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1、10申请公布号CN104247179A43申请公布日20141224CN104247179A21申请号201380020260922申请日20130123201209301720120416JPH01T13/32200601F02P13/0020060171申请人日本特殊陶业株式会社地址日本爱知县72发明人铃木香织74专利代理机构北京林达刘知识产权代理事务所普通合伙11277代理人刘新宇张会华54发明名称火花塞57摘要本发明的目的是提供一种能提高内燃机的燃烧效率的火花塞。火花塞100中的接地电极40的中间部460的截面形状满足关系BA/2、R1R1且R2R2，其中，A表示沿X轴方向基点P3与基。
2、点P4之间的长度，B表示沿Y轴方向从连接基点P3与基点P4的直线到基点P7的长度，R1表示第一弯曲部的平均曲率半径，R2表示第二弯曲部的平均曲率半径，R1表示第三弯曲部的平均曲率半径，以及R2表示第四弯曲部的平均曲率半径。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014101686PCT国际申请的申请数据PCT/JP2013/0003102013012387PCT国际申请的公布数据WO2013/157173JA2013102451INTCL权利要求书2页说明书13页附图15页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书13页附图15页10申请公布号CN104247。
3、179ACN104247179A1/2页21一种火花塞，其包括中心电极，其为棒状并且在轴线方向上延伸；筒状的金属壳；以及接地电极，所述接地电极具有基端部和末端部，其中，所述基端部固定于所述金属壳，所述接地电极朝向所述中心电极的前端弯曲，使得所述末端部与所述中心电极之间在轴线方向上形成间隙，所述接地电极具有面向所述中心电极的对向面，所述对向面的范围从所述基端部直到所述末端部，所述接地电极的在从所述间隙的轴线方向长度的中点起向轴线方向上的两个方向各030MM的范围内的、位于与轴线方向垂直的平面上的截面形状的外形线包括对向边，其为直线状并且构成所述对向面；第一弯曲部，在作为所述对向边的端点的两个基点。
4、P1和P2以及在沿所述对向边的X轴方向上在所述截面形状中具有最大长度的两个基点P3和P4之中，所述第一弯曲部连接所述基点P1与所述基点P3并向外突出；第二弯曲部，所述第二弯曲部连接所述基点P2与所述基点P4并向外突出；第三弯曲部，所述第三弯曲部连接所述基点P3与所述外形线上的基点P5并向外突出，在所述基点P5处，所述外形线与沿与轴线方向和X轴方向垂直的Y轴方向穿过所述基点P1的直线相交；第四弯曲部，所述第四弯曲部连接所述基点P4与所述外形线上的基点P6并向外突出，在所述基点P6处，所述外形线与沿Y轴方向穿过所述基点P2的直线相交；以及连接部，所述连接部连接所述基点P5与所述基点P6并穿过基点P。
5、7，所述基点P7在Y轴方向上与所述对向边之间在所述截面形状中具有最大长度，并且满足BA/2、R1R1且R2R2，其中A是所述基点P3与所述基点P4之间的沿X轴方向的长度；B是从连接所述基点P3与所述基点P4的直线沿Y轴方向到所述基点P7的长度；R1是所述第一弯曲部的平均曲率半径；R2是所述第二弯曲部的平均曲率半径；R1是所述第三弯曲部的平均曲率半径；以及R2是所述第四弯曲部的平均曲率半径。2根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，满足BA/2006MM、AA/2、R1R1且R2R2，其中A是所述基点P3与所述基点P4之间的沿X轴方向的长度；B是从连接所述基点P3与所述基点P4的直线沿Y轴方向到。
6、所述基点P7的长度；R1是所述第一弯曲部的平均曲率半径；R2是所述第二弯曲部的平均曲率半径；R1是所述第三弯曲部的平均曲率半径；以及R2是所述第四弯曲部的平均曲率半径。0014【应用例2】在根据应用例1的火花塞中，能够满足BMMAMM/2006MM、AA/2、R1R1以及R2R2。稍后说明与这些条件相关的评价值。说明书CN104247179A6/13页90070从防止从接地电极40侧沿Y轴方向流向间隙SG的空气燃料混合气在间隙SG中发生逆流的观点看，在中间部460的全部区域中，在长度A和长度B、基点P1与基点P3之间沿X轴的长度A、基点P1与基点P3之间沿Y轴的长度B、基点P2与基点P4之间沿。
7、X轴的长度C、基点P2与基点P4之间沿Y轴的长度D之间，还优选满足关系BMMAMM/2006MM、A图5是表明关于接地电极40的中间部460的截面形状的第一评价试验的结果的表。在第一评价试验中，制备接地电极40的中间部460的截面形状不同的多个火花塞100作为样本。这些样本安装在进行流体分析的风洞管中，从而确认在从接地电极40侧沿Y轴方向朝向间隙SG沿Y轴方向均匀流动的情况下，是否在间隙SG中引起逆流。具体地，作为样本的火花塞100以中心电极10和接地电极40在风洞管的内侧突出并且接地电极40的中间部460在间隙SG的上游侧的方式安装在风洞管中。在风洞管内发生8M/S米每秒的管内流速的均匀流动。
8、的状况下，确认在间隙SG中是否发生逆流。0084图5示出了识别样本的识别符号、长度A、B、A、B、C、D中的各值、平均曲率半径R1、R2、R1、R2中的各值以及在间隙SG中有/无逆流。在第一评价试验中，制备在中间部460的全部区域满足图5中表示的各值的16个样本A1到A16。样本A1至A16全都满足AA/2的样本A1至A8的评价结果，发现当在样本A3、A4、A7、A8中满足BA/2、R1R1且R2R2时，在间隙SG中不发生逆流。在样本A1、A2、A5、A6中，发现即使当满足BA/2而不满足R1R1且R2R2时，在间隙SG中发生逆流。0086根据满足BA/2的样本A9至A12的评价结果，即使当满。
9、足R1R1且R2R2时，存在在间隙SG中发生逆流的情况样本A11和在间隙SG中不发生逆流的情况样本A12。如在样本A9、A10中，发现当满足BA/2、R1R1且R2R2，在间隙SG中都发生逆流。0088因此，根据第一评价试验的结果，从防止从接地电极40侧沿Y轴方向朝向间隙SG流动的空气燃料混合气的逆流在间隙中发生的观点看，可以评价出优选的是，在中间部460说明书CN104247179A108/13页11的全部区域，满足关系BA/2、R1R1且R2R2，如样本A3、A4、A7、A8所示。0089图6是表明关于接地电极40的中间部460的截面形状的第二评价试验的结果的表。除了在以比第一评价试验大的。
10、10M/S的管内流速的均匀流动中进行流体分析之外，第二评价试验与第一评价试验相同。0090图6示出了识别样本的识别符号、长度A、B、A、B、C、D中的各值、平均曲率半径R1、R2、R1、R2中的各值以及在间隙SG中有/无逆流。图6还示出了基于长度A的评价值SAMM/2006MM中的各值。在第二评价试验中，制备在中间部460的全部区域满足图6中表示的各值的24个样本B1至B24。样本B1至B24全部满足R1R1且R2R2。0091根据满足AB且CD的样本B13至B18的评价结果，发现无论是否满足BS即，BA/2006，间隙SG中都发生逆流。0094根据满足A图7是表明关于接地电极40的中间部46。
11、0的截面形状的第三评价试验的结果的表。在第三评价试验中，制备接地电极40的中间部460的截面形状不同的多个火花塞100作为样本。这些样本安装在风洞管中，在此，当空气燃料混合气点火时评价火焰焰心的传播面积。具体地，使用配备了具有观察口VIEWPORT的燃烧室的纹影SCHLIEREN光学装置，点火05MS毫秒之后间隙SG和附近区域通过观察口由高速相机成像，从而得到纹影图像。然后，将纹影图像二值化，从而得到火焰焰心在与Y轴平行并穿过轴线CA1的平面上的传播面积。在第三评价试验中，丙烷气的空气燃料混合气以005MPA兆帕的压力供给到燃烧室，通过对样本施加50MJ毫焦耳电能引起火花放电，从而点燃空气燃料。
12、混合气。0097图7示出了识别样本的识别符号、长度A的值、长度AC的值、评价值TAC/A的值、平均曲率半径R1、R2、R1、R2中的各值、传播面积的值和传播面积换算比的值。图7中的评价值T表示长度AC相对于长度A的比率。图7中的传播面积换算比是长度A相同的样本的传播面积中具有最大值的良好传播面积被设为1时各传播面积的比。其表示的是，当该值变得小于1时，传播面积变小且火焰成长被阻碍。0098在第三评价试验中，制备在中间部460的全部区域满足图7中各值的16个样本C1至C16。样本C1至样本C8的长度A为150MM；样本C9至样本C16的长度A为120MM。样说明书CN104247179A119/。
13、13页12本C1至样本C16全都满足R1R1且R2R2。样本C1至样本C16中的螺纹部32的公称直径为M10。0099图8是示出了第三评价试验的结果的图。图8以横轴为评价值T以及纵轴为传播面积换算比的方式示出了第三评价试验的结果。0100根据在X轴方向上的最大长度A为150MM的样本C1至C8的评价结果，发现随着表示长度AC相对于长度A的比率的评价值T变小，传播面积换算比的值变小且火焰成长被中间部460阻碍。特别地，发现在评价值T的值小于由样本C3表示的027的样本C1、C2中，当与评价值T的值大于样本C3的评价值的值的样本C4至C8相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。0101根据在X轴方。
14、向上的最大长度A为120MM的样本C9至C16的评价结果，如样本C1至样本C8的情况一样，发现当评价值T的值变小时，传播面积换算比的值变小且火焰成长被中间部460阻碍。特别地，发现在评价值T的值小于由样本C12表示的027的样本C9至C11中，当与评价值T的值大于样本C12的评价值的值的样本C13至C16相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。0102因此，根据第三评价试验的结果，从减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Y轴方向朝向接地电极40扩展的火焰成长的影响的观点看，可以评价出优选的是，在中间部460的全部区域，评价值T为027或更大，即，在长度A、A和C之间满足关系AC/A027。0。
15、103图9是表明关于接地电极40的末端部480的截面形状的第四评价试验的结果的表。除了在点火03MS之后获取纹影图像之外，第四评价试验与第三评价试验相同。0104图9示出了识别样本的识别符号、长度C和G的值、长度DE的值、评价值UDE/C的值、平均曲率半径R1、R2、R1、R2中的各值、传播面积的值和传播面积换算比的值。图9中的评价值U表示长度DE相对于长度C的比率。图8中的传播面积换算比是长度C和G相同的样本的传播面积中具有最大值的良好的传播面积被设为1时各传播面积的比。其表示的是，当该值变得小于1时，传播面积较小且火焰成长被阻碍。0105在第四评价试验中，制备在末端部480的全部区域满足图。
16、9中各值的16个样本D1至D16。在样本D1至样本D8中，长度C为150MM，长度G为120MM。在样本D9至样本D16中，长度C为120MM，长度G为100MM。样本D1至样本D16全都满足R1R1且R2R2。样本D1至样本D16中的螺纹部32的公称直径均为M10。样本D1至样本D16中的间隙SG的长度均为090MM。0106图10是示出了第四评价试验的结果的图。图10以横轴为评价值U以及纵轴为传播面积换算比的方式示出了第四评价试验的结果。0107根据在X轴方向上的最大长度C为150MM并且在Z轴方向上的最大长度G为120MM的样本D1至D8的评价结果，发现随着表示长度DE相对于长度C的比率。
17、的评价值U变小，传播面积换算比的值变小且火焰成长被末端部480阻碍。特别地，在评价值U的值小于由样本D3表示的027的样本D1、D2中，发现当与评价值U的值大于样本D3的评价值的值的样本D4至D8相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。0108根据在X轴方向上的最大长度C为120MM并且在Z轴方向上的最大长度G为说明书CN104247179A1210/13页13100MM的样本D9至D16的评价结果，发现如样本D1至样本D8的情况一样，当评价值U变小时，传播面积换算比的值变小且火焰成长被末端部480阻碍。特别地，在评价值U的值小于由样本D12表示的027的样本D9至D11中，发现当与评价值U的。
18、值大于样本D12的评价值的值的样本D13至D16相比时，传播面积换算比的值的减少率变大。0109因此，根据第四评价试验的结果，从减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Z轴方向轴线方向朝向接地电极40的末端部480扩展的火焰成长的影响的观点看，可以评价出优选的是评价值U为027或更大，即，在长度C、D和E之间满足关系DE/C027。特别地，当间隙SG沿Z轴方向轴线方向的长度H变得小于110MM时，接地电极40的末端部480的形状对火焰成长施加的影响变大。因此，在H图11是示出了关于接地电极40的末端部480的截面形状的第五评价试验的结果的图。在第五评价试验中，制备末端部对向边485的长度F不同。
19、的多个火花塞100作为样本。对这些样本进行台式火花耐久性试验。具体地，在06MPA压力的大气环境下，通过作为样本的火花塞100以60HZ赫兹的频率火花放电75小时。此后，沿X轴测量间隙SG的长度H，得到作为从实验前的时间点起的长度H的增量的间隙增量。图11以横轴为长度F以及纵轴为间隙增量的方式示出了第五评价试验的结果。0111在第五评价试验中，制备24个样本E1至E24。样本E1至E24中的螺纹部32的公称直径均为M10。样本E1至E24中的间隙SG的长度H在试验前的时间点均为090MM。样本E1至E24中的中心电极10的前端11的直径为150MM。0112在样本E1至E6中，末端部480在X。
20、轴方向上的最大长度C为150MM；末端部480在Z轴方向上的最大长度G为120MM；接地电极40的镍NI含量总共为88重量重量分数，同时末端部对向边485的长度F在从060MM至110MM的范围内变化。在样本E7至E12中，长度C为120MM，长度G为100MM，镍的含量总共为98重量，同时长度F在从060MM至095MM之间的范围内变化。在样本E13至E18中，长度C为150MM，长度G为120MM，镍的含量总共为95重量，同时长度F在从060MM至110MM的范围内变化。在样本E19至E24中，长度C为150MM，长度G为120MM，镍的含量总共为98重量，同时长度F在从060MM至110。
21、MM的范围内变化。0113根据样本E1至E24的评价结果，发现无论长度C和G的值是多少，随着末端部对向边485的长度F变小，间隙增量的值变大且末端部480的耐久性降低。特别地，与长度F的值为080或更大的情况相比，当长度F变得小于080MM时，间隙增量的增加率变大。0114因此，根据第五评价试验的结果，从提高接地电极40的耐久性的观点看，可以评价出优选的是在末端部480的全部区域，长度F为080MM或更大。0115图12是示出了关于接地电极40的镍含量的第六评价试验的结果的图。在第六评价试验中，制备镍含量不同的多个火花塞100作为样本。对这些样本进行台式火花耐久性试验。第六评价试验的具体内容与。
22、第五评价试验的具体内容相同。图12以横轴为镍含量以及纵轴为间隙增量的方式示出了第六评价试验的结果。0116在第六评价试验中，制备6个样本F1至F6。样本F1至F6中的螺纹部32的公称直径均为M10。样本F1至F6中的间隙SG的长度H在试验前的时间点均为090MM。样本F1至F6中的中心电极10的前端11的直径为150MM。在样本F1至F6中，共同地，长度C说明书CN104247179A1311/13页14为150MM，长度G为120MM，长度D和E为035MM，长度F为080MM，同时镍含量在从88重量至98重量的范围内变化。0117根据样本F1至F6的评价结果，发现随着镍含量变小，间隙增量的。
23、值变大且末端部480的耐久性降低。特别地，发现与镍含量为95或更大的情况相比，随着镍含量变得少于95重量，间隙增量的值的增加率变大。0118因此，根据第六评价试验的结果，从提高接地电极40的耐久性的观点看，可以评价出优选的是接地电极40由含镍95重量或更大的镍合金制成。0119A3效果根据上述第一实施方式，通过满足BA/2、R1R1且R2R2，能够防止从接地电极40侧沿Y轴方向流向间隙SG的空气燃料混合气的逆流在间隙SG中发生。因此，能减少由于接地电极40的位置关系导致的点火性能的降低。其结果是，能够提高内燃机200的燃烧效率。0120另外，通过满足BMMAMM/2006MM、AB且CD，能够。
24、进一步防止从接地电极40侧沿Y轴方向流向间隙SG的空气燃料混合气的逆流在间隙中发生。0121此外，通过满足AC/A027，能够减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Y轴方向朝向接地电极40扩展的火焰成长的影响。因此，能够减少由于接地电极40的位置关系导致的燃烧能量的损失。其结果是，能进一步提高内燃机200的燃烧效率。0122此外，通过满足DE/C027，能够减少接地电极40在点火后阻碍从间隙SG沿Z轴方向朝向接地电极40的末端部480扩展的火焰成长的影响。因此，能够减少由于接地电极40导致的燃烧能量的损失。其结果是，能进一步提高内燃机200的燃烧效率。0123此外，通过将长度F设为080MM。
25、或更大，能够提高接地电极40的耐久性。另外，通过将镍含量率设为95重量或更大，能够提高接地电极的耐久性。0124B第二实施方式在第二实施方式的说明中，与第一实施方式的构件相同的构件由相同的标号表示，具有添加到在第一实施方式中使用的标号的字母“A”的标号用于在形状、位置等方面不同，但与第一实施方式中的构件对应的构件。0125图13是示出了第二实施方式中的放大的接地电极40A的说明图。除了设有具有贵金属电极头450A的接地电极40A之外，第二实施方式的火花塞100A与第一实施方式的火花塞相同。在图2中，从X轴方向看到的接地电极40A与中心电极10的前端侧一起示出。0126接地电极40A的贵金属电极。
26、头450A焊接在末端部480A的对向面405A中。在第二实施方式中，间隙SG沿Z轴方向轴线方向的长度H是沿Z轴方向从中心电极10的前端11直到末端部480A的对向面405A的长度。0127贵金属电极头450A是含有贵金属的金属体，该贵金属比接地电极40A的母材在对火花放电或氧化的耐久性上更出色。在本实施方式中，贵金属电极头450A由包含20重量的铂铑作为主成分的合金制成。在其它实施方式中，贵金属电极头450A的材料可以是其它合金，或者作为非合金的贵金属本身例如铂、铱、钌、铑等。0128根据上述第二实施方式，与第一实施方式的情况相同，能够提高内燃机200的燃烧效率。0129C第三实施方式在第三实。
27、施方式的说明中，与第一实施方式的构件相同的构件由相同的标号表示，具有添加到在第一实施方式中使用的标号的字母“B”的标号用于在形说明书CN104247179A1412/13页15状、位置等方面不同，但与第一实施方式中的构件对应的构件。0130图14是示出了第三实施方式中的末端部480B的截面形状的说明图。图14中示出的末端部480B的截面形状位于ZX平面。除了设有沿X轴连接基点P5与基点P6的连接部486B之外，第三实施方式中的末端部480B的截面形状的外形线480LB与第一实施方式中的末端部的截面形状的外形线相同。第三实施方式的基点P7B是连接部486B上的基点，且基点P7B与基点P5和基点P。
28、6一起在末端部480的截面形状中与末端部对向边485之间在Z轴方向上具有最大长度G。0131根据上述第三实施方式，与第一实施方式中的情况相同，能够提高内燃机200的燃烧效率。0132D第四实施方式在第四实施方式的说明中，与第一实施方式的构件相同的构件由相同的标号表示，具有添加到在第一实施方式中使用的标号的字母“C”的标号用于在形状、位置等方面不同，但与第一实施方式中的构件对应的构件。0133图15是示出了第四实施方式中的末端部480C的截面形状的说明图。图15中示出的末端部480C的截面形状位于ZX平面。除了设有连接部486C之外，第四实施方式中的末端部480C的截面形状的外形线480LC与第。
29、一实施方式中的末端部的截面形状的外形线相同。第四实施方式的连接部486C在基点P5侧与第三末端弯曲部483平滑地连结，在基点P6侧与第四末端弯曲部484平滑地连结，且在连接部486C的中央部为沿X轴的直线的形式。第四实施方式的基点P7C是位于连接部486B的中央部的直线上并且在末端部480的截面形状中与末端部对向边485之间在Z轴方向上具有最大长度G的基点。0134根据上述第三实施方式，与第一实施方式中的情况相同，能够提高内燃机200的燃烧效率。0135E其它实施方式虽然以上已说明了本发明的实施方式，但本发明不限于前述实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明还可以被以各种显而易见的形式实。
30、施。0136附图标记列表013710中心电极013811前端013916密封体014017陶瓷电阻014118密封体014219端子金属固定件014320绝缘体014428轴孔014530金属壳014631端面014732螺纹部014840、40A接地电极0149100、100A火花塞0150200内燃机0151210螺纹孔说明书CN104247179A1513/13页160152405、405A对向面0153410基端部0154450A贵金属电极头0155460中间部0156460L外形线0157461第一弯曲部0158462第二弯曲部0159463第三弯曲部0160464第四弯曲部0161。
31、465对向边0162466连接部0163480末端部0164480L、480LB、480LC外形线0165480A末端部0166480B末端部0167480C末端部0168481第一末端弯曲部0169482第二末端弯曲部0170483第三末端弯曲部0171484第四末端弯曲部0172486、486B、486C连接部说明书CN104247179A161/15页17图1说明书附图CN104247179A172/15页18图2说明书附图CN104247179A183/15页19图3说明书附图CN104247179A194/15页20图4说明书附图CN104247179A205/15页21图5说明书附。
32、图CN104247179A216/15页22图6说明书附图CN104247179A227/15页23图7说明书附图CN104247179A238/15页24图8说明书附图CN104247179A249/15页25图9说明书附图CN104247179A2510/15页26图10说明书附图CN104247179A2611/15页27图11说明书附图CN104247179A2712/15页28图12说明书附图CN104247179A2813/15页29图13说明书附图CN104247179A2914/15页30图14说明书附图CN104247179A3015/15页31图15说明书附图CN104247179A31。