CN107210586A - 具有拥有小截面的地电极的火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火花塞（1），所述火花塞具有壳体（2）、布置在所述壳体（2）中的绝缘体（3）、布置在所述绝缘体（3）中的中心电极（5）以及布置在所述壳体（2）上的地电极（10），其中所述地电极（10）和所述中心电极（5）如此相对于彼此布置，使得所述地电极（10）和所述中心电极（5）构成点火间隙，并且其中所述地电极（10）具有芯子（12）和将所述芯子（12）包围的壳套（11），其中所述芯子（12）由具有比所述壳套（11）的材料高的导热性的材料所构成，并且其中所述地电极（10）的横截面不大于2.76mm²，其中所述壳套（11）在所述地电极（10）的第一区域（15）中具有不大于0.4mm的壁厚c。

Description

具有拥有小截面的地电极的火花塞

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构件的小型化，所述火花塞及其各个构件上的热负荷、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可靠性和同样长的使用寿命。

由于所述小型化，也必须改变所述壳体。这引起以下结果：所述壳体的正面——在该正面上布置了地电极——变得更窄。这意味着，对于所述地电极来说所述正面的更小的宽度供焊接所用。所述地电极的尺寸必须与这个减小的空间相匹配。同时所述地电极也必须在内燃机中的火花塞运行时经得住机械负荷、热负荷、化学负荷和电负荷，以便所述火花塞显示出与未经受小型化的火花塞类似良好的点火可靠性和使用寿命。

发明内容

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。

该任务由按本发明的火花塞通过权利要求1的特征部分得到解决。

按本发明来规定，所述地电极具有芯子，该芯子被壳套所包围，其中所述地电极的横截面不大于2.76mm²，并且其中所述地电极具有第一区域，在该第一区域中所述壳套具有不大于0.4mm的壁厚c。由此保证，所述芯子在所述地电极的这个第一区域中在所述地电极中占有足够大的空间，使得所述地电极在火花塞运行期间经得住热负荷。

上面所提到的、用于所述地电极的横截面的极限涉及其最大的横截面。比如所述地电极能够具有多个拥有不同的横截面的区域。所述横截面的数值以优选的方式在所述地电极的整个长度范围内是恒定的，其中在本申请的意义上用“恒定的”是指：所述数值以不大于5%的幅度变化。

本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

尤其能够规定，所述地电极的横截面不大于2.64mm²或者以特别优选的方式不大于2.3mm²。

所述壳套有利地由比所述芯子更加耐磨的材料构成。所述芯子由具有比所述壳套的材料高的导热性的材料所构成。所述芯子的材料在室温下优选具有至少350W/mK的导热性。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性比所述壳套的材料的导热性大了至少300W/mK。比如所述芯子由铜、银或者具有铜和/或银的合金所构成。所述壳套比如由含镍的合金所构成。所述Ni合金比如能够包含至少20%（重量）的铬、尤其是25%（重量）的铬。作为补充方案或者替代方案，所述含镍的合金也能够包含钇。

已经证实有利的是，所述壳套和所述芯子在所述地电极的第一区域中分别具有恒定的横截面。在此，在所述第一区域中，优选所述芯子的横截面至少相当于所述地电极的整个横截面的20%。所述地电极的横截面是由所述壳套的横截面和所述芯子的横截面所构成的总和。通过遵守用于所述芯子的横截面的下极限这种方式来保证，所述地电极内部的、从该地电极的背向壳体的端部直至该地电极的布置在火花塞壳体上的端部的导热足够大，以便在火花塞运行时在内燃机中所吸收的热在所述地电极的背向壳体的端部上足够快地被排放给与气缸头处于热接触之中的壳体，因而所述地电极相对于在所述火花塞运行时所产生的热负荷和机械负荷以及化学负荷具有足够高的耐受性。

优选规定，所述地电极的壳套尤其是沿着所述地电极的整个长度具有不小于0.15mm的壁厚c，由此所述地电极的芯子相对于在所述火花塞运行时所出现的燃烧室气体足够好地得到了保护。

作为补充方案或者替代方案，为了实现上面所提到的优点而能够规定，在所述第一区域中，所述芯子的横截面最大相当于所述地电极的整个横截面的65%。

优选的是，所述第一区域优选构造在所述地电极的下述端部上，该端部相当于所述地电极的、布置在火花塞的壳体上的端部。由此获得所述地电极与所述壳体之间的良好的热接触。

在本发明的一种有利的改进方案中，所述地电极的背向壳体的端部相对于所述地电极中的芯子具有间距b 。优选所述间距b不大于4mm，并且尤其是不小于0.2mm。在所述地电极的背向壳体的端部上使用点火面时，优选的是，所述间距b处于0.2mm到2mm的范围内，以便良好地导热的芯子相对于所述点火面具有不太大的间距。所述点火面典型地包含贵金属或者贵金属合金并且因此具有比所述壳套材料高的耐磨性。

如果放弃点火面，那么已经证实有利的是，所述间距b至少为2mm并且最大为4mm。由此，在所述地电极的构成点火火花的区域中有足够的由壳套材料构成的空间，以便所述地电极足够长时间地经得住在所述火花塞的运行中所产生的热负荷和化学负荷。“足够长时间”意味着所述火花塞的超过至少50 000km的运行。

能够为所述地电极的横截面分配高度和宽度。在此，所述宽度x_E和所述高度y_E相当于所述横截面的、两个彼此垂直的伸展部。用宽度x_E来表示更长的伸展部并且用高度y_E来表示所述横截面的、垂直于所述宽度的伸展部。对于矩形的截面来说，所述横截面的宽度x_E和高度y_E相当于所述矩形的横截面的边的长度。所述截面的高度y_E优选不大于1.2mm，并且尤其是不小于0.8mm，尤其是不大于1mm。所述地电极的横截面的宽度x_E比如不大于2.3mm，尤其是不大于2.2mm或者甚至不大于1.9mm，并且尤其是不小于1.6mm。

与所述地电极的横截面的高度y_E和宽度x_E相类似，也为所述芯子分配了高度y_K和宽度x_K。

优选所述第一区域为柱筒状。所述第一区域优选具有垂直于所述横截面的长度，该长度等于或者长于所述地电极的横截面的高度y_E。尤其所述第一区域的长度是所述地电极的横截面的高度y_E的至少1.5倍长。

所述芯子和地电极的横截面有利地具有相同的形状。由此实现这一点：所述地电极在这个第一区域中具有拥有恒定的厚度的壳套。

所述地电极能够构造为顶盖式电极、侧电极或者弓形电极。

附图说明

附图中：

图1示出了用于按本发明的地电极的实施例；

图2示出了所述按本发明的地电极的截面；

图3示出了弯曲的按本发明的地电极的剖面；并且

图4示出了具有按本发明的地电极的火花塞。

具体实施方式

图1示出了用于所述按本发明的地电极10的、两种示范性的实施方式的示意图。所述地电极10具有芯子12和将所述芯子12包围的壳套11。所述芯子12由具有比所述壳套11的材料高的导热性的材料所构成。典型地，所述壳套11的材料具有比所述芯子12的材料高的耐磨性。所述芯子12由铜、银和具有铜和/或银的合金所构成。作为用于所述壳套11的材料优选使用Ni合金，在此在所述合金中能够包含铬和/或钇。

由于制造方法、这里是冲挤法，在这里以剖面示出的地电极10的芯子12具有至少一个第一区段15a，在所述第一区段中所述芯子12具有比较恒定的尺寸（x_K、y_K）并且与此相关联具有比较恒定的横截面。用“比较恒定”这个概念在本申请的意义上是指，所述尺寸或者所述横截面最大以5%的幅度改变其数值。

在第二区段14a的内部，所述芯子12的尺寸（x_K、y_K）和横截面减小。所述至少一个第一区段15a布置在所述地电极10的背向燃烧室的侧面，比如在下述侧面上，所述地电极以这个侧面布置在所述火花塞壳体2上。沿着所述地电极10的、在使用所述地电极时在火花塞中伸到燃烧室中的端部的方向，所述芯子12的第二区段14a与所述芯子12的至少一个第一区段15a毗连。原则上能够考虑，所述芯子12具有多个拥有恒定的横截面的第一区段15a，其中各个第一区段15a的尺寸（x_K、y_K）和横截面是不同的。尤其出现这种情况，如果所述地电极10本身具有多个拥有不同的尺寸（x_E、y_E）或者横截面的区域。在所述芯子12中存在多个第一区段15a的情况下，离所述燃烧室最近的区段是所述第二区段14a，该第二区段具有所述芯子12的连续减小的横截面。

在图1中示出的地电极10沿着其长度具有恒定的尺寸（x_E、y_E）并且与此相关联具有恒定的横截面。对于所述地电极10来说，能够区分至少三个区域13、14、15。在第一区域15中，所述地电极10具有拥有恒定的横截面的芯子12以及不大于0.4mm的壳套厚度c。在第二区域14a中，所述地电极10具有拥有连续减小的横截面的芯子12。在第三区域13中，所述地电极10没有芯子。

所述地电极10的壳套的厚度c从所述地电极的尺寸（x_E、y_E）相对于芯子尺寸（x_K、y_K）的一半的差中产生。如果所述地电极10在所述第一区域15中具有恒定的横截面，那么所述壳套厚度c在这个第一区域15中就是恒定的。有利地规定，在这个第一区域15中，所述地电极10的壳套厚度c不小于0.15mm，并且尤其是不大于0.4mm，比如所述壳套厚度c等于0.25mm或者更小。

在所述第二区域14中，所述地电极10能够具有恒定的尺寸（x_E、y_E）和恒定的横截面，其中在这种情况下所述壳套厚度c在所述区域14之内朝燃烧室的方向增大。所述壳套厚度c在所述第二区域14中至少为0.15mm厚。

在一种作为替代方案的、这里未示出的实施方式中，所述地电极10的尺寸（x_E、y_E）或者横截面在所述第二区域14中同样减小。在这种情况下，对所述壳套厚度c来说适用：该壳套厚度优选处于0.15mm到0.4mm的范围内。能够规定，所述地电极10的尺寸（x_E、y_E）或者横截面以和所述芯子12的尺寸（x_K、y_K）或者横截面相同的速率变化。这具有以下优点：所述壳套厚度c在所述第二区域14中保持恒定。

在所述地电极10的第三区域13中没有芯子。所述第三区域13优选具有恒定的尺寸（x_E、y_E）和恒定的横截面，其相当于所述第二区域14的、在转变为第三区域13处的尺寸（x_E、y_E）或者横截面。

所述地电极10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17一直延伸到所述地电极10的背向壳体的端面16。所述长度b不大于4mm。如果所述地电极10设有含贵金属的点火面19，那么所述长度b就能够如在图1b中所示出那样构造得比在没有含贵金属的点火面19的情况下短。比如所述长度b于是处于0.2mm到2mm的范围内。如果如在图1a中所示出的那样放弃含贵金属的点火面19，那么所述长度b就应该具有1mm的最低长度，以便所述壳套11在所述地电极10的背向壳体的端部上具有足够的、用于所述地电极10的足够长的使用寿命的材料。

在冲挤所述地电极10之后，将所述长度b的尺寸调节到所期望的长度。所述壳套11的过剩的长度通过切割法、剪切法、冲裁法或者借助于激光束来分离。所述长度b对所述地电极10中的导热有影响。通过对于所述长度b的相应的选择，能够将所述地电极10的、在其背向壳体的端部16上的热水平调节到所期望的数值，使得所述地电极10的背向壳体的端部16不低于对于燃烧室中的气体混合物的点燃来说有利的温度。

图2示出了一种用于所述地电极10的截面的实施例。在这种实施例中，所述地电极10和所述芯子13具有矩形的截面。所述地电极的截面的面积不大于2.76mm²。所述截面具有不大于2.3mm的宽度x_E和不大于1.2mm的高度y_E。

在所述地电极10的截面的中心处布置了所述芯子12的截面。所述壳套11的厚度c从所述地电极10的高度y和宽度x（y_E、x_E）和芯子12的高度和宽度（y_K、x_K）的一半的差中产生。所述地电极10和芯子12的截面有利地具有相同的几何形状。

在所述地电极10的第一区域15中，所述芯子12的横截面不小于所述地电极10的横截面的20%并且尤其是不大于65%。所述地电极的横截面由在截面中的、所述壳套11的面积和所述芯子12的面积所组成。

在一种这里未示出的实施例中能够规定，所述地电极10的截面的形状在所述地电极10的长度的走向中有变化。比如所述地电极10在其背向壳体的端部16上具有矩形的截面并且在其布置在壳体2上的端部上具有与所述壳体2的环状的正面21相匹配的截面。这意味着，所述地电极10的截面的高度y_E相当于或者小于所述环状的正面21的宽度。相应地，于是所述宽度x_E在所述地电极10的朝向壳体2的端部上比在所述地电极10的背向壳体的端部16上长。所述地电极10的、在其朝向壳体2的端部上的截面拥有与所述壳体的正面21的弯曲度相符的弯曲度，也就是所述截面拥有香蕉状的轮廓。所述截面的形状变化典型地借助于冲压来进行，在此要么所述地电极10的、朝向壳体的端部的矩形的截面能够通过冲压来变形为香蕉状的轮廓，要么具有香蕉状的轮廓的地电极的、背向壳体的端部16被冲压成平坦的面。

图3示出了用于按本发明的地电极10的剖面，所述地电极与在图1中示出的地电极10的区别仅仅在于：所述地电极在图3中是弯曲的。所述地电极10在第一步骤中通过冲挤法、像比如深拉法（Napfverfahren）来制造。在接下来的步骤中，将笔直的地电极10焊接到所述火花塞壳体的正面21上。按使用目的，在随后的步骤中将所述地电极10弯曲到所期望的位置中，从而产生顶盖式电极或者侧电极或者弓形电极。所述地电极10还能够额外地具有点火面19，该点火面典型地在弯曲之前被焊接到所述地电极上。

即使在弯曲的地电极10上，也能够构成所述地电极10的三个区域13、14、15或者所述芯子12的两个区段14a、15a。相应的区域的长度作为由所述区域的、沿着所述地电极10的表面所产生的最长的和最短的长度构成的平均值而产生。

图4示出了具有按本发明的地电极10的火花塞1的示意图。所述火花塞1具有金属的壳体2，该壳体则具有用于将所述火花塞1安装在气缸头中的螺纹。所述螺纹能够具有至少8mm、10mm或者更大的外直径。此外，所述壳体具有六角形区段9，在所述六角形区段上安置用于将所述火花塞1安装到所述气缸头中的工具。在所述壳体2的内部布置了绝缘体3。中心电极5和连接螺栓7布置在所述绝缘体3的内部并且通过电阻元件6进行电连接。

所述中心电极5典型地在所述火花塞1的背向壳体的端部上从所述绝缘体3中伸出来。所述中心电极5以其电极头4安放在构造在所述绝缘体3的内侧面上的支座上。所述中心电极5和/或所述地电极10具有所布置的点火面19。所述中心电极也能够具有被壳套包围的芯子，其中所述芯子由具有比所述壳套的材料高的导热性的材料所构成。

在所述壳体2的背向壳体的端部上布置了至少一个按本发明的地电极10。该地电极与所述中心电极5一起形成点火间隙。所述地电极10能够构造为顶盖式电极、侧电极或者弓形电极。

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）中的绝缘体（3）、布置在所述绝缘体（3）中的中心电极（5）以及布置在所述壳体（2）上的地电极（10），其中所述地电极（10）和所述中心电极（5）如此相对于彼此布置，使得所述地电极（10）和所述中心电极（5）构成点火间隙，并且其中所述地电极（10）具有芯子（12）和将所述芯子（12）包围的壳套（11），其中所述芯子（12）由具有比所述壳套（11）的材料高的导热性的材料所构成，并且其中所述地电极（10）的横截面不大于2.76mm²，其特征在于，所述壳套（11）在所述地电极（10）的第一区域（15）中具有不大于0.4mm的壁厚c。

2.按权利要求1所述的火花塞（1），其特征在于，在所述地电极（10）的第一区域（15）中，所述壳套（11）和所述芯子（12）沿着所述地电极的纵向延伸部分别具有恒定的横截面。

3.按权利要求1或2中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，在所述第一区域（15）中，所述芯子（12）的横截面至少相当于所述地电极（10）的整个横截面的20%。

4.按前述权利要求中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，在所述第一区域（15）中，所述芯子（12）的横截面最大相当于所述地电极（10）的整个横截面的65%。

5.按前述权利要求中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，在所述地电极（10）的背向壳体的端部（16）上，所述地电极（10）的端部（16）与所述芯子（12）的端部（17）之间的间距b不大于4mm，并且尤其是不小于0.2mm。

6.按前述权利要求中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，所述地电极（10）的横截面具有高度y_E和宽度x_E。

7.按权利要求6所述的火花塞（1），其特征在于，所述地电极（10）的横截面的高度y_E不大于1.2mm，并且/或者所述地电极（10）的横截面的宽度x_E不大于2.3mm。

8.按权利要求6或7中任一项所述的火花塞（1），其特征在于，所述第一区域（15）长于所述地电极（10）的横截面的高度y_E。

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）的横截面和所述地电极（10）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，所述壳套（11）的材料具有含镍的合金，尤其是所述材料具有至少20%（重量）的铬。