[发明专利]制造火花塞电极的方法

说明书

本发明涉及一种制造火花塞电极的方法。

火花塞用于内燃机以点燃燃烧室中的燃料。因此，火花塞电极经受到高热和极端的腐蚀性气氛。为了在某种程度上提高火花塞的寿命，中心电极和置于中心电极旁边的侧线材电极是用一种良导热材料如铜制造的，并在其外包上一耐腐蚀材料如镍制成的护套。

制造火花塞用的铜镍电极可用多种方法实现。例如，发布于1974年4月16日、题目为“生产火花塞中心电极的方法”的美国专利3803892中描述了一种用两种材料的扁平板压制铜镍电极的方法。发布于1941年11月4日、题目为“火花塞及其制造方法”的美国专利2261436中，叙述了如何将铜和镍冷锻（挤）成单根长线材，然后再切割成较短长度以用作火花塞中的电极。发布于1970年12月22日、题目为“火花塞及制造火花塞中心电极的方法”的美国专利3548472，叙述了一种方法，该法通过几步工序用冷成型工艺制成一外部镍制的杯形护套，然后将一铜线材插到杯形套中，再将此两种材料紧压在一起。

发布于1974年12月31日，题目为“生产火花塞中心电极的方法”的美国专利3857145，公开了一种工艺，该工艺将一铜芯材插入一镍件中，用一箍状部分使两者紧密相连以确保形成一电流通道。

用上述公开的诸方法生产的火花塞电极，用于在实施美国1977年的干净空气法规之前制造的车辆上，是令人满意的。在1977年后，由于发动机和燃料的改变，大多数车辆的工作温度提高了。发动机和燃料改变的结果，使发动机中的一些运转部件经受到排气的腐蚀作用。例如，在无分配器点火系统中是每隔一个火花塞反向点燃的。这样，中心和侧线材电极都发生电极端腐蚀，腐蚀取决于要求火花塞正向点燃还是反向点燃。如果火花塞是正向点燃，则中心电极的腐蚀显著;如果火花塞是反向点燃，则侧线材电极上的腐蚀显著。如此，即使火花塞的镍中心线材和侧线材电极能耐受大多数氧化物，在工作于燃烧温度和暴露于燃烧和循环气体一段时间后，也会发生腐蚀和烧蚀。一旦发生了腐蚀和烧蚀，电流通道受损坏，就造成燃烧效率的降低。

美国专利4705486公开了制造电极的几种方法，其中一铂圆盘被焊到一铬镍合金中心线材的端部上。此后，将中心线材置于一模子中挤压成最终所需的长度，使铂盖住焊接处以便在用于火花塞正常操作中时防止中心线材与铂圆盘之间的电流通路受损坏。

在致力于降低电极的制造成本中，美国专利4725254公开了一种制造方法，此法将一带有一铜芯的铬镍铁合金中心线材挤压成所需的长度。将一铂带材轧制到一所需的厚度，再冲制成圆盘。该圆盘呈一带周边突缘的杯状。圆盘和中心线材被置于一夹具中并彼此相向移动，使圆盘包围住线材端部。当电流从铬镍铁合金中心线材的端部流到铂圆盘时，就产生一电弧，从而导致热能的产生。电流持续到热能足以熔化在线材端部与圆盘之间连接处的铬镍铁合金。此后，电流就中止。保持在圆盘上的压力使铬镍铁合金端部与端帽熔融在一起，从而形成一冶金接合或结头而完成电极的制造。

制造一带有一铂帽的中心电极的方法是令人满意的，并满足车辆的现行操作要求。可惜，铂的成本导致帽成本等同或大于火花塞中的其它零件。

在致力于降低电极用铂的成本中，产生了一种方法，此法用一在铬镍铁合金件与铂球之间的冶金接头将该铂球夹持住，而不是象与此同时申请的共同待批美国专利600-87-010中公开的那样靠一用突起部撑围方法形成的环形突起部夹持的。

在本发明中，中心线材电极的突起部的轴向中心和侧线材电极表面的中心是做上标记的。铂球置于一夹具中，而中心线材的轴（向）中心位于铂球上方。在中心线材和铂球上同时加上压力和电流。当电流通过中心线材与铂球间时，在轴（向）中心和铂球的连接处产生了热能。热能使中心线材的材料（铬镍铁合金）熔融，并靠重力流在球的四周。当铬镍铁合金复盖了至少球的一半时，就中止所加的电流和压力。

类似地，在侧线材装上金属壳后，侧线材的中心与铂球对准，施加一压力同时在侧线材与球体之间通过电流。在侧线材和球的连接处产生的热能，使侧线材的材料熔融并流在球的四周。当有约一半的侧线材球被复盖后，就中止所加的压力和电流。

此后，将中心线材置于一在金属外壳中的陶瓷件中。这样，就确定了侧线材上的铂球与中心电极间的直线间距。当按照这种方式制造的火花塞在一车辆发动机上使用一段较长时间后，该直线间距仍保持不变。

这种制造电极的方法的优点是，铂件的形状能被精确地控制，可以选用最小尺寸的铂球来保护铬镍铁合金线材，使制造成本不会比传统的火花塞显著增加。