CN106099647B - 具有点燃垫的火花塞 - Google Patents

Abstract

火花塞具有壳体、绝缘体、中心电极、接地电极以及点燃垫。点燃垫由贵重金属材料制成并且附接到接地电极。点燃垫在周向边缘处具有侧表面，其可与接地电极的自由端表面齐平或接近齐平。该构造可有助于在火花事件期间提高火花塞的可燃性和火焰中心增长，并且可提供在附接的接地电极和点燃垫处的更好热管理。

Description

具有点燃垫的火花塞

相关申请的引用

本申请是在2014年1月28日提交的美国专利申请号14/166,145的部分继续申请，其要求在2013年1月31日提交的美国临时序列号61/759,088的权益。这些先前申请的全部内容在本文通过引用并入。

技术领域

本公开总体涉及用于内燃发动机的火花塞和其他点火设备，并且特别涉及附接到电极的点燃垫。

背景技术

火花塞可用于在内燃发动机中开始燃烧。通过产生穿过在两个或更多个电极之间限定的火花间隙的火花，火花塞通常点燃在发动机气缸或燃烧室中的气体，例如空气/燃料混合物。气体通过火花的点火引起在发动机气缸中的燃烧反应，其引起发动机的动力冲程。高温、高电压、燃烧反应的迅速反复以及在燃烧气体中腐蚀材料的存在可形成火花塞运行的恶劣环境。该恶劣环境随着时间可促进电极的侵蚀和腐蚀并且可不利地影响火花塞的性能，从而潜在地导致不发火或一些其他不希望情况。

为减少火花塞电极的侵蚀和腐蚀，已经使用各种类型的贵金属和它们合金—例如由铂和铱制成的那些。然而，这些材料是昂贵的。因此，火花塞制造商有时通过仅在火花跳跃穿过火花间隙的电极的点燃尖端处使用这些材料来试图最小化电极所使用的贵重金属的量。

发明内容

根据一个实施例，一种火花塞包括壳体、绝缘体、中心电极、接地电极以及点燃垫。所述壳体具有轴向孔，并且所述绝缘体具有轴向孔。所述绝缘体部分地或更多地布置在所述壳体的轴向孔内。所述中心电极部分地或更多地布置在所述绝缘体的轴向孔内。所述接地电极附接到所述壳体并且由镍基合金材料组成。所述点燃垫附接到所述接地电极并且由包含至少25wt.%的镍的铂基合金材料组成。所述点燃垫具有从所述点燃垫的底侧突出的突出部。所述突出部在执行电阻焊接过程时聚集通过其的电流。在所述点燃垫和所述接地电极之间的附接件包括电阻焊接焊接件并且没有激光焊接焊接件。所述突出部有助于在所述点燃垫和接地电极之间的附接件中激光焊接焊接件的缺失。

根据另一个实施例，一种准备接地电极和点燃垫组装的方法包括若干步骤。一个步骤涉及将点燃垫定位在接地电极上。所述点燃垫具有从所述点燃垫的底侧突出的突出部。所述突出部与所述接地电极产生线到表面接触。另一个步骤涉及使电流通过在所述突出部和所述接地电极之间的所述线到表面接触，同时将所述点燃垫和所述接地电极按压在一起。所述点燃垫在通过电流时至少部分地下沉到所述接地电极中并且在所述突出部和所述接地电极之间产生表面到表面接触。所述点燃垫此后附接到所述接地电极并且建立所述接地电极和点燃垫组装。

根据另一个实施例，一种火花塞包括壳体、绝缘体、中心电极、接地电极、点燃垫以及电阻焊接排出物。所述壳体具有轴向孔，并且所述绝缘体具有轴向孔。所述绝缘体部分地或更多地布置在所述壳体的轴向孔内。所述中心电极部分地或更多地布置在所述绝缘体的轴向孔内。所述接地电极附接到所述壳体。所述点燃垫附接到所述接地电极。所述点燃垫具有从所述点燃垫的底侧突出的单个突出部。所述单个突出部跨越穿过所述底侧并且在所述点燃垫和接地电极之间的附接时被接收在所述接地电极的凹陷部中。所述点燃垫具有第一火花表面，其在所述火花塞的使用期间交换火花。所述电阻焊接排出物部分地或更多地围绕所述点燃垫的周向边缘。所述电阻焊接排出物具有与所述点燃垫的所述第一火花表面大体一致的第二火花表面。所述第二火花表面在所述火花塞的使用期间交换火花。

附图说明

本发明的优选的示例性实施例下文连同附图来描述，其中相同标识指示相同元件，并且其中：

图1是示例性火花塞的剖视图；

图2是图1的火花塞的点燃端部的放大视图，其中点燃端部包括示例性点燃垫；

图3是具有图2的点燃垫的示例性接地电极的放大视图；

图4-7是另一个示例性接地电极和点燃垫的放大视图；

图8是具有一对轨道的点燃垫的实施例的透视图；

图9是具有多层的点燃垫的实施例的透视图；

图10是准备接地电极和点燃垫组装的示例性方法的示意图；

图11是附接到接地电极的点燃垫的实施例的剖视图的显微图像；

图12是图11的点燃垫和接地电极的截面视图；

图13是图11的点燃垫的透视图；以及

图14描绘在经由电阻焊接杆准备期间的图11的点燃垫和接地电极。

具体实施方式

本文描述的点燃垫和电极可用于火花塞和包括其他点火设备，其包括工业塞、航空点火器或用于点燃在发动机中的空气/燃料混合物的任何其他设备。这包括在汽车内燃发动机中，和特别在装备成提供汽油直接喷射（GDI）的发动机、在稀薄燃烧策略下操作的发动机、在燃料有效策略下操作的发动机、在减少排出物策略下操作的发动机或这些组合中使用的火花塞。各种点燃垫和电极可提供改善的可燃性、有效的垫保持、暴露到空气/燃料混合物的增加的垫、以及用于贵金属的成本效益解决方案，以提出一些可能的改善。如在本文中使用的，术语轴向、径向和周向描述相对于图1的大体圆柱形形状的火花塞和参考火花塞的中间轴线A的方向，除非另有说明。

参考图1，火花塞10包括中间电极（CE）基部或本体12、绝缘体14、金属壳体16以及接地电极（GE）基部或本体18。其他部件可包括接线柱、内部电阻、各种垫圈以及内部密封件，所有这些对本领域技术人员是公知的。CE本体12大体布置在绝缘体14的轴向孔20内，并且在火花塞10的点燃端部处具有暴露到绝缘体外部的端部部分。在一个示例中，CE本体12由镍（Ni）合金材料制成，并且包括铜（Cu）或Cu合金材料，所述镍（Ni）合金材料用作本体的外部或包层部分，所述铜（Cu）或Cu合金材料用作本体的内部芯；包括单个材料的无芯本体的其他材料和构造是可能的。绝缘体14大体布置在金属壳体16的轴向孔22内，并且在火花塞10的点燃端部处具有暴露到壳体外部的端部前缘部分。绝缘体14由例如陶瓷材料的材料制成，其将CE本体12与金属壳体16电绝缘。金属壳体16提供火花塞10的外部结构，并且具有螺纹，用于在发动机中安装。

现在参考图1和2，GE本体18在附接界面24处附接到金属壳体16的自由端，并且作为最终产品可具有大体L形状。在最接近火花间隙G的端部部分处，GE本体18与CE本体12以及与CE点燃尖端26（如果设置一个）轴向隔开。与CE本体一样，GE本体18可由Ni合金材料制成，并且可包括Cu或Cu合金材料，所述Ni合金材料用作本体的外部或包层部分，所述Cu或Cu合金材料用作本体的内部芯；包括单个材料的无芯本体的其他示例是可能的。可与CE本体12、GE本体18或两者使用的Ni合金材料的一些非限制性示例包括由Ni、铬（Cr）、铁（Fe）、锰（Mn）、硅（Si）或另一元素中的一个或多个组成的合金；并且更具体示例包括通常已知为Inconel®600或601的材料。在截面轮廓中，GE本体18可具有大体长方形形状或一些其他合适轮廓。GE本体18具有轴向朝向的工作表面28，其大体面对以及相对CE本体12或CE点燃尖端26，穿过火花间隙G。

如提及的，在附图中示出的实施例中，火花塞10包括可选的CE点燃尖端26，其附接到CE本体12的轴向朝向的工作表面30并且交换穿过火花间隙G的火花。特别参考图2，在此示出的CE点燃尖端26具有两件式和大体铆钉状的构造并且包括焊接到第二零件34（铆钉杆）的第一零件32（铆钉头）。第一零件32可直接附接到CE本体12并且第二零件34可直接附接到第一零件，使得提供轴向朝向的火花表面36，用于交换穿过火花间隙G的火花。第一零件32可由Ni合金材料制成，并且第二零件34可由贵金属合金材料（例如包括铱（Ir）、铂（Pt）或钌（Ru）的一个贵金属合金材料）制成。用于第一和第二零件32,34的其他材料是可能的。在附图没有示出的其他实施例中，例如，分立的CE点燃尖端被省略，在该情况下火花从CE本体12其自身交换。可选的点燃尖端26可具有单件式或单个材料的构造并且其可具有不同的形状，包括非铆钉状形状，例如圆柱、条、柱、丝、球状、堆、圆锥、平垫、环状或套管，以提出若干个可能性。当前火花塞不限于任何特定点燃端部布置，因为在本文中描述的点燃垫可与任何数量的点燃端部布置（包括具有或不具有CE点燃尖端）一起使用。

火花塞10还包括点燃垫38，其由贵重金属材料制成并且经由焊接附接到GE本体18的工作表面28用于交换穿过火花间隙G的火花。与先前已知的点燃尖端相比，点燃垫38的侧表面或周向40更靠近GE本体18的自由端表面42，并且在某些实施例中恰好在GE本体18的自由端表面42处。这提供在火花事件期间点燃垫38到空气/燃料混合物的暴露和可利用性的增加，伴随着点燃垫的转移位置的增加以及从而在自由端表面42和侧表面40之间的GE本体18的较多缺失。在可能的改善和原因中尤其地，因为与点燃垫38交换或由点燃垫38交换的火花更容易接近所注射的空气/燃料混合物，所以，因此增强了可燃性和火焰中心增长，并且对在自由端表面42处从GE本体18的火焰中心增长有最小的阻碍。而且，在自由端表面42和侧表面40之间的GE本体18的较多缺失最小化热质量且因此减少在那存储的热容量，其随着时间可潜在地降低在GE本体和点燃垫38之间的保持。换句话说，已经发现在某些情况下，如果GE本体跨越超过点燃垫的侧表面40，则更多热量将保持在点燃垫38处的GE本体18，并且该热量将弱化在GE本体和点燃垫之间的附接。将点燃垫38定位成更靠近自由端表面42的能力在可能因素中尤其可归因于的点燃垫的几何构造和固化的焊接件44相对于侧表面40的位置。

在一个先前已知的贵重金属点燃尖端中，实施所谓的缝焊，其中在点燃尖端和接地电极本体之间的界面边界处直接发射激光束，并且在该界面边界处直接冲击点燃尖端的周向。在缝处引起的固化焊接池从点燃尖端的周向朝外地跨越，并且在接地电极本体上流动或流动到接地电极本体上用于远离点燃尖端并非很长的距离。尽管缝焊在某些火花塞中是合适的，但是其意味着点燃尖端应该定位成远离接地电极本体的自由端表面一充分距离，使得可执行缝焊并且以便保证保持能力。这还意味着在不损坏由缝焊提供的保持效果并且不增加由切割通过硬化的焊接池引起的在修整设备上的磨损、裂缝或钝化的情况下，接地电极本体的自由端部分的随后修整操作是不可能通过固化的焊接池来执行的。如在某些情况下所希望的，缝焊因此阻止点燃尖端被定位成靠近接地电极本体的自由端表面。如在下面将描述的，点燃垫38在另一方面可以被定位成邻近并且甚至恰好在自由端表面42处而不没有与缝焊相关联的任何限制。还可执行修整操作而不损害由焊接件44提供的保持效果。

仍然参考图3，在点燃垫38的侧表面40和GE本体18的自由端表面42之间所取的距离D尺寸可小于具有缝焊的先前已知的点燃尖端的尺寸，并且可有助于确保在火花事件期间增强的可燃性和火焰中心增长。在本文使用的距离D是在侧表面40和自由端表面42之间的最短的几何直线距离；在图3的实施例中，距离D恰好是正交于平行表面40,42测量的并且在平行于工作表面28的平面中的横向距离，但在其他实施例中，距离D不必需要正交于点燃垫和GE本体的表面并且可位于不同的平面中；的确，如在下面不同实施例中描述的，距离D可以为零。距离D的准确值在不同实施例中可改变，而建立自由端表面42和侧表面40之间的齐平或接近齐平关系。在一些非限制性示例中，距离D可小于或等于大约0.7毫米（mm）、可小于或等于大约0.25mm、可小于或等于大约0.15mm、或可大于0但仍然小于或等于大约0.7mm或0.25mm。已经发现将距离D的值保持在这些数量内提供点燃垫38的更大暴露并且因此改善的可燃性和火焰中心增长，以及更好的GE本体18的热管理。例如，当距离D的值落在这些数量之外时，与点燃垫交换或由点燃垫交换的火花可不如所希望地容易接近空气/燃料混合物，并且又可不如所希望地增强可燃性和火焰中心增长。

相似地，当满足与距离D相关的某些关系时，提供增强的可燃性和火焰中心增长以及更好的热管理。在一些非限制性的示例中，在侧表面40和自由端表面42之间所取的距离D可在点燃垫38的厚度尺寸T（图2）的大约0%到500%之间变化。尽管厚度尺寸T在点燃垫38附接到GE本体18之后在图2中示出，在本文中所涉及的厚度尺寸T是实际上在垫附接到GE本体之前所进行的测量值。并且在一些非限制性的示例中，点燃垫38的厚度尺寸T在大约0.05mm和0.2mm之间变化；在大约0.1mm和0.16mm之间变化；或大约0.13mm；在其他示例中其他厚度范围和值是可能的。此外，距离D可在点燃垫38的厚度的大约0%到200%之间变化、可在垫的厚度的大约100%到500%之间变化、或可在垫的厚度的大约100%到200%之间变化。尽管如此，其他关系可涉及焊接件44的宽度尺寸W（图3）。在非限制性的示例中，距离D可在宽度W的大约0%到150%之间变化、可在宽度W的大约50%到150%之间变化、可在宽度W的大约50%到100%之间变化、或可在宽度W的大约100%到150%之间变化。并且在一些非限制性的示例中，焊接件44的宽度W可在大约0.14mm和0.30mm之间变化。如在本文中使用的，在范围内的值包括该范围的下限值和上限值，使得例如范围0%到500%包括值0%和500%。

现在参考图4，在另一个实施例中点燃垫38可具有金刚石定向，并且可修整GE本体18的自由端部分46。在金刚石定向中，并且从图3到图4，点燃垫38围绕其中心转动，使得第一角部48和第二角部50与GE本体18的纵向长度对齐。示例点燃垫38具有大体正方形形状并且因此，在金刚石定向中，在角部48,50之间的穿过其火花表面的其最大尺寸与GE本体18关于纵向长度弯曲到L形状的方向一致；这有助于在点燃垫38和CE点燃尖端26（如果提供一个）之间的火花间隙对齐，因为角部48,50之间的尺寸可通常大于CE点燃尖端的直径使得垫和尖端在弯曲期间可更容易重叠。此外，在金刚石定向中，点燃垫38的第一侧表面52和第二侧表面54总体引导朝着GE本体18的自由端表面42且朝着火花塞点燃端部的打开侧56（参见图1）。

GE本体18的自由端部分46在径向方向上经由切割或切断过程可以被修整或逐渐变细。修整可以经由切割刀片、激光或某些其他方式来执行。在其他实施例中，点燃垫38可具有金刚石定向而没有径向修整并且代替地具有类似图3的自由端部分。修整提供图4的自由端部分46，其具有相交在自由端角部62处的第一自由端表面58和第二自由端表面60。第一和第二自由端表面58,60可以以相对于GE本体18的长度方向的大约45度角来切割，并且从而在自由端角部62处可限定相对于彼此的大约90度角。自由端角部62在切割过程之后可保持尖的，或可被磨圆一些。

如图3的实施例，与具有缝焊的先前已知的点燃尖端相比，图4的点燃垫38的侧表面52,54更靠近相应的自由端表面58,60—并且在某些情况下恰好在相应的自由端表面58,60处。角部48,62可相似地更靠近彼此并且在某些情况下恰好位于彼此之处。这也提供上述的增强的可燃性和火焰中心增长以及更好的热管理。在该实施例中，第一距离D₁尺寸在平行的第一侧表面52和第一自由端表面58之间所取，第二距离D₂尺寸在平行的第二侧表面54和第二自由端表面60之间所取，以及第三距离D₃尺寸在第一角部48和自由端角部62之间所取。图4的距离D₁、D₂和D₃相似于图3的距离D，并且上面的距离D的测量、值以及关系的描述在此应用于距离D₁、D₂和D₃。无论它们的值或关系如何，距离D₁、D₂和D₃不必需要彼此相等，使得例如第一距离D₁可小于或等于大约0.7mm，然而第二距离D₂可在点燃垫38的厚度的大约100%到200%之间变化。此外，因为金刚石定向提供与在图3的实施例中的单个侧表面相对照的朝向打开侧56引导的两个侧表面（第一和第二52,54），所以金刚石定向可提供比图3的实施例所提供的更增强的可燃性和火焰中心增长，尽管不必总是该情况。当前相信该更大增强的一个原因是，因为火花有时更容易与表面边缘和相交处交换或由表面边缘和相交处交换，并且图4的表面边缘和相交处经由距离D₁、D₂和D₃更容易接近所注射的空气/燃料混合物。

现在参考图5，在另一个实施例中，GE本体18的自由端部分46的修整还可通过点燃垫38其本身来执行，其与图4的实施例相对照，其中点燃垫在其附接后和在其使用状态时是未修整的。在此的修整或预修整提供具有第一自由端部表面58、第二自由端部表面60和第三自由端部表面64的自由端部分46。如在下面更详细讨论的，焊接件44可位于垫的侧表面的内侧并且从而产生外侧的和大体未附接部分66。在该实施例中，修整过程通过未附接部分66的区段来执行。提供第一自由端部表面58的切割或切断物理地通过邻近第一侧表面68的未附接部分66，提供第二自由端部表面60的切割或切断物理地通过邻近第二侧表面70的未附接部分，以及提供第三自由端部表面64的切割或切断物理地通过邻近第三侧表面的未附接部分并且产生点燃垫38的新形成的第三侧表面或修整的侧表面72。表面64,72在该实施例中是平行的和齐平的，然而表面58,68和60,70是非平行的。

在修整通过未附接部分66的情况下，如先前呈现的距离D尺寸具有零值。换句话说，点燃垫38的相应侧表面和GE本体18的自由端表面是彼此齐平和对齐的，并且在某种意义上可以是相同表面的延续。例如，第一侧表面68的一部分经由修整是新形成的并且恰好在第一自由端部表面58处，并且因此距离D尺寸是零；同样地，第二侧表面70的一部分是新形成的并且恰好在第二自由端部表面60处，从而给予距离D尺寸也为零值；以及整个第三侧表面72恰好在第三自由端部表面64处并且与第三自由端部表面64对齐，从而给予距离D尺寸为零值。在图5的实施例中，修整不通过焊接件44来执行，尽管其可以这样。如以前，在该实施例中的距离D的零值提供上述的增强的可燃性和火焰中心增长以及更好的热管理。

在图3和4的实施例中修整过程还可通过未附接部分来执行，并且将然后给予距离D、D₁、D₂和D₃为零值。

现在参考图6，在另一个实施例中，GE本体18的自由端部分46的修整可通过焊接件44的区段来执行。此处修整是弓形的并且提供自由端部分46的磨圆的自由端表面74。切割或切断物理地通过焊接件44的最朝外区段并且产生点燃垫38的侧表面76。在该实施例中，尽管修整确实通过焊接件44做出，但是其大体不影响由在点燃垫38和GE本体18之间的焊接件提供的保持能力。距离D在此具有相似于先前实施例的零值，并且从而提供增强的可燃性和火焰中心增长以及更好的热管理。如图5的情况下，可以使得修整恰好在焊接件44之外产生，使得焊接件保持完全未触碰的。

现在参考图7，在另一个实施例中，点燃垫38具有大体圆形形状，并且自由端部分46在其侧面处而不是在其顶部处进行修整。如在先前的实施例中，上面的距离D的测量、值以及关系的描述在此应用于距离D₁、D₂和D₃，并且距离D₁、D₂和D₃不必需要彼此相等。并且，如在先前的实施例中，切割或切断可物理地通过点燃垫38。

返回参考图2和3，点燃垫38被提供为薄垫，在这个意义上，穿过火花表面78的其最大宽度尺寸通常是通过点燃垫的其最大轴向厚度尺寸T的若干倍或比该最大轴向厚度尺寸T更大一些。该薄垫不同于具有所谓细线结构的很多先前已知的点燃尖端构造，其中穿过线的火花表面的最大宽度尺寸（即直径）小于线的厚度尺寸（即轴向高度）。该垫的薄给予点燃垫38相对于所使用的贵重金属的总量的相对大的火花表面78，从而导致成本节约，尤其当与先前已知的细线尖端相比时。火花表面78直径面对以及相对在CE上的补充火花表面（具有或不具有分立的点燃尖端26），在火花表面78和补充火花表面之间火花在火花塞10的操作期间穿过火花间隙G来交换。

如在图3中示出的，焊接件44可以是单个连续的焊件或熔化的结合物，其定位成周向边缘P和侧表面40的完全向内侧或径向朝内，并且其大体遵循周向边缘P的形状，在该情况下是正方形。在附图中未示出的其他实施例中，焊接件44不需要定位成周向边缘P的完全向内侧并且可代替地由分立的各个焊接件（即，非连续焊接件）组成；例如，焊接件可开始和/或结束在GE本体18上周向边缘P的向外侧（即，在GE本体自身上的焊接开始和结束点），并且可以是完全跨越穿过点燃垫38和彼此纵横交错的分立的线。在图3的实施例中，由于其内侧位置和连续性，第一或内部未熔化部分80限定成焊接件44的径向朝内，并且未附接部分66限定成焊接件的径向朝外并且跨越到周向边缘P。此外，与先前之前的缝焊相比，焊接件44提供点燃垫38的改善保持和在制造的火花塞的焊接中的改善一致性。

点燃垫38优选地由贵金属材料制成并且在其焊接到GE本体18之前或之后可形成为其薄的形状。点燃垫38可由纯贵重金属或贵重金属合金制成，例如包含铂（Pt）、铱（Ir）、钌（Ru）或其组合的那些。在一些非限制性的示例中，点燃垫38由包含大约10wt%和30wt%之间的Ni和/或Ir并且余量是Pt的Pt合金，或者包含大约1wt%和10wt%之间的钨（W）并且余量是Pt的Pt合金制成；在先前Pt合金示例的任一个中，可还包括其他材料，如Ir、Ru、铑（Rh）、铼（Re）或其组合。对于点燃垫38其他材料也是可能的，包括纯Pt、纯Pr、纯Ru，列举几个示例。在焊接到GE本体18之前，点燃垫38可通过包括加热、熔化和金属加工的各种过程和步骤来产生。在一个示例中，点燃垫38由贵重金属材料的薄片或带来冲压、切割或以其他方式形成；在另一个示例中，点燃垫从贵重金属材料的线采用金刚石锯片或其他切断工具来切割或切片，其可然后被进一步变平或金属加工以改进其形状。

点燃垫38可通过多种焊接类型、技术、工艺和步骤等附接到GE本体18。所使用的确切附接方法可在考虑中尤其取决于用于点燃垫38和用于GE本体18的材料，和点燃垫的确切形状和尺寸。在一个示例中，可执行纤维激光器焊接类型和技术，以及在有或没有保护气体（例如，氩气）情况下使用Nd:YAG、CO₂、二极管、盘和混合型激光器设备以保护熔化焊接池的其他激光器焊接类型和技术。在纤维激光器示例中，纤维激光器发射相对集中的和高的能量密度束，其可产生焊接件44，也被称为锁孔（keyhole）焊接件；其他激光束也可产生合适地集中的且高的能量密度束和锁孔焊件。该束可以是非脉冲的或连续波束、脉冲束或一些其他类型。在附图的实施例中，束的进入点在火花表面78处，并且所发出的热量完全穿透通过点燃垫38的厚度T并且穿透到垂直地在表面到表面界面的下面的GE本体18中。束可以相对于火花表面78以大体正交的角度瞄准，或可以以另一非正交的角度瞄准。在具体示例中，激光焊接束具有500HZ的重复率、2ms的脉冲周期、0.7ms的脉冲宽度、35%的占空比、25mm/s的焊接速度、0.05mm的脉冲到脉冲距离、30 SCFH的气体流速以及70-100W的激光功率；当然，在其他示例中对于激光焊接束而言其他参数是可能的。

在另一个示例附接方法中，实施电阻焊接作为在激光焊接之前的初步定位焊接，或作为在没有激光焊接的情况下用于附接的单独和主要焊接。在任一情况下，并且现在参考图8，以轨道43,45形式的第一和第二突出部可从点燃垫38的底表面47突出。底表面47在组装时面向GE本体18的工作表面28。在电阻焊接工艺期间，电流通过轨道43,45而聚集，并且因此增加的热在轨道处产生。以该方式，在轨道43,45处促进电阻焊接，并且与不具有突出部的电阻焊接相比，在点燃垫38和GE本体18之间可形成更坚固的焊接。这还可抑制或完全排除点燃垫38和GE本体18之间的分隔，因为在轨道43,45处所增加的焊接温度可允许点燃垫抵靠工作表面28齐平地安设。在图8中，轨道43,45是圆形的，几何学上是线性的，并且完全跨越穿过底表面47，而这仅是一个示例。在其他示例中，突出部可以是V形的，与图8相比轨道可以是截断的，可存在多于或少于两个的突出部，和/或突出部可以简单地是把手状的突出。不管它们的形式是什么，突出部具有从实施例到实施例可改变的高度H。在具体示例中，高度H可在大约一英寸的千分之一的一半（0.0005英寸或0.0127mm）到一英尺的两个千分之一（0.002英寸或0.0508mm）之间变化，或高度H可以是点燃垫38的厚度尺寸T的一半。当然，在其他实施例中，高度H可具有其他值。此外，可清洁点燃垫38以在焊接之前从垫的外表面移除油、污垢和其他污染物；这也可有助于焊接和更坚固焊件的形成。

在该描述中呈现的任何实施例中，点燃垫38可以以如在图9中示出的多层点燃垫的形式来设置。在特定实施例中是否使用多层构造可在因素中尤其取决于选择用于点燃垫和下面电极本体的确切材料和它们在焊接和热传递性能方面的兼容性。图9的示例包括基部金属层49和贵重金属层51。基部金属层49充当向较薄贵重金属层51提供强度和刚度的背衬，并且优选地由增强初始可焊接性和随后到GE本体18的保持的材料制成。换句话说，在某些情况下，贵重金属材料与直接附接和保持到GE本体18相比可更易于附接和保持到基部金属层49的材料（例如在制造薄的多层带的情况时）。用于基部金属层49的材料的示例包括Ni合金，其可包含Cr、Fe、铝（Al）、Mn、Si和/或另一元素；并且更具体示例包括Inconel®600或601。在另一方面，贵重金属层51如先前描述的交换穿过火花间隙G的火花，并且可由在上面呈现的用于点燃垫38的纯贵重金属或贵重金属合金制成。此外，在图3-7的任何实施例中以及在此描述中详述的任何实施例中可使用图9的多层点燃垫来替换单个材料的点燃垫。

在火花塞10的制造期间，GE本体18和点燃垫38可以以不同方式来准备和组装在一起。在一个示例中，并且参考图10，在步骤100处，GE本体18在附接界面24处经由电阻焊接过程附接到金属壳体16。在附图中的示意图示出在未完成状态下并且在其弯曲到其最终L形状之前的GE本体18。在步骤200处，点燃垫38经由定位或电阻焊接初步地附接到GE本体18的自由端部分46—在该示例中点燃垫具有金刚石定向。在该步骤处，在点燃垫的侧表面和GE本体的自由端表面之间的距离D₁、D₂和D₃可能满足或可能不满足先前描述的值和关系。在步骤300处，自由端部分46经由切割或切断过程来修整。在该示例中的修整相似于关于图4描述的修整。并且在此，距离D₁、D₂和D₃满足上述的值和关系，使得点燃垫38和GE本体18提供增强的可燃性和火焰中心增长以及更好的热管理。最后在图10中，在步骤400处点燃垫38经由产生焊接件44的激光焊接更永久地附接到自由端部分46。在步骤400后，可执行弯曲和间隙过程（gapping process）以使GE本体18产生其最后的L形状。

其他准备和组装过程可具有比关于图10描述的那些具有更多、更少和/或不同的步骤。例如，激光焊接过程可在修整步骤之前执行并且—如关于图5在先前描述的—切割或切断可然后通过未附接部分66。在另一个示例中，在修整之前或之后，不需要初步附接并且代替地仅仅需要更永久的激光焊接，或可以以另一方式例如通过机械夹持来提供初步附接。在另一个示例中，不需要实施修整步骤并且点燃垫38不需要具有金刚石定向，这可产生图3的实施例。并且在另一个示例中，可省略激光焊接并且代替地电阻焊接可提供步骤400的永久附接。

可实施热测试以便观察点燃垫38和电极本体之间的保持性能。在测试中，点燃垫38和电极本体采用相似于图3的实施例的激光焊接来彼此附接，其中点燃垫是Pt30Ni。一般地，热测试使点燃垫38、电极本体以及焊接件44在相对短的时间时段中经受增加的温度，并且然后允许它们冷却到周围环境温度。该测试意味着模拟扩张和收缩热应力，其比在通常的内燃发动机的应用中所经历的那些更极端。在实施测试的示例中，试样火花塞安装在由黄铜材料制成的环管状结构中。环管结构固定到试样火花塞的壳体并且不与电极本体直接邻接；安装结构充当散热器和便利的冷却。然后可使用感应加热器以在大约20秒内将附接的点燃垫38和电极本体加热到大约1700℉。此后，点燃垫38和电极本体被允许静止冷却到大约室温或稍微高于室温。温度的该上升和下降构成单个测试周期，并且对多个试样火花塞实施热测试。平均地，试样火花塞能够持续175次以上周期而不呈现可不利地影响点燃垫38和电极本体之间的保持的显著裂纹、分离或其他情况。175次周期比对于该产品通常被视为可接受的125次周期大很多，并且鉴于这么薄的点燃垫是未预期到的。在此，测试中所持续的周期与具有比所测试的点燃垫厚很多的垫也是可比较的—这也是未预期到的。应该理解不是所有测试将产生这些确切结果，因为不同测试参数、试样、设备以及其他因素可改变测试性能的结果。

现在参考图11-14，点燃垫38的另一个实施例具有突出部90，其从点燃垫38的底侧92（图13）突出。如在下面更详细描述的，在电阻焊接过程期间电流通过突出部90聚集，并且因此在突出部90处产生增加的热。以该方式，突出部90仅经由电阻焊接并且不没有执行激光焊接以助于点燃垫38和电极本体18之间的附接，同时仍然满足产生火花塞的附接和保持需要。在由图11-14呈现的实施例中，存在单个突出部90。已经发现在某些情况下单个突出部—如在附图中的所述一个—与多个突出部相比提供更好的保持和附接能力。与例如两个或三个突出部相比，单个突出部90可提供到GE本体18中更大的移位，尽管在其他实施例中两个或三个突出部也是适合的（即，关于图8先前描述了两个突出部，并且所描述的主题在一些实施例中适用于图11-14的点燃垫38）。在未旨在由任何因果关系理论束缚的情况下，已经示出当在电阻焊接中在点燃垫38和GE本体18之间建立表面到表面接触时，电阻焊接的焊接件的形成可测量地下降并且可能完全地停止。并且因为单个突出部在电阻焊接期间需要更长的时间来建立表面到表面接触，所以其移位到GE本体18中更多并且获得在点燃垫38和GE本体18之间的改善的保持和附接。此外，单个突出部可比多个突出部将电流聚集到更大程度，其可也促进改善的保持和附接。

现在特别参考图13，突出部90具有大体圆形的楔状形状。与火花表面78相对的点燃垫38的有些变厚的材料部分组成突出部90。在图13中标号47的虚线接近图8的实施例的底表面47并且在图13中为了说明目的而描绘以更好阐明突出部90。在虚线47的上面的部分组成突出部90。在该实施例中，突出部90完全跨越穿过在点燃垫38的所有侧面上的底侧92。突出部90具有顶部94，其在点燃垫38的第一侧面96和点燃垫38的第二侧面98之间跨越。如在图13中可能最佳地示出的，顶部94是突出部90最高的部分（此处使用的“最高的”参考在图13中的点燃垫的定向；相反地在图12中顶部94是突出部90的最低的部分）。顶部94是在火花表面78和底侧92之间测量的点燃垫38的最厚的区段。从顶部94，突出部90朝着点燃垫38的第三侧面100在厚度上逐渐变细并且朝着点燃垫38的第四侧面102在厚度上逐渐变细。第一斜表面104从顶部94并且到第三侧面100连续地倾斜，并且第二斜表面106从顶部94并且到第四侧面102连续地倾斜。在其他实施例中，突出部90可具有与在图11-14中示出的那些不同的设计和构造；例如，突出部90可具有更尖的楔状形状使得其在截面轮廓中类似V形状，和/或突出部90不需要完全跨越穿过底侧92并且代替地其斜表面104,106和/或其顶部94可未到达点燃垫的侧面。

在图11-14的实施例中，点燃垫38优选地由包含至少25wt.%的Ni，并且更优选地包含大约65wt.%和大约75wt.%之间的量的Pt和大约25wt.%和大约35wt.%之间的量的Ni的Pt基合金材料制成。仍更优选地，图11-14的点燃垫38可由包含大约70wt.% Pt和大约30wt.%Ni的Pt基合金材料制成（即，Pt30Ni）。还有其他实施例可包括包含其他元素的Pt基合金材料，例如下面中的一个或多个：钨（W）、钯（Pd）、铑（Rh）、铱（Ir）和/或铼（Re）。总体地，铂比镍具有更大的费用，并且当投入到火花塞使用时比镍呈现更长的耐用性和耐腐蚀。希望的是减少在火花塞尖端中铂的量以节约成本，并且又不损害耐用性和火花性能。在这方面，已经示出点燃垫的相对大的火花表面78—最可能由于在使用期间可用于交换火花的更大程度的表面面积—增强点燃垫38的总体耐用性。由于增强的耐用性，可提供减少量的铂和更大量的镍（例如，Pt30Ni）而在火花性能方面没有观察到明显损失或根本没有损失。换句话说，更大程度的表面面积对减少的铂和可能在其他方面发生的伴随的损害的耐用性作出解释。保持合适的火花性能并且可实现成本节约。在其他实施例中，图11-14的点燃垫38仍可具有关于图9描述的多层构造；在这些实施例中，基部金属层将由先前描述的Ni基合金组成，并且贵重金属层将由在本段中的上述Pt基合金材料组成。

而且，增加量的镍允许仅仅电阻焊接的性能而不没有激光焊接，以附接点燃垫38和GE本体18。如先前提及的，突出部90也有助于放气激光焊接的能力。从尝试附接和保持方面移除激光焊接增加制造效率并且节省成本。增加量的镍在可焊接性和保持方面改善点燃垫38和GE本体18的材料之间的兼容性。如先前描述的，GE本体18通常由Ni合金材料（例如Inconel®600或601）制成。由于点燃垫38和GE本体18的材料呈现它们相应热膨胀系数之间的较小的差异并且在使用期间相对于彼此扩张和收缩到更小的程度，所以改善了保持。

用于附接点燃垫38和GE本体18的电阻焊接过程可涉及第一初步电阻焊接（有时被称为定位焊接）以及第二和随后永久的电阻焊接。电阻焊接过程可仍仅涉及单个电阻焊接。图14描绘可用于执行电阻焊接过程的焊接杆108的示意图。当然，在电阻焊接过程中可使用其他设备，例如定位在GE本体18的相对侧面上并且与焊接杆108相对的电阻焊接电极或另一个焊接杆。如在图14中示出的，焊接杆108具有带有面向表面112的板110，该面向表面112在电阻焊接过程期间面对和接触点燃垫38的火花表面78。在电阻焊接过程开始时，点燃垫38定位成抵靠GE本体18的工作表面28，其中底侧92和突出部90邻接工作表面28。由于顶部94是突出部90的最低的部分，所以顶部94与工作表面28产生线到表面接触。尽管工作表面28在图11、12和14中示出为具有凹陷部114，但是在电流通过工作表面28之前是平面的且不具有任何凹陷部，并且因此可产生线到表面接触。线到表面接触可能是在电阻焊接过程中在该点处在点燃垫38和GE本体18之间形成的仅有的邻接。

一旦就位，电流可被开始并且从焊接杆108经过并且通过点燃垫38。同时，焊接杆108可施加抵靠点燃垫38的压力。随着GE本体18的材料开始变软，点燃垫38下沉到工作表面28中和到GE本体18中。形成凹陷部114并且在点燃垫38和其突出部90以及GE本体18和现在形成的凹陷部114之间建立表面到表面接触。如先前提及的，凹陷部114不是预先形成的并且代替地是在电阻焊接过程期间建立的。因为突出部90形成凹陷部114，所以突出部90和凹陷部114的形状彼此紧密互补，如在图11、12和14中示出的。

在点燃垫38下压并且下沉到GE本体18中时，熔化的材料从点燃垫38和GE本体18之间移位并且使其路线朝向点燃垫38的周向边缘P。如在图14中示出的，移位材料与板110的面向表面112邻接，并且其运动因此部分地由此限定。移位材料可完全地围绕点燃垫38的周向边缘P，或经由遵循第一和第二斜表面104,106的路径可大部分位于第三和第四侧面100,102处。一旦固化，移位材料建立电阻焊接排出物116。电阻焊接排出物116可由来自GE本体18和点燃垫38两者的材料的混合物组成，并且可大部分由镍材料组成。如可能由图12最佳地示出的，电阻焊接排出物116的最上和暴露表面118与点燃垫38的火花表面78一致。确实，在相关联的火花塞的使用期间，表面118交换火花并且因此也组成点燃垫38的火花表面。此外，因为电阻焊接排出物116可主要地由镍材料组成，所以其可经由上述的修整过程比包含更大量的贵重金属材料的材料更容易切断。最后，一旦完成电阻焊接过程，在GE本体18内和点燃垫38的下面形成热影响区120。热影响区120是在电阻焊接过程期间材料部分地或更多熔化的结果。如在图12中示出的，热影响区120可大体限定在点燃垫38和电阻焊接排出物116之间的界面边界内。

理解的是上文是本发明的一个或多个优选的示例性实施例的描述。本发明不限制为在本文公开的（多个）特定实施例，而是仅由所附的权利要求书限定。此外，包含在上面描述内的陈述关于特定实施例并且不被解释为对本发明的范围或在权利要求书中所使用的术语的定义的限制，除了在上面明确限定术语或短语以外。所公开的（多个）实施例的各种其他实施例和各种改变与修改对本领域技术人员将变得明显的。所有这些其他实施例、改变以及修改旨在在所附的权利要求书的范围内。

如在该说明书和权利要求书中所使用的，术语“例如（for example）”、“例如（e.g.）”、“例如（for instance）”、“诸如”以及“如”和动词“包括（comprising）”、“具有”、“包括（including）”以及它们其他动词形式，在与一系列的一个或多个部件或其他项目一起使用时，每个均被解释为开放式的，意味着该系列不被认为为排出其他、额外的部件或项目。将使用它们最广泛的合理意思来解释其他术语，除非它们使用在需要不同解释的上下文中。

Claims (13)

1.一种火花塞，其包括：

壳体，其具有轴向孔；

绝缘体，其具有轴向孔并且至少部分地布置在所述壳体的所述轴向孔内；

中心电极，其至少部分地布置在所述绝缘体的所述轴向孔内；

接地电极，其附接到所述壳体并且由镍基合金材料组成；以及

点燃垫，其附接到所述接地电极并且由包含至少25wt.%的镍的铂基合金材料组成，所述点燃垫具有从所述点燃垫的底侧突出的突出部，所述突出部在电阻焊接过程期间聚集通过其的电流，其中，在所述点燃垫和所述接地电极之间的附接件包括电阻焊接焊接件并且没有激光焊接焊接件，所述突出部有助于在所述点燃垫和所述接地电极的镍基合金材料之间的附接件中激光焊接焊接件的缺失，其中所述电阻焊接焊接件包括电阻焊接排出物，其定位成至少部分地围绕所述点燃垫的周向边缘（P），所述电阻焊接排出物具有与所述点燃垫的火花表面大体一致的顶表面，其中所述电阻焊接排出物大部分由镍材料组成。

2.如权利要求1所述的火花塞，其中，所述点燃垫的所述铂基合金材料包括从25wt.%到35wt.%的首末值包含在内的镍，和从65wt.%到75wt.%的首末值包含在内的铂。

3.如权利要求2所述的火花塞，其中，所述点燃垫的所述铂基合金材料包括30wt.%的镍和70wt.%的铂。

4.如权利要求1所述的火花塞，其中，所述点燃垫的所述铂基合金材料还包括从由钨（W）、钯（Pd）、铑（Rh）、铱（Ir）或铼（Re）组成的组选择的至少一个元素。

5.如权利要求1所述的火花塞，其中，所述突出部是单个突出部，其跨越穿过在所述点燃垫的第一侧面和所述点燃垫的第二侧面之间的底侧。

6.如权利要求5所述的火花塞，其中，所述突出部具有顶部，所述顶部跨越穿过在所述点燃垫的第三侧面和所述点燃垫的第四侧面之间的侧表面，所述突出部从所述顶部朝着所述点燃垫的所述第一侧面在厚度上逐渐变细，所述突出部从所述顶部朝着所述点燃垫的所述第二侧面在厚度上逐渐变细。

7.如权利要求1所述的火花塞，还包括定位在所述接地电极中的热影响区，所述热影响区起因于所述电阻焊接过程，并且所述热影响区大部分地位于所述点燃垫的下面并且总体限定在所述点燃垫和所述电阻焊接排出物之间的界面边界内。

8.如权利要求1所述的火花塞，其中，所述点燃垫是薄垫，所述点燃垫具有比其最大厚度尺寸（T）大至少若干倍的穿过其火花表面的最大宽度尺寸。

9.如权利要求1所述的火花塞，其中，所述点燃垫是具有基部金属层和贵重金属层的多层点燃垫，所述基部金属层由镍基合金材料组成并且经由所述电阻焊接焊接件附接到所述接地电极，并且所述贵重金属层由包含至少25wt.%的镍的铂基合金材料组成。

10.如权利要求1所述的火花塞，其中，所述突出部包括从所述点燃垫的所述底侧突出的多个突出部，所述突出部在所述电阻焊接过程期间聚集通过其的电流。

11.一种准备接地电极和点燃垫组装的方法，所述方法包括步骤：

将点燃垫定位在接地电极上，所述点燃垫具有从所述点燃垫的底侧突出的突出部，所述突出部与所述接地电极产生线到表面接触；

使电流通过在所述突出部和所述接地电极之间的所述线到表面接触，同时将所述点燃垫和所述接地电极按压在一起，所述点燃垫在通过电流期间至少部分地下沉到所述接地电极中并且在所述突出部和所述接地电极之间产生表面到表面接触，所述点燃垫此后附接到所述接地电极并且建立所述接地电极和点燃垫组装；以及

抵靠所述点燃垫的火花表面按压电阻焊接杆以便使电流通过在所述突出部和所述接地电极之间的所述线到表面接触，并且其中，当所述点燃垫至少部分地下沉到所述接地电极中时，材料从其之间移位并且到所述点燃垫的周向边缘（P）以形成电阻焊接排出物，所述电阻焊接排出物具有与所述点燃垫的火花表面大体一致的顶表面，其中所述电阻焊接排出物大部分由镍材料组成。

12.如权利要求11所述的方法，其中，在所述突出部和所述接地电极之间形成的所述线到表面接触在所述点燃垫定位在所述接地电极上时并且在使电流开始时构成在所述点燃垫和所述接地电极之间形成的单独接触。

13.一种火花塞，其包括：

壳体，其具有轴向孔；

绝缘体，其具有轴向孔并且至少部分地布置在所述壳体的所述轴向孔内；

中心电极，其至少部分地布置在所述绝缘体的所述轴向孔内；

接地电极，其附接到所述壳体；

点燃垫，其附接到所述接地电极，所述点燃垫具有从所述点燃垫的底侧突出的单个突出部，所述单个突出部完全跨越穿过所述底侧到所述点燃垫的所有侧面并且在所述点燃垫和接地电极之间附接时被接收在所述接地电极的凹陷部中，所述点燃垫具有第一火花表面，其在所述火花塞的使用期间交换火花；以及

电阻焊接排出物，其至少部分地围绕所述点燃垫的周向边缘（P），所述电阻焊接排出物具有与所述点燃垫的所述第一火花表面大体一致的第二火花表面，所述第二火花表面在所述火花塞的使用期间交换火花。