CN102667345A - 电热塞及其带有中心电极与热探针间的改良连接件的加热设备 - Google Patents

电热塞及其带有中心电极与热探针间的改良连接件的加热设备 Download PDF

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CN102667345A CN2009801630674A CN200980163067A CN102667345A CN 102667345 A CN102667345 A CN 102667345A CN 2009801630674 A CN2009801630674 A CN 2009801630674A CN 200980163067 A CN200980163067 A CN 200980163067A CN 102667345 A CN102667345 A CN 102667345A
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Abstract

本发明涉及一种具有环形金属壳体以及包括中心电极和热探针的加热设备的电热塞。金属壳体配置为用于在其内部容置加热设备。中心电极具有在终端和连接端之间延伸的细长本体，该终端配置为用于与电源电连通。热探针具有在近端和自由远端之间延伸的细长本体。中心电极的连接端或热探针的近端中的一个具有在其中轴向延伸的凹入的容腔，该凹入的容腔带有轴向收敛的锥形内表面。中心电极的连接端或热探针的近端中的另一个具有配置为用于容置在凹入的容腔内的锥形外表面。

Description

电热塞及其带有中心电极与热探针间的改良连接件的加热设备
技术领域
本发明一般涉及电热塞，尤其涉及具有连接至陶瓷热探针的中心电极的电热塞。
背景技术
传统的陶瓷电热塞可以采用各种机构将电极连接至加热部分。如果考虑同轴连接件，则有两种常用的类型。如图1的局部剖面原理图所示的第一类，包括通过连接接头3连接至热探针2的中心电极1。中心电极1从热探针2同轴延伸，并通常配置为用于电连接至电源。典型地，中心电极1和热探针2之间的连接接头3由部分为对接接头的接头构成，其中，各彼此相对的平坦端面4、5彼此邻接。对接接头导致了穿过接头的相对下表面区域产生纯拉力。另外，热探针的端部通常被圆柱形的杯体或外壳6密封，这就增加了组件的整体直径。
如图1B示意性地示出的，对电热塞压力传感器（GPPS）来说，要求对中心电极1施加拉力，反之，将产生使中心电极1与热探针2隔开的力。另外，通常要求中心电极1与热探针2同轴对齐，并要求组件的整体直径在位于中心电极1与热探针2之间的连接接头3处不增大。如此一来，中心电极1与热探针2之间的连接处需要承受施加的拉力和由此产生的压力，同时也不能使在中心电极和热探针之间的连接区域的整体直径增大。因此，部件1、2需要紧的制造公差以提供用于相互结合的精确表面，并提供轴向对齐的组件。狭窄的公差范围需要增加相应的制造加热设备的成本，并且可惜的是，如图7所示，即使精确地提供上述对接接头，该对接接头通常也不能承受很大的拉力。
如图1C所示，第二类连接件包括加热部分2’端部的凹槽，电极1’插入该凹槽内并通常通过钎焊连接在连接接头3’处。这就限制了电极1’的可能的最大直径，并提供了较小的连接面积，导致了在拉伸负载下性能不佳，如图7所示，由于接头3’的面积小，可能使接头3’失效，或者由于电极1’的横截面积小，可能导致电极1’损坏。
发明内容
本发明一方面提供了一种电热塞，其包括环形金属壳体、中心电极和热探针。金属壳体具有配置为用于在其内部容置中心电极和热探针的中心腔体。中心电极具有在终端和连接端之间延伸的细长本体，该终端配置为用于与电源电连通，并且热探针具有在近端和自由远端之间延伸的细长本体。中心电极的连接端或热探针的近端中的一个具有在其中凹入的容腔，该凹入的容腔带有轴向收敛的锥形内表面。中心电极的连接端或热探针的近端中的另一个具有配置为用于容置在凹入的容腔内的锥形外表面。
根据本发明的另一方面提供了一种用于电热塞的加热设备。加热设备具有中心电极和热探针。中心电极具有在终端和连接端之间延伸的细长本体，该终端配置为用于与电源电连通。热探针具有在近端和自由远端之间延伸的细长本体，该近端配置为用于连接至中心电极的连接端。中心电极的连接端或热探针的近端中的一个具有在其中凹入的容腔，该凹入的容腔带有轴向收敛的锥形内表面。中心电极的连接端或热探针的近端中的另一个具有配置为用于容置在凹入的容腔内的锥形外表面。
附图说明
结合下列目前优选实施例和最佳实施方式的具体描述、所附权利要求以及附图进行考虑，根据本发明的上述及其他方面、特征和优点将会更加容易理解，其中：
图1A为根据现有技术的通过对接接头连接的中心电极和热探针的局部示意图；
图1B为类似于图1A的视图，其示出了对接接头在拉力下分离；
图1C为根据现有技术的相连的中心电极和热探针的局部示意图；
图2为根据本发明的一方面构造的具有带连接接头的加热设备的电热塞的剖视图；
图3为图2的加热设备的中心电极和热探针的分解的局部剖视图；
图4为一般沿图3的线4-4剖开的剖视图；
图5为一般沿图3的线5-5剖开的剖视图；
图6为中心电极在施加的拉力作用下相对于热探针的位移的曲线图；
图7为现有技术以及图2的连接接头的拉伸断裂强度和拉伸断裂强度变化的示意图；以及
图8为根据本发明的另一方面构造的加热设备的中心电极和热探针的类似于图3的视图。
具体实施方式
更详细地请参阅附图，图2示出了根据本发明一方面构造的具有加热设备（一般标记为12）的电热塞10。加热设备12具有通过锥形接头18连接至热探针16的中心电极14。锥形接头18提供中心电极14和热探针16之间的连接，且热探针16具有增大的表面积，从而提高了中心电极14和热探针16之间的连接强度，如现有技术的图1A和1B所示，这在穿过接头18施加拉力（F）的应用中尤其重要。另外，锥形接头18有助于沿加热设备12的中心纵轴20相互同轴地对齐中心电极14和热探针16。因此，锥形接头18用于使中心电极14和热探针16自对齐。加热设备12的上述和其他方面使电热塞10制造经济，同时也为电热塞10提供了长久和有效的寿命。
电热塞10具有外部的管状金属壳体22，该壳体22带有提供腔体26的内表面24，该腔体26的尺寸适于在其中容置至少部分的热探针16。腔体26具有直径减小部分28，该部分28从壳体22的一端29延伸至位于壳体22的另一端32的直径增大部分30。直径增大部分30配置为用于连接至上管状壳体（未示出），其中，上管状壳体可以配置为用于连接至气缸体。
中心电极14具有在近端或终端36以及远端或连接端38之间延伸的细长本体34，该终端36配置为用于与电源电连通。中心电极14可以由任何合适的导电材料（例如金属）制成。本体34具有在相对两端36、38之间延伸的外表面40。凹入的容腔42延伸进入连接端38。容腔42由具有导电性的环形壁44、锥形内表面46和锥形外表面48提供，该锥形外表面48与内表面46相对并从该内表面46径向向外。锥形内表面46轴向收敛至连接端38，并在此处示为延伸至通常平坦的底部50，以为容腔42提供锥台形状。锥形内表面46优选地沿内角或夹角52延伸，该夹角52大于锥形外表面48的外角54。可以为锥形内表面46提供具有大约在10-16°之间的角度，而根据内表面46的角度，可以为锥形外表面48提供具有大约在10-14°之间的角度，尽管其他在这些范围之外的角度也可以被采用。因此，如图4和5所示，环形壁44在底部50附近具有厚度56，该厚度56大于在连接端38附近的厚度58，其中，壁44的厚度可以从连接端38到底部50连续变化。然而，应该认识到，如果需要，内角52或外角54可以大致相同，从而为壁44提供大致恒定的壁厚。
热探针16具有在近端62和自由远端64之间延伸的细长陶瓷本体60。近端62具有与中心电极14的锥形内表面46适配的锥形外表面66。因此，锥形外表面66优选地具有与锥形内表面46的锥形夹角52大致相同的外角68，并且根据凹入的容腔42的形状，锥形外表面66可以制成具有圆锥形状或锥台形状。由于锥形外表面66在二次加工操作中（例如在磨削加工中）制成，因此，该锥形外表面66可以与本体60相结合地制造。通过举例方式而非限制，此处所示的本体60具有从锥形外表面66延伸至远端64的笔直的圆柱部分70，尽管必要时也可以采用其它配置。
热探针16具有一般标示为72的加热元件。通过锥形外表面66上的导电区域74和圆柱部分70的外表面上的另一个导电区域82连接至加热元件72。设置在热探针16内部的电路（此处示为电阻80）形成了加热元件72。导电区域74配置为用于建立与中心电极14的锥形内表面46的电连通，而另一个导电区域82配置为用于建立与金属壳体22的内表面24相连的电气接地。一对电导线76、78建立了导电区域74、82之间的电连通，而在电阻元件80处加热的主要区域邻近远端64，并选择具有合适的阻抗的电阻以在远端64处产生预期的热强度。应该认识到，根据要求，加热元件72的上述组件可以采用任何合适的金属或陶瓷材料来提供。
在将中心电极14连接至热探针16时，锥形内表面46和锥形外表面66提供了自动定心的作用，以使电极14和探针16相互同轴对齐。因此，在加热设备12的制造过程中，由于内表面46和外表面66的角度上的任何细微差异仅会导致加热设备12的总长度上的细微差异，而这通常不是关键考虑的尺寸，因此，制造公差范围可以相对较宽。另外，在将中心电极14连接至热探针16后，锥形接头18优选地绕内、外锥形表面46、66的邻接环形表面延伸，从而相较于现有技术提供的连接区域增加，同时还将任何施加在中心电极上的拉力（F）以拉力和主要剪切力的形式施加在该接头18上。如此一来，如图6所示，由于接头18的强度增加，中心电极14相对于加热设备12的热探针16的位移相较于现有技术（所示的现有技术的线条是根据图1A和1B中所述的接头）大大减小，因此，接头18可以承受较大的拉力。另外，如图7所示，接头18的平均拉伸断裂强度显示了其承受相较于图1A-1C中描述的现有技术接头3、3’显著增加的拉力（N）的能力。又进一步地，锥形接头18给加热设备12提供最小的外径84，且此处示出为小于热探针16的外径。另外，由于环形壁44具有不同的厚度，因此，穿过环形壁44和热探针16的锥形近端62提供了大致恒定的横截面积，从而在拉力加载的过程中，平衡在电极材料上的任何压力。
在图8中，示出了根据本发明另一方面的另一个加热设备112，其中，与上文中使用的相差因子200的相同附图标记用于指示类似的特征。加热设备112包括相互电连通的中心电极114和热探针116。中心电极114具有延伸进入连接端138的凹入的容腔142，然而，凹入的容腔并不是圆锥形或锥台形的，而是具有提供了具有凹面形状的容腔142的内表面146。因此，热探针具有近端162，该近端162具有容置在中心电极114的容腔142中的凸起的外表面166。如此一来，在将中心电极114和热探针116相互连接时，提供了更大的自由度，并在装配时使中心电极114和热探针116可以相对彼此枢转。这就可以降低制造中的公差要求，同时还能增加穿过在凹表面146和凸表面166之间形成的接头的表面积。
显然，鉴于上述教导，本发明可以有多种修改和变形。因此，应该理解，在所附权利要求的范围内，本发明还可以通过除具体描述的方式以外的其它方式实施。

Claims (19)

1.一种电热塞，其特征在于，包括：
带有中心腔体的环形金属壳体；
中心电极，该中心电极具有在终端和连接端之间延伸的细长本体，该终端与电源电连通；
热探针，该热探针具有在近端和自由远端之间延伸的细长本体；以及
其中，所述中心电极的所述连接端或所述热探针的所述近端中的一个具有在其中轴向延伸的凹入的容腔，所述凹入的容腔具有轴向收敛至所述连接端或所述近端中的一个的锥形内表面，并且所述中心电极的所述连接端或所述热探针的所述近端中的另一个具有容置在所述凹入的容腔内的锥形外表面。
2.根据权利要求1所述的电热塞，其特征在于，所述中心电极具有所述凹入的容腔，且所述热探针具有所述锥形外表面。
3.根据权利要求2所述的电热塞，其特征在于，所述锥形内表面和所述锥形外表面相互匹配以使所述中心电极和所述热探针轴向对齐。
4.根据权利要求2所述的电热塞，其特征在于，所述锥形外表面具有导电外表面，该导电外表面与所述中心电极的所述锥形内表面电连通。
5.根据权利要求4所述的电热塞，其特征在于，所述热探针具有从所述锥形外表面延伸的大致笔直的圆柱外表面，所述大致笔直的圆柱外表面具有与所述壳体电连通的导电外部区域。
6.根据权利要求5所述的电热塞，其特征在于，所述热探针具有从所述导电外表面延伸至所述导电外部区域的电路。
7.根据权利要求1所述的电热塞，其特征在于，所述凹入的容腔的锥形内表面为锥台形。
8.根据权利要求1所述的电热塞，其特征在于，所述凹入的容腔由环形壁构成，该环形壁具有从所述锥形内表面径向向外的外表面，所述外表面以与所述锥形内表面不同的角度形成锥形。
9.根据权利要求8所述的电热塞，其特征在于，所述环形壁从所述连接端或所述近端中的一个延伸至所述凹入的容腔的底部，所述环形壁在所述底部附近具有一个厚度，所述环形壁在所述连接端或所述近端中的一个附近具有另一个厚度，所述一个厚度大于所述另一个厚度。
10.根据权利要求9所述的电热塞，其特征在于，所述环形壁的所述厚度从所述连接端或所述近端中的一个延伸至所述底部连续变化。
11.一种用于电热塞的加热设备，其特征在于，包括：
中心电极，该中心电极具有在终端和连接端之间延伸的细长本体，该终端与电源电连通；
热探针，该热探针具有在近端和自由远端之间延伸的细长本体，该近端连接至中心电极的连接端；以及
其中，所述中心电极的所述连接端或所述热探针的所述近端中的一个具有在其中轴向延伸的凹入的容腔，所述凹入的容腔具有轴向收敛至所述连接端或所述近端中的一个的锥形内表面，并且所述中心电极的所述连接端或所述热探针的所述近端中的另一个具有容置在所述凹入的容腔内的锥形外表面。
12.根据权利要求11所述的加热设备，其特征在于，所述中心电极具有所述凹入的容腔，且所述热探针具有所述锥形外表面。
13.根据权利要求12所述的加热设备，其特征在于，所述锥形内表面和所述锥形外表面相互匹配以使所述中心电极和所述热探针轴向对齐。
14.根据权利要求12所述的加热设备，其特征在于，所述锥形外表面具有导电外表面，该导电外表面与所述中心电极的所述锥形内表面电连通。
15.根据权利要求14所述的加热设备，其特征在于，所述热探针具有从所述锥形外表面延伸的大致笔直的圆柱外表面，所述大致笔直的圆柱外表面具有导电外部区域。
16.根据权利要求15所述的加热设备，其特征在于，所述热探针具有从所述导电外表面延伸至所述导电外部区域的电导线。
17.根据权利要求11所述的加热设备，其特征在于，所述凹入的容腔由环形壁构成，该环形壁具有从所述锥形内表面径向向外的外表面，所述外表面以与所述锥形内表面不同的角度形成锥形。
18.根据权利要求17所述的加热设备，其特征在于，所述环形壁从所述连接端或所述近端中的一个延伸至所述凹入的容腔的底部，所述环形壁在所述底部附近具有一个厚度，所述环形壁在所述连接端或所述近端中的一个附近具有另一个厚度，所述一个厚度大于所述另一个厚度。
19.根据权利要求18所述的加热设备，其特征在于，所述环形壁的所述厚度从所述连接端或所述近端中的一个连续变化至所述底部。
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