專利名稱：具有電阻封的小直徑火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的火花塞，特別是具有一置于絕緣體中的內(nèi)點(diǎn) 火抑制密封(filed-in suppressor seal)的火花塞，該密封位于一下部中心電極與一中間 連接銷之間。
背景技術(shù)：
火花塞是延伸至內(nèi)燃機(jī)燃燒室并產(chǎn)生火花以點(diǎn)燃空氣與燃料混合物的裝置。運(yùn)作 時(shí)，高達(dá)40， 000伏特的電荷被施加穿過(guò)火花塞中心電極，由此導(dǎo)致火花跳越該中心電極與 相對(duì)的接地電極之間的間隙。 火花間隙的放電期間會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，也即射頻干擾(RFI)。最初擊穿 火花間隙時(shí)以及再點(diǎn)燃時(shí)的瞬時(shí)高頻高電流振蕩是點(diǎn)火系統(tǒng)中輻射干擾的來(lái)源。該 EMI(或RFI)會(huì)干擾娛樂(lè)無(wú)線電、對(duì)講機(jī)、電視、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸或其他任何類型的電子通 信。例如在無(wú)線電中，每次火花塞點(diǎn)火之際，EMI或RFI通常引起音頻中的通常被稱為"爆 音"(po卯ing)的噪聲。點(diǎn)火系統(tǒng)的EMI是件麻煩事，并在極端情形下會(huì)產(chǎn)生性能和安全相 關(guān)的故障。 可以采用許多方式控制或抑制火花點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的電磁干擾的程度。通 常，點(diǎn)火系統(tǒng)自身的EMI抑制可通過(guò)多種方法實(shí)現(xiàn)，包括使用阻抗式火花塞、阻抗式引燃導(dǎo) 線和在次級(jí)高壓點(diǎn)火電路中應(yīng)用感應(yīng)元件。常見類型的用于EMI抑制的電阻器/干擾抑制 器火花塞包含一置于陶瓷絕緣體的內(nèi)置電阻元件，該絕緣體位于上部接線柱和下部中心電 極之間。 盡管內(nèi)置的電阻器/干擾抑制器式的火花塞的設(shè)計(jì)是公知的，實(shí)際應(yīng)用中卻很難 將電阻集成入小直徑火花塞內(nèi)，例如火花塞的尺寸需要匹配12mm或更小(10mm、8mm等)直 徑的螺紋孔。特別地，絕緣體內(nèi)電阻所需的相當(dāng)大的橫截面積由于正好在絕緣體的在裝配 和使用期間通常受強(qiáng)壓區(qū)域形成一薄壁部分而削弱了陶瓷絕緣體的結(jié)構(gòu)完整性。并且，生 成該薄壁后，減小了該部分可以承受的電壓量。進(jìn)一步地，減小電阻的橫截面積需要相應(yīng)減 小用于冷壓和填充操作的上部接線柱的直徑。這樣，在冷壓操作時(shí)，松散、顆粒狀的電阻材 料被上部接線柱壓緊，并隨后被熱壓以產(chǎn)生所謂"內(nèi)點(diǎn)火抑制密封"，無(wú)論在最初插入未點(diǎn) 火粉末期間還是在熱壓操作期間，都可以將直徑減小的上部接線柱扣住。
此外典型地，相對(duì)較長(zhǎng)、一體的上部接線柱在熱壓操作之前與密封玻璃一起在熔 爐中被加熱。加熱上部接線柱導(dǎo)致線頭柱的氧化和變色。除了損害暴露的接線柱的美觀之 外，氧化后的線頭柱(后熱)呈現(xiàn)了更粗糙的表面層，其要求更大的力以連接火花塞導(dǎo)線。
圖l表示火花塞構(gòu)造的現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)例子，取自本申請(qǐng)人的公開號(hào)
42005/0093414，
公開日2005年5月5日的美國(guó)專利申請(qǐng)案，該案全文以引用的方式并入本 文中。該公開文本舉例描述了安裝于絕緣體中心通道(通常位于在絕緣體下端的中心電極 與在絕緣體上端的接線端頭(terminal post)之間)的一中間連接銷的使用。該連接銷緊 貼安裝于該中心通道并包括一帶螺紋的下部，該下部被嵌入中心電極上的導(dǎo)電的玻璃封。 如該公開文本
段所描述，該玻璃密封可以具有多個(gè)不同的層以提供理想的電特性， 比如高頻干擾抑制。盡管該設(shè)計(jì)體現(xiàn)出對(duì)當(dāng)時(shí)現(xiàn)有技術(shù)的顯著改進(jìn)，還是存在某些不足。例 如，中心通道內(nèi)連接銷平滑的活塞式匹配具有在裝配時(shí)困住氣體的可能，從而在玻璃封內(nèi) 產(chǎn)生在使用時(shí)降低電子性能的氣泡夾雜物。而且，這也可能引起將處于壓力中的陶瓷絕緣 體的側(cè)壁爆裂的壓力。進(jìn)一步地，持久使用中的高熱循環(huán)沖程里，存在這樣的可能，即銷帶 螺紋的下部與封裝玻璃封之間的連接會(huì)因循環(huán)期間的不同的熱膨脹率和熱應(yīng)力而松懈。
圖2表示如1975年10月28日提交的第3， 915， 721號(hào)美國(guó)專利所描述的另一現(xiàn) 有技術(shù)。在該例中，提供了具有比中心通道內(nèi)徑實(shí)質(zhì)更小的橫向尺寸的連接銷。由于連接 銷與中心通道的側(cè)壁之間有相當(dāng)大的留隙空間，氣體不可能在裝配過(guò)程中被困住。然而，圖 2描述的類型的一個(gè)設(shè)計(jì)存在本身的某些困難。例如，留隙空間提供了在裝配時(shí)令連接銷傾 斜或偏離中心的機(jī)會(huì)，如圖2虛線所示。加工過(guò)程中對(duì)連接銷的位置失去控制會(huì)導(dǎo)致最終 火花塞組件的電阻的不可接受的變化。 圖1和2所描述的現(xiàn)有技術(shù)表現(xiàn)的另一缺點(diǎn)涉及在試圖減小火花塞尺寸時(shí)遭遇的 特定的難題。這些問(wèn)題已在上文提到，并包括在關(guān)鍵區(qū)域?qū)⒔^緣體細(xì)化，以致可能破壞絕緣 材料的介電能力。為了解說(shuō)目的，圖2描述了一介質(zhì)擊穿區(qū)(dielectric puncture zone)。 進(jìn)一步地，當(dāng)外殼在裝配中被夾緊于絕緣體外部時(shí)，絕緣體壁上這些細(xì)化的部分就成為破 裂點(diǎn)，從而使絕緣體的一區(qū)域受壓。因此，絕緣體壁上的細(xì)化部分易受壓向載荷災(zāi)難性故障 的影響。圖1和2所描述的現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)?shù)湫停e例描述了具有從絕緣體的上部端點(diǎn)到中 心電極頭部的連續(xù)內(nèi)徑的中心通道。因此，當(dāng)減小火花塞尺寸以適應(yīng)更小尺寸的應(yīng)用時(shí)，絕 緣體壁厚成比例的減小會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)破裂和/或壓縮載荷故障。 因此，直徑減小的火花塞的當(dāng)前潮流引發(fā)了許多實(shí)際困難。內(nèi)點(diǎn)火抑制密封部件 中的絕緣體壁厚區(qū)域經(jīng)受削弱了的結(jié)構(gòu)完整性。進(jìn)一步地，將上部接線柱與封接玻璃于熔 爐內(nèi)一同加熱的現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)致上部接線柱的氧化和變色，這損害了美觀并造成連接器安裝 問(wèn)題。因而，在這個(gè)領(lǐng)域，有必要提供一種火花塞組件，在小直徑封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)公知的內(nèi)點(diǎn)火 抑制密封特性、并進(jìn)一步避免與在熔爐內(nèi)加熱上部接線柱相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于火花塞點(diǎn)火式燃燒沖程的火花塞組件。該組件包括具有上部線頭柱 和下部孔端的大致管狀的絕緣體。中心通道縱向延伸于該線頭柱與該絕緣體的孔端之間。 導(dǎo)電外殼包圍絕緣體的至少一部分。該外殼包括至少一個(gè)與絕緣體孔端鄰近的接地電極。 中心電極布置于絕緣體的中心通道內(nèi)，下部點(diǎn)火端從孔端穿出，并與所所述接地電極呈相 對(duì)位置關(guān)系，以便在點(diǎn)火端和接地電極的空間中建立點(diǎn)火間隙。中心電極進(jìn)一步包括處于 中心通道的電極頭。中間連接銷布置于中心通道內(nèi)，并具有與中心電極的電極頭相間隔的 桿。內(nèi)點(diǎn)火抑制密封將中心通道內(nèi)的電極頭和連接銷的桿電連接。中心通道包括一個(gè)通常 位于接線端與電極頭之間的中間錐形部分，連接銷具有位于中心通道該錐形部分的一錐形銷頭。 由于采用了中心通道內(nèi)中間錐形部分，它有利地將連接銷自中心定位于中心通道，以避免裝配時(shí)壓力積累，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和劣勢(shì)。進(jìn)一步地，中間錐形部分增加了絕緣體壁厚，從而提供更大的介電能力和絕緣體柱體在壓力和介質(zhì)擊穿區(qū)(dielectric puncture zone)地帶的(body)更強(qiáng)的的裂斷強(qiáng)度。 同時(shí)，本發(fā)明構(gòu)想一種裝配火花塞的方法，包括以下步驟提供具有上部線頭柱和下部孔端的大致管狀的絕緣體，一中心通道縱向延伸于線頭柱和孔端之間。將一個(gè)中心電極插入絕緣體中心通道，以使中心電極的一下部點(diǎn)火點(diǎn)從孔端穿出。中心電極包括置于中心通道的電極頭。然后中心通道被填充進(jìn)松散的顆粒狀或丸狀的密封材料。本方法進(jìn)一步包括將松散的密封材料向電極頭的反方向壓實(shí)。在此之后，將一個(gè)中間連接銷插入中心通道，該中間連接銷具有一個(gè)下部的桿部和(可能地——當(dāng)其不是在沖頭上)一個(gè)可移動(dòng)的推桿。隨后將這個(gè)組件(絕緣體、中心電極、連接銷和松散密封材料)加熱到一個(gè)令松散密封材料變成流體并開始凝結(jié)的溫度。將這組件從熔爐取出，并壓緊連接銷以壓實(shí)凝結(jié)中的密封材料。連接銷的一個(gè)錐形頭靠在中心通道內(nèi)的中間錐形部分上，通常位于接線端與電極頭之間，而密封材料則凝固為彈性固體。通過(guò)這個(gè)方法，裝配成一個(gè)火花塞，它克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足。


結(jié)合下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的這些和其他特性與優(yōu)點(diǎn)將得以更好地理解，其中 圖1和2描述了火花塞的兩個(gè)可供選擇的現(xiàn)有技術(shù)； 圖3是包含了內(nèi)點(diǎn)火抑制密封的火花塞組件的剖面圖，該抑制密封位于本發(fā)明的一連接銷與一下部中心電極之間； 圖4是圖3中火花塞的放大的局部分解圖； 圖5是標(biāo)有各個(gè)尺寸關(guān)系的火花塞內(nèi)點(diǎn)火抑制密封區(qū)域的放大的片斷 圖6是本發(fā)明連接銷的詳圖； 圖7A-D表示描述了本發(fā)明火花塞形成過(guò)程的一系列裝配步驟； 圖8是本發(fā)明另一實(shí)施例的放大的剖面圖，其中，在線頭柱之下安裝有額外的電
子容器。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，其中同一數(shù)字標(biāo)示全部視圖內(nèi)的同一或相應(yīng)部分，如圖3，根據(jù)本發(fā)明的火花塞一般以數(shù)字IO表示?；鸹ㄈ鸌O包括一個(gè)管狀的陶瓷絕緣體，一般標(biāo)示為12，該陶瓷絕緣體可由氧化鋁陶瓷或其他具有所需絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性的合適材料制成。絕緣體12可在極大的壓力下干塑而成，然后在高溫下窯燒至玻璃化。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，也可以采用干壓和熱壓之外的方法來(lái)制作絕緣體12。絕緣體12具有一個(gè)外表面，其暴露部分既可上釉也可以不上釉。絕緣體12可包括一個(gè)部分暴露的上部柱桿14，一個(gè)橡皮火花防護(hù)罩(rubber spark boot)(未圖示)圍繞并緊握其上以和點(diǎn)火系統(tǒng)建立連接。暴露的柱桿14在圖3中示為一個(gè)大致光滑的表面，但可包括額外的傳統(tǒng)的羅
6紋(ribs)以提供額外的保護(hù)，防止火花或次生電壓跳火，并且更好地改善與橡皮火花防護(hù)罩的緊握程度。直接居于柱桿14之下的是一個(gè)大的上部肩部16，絕緣體12的剖面直徑在此處擴(kuò)張至其最大寬度。絕緣體12進(jìn)一步向下，一個(gè)小的下部肩部18將絕緣體外徑減小至下座17，下座17逐漸朝錐形頭部20縮窄?？锥?2居于絕緣體12的最底部分，而接線端24成型于柱桿14的頂端，構(gòu)成了絕緣體12完全相反的最上端。倒角過(guò)渡區(qū)26是絕緣體12外表面的部件，位于大的上部肩部16與小的下部肩部18之間。倒角過(guò)渡區(qū)26提供從大的肩部16的較大絕緣體直徑到小的肩部18的較小直徑的平滑變化。
絕緣體12具有大致管狀的構(gòu)造，包括一個(gè)在絕緣體12的頂部的接線端24和下部孔端22之間縱向延伸的中心通道28。中心通道28具有不同的截面積，通常在鄰近接線端24處或者其鄰近處最大，在孔端22處或者其鄰近處最小。如隨后將要更詳細(xì)描述的，中心通道28包括一個(gè)通常位于接線端24與中心電極的頭部66之間的中間錐形部分72。優(yōu)選地，該錐形部分設(shè)置于倒角過(guò)渡區(qū)26縱向上方的一個(gè)位置。在所示的例子中，錐形部分72剛好置于大的上部肩部16之上，從而在整個(gè)絕緣體壓力區(qū)域(如圖5所示)為絕緣體12提供最大的壁厚。錐形部分72通常是錐臺(tái)形的，并在中心通道28的第一較大直徑與第二較小直徑之間建立一個(gè)過(guò)渡。 —個(gè)導(dǎo)電外殼，優(yōu)選的金屬外殼，一般以數(shù)字30標(biāo)示。外殼30圍繞絕緣體下部，并包括至少一個(gè)接地電極32。盡管在圖3中接地電極32描述為具有傳統(tǒng)的單個(gè)的J形，應(yīng)當(dāng)知道根據(jù)火花塞10的預(yù)期應(yīng)用，該形狀可被一個(gè)其他形狀的單個(gè)電極、多個(gè)電極、或者一個(gè)環(huán)形電極、或者任何其他已知形狀代替。事實(shí)上，隨著火花塞直徑的減小，所謂的"無(wú)(零)地"電極便成為可接受的另一種構(gòu)造。 外殼30包括一個(gè)內(nèi)部的下部壓力凸緣34，適于承受相對(duì)絕緣體12的下座17的壓觸。外殼30進(jìn)一步包括一個(gè)在裝配操作之后被巻曲或變形的上部壓力凸緣36，以承受相對(duì)絕緣體12的大的肩部16的壓觸。上部壓力凸緣36變形期間或之后， 一個(gè)搭扣區(qū)37在一個(gè)巨大的壓力下變形，以將外殼30相對(duì)于絕緣體12置于一個(gè)固定的位置。墊圈、膠合劑或其他密封混合物可在嚙合點(diǎn)被插入在絕緣體12和外殼30之間，以完善氣密密封并改善已裝配火花塞10的結(jié)構(gòu)完整性。因此，裝配后，外殼30被緊置于上部壓力凸緣36和下部壓力凸緣34之間，而絕緣體12則被壓置于大的肩部16與下座17之間。壓力區(qū)突出顯示在圖5。這就在絕緣體12和外殼30之間形成了一個(gè)安全的、氣密的永久固定。
外殼30進(jìn)一步包括用于移除和安裝的工具安裝接頭40。該接頭40可具有六面體形狀，尺寸符合預(yù)期應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，也可采用其他的接頭40形狀(12面體、花鍵、螺紋等)。 一個(gè)螺紋部分42成形于金屬外殼30的下部，直接位于座44之下。當(dāng)然，除了螺紋42之外，也可采用其他固定方式(花鍵、無(wú)螺紋等)以銜接發(fā)動(dòng)機(jī)。座44可與墊圈38一起提供合適的接口 ，而火花塞則座落在圓筒頭內(nèi)貼靠著接口 ?；蛘?，座44可與一個(gè)簡(jiǎn)單或復(fù)雜的錐形、或者一個(gè)平的或其他零件(圖未示) 一起，在一個(gè)為這種火花塞設(shè)計(jì)的圓筒頭提供緊公差安裝。 導(dǎo)電的接線柱46部分設(shè)置在絕緣體12的中心通道28內(nèi)，從暴露的頭端48縱向延伸入中心通道28 —個(gè)相對(duì)短的距離。螺紋50成形在螺栓46的下部桿上，并與成形于絕緣體12的中心通道28內(nèi)的相應(yīng)母螺紋相嚙合。頭端48與火花塞導(dǎo)線(圖未示)連接，并接收點(diǎn)燃火花塞10所需的高壓電的定時(shí)放電。
接線柱46的底端與由導(dǎo)電材料制成的壓力彈簧52鄰接。壓力彈簧52最底端相對(duì)標(biāo)示為54的連接銷的頭53而坐。連接銷54的放大圖如圖6所示。連接銷54包括一個(gè)嵌入導(dǎo)電玻璃密封56的下部桿部55，導(dǎo)電玻璃密封56形成了內(nèi)點(diǎn)火抑制密封或組件(總的標(biāo)示于58)的頂層。桿55可以是螺紋的、壓花的或以其他擾流形式，以更好的將自己固定在密封58內(nèi)。如果以螺旋線作為擾流特征，螺紋尺寸確實(shí)在鋪底過(guò)程中起一定作用。優(yōu)選地，螺紋的大直徑，減去螺紋的小直徑，再除以2，大于或等于0. 004英寸。為確保在熱處理中玻璃流的足夠的余隙，在桿55與中心通道28的第二較小直徑之間具有一個(gè)徑向余隙。例如，最小標(biāo)稱徑向余隙從螺紋到孔的測(cè)量可在0. 004英寸量級(jí)。該余隙允許玻璃在連接銷54周圍回流，從而將它限制在玻璃封56內(nèi)。過(guò)小的標(biāo)稱余隙可能因?yàn)椴辉试S玻璃56回流，或者在裝配時(shí)可能產(chǎn)生過(guò)量的液壓而損害可制造性。另一方面，過(guò)大的余隙將不足以壓實(shí)玻璃56，從而縮短生命期并降低電阻功能。桿55的嵌入或植入長(zhǎng)度(PL)也很關(guān)鍵。根據(jù)圖5所指出的關(guān)系，嵌入長(zhǎng)度(PL)至少應(yīng)為上部玻璃封56設(shè)計(jì)長(zhǎng)度(DL)的70%，并且優(yōu)選地至多不超過(guò)玻璃封56設(shè)計(jì)長(zhǎng)度(DL)的100%。這保證熱處理時(shí)內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58的適當(dāng)緊密，同時(shí)最大限度減小了玻璃56流入上部孔腔(S卩，在中間錐形部72之上)并損害電性能的風(fēng)險(xiǎn)。銷頭53的倒角應(yīng)與中間錐形部72的倒角密切匹配，允許在士3度以內(nèi)，以保證連接銷54的良好坐落和中心化。連接銷54的頭53與絕緣體孔28( S卩，在第一大直徑處)之間的徑向余隙也應(yīng)該至少是O. 003英寸，以保證在熱壓時(shí)不會(huì)固著或者困住氣體。桿55的遠(yuǎn)端可以是平的、凹陷的或其他輪廓，以在熱壓操作期間保留玻璃56和/或改善玻璃56流動(dòng)。 導(dǎo)電玻璃封56作用為在連接閂54的底端封入中心通道28內(nèi)，并導(dǎo)電至電阻層60。附圖所述的實(shí)施例里，電阻層60()組成了一個(gè)三層內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58的中心層。這一內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58可由減小電磁干擾(EMI)的任何適合的已知混合物制成。但是，在適當(dāng)?shù)膽?yīng)用中可以采用多層內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58的單層或其他形式。舉例描述的內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58包括適當(dāng)比例的玻璃、填充料和碳/含碳材料，該比例確保受壓時(shí)的適當(dāng)電阻性和提供整個(gè)預(yù)期使用期的穩(wěn)定電阻性。直接位于電阻層60之下，另一個(gè)導(dǎo)電玻璃封62建立了內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58的底或下層。該導(dǎo)電玻璃可由玻璃和銅金屬粉末的混合物以大約1 : l(以質(zhì)量計(jì))的比例制成，這是業(yè)界所熟知的。因此，電從接線柱46經(jīng)過(guò)壓力彈簧52進(jìn)入連接銷54.然后穿過(guò)導(dǎo)電玻璃56的頂層、電阻層60，進(jìn)入下部導(dǎo)電玻璃封層62.
導(dǎo)電中心電極64部分布置在中心通道28內(nèi)，并從包入下部玻璃封層62的電極頭66縱向延伸至鄰近接地電極32的一個(gè)暴露的火花尖端68。從而，中心電極64的電極頭66在中心通道28內(nèi)與連接銷的底端縱向間隔。內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58將連接銷54和中心電極64電子互連，同時(shí)封住中心通道28以避免燃燒氣體泄漏、抑制從火花塞10發(fā)射射頻噪聲。
如圖所示，中心電極60優(yōu)選為單片、一體的結(jié)構(gòu)，在嵌入玻璃封62的電極頭66和處于與電極32相對(duì)的空隙中的火花尖端68之間連續(xù)延伸而不被間斷。中心電極可由具有或不具有銅核的鎳合金制成盡管特定材料的選擇和中心電極的特定設(shè)計(jì)超出本發(fā)明的范圍。 現(xiàn)在參考圖7A-D，示意地舉例描述了將內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58安裝進(jìn)中心通道28的一個(gè)優(yōu)選方法。根據(jù)本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例，抑制密封58是內(nèi)點(diǎn)火型，其中層56、60、62中的每一個(gè)都在填充操作中單獨(dú)放置。典型地，每一層56、60、62將單獨(dú)裝載，然后用實(shí)心搗棒壓至一個(gè)優(yōu)選的緊密壓力，該緊密壓力比如可在20kpsi量級(jí)或更大。然而，某些層裝載時(shí)可能無(wú)須搗壓。圖7A描述了最后的搗壓操作?；蛘叱祟w粒狀材料，也可采用預(yù)先形成的片狀物。進(jìn)一步地，在某些應(yīng)用中可優(yōu)選具有更多或更少層以及不同電氣質(zhì)量的其他封口構(gòu)造。 —旦這些顆粒狀材料(或預(yù)先形成的片狀物)裝載入中心通道28，那么連接銷54被裝載，該子組件被加熱至一個(gè)顆粒狀材料56、60、62在其中軟化、熔化，即，聚結(jié)、凝結(jié)的溫度。見圖7B。被加熱的組件從熔爐取出，用一個(gè)可移動(dòng)推桿71將連接銷54迫入一個(gè)完全根深蒂固的位置，連接銷頭的錐形的下側(cè)坐落在中心通道28內(nèi)相應(yīng)的中間錐形部分72，恰如圖7C和7D所示。當(dāng)然，可采用熔化至沖頭的推桿代替可移動(dòng)的推桿71。
在連接銷54的銷頭53抵靠在中間錐形部分72時(shí)，中心通道28被關(guān)閉并密封。在這操作期間，下部的導(dǎo)電玻璃封層62的軟化材料在中心電極64的頭66周圍流動(dòng)，當(dāng)它凝結(jié)即固化成一個(gè)彈性固體時(shí)，在中心電極頭66區(qū)域?qū)⒅行耐ǖ?8密封。類似地，連接銷54的桿55嵌入導(dǎo)電玻璃封56的頂層，從而將它固定并同時(shí)封住中心通道28以免燃燒氣體泄漏。通過(guò)這個(gè)方法，內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58被成形為就抑制射頻噪聲發(fā)射和封住中心通道28以免燃燒氣體泄漏而言結(jié)實(shí)、經(jīng)濟(jì)又有效的內(nèi)點(diǎn)火型。 盡管以上描述的本發(fā)明包括一個(gè)張緊壓力彈簧52 (take-up spring)，占據(jù)在連接銷54與接線柱46之間的開放空間，其他選擇也可以是優(yōu)選的。例如，該空間可填充一個(gè)或多個(gè)有源器件(電阻、感應(yīng)器、電容或分立電路)，以便在連接銷54與接線柱46之間提供增強(qiáng)功能和連續(xù)性。事實(shí)上，本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)特方面使得這個(gè)空間被進(jìn)一步增強(qiáng)如圖8所述火花塞10的功能的膠囊電阻、電容、感應(yīng)器或其他分立電子器件80所利用。換句話說(shuō)，可取消或縮短壓力彈簧54以將額外的功能器件80插入于接線柱46與連接銷54之間。器件80可以是混合的并經(jīng)過(guò)匹配，以得到所需的功能。由于諸如內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58內(nèi)的抑制器和感應(yīng)器的器件80可被聯(lián)合起來(lái)為所需的RFI抑制提供最小的電阻，上述功能對(duì)于RFI (EMI)的抑制可被證明為特別有價(jià)值。 本發(fā)明提出了當(dāng)前使用于汽車和小發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞的內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58的一個(gè)獨(dú)一變體?，F(xiàn)有技術(shù)的抑制密封型火花塞通過(guò)將一體的線頭柱壓入一團(tuán)熔融的玻璃而成型為密封。但是，本發(fā)明以一個(gè)小的、隔離的連接銷54代替了長(zhǎng)的、一體的線頭柱。這個(gè)連接銷54在玻璃密封熱處理操作期間被置于內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58的最接近端。 一個(gè)分離的推桿71用于在點(diǎn)火時(shí)使連接銷54被壓入。本發(fā)明及其裝配方法消除了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于長(zhǎng)的、一體的接線柱的需要，因此克服了現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械、美觀和氧化問(wèn)題。 按照內(nèi)點(diǎn)火抑制密封型線頭柱的慣用構(gòu)造，連接銷54可由鍍鎳鋼合金制造而成。但本設(shè)計(jì)的一個(gè)改進(jìn)包括采用固體鎳或鎳合金而代替鋼，而且沒(méi)有鍍層，從而避免了電鍍步驟。通過(guò)慣用于玻璃對(duì)鋼密封的低膨脹性合金的使用，可取得連接銷54上的其他改進(jìn)，其中合金的特征是具有比固化的內(nèi)點(diǎn)火抑制密封和/或陶瓷絕緣體胚體更小或相等的熱膨脹系數(shù)。即，在室溫至400°C的范圍內(nèi)小于或等于8. 5卯m廣C ?，F(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造中，典型采用的鋼線頭柱具有遠(yuǎn)高于絕緣體和玻璃封的熱膨脹率，比如，在> 10ppm廣C的量級(jí)上。在現(xiàn)有技術(shù)下，這就在內(nèi)點(diǎn)火抑制密封58冷卻期間和制造之后導(dǎo)致明顯的熱應(yīng)力。熱應(yīng)力會(huì)引起影響密封封和線頭柱保持力的機(jī)械故障。但是，低膨脹性合金的使用將大大降低應(yīng)力，使抑制密封更結(jié)實(shí)。但這種合金典型地難以成形，因而直到現(xiàn)在才使用在接線柱應(yīng)用中。由于連
9接銷54較小，而且其成形的難度遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明可利用這些更優(yōu)選 的、熱兼容的合金成形連接銷54進(jìn)一步地，低膨脹性合金比鎳、鎳合金和鍍鋼產(chǎn)品更昂貴。 本發(fā)明將低膨脹性合金的使用最小化到一個(gè)用于使之與密封接觸的僅需的量。另外，這一 構(gòu)想消除了在傳統(tǒng)的連接銷螺栓上進(jìn)行鍍鎳操作的花費(fèi)。低膨脹性(低熱膨脹系數(shù))合金
的例子包括Pernifer 2918、Pernifer 36-合金36，以及其他Pernifer合金，在商業(yè)上
都可從位于德國(guó)Werdohl的Thyssenkrupp VDM公司獲得。 前述發(fā)明已按照相關(guān)法律標(biāo)準(zhǔn)描述，因而該描述僅作為示例而不是限制性的。根 據(jù)所披露的實(shí)施例的各種變換和修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，因而落入本發(fā)明的 范圍。因此，本發(fā)明的法律保護(hù)范圍只能依據(jù)所附的權(quán)利要求而決定。
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權(quán)利要求
用于點(diǎn)火式燃燒沖程的火花塞組件，所述組件包括一個(gè)大致管狀的絕緣體，其具有一上部接線端和一下部孔端、以及一縱向延伸于所述接線端與孔端之間的中心通道；至少部分圍繞所述絕緣體的導(dǎo)電外殼，所述外殼包括至少一個(gè)鄰近所述絕緣體的所述孔端的接地電極；布置于所述絕緣體的所述中心通道內(nèi)的中心電極，所述中心電極具有一下部點(diǎn)火端，該下部點(diǎn)火端從所述孔端穿出、并與所述接地電極呈相對(duì)的位置關(guān)系，以在點(diǎn)火端和接地電極之間建立點(diǎn)火空隙，所述中心電極進(jìn)一步包括一個(gè)座落在中心通道內(nèi)的電極頭；布置于所述中心通道內(nèi)的中間連接銷，所述連接銷具有與所述中心電極的所述電極頭間隔的桿；一個(gè)內(nèi)點(diǎn)火抑制密封，其在所述中心通道內(nèi)將所述電極頭與所述連接銷的所述桿電連接；并且所述中心通道包括一大致居于所述接線端與所述電極頭中間的中間錐形部分，且所述連接銷具有一座落于所述中心通道的所述錐形部分的錐形的銷頭。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞組件，其特征在于，所述中間錐形部分通常是錐臺(tái)形 的，并在所述中心通道的第一較大直徑與所述中心通道的第二較小直徑之間形成一個(gè)過(guò) 渡，并且所述連接銷的銷頭的直徑小于所述第一直徑但大于所述第二直徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火花塞組件，其特征在于，所述連接銷的所述桿自所述銷頭縱向延伸并且該桿的最大橫向尺寸小于所述中心通道的所述第二直徑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的火花塞組件，其特征在于，所述桿包括表面不連續(xù)處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的火花塞組件，其特征在于，所述表面不連續(xù)處至少包括一個(gè) 螺旋線型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的火花塞組件，其特征在于，所述內(nèi)點(diǎn)火抑制密封包括具有一 個(gè)縱向深度(DL)的玻璃材料的上層，且所述連接銷的所述桿按下式縱向延伸進(jìn)所述玻璃 材料上層一個(gè)縱向距離(PL) :0. 7*SL《PL《SL。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞組件，其特征在于，所述內(nèi)點(diǎn)火抑制密封具有一熱膨 脹系數(shù)，且所述連接銷選自其熱膨脹系數(shù)大致等于所述內(nèi)點(diǎn)火抑制的熱膨脹系數(shù)的金屬材 料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞組件，其特征在于，所述火花塞組件進(jìn)一步包括一部 分布置在所述中心通道的所述接線端的導(dǎo)電接線柱，且所述連接銷由與所述接線柱的材料 組分的不同的金屬材料制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的火花塞組件，其特征在于，所述火花塞組件進(jìn)一步包括一布 置在居于所述接線柱與所述連接銷之間的所述中心通道內(nèi)的壓力彈簧。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的火花塞組件，其特征在于，所述火花塞組件進(jìn)一步包括一壓 力彈簧以及一以端對(duì)端方式布置在居于所述接線柱與所述連接銷之間的所述中心通道內(nèi) 的電子容器(electronic capsule)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的火花塞組件，其特征在于，所述絕緣體包括一大的上部肩 部、一小的下部肩部以及它們之間的倒角過(guò)渡區(qū)，其中所述中間錐形部分縱向布置在所述 倒角過(guò)渡區(qū)與所述接線端之間。
12. —種裝配火花塞的方法，包括以下步驟提供一大致管狀的絕緣體，其具有一上部接線端和一下部孔端、以及一縱向延伸于所 述接線端與孔端之間的中心通道；將一中心電極插入該絕緣體的中心通道以使中心電極的一下部點(diǎn)火端從孔端穿出，中 心電極進(jìn)一步包括一座落于中心通道內(nèi)的電極頭；將松散的顆粒狀或丸狀的密封材料填入中心通道；將松散的密封材料向電極頭的反方向壓實(shí)；將絕緣體、中心電極和松散的密封材料加熱至一個(gè)密封材料在其下變成流體并開始凝 結(jié)的溫度；將一個(gè)中間連接銷插入中心通道，該中間連接銷具有一個(gè)下部桿部； 用連接銷的桿取代凝結(jié)中的密封材料的位置；以及將連接銷的錐形頭靠著中心通道的一個(gè)中間錐形部分而放置，大致在接線端與電 極頭中間，至少直至密封材料開始固化成彈性固體之后才移開。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括用導(dǎo)電外殼圍繞絕緣體 的至少一部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述將松散的顆粒狀或丸狀的密封材 料填入中心通道的步驟包括建立玻璃與電阻材料的交替層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在連接銷的桿上 成形一個(gè)螺紋線。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括保持連接銷與中 心通道之間的間隔。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括控制連接銷的熱 膨脹使其大致等于固化的密封材料的熱膨脹。
全文摘要
一個(gè)火花塞(10)，包括布置于絕緣體(12)的中心通道(28)內(nèi)的一個(gè)中間連接銷(54)。該連接銷(54)安裝在中心通道(28)內(nèi)的一個(gè)中間錐形部分(72)，該中間錐形部分(72)通常是錐臺(tái)形的，并在中心通道(28)的一個(gè)第一大直徑和第二小直徑之間建立過(guò)渡。中間錐形部分(72)縱向位于絕緣體胚體(12)外表的一個(gè)倒角過(guò)渡(26)零件之上。連接銷(54)的銷頭(53)具有互補(bǔ)的錐形底切，并靠著中間錐形部分(72)安裝以在裝配過(guò)程提供連接銷(54)的自中心而不困住氣體。同時(shí)，中間錐形部分(72)也提供增大的絕緣體壁厚，從而改善絕緣體(12)的介電能力和結(jié)構(gòu)完整性。
文檔編號(hào)H01T13/20GK101743671SQ200880024820
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者約翰·W·霍夫曼 申請(qǐng)人:費(fèi)德羅-莫格爾點(diǎn)火公司