專利名稱：具有貴金屬端子的火花塞結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及內(nèi)燃機中使用的火花塞。更具體地，本發(fā)明涉及采用附著至中心 電極和/或地電極的貴金屬端子的火花塞結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
公知地，在現(xiàn)有技術(shù)中通過將稀有金屬或貴金屬端子附著于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(shù)中的一些最早期的示例可參見于1942年9月15 日授于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于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(shè)計以后，涌現(xiàn)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(fā)明。多年以來，如大量描述鉬使用的專利所顯示的那樣，鉬是被選擇用于火花塞電 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，并具有很高的熔點(大約為 2410°C )。雖然使用銥時具有很多的優(yōu)點，但是因為銥在受到機械壓力和變形時容易破裂， 因此在制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(jīng)開發(fā)出了各種 銥合金期望使該金屬具有某些理想的特性。這種合金的示例示于2000年7月25日授于 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(jīng)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(chǎn)生大量高溫，而貴金屬端 子就處于高溫中。據(jù)實驗顯示，高溫(例如，超過1000°c )可增加氧化、化學(xué)腐蝕或電腐蝕， 這可能加速貴金屬端子的劣化。理想地，根據(jù)某些設(shè)計構(gòu)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)，采用某種尺寸組合，從而降低上述的加速劣化以及其 它有害現(xiàn)象(例如積炭等)。例如，美國專利No. 6，147，441和公開號為2003/0071552A1的 美國申請中公開了采用貴金屬插入部件和一系列優(yōu)選尺寸的火花塞設(shè)計。因此，提供具有位于點火端處的改進的貴金屬端子(其優(yōu)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(shè)計為能夠延長火花塞的使用壽命并改進 其它工作特性的點火端組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(jù)本發(fā)明的一個方面，中心電極進一步包括導(dǎo)熱芯、金屬覆層、主桿部 分以及具有用于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(jù)在火花塞點火端部幾種限制它們的大小的尺寸限制構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的另一個 方面，絕緣體被構(gòu)造為能夠使其滿足與所述殼體和貴金屬端子有關(guān)的某些尺寸限制。根據(jù) 本發(fā)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(gòu)成火花隙。 地電極和貴金屬墊根據(jù)與它們尺寸有關(guān)的幾種尺寸限制來構(gòu)建，其中，貴金屬墊的直徑大 于在所述中心電極上的貴金屬端子的直徑。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，殼體為M14殼體，并 使用主要與絕緣體的內(nèi)孔和中心電極的徑向尺寸相關(guān)的大量尺寸限制構(gòu)建。根據(jù)本發(fā)明的 另一個方面，殼體為M 12殼體，并根據(jù)主要與絕緣體的內(nèi)孔和中心電極的徑向尺寸相關(guān)的 尺寸限制構(gòu)建。本發(fā)明的目的、特征和有益效果包括但不限于提供一種改進的火花塞，該火花塞 尤其具有用于中心電極的貴金屬端子和/或用于地電極的貴金屬襯墊，以及具有能夠有助 于改進的火花塞性能(例如火花塞的耐久性、可制造性和通用性)的尺寸特性的組合。此 夕卜，本發(fā)明的一個目的在于提供具有M14和M12外殼的火花塞的具體實施方案。


本發(fā)明的上述和其它目的、特征和有益效果將通過以下對優(yōu)選實施方案和最佳方 式、所附權(quán)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(nèi)燃機(未示出)中使用的火花塞組件10?；鸹ㄈM件10 通常包括外殼12、絕緣體14、導(dǎo)熱芯16、地電極18、貴金屬端子20以及貴金屬墊22。如 本領(lǐng)域所公知的那樣，外殼12通常為柱形的導(dǎo)電部件，并具有延其軸向長度延伸的中空孔 (bore)。在該孔內(nèi)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也是基本柱形部件并具有延長的軸向孔，然而顧名思義，絕緣體通常 由非傳導(dǎo)的材料制成。絕緣體的下軸端包括從殼體的最下部分延伸并超出最下部分的鼻狀 物部分。絕緣體的軸向孔被設(shè)計為能夠接納電傳導(dǎo)絕緣芯16。電傳導(dǎo)絕緣芯16沿著火花 塞的全部長度延伸，并通常包括端電極30、一個或多個傳導(dǎo)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(dǎo)絕緣芯16僅僅是大量可能 的實施方式中的一個，并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，并通常形成為L形狀結(jié)構(gòu)。中心電極36暴露出的端部 和地電極18的側(cè)表面相互面對并軸向地隔開，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表面與傳統(tǒng)的電 極材料的相比具有更大的抵制電腐蝕、氧化和化學(xué)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(jù) 本領(lǐng)域中公知的一種設(shè)計方式來構(gòu)建，但是優(yōu)選地由鋼鐵構(gòu)成并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(nèi)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(nèi)臺肩56。 內(nèi)臺肩56由于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 由于孔直徑的增加而限定出的一個或多個內(nèi)擴張部分58。內(nèi)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。由于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(nèi)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(nèi)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具有下面的尺寸特征外螺紋直徑㈧為10mm-14mm(M10-M14)；在殼體的 下開放端，殼體內(nèi)部和絕緣體外部之間的徑向間隔(B)為0mm-3mm。更優(yōu)選的是，尺寸(B) 為 0. 75mm-l. 75mm。絕緣體14還可以根據(jù)大量在本領(lǐng)域中公知的構(gòu)造技術(shù)之一來進行設(shè)計，但是優(yōu) 選地包括基于鋁的陶瓷成分，并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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)臺肩70。這些內(nèi)臺肩70被設(shè)計為接納傳導(dǎo)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具有下面的尺寸特征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(nèi)孔直徑(E)為1. 5mm_3. 5mm。更優(yōu)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(yōu)選的”尺寸范圍(它們通?？捎糜谒写笮〉幕鸹ㄈ麣んw)外，還可以具有與特殊殼 體大小的火花塞具體關(guān)聯(lián)的尺寸范圍子集。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(nèi)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(yōu)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(dǎo)熱性能的覆層材料 84(如圖3所示)和細長銅套86。用于覆層材料84的適當(dāng)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%的硅、0. 3%的鈦以及0. 15%的鋯組成， 并且可以從Champion Ignition Products division of Federal-Mogul Corporation 公司 得到。這種材料處于約為1000°C的溫度時，其熱傳導(dǎo)率約為50W/mK。上軸端80包括徑向放 大的頭部88。頭部88被設(shè)計為能夠固定在絕緣體的內(nèi)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。中心電極的主桿部分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)大于主桿部分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顯著大于不太錐形的部分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 性主桿長度(F)為10mm-25mm ；銅芯長度(G)為10mm-25mm ；主桿直徑(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(jù)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(shù)而改變。在這種情況下，應(yīng)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(yōu)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(yōu)選的”尺寸范圍，還存在與具有特殊殼體大小的火花塞特別關(guān)聯(lián)的尺寸范圍子集。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 的主桿部分，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(yōu)選地包括這樣一種中心電極，其具有直徑(H)為2mm-2. 5mm的主桿部分，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，并由銥 (Ir)或銥合金(例如，Ir-Rh)構(gòu)成。更優(yōu)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(dāng)然，貴金屬端子20能夠由其他的在本領(lǐng)域中公知的貴金 屬構(gòu)成，例如，Pt、Pd、Ru或它們?nèi)我獾慕M合。根據(jù)貴金屬端子的優(yōu)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(nèi)。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(jié)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(dāng)截面形狀?？梢愿鶕?jù)幾種公知技術(shù)中的 一種技術(shù)來將貴金屬端子20附著到凸緣部分96。例如，可以將激光焊接能量束導(dǎo)向在貴金 屬端子和凸緣部分的內(nèi)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(dāng) 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(jié)合處理、或電阻焊接、釬焊、型鍛或其他的機械變形等。理想的 情況是，貴金屬端子20為具有以下尺寸特征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(jù)端子附著處理的 結(jié)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(yōu)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(yōu)選為基于鎳的、銅芯組件，其能夠電傳導(dǎo)高壓的點火脈沖，以及將熱 從打火花表面?zhèn)鞯?。地電極通常包括附著于殼體12的下表面的第一端110、接納貴金屬墊 22的側(cè)表面112、銅或其他導(dǎo)熱芯114、以及覆層材料116。其中，覆層材料116可以是基于鎳的 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(yōu)選地在某個位置停止延伸，從而使得銅芯并沒有完全位于貴金屬墊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(yōu)選地(但不是必須地)終止于一些類型的錐形端118。該特征在圖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?shù)模@樣地電極就不會簡單地終止于 方形截止的鈍端。當(dāng)然，錐形端118還可以是圓形的、尖角的、或根據(jù)地電極18的半徑或?qū)?度隨著接近其端部而減少的其他配置結(jié)構(gòu)構(gòu)造形狀。理想的是，地電極18具有下面的尺寸 特征電極的徑向厚度⑵為0. 75mm-2. 25mm ；電極的徑向?qū)挾?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(yōu)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(qū)域，將貴金屬墊22附著于地電極的側(cè)表面112，以延長地電極的使用 壽命。優(yōu)選地，貴金屬墊由鉬或鉬合金材料(例如，鉬鎳或鉬鎢合金)構(gòu)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(cè)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(lǐng)域 公知的一種技術(shù)附著到地電極18，包括激光和/或電阻焊接。如圖3和4所示，貴金屬墊 22優(yōu)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 征直徑(S)為0. 5mm-2mm ；在地電極的側(cè)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(yōu)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(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)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、耐用性以及可制造性，以及影響可以使用該火花塞組件的那些應(yīng) 用。僅舉出與尺寸選擇有關(guān)的少數(shù)幾個應(yīng)用，例如，火花塞殼體12的螺紋直徑(A)能夠影 響可與相應(yīng)的火花塞組件一起使用的引擎的類型。在高性能應(yīng)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(yōu)于具有14mm(M14)直徑的 火花塞殼體。同樣，絕緣體芯的內(nèi)直徑(E)和中心電極主桿的外直徑(H)影響火花塞的整 體直徑，因此影響其在引擎中的潛在應(yīng)用。一些尺寸，例如，殼體內(nèi)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)和中心電極主桿的軸向長度 (F)，在特殊的引擎設(shè)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桿有可能需要防止火花塞組件過熱以及伴隨 出現(xiàn)的較差的持久性能或發(fā)生提前點火。而在具有低等級排熱的引擎中，上述短的組件并 不需要，或者實際上對于火花塞的防冷垢性能產(chǎn)生不利的影響。那些與導(dǎo)熱芯的長度和位置有關(guān)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(dǎo)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(lǐng)域中具有幾種公知的用 于將貴金屬端子附著到火花塞電極的技術(shù)。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(shù)以及所選擇的技術(shù)的具體操作參數(shù)。 其他能夠影響與制造有關(guān)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(chǎn)生的火花強 度和屬性的兩個例子。因此，這些尺寸的選擇經(jīng)常與性能息息相關(guān)。值得一提的是，上述尺 寸、以及上面提到的對于性能、耐用性、可制造性以及應(yīng)用的通用性的影響僅僅是與選擇各 種火花塞組件相關(guān)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， 并在設(shè)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(fā)現(xiàn)某些尺寸組合會展現(xiàn)有益的結(jié)果?！N能夠使火花塞獲得有益結(jié)果的尺寸組合是i)中心電極主桿部分具有的直 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(jīng)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(yōu)秀的熱管理)和可點 火性(高突出的細絲端子)有益平衡，并能夠低成本制造(最小化對于貴金屬量的需求)。另一種能夠使火花塞獲得有益結(jié)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(nèi)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(jié)果，由于它在冷操作條件下成功地降低了火花塞對于炭垢的敏感性，并提 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(jié)果的有益結(jié)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大于直徑(K)并且為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，并提高了對(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于M14火花塞(即，具有14_的外螺紋直徑的火花塞)。 這種火花塞應(yīng)用于在氣缸頭具有足夠容納14mm的火花塞開口的空間的應(yīng)用中使用場合， 并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(nèi)孔直徑(E)為2.5mm-3mm;iii)中心電極主桿部分，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(fā)現(xiàn)了相應(yīng)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(nèi)孔的直徑(E)為2mm_2. 5mm ； iii)中心電極主桿部分，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火花塞具有小于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，并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、耐用性和可制造性方面還能夠提供 改進的結(jié)果。 顯然已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明提供了 一種用于和內(nèi)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(dāng)然，應(yīng)該理解，上面的描述僅僅是本發(fā)明示例性的實施方 案，本發(fā)明并不局限于所示出的具體實施方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種 變化和修改，這些變化和修改位于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。 在本說明書和所附的權(quán)利要求書中，術(shù)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(shù)語都應(yīng)該認(rèn)為是開放的，即意味 著該條目并不是排除其他附加的組件或部件。等級術(shù)語，例如“約”不僅包括特定的尺寸或 其他數(shù)目，而且還包括不會對這些數(shù)字所涉及的特性或應(yīng)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于或大于14mm直徑的外殼的火花塞，但 是不會應(yīng)用于M12類型的火花塞(12mm直徑)或通常在不同的應(yīng)用中使用的其他大小的火 花塞。其他的術(shù)語也應(yīng)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(quán)利要求
1. 一種用于內(nèi)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，所述絕緣體位于所述 殼體的軸向孔內(nèi)，以使得所述鼻狀部分的外表面與所述殼體的軸向孔的內(nèi)表面相隔徑向距 離B，并且所述鼻狀部分延伸超出所述殼體距離D ；中心電極，至少部分地位于所述絕緣體的軸向孔內(nèi)，并具有主桿部分、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 附著于所述殼體的地電極；其中，所述貴金屬端子位于所述凹部，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，并且 其中IOmm ^ A ^ 14mm ； 8mm ^ C ^ 20mm ； Omm ^ B ^ 3mm ； Omm < D < 6mm ；以及1.5mm ^ M ^ 3. 5mm。
2.如權(quán)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(quán)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(quán)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，并在該材料處于約1000°C的溫度下時具有約為50W/mK的熱傳導(dǎo)率。
5.如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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，用于與 所述貴金屬端子的打火花表面形成火花隙。
9.一種用于在內(nèi)燃機中使用的火花塞，包括 殼體，具有軸向孔；絕緣體，具有軸向孔并且至少部分地位于所述殼體的軸向孔內(nèi)； 中心電極，至少部分地位于所述絕緣體的軸向孔內(nèi)； 貴金屬端子，具有直徑K并附著到所述中心電極；地電極，具有軸向厚度P、徑向?qū)挾萉、側(cè)表面以及貴金屬墊，所述貴金屬墊的直徑S大 于所述貴金屬端子的直徑K，其中，所述貴金屬墊為附著于所述側(cè)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，并且 其中2.0. 75mm ≤ P ≤ 2. 25mm ； 2mm ≤ Q ≤ 4mm ；以及 0. 5mm ≤S ≤2mm。
10.如權(quán)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(quán)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(gòu)成。
12.如權(quán)利要求10所述的火花塞，其中地電極還包括導(dǎo)熱芯以及金屬覆層，所述導(dǎo)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(quán)利要求12所述的火花塞，其中導(dǎo)熱芯并未直接位于所述貴金屬端子的下面。
14.如權(quán)利要求9所述的火花塞，其中0.5mm < U < 1. 75mm。
15.如權(quán)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(quán)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(cè)表面使得直接位 于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(quán)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(cè)表面距離T，其中 Omm ^ T ^ 0. 5mm。
18.如權(quán)利要求9所述的火花塞，其中所述貴金屬端子根據(jù)涉及電阻焊接和激光焊接 的處理而附著到所述側(cè)表面。
19.一種用于內(nèi)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，具有軸向孔并且至少部分地位于所述殼體的軸向孔內(nèi)，所述絕緣體的軸向孔 具有內(nèi)孔直徑(E)；中心電極，至少部分地位于所述絕緣體的軸向孔內(nèi)，并包括具有直徑H的主桿部分、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，位于所述凹部；以及 附著于所述殼體的地電極； 其中A約為14mm ； 2. 5mm ≤ E ≤ 3mm ； 2. 5mm≤H≤3mm ；以及 2. 25mm3mm。
20.如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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，用于與 所述貴金屬端子的打火花表面形成火花隙。
25.如權(quán)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。
26.一種用于內(nèi)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于所述殼體的軸向孔內(nèi)，所述絕緣體的軸向孔 具有內(nèi)孔直徑(E)；中心電極，至少部分地位于所述絕緣體的軸向孔內(nèi)，并包括具有直徑H的主桿部分、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，位于所述凹部；以及 附著于所述殼體的地電極； 其中A約為12mm ； 2mm ≤ E ≤ 2. 5mm ； 2mm≤H≤2. 5mm ；以及 1. 75mm ≤ I ≤ 2. 25mm。
27.如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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，用于與 所述貴金屬端子的打火花表面形成火花隙。
32.如權(quán)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(jié)構(gòu)以滿足大量的用于改進的性能的尺寸范圍?；鸹ㄈǔ０ㄍ鈿?、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于改進熱傳導(dǎo)的銅芯，以及用于改進抗侵蝕和腐蝕性能的貴金屬插入件。用于中心電極的貴金屬插入件優(yōu)選地為基于Ir的圓柱形端子，用于接納在中心電極上形成的補償凹部內(nèi)。用于地電極的貴金屬插入件優(yōu)選地為，附著到地電極的表面的、基于Pt的扁平形式。對于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范圍。
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(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者保羅·廷威爾 申請人:聯(lián)邦摩古點燃(英國)有限公司