火花塞制造技术

一带有由烧结的粉末金属制成的火花部的中心电极的火花塞及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于内燃机的火花塞和其他点火装置，特别是，涉及具有高 性能中心电极和附于中心电极上的高性能点火端的点火装置
技术介绍
火花塞作为工业中众所周知的元件，长期用于内燃机中以启动燃烧。一 般地，火花塞是延伸进内燃机燃烧室的装置，能够产生火花来点燃燃烧室中 易燃的空气和燃料混合物。典型地，火花塞包括柱状金属外壳和钩状接地电 极，其中，金属外壳具有可旋入部分内燃机的外螺纹，接地电极则于火花塞 的点火端附于该火花塞上。柱状绝缘件部分设于金属壳体中，并朝点火端以 及末端轴向延伸，超出该金属外壳。导电端子设于柱状绝缘件中，相对点火 端，位于火花塞的末端。中心电极设于绝缘件中，位于点火端，并朝向接地 电极，从绝缘件轴向突伸出，从而在中心电极和接地电极之间形成火花塞间 隙。火花塞实现最基础的功能，即点燃内燃机气缸中的气体，该气体的燃烧 产生动力行程。更特别地，该火花点燃燃烧室或气缸中的空气和燃气混合物， 以产生高温燃烧以为发动机提供动力。由于内燃机本身的特性，火花塞暴露 于内燃机气缸中产生的很多极端环境下，包括高温和各种侵蚀性燃气，因此， 传统地会縮短火花塞的使用寿命。火花塞也会经受电火花腐蚀而导致减短火 花塞的寿命，运行过程中，由于火花塞运行期间电弧的高电弧温度导致局部 汽化，电极特别是点火端或与点火端邻接或接近的电极或材料会受到腐蚀。5火花塞的寿命通常会由于中央电极和接地电极老化而减短，因此降低中央电 极和接地电极之间的火花的质量。如果火花质量降低，最终点火和燃烧都会 受到影响。传统上镍和镍合金已经非常耐侵蚀，但他们易遭受电火花腐蚀。为减小 电火花腐蚀，制造商用通常更耐电火花腐蚀的替代金属或金属合金，如钼、 铱或者其合金。由于铂和铱通常都很昂贵，所以需要减少用于提供火花部或 点火端的材料的量。因此，铂或铱或其合金制成的火花部或点火端典型地被 附于镍或镍合金中心电极上，使在火花塞达到最大效率的同时将火花塞上贵 金属的用量最小化。为提高燃料经济性而采用高压缩比发动机，需要增加通过火花塞的能量， 来强迫火花在高压环境下跳过中心电极和接地电极之间的间隙。增加的能量 增加了易受火花腐蚀的材料中火花腐蚀的比率，因此，较多的火花塞制造商 寻找高耐火花腐蚀的材料例如铂、铱或其合金，而不再采用常用的镍或镍合金。运行过程中，通常可达40， 000伏且有时超过40000伏的脉冲穿过火花塞 到达中心电极，导致火花跳过中心电极和接地电极之间的间隙。火花塞工作 电压和能量的任何增加都会增加产生火花腐蚀的可能性，从而减少火花塞的 使用寿命。铂、铱或其他贵金属及其金属合金较少受火花腐蚀影响的同时，如果贵 金属点火端太小，无论是长度、宽度或尺寸太小，火花就会在贵金属点火端 和中心电极的基料与接地电极之间的弧周围跳动。典型的基料为镍合金，其 易产生火花腐蚀直到贵金属点火端脱落。火花塞的任何老化都会影响火花的 质量，任何非源于火花部上火花表面而是源于中心电极并经过贵金属点火端 周围的火花会降低火花的质量。火花的质量影响空气和燃料混合物的点火(例 如，燃烧效率，燃烧温度，和燃烧产物)，因此，功率输出、燃料效率、内燃 机性能、以及空气和燃料混合物燃烧产生的排放物均会受到有害影响。由于 更加强调机动车的排放控制、燃料价格的增加以及现代化性能的要求，需要 保持高质量火花，来保证稳定的内燃机性能和排放质量。火花塞的使用寿命以及火花塞的耐火花腐蚀性对发动机和整车制造商也 是重要的。制造商需要不断延长火花塞的使用寿命，例如160,000英里，240，000英里，和300,000英里使用寿命。由于火花腐蚀和侵蚀的影响，许 多传统镍火花塞的使用寿命仅为30， 000至60， 000英里。 一种防止火花腐蚀 的方法是大大增加构成点火端火花部的贵金属例如铱、铂或者其合金的含量 或者点火端的尺寸。然而，铱、铂及其合金非常昂贵，而制造商则需要不断 地降低成本，因此减少火花塞中铱、铂或其合金的量变得很重要。故，典型 地将铂或铱或其合金制成的火花部附于镍或镍合金中心电极，并在尺寸上最 小化。在存在钙和/或磷时，也认为铱会遭受侵蚀，在高温时，这种情况会加强。 由于发动机制造商通过允许将更多的油渗入燃烧室，努力减少摩擦，来提高 燃料经济性，因此在燃烧材料中增加钙和磷近来得到相对更多的发展。钙和 磷主要存在于机油中，特别是，油添加剂中。认为在发动机气缸内的燃烧过 程中，氧存在的状况下，钙和磷与铱反应形成不稳定的化合物，该化合物蒸 发，并导致火花部铱的损耗。特别是，认为燃烧和排放过程中气态钙凝结在 火花塞的铱火花部，特别是火花部的侧面。众所周知，熔化的钙溶解铱，在 存在磷的状况下，铱容易,化。因此，磷和氧与溶解的钙铱混合物反应之后 形成的化合物非常不稳定，易蒸发，从而导致铱火花部产生损耗。部分火花 部产生损耗的火花塞如图i所示。同吋，应该注意到，在没有钙和磷时，铱 也会在约800-IIO(TC的温度范围内发生部分氧化；在存在钙和磷时，上述侵 蚀过程会在600'C也就是火花塞的典型工作范围内发生。当然，随着发送机 压縮性的增加，火花塞的温度工作范围将增加，铱的氧化，甚至在钙和磷不 存在时，都将逐渐成为问题。鉑和铂合金在降低火花腐蚀方面非常有优势的同时，也非常容易受侵蚀。 而且，当用作火花部时，铂和铂金属可在火花部产生生长形貌。随着时间的 过去，这些生长形貌最终会干扰火花，或者改变火花间隙或火花构造，从而 降低火花塞的性能。此外，部分燃烧气体会导致铂火花部的侵蚀，这种侵蚀 会导致火花塞间隙改变，从而降低火花塞的性能。火花塞的性能下降会导致 内燃机无法发动，降低燃料经济性，并降低内燃机性能。火花塞的火花部典型地由热轧，热拔丝，或热成型金属片，金属盘，金 属线或金属棒制成。若使用金属片或盘，该微小的火花部通常经沖孔或紧压7然后经过打磨，金刚石切割，放电加工或热镦粗加工成网状；若使用金属线 或棒，该金属线或棒由一细长的形体抽出，然后切割或剪切成一定长度，然 后打磨，金刚石切割，或热镦粗加工成最终的网状。在这些加工过程中的一 个问题是有些材料或合金，例如铱或铱合金，非常硬且非常脆，且具有一高 熔点，很难有效的被加工成需要的形状。例如，虽然铂可被剪切，但铱非常 难以被剪切成需要的形状因此必须通常用金刚石切割成最终的形状。因此， 通常在加工中用铱来形成火花塞的火花部，更特别的用于黏附于火花塞中心 电极的火花部，虽然该形成自贵金属的材料成本已经很高，但该制造和加工 成本更多倍于材料成本。因此，需要一种火花塞的火花部，其能够降低加工成本且高度抗电火花 腐蚀和侵蚀机理，例如钙和磷腐蚀机理，氧化和硫化。
技术实现思路
本专利技术针对具有一带有由烧结的粉末金属制成的火花部的中心电极的火 花塞及其制造方法。为了克服形成中心电极火花部的问题，例如由铱制得的， 包括将火花部制成各种需要的几何形状，而不浪费或克服成型成本过高，发 展出一种运用烧结粉末金属成型需要的中心电极的火花部的方法。同样，已 经开发出来一种能够使火花部通过烧结粉末金属工艺制成的铱合金。该合金 包括占主要成分的铱并添加铜或镍或更优选的同时添加铜和4臬。该具有铜或 镍，或铜和镍的组合物的铱均能抵抗电火花腐蚀和钙和磷的侵蚀，以及氧化、 硫化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有中心电极和接地电极的火花塞，其中所述中心电极和所述接地电极中的至少之一包含：一由粉末金属形成的火花部，该火花部包含至少５０％的重量的铱和包含选自下列元素中的至少一个：铜，铬，钒，锆，钨，锇，金，铁，铝，镍，钌，铼，铑，钯，和铂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-7 60/790,216;US 2007-4-6 11/697,5591. 一种具有中心电极和接地电极的火花塞，其中所述中心电极和所述接地电极中的至少之一包含一由粉末金属形成的火花部，该火花部包含至少50％的重量的铱和包含选自下列元素中的至少一个铜，铬，钒，锆，钨，锇，金，铁，铝，镍，钌，铼，铑，钯，和铂。2. 如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括少于30%重量的镍。3. 如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括少于30%重量的铜。4. 如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括50-96 %重量的铱。5. 如权利要求4所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括0-30%重量的镍和0-30%重量的铜。6. 如权利要求5所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括1-10%重量的镍和1-10%重量的铜。7. 如权利要求6所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括4-挑重量的镍和1-6%重量的铜。8. 如权利要求7所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括5-8%重量的镍和2-5%重量的铜。9. 如权利要求8所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括6-7.5%重量的镍。10. 如权利要求8所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括2.5-4. 5%重量的铜。11. 如权利要求8所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括80-96%重量的铱。12. 如权利要求8所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括85-96%重量的铱。13. 如权利要求8所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括88-910/。重量的銥。14. 如权利要求9所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括88-91%重量的铱。15. 如权利要求10所述的火花塞，其特征在于，所述的火花部包括88-91%重量的铱。16. 如权利要求1所述的火花塞，通过粉末金属烧结工艺形成。17. 如权利要求8所述的火花塞，通过粉末金属烧结工艺形成。18. 如权利要求9所述的火花塞，通过粉末金属烧结工艺形成。19. 如权利要求10所述的火花塞，通过粉末金属烧结工艺形成。20. —种具有中心电极和接地电极的火花塞，其中所述中心电极和所述接地电...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾里纳勒维纳，詹姆斯D吕科瓦基，
申请(专利权)人：费德罗莫格尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]