CN105186292A - 生产内燃发动机的火花塞的方法及内燃发动机的火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产尤其是机动车辆的内燃发动机的内燃发动机的火花塞(1)的方法。火花塞(1)包含具有头部区域(8)的主体(2)，头部区域(8)旨在被分配到内燃发动机的燃烧室。而且，至少通过以下步骤形成的涂层至少部分地设置在头部区域(8)上：-使得头部区域(8)至少部分粗糙化，-将浆涂覆到粗糙化的头部区域(8)，-干燥涂覆的浆，-加热涂覆到粗糙化的头部区域(8)的浆以形成瓷釉层(10)。本发明还涉及尤其通上述方法生产的内燃发动机的火花塞(1)。

Description

生产内燃发动机的火花塞的方法及内燃发动机的火花塞

本发明涉及生产尤其机动车辆的内燃发动机的根据权利要求1前序部分的火花塞的方法。本发明还涉及根据权利要求7前序部分的用于内燃发动机的火花塞。

应用点火内燃发动机需要点火火花，目的是点燃其燃烧室内的压缩的燃料-空气混合物。为此目的，使用用作可控地提供各自的点火火花的电控火花塞。在它们的运行过程中，点火火花在火花塞的中心电极和至少一个接地电极之间形成明弧。火花塞通常具有带有连接部的主体，连接部例如可以具有外螺纹。这样火花塞可以被拧进内燃发动机的汽缸盖的相应的开口。

通过至连接部的导电连接，当火花塞安置在汽缸盖中时，接地电极已经通过车辆接地部处于接地。相比之下，中心电极可以通过例如点火电缆与点火线圈连接。中心电极可以通过点火线圈经受适合的点火电压。为此目的，中心电极和接地电极通过适合的绝缘体而彼此电绝缘，因为点火电压的电弧应仅在两个电极之间产生。在这点上电极间距代表了可以预先设置的用于获得所需的燃料-空气混合物的燃烧的标准。

在火花塞的布置中，其具有电极间距的端部面向相应的内燃发动机的燃烧室。为了本发明的目的，所述端部被认为是火花塞的头部区域。

在运行火花塞的过程中，已知可能的沉积物可以在其头部区域形成。沉积物通常是油碳。这些油碳沉积物归因于各自燃料的燃烧过程。这种情况下，这样的沉积物主要集中在位于头部区域的部分绝缘体上。取决于运行时间，这些沉积物可以实现具有几毫米厚度的多孔结构。

产生的问题归因于后者的导电性。尤其凭借在火花塞的头部区域的金属区域之间形成的沉积物，最终将出现不点火和不可控的点火火花的示例。而且，沉积物显示了在燃烧循环结束时以不可控的方式继续燃烧的趋势；这与电热塞类似。然后由于燃料-空气混合物的减弱或甚至不完全的燃烧，这最终导致废气中具有不理想的高值的挥发性有机物(碳氢化合物的排放)。

现有技术已知各种配置的火花塞。除了它们仅用作点火装置外，现有技术也已经公开了避免上述的沉积物的技术方案。

因此，EP1557918A1公开了内燃发动机的火花塞，据说由于导电沉积物可以永久的避免分流的发生。为此，建议是在位于火花塞的头部区域的绝缘体的尖足上形成的催化的贵金属层。贵金属层可以是铂(Pt)、钯(Pd)或铑(Rh)。

建议的贵金属涂层旨在降低燃烧沉积物所需的温度。尤其内燃发动机的冷启动阶段是令人感兴趣的，其中还没有达到最佳运行温度。因此，可实现的燃烧温度的降低应当最终相应加速沉积物的氧化。关于贵金属涂层的位置，这局限于在面向火花塞的中心电极的绝缘孔的内表面。常规的绝缘孔是曝露中心电极的绝缘体内开口，中心电极在其他位置被绝缘体包围，以便所述中心电极可以与接地电极相互作用。

DE4222137B4公开了用于柴油内燃发动机的燃料喷射嘴。这包含具有喷射孔的喷嘴体，喷射孔穿透所述喷嘴体，并直到涂覆涂层的喷嘴体的壁。涂层朝向喷射孔的开口变厚，以便喷嘴孔朝向它们的开口逐渐变细。涂层本身由硬质材料例如铬、镍、镍-磷、镍-硼、镍-钴-硼、Al₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、Cr₃C₂、SiO₂、AlSi、NiCr、WTi或WC形成。

DE19951014A1公开了同样具有至少环绕排放口开口变宽的区域的涂层的燃料喷射阀。该涂层是Co或Ni或氧化钴或氧化镍或钴合金或镍合金的氧化物或Ru或Rh或Pd或Os或Ir或Pt或这些金属彼此的或与其它金属的合金的催化活性层。

JP2007-309167A公开了内燃发动机的燃烧室清洗***。为此，将二氧化钛涂覆到喷射器的喷射开口的表面。

JP2005-155618A公开了在喷射阀的喷嘴上形成由氧化钛组成的涂层的工艺。

结果是尽管贵金属涂层的布置可以加速已经存在的沉积物的燃烧，例如其性能和局部布置也导致了不可控的点燃和阴燃。总的来说，因此迄今为止追踪物理或化学气相沉积(PVD/CVD)的工艺和涉及电镀措施的工艺都不能使产生适合的用于可靠地阻止沉积物的形成和相关劣势的涂层成为可能。

根据此观察，因此内燃发动机尤其是机动车辆的内燃发动机的火花塞肯定仍然有改进的空间。

针对背景技术，本发明基于进一步开发用于生产火花塞的工艺以及一种用于内燃发动机的火花塞，以便提供可能的有成本效益的形成适合的涂层的方法的目标，该涂层可以结合到现有的生产顺序中并确保改进在运行过程中形成的废气值的可靠的作用。

所述目标的工艺相关的部分的解决方案是具有权利要求1的特征的方法的内容。所述目标的产品相关的部分根据具有权利要求7的特征的火花塞来实现。进一步地本发明特别有利的改进由各自的从属权利要求公开。

应当指出的是可以以任何需要的技术上有意义的方式相互结合以下说明书中单独详细说明的方法和特征，因此进一步公开了本发明的改进。

据此，根据本发明的工艺包括生产内燃发动机的火花塞。特别优选地，内燃发动机是机动车辆的发动机。

将要生产的火花塞具有包含头部区域的主体。涂层至少部分地设置在头部区域。头部区域设计为当火花塞安装在内燃发动机中时面向内燃发动机的至少一个燃烧室。这方面，头部区域至少部分地安置在相关的燃烧室内。这方面，头部区域旨在被分配给内燃发动机的燃烧室。

优选的是火花塞本身具有标准设计。它包括中心电极和至少一个接地电极，接地电极与中心电极隔开以及通过绝缘体的至少部分结合而相对于中心电极电绝缘。

根据本发明，通过以下步骤将涂层设置在火花塞的头部区域：

-使得头部区域至少部分粗糙化，

-将浆涂覆到粗糙化的头部区域，

-干燥涂覆的浆，

-加热涂覆到粗糙化的头部区域的浆以形成瓷釉层。

在此方面，根据本发明的工艺的本质是在火花塞的主体的头部区域上形成瓷釉层。相比于提供贵金属层，这产生的优势是根据本发明的瓷釉层已经很大程度上阻止油碳的沉积。在这一方面，瓷釉层没有起到降低烧除这样的沉积物所需的温度的作用，而是阻止或至少减少从一开始就形成。

导致这个的知识是事实上没有燃料的流体成分——例如是液滴形式的——在瓷釉层上沉积和干涸。这已经被认为是在火花塞上形成像煤焦油的片层的主要原因。于是防止或至少大量降低这样的沉积物意味着可能的其阴燃不再是可能的了。

另外，根据本发明的瓷釉层起到额外的绝缘体的作用，因而可靠地阻止了可能的点火火花的中断。如果可能的沉积物事实上随着时间在头部区域形成，这是尤其相关的。由于沉积物是导电性的，从现有技术可知，如果提供同样具有导电性的贵金属层那么可能发生不可控的和损坏的点火火花，本发明可以避免这个。

由于根据本发明的瓷釉层，因而对于可靠的火花塞的运行将会出现有效地双重保护，作为这个的结果是相应地改进了在内燃发动机运行过程中形成的废气值。造成这个的原因是根据本发明的至少在相关的火花塞的头部区域上的瓷釉层的抗粘附和电绝缘性能。

根据本发明的瓷釉层的布置可以有利地容易地结合到生产火花塞的现有工艺中。由于瓷釉层的抗热性能，这证明对于其操作位置和作用其上的相关的热负荷是非常耐用的。

尤其优选的是，瓷釉层可以是氧化的和也是平滑的以及是催化活性的瓷釉层。可供选择地或另外，瓷釉层也可以是“干净的瓷釉”的形式。例如，这种类型的瓷釉层以家用电器例如烤箱的衬层而众所周知。如果烤箱在比通常较高的温度下运行的话，这些包括自清洗效果。然后这涉及净化退火，其中的任何附着的沉积物例如石油片层可以被完全催化分解而无需机械作用。

为了本发明的目的，应当理解的是浆是提供的瓷釉层的初始基础。这优选是矿质混合物的形式的团状物，以糊状至粘滞的稠度的流体存在，并以适合的方式涂覆到头部区域的粗糙化的部分。

关于涂覆方法的使用，例如接触工艺或无接触工艺对于涂覆是可想到的。因此，例如可以借助于给液棍或给液刷涂覆浆。此外，可以通过浸渍或喷涂例如尤其通过真空喷涂完成涂覆。

随后例如在环境空气中或通过热空气射流干燥涂覆的浆。随后加热干燥的浆以用作形成瓷釉层。为了本发明的目的，还应当了解的是加热指的是退火、烧结、烘烤。

根据本发明的基本思想的有利发展，在加热前，可以至少部分地粗糙化并提供浆给位于头部区域内的火花塞的金属部。换句话说，这方面本发明规定了瓷釉层可以在头部区域的金属部上形成。

尤其优选的是完成的瓷釉层可以延伸至头部区域的内和外部。这方面，应当了解的是内部指的是主要面向中心电极的区域。相反，外部是远离中心电极的区域。在内部，由于瓷釉层的电绝缘作用，瓷釉层的任务是有效地阻止已经存在的沉积物上点火火花的可能的中断。相反，在外部提供瓷釉层主要用作阻止由于阴燃另外导致高排放值的沉积物。

此外，规定了在加热前至少部分粗糙化和提供浆给位于头部区域内的部分绝缘体。换句话说，瓷釉层的布置也可以延伸至绝缘体的区域。

本发明的另一有利发展规定了，在已经干燥所述浆之后和加热之前，可以至少部分地机械移除涂覆的浆的可能的过喷。这主要包括中心电极和/或至少一个接地电极。目的是形成可控的和足够的点火火花，为了该目的相应的电极应当以尽可能裸露的形成存在。取决于用于涂覆浆的工艺，因而在加热前需要局部移除被称为过喷的不需要的浆的涂覆。

通过头部区域的适合的粗糙化工艺提供涂覆浆的基础。为此目的，本发明规定了例如通过喷砂可以影响初始必需的部分头部区域或整个头部区域的粗糙化。不言而喻的是还可以想象的是进一步的使得适当的制备各自的用于涂覆浆的表面成为可能的粗糙化的工艺。该粗糙化主要用作在头部区域和瓷釉层的表面之间提供耐用的结合。结果是后者可以较好的固定在头部区域的表面。另外，通过粗糙化扩大了接触面。

涂覆的浆优选在800℃-900℃的温度范围内加热。尤其优选的是使用保护气体完成加热。通过在保护气体下加热，尤其可以有效地阻止在火花塞的外螺纹上形成的层的积垢和变色。

根据本发明的现在提出生产火花塞的工艺提供了具有成本效益的形成可以很容易的结合到现有生产顺序中的瓷釉层形式的涂层的可能的方法。通过耐温的瓷釉层的电绝缘作用结合后者阻止沉积物的事实，总体能够确保的是火花塞的可靠运行用于改进在运行过程中形成的废气值。

本发明还涉及内燃发动机尤其机动车辆的内燃发动机的火花塞。优选根据本发明的上述工艺生产火花塞。

这里，火花塞包含具有头部区域的主体，头部区域旨在被分配给内燃发动机的燃烧室。另外，涂层至少部分地设置在头部区域上。根据本发明，涂层是瓷釉层。可供选择地，涂层还至少包含瓷釉。

以上结合根据本发明的生产火花塞的工艺已经解释了产生的优势，并相应地适用于根据本发明的火花塞。此外，还适用于以下所述的根据本发明的火花塞的进一步的有利改进。为此，此时参考以上所述内容。

根据根据本发明的火花塞的有利改进，瓷釉层由浆形成。关于浆的组分，规定了除了至少一种附加的组分以及(如果需要的话)额外至少一种乳浊剂之外的由至少一种玻璃成形氧化物组成。

例如，可能的玻璃成形氧化物的群组是至少以下中的一个：

-二氧化硅(SiO₂)

-三氧化二硼(B₂O₃)

-氧化钠(Na₂O)

-氧化钾(K₂O)

-三氧化二铝(Al₂O₃)

不言而喻的是该清单不是确定性的，因而还可以想象进一步的玻璃形成氧化物。

关于至少一种另外的组分，例如可以来源于以下群组：

-硼砂

-长石

-石英

-氟化物

-苏打

-硝酸钠

这里情况是该清单也不是确定性的，因而还可以想象进一步的组分。

如果需要的话，至于添加的至少一种乳浊剂，例如可以从以下群组中选择：

-钛(Ti)

-锆(Zr)

-钼(Mo)

同样地这不是确定性的清单，因此还可以想象其它乳浊剂例如二氧化锡或硅酸钛。

根据本发明的瓷釉层优选是熔融混合物。在釉化温度，玻璃成形氧化物熔化在一起以形成玻璃熔体。基底瓷釉包含大约23-34％重量的硼砂，28-52％重量的长石，5-20％重量的石英，大约5％重量的氟化物，余数是苏打和硝酸钠。如已经提到的，Ti、Zr和Mo的氧化物可以用作乳浊剂。

而且，还可以存在陶瓷颜料例如氧化铁、氧化铬和尖晶石。

为了改进尤其在金属基质上的附着力，根据本发明的瓷釉层还另外包含例如以下群组中的至少一种氧化物：

-氧化钴

-氧化锰

-氧化镍

在优选的改进中，所述基质是细磨的和融化的。熔体是淬火的，也就是说优选引入水，颗粒状的玻璃熔块因此产生，在随后的步骤中再次细磨。例如，将30％-40％的水与粘土和石英粉末添加到研磨操作中。取决于瓷釉的种类，还添加乳浊剂和着色氧化物。

这形成了釉浆，为了较好的混合，在再次使用釉浆之前，应当静置一定的时间，优选几天。适合的改性剂的使用确保具有一致的层厚度。

在使瓷釉层平滑这方面，后者优选包含高比例的氧化铈(CeO)。通过其催化作用，集中于瓷釉层的表面的燃料液滴蒸发。结果，不形成随后可能对废气排放具有不利影响的沉积物。而且，从而有利地降低了燃料燃烧的初始温度和未烧尽的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)。结果同样地降低了内燃发动机内的排放值。

瓷釉层包含高比例的三氧化二铝Al₂O₃，目的是增加点火火花的击穿强度。

根据有利的发展，瓷釉层可以具有100μm-250μm的层厚度。

将以以下附图中示例性说明的示例性实施例为基础更详细地解释本发明的进一步的优势细节和效果。图中：

图1显示了根据本发明的纵截面的部分火花塞；

图2显示了以相同方式表示的另一形式的部分图1。

图1显示了穿过根据本发明的火花塞1的纵截面。为了清楚起见，所述纵截面显著减少至火花塞1的主体2的连接部。这大体上显示了设计为用于产生火花塞1的点火火花(未更详细的显示)的区域。

纵截面显示了沿火花塞1的纵向方向x延伸的和被绝缘体4包围的由中心电极3构成的火花塞1的典型结构。绝缘体4可以是瓷制本体。绝缘体4具有使得铅笔形状的中心电极3设置在绝缘本体4内的管状结构(未更详细的显示)。绝缘本体4用作使得中心电极3关于主体2的进一步的金属区域电绝缘。

这方面，绝缘本体4还用作使得中心电极3关于设置在主体2上的接地电极5电绝缘。接地电极5弯曲成像括号的角度，其首先从主体2的正面6以纵向方向x的方向延伸，然后在中心电极3上弯曲成角度。这样，中心电极3和接地电极5彼此分开具有形成的电极间距。

可以看出，主体2的外周具有外螺纹7。外螺纹7用于将火花塞1与内燃发动机的汽缸盖(未更详细的显示)孔连接。为此目的，孔(未显示)具有相应的与火花塞1的主体2的外螺纹7连接的内螺纹。

图1中可见的部分火花塞1包括旨在相应地安装在或与内燃发动机的燃烧室(不可见)对准的头部区域8。可以看出主体2在头部区域8具有管状结构，使得部分绝缘体4与设置在其中的中心电极3一起安置在主体2中并从其隔开。从而环形间隙9在主体2的内侧区域与绝缘体4连同中心电极3的外侧区域之间形成。

可以看出，瓷釉涂层10的形式的涂层设置在头部区域8上。这里，瓷釉涂层10在环形间隙9上延伸，因而在相应的主体2的内侧区域和相应的绝缘体4的外侧区域上延伸。这里，而且瓷釉层10还包围主体2的正面6向上一直到主体2的外螺纹7的起点。此外，以纵向方向x延伸的部分接地电极5也大体上被瓷釉层10包围。

图2以简化的形式再次显示了头部区域8。这方面，没有制作穿过绝缘体4的切口，因此在目前情况下后者覆盖了在其中延伸的中心电极3。相比于图1中的说明，这里瓷釉层10在主体2的正面6结束。相反，值得注意的瓷釉层10进一步在接地电极5，尤其也在接地电极5的四分之三角度部分的之上延伸，以便后者仅在自由端部分未涂覆。总的来说，瓷釉层10具有用于相对于点火火花实现高的击穿强度的足够层厚度。在目前情况下层厚度为100μm-250μm。

附图标记列表

1火花塞

21的主体

31的中心电极

41的绝缘体

51的接地电极

62的正面

72的外螺纹

81和2的头部区域

92和4之间的间隙

101的瓷釉层

a3和5之间的电极间距

b1的纵向方向

Claims (11)

1.一种生产尤其是机动车辆的内燃发动机的火花塞(1)的方法，火花塞(1)包含具有头部区域(8)的主体(2)，头部区域(8)旨在被分配到内燃发动机的燃烧室，涂层至少部分的设置在头部区域(8)上，

所述方法至少具有以下步骤：

-使得头部区域(8)至少部分粗糙化，

-将浆涂覆到粗糙化的头部区域(8)，

-干燥涂覆的浆，

-加热涂覆到粗糙化的头部区域(8)的浆以形成瓷釉层(10)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中

加热前至少部分粗糙化和提供浆给位于头部区域(8)内的火花塞(1)的金属部。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，

加热前至少部分粗糙化和提供浆给位于头部区域(8)内的部分绝缘体(4)。

4.根据前述任一项权利要求所述的方法，

其中

在已经干燥所述浆之后且在加热之前，至少部分机械移除在中心电极(3)和/或接地电极(4)上的涂覆的浆的过喷。

5.根据前述任一项权利要求所述的方法，

其中

通过喷砂粗糙化头部区域(8)。

6.根据前述任一项权利要求所述的方法，

其中

尤其使用保护气体在800℃-900℃的温度范围内加热浆。

7.根据前述任一项权利要求所述的方法，

其中

浆包含以下群组中的至少一种玻璃成形氧化物：

-二氧化硅(SiO₂)

-三氧化二硼(B₂O₃)

-氧化钠(Na₂O)

-氧化钾(K₂O)

-三氧化二铝(Al₂O₃)

以及还包含以下群组中的至少一种组分：

-硼砂

-长石

-石英

-氟化物

-苏打

-硝酸钠

以及如果需要的话，包含以下群组中的至少一种乳浊剂

-钛(Ti)

-锆(Zr)

-钼(Mo)。

8.一种尤其通过前述任一项权利要求所述的方法生产的内燃发动机的火花塞，包含具有头部区域(8)的主体(2)，头部区域(8)旨在被分配到内燃发动机的燃烧室，涂层至少部分的设置在头部区域(8)上，

其中

涂层是瓷釉层(10)或至少包含瓷釉。

9.根据权利要求8所述的火花塞，

其中

瓷釉层(1)由浆形成，浆包含以下群组中的至少一种玻璃成形氧化物：

-二氧化硅(SiO₂)

-三氧化二硼(B₂O₃)

-氧化钠(Na₂O)

-氧化钾(K₂O)

-三氧化二铝(Al₂O₃)

以及还包含以下群组中的至少一种组分：

-硼砂

-长石

-石英

-氟化物

-苏打

-硝酸钠

以及如果需要的话，包含以下群组中的至少一种乳浊剂

-钛(Ti)

-锆(Zr)

-钼(Mo)。

10.根据权利要求8或9所述的火花塞，

其中

瓷釉层(10)包含以下群组中的至少一种氧化物：

-氧化钴

-氧化锰

-氧化镍。

11.根据权利要求8至10其中一项所述的火花塞，

其中

瓷釉层(10)具有100μm-250μm的层厚度。