CN113423530A - 火花塞和用于制造火花塞的方法 - Google Patents

火花塞和用于制造火花塞的方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种用于制造用于内燃机的火花塞(1)的方法，其中火花塞(1)具有至少两个部件，其经由至少一个在焊接过程中制造的焊接连接部彼此连接，其中为了改善焊接连接部的选择的材料性质将激光束朝向焊接连接部指向且将改善选择的材料性质的粉末带入到由激光束在其表面处熔化的焊接连接部中，从而粉末(5)熔化且通过连接熔化的粉末(5)与焊接连接部的表面的熔化的混合组织得出带有改善的材料性质的经处理的区域。

Description

火花塞和用于制造火花塞的方法
技术领域
本发明涉及一种带有权利要求1的前序部分的特征的用于制造用于内燃机的火花塞的方法和一种带有权利要求13的前序部分的特征的用于内燃机的火花塞。
背景技术
这种类型的火花塞具有关于火花塞的纵向轴线中央布置的中间电极和径向地与其间隔开的至少一个接地电极。在中间电极和所述至少一个接地电极之间，在中间电极的彼此面对的面(点火面)和所述至少一个接地电极之间形成有点火间隙。
已知，中间电极和/或所述至少一个接地电极至少两件式地构造，其中点火面分别由布置在接地电极载体或中间电极载体上的惰性金属体形成。相应的惰性金属体与接地电极载体或中间电极载体经由焊接连接部连接。这样的火花塞例如从EP 0 859 436 A1或EP3 068 001 A1中得知。
这种类型的火花塞的制造例如以激光焊接方法实现。
火花塞在内燃机的运行中经受高的温度和机械压力，这在时间进程上导致在火花塞的点火间隙中的电极材料处的材料去除和因此导致使用寿命的降低。由现有技术已知的火花塞的另外的缺点是火花塞销和惰性金属体的朝向燃烧室的方向(点火侧)指向的端侧或端面的区域中的改变，其通过热腐蚀或氧化引起。
在现有技术中寻求，将火花塞尽可能远地布置在燃烧室外部，这但是随之带有这样的缺点，即，因此火花塞的点火位置未如此远地布置在燃烧室中，如这本身对于燃料的合适的点火必要的。
现有技术的另一策略在于，带入到火花塞的部件中的热量尽可能完全地且快速地带入到缸体头中(经常在使用火花塞套筒的情况下)。为了该目的，中间电极载体经常具有由良好传导能力的材料如例如铜构成的核心。然而有问题的是，在支承中间电极载体的绝缘体(在大多数情况下由陶瓷制成)和火花塞壳体之间的接触区域的面非常小，从而热在中间电极载体的端侧的区域中未以这样的方式导走，以便避免所述问题。
发明内容
本发明的任务是提供一种这种类型的用于制造用于内燃机的火花塞的方法和一种用于内燃机的火花塞，在其中使用寿命、优选地通过最小化热腐蚀和/或氧化延长。
该任务通过一种带有权利要求1的特征的用于制造用于内燃机的火花塞的方法和一种带有权利要求13的特征的用于内燃机的火花塞来解决。
因为在根据本发明的方法中设置成，为了改善焊接连接部(该焊接连接部优选地借助于激光焊接制造)、且若有可能包围其的区的选择的材料性质，使激光束朝向焊接连接部、且若有可能包围其的区指向，且改善选择的材料性质的粉末带入到由激光束在其表面处熔化的焊接连接部中、且若有可能到包围其的区中，从而粉末熔化且通过连接熔化粉末与焊接连接部、且若有可能包围其的区的表面的熔化的混合组织得出带有改善的材料性质的经处理(合金)的区域，在内燃机的运行中伸入到燃烧室中的焊接连接部的焊缝通过经处理的区域保护，因为其阻止在焊缝、且若有可能包围其的区的区域中的热腐蚀且经处理的区域的氧化行为相比未经处理的焊缝的氧化行为更加适宜。
关于根据本发明的火花塞(其优选地按照根据本发明的方法制造)设置成，在焊接连接部(其优选地通过激光焊接制造)、且若有可能包围其的区的区域中存在通过熔化焊接连接部、且若有可能包围其的区和带入粉末生成的、合金的区域。合金的区域保护焊接连接部、且若有可能包围其的区免于热腐蚀。经处理的区域的氧化行为因此相比于未经处理的焊接连接部的氧化行为更适宜。
焊接连接部可以以焊缝的形式存在。优选地，焊缝是角焊缝(Kehlnaht)。
本发明的有利的实施方式在从属权利要求中限定。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，火花塞的电极的部分用作至少两个经由至少一个焊接连接部彼此连接的部件，优选地以电极载体和与电极载体经由所述至少一个焊接连接部连接的惰性金属体的形式。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，作为电极载体使用中间电极载体。在此，优选地设置成，惰性金属体在制造至少一个焊接连接部之前在构造阶梯部的情况下与中间电极载体连接。
此外，可优选地设置成，阶梯部被加入到端部区域中或在中间电极载体的端侧的区域中被加入且/或惰性金属体在保留阶梯部的情况下安置到中间电极载体上，其中最后提到的阶梯部因此基本上形成，因为施加的惰性金属体伸出超过中间电极载体的端侧，由此出现基本上(凹的)凹入部。
此外可优选地设置成，粉末带入到凹入部中，更确切地说优选以这样的量，即(凹的)凹入部被填满或由熔化的且又硬化的粉末覆盖。
可为有利的是，设置成，熔化的且又硬化的粉末处的若有可能伸出的区域通过材料去除(例如通过铣切、转动(drehen,有时称为车削)或磨削)移除。可设置成，在材料去除后执行表面的展平。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，至少经处理的区域和优选地同样直接相邻于经处理的区域布置的另外的未经处理的区域(其优选地以相邻于电极的点火面布置的区域(该区域垂直于点火面伸延)的形式构造)以一个覆盖层或多个彼此相叠布置的覆盖层覆层，所述多个彼此相叠布置的覆盖层优选地由不同的材料构成。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，直接相邻于经处理的区域保留未经处理的区域，其优选地以相邻于电极的点火面布置的区域(该区域垂直于点火面伸延)的形式存在。如此可避免，电极、优选地中间电极的使用时间通过以粉末的合金负面影响。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，激光束以会聚或发散(通常：离焦)的束段朝向焊接连接部且若有可能包围其的区指向。激光束的焦点然后因此在合金期间存在于焊接连接部下方或上方。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，作为改善的材料性质选择热腐蚀抵抗性和/或氧化抵抗性的提高，且作为粉末使用若有可能带有不同的材料组分的抵抗热腐蚀和/或氧化的金属粉末。另外的或备选的材料性质可例如为改善的耐温性和/或较高的导热性。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，作为粉末使用抵抗腐蚀的镍粉末(例如可在品牌Inconel 600或Inconel 625下获得)或包含陶瓷材料的金属粉末。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，粉末间隔于焊接连接部、且/或若有可能包围其的区被带入、优选地吹入到激光束中。
在根据本发明的方法的实施例中设置成，方法在保护气氛(例如氩气)中执行。
在根据本发明的火花塞的实施例中设置成，经由所述至少一个焊接连接部彼此连接的部件是火花塞的电极的部分，优选地以电极载体、特别优选地中间电极载体、以及与电极载体经由所述至少一个焊接连接部连接的惰性金属体的形式。在本公开内容的意义中的惰性金属体是这样的体，即其或者由惰性金属(优选地具有惰性金属的合金)构成或者以这样的覆层。
在此优选地设置成，直接相邻于合金的区域保留未经处理的区域，其优选地以相邻于电极的点火面布置的区域(该区域垂直于点火面伸延)存在。如此可避免，电极的使用时间通过以粉末合金受负面影响。
点火面或两个点火面在此形成点火间隙。优选地，相对于中间电极的点火面基本上垂直且直接毗邻的区域未经处理地保留。
可设置成，惰性金属体在构造阶梯部的情况下与中间电极载体连接。在此，可优选地设置成，阶梯部加入到中间电极载体的端部区域中且/或惰性金属体在保留阶梯部的情况下施加到中间电极载体上。
可设置成，存在凹入部，其通过熔化且又硬化的粉末覆盖。
在此可为有利的是，熔化的且又硬化的粉末处的若有可能突出的区域通过材料去除来移除，从而惰性金属体具有无阶梯部的、垂直于点火面伸延的表面。
优选地，在根据本发明的火花塞的实施例中设置成，粉末是抵抗腐蚀的镍粉末(例如可在品牌Inconel 600或Inconel 625下获得)或包含陶瓷材料的金属粉末。
在根据本发明的火花塞的实施例中设置成，至少若有可能惰性金属体的经处理的区域且优选地同样直接相邻于经处理的区域布置的另外的未经处理的区域、尤其垂直于点火面伸延的表面以一个覆盖层或多个彼此相叠布置的覆盖层覆层，所述多个彼此相叠布置的覆盖层优选地由不同材料构成。备选地或附加地，在经处理的区域下方可设置有至少一个这样的覆盖层(然后自然地在制造经处理的区域前施加一个或多个覆盖层)。
在根据本发明的火花塞的实施例中，该火花塞具有以环、优选地盘形的圆环的形式构造的接地电极(所谓的环形电极)，其中点火面通过环的内周面形成。接地电极可在其垂直于点火面伸延的表面上具有至少一个、优选地大量贯通开口。通过一个或多个贯通开口，可在火花塞的运行中使燃料空气混合物进入其中。
在根据本发明的火花塞的实施例中设置成，合金的区域具有改善的热腐蚀抵抗性和/或氧化抵抗性。另外的或备选的改善的性质可为：改善的耐温性和/或更高的导热性。
优选地，接地电极以接地电极载体(其可与火花塞壳体优选地经由焊接连接部连接)和与其(优选地经由焊接连接部)连接的惰性金属体的形式构造。如果在这样的接地电极的情形中设置上述段落的措施，则在环方面所做的实施方案在接地电极的惰性金属体方面适用。惰性金属体可安置到接地电极载体的阶梯部上或接地电极载体的端面上且与其连接。
接地电极和中间电极可在俯视图中圆环形地或圆形地构造，但是同样分别具有多边形的周缘边缘。
根据本发明的方法可备选地或附加地在接地电极方面使用，更确切地说优选地在于接地电极载体和与其连接的惰性金属体之间的焊接连接部方面使用。这同样在描述的实施例方面且在根据本发明的火花塞和其描述的实施例方面适用。
应注意，本发明不限于带有以环形电极的形式的接地电极的火花塞，而是在带有任意实施方案、例如以至少一个钩形电极的形式的接地电极的火花塞的情形中也可使用。
附图说明
本发明的实施例根据附图来论述。其中：
图1示出了根据本发明制造的火花塞，
图2a-d示出了穿过在合金前或后的根据图1的火花塞的示意性截面图和等轴截面图，
图3示出了粉末的施加和同时熔化，
图4a,b示出了相应于图2a的截面图和对此的图片，
图5a,b示出了在合金后和在磨削过程前的截面图和图片，
图6a,b示出了本发明的另一实施例的截面图和细节图，
图7a-e示出了根据本发明的方法的步骤，
图8示出了本发明的另一实施例的截面图。
具体实施方式
图1示出了按照根据本发明的方法制造的火花塞1的图片。
火花塞1具有火花塞壳体12，其在点火侧的区域中设有螺纹13。环形的点火间隙15构造在中间电极和构造为环形电极的接地电极之间。接地电极在此示意性地设有四个开口11，其在火花塞1的运行中在内燃机中允许燃烧气体的穿过。
在图1中呈现的火花塞1的结构可在图2a-d中识别出，其中图2a示出了根据本发明的方法的中间产品：
火花塞1在火花塞壳体12内(省略了螺纹13的图示)以已知的方式具有陶瓷体16，在其中在中央开口中布置有销钉，其以其点火侧的端部形成中间电极的电极载体(中间电极载体3)。为了改善的排热，销钉可如呈现那样具有由良好导热能力的材料(例如铜)构成的核心17。经由布置在陶瓷体16的肩部和火花塞壳体12之间的密封件18实现经由电极带入的热到火花塞壳体12中的导出。
在中间电极载体3处(在此通过激光焊接)借助于焊接连接部固定有惰性金属体2。惰性金属体2以在此圆形的盘片的形式构造且插上到中间电极载体3的阶梯部4的肩部上(在此以火花塞销的形式)。焊接连接部在整个阶梯部4上延伸。优选地，惰性金属体2在焊接过程、优选地激光焊接过程前伸出超过中间电极载体3的点火侧的端侧，以便在惰性金属体2到中间电极载体3的过渡处生成焊缝、优选地角焊缝。这导致在相应的区域中的基本上凹的凹入部14(图2a和4b)，其通过根据本发明的制造方法仅部分地或完整地填满(图2b、2c和2d)。
在火花塞壳体12处固定有接地电极载体10。在其处(在此通过激光焊接)固定有以环的形式的惰性金属体2'。惰性金属体2,2'的彼此面对的点火面9限定点火间隙15。
关于根据本发明的制造方法呈现了中间步骤的图2a的示图相应于现有技术的火花塞1。在惰性金属体2和中间电极载体3之间的焊接连接部(和在惰性金属体2'和接地电极载体10之间的那个)在火花塞1的运行中在内燃机中不受保护地经受燃烧气体。在图2b中，在焊接连接部的区域中可识别出通过焊接连接部的表面的熔化和通过带入粉末5生成的、合金的区域，其不仅覆盖焊接连接部本身，而且在该实施例中延伸到相邻于焊接连接部的区中，更确切地说径向地观察不仅朝向较大的半径(其中然而相邻于点火间隙15保留有未经处理的区域7)而且朝向较小的半径(在此在整个中央区域上)。在图2b和2d中呈现的中间电极因此从点火间隙15出发径向向内具有未经处理的区域7且紧接着其具有经处理的区域19(参见图2c的细节图)。
同样鉴于在接地电极载体10和接地电极的惰性金属体2'之间的焊接连接部(或备选地仅参考其)可通过根据本发明的方法生成用于保护焊接连接部的合金的区域，这在该实施例中然而未设置。
在图3中呈现了合金的区域的生成。这根据本发明通过以下方式实现，即激光束8朝向焊接连接部指向且将改善选择的材料性质的粉末5带入到由激光束8在其表面处熔化的焊接连接部中，从而粉末5熔化且通过连接熔化的粉末5与焊接连接部的表面的熔化的混合组织得出带有改善的材料性质的经处理的(合金的)区域。
同样可设置成，凹入部14通过根据本发明的方法填充。施加的材料在区域19中的尤其在图2c中可识别的过量可紧接着通过转动、铣切、磨削等去除，从而出现根据图5a和图5b的平坦的面。
在图3中仅呈现了中间电极的点火侧的区域。可识别出，激光束8以离焦的或“失焦”照明(也就是说会聚或发散的)使束段(在图3中在焦点下)朝向焊接连接部指向。粉末5在此还在焊接连接部的表面上方在发散的束段中带入到激光束8中。
激光的“失焦”照明的优点是，激光束8的功率密度在较大的面积上均匀地分布。已经证实了，可变的热输入在使用相同的激光设定时可实现，即通过改变聚焦相对于待加工面的间距。出于仅一个激光设定的必要性，可节省成本。
图4a对应于图2a(其中然而未呈现接地电极)以示意性截面图示出了火花塞1的点火侧的区域。在火花塞销的俯视图(图4b)的图片中可识别出在激光焊接过程后施加、优选地压上到中间电极载体3上的惰性金属体2。焊接连接部基本上通过角焊缝形成。此外可识别出，通过焊接过程形成凹入部14。
图5a以示意性截面图示出了火花塞1的点火侧的区域。在此，借助于材料去除(在此：磨削)移除了通过激光加固的粉末5的突出，从而在点火侧未经处理的区域7和经处理的区域19齐平地彼此联接。
如在图6a和6b中(相对于图6a的细节)呈现的，在另一实施例中可设置成，至少经处理的区域19和优选地同样直接相邻于经处理的区域19布置的另外的未经处理的区域7以多个彼此相叠布置的覆盖层6覆层，所述覆盖层6优选地由不同材料构成。该覆层可以以任意已知的技术实现。
在图7a-e中呈现了根据本发明的方法的中间产品。在图7中，惰性金属体2安置到中间电极载体3的斜切的尖端上且与其通过激光焊接焊接，从而得出根据图7b的状态。在至图7c的过渡中，如上面描述那样，生成合金的区域。在至图7d的过渡中，移除粉末5处的突出。在根据图7e的变型方案中，多个彼此相叠布置的覆盖层6布置在合金的区域上。
在图8的实施例中，仅呈现了中间电极载体3的尖端连同惰性金属体2。在此示例性地两个覆盖层6覆盖包括经处理的区域19的整个惰性金属体2且延伸直到点火面9。与所呈现的那样不同地，也可设置多于两个覆盖层6或仅一个覆盖层6。
参考符号列表
1 火花塞
2,2' 惰性金属体
3 中间电极载体
4 阶梯部
5 粉末
6 覆盖层
7 未经处理的区域
8 激光束
9 点火面
10 接地电极载体
11 在接地电极的惰性金属体中的开口
12 火花塞壳体
13 螺纹
14 凹入部
15 点火间隙
16 陶瓷体
17 核心
18 密封件
19 经处理的区域。

Claims (15)

1.一种用于制造用于内燃机的火花塞(1)的方法，其中，所述火花塞(1)具有至少两个部件，所述至少两个部件经由在焊接过程中制造的至少一个焊接连接部彼此连接，其特征在于，为了改善所述焊接连接部的选择的材料性质，使激光束(8)朝向所述焊接连接部指向且将改善选择的材料性质的粉末(5)带入到由所述激光束(8)在其表面处熔化的焊接连接部中，从而所述粉末(5)熔化且通过连接熔化的所述粉末(5)与所述焊接连接部的表面的熔化的混合组织得出带有改善的材料性质的经处理的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述火花塞的电极的部分用作经由所述至少一个焊接连接部彼此连接的所述至少两个部件，优选地以电极载体和与所述电极载体经由所述至少一个焊接连接部相连接的惰性金属体(2,2')的形式。
3.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，作为电极载体使用优选地以火花塞-销的形式构造的中间电极载体(3)。
4.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述惰性金属体(2,2')在制造所述至少一个焊接连接部前在构造阶梯部(4)的情况下与所述中间电极载体(3)连接。
5.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述阶梯部(4)加入到所述中间电极载体(3)的端部区域中且/或所述惰性金属体(2,2')在保留阶梯部(4)的情况下安置到所述中间电极载体(3)上。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，存在凹入部(14)，所述粉末(5)被带入到所述凹入部(14)中，更确切地说优选以这样的量，使得所述凹入部(14)被填满或由熔化且又硬化的粉末(5)覆盖。
7.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，熔化且又硬化的粉末(5)处的若有可能突出的量通过材料去除来移除。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，至少所述经处理的区域(19)和优选地同样直接相邻于所述经处理的区域(19)布置的另外的未经处理的区域(7)以一个覆盖层(6)或优选地由不同材料构成的多个彼此重叠布置的覆盖层(6)覆层且/或在所述经处理的区域(7)下方布置有至少一个这样的覆盖层(6)。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，直接相邻于所述经处理的区域(19)保留有未经处理的区域(7)。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述激光束(8)以离焦的束段朝向所述焊接连接部指向。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，作为改善的材料性质选择热腐蚀抵抗性和/或氧化抵抗性的提高且作为粉末(5)使用若有可能带有不同的材料组分的抵抗热腐蚀和/或抵抗氧化的金属粉末，其中，优选地设置成，作为粉末(5)使用抵抗腐蚀的镍粉末或含有陶瓷材料的金属粉末。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述粉末(5)间隔于所述焊接连接部被带入、优选地吹入到所述激光束(8)中。
13.一种用于内燃机的火花塞(1)，其中，所述火花塞(1)具有至少两个部件，所述至少两个部件经由至少一个焊接连接部彼此连接，其特征在于，在所述焊接连接部的区域中存在通过所述焊接连接部的表面的熔化和通过带入粉末(5)生成的合金的区域。
14.根据前述权利要求所述的火花塞，其特征在于，经由所述至少一个焊接连接部彼此连接的部件是所述火花塞(1)的电极的部分，优选地以电极载体，特别优选地中间电极载体(3)、以及与所述电极载体经由所述至少一个焊接连接部连接的惰性金属体(2)的形式。
15.根据两个前述权利要求中任一项所述的火花塞，其特征在于，直接相邻于所述合金的区域保留有未经处理的区域(19)，其优选地以相邻于所述电极的点火面(9)布置的区域的形式存在。
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