CN1065674C

CN1065674C - 火花塞

Info

Publication number: CN1065674C
Application number: CN95191756A
Authority: CN
Inventors: J·贝纳; J·沙弗拉塔
Original assignee: Brisk Tabor as
Current assignee: Brisk Tabor as
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 2001-05-09
Anticipated expiration: 2015-01-18
Also published as: AR000360A1; FI963261A; IL116327A; HU9602303D0; UA27078C2; CA2183775A1; PL315940A1; KR970701439A; DE69503763T2; IL116327A0; WO1996020523A1; AU690792B2; MX9603597A; EP0746889A1; ZA9510530B; PL178425B1; DE69503763D1; NO963495L; RU2156530C2; US5760534A

Abstract

一种火花塞，包括一导电和导热的整体壳体，壳体具有连接装置，在其内腔装有跟一中心电极成气密接合的陶瓷绝缘体，绝缘体突出的顶尖至少具有一设置在陶瓷绝缘体伸出部上的环形辅助电极，跟壳的一端以及跟中心电极形成一火花间隙，辅助环形电极(4，5)的周缘被加厚。至少有两个辅助环形电极(4，5)，它们的内侧或外侧突缘(12)沿相同方向突出。辅助环形电极(4，5)由成形为截头圆锥面的涂层构成，该涂层具有较厚的上、下周缘，与圆柱形陶瓷绝缘体(2)的锥顶相适应。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及用于内燃机中的火花塞的构造。

现有技术状况

内燃机的一个难题是使引入一个或几个燃烧室的燃料-空气混合物获得正确的点火定时，并使电火花有效地点燃燃料-空气混合物。如果点火太慢或无效，则燃料消耗增加，从而污染增加，而发动机效率下降。

普通的火花塞包括一个密封于钢体中的圆柱形陶瓷绝缘体，形成一气密装置。钢体装置的一端制的螺纹，使火花塞能装入发动机体内。一中心电极被轴向装入该陶瓷绝缘体内。密封该绝缘体内中心电极的金属螺栓用作高压输入端子。一接地极安装在中心电极的上方，跟钢体成电气和机械连结。中心电极和接地极在发动机燃烧室内工作。这种火花塞在两电极的集中小面积上释放火花，它造成中心电极腐蚀，因此，缩短了火花塞的使用寿命。另外一些类型的火花塞有多个接地电极，例如2或3个电极。这些电极焊于火花塞本体。这些电极的端部弯向中心电极。接地电极也可跟作为激励部件的火花塞制成一体。然而，即使这些类型的火花塞也由于耗损而缩短寿命，且难以制造和昂贵。

借助于具有多个电火花输出的火花塞，可使燃料-空气混合物获得更有效和更快地点燃，并使发动机随后更可靠地工作。在这些类型的火花塞中，通常有一种多至3个辅助环形电极的结构。这些环形电极形成了许多相继的火花间隙。这些辅助电极位于中心极和围绕陶瓷绝缘体端部的接地极之间。此时在可燃混合物的最高浓度点可出现特有的分离的多点火花放电。因此，这些类型的火花塞能点燃和燃烧极稀的混合物。在美国专利NO.1,465,582中叙述了该种火花塞。该中心电极设有一屋顶形金属罩。在环区上形成的一些环形金属辅助电极弹性地装入一些陶瓷绝缘槽内。火花塞本体的边缘有一弯向绝缘体的凸缘。这种火花塞有许多缺点。在发动机工作期间，在600℃～700℃时，该环形金属辅助电极失去其机械预应力。由于没有足够的热量自环形部转移到陶瓷绝缘体上，该环形部便过热，很快耗损，并在超负荷时，可能烧耗。这种火花塞的中心电极的屋顶形罩在发动机工作时也会过热。这是因为该罩和绝缘体没有充分的热匹配。罩的横截面就其吸热面来说是不足够的。因此，该过热的罩和环形电极增加了自点火的危险。此外该钢凸缘能变脏，并可能使火花间隙短路。

在英国专利NO.2,094,833中描述了采用辅助环形电极的另一类型火花塞。中心电极和辅助电极均装入火花塞体内。该系统的缺点是不可能将陶瓷绝缘体顶部(即火花隙)装到燃烧室内的最佳位置。出于上述理由，在实践中已不推广采用这些火花塞。

发明背景

本发明的火花塞结构在相当程度上克服了现有技术的缺点。该火花塞包括一导电和导热的整体壳体，壳体具有连接装置，在壳体内腔中安置一个跟中心电极成气密接合的陶瓷绝缘体，绝缘体突出的顶尖至少有一设在陶瓷绝缘体延伸部上的环形辅助电极，跟壳体的一端以及跟中心电极构成一火花隙。本发明的目的是加厚辅助环形电极的周缘。由于在辅助电极上的放电集中处损耗降至最小，因此火花塞的寿命增加。

可加厚辅助环形电极的周缘以形成内侧突缘或外侧突缘，例如，它们可向内伸至绝缘体的凹口内，或可向外延伸，或可制成两者的结合。

辅助环形电极至少有两个优点；它们的周缘被安排成沿相同方向突出，这种安排允许辅助环形电极在火花隙两侧有均匀的耗损；辅助环形电极被成形为截头圆锥面的涂层，具有较厚的上、下周缘，与圆柱形陶瓷绝缘体的收缩顶尖相适应。这就改善了自陶瓷绝缘体顶的热扩散，并改善了总的温度分布。

处在圆柱形陶瓷绝缘体收缩顶尖顶部的辅助环形电极的加厚的外缘靠近中心电极的向外伸出端。辅助环形电极的加厚的内缘靠近壳体的内缘，后者是在由圆柱体顶端制出内凹口形成的。因此，形成了若干电火花间隙，它们沿陶瓷绝缘体的锥形表面连续配置。在连续的辅助环形电极之间的间隙，其大小可以改变；相对于跟中心电极及接地极形成的间隙的宽度可以不同。当工作时金属体边缘的内凹口能清洁和冷却陶瓷绝缘体的顶部。

辅助环形电极的厚度为0.1至1.5毫米，而其周缘扩大0.2毫米。辅助环形电极一般的厚度为0.2毫米。这些尺寸保证了最小的热惯性及符合发动机运转工况变化的适应性。辅助环形电极由氮化钛(TiN)制成，而壳体是用铜制成的。因为陶瓷绝缘体和辅助环形电极的热膨胀度必须相似(在±15％至±20％范围内)，因此采用了TiN，它是满足这一条件的一种材料。

附图说明

现在参照附图详细说明本发明，其中：图1为熟知的火花塞的剖面图，包括取分离柔性金属环形式的辅助环形电极；图2表示本发明实施例的多点火花塞的基本结构；图3表示辅助环形电极的各种结构，具有本发明的加厚的边缘。

本发明的优先实施例

该火花塞包括一钢制外壳1，其一端制有螺纹，以便装入发动机体内，并包含一陶瓷绝缘体2，轴向安置在外壳1的腔内。壳体1的内开口有许多凹区。陶瓷绝缘体2支承在由钢或紫铜制成的金属环3上。

该环在外壳1和绝缘体2之间提供了良好的接触。这使火花塞保持气密状态，并提供了自绝缘体2向外壳1和发动机体的优良的导热。外壳1的腔沿外壳1的内圆柱面的边界在壳体1的制有螺纹的部分有一间隙。外壳1的腔在其制有螺纹的部分有一凹口。

壳体1在其制有螺纹的部分的端部有一内凹口。陶瓷绝缘体2的尺寸和壳体1的凹口尺寸相配合，这些部分的尺寸公差能使它们以确定的间隙进行装配。陶瓷绝缘体2包括一个沿其长度延伸的轴向内腔。该腔有几个凹口。中心电极9安设在绝缘体2的腔内。该中心电极9经导电密封装置10连于钢螺栓11，它用作高压输入端子。密封装置10包含紫铜或铅，在钢螺栓11和中心电极9之间形成一气密密封装置。这用于将发动机燃烧室和外界隔离。此外，密封装置10在钢螺栓11和中心电极9之间提供了电连接。伸出壳体1的圆柱形陶瓷绝缘体2部分朝中心电极9的外端向内渐缩。绝缘体2的直径自环3的位置朝高压输入端，逐渐增加，形成一截头圆锥形顶尖。

两辅助环形电极4和5设置在陶瓷绝缘体2的圆锥形顶尖上。这些环形电极被设置为跟壳体1的上端构成第一火花间隙6，跟中心电极9构成第二火花间隙。在两辅助电极4和5之间构成另一火花间隙7。第一火花间隙6长度为0.4至1.5毫米。最好，它处在0.6至0.8毫米。类似的，其它的火花间隙7和8长度为0.6至0.8毫米。

辅助环形电极4和5由TiN涂层制成，该涂层形成普通环形，具有较厚的上、下周缘，与绝缘体2顶尖的形状相适应，这就是说，在上周缘，圆环的内径小于下周缘的圆环内径。辅助电极4和5跟陶瓷绝缘体2保持接触，因为它们由氮化钛(TiN)制成，其热膨胀度类似于陶瓷绝缘体2的热膨胀度，故它们跟绝缘体2保持良好的接触。TiN涂层用等离子喷涂技术涂覆在绝缘体2上，该技术能使TiN以分子层厚度逐渐涂覆。该方法提供了极佳的粘着性和对壳体1和发动机体优良的热传导。辅助环形电极4和5的厚度约为0.2毫米，它保证了最小的热惯性，充分的热传导以及对发动机运转工况变化的适应性。在环形辅助电极4和5之间的火花间隙7的尺寸可通过改变它们之间的宽度来改变。环形辅助电极4和5具有能自由改变的宽度，该宽度仅受燃烧区深度的限制。处于中心电极9和上辅助环形电极之间的第二火花间隙8的尺寸取决于绝缘体顶尖的锥度。通过改变绝缘体顶尖的尺寸，能使电火花设定在燃烧区内最适合的地方。

在运转期间，辅助环形电极4和5由于放电而逐渐被腐蚀。为延长其寿命，它们面对火花间隙6、7和8的周缘被加厚。由内凹口形成的火花塞壳体1的内缘一端接近下辅助环形电极5的内侧加厚缘。中心电极9的向外伸出端接近上辅助环形电极4的外侧加厚缘。环形电极4和5的边缘12既可在内突缘处、即凹入绝缘体处被加厚，也可在面向外的外突缘处被加厚。边沿突缘12是这样设置的，使突缘12均处在相同方向，这样，因放电引起的环形电极的腐蚀在相应火花间隙的两侧会变得均匀。突缘12的厚度约为0.2毫米，当然，它们可薄可厚。因此，总的来说，辅助电极4或5的加厚边缘的整个厚度约为0.4毫米。太薄，该涂层因放电和在高温下的化学反应等会很快腐蚀；太厚，则制造困难并耗时。

本发明的火花塞计划用于内燃机。

Claims

1．一种火花塞，包括一导电和导热的整体壳体，壳体具有连接装置，在其内腔有跟一中心电极成气密接合的陶瓷绝缘体，绝缘体突出的顶尖至少具有一设置在陶瓷绝缘体伸出部上的环形辅助电极，跟壳体的一端以及跟中心电极形成一火花间隙，其特征在于，辅助环形电极(4,5)的周缘被加厚。

2．按权利要求1所述火花塞，其特征在于，辅助环形电极的周缘被加厚，形成内侧或外侧的突缘(12)。

3．按权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，至少有两个辅助环形电极(4,5)，它们的内侧或外侧突缘(12)沿相同方向突出。

4．按权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，辅助环形电极(4,5)由成形为截头圆锥面的涂层构成，该涂层具有较厚的上、下周缘，与圆柱形陶瓷绝缘体(2)的锥顶相适应。

5．按权利要求4所述的火花塞，其特征在于，圆柱形陶瓷绝缘体(2)锥顶部的辅助环形电极(4)的加厚的外缘靠近中心电极(9)的向外伸出端。

6．按权利要求4所述的火花塞，其特征在于，辅助电极(5)的加厚的内侧缘靠近在壳体圆柱形上端由内凹口形成的壳体(1)的内侧缘。

7．按权利要求1所述的火花塞，其特征在于，辅助环形电极(4,5)的厚度为0.1至1.5毫米，而其周缘扩大0.2毫米。

8．按权利要求1所述的火花塞，其特征在于，至少一辅助环形电极(4,5)由氮化钛(TiN)制成，而壳体(1)由铁制成。