本发明涉及一种火花塞，其包括布置在火花塞壳体中的绝缘体，该绝缘体具有纵轴线和沿着所述纵轴线的开口。此外，在所述绝缘体的开口中布置有中心电极。另外，在所述火花塞壳体上设置有至少一个接地电极。所述绝缘体具有第一绝缘体区段和第二绝缘体区段，其中，所述第一绝缘体区段在所述纵轴线的方向上沿着具有第一内直径的第一绝缘体区段长度延伸。所述第二绝缘体区段在所述纵轴线的方向上沿着具有第二内直径的第二绝缘体区段长度延伸。在此，所述第一内直径小于所述第二内直径，其中，所述第一绝缘体区段直接过渡至所述第二绝缘体区段。所述中心电极具有中心电极区段，该中心电极区段在所述纵轴线的方向上沿着具有中心电极外直径的中心电极区段长度，至少沿着所述第一绝缘体区段的和所述第二绝缘体区段的整个绝缘体区段长度延伸。
1.一种火花塞（10），其包括布置在火花塞壳体（21）中的绝缘体（11）、布置在所述绝缘体（11）的开口（13）中的中心电极（14）和至少一个设置在所述火花塞壳体（21）上的接地电极（15），该绝缘体具有纵轴线（12）和沿着所述纵轴线（12）的开口（13），其中，所述绝缘体（11）具有第一绝缘体区段（31）和第二绝缘体区段（32），其中，所述第一绝缘体区段（31）在所述纵轴线（12）的方向上沿着具有第一内直径（51）的第一绝缘体区段长度（61）延伸，并且其中，所述第二绝缘体区段（32）在所述纵轴线（12）的方向上沿着具有第二内直径（52）的第二绝缘体区段长度（62）延伸，其中，所述第一内直径（51）小于所述第二内直径（52），其中，所述第一绝缘体区段（31）在过渡部（25）中直接过渡至所述第二绝缘体区段（32）中，并且其中，所述中心电极（14）具有中心电极区段（44），该中心电极区段在所述纵轴线（12）的方向上沿着具有中心电极外直径（54）的中心电极区段长度（64）延伸，其特征在于，所述中心电极区段（44）至少沿着所述第一绝缘体区段（31）的和所述第二绝缘体区段（32）的整个绝缘体区段长度延伸，所述中心电极（14）至少局部地沿着其纵向延伸部具有被中心电极外壳（24）包围的中心电极芯（16），其中，所述中心电极芯（16）的材料具有比所述中心电极外壳（24）的材料高的导热能力，并且其中，在从所述第一绝缘体区段（31）到所述第二绝缘体区段（32）的过渡部（25）的高度，所述中心电极芯（16）具有所述中心电极（14）的横截面积的至多60%的份额。
2.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极（14）在所述第一绝缘体区段（31）内相距所述绝缘体（11）具有至少40μm和/或至多120μm的径向距离。
3.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述中心电极（14）在所述第一绝缘体区段（31）内至少局部地通过玻璃熔融物（17）与所述绝缘体连接。
4.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述中心电极（14）在所述第二绝缘体区段（32）内相距所述绝缘体（11）具有至少100μm和/或至多500μm的径向距离。
5.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述第二绝缘体区段（32）的第二绝缘体区段长度（62）为至少0.5mm和/或至多10mm。
6.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述第一绝缘体区段（31）布置在所述第二绝缘体区段（32）的背离燃烧室（23）的一侧。
7.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述第二绝缘体区段（32）至少局部地具有比所述第一绝缘体区段（31）的第一外直径（55）大的第二外直径（53）。
8.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述中心电极区段（44）在燃烧室侧（18）延伸越过所述第二绝缘体区段（32）。
9.如权利要求6所述的火花塞（10），其特征在于，所述中心电极芯（16）在相距所述中心电极区段（44）的面向所述燃烧室（23）的端部5mm的距离处，具有所述中心电极（14）的横截面的至多70%的份额。
10.如权利要求6所述的火花塞（10），其特征在于，所述中心电极芯（16）相距所述中心电极区段（44）的面向所述燃烧室的端部的距离至多为2.25mm。
11.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述绝缘体（11）在燃烧室侧（18）具有端面（20），并且所述第二绝缘体区段（32）延伸至所述绝缘体（11）的端面（20）。
12.如权利要求1或2所述的火花塞（10），其特征在于，所述第二绝缘体区段（32）在燃烧室侧（18）过渡至第三绝缘体区段（33）中，其中，所述绝缘体（11）的开口（13）在所述第三绝缘体区段（33）中至少局部锥形地设计。
13.如权利要求12所述的火花塞（10），其特征在于，所述第三绝缘体区段（33）在所述纵轴线（12）的方向上沿着第三绝缘体区段长度（63）延伸。
14.如权利要求13所述的火花塞（10），其特征在于，所述中心电极（14）的中心电极区段（44）至少沿着所述第一绝缘体区段（31）的整个第一绝缘体区段长度（61）和所述第二绝缘体区段（32）的整个第二绝缘体区段长度（62）和所述第三绝缘体区段（33）的整个第三绝缘体区段长度（63）延伸。
15.如权利要求13所述的火花塞（10），其特征在于，所述中心电极区段（44）在燃烧室侧（18）延伸越过所述第三绝缘体区段（33）。
16.如权利要求13所述的火花塞（10），其特征在于，所述第三绝缘体区段（33）延伸至所述绝缘体（11）的端面。
17.如权利要求13所述的火花塞（10），其特征在于，所述第三绝缘体区段（33）的壁厚在很大程度上是恒定的，其中，所述壁厚是所述第三绝缘体区段的在垂直于所述火花塞（10）的纵轴线（12）的平面中的径向壁厚。
火花塞
技术领域
[0001] 本发明涉及一种火花塞，该火花塞的中心电极上的热量吸收减小。
背景技术
[0002] 由现有技术已知有火花塞的不同的设计。已知的火花塞具有中心电极和接地电极。中心电极布置在绝缘体中，其中，绝缘体力锁合地与火花塞壳体连接。导电的材料在中心电极与火花塞的电连接区域之间产生电连接。火花塞用于把（例如内燃机）燃烧室中的可燃空气-燃料混合物点燃。
[0003] 在发动机内的火花塞工作时，在中心电极上出现高温，其加速了中心电极的耗损。热量引入到中心电极中通过两条路径来进行。一方面，在混合物点燃之后，炽热的残余气体的高温传递到中心电极上。另一方面，热量从绝缘体的伸入到燃烧室内的部分传递至中心电极中。引入到伸进燃烧室内的中心电极中的这种高的热量导致增强的变热，并且由此导致在中心电极的点火尖端上的并非所愿的高耗损。
[0004] 为了减少这么多的热量从绝缘体传递至伸入到燃烧室中的中心电极内，借助于间隙来抑制在绝缘体与中心电极之间的热传输。由此可以降低中心电极-温度，并且由此减小中心电极的点火尖端的耗损。
[0005] 例如US 5,239,225公开了一种火花塞，其中中心电极设有直径梯级。在中心电极中设置的梯级包含对中心电极的直径的减小。中心电极的通过该梯级减小的直径经由间隙把该中心电极与绝缘体的开口分开。在该设计中不利的是，中心电极的直径减小需要在制造技术上繁琐的方法（例如无切削地通过流动冲压或者切削地通过车削）。此外，通过对中心电极的分级，减小了中心电极的机械的稳定性、特别是抗弯曲阻力。此外，减小中心电极的横截面也导致导热的中心电极芯的横截面积减小，由此恶化了中心电极的散热。
[0006] 此外，中心电极的直径减小导致导热的中心电极芯的横截面份额减小，或者导致中心电极芯相距中心电极的端面的距离增大。对中心电极芯长度和中心电极芯横截面的这种限制导致沿着中心电极不利地限制了点火尖端的散热能力。
[0007] 因此对这样一种火花塞存在需求，在该火花塞中，引入至中心电极中的热量减小，该火花塞制造起来更廉价，并且其中心电极具有提高的机械稳定性，且沿着中心电极具有提高的热排出。
发明内容
[0008] 具有本发明的特征的根据本发明的火花塞有如下优点：即，由于引入到中心电极中的热量减少，且由于沿着中心电极的热排出的程度高，该火花塞耗损小并且具有机械稳定性高的中心电极，且可成本低廉地制成。
[0009] 根据本发明，为此规定一种火花塞，该火花塞包括布置在火花塞壳体中的绝缘体，该绝缘体具有纵轴线和沿着纵轴线的开口。此外，在绝缘体的开口中布置有中心电极。在火花塞的火花塞壳体上布置有至少一个接地电极。
[0010] 绝缘体具有第一绝缘体区段和第二绝缘体区段。绝缘体的开口以基本上柱形的开口的基本上恒定的第一内直径沿着具有第一绝缘体区段长度的第一绝缘体区段在纵轴线的方向上延伸。绝缘体的开口以基本上柱形的开口的基本上恒定的第二内直径沿着具有第二绝缘体区段长度的第二绝缘体区段在纵轴线的方向上延伸。基本上恒定的内直径在此是指在所提及的区域内变化了至多10%的内直径。基本上柱形的开口在此是指在所提及的区域中与理想的柱体偏差了直径的至多10%的柱形的开口。
[0011] 在此，绝缘体的开口的第一内直径小于绝缘体的开口的第二内直径。第一绝缘体区段在过渡部中直接过渡至第二绝缘体区段中。在此，在绝缘体的纵向方向上从第一绝缘体区段到第二绝缘体区段的过渡部延展范围（Ausdehnung）比在绝缘体的纵向方向上第二绝缘体区段的第二区段长度小很多。该过渡部可以经过如此设计，使得绝缘体的内直径在过渡部的区域中不小于第一绝缘体区段的第一内直径，并且不大于第二绝缘体区段的第二内直径。
[0012] 此外，中心电极布置在绝缘体的开口中。中心电极具有中心电极区段，该中心电极区段带有在纵轴线的方向上的区段长度，且带有中心电极的外直径，其中，中心电极区段至少沿着第一绝缘体区段长度的和第二绝缘体区段长度的整个区段长度延伸。在此有利的是，由于沿着第二绝缘体区段长度增大的第二内直径，实现了减少中心电极从绝缘体吸收热量。由此存在如下可行性：即，中心电极至少在第一绝缘体区段长度和第二绝缘体区段长度的范围内设有基本上恒定的外直径。基本上恒定的外直径在此是在所提及的区域内变化至多10%的外直径。这又带来如下优点：即，能以小的制造代价来制造中心电极。此外有利的是，改善了中心电极的机械强度、特别是抗弯曲阻力。
[0013] 通过在从属权利要求中提到的措施，可以实现对在独立权利要求中给出的装置的有利的改进。
[0014] 有利地，中心电极在第一绝缘体区段长度的范围内在留有间隙的情况下插入第一绝缘体区段中，该间隙在所提及的区域内在至少40μm和/或至多120μm之间变化。该间隙具有如下优点：即，中心电极能以微小的制造代价插入到绝缘体中。
[0015] 此外有利的是，中心电极可以在第一绝缘体区段中至少局部地在第一绝缘体区段长度上通过玻璃熔融物与绝缘体连接。通过中心电极与绝缘体的这种连接，除了至少在第一绝缘体区段的通过玻璃熔融物而连接的部分区域中提供机械固定和气密的封闭之外，还提供了热连接。由此可行的是，中心电极至少在第一绝缘体区段的部分区域中通过绝缘体散热到火花塞壳体中。
[0016] 此外有利的是，绝缘体与中心电极之间的径向距离在第二绝缘体区段中为至少100μm，且至多500μm。中心电极与绝缘体之间的这样设计的环形间隙导致热解耦，通过该热解耦特别可靠地避免通过绝缘体而加热中心电极。该径向距离可以借助于在绝缘体的纵向方向上绝缘体的具有相应较大的直径的附加的孔来产生。
[0017] 特别有利的是，第二绝缘体区段带有绝缘体的增大的开口，以用于在中心电极与绝缘体之间形成间隙，该第二绝缘体区段具有至少0.5mm和/或至多10mm的绝缘体区段长度。通过第二绝缘体区段的这种绝缘体区段长度，确保通过间隙有效地进行热解耦。
[0018] 此外有利的是，第一绝缘体区段布置在第二绝缘体区段的背离燃烧室的一侧。由此确保在面向燃烧室一侧的对中心电极的绝缘，且确保在中心电极区段的背离燃烧室一侧的散热。
[0019] 特别有利的是，绝缘体的位于内部的开口的至少局部地在第二绝缘体区段的区域中的扩宽通过增大位于外部的直径予以补偿。绝缘体的热学特性和机械特性可以通过增大外直径而完全地或部分地予以保留。
[0020] 此外有利的是，中心电极区段在火花塞的燃烧室侧的端部上延伸越过绝缘体的开口的第二绝缘体区段。
[0021] 有利地，被中心电极外壳包围的中心电极芯至少沿着中心电极的中心电极区段的纵向延伸部延伸。在此，中心电极芯的材料具有比中心电极外壳的材料高的导热能力。在从第一绝缘体区段到第二绝缘体区段的过渡部的高度，中心电极芯具有中心电极的横截面积的至多60%的份额。由此能以有利的方式附加地改善中心电极芯的导热能力，并且由此改善点火尖端的沿着中心电极的散热能力。
[0022] 特别有利的是，中心电极的中心电极芯在相距中心电极区段的面向燃烧室的端部5mm的距离处，具有中心电极的横截面积的至多70%的份额。
[0023] 特别有利的是，中心电极芯相距中心电极区段的面向燃烧室的端部的距离至多为2.25mm。由此以有利的方式能实现中心电极的很好的散热，这导致提高了火花塞的寿命。
[0024] 特别有利的是，第二绝缘体区段延伸至绝缘体的端面。由此能以有利的方式实现耐用的制造。
[0025] 有利地，绝缘体的开口在绝缘体的燃烧室侧的端部在直接与第二绝缘体区段邻接的第三绝缘体区段中至少部分锥形地设计。绝缘体的开口的至少部分锥形的扩宽导致在绝缘体与中心电极之间的间隙沿着第三绝缘体区段的第三区段长度变化。由此，在绝缘体的热负荷特别严重的端部，相距中心电极的距离再次变大，且实现了进一步降低在中心电极的点火尖端上的温度，并实现了提高火花塞的寿命。
[0026] 有利的是，第三绝缘体区段在纵轴线的方向上沿着第三绝缘体区段长度延伸。
[0027] 此外有利的是，中心电极区段至少沿着整个区段长度延伸，该整个区段长度包括第一绝缘体区段的第一绝缘体区段长度、第二绝缘体区段的第二绝缘体区段长度和第三绝缘体区段的第三绝缘体区段长度。
[0028] 此外有利的是，中心电极区段在火花塞的燃烧室侧的端部延伸越过绝缘体的开口的第三绝缘体区段的第三绝缘体区段长度。
[0029] 特别有利的是，第三绝缘体区段延伸至绝缘体的端面。由此以有利的方式实现了耐用的制造。
[0030] 特别有利的是，沿着绝缘体的位于内部的开口的至少部分地锥形的扩宽部，在第三绝缘体区段的第三绝缘体区段长度的区域中，绝缘体的径向壁厚在最大程度上是恒定的。在此，在最大程度上恒定的壁厚是在垂直于火花塞的纵轴线的平面中的壁厚，该壁厚在所提及的区域中变化了至多10%。绝缘体的热学特性和机械特性可以通过增大外直径而完全地或部分地予以保留。
[0031] 本发明的其它特征和优点对于本领域技术人员来说可由参照附图可见的对示例性的实施方式的如下说明得到，但这些实施方式不应视为对本发明的限制。
附图说明
[0032] 图1为由现有技术已知的火花塞的示意图；
[0033] 图2为根据本发明的第一实施方式的火花塞的燃烧室侧的示意图；
[0034] 图3为根据本发明的第二实施方式的火花塞的燃烧室侧的示意图；
[0035] 图4为根据本发明的另一实施方式的火花塞的燃烧室侧的示意图。
[0036] 所有的附图都仅仅是根据本发明的装置或其组成部分的根据本发明的实施例的示意图。特别是距离和大小关系在这些附图中并非在任何情况下都尺寸精准地得到了反映。在不同的附图中给相应的元件标有相同的附图标记。
具体实施方式
[0037] 图1中所示为由现有技术已知的火花塞10的示意图，其带有绝缘体11、火花塞壳体21、纵轴线12、绝缘体11的开口13、中心电极14以及至少一个接地电极15，该中心电极带有位于内部的中心电极芯16和位于外部的中心电极外壳24。
[0038] 在此，绝缘体11布置在火花塞壳体21中。在绝缘体11中沿着纵轴线12设置有开口13。中心电极14在绝缘体11的沿绝缘体11的纵向方向基本上柱形的开口13中经过如此布置，使得中心电极14通过绝缘体11相对于火花塞壳体21电绝缘，并且可以使得热量从中心电极14经由绝缘体11导入到火花塞壳体21中。中心电极14具有位于内部的中心电极芯16，其中，中心电极芯16的材料具有比包围中心电极芯16的中心电极外壳24的材料高的导热能力。由此可以实现沿着中心电极14良好地传热。
[0039] 接地电极15布置在火花塞10的燃烧室侧的端部18上，并与火花塞壳体21连接。
[0040] 通过火花塞10的连接侧19，点火能量导入到火花塞10中。通过施加的高电压，在火花塞10的燃烧室侧的端部18上，在中心电极14与接地电极15之间产生电的火花，该电的火花适合于点燃存在于燃烧室中的空气-燃料-混合物。
[0041] 此外，为了火花塞10的高的寿命，需要从中心电极14到绝缘体11中的良好的热排出，且需要从接地电极15和绝缘体11到火花塞壳体21中的良好的热排出。在中心电极14和接地电极15上达到的温度主要决定了火花塞10的寿命。在中心电极14和接地电极15上的较高的温度导致在中心电极14和接地电极15上的增大的耗损，并且由此导致火花塞10的寿命缩短。
[0042] 图2中所示的示意图示出了本发明的第一实施方式的燃烧室侧的区段18。相同的元件参照图1标有相同的附图标记，并且不予详述。
[0043] 根据本发明，开口13沿绝缘体11的纵向方向在基本上柱形的第一绝缘体区段31中设有带有基本上恒定的第一内直径51的第一绝缘体区段长度61，且在直接与其邻接的基本上柱形的第二绝缘体区段32中设有带有基本上恒定的第二内直径52的第二绝缘体区段长度62。绝缘体11的开口13的第一内直径51小于绝缘体11的开口13的第二内直径52。
[0044] 第一绝缘体区段31直接过渡到第二绝缘体区段32中。在绝缘体的纵向方向上从第一绝缘体区段31到第二绝缘体区段32的过渡部25的延展范围在此比第二绝缘体区段32的在绝缘体的纵向方向上的第二绝缘体区段长度62小很多。绝缘体11的在过渡部25区域中的内直径不小于第一绝缘体区段31的第一内直径51，并且不大于第二绝缘体区段32的第二内直径52。第二绝缘体区段32在绝缘体11的燃烧室侧18在绝缘体区段长度62上延伸至绝缘体11的端面20。
[0045] 此外，在绝缘体11的开口13中布置有中心电极14。该中心电极14具有中心电极区段44，该中心电极区段带有中心电极区段长度64，并且该中心电极区段在纵向方向上具有中心电极14的中心电极外直径54，其中，中心电极区段44至少沿着第一绝缘体区段31的第一绝缘体区段长度61的和第二绝缘体区段32的第二绝缘体区段长度62的整个长度延伸。
[0046] 中心电极芯16嵌入中心电极外壳24中。在本实施例中，中心电极芯24在从第一绝缘体区段31到第二绝缘体区段32的过渡部25的高度具有40%的横截面积的份额。在从第一绝缘体区段31到第二绝缘体区段32的过渡部25的高度，中心电极芯24占据中心电极14的横截面积的份额可以达到至多60%。在本实施例中，在相距中心电极区段44的面向燃烧室23的端部5mm距离处，中心电极芯24具有20%的横截面积的份额。在相距中心电极区段44的面向燃烧室23的端部5mm距离处，中心电极芯24占据中心电极14的横截面积的份额可以达到至多70%。中心电极芯16相距中心电极区段44的面向燃烧室的端部的距离为至多2.25mm。
[0047] 中心电极14在留有窄小的间隙22的情况下插入绝缘体11的开口13的第一绝缘体区段31中，且至少部分地通过玻璃熔融物17连接。该间隙22的宽度为至少40μm，和/或至多120μm。绝缘体11与中心电极14之间的通过玻璃熔融物17进行的这种连接也用来使得中心电极14通过绝缘体11向火花塞壳体21中散热。
[0048] 为了减少中心电极14从绝缘体11的燃烧室侧的部分吸收热量，绝缘体11的开口13在绝缘体区段32中通过附加的孔被扩宽。由此，在绝缘体区段32中，在绝缘体11与中心电极14之间产生一个间隙，该中心电极在中心电极区段44中设有基本上恒定的直径。该间隙的宽度为至少100μm，和/或至多500μm。该间隙的在中心电极的纵向方向上的长度为至少
0.5mm，和/或至多10mm。
[0049] 图3以示意图示出本发明的第二实施方式的燃烧室侧的区段18，该第二实施方式与第一实施方式的区别主要在于，开口13的在绝缘体区段32中的扩宽通过增大的绝缘体外直径53完全地或者部分地予以补偿。相同的元件参照图1和2标有相同的附图标记，且不予详述。
[0050] 根据本发明，绝缘体11的绝缘体外直径53在绝缘体区段32中的扩宽基本上设计成使得开口13的扩宽在绝缘体区段13中得到补偿。
[0051] 本发明的第三实施方式的在图4中所示的示意图示出了绝缘体11的开口13的扩宽，该扩宽在第三绝缘体区段33中至少部分锥形地设计，该第三绝缘体区段直接与第二绝缘体区段邻接，并且延伸至绝缘体11的端面20。
[0052] 相同的元件参照图1、2和3标有相同的附图标记，且不予详述。
[0053] 开口13的至少部分地锥形的扩宽导致在绝缘体11与中心电极14之间的间隙沿着区段长度63变化。由此在绝缘体11的特别热的端部上，相距中心电极14的距离再次增大，并且实现了进一步降低在中心电极14的点火尖端上的温度。
