CN1059293C - 火花塞 - Google Patents

Abstract

火花塞具有一个中心电极，一个设在中心电极外部的绝缘体，设在绝缘体外部使中心电极从一端伸出的主金属连接件，和一个接地电极；接地电极一端连于主金属连接件，另一端面对中心电极；一薄片固定到中心电极或接地电极或两者上，以形成火花放电缝隙g。该薄片由一种基于Ir并含有重量百分比为3-50%(不包括50%)Rh的金属制成。

Description

火花塞

本发明涉及用于内燃机中的火花塞。

用于例如汽车发动机之类的内燃机的常规火花塞具有一个发火部分，该发火部分由一个焊到电极顶端上的铂(Pt，白金)基合金薄片制成，以改进其对火花消耗的抗力。然而，鉴于铂的成本高，已经提出使用较廉价的铱(Ir)作为薄片(发火片)材料。

用Ir作为构成火花塞的发火部分的材料的一个问题是，在900-1000℃的高温范围中，Ir易于氧化和升华逸散。因此，如果它直接用于电极的发火部分，那么由氧化和升华逸散引起的消耗将比由发火花引起的消耗大。所以，在电极的发火部分中使用Ir的火花塞，当汽车行驶在城市公路上时的低温状态下，具有高的耐用性，而在汽车连续高速行驶过程中，其耐用性明显下降。

本发明的一个目的是提供一种火花塞，它的发火部分主要由Ir制成，但在高温下对由氧化和升华逸散引起的Ir组分的消耗仍有充足的抵抗性，从而确保不仅在城市道路上行驶而且以高速连续行驶期间都具有高的耐用性。

根据本发明的火花塞包括：一个中心电极；一个设在中心电极外部的绝缘体；一个设在绝缘体外部的主金属连接件；一个一端连在主金属连接件的接地电极，其另一端面对中心电极；和一个发火部分，它固定于中心电极和接地电极中的至少一个上，用于形成一个火花放电缝隙(火花隙)；其中，发火部分由Ir基合金制成，该合金含有重量百分比为3-50％(不包括50％)的Rh。

根据本发明，构成火花放电缝隙的电极的发火部分由一种主要由Ir组成并包含上述范围数量的Rh的合金制成。因此，在高温下由于Ir组分氧化和升华逸散所引起的消耗被有效地抑制，从而获得高耐久性的火花塞。

在附图中：

图1是本发明火花塞的部分前剖面图；

图2是表示同一火花塞的实质部分的放大剖面图；

图3为图表，表示制成火花塞的发火部分的合金中的Rh含量与火花放电缝隙的增加之间的关系(在条件A下的例1中)；

图4为图表，表示制成火花塞的发火部分的合金中的Rh含量与火花放电缝隙的增加之间的关系(在条件B下的例1中)；和

图5为图表，表示制成火花塞的发火部分的合金中的Rh含量与火花放电缝隙的增加之间的关系(在条件C下的例1中)。

下面对本发明做详细说明。

根据本发明的火花塞具有一个中心电极，一个设在中心电极外部的绝缘体，一个设在绝缘体外部的主金属连接件，一个一端连在主金属连接件并具有面对中心电极的另一端的接地电极，和一个固定到中心电极或接地电极的任一个或两者上以形成一个火花放电缝隙的发火部分，其中，发火部分是由基于Ir并含有重量百分比为3-50％(不包括50％)Rh的合金制成。

本发明人已经发现，如果形成火花放电缝隙的电极的发火部分用主要由Ir组成并含有上述范围数量的Rh的合金制成，那么在高温下由于Ir成分的氧化和升华逸散所引起的消耗会被有效地抑制，从而获得高耐用性的火花塞。

为了形成发火部分，一个由具有上述组分的金属制成的发火片可焊接到接地电极和/或中心电极。这里所用的术语“发火部分”指的是不曾受到焊接引起的成分变化的影响的连接的薄片部分(例如，是在焊接时已与接地或中心电极的组成材料熔合的部分以外的部分)。

如果合金中的Rh含量小于3％，则Rh在抑制Ir氧化和升华逸散方面的效力将不能充分地防止发火部分过早消耗。因此，火花塞的耐用性要降低。在这种情况下，发火部分的消耗主要发生在焊到中心和/或接地电极上的薄片的顶端面。然而，如果Rh含量下降，薄片的侧面也可能会被消耗。在这种极端情形下，薄片的横截面——电流通过它提供以引起火花放电——将减小，而且所提供的电场趋于集中在薄片的顶端面，从而将加速发火部分的消耗，火花塞的寿命会过早终止。因此，合金中Rh含量希望调定到这样的范围内，使得发火部分的消耗不仅在薄片的顶端面不容易发生，而且在薄片的侧面也不容易发生。另一方面，如果合金中Rh含量占重量百分比的50％或更高，则合金的熔点将下降，相应地，火花塞的耐用性将降低。所以，合金中Rh含量应调整到重量百分比为3-50％的范围内(不包括50％)，较好地为7-30％，更好地为15-25％，最好为18-22％。

下面结合附图说明本发明的实施例。

图1表示了本发明的一个实施例。在此图中，火花塞100具有一个管状的主金属连接件1，一个插在金属连接件1中以使其顶端21伸出金属连接件1的绝缘体2，一个设在绝缘体2中以使形成在其顶端的发火部分引伸出绝缘体2的中心电极3，和一个接地电极4，该接地电极的一端通过焊接连到主金属连接件1，其另一端侧向弯折，使其侧面面对中心电极3的顶端。接地电极4具有一个发火部分32，发火部分形成为面对中心电极3的发火部分31；两发火部分31和32之间的间隙构成火花放电缝隙g。

绝缘体2是例如氧化铝或氮化铝这样的陶瓷材料的烧结物，它具有一个轴向孔6，中心电极3插配在此孔中。主金属连接件1是由例如低碳钢这样的金属制成的圆筒，它为火花塞100提供一个外壳。连接件1的外周上具有螺纹部分7，以便于将火花塞100装在一个发动机气缸体(未示出)上。

中心电极3的主体3a和接地电极4的主体4a通常都由Ni合金制成。中心电极3的发火部分31和相对的接地电极4的发火部分32都由基于Ir并含有重量百分比为3-50％(不包括50％)Rh的合金制成。合金的Rh含量希望调整到重量百分比为7-30％的范围，更好地为15-25％，最好为18-22％。

如图2所示，中心电极3的主体3a的顶端斜削(变细)，且其顶端面是平的。一个具有用于发火部分31的合金结构的盘形薄片设在该平顶端面上，并在其连接表面的周边上施以激光焊、电子束焊、电阻焊或其他适用的焊接，以形成一条焊缝W，从而将该薄片牢固固定到中心电极3的顶端面上，以形成发火部分31。为制成相对的发火部分32，将一个类似的薄片设在接地电极4上，与发火部分31的位置对正，并同样在其连接表面的周边上形成一条焊缝W，从而将此薄片牢固固定到接地电极4上，以形成发火部分32。也可以由通过混合具有上述组分的必要的合金成分并熔化该混合物而获得的熔铸的材料来制成该薄片，或者，薄片也可由烧结物制成，该烧结物是如下获得的：将适当的合金粉末或由多种金属组分粉末按规定的比例混合的混合物成形为一压实物，并对此压实物进行烧结。

如果薄片由熔铸的合金制成，则由熔化的合金制成的原料可经受机加工，包括轧制、锻造、拉延、切割、剪切和冲压工序中的至少一种，由此将薄片加工成规定的形状。象轧制、锻造和切割这样的工序可以在将合金加热到规定温度的状态下进行(以实现热加工)。进行这些工序的温度是随着合金组分的不同而变化的，通常至少为700℃。

更具体地说，可将熔铸的合金热轧成薄板，然后将其冲切成具有规定形状的薄片；或者，可将熔铸的合金热轧或锻造成线或棒状，然后将其切成规定长度的薄片，作为薄片的主要成分的铱(Ir)在其单体(基本)形式下具有低的延迟性(韧性)或可塑性；然而，在加有Rh的情况下，Ir的可加工性得以改善，使得组成的合金与未加Rh的情况相比能很容易被轧制或锻造成薄板、棒或丝。具体地说，在轧制或锻造工艺中，作为原料的合金材料中不易出现象裂纹这样的加工缺陷，这本身就有利于提高薄片的生产效率和材料的产量。这里应注意的是，作为原料的合金材料的可加工性将随着Rh加入量的提高而提高。

如果希望的话，可省去两相对的发火部分31和32中的任一个，此时，火花放电缝隙g形成在发火部分31(或相对的发火部分32)和接地电极4(或中心电极3)之间。

火花塞100按照下列动作模式进行工作。火花塞100利用螺纹部分7装配在发动机气缸体上，和为点燃供入燃烧室的空气-燃料混合物的点火源。发火部分31和相对的发火部分32限定了火花放电缝隙g；由于两发火部分由上述合金制成，所以它们由Ir的氧化和升华逸散引起的损耗受到充分的抑制，以确保火花放电缝隙g长期不增加，从而延长了火花塞100的寿命。例子例1

将规定数量的Ir和Rh混合并熔化，以制备多个合金试样，它们含有在重量百分比为0-60％的范围的各种数量的Rh，其余基本上为Ir(比较试样：Rh＝0和60％重量)。将这些试样热轧成薄板，然后利用放电加工从薄板上切出直径为0.7mm、厚度为0.5mm的盘形薄片。作为比较试样，由含有重量百分比为13％的Ir其余为Pt的熔炼合金制备出一个薄片。将这些薄片用作火花塞100的发火部分31和相对的发火部分32(以提供1.1mm的火花放电缝隙g)。使各个火花塞在下列条件下经受性能试验。

条件A (模拟连续高速运行)：

将装备有进行试验的火花塞的一个六缸汽油发动机(活塞排量＝3000cc)以转速6000rpm全速运转300小时(使中心电极的温度升到约900℃)；发动机运转后，测量火花塞的火花放电缝隙g的增量。其测量结果按照合金中Rh含量与火花放电缝隙的增量间的关系示于图3中。

条件B(模拟在城市道路上的巡航运行)：

将装备有进行试验的火花塞的一个四缸汽油发动机(活塞排量＝2000cc)做1000小时的运转循环，每个循环包括1分钟空转、30分钟以转速3500rpm全速运转和20分钟以转速2000rpm半速(半开油门)运转，使中心电极的温度升到约780℃；在发动机运转后，测量大花塞的火花放电缝隙g的增量。其测量结果按照合金中Rh含量与火花放电缝隙的增量间的关系示于图4。

在条件B下的试验结果表明，使用由处于本发明范围内的合金材料制成的薄片的火花塞在火花放电缝隙g方面仅呈现出小的增量，而作为比较的火花塞(Rh＝60％重量，和Pt-Ir合金)的火花放电缝隙有明显的增加。在负载较条件B更高的条件A下，本发明试样相对于比较试样的不同更加明显。从图3中也可清楚看到，随着Rh含量范围从含量百分比3-50％变化到7-30％然后变到15-25％，火花放电缝隙的增量逐级递减；尤其是，使用Rh重量百分比含量为15-25％的薄片的火花塞，尽管在恶劣的工作条件下，仍表现出非常高的耐用性。

应注意的是，与仅含有Ir而没有Rh的原料相比，含有重量百分比为15-25％Rh的原料在被热轧成薄板时发生裂纹的趋势很低。例2

将规定量的Ir和Rh混合并熔炼，以制成合金试样，它们含有重量百分比为15、18、20、22和25的Rh，其余基本上为Ir。用这些合金试样制出薄片，并将其用在火花塞上，如例1一样。在下述条件C下对火花塞进行性能试验，条件C比用于例1的条件A更为恶劣。

条件C：

将一个装有进行试验的火花塞的四缸汽油发动机(活塞排量＝1600cc)以转速6250rpm全速运转300小时(中心电极的温度升到约950℃)；在发动机运转后，测量火花塞的火花放电缝隙g。其测量结果按照合金中Rh含量和火花放电缝隙的增量间的关系示于图5中。

从图5清楚可见，即使是在比条件B更为恶劣的条件C下，使用含有重量百分比为18-22％Rh的薄片的火花塞也只出现较小的火花隙增量，并且比使用含有超出上述范围数量的Rh的薄片的火花塞更为耐久。

Claims (4)

1.一种火花塞，它包括：

一个中心电极；

一个设在中心电极外部的绝缘体；

一个设在绝缘体外部的主金属连接件；

一个接地电极，其一端连到主金属连接件上，其另一端设置成面对中心电极；和

一个固定到中心电极和接地电极中至少一个上的发火部分，用于形成一个火花放电缝隙；

其特征是，发火部分由含有重量百分比为3-50％(不包括50％)Rh且余量为Ir的Ir基合金制成。

2.根据权利要求1的火花塞，其特征是，制作发火部分的合金含有重量百分比为7-30％的Rh。

3.根据权利要求1的火花塞，其特征是，制作发火部分的合金含有重量百分比为15-25％的Rh。

4.根据权利要求1的火花塞，其特征是，制作发火部分的合金含有重量百分比为18-22％的Rh。

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