火花塞电阻元件装置、其制造方法和用于内燃机的火花塞与流程

本发明涉及一种火花塞电阻元件装置，其具有均匀的电流密度分布和降低的电负荷，由此获得长久的产品耐久性。此外，本发明还涉及一种用于制造火花塞电阻元件装置的方法以及一种用于内燃机的火花塞，其由于使用了所述火花塞电阻元件装置而在提高的运行时间方面很突出。

背景技术：

1、从de 10 2009 0470 055a1中已知一种用于内燃机的火花塞，该火花塞包括具有孔的绝缘体，构件(panat)装入该孔中，该构件包括第一接触构件、第二接触构件和位于它们之间的电阻构件，其中，第二接触构件与火花塞的中心电极连接并且第一接触构件与电的连接螺栓连接。用于电阻构件的化学化合物和/或化学元素以专门设定的电阻为特点并且通过在火花塞的绝缘体中设置的孔中进行混合和压实形成电阻构件而无需任何特殊处理。在这种情况下，所达到的孔隙率通常处在大于5％并且尤其大于10％的范围内。由此造成火花塞的使用寿命相对较短。

技术实现思路

1、与此相对地，根据权利要求1的根据本发明的火花塞电阻元件装置由于均匀的电流密度分布以及缺少或少量的具有增加的电负荷的区域而以非常好的耐久性和持久的高性能为特点。此外，根据本发明的火花塞电阻元件装置具有较少电气故障响应(fehlverhalten)倾向，这其次也防止了在其中安装有火花塞电阻元件装置的火花塞的完全失灵。

2、为此，根据本发明的火花塞电阻元件装置按下述顺序包括：燃烧室侧导电端部区段、含有电阻材料的电阻元件以及连接侧导电端部区段。相应的端部区段确保电阻元件与按规定使用时周围的火花塞部件的良好连接、例如与燃烧室侧端部区段上的中心电极和连接侧端部区段上的电连接区域的连接。能够设置另外的部件。

3、电阻元件包括电阻材料并且具有小于0.3％的孔隙率。这意味着电阻元件能够由一种或多种电阻材料构成，其一起形成电阻元件，其中，然而火花塞电阻元件装置中的整个电阻元件的孔隙率小于0.3％。在此，电阻元件的孔隙率在其制造后借助于扫描电子显微镜(rem)中的显微照片上的微观结构特征进行测量(参见：通过评估微观结构影像来确定相的体积组成，其中，这里类似于结构第二相来求取孔隙率；为此，请参阅en iso 13383-2:2016)。

4、在不拘泥于理论的情况下假设的是小于0.3％的孔隙率使得在材料颗粒之间仅具有很少且较小空穴的电阻材料的密度高且均匀。由此，电阻材料中的材料颗粒彼此相应良好接触，从而能够防止或至少显著减少局部形成具有增加的电负荷的区域，从而能够排除电气故障响应。这进而提高了火花塞电阻元件装置的行驶功率。因此，按规定使用根据本发明的火花塞电阻元件装置还提高了其中安装有该火花塞电阻元件装置的产品的行驶功率。

5、火花塞电阻元件装置优选具有1至14kω、尤其3至10kω的电阻。根据本发明，该电阻是在测量温度t＝20℃的情况下根据jis b 8031(自2006年)章节7.13确定的。

6、从属权利要求表明本发明的优选改进方案。

7、根据一种有利的改进方案，电阻元件具有至少0.05％的孔隙率。在此，0.05％的下限对于简化制造电阻元件是有利的。更高的紧密度意味着更高的技术耗费，这会在火花塞电阻元件装置的制造成本上直接反映出来。

8、为了在一方面用于制造火花塞电阻元件装置的高成本与另一方面提高的电流密度分布之间取得平衡，电阻元件具有0.05至0.30％并且尤其0.10至0.25％的孔隙率。

9、在用于内燃机的火花塞中使用所述火花塞电阻元件装置时，为了改进电阻元件与燃烧室或与电接头的电连接，火花塞电阻元件装置的燃烧室侧导电端部区段有利地包括接触构件，并且/或者连接侧导电端部区段有利地包括接触构件。在本发明的意义上，接触构件是主要由导电颗粒构成的元件，其能够形状精确地连接到按规定使用时相应要连接的部件上，并且另一方面提供与电阻元件的良好电接触。它尤其是至少由电绝缘玻璃颗粒和导电材料、例如金属(铁、铜等)和/或含碳化合物(石墨、炭黑、sic等)组成的复合材料。

10、为了进一步改进火花塞电阻元件装置与电接头的连接性，连接侧导电端部区段优选地包括接触销。接触销能够构造成螺栓并且同时也能够通过使其有助于压实电阻材料来用于制造火花塞电阻元件装置。接触销通常是基于金属的、或多或少为柱形的元件，它在其长度上与火花塞电阻元件装置能够装入的位于火花塞的绝缘体内部的孔相适配。

11、根据另一种有利改进方案，接触销在连接侧连接到连接侧的接触构件上。这同样用于改进与电接头的连接并且优选地还用于简化制造高度压实的电阻元件。

12、为了实现小于0.3％的电阻元件孔隙率，有利地设置的是使用具有小于10μm的最大初级颗粒尺寸的电阻材料。在此，初级颗粒尺寸理解为在混合并形成电阻元件之前的相应原始材料的颗粒尺寸。如果使用两种或更多种电阻材料，则所使用的电阻材料中的每种电阻材料都具有小于10μm的初级颗粒尺寸。具有小于10μm的初级颗粒尺寸的电阻材料被证明是能特别容易地压缩的并且能加工成高度压缩的电阻元件。根据本发明，初级颗粒尺寸通过扫描电子显微镜(rem)中的显微照片的微观结构特征来获取，即通过根据en iso13383-1:2012中的章节9.3中的方法b来确定颗粒尺寸和颗粒尺寸分布。

13、为了获得良好的加工性同时避免形成灰尘，尤其使用具有5nm、并且尤其10nm的最小初级颗粒尺寸的电阻材料。

14、考虑到前面所述的对于一种或多种电阻材料的最小和最大初级颗粒尺寸的影响，电阻材料具有5nm至小于10μm、尤其10nm至小于10μm并且尤其100nm至5μm的初级颗粒尺寸。这样的材料能够易于制造、易于处理并且不易于形成灰尘。在此，前面所有的尺寸说明适用于火花塞电阻元件装置中使用的所有电阻材料。

15、由于预限定电阻值的可调节性非常好，电阻材料包括硼硅酸玻璃和zro2。能够含有其他化合物和元素，例如碳基物质、如炭黑或类似物质，或者二氧化钛。

16、此外，根据本发明还公开了一种用于制造如前所述的火花塞电阻元件装置的方法。根据本发明，所述方法包括将电阻材料碾碎至小于10μm、尤其5nm至小于10μm、尤其10nm至小于10μm并且尤其100nm至5μm的初级颗粒尺寸的步骤。通过能用任意设备、例如珠磨机或搅拌球磨机实施的碾碎实现的是，电阻材料能够被非常高度地压缩以形成电阻元件。在成形或形成电阻元件时，在各个颗粒之间能够形成较少空腔，这主要使得电阻元件的孔隙率小于0.3％，并且由此在火花塞电阻元件装置安装在用于内燃机的火花塞中时使得电流密度分布特别均匀。通过在电阻元件中安装根据本发明碾碎的电阻材料能够有效地防止具有增加的电负荷的局部区域。该方法效率高且技术上能易于实施。

17、除了前述步骤之外还能够接着进行另外的方法步骤，例如将燃烧室侧导电端部区段以及连接侧导电端部区段布置在电阻元件上。还能够例如借助于从连接侧导电端部区段的一侧被引导的接触销来对电阻材料进行压缩以形成电阻元件。

18、此外，根据本发明还公开了一种用于内燃机的火花塞，该火花塞包括如前所述的火花塞电阻元件装置。由于将根据本发明的火花塞电阻元件装置安装在根据本发明的火花塞中，还为火花塞实现了延长的使用寿命或运行时间，因为避免了电气故障响应并实现了均匀的电流密度分布。

19、火花塞除了包括根据本发明的火花塞电阻元件装置之外还能够包括例如在所述背景技术中公开的其他部件，例如中心电极、接地电极、包含绝缘体的壳体，其中，火花塞电阻元件装置布置在绝缘体中的孔中并且在燃烧室侧上与中心电极连接且在连接侧上与火花塞的电接头连接。