专利名称：一种汽油发动机火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽油发动机火花塞。
背景技术：
本发明涉及一种具备权利要求所描述特征的火花塞。这种火花塞可从公开号为 116241的奥地利专利获知。在这种已知的火花塞中，所述绝缘体能很好地缩进到形成所述火花塞外壳的金属本体中，此外，绝缘体可受到与所述绝缘体前端连接的金属颈部的保护， 其中，所述火花塞的中心电极从所述金属颈部伸出，并从形成所述火花塞外壳的金属本体中略微突出。这是为了防止由于绝缘体破裂和导电烟层桥的形成而引起的绝缘体故障。复杂的火花塞设计，比如从公开号为116241的奥地利专利所获知的，几十年前就已经不再使用，因为陶瓷绝缘体的质量已经被改进到一定程度，即所述绝缘体前端在形成火花塞外壳的金属本体前端凸出会更加有利，而非将所述绝缘体前端移入所述金属外壳的后部。由于近代电机工程的发展，尤其是汽油发动机尺寸的减小，同时火花塞暴露的影响大大增加。尺寸减小的意思是在不减少发动机输出的情况下试图减少发动机的发动机排量，优选地甚至是进一步增加发动机的输出，尤其是利用其高平均有效压力高达的涡轮增压器。这就带来了新问题，并且已经克服的发动机老问题并没有太大的发展，例如， 作为不可控燃烧附带现象的预点火和爆震重新出现，其中，然而，由于高度发达的现代发动机中的高度压缩，不可控燃烧所带来的危害较之前要严重得多。不可控燃烧可能会导致所谓的“非常爆震”，其交替的强压力波或冲击波，会导致所述陶瓷绝缘体的损坏，并且具有发生发动机故障的风险。在高压条件下注入的燃料如果与所述陶瓷绝缘体相接触，所述燃料会引起热震，热震会导致陶瓷的破裂。陶瓷绝缘体的破裂和破损也可由“扫气”引起。扫气可以理解为，充电周期期间在四冲程发动机的涡轮增压器和气缸排气处之间的空间内新鲜气体和废气的混合。所述混合是排气阀和四冲程发动机进气阀开启时间重叠的结果。扫气会导致涡轮增压器速度的增加和在发动机低转速情况下得到所想要的发动机输出功率的增加，但其会增加火花塞的热交变应力并且带有陶瓷破裂和破损的风险。爆震限制，即在爆震第一次发生的时候，采用燃烧的最佳点火角度来防止汽油发动机工作；如果可用的火花塞比现有的火花塞更坚固，尤其是对于爆震所引起的压力更不敏感，所述的最佳点火角度就更容易被接近。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更为坚固的火花塞，所述火花塞在现代高输出发动机中，尤其是在体积缩小的现代高输出发动机中具有比传统火花塞更长的使用寿命。具备如权利要求所述特征的火花塞达到了本发明的目的。所述火花塞的有益改进即为从属权利要求保护的主题。本发明具有以下核心优势所述绝缘体外露的前面部分朝向发动机燃烧室设置，此部分在这里也被称之为绝缘体底座，根据本发明被火花塞的设计所遮蔽和保护，这样由不可控燃烧所引起的冲击波以及由新鲜气体净化或潮湿的燃料所引起的温度冲击不会对所述火花塞的使用寿命带来任何影响。根据本发明所述的火花塞设计相对于传统火花塞而言并没有使得其成本有所增力口，甚至相对于公开号为116241的奥地利专利而言，本发明所述的火花塞设计成本更低。虽然所述绝缘体前端被移入形成火花塞外壳的中空金属本体中，其仍然设置于所述金属本体内部环状台肩的附近。所述形成火花间隙的一端并为此从所述金属本体前端略为伸出的中心电极可以保持为较短的状态，，这样由中心电极的热吸收所引起的绝缘体热负荷就可以保持在一个较低的水平上。根据本发明所提供的尺寸对所述绝缘体进行了充分的遮蔽，同时，确保在火花塞呼吸室附近不可控以及不需要的放电被阻止，其结果是，稳定的火花放电仅仅沿着为此提供的在中心电极和地电极之间的火花间隙产生。所述火花塞的呼吸室应被理解为在中空金属本体内的自由空气空间，所述绝缘体的前端伸入所述自由空气空间并且所述中心电极穿过该自由空气空间。源于不规则燃烧的冲击波不会到达绝缘体底座，或最多，当它们减弱到一定程度， 即不会对所述绝缘体造成任何机械损伤的时候，到达绝缘体底座。根据本发明所述的火花塞设计可防止冷的燃料液滴对绝缘体造成影响。由发动机气缸内的冷进气空气引起的热震，尤其是在扫气过程中由高压气阀重叠所带来的，不会进入到受保护的呼吸室中。至少，进入呼吸室的进气空气会减小到一定程度，以至于不会对所述绝缘体造成损害。根据本发明，所述中心电极与环状台肩之间的距离以及所述绝缘体的外露前端与金属本体之间的距离大于或等于1. 2倍的极距，并且所述绝缘体前端与环状台肩正面之间的距离不大于2mm加上1. 2倍极距的值，优选地不大于1. 5mm加1. 2倍极距，更优选地为 1. 3mm加1. 2倍极距。一方面，这可以确保火花塞的呼吸室以及伸入到所述呼吸室的绝缘体底座受到很好的保护，同时保证从所述绝缘体伸出的中心电极的热量吸收尽可能地低。与所述金属本体的正面相比，所述对火花塞呼吸室进行遮蔽的环状台肩可被移回火花塞的金属本体内，相对于所述金属本体的前端。优选地，然而，所述环状台肩正面与所述金属本体的正面相一致，这就致使在所述火花塞前端的附近采用了紧凑型设计，所述紧凑型设计允许所述中心电极伸出一小段长度，尽管所述绝缘体前端伸入到呼吸室中。优选地，所述环状台肩被一圆柱状内孔所界定，其轴线与所述中心电极的纵轴线相一致，优选地，所述孔的长度，即所述环状台肩的高度，小于金属本体相邻圆周壁的厚度。 这就保证了在燃烧过程中传输到环状台肩的热量可以很好地排放到火花塞的金属本体中。 所述环状台肩的温度越低，它对绝缘体的热保护就越好，就越能更好地散发地电极的热量。优选地，所述环状台肩具有朝向所述绝缘体设置的锥状上侧，其结果是环状台肩的高度由内向外呈放射状增加。这就提高了由环状台肩到金属本体的热量排放效果。所述中心电极的纵轴线与所述环状台肩的锥状上侧间的测量角度，优选为30°到75°，更优选地，为50°到60°。适当地，所述金属本体的空腔为通过本体的阶梯孔，所述绝缘体从后面插入阶梯孔，直到其界定绝缘体底座的台肩与所述阶梯孔的台阶相接合。这就可以对金属本体内的绝缘体进行可重复的定位。所述绝缘体前端不必是钝的，但是，优选地，钝状会更好，其中，钝状前端的边缘， 优选地，最好圆一点。这已经被证明有利于绝缘体的耐久性。当所述环状台肩与绝缘体的钝状前端部分重叠时，所述呼吸室以及绝缘体会被很好地保护到，也就是说，当所述环状台肩的内径小于绝缘体的钝状前端的外径时。为了达到这个目的，所述中心电极，优选地，会被设计为在绝缘体前端和环状台肩最窄点之间的区域内逐渐变为尖细状，尤其是在环状台肩的上侧优选为锥状时，所述中心电极逐渐变为锥状。优选地，绝缘体沿其前端也逐渐变得尖细，尤其为锥状，无论所述绝缘体的前端是否被优选设计为钝状。优选地，所述绝缘体的尖细段被设置于直接与所述钝状前端相邻。中心电极的纵轴线与绝缘体的锥状尖细上侧之间的角度为，适当地，小于10°，优选为5°到 7° ο
本发明的示例性实施例如附图所示。在不同的实例中，相同或相应部分用一致的参考标记标示。图1出示了其一半为侧视图，另一半为剖视图的本发明所述火花塞的示意图2出示了其一半为侧视图，另一半为剖视图的图1所述火花塞前端的示意图，图中还给出了应该设定的最佳尺寸规格；
图3出示了图1所述火花塞前端的剖视示意图，图中还给出了应该进一步设定的最佳尺寸规格；
图4出示了根据图3经修改的火花塞前端的纵剖视示意图； 图5出示了根据图3经进一步修改的火花塞前端的纵剖视示意图； 图6出示了根据图1所述的火花塞整体示意图。其中1、本体；2、绝缘体；3、玻璃熔融体；4、中心电极(内导体)；5、密封圈；6、地电极；6a、地电极；6b、地电极；7、地电极贵金属块；8、中心电极贵金属块；9、环状台肩；9a、锥状上侧；10、密封台肩；11、阶梯孔；12、绝缘体底座(尖细部)；13、呼吸室；14、中心电极的环状间隙；15、点火针(金属连接针)；16、绝缘体前端；17、本体前端；18、台肩；19、孔；20、绝缘体后端；21、本体后端；α、角度；β、角度；EA极距；A-G尺寸。
具体实施例方式图1和图6出示了一种具有中空金属本体1的火花塞，该中空金属本体1形成所述火花塞外壳，并安装有细长的陶瓷绝缘体2。本体1具有本体前端17和本体后端21。安装在本体1内的绝缘体2具有绝缘体后端20和绝缘体前端16，绝缘体后端20超出本体1 的本体后端21外，而本体1的本体前端17超出绝缘体前端16外。中心电极4插入到绝缘体2中，并从绝缘体2的绝缘体前端16中伸出，并超出本体1的本体前端17，所述中心电极 4还安装有中心电极贵金属块8。如图1所示，中心电极4周围的环状间隙14设置在绝缘体2的绝缘体前端16上。中心电极4与插入到绝缘体2内的点火针(金属连接针)15以导电方式相连接，与常规的火花塞一样，点火针15从绝缘体2的后端20伸出，并与火花塞的连接器相接触，供产生点火火花的高电压通过所述接触进行传输。中心电极4与点火针15 之间的导电连接通过一玻璃熔融体3来达到，该玻璃熔融体3包含导电颜料，例如，炭黑。本体1具有沿其长度方向的阶梯孔11。绝缘体2通过互补台肩18与阶梯孔11的密封台肩10相接合。对本体1和绝缘体2之间不可避免的环状间隙进行密封的密封圈5 被设置于台肩18和密封台肩10之间。从台肩18开始，绝缘体2沿其绝缘体前端16逐渐变为尖细的锥状，绝缘体前端16为钝状设计结构。在本案中，中心电极4的纵轴线与绝缘体2前部的锥状外表面之间的角度β为6°。环状台肩9设置于本体1的本体前端17上。其朝向绝缘体2的上部9a具有锥状设计。如图3所示，所述锥状表面与内导体(中心电极)4纵轴线的垂直平面之间的夹角a 为15°到60°，优选地，a=30°。设计为上电极的地电极6从本体1的本体前端17开始，顺着中心电极4延伸，形成点火间隙，该点火间隙具有极距EA。地电极6上安装有地电极贵金属块7。在本体1中，处于密封台肩10和本体前端17之间的气腔被称之为呼吸室13。其几何结构是至关重要的，一方面，是出于对火花塞点火可靠性的考虑，另一方面，是为了保护绝缘体底座(尖细段)12以免其受到影响，而该影响可能会对绝缘体2造成损坏。绝缘体 2的绝缘体前端16与环状台肩9上部内边缘之间的距离A至少为极距EA的1. 2倍。绝缘体2的钝状前端的外边缘与本体1的圆周壁之间的距离B也应该至少等于极距EA的1. 2 倍。绝缘体2的钝状前端的外边缘与环状台肩9锥状上侧9a之间的距离C也应该至少等于极距EA的1. 2倍。最后，中心电极4与环状台肩9上的柱形孔19所在点之间的距离D， 也应该至少等于极距EA的1. 2倍。这是为了确保点火火花仅在中心电极4和地电极6之间产生。另一方面，绝缘体2钝状前端和本体1的本体前端17之间的距离F不应超过1. 2 倍极距加上1. 5mm的值，其结果是环状台肩9的高度E，当在内边缘对其进行测量时，不应超过1. 5mm，更为优选地，不应超过1. 2mm。这有利于将从绝缘体2中伸出的中心电极4的长度保持得尽量短，并且使得绝缘体2的热负荷尽可能地低。此外，环状台肩9的高度应小于毗邻环状台肩9设置的本体1圆周壁的厚度G，这是为了确保任何传输到环状台肩9的燃烧热量都可以很好地排入金属本体1中。分别安装于中心电极4和地电极6上的中心电极贵金属块8和地电极贵金属块7， 例如，由钼或铱或合金组成，可防止或减少两电极4和6的任何磨损。优选地，尺寸A、B、C和D被设定为彼此相等。优选地，E小于1. Omm,并且优选地， G 大于 1. 5mmο在图1-图3所示的示例性实施例中，绝缘体2钝状端的直径要略小于环状台肩9 的孔径。这与图4和图5中所述实例的情况不同，在图4和5中，环状台肩9的孔径小于绝缘体2钝状前端(绝缘体前端)16的直径。为了实现此情形，中心电极4在绝缘体2的绝缘体前端16和环状台肩9最窄点之间的区域内逐渐变为尖细的锥状。此外，图5所示的示例性实施例不同于图1-图4所示的示例性实施例，在图5中，两个相对的地电极6a和6b朝向中心电极4的圆周壁设置，以替代图4中被设计为上电极的地电极6。
权利要求
1.一种汽油发动机火花塞，包括由金属制成的细长中空本体(1)，所述本体(1)具有本体前端(17)和本体后端(21)，所述本体前端(17)包括由所述本体(1)的内环状台肩(9)所形成的倒凹；安装于所述本体(1)内的细长陶瓷绝缘体(2)，所述陶瓷绝缘体(2)具有绝缘体后端 (20)以及绝缘体前端(16)，所述绝缘体后端(20)从所述本体(1)的本体后端(21)中凸出， 所述本体(1)的本体前端(17)超出所述绝缘体前端(16)；插入所述绝缘体(2)的中心电极(4)，所述中心电极(4)从所述绝缘体前端(16)伸出， 并以导电方式与金属连接针(15)相连，所述连接针(15)从所述绝缘体(2)的绝缘体后端 (20)中伸出；以及至少一个地电极(6)，所述地电极(6)从所述本体(1)的本体前端(17)开始，并延伸接近所述中心电极(4)，在所述至少一个地电极(6)和中心电极(4)之间形成点火间隙， 所述点火间隙具有极距(EA)；其特征在于所述中心电极(4)与环状台肩(9)之间的距离(D)大于或等于1.2倍极距 (EA)，所述绝缘体(2)外露的绝缘体前端(16)与所述金属本体(1)之间的距离(C)大于或等于1.2倍极距(EA)，所述绝缘体(2)的绝缘体前端(16)与所述环状台肩(9)的前端(17) 之间的距离(F)不大于2mm加上1. 2倍极距(EA)的值，并且所述绝缘体(2)外露的前端与金属本体(1)之间的距离(B)大于或等于1. 2倍极距(EA)。
2.根据权利要求1所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述绝缘体(2)的绝缘体前端(16)与所述环状台肩(9)的前端(17)之间的距离(F)不大于1. 5mm加上1. 2倍极距(EA)的值。
3.根据权利要求1所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述绝缘体(2)的前端 (16)与所述环状台肩(9)的前端(17)之间的距离(F)不大于1.3mm加上1.2倍极距(EA) 的值。
4.根据权利要求1或者2所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述环状台肩 (9)的前端与所述本体(1)的本体前端(17)相一致。
5.根据权利要求1或者2所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述环状台肩 (9)被一长度小于所述金属本体(1)的圆周壁厚度(G)的柱形孔(19)所界定，所述圆周壁毗邻所述环状台肩(9)设置。
6.根据权利要求1或者2所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述环状台肩 (9)具有朝向所述绝缘体(2)设置的锥状上侧(9a)。
7.根据权利要求6所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述中心电极(4)的纵轴线与所述环状台肩(9)的锥状上侧(9a)之间的夹角(90° - α)为30°到75°。
8.根据权利要求1或者2所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述本体(1)的空腔为一延伸贯穿所述本体(1)的阶梯孔(11)。
9.根据权利要求1或者2所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述绝缘体(2) 的绝缘体前端(16)为钝状。
10.根据权利要求9所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述环状台肩(9)与绝缘体(2)的绝缘体前端(16)部分重叠。
11.根据权利要求1或者2所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述中心电极(4)在所述绝缘体(2)的绝缘体前端(16)和环状台肩(9)的最窄点之间的区域内逐渐变为尖细状。
12.根据权利要求1或者2所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述绝缘体 (2 )沿其绝缘体前端(16 )逐渐变得尖细。
13.根据权利要求9所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述绝缘体(2)沿其绝缘体前端(16)逐渐变得尖细并且所述绝缘体(2)的尖细段(12)直接与所述钝状绝缘体前端(16)毗邻设置。
14.根据权利要求12所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述中心电极(4)的纵轴线与所述绝缘体(2)的锥状外表面之间的角度(β )小于10°。
15.根据权利要求6所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述中心电极(4)的纵轴线与所述环状台肩(9)的锥状上侧(9a)之间的夹角(90° - α )为50°到60°。
16.根据权利要求12所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述绝缘体(2)朝向其绝缘体前端(16)成圆锥形逐渐变细。
17.根据权利要求10所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述绝缘体(2)朝向其绝缘体前端(16)逐渐变细而且所述绝缘体的尖细部(12)与其钝状的绝缘体前端(16) 直接毗邻设置。
18.根据权利要求14所述的一种汽油发动机火花塞，其特征在于所述角度(β)为 5° 至Ij 7°。
全文摘要
本发明公开了一种汽油发动机火花塞，包括由金属制成的具有本体前端和本体后端的细长中空本体，安装于所述本体内具有绝缘体后端以及绝缘体前端的细长陶瓷绝缘体，插入所述绝缘体中的中心电极，以及至少一个地电极，其中，所述本体前端包括由本体的内环状台肩所形成的倒凹。根据本发明，中心电极与环状台肩之间的距离大于或等于1.2倍极距，外露的绝缘体前端与金属本体之间的距离大于或等于1.2倍极距，绝缘体前端与环状台肩的前端之间的距离不大于2mm加上1.2倍极距，并且外露的绝缘体前端与金属本体之间的距离大于或等于1.2倍极距。
文档编号H01T13/20GK102545065SQ20111043207
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月21日 优先权日2010年12月22日
发明者A·申科, W·尼斯纳 申请人:博格华纳贝鲁系统有限公司