火花塞的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1所述的火花塞。尤其所述按本发明的火花塞适合于在用氢运行的马达中的应用。

背景技术：

1、迄今为止，大多数车辆、像比如客车或载重汽车都是由使用汽油或柴油作为燃料的内燃机来驱动。越来越多的是使用天然气或氢作为燃料的可移动的和固定的内燃机。在此，如同用汽油运行的内燃机那样，对于用氢运行的内燃机来说也必须对空气-燃料-混合物进行外源点火。为此，典型地使用火花塞。

技术实现思路

1、对于用氢运行的内燃机来说，通常设定很稀燃的空气-燃料-混合物(λ＞1.8)，以便满足法律上的排放预先规定。与氢的低的混合物-热值一起，由此在点火时刻产生较高的充气密度并且也相应地产生较高的压力。对火花塞-电极的稳健性要求相应地提高。内燃机中的氢燃烧的另一特点是对点火来说所需要的低的点火能量。

2、迄今已知的火花塞通常为在用汽油运行的内燃机中的运行得到优化并且由此并不适合于在用氢运行的内燃机中的应用或者说在用氢运行的内燃机中应用时提供了差的性能。

3、本发明的任务相应地是，提供一种火花塞，该火花塞在用氢运行的内燃机中应用时满足对火花塞的要求并且具有稳健性较高的电极。

4、该任务通过按本发明的火花塞来解决。所述按本发明的拥有纵轴线的火花塞具有一个拥有燃烧室侧的端侧的壳体和至少部分地布置在壳体的内部的绝缘体以及至少部分地布置在绝缘体的内部的中心电极。所述中心电极具有电极本体和布置在电极本体的燃烧室侧的端部上的用作点火面的点火元件。所述点火元件具有筒形的形状，所述筒形的形状具有圆形的基面和平行于火花塞纵轴线来定向的纵轴线。所述火花塞也具有在壳体上布置在所述壳体的内部的至少一个地电极，其中所述至少一个地电极和所述中心电极如此布置，使得所述至少一个地电极与所述中心电极构成点火间隙，所述点火间隙相对于火花塞纵轴线径向地延伸。在此，所述点火间隙的宽度通过中心电极相对于至少一个地电极的电极间距来给定，其中所述中心电极相对于至少一个地电极的电极间距不大于0.3mm，并且所述点火间隙完全被构造在壳体的内部。此外，所述至少一个地电极的点火面的沿着轴向方向的投影完全与中心电极的点火元件相匹配。换言之，所述中心电极-点火元件的投影沿着轴向方向完全覆盖地电极-点火面。

5、按照本发明而规定，所述点火间隙具有不大于0.3mm的电极间距。这具有的优点是，对点火来说所需要的电压更少并且在火花塞的运行时间的范围内电极间距增加量会更小。因为所述壳体内部的结构空间自然受到限制，所以由于小的电极间距而另外有利地产生将电极并且由此也将点火间隙至少部分地布置在壳体内部的可行方案。由此产生的优点是，所述电极没有如此远地伸入到燃烧室中并且由此从燃烧室中吸收的热更少，由此所述电极的磨损得到降低。

6、由于所述地电极-点火面被中心电极-点火元件的沿着轴向方向的投影覆盖而产生的优点是，沿着轴向方向所述地电极的点火面均匀地被利用和磨耗。由此产生在电极上的局部温度升高程度的降低以及与此关联的磨损的降低。所述电极的稳健性及其使用寿命相应地提高。

7、由于具有圆形基面的筒形点火元件在中心电极中的使用而产生的优点是，避免了在棱边处的局部的电场过高情况，由此防止在棱边处的过度磨损以及在电极-点火面上的局部熔化及熔融珠的形成。这使得所述电极的稳健性及使用寿命得到提高。

8、所述按本发明的特征的组合由此是特别有利的，因为它们在其技术优点方面相互补充和增强。

9、本发明的其它有利的设计方案是从属权利要求的主题。

10、在本发明的一种有利的拓展方案中规定，所述至少一个地电极的点火面的沿着轴向方向在中心电极的点火元件上的投影的背离燃烧室的端部与中心电极的点火元件的背离燃烧室的端部隔开，尤其所述间距为点火元件的长度的至少5％并且尤其最大50％。所述中心电极-点火元件的长度平行于火花塞的纵轴线来测量。所述中心电极-点火元件的背离燃烧室的端部比如是点火元件的以下端部，所述点火元件以所述端部布置在中心电极的电极本体上、尤其是材料锁合地连接。在此，所述中心电极的点火元件与电极本体之间的、通过材料锁合的连接产生的区域不属于点火元件。

11、通过地电极-点火面到中心电极-点火元件上的投影的背离燃烧室的端部的、相对于中心电极-点火元件的背离燃烧室的端部的间距而产生的优点是，避免了在所述中心电极的点火元件与电极本体之间的界面的点火或者在所述中心电极的点火元件与电极本体之间的、从材料锁合的连接中产生的区域的点火。这一点是重要的，因为所述中心电极的电极本体及其点火元件与电极本体之间的、从材料锁合的连接中产生的区域通常由不比点火材料坚固的材料构成并且由此在点火时会磨损得比点火元件快得多。如果遵守所述点火元件的总长度的至少5％的间距，对于电极本体以及在点火元件与电极本体之间的、从材料锁合的连接中产生的区域的点火就可靠地得到防止。通过对于所述间距的最大50％的限制，避免了所述点火元件太长。这在比如所述点火元件由昂贵的材料制成时是不利的。

12、在本发明的另一种有利的改进方案中，已经证实为有利的是，所述至少一个地电极的点火面的沿着相对于火花塞纵轴线的垂直方向的投影完全与中心电极的点火元件相匹配。换言之，所述中心电极-点火元件的投影沿着垂直于火花塞的纵轴线的方向也完全覆盖地电极的点火面。

13、由于所述地电极-点火面被中心电极-点火元件的沿着相对于火花塞-纵轴线的垂直方向的投影覆盖而产生的优点是，沿着相对于火花塞的纵轴线的垂直方向所述地电极的点火面也均匀地被利用和磨耗。由此产生在电极上的局部温度升高程度的降低以及与此关联的磨损的降低。所述电极的稳健性及其使用寿命相应地提高。

14、在所述按本发明的火花塞的一种设计方案中规定，所述至少一个地电极的面向中心电极的点火面是平坦的表面。这具有的优点是，所述电极可以容易地制造并且可以容易地相对于彼此定向。

15、在所述按本发明的火花塞的另一种设计方案中规定，所述至少一个地电极的面向中心电极的点火面是凹入的、尤其具有与中心电极-点火元件互补的轮廓，所述轮廓尤其具有经倒圆的棱边。由此有利地产生以下结果，即：所述中心电极和至少一个地电极相对于彼此沿着相对于火花塞的纵轴线的轴向的和垂直的方向具有很均匀的电极间距，由此所述电极在其整个点火面的范围内非常均匀地磨耗。这相应于电极稳健性的提高并且相应地相应于火花塞-使用寿命的提高。

16、有利的是，比如所述电极间距不大于0.2mm、尤其不大于0.15mm。所述电极间距越小，用于产生点火火花的电压需求就越小。

17、也有利的是，所述电极间距为至少0.05mm、尤其不小于0.1mm。由此产生的结果是，所述电极间距不是太小。非常小的电极间距对火花塞生产的精度提出了特殊的挑战。与电极-点火面的尽可能平行的定向的偏差在电极间距较小的情况下比在电极间距较大的情况下具有更大的影响、像比如点火面的不均匀的磨损。由此，用于电极间距的最低限度是用于一方面用于降低点火电压需求和磨损的小的电极间距和另一方面用于在火花塞生产中获得点火面相对于彼此的定向的均匀而良好的质量的合理开销的、良好的折衷方案。

18、在所述按本发明的火花塞的另一种有利的设计方案中，所述点火间隙相对于壳体的燃烧侧的端侧具有至少0mm并且最大-15mm、尤其不小于-1mm并且/或者不大于-4mm的间距。在此，由壳体的燃烧室侧的端侧撑开的、垂直于火花塞的纵轴线的平面是具有数值0mm的参考平面。与参考平面的间距朝火花塞的背离燃烧室的端部的方向具有加大的负值并且朝燃烧室的方向具有加大的正值。

19、所述点火间隙是地电极与中心电极之间的空间，该空间在电极的对置的点火面的、在彼此上面的重叠的投影之间产生。也就是说，所述中心电极的点火面被投影到地电极的点火面上并且反之亦然。两个投影所扫过的空间是点火间隙的空间。在此，所述空间在一个维度上被点火面限定并且在另外的维度上被投影到彼此上面的点火面的重叠限定。所述间距从点火间隙的燃烧室侧的端部至壳体的燃烧室侧的端侧来测量。

20、所述点火间隙的相对于壳体的燃烧室侧的端侧的间距至少为0mm这个特征意味着，所述点火间隙完全布置在壳体的内部，也就是说，所述火花塞具有中性的或者负的火花位置。这具有的优点是，所述电极尽可能远地被从燃烧室中拉出来并且由此从在燃烧室中进行的燃烧过程中吸收尽可能少的热。由此所述电极的磨损得到降低。

21、一种用于尽可能冷的火花塞的有利的措施是，将绝缘体脚设计得尽可能地短。所述绝缘体脚从绝缘体的燃烧室侧的端部一直延伸至绝缘体座，所述绝缘体以该绝缘体座安放在壳体上。已经证实为有利的是，所述绝缘体脚具有不大于7mm、尤其不大于4mm的长度。在此，所述绝缘体脚的长度平行于火花塞的纵轴线来测量。

22、所述绝缘体脚越短，它伸入到火花塞的吸气室中的程度就越小。所述火花塞的吸气室充满在燃烧室中存在的气体-混合物。所述绝缘体脚伸入到吸气室中的程度越小，所述绝缘体脚与热的气体-混合物的接触面就越小并且能够从气体-混合物中吸收的热相应地就越少。

23、在另一种有利的设计方案中，所述中心电极从绝缘体中伸出来。在此，所述中心电极具有伸突尺寸，该伸突尺寸从绝缘体的燃烧室侧的端面直至中心电极的燃烧室侧的端部来测量。所述中心电极的伸突尺寸不大于6.0mm、尤其不大于4.0mm并且尤其不小于0.5mm、优选不小于1.1mm。

24、所述伸突尺寸被限制到6.0mm的最大长度上，这具有的优点是，所述中心电极不会太远地伸入到吸气室中并且由此不可能从吸气室中的气体-混合物中吸收如此多的热量，因而所述火花塞具有小的热值。所述伸突尺寸的最小长度的优点是，在0.5mm的最小长度的情况下所述相对于绝缘体的燃烧室侧的端面的间距足够大，以用于在相对于中心电极侧向地径向地调节所述地电极时排除沿着绝缘体的表面放电火花。

25、所述火花塞具有吸气室，该吸气室从壳体的燃烧室侧的端侧一直延伸至处于壳体内部的绝缘体脚沟(isolatorfuβkehle)，其中所述中心电极和所述处于吸气室的内部的绝缘体脚以及所述至少一个地电极至少部分地、尤其完全地布置在吸气室的内部。在所述火花塞被安装在内燃机中时，尤其所述吸气室在通过垂直于火花塞的纵轴线的壳体-端侧撑开的平面中与燃烧室接触。有利地规定，所述吸气室具有不大于500mm3、尤其不大于300mm3并且尤其不小于50mm3的容积。在计算容积时，不将所述电极及绝缘体的体积一同计算。

26、通过对于吸气室-容积的限制而产生的优点是，所述吸气室不是太大并且由此可以较好地用新鲜的气体-混合物来扫气，使得没有太多通过点火所消耗的气体-混合物积聚在所述吸气室中。由此，一方面避免在燃烧时所产生的颗粒、比如碳黑的沉积，并且另一方面新鲜的气体-混合物具有比所消耗的气体-混合物低的温度，由此降低经由吸气室到火花塞中的热输入。

27、在本发明的一种有利的拓展方案中规定，所述火花塞具有至少两个地电极，所述地电极分别与中心电极构成点火间隙，其中所述多个地电极相对于中心电极相同地或不同地布置，也就是说所述点火间隙能够是相同的或不同的，但是优选所有点火间隙满足这里所列举的有利特征、比如相对于壳体的燃烧室侧的端侧的位置及电极间距。

28、所述火花塞具有多个地电极，由此所述点火面的磨损能够被分摊到多个地电极上并且各个地电极的点火面不需要如在单个地电极的情况下那样多的、由耐磨的材料构成的体积。所述火花塞的使用寿命得到提高。

29、在本发明的一种特别有利的设计方案中，所述至少两个地电极对称地布置在壳体的内侧面上。在此，所述火花塞的纵轴线是在布置地电极时的对称轴线。由于地电极的对称布置而产生的技术效应是，燃料-空气-混合物在吸气室内部的流动非常均匀地进行，由此进一步有利于所述燃料-空气-混合物在火花塞中的良好的点火和良好的点火稳定性。

30、在本发明的一种作为替代方案的设计方案中，所述多个地电极也能够不对称地布置在壳体的内侧面上。比如，在所述火花塞相对于气缸轴线偏心地布置在气缸中时，所述多个地电极在火花塞中的不对称的布置是有利的。

31、比如有利的是，所述至少一个地电极和/或所述中心电极分别具有一个由与其余电极不同的材料制成的点火元件，所述点火元件与对置的电极形成点火间隙，并且所述点火元件由贵金属或贵金属合金制成、特别是由pt、ir、rh、pd、re、au或它们的合金制成。在这里，具有高的ir份额的合金是特别有利的，也就是说ir是在合金中的具有最高的单个份额的元素。这些元素或者具有这些元素的合金是特别耐磨的。

32、有利的是，所述用于地电极和/或中心电极的点火元件具有经倒圆的或经倒棱的棱边。对于具有经倒圆的棱边的点火元件来说，倒圆半径r为d/10≤r≤d/2，其中d是所述点火元件的筒直径。对于具有经倒棱的棱边的点火元件来说，所述棱角具有宽度b和高度h，其中以所述点火元件的筒直径d而适用d/10≤b≤d/2和/或d/10≤h≤d/2。

33、所述按本发明的火花塞及其拓展方案比如是一种氢火花塞，其被设立用于在用包含氢的燃料来运行的马达中使用并且点燃包含可点燃的氢的燃料-空气-混合物。所述燃料能够包含高达100％的氢，也就是说，所述燃料能够仅仅是氢或氢-气体-混合物。

34、不过，所述按本发明的火花塞不限于用氢进行的运行。所述按本发明的火花塞也能够用于天然气-内燃机或汽油-内燃机。