CN102177631A

CN102177631A - 火花塞

Info

Publication number: CN102177631A
Application number: CN2009801405888A
Authority: CN
Inventors: 龟田裕之; 加藤友聪
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: EP2360797A4; US20110215702A1; WO2010052880A1; JP4864065B2; JP2010113917A; CN102177631B; EP2360797A1; EP2360797B1; US8203258B2

Abstract

提供一种火花塞，能够提高低温环境下的内燃机的起动性能及烟熏防止性能。火花塞(1)具备中心电极(5)、绝缘体(2)、主体配件(3)、主接地电极(30)及至少两个副接地电极(40)，(i)主接地电极(30)被配置为，其前端部与中心电极(5)的前端部侧面相对，在与中心电极(5)的前端部之间形成主火花放电间隙(38)，(ii)副接地电极(40)被配置为，其前端部端面的一部分与绝缘体(20)的前端部外周面相对，(iii)沿中心电极(5)的半径方向对主接地电极(30)和中心电极(5)投影时的、主接地电极(30)的前端部和中心电极(5)的前端部相互重叠的投影区域的总面积(S)与所述主火花放电间隙的平均间隙距离(Av)(mm)的关系式满足S/Av＜1.3。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种火花塞，更详细地讲涉及例如内燃机用的火花塞。

背景技术

在汽车发动机等内燃机中使用的火花塞通常具备配置在内燃机的燃烧室中的中心电极、和与该中心电极隔着点火花放电间隙相对地配置的接地电极。这样的火花塞通过在内燃机的燃烧室内在所述火花放电间隙进行火花放电，使填充在燃烧室内的混合气体燃烧。

使组装有所述火花塞的内燃机在低温环境下起动的情况下，或者，组装有所述火花塞的内燃机是直喷式的情况下，喷射至燃烧室的燃料等会直接冲击火花塞的点火部，从而燃料以液滴形式附着在中心电极与接地电极之间，形成所谓的“燃料桥”。若如上所述这样在中心电极与接地电极之间形成燃料桥，则不能在中心电极与接地电极之间正常地进行火花放电，大大地降低了内燃机的起动性能。

为了解决燃料桥所引起的这样的问题，提出有将由中心电极和接地电极形成的火花放电间隙设置得较大的火花塞。例如，在专利文献1中记载有“一种内燃机用的火花塞：具备在外周设有安装用螺纹部的安装配件、保持在该安装配件的内侧的绝缘子、保持在该绝缘子的绝缘子孔部的中心电极、以及与该中心电极之间形成火花放电间隙的接地电极，其特征在于，在从该火花塞的前端侧观察时，从上述接地电极的外缘露出的上述绝缘子孔部的面积S1与上述绝缘子孔部的整个面积S2之间满足S1/S2≤0.3的关系，上述中心电极从上述绝缘子的绝缘子前端部突出的突出量L满足L≤0.6mm，在上述绝缘子前端部形成的绝缘子前端平面部与上述接地电极中的和上述绝缘子前端平面部相对的接地电极平面部之间的距离的最小値H_min和最大値H_max满足H_max/H_min≤1.3的关系，上述绝缘子的上述绝缘子孔部与外周面之间的绝缘子壁厚T满足T≤0.7mm，上述中心电极的前端部的直径d满足d≤0.6mm”。

然而，在火花塞中，若增大火花放电间隙，则火花放电时的放电电压有变大的趋势，从线圈电源的能力方面来讲，火花放电间隙的增大存在一定的限制。

如专利文献1所述的火花塞那样，在接地电极的前端部以与中心电极的端面相对的方式配置在中心电极的轴线方向上的所谓的“平行式”的情况下，即使在能够保持火花塞的所述特性的范围内增大了火花放电间隙，由于具备弯折的接地电极，因此也容易形成燃料桥，并且容易保持所形成的燃料桥，没有从根本上解决所述起动性能降低的问题。

另一方面，若在低温环境下反复进行内燃机的起动停止或者以反复进行极短时间的运转，则容易产生在火花塞的绝缘体表面上附着碳的现象(以下有时称作“烟熏”)，结果，会降低绝缘性及点火性。因此，希望内燃机特别是低温环境下使用的内燃机具有较高的烟熏防止性能。

专利文献1：日本特开2007-250258号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种火花塞，能够提高低温环境下的内燃机的起动性能及烟熏防止性能。

即，用于解决所述问题的技术手段的本发明的一种火花塞，具备：棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；大致圆筒状的绝缘体，设置在所述中心电极的外周；大致筒状的主体配件，设置在所述绝缘体的外周；以及主接地电极及至少两个副接地电极，该主接地电极及至少两个副接地电极的基端部与所述主体配件的前端部接合，所述火花塞的特征在于，(i)所所述主接地电极被配置为，其前端部与所述中心电极的前端部侧面相对，在与所述中心电极的前端部之间形成主火花放电间隙，(ii)所述副接地电极分别被配置为，其前端部端面的一部分与所述绝缘体的前端部外周面相对，(iii)沿着所述中心电极的半径方向对所述主接地电极的前端部和所述中心电极的前端部投影时的、在所述中心电极的前端部的投影区域上重叠的所述主接地电极的前端部的投影面积C(mm²)和在所述主接地电极的前端部的投影区域上重叠的所述中心电极的前端部的投影面积D(mm²)的总面积S(mm²)，与所述主火花放电间隙的平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足S/Av＜1.3。

作为本发明的优选方式，

(1)所述总面积S(mm²)与所述平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足0.25≤S/Av≤1；

(2)在以所述中心电极的轴线为中心的半径方向平面上，沿着连接所述轴线和所述主接地电极的轴线的虚拟线从所述主接地电极的前端部端缘至所述中心电极的周缘的距离，在与所述虚拟线垂直的方向上不一致；

(3)所述主接地电极的前端部具有大致平坦的端面；

(4)所述中心电极的前端部形成为具有0.5mm以下的曲率半径的圆柱状。

此外，作为本发明的其他优选的实施方式，所述副接地电极分别通过其前端部和所述中心电极的前端部侧面形成夹有所述绝缘体的前端部端面的副火花放电间隙，在以所述中心电极的轴线为中心的半径方向平面上，将沿着所述中心电极的圆周方向及其相反方向与所述主接地电极之间的距离最短的两个副火花放电间隙的间隙虚拟线各自与所述绝缘体的内周缘的交点分别设为b1、b2，并且将所述主火花放电间隙的中心点设为a，此时，所述中心点a与所述交点b1、b2之间的最大距离F(mm)为1～3mm。

发明效果

本发明所涉及的火花塞具备中心电极、绝缘体、主体配件、以及主接地电极及至少两个副接地电极，其特征在于，所述主接地电极被配置为，其前端部与所述中心电极的前端部侧面相对，在与所述中心电极的前端部之间形成主火花放电间隙，所述副接地电极分别被配置为，其前端部端面的一部分与所述绝缘体的前端部外周面相对，所述总面积S(mm²)与所述主火花放电间隙的平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足S/Av＜1.3。具有该特征的本发明所涉及的火花塞在安装在内燃机中时，即使在低温环境下，也不易形成燃料桥，即使形成了燃料桥，也不容易保持燃料桥，并且，能够防止碳附着或附着的碳累积。因此，根据本发明，能够提供提高了低温环境下的内燃机的起动性能及烟熏防止性能的火花塞。

此外，在本发明的优选实施方式中，(1)所述总面积S(mm²)与所述平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足0.25≤S/Av≤1；(2)在以所述中心电极的轴线为中心的半径方向平面上，沿着连接所述轴线和所述主接地电极的轴线的虚拟线从所述主接地电极的前端部端缘至所述中心电极的周缘的距离，在与所述虚拟线垂直的方向上不一致；(3)所述主接地电极的前端部端面大致平坦；(4)所述中心电极的前端部形成为具有0.5mm以下的曲率半径的圆柱状。根据本发明的所述优选实施方式，能够进一步提高内燃机的起动性能。

在本发明的其他优选实施方式中，所述副接地电极分别通过其前端部和所述中心电极的前端部侧面形成夹有所述绝缘体的前端部端面的副火花放电间隙，在以所述中心电极的轴线为中心的半径方向平面上，将沿着所述中心电极的圆周方向及其相反方向与所述主接地电极之间的距离最短的两个副火花放电间隙的间隙虚拟线各自与所述绝缘体的内周缘的交点分别设为b1、b2，并且将所述主火花放电间隙的中心点设为a，此时，所述中心点a与所述交点b1、b2之间的最大距离F(mm)为1～3mm。根据本发明的该其他优选的实施方式，能够进一步提高内燃机的烟熏防止性能。

附图说明

图1是用于说明本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞的局部截断正视图。

图2是表示本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞的局部放大图，图2(a)是表示本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞的前端侧的局部放大图，图2(b)是从前端侧观察本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞的放大俯视图。

图3是表示本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中的、贵金属端头与中心电极用贵金属端头之间的相对状态的局部放大侧视图，图3(a)是表示从侧面观察本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞时的、贵金属端头与中心电极用贵金属端头之间的相对状态的局部放大侧视图，图3(b)是表示从轴线CL1的前端侧观察本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞时的、贵金属端头与中心电极用贵金属端头之间的相对状态的局部放大侧视图。

图4是表示在本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中沿着中心电极的半径方向将贵金属端头和中心电极用贵金属端头投影而得到的、贵金属端头的投影区域和中心电极用贵金属端头的投影区域的投影图。

图5是用于说明从轴线CL1的前端侧观察本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞时的、从贵金属端头的前端部端缘至中心电极用贵金属端头的外周缘为止的距离不一致的情况的图。

图6是用于说明本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中的最大距离F(mm)的局部放大图，图6(a)是用于说明本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中的所述主火花放电间隙的中心点的局部放大图，图6(b)是用于说明本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中的、间隙虚拟线与绝缘体的内周缘的交点的局部放大图，图6(c)是用于说明本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中的最大距离F(mm)的局部放大图。

图7是表示本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中的、与主接地电极的前端部端面接合的贵金属端头的接合变形例的局部放大图。

图8是表示本发明所涉及的火花塞的一个实施例的火花塞中的副接地电极的配置变形例的放大俯视图，图8(a)是表示配置在主接地电极与相邻的副接地电极之间的中心角为90度的位置上的副接地电极的配置变形例的放大俯视图，图8(b)是表示配置在主接地电极与相邻的副接地电极之间的中心角为120度的位置上的副接地电极的配置变形例的放大俯视图。

图9是表示实施例1及比较例1的低温起动性试验的结果的图表。

图10是表示实施例2及比较例2的低温起动性试验及桌面火花耐久试验的结果的曲线图。

图11是表示实施例3及实施例4的低温起动性试验结果的曲线图。

图12是表示实施例5的耐污损性试验及点火性试验的结果的曲线图。

标号说明

1火花塞

2绝缘体

3主体配件

5中心电极

30主接地电极

38主火花放电间隙

40、40A、40B、40C副接地电极

42A、42B、42C副火花放电间隙

CL1轴线

具体实施方式

图1和图2示出本发明所涉及的火花塞的一个实施例。该火花塞1具备在轴线方向上延伸的棒状的中心电极5、设置在中心电极5的外周的大致圆筒状的绝缘体2、设置在绝缘体2的外周的大致筒状的主体配件3、以及基端部与主体配件3的前端面3A接合的主接地电极30及3个副接地电极40A、40B和40C。在该图1示出的火花塞1中，为了方便起见，将主体配件3中的设有主接地电极30的一个端部侧(例如图1中的纸面下方侧)称作前端侧，将另一个端部侧(例如图1中的纸面上方侧)称作后端侧。

如图1所示，所述绝缘体2形成为在轴线方向上延伸的大致圆筒状，沿着轴线贯通形成有轴孔4。并且，在轴孔4的前端部侧插入固定有中心电极5，在后端部侧插入固定有端子电极6。在轴孔4内的中心电极5与端子电极6之间配置电阻体7，该电阻体7的两端部经由导电性的玻璃密封层8、9分别与中心电极5和端子电极6电连接。

如图1和图2所示，中心电极5的前端侧的直径缩小，并且整体上形成为在轴线方向上延伸的大致圆筒体的棒状，其前端面平坦。中心电极5的前端部从绝缘体2的前端突出。中心电极5具有由铜或铜合金形成的内层5A、以及由镍(Ni)合金形成的外层5B。该中心电极5在其前端面通过焊接而接合有以铱为主要成分的贵金属端头(tip)(在本发明中，有时称作中心电极用贵金属端头。)5C。这样的中心电极5还可以构成为包括由内层5A及外层5B形成的中心电极主体、以及中心电极用贵金属端头5C。若中心电极5具备中心电极用贵金属端头5C，则中心电极5即火花塞1的耐久性得以提高。该中心电极用贵金属端头5C形成为圆柱状，接合在中心电极5的前端面。

中心电极5的前端部、在该例子中为所述中心电极用贵金属端头5C，具有0.5mm以下的曲率半径r。若中心电极5的前端部即中心电极用贵金属端头5C具有0.5mm以下的曲率半径r，则能够进一步提高内燃机的起动性能。

所述绝缘体2通过对例如氧化铝等进行烧结而形成，在其外形部具有：凸缘状的大径部11，在火花塞1的轴线CL1方向的大致中央部朝径向外侧突出形成；中间主体部12，位于该大径部11的前端侧，与所述大径部11相比直径变小；以及长脚部13，位于该中间主体部12的前端侧，与所述中间主体部12相比直径变小，配置在内燃机的燃烧室内。绝缘体2中的包含大径部11、中间主体部12、长脚部13的前端侧被收容在形成为筒状的主体配件3的内部。并且，在长脚部13与中间主体部12的连接部处形成有阶梯部14，通过该阶梯部14来使绝缘体2卡定于主体配件3。

主体配件3构成为沿着轴线方向延伸的大致筒状，例如通过低碳钢等金属形成为筒状。主体配件3在其外周面形成有用于将火花塞1安装在内燃机的汽缸盖上的螺纹部15，在该例子中形成了外螺纹部。在螺纹部15的后端侧的外周面上形成有基座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17嵌入有环状的垫圈18。进而，在主体配件3的后端侧设有用于在将主体配件3安装汽缸盖上时使扳手等工具扣合的剖面六边形的工具扣合部19，并且，在后端部设有用于保持绝缘体2的紧固部20。

此外，在主体配件3的内周面设有用于将绝缘体2卡定的阶梯部21。使绝缘体2从主体配件3的后端侧朝向前端侧插入，在本身的阶梯部14卡定在主体配件3的阶梯部21上的状态下，通过将主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧紧固、即形成所述紧固部20，将该绝缘体2固定。另外，在绝缘体2及主体配件3双方的阶梯部14、21之间夹有圆环状的垫板22。由此，能够保持燃烧室内的气密性，防止进入暴露在燃烧室内的绝缘体2的长脚部13和主体配件3的内周面之间的间隙内的燃料空气向外部漏出。

进而，为了进一步完善通过紧固形成的密闭，在主体配件3的后端侧，在主体配件3与绝缘体2之间夹有环状的环部件23、24，在环部件23、24之间填充有滑石(Talc)25的粉末。即，主体配件3隔着垫板22、环部件23、24及滑石25来保持绝缘体2。

如图1及图2所示，在所述主体配件3的前端面3A通过焊接等接合有被弯折成大致L字状的主接地电极30。即，主接地电极30的基端部通过焊接等接合在主体配件3的前端部的前端面3A上。另一方面，主接地电极30配置成，在其中间部附近被朝向所述轴线CL1侧折回，主接地电极30的前端部与中心电极5的前端部侧面即中心电极用贵金属端头5C的外周面相对。这样，在主接地电极30的前端部与中心电极5的前端部之间形成主火花放电间隙38。由此，在火花塞1中，在主火花放电间隙38中基本上沿着与轴线CL1方向正交的方向进行火花放电。该主接地电极30的与其轴线垂直的剖面形成为大致矩形状。

该例子中的主接地电极30包括形成为大致L字型的主接地电极主体31、以及接合在主接地电极主体31的前端部的贵金属端头34。若主接地电极30在其前端具备贵金属端头34，则能够提高主接地电极30即火花塞1的耐久性。

如图1及图2所示，所述主接地电极主体31形成为具有内层32和外层33的双层结构。所述外层33通过因科镍(inconel)600或因科镍601(均为注册商标)等镍合金来形成，所述内层32由比所述镍合金的热传导性好的金属的铜合金或纯铜来形成。若这样形成主接地电极主体31，能够实现散热性的提高。

如图2所示，所述贵金属端头34形成为棱柱状。该贵金属端头34与主接地电极主体31接合，使得贵金属端头34的一部分埋入主接地电极主体31，该贵金属端头34从主接地电极主体31的前端面35朝向所述中心电极5突出。并且，如图3(a)等所示，主接地电极30、该例子中为贵金属端头34，在其前端部具有大致平坦的端面即前端部端面34A，该前端部端面34A与所述中心电极用贵金属端头5C的外周面相对。若贵金属端头34具有前端部端面34A，则能够进一步提高内燃机的起动性能。在此，前端部端面34A不需要高精度地平坦，如后所述那样，只要具有使从主接地电极30的前端部端缘至中心电极5的周缘的距离不一致的程度的平坦性即可。

因此，在该例子中，所述主火花放电间隙38通过主接地电极30的贵金属端头34和中心电极用贵金属端头5C的外周面来形成，具有间隙距离A(mm)。所述间隙距离A(mm)是主接地电极30的前端部端面与中心电极5的外周面之间的最短距离。在该例子中，例如图3(b)所示，间隙距离A(mm)是贵金属端头34的所述前端部端面34A与中心电极5的外周面之间沿着经过它们的轴线的直线延伸的最短距离，通常被调整为0.8～1.3mm程度。

参照附图来说明火花塞1中的所述贵金属端头34和中心电极用贵金属端头5C的相对状态。

在火花塞1中，贵金属端头34的前端部端面34A和中心电极用贵金属端头5C的外周面如图3(a)所示那样相对配置成，在从火花塞1的侧面观察时，贵金属端头34的前端部端面34A的所述轴线CL1方向上的前端侧端缘34B、与中心电极用贵金属端头5C的外周面的所述轴线CL1方向上的前端侧端缘5D即中心电极用贵金属端头5C的前端面几乎位于同一平面内。此外，贵金属端头34的前端部端面34A与中心电极用贵金属端头5C的外周面如图3(b)所示那样相对配置成，在从火花塞1的所述轴线CL1的前端侧观察时，贵金属端头34的中心轴经过中心电极用贵金属端头5C的中心轴，换言之，贵金属端头34的中心轴与中心电极用贵金属端头5C的中心轴位于同一直线上。

在火花塞1中，所述主接地电极30及中心电极5配置成，沿中心电极5的半径方向对主接地电极30的前端部和中心电极5的前端部进行投影时的、在中心电极5的前端部的投影区域5F上重叠的主接地电极30的前端部的投影面积C(mm²)以及在主接地电极30的前端部的投影区域36上重叠的中心电极5的前端部的投影面积D(mm²)的总面积S(mm²)，与所述主火花放电间隙的平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足S/Av＜1.3。在此，所述平均间隙距离Av(mm)是在主接地电极30的前端部端面及/或中心电极5的外周面为曲面的情况下将主接地电极30的所述前端部端面及中心电极5的外周面从曲面转换为平面时形成的间隙的距离，换言之是在使主接地电极30及中心电极5的体积固定的状态下将相互相对的面假定为平面时形成的间隙的距离。在该例子中，中心电极5的前端部如上所述是中心电极用贵金属端头5C，主接地电极30的前端部如上所述是贵金属端头34，因此，例如图3(b)所示，平均间隙距离Av(mm)是，在使体积固定的状态下对中心电极用贵金属端头5C的外周面进行假想变形，将中心电极用贵金属端头5C的外周面假定为与贵金属端头34的所述前端部端面34A相对的平面P时，该假定的平面P与贵金属端头34的所述前端部端面34A之间的距离。

具体地说明中心电极用贵金属端头5C和贵金属端头34的相对状态，图4示出了对主接地电极30的前端部即贵金属端头34与中心电极5的前端部即中心电极用贵金属端头5C沿中心电极5的半径方向投影而得到的、贵金属端头34的投影区域36和中心电极用贵金属端头5C的投影区域5F。在该投影图中，将所述投影区域36中的与中心电极用贵金属端头5C的投影区域5F重叠的投影部37的投影面积设为C(mm²)，将所述投影区域5F中的与贵金属端头34的投影区域36重叠的投影部5G的投影面积设为D(mm²)。所述投影部37也可以称作是对贵金属端头34的前端部端面34A中的与中心电极5相对的区域如上所述那样进行投影而得到的投影部。同样，所述投影部5G也可以称作是对中心电极用贵金属端头5C的外周面中的与贵金属端头34相对的区域如上所述那样进行投影而得到的投影部(例如参照图3(b))。在该例子中，所述投影部37及所述投影部5G分别具有相同的面积。利用常规方法算出所述投影部37的投影面积C(mm²)及所述投影部5G的投影面积D(mm²)，并算出投影面积C(mm²)与投影面积D(mm²)的总面积S(mm²)。这样算出的总面积S(mm²)与所述平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足S/Av＜1.3。若所述总面积S(mm²)满足所述关系式，则不易在所述中心电极用贵金属端头5C与所述贵金属端头34之间形成燃料桥，并且燃料桥也不易被保持，因此，能够提高低温环境下的内燃机的起动性能。出于能够进一步提高低温环境下的内燃机的起动性能这一点，优选所述比(S/Av)满足0.25≤S/Av≤1。

在火花塞1中，所述主接地电极30及中心电极5配置或者形成为，在以中心电极5的轴线为中心的半径方向平面上，沿着连接所述轴线和主接地电极30的轴线的虚拟线从主接地电极30的前端部端缘至中心电极5的周缘的距离，在与所述虚拟线垂直的方向上不一致。

根据火花塞1详细地进行说明，如图5所示，在以中心电极用贵金属端头5C的轴线为中心的半径方向平面上，换言之与火花塞1的轴线CL1垂直的平面的剖面上，假设沿着连接所述轴线和贵金属端头34的轴线的虚拟线L从贵金属端头34的前端部端缘34C至中心电极用贵金属端头5C的外周缘5E的距离dn在垂直于所述虚拟线L的方向上有多个。例如，如图5所示，设想所述距离为d1、d2、d3。贵金属端头34及中心电极用贵金属端头5C配置或形成为，这样假定的多个所述距离dn在与所述虚拟线L垂直的方向上不一致，例如d1≠d2≠d3。若贵金属端头34及中心电极用贵金属端头5C这样进行配置或形成，则能够提高低温环境下的内燃机的起动性能。

在火花塞1中，贵金属端头34形成为棱柱状，中心电极用贵金属端头5C形成为圆柱状，通过贵金属端头34的平坦的前端部端面34A和中心电极用贵金属端头5C的形成为曲面的外周面5E使得所述距离dn不一致。

如图1及图2所示，所述主体配件3的前端面3A上通过焊接等接合有被弯折成大致L字状的3根副接地电极40A、40B及40C。即，副接地电极40A、40B及40C各自的基端部通过焊接等接合在主体配件3的前端部的前端面3A上。如图2(b)所示，3根副接地电极40A、40B及40C与所述主接地电极30一起对称地配置成相对于相邻的主接地电极30或副接地电极40A、40B及40C等间隔，换言之对称地配置成相互相邻的电极彼此的以所述轴线CL1为中心的中心角大致为90度。

副接地电极40A、40B及40C(在本发明中统称为副接地电极40)分别如图2(a)所示配置成，在其中间部附近向所述轴线CL1侧折回，副接地电极40C的前端部的前端部端面的一部分与绝缘体2的前端部外周面相对。换言之，例如将副接地电极40的前端部配置成，在沿着连接所述轴线CL1和副接地电极40的轴线的方向将副接地电极40向绝缘体2投影时，副接地电极40的前端部端面的投影区域的一部被投影在绝缘体2的外周面上。图2(b)所示，副接地电极40的前端部端面成形为朝向副接地电极40内部凹陷的凹面，该曲面具有使该凹面与绝缘体2的外周面之间的距离相等的曲率半径。这样，副接地电极40的前端部端面和所述中心电极5的前端部侧面形成了夹有所述绝缘体2的前端面的副火花放电间隙42。由此，在火花塞1中，隔着所述绝缘体2的前端面，在副火花放电间隙42中几乎沿着与轴线CL1方向正交的方向进行火花放电。结果，火花塞1能够提高低温环境下的内燃机的烟熏防止性能。在所述副火花放电间隙42中，由绝缘体2的外周面和副接地电极40形成的间隙距离通常被调整为0.4～0.8mm程度。所述副接地电极40与所述主接地电极30一样形成为双层结构，这未进行图示，与其轴线垂直的剖面形成为大致矩形状。

所述副接地电极40优选的是，如图2(a)所示，其前端部端面在所述轴线CL1方向上的前端侧端缘41与所述主接地电极30即贵金属端头34的前端部端面34A在所述轴线CL1方向上的后端侧端缘34D相比，位于所述轴线CL1的后端侧。

在该火花塞1中，主接地电极30、副接地电极40A、40B、40C、以及中心电极5等配置形成为，在以所述中心电极5的轴线为中心的半径方向平面上，将沿着所述中心电极5的圆周方向及其相反方向与所述主接地电极30的距离最短的两个所述副火花放电间隙42的间隙虚拟线各自与所述绝缘体2的内周缘之间的交点分别设为b1、b2，并且将所述主火花放电间隙38的中心点设为a，此时，所述中心点a与所述交点b1、b2之间的最大距离F(mm)为1～3mm。

根据火花塞1具体地进行说明，如图3(b)及图6(a)所示，将所述主火花放电间隙38的中心点即重心点设为a。另一方面，如图6

(b)所示，在以所述中心电极5的轴线为中心的半径方向平面上，以主接地电极30为中心，确定沿着中心电极5的圆周方向及其相反方向与主接地电极30的距离最短的两个副火花放电间隙。在该例子中，如图6(b)所示，所述两个副火花放电间隙是由副接地电极40A及40C和中心电极5形成的副火花放电间隙42A及42C。并且，在所述两个副火花放电间隙42A及42C中分别假想沿所述两方向的距离最短的间隙虚拟线L_G。在该例子中，如图6(b)所示，所述最短的间隙虚拟线L_G是将中心电极5的中心和所述副接地电极40A及40C的位于主接地电极30侧的端部连接而成的虚拟线L_GA及L_GC。接着，将间隙虚拟线L_GA及L_GC分别与绝缘体2的内周缘之间的交点分别设为b1、b2，确定所述中心点a与所述交点b1、b2之间的距离。如图6(c)所示，设定在这样确定的距离ab1及ab2中最大的距离为F。在该例子中，主接地电极30以及副接地电极40A、40B及40C如上所述那样等间隔地配置，所以所述距离ab1及ab2为相同的距离。

在火花塞1中，主接地电极30、副接地电极40A、40B、40C以及中心电极5等配置形成为，如上所述确定的最大距离F为1～3mm。所述最大距离F在1～3mm的范围内时，能够进一步提高内燃机的烟熏防止性能，因此火花塞1的点火性能及耐污损性能优良。出于进一步提高点火性能及耐污损性能这一点，优选所述最大距离F在1.5～25mm的范围内。

接着，以所述火花塞1为例来说明本发明所涉及的火花塞的制造方法。

首先，制作主体配件3。即，对形成为圆柱状的金属材料通过冷锻加工形成贯通孔。之后，实施切削加工来调整外形，得到主体配件中间体。作为所述金属材料，例如能够列举出S15C、S25C等鉄类材料或不锈钢等。

制造主接地电极30的中间体。该中间体是弯折前的直棒状体。弯折前的主接地电极30例如能够如下所述那样制作。即，准备由用于构成内层32的由金属材料形成的芯材、和由用于构成外层33的由金属材料形成的有底筒状体。并且，通过在有底筒状体的凹部嵌入芯材，形成杯形部件。通过冷加工对该双层结构的杯形部件实施精加工。作为冷加工的精加工例，能够列举出利用模具等的拉丝加工、利用阴模等的挤压成形加工等。然后，通过实施锻压加工等，形成缩径化的棒状体。

与所述主接地电极30的中间体基本相同地制作副接地电极40A、40B及40C各自的中间体。另外，副接地电极40A、40B及40C各自的中间体形成为，其轴线方向的长度比所述主接地电极30的中间体的轴线方向的长度短预订量。

所述主体配件中间体的前端面上通过电阻焊接分别接合有主接地电极30的中间体以及副接地电极40A、40B及40C的中间体。另外，在进行电阻焊接时会产生所谓的“塌边”，因此要进行除去该“塌边”的作业。

主接地电极30的中间体以及副接地电极40A、40B及40C的中间体可以在实施锻压加工、切削加工等之后电阻焊接在所述主体配件中间体上，也可以是接合在主体配件中间体上之后再进行锻压加工、切削加工等。在后者的情况下，在进行锻压加工时，能够在保持主体配件中间体的状态下将接合在其前端面上的所述中间体从其前端侧导入锻造机的加工部(锻压模具)。因此，不需要为了确保在进行锻压加工时所保持的部位而特意将各中间体设定得长些。

接着，在主体配件中间体的预订部位通过滚轧形成螺纹部15，得到焊接了所述中间体的主体配件3。对主体配件3等实施镀锌或镀镍。另外，为了提高耐腐蚀性，还可以在其表面上实施铬酸盐处理。

例如下述这样制作贵金属端头34及中心电极用贵金属端头5C。首先，准备主要成分为铱或白金的铸块(ingot)，配合并熔融各合金成分，以成为所述预订的组分，将该熔融合金再次形成为铸块，之后，对该铸块实施热锻、热轧(槽辊轧)。之后，在进行拉丝加工得到棒状材料后，将该棒状材料切割成预订长度，能够制作圆柱状的中心电极用贵金属端头5C及棱柱状的贵金属端头34。

将这样制作出的贵金属端头34通过电阻焊接接合在主接地电极30的中间体的前端部。此时，在主接地电极30的中间体上不用形成缺口槽等，而将贵金属端头34按压在主接地电极30的中间体的前端部端面并实施电阻焊接，使贵金属端头34接合为在所述前端部端面中的进入量例如为0.3mm以上。另外，为了更可靠地实施焊接，可以在该焊接之前将焊接部位的镀膜除去，也可以在镀膜工序时在焊接预定部位施加掩模等。此外，该贵金属端头34的焊接也可以在后述的组装之后进行。

成形加工形成绝缘体2。例如，使用以氧化铝为主体且包含有粘合剂等的原料粉末，来调制成形用坯料造粒物，使用该成形用坯料造粒物进行橡胶冲压成形，得到筒状的成形体。对得到的成形体实施研磨加工进行而调整形状，然后进行烧结，由此制作绝缘体2。

此外，与所述主体配件3、绝缘体2分开制作中心电极5。即，对Ni类合金进行鍛造加工，在其中央部设置用于提高散热性的铜芯。并且，在其前端面重叠中心电极用贵金属端头5C并通过电阻焊接、激光焊接或电子束焊接等进行接合。

如上所述那样制作的中心电极5和端子电极6通过未图示的玻璃密封件密封固定在所述绝缘体2的轴孔4中。作为玻璃密封件，一般使用混合硼硅玻璃和金属粉末调制而成的材料。并且，首先设定为将中心电极5插通在绝缘体2的轴孔4中的状态，将所述调制成的密封件注入绝缘体2的轴孔4后，设定成从后方按压所述端子电极6的状态，在此基础上，在烧结炉内进行烧结。另外，此时也可以在绝缘体2的后端侧的主体部表面上同时烧结釉层，也可以预先形成釉层。

然后，对制作的具备中心电极5及端子电极6的绝缘体2和主体配件3进行组装。更详细地讲，通过对形成得比较薄壁的主体配件3的后端部进行冷紧固或热紧固，由此主体配件3将绝缘体2的一部分从周方向包围起来而保持该绝缘体2。

接着，对弯折前的主接地电极30的中间体以及副接地电极40A、40B及40C的各中间体分别进行弯折，使得各中间体的前端部如前所述与中心电极用贵金属端头5C或绝缘体2相对，并且，调整所述主火花放电间隙38及所述副火花放电间隙42，由此来制造火花塞1。

本发明所涉及的火花塞具有上述特征，因此能够提高低温环境下的内燃机的起动性能及烟熏防止性能。

因此，本发明所涉及的火花塞被用作汽车用的内燃机例如汽油发动机等的点火栓，在划分内燃机的燃烧室的盖(未图示)上设置的螺纹孔中螺合所述螺纹部15，将该火花塞固定在预订的位置。本发明所涉及的火花塞能够使用在任何内燃机中，特别是能够良好地使用在直喷式的内燃机、低温环境下使用的内燃机等。

本发明所涉及的火花塞不限定于所述的实施例，能够在可实现本发明的目的范围内进行各种变更。例如，贵金属端头34如图2(a)所示接合在主接地电极主体31的前端面35的所述轴线CL1方向上的前端侧端缘附近，但是，在本发明中，贵金属端头与中心电极的前端部如上所述那样相对即可，或者如图7所示，在主接地电极主体31A的前端部端面的大致中央部分接合贵金属端头34。

主接地电极30在其前端部具备贵金属端头34，但是在本发明中，主接地电极也可以不具备贵金属端头。在该情况下，主接地电极的前端部如上所述那样配置成与中心电极或中心电极用贵金属端头相对。

火花塞1具备3根副接地电极40A、40B及40C，但是在本发明中，火花塞也可以具备2根副接地电极，也可以具备4根以上副接地电极。本发明所涉及的火花塞在具备2根副接地电极的情况下，如图8(a)所示，各副接地电极40A及40B可以配置在各副接地电极40A、40B与主接地电极30所成中心角为90度的位置，并且，也可以如图8(b)所示，各副接地电极40A及40B可以配置在各副接地电极40A、40B与主接地电极30所成中心角为120度的位置。

在火花塞1中，如图2(b)所示，副接地电极40配置成相对于包含火花塞1的轴线CL1和主接地电极30的轴线的平面大致对称，但是在本发明中，也可以以相对于所述平面不对称的方式配置多个副接地电极。此外，在本发明中，副接地电极也可以在其前端部具备贵金属端头。

所述主接地电极30及副接地电极40的基端部与主体配件3的前端部的前端面3A接合，但是，在本发明中，也可以是与主体配件3的前端部的前端面附近的周侧面接合。

所述主接地电极30及副接地电极40形成为双层结构，但是在本发明中，也可以形成为单层结构、三层结构或四层以上的多层结构。如果将主接地电极及副接地电极形成为单层结构，则能够利用镍等金属材料，如果形成为多层结构，则优选内层使用比外层的热传导性好的金属材料。

主接地电极30及副接地电极40形成为剖面矩形状，但是在本发明中，主接地电极及副接地电极的剖面形状不限定于矩形状，例如可以形成通过将多边形、椭圆形、梯形、长圆形、圆形状的一部分截断后具备平坦面的形状等。

在火花塞1中，通过形成贵金属端头34的平面的前端部端面34A、和形成中心电极用贵金属端头5C的曲面的外周面，使得所述距离dn不一致，但是在本发明中，为了使所述距离dn不一致，不需要使主接地电极或贵金属端头的前端部端面是平面，并且，不需要使中心电极或中心电极用贵金属端头的侧面是曲面。例如，主接地电极或贵金属端头的前端部端面可以是朝向中心电极突出的凸面，也可以是朝向主接地电极或贵金属端头的内部凹陷的凹面，中心电极或中心电极用贵金属端头的前端部端面可以是平面，也可以是朝向中心电极或中心电极用贵金属端头的内部凹陷的凹面。

所述贵金属端头34利用以白金为主要成分且包含有20质量％的铑的贵金属合金来形成，但是在本发明中，贵金属合金除了利用所述以白金为主要成分的合金以外，还可以利用铱、以铱为主要成分的合金等贵金属来形成。

中心电极5在其前端部具备中心电极用贵金属端头5C，但是在本发明中，中心电极也可以不具备中心电极用贵金属端头。在该情况下，中心电极的前端部附近的直径较小，该前端部如上所述那样配置成与主接地电极的前端部相对。此外，中心电极用贵金属端头5C形成为圆柱状，但是在本发明中，例如也可以形成椭圆柱状、棱柱状等柱状。

中心电极5形成为大致圆筒体的棒状，但是在本发明中，中心电极也可以形成为大致椭圆筒体的棒状、四棱柱等棱柱体等的棒状。

实施例

(实施例1及比较例1)

利用铜合金及Ni基合金，按照所述方法来制作由铜合金形成的内层32和由Ni基合金形成的外层33的双层结构的棱柱体。该棱柱体的剖面尺寸为1.3×2.7(mm)。由此制作主接地电极的中间体及副接地电极的中间体。接着，分别制作由铜形成的圆柱状的内层5A、和由Ni合金成形为杯状的外层5B，按照所述制造方法制作出中心电极5。接着，如上所述那样制作贵金属端头34及中心电极用贵金属端头5C，将贵金属端头34电阻焊接在所述主接地电极的中间体的前端部端面，将所述中心电极用贵金属端头5C焊接在中心电极5的前端部端面。

接着，用低碳钢来制作主体配件4，在该主体配件3的前端面3A上如图2(a)所示那样以等间隔通过焊接来接合主接地电极的中间体及3根副接地电极的中间体的各基端部。接着，按照所述制造方法，在用以氧化铝为主要成分的原料粉末制作出的绝缘体3上组装中心电极2，进而，将该绝缘体3组装在主体配件4上。接着，将主接地电极的中间体及3根副接地电极的中间体的各前端部向中心电极5侧弯折，形成所述平均间隙距离Av为0.9mm的主火花放电间隙38及副火花放电间隙42，形成主接地电极30及副接地电极40。这样，制造出图1及图2所示的本发明所涉及的实施例1的火花塞。在该火花塞中，中心电极用贵金属端头5C的曲率半径r为0.3mm，所述比“S/Av”为0.65。

另一方面，如图9所示，与实施例1的火花塞基本一样地制造了主接地电极的贵金属端头配置在中心电极的轴线方向前端侧的所谓“平行式”的比较例1的火花塞。在比较例1的火花塞中，调整为贵金属端头与中心电极用贵金属端头5C之间的主火花放电间隙的平均间隙距离Av为0.9mm，中心电极用贵金属端头5C的外径为0.6mm，从而所述比“S/Av”为0.63。

<低温起动性试验>

将这样制造的实施例1及比较例1的各火花塞组装在排气量1600cc的四汽缸汽油发动机中，使用无铅常用汽油及5W-30的发动机油，在室温-30℃、油温-25℃以下、水温-30℃的条件下，进行低温起动性试验。具体而言，将发动机钥匙转动至发动机起动位置，在经过15秒钟时或在15秒以内发动机已起动时在发动机起动之后，将所述发动机钥匙返回至初始位置，对这样的发动机钥匙进行的发动机的起动操作反复执行30循环。在将所述发动机钥匙转动至发动机起动位置经过了15秒钟而发动机也没有起动的情况下，中止试验，对所述发动机连续在15秒以内进行起动的循环数进行计数。将其结果表示在图9中。如图9所示，比较例1的火花塞的情况下起动次数少，而本发明所涉及的实施例1的火花塞的情况下，发动机的起动连续进行了30循环。

(实施例2及比较例2)

与实施例1同样地制造实施例2及比较例2的各火花塞。另外，通过改变所述贵金属端头34和所述中心电极用贵金属端头5C在轴线方向上的重叠量，在0.1～1.3的范围内调整所述总面积S(mm²)与所述平均间隙距离Av(mm)之比“S/Av”。图10示出了利用实施例2及比较例2的各火花塞与实施例1一样地进行低温起动性试验的结果。如图10所示，所述比“S/Av”小于1.3的实施例2的各火花塞的情况下，发动机的连续起动循环数较大，特别是在所述比“S/Av”为1以下的实施例2的各火花塞的情况下，发动机的起动连续进行了30循环，而所述比“S/Av”为1.3的比较例2的各火花塞的情况下，发动机的连续起动循环数只有5次。

<桌面火花耐久试验>

此外，使用所制作的实施例2及比较例2的各火花塞来进行桌面(desk-top)火花耐久试验。即，以在主接地电极30的贵金属端头34与中心电极5的中心电极用贵金属端头5C的主火花放电间隙38内产生火花放电的方式，在0.4MPa的压力下，对火花塞连续250个小时施加频率100Hz的高压。之后，利用激光形状测定器来计测贵金属端头34的消耗量。贵金属端头34的消耗量(也称作“Gap增加量”)是用于评价实际设备中的火花放电引起的电极的消耗量的试验，该消耗量越小，耐火花消耗性越好。图10示出了其结果。如图10所示，如果特别注重主火花放电间隙38的耐火花消耗性，则所述比“S/Av”优选为0.25以上。

(实施例3)

除了将所述中心电极用贵金属端头5C的曲率半径r设为0.3mm、0.5mm及0.6mm之外，与实施例1一样地制造实施例3的各火花塞。使用这些火花塞与实施例1一样地进行低温起动性试验，将试验结果表示在图11中。如图11所示，在中心电极用贵金属端头5C的曲率半径r为0.5mm以下的情况下，与所述比“S/Av”无关地，发动机的连续起动循环数都较大，特别是在所述比“S/Av”为1以下时，任何曲率半径r时发动机的起动都连续地进行30循环，而在所述曲率半径r为0.6mm的情况下，在大约1以上的所述比“S/Av”的范围内，发动机的连续起动循环数减少。

(实施例4)

将以0.6mm×0.6mm的正方形为底面的四棱柱的中心电极用贵金属端头5C以使其侧面与贵金属端头34平行相对的方式接合在中心电极5的前端部，除此之外与实施例1一样地制作实施例4的火花塞。该火花塞在以中心电极5的轴线为中心的半径方向平面上，沿着连接中心电极5的轴线和主接地电极30的轴线的虚拟线从贵金属端头34的前端部端缘34C至中心电极5的侧面的距离，在与所述虚拟线垂直的方向上是一定的，除此之外与中心电极用贵金属端头的曲率半径r为0.3mm的火花塞基本相同。使用实施例4的火花塞与实施例1一样进行低温起动性试验，将试验结果用“■”表示在图11中。如图11所示，实施例4的火花塞的情况下，发动机的连续起动循环数较大，但是如果与沿着所述虚拟线的距离在与所述虚拟线垂直的方向上不一致的火花塞、特别是所述曲率半径r为0.3mm的火花塞相比，发动机的连续起动循环数减小。

(实施例5)

调整所述绝缘体2的轴线方向长度，改变绝缘体2的前端面相对于主接地电极30的贵金属端头34的位置，除此之外，与实施例1相同，制造具有0.5(mm)、1(mm)、1.5(mm)、2(mm)、2.5(mm)、3(mm)及3.5(mm)的最短距离F的实施例5的各火花塞。实施例5的各火花塞与实施例1相比除了所述最短距离F以外结构基本相同，具备1根主接地电极30和3根副接地电极40。另外，所述最短距离F如上所述，是所述主火花放电间隙38的所述中心点a与所述交点b1、b2之间的最大距离。使用实施例5的各火花塞进行耐污损性试验及点火性试验。

<耐污损性试验>

将水温设定为-20℃，在排气量1800cc的四汽缸直喷式汽油发动机中组装各火花塞，在室温-20℃的试验室内，进行JIS标准D1606所规定的出厂(pre-delivery)污损试验。具体而言，起动所述发动机，进行几次空喷之后以3挡35km/h驱动40秒，进行90秒空转之后再以3挡35km/h驱动40秒，然后使发动机停止。然后，进行完全冷却，直至冷却水的温度达到室温为止，再次起动发动机进行空喷，1挡15km/h的15秒驱动和发动机30秒停止进行2次，以1挡15km/h再次驱动15秒之后使发动机停止。将这一系列的测试模式作为1循环，在重复进行了10循环之后，将各火花塞从所述发动机卸下，测定各火花塞的主体配件3与连接端子之间的绝缘电阻値。另外，在试验中，使用了无铅常用汽油及5W-30的发动机油。将其结果表示在图12中。耐污损性试验的绝缘电阻値(MΩ)越大，耐污损性(烟熏防止性能)越好。

<点火性试验>

在能够改变空燃比(A/F)的排气量2000cc的六汽缸汽油发动机上组装各火花塞(不具备副接地电极40)，起动发动机，以吸气压-350mmHg、2000rpm的条件进行运转。将调整后的各空燃比下失火率为1％时的A/F(称作失火率1％时的A/F)作为点火界限。具体而言，在各空燃比下相对于1000循环的指示平均有效压力(IMEP)的平均値为50％以下时判断为失火，失火率1％时的A/F为该失火发生了10次时的A/F。将结果表示在图12中。点火性试验中的失火率1％时的A/F越大，点火性越好。

如图12所示，实施例5的各火花塞的耐污损性(烟熏防止性能)及点火性优良，特别是最短距离F在1～3(mm)的范围内的实施例5的各火花塞的情况下，绝缘电阻値(MQ)为100(MQ)以上且失火率为1％时的A/F为20以上，兼备了更加优良的耐污损性(烟熏防止性能)及点火性。

Claims

1.一种火花塞，

具备：棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；

大致圆筒状的绝缘体，设置在所述中心电极的外周；

大致筒状的主体配件，设置在所述绝缘体的外周；以及

主接地电极及至少两个副接地电极，该主接地电极及至少两个副接地电极的基端部与所述主体配件的前端部接合，

所述火花塞的特征在于，

所述主接地电极被配置为，其前端部与所述中心电极的前端部侧面相对，在与所述中心电极的前端部之间形成主火花放电间隙，

所述副接地电极分别被配置为，其前端部端面的一部分与所述绝缘体的前端部外周面相对，

沿着所述中心电极的半径方向对所述主接地电极的前端部和所述中心电极的前端部投影时的、在所述中心电极的前端部的投影区域上重叠的所述主接地电极的前端部的投影面积C(mm²)和在所述主接地电极的前端部的投影区域上重叠的所述中心电极的前端部的投影面积D(mm²)的总面积S(mm²)，与所述主火花放电间隙的平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足S/Av＜1.3。

2.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

所述总面积S(mm²)与所述平均间隙距离Av(mm)之间的关系式满足0.25≤S/Av≤1。

3.如权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在以所述中心电极的轴线为中心的半径方向平面上，沿着连接所述轴线和所述主接地电极的轴线的虚拟线从所述主接地电极的前端部端缘至所述中心电极的周缘的距离，在与所述虚拟线垂直的方向上不一致。

4.如权利要求1～3中任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述主接地电极的前端部具有大致平坦的端面。

5.如权利要求1～4中任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述中心电极的前端部形成为具有0.5mm以下的曲率半径的圆柱状。

6.如权利要求1～5中任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述副接地电极分别通过其前端部和所述中心电极的前端部侧面形成夹有所述绝缘体的前端面的副火花放电间隙，

在以所述中心电极的轴线为中心的半径方向平面上，将沿着所述中心电极的圆周方向及其相反方向与所述主接地电极之间的距离最短的两个副火花放电间隙的间隙虚拟线各自与所述绝缘体的内周缘的交点分别设为b1、b2，并且将所述主火花放电间隙的中心点设为a，此时，所述中心点a与所述交点b1、b2之间的最大距离F(mm)为1～3mm。