火花塞制造技术

一带有由金属合金片形成的放电部分的火花塞。该金属合金由于燃烧过程中的铱同钙或磷相互作用而选择性的抗磨损。

【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。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。电火花腐蚀也会縮短火花塞的使用寿命，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。传统上，火花塞具有易受电火花腐 蚀的镍或镍合金制成的电极。火花点燃燃烧室或气缸中的气体和燃料混合物产生高温燃烧从而为内燃 机提供动力。不幸的是，燃烧室内的高压高温环境会使火花塞的部件老化。 由于火花塞产生老化，火花会产生改变，从而降低火花和最终燃烧的质量。传统上镍和镍合金己经非常耐侵蚀，许多比镍或镍合金更耐火花腐蚀的 替代金属或金属合金也容易受到侵蚀。最常用来替代镍或镍合金的材料已经 有铂、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 花部的材料的量。因此，铂或铱或其合金制成的火花部典型地被附于镍或镍 合金中心电极上，将尺寸最小化。铂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。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，可达40,000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。钼、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100,000英里，150,000英里，和 175,000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20,000至40,000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。为提高火花塞性能，防止火花塞火花部的各种材料的增长，近来很多火 花塞制造商已转而采用铱作为放电或火花部。由于铱具有很高的熔点，因此 其抗火花腐蚀性能很好，同时也有很好的抗氧化或其他侵蚀性能。然而，因 为车辆制造商通过增加发动机的压縮和工作温度来提高燃料经济性，己发现 铱在高温时具有非常不稳定的氧化状态，例如火花塞工作范围的上端。具有 较高压縮发动机要求在火花塞上施加更多的能量，穿过火花塞，以使火花跳 过中心电极和接地电极之间的间隙，因此火花塞的工作温度不断增加。在高 温下，火花塞的铱火花部要遭受更严重的侵蚀。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，铱容易氧化。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l所示。同时，应该注意到，在没有钙和磷时，铱 也会在约800-110(TC的温度范围内发生部分氧化；在存在钙和磷时，上述侵ii蚀过程会在60(TC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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种火花塞，该火花塞具有由耐磨损、耐侵 蚀、耐腐蚀且使用寿命长的点火端形成的放电部或点火端。所述火花塞包括具有放电端和焊接端的点火端。所述焊接端连接至中心 电极特别是中心电极上的基础电极。所述点火端的合金一般形成有铂、钯、铑、铱、钌和铼构成的组中的至 少一种元素和从钴、络、钒、钽和锆构成的组中的至少一种元素。在一些实 施例中，该合金点火端还可包含镍和/或钨。更特别的是，点火端由主要含量 为铂、钯、铑、铱、钌和铼构成的组中的至少一种元素，更优选地，其主要 含量为铱。为更清楚地了解本专利技术的应用范围，以下结合详细描述、权利要求和附 图对本专利技术进一步说明。然而，应当理解，所述详细描述和具体实例，也就 是本专利技术的具体实施例，仅用于对本专利技术进行举例说明，显然，本领域普通 技术人员可以对本专利技术做各种改变和修改，而不脱离本专利技术的精神和范围。附图说明为便于更充分地理解本专利技术，以下结合具体实施例、所附权利要求以及附图对本专利技术进行详细描述，其中图1举例说明己腐蚀的铱电极本文档来自技高网...

【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至少之一具有合金形成的点火端，所述合金包含：　铱；以及　从铂、铬、钴和钽构成的组中选择的至少一种元素，该至少一种元素形成所述点火端的重量百分比约０．５％－４０％ 。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-3-24 60/785,5921、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至少之一具有合金形成的点火端，所述合金包含铱；以及从铂、铬、钴和钽构成的组中选择的至少一种元素，该至少一种元素形成所述点火端的重量百分比约0.5％-40％。2、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素形成 所述点火端的重量百分比约1-20%。3、 根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素形成 所述点火端的重量百分比约1-10%。4、 根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素形成 所述点火端的重量百分比约1-7%。5、 根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素形成 所述点火端的重量百分比约1-5%。6、 根据权利要求5所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素形成 所述点火端的重量百分比约3%。7、 根据权利要求5所述的火花塞，其特征在于，所述点火端包含从镍、 钽、铬、钴和铂构成的组中选择的第二元素。8、 根据权利要求7所述的火花塞，其特征在于，所述点火端包含镍。9、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素是钼。10、 根据权利要求9所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从铬、钴、镍和钽构成的组中选择的至少一种元素。11、 根据权利要求9所述的火花塞，其特征在于，所述点火端包含钴。12、 根据权利要求9所述的火花塞，其特征在于，所述点火端包含钽。13、 根据权利要求9所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从钴、钽、镍和铬构成的组中选择的一元素。14、 根据权利要求13所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从钴、钽、镍和铬构成的组中选择的另一元素。15、 根据权利要求14所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一歩包 含从钯、铑、钌、铼、钒、锆、钨、金、锇、铁和铝构成的组中选择的一元素。16、 根据权利要求14所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包含从钯、铑、钌、铼、钒、锆、钨、锇、铁和铝构成的组中选择的一元素。17、 根据权利要求14所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从钯、铑、钌、铼、钒、锆和钨构成的组中选择的一元素。18、 根据权利要求14所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从钛、锰、铜、铌、钼和钇构成的组中选择的一元素。19、 根据权利要求14所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从铑、钨和锆构成的组中选择的一元素。20、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从铑、钨和锆构成的组中选择的一元素。21、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含铑、转和锆。22、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从镍、铁、锰和铜所构成的组中选择的一元素。23、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从镍、锰、镁、铌、钼和钛构成的组中选择的至少两种元素。24、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从钯、铑、钌、铼、钒、锆、妈、金、锇、铁和铝构成的组中选择的一元 素。25、 根据权利要求24所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含镍。26、 根据权利要求24所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含铬。27、 根据权利要求24所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含钴。28、 根据权利要求24所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含钽。29、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素是 铂，所述点火端进一步包含铑和从镍、铬、钴和钽构成的组中选择的至少一 种元素。30、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一步包 含从镍、钴、铬、铂和钽构成的组中选择的至少两种元素，该至少两种元素 不同于所述至少一种元素。31、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素是 钴，所述点火端进一步包含镍和从铬、铂和钽构成的组中选择的至少一种元32、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素是 钽，所述点火端进一步包含镍和从铬、铂和钴构成的组中选择的至少一种元 素。33、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述点火端进一歩包 含铑。34、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素选 自钽、铂和钴构成的组，该至少一种元素形成所述点火端的重量百分比约 0.5%隱10%。35、 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述至少一种元素选 自钽和钴构成的组。36、 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 接地电极中至少之一具有合金形成的点火端，所述合金包含从铱和钼构成的组中选择的至少一种元素；以及从铑、铬、钴和钽构成的组中选择的至少一种元素，该至少一种元素形 成所述点火端的重量百分比约0.5%-40%。37、 根据权利要求36所述的火花塞，其特征在于，所述从铱和铂构成的 组中选择的至少一种元素是铱，所述从铑、铬、钴和钽构成的组中选择的至 少一种元素是铑；所述点火端进一步包含从镍、铬、铂、钴和钽构成的组中 选择的至少一种元素。38、 根据权利要求37所述的火花塞，其特征在于，所述从镍、铬、铂、钴和钽构成的组中选择的至少一种元素是镍。39、 根据权利要求37所述的火花塞，其特征在于，所述从镍、铬、钼、 钴和钽构成的组中选择的至少一种元素是钴。40、 根据权利要求37所述的火花塞，其特征在于，所述从镍、铬、铀、 钴和钽构成的组中选择的至少一种元素是钽。41、 根据权利要求37所述的火花塞，其特征在于，所述从镍、铬、钼、 钴和钽构成的组中选择的至少一种元素是铬。42、 根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯D吕科瓦基，艾里纳勒维纳，保罗廷韦尔，
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]