專利名稱：火花塞的制作方法
現有技術本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的火花塞以及用于制造按照權利要求1所述的火花塞的方法。
這種火花塞對于專業人員來說一般都是已知的，其用于點燃內燃機燃燒室中的空氣燃油混合物。火花塞包括固定在火花塞殼體上的一個或多個接地電極。在殼體內部設置有絕緣體，該絕緣體具有沿著火花塞的縱軸線延伸的縱向孔。在該縱向孔中設置有中間導體，其具有在接線側的連接螺栓和在燃燒室側的中央電極。連接螺栓和中央電極通過同樣設置在絕緣體的縱向孔中的電流限制電阻電連接起來。通過施加高電壓在接地電極和中央電極之間形成火花隙。
中央電極包括例如由鎳合金制成的電極基體和例如含有鉑或銥的貴金屬部分。接地電極和中央電極的貴金屬部分這樣相互相對地設置，使得在接地電極和中央電極之間形成的火花隙終止于貴金屬部分。由于貴金屬部分具有很高的抗電火花侵蝕性和抗腐蝕性，這種火花塞具有特別長的壽命。
已知這種貴金屬部分作為圓柱形的套筒設置在電極基體的燃燒室側的端面上。此外還已知將該貴金屬部分設置到環繞電極基體的周面的環形槽中。其缺陷是這樣設置貴金屬部分的制造工藝成本高同時材料花費高，并且為了產生火花隙需要相對高的點火電壓。
本發明的優點本發明的火花塞具有的優點在于，貴金屬部分在一種對點火電壓的要求特別小的結構中以制造工藝簡單的方式設置在中央電極的電極基體上。
為此規定，環形的貴金屬部分固定在電極基體的燃燒室側的端面上，其中該貴金屬部分沿著火花塞的縱軸線在朝著燃燒室的方向上突出于電極基體。依據貴金屬部分的構造，在加上高電壓時可在接地電極和中央電極之間形成場位形，在該場位形下，中央電極的貴金屬部分的區域中的場強特別高。在這些高場強的區域中，為了產生火花隙需要相對很低的點火電壓。
此外，相對于圓柱形的貴金屬頂端，在貴金屬部分的一些區域中節省了材料，在這些區域中，接地電極和圓柱形的中央電極之間形成的火花隙不會或者很少終止。
本發明的用于制造火花塞的方法在制造工藝上特別簡單并且成本低。
通過采用從屬權利要求中所述的措施可以獲得對在獨立權利要求中給出的火花塞和在獨立權利要求中給出的用于制造火花塞的方法的一些有利的改進方案。
特別有利地，火花塞具有從側面安裝的接地電極，即相對于火花塞的縱軸線設置在中央電極的高度上的接地電極。接地電極的面對燃燒室的端部優選與貴金屬部分的面對燃燒室的端部一起齊平地布置或在燃燒室的方向上超出貴金屬部分在燃燒室側的端部最多0.5mm。在這種電極結構中，在接地電極和中央電極之間形成火花隙，該火花隙或者從接地電極經絕緣體的表面延伸到中央電極的貴金屬部分(表面放電火花)，或者直接地分布在接地電極和中央電極之間(空氣放電火花)。
在中央電極的電極基體的端面上設置貴金屬部分，該端面有利地是一個平的、垂直于火花塞的縱軸線的表面。同樣有利地，電極基體的周面齊平地過渡到貴金屬部分的外周面。通過這種措施實現貴金屬部分能夠(例如通過焊接)可靠地與電極基體連接，并且這種連接也能夠經受住火花塞在內燃機內工作期間出現的電火花侵蝕和腐蝕。
有利地，電極基體的燃燒室側的端面相對于絕緣體的燃燒室側的端面設置成下縮最多0.2mm和突出最多0.5mm。特別有利地，電極基體突出于絕緣體的在燃燒室側的端面的范圍為0mm(齊平地)至0.2mm。由此保證，使電極基體設置得可防腐蝕和電火花侵蝕，并且，尤其是在火花塞具有從側面安裝的接地電極時，表面放電火花隙終止于中央電極的貴金屬部分上。
優選地，貴金屬部分具有范圍為0.15mm至1.0mm，尤其是0.4mm至0.8mm的高度h，即在火花塞的縱軸線方向上的延伸，范圍為1mm至3mm，尤其是1.2mm至1.8mm的外徑b，和范圍為0.5mm至2.5mm，尤其是0.6mm至1.0mm的內徑a，其中有利地，貴金屬部分的壁厚，即外徑b和內徑a之差的一半，其范圍為0.25mm至0.75mm，尤其是0.35mm至0.45mm。
有利地，通過將環形的貴金屬部分置于電極基體的端面上和通過焊接工藝，例如通過激光焊接或電阻焊接，與電極基體相連接，而將例如由鉑合金或銥合金制成的貴金屬部分設置在電極基體上。或者將圓柱形的貴金屬部分與電極基體的端面焊接起來，然后，例如通過鉆孔，在貴金屬部分的中央部設置凹槽，使得貴金屬部分在鉆孔之后成形為環形。由鉆孔鉆出來的貴金屬被有利地收集起來和進一步加工。
附圖附圖中示出了本發明的實施例并在以下的說明書中詳細說明。附圖中，
圖1示出了本發明的火花塞的一個第一實施例在燃燒室側的端部部分，其中半邊為俯視圖，半邊為截面視圖，圖2a和2b示出了通過本發明的中央電極的燃燒室側的端部部分的截面圖，圖3a至3d示出了本發明的中央電極的燃燒室側的端部部分的各種不同的實施形式。
實施例的說明作為本發明的實施例，圖1示出了火花塞10在燃燒室側的端部部分11。火花塞10包括帶有螺紋26的殼體21。在殼體21中固定有絕緣體22，其在燃燒室側的端部從殼體21中突出來。在絕緣體22中設有縱向孔23，在其中設置中央電極41。在火花塞的接線側的端部部分還有設置在縱向孔23中的接線螺栓(未示出)，其通過同樣設置在縱向孔23中的電流限制電阻與中央電極41電連接。殼體21具有與絕緣體22的縱向孔23的縱軸線重合的縱軸線25。
在殼體21的燃燒室側的端部上固定至少一個接地電極31，其從殼體21開始平行于殼體21的縱軸線25延伸并且在中央電極41的方向上具有彎折部分，從而接地電極31的端面31a在中央電極41從絕緣體22突出的部分的高度上位于面對中央電極41的周面43b的位置。接地電極31的端面31a的背離燃燒室29的緣邊相對于殼體21的縱軸線25位于絕緣體22的對著燃燒室29的端面22a的高度上(亦即，接地電極31的端面31a的背離燃燒室29的緣邊和絕緣體22的端面22a位于一個與殼體21的縱軸線25垂直的共同平面中)。
中央電極41具有主要設置在絕緣體22的縱向孔23內部的電極基體42。電極基體42由鎳合金制成。在電極基體42中加工有用于改善散熱的銅芯44。在電極基體42的對著燃燒室29的端面42a上固定有貴金屬部分43。貴金屬部分43成形為環形并具有外周面43b和端面43a。貴金屬部分43在其中部具有凹槽46，其底部通過電極基體42的端面42構成。貴金屬部分43的外周面43b齊平地過渡到電極基體42的周面上。
通過施加高電壓在接地電極31的端面31a和貴金屬部分43的外周面43b之間形成按區域分布在絕緣體22的端面22a上的火花隙(表面放電火花)。
貴金屬部分43具有外徑b、內徑a和高度h(參見圖2a和2b)。高度h是指貴金屬部分43在火花塞10的縱軸線25方向上的延伸距離。外徑b表示貴金屬部分43的最大直徑。內徑a由貴金屬部分43在凹槽46的一半高度處(參見圖2b)的內徑來確定，該凹槽位于通過貴金屬部分43形成的環內。在圖示的實施例中，高度h為0.6mm，內徑a為0.6mm，外徑b為1.4mm。貴金屬部分43的壁厚，即(b-a)/2，為0.4mm。一般地，以下的尺寸證明是合適的高度h范圍為0.15mm至1.0mm，外徑b范圍為1mm至3mm，和內徑a范圍為0.5mm至2.5mm。貴金屬部分43的高度h等于壁厚或者與壁厚最多偏差50％已經證明是特別有利的。
圖3a至3f示出了本發明的中央電極41的各種不同的實施形式，其中貴金屬部分43通過不同的制造方法與電極基體42相連接。這些各種不同的實施形式的共同的地方是貴金屬部分43通過焊接法與電極基體42相連接。通過焊接過程使貴金屬部分43的材料和電極基體42的材料熔化。熔化的材料在連接區域45中混合和形成含有貴金屬部分43的材料和電極基體42的材料的合金。或者，貴金屬部分43通過釬焊法安置到電極基體42上。
在圖3a和3b所示的實施形式中，環形的貴金屬部分43在其外周面通過激光焊接或通過電子束焊接與電極基體相連接。形成的連接區域45構成環形地環繞中央電極41周面的區域。在圖3a所示的實施形式中，連接區域延伸至貴金屬部分43的內周面并且一直延伸至由電極基體42構成的貴金屬部分43的凹槽46的底部。在圖3b所示的實施形式中，連接區域45在中央電極41的外側上只構成相對很薄的層。因此連接區域45的壁厚小于貴金屬部分43的壁厚，并且貴金屬部分43在內部直接地位于電極基體42上。
在圖3c所示的實施形式中，貴金屬部分43在其凹槽46的區域中與電極基體42相連接。為此，將激光束對準貴金屬部分43的凹槽46和凹槽46的底部，使得連接區域45在中央電極41的中央部形成。
在圖3e和3f所示的實施形式中，貴金屬部分43通過電阻焊接與電極基體42相連接。由此在貴金屬部分43和電極基體42之間的表面中形成均勻的層狀的連接區域45。在圖3f所示的實施形式中，環形的貴金屬部分43設置在電極基體42上并且通過電阻焊接焊接起來。在圖3e所示的實施形式中，圓柱形的貴金屬部分43通過電阻焊接焊接到電極基體上，從而形成在電極基體42的整個端面上延伸的連接區域45。接下來，通過鉆孔在貴金屬部分43中設置凹槽46。鉆出來的材料可以收集起來和進一步加工。
一般地，圓柱形的貴金屬部分可以通過焊接連接(例如也按照圖3a和3b所示)設置到電極基體的端面上，接著通過鉆孔將凹槽設置到貴金屬部分中。
圖3d所示的實施形式與圖3b所示的實施形式的區別在于貴金屬部分具有倒圓的緣邊。這種實施形式也可以應用到按照圖1，3a，3c，3e和3f所示的其它實施形式上。
權利要求
1.火花塞(10)，尤其是用于點燃內燃機燃燒室(29)中的空氣燃油混合物，該火花塞包括至少一個固定在殼體(21)上的接地電極(31)和設置在殼體(21)中的絕緣體(22)，該絕緣體具有在火花塞(10)的縱軸線(25)方向上延伸的縱向孔(23)，在該縱向孔中設置有中央電極(41)，該中央電極包括電極基體(42)和貴金屬部分(43)，其中貴金屬部分(43)固定在電極基體(42)的在燃燒室側的端面(42a)上，其特征在于，該貴金屬部分(43)是環形的并且沿著火花塞(10)的縱軸線(25)在燃燒室(29)的方向上突出于電極基體(42)。
2.按照權利要求1的火花塞，其特征在于，貴金屬部分(43)設置在電極基體(42)的端面(42a)上，該端面至少在很大程度上是平的。
3.按照權利要求1或2的火花塞，其特征在于，電極基體(42)的周面齊平地過渡到貴金屬部分(43)的外周面(43b)。
4.按照前述權利要求中之一的火花塞，其特征在于，接地電極(31)以其端面(31a)從側面設置在中央電極(41)旁邊，即相對于火花塞(10)的縱軸線(25)位于中央電極(41)的高度上。
5.按照前述權利要求中之一的火花塞，其特征在于，接地電極(31)的對著燃燒室(29)的端部與中央電極(41)的貴金屬部分(43)的對著燃燒室(29)的端部相互齊平地設置或者中央電極(41)的貴金屬部分(43)在燃燒室側的端部在燃燒室(29)的方向上最多突出0.5mm。
6.按照前述權利要求中之一的火花塞，其特征在于，貴金屬部分(43)具有外徑b、內徑a和在火花塞(10)的縱軸線(25)方向上的高度h。
7.按照權利要求6的火花塞，其特征在于，高度h的范圍為0.15mm至1.0mm。
8.按照權利要求6或7的火花塞，其特征在于，外徑b的范圍為1mm至3mm。
9.按照權利要求6至8中之一的火花塞，其特征在于，內徑a的范圍為0.5mm至2.5mm。
10.按照權利要求6至9中之一的火花塞，其特征在于，貴金屬部分(43)的壁厚即(b-a)/2的范圍為0.25mm至0.5mm。
11.按照權利要求6至10中之一的火花塞，其特征在于，貴金屬部分(43)的壁厚，即(b-a)/2，與貴金屬部分(43)的高度h最多偏差50％。
12.按照前述權利要求中之一的火花塞，其特征在于，電極基體(42)的燃燒室側的的端面(42a)相對于絕緣體(22)的燃燒室側的端面(22a)設置得最多下縮0.2mm和最多突出0.5mm。
13.按照權利要求12的火花塞，其特征在于，電極基體(42)的燃燒室側的端面(42a)與絕緣體(22)的燃燒室側的端面(22a)齊平地設置或者最多突出0.2mm。
14.按照前述權利要求中之一的火花塞，其特征在于，貴金屬部分(43)含有鉑和/或銥。
15.按照前述權利要求中之一的火花塞，其特征在于，貴金屬部分(43)通過焊接連接(45)和/或釬焊連接與電極基體(42)相連接。
16.用于制造按照前述權利要求中之一的火花塞的方法，其特征在于，將環形的或中空圓柱形的貴金屬部分(43)設置在電極基體(42)的端面上并且與電極基體(42)相焊接。
17.按照權利要求16的方法，其特征在于，貴金屬部分(43)通過電阻焊接和/或激光焊接和/或電子束焊接和/或通過釬焊法與電極基體(42)相連接。
18.按照權利要求17的方法，其特征在于，激光焊接和/或電子束焊接是沿著中央電極(41)的周面進行的。
19.按照權利要求16的方法，其特征在于，將貴金屬部分(43)通過激光焊接與電極基體(42)相連接，其中沿著火花塞(10)的縱軸線分布的激光束對準貴金屬部分(43)的中央部。
20.用于制造按照權利要求1至15中之一的火花塞的方法，其特征在于，將圓柱形的貴金屬部分(43)設置在電極基體(42)的端面上并且與電極基體(42)相焊接，接著尤其是通過鉆孔在貴金屬部分(43)的中央部設置凹槽(46)。
21.按照權利要求20的方法，其特征在于，貴金屬部分(43)通過電阻焊接和/或激光焊接和/或電子束焊接與電極基體(42)相連接。
全文摘要
本發明涉及一種用于點燃內燃機燃燒室(29)中的空氣燃油混合物的火花塞(10)。火花塞(10)包括至少一個固定到殼體(21)上的接地電極和布置在殼體(21)內的絕緣體(22)，并且該絕緣體設有沿著火花塞(10)的縱軸線(25)延伸的縱向孔(23)，在該縱向孔中布置了包括電極基體(42)和貴金屬部分(43)的中央電極(41)。貴金屬部分(43)固定在電極基體(42)的在燃燒室側的端面(42a)上。貴金屬部分(43)是環形的并且沿著火花塞(10)的縱軸線(25)在燃燒室(29)的方向上突出于電極基體(42)。
文檔編號H01T21/00GK1943087SQ200580011590
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月7日 優先權日2004年4月21日
發明者K·－P·岡塞爾特, D·特拉赫特, J·菲舍爾, A·本茨, D·哈特曼 申請人:羅伯特·博世有限公司