CN101682173B - 14mm加长型火花塞 - Google Patents

14mm加长型火花塞 Download PDF

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Abstract

一种用于工作或替换火花塞时很难伸入内燃机腔室的火花塞组件(10)。该组件(10)有一个传统火花塞元件(28)，该元件通过焊接至金属壳体(32)而与一个加长的套管(12)相连。套管(12)中有与其顶端(14)邻接的上陶瓷绝缘件(52)，该绝缘件与外弹性体绝缘件(58)端对端邻接。该元件(28)的陶瓷绝缘件(30)由绝缘件(58)包围并由此稳固地居于套管(12)中。内弹性体绝缘件(62)位于一个连续的通道中，该通道由绝缘件(52)和绝缘件(58)各自的相互对中的孔形成。内弹性体绝缘件(62)支撑并电绝缘火花塞元件(28)的导电的中心电极(44)。点火导线与中心电极加长部(48)电接触并在一定时间间隔内将电能传送到火花隙。

Description

14mm加长型火花塞
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2007年03月07日的第60/893,392号美国临时申请的优先权，该临时申请的全部内容通过引用结合在本文中。
发明领域
本发明涉及用于点燃内燃机燃烧腔内的燃烧气体的火花塞，特别是涉及主要用于固定引擎中的例如发电机、泵等等中的加长型火花塞。
背景技术
加长型火花塞用在这样的场合，即汽缸盖中火花塞孔的深度要求采用非正常长度的火花塞。而为这些应用场合可以设计专用火花塞，这种火花塞常常优选适于对传统、使用寿命长的火花塞拉伸来实现此目的。
一种提供所需加长部的方法是通过添加壳体加长部、上端加长部以及用于隔离该壳体加长部和上端加长部的各种组合的弹性体绝缘件的各种组合件，提供令传统使用寿命长的火花塞适应工作场合的元件组。由于该操作较为复杂，故必须雇用熟练的技术人员来进行所需的组装。例如，将壳体加长部连接至壳体可以采用压入配合连接，这易于导致在现场产生破裂。现场组装必须将用于使壳体加长部连接至壳体的任何冶金结合件利用相对较低的温度处理，例如焊接或低温铜焊，然而这样的处理会产生相对较弱的机械连接，之后在安装或拆卸火花塞时会导致损坏。因此，鉴于弹性体和塑胶绝缘材料对于现场组装和安装而言更为耐用，加长元件组常常采用弹性体和塑胶绝缘材料的结合；然而，这样的材料并不必然地能够提供所需的电绝缘性能。由于现场安装的加长部典型地是非气密的，水分和其他污染物容易影响这些绝缘材料，从而逐渐减小其电绝缘能力。基于材料的固有特性，例如所采用的塑胶材料的软化点或玻璃化转变点，上述材料同样会限制加长型火花塞的最大运行温度。
已知由工厂组装的加长型火花塞非常少。这些已知的加长型火花塞典型地采用上述相同元件和制造方法中的许多，因此也受到同样的限制。
因此，需要制造能够提高可靠性、扩大运行温度范围并且提高热和电性能以及抗环境恶化性能的加长型火花塞。
发明内容
具有附图所示类型的管状/桶状加长部的火花塞包括上陶瓷绝缘件、下陶瓷绝缘件(结合传统结构的火花塞)、设于所述上、下陶瓷绝缘件之间并位于所述管状/桶状加长部内的外部弹性体绝缘件，并进一步具有围绕中心电极加长部设置的内部弹性体绝缘件，所述中心电极加长部位于所述上陶瓷绝缘件和所述外部弹簧绝缘件的中心孔内。
本发明进一步且完善的特征包括所述外部和内部弹性体绝缘件由硅基或含硅弹性体制成。进一步地，本发明包括将所述加长部的下部设于热锁合的壳体之上，并将该加长部焊接至该壳体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的上述和其他特征及优点，以下结合附图对本发明进行详细描述，其中：
图1是贯穿本发明加长型火花塞的整个长度的剖视图；
图2是如图1所示的加长型火花塞组件的顶部的放大片断剖视图；
图3是图1所示的火花塞组件的下部的放大片断剖视图；
图4是沿图3中4-4线的加长型火花塞组件的仰视图；
图5是图3中画线区域5所标识的下端部火花隙区域的放大图；以及
图6是图3中6标识的矩形区域的放大图。
具体实施例
参考图1-6，其中相似的数字指示附图中相似或相应的部件，根据本发明实施例的加长型火花塞10如图所示。该加长型火花塞10具有用于工业内燃机或其他专用领域中的火花塞的类型和尺寸，如M14，但此仅为一举例，在这些应用中，使用火花塞10以实现维护和更换目的是受严格限制的。火花塞组件10包括优选由抗腐蚀和抗氧化金属材料——例如不锈钢或其合金制成的套管加长管12。该套管加长管12沿其长度为基本圆柱状，并具有在顶端14和底端16之间延伸的大致薄壁截面。在一示范性实施例中，套管加长管12的长度为8-12英寸，外径为0.8-1.0英寸，壁厚为约0.06英寸。
将衬套18安装进套管加长管12顶端14，并通过焊接、铜焊、啮轧、铆接或其他连接方法或手段固定于套管加长管12顶端14。衬套18最高暴露端可设置有螺纹20，以连接至点火导线(图未示)的螺纹套。在螺纹20之下直接设有六角形段22，该六角形段22的结构与工业标准管钳工具相匹配，以便进行火花塞的安装和拆卸。虽然六角形结构是最常用、也是本实施例中所采用的结构，但易知可根据火花塞组件10所用领域采用其他等效形状和工具配合，例如与各种扳手或套筒扳手工具相配合的结构。小凸缘24形成下台阶和肩部，以与套管加长管12相抵接，而衬套18的接套部26贴合置于套管加长管12开放顶端14内。而且，衬套18配合并扣接于套管加长管12顶端14，形成稳定的一体结构。因此，在安装和拆卸过程中，在整个六角形段22上产生扭矩时，整个套管加长管12受力与衬套18一起旋转。在一示范性实施例中，衬套18的长度约为1.25-2.0英寸。
将火花塞元件28应用于该组件10中，该火花塞元件28可具有任何适合的结构和配置。火花塞元件28可以是管状陶瓷绝缘件30，该管状陶瓷绝缘件30优选包含氧化铝或其他适合的、具有规定介电强度、高机械强度、高导热性以及优良的抗热冲击性能的陶瓷绝缘件材料。导电的、优选金属壳体32围绕绝缘件30的下部区域，并包括至少一个接地电极34。虽然图中所示的接地电极为传统单L形，易知根据火花塞组件10的可能应用领域，该接地电极34可选择性地包括多个呈直线或弯曲结构的元件。绝缘件30固定于壳体32中，优选通过热锁啮轧操作固定于壳体32中，该热锁啮轧操作建立用于固定绝缘件30且结构可靠的配合，该配合是气密配合，避免使用过程中燃烧气体的泄漏。壳体32的下部，直接位于座部38之下，形成有螺纹部36。该座部38可与垫圈41成对设置，如图所示，提供与汽缸盖相配的界面。可选地，座部38可设计为具有一锥度(图未示)，以使汽缸盖中无需垫圈亦可进行安装。
导电端轴40部分地设于绝缘件30的中心通道中，可从螺纹顶柱纵向延伸至嵌在绝缘件30的中心通道中的底端。所述螺纹顶柱与螺纹帽42配合，该螺纹帽将在后文做更为详细的描述。端轴40的底端嵌在导电玻璃密封件43中，该导电玻璃密封件43为形成复合抑制器/密封包装类型的密封件。这种玻璃密封组件可具有多种结构，典型地由不同的几层构成，例如，分别与端轴40和中心电极配合且运行过程中协调工作以减小电磁干扰的上、下导电层。
导电中心电极44从封闭于玻璃密封件中的头部纵向延伸至接近接地电极34的暴露在外的火花端46。贵金属点火端，例如可由铱基或铂基合金制成的点火端，可位于中心电极44的火花端46，如图6所示或许是最佳结构。类似地，接地电极34可具有类似的贵金属点火端，以便在燃烧环境中仍具有良好的抗火花侵蚀和腐蚀性能。
套管加长管12的底端16围绕传统或仅略有改变的工业使用寿命长的火花塞元件的金属壳体32上的互补部配合设置。该套管加长管12的底端16可连接至金属壳体32外表面的任何适合的部分。例如，底端16可终止于与六角部33接触之处。然而，附图中所举例说明的另一方法包括在六角部33下方形成壳体32的圆柱状桶部35。该桶部35包括座肩39。在六角部33下方形成圆柱状桶部35具有形成圆柱界面以与套管加长管12的底端16配合的优点，借助与座肩39抵接来定位底端16的方法也具有相同的优点。可通过焊接、铜焊、啮轧或其他连接方法或手段将底端16与壳体32固定连接。进一步，可选地，底端16可适于具有六角形截面而非圆柱截面，以使其可以通过这种设置配合于六角部33的外表面之上。或者，可通过上述方法或手段将底端16固定于壳体32的某其他区域。这种设置的优点在于无需改变壳体32的六角部33。然而，基于所选的连接方式，需要形成套管加长管12的底端16来产生六角形截面，以与火花塞元件28的六角部33配合。
由于套管加长管12具有被延长的特点，也就形成了中心电极加长部48。该中心电极加长部48是长杆状元件，优选由金属例如各种等级的钢制成，其顶端和底端均设有螺纹，且底端螺接于端轴40顶部的螺纹帽42中。与螺纹帽42的螺接能够提供中心电极加长部48与火花塞元件28的端轴40之间稳定、可靠的电连接与机械连接。同样，中心电极加长部48的最高端与盘状接触钮50螺接配合。点火导线(图未示)固定于衬套18的螺纹端20，延伸进套管加长管12的顶端14中，并通过接触钮50与中心电极加长部48电接触。通过这种设置，电能的定时爆发从点火系统(图未示)经火花塞元件28传递至火花间隙。
为避免在接地套管加长管12和高能中心电极加长部48之间产生电弧，在其间放入一系列堆叠嵌套的介电缓冲结构。特别是，上陶瓷绝缘件52具有大致管状结构，其上颈部54设在衬套18的下部内侧且其下加长体填入套管加长管12的顶端14。上陶瓷绝缘件52具有贴合容置接触钮50的中心孔56。由此，上陶瓷绝缘件52在高电荷的电接触钮50(定时放电过程中)和接地外部套管加长管12之间建立电障。
外部弹性体绝缘件58，优选由硅基或含硅弹性体制成，与上陶瓷绝缘件52的底端邻接，向下延伸至火花塞元件28的壳体32。该外部弹性体绝缘件58包围火花塞元件28的陶瓷绝缘件30，以便其受到电绝缘保护和结构保护，也就是防磨损和振动。在这种安装组合条件下，外部弹性体绝缘件58可处于压缩状态下，从而将这些元件稳定保持于其运行位置。外部弹性体绝缘件58提供中心电极加长部48外部的荷电元件、螺纹帽42以及端轴40和接地套管加长管12之间的电障。外部弹性体绝缘件58还包括与上陶瓷绝缘件52所形成的中心孔56大致同心延伸的中心孔60。
内部弹性体绝缘件62沿长度围绕中心电极加长部48，填入上部陶瓷绝缘件52和外部弹性体绝缘件58的相互对中排列的中心孔56、60。该内部弹性体绝缘件62，类似外部弹性体绝缘件58，优选采用由硅基或含硅材料制成的各种硅弹性体。
本发明火花塞组件10便于加工以适合各种内燃机，例如需要14mm安装孔的内燃机。如此设计的火花塞组件10的外径可为13/16″，适于小直径深孔。本发明在许多方面具有优点，包括无需采用现有技术中中所用的另附的加长接头，从而减少了维修和后勤工作所需的时间，以减少培训工作，降低停机成本。
本发明火花塞组件10使得经修改而适配传统工业用寿命长的火花塞元件28能够用于由护套加长管构成的套管加长管12中。该组件10具有足够的内部电绝缘以防止内部漏电。电能通过连接衬套18从外部作用于组件10的顶部。通过上部陶瓷绝缘件52进行电绝缘。来自点火导线(图未示)的能量经电极接触钮50、中心电极加长部48，最终到达使用寿命长的灭弧火花塞元件28，在此，火花塞的间隙顺利驱散内燃机中存在的外部施加的电能，从而如所需使燃料电荷点火。
以上已根据相关法律规定对前述发明进行了描述，因此该描述仅作为示范性示例，而并不非对本发明进行实质限制。本领域的普通技术人员将很容易对本发明上述实施例进行各种改变和修改并仍属于本发明的范围。因此，本发明的法定保护范围仅通过研究所附权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种用于深孔中的火花塞组件，该组件包括：
延长的管状套管，具有顶端和底端；
上陶瓷绝缘件，设于所述套管中并与该套管的顶端相邻，该上陶瓷绝缘件具有中心孔；
下陶瓷绝缘件，与所述上陶瓷绝缘件相间隔，该下陶瓷绝缘件至少部分地设于所述套管中并与该套管的底端相邻；
外部弹性体绝缘件，设于所述套管中并位于所述上陶瓷绝缘件和所述下陶瓷绝缘件之间，该外部弹性体绝缘件包括与所述上陶瓷绝缘件的中心孔对中的中心孔，以形成连续通道；
延长的导电中心电极加长部，设于由所述外部弹性体绝缘件的中心孔与所述上陶瓷绝缘件的中心孔形成的连续通道中；以及
内部弹性体绝缘件，围绕至少部分所述中心电极加长部并同时桥接所述上陶瓷绝缘件与所述外部弹性体绝缘件相互对中的中心孔。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述外部弹性体绝缘件和所述内部弹性体绝缘件由含硅弹性体制成。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，进一步包括设于所述下陶瓷绝缘件和所述套管之间的金属壳体，所述套管的底端固定连接至所述壳体。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述套管的底端焊接至所述壳体。
5.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述中心电极加长部包括滑动地设于所述上陶瓷绝缘件的中心孔中的接触钮。
6.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，进一步包括与所述中心电极加长部的底端螺纹配合的帽。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述帽电连接至截止于火花端的中心电极。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述壳体包括与所述中心电极的火花端间隔的接地电极，以在所述火花端和所述接地电极之间的空间中形成火花隙。
9.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，进一步包括固定连接至所述套管的顶端且与所述上陶瓷绝缘件直接接触的衬套。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述衬套包括用于连接至点火导线的螺纹。
11.一种用于深孔中的火花塞组件，该组件包括：
延长的管状套管，具有顶端和底端；
上陶瓷绝缘件，设于所述套管中并与该套管的顶端相邻，该上陶瓷绝缘件具有中心孔；
下陶瓷绝缘件，与所述上陶瓷绝缘件相间隔，该下陶瓷绝缘件至少部分地设于所述套管中并与该套管的底端相邻；
外部弹性体绝缘件，设于所述套管中，位于所述上陶瓷绝缘件和所述下陶瓷绝缘件之间并将该上陶瓷绝缘件和该下陶瓷绝缘件分离，该外部弹性体绝缘件包括与所述上陶瓷绝缘件的中心孔对中的中心孔，以形成连续通道；
延长的导电中心电极加长部，设于由所述外部弹性体绝缘件的中心孔与所述上陶瓷绝缘件的中心孔形成的连续通道中；
内部弹性体绝缘件，围绕至少部分所述中心电极加长部并同时桥接所述上陶瓷绝缘件与所述外部弹性体绝缘件相互对中的中心孔；以及
金属壳体，设于所述下陶瓷绝缘件和所述套管之间，该壳体包括圆柱状桶部，所述套管的底端结合至所述壳体的该圆柱状桶部。
12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述套管的底端焊接至所述壳体的桶状部。
13.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述壳体包括六角部。
14.根据权利要求13所述的组件，其特征在于，所述套管在所述壳体的六角部区域产生变形以配合围绕该六角部。
15.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述外部弹性体绝缘件与所述壳体直接接触。
16.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述中心电极加长部包括可滑动地设于所述上陶瓷绝缘件的中心孔中的接触钮。
17.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，进一步包括与所述中心电极加长部的底端螺纹配合的帽，该帽电连接至截止于火花端的中心电极。
18.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述壳体包括与所述中心电极的火花端间隔的接地电极，以在所述火花端和所述接地电极之间的空间中形成火花隙。
19.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，进一步包括固定连接至所述套管的顶端且与所述上陶瓷绝缘件直接接触的衬套。
20.根据权利要求19所述的组件，其特征在于，所述衬套包括用于连接至点火导线的螺纹。
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