CN112968355A

CN112968355A - 一种火花塞及发动机

Info

Publication number: CN112968355A
Application number: CN202011568544.XA
Authority: CN
Inventors: 李耀; 邓钧
Original assignee: Weichai Torch Technology Co ltd
Current assignee: Weichai Torch Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: CN112968355B

Abstract

一种火花塞，包括圆柱型绝缘体、设在绝缘体中心沿轴线方向的轴孔、和设在所述轴孔内的中心电极，中心电极端部焊接有贵金属端头，焊接的部位形成熔融区，所述熔融区与所述绝缘体径向的投影有重合。熔融区与绝缘体的投影具有重合区能够防止高压喷出来的燃油直接作用在熔融区上，使中心电极上的熔融区不至于在反复的被高压燃油冲刷后形成孔洞，提高耐蚀性。

Description

一种火花塞及发动机

技术领域

本发明涉及一种火花塞，尤其涉及一种用于高压喷油发动机的火花塞；本发明还涉及一种高压喷油发动机。

背景技术

近年来随着排放法规的日益严格，发动机为了实现更高的热效率，采取了诸如高滚流、高能点火、高压喷油、缸内直喷等技术，对火花塞来说带来更高的挑战，一方面火花塞的工作电压与以往的发动机相比提高了近10KV，另一方面火花塞的耐久性受到了挑战，由此引发对火花塞寿命的担忧。传统的在运用此类技术的发动机上，常常采用贵金属的火花塞，如中心电极点火端通过激光焊接一个Ir合金的贵金属端头，其基体与贵金属形成熔融区，从而固定在中心电极上，由此寿命得到了大大的改善，但是在发动机燃烧室高滚流和面对200bar、尤其是350bar以上的高压喷油的环境下，熔融区容易被吹蚀，形成孔洞，造成贵金属头容易被剥离，从而造成火花塞耐久性不好，寿命较低。

发明内容

针对现有技术中存在的发动机燃烧室高滚流和高压喷油的环境下火花塞容易被吹蚀，火花塞可靠性低的问题，提供一种发动机燃烧室高滚流和高压喷油压力下工作还具有优秀耐久性的火花塞。

本发明采用的技术是：

一种火花塞，包括圆柱型绝缘体、设在绝缘体中心沿轴线方向的轴孔、和设在所述轴孔内的中心电极，绝缘体外侧包裹金属壳体，侧电极焊接在金属壳体上并与中心电极相对设置。中心电极端部焊接有贵金属端头，焊接时高温将连接部位的中心电极基体和贵金属熔融，形成熔融区，熔融区与绝缘体径向的投影有重合区，即绝缘体端部的连线和绝缘体两个侧面构成的区域将熔融区的至少部分结构包裹其内。

进一步地，熔融区整体与绝缘体径向投影重合，即绝缘体将熔融区整体包裹在内，绝缘体端部两侧连接线与绝缘体形成空间，熔融区整体包裹在空间内。本发明以中心电极为基点，朝向侧电极贵金属头方向设为正向，即“﹢”，相反方向设为反向“﹣”，绝缘体端部两侧连接线在熔融区整体结构的正向上。

进一步地，所述贵金属端头的直径为0.4mm以上，高度为0.3mm以上。

进一步地，所述贵金属端头的基体中可以含有Cu，所述Cu的含量为0wt％～2.5wt％。

进一步地，所述贵金属端头凸出熔融区的高度为0.3mm以上，所述贵金属端头的端面相对于绝缘体端部两侧的端点连接线的距离为﹢1mm至﹣1mm。本发明所述的突出和内凹，朝向正向高出的方向为突出，朝向反向的凹陷为内凹。

进一步地，所述贵金属端头的端面相对于绝缘体端部的投影线的距离为﹢1mm至0。

进一步地，所述侧电极上设有与中心电极端头对应设置的贵金属端头，侧电极端头与中心电极端头之间形成间隙。

进一步地，熔融区向前端侧缩径，熔融区的后端侧的直径大于或等于与其接触的中心电极的基体的直径。

本发明还提供一种发动机，该发动机采用上述的高压喷油耐吹蚀火花塞。

进一步地，所述发动机喷油压力为200bar以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于中心电极的基体与贵金属结合的熔融区与绝缘体端部在轴线AL的正交方向上有重合区，因此能够防止高压喷出来的低温油雾直接作用在熔融区上，使熔融区免于冲刷，因此使用本发明的火花塞可以大大的提高火花塞的耐久性能，使中心电极上的熔融区不至于在反复的被高压油雾冲刷后形成孔洞，进一步导致贵金属端头脱落。

附图说明

图1为一种火花塞整体结构图；

图2为一种火花塞局部结构图。

1.接线螺杆；2.绝缘体；3.上钢丝圈；4.滑石粉；5下钢丝圈；6.金属壳体；7电阻体；7A电阻料；7B上密封料；7C下密封料；8.内密封垫圈；9.中心电极；10.侧电极；11.布置在侧电极上的贵金属；12.布置在中心电极上的贵金属；13.外密封垫圈；14.AL1轴线；901.铜芯；902.熔融区；

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

一种火花塞，如图1所示包括圆柱型绝缘体2、绝缘体中心沿轴线方向设有阶梯状轴孔、中心电极9设在轴孔，绝缘体2外侧包裹金属壳体6，侧电极10焊接在金属壳体6上并与中心电极9相对设置。中心电极9端部焊接有贵金属端头一12，侧电极10上设有与中心电极端头相对设置的贵金属端头二11，贵金属端头11、12之间设有间隙。中心电极9端部相反的方向的轴孔内设有电阻体7，电阻体包括7A电阻料、7B上密封料、7C下密封料，轴孔内相邻电阻体还设有接线螺杆1，接线螺杆与轴孔另一端的接地螺母连接，接地螺母设在轴孔外。金属壳体6与绝缘体2之间有填充材料，分别为上钢丝圈5、滑石粉4、下钢丝圈5，通过粉末填充，使结构密实，气密性好。金属壳体腰部还设有用于与气缸密封的外密封垫圈13。

如图2所示，中心电极9包括铜芯基体901和贵金属端头12，中心电极的基体是一种镍合金，其成分含有一定量的Cu，Cu含量为0wt％～2.5wt％，所述端头12通过激光焊接在铜芯基体901上，焊接时高温将连接部位的中心电极基体和贵金属熔融，形成熔融区902，熔融区与绝缘体径向的投影有重合区，即绝缘体将熔融区的部分区域包裹其内，即绝缘体端部两侧的端点连接线与熔融区902有重合。由于熔融区902部分被包裹在绝缘体内，能够防止高压喷出来的低温油雾直接作用在熔融区上，使熔融区免于冲刷，因此使用本发明的火花塞可以大大的提高火花塞的耐久性能，使中心电极上的熔融区不至于在反复的被高压油雾冲刷后形成孔洞，提高火花塞的耐蚀性。设置重合区后，在贵金属端头12与绝缘体2轴孔内壁形成环状的空间，在绝缘体2被碳层附着后，在环状空间中会发产生中心电极朝向碳层的微弱放电，从而将附着的碳层烧掉，因此可以提高中心电极与金属壳体的绝缘性能，提高火花塞的可靠性。

所述贵金属端头的直径为0.4mm以上。

为便于表述位置关系，本发明以中心电极为基点，朝向侧电极方向设为正向，即“﹢”，相反方向设为反向“﹣”，贵金属端头突出熔融区的高度为0.3mm以上，贵金属端头的端面相对于绝缘体端部两侧的端点连接线201的距离为﹢0.5mm至﹣1mm。连接线201为虚拟的线，实物上并不存在。

侧电极10上贵金属的直径为0.4mm以上，高度为0.3mm以上。

本发明还提供一种发动机，该发动机为200bar高压喷油发动机，该发动机采用上述的高压喷油耐吹蚀火花塞。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，熔融区902整体结构与绝缘体2径向投影重合。绝缘体端部两侧的端点连接线在熔融区整体结构的正向上。绝缘体端部两侧的端点连接线与绝缘体2形成空间，熔融区902整体被包裹在空间内。贵金属端头12的端面相对于绝缘体端部两侧的端点连接线的距离为﹢1mm至0。

选取本发明的火花塞和现有火花塞共四个不同特征的样件在发动机台架上进行耐久性考核，对本发明的技术效果进行试验验证如下。

试验的发动机是一台1.5L排量的发动机，其进气模式为涡轮增压，喷油方式为缸内直喷，喷油压力为350bar。接下来提供各种不同的样件，在组装样件前，对所选的中心电极的重量进行测量，并记录在下表，用m₁表示，并分别组装成1至4号火花塞样件，每个样件的差异点是：1号样件的熔融区完全露出在绝缘体外，与绝缘体没有重合区；2号样件的熔融区露出绝缘体的高度为0.2mm，与绝缘体径向方向有重合的高度为0.2mm；3号样件的熔融区整体与绝缘体重合；4号样件的中心电极基体中含有2wt％的Cu(铜)且熔融区整体与绝缘体重合。将1至4号样件装入用于试验的发动机中，发动机以交变工况(转速从3000rpm-6000rpm变化，节气门开度以50％至100％变化)运行200个小时，试验结束后将火花塞拆解，取出中心电极并去除其它附着物，再次测量出中心电极的重量m₂，并记录在下表。

样件	中心电极重量m<sub>1</sub>	中心电极重量m<sub>2</sub>	(m<sub>1</sub>-m<sub>2</sub>)\m<sub>1</sub>
				样件1	0.4016g	0.3958g	0.0144
样件2	0.4017g	0.3963g	0.0134
				样件3	0.4021g	0.3985g	0.0090
样件4	0.4015g	0.3997g	0.0045

从上述试验数据可以看出，通过200小时的试验后，样件2、样件3和样件4均比样件1损耗小，可见有重合区的更中心电极损耗更小，耐久性更好。含有铜的样件4效果更优。

中心电极基体的Cu含量在0wt％-2.5％之间，随着中心电极铜含量的增加，对提高火花塞的耐久性能具有显著的有益效果，但是Cu的含量并不是越多越好，当基体中的含Cu量过多时会使在焊接贵金属时熔融区出现孔洞的概率增加，这样的后果是熔融区的导热性能下降，火花塞的耐久性变差，更加严重的会造成贵金属有脱落的风险。

下面通过试验来进行说明。

首先准备中心电极基体的含Cu量不同的火花塞样件。中心电极的基体内部具有铜芯，外部是以镍为主要材料的镍合金，并且含有一定份量的Cu。通过具有不同的Cu含量的镍合金制作不同的中心电极，而后通过激光焊接并以相同的焊接参数，焊接贵金属端头，分别制作下表4种不同Cu含量的中心电极各50只，然后将熔融区所在部位镶嵌、麽抛后在金相显微镜下观察并统计熔融区出现孔洞的中心电极的占比，得到熔融区孔洞率。并对四种铜含量的中心电极制作成相同结构的5-8号火花塞样件，5号火花塞的中心电极基体的Cu的含量为0.5wt％，6号火花塞的中心电极基体的Cu的含量为2wt％，7号火花塞的含量为2.5wt％，8号火花塞的中心电极基体的Cu的含量为3.0wt％，测量5-8号火花塞的放电间隙G₁并记录在下表，接下来对5-8号火花塞进行台架耐久性试验，试验的发动机是一台1.5L排量的发动机，其进气模式为涡轮增压，喷油方式为缸内直喷，喷油压力为350bar，试验时间为200小时，试验结束后再次测量放电间隙G₂并记录在下表：

从试验结果表明，中心电极基体Cu的含量在2.5wt％以下时火花塞在耐烧蚀性能和防止贵金属脱落和出现熔融区孔洞率达到最优选。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种火花塞，其特征在于，包括绝缘体、设在绝缘体中心沿轴线方向的轴孔、和设在所述轴孔内的中心电极，所述中心电极端部焊接有贵金属端头，所述焊接的部位形成熔融区，所述熔融区与所述绝缘体径向的投影有重合。

2.根据权利要求1所述火花塞，其特征在于，所述熔融区整体区域与绝缘体径向投影重合。

3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于所述中心电极的基体中含有Cu，所述Cu的质量比不超过2.5wt％。

4.根据权利要求1所述火花塞，其特征在于，所述贵金属端头的直径为0.4mm以上。

5.根据权利要求1所述火花塞，其特征在于，所述贵金属端头突出熔融区的高度为0.3mm以上，所述贵金属端头的端面相对于绝缘体端部两侧端点连接线的距离为突出1mm至内凹1mm。

6.根据权利要求5所述火花塞，其特征在于，所述贵金属端头的端面突出绝缘体端部的投影线的距离为0～1mm。

7.根据权利要求3所述火花塞，其特征在于，侧电极上设有与中心电极端头对应设置的贵金属端头，侧电极端头与中心电极端头之间形成间隙。

8.根据权利要求7所述火花塞，其特征在于，所述贵金属的直径为0.4mm以上，高度为0.3mm以上。

9.根据权利要求1-9任一所述的火花塞，其特征在于熔融区向前端侧缩径，熔融区的后端侧的直径大于或等于与其接触的中心电极的基体的直径。

10.一种发动机，其特征在于，采用权利要求1～9任一所述火花塞，所述发动机喷油压力为200bar以上。