專利名稱：火花塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種組裝在內燃機中的用于對空氣燃料混合物進行點火的火花塞。
背景技術：
傳統(tǒng)地，在內燃機中使用火花塞用于點火?；鸹ㄈǔ０ㄖ行碾姌O；絕緣體， 其用于將中心電極保持在軸向孔中；金屬殼，其用于圍繞絕緣體的徑向外周以保持絕緣體； 以及接地電極，其具有被接合到金屬殼的一端部和另一端部，火花放電間隙形成在另一端 部和中心電極之間。此外，當在火花放電間隙中產生火花放電時，空氣燃料混合物被點火。近年來，為了獲得更高的發(fā)動機輸出功率，必須擴大設置在發(fā)動機中的進氣門和 排氣門的氣門直徑，以及必須確保更大的發(fā)動機用水套(water jacket)以改進水冷系統(tǒng)。 由于火花塞安裝于發(fā)動機的安裝空間變小，所以要求火花塞的直徑更小。然而，如果火花塞 的直徑變小，絕緣體和金屬殼之間的絕緣距離變窄。結果，火花塞不能在常規(guī)的火花放電間 隙中放電，并且易于產生從中心電極沿著絕緣體向金屬殼的側向火花。此外，在干積垢(dry fouling)狀態(tài)下，可能產生跳火(flashover)。這是由于沉積在絕緣體表面上的導電碳等 引起絕緣體和金屬殼之間的絕緣特性劣化。在這一情況下，必須通過提高絕緣體的前端溫 度以燒盡附著于絕緣體的碳從而確保任意回次的絕緣特性。因此，例如，已經提議火花塞滿足下面的公式(X+0. 3Y+Z) /G彡2，Yl (mm)彡1，W/ Z彡4，及1. 25 ^ Z(mm) ^ 1. 55，其中，X是絕緣體與中心電極在絕緣體的前端位置處的距 離，Y是在金屬殼的外側的絕緣體表面的沿面距離，Yl是絕緣體從金屬殼突出的突出量，Z 是氣穴間隙(pocket gap)，G是火花放電間隙的距離，并且W是金屬殼內的直到絕緣體和金 屬殼之間的距離為G以下的部位的絕緣體的表面的長度(例如參照專利文獻1)。該火花塞 在如下方面有優(yōu)勢通過分別限定組成部件中的上述各種距離，使得當火花塞沒有干積垢 時即使細徑的火花塞也能夠在常規(guī)的火花放電間隙中穩(wěn)定地放電，并且即使在火花塞已經 有干積垢并且已經發(fā)生例如側向火花和跳火等沿面放電的情況下也能夠確保點火性。專利文獻1 JP-A-2005-11651
發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題然而，即使能夠在火花塞已經有干積垢并且已經發(fā)生沿面放電的狀態(tài)下點火，如 同根據(jù)專利文獻1的火花塞的情況一樣，除非附著于絕緣體的碳能夠立即被燒盡，否則大 量的碳可能附著于絕緣體的表面。在這種情況下，由于直至所有的碳被燒盡需要相當多的 時間，將發(fā)生如下情況碳不能完全地從絕緣體去除。因此，存在不能期望恢復到獲得正常 的點火現(xiàn)象的狀態(tài)的問題。因此，要求能夠例如通過燒盡附著于絕緣體的碳而快速地從干 積垢狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)的方法。設計本發(fā)明以克服上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供能夠快速燒盡附著于絕緣 體的碳的火花塞。
用于解決問題的方案為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的火花塞包括中心電極，其沿軸線 方向延伸；絕緣體，其具有沿所述軸線方向延伸的軸向孔并且將所述中心電極保持在所 述軸向孔的內部的前端側；金屬殼，其用于圍繞所述絕緣體的外周而保持組件的所述絕 緣體，在所述組件中，所述中心電極被保持在所述絕緣體的軸向孔中；以及接地電極，其 包括一端部和另一端部，所述一端部被接合到所述金屬殼，火花放電間隙形成在所述另一 端部和所述中心電極之間，其中，滿足如下公式H彡1.8mm，并且滿足如下公式4. 02mm3 < Vi ^ 12. 51匪3 ；2. 10匪3彡Vc彡6. 42匪3 ；Vc/Vi彡1. 03 ；其中，H是所述絕緣體從所述金 屬殼的前端面沿所述軸線方向朝前端側突出的突出長度；Vi是所述絕緣體的與從所述絕 緣體的前端開始沿所述軸線方向朝所述絕緣體的后端延伸1. 5mm的范圍對應的部分的體 積；以及Vc是所述中心電極的與沿所述軸線方向的所述1. 5mm的范圍對應的部分的體積。在根據(jù)第二方面的火花塞中，除了第一方面中記載的本發(fā)明的構造外，還滿足如 下公式4· 22mm3 彡 Vi 彡 8. 77mm3 ；2. IOmm3 彡 Vc 彡 5. 36mm3 ；Vc/Vi 彡 0. 84。在根據(jù)第三方面的火花塞中，除了第一方面或第二方面中記載的本發(fā)明的構造 外，所述金屬殼包括位于所述金屬殼的外周面的安裝螺紋部，所述安裝螺紋部包括形成于 其上并且將被螺紋接合到內燃機的安裝螺紋孔的螺紋，并且所述安裝螺紋部的外徑的公稱 直徑為MlO以下。本發(fā)明的技術效果在本發(fā)明的根據(jù)第一方面的火花塞中，由于滿足如下公式H彡1.8mm，并且滿足 如下公式4. 02mm3 < Vi ^ 12. 51mm3 ；2. IOmm3 彡 Vc 彡 6. 42mm3 ；Vc/Vi ( 1. 03，因此，能夠 快速地提高絕緣體的溫度。通常認為，絕緣體的體積Vc越小，積碳的影響越大。然而，由于 點火部周圍的絕緣體溫度升高，絕緣體的耐久性劣化。在本發(fā)明中，通過使用具有良好積碳 恢復性的Vc的火花塞，通過評價發(fā)動機中的絕緣體的耐久性和中心電極的耐久性發(fā)現(xiàn)H、 Vi、Vc和Vc/Vi的優(yōu)化數(shù)值范圍。結果，由于能夠快速地提高絕緣體的溫度，所以能夠快速 地燒盡附著于絕緣體的碳。此外，由于碳被快速地燒盡，在防止如側向放電等沿面放電發(fā)生 方面和確保汽車運行所需的絕緣電阻方面顯示出極大地優(yōu)勢。另外，在本發(fā)明的根據(jù)第二方面的火花塞中，通過進一步限定第一方面中限定的 數(shù)值范圍，能夠快速地提高絕緣體的溫度。因此，能夠更快速地燒盡附著于絕緣體的碳。另外，在本發(fā)明的根據(jù)第三方面的火花塞中，除了本發(fā)明的根據(jù)第一方面或第二 方面的優(yōu)點之外，如果溫升性能已經提高的上述絕緣體被用于細徑的火花塞，在該火花塞 中，安裝螺紋部的螺紋的外徑的公稱直徑為MlO以下，那么即使金屬殼的內周面和絕緣體 的外周面之間的間隙窄，附著于絕緣體的碳也能夠快速地被燒盡。因此，由于能夠防止從中 心電極沿著絕緣體到金屬殼所產生的沿面放電的出現(xiàn)，所以能夠穩(wěn)定地確保空氣燃料混合 物的正常點火。


圖1是火花塞100的局部剖視圖；圖2是火花塞100的中心電極20的前端部22和前端部22附近的放大圖；圖3是示出絕緣體10的前端側體積Vi的位置和中心電極20的前端側體積Vc的
4位置的圖；圖4是示出實施例1的試驗區(qū)1的結果的表格圖5是示出實施例1的試驗區(qū)2的結果的表格圖6是示出實施例1的試驗區(qū)3的結果的表格圖7是示出實施例1的試驗區(qū)4的結果的表格圖8是示出實施例2的結果的表格；圖9是示出實施例3的結果的表格；以及圖10是示出實施例3的結果的曲線圖。附圖標記的說明
10 絕緣體
11 前端部
12 軸向孔
20 中心電極
22 前端部
30 接地電極
50 金屬殼
57 前端面
60 組件
90 電極頭
100I 火花塞H:絕緣體的突出量Vi 絕緣體的前端側體積
Vc 中心電極的前端側體積
具體實施例方式在下文中，參照附圖，將對體現(xiàn)本發(fā)明的火花塞的實施方式進行說明。首先，參照 圖1和圖2，將對火花塞的結構的示例進行說明。圖1是火花塞100的局部剖視圖；圖2是 火花塞100的中心電極20的前端部22和前端部22附近的放大圖。應當注意，在圖1中， 通過如下假定來進行說明火花塞100的軸線0方向是圖中的上下方向，并且下側是火花塞 100的前端側，上側是火花塞100的后端側。如圖1所示，火花塞100包括絕緣體10 ；金屬殼50，其用于保持所述絕緣體10 ； 中心電極20，其被沿軸線0方向保持在絕緣體10中；接地電極30，其具有被焊接于金屬殼 50的前端面57的基部32，并且接地電極30的前端部31的一個側表面與中心電極20的前 端部22相對；以及金屬端子40，其被設置在絕緣體10的后端部。首先，將對絕緣體10進行說明。如通常所知的那樣，絕緣體10由燒結氧化鋁等形 成并且呈筒狀，在絕緣體10的軸心形成沿軸線0方向延伸的軸向孔12。具有最大外徑的凸 緣部19形成于軸線0方向的大致中央，并且后端側筒部(barrel portion) 18形成于絕緣 體的基端側(圖1中的上側)。具有比后端側筒部18的外徑小的外徑的前端側筒部17形 成于凸緣部19的前端側(圖1中的下側)。此外，具有比前端側筒部17的外徑小的外徑的長腿部13形成于前端側筒部17的前側。長腿部13的直徑朝向前端側逐漸減小，并且當 火花塞100被安裝于內燃機的氣缸蓋200時，長腿部13暴露于內燃機的燃燒室的內部。另 外，在長腿部13和前端側筒部17之間的部位形成臺階部15。接著，將對中心電極20進行說明。如圖2所示，中心電極20是具有如下結構的棒 狀電極芯材25被埋設到由鎳或者如INC0NEL(商標名)600或者601等含鎳作為主成分的 合金形成的電極母材21中，芯材25由導熱性優(yōu)于電極母材21的銅或者含銅作為主成分的 合金形成。通常，通過將芯材25填充到形成為帶底的筒狀的電極母材21中并且通過從底 側擠壓而延伸電極母材21來制備中心電極20。芯材25在其柱體部處具有大致固定的外 徑，但是在其前端側呈錐狀。另外，中心電極20的前端部22從絕緣體10的前端部11突出并且形成為直徑朝 向前端側逐漸變小。由貴金屬形成的電極頭90被焊接到前端部22的前端面以提高耐火花 消耗性。以對準中心電極20的前端部22與電極頭90之間的配合面的狀態(tài)，由激光焊接圍 繞外周面接合這兩個構件。此外，由于兩種材料都被激光照射熔融并且混合，因此電極頭90 和中心電極20被牢固地接合。另外，中心電極20在軸向孔12的內部向后端側延伸并且通過密封體4和陶瓷電 阻器3(見圖1)被電連接到后側(圖1中的上側)的金屬端子40。高壓電纜(未示出)經 由插頭(plug cap)(未示出)被連接到金屬端子40，并且高電壓被施加到金屬端子40。這 里，中心電極20保持在絕緣體10的軸向孔12中的組件將被稱為組件(subassembly) 60 (參 照圖2和圖3)。接著，將對接地電極30進行說明。接地電極30由高耐腐蝕性的金屬形成，作為示 例，使用如INC0NEL (商標名)600或者601的鎳合金。對于該接地電極30，在其長度方向上 的橫截面具有大致矩形的形狀，并且接地電極的基部32被接合到金屬殼50的前端面57。 此外，接地電極30的前端部31被彎曲成使得接地電極的該端部的一個側面與中心電極20 的前端部22相對。接著，將對金屬殼50進行說明。圖1中所示的金屬殼50是用于將火花塞100固 定到內燃機的氣缸蓋200的筒狀配件，金屬殼50在其內部以包圍絕緣體10的從后端側筒 部18的一部分延伸到長腿部13的部位的方式保持絕緣體10。金屬殼50由低碳鋼制成，并 且具有與未示出的火花塞扳手接合的工具接合部51和形成有螺紋的安裝螺紋部52，安裝 螺紋部52的螺紋將被旋入內燃機的氣缸蓋200的安裝螺紋孔201中。此外，凸緣狀密封部54被形成在金屬殼50的工具接合部51和安裝螺紋部52之 間。通過彎曲板體而形成的環(huán)狀墊圈5被裝配于安裝螺紋部52和密封部54之間的螺紋頸 59。墊圈5通過密封部54的座面55和安裝螺紋孔201的開口周緣部205之間的擠壓而塌 陷變形，并且墊圈5密封座面55和開口周緣部205之間的間隙，以由此防止空氣經由安裝 螺紋孔201從發(fā)動機泄漏。此外，薄壁彎邊部53被設置在金屬殼50的工具接合部51的后端側。與彎邊部53 類似的薄壁的彎曲部(buckling portion) 58被設置在密封部54和工具接合部51之間。此 外，環(huán)狀圈構件6和7從工具接合部51到彎邊部53介于金屬殼50的內周面和絕緣體10的 后端側筒部18的外周面之間，并且滑石9的粉末被填充在環(huán)狀圈構件6和7之間。通過向 內彎曲彎邊部53以使彎邊部53彎邊，絕緣體10經由圈構件6、7和滑石9在金屬殼50的內部被向前端側擠壓。結果，絕緣體10的臺階部15經由環(huán)形板狀密封件8被臺階部56支撐，該臺階部 56形成于安裝螺紋部52的金屬殼50的內周上的位置，由此使金屬殼50和絕緣體10 —體 化。此時，由板狀密封件8來保持金屬殼50和絕緣體10之間的氣密性，從而防止燃燒氣體 流出。此外，在彎邊時，由于壓縮力的施加使彎曲部58向外彎曲變形，并且通過增大滑石9 的沿軸線0方向的壓縮長度而增強金屬殼50內部的氣密性。利用具有上述結構的火花塞100，當碳附著在絕緣體10的前端側的表面上并且呈 干積垢狀態(tài)(dry fouling state)時，絕緣電阻值降低，并且點火線圈所產生的電壓降低。 如果所產生的電壓比火花塞所需的電壓(火花間隙中的火花放電所需的電壓)低，火花放 電失敗，將導致失火(misfiring)。為了防止上述失火，絕緣體10的前端溫度被提高到大 約450°C，這使得能夠燒盡附著于絕緣體10的碳，從而能夠防止失火，該現(xiàn)象被稱為“自清 潔(self-cleaning)，，。通過快速地進行該自清潔，能夠實現(xiàn)從干積垢狀態(tài)到能夠獲得正常的點火性能的 狀態(tài)的恢復。此外，為了快速地進行自清潔，必須提高絕緣體10的前端溫度。因此，在該實 施方式中，為了提高絕緣體10的前端側的溫升性能，分別限定絕緣體10的前端側的突出量 (下面說明的H)、絕緣體10的前端側的體積(下面說明的Vi)以及中心電極20的前端側 的體積(下面說明的Vc)。接著，參照圖2和圖3，將對限定火花塞100的參數(shù)進行說明。圖3是示出絕緣體 10的前端側體積Vi的位置和中心電極20的前端側體積Vc的位置的圖。如圖2和圖3所 示，首先，絕緣體10從金屬殼的前端面57沿軸線0方向向前端側突出的突出量(長度)被 設定為H(mm)。假定平面P(由雙點劃線P-P示出的截面)，該平面P經過沿軸線0方向向 后端側離開絕緣體10的前端1. 5mm的位置并且垂直于軸線0。組件沿著該平面P被截取。 此時假定絕緣體10的沿著平面P被截去的前端側的體積為Vi (mm3)。此外，假定中心電極 20的沿著平面P被截去的前端側的體積為Vc (mm3)。此外，由如下數(shù)值范圍來限定這些參數(shù)。應當注意，下面限定的數(shù)值范圍源于稍后 將說明的各種試驗結果。H ^ 1. 8mm4. 02mm3 < Vi ^ 12. 51mm32. IOmm3 ^ Vc ^ 6. 42mm3Vc/Vi 彡 1. 03更優(yōu)選地，由如下數(shù)值范圍來限定這些參數(shù)。H ^ 1. 8mm4. 22mm3 彡 Vi 彡 8. 77mm32. IOmm3 彡 Vc 彡 5. 36mm3Vc/Vi 彡 0. 84當由上述各數(shù)值范圍來限定這些參數(shù)時，能夠提高絕緣體10的前端側的溫升性 能。例如，絕緣體10的突出量H越小，暴露到燃燒室的部分越小，于是絕緣體10的前端的 溫度不能充分地升高。在這種情況中，附著于絕緣體10的碳不能快速地被燒盡。因此，由 于正常放電失敗導致的異常燃燒的發(fā)生率變高。因此，在該實施方式中，H被限定為1.8mm
7以上。結果，由于絕緣體10的前端側充分地暴露到燃燒室，使得絕緣體10的前端溫度易于 升高。因此，能夠提高絕緣體10的溫升性能。此外，絕緣體10的前端側體積Vi越小，使得前端溫度越容易升高，于是附著于絕 緣體10的碳能夠被快速地燒盡。然而，如果使Vi過度小，點火部周圍的絕緣體溫度升高， 則存在絕緣體承受貫穿破裂(penetration fracture)的可能性。另一方面，如果使前端 側體積Vi大，則前端溫度變得難以升高。因此，在該實施方式中，進行如下限定4.02mm3 < Vi≤12. 51mm3 (優(yōu)選為8. 77mm3)。結果，能夠維持絕緣體10的溫升性能并且防止絕緣 體10的貫穿破裂的問題。此外，如果使中心電極20的前端側體積Vc過度小，則焊接到中心電極20的 前端部22的電極頭90的耐久性急劇地劣化。因此，在該實施方式中，進行如下限定 2. 10mm3 ≤ Vc ≤6. 42mm3 (優(yōu)選為5. 36mm3)。結果，能夠維持絕緣體10的溫升性能并且保 持電極頭90的耐久性。也就是說，能夠防止電極頭90的磨損。如果上述溫升特性已改善的絕緣體和中心電極用于細徑火花塞，在該火花塞中安 裝螺紋部的螺紋的外徑按照公稱直徑在MlO以下，即使金屬殼50的內周面和絕緣體10的 外周面之間的間隙窄，附著于絕緣體10的碳也能夠被快速地燒盡。因此，由于能夠防止從 中心電極20沿著絕緣體向金屬殼50產生的側向火花(side spark)的出現(xiàn)，所以能夠穩(wěn)定 地確?？諝馊剂匣旌衔锏恼｜c火。接著，將對用于證明本發(fā)明中限定的各參數(shù)的數(shù)值范圍的三個評價試驗進行說 明。在實施例1中，將對積碳的恢復性試驗進行說明。在實施例2中，將對絕緣體的耐電壓 試驗進行說明。在實施例3中，將對中心電極的電極頭的耐久性試驗進行說明。應當注意， 在下面的說明中，通過將絕緣體的突出量簡稱為“H”，絕緣體的前端側體積簡稱為“Vi”，并 且中心電極的前端側體積簡稱為“Vc”進行說明。實施例1在實施例1中，檢驗H、Vi和Vc對積碳的恢復性的影響。首先，在該試驗中，提供 絕緣體的H不同的四個試驗區(qū)。并且提供了如下設定對于試驗區(qū)1，H = 0. 8mm ；對于試驗 區(qū)2，H = 1. 8mm ；對于試驗區(qū)3，H = 2. 8mm以及對于試驗區(qū)4，H = 3. 8mm。分別制備用于 各試驗區(qū)的多個火花塞，該多個火花塞對于每個試驗區(qū)滿足H的設定，并且Vi和Vc分別適 當?shù)刈兓?。接著，將對試驗條件進行說明。首先，基于JIS D 1606的干積垢試驗使火花塞干 積垢以制備絕緣電阻值為100Ω的火花塞。接著，具有調整后的絕緣電阻值的各火花塞被 安裝于工作臺上的發(fā)動機中，并且在發(fā)動機速度為3000rpm且進氣壓力為_30Mpa的條件下 被保持2分鐘。接著，發(fā)動機被設定在空轉狀態(tài)，測量30秒內的側向火花的發(fā)生率。應當 注意，在該試驗中使用的發(fā)動機是2L四缸發(fā)動機。在這些試驗條件下，對每個試驗區(qū)的前 述火花塞的樣品進行評價。應當注意，基于側向火花的發(fā)生率進行三級(stage)評價，也就 是，沒有側向火花發(fā)生的樣品被評價為“〇”，低于5%的樣品被評價為“Δ”，5%以上的樣品 被評價為“X”。將參照圖4對試驗區(qū)1的結果進行說明。圖4是示出實施例1的試驗區(qū)1的結果 的表格。在試驗區(qū)1中，對19個樣品進行評價(樣品序號1-1到1-19)，在這些樣品中，H =0. 8mm, Vi在3. 91至13. 63 (mm3)的范圍內適當?shù)刈兓?，Vc在2. 10至6. 98 (mm3)的范圍內適當?shù)刈兓?。如表格中所示，所?9個樣品都被評價為“ X ”。將參照圖5對試驗區(qū)2的結果進行說明。圖5是示出實施例1的試驗區(qū)2的結果 的表格。在試驗區(qū)2中，對22個樣品進行評價(樣品序號2-1到2-22)，在這些樣品中，H =1. 8謹，Vi在1. 74至16. 51 (謹3)的范圍內適當?shù)刈兓?，Vc在2. 10至8. 17 (謹3)的范圍 內適當?shù)刈兓?。應當注意，在示出試驗區(qū)2的結果的表格中，為了便于對具有不同評價結果 的樣品進行對比討論，從頂部起按照被評價為“ X，，的樣品、被評價為“Δ”的樣品和被評價 為“〇”的樣品的順序依次排列這些樣品。如表格中所示，在22個樣品中，有8個樣品被評價為“Δ”并且6個樣品被評價為 “〇”。對于與“〇”或者“Δ”對應的樣品的各參數(shù)的范圍，Vi在4. 02至12. 51 (mm3)的范圍 內，Vc在2. 10至6. 42 (mm3)的范圍內，并且Vc/Vi在0. 28至1.03的范圍內。對于僅與“〇” 對應的樣品的各參數(shù)的范圍，Vi在4. 02至8. 77 (mm3)的范圍內，Vc在2. 10至5. 36 (mm3)的 范圍內，并且Vc/Vi在0. 40至0. 84的范圍內。將參照圖6對試驗區(qū)3的結果進行說明。圖6是示出實施例1的試驗區(qū)3的結果 的表格。在試驗區(qū)3中，對13個樣品進行評價(樣品序號3-1到3-13)，在這些樣品中H =
2.8mm, Vi在4. 02至13. 63 (mm3)的范圍內適當?shù)刈兓?，Vc在2. 10至6. 98 (mm3)的范圍內 適當?shù)刈兓?。應當注意，在示出試驗區(qū)3的結果的表格中，為了便于對具有不同評價結果的 樣品進行對比討論，也從頂部起按照被評價為“ X，，的樣品、被評價為“Δ”的樣品和被評價 為“〇”的樣品的順序依次排列這些樣品。如表格中所示，在13個樣品中，有6個樣品被評價為“Δ”并且4個樣品被評價為 “〇”。對于與“〇”或者“Δ”對應的樣品的各參數(shù)的范圍，Vi在4. 02至12. 51 (mm3)的范圍 內，Vc在2. 10至6. 42 (mm3)的范圍內，并且Vc/Vi在0. 28至1.03的范圍內。對于僅與“〇” 對應的樣品的各參數(shù)的范圍，Vi在4. 02至8. 77 (mm3)的范圍內，Vc在2. 10至5. 36 (mm3)的 范圍內，并且Vc/Vi在0. 40至0. 84的范圍內。將參照圖7對試驗區(qū)4的結果進行說明。圖7是示出實施例1的試驗區(qū)4的結果 的表格。在試驗區(qū)4中，對13個樣品進行評價(樣品序號4-1到4-13)，在這些樣品中H =
3.8mm, Vi在4. 02至13. 63 (mm3)的范圍內適當?shù)刈兓?，Vc在2. 10至6. 98 (mm3)的范圍內 適當?shù)刈兓?。應當注意，在示出試驗區(qū)4的結果的表格中，為了便于對具有不同評價結果的 樣品進行對比討論，也從頂部起按照被評價為“ X，，的樣品、被評價為“Δ”的樣品和被評價 為“〇”的樣品的順序依次排列這些樣品。如表格中所示，在13個樣品中，有6個樣品被評價為“Δ”并且4個樣品被評價為 “〇”。對于與“〇”或者“Δ”對應的樣品的各參數(shù)的范圍，Vi在4. 02至12. 51 (mm3)的范圍 內，Vc在2. 10至6. 42 (mm3)的范圍內，并且Vc/Vi在0. 28至1.03的范圍內。對于僅與“〇” 對應的樣品的各參數(shù)的范圍，Vi在4. 02至8. 77 (mm3)的范圍內，Vc在2. 10至5. 36 (mm3)的 范圍內，并且Vc/Vi在0. 40至0. 84的范圍內。接著，將概括實施例1的結果。在實施例1的試驗區(qū)1至4的各結果中，如果考慮 “〇”和“Δ”的范圍，由下面的數(shù)值范圍限定H、Vi、Vc以及Vc/Vi H ^ 1. 8mm4. 02mm3 ^ Vi ^ 12. 51mm32. IOmm3 彡 Vc 彡 6. 42mm3
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Vc/Vi 彡 1. 03應當注意，如果僅考慮“〇”的范圍，由下面的數(shù)值范圍限定這些參數(shù)。H ^ 1. 8mm4. 22mm3 彡 Vi 彡 8. 77mm32. IOmm3 ^ Vc ^ 5. 36mm3Vc/Vi 彡 0. 84實施例2在實施例2中，在實施例1限定的數(shù)值范圍中進行絕緣體的耐電壓試驗。首先，將 實施例1中滿足H和Vi的各范圍并且在積垢(污損)時恢復性良好的火花塞制備為樣品。 具體地，通過設定三類H :1. 8、2. 8和3. 8 (mm)，并且在2. 47至12. 51 (mm3)的范圍內適當?shù)?變化Vi，制作23個樣品。應當注意，由于考慮電極磨損將火花放電間隙調整為1.3mm。接著，將對試驗條件進行說明，對于發(fā)動機，使用660cc三缸渦輪增壓發(fā)動機。對 于試驗模式，該模式由1分鐘空轉(800rpm)和3分鐘節(jié)氣門全開(wide open throttle) 組成，并且重復該模式10小時。接著，對于10小時后的各樣品，評價積垢的恢復性，并且評 價絕緣體的耐電壓性。應當注意，以“〇”、“Δ”和“ X ”的方式進行積垢的恢復性評價。對 于絕緣體的耐電壓性，在絕緣體中發(fā)生貫穿破裂的情況被評價為“ X ”，并且未發(fā)生貫穿破 裂的情況被評價為“〇”。接著，將參照圖8對耐電壓試驗的結果進行說明。圖8是示出實施例2的結果的 表格。對于積垢恢復性，無論H如何，Vi為12.51(mm3)的三個樣品(樣品序號21，22和 23)分別是“Δ”，而其它樣品均為“〇”，并且沒有樣品為“X”。同時，對于絕緣體的貫穿破 裂的有無，無論H如何，Vi在2. 47至4. 02 (mm3)范圍內的樣品均為“ X ”，而Vi在4. 22至 12. 51 (mm3)范圍內的樣品均為“〇”。接著，將概括實施例2的結果。在實施例2的結果被反映在實施例1限定的數(shù)值 范圍的情況下，由于貫穿破裂發(fā)生在Vi = 4. 02 (mm3)的樣品的絕緣體中，所以Vi必須超過 4. 02。因此，實施例1中限定的數(shù)值范圍進一步被進行如下限定4. 02mm3 < Vi ^ 12. 51 (優(yōu)先為 8. 77) mm3實施例3在實施例3中，檢驗Vc對焊接到中心電極的前端部的電極頭的耐久性的影響。在 電極頭的耐久性試驗中，計算對安裝于發(fā)動機的火花塞進行耐久性試驗100小時之后電極 頭的殘存率。這里，術語“殘存率”是指電極頭的不包括熔融部的部分的殘存率，并且由如 下公式計算殘存率=(耐久性試驗后的電極頭的體積)/(耐久性試驗前的電極頭的體積)應當注意，術語“電極頭的體積”是指電極頭的不包括熔融部的部分的體積。接著，將對試驗條件進行說明。對于發(fā)動機，使用2L四缸發(fā)動機，接著，在 W0T(5000rpm)下持續(xù)進行100小時的耐久性試驗，并且計算耐久性試驗之后的電極頭的殘 存率。對于電極頭，研究兩種類型的電極頭，即，一種由銥(Ir)合金制成和另一種由鉬(Pt) 合金制成。接著，通過在0.64至8. 17 (mm3)的范圍內適當?shù)刈兓附佑羞@兩種電極頭的中 心電極的Vc。12個設置有由銥合金制成的電極頭的火花塞和12個設置有由鉬合金制成的 電極頭的火花塞作為樣品被制備。
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接著，將參照圖9和圖10對耐久性試驗結果進行說明。圖9是示出實施例3的結 果的表格，并且圖10是示出實施例3的結果的曲線圖。首先，將開始討論由銥合金制成的 電極頭。當Vc在0.64mm3至1.52mm3的范圍時，殘存率從22%逐漸地增加到49%。接著， 當Vc超過1. 52mm3時，殘存率急劇地增加，并且當Vc為1. 79mm3時，殘存率在一次行程中增 加到90%。隨后，殘存率變?yōu)?8%。同時，對于由鉬合金制成的電極頭也得到類似的結果。 也就是說，當Vc在0. 64mm3至1. 52mm3的范圍時，殘存率從56%逐漸地增加到70%。接著， 當Vc超過1. 52mm3時，殘存率急劇增加，并且當Vc為1. 79mm3時，殘存率在一次行程中增加 到85%。隨后，殘存率變?yōu)?3%。接著，將概括實施例3的結果。在由銥合金制成和由鉬合金制成的電極頭中，當Vc 為1. 79mm3或者更高時，電極頭的殘存率急劇變高。因此，如果Vc為1. 79mm3或者更高，能夠 保持電極頭的耐久性，由此，證明在實施例1中限定的Vc的數(shù)值范圍的下限(Vc = 2. IOmm3) 滿足該條件?；谇懊娴膶嵤├?至實施例3的結果，證明了能夠由下面的數(shù)值范圍限定H、Vi、 Vc 禾口 Vc/Vi。1.8mm4. 02mm3 < Vi ^ 12. 51 (優(yōu)選為 8. 77) mm32. IOmm3 彡 Vc 彡 6· 42 (優(yōu)選為 5. 36) mm3Vc/Vi 彡 1· 03 (優(yōu)選為 0. 84)應當注意，Vc/Vi的下限是由Vc的下限和Vi的下限自動地確定的值。如上所述，對于根據(jù)該實施方式的火花塞100，為了提高絕緣體10的前端側的溫 升性能，分別限定絕緣體10的突出量H(mm)，絕緣體10的前端側體積Vi (mm3)以及中心電 極20的前端側體積Vc (mm3)。結果，能夠在保持絕緣體10的耐電壓性和中心電極20的耐 久性的同時提高積碳的恢復性。此外，由于積碳的恢復性提高，能夠防止從中心電極20沿 著絕緣體10向金屬殼50產生的側向火花的出現(xiàn)，由此能夠穩(wěn)定地確?？諝馊剂匣旌衔锏?正常點火。應當注意，毋庸贅言，本發(fā)明能夠進行各種變型，例如，雖然已經說明了構成中心 電極20的電極母材21和芯材25分別地由鎳或者含鎳作為主成分的合金以及由銅或者含 銅作為主成分的合金制成，但是也可以使用其它金屬，能夠采用耐火花消耗性優(yōu)異的金屬 (如鐵合金)與導熱性優(yōu)于電極母材21的金屬(如銀合金)的組合。雖然已經參照具體實施方式
詳細說明了本發(fā)明。顯然，本領域技術人員能夠在不 背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進行各種變型和修改。本申請基于2008年3月21日提交的日本專利申請(日本專利申請 No. 2008-72731)，其內容通過引用的方式包含于此。
權利要求
一種火花塞，該火花塞包括中心電極，其沿軸線方向延伸；絕緣體，其具有沿所述軸線方向延伸的軸向孔并且將所述中心電極保持在所述軸向孔的內部的前端側；金屬殼，其用于圍繞所述絕緣體的外周而保持組件的所述絕緣體，在所述組件中，所述中心電極被保持在所述絕緣體的軸向孔中；以及接地電極，其包括一端部和另一端部，所述一端部被接合到所述金屬殼，火花放電間隙形成在所述另一端部和所述中心電極之間，其中，滿足如下公式H≥1.8mm，并且滿足如下公式4.02mm3＜Vi≤12.51mm3；2.10mm3≤Vc≤6.42mm3；Vc/Vi≤1.03；其中，H是所述絕緣體從所述金屬殼的前端面沿所述軸線方向朝前端側突出的突出長度；Vi是所述絕緣體的與從所述絕緣體的前端開始沿所述軸線方向朝所述絕緣體的后端延伸1.5mm的范圍對應的部分的體積；以及Vc是所述中心電極的與沿所述軸線方向的所述1.5mm的范圍對應的部分的體積。
2.IOmm3 彡 Vc 彡 5. 36mm3 ； Vc/Vi 彡 0. 84。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述金屬殼包括位于所述金屬殼的外周面的安裝螺紋部，所述安裝螺紋部包括形成于 其上并且將被螺紋接合到內燃機的安裝螺紋孔的螺紋，并且 所述安裝螺紋部的外徑的公稱直徑為MlO以下。
全文摘要
提供一種能夠快速地燒盡附著于絕緣體的碳的火花塞。對于該火花塞，為了提高絕緣體(10)的前端側的溫升性能，分別限定絕緣體(10)的突出量H(mm)、絕緣體(10)的前端側體積Vi(mm3)、中心電極(20)的前端側體積Vc(mm3)。結果，能夠在保持絕緣體(10)的耐電壓性和中心電極(20)的耐久性的同時提高積碳的恢復性。另外，由于積碳的恢復性提高，能夠防止從中心電極(20)沿著絕緣體(10)向金屬殼(50)產生的側向火花的出現(xiàn)，因此，能夠穩(wěn)定地確?？諝馊剂匣旌衔锏恼｜c火。
文檔編號H01T13/20GK101978566SQ20098011024
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權日2008年3月21日
發(fā)明者加藤友聰, 鈴木彰 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社