专利名称：具有贵金属端子的火花塞结构的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及内燃机中使用的火花塞。更具体地，本发明涉及采用附着至中心 电极和/或地电极的贵金属端子的火花塞结构。
背景技术：
公知地，在现有技术中通过将稀有金属或贵金属端子附着于火花塞电极的点火端 来延长火花塞电极的使用寿命。这种技术中的一些最早期的示例可参见于1942年9月15 日授于Heller的第2，296, 033号美国专利，和1938年公布的、Powell等的第479，540号 英国专利说明书中。Heller的专利中提出了将稀有金属端子附着于由不太昂贵的材料形成 的地电极和中心电极。这些稀有金属包括耐腐蚀的材料，包括钼合金(如钼铑，钼铱，钼钌 合金)。同样地，Powell的说明书中公开了对钼、铱、钌、锇及其合金(包括铱铑合金)的使 用，以用作火花塞电极的点火端子。在这种和其它早期的设计以后，涌现出了大量试图利用 贵金属和其他稀有金属的耐腐蚀和耐侵蚀性能的其它发明。多年以来，如大量描述钼使用的专利所显示的那样，钼是被选择用于火花塞电 极点火端的稀有金属。但是，在最近几年，大量其他的贵金属和贵金属合金被更加频繁 地使用，其中之一是铱。与其他的贵金属相比，铱相对低廉，并具有很高的熔点(大约为 2410°C )。虽然使用铱时具有很多的优点，但是因为铱在受到机械压力和变形时容易破裂， 因此在制造期间有时存在一些难题。为了克服这个问题和其他的缺陷，已经开发出了各种 铱合金期望使该金属具有某些理想的特性。这种合金的示例示于2000年7月25日授于 Osamura等的第6，094，000的美国专利中。在该专利文献中公开了一种Ir-Rh (铱-铑)合 金，在这种合金中铱-铑的相对百分比在其公开的几个实施方案之一中是可以改变的。除了电极端子的组成成分之外，已经证明对中心电极和/或地电极的贵金属端子 进行散热也是延长这些端子的使用寿命的有效手段。燃烧过程产生大量高温，而贵金属端 子就处于高温中。据实验显示，高温(例如，超过1000°c )可增加氧化、化学腐蚀或电腐蚀， 这可能加速贵金属端子的劣化。理想地，根据某些设计构造点火端组件(例如贵金属端子、 中心电极或地电极、绝缘体或外壳)，采用某种尺寸组合，从而降低上述的加速劣化以及其 它有害现象(例如积炭等)。例如，美国专利No. 6，147，441和公开号为2003/0071552A1的 美国申请中公开了采用贵金属插入部件和一系列优选尺寸的火花塞设计。因此，提供具有位于点火端处的改进的贵金属端子(其优选为铱或铱合金端子) 的火花塞是有益的，其中，火花塞进一步包括被设计为能够延长火花塞的使用寿命并改进 其它工作特性的点火端组件。
发明内容
本发明提供了一种火花塞，其通常包括外壳、绝缘体、中心电极、至少一个贵金属 端子以及地电极。根据本发明的一个方面，中心电极进一步包括导热芯、金属覆层、主杆部 分以及具有用于接纳贵金属端子的凹部的至少一个径向减少的凸缘部分。中心电极和贵金 属端子根据在火花塞点火端部几种限制它们的大小的尺寸限制构造。根据本发明的另一个 方面，绝缘体被构造为能够使其满足与所述壳体和贵金属端子有关的某些尺寸限制。根据 本发明另一个方面，地电极包括贵金属垫，贵金属垫与中心电极的贵金属端子构成火花隙。 地电极和贵金属垫根据与它们尺寸有关的几种尺寸限制来构建，其中，贵金属垫的直径大 于在所述中心电极上的贵金属端子的直径。根据本发明的另一个方面，壳体为M14壳体，并 使用主要与绝缘体的内孔和中心电极的径向尺寸相关的大量尺寸限制构建。根据本发明的 另一个方面，壳体为M 12壳体，并根据主要与绝缘体的内孔和中心电极的径向尺寸相关的 尺寸限制构建。本发明的目的、特征和有益效果包括但不限于提供一种改进的火花塞，该火花塞 尤其具有用于中心电极的贵金属端子和/或用于地电极的贵金属衬垫，以及具有能够有助 于改进的火花塞性能(例如火花塞的耐久性、可制造性和通用性)的尺寸特性的组合。此 夕卜，本发明的一个目的在于提供具有M14和M12外壳的火花塞的具体实施方案。
本发明的上述和其它目的、特征和有益效果将通过以下对优选实施方案和最佳方 式、所附权利要求以及附图的详细描述而变得清楚，附图中图1示出了在中心电极附着有贵金属端子以及在地电极附着有贵金属衬垫的火 花塞的局部剖视图；图2示出了图1中示出的火花塞的下部轴端的放大图；图3示出了图2中示出的火花塞的下部轴端的放大图；以及图4示出了图1的火花塞的仰视图。
具体实施例方式参照图1，其示出了在内燃机(未示出)中使用的火花塞组件10。火花塞组件10 通常包括外壳12、绝缘体14、导热芯16、地电极18、贵金属端子20以及贵金属垫22。如 本领域所公知的那样，外壳12通常为柱形的导电部件，并具有延其轴向长度延伸的中空孔 (bore)。在该孔内部具有一系列圆周台肩，其大小能够支撑绝缘体的径向增加的部分。和 外壳一样，绝缘体14也是基本柱形部件并具有延长的轴向孔，然而顾名思义，绝缘体通常 由非传导的材料制成。绝缘体的下轴端包括从壳体的最下部分延伸并超出最下部分的鼻状 物部分。绝缘体的轴向孔被设计为能够接纳电传导绝缘芯16。电传导绝缘芯16沿着火花 塞的全部长度延伸，并通常包括端电极30、一个或多个传导和/或压制密封件32、抵抗部件 (resistive component) 34和中心电极36。在图中示出的传导绝缘芯16仅仅是大量可能 的实施方式中的一个，并可以容易地包括附加的组件，或具有省略的部件。地电极18机械 地和电气地连接到外壳的下部轴端，并通常形成为L形状结构。中心电极36暴露出的端部 和地电极18的侧表面相互面对并轴向地隔开，从而形成火花隙。中心电极和地电极的相对表面分别具有贵金属 端子20和贵金属垫22，从而使得打火花表面或放电表面与传统的电 极材料的相比具有更大的抵制电腐蚀、氧化和化学腐蚀，这样就提高了火花塞的使用寿命。图2是在图1中示出的火花塞10的下轴端或点火端的放大图。壳体12可以根据 本领域中公知的一种设计方式来构建，但是优选地由钢铁构成并包括开放的下轴向端50。 下轴向端50具有外圆柱形表面52和内轴向孔54。外圆柱形表面52的下部被加工出螺纹， 从而使得它可以拧到气缸头部的互补孔(未示出)。轴向孔54包括一个或多个内台肩56。 内台肩56由于孔的直径减少而形成，其大小能够接纳和支撑绝缘体14。轴向孔54还包括 由于孔直径的增加而限定出的一个或多个内扩张部分58。内扩张部分58在壳体的轴向孔 54和绝缘体14的外表面之间建立了通常为圆柱形的空间。由于绝缘体可具有朝向其下轴 端逐渐变小的锥度，所以壳体的轴向孔和绝缘体的内表面之间的径向分离是不均勻的。这 种通常为圆柱体的空间能够降低中心电极组件36和壳体12之间的飞弧(flash over)量， 以及能够影响点火端的热传输属性，因而影响火花塞的操作。在壳体的下轴端或开放端，绝 缘体的外表面和壳体12的孔的内表面之间的距离被指定为在图3中示出的尺寸B。理想的 情况是，壳体12具有下面的尺寸特征外螺纹直径㈧为10mm-14mm(M10-M14)；在壳体的 下开放端，壳体内部和绝缘体外部之间的径向间隔(B)为0mm-3mm。更优选的是，尺寸(B) 为 0. 75mm-l. 75mm。绝缘体14还可以根据大量在本领域中公知的构造技术之一来进行设计，但是优 选地包括基于铝的陶瓷成分，并包括开放的下轴端或鼻状部分60，其中鼻状部分60具有外 表面62和与壳体的孔同轴的内轴向孔64。鼻状部分60为伸长的逐渐变小的末端开放部分， 该末端开放部分从壳体的开放轴端50突出。外表面62包括一个或多个外台肩66，其形状 能够密封地座落在壳体的内台肩56上。为了增加这两个部件之间的密封强度，可以使用圆 周的衬垫68。和壳体一样，绝缘体的内轴向孔64也包括一个或多个通过孔的直径减少而形 成的内台肩70。这些内台肩70被设计为接纳传导绝缘芯16的部件，尤其是中心电极36。 理想的情况是，绝缘体14具有下面的尺寸特征鼻状部分的轴向长度(C)为8mm-20mm ；鼻 状部分的突出长度⑶为0mm-6mm ；以及内孔直径(E)为1. 5mm_3. 5mm。更优选地，尺寸(C) 为12mm-18mm，尺寸(D)为0. 5mm-1. 75mm,以及尺寸(E)为2mm-3mm。除了上述“理想的”和 “更优选的”尺寸范围(它们通常可用于所有大小的火花塞壳体)外，还可以具有与特殊壳 体大小的火花塞具体关联的尺寸范围子集。例如，能够理想地提供M14火花塞(螺纹外壳 直径为14mm)，其具有2. 5mm-3mm的绝缘体内孔直径(E)，同时提供M 12的火花塞(具有的 孔直径(E)为 2mm-2. 5mm)。中心电极36优选为细长的、防腐蚀和热的组件，其通常包括上轴端80、下轴端 或点火端82、以及贵金属端子20。在上下轴端之间延伸的是具有高导热性能的覆层材料 84(如图3所示)和细长铜套86。用于覆层材料84的适当材料的例子被称为#522合金，其 由大约95. 5%的镍、1. 9%的锰、1. 75%的铬、0. 4%的硅、0. 3%的钛以及0. 15%的锆组成， 并且可以从Champion Ignition Products division of Federal-Mogul Corporation 公司 得到。这种材料处于约为1000°C的温度时，其热传导率约为50W/mK。上轴端80包括径向放 大的头部88。头部88被设计为能够固定在绝缘体的内台肩70上，从而防止中心电极组件 从绝缘体轴向孔中滑落出来。下轴端82包括通过几个锥形部分连接的几个径向减少的部 分。中心电极的主杆部分90(可以从图3中更好地看出)通过第一锥形部分94与第一径向减少的部分92相连。同样，第一径向减少的部分92通过第二锥形部分98与第二径向减少 的部分或凸缘部分(collar section)96相连。如从图中可以明显看出的那样，在第一部分 92和第二部分96之间的径向收缩(S卩，半径差)大于主杆部分90和第一部分92之间的径 向收缩。这就使得第二锥形部分98显著大于不太锥形的部分94。如在下面将要描述的那 样，凸缘部分96提供了贵金属端子20附着的基座。理想的情况是中心电极36具有如下特 性主杆长度(F)为10mm-25mm ；铜芯长度(G)为10mm-25mm ；主杆直径(H)为1. 5mm-3. 5mm ； 第一径向减少的部分的直径(I)为1. 5mm-3. 5mm ；凸缘部分直径(J)为0. 75mm-l. 75mm。凸 缘部分直径可根据焊接或其他用来将贵金属端子20附着到中心电极36的其他部分的技 术而改变。在这种情况下，应该理解尺寸(J)指的是凸缘部分在上述附着之前的尺寸。更 优选的是，尺寸(F)为13mm-20mm ；尺寸(G)为13mm-20mm ；尺寸(H)为2mm-3mm ；尺寸(I) 为1.75mm-3mm;以及尺寸(J)为lmm-1. 5mm。如在前一段落中所述，除了那些“理想的”和 “更优选的”尺寸范围，还存在与具有特殊壳体大小的火花塞特别关联的尺寸范围子集。在 使用M14火花塞的情况下，理想的是提供这样一种中心电极，其具有直径(H)为2. 5mm-3mm 的主杆部分，以及直径(I)为2. 25mm-3mm的第一径向减少的部分。另一方面，M12火花塞 优选地包括这样一种中心电极，其具有直径(H)为2mm-2. 5mm的主杆部分，以及直径(I)为 1. 75mm-2. 25mm的第一径向减少的部分。 为了提高火花塞的使用寿命，贵金属端子20附着到中心电极36的下轴端，并由铱 (Ir)或铱合金(例如，Ir-Rh)构成。更优选地，贵金属端子包括Ir-Rh合金(其中Ir为主 要组分而Rh的成分为1_20%)。当然，贵金属端子20能够由其他的在本领域中公知的贵金 属构成，例如，Pt、Pd、Ru或它们任意的组合。根据贵金属端子的优选形状，贵金属端子为圆 柱形状部件，其大小能够使上轴端安装在中心电极的凸缘部分96中的盲孔或凹部内。贵金 属端子延伸到孔的深度可以变化，只要它延伸的深度足以结合这两个组件即可。还可以使 用其他的形状，例如，方形、矩形、椭圆或其他的适当截面形状。可以根据几种公知技术中的 一种技术来将贵金属端子20附着到凸缘部分96。例如，可以将激光焊接能量束导向在贵金 属端子和凸缘部分的内孔表面之间的圆周交界周围，从而使得中心电极和贵金属端子的部 分熔融。熔融的部分接着汇聚、混杂和固化，从而形成将贵金属端子20牢固地保持在适当 位置的圆周焊接缝。作为一种选择，还可以使用例如在2003年2月26日公布的欧洲专利 No. EP 1286442A1中公开的结合处理、或电阻焊接、钎焊、型锻或其他的机械变形等。理想的 情况是，贵金属端子20为具有以下尺寸特征的圆柱形组件端子直径(K)为0. 5mm-0. 9mm ； 贵金属端子超出凸缘部分端部的突出长度(L)为0. lmm-0. 95mm ；贵金属端子超出绝缘体端 部的突出长度(M)为1.5mm-3. 5mm ；贵金属端子的铜芯86和上轴向端之间的轴向距离(N) 为2mm-7mm;以及整体的轴向端子长度(0)为0. 5mm-4mm。突出距离L根据端子附着处理的 结果而在端子的圆周周围可以是非均勻的。在这种情况下，尺寸L表示从中心电极材料的 熔体池(melt pool)到端子的轴向端(打火花表面)的平均距离。更优选地，尺寸⑷为 0. 6mm-0. 8mm ；尺寸(L)为 0. 2mm-0. 6mm ；尺寸(M)为 2mm-3mm ；尺寸(N)为 3. 5mm-6mm ；以及 尺寸(0)为 lmm-2. 5mm。地电极18优选为基于镍的、铜芯组件，其能够电传导高压的点火脉冲，以及将热 从打火花表面传掉。地电极通常包括附着于壳体12的下表面的第一端110、接纳贵金属垫 22的侧表面112、铜或其他导热芯114、以及覆层材料116。其中，覆层材料116可以是基于镍的 材料，例如Inconel 600/601。如图所示，铜芯114未在地电极的整个长度上延伸，而是 优选地在某个位置停止延伸，从而使得铜芯并没有完全位于贵金属垫22的下面。此外，地 电极可以是圆形的截面(从而使得不存在纵向边缘)、或方形或矩形的截面。在上述任一种 情况下，地电极优选地(但不是必须地)终止于一些类型的锥形端118。该特征在图4中很 好地示出。从图4中可以看出，地电极是锥形的或截顶的，这样地电极就不会简单地终止于 方形截止的钝端。当然，锥形端118还可以是圆形的、尖角的、或根据地电极18的半径或宽 度随着接近其端部而减少的其他配置结构构造形状。理想的是，地电极18具有下面的尺寸 特征电极的径向厚度⑵为0. 75mm-2. 25mm ；电极的径向宽度(Q)为2mm-4mm ；以及铜芯 的端部和地电极的端部之间的距离(R)为lmm-5mm。更优选地，尺寸⑵为lmm-l. 75mm ；尺 寸(Q)为 2. 25mm-3. 25mm ；以及尺寸(R)为 2mm-4mm。在火花隙区域，将贵金属垫22附着于地电极的侧表面112，以延长地电极的使用 寿命。优选地，贵金属垫由钼或钼合金材料(例如，钼镍或钼钨合金)构成。然而，还可以 使用其他的贵金属，例如铱、铱合金等。在附图中示出的实施方案中，贵金属垫通常为刚好 从地电极的侧表面伸出很小距离的扁平圆柱形垫。贵金属垫22的上或露出的表面为打火 花表面，其与贵金属端子20的下部或露出表面形成火花隙。贵金属垫22可以通过本领域 公知的一种技术附着到地电极18，包括激光和/或电阻焊接。如图3和4所示，贵金属垫 22优选地具有比贵金属端子20的直径大的直径。理想地，贵金属垫22具有下面的尺寸特 征直径(S)为0. 5mm-2mm ；在地电极的侧表面上方的突出距离(T)为Omm-O. 5mm ；以及火 花隙(U)为 0. 5mm-1. 75mm。更优选地，尺寸(S)为 lmm-l. 5mm，尺寸(T)为 0. llmm-0. 3mm, 以及尺寸(U)为 0. 75mm-l. 5mm。本领域的技术人员应该理解，火花塞组件其自身的尺寸或与其他组件组合的尺寸 能够影响火花塞的性能、耐用性以及可制造性，以及影响可以使用该火花塞组件的那些应 用。仅举出与尺寸选择有关的少数几个应用，例如，火花塞壳体12的螺纹直径(A)能够影 响可与相应的火花塞组件一起使用的引擎的类型。在高性能应用场合，气缸头中的空间是 有限的，因此，具有IOmm或12mm(M10，M12)直径的火花塞壳体优于具有14mm(M14)直径的 火花塞壳体。同样，绝缘体芯的内直径(E)和中心电极主杆的外直径(H)影响火花塞的整 体直径，因此影响其在引擎中的潜在应用。一些尺寸，例如，壳体内和绝缘体外之间的径向隔离(B)，鼻状部分突出超过壳体 的距离(D)，以及贵金属端子部分突出超过绝缘体的距离(M)，能够影响点火端组件的火花 飞弧(spark flashover)和/或炭垢属性，因此影响火花塞的性能和使用寿命。其他的尺寸，例如绝缘体鼻状部分的轴向长度(C)和中心电极主杆的轴向长度 (F)，在特殊的引擎设计中使用时，会直接影响火花塞的热动力。例如，在对火花塞进行高等 级的排热引擎中，短的鼻状部分和中心电极主杆有可能需要防止火花塞组件过热以及伴随 出现的较差的持久性能或发生提前点火。而在具有低等级排热的引擎中，上述短的组件并 不需要，或者实际上对于火花塞的防冷垢性能产生不利的影响。那些与导热芯的长度和位置有关的尺寸(例如中心电极的铜芯长度(G)、中心电 极铜芯和贵金属端子之间的距离(N)、以及地电极的铜芯和地电极的端部之间的距离(R)) 中的每一个都能够影响火花塞在其点火端的热传导属性。该火花塞点火端组件的热传性又 会影响火花塞的耐用性和性能，如上所述。
尺寸，诸如第一径向减少部分的直径(I)、凸缘部分的直径(J)、贵金属端子的直 径(K)、贵金属端子超出凸缘部分的突出长度(L)、以及贵金属端子的整体轴向长度(0)，每 个都能够影响将贵金属端子附着到中心电极的处理。例如，在本领域中具有几种公知的用 于将贵金属端子附着到火花塞电极的技术。贵金属端子的尺寸和形状，以及中心电极部分 接纳贵金 属端子的尺寸和形状能够指示选择哪种技术以及所选择的技术的具体操作参数。 其他能够影响与制造有关事项的尺寸包括地电极的厚度(P)和宽度(Q)。贵金属垫的直径(S)和火花隙(U)间隔仅仅是能够影响在火花隙中产生的火花强 度和属性的两个例子。因此，这些尺寸的选择经常与性能息息相关。值得一提的是，上述尺 寸、以及上面提到的对于性能、耐用性、可制造性以及应用的通用性的影响仅仅是与选择各 种火花塞组件相关的一些考虑因素的实例。在本文中未提及的其他考虑因素也是存在的， 并在设计火花塞组件(更具体地说，在选择火花塞组件的尺寸中)中具有一定的作用。需 要记住的是，实验发现某些尺寸组合会展现有益的结果。—种能够使火花塞获得有益结果的尺寸组合是i)中心电极主杆部分具有的直 径(H)为1. 5mm-3. 5mm ；ii)中心电极减小的凸缘部分具有的直径(J)为0. 75mm-l. 75mm ； iii)贵金属端子具有的直径(K)为0. 5mm-0. 9mm ;iν)贵金属端子具有的径向长度(0)为 0. 5mm-4mm ；ν)贵金属端子延伸超出凸缘部分的距离(L)为0. lmm-0. 95mm。已经证明具有 这种尺寸组合的火花塞是成功的，因为其提供了耐用性(端子具有优秀的热管理)和可点 火性(高突出的细丝端子)有益平衡，并能够低成本制造(最小化对于贵金属量的需求)。另一种能够使火花塞获得有益结果的尺寸组合是i)壳体的螺纹直径(A)为 10mm-14mm ;ii)绝缘体鼻状部分具有的轴向长度(C)为8mm-20mm ;iii)外鼻状部分表面与 壳体轴向孔的内表面隔开的距离⑶为0mm-3mm;iV)鼻状部分延伸超出壳体的距离⑶为 0mm-6mm;以及ν)鼻状金属端子延伸超出绝缘体的距离(M)为1. 5mm_3. 5mm。这种组合也 提供了改进的结果，由于它在冷操作条件下成功地降低了火花塞对于炭垢的敏感性，并提 高了可点火性，从而获得显著的冷启动性能。另一种能够使火花塞获得改进结果的有益结果的尺寸组合是i)具有厚度(P)为
0.75mm-2. 25mm的地电极；ii)宽度(Q)为2mm-4mm，直径(K)的贵金属端子，以及直径⑶的 贵金属垫，直径⑶大于直径(K)并且为0. 5mm-2mm。这种组合通过地电极的良好热管理进一 步改进了火花塞的耐用性，并提高了对(直接面对贵金属切屑)地电极的局部“磨损”保护。下面的尺寸组合涉及用于M14火花塞(即，具有14_的外螺纹直径的火花塞)。 这种火花塞应用于在气缸头具有足够容纳14mm的火花塞开口的空间的应用中使用场合， 并且为涉及具有以下尺寸部件的火花塞i)有14mm的外螺纹直径(A)的壳体；ii)绝缘 体轴向孔，具有的内孔直径(E)为2.5mm-3mm;iii)中心电极主杆部分，具有的直径(H)为 2. 5mm-3mm ；以及径向减少的中心电极部分，具有的直径(I)为2. 25mm-3mm。和上述M 14 组合一样，还发现了相应的M12组合的火花塞，该其尺寸为以下组合涉及的火花塞具有i) 具有12mm的外螺纹直径(A)的壳体；ii)绝缘体轴向孔，内孔的直径(E)为2mm_2. 5mm ； iii)中心电极主杆部分，直径(H)为2mm-2. 5mm以及径向减少的中心电极部分，直径⑴为
1.75mm-2. 25mm。因为M12火花塞具有小于M14火花塞的直径，因此M12火花塞的某些组件 还必须具有在半径方向较小的尺寸。上述的尺寸组合仅仅容纳它们(M12或M14)各自的火 花塞尺寸，并在具有它们各自的火花塞尺寸时能够很好地工作，但是它们在火花塞性能、耐用性和可制造性方面还能够提供 改进的结果。 显然已经根据本发明提供了 一种用于和内燃机一起使用的、能够获得在本文中描 述的目的和有益效果的火花塞。当然，应该理解，上面的描述仅仅是本发明示例性的实施方 案，本发明并不局限于所示出的具体实施方案。本领域的技术人员可以对本发明进行各种 变化和修改，这些变化和修改位于本发明的保护范围内。 在本说明书和所附的权利要求书中，术语“例如”和动词“包括” “具有”以及它们 在集合一个或多个组件条目使用时的动词形式，或其他术语都应该认为是开放的，即意味 着该条目并不是排除其他附加的组件或部件。等级术语，例如“约”不仅包括特定的尺寸或 其他数目，而且还包括不会对这些数字所涉及的特性或应用造成显著影响的变化。因此，具 有“约14mm”的外壳直径的火花塞将包括具有略小于或大于14mm直径的外壳的火花塞，但 是不会应用于M12类型的火花塞(12mm直径)或通常在不同的应用中使用的其他大小的火 花塞。其他的术语也应该用它们最宽的合理意思来解释，除非它们在需要不同解释的上下 文中使用。
权利要求
1. 一种用于内燃机的火花塞，包括 壳体，具有轴向孔和螺纹直径A ；绝缘体，具有轴向孔以及鼻状部分，所述鼻状部分轴向长度为C，所述绝缘体位于所述 壳体的轴向孔内，以使得所述鼻状部分的外表面与所述壳体的轴向孔的内表面相隔径向距 离B，并且所述鼻状部分延伸超出所述壳体距离D ；中心电极，至少部分地位于所述绝缘体的轴向孔内，并具有主杆部分、以及至少一个径 向地减小的凸缘部分，所述凸缘部分的端面具有凹部； 贵金属端子，具有打火花表面；以及 附着于所述壳体的地电极；其中，所述贵金属端子位于所述凹部，以使得所述贵金属端子的打火花表面延伸超过 所述绝缘体距离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.如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属端子包括Ir或Ir合金。
3.如权利要求2所述的火花塞，其中所述Ir合金为Ir-Iih合金，其中所述Mi的量为 1-20%。
4.如权利要求1所述的火花塞，其中所述中心电极包括金属覆层，所述金属覆层主要 包括Ni、Cr和Mn，并在该材料处于约1000°C的温度下时具有约为50W/mK的热传导率。
5.如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属端子具有直径K，其中 0. 5mm ^ K ^ 0. 9mm。
6.如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属端子具有轴向长度0，其中 0. 5mm ^0^ 4mm。
7.如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属端子的打火花表面和所述地电极相隔 有火花隙U，其中0. 5mm彡U彡1. 75mm。
8.如权利要求1所述的火花塞，其中所述地电极包括为基本扁平的贵金属垫，用于与 所述贵金属端子的打火花表面形成火花隙。
9.一种用于在内燃机中使用的火花塞，包括 壳体，具有轴向孔；绝缘体，具有轴向孔并且至少部分地位于所述壳体的轴向孔内； 中心电极，至少部分地位于所述绝缘体的轴向孔内； 贵金属端子，具有直径K并附着到所述中心电极；地电极，具有轴向厚度P、径向宽度Q、侧表面以及贵金属垫，所述贵金属垫的直径S大 于所述贵金属端子的直径K，其中，所述贵金属垫为附着于所述侧表面的基本扁平垫，从而 使其与所述贵金属端子形成火花隙U，并且 其中2.0. 75mm ≤ P ≤ 2. 25mm ； 2mm ≤ Q ≤ 4mm ；以及 0. 5mm ≤S ≤2mm。
10.如权利要求9所述的火花塞，其中所述贵金属端子包括Pt或Pt合金。
11.权利要求10所述的火花塞，其中所述Pt合金基本由Pt-Ni或Pt-W构成。
12.如权利要求10所述的火花塞，其中地电极还包括导热芯以及金属覆层，所述导热 芯与所述地电极的自由端隔开距离R，其中Imm彡R彡5mm。
13.如权利要求12所述的火花塞，其中导热芯并未直接位于所述贵金属端子的下面。
14.如权利要求9所述的火花塞，其中0.5mm < U < 1. 75mm。
15.如权利要求9所述的火花塞，其中所述地电极还包括锥形的自由端。
16.如权利要求9所述的火花塞，其中，将所述贵金属垫附着到所述侧表面使得直接位 于所述贵金属垫下面的电极材料变得更加密集，但不会在所述贵金属垫的周围造成任何突 起。
17.如权利要求16所述的火花塞，其中所述贵金属垫延伸超出所述侧表面距离T，其中 Omm ^ T ^ 0. 5mm。
18.如权利要求9所述的火花塞，其中所述贵金属端子根据涉及电阻焊接和激光焊接 的处理而附着到所述侧表面。
19.一种用于内燃机的火花塞，包括 壳体，具有轴向孔和外螺纹直径A ；绝缘体，具有轴向孔并且至少部分地位于所述壳体的轴向孔内，所述绝缘体的轴向孔 具有内孔直径(E)；中心电极，至少部分地位于所述绝缘体的轴向孔内，并包括具有直径H的主杆部分、以 及直径为I的第一径向地减小的部分，所述第一径向地减小的部分的端面具有凹部； 贵金属端子，位于所述凹部；以及 附着于所述壳体的地电极； 其中A约为14mm ； 2. 5mm ≤ E ≤ 3mm ； 2. 5mm≤H≤3mm ；以及 2. 25mm3mm。
20.如权利要求19所述的火花塞，其中所述贵金属端子包括Ir或Ir合金。
21.权利要求20所述的火花塞，其中所述Ir合金为Ir-Iih合金，其中所述1 的量为 1-20%。
22.如权利要求19所述的火花塞，其中所述贵金属端子具有直径K，其中 0. 5mm ≤K ≤ 0. 9mm。
23.如权利要求19所述的火花塞，其中所述贵金属端子具有轴向长度0，其中 0. 5mm ≤0≤ 4mm。
24.如权利要求19所述的火花塞，其中所述地电极包括基本扁平的贵金属垫，用于与 所述贵金属端子的打火花表面形成火花隙。
25.如权利要求M所述的火花塞，其中所述贵金属端子和所述贵金属垫相隔有火花隙 U，其中 0. 5mm ≤ U ≤ 1. 75mm。
26.一种用于内燃机的火花塞，包括 壳体，具有轴向孔和外螺纹直径A ；绝缘体，具有轴向孔以及至少部分地位于所述壳体的轴向孔内，所述绝缘体的轴向孔 具有内孔直径(E)；中心电极，至少部分地位于所述绝缘体的轴向孔内，并包括具有直径H的主杆部分、以 及直径为I的第一径向地减小的部分，所述第一径向地减小的部分的端面具有凹部； 贵金属端子，位于所述凹部；以及 附着于所述壳体的地电极； 其中A约为12mm ； 2mm ≤ E ≤ 2. 5mm ； 2mm≤H≤2. 5mm ；以及 1. 75mm ≤ I ≤ 2. 25mm。
27.如权利要求沈所述的火花塞，其中所述贵金属端子包括Ir或Ir合金。
28.权利要求27所述的火花塞，其中所述Ir合金为Ir-Iih合金，其中所述1 的量为 1-20%。
29.如权利要求沈所述的火花塞，其中所述贵金属端子具有直径K，其中 0. 5mm ≤K ≤0. 9mm。
30.如权利要求沈所述的火花塞，其中贵金属端子具有轴向长度0，其中 0. 5mm ≤0≤ 4mm。
31.如权利要求沈所述的火花塞，其中所述地电极包括基本扁平的贵金属垫，用于与 所述贵金属端子的打火花表面形成火花隙。
32.如权利要求沈所述的火花塞，其中所述贵金属端子和所述贵金属垫相隔有火花隙 U，其中 0. 5mm ≤ U ≤ 1. 75mm。
全文摘要
一种火花塞，其具有特殊的点火端配置结构以满足大量的用于改进的性能的尺寸范围。火花塞通常包括外壳、绝缘体、中心电极和地电极，中心电极和地电极中的每一个都具有用于改进热传导的铜芯，以及用于改进抗侵蚀和腐蚀性能的贵金属插入件。用于中心电极的贵金属插入件优选地为基于Ir的圆柱形端子，用于接纳在中心电极上形成的补偿凹部内。用于地电极的贵金属插入件优选地为，附着到地电极的表面的、基于Pt的扁平形式。对于火花塞组件的各种部分个别地和与其他尺寸相互组合地提供不同的尺寸范围。
文档编号H01T13/39GK102130427SQ20101061340
公开日2011年7月20日 申请日期2005年2月1日 优先权日2004年2月3日
发明者保罗·廷威尔 申请人:联邦摩古点燃(英国)有限公司