塞的最小絕緣電阻；及圖14是曲線圖，它示出了與圖1火花塞相比較的、圖12的火花塞的內(nèi)部火花的產(chǎn)生率。
具體實(shí)施例方式
在下文中參照?qǐng)D1-14來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
應(yīng)該知道，出于清楚和理解的原因，在可能的情況下，具有相同功能的相同零件在每個(gè)附圖中用相同的標(biāo)號(hào)來表示。
圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的火花塞100的總體結(jié)構(gòu)。
火花塞100設(shè)計(jì)來用在機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)中。通過下面方法把火花塞100安裝到內(nèi)燃機(jī)中通過設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋(未示出)中的螺紋孔把它安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室(未示出)中。
如圖1所示，火花塞100主要包括金屬殼體10、絕緣體20、中心電極30和接地電極40。
管形金屬殼體10由導(dǎo)電金屬材料例如低碳鋼形成。金屬殼體10在它的外周上具有螺紋部分11，從而如上所述那樣把火花塞100安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。
金屬殼體10的螺紋部分11的外徑為12mm或者更小。這個(gè)范圍與JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中所規(guī)定的M12或者更小的范圍相一致。
由氧化鋁陶瓷(Al2O3)形成的絕緣體20固定在金屬殼體10中并且部分地裝在該殼體中，因此絕緣體20的端部20a從金屬殼體10的端部10a中伸出，同時(shí)絕緣體20的另一端20b從金屬殼體10的另一端10b中伸出。
圓柱形中心電極30由作為芯部材料的、高度傳熱的金屬材料如Cu和作為包層材料的、高度耐熱的、耐腐蝕的金屬材料如Ni(鎳)基合金來形成。
中心電極30固定在絕緣體20的中心孔21中，因此它與金屬殼體10相電絕緣。中心電極30的一部分與絕緣體20一起包括在金屬殼體10內(nèi)，因此中心電極30的端部30a從絕緣體20的端部20a中伸出。
由主要包括Ni的Ni基合金形成的接地電極40是柱形，例如在這個(gè)實(shí)施例中接近L形棱柱。
接地電極40例如借助焊接而接合到金屬殼體10的端部10a上。接地電極40具有包括側(cè)表面41的頂部，該側(cè)表面41通過火花間隙50而面對(duì)中心電極30的端部30a。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D2，火花塞100還設(shè)置有第一貴金屬片35和第二貴金屬片45，這兩種金屬片都是圓柱形。
如圖2所示，第一貴金屬片35和第二貴金屬片45相互隔開，從而在它們之間形成了火花間隙50?；鸹ㄩg隙50具有空間G，下面將描述該空間G的范圍。
用作火花塞100的點(diǎn)火件的第一貴金屬片35借助激光焊而被接合到中心電極30的端部30a上。
圓柱形第一貴金屬片35的橫截面垂直于它的軸線，該橫截面的面積優(yōu)選地為0.07-0.4mm2。
使用這種貴金屬片，可以確保在火花塞100的火花間隙50內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)火所需要的空間，同時(shí)第一貴金屬片35不能太薄以致易于磨損。
第一貴金屬片35優(yōu)選地由Ir(銥)基合金形成，該合金包括Ir，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Ir基合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。
此外，該至少一種添加物優(yōu)選地從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)中選擇出來。
如上面那樣詳細(xì)說明第一貴金屬片35的材料，可以確保第一貴金屬片35具有較長(zhǎng)的使用壽命。
也用作火花塞100的點(diǎn)火件的第二貴金屬片45借助激光焊而接合到接到電極40的側(cè)表面41上。
圓柱形第二貴金屬片45的橫截面垂直于它的軸線，該橫截面的面積優(yōu)選為0.12-0.80mm2。
位于面對(duì)火花間隙50的第二貴金屬片45端部和接地電極40的側(cè)表面41之間的距離優(yōu)選為0.3-1.5mm。
使用這種貴金屬片，可以確保在火花塞100的火花間隙50內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)火所需要的空間，同時(shí)第二貴金屬片45不能太薄，以致易于磨損，因此允許火花塞50的空間G減少到0.6mm的相當(dāng)小的尺寸大小。
第二貴金屬片45優(yōu)選地由Pt(銥)基合金形成，該合金包括Pt，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Pt基合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。
此外，第二貴金屬片45的該至少一種添加物優(yōu)選地從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇出來。
如上面那樣詳細(xì)說明第二貴金屬片35的材料，可以確保第二貴金屬片45具有較長(zhǎng)的使用壽命。
回到圖1，在金屬殼體10的端部10b設(shè)置有填隙部分12，從而把絕緣體20固定到金屬殼體10內(nèi)。
在填隙部分12中，密封件60和61布置在金屬殼體10和絕緣體20之間以進(jìn)行密封。更加具體地說，在填隙部分12中，位于兩個(gè)金屬環(huán)60之間的空間填充有滑石61。
絕緣體20具有設(shè)置在金屬殼體10中的法蘭部分22，在絕緣體20中，該法蘭部分的外徑最大。通過法蘭部分22的幫助，可以如上所述那樣布置密封件60和61。
絕緣體20還具有中間部分23，該中間部分23設(shè)置在鄰接法蘭部分22的金屬殼體10中。中間部分的外徑小于法蘭部分22的外徑。
絕緣體20還具有端部24，該端部包括絕緣體20的末端20a。端部24的外徑小于中部部分23的外徑。
在中間部分23和端部24之間設(shè)置有基本上是截錐形的臺(tái)肩25。如圖2所示，臺(tái)肩25的外表面逐漸變小并且連續(xù)到端部24的外表面中。
臺(tái)肩25通過襯墊62與形成在金屬殼體10內(nèi)表面上的環(huán)形座13相接合，從而在火花塞100內(nèi)形成不透氣體的密封。襯墊62可以是金屬環(huán)，例如該金屬環(huán)由鐵形成。這種金屬環(huán)通常用在火花塞結(jié)構(gòu)中。
在圖2的放大視圖中，其重點(diǎn)在于附圖的圓，它示出了基準(zhǔn)點(diǎn)26?；鶞?zhǔn)點(diǎn)26定義為第一基準(zhǔn)直線101和第二基準(zhǔn)直線102之間的交點(diǎn)。第一基準(zhǔn)直線101在臺(tái)肩25的外表面上具有一部分，而第二基準(zhǔn)直線102在端部24的外表面上具有一部分，在該部分上端部24具有最大的外徑。
此外，出于解釋原因，因此定義出第一基準(zhǔn)平面201和第二基準(zhǔn)平面202。第一基準(zhǔn)平面201垂直于絕緣體20的縱向L地延伸通過基準(zhǔn)點(diǎn)26，第二基準(zhǔn)平面202平行于第一基準(zhǔn)平面201地延伸通過金屬殼體10的端部10a的內(nèi)邊緣。
在這個(gè)實(shí)施例中，如圖1和2所示，絕緣體20的外徑從第二基準(zhǔn)平面202到第一基準(zhǔn)平面201沿著絕緣體20的縱向L增大。這使得在第二基準(zhǔn)平面202到第一基準(zhǔn)平面201的范圍內(nèi)位于絕緣體20的內(nèi)表面和金屬殼體10的外表面之間的距離沿著方向L減少。
換句話說，絕緣體20的端部24的外表面從第一基準(zhǔn)平面201到第二基準(zhǔn)平面202逐漸變小，因此形成在端部24的外表面和金屬殼體10的內(nèi)表面之間的氣穴(air pocket)相應(yīng)地?cái)U(kuò)大了。
再參照?qǐng)D1，中心電極30的端部30b在絕緣體20的中心孔21內(nèi)通過導(dǎo)電的玻璃密封材料70而電連接到電阻件75的端部上。
電阻件75的另一端通過玻璃密封材料70電連接到圓柱形終端電極(即桿)80的端部80a上。
終端電極80固定到絕緣體20的中心孔21中，因此它的另一端80b從絕緣體20的端部20b伸出，而點(diǎn)火線圈罩(boot)(未示出)固定到該端部20b上。
已經(jīng)描述了所有火花塞100的主要零件，圖2中的G、D、D0和T0(它們之間的關(guān)系對(duì)于火花塞100的結(jié)構(gòu)極其重要)的尺寸大小參數(shù)定義如下G是第一貴金屬片35和第二貴金屬片45之間的火花間隙50的空間(在下文中稱為火花間隙大小G)；D是位于第一基準(zhǔn)平面201上的絕緣體20的端部24的外徑；D0是位于第二基準(zhǔn)平面202上的絕緣體20的端部24的外徑；及T0是第二基準(zhǔn)平面202上的、位于金屬殼體10的內(nèi)表面和絕緣體20的外表面之間的距離(在下文中稱為氣穴大小T0)。
根據(jù)發(fā)明者的下面考慮來確定上面這些參數(shù)之間的關(guān)系。
為了確?；鸹ㄈ?00具有較高的絕緣性能和較好的點(diǎn)火性能，因此需要防止火花塞100的絕緣體20被積碳弄臟，因此防止位于絕緣體20和金屬殼體10之間的絕緣電阻下降(在下文中稱為火花塞的絕緣電阻)，并且防止在火花塞100的氣穴內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部火花。
本發(fā)明的這些發(fā)明者認(rèn)為，提高絕緣體外表面的錐度可以有效地阻止碳流入到火花塞的氣穴內(nèi)。
更加具體地說，當(dāng)絕緣體20的端部24的外表面高度變小時(shí)，流入到氣穴內(nèi)的碳將碰撞端部24的外表面，從而改變流動(dòng)過程。其結(jié)果是，碳難以沉積到絕緣體20的端部24的外表面上。
對(duì)于火花塞100而言，沿著絕緣體20的縱向L的、位于第一基準(zhǔn)平面201和第二基準(zhǔn)平面202之間的距離由于各種各樣的物理或者尺寸大小的限制而通常落入某一范圍內(nèi)，例如10-15mm。
相應(yīng)地，火花塞100內(nèi)的絕緣體端部24的外表面的錐度可以只用外徑差值(D-D0)來表示。
根據(jù)發(fā)明者的試驗(yàn)結(jié)果來確定外徑差值(D-D0)的有效范圍和火花塞100內(nèi)的氣穴大小T0。
應(yīng)該注意的是，下面所示出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果特別適合于這樣的火花塞100該火花塞具有外徑為10mm的金屬殼體10的螺紋部分11；但是實(shí)驗(yàn)證明，在下面這樣的火花塞100中可以觀察到相同的趨勢(shì)和類似結(jié)構(gòu)在該火花塞中，外徑小于10mm(例如8mm)或者等于12mm。
為這種實(shí)驗(yàn)制造了11種不同類型S1-S11的樣品火花塞。每種火花塞的上述參數(shù)的詳細(xì)值給出在表1中。
在上面這些樣品火花塞類型之中，S11這種使金屬殼體10的螺紋部分11的外徑等于14mm(等于JIS中所規(guī)定的M14)。這種火花塞是具有典型技術(shù)規(guī)格的傳統(tǒng)那種，這些技術(shù)規(guī)格包括1.1mm火花間隙大小G，這種火花塞在市場(chǎng)中得到了考驗(yàn)。
其它樣品火花塞S1-S10中的每一種使螺旋部分11的外徑等于10mm；換句話說，它們中的全部是細(xì)長(zhǎng)的。
表1(單位mm)類型 D D0 D-D0 T0S13.82.81.01.6S25.02.82.21.6S33.83.20.61.4S44.23.21.01.4S54.63.21.41.4S65.03.21.81.4S73.83.60.21.2S84.23.60.61.2S95.03.61.41.2S10 5.04.01.01.0S11 6.85.41.41.8對(duì)于所有的細(xì)長(zhǎng)樣品火花塞而言，沿著絕緣體20的縱向L位于第一基準(zhǔn)平面201和第二基準(zhǔn)平面202之間的距離是11mm；火花間隙大小G是0.9mm，該值小于氣穴尺寸T0從而可以防止產(chǎn)生內(nèi)部火花。相對(duì)于S11的傳統(tǒng)火花塞來評(píng)價(jià)這些細(xì)長(zhǎng)的樣品火花塞。
在實(shí)驗(yàn)中，使用具有四缸的實(shí)驗(yàn)車輛來對(duì)樣品火花塞S1-S11進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此類型相同的、四個(gè)相同的樣品火花塞以相同情況安裝在實(shí)驗(yàn)車輛中。
在下面實(shí)驗(yàn)情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)即實(shí)驗(yàn)車輛的大氣溫度、水溫度和油溫度中的每一個(gè)保持在20攝氏度，并且在每個(gè)循環(huán)中，所施加的驅(qū)動(dòng)模式連續(xù)地使在10km/h-20km/h范圍內(nèi)的車輛加速和減速重復(fù)十次。這種驅(qū)動(dòng)模式是這樣的模式，它可以使安裝在車輛中的火花塞的絕緣體容易被積碳弄臟。
在根據(jù)該驅(qū)動(dòng)模式來驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)車輛五個(gè)循環(huán)之后，計(jì)算每個(gè)樣品火花塞的絕緣電阻和內(nèi)部火花的產(chǎn)生率。更大的絕緣電阻意味著，更小的碳流入到火花塞內(nèi)的氣穴內(nèi)部，內(nèi)部火花的產(chǎn)生率較小表示，使用這種火花塞可以實(shí)現(xiàn)更好的燃燒。
具體地說，在完成五個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)之后，用絕緣電阻測(cè)量計(jì)來測(cè)量絕緣電阻，同時(shí)借助觀察在五個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)期間所產(chǎn)生的火花的波型來確定內(nèi)部火花的產(chǎn)生率。
圖3示出了每個(gè)樣品火花塞的最小絕緣電阻，其中在第二基準(zhǔn)平面202到第一基準(zhǔn)平面201的范圍內(nèi)沿著絕緣體20的縱向L來測(cè)量該電阻。
在附圖中，水平軸線表示外徑差值(D-D0)，它表示絕緣體端部24的外表面錐度，而垂直軸線表示合成最小絕緣電阻，其中樣品火花塞S1和S2的圖案◆具有1.6mm的T0，S3-S6的圖案□具有1.4mm的T0，S7-S9的圖案○具有1.2mm的T0，S10的圖案具有1.0mm的T0，及S11的圖案×具有1.8mm的T0。
此外，表示130M(它等于具有傳統(tǒng)型S11的樣品火花塞的最小絕緣電阻)的基準(zhǔn)絕緣電阻的邊界線也示出在圖3中以進(jìn)行比較評(píng)價(jià)。
圖4示出了不同樣品火花塞的內(nèi)部火花的產(chǎn)生率的確定結(jié)果。
在附圖中，水平軸線表示外徑差值(D-D0)，而垂直軸線表示內(nèi)部火花的合成產(chǎn)生率，其中不同的圖案以與圖3相同的方式來表示不同樣品火花塞。為了進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，表示30％的內(nèi)部火花的基準(zhǔn)產(chǎn)生率的邊界線也示出在圖4中，該基準(zhǔn)產(chǎn)生率與具有傳統(tǒng)型S11的樣品火花塞中的內(nèi)部火花的產(chǎn)生率相等。
從圖3和4中可以看到，型號(hào)S10的樣品火花塞(它的氣穴大小T0為1.0mm)的性能在最小絕緣電阻和內(nèi)部火花產(chǎn)生率這兩者上次于傳統(tǒng)型S11的性能。
此外，從這些附圖中還可以看到，就S1、S2、S4-S6和S9的樣品火花塞的任一種而言(在它們中的每一個(gè)中，氣穴大小T0不小于1.2mm，外徑差值(D-D0)不小于1.0mm)，最小絕緣電阻大于130M的標(biāo)準(zhǔn)值，并且內(nèi)部火花的產(chǎn)生率小于30％的標(biāo)準(zhǔn)值。
相應(yīng)地，通過在火花塞100內(nèi)規(guī)定尺寸大小參數(shù)D、D0、T0和G之間的下面關(guān)系，可以確?；鸹ㄈ?00具有高的絕緣性能和高的點(diǎn)火性能D-D0≥1.0mmT0≥1.2mm，及G≤0.9mm。
此外，為了充分地抑制在火花塞100內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部火花，因此優(yōu)選的是D-D0≥1.5mm。
此外，為了確?；鸹ㄈ?00具有較高的承受電壓，因此需要確保絕緣體端部24具有足夠大的徑向厚度。同時(shí)，金屬殼體10也需要具有足夠大的徑向厚度，從而允許接地電極40接合到那里。
考慮到這些要求，因此優(yōu)選的是，火花塞100的氣穴大小T0不大于1.6mm。
通過下面這樣的樣品火花塞100來得到上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果該火花塞具有外徑為10mm的金屬殼體10的螺紋部分11。如前面所述那樣，通過下面這樣的實(shí)驗(yàn)也可以得到相同的趨勢(shì)和類似結(jié)構(gòu)在該實(shí)驗(yàn)中，對(duì)具有外徑為12mm的螺紋部分11的樣品火花塞100進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
圖5和6示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。應(yīng)該注意的是，在該實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行測(cè)試的樣品火花塞具有不同的氣穴大小T0和外徑差值(D-D0)，但是1.1mm的相同火花間隙大小G等于上述傳統(tǒng)型S11的火花間隙大小G。
從圖5和6中可以看到，為了確保具有外徑為12mm的螺紋部分11的火花塞100具有高的絕緣性能和高的點(diǎn)火性能，因此火花塞100需要規(guī)定下面尺寸大小關(guān)系，D-D0≥1.4mmT0≥1.6mm，及G≤1.1mm。
此外，為了充分地抑制在火花塞100內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部火花，因此優(yōu)選的是D-D0≥1.5mm。
現(xiàn)在，回到圖3和4，對(duì)于具有1.4mm的相同氣穴大小T0的S3-S6的樣品火花塞而言，通過更大的外徑差值(D-D0)來得到更大的最小絕緣電阻和更小的內(nèi)部火花產(chǎn)生率。
為了在火花塞100的絕緣性能上進(jìn)一步研究絕緣體端部24的外表面形狀的效果，因此更加詳細(xì)地測(cè)量火花塞100的絕緣電阻。
具體地說，在火花塞中，從第二基準(zhǔn)平面202開始，沿著絕緣體20的縱向L，以1mm的間隔測(cè)量S3-S6的樣品火花塞的絕緣電阻，在所有這些火花塞中，氣穴大小T0為1.4mm，火花間隙大小G為0.9mm。
圖7示出了測(cè)量結(jié)果。在該附圖中，水平軸線表示測(cè)量平面距離第二基準(zhǔn)平面202沿著絕緣體20的縱向L的距離，而垂直軸線表示所測(cè)得的絕緣電阻，其中樣品火花塞S3的圖案◆具有0.6mm的外徑差值(D-D0)，S4的圖案□具有1.0mm的(D-D0)，S5的圖案△具有1.4mm的(D-D0)，及S6的圖案○具有1.8mm的(D-D0)。
如從圖7中所看到的一樣，對(duì)于每個(gè)樣品火花塞而言，絕緣電阻沿著絕緣體20的縱向L增大，換句話說，絕緣電阻在火花塞的氣穴內(nèi)的更深位置上可以保持更大的值。
具體地說，在外徑差值(D-D0)小于1.0mm的、S3的樣品火花塞的情況下，絕緣電阻沿著絕緣體20的縱向L非常緩慢地增大。這意味著，碳已深深地流入到火花塞的氣穴內(nèi)，并且沉積到絕緣體端部24的外表面上。
相反，在外徑差值(D-D0)不小于1mm的S4-S6的樣品火花塞的情況下，絕緣電阻沿著絕緣體20的縱向L快速增大。這意味著碳沒有深深地流入到火花塞的氣穴中，因此可以產(chǎn)生更少的內(nèi)部火花。
此外，除了S3-S6的上面樣品火花塞之外，對(duì)S2和S9的樣品火花塞而言，從第二基準(zhǔn)平面202開始，沿著絕緣體20的縱向L以1mm的間隔來測(cè)量絕緣電阻。
圖8比較地示出了S6的樣品火花塞的測(cè)量結(jié)果。在該圖中，水平軸線表示測(cè)量平面距離第二基準(zhǔn)平面202沿著絕緣體20的縱向L的距離，而垂直軸線表示所測(cè)得的絕緣電阻，其中樣品火花塞S2的圖案◆具有1.6mm的氣穴大小T0，S6的圖案○具有1.4mm的T0，及S9的圖案△具有1.2mm的T0。
從圖8中可以看到，對(duì)于具有不同氣穴大小T0的所有這些樣品火花塞而言，絕緣電阻從第二基準(zhǔn)平面202開始增大，并且在測(cè)量平面上達(dá)到相當(dāng)大的值，該測(cè)量平面平行于第二基準(zhǔn)平面202并且與之相距3mm。換句話說，沿著絕緣體20的縱向L與第二基準(zhǔn)平面202相隔開的距離超過3×T0的絕緣體端部24的外表面區(qū)域不易被碳弄臟。
根據(jù)上面結(jié)果，進(jìn)行另一個(gè)研究來確定在從第二基準(zhǔn)平面202到第三基準(zhǔn)平面203的范圍內(nèi)的絕緣體端部24的外表面錐度的合適范圍，以防止碳沉積在絕緣體端部24的外表面上。如圖9所示，第三基準(zhǔn)平面203被定義成平行于第二基準(zhǔn)平面202進(jìn)行延伸，并且沿著絕緣體20的縱向L與第二基準(zhǔn)平面202隔開一個(gè)3×T0的距離。
在圖9中，還示出了第四個(gè)基準(zhǔn)平面204，該平面被定義成平行于第二基準(zhǔn)平面202地進(jìn)行延伸，并且沿著絕緣體20的縱向L與第二基準(zhǔn)平面202隔開一個(gè)1.5×T0的距離。絕緣體端部24各自在第三和第四基準(zhǔn)平面203和204上具有外徑D3和外徑D4。在第三基準(zhǔn)平面203上的、位于絕緣體端部24的外表面和金屬殼體10的內(nèi)表面之間的距離設(shè)定為T3，而第四基準(zhǔn)平面204上的設(shè)定為T4。
相應(yīng)地，在從第二基準(zhǔn)平面202到第三基準(zhǔn)平面203的范圍內(nèi)的、絕緣體端部24的外表面錐度可以用(D3-D0)來表示，在從第二基準(zhǔn)平面202到第四基準(zhǔn)平面204的范圍內(nèi)的可以用(D4-D0)來表示。
使用七個(gè)不同類型S6和S61-S66的樣品火花塞來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這些樣品火花塞對(duì)于一些尺寸大小的參數(shù)具有相同值，如氣穴大小T0為1.4mm，外徑D0是3.2mm，外徑D是5.0mm，并且火花間隙大小G為0.9mm。同時(shí)，這些樣品火花形成為在尺寸大小參數(shù)D3、D4、T3和T4中的至少一個(gè)中彼此不相同。每個(gè)樣品火花塞的這些參數(shù)的詳細(xì)值在表2中給出。
在相同的實(shí)驗(yàn)條件下并且以與S1-S11的樣品火花塞相同的方式來為這些樣品火花塞測(cè)量和確定最小絕緣電阻和內(nèi)部火花的產(chǎn)生率。
圖10示出了這些樣品火花塞的最小絕緣電阻的測(cè)量結(jié)果。
在附圖中，水平軸線表示外徑差值(D4-D0)，而垂直軸線表示合成最小絕緣電阻，其中樣品火花塞S6和S63的圖案◆具有0.8mm的外徑差值(D3-D0)，S61和S65的圖案□具有1.3mm的(D3-D0)，及S62、S64和S66的圖案△具有1.8mm的(D3-D0)。
表2(單位mm)類型 D0 D3 D3-D0 D4 D4-D0T3 T4S6 3.20 4.00 0.80 3.60 0.40 1.001.20S613.20 4.50 1.30 3.60 0.40 0.751.20S623.20 5.00 1.80 3.60 0.40 0.501.20S633.20 4.00 0.80 4.00 0.80 1.001.00S643.20 5.00 1.80 4.00 0.80 0.501.00S653.20 5.0 1.30 4.50 1.30 0.750.75S663.20 3.8 1.80 5.00 1.80 0.500.50此外，表示130M的基準(zhǔn)絕緣電阻的邊界線也表示在圖10中，以進(jìn)行比較評(píng)價(jià)。
如圖10中所看到的那樣，所有樣品火花塞相對(duì)于傳統(tǒng)型S11的樣品火花塞具有更好的絕緣性能，其中該傳統(tǒng)型S11的樣品火花塞的最小絕緣電阻用作130M的標(biāo)準(zhǔn)值。
圖11示出了這些樣品火花塞的內(nèi)部火花的產(chǎn)生率的確定結(jié)果。
在附圖中，水平軸線表示外徑差值(D4-D0)，而垂直軸線表示內(nèi)部火花的合成產(chǎn)生率，其中不同圖案以與圖10相同的方式來表示不同的樣品火花塞。表示30％的內(nèi)部火花的基準(zhǔn)產(chǎn)生率的邊界線也表示在圖11中以進(jìn)行比較評(píng)價(jià)。
如從圖1 1中所看到的一樣，在S64-S66的樣品火花塞中，內(nèi)部火花的產(chǎn)生率超過30％的標(biāo)準(zhǔn)值，這些火花塞中的每一個(gè)具有大的(D3-D0)和大的(D4-D0)。這是由于，當(dāng)外徑D3和D4較大時(shí)，位于絕緣體端部24的外表面和金屬殼體10的內(nèi)表面之間的距離T3和T4相應(yīng)地變小了，因此在火花塞內(nèi)產(chǎn)生了更多的內(nèi)部火花。
相應(yīng)地，從圖10和1 1所示出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以清楚地知道，對(duì)于火花塞100而言，外徑差值(D3-D0)優(yōu)選地不大于1.8mm，而外徑差值(D4-D0)優(yōu)選地不大于0.8mm，從而確保足夠的絕緣電阻并且有效地抑制內(nèi)部火花的產(chǎn)生。
此外，當(dāng)外徑D3大于絕緣體端部24中的外徑D時(shí)，不可能把絕緣體20安裝到金屬殼體10中。因此，需要火花塞100滿足D3≤D的尺寸大小關(guān)系。
而且，對(duì)于火花塞10來講，優(yōu)選的是，外徑差值(D3-D0)不小于1.0mm，因此允許前面規(guī)定的D-D0≥1.0mm的尺寸大小關(guān)系完全得到滿足(因?yàn)镈3≤D)。
相應(yīng)地，除了前面規(guī)定的尺寸大小關(guān)系之外，優(yōu)選的是，進(jìn)一步規(guī)定火花塞100的下面關(guān)系1.00mm≤D3-D0≤1.8mm；及D4-D0≤0.8mm除了絕緣體端部24的外表面的形狀作用之外，這些發(fā)明人還研究了金屬殼體10的內(nèi)表面形狀對(duì)絕緣電阻和火花塞10的內(nèi)部火花的產(chǎn)生率的影響。
制造出S67型的樣品火花塞(它以上述S61型為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)的)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。樣品火花塞S67的尺寸大小參數(shù)的詳細(xì)值給出在表3中，而金屬殼體10的端部和具有S67型的樣品火花塞的絕緣體20示出在圖12中。
在這種樣品火花塞中，金屬殼體10的內(nèi)徑從具有金屬殼體10的端部10a的第二基準(zhǔn)平面202到第三基準(zhǔn)平面203沿著絕緣體20的縱向L減小，如圖12所示。換句話說，金屬殼體10的內(nèi)表面在第二基準(zhǔn)平面202到第三基準(zhǔn)平面203的范圍內(nèi)逐漸變小。同時(shí)，絕緣體端部24的外表面錐度在從第二基準(zhǔn)平面202到第三基準(zhǔn)平面203的相同范圍內(nèi)等于0。
表3(單位mm)類型 D3 D4 T3T4S673.23.2 0.8 1.2更加具體地說，借助使金屬殼體10的內(nèi)表面逐漸變小而不是使絕緣體端部24的外表面逐漸變小，把S67的樣品火花塞設(shè)計(jì)成具有與S61的原型相同的T3和T4值，而這些值T3和T4各自是在第三基準(zhǔn)平面203和第四基準(zhǔn)平面204上的、位于金屬殼體10的內(nèi)表面和絕緣體端部24的外表面之間的距離。
在與上述那些樣品火花塞相同的實(shí)驗(yàn)條件下并且以相同的方式來為S67的樣品火花塞測(cè)量和確定最小絕緣電阻和內(nèi)部火花的產(chǎn)生率。
圖13示出了測(cè)量出的樣品火花塞S67的最小絕緣電阻與S61的樣品火花塞的比較。在附圖中，圖案◆表示S61的樣品火花塞的最小絕緣電阻，而圖案○表示S67的樣品火花塞的最小絕緣電阻。此外，表示130M的基準(zhǔn)絕緣電阻的邊界線也示出在相同的附圖中。
如從圖13中所看到的一樣，S67的樣品火花塞的最小絕緣電阻大于標(biāo)準(zhǔn)絕緣電阻，但是明顯小于S61的樣品火花塞的絕緣電阻。
圖14示出了確定的S67的樣品火花塞的內(nèi)部火花的產(chǎn)生率與S61的樣品火花塞的比較。在附圖中，不同圖案以與圖13相同的方式來表示兩個(gè)樣品火花塞的值。表示30％的標(biāo)準(zhǔn)值的邊界線也示出在相同的附圖中。
如圖14中所看到的一樣，S67的樣品火花塞的內(nèi)部火花的產(chǎn)生率小于30％的標(biāo)準(zhǔn)值，但是明顯大于S61的樣品火花塞的產(chǎn)生率，該產(chǎn)生率等于0。
相應(yīng)地，盡管兩個(gè)樣品火花塞具有相同的T3和T4的值，但是S67的樣品火花塞在絕緣性能和點(diǎn)火能力方面上的性能變得次于S61的樣品火花塞。
這可以歸因于這樣的事實(shí)在是S67的樣品火花塞的情況下，流入到氣穴中的碳將碰撞金屬殼體10的錐形內(nèi)表面，并且改變流動(dòng)過程以朝向絕緣體端部24的外表面，因此更加容易沉積在外表面上。
因此，對(duì)于火花塞100而言，優(yōu)選的是，金屬殼體10的內(nèi)徑在從第二基準(zhǔn)平面202到第三基準(zhǔn)平面203的范圍內(nèi)沿著絕緣體20的縱向L不變或者增大。
總之，本發(fā)明的火花塞100具有改善的結(jié)構(gòu)，該改善結(jié)構(gòu)的特征在于，包括火花間隙大小G、絕緣體20的端部24在第一和第二基準(zhǔn)平面201和202上的外徑D和D0、及氣穴大小T0在內(nèi)的尺寸大小參數(shù)滿足下面尺寸大小關(guān)系如果金屬殼體10的螺紋部分11的外徑等于或者小于10mm，那么
D-D0≥1.0mmT0≥1.2mm；及G≤0.9mm其它，如果螺紋部分11的外徑等于12mm，那么D-D0≥1.4mmT0≥1.6mm；及G≤1.1mm改進(jìn)過的結(jié)構(gòu)確保火花塞100具有高的絕緣性能和高的點(diǎn)火能力。
盡管示出和描述了本發(fā)明的上面這些特殊實(shí)施例，但是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些人和本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，在沒有脫離公開原理的精神實(shí)質(zhì)的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)、改變和改善。
例如，在前面實(shí)施例中，第一和第二貴金屬片35和45借助激光焊可以各自被接合到中心電極和接地電極30和40上。
但是，也可以使用其它接合方法，如電阻焊接、等離子體焊接和膠粘接合。
而且，在前面實(shí)施例中具有圓柱形形狀的這兩種貴金屬片35和45也可以具有棱柱形。
此外，中心電極30和接地電極40可以各自沒有兩個(gè)貴金屬片35和45。
此外，除了在前面實(shí)施例中所規(guī)定的主要尺寸大小關(guān)系之外，其它詳細(xì)的尺寸大小范圍和/或關(guān)系在設(shè)計(jì)火花塞100時(shí)可以得到合適的改進(jìn)或者改變。
在本領(lǐng)域內(nèi)的這些改進(jìn)、改變和改善通過附加的權(quán)利要求來包括。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，該火花塞包括管形的金屬殼體，具有第一端和第二端，第二端與第一端相對(duì)，所述金屬殼體還在它的外周上具有螺紋部分，并且具有環(huán)形座，該環(huán)形座形成在所述金屬殼體的內(nèi)表面上，螺紋部分的外徑為10mm或者更?。痪哂幸婚L(zhǎng)度的中空絕緣體，其具有第一長(zhǎng)度部分、第二長(zhǎng)度部分和臺(tái)肩，其中臺(tái)肩設(shè)置在第一和第二長(zhǎng)度部分之間，該臺(tái)肩的外表面逐漸變細(xì)并且連續(xù)到第一長(zhǎng)度部分的外表面上，所述絕緣體固定在所述金屬殼體內(nèi)，因此所述絕緣體的臺(tái)肩和所述金屬殼體的環(huán)形座通過襯墊而處于密封接合，所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的一個(gè)端部從所述金屬殼體的第一端伸出；中心電極，其固定在所述絕緣體中，所述中心電極的一個(gè)端部從所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的端部伸出；及接地電極，其接合到所述金屬殼體的第一端上，所述接地電極具有通過火花間隙而面對(duì)所述中心電極的端部的頂部，其中，所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分向著它的端部逐漸變細(xì)從而在第一基準(zhǔn)平面上具有第一外徑和在第二基準(zhǔn)平面上具有第二外徑，第一基準(zhǔn)平面被限定成垂直于所述絕緣體的縱向延伸通過第一基準(zhǔn)直線和第二基準(zhǔn)直線之間的交點(diǎn)，其中第一基準(zhǔn)直線在臺(tái)肩的外表面上具有一部分，第二基準(zhǔn)直線在所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的外表面上具有一部分，第二基準(zhǔn)直線如此限定，以致所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第二基準(zhǔn)直線的該部分上具有最大外徑，第二基準(zhǔn)平面如此限定，以致平行于第一基準(zhǔn)平面延伸通過所述金屬殼體的第一端的內(nèi)邊緣，其中限定出下面尺寸大小關(guān)系D-D0≥1.0mmT0≥1.2mm，及G≤0.9mm，在這里D是所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第一基準(zhǔn)表面上的第一外徑，D0是所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第二基準(zhǔn)平面上的第二外徑，T0是在第二基準(zhǔn)平面上的、位于所述金屬殼體的內(nèi)表面和所述絕緣體的外表面之間的距離，及G是位于所述中心電極的端部和所述接地電極的頂部之間的火花間隙的空間距離。
2.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，限定出下面尺寸大小關(guān)系D-D0≥1.5mm。
3.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，限定出下面尺寸大小關(guān)系1.0mm≤(D3-D0)≤1.8mm在這里，D3是所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第三基準(zhǔn)平面上的外徑，該第三基準(zhǔn)平面被限定成平行于第一基準(zhǔn)平面并且與第一基準(zhǔn)平面相隔一個(gè)3×T0的距離以進(jìn)行延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，限定出下面尺寸大小關(guān)系(D4-D0)≤0.8mm在這里，D4是所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第四基準(zhǔn)平面上的外徑，該第四基準(zhǔn)平面被限定成平行于第一基準(zhǔn)平面并且與第一基準(zhǔn)平面相隔一個(gè)1.5×T0的距離以進(jìn)行延伸。
5.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼體的螺紋部分具有等于10mm的外徑。
6.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼體的內(nèi)徑在從第二基準(zhǔn)平面到第三基準(zhǔn)平面的范圍內(nèi)沿著所述絕緣體的縱向不變，其中第三基準(zhǔn)平面被限定成平行于第一基準(zhǔn)平面并且與第一基準(zhǔn)表面相距一個(gè)3×T0的距離以進(jìn)行延伸。
7.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼體的內(nèi)徑在從第二基準(zhǔn)平面到第三基準(zhǔn)平面的范圍內(nèi)沿著所述絕緣體的縱向增大，其中第三基準(zhǔn)平面被限定成平行于第一基準(zhǔn)平面并且與第一基準(zhǔn)表面相距一個(gè)3×T0的距離以進(jìn)行延伸。
8.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述中心電極包括貴金屬片，該金屬片的端部是中心電極的末端，所述中心電極的貴金屬片具有垂直于所述絕緣體的縱向的橫截面，其面積為0.07-0.40mm2。
9.如權(quán)利要求8所述的火花塞，其特征在于，所述中心電極的貴金屬片由Ir基合金來形成，該合金具有Ir，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Ir基合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。
10.如權(quán)利要求9所述的火花塞，其特征在于，該至少一種添加物從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選擇出來。
11.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述接地電極的頂部包括貴金屬片，該貴金屬片具有垂直于所述絕緣體的縱向的橫截面，其面積為0.12-0.80mm2，并且沿著所述絕緣體縱向的長(zhǎng)度為0.3-1.5mm，其中限定出下面尺寸大小關(guān)系G≥0.6mm。
12.如權(quán)利要求11所述的火花塞，其特征在于，所述接地電極的貴金屬片由Pt基合金來形成，該合金具有Pt，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Pt基合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。
13.如權(quán)利要求12所述的火花塞，其特征在于，該至少一種添加物從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇出來。
14.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，沿著所述絕緣體縱向的、位于第一和第二基準(zhǔn)平面之間的距離為10-15mm。
15.如權(quán)利要求14所述的火花塞，其特征在于，沿著所述絕緣體縱向的、位于第一和第二基準(zhǔn)平面之間的距離為11mm。
16.一種火花塞，該火花塞包括管形的金屬殼體，具有第一端和第二端，第二端與第一端相對(duì)，所述金屬殼體還在它的外周上具有螺紋部分，并且具有環(huán)形座，該環(huán)形座形成在所述金屬殼體的內(nèi)表面上，螺紋部分的外徑為12mm；具有一長(zhǎng)度的中空絕緣體，其具有第一長(zhǎng)度部分、第二長(zhǎng)度部分和臺(tái)肩，其中臺(tái)肩設(shè)置在第一和第二長(zhǎng)度部分之間，該臺(tái)肩的外表面逐漸變細(xì)并且連續(xù)到第一長(zhǎng)度部分的外表面上，所述絕緣體固定在所述金屬殼體內(nèi)，因此所述絕緣體的臺(tái)肩和所述金屬殼體的環(huán)形座通過襯墊而處于密封接合，所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的一個(gè)端部從所述金屬殼體的第一端伸出；中心電極，它固定在所述絕緣體中，所述中心電極的一個(gè)端部從所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的端部伸出；及接地電極，它接合到所述金屬殼體的第一端上，所述接地電極的頂部通過火花間隙而面對(duì)所述中心電極的端部，其中，所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分向著它的端部逐漸變細(xì)從而在第一基準(zhǔn)平面上具有第一外徑和在第二基準(zhǔn)平面上具有第二外徑，第一基準(zhǔn)平面被限定成垂直于所述絕緣體的縱向延伸通過第一基準(zhǔn)直線和第二基準(zhǔn)直線之間的交點(diǎn)，其中第一基準(zhǔn)直線在臺(tái)肩的外表面上具有一部分，第二基準(zhǔn)直線在所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分的外表面上具有一部分，第二基準(zhǔn)直線如此限定，以致所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第二基準(zhǔn)直線的該部分上具有最大外徑，第二基準(zhǔn)平面如此限定，以致平行于第一基準(zhǔn)平面延伸通過所述金屬殼體的第一端的內(nèi)邊緣，其中限定出下面尺寸大小關(guān)系D-D0≥1.4mmT0≥1.6mm，及G≤1.1mm，在這里D是所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第一基準(zhǔn)表面上的第一外徑，D0是所述絕緣體的第一長(zhǎng)度部分在第二基準(zhǔn)平面上的第二外徑，T0是在第二基準(zhǔn)平面上的、位于所述金屬殼體的內(nèi)表面和所述絕緣體的外表面之間的距離，及G是位于所述中心電極的端部和所述接地電極的頂部之間的火花間隙的空間距離。
17.如權(quán)利要求16所述的火花塞，其特征在于，限定出下面尺寸大小關(guān)系D-D0≥1.6mm。
18.如權(quán)利要求16所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼體的內(nèi)徑在從第二基準(zhǔn)平面到第三基準(zhǔn)平面的范圍內(nèi)沿著所述絕緣體的縱向不變，其中第三基準(zhǔn)平面被限定成平行于第一基準(zhǔn)平面并且與第一基準(zhǔn)表面相距一個(gè)3×T0的距離以進(jìn)行延伸。
19.如權(quán)利要求16所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼體的內(nèi)徑在從第二基準(zhǔn)平面到第三基準(zhǔn)平面的范圍內(nèi)沿著所述絕緣體的縱向增大，其中第三基準(zhǔn)平面被限定成平行于第一基準(zhǔn)平面并且與第一基準(zhǔn)表面相距一個(gè)3×T0的距離以進(jìn)行延伸。
20.如權(quán)利要求16所述的火花塞，其特征在于，所述中心電極具有貴金屬片，該金屬片的端部是中心電極的末端，所述中心電極的貴金屬片具有垂直于所述絕緣體的縱向的橫截面，其面積為0.07-0.40mm2。
21.如權(quán)利要求20所述的火花塞，其特征在于，所述中心電極的貴金屬片由Ir基合金來形成，該合金具有Ir，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Ir基合金的熔點(diǎn)大于2000攝氏度。
22.如權(quán)利要求21所述的火花塞，其特征在于，該至少一種添加物從Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re、Al、Al2O3、Y、Y2O3中選擇出來。
23.如權(quán)利要求16所述的火花塞，其特征在于，所述接地電極的頂部具有貴金屬片，該貴金屬片具有垂直于所述絕緣體的縱向的橫截面，其面積為0.12-0.80mm2，并且沿著所述絕緣體縱向的長(zhǎng)度為0.3-1.5mm，其中限定出下面尺寸大小關(guān)系G≥0.6mm。
24.如權(quán)利要求23所述的火花塞，其特征在于，所述接地電極的貴金屬片由Pt基合金來形成，該合金具有Pt，它的含量按重量百分比大于50％；及至少一種添加物；Pt基合金的熔點(diǎn)大于1500攝氏度。
25.如權(quán)利要求24所述的火花塞，其特征在于，該至少一種添加物從Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Re中選擇出來。
全文摘要
本發(fā)明的火花塞包括金屬殼體，它具有外徑為10mm或者更小或者等于12mm的螺紋部分、絕緣體、中心電極、及接地電極?；鸹ㄈ哂懈倪M(jìn)的結(jié)構(gòu)，在該改進(jìn)結(jié)構(gòu)中，絕緣體的端部向著從金屬殼體端部伸出的端部逐漸變細(xì)，該火花塞具有一些尺寸大小參數(shù)，這些參數(shù)包括火花塞內(nèi)的火花間隙的空間G；絕緣體端部的錐度，它用端部中的外徑差值(D－D0)來表示；及氣穴大小T0，該氣穴形成在火花塞中，這些參數(shù)中的每一個(gè)具有根據(jù)本發(fā)明人實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果所確定的有效范圍。該結(jié)構(gòu)可以確保火花塞具有高的絕緣性能和高的點(diǎn)火能力。
文檔編號(hào)H01T13/20GK1649223SQ200510006839
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者金生啟二, 岡部伸一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝