CN114069393B - 一种火花塞及压装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火花塞制作技术领域，具体涉及一种火花塞高温压装方法：在火花塞压装时，在向轴孔内填充玻璃粉料后，再向轴孔内填充熔融点高于玻璃粉料的导电粉料。在压装时，由熔融状态的玻璃体渗入至固态的导电粉料的缝隙中，冷却后与导电粉料粘接、固化形成复合导电体，这种复合导电体高度小，可以增加用来安装电阻元件或电感元件的空间高度，能够提升火花塞EMC性能。同时利用一直保持固态的导电粉料将压装部件与熔融状态的玻璃体隔开，避免了压装部件被玻璃体粘连，便于压装部件顺利退出轴孔。简化了压装工艺、降低了成本、提高了工效。

Description

一种火花塞及压装方法

技术领域

本发明涉及火花塞制作技术领域，具体涉及一种火花塞及压装方法。

背景技术

火花塞被用于在内燃机中点燃混合气，通常包括：瓷件、中心电极、玻璃体、接线端子、金属外壳及侧电极。在瓷件内设有阶梯状的轴孔，中心电极、玻璃粉料及接线端子依次装配在轴孔中，通过高温压装工序，使玻璃粉料熔融凝固后形成玻璃体。玻璃体分别与中心电极和接线端子凝固在一起，实现电连接；同时玻璃体将轴孔封堵实现密封。

为了改善火花塞的EMC性能，通常在中心电极与接线端子之间加装电阻元件或电感元件的方式来实现，可以在火花塞高温压装之前将电阻元件或电感元件加装在中心电极与接线端子之间。在高温压装时，利用玻璃粉料熔融凝固将电阻元件或电感元件固定。但高温会破坏电感元件的绝缘层，所以必须采用耐高温的电感元件。这样限制了电感元件的结构，致使电感量不大，从而导致火花塞的EMC性能不佳。

为了进一步提升火花塞的EMC性能，可以通过增加电感量的方式来实现。而采用常温电感元件是增加电感量一种方式，但常温电感元件只能采用常温下装配。

常温装配电感元件的火花塞的接线端子是采用螺纹旋合方式与瓷件装配，这样才能实现在常温下装配电阻元件和电感元件。但在常温装配之前，必须先通过高温压装的方式，将中心电极和玻璃体高温装配并凝固在火花塞的轴孔内，以保证轴孔的密封。

火花塞高温压装时，对熔融的玻璃体进行压装成为关键点。如果压装压力过小，会导致玻璃体与中心电极和轴孔结合不紧密，致使轴孔漏气，影响火花塞的密封性能；如果压装压力过大，会导致熔融的玻璃体泛起高度过高，致使玻璃体与压装部件粘连，使压装部件难以退出，影响火花塞的压装工序及工效。

目前一种新型的火花塞压装方法是：在中心电极上面的玻璃体的上面设置一金属连接杆，再在其向轴孔内插入压装部件；将其高温加热后，对压装部件施加一个压力，从而保证金属连接杆受压并将压力传递给熔融的玻璃体，使得玻璃体被挤压到中心电极和瓷件的轴孔中，并保证玻璃体发挥出其密封性能和导电性能。与此同时熔融的玻璃体也会被挤压到金属连接杆和瓷件轴孔之间的缝隙中；甚至超过金属连接杆，而上溢至压装部件处，与压装部件粘连，导致压装部件退料困难。如果为了防止熔融的玻璃体与压装部件粘连而减少压力的话，玻璃粉料往往存在压装不致密，导致密封不严密，因此该种采用金属连接杆进行高温压装方式，存在压装部件退料和密封性能的问题。

另外，由于棒状的金属连接杆直径小、难以加工，导致高温压装工艺复杂、工效低、成本高。因此有必要改进火花塞的高温压装方式，以解决压装部件退料和密封性能的问题，并简化工艺、提高工效、降低成本。

另外，由于金属连接杆的存在，限制了轴向空间，难以采用长度更长的电阻或电感元件，从而不利于火花塞EMC性能的进一步提升。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“202010160156.1”、申请日为“2020.03.10”、公开号为“CN111446627A”、公开日为“2020.07.24”、名称为“一种火花塞及其制作方法”、申请人为“株洲湘火炬火花塞有限责任公司”的中国发明专利，该发明专利，包括：瓷件、接线螺杆、中心电极、侧电极以及壳体；其中，瓷件具有沿轴线方向上的阶梯孔；中心电极至少一部分插入于所述阶梯孔的前端侧；接线螺杆具有端子部和棒状部，且棒状部插于瓷件阶梯孔内；接线螺杆的棒状部沿着轴线方向伸入瓷件内部的长度为35mm以下，且在棒状部的前端与中心电极之间设有杆状连接件，通过增加杆状连接件而减小接线螺杆的棒状部的长度，保证接线螺杆与中心电极的连接。该发明将螺杆的棒状部限定在 35mm以下，并通过杆状连接件延伸接线螺杆的棒状部长度，有效缩短了接线螺杆的棒状部长度，能够解决由于端子部与壳体之间的距离被延长引起的棒状部被迫增长带来的接线螺杆在生产时的工艺困难。该专利通过在接线螺杆1的棒状部1B的前端与中心电极之间设有杆状连接件6，通过增加杆状连接件6而减小接线螺杆1的棒状部1B 的长度，保证接线螺杆1与中心电极3的连接。由于杆状连接件6为直径小的细长杆，加工难度大、成本高、高温压装工艺复杂。

2、申请号为“201610848335.8”、申请日为“2016.09.23”、公开号为“CN106981824A”、公开日为“2017.07.25”、名称为“火花塞”、申请人为“日本特殊陶业株式会社”的中国发明专利，该发明专利提供一种具备能够长期维持高温下的耐电压性能的绝缘体的火花塞，其具备由氧化铝烧结体形成的绝缘体。该发明专利的中心电极4与端子金属配件5之间配置了连接部6，该连接部6为细长杆，加工难度大、成本高、高温压装工艺复杂。

3、申请号为“CN200880024820.7”、申请日为“2008.05.16”、公开号为“CN101743671A”、公开日为“2010.06.16”、名称为“具有电阻封的小直径火花塞”、申请人为“约翰·W·霍夫曼”的中国发明专利，该发明专利包括布置于绝缘体(12)的中心通道(28)内的一个中间连接销(54)。该连接销(54)安装在中心通道(28)内的一个中间锥形部分(72)，该中间锥形部分(72)通常是锥台形的，并在中心通道(28) 的一个第一大直径和第二小直径之间建立过渡。中间锥形部分(72) 纵向位于绝缘体胚体(12)外表的一个倒角过渡(26)零件之上。连接销 (54)的销头(53)具有互补的锥形底切，并靠着中间锥形部分(72)安装以在装配过程提供连接销(54)的自中心而不困住气体。该发明专利在高温压装之前，需要根据的轴孔大小预先加工连接销54，同样存在加工难度大、成本高、高温压装工艺复杂的问题。

4、申请号为“CN200520009991.6”、申请日为“2005.09.22”、公开号为“CN2819549Y”、公开日为“2006.09.20”、名称为“分装式电阻火花塞”、申请人为“向波”的实用新型专利，该实用新型专利公开一种用于发动机上的分装式电阻火花塞。该火花塞的其特征是：在瓷绝缘体(10)内不仅一头有螺杆(1)伸出，另一头有中心电极(6) 伸出，而且还分装有弹簧(2)、电阻体(3)、连接杆(4)和导电玻璃(5)，其中连接杆(4)的一端与中心电极(6)的一端经导电玻璃(5)凝固在一起，连接杆(4)的另一端与电阻体(3)接触，电阻体(3)通过弹簧(2) 顶在螺杆(1)上。该火花塞内的电阻体不需高温烧结，直接分装在瓷绝缘体(10)中，因此工艺要求低，合格率高，可达100％。该专利通过金属的接线杆(4)来封堵导电玻璃(5)，并与导电玻璃(5)凝固在一起。高温压装之前，需要根据的轴孔大小预先加工接线杆(4)，同样存在加工难度大、成本高、高温压装工艺复杂的问题。

上述专利都是通过预先制造棒状的导电体，再将导电体放入火花塞的轴孔内，用来封堵玻璃粉料。在高温压装时，导电体与熔融后的电玻璃粉料凝固在一起，用来密封火花塞的轴孔。存在导电体加工难度大、成本高、高温压装工艺复杂的问题。而且金属连接杆的高度较大，需要占驻轴孔内较高空间，从而减少了可以用来安装电阻元件或电感元件的空间，因此限制了火花塞EMC性能的提升。如果减少金属连接杆的高度，那么在高温压装时，熔融后的导电玻璃很容易通过金属连接杆与轴孔之间的间隙,泛到金属连接杆上面，与压装部件粘连，导致压装部件难以退出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种火花塞及压装方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种火花塞，包括：瓷件、中心电极、玻璃体、接线端子；瓷件设置有沿轴线延伸的阶梯形的轴孔，中心电极、玻璃体及接线端子依次设置在轴孔内；轴孔一端设置有内螺纹，接线端子设置有与轴孔的内螺纹匹配的外螺纹。其特征在于：玻璃体与接线端子之间还设置有复合导电体；所述复合导电体是由熔融状态的玻璃体渗入至处于固态的导电粉料缝隙中，冷却后与导电粉料粘接、固化而成。这种复合导电体的高度小，可以增加用来安装电阻元件或电感元件的空间高度，能够提升火花塞 EMC性能。

进一步地，复合导电体在轴向上的高度1～4mm范围内。以增加轴孔内用来安装电阻元件和/或电感元件的空间，提升火花塞EMC性能。

进一步地，接线端子通过可拆卸的方式装配在轴孔内，在复合导电体与接线端子之间设置有电阻元件和/或电感元件。通过电阻元件与电感元件配合，进一步提升火花塞EMC性能。

进一步地，电阻元件和/或电感元件为常温电感电阻元件和/或常温电感元件。采用常温电感元件能够增加电感量，能够更好地提升火花塞EMC性能。

一种实现上述火花塞的压装方法，火花塞包括：瓷件、中心电极、玻璃体及接线端子，瓷件设置有阶梯形的轴孔；中心电极从轴孔开口大的一端插入、并从轴孔的另一端露出；然后从轴孔开口大的一端向轴孔内填充玻璃粉料。在轴孔内的玻璃粉料远离中心电极的一侧填充导电粉料，用来封堵玻璃粉料；然后加热，使玻璃粉料熔融成液态，导电粉料仍保持固态；再用压装部件对导电粉料施压；将固态的导电粉料压入熔融的玻璃体中，同时熔融状态的玻璃体渗入至导电粉料的缝隙中，冷却后与导电粉料粘接、固化成复合导电体。在高温压装时，利用一直保持固态的导电粉料将压装部件与熔融状态的玻璃体隔开，避免了压装部件被玻璃体粘连，便于压装部件顺利退出轴孔。简化了高温压装工艺、降低了成本、提高了工效。

进一步地，导电粉料的熔融温度高于玻璃粉料的熔融温度。在电玻璃粉料的熔融时，导电粉料仍处在的固体状态。在高温压装过程中，玻璃粉料熔融时，导电粉料保持固态不变，避免复合导电体与压装部件粘连。

进一步地，高温压装温度为700～950℃。既能够实现熔融状态的玻璃体渗入至导电粉料的缝隙中，又便于控制玻璃体渗入的高度。

进一步地，通过控制压装部件的压力，从而控制熔融状态的玻璃体渗入至导电粉料内的高度。以尽量控制复合导电体高度，留出更多空间用来安装电阻元件和电感元件。

进一步地，将压装部件从轴孔内退出后，去除轴孔内没有被玻璃体粘接固化的导电粉料。

所述实现上述火花塞的压装方法包括以下步骤：

S1：中心电极从阶梯状的轴孔开口大的一端插入，并使中心电极从出轴孔的另一端露出；

S2：在轴孔开口大的一端向轴孔内填充玻璃粉料，并用压实杆将玻璃粉料压实；

S3：再向轴孔内填充导电粉料，并用压实杆将导电粉料压实、用压装部件压在沙子状的导电粉料上；

S4：然后通过加热设备升温，将温度保持在700～950℃，使玻璃粉料处于熔融状态，并对压装部件施压，使熔融状态的玻璃体受到压力后渗入至导电粉料的缝隙中，通过控制压装部件的压力，能够控制玻璃体渗入至导电粉料内的高度，从而控制复合导电体高度；

S5：最后在保压的同时逐渐降温，渗入至导电粉料的缝隙中的熔融状态的玻璃体，在冷却后将导电粉料粘接固化成复合导电体；

S6：将压装部件从轴孔中退出，去除轴孔内没有被玻璃体粘接固化的导电粉料，完成高温压装。

本发明的有益效果为：在高温压装时，由熔融状态的玻璃体渗入至固态的导电粉料的缝隙中，冷却后与导电粉料粘接、固化形成复合导电体，这种复合导电体高度小，可以增加用来安装电阻元件或电感元件的空间高度，能够提升火花塞EMC性能。同时利用一直保持固态的导电粉料将压装部件与熔融状态的玻璃体隔开，避免了压装部件被玻璃体粘连，便于压装部件顺利退出轴孔。简化了高温压装工艺、降低了成本、提高了工效。

附图说明

图1为火花塞的轴孔内装入玻璃粉料后示意图，

图2为对火花塞轴孔内的玻璃粉料进行高温压装示意图，

图3为玻璃粉料经熔融凝固形成玻璃体与压装部件粘连示意图，

图4为图3中A局部放大示意图，

图5为增加导电体后对玻璃粉料进行高温压装示意图，

图6为玻璃粉料经熔融凝固形成玻璃体与导电体粘连示意图，

图7为图6中B局部放大示意图，

图8为退出压装部件后玻璃体与导电体粘连示意图，

图9为火花塞的轴孔内装入玻璃粉料和导电粉料后示意图，

图10为对玻璃粉料和导电粉料进行高温压装示意图，

图11高温压装时熔融的玻璃体渗入导电粉料中示意图，

图12玻璃体将导电粉料粘连成复合导电体示意图，

图13为图12中C局部放大示意图，

图14为火花塞实施例1示意图，

图15为火花塞实施例2示意图，

图16为火花塞实施例3示意图。

图中：R—电阻、L—电感、1—瓷件、2—轴孔、3—中心电极、4 —玻璃体、5—复合导电体、6—弹簧、7—接线端子、8—金属连接杆、 9—压装部件、H1—金属连接杆高度、H2—复合导电体高度、R—电阻元件、L—电感元件。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

现有的火花塞高温压装工艺如图1至4所示：火花塞由：瓷件1、中心电极3、玻璃体4、接线端子7及外壳和侧电极组成，瓷件1设置有阶梯形的轴孔2；中心电极3从轴孔2开口大的一端插入、并从轴孔2的另一端露出；然后从轴孔2开口大的一端向轴孔2内填充玻璃粉料；然后利用压装部件9从轴孔2开口大的一端插入，压在玻璃粉料上；玻璃粉料通过高温熔融、然后再凝固的方式形成玻璃体，封堵轴孔2实现密封。由于压装部件6直接压在玻璃粉料上，玻璃粉料熔融凝固后形成的玻璃体4会与压装部件9粘连，导致压装部件9难以退出。如果强行退出压装部件9，会损伤玻璃体4，导致轴孔2密封不严，产生轴孔2产生内部泄露。

为了避免玻璃体4与压装部件9粘连，另一种火花塞压装方法如图5至8所示：在压装部件9与玻璃粉料增设棒状的金属连接杆8，用金属连接杆8将玻璃粉料与压装部件9隔开。压装部件9通过金属连接杆8对玻璃粉料进行高温压装，高温压装后金属连接杆8与玻璃体5凝固在一起。

由于金属连接杆高度H1较大，会占驻轴孔内较高空间，从而减少了可以用来安装电阻元件或电感元件的空间，因此限制了火花塞 EMC性能的提升。

而且金属连接杆8与轴孔2之间存在间隙，如果间隙过小，金属连接杆8难以到在轴孔2内的预定位置，有可能胀坏瓷件1；如果间隙和压装部件9的压力过大，熔融的玻璃体受到压力的作用，会通过金属连接杆8与轴孔2之间的间隙，泛到超过金属连接杆8处，与压装部件9粘连，导致压装部件9难以退出。降低产品合格率和工效。另外，由于棒状的金属连接杆8直径小、难以加工，导致高温压装工艺复杂、工效低、成本高。

本发明的火花塞高温压装方法如图9至13所示：中心电极3从轴孔2开口大的一端插入、并从轴孔2的另一端露出；然后从轴孔2 开口大的一端向轴孔2内填充玻璃粉料，并用压实杆将玻璃粉料压实；再向轴孔2内填充似于沙子状的导电粉料，并用压实杆将导电粉料压实。然后用压装部件9插入轴孔2内，顶住导电粉料。然后利用加热设备升温，将温度保持在700～950℃，使玻璃粉料处于熔融状态。同时控制作用在压装部件9上的压力，使得熔融状态的玻璃体渗入至处于固体状态的导电粉料的缝隙中。最后在保压的同时逐渐降温，渗入至类似于沙子状的导电粉料缝隙中的熔融状态的玻璃体，在冷却后与导电粉料粘接、固化形成类似于花生糖结构的复合导电体5。复合导电体5中的导电粉料类似于花生糖中的花生，复合导电体5中的玻璃体类似于花生糖中的糖；将压装部件9从轴孔2中退出，去除轴孔2内没有被玻璃体4粘接固化的导电粉料，完成高温压装。

所述玻璃粉料含有玻璃粉末和导电金属粉末，所述导电粉料含有导电金属粉末。所述压实杆为金属杆件，能够插入到轴孔2内，用来将玻璃粉料和导电粉料压实。所述压装部件也为金属杆件，一端能够插入到轴孔2内，压装部件的另一端与气动、液压或电动部件连接。气动、液压或电动部件带动压装部件9对导电粉料施压。通过控制压装部件9的压力，能够控制熔融状态的玻璃体渗入至导电粉料的内的高度。从而既能够保证玻璃体4的密封性能，又能够控制复合导电体高度H2。使复合导电体高度H2在1～4mm范围内。使瓷件的轴孔2 内用来安装电阻元件R或/和电感元件L的空间高度为20～27mm。以便在轴孔2内留出更长的空间用来安装电阻元件R或/和电感元件L，以提升火花塞EMC性能。

本发明的实施例1如图14所示：火花塞包括：瓷件1、中心电极3、玻璃体4、复合导电体5、电阻元件R或电感元件L、弹簧6、接线端子7及外壳和侧电极。接线端子7通过螺纹旋合的方式安装在瓷件1的轴孔2内。玻璃体4将中心电极3和复合导电体5固定在轴孔2内、实现密封。复合导电体5是通过玻璃粉料熔融后渗入至处于固体状态的导电粉料的缝隙中、与导电粉料粘连形成。然后在常温状态下，将电阻元件R或电感元件L装入轴孔2内，在将弹簧6装入轴孔2内，最后将接线端子7旋合在瓷件1的轴孔2内。这种在常温状态下装配电阻元件R或电感元件L的火花塞，能够增加电阻值或电感量，能够提升火花塞的EMC性能。

本发明的实施例2如图15所示：与实施例1不同的是：在轴孔 2内串联设置有常温装配的电阻元件R或常温装配的电感元件L。通过电阻元件R或电感元件L配合进一步提升火花塞EMC性能。

本发明的实施例3如图16所示：与实施例2不同的是：实施例 2的电阻元件R是耐高温电阻，是在高温压装与玻璃体4一体成型。然后在常温状态下装配电感元件L。这种方式能够减少常温状态下的装配工作量，能够提高工效。

综上所述：本发明的有益效果为：在高温压装时，由熔融状态的玻璃体渗入至固态的导电粉料的缝隙中，冷却后与导电粉料粘接、固化形成复合导电体，这种复合导电体高度小，可以增加用来安装电阻元件或电感元件的空间高度，能够提升火花塞EMC性能。同时利用一直保持固态的导电粉料将压装部件与熔融状态的玻璃体隔开，避免了压装部件被玻璃体粘连，便于压装部件顺利退出轴孔。简化了高温压装工艺、降低了成本、提高了工效。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (5)

1.一种火花塞压装方法，火花塞包括：瓷件、中心电极、玻璃体及接线端子，瓷件设置有阶梯形的轴孔；中心电极、玻璃体及接线端子依次设置在所述轴孔内，玻璃体与接线端子之间还设置有复合导电体，中心电极从轴孔开口大的一端插入、并从轴孔的另一端露出；然后从轴孔开口大的一端向轴孔内填充玻璃粉料；其特征在于：在轴孔内的玻璃粉料远离中心电极的一侧填充导电粉料，用来封堵玻璃粉料，导电粉料的熔融温度高于玻璃粉料的熔融温度；然后加热，使玻璃粉料熔融成液态，导电粉料仍保持固态；再用压装部件对导电粉料施压；将固态的导电粉料压入熔融的玻璃体中，同时熔融状态的玻璃体渗入至导电粉料的缝隙中，冷却后与导电粉料粘接、固化成复合导电体。

2.根据权利要求1所述的火花塞压装方法，其特征在于：高温压装温度为700～950℃。

3.根据权利要求2所述的火花塞压装方法，其特征在于：通过控制压装部件的压力，从而控制熔融状态的玻璃体渗入至导电粉料内的高度。

4.根据权利要求3所述的火花塞压装方法，其特征在于：将压装部件从轴孔内退出后，去除轴孔内没有被玻璃体粘接固化的导电粉料。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的火花塞压装方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：中心电极(3)从阶梯状的轴孔(2)开口大的一端插入，并使中心电极(3)从出轴孔(2)的另一端露出；

S2：在轴孔(2)开口大的一端向轴孔(2)内填充玻璃粉料，并用压实杆将玻璃粉料压实；

S3：再向轴孔(2)内填充导电粉料，并用压实杆将导电粉料压实、用压装部件(9)压在沙子状的导电粉料上；

S4：然后通过加热设备升温，将温度保持在700～950℃，使玻璃粉料处于熔融状态，并对压装部件(9)施压，使熔融状态的玻璃体受到压力后渗入至导电粉料的缝隙中，通过控制压装部件(9)的压力，能够控制玻璃体渗入至导电粉料内的高度，从而控制导电体高度(H2)；

S5：最后在保压的同时逐渐降温，渗入至导电粉料的缝隙中的熔融状态的玻璃体，在冷却后将导电粉料粘接固化成复合导电体(5)；

S6：将压装部件(9)从轴孔(2)中退出，去除轴孔(2)内没有被玻璃体(4)粘接固化的导电粉料，完成高温压装。

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