CN101855799B - 长使用寿命的火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及火花塞，它包括中心电极(2)、第一地电极(3)和至少一个第二地电极(4)，第一地电极设置在弧形部位，该部位具有水平的部位(3a)和基本垂直的部位(3b)，第二地电极这样设置在中心电极(2)旁边，使第一地电极(3)与中心电极(2)之间的距离(S1)小于第二地电极(4)与中心电极之间的距离(S2)。

Description

长使用寿命的火花塞
技术领域
本发明涉及一种火花塞，它具有特别长的使用寿命并且尤其可用于固定式发动机、例如燃气发动机。
由现有技术已知不同设计的火花塞。由汽车领域已知的火花塞通常具有中心电极和地电极。这种火花塞是大批量零部件，它们通常可以具有100,000km或更长的使用寿命。这一点例如由此实现，作为电极磨损面使用贵金属，具有改善的腐蚀性和侵蚀性。在固定式内燃机中，它们通常以可燃的气体如天然气、沼气、垃圾气、生物气或氢气驱动，火花塞使用寿命约为2000运行小时。尤其在增压的固定式内燃机中通过已知的在汽车中应用的火花塞难以实现这种运行时间。燃气发动机通常具有更高的压缩比并因此明显更敏感地对电极距离的加大作出反应，该距离在运行中由于电极磨损持续地变大。因为固定式发动机经常也在持续驱动中使用，大约90天后就必需更换火花塞。
由US 5 751 096B1已知一个火花塞，它具有一个中心电极和两个相互对置的地电极。在此地电极以垂直取向在火花塞的纵向上平行于中心电极相互对置地设置。通过两个地电极尤其可以在火花塞上通过两个电极间隙保证相对较大的点火范围。
此外由EP 0 569 787A1已知一个火花塞，它具有一个中心电极、一个地电极以及一个中间电极。该中间电极设置在中心电极与地电极之间的部位，其中中间电极不仅与中心电极而且与地电极形成自身的电极间隙。由此可以产生两个点火火花、即每个电极间隙一个点火火花。
发明内容
按本发明的火花塞包括中心电极、第一地电极和至少一个第二地电极，第一地电极以具有垂直于所述火花塞的纵轴线的第一部位和平行于所述火花塞的纵轴线的第二部位的弧形形状设置，第二地电极设置在中心电极旁边，即所述第二地电极平行于所述火花塞的纵轴线布置或者以与火花塞纵轴线成角度地布置，使第一地电极与中心电极之间的距离小于第二地电极与中心电极之间的距离，从而在所述第二地电极与所述中心电极之间不形成点火火花，其中，所述第二地电极能够向着所述中心电极弯曲，从而在所述第二地电极与所述中心电极之间能够形成点火火花。而按照本发明的火花塞的优点是，所述火花塞具有显著更长的使用寿命。按照本发明通过使用至少两个在运行期间先后利用的地电极明显提高运行持续时间。在第一地电极损耗后，使用第二地电极。这个地电极例如可以通过向着中心电极弯以简单的方式投入使用，因为第二地电极已经准备好地位于火花塞上。为了防止，在运行期间同时使用两个地电极，使第一地电极与中心电极之间的距离小于第二地电极与中心电极之间的距离。由此在运行期间总是在第一地电极与中心电极之间产生火花。如果第一地电极损耗，则使这个电极弯离或者重开并且使第二地电极弯过来，由此在第二地电极与中心电极之间产生点火火花。由此使按照本发明的火花塞特别适用于在固定式内燃机中使用。
第一地电极最好以圆弧状设置中心电极上面。由此使第一地电极形成一个顶置地电极。备选地使第一地电极是设置在中心电极旁边的电极，由此它形成侧面放置的地电极。由此在垂直于火花塞纵向的平面中在地电极与中心电极之间产生火花。
为了提供尽可能紧凑且简单的结构，使火花塞的第二地电极最好以垂直的方式平行于中心电极设置。由此一旦第一地电极损耗，就使第二地电极通过简单地向着中心电极弯曲90度投入运行。因此只需要简单的弯曲步骤，它例如可以通过使用样板(lehre)简单地实现，由此可以快速地设定第二地电极与中心电极之间的最佳距离。
按照本发明的可选择的优选方案使第二地电极以略微向着中心电极预弯曲的形式设置。由此明显简化第二地电极的弯曲过程，当应当使用这个电极的时候。第二地电极在此最好以约20度的预弯曲角度相对于中心电极的垂直取向弯曲。
从地电极在火花塞上的固定部位开始第二地电极的长度最好短于第一地电极的长度。通过这个方案可以使第二地电极简单地匹配于中心电极在运行期间由磨损引起的缩短。在运行期间第一地电极首先被磨损以及中心电极的长度缩短。当第二地电极要在第一地电极的位置上使用时，通过事先规定的第二地电极的缩短能够最佳地匹配于由磨损引起的缩短的中心电极。在此这样选择第二地电极的缩短长度，从而例如根据平均值确定中心电极的平均缩短，它具有第一地电极完全磨损后的它，由此可以相应地使第二地电极最佳地向着中心电极弯曲。这个缩短的第二地电极特别优选在顶置地电极中使用。还优选使火花塞包括至少一个第三地电极，其中第二地电极的长度从第二地电极的底部开始直到该地电极的自由端大于第三地电极的长度。
按照本发明的备选方案第一地电极和第二地电极分别具有贵金属部位。在此第一地电极的贵金属部位最好在地电极纵向上设置在与第二地电极上的贵金属部位不同的位置上。由此可以通过与具有不同长度的地电极类似的方式在第一地电极损耗后弯离第二地电极，其中将贵金属部位设置在第二地电极上的位置上，由此使该贵金属部位在弯曲过程以后位于相对于同样已经损耗的中心电极最佳的位置。
特别优选使火花塞包括正好三个或正好四个地电极。由此可以进一步加大火花塞的使用时间。总是当其中一个地电极磨损时，将这个电极例如剪去或弯离，并且使下一地电极弯曲到相对于中心电极的相应位置。由此对于火花塞可以达到非常长的使用寿命。在此多个地电极最好以相同的间距沿着火花塞圆周设置。即，对于三个地电极时它们分别以120度的角度设置，对于四个地电极分别使它们以90度的角度设置。
本发明还涉及一个固定式具有按照本发明的火花塞的固定式内燃机。这个固定式内燃机尤其优选是固定式燃气发动机，它通过燃气作为燃料，如天然气、沼气、垃圾气、生物气或氢气运行。通过按照本发明的在火花塞上设有多个地电极的思想，它们先后地投入使用，可以在第一地电极损耗后方便地使这个电极去除或弯离，并且将第二地电极以相对于中心电极的最佳取向弯曲。在此尤其也可以考虑在中心电极上可能存在的磨损地最佳地实现第二地电极对准。
备选地优选使所述火花塞也在载重汽车、大客车、工程机械或船的大型发动机中使用。
附图说明
下面借助于附图详细描述本发明的优选实施例。附图中：
图1简示出按照本发明第一实施例的火花塞的截面图，
图2简示出在图1中所示的火花塞的俯视图，
图3和4示出按照本发明的第二实施例的火花塞的局部截面图和俯视图，
图5和6示出按照本发明的第三实施例的火花塞的侧视图和俯视图，
图7和8示出按照本发明的第四实施例的火花塞的侧视图和俯视图，
图9和10示出按照本发明的第五实施例的火花塞的局部截面图和俯视图。
具体实施方式
下面借助于图1和2详细描述按照本发明的第一实施例的火花塞1，其中图1示出沿着图2截切线I-I的截面图。
由图1所示，所述火花塞1包括一个中心电极2，它中心地设置在火花塞里面并且从外壳7突出来。此外第一实施例的火花塞1包括四个地电极、即第一地电极3、第二地电极4、第三地电极5和第四地电极6(参见图2)。在此四个地电极分别沿着火花塞的圆周以到相邻的地电极90度的θ角设置。如图1和2所示，在火花塞1的所示的状态在运行期间刚好只激活第一地电极3。为此第一地电极3以圆弧形状弯曲90度，由此它具有水平的部位3a和垂直的部位3b，它们通过弧形部位相互连接。在此第一地电极3这样相对于中心电极2设置，使得在其间存在间隙S1并且第一地电极3设置在中心电极2上面(参见图2)。因此第一地电极3是所谓的顶置地电极，因此火花塞在第一地电极3与中心电极2之间存在间隙S1。另外三个地电极4，5，6以垂直的方式平行于中心电极2对应于火花塞的纵轴线X-X设置在火花塞上。在此另外三个地电极4，5，6的距离大于第一地电极3与中心电极2之间的距离S1。在图2中简示出第二地电极4与中心电极2之间的距离并且以S2表示。因为在外壳7内部四个地电极相互连接，因此通过正好未激活的地电极4，5，6的较大距离保证，在这些地电极与中心电极2之间不产生火花。
如果在一定的运行时间以后第一地电极3磨损，则从发动机中拆出火花塞并且使第一地电极3在垂直部位3b处例如剪下或者以其它方式分开。接着将第二地电极4以90度在其自由端上弯曲，由此使这个地电极现在形成新的用于中心电极2的顶置地电极。因为在运行期间同样能在中心电极2上产生磨损，因此可以使第二地电极4略微更加在轴向上在外壳7方向上弯曲，由此在中心电极2与第二地电极4之间形成最佳距离。在此对于弯曲过程也可以利用样板或类似工具。如果在继续运行期间第二地电极4磨损，则同样使这个电极去除并且取而代之将第三地电极5弯曲，如果在继续运行时间以后第三地电极5磨损，则使这个电极去除并且将第四地电极6弯曲。因此第一实施例的按照本发明的火花塞1具有比目前使用的常见的只具有一个地电极的火花塞长约四倍的使用寿命。因为备用的地电极4，5，6分别在其使用前才弯曲，所以还可以保证最佳地定向新弯曲的地电极，由此使火花塞可以有最佳的功率密度。
所述地电极3，4，5，6和中心电极2优选以贵金属销或具有放置的贵金属脚的基销提供。作为贵金属例如使用铂、铱、铑、钌或钯或者这些贵金属的任意组合和/或合金。通过使用贵金属可以进一步改善磨损特性。在此作为电极基础材料例如可以使用具有作为主要组成部分的镍的合金。备选地也可以使地电极3，4，5，6以及中心电极2配备贵金属小片，其中贵金属小片设置在中心电极2的自由端或地电极的如下部位上，该部位在弯曲状态直接指向中心电极2。由此使贵金属小片位于中心电极上并与位于使用中的地电极直接相互对置。
下面借助于图3和4详细描述按照本发明第二实施例的火花塞1。相同或功能相同的部件配有与第一实施例中相同的附图标记。
第二实施例的火花塞1基本对应于第一实施例的火花塞，其中不同在于，备用的地电极4，5，6以给定的角度α预弯曲。在此该角度α约为20度。如同沿着图4的截切线III-III的图3截面图所示，超前的地电极4，5，6在此向内在中心电极2的方向上预弯曲。由此能够使其中一个地电极磨损后和然后使用的地电极的磨损后弯曲过程更加容易实现。其他方面这个实施例对应于上述的实施例，因此可以参阅在那里给出的描述。
下面借助于图5和6详细描述按照本发明第三实施例的火花塞1。相同或功能相同的部件配有与上述实施例中相同的附图标记。
与上述实施例不同，第三实施例的火花塞1具有总共三个地电极，即第一地电极3、第二地电极4和第三地电极5(参见图6)。尤其如图5所示，三个地电极的从地电极的自由端开始直到固定部位的长度是不同的，在固定部位它们固定在火花塞的外壳7上。更准确地说，第一地电极3具有长度L1，它大于第二地电极4的长度L2，并且第二地电极4的长度L2大于第三地电极5的长度L3。因此第一地电极3的长度L1大于第二地电极4的长度L2，它本身又大于第三地电极5的长度L3。通过这个措施能够使第一地电极3磨损以后使用的第二地电极4由于其较短的长度L2可以准确地弯曲到中心电极2上面，因为在运行期间在中心电极2上也产生磨损，因此使中心电极2突出的长度L变短。在此长度L2比第一地电极3的长度L1这样缩短，使得正好一起中心电极2的磨损被包括，由此使第二地电极4以最佳的方式位于中心电极2上面。以相应的方式当第二地电极4也磨损时，使第三地电极5弯曲，其中中心电极2还更加地磨损，由此使最短的第三地电极同样最佳地匹配在中心电极2上面。其他方面这个实施例对应于上述的实施例，因此可以参阅在那里给出的描述。
下面借助于图7和8详细描述按照本发明第四实施例的火花塞1。相同或功能相同的部件配有与上述实施例中相同的附图标记。
尤其如图8所示，第四实施例的火花塞代替顶置电极包括一个所谓的侧面安置的电极。在第四实施例中同时侧面安置第一地电极3和第三地电极5，由此能够在中心电极与第一以及第三地电极3，5之间形成火花。此外如图8所示，第二地电极4和第四地电极5备用并且垂直于火花塞1突出，其中它们平行于中心电极2设置。当第一地电极3和第三地电极5磨损时，第二地电极4和第四地电极6被弯曲并且替换磨损的地电极，由此与上述实施例一样可以延长火花塞的整个使用寿命。在此侧面安置的地电极的优点是，尤其更容易执行弯曲过程，因为可以毫无问题地通过工具握住地电极的自由端并且可以执行弯曲过程。在此要注意，按照第四实施例的火花塞1当然也可以这样构成，仅仅弯曲其中一个地电极并且在运行中使用。如图7和8所示，同时使用两个激活的地电极3，5的优点是，不仅中心电极2与第一地电极3之间的间隙中而且中心电极2与第三地电极5之间的间隙中都可以产生火花。由此尤其可以更可靠地点燃可点燃的混合物。其他方面这个实施例对应于上述的实施例，因此可以参阅在那里给出的描述。
图9和10示出按照本发明第五实施例的火花塞1。相同或功能相同的部件配有与前述实施例中相同的附图标记。
尤其如图9的截面图所示，它是沿着图10的截切线IX-IX的截面图，第五实施例的火花塞1基本对应于第一实施例的火花塞。不同在于，在地电极3，4，5，6上还附加地设有贵金属小片13，14，15，16。在此贵金属小片改善地电极的磨损强度，其中地电极可以具有由成本有利的材料制成的基销。在此基销都具有相同的基本长度。尤其如图9所示，在此贵金属小片设置在地电极3，4，5和6上的不同位置上。准确地说，第一地电极3的贵金属小片13直接设置在第一地电极3的自由端3c处。第二地电极4的贵金属小片14以与第二地电极4的自由端4c的距离A1设置。第三地电极5的贵金属小片15以与第三地电极5的自由端5c的距离A2设置。在此距离A2大于距离A1。第四贵金属小片16同样以与第四地电极6的自由端6c的距离(在图9和10中未示出)设置，其中第四地电极上的距离大于第三地电极上的距离A2。通过使贵金属小片布置在此外相同长度的地电极3，4，5，6上的不同位置得到与第三实施例中相同的功能，即通过贵金属小片的不同布置可以更好地补偿同样在运行期间在中心电极2上产生的磨损。因为贵金属小片分别设置在不同的位置上，因此它们在弯曲后作为顶置地电极对应于中心电极2的磨损这样选择，使它们在弯曲后直接与中心电极2的端面2a对置。其他方面这个实施例对应于上述的实施例，因此可以参阅在那里给出的描述。

Claims (10)

1.火花塞，包括中心电极(2)、第一地电极(3)和至少一个第二地电极(4)，第一地电极以具有垂直于所述火花塞的纵轴线(X-X)的第一部位(3a)和平行于所述火花塞的纵轴线(X-X)的第二部位(3b)的弧形形状设置，第二地电极设置在中心电极(2)旁边，即所述第二地电极平行于所述火花塞的纵轴线布置或者以与火花塞纵轴线成角度地布置，使第一地电极(3)与中心电极(2)之间的距离(S1)小于第二地电极(4)与中心电极之间的距离(S2)，从而在所述第二地电极与所述中心电极之间不形成点火火花，其中，所述第二地电极能够向着所述中心电极弯曲，从而在所述第二地电极与所述中心电极之间能够形成点火火花。
2.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，第一地电极(3)以弯曲状态设置在中心电极(2)上面，用于形成项置地电极，或者第一地电极(3)以弯曲状态设置在中心电极(2)旁边，用于形成侧面放置的地电极。
3.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，第二地电极(4)的长度(L2)小于第一地电极(3)的长度(L1)。
4.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，在第一地电极(3)上设有贵金属部位(13)并且在第二地电极(4)上设有贵金属部位(14)，其中从地电极固定在火花塞上的固定部位开始第一地电极(3)的贵金属部位(13)在第一地电极纵向上设置在与第二地电极(4)的贵金属部位(14)不同的位置。
5.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述火花塞包括第三地电极或第三和第四地电极。
6.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，多个地电极(3，4，5，6)相互间以沿着火花塞圆周相同的圆周间距设置。
7.固定式内燃机，包括如上述权利要求中任一项所述的火花塞(1)。
8.如权利要求7所述的固定式内燃机，其特征在于，所述固定式内燃机是固定式燃气发动机。
9.重型车辆，包括如权利要求1至6中任一项所述的火花塞(1)。
10.如权利要求9所述的重型车辆，其特征在于，所述重型车辆是载重汽车、工程机械、大客车或船。
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