CN101874331B

CN101874331B - 火花塞

Info

Publication number: CN101874331B
Application number: CN2008801177711A
Authority: CN
Inventors: 弓野次郎; 铃木彰; 伴谦治
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: EP2216862A4; KR20100086491A; WO2009069796A1; KR101483817B1; EP2216862A1; US8115371B2; CN101874331A; JPWO2009069796A1; EP2216862B1; JP5167257B2; US20100314987A1

Abstract

一种如下的火花塞：使绝缘构件的前端部从金属壳的前端面突出2mm或更大，且绝缘构件的位于从绝缘构件的前端起到朝后端相距1mm的位置为止的范围内的部位的体积为11mm³或更小。当假设绝缘构件的前端面和所说轴向孔的侧面相交的角部为位置PA，中心电极上的从位置PA到轴向孔中的中心电极的直线距离最短的位置为位置PB，从绝缘构件的前端面起沿着绝缘构件的表面，绝缘构件首先接触金属壳的位置为位置PC，以及绝缘构件上的当将连接位置PB和位置PC的直线BC朝向轴线的外侧平行移动、该直线BC与绝缘构件的表面相切时的位置为位置PD，直线BC平行移动而接触位置PD时的平行移动量E为0.75mm或更大。根据这种方式构造的火花塞，即使火花塞的形状小，也能有效抑制横向火花和内部火花的发生。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种组装在内燃机中用于对燃料混合物点火的火花塞。

背景技术

传统地，在内燃机中，使用火花塞来对燃料混合物点火。如图21所示，一般的火花塞21包括：中心电极；在轴向孔中保持中心电极的绝缘构件；包围绝缘构件的外周以保持绝缘构件的金属壳；以及接地电极，该接地电极在近端部被接合到金属壳，并且该接地电极在远端部与中心电极形成火花间隙。燃料混合物被火花间隙中产生的火花放电点火。尽管图21中示出的火花塞的形式是所谓的突出式，除此之外，还存在倾斜式(slanttype)和半沿面式(semi-creeping type)(参考特开平6-176849号公报)。

近年来，需要扩大吸气阀和排气阀的阀直径，以增大内燃机的输出功率。还需要在以这种方式增大了输出功率的内燃机上配备更大的水套，从而以良好的效率冷却发动机。然而，随着这些对策的实施，由于用于安装将被安装在内燃机中的火花塞的空间变小，当前需要直径更小的火花塞。

然而，如果单纯地减小火花塞的直径，绝缘构件和金属壳之间的绝缘距离变窄。因此，根据积碳在绝缘构件上的积累状况，产生横向火花或内部火花，横向火花从中心电极经由绝缘体向金属壳发生，内部火花从中心电极经由绝缘体和金属壳之间的间隙向金属壳发生(参考图21)。在频繁地发生横向火花和内部火花时，以正常的火花间隙放电的频率降低，产生了燃料混合物的点火性的问题。

关于这些问题，例如，日本特开2006-49207号公报公开了用于抑制横向火花的火花塞：在该火花塞中，绝缘构件的前端的外径以从前端侧朝向后端侧逐渐增大的方式形成，且从绝缘构件前端到从前端向后0.1mm的位置的体积为0.38mm³或者更小。日本特开2000-243535号公报公开的火花塞包括具有高熔点金属头的中心电极，其中，绝缘构件的位于与金属壳的前端面对应的部位的厚度为1.1mm以上，此外，中心电极的位于与绝缘构件的前端对应的部位的外径为1.4mm～2.0mm。

发明内容

鉴于上述问题，本发明要解决的问题在于如何提供一种与现有技术的观点不同的即使利用小直径结构也能够有效地抑制横向火花和内部火花的火花塞。

为了解决至少部分上述问题，本发明的一个方面的火花塞的构造如下。也就是，火花塞包括：棒状的中心电极；大致筒状的绝缘构件，其具有沿着所述中心电极的轴线的方向延伸的轴向孔并且以使所述中心电极的前端部露出的方式将所述中心电极保持在所述轴向孔中；大致筒状的金属壳，其被设置在所述绝缘构件的外周上；以及接地电极，其被接合到所述金属壳的前端面，并且在所述接地电极与所述中心电极的前端部之间形成火花间隙，其中，所述绝缘构件的前端部从所述金属壳的前端面突出2mm或更大，且所述绝缘构件的位于从所述绝缘构件的前端起到朝后端相距1mm的位置为止的范围内的部位的体积为11mm³或更小；并且其中，当假设在所述火花塞的经过所述轴线的截面中：所述绝缘构件的前端面和所述轴向孔的侧面相交的角部为位置PA，所述中心电极上的从所述位置PA到所述轴向孔中的所述中心电极的直线距离最短的位置为位置PB，从所述绝缘构件的前端面起沿着所述绝缘构件的表面，所述绝缘构件首先接触所述金属壳的位置为位置PC，并且所述绝缘构件上的当将连接所述位置PB和所述位置PC的直线BC朝向所述轴线的外侧平行移动、所述直线BC与所述绝缘构件的表面相切时的位置为位置PD时，所述直线BC平行移动而接触所述位置PD时的平行移动量E为0.75mm或更大。

在如上所述形成的火花塞中，绝缘构件的前端部从金属壳的前端面突出2mm或更大，且绝缘构件的位于从绝缘构件的前端起到朝后端相距1mm的位置为止的范围内的部位的体积为11mm³或更小。根据以这种方式形成的火花塞，由于绝缘构件的前端部的温度能够快速地增大，因此能快速地燃烧掉构成横向火花成因的碳。因此，即使使用直径比标准火花塞的直径小的火花塞，也能够有效地抑制横向火花的产生。此外，在如上所述形成的火花塞中，使平行移动量E为0.75mm或更大，能够确保火花塞的外周的突出量。因此，能够抑制从中心电极到绝缘构件和金属壳之间的间隙的内部火花的产生。尽管位置PC是绝缘构件从该绝缘构件的前端面起沿着绝缘构件的表面首先接触金属壳的位置，但是金属壳的概念应当理解为包括如与金属壳电连通的填充物等的金属构件。仅仅是出于将给予附图标记的位置与其它位置区分开的方便而给出附图标记PA、PB、PC、PD等，因此这些位置可以用其它方式表示。

在上述方面的火花塞中，在所述中心电极的前端部形成比所述中心电极的前端部的直径小的小径部，并且所述中心电极的前端部的直径R1和所述小径部的直径R2具有以下关系：0.75≤R2/R1≤0.95。此外，在上述方面的火花塞中，在所述小径部和所述绝缘构件之间形成的间隔距所述绝缘构件的前端面的深度为0.5mm～2.0mm。

根据以这种方式形成的火花塞，由于能够快速地增大绝缘构件的前端部的温度，因此能够有效抑制横向火花。

在上述方面的火花塞中，所述绝缘构件的前端部和所述金属壳的前端部被设置成在与所述金属壳的前端面对应的位置提供预定的间隔，以及所述间隔的尺寸是在所述接地电极和所述中心电极之间形成的火花间隙的尺寸的0.8倍到1.3倍。

根据这种形式，由于绝缘构件和金属壳之间的间隙和火花间隙的尺寸可以被设定成最佳比例，因此即使使用具有小直径的火花塞，也能够确保与具有标准直径的火花塞的点火性能相当或更好的点火性能。此外，根据该比例，即使在火花塞的直径减小的情况下，金属壳和接地电极的厚度也不必比所需的更薄。由此，即使在火花塞的直径减小的情况下，也能够确保火花塞的强度。

在上述方面的火花塞中，火花间隙的尺寸可以被设定成0.6mm～1.2mm。根据这种形式，能够在确保点火性能的同时确保绝缘构件的前端部和金属壳的前端部之间的足够间隔。

在上述方面的火花塞中，所述绝缘构件在从所述绝缘构件的前端朝向后端1mm的位置的厚度为0.7mm或更大。根据这种形式，能够有效地抑制在无积碳的情况下易于发生的内部火花。

在上述方面的火花塞中，所述中心电极在与所述金属壳的前端面对应的位置的外径为1.2mm～2.1mm。根据以这种方式形成的中心电极，可以有助于实现直径比标准火花塞的直径小的火花塞。

在上述方面的火花塞中，贵金属电极头被设置在所述中心电极的前端部和/或所述接地电极的远端部上。根据这种形式，能够改善火花塞的点火性能。

在上述方面的火花塞中，所述中心电极的前端部和所述接地电极的远端部在所述中心电极的轴线上彼此面对。此外，在上述方面的火花塞中，所述中心电极的前端部和所述接地电极的远端部在所述中心电极的轴线外侧彼此面对。

在如上述方面的火花塞中，所述金属壳在其一部分包括安装部，所述安装部具有用于将所述火花塞安装于内燃机的螺纹部；以及所述安装部的螺纹部为M10或M12。根据这种形式可以通过在现有指定尺寸中选择来提供直径比标准尺寸M14的火花塞直径小的火花塞。

附图说明

图1是火花塞100的局部截面图。

图2是中心电极20的前端部22附近的放大图。

图3是示出中心电极20的前端部22附近的各部分的尺寸的图。

图4是示出中心电极20的前端部22附近的各部分的尺寸的图。

图5是示出第一实施例的评价实验的结果的图。

图6是示出第二实施例中制备的样品的尺寸的表。

图7是示出在进行熏烧污损实验时横向火花发生率的图。

图8是示出第三实施例的评价实验的结果的图。

图9是示出第四实施例的评价实验的结果的图。

图10是示出第五实施例的评价实验的结果的图。

图11是示出第五实施例的评价实验的结果的图。

图12是示出第六实施例的评价实验的结果的图。

图13是示出第六实施例的评价实验的结果的图。

图14是示出电极头的安装位置的另一种形式的说明图。

图15是示出电极头的安装位置的另一种形式的说明图。

图16是示出电极头的安装位置的另一种形式的说明图。

图17是示出接地电极30的截面形状的说明图。

图18是示出接地电极30的另一种截面形状的说明图。

图19是示出接地电极30的另一种截面形状的说明图。

图20是示出接地电极30的远端部和中心电极20的前端部之间的位置关系的变化例的说明图。

图21是示出横向火花和内部火花的概念的说明图。

具体实施方式

下面，将参照附图说明作为本发明的具体实施方式的火花塞的实施方式。将以下列顺序对火花塞的实施方式进行说明：

A 火花塞的构造；

B 各部位的尺寸；

C 实施例；

D 变化例。

A 火花塞的构造

图1是火花塞100的局部截面图，图2是火花塞100的中心电极20的前端部22附近的放大图。图1中，以火花塞100的轴线O的方向为上下方向、图中的下侧为火花塞100的前端侧、图中的上侧为火花塞100的后端侧来进行说明。

如图1所示，火花塞100包括：作为绝缘构件的绝缘体10；保持绝缘体10的金属壳50；沿火花塞100的轴线O的方向被保持在绝缘体10中的中心电极20；接地电极30，该接地电极30在其基部32焊接到金属壳50的前端面57，且该接地电极30的远端部31的一侧面面对中心电极20的前端部22；以及设置在绝缘体10的后端部的端子金属配件40。

已知的是，绝缘体10是由煅烧氧化铝等制成的，并且绝缘体10为在其中心形成有沿轴线O方向延伸的轴向孔12的筒状。外径最大的凸缘部19基本形成于绝缘体10沿着轴线O方向的中央位置；后端侧主体部(rear end side body portion)18形成为从凸缘部19朝向后端侧(图1中的上侧)向后延伸。外径比后端侧主体部18的外径小的前端侧主体部17形成为从凸缘部19朝向前端侧(图1中的下侧)向前延伸；以及外径比前端侧主体部17的外径小的长腿部13形成为从前端侧主体部17向前延伸。长腿部13的直径随着其朝向前端侧延伸而逐渐减小，当火花塞100被安装到内燃机的气缸盖200时，长腿部13在燃烧室中暴露。在长腿部13和前端侧主体部17之间形成台阶部15。

如图2所示，中心电极20为棒状的电极，并且中心电极20具有如下构造：芯材25被埋设在电极母材21的内部，电极母材21是由如Inconel(商标名)600或601的镍或以镍作为主要成分的合金制成，芯材25是由导热性比电极母材21的导热性好的铜或者含有铜作为主要成分的合金制成。通常，通过将芯材25填充到形成为带底的筒状的电极母材21内部并且从底侧对电极母材21进行挤压以拉伸电极母材21来制备中心电极20。尽管芯材25在主体部的外径恒定，但是芯材25在其前端侧形成为锥状。

中心电极20的前端部22比绝缘体10的前端部11进一步向前突出，并且形成为直径随着其朝向前端侧延伸而减小。为了提高中心电极20的耐火花消耗性，由熔点高的贵金属制成的电极头90被接合到中心电极20的前端部22的前端面。电极头90可以由例如铱(Ir)或以Ir作为主要成分并含有铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、钯(Pd)和铼(Re)中的一种或两种或多种材料的Ir合金形成。

中心电极20和电极头90的接合通过在对准配合面的同时绕中心电极20和电极头90的配合面的整个外周进行激光焊接来实现。在激光焊接中，由于两种材料通过被激光照射熔化而混合在一起，因此电极头90和中心电极20被牢固地接合在一起。中心电极20在轴向孔12中朝向后端侧延伸，并且在后侧(图1中的上侧)经由密封构件4和陶瓷电阻3(参考图1)电连接到端子金属配件40。高压电缆(未示出)经由插头(plug cap)(未示出)连接到端子金属配件40，从而将高电压施加到端子金属配件40。

接地电极30是由高耐腐蚀性的金属制成，并且作为示例，使用如Inconel(商标名)600或601等镍合金。该接地电极30当沿着垂直于接地电极30的长度方向的平面截取时具有大致矩形的截面形状，且基部32通过焊接接合到金属壳50的前端面57。接地电极30的远端部31被弯曲成使得接地电极30的一侧面在轴线O上面对中心电极20的前端部22。

金属壳50是筒状金属壳，其将火花塞100固定到内燃机的气缸盖200中。金属壳50在其内部以包围绝缘体10的从后端侧主体部18的一部分延伸到长腿部13的部位的方式保持绝缘体10。金属壳50由低碳钢材料形成，并且包括与未示出的火花塞扳手接合的工具接合部51和形成有螺纹的安装螺纹部52，安装螺纹部52的螺纹旋入设置在内燃机上部的气缸盖200中的螺纹安装孔201。

凸缘状密封部54形成在工具接合部51和安装螺纹部52之间。通过弯曲板状构件而形成的环状垫圈5适当插入位于安装螺纹部52和密封部54之间的螺纹颈59中。垫圈5被挤压并且在密封部54的座面55和螺纹安装孔201的开口周部205之间塌陷变形。火花塞100和气缸盖200之间的间隙被垫圈5的变形所密封，由此防止经由螺纹安装孔201使发动机内的气密性受到破坏。

薄弯边部53被设置在金属壳50的工具接合部51的后端侧。与弯边部53一样薄的薄弯曲部58被设置在密封部54和工具接合部51之间。环状圈构件6和7介于金属壳50的从工具接合部51延伸到弯边部53的部分的内周面和绝缘体10的后端侧主体部18的外周面之间，并且滑石粉9被填充在两个圈构件6、7之间。在向内弯曲弯边部53时，通过弯边部53的弯曲，经由圈构件6、7和滑石粉9使绝缘体10在金属壳50内被朝向前端侧挤压。由此，绝缘体10的台阶部15经由铁制成的环形板状密封构件8被台阶部56支撑，其中台阶部56形成在金属壳50的内周面上的如下位置处，该位置是安装螺纹部52所在的位置，由此使金属壳50和绝缘体10一体化。由于这样，由板状密封构件8来保持金属壳50和绝缘体10之间的气密性，由此防止燃烧气体流出。由于弯曲部58被设计成在进行弯边时伴随着施加到弯曲部的压缩力而向外弯曲且变形，滑石粉9沿着轴线O方向上的压缩行程增大。结果，增加金属壳50内的气密性。在位于比台阶部56朝向前端侧更进一步向前的区域中，在金属壳50和绝缘体10之间设置预定尺寸的间隔(clearance)C。

B各部位的尺寸

接着，参照图2到图4，将对火花塞100的各部位的尺寸进行说明。如图2所示，在该实施方式的火花塞100中，安装螺纹部52的外径M(公称直径)为M10，比作为标准外径的M14小。

中心电极20的位于金属壳50的前端面57附近的部位的外径R1为1.2mm～2.1mm。在该实施方式中，尽管安装螺纹部52的外径M被说明为M10，但是外径M也可以是M12。

在该实施方式中，绝缘体10从金属壳50的前端面57沿着轴线O方向朝向前端侧突出的突出量H(mm)被规定为2mm或更大。将突出量规定为2mm或更大尺寸的原因将在后述的第一实施例中说明。

在该实施方式中，图2中示出的绝缘体10的阴影部分的体积Vc(mm³)被规定为11mm³或更小。图2中的阴影部分的体积Vc表示当中心电极20被平面P(由双点划线P-P表示的截面)截开时绝缘体10的前端侧部的体积，其中所述平面P穿过位于从绝缘体10的前端沿着轴线O方向朝向后端侧偏移1mm的位置且与轴线O垂直。将体积Vc规定为11mm³或更小的原因将在后述的第二实施例中说明。

在该实施方式中，在与金属壳50的前端面57对应的位置处，金属壳50的前端部和绝缘体10的前端部之间限定的间隔C(mm)被规定为与火花间隙G(mm)之间满足下列关系(1)。注意，火花间隙G是接地电极30的远端部31和设置在中心电极20的前端的电极头90之间的距离。建立关系(1)的原因将在后述的第二实施例中说明。

0.8≤(C/G)≤1.3 (1)

在该实施方式中，火花间隙G为0.6mm～1.2mm。由此，根据火花间隙G的尺寸，基于上面的关系(1)，不可避免地，间隔C的尺寸为0.48mm～1.56mm。

在该实施方式中，绝缘体10的与金属壳50的前端面57对应的位置处的部位的厚度T被规定为0.7mm或更大。将厚度规定为0.7mm或更大的原因将在后述的第三实施例中说明。

在该实施方式中，如图3所示，在通过火花塞100的轴线O的截面中，位置PA到PD在下面定义，且基于这些位置计算出的突出量E为0.75mm或更大。将突出量E设为0.75mm或更大的原因将在后述的第四实施例中说明。突出量E是表示绝缘体10朝向轴线O的外侧突出的程度的尺寸。

位置PA：绝缘体10的前端面与轴向孔12的侧面相交的角部(corner portion)。

位置PB：中心电极20上的从位置PA到轴向孔12中的中心电极20的直线距离最短处的位置。换言之，PB是中心电极20与以位置PA为圆心绘制的接触中心电极20的假想圆之间的接触点的位置。

位置PC：在从绝缘体10的前端面沿着绝缘体10的表面延伸的区域中，绝缘体10首先接触金属构件(金属壳50或与金属壳50电连通的板状密封构件8)的位置。

位置PD：绝缘体10上的当连接位置PB和位置PC的直线BC朝向轴线O的外侧平行地移动、该直线BC与绝缘体10的表面相切时的位置。换言之，在图3中，位置PD是在直线BC平行移动时所形成的直线B’C’与绝缘体10的表面之间的切点的位置。

突出量E：直线B C平行移动而接触位置PD时的平行移动量。

在该实施方式中，如图4所示，中心电极20的前端部22在轴向孔12接触中心电极20的部位的直径R1与中心电极20的前端部22的直径经由锥状部24被相对缩小一尺寸的小径部23的直径R2之间的关系被规定为满足下列关系(2)。建立关系(2)的原因将在后述的第五实施例中说明。

0.75≤R2/R1≤0.95 (2)

在该实施方式中，从绝缘体10的前端面测量的小径部23和绝缘体10的轴向孔12之间限定的间隙(下文中称为“袋部26”)的深度F为0.5mm～2.0mm。该范围的原因将在后述的第六实施例中说明。

因此，如到目前为止所说明的，在具有由M 10的外径表示的相对较小直径的火花塞100中，通过控制该实施方式的火花塞100的各部位的尺寸能够有效地抑制横向火花和内部火花的发生。

可以由例如下列的制造方法来制造火花塞100。也就是，制造方法包括以下步骤：制备采用如上所述的结构和尺寸的中心电极20、绝缘体10、金属壳50和接地电极30；组装绝缘体10，使得绝缘体10以使中心电极20的前端部露出的状态覆盖中心电极20的外周；将金属壳50组装到绝缘体10的外周上，使得绝缘体10的前端部从金属壳的前端面突出2mm或更大；以及将接地电极30的基部接合到金属壳50的前端面，使得接地电极30的远端部面对中心电极20的前端部。

C实施例

下文将基于各种实施例说明如上所述规定各部位的尺寸的原因。

C-1第一实施例

在第一实施例中，将说明突出量H为2mm或更大的原因。首先，在该第一实施例中，制备多个火花塞100的样品，在这些样品中，绝缘体10的前端所突出的突出量H和体积Vc不同。具体地，制备如下样品：样品的体积为5mm³、8mm³、11mm³、12mm³和13mm³，样品的绝缘体10的突出量H被以0.5mm的增量从-0.5mm到3.0mm调整，由此制备总共40种不同类型的样品。

在该实施例中，这些样品的绝缘体10的前端被燃烧器加热，且测量从开始加热到绝缘体10的前端部的温度到达500℃为止所花费的时间。500℃的温度是附着到绝缘体10的前端部附近的碳开始燃烧的温度。

图5是示出评价试验的结果的图。如图中所示，根据该实施例，可以确认：突出量H为2mm或更大的样品到达500℃所花费的时间比其它样品花费的时间有意地短。由此，该实施方式的火花塞100的突出量H为2mm或更大。使突出量H为2mm或更大，即使在碳附着到绝缘体10的情况下，这样附着的碳可以被快速地燃烧掉，由此可以抑制在积碳时易于发生的横向火花的发生。

限定体积Vc的位置被规定为位于从绝缘体10的前端起到向后1mm的位置为止的原因在于，已确认，位于从前端起到向后1mm的位置为止的范围内的部位的温度显著高于位于朝向后端侧进一步向后的部位的温度。

C-2第二实施例

在第二实施例中，将说明规定绝缘体10的前端部的体积为11mm³或更小的原因以及规定间隔C和火花间隙G满足关系(1)的原因。在该第二实施例中，首先制备如下火花塞100的样品：

金属壳50的前端的孔径D 1(参照图2)、绝缘体10的前端的外径D2(参照图2)、间隔C(参照图2)和火花间隙G(参照图2)进行多种变化。

图6是示出在该实施例中制备的样品的部分尺寸的表。如表中所示，在该实施例中制备的样品中，尽管金属壳50的孔径D1全部为6mm，但是使绝缘体10的外径D2从3.3mm到5.2mm变化、使间隔C从0.4mm到1.35mm变化，且使火花间隙从0.6mm到1.1mm变化。单个样品的间隔C与火花间隙G的比值(下文中，称为间隔比)在表的最右栏示出。间隔C是将金属壳的孔径D1减去绝缘体10的外径D2并将得到的值除以2而得到的值。关于体积Vc，通过改变样品的中心电极20的直径，制备体积从5mm³到13mm³变化的多个样品。

图7是示出当进行熏烧污损试验时发生横向火花的发生率的图。熏烧污损试验是JIS(日本工业标准)的“D1606”规定下的试验。具体地，熏烧污损试验是，当通过将机动车在低温试验室内放置到底盘测力计上并且将火花塞安装到车辆的发动机中，使得机动车被驱动成接近实际驾驶状况的预定驱动模式时，用于研究火花塞通过熏烧而被污损的程度的试验。

在图7所示的图中，X轴表示间隔比(C/G)，Y轴表示绝缘体的前端部的体积Vc(mm³)，并且Z轴表示横向火花的发生率(％)。在该图中，粗实线被给予横向火花的发生率为24％的位置。该粗实线表示一般M14火花塞的横向火花的发生率。也就是，意味着，所具有的横向火花的发生率位于粗实线处或更小的火花塞具有与M14的火花塞同等或更好的点火性能。

如图7所示，间隔比在大致0.8或更大且体积Vc为11mm³或更小的样品，横向火花的发生率在24％或更小。参照示出第一实施例中的评价试验的结果的图5，能够确认，在体积Vc超过11mm³时，很难快速燃烧掉积碳。此外，当Vc超过11mm³或间隔比超过1.3时，必须确保间隔C(参照图2)较大。于是，需要减小金属壳50和接地电极30的厚度，这导致接地电极30发生弯曲或熔化。从对这些事实的观察，在该实施方式中，间隔比被规定为0.8或更大，且体积Vc为11mm³或更小。对于以这种方式构造的火花塞100，可以提供具有与M 14的火花塞同等或更好的点火性能和强度的小直径火花塞。

C-3第三实施例

在第三实施例中，将对将绝缘体10的厚度T规定为0.7mm或更大的原因进行说明。根据申请人进行的多种试验，能够确认，当绝缘体被碳污损时，发生很多横向火花，而当绝缘体不被这么污损时，发生很多内部火花。于是，在该第三实施例中，进行下面的试验，以抑制内部火花的发生。

也就是，通过制备绝缘体10的前端部的厚度T以多种方式变化的样品并且调整由此制备的样品的火花间隙的尺寸进行试验，以研究引发内部火花的火花间隙。在该实施例中，对于每种火花间隙，火花放电100次，并且当即使发生一次内部火花时，也判定火花间隙引发内部火花。也就是，意味着当火花间隙大于该火花间隙时，将产生更多的内部火花。

图8是示出该实施例的评价试验的结果的图。横坐标轴表示绝缘体10的厚度T，纵坐标轴表示引发内部火花的火花间隙G的尺寸。在该图中，内部火花引发间隙与厚度相关地进行绘制。

图中示出的水平粗线表示一般的M14火花塞100的火花间隙G的尺寸。一般地，火花间隙增大，点火性能增加同样的程度。

由此，当火花塞的内部火花引发间隙的值等于或大于图中的粗线所表示的值时，意味着火花塞的点火性能与M 14的火花塞的点火性能等同或更好。

于是，基于图中的各评价值绘制近似线，并且获得近似线与粗线相交的点。结果，相交的点的厚度T为大致0.7mm。也就是，利用厚度T为0.7mm或更大的绝缘体10，能够提供在抑制内部火花的同时具有与M 14的火花塞的点火性能等同或更好的点火性能的火花塞。

C-4第四实施例

在第四实施例中，将说明突出量E规定为0.75mm或更大的原因。在第四实施例中，制备使突出量以多种方式变化的样品，且进行与第三实施例类似的试验。

图9是示出在该实施例中进行的评价试验的结果的图。横坐标轴表示绝缘体10的突出量E，纵坐标轴表示引发内部火花的火花间隙G的尺寸。图中示出的水平粗线表示一般的M14火花塞的火花间隙G的尺寸。如上所述，火花间隙增大，点火性能增加同样的程度。由此，当火花塞的内部火花引发间隙的值等于或大于图中的粗线所表示的值时，意味着火花塞的点火性能与M14的火花塞的点火性能等同或更好。

于是，基于图中的各评价值绘制近似线，并且获得近似线与粗线相交的点。结果，相交的点的突出量E大致为0.75mm。也就是，利用突出量E为0.75mm或更大的绝缘体10，由于可以增长可能沿其发生内部火花的路径(图3中位置PB到位置PC的路径)的距离，因此能够提供在抑制内部火花的同时具有与M14的火花塞的点火性能等同或更好的点火性能的火花塞。

C-5第五实施例

在第五实施例中，将对将中心电极20的直径R1(下文，称为“中心轴径R1”)和小径部23的直径R2(下文称为“袋径R2”)规定为满足关系(2)的原因进行说明。在该第五实施例中，制备中心轴径R1为1.9mm的火花塞100和中心轴径R1为2.1mm的火花塞100，它们的袋径R2变化为其中心轴径R1的0.55倍、0.65倍、0.75倍、0.85倍和1倍。测量由此制备的样品到达500℃的温度所花费的时间。

图10是示出在该实施例中进行的评价试验的结果的图。横坐标轴表示中心轴径R1与袋径R2的比值R2/R1。在该实施例中，测量中心轴径R1为1.9mm的火花塞100和中心轴径R1为2.1mm的火花塞100到达500℃的温度所花费的时间。到达500℃的温度所花费的时间在各袋径R2时示出为大致相似的值。由此，在图10中对各比值R2/R1仅示出一个到达500℃的时间。

根据在图10中示出结果的试验，发现，随着中心轴径R1与袋径R2的比值R2/R1的减小，即，随着袋部26的间隙的增大，到达500℃的时间缩短。也就是，随着绝缘体10的前端部移动得离中心电极20更远，温度趋于容易地增大。因此，随着比值R2/R1的变小，碳能够更快速地燃烧掉，由此能够有效地抑制横向火花的发生。尽管图10中示出了比值R2/R1为“1”的评价试验的结果，即在中心电极20和绝缘体10之间不存在间隙，但是这种情况导致即使与在中心电极20和绝缘体10之间仅存在微小间隙的样品相比，到达500℃的时间也长很多。也就是，意味着，在中心电极20和绝缘体10之间设置间隙比不设置间隙好。于是，该实施方式中，中心轴径R1与袋径R2的比值R2/R1的上限值被规定为“0.95”。

顺便提及，尽管随着绝缘体10的前端部的温度变高，碳能够更快速地燃烧掉，但是提前点火趋于容易发生。于是，为了确定比值R2/R1的下限值，在该实施例中，通过使用已知的点火提前法(spark advance method)来研究引发提前点火的提前角(advance angle)。点火提前法是通过下列步骤(a)到(c)来研究引发提前点火的角度的方法。

(a)设定某一点火提前角，在预定的发动机速度下开始全负荷驱动。在两分钟的连续驱动期间，由离子电流检测法观察是否发生提前点火。

(b)在两分钟的连续驱动期间未观察到提前点火的情况下，以适当量的增量逐步反复提前点火定时，直到观察到提前点火为止。

(c)在以某一提前角驱动期间发生提前点火的情况下，记录该提前角。

图11示出通过使用点火提前法进行测量的结果。在图中，横坐标轴表示中心轴径R1与袋径R2的比值R2/R1，纵坐标轴表引发提前点火的提前角。根据图11示出的测量结果，发现：比值R2/R1为0.75时发生提前点火。引发提前点火的提前角的延迟表示火花塞100的耐热性降低同样的程度，导致横向火花很容易发生。结果，在该实施方式中，根据进行测量的结果，中心轴径R 1与袋径R2的比值R2/R 1的下限值被规定为“0.75”。

C-6第六实施例

在第六实施例中，说明袋部26的深度F被规定为0.5mm～2.0mm的原因。在该实施例中，中心轴径R1与袋径R2的比值R2/R1为“0.75”的火花塞100的袋部26的深度F以多种方式变化，并进行试验，以研究约500℃的到达时间和引发提前点火的提前角。

图12是袋部26的深度F从0.25mm到2.0mm变化的各样品的500℃的到达时间的图。根据该图中示出的试验结果，发现，使袋部26的深度为0.5mm或更大，500℃的到达时间比袋部26的深度小于0.5mm的样品的500℃的到达时间有意地减少。由此，在该实施方式中，袋部26的深度F的下限值被规定为0.5mm。

图13是示出袋部26的深度F从0.25mm到2.0mm变化的各样品的引发提前点火的提前角的图。根据该图中示出的结果，发现：使袋部26的深度F不超过2.0mm，引发提前点火的提前角延迟得不那么大。由此，在该实施方式中，袋部26的深度F的上限值被规定为2.0mm。

D变化例

尽管到此为止已经对本发明的实施方式和多个实施例进行了说明，然而本发明不限于上述实施方式和实施例，因此毋庸赘言，本发明可以采用不背离本发明的精神的各种结构。例如，可以进行下列变化。

D-1变化例1

在该实施方式中，如图2所示，电极头90被说明为设置在中心电极20的前端。然而，电极头90的安装位置不限于此，并且因此，电极头90可以被安装在多个位置。

图14到图16是示出电极头安装位置的其它形式的说明图。

图14示出电极头91被设置在接地电极30的远端部的实施例。在这种情况下，火花间隙G变为设置在接地电极30的远端部的电极头91与中心电极20的前端部之间的距离。图15示出电极头90、91被分别设置在中心电极20的前端部和接地电极30的远端部两者的实施例。在这种情况下，火花间隙G成为电极头90和电极头91之间的距离。如这些实施例所示，通过将电极头安装在中心电极20的前端部和/或接地电极30的远端部，能够改善火花塞100的点火性。当然，如图16所示，在中心电极20和接地电极30二者上都不设置电极头的形式也是可以接受的。在这种情况下，火花间隙G是中心电极20的前端部和接地电极30的远端部之间的距离。也就是，无论是否设置电极头，火花间隙G表示正常地产生火花放电的部位的尺寸。

D-2变化例2

在如图17所示的实施方式中，接地电极30被描述为沿着与其长度方向垂直的平面截取的截面(沿着图中的线a-a截取的截面)为大致矩形。截面的尺寸可以为1.1mm宽且2.2mm长。然而，接地电极30的截面的形状不限于此，因此接地电极30可以具有多种截面形状。

图18和图19是示出接地电极30的截面形状的其它形式的说明图。图18示出接地电极30的截面为大致圆形的实施例。图19示出接地电极30的截面为大致半圆形的实施例，截面的平面部的取向为朝向中心电极20侧。在这些形式中，接地电极30的截面积可以是例如与图17所示的矩形的截面积大致相同的截面积(＝1.1mm×2.2mm)。此外，接地电极30的截面形状不限于图18和图19示出的实施例，因此，除了到此为止所述的实施例之外，可以采用例如椭圆形、梯形和其它多边形作为接地电极30的截面形状。

D-3变化例3

在如图2所示的实施方式中，接地电极30的远端部被描述为在轴线O上面对中心电极20的前端部。然而，接地电极30的远端部和中心电极20的前端部之间的位置关系不限于此。

图20是示出接地电极30的远端部和中心电极20的前端部之间的另一位置关系的说明图。如图中所示，在该变化例中，在中心电极20的前端部，使接地电极30的远端部在与轴线O正交的轴线Q上面对中心电极20的前端部。在这种形式下，火花放电产生在轴线Q上，而不是轴线O上。除了这种位置关系之外，可以使接地电极30的远端部以相对于轴线O形成的预定角度与中心电极20的前端部面对。在这些情况的任意一种情况下，绝缘体10的前端部不是位于中心电极20的前端部与接地电极30的远端部彼此面对所在的轴线上。接地电极30的远端部和中心电极20的前端部之间的位置关系可以根据火花塞的应用需要或性能需要进行设定。

Claims

1.一种火花塞，其包括：

棒状的中心电极；

大致筒状的绝缘构件，其具有沿着所述中心电极的轴线的方向延伸的轴向孔并且以使所述中心电极的前端面露出的方式将所述中心电极保持在所述轴向孔中；

大致筒状的金属壳，其被设置在所述绝缘构件的外周上；以及

接地电极，其被接合到所述金属壳的前端面，并且在所述接地电极与所述中心电极的前端部之间形成火花间隙，

其中，所述绝缘构件的前端部从所述金属壳的前端面突出2mm或更大，且所述绝缘构件的位于从所述绝缘构件的前端面起到朝后端相距1mm的位置为止的范围内的部位的体积为11mm³或更小；并且

其中，当假设在所述火花塞的经过所述轴线的截面中：

所述绝缘构件的前端面和所述轴向孔的侧面相交的角部为位置PA，

所述中心电极上的从所述位置PA到所述轴向孔中的所述中心电极的直线距离最短的位置为位置PB，

从所述绝缘构件的前端面起沿着所述绝缘构件的表面，所述绝缘构件首先接触所述金属壳的位置为位置PC，并且

所述绝缘构件上的当将连接所述位置PB和所述位置PC的直线BC朝向所述轴线的外侧平行移动、所述直线BC与所述绝缘构件的表面相切时的位置为位置PD时，

所述直线BC平行移动而接触所述位置PD时的平行移动量E为0.75mm或更大。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

在所述中心电极的前端部形成比所述中心电极的前端部的直径小的小径部，并且所述中心电极的前端部的直径R1和所述小径部的直径R2具有以下关系：0.75≤R2/R1≤0.95。

3.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于，

在所述小径部和所述绝缘构件之间形成的间隔距所述绝缘构件的前端面的深度为0.5mm～2.0mm。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述绝缘构件的前端部和所述金属壳的前端部被设置成在与所述金属壳的前端面对应的位置提供预定的间隔，以及

所述间隔的尺寸是在所述接地电极和所述中心电极之间形成的火花间隙的尺寸的0.8倍到1.3倍。

5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

所述火花间隙的尺寸为0.6mm～1.2mm。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述绝缘构件在从所述绝缘构件的前端面朝向后端1mm的位置的厚度为0.7mm或更大。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述中心电极在与所述金属壳的前端面对应的位置的外径为1.2mm～2.1mm。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

贵金属电极头被设置在所述中心电极的前端部和/或所述接地电极的远端部上。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述中心电极的前端面和所述接地电极的远端部的侧面在所述中心电极的轴线上彼此面对。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述接地电极的远端面和所述中心电极的前端部的侧面在所述中心电极的轴线外侧彼此面对。

11.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述金属壳在其一部分包括安装部，所述安装部具有用于将所述火花塞安装于内燃机的螺纹部；以及

所述安装部的螺纹部为M10或M12。