专利名称：火花点火装置、用于其的接地电极、及它们的构造方法
技术领域：
本发明主要涉及火花点火装置，例如用于内燃机的火花塞，尤其涉及连接至火花点火装置的金属外壳的接地电极，以及它们的构造方法。
背景技术：
现代的车辆需要满足大功率、低油耗及低排放的要求，这样导致了发动机中的燃烧气体的温度升高。因此，火花点火装置面临温度升高的问题，由此表现为使用寿命缩短。所以人们热衷于促进火花点火装置——尤其是在接地电极的点火端区域——散热的任何改进，以延长火花点火装置的潜在使用寿命。
此外，根据已知的工艺，接地电极被制成在其点火端周围具有过量的接地电极材料。存在于点火端周围的过量接地电极材料会降低在接地电极区域的散热性能，从而对接地电极及其点火端产生不良影响。由于采用已知的机械修边工艺使接地电极点火端的周边区域成形，所以不管点火端周围被机械切割成笔直的还是锥形的形状，都会产生大量的剩余材料。考虑到通常采用的是机械切割工艺，因此必须在接地电极的外侧边缘与点火端之间留有预定数量的接地电极材料，以避免损坏接地电极和/或点火端的连接区域。根据本发明构造的火花点火装置解决了上述问题和其它问题，这对于本领域常规技术人员来说是显而易见的。
发明内容
根据本发明的一个方面提供了一种火花点火装置。该火花点火装置包括基本呈环形的陶瓷绝缘体，并带有环绕至少部分陶瓷绝缘体的金属外壳。进一步地，一中心电极至少部分地容置在该陶瓷绝缘体中，以及一接地电极从该外壳延伸至一自由端部。一点火端邻接于该接地电极的自由端部，以提供位于中心电极和点火端之间的火花隙。此外，该自由端部至少部分地由至少一个邻近点火端延伸的“激光切割”的外围侧面包围。根据本发明的另一方面提供了一种用于火花点火装置的接地电极。该接地电极具有从一近端延伸至一自由端部的接地电极本体，该近端用于和金属外壳连接。进一步地，一点火端邻接于该自由端部，其中，该自由端部至少部分地由至少一个紧邻点火端延伸的“激光切割”的外围侧面包围。根据本发明的另一方面提供了一种构造火花点火装置的方法。该方法包括提供基本呈环形的陶瓷绝缘体，并将一中心电极至少部分地设置在该陶瓷绝缘体中。进一步地，该方法包括提供一金属外壳，并将一接地电极连接至该金属外壳，同时使该接地电极延伸至一自由端部。进一步地，该方法包括将一点火端连接至接地电极的自由端部，并将该金属外壳以环绕至少部分陶瓷绝缘体设置。又进一步地，该方法还包括激光切割该接地电极的自由端部，以提供至少一个紧邻点火端延伸的“激光切割”的外围侧面。根据本发明的另一方面提供了一种构造用于火花点火装置的接地电极的方法。该方法包括提供一从连接至金属外壳的近端延伸至一自由端部的接地电极本体，并将一点火端邻接在该自由端部。进一步地，该方法包括激光切割该自由端部，以形成至少一个邻近点火端延伸的“激光切割”的外围侧面。
结合下文给出的优选实施例和最佳方式的详细描述以及所附权利要求和附图进行考虑，本发明的上述及其它的方面、特征和优点将会更加容易理解，其中图I是根据本发明一个方面构造的带有接地电极的点火装置的剖面视图；图2A是接地电极的第一个实施例的局部放大俯视图，其示出了第一种“激光切害Γ的接地电极的自由端；图2B是接地电极的第二个实施例的局部放大俯视图，其示出了第二种“激光切害Γ的接地电极的自由端；
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图2C是接地电极的第三个实施例的局部放大俯视图，其示出了第三种“激光切害I]”的接地电极的自由端；以及图2D是接地电极的第四个实施例的局部放大俯视图，其示出了第四种“激光切害Γ的接地电极的自由端。
具体实施例方式更详细地参阅附图，图I示出了根据本发明的一个优选方面构造的用于点燃内燃机中的燃料/空气混合物的火花点火装置10。典型的火花点火装置10示出为火花塞的形式，除了其它部件以外，该火花点火装置10包括由氧化铝或者其它已知的合适电绝缘材料制成的环形陶瓷绝缘体12。该绝缘体12具有在上部近端或终端16和下部远端或管口端18之间沿中心纵轴15延伸的中心通道14。一中心电极20至少部分地设置在中心通道14中，其带有自管口端18轴向向外延伸的末端火花表面(也称为点火表面21)。导电金属外壳22以环绕至少部分绝缘体12密封设置，在此示为环绕绝缘体12的下部和中部密封。外壳22具有至少一个与其固定连接(例如通过焊缝25固定连接)的接地电极24，其中，该接地电极24延伸至一自由端部26。接地电极24在该自由端部26具有与其相连的火花端(也称为点火端27)，以提供位于中心电极20的点火端21和接地电极24的点火端27之间的火花隙
28。自由端部26至少部分地由至少一个邻近点火端27延伸的“激光切割”的外围侧面30包围，其中，该“激光切割”的外围侧面30使在外围侧面30和点火端27之间延伸的接地电极材料最少，从而使得接地电极24在使用过程中容易自其自由端部26散热。此外，无论在将点火端27固定至接地电极24之前和/或之后，“激光切割”的外围侧面30都可以使自由端部26在制造过程中有效地成形。因此，除了提供接地电极24以及因此提供使用寿命延长的火花点火装置10以外，该制造工艺还很高效，从而可以减少实现自由端部26的改进配置的相关费用。火花点火装置10具有设置在绝缘体12的中心通道14中的导电接线柱32，该接线柱32具有邻近一电阻层34设置的自由下端33，该电阻层34设置在下端33和中心电极20的上端35之间。导电的玻璃密封件36、38以公知的方式使得电阻层34分别与接线柱32和中心电极20隔开。导电金属外壳22可以由任何适合的金属制成，该金属包括各种涂层和无涂层的钢合金(例如各种钢合金)，并且可以用已知的方式在金属外壳22上涂敷一层锌或者镍基合金涂层或者类似涂层。外壳22具有基本呈环形的、管状的壳体40，该壳体40具有在上部终端46 (也称为近端)和下部紧固端48 (也称为远端)之间沿中心纵轴15同轴延伸的基本呈环形的外表面42和内表面44。紧固端48通常具有用于螺纹连接在发动机组(未示出)的燃烧室开口中的外螺纹部分50。外壳22可以具有外六角形的工具容置部件52或者其它便于拆装燃烧室开口中的火花塞10的结构。该结构的尺寸优选地与相关应用中的同类别的行业标准工具尺寸一致。当然，有些场合可能需要除六角形结构以外的工具容置界面，例如用于容置活动扳手的插槽，或者其他例如在汽车(racing)火花塞和其它应用中已知的结构。外壳22还具有从外表面42径向向外延伸的环形凸缘54，以提供环形的、大致为平面的密封座56，螺纹部分50自该密封座56向下延伸。密封座56可以配有一衬垫(未示出)，以便形成外壳22和燃烧室开口中的螺纹孔之间的空间的热气密封。或者，密封座56可以设置为锥形座，以使其以高精度公差地且自密封地安装在气缸盖的密封表面，该气缸盖同样被设计为带有与这种火花塞座匹配的锥形结构。
如上所述，接地电极24的自由端部26用于使火花塞10的使用寿命最大化，此外，在制造过程中可以采用高效的激光切割工艺将该自由端部26制成期望的形状。该激光切割工艺可以将自由端部26制成具有各种期望的形状——包括使用机械切割工艺一般难以达到的形状，并且至少不会产生极大的费用，图2A-2D示出了几种激光切割的形状，这些形状在此仅作为示例而非限制。在图2A中，示出了根据本发明第一方面构造的接地电极24的一部分。如图所示，接地电极24具有点火端27，该点火端27通过例如环绕点火端27的外圆周延伸的环形焊池61连接至自由端部26的上表面60。该自由端部26包括邻近点火端27延伸的“激光切害Γ的外围侧面30，其中，该“激光切割”的外围侧面30从接地电极本体63的上表面60延伸至下表面62 (图I)。在本实施例中，外围侧面30形成一个自由端部26的终端64，并且被示为是与焊池61相切或基本相切的平坦、平整的或基本平整的表面。自由端部26还包括非激光切割的、基本平行的侧表面66、67，该侧表面66、67大致垂直于终端64并且沿本体63的全长延伸，其中，非激光切割的侧表面66、67在基本呈方角处终止于“激光切割”的终端64。被激光切割的终端64紧邻焊池61，从而使焊池和终端64之间的接地电极本体63的材料即使有也极少。因此，可以形成一直接的热流路径，以使接地电极24在使用过程中容易散热。在图2B中，示出了根据本发明第二方面构造的接地电极124的一部分，其中，与上述相差100的相同的附图标记,用于标示相似的特征。如图所示,接地电极124具有点火端127，该点火端127通过例如环绕点火端127的外圆周延伸的环形焊池161连接至自由端部126的上表面160。该自由端部126包括邻近点火端127延伸的“激光切割”的外围侧面130，其中，“激光切割”的外围侧面130构成自由端部126的终端164，并且进一步地环绕焊池161的半圆形或基本半圆形部分延伸成与接地电极本体163的大致平行的侧面166、167相切或基本相切。因此，与前述的具有平坦、平整的或基本平整的“激光切割”的侧面的实施例不同，此处的“激光切割”的侧面130呈半圆形或者基本呈半圆形。因此，“激光切割”的侧面130环绕焊池161的基本呈半圆形的部分延伸，从而使焊池161和在此区域内的“激光切割”的侧面130之间的接地电极本体163的材料即使有也极少。正因为如此，使直接的热流路径相对于前述的实施例增大了，该路径包括弧形区域，该“激光切割”的侧面130延伸覆盖该弧形区域。在图2C中，示出了根据本发明第三方面构造的接地电极224的一部分，其中，与上述相差200的相同的附图标记,用于标示相似的特征。如图所示,接地电极224具有点火端227，该点火端227通过例如环绕点火端227的外圆周延伸的环形焊池261连接至自由端部226的上表面260。该自由端部226包括邻近点火端227延伸的“激光切割”的外围侧面230，其中，“激光切割”的外围侧面230构成自由端部226的终端264，并且进一步地环绕焊池261的半圆形或基本半圆形部分延伸。然而，与图2B的实施例不同的是，“激光切割”的侧面230并不是延伸成与接地电极本体263的大致平行的侧面266、267相切或基本相切。而是，外围侧面230包括一对“激光切割”的平坦侧面23(V，该对平坦侧面23(V自终端264以分叉的方式远离基本呈半圆形的“激光切割”的侧面230延伸。侧面230'延伸的距离取决于其与平行侧面266、267结合的角度，该角度可以根据需要改变。因此，“激光切割”的侧面230、230'延伸覆盖的半圆形区域可以使接地电极本体263的材料的数量进一步减 少。因此，直接的热流路径相对于前述实施例更进一步地增加了，从而使接地电极224弧形区域的散热程度增大，“激光切割”的侧面230、230'延伸覆盖该弧形区域。在图2D中，示出了根据本发明第四方面构造的接地电极324的一部分，其中，与上述相差300的相同的附图标记，用于标示相似的特征。如图所示，接地电极324具有点火端327，该点火端327通过例如环绕点火端327的外圆周延伸的环形焊池361连接至自由端部326的上表面360。自由端部326包括如图2A所示的外围侧面330，其中，该外围侧面330构成自由端部326的平坦的终端364，并且进一步地包括一对与基本平坦的“激光切割”的外围侧面330相交的基本平坦的“激光切割”的外围侧面330'，以提供截头锥形的自由端部326。各侧面330、33(ν均与焊池361相切、基本相切或者齐平，从而使得热流路径相对于图2Α的热流路径增大，以使接地电极324在使用过程中容易散热。考虑到侧面330、330'是平坦的或者基本平坦的，因此在电极324的终端364处留有构成接地电极本体363的材料的一对小角区域68。显然，鉴于上述教导，本发明可以有多种修改和变形。因此，应该理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以通过具体描述的方式以外的其它方式实现。因而，本发明由授权的权利要求书的范围最终确定，并不仅限于上述的示例性实施例。
权利要求
1.一种火花点火装置，该火花点火装置包括 呈环形的陶瓷绝缘体； 环绕至少部分所述陶瓷绝缘体的金属外壳； 至少部分地容置在所述陶瓷绝缘体中的中心电极；以及 从所述外壳延伸至一自由端部的接地电极； 邻接至所述自由端部的点火端，在所述中心电极和所述点火端之间具有火花隙；其特征在于， 所述自由端部至少部分地由至少一个邻近所述点火端延伸的“激光切割”的外围侧面包围。
2.根据权利要求I所述的火花点火装置，其特征在于，所述至少一个“激光切割”的外围侧面呈半圆形。
3.根据权利要求2所述的火花点火装置，其特征在于，所述“激光切割”的外围侧面紧邻一焊池延伸，该焊池将所述点火端连接至所述接地电极。
4.根据权利要求2所述的火花点火装置，其特征在于，所述“激光切割”的外围侧面包括一对“激光切割”的平坦侧面，该对平坦侧面远离所述呈半圆形的“激光切割”的侧面。
5.根据权利要求I所述的火花点火装置，其特征在于，所述至少一个“激光切割”的外围侧面包括一对平坦的“激光切割”的外围侧面，该对平坦的“激光切割”的外围侧面相交于另一个平坦的“激光切割”的外围侧面，以形成呈截头锥形的所述自由端部。
6.一种用于火花点火装置的接地电极，该接地电极包括 从连接至一金属外壳的一近端延伸至一自由端部的接地电极本体； 连接至所述自由端部的点火端；其特征在于， 所述自由端部至少部分地由至少一个紧邻所述点火端延伸的“激光切割”的外围侧面包围。
7.根据权利要求6所述的用于火花点火装置的接地电极，其特征在于，所述至少一个“激光切割”的外围侧面具有弧形部。
8.根据权利要求7所述的用于火花点火装置的接地电极，其特征在于，所述“激光切害Γ的外围侧面紧邻一焊池延伸，该焊池将所述点火端连接至所述接地电极。
9.根据权利要求7所述的用于火花点火装置的接地电极，其特征在于，所述“激光切害I]”的外围侧面包括一对从所述弧形部分叉的“激光切割”的平坦侧面。
10.根据权利要求6所述的用于火花点火装置的接地电极，其特征在于，所述至少一个“激光切割”的外围侧面包括一对平坦的“激光切割”的外围侧面，该对平坦的“激光切割”的外围侧面相交于另一个平坦的“激光切割”的外围侧面，以形成呈截头锥形的所述自由端部。
11.一种构造火花点火装置的方法，其特征在于，该方法包括 提供呈环形的陶瓷绝缘体； 将一中心电极至少部分地设置在该陶瓷绝缘体中； 提供一金属外壳； 将一接地电极连接至该金属外壳，并使该接地电极延伸至一自由端部； 将一点火端连接至该自由端部；将该金属外壳以环绕至少部分陶瓷绝缘体设置；以及激光切割该接地电极的自由端部，以形成至少一个紧邻该点火端延伸的“激光切割”的外围侧面。
12.根据权利要求11所述的构造火花点火装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括激光切割该至少一个“激光切割”的外围侧面，该至少一个“激光切割”的外围侧面具有半圆形部分。
13.根据权利要求12所述的构造火花点火装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括紧邻一焊池激光切割该半圆形部分，该焊池将所述点火端连接至所述接地电极。
14.根据权利要求12所述的构造火花点火装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括激光切割该“激光切割”的外围侧面，且该“激光切割”的外围侧面具有一对从所述半圆形的“激光切割”的侧面分叉的“激光切割”的平坦侧面。
15.根据权利要求11所述的构造火花点火装置的方法，其特征在于，该方法进一步包括激光切割该至少一个“激光切割”的外围侧面，该至少一个“激光切割”的外围侧面具有一对平坦的“激光切割”的外围侧面，该对平坦的“激光切割”的外围侧面相交于另一个平坦的“激光切割”的外围侧面，以形成截头锥形的自由端部。
16.一种构造用于火花点火装置的接地电极的方法，其特征在于，该方法包括 提供从一连接至一金属外壳的近端延伸至一自由端部的接地电极本体； 将一点火端邻接至该自由端部；以及 激光切割该自由端部，以形成至少一个紧邻点火端延伸的“激光切割”的外围侧面。
17.根据权利要求16所述的构造用于火花点火装置的接地电极的方法，其特征在于，该方法进一步包括激光切割该至少一个“激光切割”的外围侧面，该至少一个“激光切割”的外围侧面具有弧形部。
18.根据权利要求17所述的构造用于火花点火装置的接地电极的方法，其特征在于，该方法进一步包括紧邻一焊池激光切割该“激光切割”的外围侧面，该焊池将该点火端连接至接地电极外围侧面。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括激光切割该“激光切害Γ的外围侧面，且该“激光切割”的外围侧面具有一对从该弧形部分叉的“激光切割”的平坦侧面。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括激光切割该至少一个“激光切割”的外围侧面，该至少一个“激光切割”的外围侧面具有一对平坦的“激光切割”的侧面，该对平坦的“激光切割”的外围侧面相交于另一个平坦的“激光切割”的外围侧面，以形成截头锥形的自由端部。
全文摘要
本发明提供一种火花点火装置、用于其的接地电极、及它们的构造方法。该火花点火装置(10)包括基本呈环形的陶瓷绝缘体(12)，并带有环绕至少部分陶瓷绝缘体的金属外壳(22)。一中心电极(20)至少部分地容置在该陶瓷绝缘体中，以及一接地电极(24)从该外壳延伸至一自由端部(26)。一点火端(27)邻接于该接地电极的自由端部，以提供位于中心电极和点火端之间的火花隙(28)。该自由端部至少部分由至少一个邻近点火端延伸的“激光切割”的外围侧面(30)包围。
文档编号H01T21/02GK102893468SQ201180023846
公开日2013年1月23日 申请日期2011年5月4日 优先权日2010年5月14日
发明者弗雷德里克·J·奎特迈尔, 凯文·J·科瓦尔斯基, 马克·S·麦克默里 申请人:费德罗-莫格尔点火公司