专利名称：火花塞和发动机主体组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及火花塞和发动机主体组件，其包括在火花塞和发动机主体之间气密密封的密封垫。
背景技术：
火花塞通常被安装在机动车辆的内燃机的主体或热电联产系统中，从而通过在火花塞的火花隙中产生的火花来点燃发动机的燃烧室中的油气混合物。更具体地说，火花塞一般通过将火花塞金属壳的外表面的外螺纹部分与气缸盖的火花塞安装孔的内表面的内螺纹部分进行螺纹啮合，而被安装于发动机的汽缸盖(即，主体的一部分)。此外，例如在日本专利申请公开No. 2001-187966中公开有一种技术，用于在火花塞的金属壳和气缸盖之间进行可靠地密封。根据所述的技术，大致上呈环形的密封垫圈被插入在气缸盖的座面和火花塞的金属壳的落座面之间。所述气缸盖的座面形成在火花塞安装孔的开口端的周围；所述的开口端在发动机燃烧室的相反侧上。所述的金属壳的落座面形成在金属壳的外螺纹部分的临近侧(即燃烧室的相反侧)，从而与汽缸盖的座面相面对。在安装火花塞到汽缸盖时，火花塞金属壳的外螺纹部分被拧入到汽缸盖的内螺纹部分，其中弹性变形的密封垫圈被插入在汽缸盖座面和金属壳的落座面之间。因此，通过密封垫圈的弹性变形所产生的密封垫圈的弹性力，能够维持火花塞的金属壳的外螺纹部分的紧固轴向力，从而在气缸盖的座面和金属壳的落座面之间形成气密的密封(或流体密封)。但是，在近几年，发动机追求稀薄燃烧和高输出，导致燃烧温度增高，发动机震动加剧。因此，当使用以上所述的技术时，密封垫圈可能被施加了过多的力而导致密封垫圈塑性变形，因而减少了密封垫圈在火花塞轴向的厚度。即可能发生了密封垫圈的“永久应变”(permanent set),从而降低了密封垫圈的弹性力。因此,保证火花塞的金属壳和发动机的汽缸盖之间的高密封性能可能会变得困难。进一步地，随着密封垫圈永久应变的发生，火花塞的金属壳的外螺纹部分的紧固轴向力会降低，从而松懈了金属壳的外螺纹部分和汽缸盖的内螺纹部分的啮合。为防止密封垫圈永久应变的发生，可以考虑增加密封垫圈的屈服应力。另一方面，使用密封垫圈的主要目的是为了实现在金属壳的外螺纹部分拧入汽缸盖的内螺纹部分的过程中，利用密封垫圈的弹性变形，使汽缸盖的座面和金属壳的落座面之间紧密接触，从而保证两者之间的高流体密闭性。但是，如果为了防止密封垫圈的永久应变的发生而增加密封垫圈的屈服应力，则在金属壳的外螺纹部分拧入汽缸盖的内螺纹部分的过程中，使密封垫圈弹性变形会变得困难，从而实现汽缸盖的座面和金属壳的落座面的紧密接触将变得困难。因此，保证汽缸盖的座面和金属壳的落座面之间的高流体密闭性可能会变得困难
发明内容
根据示例性实施例，所提供有一种组件，所述组件包括发动机的主体、火花塞和大致呈环形的密封垫圈。所述发动机的所述主体具有在其中形成的火花塞安装孔。所述主体还具有内螺纹部分和座面，所述内螺纹部分在所述火花塞安装孔的内表面中形成，所述座面在所述火花塞安装孔的开口端周围形成。所述火花塞具有纵向轴和外螺纹部分，所述外螺纹部分在所述火花塞的外表面上形成，从而与所述发动机的所述主体的所述内螺纹部分螺纹啮合。所述火花塞还具有落座面，所述落座面在所述外螺纹部分的一侧形成，从而与所述发动机的所述主体的所述座面相面对。所述密封垫圈插入在所述发动机的所述主体的所述座面和所述火花塞的所述落座面之间，从而在其间气密密封。通过将所述火花塞的所述外螺纹部分拧入到所述主体的所述内螺纹部分，将所述火花塞安装到所述发动机的所述主体，其中所述密封垫圈在所述发动机的所述主体的所述座面和所述火花塞的所述落座面之间弹性变形。所述密封垫圈由屈服应力或O. 2%弹性极限应力大于或等于200N/mm2的金属材料制造而成。所述密封垫圈具有第一接触面和第二接触面，所述第一接触面与所述火花塞的所述落座面接触，所述第二接触面与所述发动机的所述主体的所述座面接触。所述密封垫圈的所述第一接触面和所述第二接触面分别形成为在所述密封垫圈的横截面上具有凸形的弯曲表面的一部分；其中截取所述横截面以位于与所述火花塞的所述纵向轴相同的面上。所述密封垫圈的所述第一接触面和所述第二接触面在所述火花塞的径向方向彼此偏移。使用上述的配置，在安装所述火花塞到所述发动机的所述主体的过程中，在所述密封垫圈的整个周围，通过所述火花塞的所述外螺纹部分的紧固轴向力，大致呈环形的所述密封垫圈可以弹性变形，以这种方式，在所述火花塞的所述落座面和所述密封垫圈之间的接触区域径向向内移动，而所述发动机的所述主体的所述座面和所述密封垫圈之间的接触区域径向向外移动。也就是说，所述密封垫圈可以不是局部地而是整体上变形的。因此，即使有很大的力施加到所述密封垫圈上，所述密封垫圈的变形也很难到达塑性阶段(换句话说，所述密封垫圈的变形会轻易地保留在弹性区域)。因此，在所述发动机运行过程中，即使由于所述发动机的震动，很大的外力施加到所述密封垫圈，还是能够防止所述密封垫圈被塑性变形，从而防止了所述密封垫圈密封性能的降低。此外，因为所述密封垫圈能够整体变形，所以制造所述密封垫圈的金属材料为防止在很大受力时所述密封垫圈发生塑性变形的目的而具有极高的屈服应力或O. 2%弹性极限应力是不必要的。也就是说，用具有中等强度的屈服应力或O. 2%弹性极限应力的金属材料制所述造密封垫圈是可能的。因此，在安装所述火花塞到所述发动机的所述主体的过程中，易于通过所述火花塞的所述外螺纹部分的紧固轴向力使所述密封垫圈弹性变形，从而可靠地使所述密封垫圈的第一和第二接触面分别与所述火花塞的所述落座面和所述发动机的所述主体的所述座面紧密接触。因此，能够用所述密封垫圈在所述火花塞的所述落座面和所述发动机的所述主体的所述座面之间进行可靠密封。进一步地，因为所述密封垫圈的第一和第二接触面分别形成为在所述密封垫圈的横截面上具有凸形的弯曲表面的一部分，所以能够实现所述密封垫圈的第一接触面和所述火花塞的所述落座面之间以及所述密封垫圈的第二接触面和所述发动机的所述主体的所述座面之间的近似环行线的接触，从而更可靠地保证了所述密封垫圈的高密封性能。进一步地，因为制造所述密封垫圈的金属材料的屈服应力或O. 2%弹性极限应力大于或等于200N/mm2，所以能够更可靠地防止所述密封垫圈在很大的力下发生塑性变形。此外，如果金属材料的屈服应力或O. 2%弹性极限应力小于200N/mm2，则所述密封垫圈在很大的力下很容易就塑性变形，保证所述密封垫圈的高密封性能就变得困难。用来制造所述密封垫圈的金属材料优选是不锈钢。所述密封垫圈的被截取以位于与所述火花塞的所述纵向轴相同的面上的横截面优选呈大致的S形或大致的倒S形。所述密封垫圈的所述第一接触面和所述第二接触面之间的径向偏移量优选大于或等于O. 6毫米。所述密封垫圈的所述第一接触面的径向宽度LI和所述第二接触面的径向宽度L2的平均值优选在O. 2至O. 7毫米范围内。
通过下面给出的详细描述和示例性实施例的附图，本发明将被更充分地理解，但是，这些示例性实施例不应认为是将本发明限制为具体实施例，而是仅用于解释和理解目的。在附图中图1是部分横截面视图，示出了根据第一实施例的火花塞和汽缸盖的组件的总体配置；图2是根据第一实施例的组件的一部分的放大的横截面视图；图3是用在组件中用来在火花塞和汽缸盖之间气密密封的密封垫圈的透视图；图4是火花塞的部分横截面视图；图5是放大的横截面视图，示出了在弹性变形之前的密封垫圈；图6是放大的横截面视图，示出了在将火花塞的外螺纹部分拧入汽缸盖的内螺纹部分过程中，密封垫圈的弹性变形；图7是放大的横截面视图，示出了在完成火花塞的外螺纹部分拧入汽缸盖的内螺纹部分后的密封垫圈；图8是根据第二实施例的密封垫圈的一部分的放大的横截面视图；图9是根据第三实施例的密封垫圈的一部分的放大的横截面视图；图10是根据第四实施例的密封垫圈的一部分的放大的横截面视图；图11针对实验测试的根据第一实施例的组件的所有样例，示出了火花塞的外螺纹部分在汽缸盖的内螺纹部分中的紧固力矩和火花塞内部的空气泄漏率之间的关系；图12针对组件所有样例，示出了密封垫圈的平均接触宽度和火花塞内部的空气泄漏率之间的关系；图13针对样例中密封垫圈的第一和第二接触面之间的径向偏移量等于O. O毫米的那些样例，示出了密封垫圈平均接触宽度和火花塞内部的空气泄漏率之间的关系；图14针对样例中密封垫圈的第一和第二接触面之间的径向偏移量等于O. 6毫米的那些样例，示出了密封垫圈平均接触宽度和火花塞内部的空气泄漏率之间的关系；图15针对样例中密封垫圈第一和第二接触面之间的径向偏移量等于1. 2毫米的那些样例，示出了密封垫圈平均接触宽度和火花塞内部的空气泄漏率之间的关系；
图16针对样例中密封垫圈第一和第二接触面之间的径向偏移量等于O. O毫米的那些样例，示出了火花塞的外螺纹部分在汽缸盖的内螺纹部分中的紧固力矩和火花塞内部空气泄漏率之间的关系；图17针对样例中密封垫圈第一和第二接触面之间的径向偏移量等于O. 6毫米的那些样例，示出了火花塞的外螺纹部分在汽缸盖的内螺纹部分中的紧固力矩和火花塞内部空气泄漏率之间的关系；和图18针对样例中密封垫圈第一和第二接触面之间的径向偏移量等于1. 2毫米的那些样例，示出了火花塞的外螺纹部分在汽缸盖的内螺纹部分中的紧固力矩和火花塞内部空气泄漏率之间的关系。
具体实施例方式在后文中将参照图1-18描述示例性实施例。需要注意的是，为了描述清楚和便于理解，如有可能，不同的实施例中的有相同功能的相同组件在每个图中用相同的参考数字标记，并且为避免冗余，同样组件的描述不再重复。[第一实施例]图1示出了根据第一实施例的组件100的总体配置。组件100通过安装火花塞I到内燃机的汽缸盖2来得到。火花塞I被配置为点燃发动机的内燃机60中的油气混合物。此外，发动机可以被用于，例如，机动车辆、热电联产系统或汽油输送泵。如图1所示，火花塞I有在其外表面形成的外螺纹部分12。汽缸盖2有火花塞安装孔，其被形成来使得在火花塞I轴向穿透汽缸盖2。火花塞安装孔有面向燃烧室60的第一开口端和在燃烧室60相反侧的第二开口端。进一步地，在火花塞安装孔内表面(即，定义火花塞安装孔的汽缸盖2的内表面)，形成有内螺纹部分22，用来螺纹啮合(或匹配)火花塞I的外螺纹部分12。汽缸盖2有座面21，其形成在汽缸盖2的火花塞安装孔的第二开口端周围。火花塞I有落座面11，其形成在外螺纹部分12的临近侧(即燃烧室60的相反侧)，从而在火花塞I的轴向与汽缸盖2的座面21相面对。进一步地，密封垫圈3被插入在汽缸盖2的座面21和火花塞I的落座面11之间，从而在两个表面21和11之间气密地密封。因此，通过密封垫圈3，火花塞I的落座面11坐落在汽缸盖2的座面21上。密封垫圈3由屈服应力或O. 2%弹性极限应力大于或等于200N/mm2的金属材料制造而成。这里，O. 2%弹性极限应力表示，当金属材料没有明确定义的屈服点时，会造成O. 2%的永久应变的应力。此外,如图2所示,密封垫圈3有第一接触面311和第二接触面321，第一接触面311与火花塞I的落座面11接触，第二接触面321与汽缸盖2的座面21接触。第一和第二接触面311和321各自形成为在密封垫圈3的横截面上具有凸形的弯曲表面的一部分；截取这样的横截面以位于与火花塞I纵向轴70 (见图1)相同的面上。进一步地，第一和第二接触面311和321在火花塞I的径向方向上(即，图2中的水平方向)彼此偏移。接下来，将描述根据本实施例的组件100的详细配置。如图1和4所示，火花塞I包括金属壳(或金属壳体)120，其由例如碳素钢制造而成并且大致呈中空的圆柱体形状。火花塞I的外螺纹部分12形成在金属壳120的外部表面。在金属壳120中，保留着绝缘体13，其由陶瓷(例如，矾土)制造而成，大致呈中空的圆柱体形状。进一步地，在绝缘体13中，保留着大致呈圆柱体的中央电极14。大致呈L形的接地电极15有一端固定到金属壳120末端(B卩，图1和4的下端)，另一端在火花塞I的轴向与中央电极14的末端相面对，在两者之间有火花隙16。金属壳120在外螺纹部分12的临近侧有大直径部分，其直径大于外螺纹部分12。火花塞I的落座面11形成在大直径部分的外螺纹部分12侧，从而大致呈环形。如图3所示，密封垫圈3呈大致的环形。密封垫圈3可以例如使用冲压机冲压或弯曲金属板而形成。
在本实施例中，密封垫圈3由不锈钢(根据日本工业标准的不锈钢)制造而成。但是，需要注意的是密封垫圈3也可以由其他有屈服应力或O. 2%弹性极限应力大于或等于200N/mm2的金属材料制造(例如轧制钢板)而成。此外，如图2所示，被截取以位于与火花塞I的纵向轴相同的面上的密封垫圈3的横截面有大致的S形或大致的倒S形。更具体地说，密封垫圈3的大致的S形或大致的倒S形的横截面有两个转弯部分，分别面向相反的方向。密封垫圈3的横截面还有在火花塞I轴向彼此重叠的第一至第三部分。第一部分在两个转弯部分中的一个(即，图2中的左上转弯部分)和横截面的一端(即，在图2中的右上端)之间延伸，并具有在其中提供的第一接触面311。第二部分在两个转弯部分之间延伸。第三部分在另一转弯部分(即，图2中的右下转弯部分)和横截面的另一端(即，图2的左下端)之间延伸，并具有在其中提供的第二接触面321。另外，在本实施例中，横截面的一端不与横截面的任何其他部分产生接触，而横截面的另一端与横截面的第二部分保持接触。应当注意的是横截面的一端也可以与另一转弯部分或横截面的第二部分保持接触；并且横截面的另一端也可以不与横截面的任何其他部分接触。在本实施例中，密封垫圈3的第一和第二接触面311和321之间的径向偏移量P被设置为大于或等于O. 6毫米。这里，径向偏移量P表示第一和第二接触面311和321的径向中心之间的距离；第一接触面311的径向中心与第一接触面311内周和外周是等距的；第二接触面321的径向中心与第二接触面321的径向内周和外周是等距的。在本实施例中，第一接触面311径向宽度LI的和第二接触面321的径向宽度L2的平均值LO被设置为在O. 2到O. 7毫米范围内(B卩，O. 2毫米彡(L1+L2)/2彡O. 7毫米)。此夕卜，第一和第二接触面311和321的径向宽度LI和L2每个都被设置为大于或等于O.1毫米(即，LI彡O.1毫米和L2彡O.1毫米)。图5示出了自由状态下的密封垫圈3，其中密封垫圈3还没有变形，因此具有其原始形状。图6示出了在将火花塞I的外螺纹部分12拧入汽缸盖2的内螺纹部分22过程中，密封垫圈3发生了弹性变形。图7示出了在完成将火花塞I的外螺纹部分12拧入汽缸盖2的内螺纹部分22之后的密封垫圈3。在安装火花塞I到汽缸盖2时，密封垫圈3首先被安放，使其围绕火花塞I的金属壳120并且轴向地插入在火花塞I的落座面11和汽缸盖2的座面21之间。然后，火花塞I的外螺纹部分12被拧入到汽缸盖2的内螺纹部分22，从而使密封垫圈3保留在火花塞I的落座面11和汽缸盖2的座面21之间，如图5所示。在此之后，火花塞I的外螺纹部分12被进一步地拧入到汽缸盖2的内螺纹部分22中，密封垫圈3的弹性变形如在图6中所示。更具体地说，通过密封垫圈3的弹性变形，火花塞I的落座面11和密封垫圈3之间的接触区域沿径向向内移动，而汽缸盖2的座面21和密封垫圈3之间的接触区域沿径向向外移动。也就是说，通过密封垫圈3的弹性变形，图5-7中所示出的密封垫圈3的横截面以一线段中点为其旋转轴逆时针旋转，所述的线段连接火花塞I的落座面11与密封垫圈3之间的接触区域和汽缸盖2的座面21与密封垫圈3之间的接触区域。因此，在火花塞I的外螺纹部分12被完全拧入到汽缸盖2的内螺纹部分22之后，密封垫圈3的第一接触面311从密封垫圈3的第二接触面321径向向内偏离，如图7所示。密封垫圈3的第一接触面311与火花塞I的落座面11挤压接触，而密封垫圈3的第二接触面321与汽缸盖2的座面21挤压接触。因此，密封垫圈3形成了气密密封(或流体密封)，用于在火花塞I的落座面11和汽缸盖2的座面21之间进行密封。另外，由图5-7可见，在安装火花塞I至汽缸盖2的过程中，密封垫圈3的总体横截面形状仅被轻微地改变；但是，密封垫圈3相对于火花塞I轴向的倾斜度改变得相当大。根据本实施例的上面所述的组件100有以下优点。在本实施例中，组件100包括火花塞1，汽缸盖2 (即，发动机主体的一部分)，和大致呈环形的密封垫圈3。汽缸盖2有在其中形成的火花塞安装孔。汽缸盖2还有内螺纹部分22和座面21，内螺纹部分22形成在火花塞安装孔的内表面，座面21形成在火花塞安装孔的第二开口端(即，燃烧室60相反侧的开口端)周围。火花塞I有外螺纹部分12，外螺纹部分12形成在火花塞I的金属壳120的外表面，从而与汽缸盖2的内螺纹部分22螺纹啮合。火花塞I还有落座面11，落座面11形成在外螺纹部分12的临近侧，从而与汽缸盖2的座面21相面对。密封垫圈3被插入在汽缸盖2的座面21和火花塞I的落座面11之间，从而在两者之间气密密封。通过将火花塞I的外螺纹部分12拧入汽缸盖2的内螺纹部分22中，火花塞I被安装到汽缸盖2，其中密封垫圈3在气缸盖2的座面21和火花塞I的落座面11之间弹性变形。密封垫圈3由屈服应力或O. 2%弹性极限应力大于或等于200N/mm2的金属材料制造而成。密封垫圈3有第一接触面311和第二接触面321，第一接触面311与火花塞I的落座面11接触，第二接触面321与汽缸盖2的座面21接触。密封垫圈3的第一和第二接触面311和321各自为在密封垫圈3的横截面上具有凸形的弯曲表面的一部分，如图2所示。截取这样的横截面以位于与火花塞I的纵向轴70相同的面上。密封垫圈3的第一和第二接触面311和321在火花塞I的径向方向上彼此偏移。使用上述的配置，在安装火花塞I到汽缸盖2的过程中，在密封垫圈3的整个周围，通过火花塞I的外螺纹部分12的紧固轴向力，大致呈环形的密封垫圈3可以弹性变形，以这种方式,在火花塞I的落座面11和密封垫圈3之间的接触区域径向向内移动，而汽缸盖2的座面21和密封垫圈3之间的接触区域径向向外移动。也就是说，密封垫圈3不是局部地而是整体上变形的。因此，即使有很大的力施加到密封垫圈3上，密封垫圈3的变形也很难到达塑性阶段(换句话说，密封垫圈3的变形会轻易地保留在弹性区域)。因此，在发动机运行过程中，即使由于发动机的震动，很大的外力施加到密封垫圈3，还是能够防止密封垫圈3被塑性变形，从而防止了密封垫圈3密封性能的降低。
此外，因为密封垫圈3能够整体变形，所以制造密封垫圈3的金属材料为防止在很大受力时密封垫圈3发生塑性变形的目的而具有极高的屈服应力或O. 2%弹性极限应力是不必要的。也就是说，用具有中等强度的屈服应力或O. 2%弹性极限应力的金属材料制造密封垫圈3是可能的。因此，在安装火花塞I到汽缸盖2的过程中，易于通过火花塞I的外螺纹部分12的紧固轴向力使密封垫圈3弹性变形，从而可靠地使密封垫圈3的第一和第二接触面311和321分别与火花塞I的落座面11和汽缸盖2的座面21紧密接触。因此，能够用密封垫圈3在火花塞I的落座面11和汽缸盖2的座面21之间进行可靠密封。进一步地，因为密封垫圈3的第一和第二接触面311和321分别形成为在密封垫圈3的横截面上具有凸形的弯曲表面的一部分(如图2所示)，所以能够实现第一接触面311和火花塞I的落座面11之间以及第二接触面321和汽缸盖2的座面21之间的近似环行线的接触，从而更可靠地保证了密封垫圈3的高密封性能。进一步地，因为制造密封垫圈3的金属材料的屈服应力或O. 2%弹性极限应力大于或等于200N/mm2，所以能够更可靠地防止密封垫圈3在很大的力下发生塑性变形。此外，如果金属材料的屈服应力或O. 2%弹性极限应力小于200N/mm2，密封垫圈3在很大的力下很容易就塑性变形，保证密封垫圈3的高密封性能就变得困难。在本实施例中，制造密封垫圈3的金属材料是不锈钢。因此，能够更可靠地实现上面所述的密封垫圈3的有利效果。在本实施例中，如图2所示的密封垫圈3的横截面(截取这样的横截面以位于与火花塞I纵向轴70相同的面上)呈大致的S形或大致的倒S形。因此，能够很容易地在密封垫圈3中形成上面描述的第一和第二接触面311和321。在本实施例中，第一和第二接触面311和321之间的径向偏移量P被设置为大于或等于O. 6毫米。通过在安装火花塞I到汽缸盖2的过程中如上设置径向偏移量P后，能够容易地用以上描述的方式(即，在火花塞I的落座面11和密封垫圈3之间的接触区域径向向内移动，而汽缸盖2的座面21和密封垫圈3之间的接触区域径向向外移动)实现密封垫圈3的弹性变形。此外，即使很大的力被施加到密封垫圈3，也能防止密封垫圈3的变形到达塑性阶段，从而防止了密封垫圈3的密封性能降低。。在本实施例中，第一接触面311的径向宽度LI和第二接触面321的径向宽度L2的平均值LO被设置在O. 2至O. 7毫米范围内。通过如上设置平均值L0，能保证密封垫圈3的高密封性能。此外，如果平均值LO小于O. 2毫米，则第一接触面311与火花塞I的落座面11之间以及第二接触面321和汽缸盖2的座面21之间形成的密封宽度太小，以致于不能保证密封垫圈3的高密封性能。另一方面，如果平均值LO大于O. 7毫米，则第一接触面311与火花塞I的落座面11之间以及第二接触面321和汽缸盖2的座面21之间的接触压力太小，以致于不能保证密封垫圈3的高密封性能。[其他实施例]图8示出了根据第二实施例的密封垫圈3的一部分的横截面；截取这样的横截面以位于与火花塞I纵向轴70 (见图1)相同的面上。如图8所示，在第二实施例中，密封垫圈3的横截面是椭圆形的。就是说，密封垫圈3是以具有椭圆横截面的环形管的形式被提供的。图9示出了根据第三实施例的密封垫圈3的一部分的横截面；截取这样的横截面以位于与火花塞I纵向轴70相同的面上。如图9所示，在第三实施例中，密封垫圈3的横截面有三个转弯部分。在三个转弯部分中的其中两个转弯部分之间提供密封垫圈3的第二接触面321，用来与汽缸盖2的座面21接触。图10示出了根据第四实施例的密封垫圈3的一部分的横截面；截取这样的横截面以位于与火花塞I纵向轴70相同的面上。如图10所示，在第四实施例中，密封垫圈3的横截面有两个转弯部分和两个端。在横截面的两个转弯部分的其中之一(即，图10中左上转弯部分)和两个端的其中之一(即，图10中的上面的端)之间提供密封垫圈3的第一接触面311，用来和火花塞I的落座面311接触。在两个转弯部分之间提供密封垫圈3的第二接触面321，用来和汽缸盖2的座面21接触。横截面的一端在横截面的另一端(即，图10中的下面的端)上向另一转弯部分(即，图10中的右下转弯部分)、在第一和第二接触面311和321之间延伸。虽然上述的特定实施例已被示出和描述，但是本领域的技术人员应能理解，可以在不偏离本发明精神的情况下，进行各种修改，变化和改进。例如，在第一实施例中，密封垫圈3的第一接触面311被沿着密封垫圈3的第二接触面321的径向向内布置，其中第一接触面311用来和火花塞I的落座面311接触，第二接触面321用来和汽缸盖2的座面21接触(见图2)。但是，虽然图中没有示出，密封垫圈3的第一接触面311也可以沿密封垫圈3的第二接触面321的径向向外布置。[实验]本实验被用来评估根据第一实施例的组件100的密封性能。具体地，在本实验中，针对组件100的多个样例中的每一个，根据日本工业标准B8031 (即，修订于 2006 年 12 月 20 日的“Internal combustionengines-Spark-plugs”(内燃机-火花-塞))进行气密测试。在气密测试中，在给定的条件下，样例中的火花塞I首先在150°C的空气中暴露30分钟。接着，1. 5Mpa的空气压力被施加到火花塞I的点火部分，测量火花塞I的内部空气泄漏率。对于组件100的所有样例,火花塞I的金属壳120的尺寸为M14。就是说,金属壳120的外螺纹部分12的内径是14毫米。此外，火花塞I的金属壳120和汽缸盖2都由铝制造而成。密封垫圈3由不锈钢304(日本工业标准中规定的一种不锈钢)制造而成，其O. 2%弹性极限应力为205N/mm2。但是，火花塞I的外螺纹部分12在汽缸盖2的内螺纹部分22中的紧固力矩，密封垫圈3的板材厚度t (见图2)，和密封垫圈3的第一和第二接触面311和321之间的径向偏移量P对于组件100的样例是不同的。更具体地说，对于每个样例，紧固力矩被设置为17. 5Nm、20Nm、22. 5Nm、25Nm、27. 5Nm、30Nm和32. 5Nm其中之一；密封垫圈3的板材厚度被设置为O. 25毫米、O. 3毫米和
O.35晕米其中之一；径向偏移量P被设置为O. O晕米、O. 6晕米和1. 2晕米其中之一。
样例的测量结果在图11-18中示出，其中图标“ ”表示密封垫圈3的板材厚度等于O. 25毫米的那些样例的测量结果；图标“〇”表示密封垫圈3的板材厚度等于O. 30毫米的那些样例的测量结果；图标“Λ”表示密封垫圈3的板材厚度等于O. 35毫米的那些样例的测量结果。此外，JIS (日本工业标准)中规定紧固力矩在20到30Nm范围内；以及允许的空气泄漏率小于或等于lml/min。图11针对所有样例示出了火花塞I的外螺纹部分12在汽缸盖2的内螺纹部分22内的紧固力矩与火花塞I内的空气泄漏率之间的关系。由图11可以看出，当紧固力矩太大或太小时，空气泄漏率会很高甚至超过Iml/min。另外，即使紧固力矩在JIS规定的20到30Nm范围内，对于某些样例，也会观察到大于lml/min的空气泄漏率。图12针对所有样例示出了密封垫圈3的平均接触宽度LO和火花塞I的内部空气泄漏率之间的关系。这里，平均接触宽度LO表示密封垫圈3的第一接触面311的径向宽度LI和第二接触面321的径向宽度L2的平均值(见图2)。由图12可以看出，当密封垫圈3的平均接触宽度LO太大或太小时，空气泄漏率会很高甚至超过lml/min。但是，当密封垫圈3的平均接触宽度LO在O. 2到O. 7毫米范围内时，空气泄漏率是足够低的。因此，由图12可以清楚，优选将密封垫圈3的平均接触宽度LO设置在O. 2到O. 7毫米范围内，从而保证组件100的高密封性能。
进一步地，图12中示出的所有测量数据被分为三个集合。第一集合由密封垫圈3的第一和第二接触面311和321之间的径向偏移量P等于O. O毫米(即，第一和第二接触面311和321在径向没有彼此偏移)的那些样例的测量数据组成。第二集合由径向偏移量P等于O. 6毫米的那些样例的测量数据组成。第三集合由径向偏移量P等于1. 2毫米的那些样例的测量数据组成。第一到第三集合的测量数据分别在图13、14和15中示出。由图13可见，当径向偏移量P等于O. O毫米时，对于某些样例，观察到大于Iml/min的空气泄漏率。此外，当径向偏移量P等于O. O毫米时，密封垫圈3的平均接触宽度LO很容易变大。进一步地，如图13所示，当平均接触宽度LO增加时，空气泄漏率也增加了。作为对比，如图14和图15所不，当径向偏移量P等于O. 6晕米或1. 2晕米时,空气泄漏率小于lml/min。因此，由图13-15可知通过使密封垫圈3的第一和第二接触面311和321径向地彼此偏移，组件100的密封性能得到改进；并且通过设置第一和第二接触面311和321之间的径向偏移量P大于或等于O. 6毫米，能保证组件100的高密封性能。而且，图11中示出的所有的测量数据也被分为三个集合。第一集合由密封垫圈3的第一和第二接触面311和321之间的径向偏移量P等于O. O毫米(即，第一和第二接触面311和321在径向没有彼此偏移)的那些样例的测量数据组成。第二集合由径向偏移量P等于O. 6毫米的那些样例的测量数据组成。第三集合由径向偏移量P等于1. 2毫米的那些样例的测量数据组成。第一到第三集合的测量数据分别在图16，17和18中示出。由图16可以看出，当径向偏移量P等于O. O毫米时，对于某些样例，大于lml/min的空气泄漏率被观察到，即使当紧固力矩在20至30Nm范围内时也是如此。作为对比，如图17和图18所示，在径向偏移量P等于O. 6毫米或1. 2毫米的情况下，当紧固力矩在20至30Nm范围内时，空气泄漏率小于lml/min。此外，即使紧固力矩等于
17.5Nm或32. 5Nm并因此落在20至30Nm范围之外，空气泄漏率仍然小于lml/min。因此，由图16-18可知通过使密封垫圈3的第一和第二接触面311和321径向地彼此偏移，组件100的密封性能得到改进；并且通过设置第一和第二接触面311和321之间的径向偏移量P大于或等于O. 6毫米，能保证组件100的高密封性能。
权利要求
1.一种组件，包括 发动机的主体，具有在其中形成的火花塞安装孔，所述主体还具有内螺纹部分和座面，所述内螺纹部分在所述火花塞安装孔的内表面中形成，所述座面在所述火花塞安装孔的开口端周围形成； 火花塞，具有纵向轴和外螺纹部分，所述外螺纹部分在所述火花塞的外表面上形成，从而与所述发动机的所述主体的所述内螺纹部分螺纹啮合，所述火花塞还具有落座面，所述落座面在所述外螺纹部分的一侧形成，从而与所述发动机的所述主体的所述座面相面对；和 大致呈圆环形的密封垫圈，插入在所述发动机的所述主体的所述座面和所述火花塞的所述落座面之间，从而在其间气密密封， 其中， 通过将所述火花塞的所述外螺纹部分拧入到所述主体的所述内螺纹部分，将所述火花塞安装到所述发动机的所述主体，其中所述密封垫圈在所述发动机的所述主体的所述座面和所述火花塞的所述落座面之间弹性变形， 所述密封垫圈由屈服应力或0. 2%弹性极限应力大于或等于200N/mm2的金属材料制造而成， 所述密封垫圈具有第一接触面和第二接触面，所述第一接触面与所述火花塞的所述落座面接触，所述第二接触面与所述发动机的所述主体的所述座面接触， 所述密封垫圈的所述第一接触面和所述第二接触面分别形成为在所述密封垫圈的横截面上具有凸形的弯曲表面的一部分，其中截取所述横截面以位于与所述火花塞的所述纵向轴相同的面上，并且 所述密封垫圈的所述第一接触面和所述第二接触面在所述火花塞的径向方向彼此偏移。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，用来制造所述密封垫圈的金属材料是不锈钢。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述密封垫圈的被截取以位于与所述火花塞的所述纵向轴相同的面上的横截面呈大致的S形或大致的倒S形。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述密封垫圈的所述第一接触面和所述第二接触面之间的径向偏移量大于或等于0. 6毫米。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述密封垫圈的所述第一接触面的径向宽度LI和所述第二接触面的径向宽度L2的平均值在0. 2至0. 7毫米范围内。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述密封垫圈的被截取以位于与所述火花塞的所述纵向轴相同的面上的横截面呈大致的S形或大致的倒S形。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述密封垫圈的所述第一接触面和所述第二接触面之间的径向偏移量大于或等于0. 6毫米。
8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述密封垫圈的所述第一接触面的径向宽度LI和所述第二接触面的径向宽度L2的平均值在0. 2至0. 7毫米范围内。
全文摘要
一种组件包括发动机主体、火花塞和密封垫圈。通过将火花塞的外螺纹部分拧入到发动机主体的内螺纹部分，将火花塞安装到发动机主体，其中密封垫圈在发动机主体的座面和火花塞的落座面之间弹性变形。密封垫圈由屈服应力或0.2％弹性极限应力不小于200N/mm2的金属材料制造而成。密封垫圈有分别地与火花塞的落座面和发动机主体的座面接触的第一和第二接触面。密封垫圈的第一和第二接触面分别形成为具有凸形的弯曲表面的一部分，并且在火花塞的径向方向彼此偏移。
文档编号F02P13/00GK103061949SQ20121039936
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月19日 优先权日2011年10月20日
发明者阿部信男 申请人:株式会社电装