CN102099977B - 内燃机的点火装置及其点火尖端 - Google Patents

Abstract

提供一种具有电极点火尖端的点火装置，该电极点火尖端由金钯合金外加至少3重量％的选自铂，铱，铑，钌中的至少一种贵金属元素构成。金抑制钯发生氧化，而外加元素为点火尖端提供使用时的高温机械性能和抵抗与燃烧成分形成合金的能力。

Description

内燃机的点火装置及其点火尖端

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年5月19日提交的美国临时申请序列号No.61/054,215的权益，其通过引用整体合并入此处。

技术领域

本发明涉及点火装置，如内燃机的火花塞，更具体的涉及用于制造这种装置的点火电极的点火表面的合金。

背景技术

各种贵金属合金被用于火花塞电极的点火表面。某些贵金属元素比其他的贵金属更便宜些，而考虑到使用该较便宜的合金替代所能达到的性能，有时会有所取舍。例如，钯是一种相对廉价的元素，但它被发现在火花塞点火表面的操作环境中会发生氧化。例如，由铼钯或铂钯铱合金构成的点火表面中的钯已被证明在使用中会发生氧化。

已知金与钯合金化有利于减轻钯在火花塞电极的操作环境下发生氧化。然而，对于现代点火表面的应用中的长期使用来说，已知的钯金合金(如Au40Pd)的机械性能被认为太软和太弱。此外，已知的钯金合金材料容易与操作环境中的燃烧成分形成合金，如铅，从而导致该材料在使用中发生降解。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种具有电极点火尖端的点火装置，如火花塞，该电极点火尖端由金钯合金外加至少3重量％的选自铂，铱，铑，钌中的至少一种贵金属元素构成。金抑制钯发生氧化，而外加元素提供使用中的高温机械性能和抵抗与燃烧成分形成合金的能力。

根据本发明的另一个方面，金占点火尖端的至少10重量％。

根据本发明的另一个方面，金钯合金占点火尖端的至少40重量％，而外加贵金属元素补足差额。

根据本发明的另一个方面，上述金钯和铂铱铑和/或钌合金可被非贵金属稀释，如镍(高达约30重量％)，并进一步包括添加用于降低工作函数的少量的钨(1-4重量％)，以及可选的用于颗粒稳定性的0.01-0.2重量％的一种或多种活性元素，如锆，钇，镧，铪，钽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的上述和其他方面、特征及优点，以下结合当前优选的实施例和最佳实施方式、所附权利要求以及附图对本发明进行详细描述，其中：

图1是具有根据本发明构造的电极点火尖端的点火装置的横截面视图；及

图2是图1中方框区域2的放大视图。

具体实施方式

更具体地参考附图，图1示出了根据本发明的一个当前优选方面构造的点火装置10，用于内燃机的燃料/空气混合物的点燃。典型的点火装置10示出为火花塞，但是本发明设定的其他点火装置也在权利要求的范围之内，如电热塞。装置10包括通过常规方法由氧化铝或其他合适的电绝缘材料构成的环形陶瓷绝缘体12。该绝缘体12具有在上部终端16与下部管口端或孔端18之间延伸的中央通道14，其中中心电极20位于下部管口端或孔端18内部。该中心电极20在其自由端具有点火表面，此后示出为点火尖端21。导电金属外壳22被设置为围绕绝缘体12的下部和中部密封，且该外壳可以由任何合适的金属构成，如各种钢合金，并可通过常规的方式涂覆锌或镍基合金涂层等。外壳22包括至少一个接地电极24，其可具有任意的形状、大小和配置，例如附图中所示出的标准简单L形配置。该接地电极24具有至少一个接地电极点火表面，此后示出为点火尖端25，其与中心电极20的点火尖端21间隔开一火花间隙26。至少一个点火尖端21，25由金钯合金外加至少3重量％的铂，铱，铑，钌中的至少一种元素构成。金抑制钯发生氧化，而外加元素提高使用中的高温机械性能和抵抗与燃烧成分形成合金的能力。

一个导电接线柱28设置于绝缘体12的中央通道14内，该接线柱28的自由下端32临近电阻层30，该电阻层30位于下端32和中心电极20的上端34之间。导电玻璃密封件36，38将电阻层30分别与接线柱28和中心电极20间隔开。该电阻层30可以由此类应用中用于抑制电磁干扰(EMI)的任何合适的成分构成。接线柱28，上玻璃密封件36，电阻层30，下玻璃密封件38和中心电极20提供电气通道，而外壳22和接地电极24提供接地通路，该接地通路与该电气通道间隔开火花间隙26。

至少一个或两个点火尖端21，25由金钯基合金构成，其中该中心电极20和接地电极24由与点火尖端21，25不同的材料构成。如果两个点火尖端21，25都由金钯基合金构成，它们可以具有相同或不同的金钯基合金成分。如图所示，点火尖端21，25分别导电性地结合于中心和接地电极20，24，如通过焊接。应当理解，点火尖端21，25的连接方式可以通过任何合适的连接方式进行，另外，该点火尖端21，25的形状可以不同于所描述的或所示出的形状，例如圆盘状，圆柱体，铆钉形，棍状，或所需的其他形状。

该金钯基合金与至少一种贵金属预混以有效提高其高温性能并将成型点火尖端材料的机械强度提高到满足现代点火表面应用的水平，同时防止金钯成分在存在普通燃烧成分(如铅)时被进一步合金化和损坏(breaking down)。铂被证明正是这种可以有效提高成型点火尖端材料的机械强度并防止或抑制不利的合金化的一种贵金属。55重量％的金，40重量％的钯和5重量％的铂；50重量％的金，30重量％的钯和20重量％的铂；及50重量％的金，40重量％的钯和10重量％的铂合金被证明是有效的低成本的火花塞的点火尖端材料，同时提供使用中所需的机械强度和抗合金化能力。总之，金钯合金中的铂的添加范围在3-50重量％，5-20重量％或5-10重量wt％，其中金钯的比例约为1.5∶1，而金钯的比例0.25∶1-2∶1都在考虑范围内。

根据本发明的另一方面，金钯合金中可添加一种或多种其他贵金属，如铱，铑和/或钌，或者与铂一起或者代替铂。例如，46重量％的铂，34重量％的钯，10重量％的金和10重量％的铱合金被证明是有效的火花塞点火尖端合金。根据本发明的又一方面，这些合金可被非贵金属稀释，如镍，且可含有少量用于降低工作函数的钨(1-4重量％)。另外或者可选择的，这些合金可以进一步混有少量的一种或多种作为颗粒稳定剂的占0.01-0.2重量％的活性元素，如锆，钇，镧，铪或钽。

根据本发明的又一个方面，火花尖端21，25可由金钯基合金构成，其中金的含量大于10重量％，而钯的含量大于5重量％，以及铂，铱，铑或钌中的至少一种。该材料可进一步混有如上所述的少量的钨，同时可选的混有上述讨论的一种或多种活性元素。

显然，根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的。因此，应当理解，在后所附权利要求的范围内，本发明可不同于上述具体描述通过其他方式实施。相应的，本发明的范围由最终授权的权利要求来限定，而不仅由上述描述的典型实施例来限定。

Claims (18)

1.一种点火装置，包括：

一大致环形的陶瓷绝缘体；

一围绕所述陶瓷绝缘体的至少一部分的金属外壳；

一有效连接于所述外壳的接地电极；

一中心电极，所述中心电极和所述接地电极提供一火花间隙；其特征在于，

所述接地电极和所述中心电极中至少一个的点火尖端由金钯合金外加至少3重量%的选自铂，铱，铑和钌中的至少一种贵金属元素构成，所述金占所述接地电极点火尖端和所述中心电极点火尖端中至少一个的至少10重量%。

2.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述金钯合金占所述点火尖端的至少40重量%。

3.如权利要求2所述的点火装置，其特征在于，所述至少一种贵金属是占所述接地电极点火尖端和所述中心电极点火尖端中至少一个的剩余量的铂。

4.如权利要求2所述的点火装置，其特征在于，金占所述接地电极点火尖端和所述中心电极点火尖端中至少一个的至少30重量%。

5.如权利要求4所述的点火装置，其特征在于，金占所述接地电极点火尖端和所述中心电极点火尖端中至少一个的至少40重量%。

6.如权利要求4所述的点火装置，其特征在于，所述至少一种贵金属是占所述点火尖端的剩余量的铂。

7.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述金钯合金和所述至少一种贵金属被一种非贵金属稀释。

8.如权利要求7所述的点火装置，其特征在于，所述非贵金属至少部分为镍。

9.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述点火尖端进一步包括1-4重量%的钨。

10.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述点火尖端进一步包括选自锆，钇，镧，铪和钽中的至少一种元素。

11.一种用于火花塞点火装置的点火尖端，其特征在于，该点火尖端包括：

金钯合金外加至少3重量%的选自铂，铱，铑，钌中的至少一种贵金属元素，所述金占所述点火尖端的至少10重量%。

12.如权利要求11所述的点火尖端，其特征在于，所述金钯合金占所述点火尖端的至少50重量%。

13.如权利要求12所述的点火尖端，其特征在于，所述至少一种贵金属是占所述点火尖端的剩余量的铂。

14.如权利要求12所述的点火尖端，其特征在于，金占所述点火尖端的至少30重量%。

15.如权利要求14所述的点火尖端，其特征在于，金占所述点火尖端的至少50重量%。

16.如权利要求15所述的点火尖端，其特征在于，所述钯占所述点火尖端的至少30重量%，而所述至少一种贵金属为占所述点火尖端的剩余量的铂。

17.如权利要求11所述的点火尖端，其特征在于，所述金钯合金和所述至少一种贵金属被一种非贵金属稀释。

18.如权利要求17所述的点火尖端，其特征在于，所述非贵金属至少部分为镍。

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