CN107005029A - 具有中心电极的火花塞 - Google Patents

Abstract

火花塞（1），所述火花塞具有壳体（2）、布置在所述壳体（2）中的绝缘部（3）、布置在所述绝缘部（3）中的中心电极（10）以及布置在所述壳体（2）上的接地电极（5），其中所述接地电极（5）和所述中心电极（10）以下述方式相对于彼此来布置：使得所述接地电极（5）和所述中心电极（10）构成点火间隙，并且其中所述中心电极（10）以中心电极头（4）安放在构造在所述绝缘部（3）的内侧面上的支座（3a）上，并且其中所述中心电极（10）具有电极基体（11）和布置在所述电极基体（11）中的芯子（12），其中所述芯子（12）由下述材料构成，所述材料拥有比所述电极基体（11）的材料更高的导热率，其中所述电极基体（11）具有不大于1.7mm的直径（d_E）。

Description

具有中心电极的火花塞

技术领域

本发明涉及一种按独立权利要求的前序部分所述的火花塞。

背景技术

由于越来越多地减小马达室中的结构空间，在马达室中对于各个组件、像比如火花塞来说较少的空间可供使用并且必须缩小所述马达室中的组件。由于所述组件的所谓的小型化（Downsizing）的趋势，在设计所述组件和火花塞时出现新的挑战。

由于所述火花塞及其组件的小型化，所述火花塞及其各个组件上的热负荷、电负荷和机械负荷提高。同时，所述火花塞应该具有与以往的未经受小型化的火花塞同样良好的点火可靠性和同样长的使用寿命。

发明内容

使绝缘部和中心电极与由于所述小型化而产生的新的要求相匹配是一种挑战。与金属的组件相比，所述绝缘部由于其陶瓷性质在机械负荷和电负荷方面是所述火花塞中比较敏感的组件。

本申请人的研究已经表明，火花塞具有壳体、布置在所述壳体中的绝缘部、布置在所述绝缘部中的中心电极以及布置在所述壳体上的接地电极，其中所述接地电极和所述中心电极以下述方式相对于彼此来布置：使得所述接地电极和所述中心电极构成点火间隙，并且其中所述中心电极以中心电极头安放在构造在所述绝缘部的内侧面上的支座上，并且其中所述中心电极具有电极基体和布置在所述电极基体中的芯子，其中所述芯子由下述材料构成，该材料拥有比所述电极基体的材料更高的导热率；对于所述火花塞来说，为了保证所述绝缘部的机械稳定性及电稳定性而不应该低于最小的壁厚。在此需要实现一方面所述绝缘部的稳定性和散热与另一方面所述火花塞总体上的散热及所述火花塞的使用寿命之间的最优适配。

本发明的任务是提供一种火花塞，该火花塞能够满足开头所提到的要求。

该任务由所述按本发明的火花塞通过权利要求1的特征部分得到解决。

所述中心电极构造为电极基体，该电极基体具有由下述材料构成的芯子，所述材料具有比所述电极基体的材料更高的导热率，并且所述电极基体具有不大于1.7mm的直径；通过前述方案按照本发明来实现：具有这种中心电极的火花塞满足上面所提到的要求。所述绝缘部能够设有足够的壁厚，由此所述火花塞在运行时经得住热负荷、机械负荷和电负荷。

所述中心电极或者所述电极基体能够具有直径不同的区域。所提到的用于所述电极基体的直径的极限相应地涉及在忽略不计电极头的情况下所述电极基体的最大直径。所述电极头构造在所述中心电极的背向燃烧室的端部上。对于所述火花塞来说，所述电极头安放在构造在所述绝缘部的内侧面上的支座上。所述电极头从构造在绝缘部-内侧面的支座一直延伸到所述中心电极的背向燃烧室的端部。如果所述电极基体的横截面的几何形状有别于圆形的形状，那么所述直径就涉及所述电极基体的横截面的非圆形的几何形状的外接圆。

在一种优选的改进方案中，所述电极基体的直径不大于1.5mm。

另外的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

作为替代方案或者补充方案也能够规定，所述电极基体的直径不小于1mm，以便所述中心电极本身的稳定性没有受到危害。优选所述电极基体应该具有这种最低直径，以便所述电极基体的横截面对于沿着所述中心电极的足够的散热来说足够大，使得所述绝缘部在其燃烧室侧的端部上除了从所述燃烧室中吸收的热之外没有额外地用由所述中心电极所吸收的热来加载。理想地，从所述燃烧室吸收的热在所述中心电极的内部被传导到进一步远离所述燃烧室的并且由此更冷的区域中。

所述壳体和所述中心电极处于不同的电位上。在构造在所述在绝缘部上的支座的区域中，所述中心电极和所述壳体由于结构原因而彼此间具有其最小的间距。由此所述绝缘部的这个区域非常容易受电击穿的影响。为了防止所述绝缘部上的该电击穿，已经证实有利的是，所述绝缘部在构造在其内侧面上的支座的区域中具有不小于2mm的壁厚。作为补充方案或者替代方案能够规定，所述绝缘部的将电极头包围的区域具有不小于2mm的壁厚。由此实现：所述绝缘部具有足够大的壁厚，以用于经得住构造在所述在绝缘部上的支座的区域中出现的高的电场以及由此引起的电击穿。

有利的是，所述电极基体的芯子由下述材料构成，该材料具有比所述电极基体的材料更高的导热率。由此有利于在所述电极基体的内部进行导热。所述芯子的材料优选在室温下具有至少350W/mK的导热率。作为补充方案或者替代方案能够规定，在室温下所述芯子的材料的导热率比所述电极基体的材料的导热率大了至少300W/mK。

所述电极基体比如具有含镍的合金。优选所述合金包含至少20%（重量）的铬、尤其至少25%（重量）的铬。对于一种备选的镍合金来说，该镍合金作为替代方案或者补充方案而包含钇。所述芯子比如由铜或者银或者具有铜和/或银的合金构成。本申请人的研究表明，比如所述电极基体中的含铜的芯子将所述电极基体的朝向燃烧室的端部上的温度降低了50-80K。

本申请人的进一步研究表明，为实现足够好的散热、也就是说为了所述中心电极的内部的热降低，所述芯子的横截面在至少一个第一区域中不小于所述电极基体或者所述中心电极的横截面的20%，其中在所述至少一个第一区域中所述电极基体和所述芯子分别具有恒定的直径。所述电极基体的横截面由所述芯子的横截面与所述壳层的横截面所组成。

优选所述至少一个第一区域为筒柱状。所述至少一个第一区域优选沿着所述中心电极的纵轴线具有下述长度，该长度等于或者长于所述电极基体在这个第一区域中的直径，尤其所述至少一个第一区域的长度至少是所述电极基体的直径的1.5倍长。

作为补充方案或者替代方案能够规定，所述芯子的横截面最大相当于所述电极基体或者所述中心电极的整个横截面的65%。由此保证所述中心电极具有足够大的壳层厚度。

有利的是，所述电极基体由比所述芯子更耐磨的材料构成，使得优选所述电极基体必须具有最小的壳层厚度，以便所述中心电极具有足够长的使用寿命、比如至少50000km。

已经证实有利的是，所述电极基体具有不小于0.15mm、尤其不小于0.25mm的最小的壳层厚度。作为补充方案或者替代方案能够规定，所述壳层厚度在所述至少一个第一区域中不大于0.35mm，所述至少一个第一区域具有恒定直径的芯子和电极基体。

在本发明的一种优选的改进方案中，所述中心电极在其燃烧室侧的端面上具有含贵金属的点火面，所述点火面具有比所述电极基体材料更高的耐磨性。从所述点火面直至所述芯子的间距b拥有处于0.2mm到2mm的范围内的数值。

在本发明的一种替代的改进方案中，所述中心电极没有点火面。在这种情况下，从所述电极基体的燃烧室侧的端面到所述芯子的燃烧室侧的端部的间距b至少为0.6mm长，以用于保证所述中心电极的足够长的使用寿命。所述间距b优选拥有不小于1mm并且尤其不大于3.5mm的数值。

有利地规定，所述芯子的横截面和所述电极基体的横截面具有相同的几何形状，其中尤其所述芯子在横断面之内居中地布置在所述电极基体中。由此实现：所述电极基体在所述横断面之内具有均匀的壳层厚度。

具有所述壳体的降低了的外直径的火花塞在本申请的意义上是下述火花塞，所述火花塞的螺纹具有小于14mm的外直径、比如所谓的M12-火花塞或者M10-火花塞。

附图说明

图1示出了两种用于中心电极的示例；

图2示出了中心电极的剖面；并且

图3示出了按本发明的具有中心电极的火花塞。

具体实施方式

图1示出了用于所述中心电极10的两种示范性的实施方式的示意图。所述中心电极10具有电极基体11和芯子12，所述芯子布置在所述电极基体12的内部。所述芯子11由下述材料构成，该材料具有比所述电极基体11的材料更高的导热率。典型地，所述电极基体11的材料拥有比所述芯子12的材料更高的耐磨性。所述芯子12由铜、银或者具有铜和/或银的合金构成。作为用于所述电极基体11的材料，优选使用镍合金，在此在所述合金中能够包含铬和/或钇。

由于制造方法、这里是冲挤方法，在这里以剖面示出的中心电极10的芯子具有至少一个第一区段15a，在该第一区段中所述芯子12具有比较恒定的直径d_K。用“比较恒定”这个概念在本申请的意义上是指，所述直径d_K在所述区段中最大以5%的幅度改变其数值。

在第二区段14a之内，所述芯子12的直径d_K减小。所述至少一个第一区段15a布置在所述中心电极10的背向燃烧室的侧面上，其中在这里未示出的电极头4紧挨着所述第一区段15的背向燃烧室的端部来构造。朝所述燃烧室的方向，所述第二区段14a与所述至少一个第一区段15a毗邻。原则上能够考虑，所述芯子12具有多个拥有恒定的直径d_K的第一区段15a，其中各个第一区段15a的直径d_K是不同的。这种情况尤其会出现，如果所述中心电极10或者所述电极基体11本身具有多个拥有不同的直径d_E的区域。在存在所述芯子的多个第一区段15a的情况下，离燃烧室最近的区段是具有芯子12的连续地减小的直径d_K的第二区段14a。

在图1中示出的中心电极10由电极基体11构成，该电极基体沿着其长度具有恒定的直径d_E并且由此所述中心电极10也具有恒定的直径d_E。对于所述电极基体11来说，能够区分至少三个区域13、14、15。在第一区域15中，所述电极基体11具有拥有恒定的直径d_K的芯子12。在第二区域14a中，所述电极基体11具有拥有连续地减小的直径d_K的芯子12。在第三区域13中，所述电极基体11没有芯子。

所述电极基体11的壳层的厚度c由电极基体-直径d_E相对于芯子-直径d_K的一半的差值得出。如果所述电极基体11在所述第一区域15中具有恒定的直径d_E1，那么所述壳层厚度c在这个第一区域15中是恒定的。有利地规定，在这个第一区域15中所述电极基体11的壳层厚度c不小于0.15mm并且不大于0.35mm，比如所述壳层厚度c等于或者小于0.25mm。

在所述第二区域14中，所述电极基体11能够具有恒定的直径d_E2，其中在这种情况下所述壳层厚度c在所述区域14之内朝所述燃烧室的方向增大。所述壳层厚度c在所述区域14中至少为0.15mm厚。

在一种替代的在这里未示出的实施方式中，所述电极基体11的直径d_E2在所述第二区域14中同样减小。在这种情况下，对于所述壳层厚度c来说适用的是：所述壳层厚度优选处于0.15mm到0.35mm的范围内。能够规定，所述电极基体11的直径d_E2以与所述芯子12的直径d_K相同的比率变化。这具有以下优点：所述壳层厚度c在所述第二区域14中保持恒定。

在所述电极基体11的第三区域13中没有芯子，并且由此所述壳层厚度c相当于所述电极基体11的一半的直径d_E3。所述第三区域13优选具有恒定的直径d_E3，所述直径相当于所述第二区域14在过渡到所述第三区域13处的直径d_E2。

所述电极基体11的第三区域13具有长度b，该长度从所述芯子12的燃烧室侧的端部17一直延伸到所述电极基体11的燃烧室侧的端面16。所述长度b不大于3.5mm。如果所述中心电极10设有含贵金属的点火面19，那么所述长度b能够比没有含贵金属的点火面19更短，如在图1b中所示出的那样。如果放弃含贵金属的点火面19，如在图1a中所示出的那样，那么所述长度b就会具有0.6mm的最低长度，以便所述贵金属基体12具有足够的材料以用于所述中心电极10的足够长的使用寿命。在使用含贵金属的点火面19时，至少0.2mm的长度b足以用于所述中心电极10的足够长的使用寿命。

图2示出了一种用于所述中心电极10的横截面的示例。所述中心电极10的和所述电极基体11的直径d_E小于1.7mm。在所述中心电极10的或者所述电极基体11的横截面中居中地布置了所述芯子12的横截面。所述电极基体11的壳层的厚度c由所述电极基体-直径d_E相对于所述芯子-直径d_K的一半的差值得出。有利的是，所述电极基体11的和所述芯子12的横截面拥有相同的几何形状。

图3示出了具有按本发明的中心电极10的火花塞1的示意图。所述火花塞1具有金属的壳体2，该壳体则拥有用于将所述火花塞1安装在汽缸头中的螺纹。此外，所述壳体具有六角区段9，在该六角区段上置放用于将所述火花塞1安装到汽缸头中的工具。在所述壳体2的内部布置了绝缘部3。中心电极10和连接销钉7布置在所述绝缘部3的内部并且通过电阻元件6进行了电连接。

在所述绝缘部3的内侧面上构造了支座（3a），所述中心电极（10）以其中心电极头（4）安放在该支座上。所述绝缘部（3）在所述支座（3a）的区域中拥有不小于2mm的壁厚。

典型地，所述中心电极10在所述火花塞1的燃烧室侧的端部上从所述绝缘部3伸出来。所述中心电极具有基体10和布置在所述基体的燃烧室侧的端部上的点火面19。所述基体10拥有芯子12，该芯子被壳层11所包围。

在所述壳体2的燃烧室侧的端部上布置了接地电极5。该接地电极与所述中心电极10一起形成点火间隙。所述接地电极5能够构造为顶部电极、侧电极或者弓形电极（Bügelelektrode）。

Claims (10)

1.火花塞（1），所述火花塞具有壳体（2）、布置在所述壳体（2）中的绝缘部（3）、布置在所述绝缘部（3）中的中心电极（10）以及布置在所述壳体（2）上的接地电极（5），其中所述接地电极（5）和所述中心电极（10）以下述方式相对于彼此来布置：使得所述接地电极（5）和所述中心电极（10）构成点火间隙，并且其中所述中心电极（10）以电极头（4）安放在于构造在所述绝缘部（3）的内侧面上的支座（3a）上，并且其中所述中心电极（10）具有电极基体（11）和布置在所述电极基体（11）中的芯子（12），其中所述芯子（12）由下述材料构成，所述材料拥有比所述电极基体（11）的材料更高的导热率，其特征在于，所述电极基体（11）具有不大于1.7mm的直径（d_E）。

2.按权利要求1所述的火花塞（1），其特征在于，所述绝缘部（3）在构造在其内侧面上的支座（3a）的区域中具有不小于2mm的壁厚。

3.按权利要求1或2所述的火花塞（1），其特征在于，所述中心电极（10）具有至少一个第一区域（15），在所述第一区域中所述电极基体（11）和所述芯子（12）分别具有恒定的直径。

4.按权利要求3所述的火花塞（1），其特征在于，在所述至少一个第一区域（15）中，所述芯子（12）的横截面至少相当于所述电极（10）的整个横截面的20%。

5.按权利要求3或4所述的火花塞（1），其特征在于，在所述至少一个第一区域（15）中，所述芯子（12）的横截面最大相当于所述电极（10）的整个横截面的65%。

6.按权利要求3到5中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，所述电极基体（11）尤其在所述至少一个第一区域（15）中具有至少0.15mm并且尤其最大0.35mm的壳层厚度c。

7.按前述权利要求中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，在所述电极基体（11）的燃烧室侧的端部（16）上，所述电极基体（11）的端部（16）与所述芯子（12）的朝向燃烧室的端部（17）之间的间距b不大于3.5mm并且尤其不小于0.2mm。

8.按权利要求3到7中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，所述至少一个第一区域（15）长于所述电极基体（11）的直径。

9.按前述权利要求中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，所述芯子（12）的横截面和所述电极基体（11）的横截面具有相同的形状。

10.按前述权利要求中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，所述电极基体（11）具有含镍的合金，尤其所述合金具有至少20%（重量）的铬。