專利名稱：具有貴金屬細(xì)絲電極的點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及使用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞以及其它點(diǎn)火裝置，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有諸如銥或銥合金電極的貴金屬細(xì)絲電極的火花塞以及其它點(diǎn)火裝置。
背景技術(shù)：
本說(shuō)明中所用的術(shù)語(yǔ)“點(diǎn)火裝置”，應(yīng)當(dāng)被理解為包括火花塞、點(diǎn)火器、以及其它諸如此類的火花放電裝置，它們被用來(lái)啟動(dòng)一可燃源(例如一油/氣混合可燃源)的燃燒。在點(diǎn)火裝置領(lǐng)域，一直需要提高耐磨損性和耐侵蝕性，以及降低火花塞中心電極和接地電極的電壓(如在多電極設(shè)計(jì)的情況下，則是降低多個(gè)接地電極的電壓)。這種需要，部分源于人們期望在已升高的點(diǎn)火裝置工作溫度下，操作稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)及其油/氣混合物，以及源于因使用新的燃料配方而導(dǎo)致的突然變化。出于此種考慮，多種設(shè)計(jì)已提出利用貴金屬電極，或者更常見(jiàn)地，將貴金屬點(diǎn)火端(firing tip)或電極用于標(biāo)準(zhǔn)金屬電極。典型地，將點(diǎn)火端形成為片狀、鉚釘狀或線狀，然后焊接到電極的末端。
在一些火花塞點(diǎn)火端和電極配置中已用到多種貴金屬，包括銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、銥(Ir)以及它們的合金。這些貴金屬以及它們的合金中，由于銥以及銥合金出眾的耐磨損、耐侵蝕性以及出色的點(diǎn)火性能，因此它們尤其為人們感興趣并用來(lái)作為貴金屬點(diǎn)火端或電極。例如，參見(jiàn)授予Kondo等人的美國(guó)專利No.4,540,910，該專利公開了一種由70-90wt％的鉑和30-10wt％的銥制成的中心電極點(diǎn)火端。如此專利所述，鉑-鎢合金也可用于這些點(diǎn)火端，包括鉑-銥-鎢合金。
除這些貴金屬合金之外，也有提出使用氧化物彌散強(qiáng)化合金(oxidedispersion strengthened alloys)，它利用上述金屬以及不等量的不同稀土金屬氧化物的混合而形成。例如，參見(jiàn)授予Heywood等人的美國(guó)專利No.4,081,710。該專利中，提出了數(shù)種利用釔氧化物(Y2O3)的特殊的鉑基和銥基合金。特別地，授予Moore等人的美國(guó)專利No.5,456,624公開了一種由包括小于2％氧化釔的鉑合金制成的點(diǎn)火端。授予Katoh等人的美國(guó)專利No.5,990,602公開了一種包括0.01％-2％氧化釔的鉑-銥合金。授予Oshama的美國(guó)專利No.5,461,275公開了一種包括5％-15％氧化釔的銥合金。盡管先前含有的氧化釔僅為少量(例如，小于2％)，以增加合成合金的強(qiáng)度和/或穩(wěn)定性，但Oshama專利中教導(dǎo)了通過(guò)在銥中使用體積比例超過(guò)5％的氧化釔可降低火花電壓。
另外，如授予Lykowski等人的美國(guó)專利No.6,412,465131B1所公開的那樣，可以確定的是，通過(guò)將氧化釔摻入到鎢鉑合金，僅需要比Oshama專利公開的少的多比例的氧化釔，即可達(dá)到減少侵蝕和降低火花電壓的效果。Lykowski專利教導(dǎo)了一種具有一接地電極和中心電極的點(diǎn)火裝置，其中該兩個(gè)電極中的至少一個(gè)包括一利用含有鉑、鎢、釔氧化物的合金所制成的點(diǎn)火端。優(yōu)選地，該合金由重量比例為91.7％-97.99％的鉑、2％-8％的鎢以及0.01-0.3％的釔組合形成，更優(yōu)選地，該合金由重量比例為95.68％-96.12％的鉑、3.8％-4.2％的鎢以及0.08％-0.12％的釔組合形成。該點(diǎn)火端可以為片狀、鉚釘狀、球狀、線狀或其他可被焊接于電極上的形狀。
盡管上述這些和多種其他的貴金屬體系典型地提供了可接受的火花塞性能，但尤其在火花性能控制和提供火花侵蝕保護(hù)方面，現(xiàn)有的利用貴金屬頭的火花塞，在與貴金屬部件相接合(特別是各種焊接形式)的方法上具有眾所周知的局限性。特別是在火花塞使用過(guò)程中，在操作環(huán)境中反復(fù)的加熱和加壓，用于電極頭的上述的貴金屬和貴金屬合金，和用于電極的鎳(Ni)、鎳合金和其它熟知的金屬之間因熱膨脹系數(shù)不匹配，已知可致使裂化、熱疲勞和其它干擾現(xiàn)象發(fā)生，這會(huì)導(dǎo)致焊接故障，并最終導(dǎo)致火花塞本身的故障。
授予Kanao的美國(guó)專利6,307,307B1提出了一種針對(duì)這些問(wèn)題的解決方案。該方法中，一銥合金部件被激光焊接到一由鎳基或鐵基合金制成的基體部件，該基體部件進(jìn)而與火花塞殼體相連接。盡管該方法將銥合金部件的連接界面從產(chǎn)生火花的高溫區(qū)域移開，但仍然需要其它連接界面的結(jié)合(例如，在銥合金部件/基體部件以及基體部件/殼體之間)。不利的是，這些額外的界面需要額外的材料和加工步驟，并且因此導(dǎo)致額外的加工成本。另外，由于潛在的加工缺陷以及火花塞工作時(shí)的熱疲勞過(guò)程，它們也意味著額外的潛在故障產(chǎn)生點(diǎn)。該專利還提示，對(duì)于含有50％以上銥的合金制成的貴金屬合金部件而言，不適用電阻焊接將足夠的結(jié)合力施于基體元件，而優(yōu)選用激光焊接。
因此，期望開發(fā)具有貴金屬電極的結(jié)構(gòu)改進(jìn)的火花塞，并通過(guò)減少或消除與相關(guān)設(shè)備有關(guān)的潛在故障機(jī)構(gòu)，以增加火花塞的耐磨損和耐侵蝕性能以及提高電極的可靠性。還期望開發(fā)能夠達(dá)到這些性能和可靠性改進(jìn)的制造火花塞的方法，該方法能夠使銥或其它貴金屬電極的低成本的連接手段，例如電阻焊可行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，例如火花塞，包括兩細(xì)絲狀的、矩形截面的貴金屬接地電極以及一具有一細(xì)絲的、矩形截面和貴金屬點(diǎn)火端的中心電極。該細(xì)絲電極和點(diǎn)火端可由銥和銥合金形成，以在該裝置工作過(guò)程中提供對(duì)該電極和點(diǎn)火端的耐侵蝕和耐磨損保護(hù)。該銥合金也可包括鎢(W)、釔(Y)、鑭(La)、釕(Ru)和鋯(Zr)其中的至少一種作為合金要素，以在該裝置工作中，進(jìn)一步提高該電極和點(diǎn)火端的耐侵蝕性和耐磨損性。
該電極和該點(diǎn)火端的矩形橫截面形狀在該裝置的制造和接下來(lái)的使用過(guò)程中，提供了改進(jìn)的火花間隙區(qū)域控制，尤其是與這些部件因采用貴金屬制造而具有的耐侵蝕以及耐磨損性能相結(jié)合時(shí)，更特別的是當(dāng)銥與銥合金用于這些部件時(shí)。與使用圓柱形的中心電極和點(diǎn)火端相比，情況更是如此。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，利用焊接工藝，在貴金屬電極和金屬殼體之間以及在中心電極基體和貴金屬點(diǎn)火端之間，形成冶金結(jié)合，特別是在這些部件使用銥和銥合金時(shí)，利用焊接工藝焊接該電極和點(diǎn)火端。再一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)是，應(yīng)用電阻焊接將該電極與金屬殼體冶金結(jié)合—而不是將該電極焊接到一中間結(jié)構(gòu)(例如通常用來(lái)形成接地電極的由非貴金屬材料制成的基體部件)。
本發(fā)明還具有改進(jìn)的擊穿保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)加長(zhǎng)在終止部和金屬殼體部分之間延伸的絕緣體部分而具有本說(shuō)明所述的其他優(yōu)點(diǎn)。


通過(guò)以下具體說(shuō)明和附圖，將會(huì)更容易地理解本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)。其中圖1是本發(fā)明的點(diǎn)火裝置的正視圖；圖2是圖1中的點(diǎn)火裝置的仰視圖；圖3是圖2中的點(diǎn)火裝置沿3-3線的剖視圖；圖4是圖2中區(qū)域4的放大示意圖；圖5是圖4中的點(diǎn)火裝置沿5-5線的部分剖視圖；圖6是圖4中的點(diǎn)火裝置沿6-6線的部分剖視圖；圖7是絕緣體和金屬殼體的部分剖視圖，顯示了絕緣體、中心電極、金屬殼體以及接地電極的裝配；圖8A-8D是顯示了裝配中心電極的點(diǎn)火端的方法的一個(gè)實(shí)施例的部分剖視圖；圖9A-9C是顯示了裝配接地電極的方法的一個(gè)實(shí)施例的部分剖視圖；圖10是本發(fā)明的點(diǎn)火裝置的貴金屬點(diǎn)火端和貴金屬接地電極的一個(gè)實(shí)施例的圖；圖11是本發(fā)明的點(diǎn)火裝置的貴金屬中心電極一個(gè)部分的光學(xué)顯微圖；以及圖12是本發(fā)明的點(diǎn)火裝置的貴金屬中心電極一個(gè)部分的光學(xué)顯微圖。
附圖中，相同的標(biāo)號(hào)代表同一部件。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為一火花點(diǎn)火裝置10，例如一火花塞12。火花塞12具有一方形貴金屬細(xì)絲電極結(jié)構(gòu)，其可在該設(shè)備的制造和使用中，限定和控制改進(jìn)的火花間隙區(qū)域，這將在下文中予以進(jìn)一步的描述。這種貴金屬細(xì)絲電極結(jié)構(gòu)尤其可良好地適用于工業(yè)用或其它的內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用，該領(lǐng)域中對(duì)于所需產(chǎn)生的火花，需要高度的可靠性。
圖1-3顯示了本發(fā)明的一種點(diǎn)火裝置10。點(diǎn)火裝置10優(yōu)選地為一用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞12?；鸹ㄈ?2包括一金屬容室或殼體14以及一通過(guò)常用的手段和方法固定入該金屬殼體14的絕緣體16。
金屬殼體14可以采用常用的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并可包括一六角形的連接部分18、標(biāo)準(zhǔn)螺紋20以及一環(huán)形的下端22，在該下端22處，第一貴金屬接地電極24和第二貴金屬接地電極26分別通過(guò)冶金結(jié)合部28、30相連接。金屬殼體14可由與火花塞12的工作環(huán)境以及應(yīng)用場(chǎng)合相匹配的任何金屬形成。
如圖4及圖5所示，第一和第二貴金屬電極24、26都具有矩形截面形狀。二者的橫截面形狀最好相同。并且，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該矩形截面形狀為正方形截面形狀。第一和第二貴金屬電極24、26也最好利用同一種貴金屬制成。第一和第二貴金屬電極24、26可由純的銥、鉑、鈀、銠、金、銀、鋨以及它們的合金制成。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，第一和第二貴金屬電極24、26由純銥，或者更優(yōu)選地，由銥合金制成。第一和第二貴金屬電極24、26也可包括用作合金添加劑的鎢、釔、鑭、釕和鋯其中的一種或多種。冶金結(jié)合部28、30可由在第一、第二貴金屬電極24、26以及金屬殼體14之間形成冶金結(jié)合的合適方法形成，包括多種形式的焊接，例如電阻焊和激光焊，優(yōu)選地利用電阻焊形成冶金結(jié)合部28、30。當(dāng)對(duì)純銥或銥合金采用電阻焊時(shí)，金屬殼體14優(yōu)選地采用鋼制成。當(dāng)電阻焊純銥或銥合金時(shí)，使用的鋼包括低碳鋼。
如圖3所示，絕緣體16具有一終止端32以及一電極末端34。絕緣體16在終止端32處的開口38中容置一金屬截止部36，并在電極末端34的開口42中容置一中心金屬電極40。絕緣體16還容置有一在金屬截止部36和中心金屬電極40之間延伸、并和二者電氣連結(jié)的電阻部分44(位于圖3中的另外的截面，故圖中未顯示)。電阻部分44以及與金屬截止部36和中心金屬電極的電氣接觸均采用常規(guī)手段。
已知，金屬殼體14的環(huán)形末端22確定一開口46，絕緣體16通過(guò)該開口46向外突出。利用如圖所示的玻璃封48，將中心金屬電極40恒定地裝入開口42中，或者使用其他合適的手段，將電極40裝入絕緣體中以形成氣密封。中心金屬電極40通過(guò)一電極基體52的自由末端49以及貴金屬點(diǎn)火端50，在電極末端34伸出絕緣體16。
如圖6所示，中心金屬電極40具有電極基體52。電極基體52優(yōu)選地利用具有良好的耐高溫氧化以及耐磨損的金屬制成，該金屬還優(yōu)選地具有良好的熱傳導(dǎo)性，以在火花塞工作期間將熱量從點(diǎn)火端移走。金屬基體52優(yōu)選地具有一由銅(Cu)合金(也包括純銅)制成的芯54以及一由鎳(Ni)合金(也包括純鎳)制成的外部覆層或外殼56。該銅合金提供了良好的熱傳導(dǎo)性，而鎳合金提供了良好的抗氧化性以及抗磨損性。中心金屬電極40具有一軸向孔58。貴金屬點(diǎn)火端50位于軸向孔58中，并利用它和金屬基體52之間的冶金結(jié)合部60與金屬基體相連接。貴金屬點(diǎn)火端50優(yōu)選地具有一矩形截面形狀，并沿縱向的軸52由絕緣體16軸向向下延伸。貴金屬點(diǎn)火端50可由純的銥、鉑、鈀、銠、金、銀、鋨以及它們的合金制成。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，貴金屬點(diǎn)火端50由純銥，或者更優(yōu)選地，由銥合金制成。貴金屬點(diǎn)火端50也可包括鎢、釔、鑭、釕和鋯其中的一種或多種用作合金添加劑。另外，貴金屬點(diǎn)火端50以及第一和第二貴金屬電極24、26可各自由相同的貴金屬合金或不同的貴金屬合金制成。
點(diǎn)火端50具有一第一側(cè)面62以及一第二側(cè)面64。在圖1-4所示的實(shí)施例中，第一側(cè)面62設(shè)置為與第一貴金屬接地電極24的第一點(diǎn)火端68的第一點(diǎn)火端面66相鄰近，第二側(cè)面64設(shè)置為與第二貴金屬接地電極26的第二點(diǎn)火端72的第二點(diǎn)火端面70相鄰近。第一側(cè)面62與第一點(diǎn)火端面66之間的空間限定一第一火花間隙74。第二側(cè)面64與第二點(diǎn)火端面70之間的空間限定一第二火花間隙76。優(yōu)選地，第一側(cè)面62和第一點(diǎn)火端面66彼此基本平行，由此二者之間的火花間隙的間距是恒定的。優(yōu)選地，第二側(cè)面64和第二點(diǎn)火端面70彼此基本平行，由此二者之間的第二火花間隙的間距也是恒定的。另外，第一火花間隙74間距與第二火花間隙76間距優(yōu)選為相等。
絕緣體16還可設(shè)計(jì)為改善火花塞12的阻抗防止熟知擊穿的現(xiàn)象。當(dāng)火花塞的電阻小于電阻部分44的電阻時(shí)，一導(dǎo)電路徑存在于火花塞的外表面，進(jìn)而發(fā)生擊穿現(xiàn)象。擊穿的發(fā)生可能有多種原因，包括升高的火花塞溫度、周圍環(huán)境濕度的增加、以及在火花塞外表面上污垢、碳或者其他雜物的積聚。當(dāng)此現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，預(yù)期的火花電流在火花塞12的外表面放電，而不是穿過(guò)第一或第二火花塞間隙，從而導(dǎo)致不能點(diǎn)燃油/氣混合物，并導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)電能和燃料的損耗。為提高抗擊穿性能，優(yōu)選地加長(zhǎng)位于終止端和金屬殼體14最上部分之間的絕緣體16的靠上部分19(參見(jiàn)圖3)。為提高火花塞12的抗轟然性，絕緣體16的該部分19的長(zhǎng)度優(yōu)選地大于1英寸。
如圖7所示，火花塞12可通過(guò)以下方式組裝以圖中箭頭82所示的方向，將一絕緣體組件80插入金屬殼體組件90，其中絕緣體組件80包括絕緣體16、金屬截止部36、電阻部分44以及帶有貴金屬點(diǎn)火端50的中心金屬電極40，金屬殼體組件90包括金屬殼體預(yù)成型件92以及附屬的第一和第二貴金屬電極24、26。一旦絕緣體組件80插入金屬殼體組件90后，金屬殼體預(yù)成型件92與絕緣體組件通過(guò)一種熟知手段相固定，例如，對(duì)二者進(jìn)行加熱，使金屬殼體預(yù)成型件92的塑性變形區(qū)域(例如頸部區(qū)域94和帶狀區(qū)域96)形成金屬殼體14，同時(shí)，將絕緣體組件80固定入金屬殼體14中。組裝后的火花塞12如圖3所示。該組裝過(guò)程還包括在固定絕緣體組件80和金屬殼體預(yù)成型件92之前，對(duì)二者進(jìn)行軸向定位，以將貴金屬點(diǎn)火端50按照本說(shuō)明中所述間隔開置于第一和第二貴金屬電極24、26之間，以及徑向定位絕緣體組件80和金屬殼體預(yù)成型件92，以根據(jù)上述的間隔關(guān)系，定向中心電極48的第一和第二側(cè)面62、64，以及接地電極24、26的第一和第二點(diǎn)火端面66、70。
圖8A-8D顯示了制作本發(fā)明的中心金屬電極40的方法。圖8A顯示了制作一復(fù)合金屬電極基體52的步驟，其采用慣常的結(jié)構(gòu)，具有一銅合金芯54(優(yōu)選地為純銅)以及一鎳合金外殼56。該步驟可利用常用的方法進(jìn)行，以制造基體52。圖8B顯示了在基體52的一自由末端94內(nèi)形成軸向孔58的步驟。軸向孔58可以通過(guò)鉆孔成其它常規(guī)制孔方法形成。軸向孔58可以如圖8B中所示的孔58的實(shí)線截面完全在殼56中形成?？蛇x地，軸向孔最好可穿過(guò)外殼56并延伸入芯54，如孔58的虛線截面所示。圖8C顯示了將貴金屬點(diǎn)火端50插入軸向孔58。軸向孔58的尺寸和形狀足以容納貴金屬點(diǎn)火端。優(yōu)選地，軸向孔58為圓柱形，并且具有足夠大的直徑以容納貴金屬點(diǎn)火端50。貴金屬點(diǎn)火端50從軸向孔中延伸出的部分，尤其是位于第一和第二貴金屬電極24、26之間的部分的橫截面為矩形，但位于軸向孔58中的部分可具有不同的橫截面形狀，例如圓形。圖8C還顯示了通過(guò)激光焊-如由圖示的示意性的激光裝置96形成冶金結(jié)合部60。圖8D顯示了一個(gè)完全制成的中心金屬電極40，包括貴金屬點(diǎn)火端50。
圖9A-9C顯示了一種制造帶有第一貴金屬電極24和第二貴金屬電極26的金屬殼體組件90的方法。如圖9A所示，具有圖7所示形狀的金屬殼體預(yù)成型件92可以由多個(gè)公知的制造方法形成，例如，包括由金屬棒料(例如鋼制棒料)機(jī)械加工形成金屬殼體預(yù)成型件92，或者先擠壓出大致的外部形狀，然后機(jī)械加工螺紋20和其它在總體成形的擠壓過(guò)程中時(shí)沒(méi)有形成的特征。如圖9B所示，一第一貴金屬接地電極24的第一殼體末端98置于與按第一預(yù)設(shè)方向定向的環(huán)形電極末端22相臨近，以獲得本說(shuō)明中所述和圖2、圖4所顯示的第一接地電極24的結(jié)構(gòu)。一旦第一貴金屬接地電極24相對(duì)金屬殼體14的環(huán)形末端22被定向，即采用形成一冶金結(jié)合部100的措施，該措施的能量足以在第一貴金屬接地電極24和金屬殼體14之間形成一冶金結(jié)合部。形成冶金結(jié)合部100的措施可以是任何公知的用于制作冶金結(jié)合部28的裝置和方法，但優(yōu)選地包括對(duì)這些部件的焊接，以使冶金結(jié)合部28包括有焊接點(diǎn)。焊接操作可以使用任何能夠形成冶金結(jié)合部28的焊接方法，包括電阻焊接以及激光焊接。圖9B大致顯示了利用焊接電極102的電阻焊接方案。由于貴金屬(尤其是銥以及許多銥合金)的高熔點(diǎn)，焊接過(guò)程典型地包括局部熔融，以及在與第一貴金屬接地電極24的接觸面處及其鄰近區(qū)域的金屬殼體的回流(reflow)，由此，電極24完全濕性接觸并進(jìn)而結(jié)合于該殼體。電極和金屬殼體的相互擴(kuò)散程度，以及加熱區(qū)域和冶金結(jié)合部28的組成以及顯微結(jié)構(gòu)特性，取決于選作接地電極24的貴金屬以及選作金屬殼體14的金屬。圖9C顯示了通過(guò)焊接電極102的焊接電流和壓力以及形成冶金結(jié)合部28的形成。圖9C還顯示了作為一個(gè)選擇手段，最好能夠在焊接步驟后對(duì)第一貴金屬電極24進(jìn)行定向，例如，如圖中虛線輪廓所示那樣，將它向下按壓。另外，一旦絕緣體組件80和金屬殼體組件90按照本說(shuō)明所述組裝后，最好調(diào)整第一貴金屬接地電極24和中心電極40之間的最終火化間隙的間距。第二貴金屬接地電極26采用和上述第一接地電極24相同的方法，不同之處在于，它相對(duì)于金屬殼體14的環(huán)形末端22，按第二預(yù)設(shè)方向定位，如圖2、圖4所示，該第二預(yù)設(shè)方向與第一預(yù)設(shè)方向不同。第一貴金屬接地電極24和第二金屬接地電極優(yōu)選地設(shè)置為大致上方向相反并相互偏置的結(jié)構(gòu)，如圖2、圖4所示。但是，可以確信，其他配置方式也是可能的，例如將這些電極設(shè)置為相互垂直，并形成與點(diǎn)火端50的第一側(cè)面62、第二側(cè)面64相鄰的第一火花間隙74和第二火花間隙76。第一和第二貴金屬電極24、26可以設(shè)置為任何期望的配置方式，只要這些配置方式在火花塞12工作時(shí)不影響火化間隙74、76產(chǎn)生電火花即可。
本發(fā)明可根據(jù)下面實(shí)例進(jìn)一步理解。一具有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用火花塞尺寸的金屬殼體預(yù)成型件利用低碳鋼制成(AISI 1018)。兩相同的貴金屬合金接地電極2、26由一銥合金形成，其包括重量比為2.0％的銠(Rh)、0.3％的鎢(W)，0.02％的鋯(Zr)，其余為銥(Ir)和其它雜質(zhì)。每個(gè)電極24、26具有邊長(zhǎng)為0.03英寸的正方形橫截面形狀，長(zhǎng)度為0.244英寸。該兩個(gè)電極被電阻焊接到金屬殼體預(yù)成型件的環(huán)形下表面22以形成金屬殼體組件。
中心電極40由大致上呈圓柱形的基體形成，該基體由一鎳合金外殼和一銅合金芯組成。該鎳合金包括重量比為1.65％的鉻(Cr)、0.35％的硅(Si)、1.80％錳(Mn)、0.20％鈦(Ti)、0.10％的鋯(Zr)以及其余量的鎳(Ni)和其它雜質(zhì)。該銅合金由除雜質(zhì)以外的純銅組成。該基體具有0.130英寸的直徑，并在一端表面內(nèi)形成一軸向呈圓柱形的芯，該芯具有0.051英寸的直徑，并深約0.100英寸。一貴金屬點(diǎn)火端由與形成接地電極相同的銥合金形成，并具有邊長(zhǎng)為0.040英寸的正方形橫截面形狀，長(zhǎng)0.185英寸，該點(diǎn)火端插入軸向孔內(nèi)。然后，在該基體的端面與點(diǎn)火端接觸面周緣對(duì)點(diǎn)火端進(jìn)行激光焊，以形成冶金結(jié)合部60。在焊接以前，利用常用的方法，對(duì)部件進(jìn)行清洗和脫油污處理。如圖11所示為該點(diǎn)火端和該基體端部的沿對(duì)角線的光學(xué)顯微照相剖面圖。如圖12所示為沿該點(diǎn)火端側(cè)面中點(diǎn)的光學(xué)顯微照相剖面圖?？梢钥闯?，即使該正方形截面的點(diǎn)火端插入圓形軸向孔中，在加熱區(qū)域104的這些部件的局部回流足以保證該點(diǎn)火端沿其周緣的浸潤(rùn)，并以一種焊接的形式，在點(diǎn)火端的周緣形成一連續(xù)的冶金結(jié)合部。然后帶有與其相結(jié)合的點(diǎn)火端的中心電極組裝入絕緣體以形成絕緣體組件。繼而，該帶有中心電極和銥合金點(diǎn)火端的絕緣體組件，以及帶有銥合金接地電極24、26的金屬殼體組件按照上述方式相互固定。如圖10所示，為制成后的帶有銥細(xì)線接地電極108和銥細(xì)線點(diǎn)火端110的火花塞106。
顯而易見(jiàn)地，通過(guò)上述教導(dǎo)，可能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種修正和變型。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可實(shí)施為不同于具體描述的方式。本發(fā)明由權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括金屬殼體；絕緣體，該絕緣體固定入所述金屬殼體中，并在所述外殼的一開口處具有一暴露的電極末端；中心電極，該中心電極具有一安裝于所述絕緣體中并通過(guò)該電極末端伸出所述絕緣體的電極基體，該基體部分在緊鄰所述絕緣體的電極末端的一端具有一軸向孔，并具有一貴金屬點(diǎn)火端，該貴金屬點(diǎn)火端包括一矩形截面和第一側(cè)面和第二側(cè)面，該點(diǎn)火端一部分定位于該軸向孔內(nèi)，在該點(diǎn)火端和該基體之間具有冶金結(jié)合部，該第一側(cè)面和第二側(cè)面從該基體的末端軸向延伸出去；第一貴金屬接地電極，包括一矩形截面，在所述金屬殼體的第一殼體末端具有一結(jié)合于所述金屬殼體的冶金結(jié)合部，該電極延伸至第一點(diǎn)火端，該第一點(diǎn)火端具有與第一側(cè)面和第二側(cè)面之中的一個(gè)相鄰近的第一點(diǎn)火端面，以在該二者之間產(chǎn)生第一火花間隙；第二貴金屬接地電極，包括一矩形截面，在所述金屬殼體的第二殼體末端具有一結(jié)合于所述殼體的冶金結(jié)合部，該電極延伸至第二點(diǎn)火端，該第二點(diǎn)火端具有與第一側(cè)面和第二側(cè)面之中的另一個(gè)相鄰近的第二點(diǎn)火端面，以在該二者之間產(chǎn)生一第二火花間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述金屬殼體由鋼制成。
3.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述點(diǎn)火端、第一接地電極以及第二接地電極的貴金屬選自銥、鉑、鈀、銠、金、銀、鋨以及它們的合金。
4.如權(quán)利要求3所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬還包括從由鎢、釔、鑭、釕和鋯中選取的一種金屬，以作為合金添加劑。
5.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述第一貴金屬接地電極以及所述第二貴金屬接地電極的至少一個(gè)矩形截面為一正方形截面。
6.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述所述第一貴金屬接地電極以及所述第二貴金屬接地電極的矩形截面均為正方形截面。
7.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的貴金屬點(diǎn)火端的矩形截面為正方形截面。
8.如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的貴金屬點(diǎn)火端的矩形截面為正方形截面。
9.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的基體包括一鎳合金外殼，該外殼在緊鄰所述基體的末端至少部分裝入一銅合金芯，其中所述軸向孔形成于該鎳合金外殼內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的基體包括一鎳合金外殼，該外殼在緊鄰所述基體的末端至少部分裝有一銅合金芯，其中所述軸向孔穿過(guò)該鎳合金外殼延伸至該銅合金芯，以使所述貴金屬點(diǎn)火端與該銅合金芯相接觸。
11.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述第一貴金屬電極和所述第二貴金屬電極之間的冶金結(jié)合部包括電阻焊接部。
12.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述第一點(diǎn)火端面與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面中的一個(gè)平行，并且所述第二點(diǎn)火端面與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面中的另一個(gè)平行。
13.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述絕緣體具有一終止端，該終止端由所述金屬殼體的一個(gè)終止開口軸向延伸，并且所述絕緣體的終止端到所述金屬殼體的終止開口的距離大于1英寸。
14.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括剛殼體，具有一電極結(jié)合面；絕緣體，該絕緣體固定入所述金屬殼體中，并在所述外殼的一開口處具有一暴露的電極末端；中心電極，該中心電極具有一安裝于所述絕緣體中并通過(guò)該電極末端伸出所述絕緣體的電極基體，該基體部分在緊鄰所述絕緣體的電極末端的一端具有一軸向孔，并具有一貴金屬點(diǎn)火端，該貴金屬點(diǎn)火端包括一矩形截面和第一側(cè)面和第二側(cè)面，該點(diǎn)火端一部分定位于該軸向孔內(nèi)，在該點(diǎn)火端和該基體之間具有冶金結(jié)合部，該第一側(cè)面和第二側(cè)面從該基體的末端軸向延伸出去；第一銥合金接地電極，包括一矩形截面，在所述金屬殼體的第一殼體末端具有一結(jié)合于所述電極結(jié)合表面的冶金結(jié)合部，該電極延伸至第一點(diǎn)火端，該第一點(diǎn)火端具有與第一側(cè)面和第二側(cè)面之中的一個(gè)相鄰近的第一點(diǎn)火端面，以在該二者之間產(chǎn)生第一火花間隙；第二銥合金接地電極，包括一矩形截面，在所述金屬殼體的第二殼體末端具有一結(jié)合于所述電極結(jié)合面的冶金結(jié)合部，該電極延伸至第二點(diǎn)火端，該第二點(diǎn)火端具有一與第一側(cè)面和第二側(cè)面之中的另一個(gè)相鄰近的第二點(diǎn)火端面，以在該二者之間產(chǎn)生一第二火花間隙。
15.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述每種銥合金包括選自鎢、釔、鑭、釕和鋯中的一種合金要素。
16.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述第一貴金屬接地電極以及第二貴金屬接地電極的至少一個(gè)的矩形截面為一正方形截面。
17.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述所述第一貴金屬接地電極以及第二貴金屬接地電極的矩形截面均為正方形截面。
18.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的貴金屬點(diǎn)火端的矩形截面為正方形截面。
19.如權(quán)利要求18所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的貴金屬點(diǎn)火端的矩形截面為正方形截面。
20.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的基體包括一鎳合金外殼，該外殼在緊鄰所述基體的末端至少部分裝有一銅合金芯，其中所述軸向孔形成于該鎳合金外殼內(nèi)。
21.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述中心電極的基體包括一鎳合金外殼，該外殼在緊鄰所述基體的末端至少部分裝有一銅合金芯，其中所述軸向孔穿過(guò)該鎳合金外殼延伸至該銅合金芯，以使所述貴金屬點(diǎn)火端與該銅合金芯相接觸。
22.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述第一貴金屬電極和第二貴金屬電極之間的冶金結(jié)合部包括電阻焊接部。
23.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述每種銥合金包括選自鉑、鈀、銠、金、銀和鋨中的一種合金要素。
24.如權(quán)利要求15所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述每種銥合金包括從由鉑、鈀、銠、金、銀和鋨中的一種合金要素。
25.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述第一點(diǎn)火端面與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面中的一個(gè)平行，并且所述第二點(diǎn)火端面與所述第一側(cè)面和第二側(cè)面中的另一個(gè)平行。
26.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述絕緣體具有一終止端，該終止端由所述鋼殼體的一個(gè)終止開口軸向延伸，并且所述絕緣體的終止端到所述鋼殼體的終止開口的距離大于1英寸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，例如火花塞，包括兩細(xì)絲矩形截面的貴金屬接地電極以及一具有一細(xì)絲矩形截面和貴金屬點(diǎn)火端的中心電極。該點(diǎn)火裝置包括一金屬殼體以及一固定在該金屬殼體中的絕緣體，并在所述外殼的開口處具有暴露的電極末端。該絕緣體容置一中心電極，該中心電極具有一安裝于所述絕緣體中并在該電極末端伸出所述絕緣體的電極基體。該基體在緊鄰所述絕緣體的電極末端的一端具有一軸向孔。該貴金屬點(diǎn)火端部分定位于該軸向孔內(nèi)并冶金結(jié)合該電極基體。該第一貴金屬接地電極具有一矩形截面，并冶金結(jié)合于該金屬殼體，且向內(nèi)延伸至一第一點(diǎn)火端以及與貴金屬點(diǎn)火端的一側(cè)面相鄰的第一點(diǎn)火端面。該第二貴金屬接地電極與該第一貴金屬電極相互隔開。它也具有一矩形截面，并冶金結(jié)合于該金屬殼體，且向內(nèi)延伸至第二點(diǎn)火端以及與貴金屬點(diǎn)火端的另一側(cè)面相鄰的第二點(diǎn)火端面。該貴金屬點(diǎn)火端和接地電極優(yōu)選由銥或銥合金形成。該銥合金優(yōu)選包括鎢、釔、鑭、釕和鋯中的至少一種作為合金要素。
文檔編號(hào)H01T13/32GK101076929SQ200580042451
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者卡林娜·C·哈瓦爾, 羅伯特·D·弗里曼 申請(qǐng)人:費(fèi)德羅-莫格爾公司