[发明专利]火花塞

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2006年4月7日的第60/790,216号美国临时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本文中。

技术领域

本发明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

背景技术

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，传统地会缩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。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。