CN104037619A - 火花塞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种火花塞，包括壳体、绝缘体和第一垫圈，所述壳体设有一个沿纵长方向设置的收容空间和第一台阶，所述第一台阶设置于所述收容空间的内壁，所述绝缘体收容于所述收容空间中并包括头部，所述头部为中空的圆锥体，所述第一垫圈固定于所述第一台阶和所述头部之间，所述第一垫圈的内表面为圆锥弧面，且所述第一垫圈的内表面的锥度与所述头部的锥度相同，用于将所述火花塞点火端的热量传导出去。本发明的火花塞，因第一垫圈的内表面的锥度与绝缘体头部的锥度相同，使得头部的根部没有类似传统的火花塞的台阶，这样有利于工艺加工，同时也减去了因为尺寸急变而导致的应力集中，从而大大提升头部的强度并解决了头部极易断裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种火花塞。
背景技术
随着高性能发动机的研发及推广使用，尤其是增压缸内直喷汽油机的装车，对火花塞提出了更高的要求。在增压缸内直喷汽油机上发现了与普通爆震不同的异常燃烧模式——超级爆震。该种超级爆震能使发动机的瞬间缸内爆发压力达到200巴(bar)甚至更高。这样采用传统的火花塞匹配方式远远达不到发动机的性能要求，尤其当发生超级爆震时，火花塞绝缘体的头部基本上会断裂。而且，因传统的绝缘体的头部设有台阶以放置内垫圈，使得绝缘体头部的应力主要集中在台阶处，在使用过程，头部的根部极易断裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火花塞，用于解决传统的火花塞的绝缘体的头部的强度不够并极易断裂的问题。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案。
一方面，本发明提供了一种火花塞，其包括壳体、绝缘体和第一垫圈，所述壳体设有一个沿纵长方向设置的收容空间和第一台阶，所述第一台阶设置于所述收容空间的内壁，所述绝缘体收容于所述收容空间中并包括头部，所述头部为中空的圆锥体，所述第一垫圈固定于所述第一台阶和所述头部之间，所述第一垫圈的内表面为圆锥弧面，且所述第一垫圈的内表面的锥度与所述头部的锥度相同，用于将所述火花塞点火端的热量传导出去。
优选地，所述火花塞还包括第二垫圈，所述绝缘体还包括第一中间部、第二中间部和凸出部，所述第一中间部位于所述头部和所述第二中间部之间，所述第二中间部位于所述第一中间部和所述凸出部之间，所述第一中间部的直径大于所述头部的直径并小于所述第二中间部的直径，所述第二中间部的直径小于所述凸出部的直径，所述第一中间部、所述第二中间部及所述凸出部均为中空的圆柱体，所述第二垫圈固定于所述壳体和所述第二中间部之间，用于密封所述绝缘体和所述壳体。
优选地，所述壳体还包括设置于所述收容空间内壁的第二台阶。
优选地，所述第二中间部包括位于所述第一中间部和所述第二中间部之间的第一连接部，所述第二垫圈固定于所述第一连接部和所述第二台阶之间。
优选地，所述第二中间部还包括位于所述第二中间部和所述凸出部之间的第二连接部，所述第二垫圈固定于所述第二连接部和所述第二台阶之间。
优选地，所述第二台阶的内表面为斜面，所述第二垫圈的外表面为斜面，所述第二垫圈的内表面的斜度和所述第二台阶的外表面的斜度一致。
优选地，所述火花塞还包括内导体、中心电极、接地电极，所述内导体和所述中心电极连接，所述中心电极被所述绝缘体包裹，所述接地电极与所述壳体连接。
本发明提供的火花塞，因第一垫圈的内表面的锥度与绝缘体头部的锥度相同，使得绝缘体的头部第一垫圈处的角度可以和绝缘体的头部锥面做成一体，即头部的根部没有类似传统的火花塞的台阶，这样减去了传统火花塞头部中的台阶过渡，即减去了尺寸上的急变，这样有利于工艺加工，同时也减去了因为尺寸急变而导致的急变位置处的应力集中及绝缘体头部的强度降低，从而大大提升绝缘体头部的强度，进而解决了现有技术中因绝缘体的头部的根部设有台阶而导致的头部强度不够并极易断裂的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以从这些附图获得其他的附图。
图l是本发明提供的火花塞的组装示意图。
图2是图1中的火花塞的剖视示意图。
图3是图1中的绝缘体的立体示意图。
图4是图2中的圆IV的放大示意图。
图5是图2中的圆V的放大示意图。
图6是本发明的火花塞和传统的火花塞的部分结构对比示意图。
图7是本发明的火花塞和传统的火花塞的数模分析示意图。
图8是本发明的火花塞的头部和传统的火花塞的头部在长度相同的情况下结构对比示意图。
图9是本发明的火花塞和传统的火花塞的静压断裂区对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参照图1至图5，所述火花塞100包括壳体10、绝缘体20和第一垫圈30，所述壳体10设有一个沿纵长方向设置的收容空间12和第一台阶14，所述第一台阶14设置于所述收容空间12的内壁，所述绝缘体20收容于所述收容空间12中并包括头部22，所述头部22为中空的圆锥体，所述第一垫圈30固定于所述第一台阶14和所述头部22之间，所述第一垫圈30的内表面为圆锥弧面，且所述第一垫圈30的内表面的锥度与所述头部22的锥度相同，用于将所述火花塞100点火端的热量传导出去。
更进一步，所述火花塞100还包括第二垫圈40，所述绝缘体20还包括第一中间部24、第二中间部26和凸出部28，所述第一中间部24位于所述头部22和所述第二中间部26之间，所述第二中间部26位于所述第一中间部24和所述凸出部28之间，所述第一中间部24的直径大于所述头部22的直径并小于所述第二中间部26的直径，所述第二中间部26的直径小于所述凸出部28的直径，所述第一中间部24、所述第二中间部26及所述凸出部28均为中空的圆柱体，所述第二垫圈40固定于所述壳体10和所述第二中间部26之间，用于密封所述绝缘体20和所述壳体10。
在本实施方式中，第一垫圈30为紫铜垫圈或其它低硬度导热良好的并耐温耐腐蚀的材料制成的导热垫圈。
因本发明的头部22和第一台阶14之间设置有第一垫圈30，从而在使用过程中可以通过所述第一垫圈30将火花塞100点火端的热量传导出去，在保证火花塞100正常使用的情况下可以让火花塞100的头部22的长度设计为更长，从而弥补了头部22过短带来的积碳和MMT污损的缺陷。更进一步，因头部22的长度可以更长，使得火花塞100的热值可以在一个比较大的范围内选择。
在其它实施方式中，所述第一垫圈30既可以将所述火花塞100点火端的热量传导出去，又可以密封所述绝缘体20和所述壳体10，以防止火花塞100的漏气。换而言之，所述第一垫圈30既具有导热垫圈的功能又具有密封垫圈的功能。
同时，在所述第二中间部26和所述壳体10之间设置第二垫圈40，更进一步防止了火花塞100的漏气。在本实施方式中，第二垫圈40为密封垫圈。
因在所述绝缘体20和所述壳体10之间设置了第一垫圈30和第二垫圈40，即本发明在火花塞100的内部设置了两个密封垫圈，分别在不同的位置密封了所述绝缘体20和所述壳体10，比传统的火花塞多了一层密封保护，更好地防止了火花塞100的漏气。
在一种可选的实施方式中，所述壳体10还包括设置于所述收容空间12内壁的第二台阶16。
请参考图3和图5，在一种可选的实施方式中，所述第二中间部26包括位于所述第一中间部24和所述第二中间部26之间的第一连接部262，所述第二垫圈40固定于所述第一连接部262和所述第二台阶16之间。
在一种可选的实施方式中，所述第二中间部26还包括位于所述第二中间部26和所述凸出部28之间的第二连接部264，所述第二垫圈40固定于所述第二连接部264和所述第二台阶16之间。
具体地，当所述第二垫圈40固定于所述第一连接部262和所述第二台阶16之间时，所述第二台阶16设置于收容空间12的内壁并与第一连接部262对应，且所述第二台阶16的内表面为斜面，所述第二垫圈40的外表面为斜面，所述第二垫圈40的外表面的斜度和所述第二台阶16的内表面的斜度一致，以使所述绝缘体20和壳体10之间的密封更牢靠和更紧密。
当所述第二垫圈40固定于所述第二连接部264和所述第二台阶16之间时，所述第二台阶16设置于收容空间12的内壁并与第二连接部264对应，且所述第二台阶16的内表面为斜面，所述第二垫圈40的外表面为斜面，所述第二垫圈40的外表面的斜度和所述第二台阶16的内表面的斜度一致，以使所述绝缘体20和壳体10之间的密封更牢靠和更紧密。
请参考图1和图2，在一种可选的实施方式中，所述火花塞100还包括内导体50、中心电极60、接地电极70，所述内导体50和所述中心电极60连接，所述中心电极60被所述绝缘体20包裹，所述接地电极70与所述壳体10连接。
请参考图6，本发明的绝缘体20的头部22相对传统的绝缘体具有更好的强度。传统的火花塞的内垫圈30’是在绝缘体的头部根部处进行密封和热传导，这种结构要同时保证火花塞良好的密封性能和工艺性能，就要求了这种绝缘密封部位的θ’角的角度较小，并且角度两端过度圆弧角R’也受到直径尺寸的限制，不能做大，这样导致密封部位在绝缘体毛坯磨削加工工艺中容易产生内应力集中，同时在火花塞总成装配过程中在铆装压力作用下，也会产生应力集中，这样大大削弱了绝缘体的头部的强度。本发明的火花塞100，是在绝缘体20的头部22采用一个第一垫圈30，来保证火花塞100在使用时通过第一垫圈30将火花塞100点火端的热量传导出去，来保证火花塞100正常工作温度。同时在绝缘体20的第二中间部26设立一个第二垫圈40，来代替传统的火花塞的内垫圈的密封功能。本发明的绝缘体20的头部22第一垫圈30处角度可以和绝缘体20小头锥面做成一体，这样减去了传统火花塞头部中的台阶过渡，即减去了尺寸上的急变，这样有利于工艺加工，同时也减去了因为尺寸急变而导致的急变位置处的应力集中及绝缘体20头部22的强度降低，从而大大提升绝缘体20头部22的强度。换而言之，因所述第一垫圈30的内表面的锥度与所述头部22的锥度相同，使得绝缘体20的头部22第一垫圈30处的角度可以和绝缘体20的头部22锥面做成一体，头部22和第一中间部24之间没有台阶，即头部22的根部没有类似传统的火花塞的台阶，这样减去了台阶两端过渡R’角，即减去了尺寸上的急变，这样有利于工艺加工，同时大大减小台阶部位加工过程中导致的应力集中，并且θ角的角度可以做很大，大大提升绝缘体20的头部22的强度，进而解决了现有技术中因绝缘体的头部的根部设有台阶而导致头部极易断裂的问题。其中，θ角为绝缘体导热面与绝缘体轴线夹角的余角，θ’角为绝缘体内密封面与绝缘体轴线夹角的余角。
请参考图7，从图中可以看出，通过对比传统的火花塞和本发明的火花塞100的数模分析，假定两种结构都在绝缘体20的头部的根部断裂，则给传统的火花塞和本发明的火花塞100的头部22施加同样的折断力，发现传统的火花塞的头部所受的抗折强度σ＝198.352074525883MPa，而本发明的火花塞100的头部22所受的抗折强度只有σ＝161.76970300997MPa，如果两种结构的绝缘体瓷质所承受的抗折强度σ相等，则本发明的火花塞100的绝缘体20的头部22所能承受的折断力会更大。换而言之，因本发明的绝缘体20的头部22的根部没有台阶使得本发明的绝缘体20的头部22承受的折断力较大。
请参考下面的表一和表二，根据火花塞热值标定义(符合美国LABECO17.6热值标定义)，在本发明的火花塞100和传统的火花塞所有的结构都一致，唯一区别是内部密封结构差别的情况下(传统的火花塞采用一个内垫圈30’，而本发明采用一个第一垫圈30和一个如图5所示的第二垫圈40)，对比同样的头部长度L’和L(请参考图8)，本发明的火花塞100和传统的火花塞的热值对比如下：
表一：本发明的火花塞100的热值
表二：传统的火花塞的热值
通过表一和表二可以看出，本发明火花塞100的热值基本上和传统火花塞的热值一致，能够达到设计目标，从而本发明火花塞100通过第一垫圈30可以充分进行热传导。
表三：本发明绝缘体20的头部22和传统的绝缘体的头部的承受力对比
从表三可以看出，本发明的火花塞100的绝缘体20的头部22在断裂前的承受力F大于传统的火花塞的绝缘体的头部在断裂前的承受力F’。并参考图9，本发明的火花塞100的静压断裂区E为头部22的前端，而传统的火花塞的静压断裂区E’为头部的根部，如果换算成根部断裂受力，则本发明的火花塞100的头部22的承受力F≥1000N，是传统的火花塞的头部的承受力F’＝506N的2倍。同时，火花塞100在使用过程中，头部22的根部受力往往是最大的，即极易在根部断裂，特别在超级爆震时，绝缘体20的头部22根部的受力非常大，而本发明的绝缘体20的头部22的静压断裂区为头部22的前端而非根部，使得本发明的绝缘体20不易在根部断裂，大大提高了绝缘体20的强度，提高了火花塞100的使用寿命。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种火花塞，其特征在于，所述火花塞包括壳体、绝缘体和第一垫圈，所述壳体设有一个沿纵长方向设置的收容空间和第一台阶，所述第一台阶设置于所述收容空间的内壁，所述绝缘体收容于所述收容空间中并包括头部，所述头部为中空的圆锥体，所述第一垫圈固定于所述第一台阶和所述头部之间，所述第一垫圈的内表面为圆锥弧面，且所述第一垫圈的内表面的锥度与所述头部的锥度相同，用于将所述火花塞点火端的热量传导出去。
2.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述火花塞还包括第二垫圈，所述绝缘体还包括第一中间部、第二中间部和凸出部，所述第一中间部位于所述头部和所述第二中间部之间，所述第二中间部位于所述第一中间部和所述凸出部之间，所述第一中间部的直径大于所述头部的直径并小于所述第二中间部的直径，所述第二中间部的直径小于所述凸出部的直径，所述第一中间部、所述第二中间部及所述凸出部均为中空的圆柱体，所述第二垫圈固定于所述壳体和所述第二中间部之间，用于密封所述绝缘体和所述壳体。
3.如权利要求2所述的火花塞，其特征在于，所述壳体还包括设置于所述收容空间内壁的第二台阶。
4.如权利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述第二中间部包括位于所述第一中间部和所述第二中间部之间的第一连接部，所述第二垫圈固定于所述第一连接部和所述第二台阶之间。
5.如权利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述第二中间部还包括位于所述第二中间部和所述凸出部之间的第二连接部，所述第二垫圈固定于所述第二连接部和所述第二台阶之间。
6.如权利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述第二台阶的内表面为斜面，所述第二垫圈的外表面为斜面，所述第二垫圈的内表面的斜度和所述第二台阶的外表面的斜度一致。
7.如权利要求1至6任意一项所述的火花塞，其特征在于，所述火花塞还包括内导体、中心电极、接地电极，所述内导体和所述中心电极连接，所述中心电极被所述绝缘体包裹，所述接地电极与所述壳体连接。
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