阅读说明：本技术 火花塞 (Spark plug ) 是由 伴谦治 于 2020-04-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种能够使火焰核容易生长的火花塞。火花塞具备：筒状的主体配件,从前端侧朝向后端侧沿轴线延伸；中心电极,绝缘保持于主体配件的内侧；接地电极,与主体配件电连接,在中心电极与所述接地电极自身的端部之间形成火花间隙；以及盖部,在主体配件的前端侧,将中心电极和接地电极的端部从前端侧进行覆盖,并且形成有贯通孔,比接地电极的端部的后端靠前端侧的盖部的内表面及贯通孔的内表面的算术平均粗糙度为6.3μm以下。(The invention provides a spark plug capable of facilitating the growth of flame nuclei. The spark plug is provided with: a cylindrical metal shell extending along an axis from a front end side to a rear end side; a center electrode held in an insulated manner inside the metal shell; a ground electrode electrically connected to the metallic shell, a spark gap being formed between the center electrode and an end of the ground electrode; and a cover portion that covers the ends of the center electrode and the ground electrode from the distal end side, and that has a through hole formed therein, wherein the arithmetic average roughness of the inner surface of the cover portion and the inner surface of the through hole on the distal end side of the rear end of the ground electrode is 6.3 [ mu ] m or less.)

火花塞

技术领域

本发明涉及在发动机的燃烧室形成副室的火花塞。

背景技术

已知一种在发动机的燃烧室形成副室的火花塞(例如专利文献1)。这种火花塞在与主体配件连接的盖部形成贯通孔。露出于燃烧室的盖部在燃烧室形成副室。可燃混合气从燃烧室通过贯通孔流入到盖部。火花塞对到达火花间隙的可燃混合气进行点火，通过因可燃混合气燃烧而产生的膨胀压力，将包含火焰的气流从贯通孔喷射到燃烧室。燃烧室内的可燃混合气通过该火焰的喷流而燃烧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-144648号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1所公开的技术中，若通过贯通孔从燃烧室流入到盖部的可燃混合气的紊乱的偏差变大，则可燃混合气难以如所设计的那样到达火花间隙，从而在火花间隙生成的火焰核的生长被抑制，燃烧有时会变得不稳定。

本发明是为了解决该问题而完成的，其目的在于提供一种能够使火焰核容易生长的火花塞。

用于解决课题的技术方案

为了实现该目的，本发明的火花塞具备：筒状的主体配件，从前端侧朝向后端侧沿轴线延伸；中心电极，绝缘保持于主体配件的内侧；接地电极，与主体配件电连接，在中心电极与所述接地电极自身的端部之间形成火花间隙；以及盖部，在主体配件的前端侧，将中心电极和接地电极的端部从前端侧进行覆盖，并且形成有贯通孔，比接地电极的端部的后端靠前端侧的盖部的内表面及贯通孔的内表面的算术平均粗糙度为6.3μm以下。

发明效果

根据本发明的火花塞，由于比接地电极的端部的后端靠前端侧的盖部的内表面及贯通孔的内表面的算术平均粗糙度为6.3μm以下，因此能够减小通过贯通孔从燃烧室沿着盖部的内表面到达火花间隙的可燃混合气的流动紊乱的偏差。由此，可燃混合气如所设计的那样容易到达火花间隙，因此能够使火焰核容易生长。

另外，由于当盖部的内表面及贯通孔的内表面的算术平均粗糙度为1.6μm以下时，能够进一步减小可燃混合气的流动紊乱的偏差，因此能够使火焰核更容易生长。当盖部的内表面及贯通孔的内表面的算术平均粗糙度为0.8μm以下时，效果更大。

在主体配件的外表面的后端侧形成外螺纹，并在比外螺纹靠前端侧将盖部的后端部与主体配件焊接的情况下，如果除了与主体配件焊接的焊接部以外的盖部的外表面的算术平均粗糙度为6.3μm以下，则能够减小沿着盖部的外表面从燃烧室流入到贯通孔的可燃混合气的流动紊乱的偏差。其结果，能够进一步减小通过贯通孔到达火花间隙的可燃混合气的流动紊乱的偏差，所以能够使火焰核更容易生长。

在盖部的外表面的后端侧形成外螺纹的情况下，如果比外螺纹的前端靠前端侧的盖部的外表面的算术平均粗糙度为6.3μm以下，则能够减小沿着盖部的外表面从燃烧室流入到贯通孔的可燃混合气的流动紊乱的偏差。其结果，能够进一步减小通过贯通孔到达火花间隙的可燃混合气的流动紊乱的偏差，所以能够使火焰核更容易生长。

另外，由于当盖部的外表面的算术平均粗糙度为1.6μm以下时，能够进一步减小可燃混合气的流动紊乱的偏差，因此能够使火焰核更容易生长。当盖部的外表面的算术平均粗糙度为0.8μm以下时，效果更大。

在与轴线平行的平面与盖部的表面的交线上测定的算术平均粗糙度处于上述范围的情况下，能够进一步增大使从贯通孔朝向火花间隙的流动紊乱的偏差减小的效果。其结果，能够使火焰核更容易生长。

附图说明

图1是第一实施方式中的火花塞的局部剖视图。

图2是将图1的II所示的部分放大后的火花塞的剖视图。

图3是用与轴线平行的平面切断的盖部的立体图。

图4是第二实施方式中的火花塞的局部剖视图。

图5是将图4的V所示的部分放大后的火花塞的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1是第一实施方式中的火花塞10的局部剖视图。在图1中，将纸面下侧称为火花塞10的前端侧，将纸面上侧称为火花塞10的后端侧(在图2、图4、图5中也相同)。图1中图示了火花塞10的前端侧的部位的包含轴线O的截面。如图1所示，火花塞10具备绝缘体11、中心电极13、主体配件20、接地电极30和盖部40。

绝缘体11是形成有沿着轴线O的轴孔12的大致圆筒状的部件，由机械特性和高温绝缘性优异的氧化铝等陶瓷形成。在绝缘体11的轴孔12的前端侧配置有中心电极13。中心电极13在轴孔12内与端子配件14电连接。端子配件14是与高压电缆(未示出)连接的棒状的部件，由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成。端子配件14固定在绝缘体11的后端。

主体配件20是由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成的大致圆筒状的部件。主体配件20具备：在外周面形成外螺纹21的前端部22；与前端部22的后端侧邻接的座部23；以及形成于座部23的后端侧的工具卡合部24。外螺纹21与发动机1的螺纹孔2螺纹接合。座部23是用于堵塞发动机1的螺纹孔2与外螺纹21之间的间隙的部位，其外径形成为大于外螺纹21的外径。在将外螺纹21向发动机1的螺纹孔2进行紧固时，工具卡合部24供扳手等工具卡合。

接地电极30是由以Pt等为主成分的金属材料形成的棒状的部件。在本实施方式中，接地电极30配置在外螺纹21的位置，并贯通前端部22而突出到前端部22的内侧。接地电极30的一端部31与中心电极13对置。在主体配件20的前端部22，在外螺纹21的前端侧连接有盖部40。另外，接地电极30的主成分元素并不限于此，当然可以将其它元素作为主成分。作为其它元素，可举出例如Ni或Ir。

盖部40是从前端侧覆盖中心电极13及接地电极30的一端部31的部位。盖部40由以Fe等为主成分的金属材料形成。在盖部40，在比接地电极30靠前端侧形成有贯通孔41。在火花塞10通过外螺纹21而安装于发动机1的螺纹孔2的状态下，盖部40露出于发动机1的燃烧室3。贯通孔41将由主体配件20和盖部40包围而成的副室42与燃烧室3连通。在本实施方式中，贯通孔41在盖部40形成有多个。另外，盖部40的主成分元素并不限于此，当然可以将其它元素作为主成分。作为其它元素，可举出例如Ni或Cu。

图2是将图1的II所示的部分放大后的火花塞10的包含轴线O的剖视图。在主体配件20的前端部22，在外螺纹21的部位形成有朝向径向的内侧凹陷的凹部25。在前端部22，在凹部25的径向的内侧形成有比凹部25细的孔26。孔26将前端部22沿径向贯通。***到孔26中的接地电极30的另一端部32通过焊接部27而与前端部22接合。接地电极30的一端31与中心电极13之间形成火花间隙33。由于接地电极30与主体配件20的外螺纹21的部位接合，因此接地电极30的热量从外螺纹21传递到发动机1。

在盖部40的外表面43通过贯通孔41而形成有外侧开口端44，在盖部40的内表面45通过贯通孔41而形成内侧开口端46。在本实施方式中，形成为圆锥状的盖部40的内表面45整***于比接地电极30的一端部31的后端34靠前端侧。由盖部40的内表面45包围的副室42的与轴线O垂直的截面积随着从前端侧朝向后端侧而变大。

贯通孔41的内侧开口端46位于比接地电极30的一端部31的后端34靠前端侧。贯通孔41的内表面47随着从内侧开口端46向外侧开口端44靠近而朝向前端侧倾斜。盖部40的后端部48通过焊接部49与主体配件20的前端部22接合。

图3是用与轴线O(参照图1)平行的平面50切断的盖部40的立体图。图3示出了盖部40的圆周的一部分。盖部40通过磁性流体研磨、抛光研磨等，来调整外表面43、内表面45及贯通孔41的内表面47的表面粗糙度。在与轴线O平行的平面50与盖部40的表面的交线51上测定盖部40的外表面43、内表面45和贯通孔41的内表面47的算术平均粗糙度Ra。

根据例如通过使用光的非接触式表面粗糙度测定机来检测交线51，并按照JISB0601：2013，使之通过对短波长成分或长波长成分进行截止的滤波器而得到的曲线(未图示)，求出算术平均粗糙度Ra。算术平均粗糙度的评价长度基于JIS B0633：2001来确定。

盖部40的外表面43、内表面45及贯通孔41的内表面47的算术平均粗糙度分别为6.3μm以下。优选地，盖部40的外表面43、内表面45及贯通孔41的内表面47的算术平均粗糙度分别设定为1.8μm以下。更优选地，盖部40的外表面43、内表面45及贯通孔41的内表面47的算术平均粗糙度分别设定为0.8μm以下。另外，盖部40的外表面43及内表面45的粗糙度是除了焊接部49以外的部位的粗糙度。

在安装于发动机1(参照图1)的火花塞10，通过发动机1的阀操作，可燃混合气从燃烧室3通过贯通孔41流入到盖部40的内侧。火花塞10通过中心电极13与接地电极30之间的放电而在火花间隙33产生火焰核。火焰核在生长后对盖部40的内侧的可燃混合气进行点火，从而可燃混合气燃烧。通过因该燃烧而产生的膨胀压力，火花塞10将包含火焰的气流从贯通孔41喷射到燃烧室3。燃烧室3内的可燃混合气通过该火焰的喷流而燃烧。

火花塞10中，比接地电极30的一端部31的后端34靠前端侧的盖部40的内表面45及贯通孔41的内表面47的算术平均粗糙度为6.3μm以下，因此，能够减小沿着贯通孔41的内表面47从燃烧室3流入到盖部40，并沿着盖部40的内表面45到达火花间隙33的可燃混合气的流动紊乱的偏差。由此，如所设计的那样，可燃混合气容易通过贯通孔41从燃烧室3到达火花间隙33，因此使在火花间隙33生成的火焰核容易生长。因此，能够如所设计的那样对可燃混合气进行点火。

由盖部40的内表面45包围的副室42的与轴线O垂直的截面积随着从前端侧朝向后端侧而变大，因此能够使从燃烧室3流入到盖部40的可燃混合气的在盖部40的后端部48附近的流速比在盖部40的前端附近的流速慢。流速越慢，流动的紊乱越弱，因此能够进一步减小流过火花间隙33的可燃混合气的紊乱的偏差。其结果，能够使在火花间隙33生成的火焰核更容易生长。

由于除了主体配件20与盖部40的焊接部49之外的盖部40的外表面43的算术平均粗糙度为6.3μm以下，所以能够减小沿着盖部40的外表面43从燃烧室3流入到贯通孔41的可燃混合气的流动紊乱的偏差。其结果，能够进一步减小通过贯通孔41到达火花间隙33的可燃混合气的流动紊乱的偏差，所以能够使在火花间隙33生成的火焰核更容易生长。

参照图4和图5对第二实施方式进行说明。在第一实施方式中，对在主体配件20焊接有盖部40的情况进行了说明。与此相对，在第二实施方式中，对将在前端形成有盖部75的筒状部件70与主体配件61连接的情况进行说明。另外，对于与在第一实施方式中所说明的部分相同的部分，标注相同的标号，并省略以下的说明。图4是第二实施方式中的火花塞60的局部剖视图，图5是将图4的V所示的部分放大后的火花塞60的剖视图。

火花塞60具备绝缘体11、中心电极13、主体配件61、接地电极64和盖部75。主体配件61是由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成的大致圆筒状的部件。主体配件61具备在外周面形成外螺纹62的前端部63。在前端部63的后端侧设置有座部23及工具卡合部24。接地电极64是由以Pt、Ni、Ir等为主成分的金属材料形成的棒状的部件。在本实施方式中，接地电极64配置于前端部63的外螺纹62的前端侧。接地电极64的一端部65(参照图5)与中心电极13对置。

筒状部件70为前端封闭的筒状部件，具备：主体部71；与主体部71的后端侧邻接的凸缘部74；以及与主体部71的前端侧邻接的盖部75。在主体部71的内侧配置主体配件61的前端部63。在主体部71的内周面形成有内螺纹72，在主体部71的外周面形成有外螺纹73。主体部71的内螺纹72与主体配件61的外螺纹62结合。主体部71的外螺纹73与发动机1的螺纹孔2结合。凸缘部74的外径大于外螺纹73的外径。在凸缘部74的径向的内侧配置主体配件61的座部23。

盖部75是从前端侧覆盖中心电极13及接地电极64的一端部65的部位。在盖部75，在比接地电极64靠前端侧形成有贯通孔76。在火花塞60的筒状部件70通过外螺纹73而安装于发动机1的螺纹孔2的状态下，盖部75露出于发动机1的燃烧室3。贯通孔76将由主体配件61和盖部75包围而成的副室77与燃烧室3连通。在本实施方式中，贯通孔76在盖部75形成有多个。

如图5所示，在主体配件61的前端部63，在比外螺纹62靠前端侧的部位，接合有接地电极64的另一端部66。接地电极64的一端部65与中心电极13之间形成火花间隙67。在盖部75的外表面78通过贯通孔76而形成有外侧开口端79，在盖部75的内表面80通过贯通孔76而形成有内侧开口端81。盖部75的内表面80形成为球冠状。贯通孔76的内侧开口端81位于比接地电极64的一端部65的后端68靠前端侧。贯通孔76的内表面82随着从内侧开口端81向外侧开口端79靠近而朝向前端侧倾斜。

盖部75的内表面80的一部分(前端侧的部位)位于比接地电极64的一端部65的后端68靠前端侧。盖部75的内表面80中的比接地电极64的一端部65的后端68靠前端侧的部位的算术平均粗糙度以及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度分别为6.3μm以下。另外，比外螺纹73的前端靠前端侧的盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为6.3μm以下。由此，第二实施方式中的火花塞60能够实现与第一实施方式中的火花塞10同样的作用效果。另外，如在第一实施方式中所说明的那样，在与轴线O平行的平面(未图示)与盖部75的表面的交线上测定算术平均粗糙度。

【实施例】

通过实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于该实施例。

试验者以与第二实施方式同样的方式制造出盖部75的内表面80的算术平均粗糙度、盖部75的外表面78的算术平均粗糙度、贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度不同的各种样品1-8。按每个制造批次改变对盖部75的内表面80和外表面78以及贯通孔76的内表面82进行研磨的磨粒的大小、研磨方法，而使盖部75的表面的算术平均粗糙度不同。样品1-8的盖部75和贯通孔76的形状、大小等除了盖部75的表面的算术平均粗糙度以外的要素相同。

算术平均粗糙度是通过使用激光的非接触式表面粗糙度测定机，在与轴线O平行的平面与盖部75的表面的交线上，按照JIS B0601：2013求出的。贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度是用穿过贯通孔76的外侧开口端79和内侧开口端81的平面将同一制造批次的盖部75切断，以使贯通孔76的内表面82显现后，通过使用激光的非接触式表面粗糙度测定机求出的。

试验者将各样品安装于排气量为1.6升的4气缸直喷发动机，并使发动机运转。就发动机的运转条件而言，将转速设为1600rpm，将负荷设为图示平均有效压力(NMEP)480kPa。将到向发动机的燃烧室引入可燃混合气并将可燃混合气燃烧而排出燃烧气体为止的一系列动作设为一个循环，通过检测1000个循环之间的燃烧室的压力，从而进行测定可燃性混合气的点火失败的循环数的试验。对各样品进行5次该试验，求出点火失败的比例。

根据点火失败的比例，将各样品判定为A至G中之一。将点火失败的比例为10％以上判定为G，将点火失败的比例为9％以上且小于10％判定为F，将点火失败的比例为8％以上且小于9％判定为E，将点火失败的比例为7％以上且小于8％判定为D，将点火失败的比例为6％以上且小于7％判定为C，将点火失败的比例为5％以上且小于6％判定为B，并将点火失败的比例小于5％判定为A。表1中记载了盖部的表面的算术平均粗糙度及判定。

【表1】

如表1所示，样品8的盖部75的内表面80和外表面78以及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度为12.5μm，判定为G。与此相对，样品1的盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度为6.3μm，盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为12.5μm，判定为F。由此可知，通过将盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度设为6.3μm以下，从而点火不易失败。

对样品1和样品2进行比较，样品2的盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度为6.3μm，盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为1.6μm，判定为E。由此可知，通过将盖部75的外表面78的算术平均粗糙度设为1.6μm以下，点火更不易失败。

对样品1和样品3进行比较，样品3的盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度为1.6μm，盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为12.5μm，判定为E。由此可知，通过将盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度设为1.6μm以下，从而点火更不易失败。

对样品3和样品4进行比较，样品4的盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度为0.8μm，盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为12.5μm，判定为D。由此可知，通过将盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度设为0.8μm以下，从而点火更不易失败。

对样品4和样品5进行比较，样品5的盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度为0.8μm，盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为6.3μm，判定为C。由此可知，通过将盖部75的外表面78的算术平均粗糙度设为6.3μm以下，点火更不易失败。

对样品5和样品6进行比较，样品6的盖部75的内表面80及贯通孔76的内表面82的算术平均粗糙度为0.8μm，盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为1.6μm，判定为B。由此可知，通过将盖部75的外表面78的算术平均粗糙度设为1.6μm以下，点火更不易失败。

对样品6和样品7进行比较，样品7的盖部75的内表面80和贯通孔76的内表面82以及盖部75的外表面78的算术平均粗糙度为0.8μm，判定为A。由此可知，通过将盖部75的外表面78的算术平均粗糙度设为0.8μm以下，点火更不易失败。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明不受上述实施方式的任何限定，可容易地推断出在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良变形。例如，盖部40、75的形状，贯通孔41、76的数量、形状、大小等可以适当设定。

在第一实施方式中，对将贯通主体配件20的前端部22的接地电极30设置在外螺纹21的位置的情况进行了说明，但并不一定限于此。例如，当然可以将盖部配置成使主体配件20的前端部22的前端面露出，并将接地电极与前端部22的前端面连接。接地电极的形状可以是直线状，也可以弯曲。也可以将接地电极接合于盖部。

在第二实施方式中，对在筒状构件70的内周面形成内螺纹72，在形成于前端部63的外螺纹62接合内螺纹72，从而在主体配件61的前端侧配置盖部75的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然可以通过其他方法将设有盖部75的筒状部件70与主体配件61连接。作为其他方法，例如可举出通过焊接等将筒状部件70的凸缘部74与主体配件61的座部23接合的方法。筒状部件70例如可以由镍基合金等金属材料或氮化硅等陶瓷形成。

在实施方式中，对贯通孔41、76的内侧开口端46、81出现于用包含轴线O的平面切断盖部40、75所得的切口的情况进行了说明，但并不一定限于此。当然可以使内侧开口端46、81相对于轴线O的位置偏移地，在盖部40、75设置贯通孔41、76，以使贯通孔41、76的内侧开口端46、81不出现于包含轴线O的截面，并且使贯通孔41、76的内侧开口端46、81出现于用与轴线O平行的平面切断盖部40、75所得的切口。

在实施方式中，对接地电极30、64的一端部31、65配置于中心电极13的前端侧，并在中心电极13的前端侧形成火花间隙33、67的情况进行了说明，但并不一定限于此。例如，当然可以与中心电极13的侧面分隔地配置接地电极30、64的一端部31、65，并在中心电极13的侧面与接地电极30、64的一端部31、65之间形成火花间隙33、67。另外，当然可以配置多个接地电极30、64而设置多个火花间隙33、67。

标号说明

10、60 火花塞

13 中心电极

20、61 主体配件

21、73 外螺纹

30、64 接地电极

31、65 接地电极的一端部(端部)

33、67 火花间隙

34、68 接地电极的一端部的后端

40、75 盖部

41、76 贯通孔

43、78 盖部的外表面

45、80 盖部的内表面

47、82 贯通孔的内表面

48 盖部的后端部

49 焊接部

50 平面

51 交线

O 轴线