[发明专利]防污染火花塞和制备的方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求在2010年12月6日提交的美国临时申请号61/420,072的权益，其通过引用以其整体并入本文。

背景技术

一般而言，火花塞包括具有中心轴向孔的绝缘套筒，通过该孔中心孔电极延伸。绝缘套筒放置并固定于金属外壳内，金属外壳作为内燃机的安装平台和界面。金属外壳也支撑地电极，地电极相对于中心电极以特定间隔关系放置为了产生火花隙。绝缘套筒包括成形的顶端部分，其位于金属外壳的凹槽末端部分中。成形的顶端部分设置成保护电极防止发动机加热和燃烧的产物。火花塞一般安装到发动机汽缸盖，并被选择性激活以在关联的发动机汽缸中点燃燃料/空气混合物。

随着时间的过去，燃烧的产物或燃烧沉积在中心电极周围积累，特别是在成形顶端部分周围。燃烧产物的这种积累抑制了穿过火花隙的火花形成。燃烧产物的显著积累可以污染火花塞和导致点火失败，即，燃烧产物完全阻断了在中心电极和地电极之间形成火花。燃烧沉积积累在冷启动期间是特别成问题的。在冷启动期间，空气/燃料的完全燃烧很少实现，这导致导电燃烧沉积的增加的生成。作为连续冷启动的结果，导电燃烧沉积积累，导致在中心电极和火花塞的电接地部分之间电短路。

解决燃烧沉积积累问题的先前努力包括在绝缘套筒上硅油涂料和微粒的氧化钒沉积。这些涂料不能够充分地解决问题—在高温具有不合格的性能、不合格的耐用度、或燃烧沉积积累的不充分的减少。

因此，有对于火花塞的需求，该火花塞具有对于绝缘套筒中的导电燃烧沉积积累具有降低的敏感性。

发明内容

本文公开火花塞，其包括具有中心轴向孔和外表面的绝缘套筒和贯穿绝缘套筒的中心轴向孔的中心电极。绝缘套筒放置并固定在金属外壳内，金属外壳作为内燃机安装平台和界面。金属外壳也支撑地电极，地电极相对于中心电极以间隔关系放置为了产生火花隙。绝缘套筒包括成形的顶端部分，其位于金属外壳的凹槽末端部分中。涂料布置在绝缘套筒的成形顶端部分的外表面的部分上。涂料包括金属氧化物、金属氧化物的组合、贵金属、后过渡金属、或前述金属的两者或更多种的组合。

本文也公开制备涂布的绝缘套筒以及含有涂布的绝缘套筒的火花塞的方法。

附图说明

图1是火花塞的侧视图，部分以横截面显示。

图2是显示小的发动机火花塞测试的结果的图。

具体实施方式

如本文描述，含有金属氧化物的涂料是基本连续的涂料。如本文定义，基本连续涂料描述不具有裸眼可见的破裂处或缺口的涂料和覆盖部分的成形顶端部分、绝缘套筒的外表面。涂料厚度可以是1至20微米厚，或更具体地为5至15微米厚。

合适的金属氧化物包括氧化钡、氧化铜(II)、氧化锰、五氧化二钒、氧化锌、氧化锆、二氧化铈、三氧化钼、氧化铋、氧化钨、三氧化铬、氧化铁(III)、氧化钴、氧化镍(II)、二氧化钛(锐钛矿)、氧化锡和前述金属氧化物的两种或更多种的组合。金属氧化物的示例性组合包括二氧化铈和氧化钒、氧化钒和氧化锆以及氧化铜(II)和氧化钒。

出人意料地发现，以上描述的金属氧化物涂料不是足够导电的，在本文描述的厚度，干扰了火花塞的工作。没有被理论约束，推测金属氧化物涂料在冷启动期间或者随后工作期间可以作为促进燃烧的催化剂，因此减少或去除燃烧沉积积累。可选地，金属氧化物可以吸附氧，它然后在燃烧期间在绝缘套筒和燃烧产物的界面可以提供氧，因此促进更完全燃烧。

合适的贵或后过渡金属包括铂、钯、金、银、钌、铑、铱、和其组合。没有被理论约束，推测贵金属或后过渡金属涂料在冷启动期间或随后工作期间可以作为促进燃烧的催化剂，因此减少或去除燃烧沉积积累。

通过形成金属氧化物、氧化物前体、贵金属或其组合的淤浆或溶液，在绝缘套筒上形成涂料。淤浆或溶液通过任何合适方法诸如涂抹、浸涂、喷涂等等施加到绝缘套筒上。在一些实施方式中，淤浆是含水淤浆。用于形成淤浆的颗粒可以具有10至100纳米的平均粒子尺寸。在一些实施方式中，金属氧化物颗粒刻有小于或等于125微米的最大粒子尺寸。淤浆或溶液可以包括多至基于淤浆的总重量的25重量%的颗粒。在这个范围内，淤浆或溶液中的颗粒的量可以是0.5-10重量%，更具体地为2.5-5重量%。

使施加的淤浆或溶液在室温空气干燥以形成涂布的绝缘套筒。涂布的绝缘套筒然后在高温处理，诸如在70-150℃，处理30分钟-60小时。涂布的绝缘套筒然后在750-950℃煅烧30分钟至数个小时的时间段。在这个范围内，煅烧时间可以是30分钟至1.5小时。然后使煅烧的绝缘套筒冷却和火花塞进行组装。