[发明专利]具有多层点火尖端的火花塞

说明书

相关申请的交叉参考

本申请对美国临时专利申请序列号60/772,278(2006年2月10日递 交)和美国临时专利申请序列号60/737,963(2005年11月18日递交)要 求优选权，在此均结合引用。

技术领域

本发明涉及用在内燃机中的火花塞和其他点火装置，以及更具体地， 涉及具有高性能金属点火尖端的点火装置。

背景技术

火花塞在业内是公知的并且一直用来在内燃机中引发燃烧。通常，火 花塞是延伸到内燃机的燃烧室内并且能够产生火花以点燃在其中的空气和燃 料的可燃混合物的装置。具体地，火花塞通常包括圆柱形金属壳，其具有外 螺纹，该外螺纹旋入发动机的一部分，以及进一步具有钩子形状的接地电极， 该接地电极连接到火花塞的点火端。一个圆柱形绝缘体部分设置在金属壳中 并且朝向点火端和接线端轴向延伸超出该金属壳。导体端子与该点火端相对， 设在该圆柱绝缘体内火花塞的接线端。在点火端，中央电极设在该绝缘体内 并且朝向该接地电极轴向突出该绝缘体，借此在中央电极和接地电极之间形 成火花塞间隙。

由于内燃机本身的性质，火花塞在气缸内暴露在许多极端情况下，包 括高温和各种腐蚀性燃烧气体，这传统上减小了火花塞的寿命。电火花腐蚀 也减少火花塞的寿命。电火花腐蚀是电极、特别是点火尖端或者挨着或者邻 近点火尖端的材料在运行中因为电弧高温导致的局部蒸发而腐蚀。火花塞传 统上具有由镍或镍合金形成的电极，它们容易受到电火花腐蚀的影响。近来 制造商有用贵金属，如铂、铱或它们的合金制造中央电极的点火端，以最小 化电火花腐蚀。铂、铱以及它们的合金通常非常耐电火花腐蚀。然而，铂、 铱或它们的合金又是非常昂贵的，所以希望制造点火部分的材料的用量减少。

在运行中，高达40000伏特的点火电压脉冲通过火花塞施放到该中央 电极，由此导致火花跳过中央和接地电极之间的间隙。该火花点燃燃烧室或 气缸内的空气和燃料的混合物以产生高温燃烧从而驱动发动机。不幸的是， 燃烧室内的高压和高温环境会通过如电火花腐蚀使火花塞的部件功能退化。 当火花塞退化后，点火的特性就成为可变的，由此降低点火的质量以及产生 的燃烧。尽管铂、铱或其他贵金属和它们的合金不易受到电火花腐蚀的影响， 但是如果过小，用于贵金属的点火尖端不管长度、宽度或者大小如何，火花 会围绕贵金属尖端和中央电极和接地电极的基材之间的弧跳动。由于基材通 常是镍合金，其容易受到电火花腐蚀的影响，这会导致基材或中央电极腐蚀 直到贵金属尖端耗尽。火花塞的任何退化会影响点火的质量，任何不是源于 点火部分的点火表面而是源于中央电极并且围绕该贵金属点火尖端传播的点 火将降低火花的质量。火花的质量影响到对空气和燃料混合物的点燃(即， 燃烧效率、燃烧温度和燃烧产物)。因此，发动机的功率输出、燃料效率、性 能，以及空气和燃料混合物燃烧产生的排放会受到不利的影响。由于越来越 强调控制机动车辆的排放，不断增加的燃料价格和现代的性能要求，期望为 了获得一贯的发动机性能和排放质量而保持高质量的火花。

火花塞的寿命以及由此火花塞对电火花腐蚀的耐受性对于制造商也是 重要的。制造商越来越要求更长的火花塞使用寿命如100000英里、150000 英里以及175000英里使用寿命。许多传统的镍火花塞由于电火花腐蚀和侵蚀 仅具有20000到40000英里的使用寿命。此外，许多制造商增加发动机气缸 内的压缩比以提供燃料效率更高的发动机。压缩比的任何增加也要求增加火 花塞工作电压，以足以允许火花在中央和接地电极之间的火花间隙跳动。火 花塞工作电压的任何增加也增加电火花腐蚀的可能性并且因此减少火花塞的 寿命。一种对抗电火花腐蚀的方法是大大增加贵金属材料(如铱、铂或其合 金)的用量形成点火端的尖端点火部分或大小。然而，铱、铂及其合金是极 其昂贵的，并且因为制造商一直要求降低成本，所以将用在火花塞中的铱、 铂或其合金的量最小化是很重要的。

此外，在制造具有由铱、铂或其合金形成的点火部分的火花塞中，将 该点火部分连接到中央电极基材是困难的。铱和铂合金往往具有不同的属性 并且有时难以可靠地焊接到中央电极的基材上。另外，铱及其合金往往非常 易碎，导致非常难以处理以及连接到基材。

发明内容