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CN102185255A - 用于燃气内燃机的火花塞 - Google Patents

用于燃气内燃机的火花塞 Download PDF

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CN102185255A
CN102185255A CN2010105934103A CN201010593410A CN102185255A CN 102185255 A CN102185255 A CN 102185255A CN 2010105934103 A CN2010105934103 A CN 2010105934103A CN 201010593410 A CN201010593410 A CN 201010593410A CN 102185255 A CN102185255 A CN 102185255A
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CN
China
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central electrode
spark plug
electrode
precious metal
cylindrical surface
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CN2010105934103A
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安科·恩斯特
乌多·桑德尔
马里奥·迪特曼
维尔纳·尼斯纳
亚历山大·申克
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Federal Mogul Ignition Device Co., Ltd.
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Beru AG
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    • H01T13/00—Sparking plugs
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
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Abstract

本发明涉及一种燃气内燃机的火花塞，包括：金属主体部；固定在主体部中的绝缘体；穿过绝缘体且在其突出于绝缘体的一端设有贵金属或贵金属合金的中心电极；固定在主体部上的接地电极，其围绕中心电极的设有贵金属或贵金属合金的端部，并在内侧设有贵金属或贵金属合金，两个电极的由贵金属或贵金属合金制成的相向表面为同轴的圆柱形表面；安装在主体部上的帽盖，其在火花塞安装到内燃机燃烧室中后使电极与燃烧室隔绝；帽盖与主体部共同形成一其中设置电极的前室；帽盖具有至少一个能使气体在前室和前室外部的空间之间交换的开口。根据本发明，圆柱形表面与理想圆柱体几何形状的偏差小于±20μm，圆柱形表面的轴线与理想同轴位置的偏差小于±50μm。

Description

用于燃气内燃机的火花塞
技术领域
本发明涉及一种用于燃气内燃机的火花塞。
背景技术
该火花塞包括金属主体部、固定在该金属主体部中的绝缘体、中心电极和环形接地电极，其中，所述的中心电极穿过绝缘体并且在其突出于绝缘体的端部处设置有贵金属或贵金属合金；所述的接地电极固定到金属主体部上，围绕着中心电极的设置有贵金属或贵金属合金的端部，并且在其面向该中心电极的内侧设置有贵金属或贵金属合金，该中心电极和接地电极的由贵金属或贵金属合金制成的相互面对的表面为同轴设置的圆柱形表面。另外，所述火花塞还包括一帽盖，该帽盖安装在金属主体部上，并在将火花塞安装到内燃机的燃烧室中后使中心电极和接地电极与燃烧室隔绝；而且，该帽盖与火花塞的主体部一起共同形成一前室，中心电极和接地电极便设置在该前室中。该帽盖还具有至少一个开口，所述开口能够在前室和前室之外的空间之间实现气体交换。DE 101 44 976 A1中就公开了这样一种火花塞。在这种火花塞中，中心电极和接地电极没有直接伸入内燃机的燃烧室中，而是伸到在火花塞前部形成的前室中，该前室通过一个或多个开口与内燃机的燃烧室相连，由此可以在该前室和燃烧室之间进行气体交换。这种火花塞也被称为预燃室火花塞，它用于点燃固定式燃气内燃机中的贫燃料-空气混合物。当燃烧室中实际存在的空气体积与燃料充分燃烧所需要的按化学计量的空气体积的λ比大于1时，将出现贫燃料-空气混合物，理想的λ值为1.3至1.8，尤其是λ等于1.6至1.7时更为理想。在内燃机的压缩冲程中，通过前室的开口将可点燃的混合物引入前室。根据前室的功能，该前室是一个预燃室。通过在中心电极和接地电极之间产生的点火火花，首先在该前室中点燃流入前室的可点燃的燃气-空气混合物。由于在该前室中形成燃烧压力，在该前室中产生的火焰通过前室的开口被推出前室，并点燃在该前室外部的内燃机燃烧室中存在的贫燃料-空气混合物。
火花塞的电极容易被烧蚀，这限制了火花塞的使用寿命。由于电极被烧蚀，使得火花塞的两个电极之间的距离增加。对于没有前室的火花塞可以做到重新调整电极间距，从而校正因烧蚀而带来的距离变化。但对于有前室的火花塞而言，则不存在这种可能性。为此，预燃室火花塞需要能实现尽可能长的使用寿命。因此，从DE 101 44 976 A1中已知的方法是，用铂、铂合金、铱或铱合金制造电极，或者将这些材料包覆在电极的尖端上。
发明内容
本发明的目的在于提供另外一种适于提高预燃室火花塞的使用寿命的技术方案。
这一发明目的是通过具有权利要求1中所述特征的火花塞来实现的。在本发明的从属权利要求中要求保护的是本发明的其他有利改进形式。
根据本发明的火花塞包括：
金属主体部；
固定在该金属主体部中的绝缘体；
中心电极，该中心电极穿过该绝缘体，并且在其突出于绝缘体的端部处包覆有贵金属或贵金属合金；
环形接地电极，该接地电极固定在金属主体部上，围绕着中心电极的设置有贵金属或贵金属合金的端部，并且在该接地电极的面向中心电极的内侧设置有贵金属或贵金属合金，其中，该中心电极和该接地电极的由贵金属或贵金属合金形成的相互面对的表面为同轴设置的圆柱形表面；以及
帽盖，该帽盖安装在金属主体部上，并在将火花塞安装到内燃机中后将该中心电极和该接地电极与燃烧室隔绝；而且，该帽盖与该火花塞的主体部一起共同形成一前室，其中，该帽盖具有至少一个开口，该开口能够在前室和位于该前室之外的空间之间实现气体交换；
所述圆柱形表面与理想的圆柱体几何形状之间的偏差小于±20μm，并且该圆柱形表面的轴线位置与理想的同轴位置之间的偏差小于±50μm。
沿径向测得的相对的圆柱形表面之间的环形空隙的宽度与预定间隙之间的偏差优选地小于±75μm。已经得到证明的是，通过确保由贵金属或贵金属合金形成的相对的圆柱形表面与理想的圆柱体几何形状之间的偏差以及其轴线位置与理想的同轴位置之间的偏差将保持在所要求的阈值之下，便可以将预燃室火花塞的使用寿命延长到意想不到的令人惊讶的程度。这使得点火火花的基部能够比现有技术均匀得多地分布在由贵金属或贵金属合金制成的圆柱形电极表面上，从而使得电极表面的烧蚀更加均匀，并且几乎是使整个电极表面都可烧蚀。本发明的一个特别的优点是，当与现有的预燃室火花塞的电极表面相比增加了电极表面时，本发明也可以适用，由此，可以更进一步地增加可用于不可避免的烧蚀的电极材料量。优选地，由贵金属或贵金属合金形成的中心电极的圆柱形表面的大小至少为15mm2，更优选地为至少30mm2。甚至经测量超过40mm2的圆柱形电极表面也可以用在中心电极上，并且具有功能可靠性和相应增加的使用寿命。对于相对的接地电极的圆柱形表面，由于接地电极的圆柱形表面的直径较大，应该提供设置相应地大于中心电极的由贵金属或贵金属合金形制成的圆柱形表面的尺寸。有利的是，两个电极的圆柱形表面的高度相等或大致相等。
初期试验已经成功地使采用本发明的上述类型的预燃室火花塞的使用寿命大概延长了一倍。
优选地使相对的圆柱形表面的粗糙度保持较小，且限制在最大值为1.6μm。这也有助于延长使用寿命。
为了获得本发明所希望的精度，至少在由贵金属或贵金属合金制成的圆柱形表面的区域对中心电极进行磨削。接地电极的与中心电极相对布置的相应的圆柱形表面优选地由从拉制管上切下的一部分制成。
有利的是，中心电极和接地电极设置有铂或铱，或者设置有铂合金或铱合金，尤其是设置有铂基合金或铱基合金。
中心电极和接地电极的由贵金属或贵金属合金形成的两个圆柱形表面之间的环形间隙优选地为0.25mm至0.35mm。
中心电极在其设置有贵金属尖端或贵金属合金尖端时的直径可以大于现有技术，即2mm至8mm。环形接地电极的内径也相应地较大。
附图说明
附图中示意性地示出了本发明的两个实施例。在这两个实施例中，相同或相应的部件用相同的参考标号表示。
图1示出了火花塞前部的纵向剖面图；
图2为图1中所示火花塞的主视图；以及
图3以根据图1的剖面图示出了根据本发明的火花塞的第二实施例
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的火花塞，该火花塞主要包括金属主体部1，陶瓷绝缘体2，中心电极3，接地电极4和帽盖8。该帽盖8通过焊接连接到金属主体部1上，并与该金属主体部1一起共同形成一前室7，中心电极3和接地电极4就设置在该前室中。中心电极3的端部设置有(具体地说是通过焊接设有)圆柱形的贵金属件5。接地电极4具有环形设计，并且衬以由贵金属或贵金属合金制成的圆柱形套筒6。接地电极4与中心电极3的圆柱形贵金属件5一起形成一个环形点火间隙10，可以在其中形成点火火花。
中心电极3和接地电极4的圆柱形侧面3a和4a以高精度制成，并且高精度地同轴设置。
图2中示出了接地电极4的俯视图；该接地电极4通过三个设置成星形并具有弓形走向的腿部13刚性连接在火花塞的金属主体部1上，其中，该三个腿部13被容纳在位于金属主体部1前缘的环形槽9中，并被焊接到该主体部1上。
火花塞的点火间隙由中心电极3的贵金属件5的圆柱形侧面3a和接地电极4的贵金属套筒6的内圆柱形表面4a形成。中心电极3的贵金属件5的圆柱形侧面3a至少为15mm2。接地电极4的相对的贵金属套筒6具有至少为17mm2的圆柱形内表面4a。两个表面都可能被烧蚀。
帽盖8在沿中心电极3的方向上包括一钻孔11，在内燃机的压缩冲程中，可点燃的燃气-空气混合物通过该钻孔被引入前室7，并在该前室中通过点火火花被点燃。
具有三个腿部13的接地电极4的构造确保了在中心电极3和接地电极4之间的点火间隙10是容易进入的。一旦前室7中的混合物被点燃，火焰在燃烧压力的作用下将通过钻孔11被推出前室7，进入内燃机的主燃烧室，并点燃主燃烧室中存在的燃料-空气混合物。
图3所示实施例与图1和2所示实施例的不同之处在于，中心电极3为蘑菇形，其中，由贵金属或贵金属合金制成的环状件5a被推到中心电极3的由其他贱金属制成的端部上，并被焊接在上面。通过这样做，可以形成较大的电极表面，根据本发明，这使得火花塞可以获得更长的使用寿命，因为有较多的电极材料可供烧蚀。在接地电极4的各个腿部13上均设置有一环流孔，该环流孔可促使燃气-空气混合物绕中心电极3流动。
采用图3中的设计可以获得由贵金属或贵金属合金制成的电极表面，这些表面具有40mm2或更大的尺寸，并且可在点火火花的作用下用于烧蚀。
附图标记：
1    主体部          6    贵金属套筒
2    绝缘体          7    前室
3    中心电极        8    帽盖
3a   圆柱形侧面      9    环形间隙
4    接地电极        10   点火间隙
4a   圆柱形侧面      11   钻孔，开口
5    贵金属件        12   环流孔
5a   环形件          13   三个腿部

Claims (10)

1.一种用于燃气内燃机的火花塞，包括：
金属主体部(1)；
固定在所述主体部(1)中的绝缘体(2)；
中心电极(3)，所述中心电极(3)穿过所述绝缘体(2)，并且所述中心电极(3)的突出于所述绝缘体(2)的端部设置有贵金属或贵金属合金；
环形接地电极(4)，所述接地电极(4)固定在所述主体部(1)上，围绕着所述中心电极(3)的设置有贵金属或贵金属合金的端部，并且在所述接地电极(4)的面向所述中心电极(3)的内侧设置有贵金属或贵金属合金，所述中心电极(3)和所述接地电极(4)的由贵金属或贵金属合金形成的相互面对表面为同轴设置的圆柱形表面(3a，4a)；以及
帽盖(8)，所述帽盖(8)安装在所述主体部(1)上，并在将所述火花塞安装到内燃机的燃烧室中后使所述中心电极(3)和所述接地电极(4)与燃烧室隔绝；而且，所述帽盖(8)与所述火花塞的所述主体部(1)一起共同形成一前室(7)，所述中心电极(3)和所述接地电极(4)设置在所述前室(7)中，
所述帽盖(8)具有至少一个开口(11)，所述开口(11)能够在所述前室(7)和所述前室(7)外部的空间之间实现气体交换，
其特征在于，所述圆柱形表面(3a，4a)与理想的圆柱体几何形状之间的偏差小于±20μm，并且所述圆柱形表面(3a，4a)的轴线的位置与它们的理想同轴位置之间的偏差小于±50μm。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，沿径向测得的相对的所述圆柱形表面(3a，4a)之间的环形间隙的宽度与预定间隙之间的偏差小于±75μm。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极(3)和所述接地电极(4)的相对的所述圆柱形表面(3a，4a)的粗糙度不超过1.6μm。
4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，形成在所述中心电极(3)上的所述圆柱形表面(3a)是经过磨削的。
5.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极(3)和所述接地电极(4)设有铂或铱，或者设有铂合金或铱合金，并且优选地设置有铂基合金或铱基合金。
6.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极(3)和所述接地电极(4)的两个圆柱形表面(3a，4a)之间的环形间隙为0.2mm至0.5mm，并且优选地为0.25mm至0.35mm。
7.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极(3)在设置有贵金属或贵金属合金的部位处的直径为2mm至8mm。
8.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极(3)的由贵金属或贵金属合金制成的圆柱形表面(3a)的尺寸至少为15mm2。
9.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极(3)的由贵金属或贵金属合金制成的圆柱形表面(3a)的尺寸至少为30mm2。
10.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极(3)的由贵金属或贵金属合金制成的圆柱形表面(3a)的尺寸至少为40mm2。
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