火花塞电极及其制造方法技术

一种使用增材制造工艺(例如粉末床熔融技术)在电极基部上形成电极尖端的火花塞电极。该火花塞电极包括至少部分地包围散热芯的电极基部、形成在所述电极基部上并且包含基于贵金属的材料的电极尖端、以及将所述电极尖端直接热耦合到所述散热芯的热耦合区域。在一些示例中，所述电极尖端形成在已经被切削或切断以暴露所述散热芯的一部分的电极基部上，从而使用增材制造直接在所述散热芯上形成所述电极尖端。尖端。尖端。

【技术实现步骤摘要】
火花塞电极及其制造方法


[0001]本专利技术总体上涉及火花塞和其他点火装置，具体而言，涉及使用增材制造工艺制造的火花塞电极和其他部件。

技术介绍

[0002]火花塞用于启动内燃发动机中的燃烧。通常，火花塞点燃燃烧室中的空气/燃料混合物，从而跨越两个或多个电极之间的火花隙产生火花。借助于火花点燃空气/燃料混合物会触发负责发动机的做功冲程的燃烧室中的燃烧反应。高温、高电压、燃烧反应的快速重复以及燃烧气体中腐蚀性物质的存在会导致火花塞必须在其中工作的恶劣环境。恶劣环境会导致电极的侵蚀和/或腐蚀，随着时间的推移，这会对火花塞的性能产生负面影响。
[0003]为了减少电极的侵蚀和/或腐蚀，已经使用了各种贵金属和合金，例如具有铂和铱的那些贵金属/合金。然而，这些材料很昂贵，尤其是铱。因此，火花塞制造商试图最大限度地减少电极中贵金属的用量。一种方法涉及仅在电极尖端或电极的发火区段上(即在火花隙两端跳火的地方)使用贵金属，而不是对整个电极体本身都使用贵金属。
[0004]各种结合技术(例如周向激光焊接)已被用于将贵金属电极尖端附接到电极体上。然而，当贵金属电极尖端被周向激光焊接到电极体(例如由镍合金制成的主体)上时，由于材料的不同特性(例如，不同的热膨胀系数、不同的熔点等)，在火花塞工作期间焊缝上可能存在大量热应力和/或其他应力。在工件旋转且激光器保持固定在大致径向取向上的周向激光焊接工艺中，工件支架的同心度和不均匀磨损等因素可能会导致不均匀的周向焊缝(例如，焊缝的几何形状和/或合金成分可能会围绕工件的圆周发生变化)，这会进一步加剧上述应力。这些应力继而会不希望地导致电极体、电极尖端、连接两个部件的接头或它们的组合的破裂或其他损伤。
[0005]另一种挑战与冷却贵金属电极尖端有关。如果贵金属电极尖端未充分冷却并允许大量热量积聚，则上述应力会变得更大。在负载变化频率高且发动机燃烧温度高的应用(例如发动机启停)中尤其如此。应对这一挑战的一种方法是简单纯将导热芯移动到更靠近贵金属电极尖端的位置，并使用环形激光焊接将电极尖端附接到电极体上，但这本身就会带来挑战。挑战之一涉及电极的跳火或发火位置的变化。跳火位置优选位于贵金属电极尖端上，因为贵金属通常具有最高的抗侵蚀和/或腐蚀能力。然而，当使用位于电极尖端附近的导热芯将电极尖端周向地激光焊接到电极基部上时，焊接过程可以将导热芯材料拉取或拉动到电极基部在焊缝区域中的外侧。进而，这可能会不希望地将跳火位置从它应当所处的贵金属电极尖端表面改变或移动到在抗侵蚀和/或腐蚀方面不太稳靠的焊接表面。这种跳火位置的变化会对火花塞的使用寿命产生负面影响。
[0006]本文描述的火花塞电极被设计成解决了上述缺点和挑战中的一个或多个。

技术实现思路

[0007]根据一个实施例，提供了一种火花塞电极，该火花塞电极包括：电极基部；至少部
分地被所述电极基部包围的散热芯；电极尖端，其形成在所述电极基部上并且包括多个激光沉积层；和热耦合区域，其至少部分地位于所述电极尖端与所述散热芯之间，其中所述热耦合区域将所述电极尖端直接热耦合到所述散热芯。
[0008]根据各种实施例，所述火花塞电极可以单独或以任何技术上可行的组合具有以下特征中的任何一项或多项：
[0009]‑
其中，所述散热芯沿所述火花塞电极的中心轴线延伸并且终止于未到达所述电极基部的轴向端部的轴向端部处，所述散热芯的轴向端部与所述电极基部的轴向端部之间的轴向间距Z小于或等于1.3mm；
[0010]‑
所述散热芯沿所述火花塞电极的中心轴线延伸并且终止于到达所述电极基部的轴向端部的轴向端部，所述散热芯的轴向端部与所述电极基部的轴向端部之间的轴向间距Z约为0.0mm；
[0011]‑
所述散热芯沿所述火花塞电极的中心轴线延伸并且终止于假想的轴向端部处，如果所述假想的轴向端部未被截断，则所述假想的轴向端部将延伸超过所述电极基部的轴向端部，所述散热芯的假想轴向端部与所述电极基部的轴向端部之间的轴向间距Z小于0.0mm；
[0012]‑
所述火花塞电极是中心电极，并且所述电极尖端是形成在所述电极基部的轴向端部上的圆柱形部件，所述电极尖端被定向成使得所述多个激光沉积层垂直于所述火花塞电极的中心轴线，并且所述电极尖端利用无焊缝结合固定在所述电极基部上；
[0013]‑
所述火花塞电极是接地电极，并且所述电极尖端是形成在所述电极基部的侧表面上的扁平部件，所述电极尖端被定向使得所述多个激光沉积层在所述电极尖端的区域中平行于所述接地电极的中心轴线，并且所述电极尖端使用无焊缝结合固定在所述电极基部上；
[0014]‑
所述多个激光沉积层通过增材制造工艺形成在所述电极基部上，所述增材制造工艺使用粉末床熔融技术来使用激光束或电子束将基于贵金属的粉末熔融或烧结到所述电极基部上，然后允许所述熔融或烧结的粉末固化成为所述电极尖端的激光沉积层，所述多个激光沉积层的平均层厚度T在5μm与60μm之间(包括端值)，并且所述多个激光沉积层的总厚度是在0.05mm与3.0mm之间(包括端值)的电极尖端高度H；
[0015]‑
所述电极尖端包含基于贵金属的材料，该材料具有至少一种选自以下群组的贵金属：铱、铂、钌、钯或铑；
[0016]‑
所述基于贵金属的材料是铂基材料、钌基材料或包含不超过60wt％的铱的铱基材料；
[0017]‑
所述电极基部包含镍基材料，所述散热芯包含铜基材料，并且所述热耦合区域包含所述镍基材料中的镍、所述铜基材料中的铜和所述基于贵金属的材料中的贵金属；
[0018]‑
所述热耦合区域形成从所述电极尖端到位于所述火花塞电极内部的散热芯的热导管，使得所述热耦合区域未在所述火花塞电极的外表面上暴露；
[0019]‑
所述热耦合区域在所述电极尖端与所述散热芯之间的位置的平均导热率高于所述电极基部；
[0020]‑
所述热耦合区域包含热耦合区域合金，其包含所述散热芯中的铜、所述电极基部中的镍以及所述电极尖端的铱、钌或铂中的至少一种；
[0021]‑
所述热耦合区域包括位于所述散热芯附近的第一部分和位于所述电极尖端附近的第二部分，所述第一部分包含热耦合区域合金，其具有2
‑
45wt％的来自所述电极尖端的贵金属，并且所述第二部分包括热耦合区域合金，其具有2
‑
45wt％的来自所述散热芯的铜；
[0022]‑
所述热耦合区域合金中贵金属的比例从所述第二部分到所述第一部分沿中心轴线递减，并且所述热耦合区域合金中铜的比例从所述第一部分到所述第二部分沿中心轴线递减以形成成分梯度结构；
[0023]‑
所述热耦合区域包括位置邻近所述散热芯的第一部分和位置邻近所述电极尖端的第二部分，所述第一部分呈球根状并吸收所述散热芯的轴向端部，所述第二部分具有宽而浅的形状并填充所述电极尖端下方的区域；并且
[0024]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火花塞电极，包括：电极基部；至少部分地被所述电极基部包围的散热芯；电极尖端，其形成在所述电极基部上并且包括多个激光沉积层；和热耦合区域，其至少部分地位于所述电极尖端与所述散热芯之间，其中所述热耦合区域将所述电极尖端直接热耦合到所述散热芯。2.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述散热芯沿所述火花塞电极的中心轴线延伸并且终止于未到达所述电极基部的轴向端部的轴向端部处，所述散热芯的轴向端部与所述电极基部的轴向端部之间的轴向间距Z小于或等于1.3mm。3.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述散热芯沿所述火花塞电极的中心轴线延伸并且终止于到达所述电极基部的轴向端部的轴向端部，所述散热芯的轴向端部与所述电极基部的轴向端部之间的轴向间距Z约为0.0mm。4.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述散热芯沿所述火花塞电极的中心轴线延伸并且终止于假想的轴向端部处，如果所述假想的轴向端部未被截断，则所述假想的轴向端部将延伸超过所述电极基部的轴向端部，所述散热芯的假想轴向端部与所述电极基部的轴向端部之间的轴向间距Z小于0.0mm。5.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述火花塞电极是中心电极，并且所述电极尖端是形成在所述电极基部的轴向端部上的圆柱形部件，所述电极尖端被定向成使得所述多个激光沉积层垂直于所述火花塞电极的中心轴线，并且所述电极尖端通过无焊缝结合固定在所述电极基部上。6.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述火花塞电极是接地电极，并且所述电极尖端是形成在所述电极基部的侧表面上的扁平部件，所述电极尖端被定向使得所述多个激光沉积层在所述电极尖端的区域中平行于所述接地电极的中心轴线，并且所述电极尖端通过无焊缝结合固定在所述电极基部上。7.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述多个激光沉积层通过增材制造工艺形成在所述电极基部上，所述增材制造工艺使用粉末床熔融技术来使用激光束或电子束将基于贵金属的粉末熔融或烧结到点火端上，然后允许所述熔融或烧结的粉末固化成为所述电极尖端的激光沉积层，所述多个激光沉积层的平均层厚度T在5μm与60μm之间，包括端值，并且所述多个激光沉积层的总厚度是在0.05mm与3.0mm之间的电极尖端高度H，包括端值。8.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述电极尖端包含基于贵金属的材料，该材料具有至少一种选自以下群组的贵金属：铱、铂、钌、钯或铑。9.根据权利要求1所述的火花塞电极，其中，所述热耦合区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔，
申请(专利权)人：联邦富豪燃气有限公司，
类型：发明
国别省市：