具有貴金屬端子的火花塞結構的製作方法

2023-06-01 23:27:21 2

專利名稱：具有貴金屬端子的火花塞結構的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及內燃機中使用的火花塞。更具體地，本發明涉及採用附著至中心 電極和/或地電極的貴金屬端子的火花塞結構。
背景技術：
公知地，在現有技術中通過將稀有金屬或貴金屬端子附著於火花塞電極的點火端 來延長火花塞電極的使用壽命。這種技術中的一些最早期的示例可參見於1942年9月15 日授於Heller的第2，296, 033號美國專利，和1938年公布的、Powell等的第479，540號 英國專利說明書中。Heller的專利中提出了將稀有金屬端子附著於由不太昂貴的材料形成 的地電極和中心電極。這些稀有金屬包括耐腐蝕的材料，包括鉬合金(如鉬銠，鉬銥，鉬釕 合金)。同樣地，Powell的說明書中公開了對鉬、銥、釕、鋨及其合金(包括銥銠合金)的使 用，以用作火花塞電極的點火端子。在這種和其它早期的設計以後，湧現出了大量試圖利用 貴金屬和其他稀有金屬的耐腐蝕和耐侵蝕性能的其它發明。多年以來，如大量描述鉬使用的專利所顯示的那樣，鉬是被選擇用於火花塞電 極點火端的稀有金屬。但是，在最近幾年，大量其他的貴金屬和貴金屬合金被更加頻繁 地使用，其中之一是銥。與其他的貴金屬相比，銥相對低廉，並具有很高的熔點(大約為 2410°C )。雖然使用銥時具有很多的優點，但是因為銥在受到機械壓力和變形時容易破裂， 因此在製造期間有時存在一些難題。為了克服這個問題和其他的缺陷，已經開發出了各種 銥合金期望使該金屬具有某些理想的特性。這種合金的示例示於2000年7月25日授於 Osamura等的第6，094，000的美國專利中。在該專利文獻中公開了一種Ir-Rh (銥-銠)合 金，在這種合金中銥-銠的相對百分比在其公開的幾個實施方案之一中是可以改變的。除了電極端子的組成成分之外，已經證明對中心電極和/或地電極的貴金屬端子 進行散熱也是延長這些端子的使用壽命的有效手段。燃燒過程產生大量高溫，而貴金屬端 子就處於高溫中。據實驗顯示，高溫(例如，超過1000°c )可增加氧化、化學腐蝕或電腐蝕， 這可能加速貴金屬端子的劣化。理想地，根據某些設計構造點火端組件(例如貴金屬端子、 中心電極或地電極、絕緣體或外殼)，採用某種尺寸組合，從而降低上述的加速劣化以及其 它有害現象(例如積炭等)。例如，美國專利No. 6，147，441和公開號為2003/0071552A1的 美國申請中公開了採用貴金屬插入部件和一系列優選尺寸的火花塞設計。因此，提供具有位於點火端處的改進的貴金屬端子(其優選為銥或銥合金端子) 的火花塞是有益的，其中，火花塞進一步包括被設計為能夠延長火花塞的使用壽命並改進 其它工作特性的點火端組件。

發明內容
本發明提供了一種火花塞，其通常包括外殼、絕緣體、中心電極、至少一個貴金屬 端子以及地電極。根據本發明的一個方面，中心電極進一步包括導熱芯、金屬覆層、主杆部 分以及具有用於接納貴金屬端子的凹部的至少一個徑向減少的凸緣部分。中心電極和貴金 屬端子根據在火花塞點火端部幾種限制它們的大小的尺寸限制構造。根據本發明的另一個 方面，絕緣體被構造為能夠使其滿足與所述殼體和貴金屬端子有關的某些尺寸限制。根據 本發明另一個方面，地電極包括貴金屬墊，貴金屬墊與中心電極的貴金屬端子構成火花隙。 地電極和貴金屬墊根據與它們尺寸有關的幾種尺寸限制來構建，其中，貴金屬墊的直徑大 於在所述中心電極上的貴金屬端子的直徑。根據本發明的另一個方面，殼體為M14殼體，並 使用主要與絕緣體的內孔和中心電極的徑向尺寸相關的大量尺寸限制構建。根據本發明的 另一個方面，殼體為M 12殼體，並根據主要與絕緣體的內孔和中心電極的徑向尺寸相關的 尺寸限制構建。本發明的目的、特徵和有益效果包括但不限於提供一種改進的火花塞，該火花塞 尤其具有用於中心電極的貴金屬端子和/或用於地電極的貴金屬襯墊，以及具有能夠有助 於改進的火花塞性能(例如火花塞的耐久性、可製造性和通用性)的尺寸特性的組合。此 夕卜，本發明的一個目的在於提供具有M14和M12外殼的火花塞的具體實施方案。


本發明的上述和其它目的、特徵和有益效果將通過以下對優選實施方案和最佳方 式、所附權利要求以及附圖的詳細描述而變得清楚，附圖中圖1示出了在中心電極附著有貴金屬端子以及在地電極附著有貴金屬襯墊的火 花塞的局部剖視圖；圖2示出了圖1中示出的火花塞的下部軸端的放大圖；圖3示出了圖2中示出的火花塞的下部軸端的放大圖；以及圖4示出了圖1的火花塞的仰視圖。
具體實施例方式參照圖1，其示出了在內燃機(未示出)中使用的火花塞組件10。火花塞組件10 通常包括外殼12、絕緣體14、導熱芯16、地電極18、貴金屬端子20以及貴金屬墊22。如 本領域所公知的那樣，外殼12通常為柱形的導電部件，並具有延其軸向長度延伸的中空孔 (bore)。在該孔內部具有一系列圓周臺肩，其大小能夠支撐絕緣體的徑向增加的部分。和 外殼一樣，絕緣體14也是基本柱形部件並具有延長的軸向孔，然而顧名思義，絕緣體通常 由非傳導的材料製成。絕緣體的下軸端包括從殼體的最下部分延伸並超出最下部分的鼻狀 物部分。絕緣體的軸向孔被設計為能夠接納電傳導絕緣芯16。電傳導絕緣芯16沿著火花 塞的全部長度延伸，並通常包括端電極30、一個或多個傳導和/或壓制密封件32、抵抗部件 (resistive component) 34和中心電極36。在圖中示出的傳導絕緣芯16僅僅是大量可能 的實施方式中的一個，並可以容易地包括附加的組件，或具有省略的部件。地電極18機械 地和電氣地連接到外殼的下部軸端，並通常形成為L形狀結構。中心電極36暴露出的端部 和地電極18的側表面相互面對並軸向地隔開，從而形成火花隙。中心電極和地電極的相對表面分別具有貴金屬 端子20和貴金屬墊22，從而使得打火花表面或放電錶面與傳統的電 極材料的相比具有更大的抵制電腐蝕、氧化和化學腐蝕，這樣就提高了火花塞的使用壽命。圖2是在圖1中示出的火花塞10的下軸端或點火端的放大圖。殼體12可以根據 本領域中公知的一種設計方式來構建，但是優選地由鋼鐵構成並包括開放的下軸向端50。 下軸向端50具有外圓柱形表面52和內軸向孔54。外圓柱形表面52的下部被加工出螺紋， 從而使得它可以擰到氣缸頭部的互補孔(未示出)。軸向孔54包括一個或多個內臺肩56。 內臺肩56由於孔的直徑減少而形成，其大小能夠接納和支撐絕緣體14。軸向孔54還包括 由於孔直徑的增加而限定出的一個或多個內擴張部分58。內擴張部分58在殼體的軸向孔 54和絕緣體14的外表面之間建立了通常為圓柱形的空間。由於絕緣體可具有朝向其下軸 端逐漸變小的錐度，所以殼體的軸向孔和絕緣體的內表面之間的徑向分離是不均勻的。這 種通常為圓柱體的空間能夠降低中心電極組件36和殼體12之間的飛弧(flash over)量， 以及能夠影響點火端的熱傳輸屬性，因而影響火花塞的操作。在殼體的下軸端或開放端，絕 緣體的外表面和殼體12的孔的內表面之間的距離被指定為在圖3中示出的尺寸B。理想的 情況是，殼體12具有下面的尺寸特徵外螺紋直徑㈧為10mm-14mm(M10-M14)；在殼體的 下開放端，殼體內部和絕緣體外部之間的徑向間隔(B)為0mm-3mm。更優選的是，尺寸(B) 為 0. 75mm-l. 75mm。絕緣體14還可以根據大量在本領域中公知的構造技術之一來進行設計，但是優 選地包括基於鋁的陶瓷成分，並包括開放的下軸端或鼻狀部分60，其中鼻狀部分60具有外 表面62和與殼體的孔同軸的內軸向孔64。鼻狀部分60為伸長的逐漸變小的末端開放部分， 該末端開放部分從殼體的開放軸端50突出。外表面62包括一個或多個外臺肩66，其形狀 能夠密封地座落在殼體的內臺肩56上。為了增加這兩個部件之間的密封強度，可以使用圓 周的襯墊68。和殼體一樣，絕緣體的內軸向孔64也包括一個或多個通過孔的直徑減少而形 成的內臺肩70。這些內臺肩70被設計為接納傳導絕緣芯16的部件，尤其是中心電極36。 理想的情況是，絕緣體14具有下面的尺寸特徵鼻狀部分的軸向長度(C)為8mm-20mm ；鼻 狀部分的突出長度⑶為0mm-6mm ；以及內孔直徑(E)為1. 5mm_3. 5mm。更優選地，尺寸(C) 為12mm-18mm，尺寸(D)為0. 5mm-1. 75mm,以及尺寸(E)為2mm-3mm。除了上述「理想的」和 「更優選的」尺寸範圍(它們通常可用於所有大小的火花塞殼體)外，還可以具有與特殊殼 體大小的火花塞具體關聯的尺寸範圍子集。例如，能夠理想地提供M14火花塞(螺紋外殼 直徑為14mm)，其具有2. 5mm-3mm的絕緣體內孔直徑(E)，同時提供M 12的火花塞(具有的 孔直徑(E)為 2mm-2. 5mm)。中心電極36優選為細長的、防腐蝕和熱的組件，其通常包括上軸端80、下軸端 或點火端82、以及貴金屬端子20。在上下軸端之間延伸的是具有高導熱性能的覆層材料 84(如圖3所示)和細長銅套86。用於覆層材料84的適當材料的例子被稱為#522合金，其 由大約95. 5%的鎳、1. 9%的錳、1. 75%的鉻、0. 4%的矽、0. 3%的鈦以及0. 15%的鋯組成， 並且可以從Champion Ignition Products division of Federal-Mogul Corporation 公司 得到。這種材料處於約為1000°C的溫度時，其熱傳導率約為50W/mK。上軸端80包括徑向放 大的頭部88。頭部88被設計為能夠固定在絕緣體的內臺肩70上，從而防止中心電極組件 從絕緣體軸向孔中滑落出來。下軸端82包括通過幾個錐形部分連接的幾個徑向減少的部 分。中心電極的主杆部分90(可以從圖3中更好地看出)通過第一錐形部分94與第一徑向減少的部分92相連。同樣，第一徑向減少的部分92通過第二錐形部分98與第二徑向減少 的部分或凸緣部分(collar section)96相連。如從圖中可以明顯看出的那樣，在第一部分 92和第二部分96之間的徑向收縮(S卩，半徑差)大於主杆部分90和第一部分92之間的徑 向收縮。這就使得第二錐形部分98顯著大於不太錐形的部分94。如在下面將要描述的那 樣，凸緣部分96提供了貴金屬端子20附著的基座。理想的情況是中心電極36具有如下特 性主杆長度(F)為10mm-25mm ；銅芯長度(G)為10mm-25mm ；主杆直徑(H)為1. 5mm-3. 5mm ； 第一徑向減少的部分的直徑(I)為1. 5mm-3. 5mm ；凸緣部分直徑(J)為0. 75mm-l. 75mm。凸 緣部分直徑可根據焊接或其他用來將貴金屬端子20附著到中心電極36的其他部分的技 術而改變。在這種情況下，應該理解尺寸(J)指的是凸緣部分在上述附著之前的尺寸。更 優選的是，尺寸(F)為13mm-20mm ；尺寸(G)為13mm-20mm ；尺寸(H)為2mm-3mm ；尺寸(I) 為1.75mm-3mm;以及尺寸(J)為lmm-1. 5mm。如在前一段落中所述，除了那些「理想的」和 「更優選的」尺寸範圍，還存在與具有特殊殼體大小的火花塞特別關聯的尺寸範圍子集。在 使用M14火花塞的情況下，理想的是提供這樣一種中心電極，其具有直徑(H)為2. 5mm-3mm 的主杆部分，以及直徑(I)為2. 25mm-3mm的第一徑向減少的部分。另一方面，M12火花塞 優選地包括這樣一種中心電極，其具有直徑(H)為2mm-2. 5mm的主杆部分，以及直徑(I)為 1. 75mm-2. 25mm的第一徑向減少的部分。 為了提高火花塞的使用壽命，貴金屬端子20附著到中心電極36的下軸端，並由銥 (Ir)或銥合金(例如，Ir-Rh)構成。更優選地，貴金屬端子包括Ir-Rh合金(其中Ir為主 要組分而Rh的成分為1_20%)。當然，貴金屬端子20能夠由其他的在本領域中公知的貴金 屬構成，例如，Pt、Pd、Ru或它們任意的組合。根據貴金屬端子的優選形狀，貴金屬端子為圓 柱形狀部件，其大小能夠使上軸端安裝在中心電極的凸緣部分96中的盲孔或凹部內。貴金 屬端子延伸到孔的深度可以變化，只要它延伸的深度足以結合這兩個組件即可。還可以使 用其他的形狀，例如，方形、矩形、橢圓或其他的適當截面形狀。可以根據幾種公知技術中的 一種技術來將貴金屬端子20附著到凸緣部分96。例如，可以將雷射焊接能量束導向在貴金 屬端子和凸緣部分的內孔表面之間的圓周交界周圍，從而使得中心電極和貴金屬端子的部 分熔融。熔融的部分接著匯聚、混雜和固化，從而形成將貴金屬端子20牢固地保持在適當 位置的圓周焊接縫。作為一種選擇，還可以使用例如在2003年2月26日公布的歐洲專利 No. EP 1286442A1中公開的結合處理、或電阻焊接、釺焊、型鍛或其他的機械變形等。理想的 情況是，貴金屬端子20為具有以下尺寸特徵的圓柱形組件端子直徑(K)為0. 5mm-0. 9mm ； 貴金屬端子超出凸緣部分端部的突出長度(L)為0. lmm-0. 95mm ；貴金屬端子超出絕緣體端 部的突出長度(M)為1.5mm-3. 5mm ；貴金屬端子的銅芯86和上軸向端之間的軸向距離(N) 為2mm-7mm;以及整體的軸向端子長度(0)為0. 5mm-4mm。突出距離L根據端子附著處理的 結果而在端子的圓周周圍可以是非均勻的。在這種情況下，尺寸L表示從中心電極材料的 熔體池(melt pool)到端子的軸向端(打火花表面)的平均距離。更優選地，尺寸⑷為 0. 6mm-0. 8mm ；尺寸(L)為 0. 2mm-0. 6mm ；尺寸(M)為 2mm-3mm ；尺寸(N)為 3. 5mm-6mm ；以及 尺寸(0)為 lmm-2. 5mm。地電極18優選為基於鎳的、銅芯組件，其能夠電傳導高壓的點火脈衝，以及將熱 從打火花表面傳掉。地電極通常包括附著於殼體12的下表面的第一端110、接納貴金屬墊 22的側表面112、銅或其他導熱芯114、以及覆層材料116。其中，覆層材料116可以是基於鎳的 材料，例如Inconel 600/601。如圖所示，銅芯114未在地電極的整個長度上延伸，而是 優選地在某個位置停止延伸，從而使得銅芯並沒有完全位於貴金屬墊22的下面。此外，地 電極可以是圓形的截面(從而使得不存在縱向邊緣)、或方形或矩形的截面。在上述任一種 情況下，地電極優選地(但不是必須地)終止於一些類型的錐形端118。該特徵在圖4中很 好地示出。從圖4中可以看出，地電極是錐形的或截頂的，這樣地電極就不會簡單地終止於 方形截止的鈍端。當然，錐形端118還可以是圓形的、尖角的、或根據地電極18的半徑或寬 度隨著接近其端部而減少的其他配置結構構造形狀。理想的是，地電極18具有下面的尺寸 特徵電極的徑向厚度⑵為0. 75mm-2. 25mm ；電極的徑向寬度(Q)為2mm-4mm ；以及銅芯 的端部和地電極的端部之間的距離(R)為lmm-5mm。更優選地，尺寸⑵為lmm-l. 75mm ；尺 寸(Q)為 2. 25mm-3. 25mm ；以及尺寸(R)為 2mm-4mm。在火花隙區域，將貴金屬墊22附著於地電極的側表面112，以延長地電極的使用 壽命。優選地，貴金屬墊由鉬或鉬合金材料(例如，鉬鎳或鉬鎢合金)構成。然而，還可以 使用其他的貴金屬，例如銥、銥合金等。在附圖中示出的實施方案中，貴金屬墊通常為剛好 從地電極的側表面伸出很小距離的扁平圓柱形墊。貴金屬墊22的上或露出的表面為打火 花表面，其與貴金屬端子20的下部或露出表面形成火花隙。貴金屬墊22可以通過本領域 公知的一種技術附著到地電極18，包括雷射和/或電阻焊接。如圖3和4所示，貴金屬墊 22優選地具有比貴金屬端子20的直徑大的直徑。理想地，貴金屬墊22具有下面的尺寸特 徵直徑(S)為0. 5mm-2mm ；在地電極的側表面上方的突出距離(T)為Omm-O. 5mm ；以及火 花隙(U)為 0. 5mm-1. 75mm。更優選地，尺寸(S)為 lmm-l. 5mm，尺寸(T)為 0. llmm-0. 3mm, 以及尺寸(U)為 0. 75mm-l. 5mm。本領域的技術人員應該理解，火花塞組件其自身的尺寸或與其他組件組合的尺寸 能夠影響火花塞的性能、耐用性以及可製造性，以及影響可以使用該火花塞組件的那些應 用。僅舉出與尺寸選擇有關的少數幾個應用，例如，火花塞殼體12的螺紋直徑(A)能夠影 響可與相應的火花塞組件一起使用的引擎的類型。在高性能應用場合，氣缸頭中的空間是 有限的，因此，具有IOmm或12mm(M10，M12)直徑的火花塞殼體優於具有14mm(M14)直徑的 火花塞殼體。同樣，絕緣體芯的內直徑(E)和中心電極主杆的外直徑(H)影響火花塞的整 體直徑，因此影響其在引擎中的潛在應用。一些尺寸，例如，殼體內和絕緣體外之間的徑向隔離(B)，鼻狀部分突出超過殼體 的距離(D)，以及貴金屬端子部分突出超過絕緣體的距離(M)，能夠影響點火端組件的火花 飛弧(spark flashover)和/或炭垢屬性，因此影響火花塞的性能和使用壽命。其他的尺寸，例如絕緣體鼻狀部分的軸向長度(C)和中心電極主杆的軸向長度 (F)，在特殊的引擎設計中使用時，會直接影響火花塞的熱動力。例如，在對火花塞進行高等 級的排熱引擎中，短的鼻狀部分和中心電極主杆有可能需要防止火花塞組件過熱以及伴隨 出現的較差的持久性能或發生提前點火。而在具有低等級排熱的引擎中，上述短的組件並 不需要，或者實際上對於火花塞的防冷垢性能產生不利的影響。那些與導熱芯的長度和位置有關的尺寸(例如中心電極的銅芯長度(G)、中心電 極銅芯和貴金屬端子之間的距離(N)、以及地電極的銅芯和地電極的端部之間的距離(R)) 中的每一個都能夠影響火花塞在其點火端的熱傳導屬性。該火花塞點火端組件的熱傳性又 會影響火花塞的耐用性和性能，如上所述。
尺寸，諸如第一徑向減少部分的直徑(I)、凸緣部分的直徑(J)、貴金屬端子的直 徑(K)、貴金屬端子超出凸緣部分的突出長度(L)、以及貴金屬端子的整體軸向長度(0)，每 個都能夠影響將貴金屬端子附著到中心電極的處理。例如，在本領域中具有幾種公知的用 於將貴金屬端子附著到火花塞電極的技術。貴金屬端子的尺寸和形狀，以及中心電極部分 接納貴金 屬端子的尺寸和形狀能夠指示選擇哪種技術以及所選擇的技術的具體操作參數。 其他能夠影響與製造有關事項的尺寸包括地電極的厚度(P)和寬度(Q)。貴金屬墊的直徑(S)和火花隙(U)間隔僅僅是能夠影響在火花隙中產生的火花強 度和屬性的兩個例子。因此，這些尺寸的選擇經常與性能息息相關。值得一提的是，上述尺 寸、以及上面提到的對於性能、耐用性、可製造性以及應用的通用性的影響僅僅是與選擇各 種火花塞組件相關的一些考慮因素的實例。在本文中未提及的其他考慮因素也是存在的， 並在設計火花塞組件(更具體地說，在選擇火花塞組件的尺寸中)中具有一定的作用。需 要記住的是，實驗發現某些尺寸組合會展現有益的結果。—種能夠使火花塞獲得有益結果的尺寸組合是i)中心電極主杆部分具有的直 徑(H)為1. 5mm-3. 5mm ；ii)中心電極減小的凸緣部分具有的直徑(J)為0. 75mm-l. 75mm ； iii)貴金屬端子具有的直徑(K)為0. 5mm-0. 9mm ;iν)貴金屬端子具有的徑向長度(0)為 0. 5mm-4mm ；ν)貴金屬端子延伸超出凸緣部分的距離(L)為0. lmm-0. 95mm。已經證明具有 這種尺寸組合的火花塞是成功的，因為其提供了耐用性(端子具有優秀的熱管理)和可點 火性(高突出的細絲端子)有益平衡，並能夠低成本製造(最小化對於貴金屬量的需求)。另一種能夠使火花塞獲得有益結果的尺寸組合是i)殼體的螺紋直徑(A)為 10mm-14mm ;ii)絕緣體鼻狀部分具有的軸向長度(C)為8mm-20mm ;iii)外鼻狀部分表面與 殼體軸向孔的內表面隔開的距離⑶為0mm-3mm;iV)鼻狀部分延伸超出殼體的距離⑶為 0mm-6mm;以及ν)鼻狀金屬端子延伸超出絕緣體的距離(M)為1. 5mm_3. 5mm。這種組合也 提供了改進的結果，由於它在冷操作條件下成功地降低了火花塞對於炭垢的敏感性，並提 高了可點火性，從而獲得顯著的冷啟動性能。另一種能夠使火花塞獲得改進結果的有益結果的尺寸組合是i)具有厚度(P)為
0.75mm-2. 25mm的地電極；ii)寬度(Q)為2mm-4mm，直徑(K)的貴金屬端子，以及直徑⑶的 貴金屬墊，直徑⑶大於直徑(K)並且為0. 5mm-2mm。這種組合通過地電極的良好熱管理進一 步改進了火花塞的耐用性，並提高了對(直接面對貴金屬切屑)地電極的局部「磨損」保護。下面的尺寸組合涉及用於M14火花塞(即，具有14_的外螺紋直徑的火花塞)。 這種火花塞應用於在氣缸頭具有足夠容納14mm的火花塞開口的空間的應用中使用場合， 並且為涉及具有以下尺寸部件的火花塞i)有14mm的外螺紋直徑(A)的殼體；ii)絕緣 體軸向孔，具有的內孔直徑(E)為2.5mm-3mm;iii)中心電極主杆部分，具有的直徑(H)為 2. 5mm-3mm ；以及徑向減少的中心電極部分，具有的直徑(I)為2. 25mm-3mm。和上述M 14 組合一樣，還發現了相應的M12組合的火花塞，該其尺寸為以下組合涉及的火花塞具有i) 具有12mm的外螺紋直徑(A)的殼體；ii)絕緣體軸向孔，內孔的直徑(E)為2mm_2. 5mm ； iii)中心電極主杆部分，直徑(H)為2mm-2. 5mm以及徑向減少的中心電極部分，直徑⑴為
1.75mm-2. 25mm。因為M12火花塞具有小於M14火花塞的直徑，因此M12火花塞的某些組件 還必須具有在半徑方向較小的尺寸。上述的尺寸組合僅僅容納它們(M12或M14)各自的火 花塞尺寸，並在具有它們各自的火花塞尺寸時能夠很好地工作，但是它們在火花塞性能、耐用性和可製造性方面還能夠提供 改進的結果。 顯然已經根據本發明提供了 一種用於和內燃機一起使用的、能夠獲得在本文中描 述的目的和有益效果的火花塞。當然，應該理解，上面的描述僅僅是本發明示例性的實施方 案，本發明並不局限於所示出的具體實施方案。本領域的技術人員可以對本發明進行各種 變化和修改，這些變化和修改位於本發明的保護範圍內。 在本說明書和所附的權利要求書中，術語「例如」和動詞「包括」 「具有」以及它們 在集合一個或多個組件條目使用時的動詞形式，或其他術語都應該認為是開放的，即意味 著該條目並不是排除其他附加的組件或部件。等級術語，例如「約」不僅包括特定的尺寸或 其他數目，而且還包括不會對這些數字所涉及的特性或應用造成顯著影響的變化。因此，具 有「約14mm」的外殼直徑的火花塞將包括具有略小於或大於14mm直徑的外殼的火花塞，但 是不會應用於M12類型的火花塞(12mm直徑)或通常在不同的應用中使用的其他大小的火 花塞。其他的術語也應該用它們最寬的合理意思來解釋，除非它們在需要不同解釋的上下 文中使用。
權利要求
1. 一種用於內燃機的火花塞，包括 殼體，具有軸向孔和螺紋直徑A ；絕緣體，具有軸向孔以及鼻狀部分，所述鼻狀部分軸向長度為C，所述絕緣體位於所述 殼體的軸向孔內，以使得所述鼻狀部分的外表面與所述殼體的軸向孔的內表面相隔徑向距 離B，並且所述鼻狀部分延伸超出所述殼體距離D ；中心電極，至少部分地位於所述絕緣體的軸向孔內，並具有主杆部分、以及至少一個徑 向地減小的凸緣部分，所述凸緣部分的端面具有凹部； 貴金屬端子，具有打火花表面；以及 附著於所述殼體的地電極；其中，所述貴金屬端子位於所述凹部，以使得所述貴金屬端子的打火花表面延伸超過 所述絕緣體距離M，並且 其中IOmm ^ A ^ 14mm ； 8mm ^ C ^ 20mm ； Omm ^ B ^ 3mm ； Omm < D < 6mm ；以及1.5mm ^ M ^ 3. 5mm。
2.如權利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬端子包括Ir或Ir合金。
3.如權利要求2所述的火花塞，其中所述Ir合金為Ir-Iih合金，其中所述Mi的量為 1-20%。
4.如權利要求1所述的火花塞，其中所述中心電極包括金屬覆層，所述金屬覆層主要 包括Ni、Cr和Mn，並在該材料處於約1000°C的溫度下時具有約為50W/mK的熱傳導率。
5.如權利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬端子具有直徑K，其中 0. 5mm ^ K ^ 0. 9mm。
6.如權利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬端子具有軸向長度0，其中 0. 5mm ^0^ 4mm。
7.如權利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬端子的打火花表面和所述地電極相隔 有火花隙U，其中0. 5mm彡U彡1. 75mm。
8.如權利要求1所述的火花塞，其中所述地電極包括為基本扁平的貴金屬墊，用於與 所述貴金屬端子的打火花表面形成火花隙。
9.一種用於在內燃機中使用的火花塞，包括 殼體，具有軸向孔；絕緣體，具有軸向孔並且至少部分地位於所述殼體的軸向孔內； 中心電極，至少部分地位於所述絕緣體的軸向孔內； 貴金屬端子，具有直徑K並附著到所述中心電極；地電極，具有軸向厚度P、徑向寬度Q、側表面以及貴金屬墊，所述貴金屬墊的直徑S大 於所述貴金屬端子的直徑K，其中，所述貴金屬墊為附著於所述側表面的基本扁平墊，從而 使其與所述貴金屬端子形成火花隙U，並且 其中2.0. 75mm ≤ P ≤ 2. 25mm ； 2mm ≤ Q ≤ 4mm ；以及 0. 5mm ≤S ≤2mm。
10.如權利要求9所述的火花塞，其中所述貴金屬端子包括Pt或Pt合金。
11.權利要求10所述的火花塞，其中所述Pt合金基本由Pt-Ni或Pt-W構成。
12.如權利要求10所述的火花塞，其中地電極還包括導熱芯以及金屬覆層，所述導熱 芯與所述地電極的自由端隔開距離R，其中Imm彡R彡5mm。
13.如權利要求12所述的火花塞，其中導熱芯並未直接位於所述貴金屬端子的下面。
14.如權利要求9所述的火花塞，其中0.5mm < U < 1. 75mm。
15.如權利要求9所述的火花塞，其中所述地電極還包括錐形的自由端。
16.如權利要求9所述的火花塞，其中，將所述貴金屬墊附著到所述側表面使得直接位 於所述貴金屬墊下面的電極材料變得更加密集，但不會在所述貴金屬墊的周圍造成任何突 起。
17.如權利要求16所述的火花塞，其中所述貴金屬墊延伸超出所述側表面距離T，其中 Omm ^ T ^ 0. 5mm。
18.如權利要求9所述的火花塞，其中所述貴金屬端子根據涉及電阻焊接和雷射焊接 的處理而附著到所述側表面。
19.一種用於內燃機的火花塞，包括 殼體，具有軸向孔和外螺紋直徑A ；絕緣體，具有軸向孔並且至少部分地位於所述殼體的軸向孔內，所述絕緣體的軸向孔 具有內孔直徑(E)；中心電極，至少部分地位於所述絕緣體的軸向孔內，並包括具有直徑H的主杆部分、以 及直徑為I的第一徑向地減小的部分，所述第一徑向地減小的部分的端面具有凹部； 貴金屬端子，位於所述凹部；以及 附著於所述殼體的地電極； 其中A約為14mm ； 2. 5mm ≤ E ≤ 3mm ； 2. 5mm≤H≤3mm ；以及 2. 25mm3mm。
20.如權利要求19所述的火花塞，其中所述貴金屬端子包括Ir或Ir合金。
21.權利要求20所述的火花塞，其中所述Ir合金為Ir-Iih合金，其中所述1 的量為 1-20%。
22.如權利要求19所述的火花塞，其中所述貴金屬端子具有直徑K，其中 0. 5mm ≤K ≤ 0. 9mm。
23.如權利要求19所述的火花塞，其中所述貴金屬端子具有軸向長度0，其中 0. 5mm ≤0≤ 4mm。
24.如權利要求19所述的火花塞，其中所述地電極包括基本扁平的貴金屬墊，用於與 所述貴金屬端子的打火花表面形成火花隙。
25.如權利要求M所述的火花塞，其中所述貴金屬端子和所述貴金屬墊相隔有火花隙 U，其中 0. 5mm ≤ U ≤ 1. 75mm。
26.一種用於內燃機的火花塞，包括 殼體，具有軸向孔和外螺紋直徑A ；絕緣體，具有軸向孔以及至少部分地位於所述殼體的軸向孔內，所述絕緣體的軸向孔 具有內孔直徑(E)；中心電極，至少部分地位於所述絕緣體的軸向孔內，並包括具有直徑H的主杆部分、以 及直徑為I的第一徑向地減小的部分，所述第一徑向地減小的部分的端面具有凹部； 貴金屬端子，位於所述凹部；以及 附著於所述殼體的地電極； 其中A約為12mm ； 2mm ≤ E ≤ 2. 5mm ； 2mm≤H≤2. 5mm ；以及 1. 75mm ≤ I ≤ 2. 25mm。
27.如權利要求沈所述的火花塞，其中所述貴金屬端子包括Ir或Ir合金。
28.權利要求27所述的火花塞，其中所述Ir合金為Ir-Iih合金，其中所述1 的量為 1-20%。
29.如權利要求沈所述的火花塞，其中所述貴金屬端子具有直徑K，其中 0. 5mm ≤K ≤0. 9mm。
30.如權利要求沈所述的火花塞，其中貴金屬端子具有軸向長度0，其中 0. 5mm ≤0≤ 4mm。
31.如權利要求沈所述的火花塞，其中所述地電極包括基本扁平的貴金屬墊，用於與 所述貴金屬端子的打火花表面形成火花隙。
32.如權利要求沈所述的火花塞，其中所述貴金屬端子和所述貴金屬墊相隔有火花隙 U，其中 0. 5mm ≤ U ≤ 1. 75mm。
全文摘要
一種火花塞，其具有特殊的點火端配置結構以滿足大量的用於改進的性能的尺寸範圍。火花塞通常包括外殼、絕緣體、中心電極和地電極，中心電極和地電極中的每一個都具有用於改進熱傳導的銅芯，以及用於改進抗侵蝕和腐蝕性能的貴金屬插入件。用於中心電極的貴金屬插入件優選地為基於Ir的圓柱形端子，用於接納在中心電極上形成的補償凹部內。用於地電極的貴金屬插入件優選地為，附著到地電極的表面的、基於Pt的扁平形式。對於火花塞組件的各種部分個別地和與其他尺寸相互組合地提供不同的尺寸範圍。
文檔編號H01T13/39GK102130427SQ20101061340
公開日2011年7月20日 申請日期2005年2月1日 優先權日2004年2月3日
發明者保羅·廷威爾 申請人:聯邦摩古點燃(英國)有限公司