CN1864307A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的火花塞，该火花塞采用围绕中心电极的环形圆环。该环或者是完整圆环或者是被分为间隔一定距离的两个半环。在另一个实施方案中，该环被分为包括三个相等间隙的三等份。该环通过至少一根杆被焊接到火花塞的螺纹体。优选地，中心电极以镍合金的金属小球为终端。

Description

火花塞

技术领域

内燃机(不包括柴油机)。

现有技术

火花塞使用于除柴油机之外的大多数内燃机中，以便产生点燃燃烧室内燃料与空气的混合物的高能火花。

图(1)

1-端部

2-防飞弧(anti-flashover)

3-盖

4-气密料

5-中心电极

6-附属垫圈

7-轴顶端

8-火花隙

9-接地电极

10-轴向金属电极

11-火花塞芯部的绝缘歧管

12-套部件

制造：

所使用的设计技术和材料因制造商而异，而以下的描述完全是示例性的。火花塞壳体由优质钢制成并被镀锌以避免腐蚀。火花塞包括图1中所示的外部金属壳(3)，该金属壳内安装有陶瓷绝缘体(11)，并具有在绝缘体轴线上调整的金属电路电极(10)。该外壳包括另一个金属电路端子(9)，该金属端子(9)通过焊接连接到螺纹体的末端，并向轴顶端弯曲，外壳上的螺纹部分必须符合国际认可的标准和严格公差，并具有足以将火花塞安装入发动机气缸头部螺孔内的严格的耐久性。可生产出各种不同螺纹构造的火花塞。火花塞绝缘体由经烧结的氧化铝(陶瓷材料)制成，该材料高度抗热应力和机械应力以及化学腐蚀。

电极大多通常由镍合金制成，但有时也采用贵金属。两个电极之间存在0.5-1.016mm(0.020-0.040英寸)的间隙距离(8)。中心电极和绝缘体之间、以及绝缘体和火花塞本体之间需要气密密封料(4)。这些密封料由氧化铝粉末形成，当该氧化铝粉末被压缩时就变成刚性块，精确地与可用空间配合。为了与发动机的需求保持一致，正不断地对新的构造技术和材料进行评定。

运行：

当发动机运行时，高电压的电能脉冲在适当时刻被输送至火花塞(或多缸发动机的情况下，通过分配器至多个火花塞)的端部，这使得火花出现于中心电极(10)和接地电极(9)之间的间隙，该接地电极(9)接地至气缸体。该火花提供点燃气缸中的压缩燃气混合物所需的能量。

工作温度：

为获得最佳性能，火花塞的点火端的芯部头(core nos e)的温度不应在以30mph(48km/h)的速度巡航时降低到约400℃(752)以下，也不应在最高速度和负载时超过约850℃(1562)。400℃以下，炭和油的沉积就有可能积聚在该芯部头上。导电的炭可以为高压脉冲提供短路路径，从而使火花减弱或消灭。

芯部头温度高于850℃会导致过度的电极磨损，并有可能导致燃气混合物在定时点火之前的非受控点燃。这种情况(被称为早燃)会导致严重的发动机损坏。由于发动机设计不同(以及由此造成的燃烧室温度不同)，所以有必要生产多种类型的火花塞，以在所有应用中尽可能保证火花塞工作温度可以保持在最优范围内。

热值：

根据火花塞将热从芯部头的顶端转移到发动机冷却系统的相对能力将火花塞进行的分类用术语热值表示。为了确定哪一级别的火花塞最适合特定的发动机，制造商使用芯部头顶端包含热电偶(温度敏感元件)的火花塞进行试验；同时，在发动机负载和速度的综合范围内持续监测各种类型火花塞的温度。

维护：

每10000Km就应该使用砂纸或火花塞清洁器清洁火花塞，以便除去中心电极底部积聚的沉积物，然后，通过侧电极轻微弯曲接地电极来调整两个电极之间的间隙距离。

优选每20000Km就更换火花塞，以避免可能出现的故障并保证高质量地启动发动机。除非新火花塞是根据发动机说明确定的类型的，否则绝缘材料会被破坏。值得一提的是，当火花塞在发动机中在快速燃烧其端部的高温下使用时，火花塞损耗很快。因此，使用不正确热值的火花塞会引起发动机故障，并且，会由于安装或调整火花塞端部之间间隙的疏忽而引起火花塞的绝缘体上出现裂纹。

在先发明：

近期，已可买到具有三或四个接地电极的火花塞，该火花塞比单个接地电极的火花塞效率更高，并毫无疑问地具有延长的使用寿命。

现有技术的问题或缺陷：

1-传统火花塞的电极至多每10000Km就需要清洁以除去悬挂的沉积物。

2-除去沉积物后，要重新调整两个电极之间的间隙距离，以免在火花塞绝缘体中产生裂纹。

3-每20000Km，就必须更换火花塞，以结束其遭受电极氧化和腐蚀的有效期限。

本发明的创新点：

所建议的对改型火花塞的改变主要在于以下几点：

(1)即改变接地电极(同时保持中心电极不变)：为圆形金属环的形状，1.5mm厚且2mm宽，或者是整个圆周或者是部分圆周，3/4或2/3环或两个半环，其内在环的内表面有2-2.5mm的空间或其它与环的内径相一致的距离，无论环大小；具有分为三部分的环形状，该三部分之间为三个等距空隙；或半环形状(如第六幅图中的标号14)，。所有环都由2mm宽和1.5mm厚的镍合金制成，且环外径不超过8mm，通过一根、两根或三根2mm宽和1.5mm厚的镍合金杆焊接到金属壳的端部。相关的环与中心电极同轴，如果两个电极之间的间隙距离与普通火花塞内的间隙相同，则中心电极的轴线略高于环平面(分别为第2幅图中标号14和13)。这样的改型是为了增加形成接地电极的环内部轮廓的长度，从而，与普通火花塞相比提高这种改型的火花塞的使用寿命。

(2)或改变两个电极的构形：

如前所述，接地电极采取整体圆环的形状或任意之前建议的圆形形状。然而，优选的是，中心电极也由镍合金制成：

(1)以直径为3mm并与环中心同轴的镍合金小金属球(第四幅图，图2C中的标号13)为终端。

(2)或者以直径为3mm且厚度为1.5mm并与环的芯部中心同轴的金属盘为终端。

(3)或者将中心电极(第五幅图，图2D中的标号13)的厚度增加为3mm而非2.2mm，与接地电极的轴线共面且同轴。

以上修改是为了增加中心电极轮廓和环(接地电极)的内部轮廓的长度，同时在所有情况下都保持两个电极之间的间隙距离与在普通情况下一样不变，也就是在(.5-1.016mm)之间的范围内，从而大大提高了改型火花塞的使用寿命，由于该距离是不可改变的，所以在使用前以及除去积聚的沉积物后都不需要如同现有的火花塞那样通过接地电极调整距离间隙。

固定间隙距离应该标在火花塞本体上；从而，购买者可以挑选合适的火花塞，以方便地装配到他自己的汽车发动机中。

相关设计的特征在于，火花确实会像传统火花塞中的一样总在两个电极之间某一方向上出现，并且在中心电极的任意方向上放射至环(接地电极)的内轮廓上的对应点。

假定使用一段时间后，两个电极的任意两个对应点之间会发生氧化，这是由于积聚的沉积物阻止火花在它们之间放射，但这并不是说，火花停止在两个电极上相应的两个不同点之间出现，当然，有许多这样的对应点。因此，除非沉积物积聚在环的内轮廓(接地电极)和中心电极的外轮廓的所有点上，否则，不需要火花塞，这样，改型火花塞的使用寿命相对普通火花塞的会成倍增加。此外，由于在环之间存在空隙，所以沉积物不太可能积聚在它们的内表面上。另外，多种形状的环(接地电极)提供了不同成本、不同使用寿命的火花塞，使得购买者可以选择合适于他的价格。

详细描述：

如下所述，用于改善传统火花塞性能的所建议的改进在于其电极上：

第一：将接地电极替换为另一个整个圆周或部分圆周(3/4或2/3)环形的金属环；或两个半环，其间的内部距离为2-21/2mm或者根据其内径适合的距离，无论环大小；或具有分为三等份的环形形状，该三部分之间为三个等距空隙；或半环形状(如第六幅图中的)，该三部分之间为三个等距；所有环面通常由2mm宽和11/2mm厚的镍合金制成(如第六幅图中的标号14)。其直径的长度根据中心电极直径的长度而定，通常为21/2mm。这种情况下，环的内径为3.5到4.532mm，其外径为6.5到7.532mm。这是为了保持两个电极之间的间隙在0.5到1.016mm之间，所述环通过一根、两根或三根镍金属杆焊接到火花塞的金属套端部。每根杆(第三幅图，图2b标号15和第二幅图，图2a中的标号15和16)的宽度为2mm，厚度为11/2mm，长度为4.6mm。每根杆都围绕中心电极，该两根杆同轴，无论其端部定位在环的平面上还是如第二幅图，图2a中的标号13和16所示高于环的平面几毫米。而且，可以仅改变接地电极而不改变中心电极，以提高改型火花塞性能的使用寿命。

第二：可通过下述步骤之一对由镍合金制成的中心电极进行改型：

a-以直径为3mm的小金属球(第四幅图，图2c标号13)为终端。

b-以厚度为11/2mm且直径为3mm金属盘为终端。

c-或者增加其厚度，使其直径为3mm，而非2.2mm或21/2mm(第五幅图，图2d标号13)。

而且，中心电极改型的同时，通过用金属环或任意之前建议的圆形形状替换接地电极进行改型。然而，其内径将为4到5.032mm，且外径将为7到8.032mm。

这是为了保持电极之间的使用间隙距离的目的，如果环的芯部中心调整在金属球的中心、圆片的中心或中心电极的中心上，而使金属球、圆片或中心电极的端部与所述环共面。

这样的改型的目的在于增加中心电极轮廓的长度，以增加接地电极放射火花的点。

如果改型包括两个电极，则改型火花塞的使用寿命会比仅改型接地电极的增加地更多。这样会同时增加两个相应电极，即接地电极和中心电极的轮廓长度。使用改型火花塞的方法：

从中心电极轮廓上的任意点到环内表面(接地电极)上与其相应的点，火花在任意方向上出现。然而，在传统的火花塞中，其通常具有一个精确的、不会改变的方向。

设想在一段时间后，在两个电极之间任意相应点上发生氧化，并且积聚在它们上面的沉积物阻碍火花在它们之间的出现。这不会阻碍两个电极之间所有其它相应点之间的火花放射。由于两个电极之间的相应点很多，使得与传统的火花塞相比，在发生全部氧化前要经过很长的时间。

因而，与传统火花塞相比，所建议的改型保证了更高的运行效率和更长的使用寿命。除此之外，不同环之间存在的间隙可防止沉积物轻易积聚在内表面。而且，生产多种形状的环(接地电极)可以制造具有不同工作寿命和价格的改型火花塞，为消费者提供了为自己挑选适合的火花塞的机会。

宣传方法：

改型火花塞不需要对电极的制造物质进行改进或对火花塞的制造机器进行改型。其成本由于仅使用于接地电极或两个电极的材料增加而会比传统火花塞的高。然而，价格的轻微增加可通过如下优点补偿，

例如：

1-改型火花塞的寿命相对传统火花塞更长。

2-由于单个火花塞的性能可以分配至多个火花塞，所以其超过了其它传统类型的火花塞。

3-节省在周期性地购买新火花塞并将它们安装在发动机中浪费的钱和时间。

4-不像传统的火花塞每10000Km就需要维护。(维护在这里指除去粘在其电极上的沉积物)。此外，每次清洁之后，不需要调整两个电极之间的间隙距离，节省了时间和劳动。

根据所有这些优点，改型火花塞会在竞争中胜出并被消费者乐于选用。

附图简述

1-第一图图(1)为传统火花塞的纵截面图，该火花塞具有一个短的接地金属电极(9)，该电极(9)与火花塞的螺纹体的一端焊接在一起，并朝其轴顶端(另一个中心金属电极10)弯曲。

2-第二图图(2a)显示改型火花塞的纵截面图，其中图1中所述的接地电极被圆形金属环(14)替换，该圆形金属环(14)完全包围所述中心电极(13)，因为中心电极(13)的端部比环高，所以其中心被准确地调整在中心电极的轴线上。而且，该环通过两根金属杆(15，16)与螺纹体的一端焊接在一起。

3-第三图图(2b)表示改型火花塞的纵截面。

第二图中示出的内容也适用于第三图。然而，差别仅在于接地电极与火花塞只通过一根金属杆(14)焊接在一起。

4-第四图图(2c)表示改型火花塞的纵截面，其中的轴顶端以小金属球(13)为终端，该小金属球(13)被圆形金属状的接地电极(14)包围，这样接地电极的中心被调整在中心电极的中心(即，球的中心)上。

5-第五图图(2d)表示改型火花塞的纵截面。轴向电极(13)的厚度大于传统火花塞。圆形接地电极包围轴向电极：其中心被调整在中心轴向电极上，其端部与火花塞共面。

6-第六图图(6)表示被建议用于接地电极(14)的所有不同圆形，这些圆形是整个或部分圆(3/4或2/3)的环形，两个半环、半环以及分为三等份的环。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种内燃机用的火花塞，该火花塞包括环形金属圆环，该圆环分为三等份，作为接地电极，包围中心电极(同轴且共面的电极)，而形成基本一致的间隙。

2.根据权利要求1的火花塞，其特征在于分为三等份的环包括三个相等且适宜的空隙。

3.根据权利要求1的火花塞，其特征在于环的各部分通过焊接到火花塞的螺纹体上端的杆支撑。

Claims (3)

1.一种普通的火花塞，该火花塞包括替代接地电极和中心电极的两个新的改型电极。

2.根据权利要求1的火花塞，传统火花塞的接地电极完全由另一个接地电极替换，该接地电极被构形为一个整个或部分金属圆环(3/4环或2/3环)；两个半环，内部间隔距离为2-21/2mm或者任何其它适合的距离；具有分为三等份的环形形状，该三部分具有三个相等且适宜的空隙；或被构形为半环形状；所有环面通常都由2mm宽和11/2mm厚的镍合金制成；该环通常通过一根、两根或三根2mm宽、1.5mm厚，且距离火花塞的螺纹体端部4-6mm高的镍合金杆焊接到火花塞的螺纹体端部，该环完全环绕中心电极；其直径根据中心电极直径而不同，通常在2.2-2.5mm范围内；目的在于保持两个电极之间的间隙距离与传统火花塞的两个电极之间的间隙距离相同，即在0.5到1.016mm范围内。

3.根据权利要求1的火花塞，也对中心电极进行了如下改进：

-其端部以直径为3mm的镍合金金属小球为终端；

-其直径为3mm，而非2.2mm或21/2mm，所以其厚度有所改变；

-其端部以直径为3mm且厚度为11/2mm的镍合金金属盘为终端。

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