專利名稱：一種汽油發(fā)動機火花塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽油發(fā)動機火花塞。
背景技術：
本發(fā)明涉及一種具備權利要求所描述特征的火花塞。這種火花塞可從公開號為 116241的奧地利專利獲知。在這種已知的火花塞中，所述絕緣體能很好地縮進到形成所述火花塞外殼的金屬本體中，此外，絕緣體可受到與所述絕緣體前端連接的金屬頸部的保護， 其中，所述火花塞的中心電極從所述金屬頸部伸出，并從形成所述火花塞外殼的金屬本體中略微突出。這是為了防止由于絕緣體破裂和導電煙層橋的形成而引起的絕緣體故障。復雜的火花塞設計，比如從公開號為116241的奧地利專利所獲知的，幾十年前就已經不再使用，因為陶瓷絕緣體的質量已經被改進到一定程度，即所述絕緣體前端在形成火花塞外殼的金屬本體前端凸出會更加有利，而非將所述絕緣體前端移入所述金屬外殼的后部。由于近代電機工程的發(fā)展，尤其是汽油發(fā)動機尺寸的減小，同時火花塞暴露的影響大大增加。尺寸減小的意思是在不減少發(fā)動機輸出的情況下試圖減少發(fā)動機的發(fā)動機排量，優(yōu)選地甚至是進一步增加發(fā)動機的輸出，尤其是利用其高平均有效壓力高達的渦輪增壓器。這就帶來了新問題，并且已經克服的發(fā)動機老問題并沒有太大的發(fā)展，例如， 作為不可控燃燒附帶現象的預點火和爆震重新出現，其中，然而，由于高度發(fā)達的現代發(fā)動機中的高度壓縮，不可控燃燒所帶來的危害較之前要嚴重得多。不可控燃燒可能會導致所謂的“非常爆震”，其交替的強壓力波或沖擊波，會導致所述陶瓷絕緣體的損壞，并且具有發(fā)生發(fā)動機故障的風險。在高壓條件下注入的燃料如果與所述陶瓷絕緣體相接觸，所述燃料會引起熱震，熱震會導致陶瓷的破裂。陶瓷絕緣體的破裂和破損也可由“掃氣”引起。掃氣可以理解為，充電周期期間在四沖程發(fā)動機的渦輪增壓器和氣缸排氣處之間的空間內新鮮氣體和廢氣的混合。所述混合是排氣閥和四沖程發(fā)動機進氣閥開啟時間重疊的結果。掃氣會導致渦輪增壓器速度的增加和在發(fā)動機低轉速情況下得到所想要的發(fā)動機輸出功率的增加，但其會增加火花塞的熱交變應力并且?guī)в刑沾善屏押推茡p的風險。爆震限制，即在爆震第一次發(fā)生的時候，采用燃燒的最佳點火角度來防止汽油發(fā)動機工作；如果可用的火花塞比現有的火花塞更堅固，尤其是對于爆震所引起的壓力更不敏感，所述的最佳點火角度就更容易被接近。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種更為堅固的火花塞，所述火花塞在現代高輸出發(fā)動機中，尤其是在體積縮小的現代高輸出發(fā)動機中具有比傳統火花塞更長的使用壽命。具備如權利要求所述特征的火花塞達到了本發(fā)明的目的。所述火花塞的有益改進即為從屬權利要求保護的主題。本發(fā)明具有以下核心優(yōu)勢所述絕緣體外露的前面部分朝向發(fā)動機燃燒室設置，此部分在這里也被稱之為絕緣體底座，根據本發(fā)明被火花塞的設計所遮蔽和保護，這樣由不可控燃燒所引起的沖擊波以及由新鮮氣體凈化或潮濕的燃料所引起的溫度沖擊不會對所述火花塞的使用壽命帶來任何影響。根據本發(fā)明所述的火花塞設計相對于傳統火花塞而言并沒有使得其成本有所增力口，甚至相對于公開號為116241的奧地利專利而言，本發(fā)明所述的火花塞設計成本更低。雖然所述絕緣體前端被移入形成火花塞外殼的中空金屬本體中，其仍然設置于所述金屬本體內部環(huán)狀臺肩的附近。所述形成火花間隙的一端并為此從所述金屬本體前端略為伸出的中心電極可以保持為較短的狀態(tài)，，這樣由中心電極的熱吸收所引起的絕緣體熱負荷就可以保持在一個較低的水平上。根據本發(fā)明所提供的尺寸對所述絕緣體進行了充分的遮蔽，同時，確保在火花塞呼吸室附近不可控以及不需要的放電被阻止，其結果是，穩(wěn)定的火花放電僅僅沿著為此提供的在中心電極和地電極之間的火花間隙產生。所述火花塞的呼吸室應被理解為在中空金屬本體內的自由空氣空間，所述絕緣體的前端伸入所述自由空氣空間并且所述中心電極穿過該自由空氣空間。源于不規(guī)則燃燒的沖擊波不會到達絕緣體底座，或最多，當它們減弱到一定程度， 即不會對所述絕緣體造成任何機械損傷的時候，到達絕緣體底座。根據本發(fā)明所述的火花塞設計可防止冷的燃料液滴對絕緣體造成影響。由發(fā)動機氣缸內的冷進氣空氣引起的熱震，尤其是在掃氣過程中由高壓氣閥重疊所帶來的，不會進入到受保護的呼吸室中。至少，進入呼吸室的進氣空氣會減小到一定程度，以至于不會對所述絕緣體造成損害。根據本發(fā)明，所述中心電極與環(huán)狀臺肩之間的距離以及所述絕緣體的外露前端與金屬本體之間的距離大于或等于1. 2倍的極距，并且所述絕緣體前端與環(huán)狀臺肩正面之間的距離不大于2mm加上1. 2倍極距的值，優(yōu)選地不大于1. 5mm加1. 2倍極距，更優(yōu)選地為 1. 3mm加1. 2倍極距。一方面，這可以確?；鸹ㄈ暮粑乙约吧烊氲剿龊粑业慕^緣體底座受到很好的保護，同時保證從所述絕緣體伸出的中心電極的熱量吸收盡可能地低。與所述金屬本體的正面相比，所述對火花塞呼吸室進行遮蔽的環(huán)狀臺肩可被移回火花塞的金屬本體內，相對于所述金屬本體的前端。優(yōu)選地，然而，所述環(huán)狀臺肩正面與所述金屬本體的正面相一致，這就致使在所述火花塞前端的附近采用了緊湊型設計，所述緊湊型設計允許所述中心電極伸出一小段長度，盡管所述絕緣體前端伸入到呼吸室中。優(yōu)選地，所述環(huán)狀臺肩被一圓柱狀內孔所界定，其軸線與所述中心電極的縱軸線相一致，優(yōu)選地，所述孔的長度，即所述環(huán)狀臺肩的高度，小于金屬本體相鄰圓周壁的厚度。 這就保證了在燃燒過程中傳輸到環(huán)狀臺肩的熱量可以很好地排放到火花塞的金屬本體中。 所述環(huán)狀臺肩的溫度越低，它對絕緣體的熱保護就越好，就越能更好地散發(fā)地電極的熱量。優(yōu)選地，所述環(huán)狀臺肩具有朝向所述絕緣體設置的錐狀上側，其結果是環(huán)狀臺肩的高度由內向外呈放射狀增加。這就提高了由環(huán)狀臺肩到金屬本體的熱量排放效果。所述中心電極的縱軸線與所述環(huán)狀臺肩的錐狀上側間的測量角度，優(yōu)選為30°到75°，更優(yōu)選地，為50°到60°。適當地，所述金屬本體的空腔為通過本體的階梯孔，所述絕緣體從后面插入階梯孔，直到其界定絕緣體底座的臺肩與所述階梯孔的臺階相接合。這就可以對金屬本體內的絕緣體進行可重復的定位。所述絕緣體前端不必是鈍的，但是，優(yōu)選地，鈍狀會更好，其中，鈍狀前端的邊緣， 優(yōu)選地，最好圓一點。這已經被證明有利于絕緣體的耐久性。當所述環(huán)狀臺肩與絕緣體的鈍狀前端部分重疊時，所述呼吸室以及絕緣體會被很好地保護到，也就是說，當所述環(huán)狀臺肩的內徑小于絕緣體的鈍狀前端的外徑時。為了達到這個目的，所述中心電極，優(yōu)選地，會被設計為在絕緣體前端和環(huán)狀臺肩最窄點之間的區(qū)域內逐漸變?yōu)榧饧殸?，尤其是在環(huán)狀臺肩的上側優(yōu)選為錐狀時，所述中心電極逐漸變?yōu)殄F狀。優(yōu)選地，絕緣體沿其前端也逐漸變得尖細，尤其為錐狀，無論所述絕緣體的前端是否被優(yōu)選設計為鈍狀。優(yōu)選地，所述絕緣體的尖細段被設置于直接與所述鈍狀前端相鄰。中心電極的縱軸線與絕緣體的錐狀尖細上側之間的角度為，適當地，小于10°，優(yōu)選為5°到 7° ο


本發(fā)明的示例性實施例如附圖所示。在不同的實例中，相同或相應部分用一致的參考標記標示。圖1出示了其一半為側視圖，另一半為剖視圖的本發(fā)明所述火花塞的示意圖2出示了其一半為側視圖，另一半為剖視圖的圖1所述火花塞前端的示意圖，圖中還給出了應該設定的最佳尺寸規(guī)格；
圖3出示了圖1所述火花塞前端的剖視示意圖，圖中還給出了應該進一步設定的最佳尺寸規(guī)格；
圖4出示了根據圖3經修改的火花塞前端的縱剖視示意圖； 圖5出示了根據圖3經進一步修改的火花塞前端的縱剖視示意圖； 圖6出示了根據圖1所述的火花塞整體示意圖。其中1、本體；2、絕緣體；3、玻璃熔融體；4、中心電極(內導體)；5、密封圈；6、地電極；6a、地電極；6b、地電極；7、地電極貴金屬塊；8、中心電極貴金屬塊；9、環(huán)狀臺肩；9a、錐狀上側；10、密封臺肩；11、階梯孔；12、絕緣體底座(尖細部)；13、呼吸室；14、中心電極的環(huán)狀間隙；15、點火針(金屬連接針)；16、絕緣體前端；17、本體前端；18、臺肩；19、孔；20、絕緣體后端；21、本體后端；α、角度；β、角度；EA極距；A-G尺寸。
具體實施例方式圖1和圖6出示了一種具有中空金屬本體1的火花塞，該中空金屬本體1形成所述火花塞外殼，并安裝有細長的陶瓷絕緣體2。本體1具有本體前端17和本體后端21。安裝在本體1內的絕緣體2具有絕緣體后端20和絕緣體前端16，絕緣體后端20超出本體1 的本體后端21外，而本體1的本體前端17超出絕緣體前端16外。中心電極4插入到絕緣體2中，并從絕緣體2的絕緣體前端16中伸出，并超出本體1的本體前端17，所述中心電極 4還安裝有中心電極貴金屬塊8。如圖1所示，中心電極4周圍的環(huán)狀間隙14設置在絕緣體2的絕緣體前端16上。中心電極4與插入到絕緣體2內的點火針(金屬連接針)15以導電方式相連接，與常規(guī)的火花塞一樣，點火針15從絕緣體2的后端20伸出，并與火花塞的連接器相接觸，供產生點火火花的高電壓通過所述接觸進行傳輸。中心電極4與點火針15 之間的導電連接通過一玻璃熔融體3來達到，該玻璃熔融體3包含導電顏料，例如，炭黑。本體1具有沿其長度方向的階梯孔11。絕緣體2通過互補臺肩18與階梯孔11的密封臺肩10相接合。對本體1和絕緣體2之間不可避免的環(huán)狀間隙進行密封的密封圈5 被設置于臺肩18和密封臺肩10之間。從臺肩18開始，絕緣體2沿其絕緣體前端16逐漸變?yōu)榧饧毜腻F狀，絕緣體前端16為鈍狀設計結構。在本案中，中心電極4的縱軸線與絕緣體2前部的錐狀外表面之間的角度β為6°。環(huán)狀臺肩9設置于本體1的本體前端17上。其朝向絕緣體2的上部9a具有錐狀設計。如圖3所示，所述錐狀表面與內導體(中心電極)4縱軸線的垂直平面之間的夾角a 為15°到60°，優(yōu)選地，a=30°。設計為上電極的地電極6從本體1的本體前端17開始，順著中心電極4延伸，形成點火間隙，該點火間隙具有極距EA。地電極6上安裝有地電極貴金屬塊7。在本體1中，處于密封臺肩10和本體前端17之間的氣腔被稱之為呼吸室13。其幾何結構是至關重要的，一方面，是出于對火花塞點火可靠性的考慮，另一方面，是為了保護絕緣體底座(尖細段)12以免其受到影響，而該影響可能會對絕緣體2造成損壞。絕緣體 2的絕緣體前端16與環(huán)狀臺肩9上部內邊緣之間的距離A至少為極距EA的1. 2倍。絕緣體2的鈍狀前端的外邊緣與本體1的圓周壁之間的距離B也應該至少等于極距EA的1. 2 倍。絕緣體2的鈍狀前端的外邊緣與環(huán)狀臺肩9錐狀上側9a之間的距離C也應該至少等于極距EA的1. 2倍。最后，中心電極4與環(huán)狀臺肩9上的柱形孔19所在點之間的距離D， 也應該至少等于極距EA的1. 2倍。這是為了確保點火火花僅在中心電極4和地電極6之間產生。另一方面，絕緣體2鈍狀前端和本體1的本體前端17之間的距離F不應超過1. 2 倍極距加上1. 5mm的值，其結果是環(huán)狀臺肩9的高度E，當在內邊緣對其進行測量時，不應超過1. 5mm，更為優(yōu)選地，不應超過1. 2mm。這有利于將從絕緣體2中伸出的中心電極4的長度保持得盡量短，并且使得絕緣體2的熱負荷盡可能地低。此外，環(huán)狀臺肩9的高度應小于毗鄰環(huán)狀臺肩9設置的本體1圓周壁的厚度G，這是為了確保任何傳輸到環(huán)狀臺肩9的燃燒熱量都可以很好地排入金屬本體1中。分別安裝于中心電極4和地電極6上的中心電極貴金屬塊8和地電極貴金屬塊7， 例如，由鉬或銥或合金組成，可防止或減少兩電極4和6的任何磨損。優(yōu)選地，尺寸A、B、C和D被設定為彼此相等。優(yōu)選地，E小于1. Omm,并且優(yōu)選地， G 大于 1. 5mmο在圖1-圖3所示的示例性實施例中，絕緣體2鈍狀端的直徑要略小于環(huán)狀臺肩9 的孔徑。這與圖4和圖5中所述實例的情況不同，在圖4和5中，環(huán)狀臺肩9的孔徑小于絕緣體2鈍狀前端(絕緣體前端)16的直徑。為了實現此情形，中心電極4在絕緣體2的絕緣體前端16和環(huán)狀臺肩9最窄點之間的區(qū)域內逐漸變?yōu)榧饧毜腻F狀。此外，圖5所示的示例性實施例不同于圖1-圖4所示的示例性實施例，在圖5中，兩個相對的地電極6a和6b朝向中心電極4的圓周壁設置，以替代圖4中被設計為上電極的地電極6。
權利要求
1.一種汽油發(fā)動機火花塞，包括由金屬制成的細長中空本體(1)，所述本體(1)具有本體前端(17)和本體后端(21)，所述本體前端(17)包括由所述本體(1)的內環(huán)狀臺肩(9)所形成的倒凹；安裝于所述本體(1)內的細長陶瓷絕緣體(2)，所述陶瓷絕緣體(2)具有絕緣體后端 (20)以及絕緣體前端(16)，所述絕緣體后端(20)從所述本體(1)的本體后端(21)中凸出， 所述本體(1)的本體前端(17)超出所述絕緣體前端(16)；插入所述絕緣體(2)的中心電極(4)，所述中心電極(4)從所述絕緣體前端(16)伸出， 并以導電方式與金屬連接針(15)相連，所述連接針(15)從所述絕緣體(2)的絕緣體后端 (20)中伸出；以及至少一個地電極(6)，所述地電極(6)從所述本體(1)的本體前端(17)開始，并延伸接近所述中心電極(4)，在所述至少一個地電極(6)和中心電極(4)之間形成點火間隙， 所述點火間隙具有極距(EA)；其特征在于所述中心電極(4)與環(huán)狀臺肩(9)之間的距離(D)大于或等于1.2倍極距 (EA)，所述絕緣體(2)外露的絕緣體前端(16)與所述金屬本體(1)之間的距離(C)大于或等于1.2倍極距(EA)，所述絕緣體(2)的絕緣體前端(16)與所述環(huán)狀臺肩(9)的前端(17) 之間的距離(F)不大于2mm加上1. 2倍極距(EA)的值，并且所述絕緣體(2)外露的前端與金屬本體(1)之間的距離(B)大于或等于1. 2倍極距(EA)。
2.根據權利要求1所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述絕緣體(2)的絕緣體前端(16)與所述環(huán)狀臺肩(9)的前端(17)之間的距離(F)不大于1. 5mm加上1. 2倍極距(EA)的值。
3.根據權利要求1所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述絕緣體(2)的前端 (16)與所述環(huán)狀臺肩(9)的前端(17)之間的距離(F)不大于1.3mm加上1.2倍極距(EA) 的值。
4.根據權利要求1或者2所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述環(huán)狀臺肩 (9)的前端與所述本體(1)的本體前端(17)相一致。
5.根據權利要求1或者2所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述環(huán)狀臺肩 (9)被一長度小于所述金屬本體(1)的圓周壁厚度(G)的柱形孔(19)所界定，所述圓周壁毗鄰所述環(huán)狀臺肩(9)設置。
6.根據權利要求1或者2所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述環(huán)狀臺肩 (9)具有朝向所述絕緣體(2)設置的錐狀上側(9a)。
7.根據權利要求6所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述中心電極(4)的縱軸線與所述環(huán)狀臺肩(9)的錐狀上側(9a)之間的夾角(90° - α)為30°到75°。
8.根據權利要求1或者2所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述本體(1)的空腔為一延伸貫穿所述本體(1)的階梯孔(11)。
9.根據權利要求1或者2所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述絕緣體(2) 的絕緣體前端(16)為鈍狀。
10.根據權利要求9所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述環(huán)狀臺肩(9)與絕緣體(2)的絕緣體前端(16)部分重疊。
11.根據權利要求1或者2所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述中心電極(4)在所述絕緣體(2)的絕緣體前端(16)和環(huán)狀臺肩(9)的最窄點之間的區(qū)域內逐漸變?yōu)榧饧殸睢?br> 12.根據權利要求1或者2所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述絕緣體 (2 )沿其絕緣體前端(16 )逐漸變得尖細。
13.根據權利要求9所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述絕緣體(2)沿其絕緣體前端(16)逐漸變得尖細并且所述絕緣體(2)的尖細段(12)直接與所述鈍狀絕緣體前端(16)毗鄰設置。
14.根據權利要求12所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述中心電極(4)的縱軸線與所述絕緣體(2)的錐狀外表面之間的角度(β )小于10°。
15.根據權利要求6所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述中心電極(4)的縱軸線與所述環(huán)狀臺肩(9)的錐狀上側(9a)之間的夾角(90° - α )為50°到60°。
16.根據權利要求12所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述絕緣體(2)朝向其絕緣體前端(16)成圓錐形逐漸變細。
17.根據權利要求10所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述絕緣體(2)朝向其絕緣體前端(16)逐漸變細而且所述絕緣體的尖細部(12)與其鈍狀的絕緣體前端(16) 直接毗鄰設置。
18.根據權利要求14所述的一種汽油發(fā)動機火花塞，其特征在于所述角度(β)為 5° 至Ij 7°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽油發(fā)動機火花塞，包括由金屬制成的具有本體前端和本體后端的細長中空本體，安裝于所述本體內具有絕緣體后端以及絕緣體前端的細長陶瓷絕緣體，插入所述絕緣體中的中心電極，以及至少一個地電極，其中，所述本體前端包括由本體的內環(huán)狀臺肩所形成的倒凹。根據本發(fā)明，中心電極與環(huán)狀臺肩之間的距離大于或等于1.2倍極距，外露的絕緣體前端與金屬本體之間的距離大于或等于1.2倍極距，絕緣體前端與環(huán)狀臺肩的前端之間的距離不大于2mm加上1.2倍極距，并且外露的絕緣體前端與金屬本體之間的距離大于或等于1.2倍極距。
文檔編號H01T13/20GK102545065SQ20111043207
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權日2010年12月22日
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