專利名稱：火花塞和發(fā)動(dòng)機(jī)主體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火花塞和發(fā)動(dòng)機(jī)主體組件，其包括在火花塞和發(fā)動(dòng)機(jī)主體之間氣密密封的密封墊。
背景技術(shù)：
火花塞通常被安裝在機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)的主體或熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，從而通過在火花塞的火花隙中產(chǎn)生的火花來點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的油氣混合物。更具體地說，火花塞一般通過將火花塞金屬殼的外表面的外螺紋部分與氣缸蓋的火花塞安裝孔的內(nèi)表面的內(nèi)螺紋部分進(jìn)行螺紋嚙合，而被安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋(即，主體的一部分)。此外，例如在日本專利申請公開No. 2001-187966中公開有一種技術(shù)，用于在火花塞的金屬殼和氣缸蓋之間進(jìn)行可靠地密封。根據(jù)所述的技術(shù)，大致上呈環(huán)形的密封墊圈被插入在氣缸蓋的座面和火花塞的金屬殼的落座面之間。所述氣缸蓋的座面形成在火花塞安裝孔的開口端的周圍；所述的開口端在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的相反側(cè)上。所述的金屬殼的落座面形成在金屬殼的外螺紋部分的臨近側(cè)(即燃燒室的相反側(cè))，從而與汽缸蓋的座面相面對。在安裝火花塞到汽缸蓋時(shí)，火花塞金屬殼的外螺紋部分被擰入到汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分，其中彈性變形的密封墊圈被插入在汽缸蓋座面和金屬殼的落座面之間。因此，通過密封墊圈的彈性變形所產(chǎn)生的密封墊圈的彈性力，能夠維持火花塞的金屬殼的外螺紋部分的緊固軸向力，從而在氣缸蓋的座面和金屬殼的落座面之間形成氣密的密封(或流體密封)。但是，在近幾年，發(fā)動(dòng)機(jī)追求稀薄燃燒和高輸出，導(dǎo)致燃燒溫度增高，發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)加劇。因此，當(dāng)使用以上所述的技術(shù)時(shí)，密封墊圈可能被施加了過多的力而導(dǎo)致密封墊圈塑性變形，因而減少了密封墊圈在火花塞軸向的厚度。即可能發(fā)生了密封墊圈的“永久應(yīng)變”(permanent set),從而降低了密封墊圈的彈性力。因此,保證火花塞的金屬殼和發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋之間的高密封性能可能會(huì)變得困難。進(jìn)一步地，隨著密封墊圈永久應(yīng)變的發(fā)生，火花塞的金屬殼的外螺紋部分的緊固軸向力會(huì)降低，從而松懈了金屬殼的外螺紋部分和汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分的嚙合。為防止密封墊圈永久應(yīng)變的發(fā)生，可以考慮增加密封墊圈的屈服應(yīng)力。另一方面，使用密封墊圈的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)在金屬殼的外螺紋部分?jǐn)Q入汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分的過程中，利用密封墊圈的彈性變形，使汽缸蓋的座面和金屬殼的落座面之間緊密接觸，從而保證兩者之間的高流體密閉性。但是，如果為了防止密封墊圈的永久應(yīng)變的發(fā)生而增加密封墊圈的屈服應(yīng)力，則在金屬殼的外螺紋部分?jǐn)Q入汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分的過程中，使密封墊圈彈性變形會(huì)變得困難，從而實(shí)現(xiàn)汽缸蓋的座面和金屬殼的落座面的緊密接觸將變得困難。因此，保證汽缸蓋的座面和金屬殼的落座面之間的高流體密閉性可能會(huì)變得困難
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施例，所提供有一種組件，所述組件包括發(fā)動(dòng)機(jī)的主體、火花塞和大致呈環(huán)形的密封墊圈。所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體具有在其中形成的火花塞安裝孔。所述主體還具有內(nèi)螺紋部分和座面，所述內(nèi)螺紋部分在所述火花塞安裝孔的內(nèi)表面中形成，所述座面在所述火花塞安裝孔的開口端周圍形成。所述火花塞具有縱向軸和外螺紋部分，所述外螺紋部分在所述火花塞的外表面上形成，從而與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述內(nèi)螺紋部分螺紋嚙合。所述火花塞還具有落座面，所述落座面在所述外螺紋部分的一側(cè)形成，從而與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面相面對。所述密封墊圈插入在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面和所述火花塞的所述落座面之間，從而在其間氣密密封。通過將所述火花塞的所述外螺紋部分?jǐn)Q入到所述主體的所述內(nèi)螺紋部分，將所述火花塞安裝到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體，其中所述密封墊圈在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面和所述火花塞的所述落座面之間彈性變形。所述密封墊圈由屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力大于或等于200N/mm2的金屬材料制造而成。所述密封墊圈具有第一接觸面和第二接觸面，所述第一接觸面與所述火花塞的所述落座面接觸，所述第二接觸面與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面接觸。所述密封墊圈的所述第一接觸面和所述第二接觸面分別形成為在所述密封墊圈的橫截面上具有凸形的彎曲表面的一部分；其中截取所述橫截面以位于與所述火花塞的所述縱向軸相同的面上。所述密封墊圈的所述第一接觸面和所述第二接觸面在所述火花塞的徑向方向彼此偏移。使用上述的配置，在安裝所述火花塞到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的過程中，在所述密封墊圈的整個(gè)周圍，通過所述火花塞的所述外螺紋部分的緊固軸向力，大致呈環(huán)形的所述密封墊圈可以彈性變形，以這種方式，在所述火花塞的所述落座面和所述密封墊圈之間的接觸區(qū)域徑向向內(nèi)移動(dòng)，而所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面和所述密封墊圈之間的接觸區(qū)域徑向向外移動(dòng)。也就是說，所述密封墊圈可以不是局部地而是整體上變形的。因此，即使有很大的力施加到所述密封墊圈上，所述密封墊圈的變形也很難到達(dá)塑性階段(換句話說，所述密封墊圈的變形會(huì)輕易地保留在彈性區(qū)域)。因此，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，即使由于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)，很大的外力施加到所述密封墊圈，還是能夠防止所述密封墊圈被塑性變形，從而防止了所述密封墊圈密封性能的降低。此外，因?yàn)樗雒芊鈮|圈能夠整體變形，所以制造所述密封墊圈的金屬材料為防止在很大受力時(shí)所述密封墊圈發(fā)生塑性變形的目的而具有極高的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力是不必要的。也就是說，用具有中等強(qiáng)度的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力的金屬材料制所述造密封墊圈是可能的。因此，在安裝所述火花塞到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的過程中，易于通過所述火花塞的所述外螺紋部分的緊固軸向力使所述密封墊圈彈性變形，從而可靠地使所述密封墊圈的第一和第二接觸面分別與所述火花塞的所述落座面和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面緊密接觸。因此，能夠用所述密封墊圈在所述火花塞的所述落座面和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面之間進(jìn)行可靠密封。進(jìn)一步地，因?yàn)樗雒芊鈮|圈的第一和第二接觸面分別形成為在所述密封墊圈的橫截面上具有凸形的彎曲表面的一部分，所以能夠?qū)崿F(xiàn)所述密封墊圈的第一接觸面和所述火花塞的所述落座面之間以及所述密封墊圈的第二接觸面和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面之間的近似環(huán)行線的接觸，從而更可靠地保證了所述密封墊圈的高密封性能。進(jìn)一步地，因?yàn)橹圃焖雒芊鈮|圈的金屬材料的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力大于或等于200N/mm2，所以能夠更可靠地防止所述密封墊圈在很大的力下發(fā)生塑性變形。此外，如果金屬材料的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力小于200N/mm2，則所述密封墊圈在很大的力下很容易就塑性變形，保證所述密封墊圈的高密封性能就變得困難。用來制造所述密封墊圈的金屬材料優(yōu)選是不銹鋼。所述密封墊圈的被截取以位于與所述火花塞的所述縱向軸相同的面上的橫截面優(yōu)選呈大致的S形或大致的倒S形。所述密封墊圈的所述第一接觸面和所述第二接觸面之間的徑向偏移量優(yōu)選大于或等于O. 6毫米。所述密封墊圈的所述第一接觸面的徑向?qū)挾萀I和所述第二接觸面的徑向?qū)挾萀2的平均值優(yōu)選在O. 2至O. 7毫米范圍內(nèi)。


通過下面給出的詳細(xì)描述和示例性實(shí)施例的附圖，本發(fā)明將被更充分地理解，但是，這些示例性實(shí)施例不應(yīng)認(rèn)為是將本發(fā)明限制為具體實(shí)施例，而是僅用于解釋和理解目的。在附圖中圖1是部分橫截面視圖，示出了根據(jù)第一實(shí)施例的火花塞和汽缸蓋的組件的總體配置；圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的組件的一部分的放大的橫截面視圖；圖3是用在組件中用來在火花塞和汽缸蓋之間氣密密封的密封墊圈的透視圖；圖4是火花塞的部分橫截面視圖；圖5是放大的橫截面視圖，示出了在彈性變形之前的密封墊圈；圖6是放大的橫截面視圖，示出了在將火花塞的外螺紋部分?jǐn)Q入汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分過程中，密封墊圈的彈性變形；圖7是放大的橫截面視圖，示出了在完成火花塞的外螺紋部分?jǐn)Q入汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分后的密封墊圈；圖8是根據(jù)第二實(shí)施例的密封墊圈的一部分的放大的橫截面視圖；圖9是根據(jù)第三實(shí)施例的密封墊圈的一部分的放大的橫截面視圖；圖10是根據(jù)第四實(shí)施例的密封墊圈的一部分的放大的橫截面視圖；圖11針對實(shí)驗(yàn)測試的根據(jù)第一實(shí)施例的組件的所有樣例，示出了火花塞的外螺紋部分在汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分中的緊固力矩和火花塞內(nèi)部的空氣泄漏率之間的關(guān)系；圖12針對組件所有樣例，示出了密封墊圈的平均接觸寬度和火花塞內(nèi)部的空氣泄漏率之間的關(guān)系；圖13針對樣例中密封墊圈的第一和第二接觸面之間的徑向偏移量等于O. O毫米的那些樣例，示出了密封墊圈平均接觸寬度和火花塞內(nèi)部的空氣泄漏率之間的關(guān)系；圖14針對樣例中密封墊圈的第一和第二接觸面之間的徑向偏移量等于O. 6毫米的那些樣例，示出了密封墊圈平均接觸寬度和火花塞內(nèi)部的空氣泄漏率之間的關(guān)系；圖15針對樣例中密封墊圈第一和第二接觸面之間的徑向偏移量等于1. 2毫米的那些樣例，示出了密封墊圈平均接觸寬度和火花塞內(nèi)部的空氣泄漏率之間的關(guān)系；
圖16針對樣例中密封墊圈第一和第二接觸面之間的徑向偏移量等于O. O毫米的那些樣例，示出了火花塞的外螺紋部分在汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分中的緊固力矩和火花塞內(nèi)部空氣泄漏率之間的關(guān)系；圖17針對樣例中密封墊圈第一和第二接觸面之間的徑向偏移量等于O. 6毫米的那些樣例，示出了火花塞的外螺紋部分在汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分中的緊固力矩和火花塞內(nèi)部空氣泄漏率之間的關(guān)系；和圖18針對樣例中密封墊圈第一和第二接觸面之間的徑向偏移量等于1. 2毫米的那些樣例，示出了火花塞的外螺紋部分在汽缸蓋的內(nèi)螺紋部分中的緊固力矩和火花塞內(nèi)部空氣泄漏率之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式在后文中將參照圖1-18描述示例性實(shí)施例。需要注意的是，為了描述清楚和便于理解，如有可能，不同的實(shí)施例中的有相同功能的相同組件在每個(gè)圖中用相同的參考數(shù)字標(biāo)記，并且為避免冗余，同樣組件的描述不再重復(fù)。[第一實(shí)施例]圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的組件100的總體配置。組件100通過安裝火花塞I到內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋2來得到?；鸹ㄈ鸌被配置為點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)60中的油氣混合物。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)可以被用于，例如，機(jī)動(dòng)車輛、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)或汽油輸送泵。如圖1所示，火花塞I有在其外表面形成的外螺紋部分12。汽缸蓋2有火花塞安裝孔，其被形成來使得在火花塞I軸向穿透汽缸蓋2?；鸹ㄈ惭b孔有面向燃燒室60的第一開口端和在燃燒室60相反側(cè)的第二開口端。進(jìn)一步地，在火花塞安裝孔內(nèi)表面(即，定義火花塞安裝孔的汽缸蓋2的內(nèi)表面)，形成有內(nèi)螺紋部分22，用來螺紋嚙合(或匹配)火花塞I的外螺紋部分12。汽缸蓋2有座面21，其形成在汽缸蓋2的火花塞安裝孔的第二開口端周圍?；鸹ㄈ鸌有落座面11，其形成在外螺紋部分12的臨近側(cè)(即燃燒室60的相反側(cè))，從而在火花塞I的軸向與汽缸蓋2的座面21相面對。進(jìn)一步地，密封墊圈3被插入在汽缸蓋2的座面21和火花塞I的落座面11之間，從而在兩個(gè)表面21和11之間氣密地密封。因此，通過密封墊圈3，火花塞I的落座面11坐落在汽缸蓋2的座面21上。密封墊圈3由屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力大于或等于200N/mm2的金屬材料制造而成。這里，O. 2%彈性極限應(yīng)力表示，當(dāng)金屬材料沒有明確定義的屈服點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成O. 2%的永久應(yīng)變的應(yīng)力。此外,如圖2所示,密封墊圈3有第一接觸面311和第二接觸面321，第一接觸面311與火花塞I的落座面11接觸，第二接觸面321與汽缸蓋2的座面21接觸。第一和第二接觸面311和321各自形成為在密封墊圈3的橫截面上具有凸形的彎曲表面的一部分；截取這樣的橫截面以位于與火花塞I縱向軸70 (見圖1)相同的面上。進(jìn)一步地，第一和第二接觸面311和321在火花塞I的徑向方向上(即，圖2中的水平方向)彼此偏移。接下來，將描述根據(jù)本實(shí)施例的組件100的詳細(xì)配置。如圖1和4所示，火花塞I包括金屬殼(或金屬殼體)120，其由例如碳素鋼制造而成并且大致呈中空的圓柱體形狀?；鸹ㄈ鸌的外螺紋部分12形成在金屬殼120的外部表面。在金屬殼120中，保留著絕緣體13，其由陶瓷(例如，礬土)制造而成，大致呈中空的圓柱體形狀。進(jìn)一步地，在絕緣體13中，保留著大致呈圓柱體的中央電極14。大致呈L形的接地電極15有一端固定到金屬殼120末端(B卩，圖1和4的下端)，另一端在火花塞I的軸向與中央電極14的末端相面對，在兩者之間有火花隙16。金屬殼120在外螺紋部分12的臨近側(cè)有大直徑部分，其直徑大于外螺紋部分12?；鸹ㄈ鸌的落座面11形成在大直徑部分的外螺紋部分12側(cè)，從而大致呈環(huán)形。如圖3所示，密封墊圈3呈大致的環(huán)形。密封墊圈3可以例如使用沖壓機(jī)沖壓或彎曲金屬板而形成。

在本實(shí)施例中，密封墊圈3由不銹鋼(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼)制造而成。但是，需要注意的是密封墊圈3也可以由其他有屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力大于或等于200N/mm2的金屬材料制造(例如軋制鋼板)而成。此外，如圖2所示，被截取以位于與火花塞I的縱向軸相同的面上的密封墊圈3的橫截面有大致的S形或大致的倒S形。更具體地說，密封墊圈3的大致的S形或大致的倒S形的橫截面有兩個(gè)轉(zhuǎn)彎部分，分別面向相反的方向。密封墊圈3的橫截面還有在火花塞I軸向彼此重疊的第一至第三部分。第一部分在兩個(gè)轉(zhuǎn)彎部分中的一個(gè)(即，圖2中的左上轉(zhuǎn)彎部分)和橫截面的一端(即，在圖2中的右上端)之間延伸，并具有在其中提供的第一接觸面311。第二部分在兩個(gè)轉(zhuǎn)彎部分之間延伸。第三部分在另一轉(zhuǎn)彎部分(即，圖2中的右下轉(zhuǎn)彎部分)和橫截面的另一端(即，圖2的左下端)之間延伸，并具有在其中提供的第二接觸面321。另外，在本實(shí)施例中，橫截面的一端不與橫截面的任何其他部分產(chǎn)生接觸，而橫截面的另一端與橫截面的第二部分保持接觸。應(yīng)當(dāng)注意的是橫截面的一端也可以與另一轉(zhuǎn)彎部分或橫截面的第二部分保持接觸；并且橫截面的另一端也可以不與橫截面的任何其他部分接觸。在本實(shí)施例中，密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321之間的徑向偏移量P被設(shè)置為大于或等于O. 6毫米。這里，徑向偏移量P表示第一和第二接觸面311和321的徑向中心之間的距離；第一接觸面311的徑向中心與第一接觸面311內(nèi)周和外周是等距的；第二接觸面321的徑向中心與第二接觸面321的徑向內(nèi)周和外周是等距的。在本實(shí)施例中，第一接觸面311徑向?qū)挾萀I的和第二接觸面321的徑向?qū)挾萀2的平均值LO被設(shè)置為在O. 2到O. 7毫米范圍內(nèi)(B卩，O. 2毫米彡(L1+L2)/2彡O. 7毫米)。此夕卜，第一和第二接觸面311和321的徑向?qū)挾萀I和L2每個(gè)都被設(shè)置為大于或等于O.1毫米(即，LI彡O.1毫米和L2彡O.1毫米)。圖5示出了自由狀態(tài)下的密封墊圈3，其中密封墊圈3還沒有變形，因此具有其原始形狀。圖6示出了在將火花塞I的外螺紋部分12擰入汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22過程中，密封墊圈3發(fā)生了彈性變形。圖7示出了在完成將火花塞I的外螺紋部分12擰入汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22之后的密封墊圈3。在安裝火花塞I到汽缸蓋2時(shí)，密封墊圈3首先被安放，使其圍繞火花塞I的金屬殼120并且軸向地插入在火花塞I的落座面11和汽缸蓋2的座面21之間。然后，火花塞I的外螺紋部分12被擰入到汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22，從而使密封墊圈3保留在火花塞I的落座面11和汽缸蓋2的座面21之間，如圖5所示。在此之后，火花塞I的外螺紋部分12被進(jìn)一步地?cái)Q入到汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22中，密封墊圈3的彈性變形如在圖6中所示。更具體地說，通過密封墊圈3的彈性變形，火花塞I的落座面11和密封墊圈3之間的接觸區(qū)域沿徑向向內(nèi)移動(dòng)，而汽缸蓋2的座面21和密封墊圈3之間的接觸區(qū)域沿徑向向外移動(dòng)。也就是說，通過密封墊圈3的彈性變形，圖5-7中所示出的密封墊圈3的橫截面以一線段中點(diǎn)為其旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所述的線段連接火花塞I的落座面11與密封墊圈3之間的接觸區(qū)域和汽缸蓋2的座面21與密封墊圈3之間的接觸區(qū)域。因此，在火花塞I的外螺紋部分12被完全擰入到汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22之后，密封墊圈3的第一接觸面311從密封墊圈3的第二接觸面321徑向向內(nèi)偏離，如圖7所示。密封墊圈3的第一接觸面311與火花塞I的落座面11擠壓接觸，而密封墊圈3的第二接觸面321與汽缸蓋2的座面21擠壓接觸。因此，密封墊圈3形成了氣密密封(或流體密封)，用于在火花塞I的落座面11和汽缸蓋2的座面21之間進(jìn)行密封。另外，由圖5-7可見，在安裝火花塞I至汽缸蓋2的過程中，密封墊圈3的總體橫截面形狀僅被輕微地改變；但是，密封墊圈3相對于火花塞I軸向的傾斜度改變得相當(dāng)大。根據(jù)本實(shí)施例的上面所述的組件100有以下優(yōu)點(diǎn)。在本實(shí)施例中，組件100包括火花塞1，汽缸蓋2 (即，發(fā)動(dòng)機(jī)主體的一部分)，和大致呈環(huán)形的密封墊圈3。汽缸蓋2有在其中形成的火花塞安裝孔。汽缸蓋2還有內(nèi)螺紋部分22和座面21，內(nèi)螺紋部分22形成在火花塞安裝孔的內(nèi)表面，座面21形成在火花塞安裝孔的第二開口端(即，燃燒室60相反側(cè)的開口端)周圍?；鸹ㄈ鸌有外螺紋部分12，外螺紋部分12形成在火花塞I的金屬殼120的外表面，從而與汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22螺紋嚙合?；鸹ㄈ鸌還有落座面11，落座面11形成在外螺紋部分12的臨近側(cè)，從而與汽缸蓋2的座面21相面對。密封墊圈3被插入在汽缸蓋2的座面21和火花塞I的落座面11之間，從而在兩者之間氣密密封。通過將火花塞I的外螺紋部分12擰入汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22中，火花塞I被安裝到汽缸蓋2，其中密封墊圈3在氣缸蓋2的座面21和火花塞I的落座面11之間彈性變形。密封墊圈3由屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力大于或等于200N/mm2的金屬材料制造而成。密封墊圈3有第一接觸面311和第二接觸面321，第一接觸面311與火花塞I的落座面11接觸，第二接觸面321與汽缸蓋2的座面21接觸。密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321各自為在密封墊圈3的橫截面上具有凸形的彎曲表面的一部分，如圖2所示。截取這樣的橫截面以位于與火花塞I的縱向軸70相同的面上。密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321在火花塞I的徑向方向上彼此偏移。使用上述的配置，在安裝火花塞I到汽缸蓋2的過程中，在密封墊圈3的整個(gè)周圍，通過火花塞I的外螺紋部分12的緊固軸向力，大致呈環(huán)形的密封墊圈3可以彈性變形，以這種方式,在火花塞I的落座面11和密封墊圈3之間的接觸區(qū)域徑向向內(nèi)移動(dòng)，而汽缸蓋2的座面21和密封墊圈3之間的接觸區(qū)域徑向向外移動(dòng)。也就是說，密封墊圈3不是局部地而是整體上變形的。因此，即使有很大的力施加到密封墊圈3上，密封墊圈3的變形也很難到達(dá)塑性階段(換句話說，密封墊圈3的變形會(huì)輕易地保留在彈性區(qū)域)。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，即使由于發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)，很大的外力施加到密封墊圈3，還是能夠防止密封墊圈3被塑性變形，從而防止了密封墊圈3密封性能的降低。
此外，因?yàn)槊芊鈮|圈3能夠整體變形，所以制造密封墊圈3的金屬材料為防止在很大受力時(shí)密封墊圈3發(fā)生塑性變形的目的而具有極高的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力是不必要的。也就是說，用具有中等強(qiáng)度的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力的金屬材料制造密封墊圈3是可能的。因此，在安裝火花塞I到汽缸蓋2的過程中，易于通過火花塞I的外螺紋部分12的緊固軸向力使密封墊圈3彈性變形，從而可靠地使密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321分別與火花塞I的落座面11和汽缸蓋2的座面21緊密接觸。因此，能夠用密封墊圈3在火花塞I的落座面11和汽缸蓋2的座面21之間進(jìn)行可靠密封。進(jìn)一步地，因?yàn)槊芊鈮|圈3的第一和第二接觸面311和321分別形成為在密封墊圈3的橫截面上具有凸形的彎曲表面的一部分(如圖2所示)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)第一接觸面311和火花塞I的落座面11之間以及第二接觸面321和汽缸蓋2的座面21之間的近似環(huán)行線的接觸，從而更可靠地保證了密封墊圈3的高密封性能。進(jìn)一步地，因?yàn)橹圃烀芊鈮|圈3的金屬材料的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力大于或等于200N/mm2，所以能夠更可靠地防止密封墊圈3在很大的力下發(fā)生塑性變形。此外，如果金屬材料的屈服應(yīng)力或O. 2%彈性極限應(yīng)力小于200N/mm2，密封墊圈3在很大的力下很容易就塑性變形，保證密封墊圈3的高密封性能就變得困難。在本實(shí)施例中，制造密封墊圈3的金屬材料是不銹鋼。因此，能夠更可靠地實(shí)現(xiàn)上面所述的密封墊圈3的有利效果。在本實(shí)施例中，如圖2所示的密封墊圈3的橫截面(截取這樣的橫截面以位于與火花塞I縱向軸70相同的面上)呈大致的S形或大致的倒S形。因此，能夠很容易地在密封墊圈3中形成上面描述的第一和第二接觸面311和321。在本實(shí)施例中，第一和第二接觸面311和321之間的徑向偏移量P被設(shè)置為大于或等于O. 6毫米。通過在安裝火花塞I到汽缸蓋2的過程中如上設(shè)置徑向偏移量P后，能夠容易地用以上描述的方式(即，在火花塞I的落座面11和密封墊圈3之間的接觸區(qū)域徑向向內(nèi)移動(dòng)，而汽缸蓋2的座面21和密封墊圈3之間的接觸區(qū)域徑向向外移動(dòng))實(shí)現(xiàn)密封墊圈3的彈性變形。此外，即使很大的力被施加到密封墊圈3，也能防止密封墊圈3的變形到達(dá)塑性階段，從而防止了密封墊圈3的密封性能降低。。在本實(shí)施例中，第一接觸面311的徑向?qū)挾萀I和第二接觸面321的徑向?qū)挾萀2的平均值LO被設(shè)置在O. 2至O. 7毫米范圍內(nèi)。通過如上設(shè)置平均值L0，能保證密封墊圈3的高密封性能。此外，如果平均值LO小于O. 2毫米，則第一接觸面311與火花塞I的落座面11之間以及第二接觸面321和汽缸蓋2的座面21之間形成的密封寬度太小，以致于不能保證密封墊圈3的高密封性能。另一方面，如果平均值LO大于O. 7毫米，則第一接觸面311與火花塞I的落座面11之間以及第二接觸面321和汽缸蓋2的座面21之間的接觸壓力太小，以致于不能保證密封墊圈3的高密封性能。[其他實(shí)施例]圖8示出了根據(jù)第二實(shí)施例的密封墊圈3的一部分的橫截面；截取這樣的橫截面以位于與火花塞I縱向軸70 (見圖1)相同的面上。如圖8所示，在第二實(shí)施例中，密封墊圈3的橫截面是橢圓形的。就是說，密封墊圈3是以具有橢圓橫截面的環(huán)形管的形式被提供的。圖9示出了根據(jù)第三實(shí)施例的密封墊圈3的一部分的橫截面；截取這樣的橫截面以位于與火花塞I縱向軸70相同的面上。如圖9所示，在第三實(shí)施例中，密封墊圈3的橫截面有三個(gè)轉(zhuǎn)彎部分。在三個(gè)轉(zhuǎn)彎部分中的其中兩個(gè)轉(zhuǎn)彎部分之間提供密封墊圈3的第二接觸面321，用來與汽缸蓋2的座面21接觸。圖10示出了根據(jù)第四實(shí)施例的密封墊圈3的一部分的橫截面；截取這樣的橫截面以位于與火花塞I縱向軸70相同的面上。如圖10所示，在第四實(shí)施例中，密封墊圈3的橫截面有兩個(gè)轉(zhuǎn)彎部分和兩個(gè)端。在橫截面的兩個(gè)轉(zhuǎn)彎部分的其中之一(即，圖10中左上轉(zhuǎn)彎部分)和兩個(gè)端的其中之一(即，圖10中的上面的端)之間提供密封墊圈3的第一接觸面311，用來和火花塞I的落座面311接觸。在兩個(gè)轉(zhuǎn)彎部分之間提供密封墊圈3的第二接觸面321，用來和汽缸蓋2的座面21接觸。橫截面的一端在橫截面的另一端(即，圖10中的下面的端)上向另一轉(zhuǎn)彎部分(即，圖10中的右下轉(zhuǎn)彎部分)、在第一和第二接觸面311和321之間延伸。雖然上述的特定實(shí)施例已被示出和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，可以在不偏離本發(fā)明精神的情況下，進(jìn)行各種修改，變化和改進(jìn)。例如，在第一實(shí)施例中，密封墊圈3的第一接觸面311被沿著密封墊圈3的第二接觸面321的徑向向內(nèi)布置，其中第一接觸面311用來和火花塞I的落座面311接觸，第二接觸面321用來和汽缸蓋2的座面21接觸(見圖2)。但是，雖然圖中沒有示出，密封墊圈3的第一接觸面311也可以沿密封墊圈3的第二接觸面321的徑向向外布置。[實(shí)驗(yàn)]本實(shí)驗(yàn)被用來評估根據(jù)第一實(shí)施例的組件100的密封性能。具體地，在本實(shí)驗(yàn)中，針對組件100的多個(gè)樣例中的每一個(gè)，根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B8031 (即，修訂于 2006 年 12 月 20 日的“Internal combustionengines-Spark-plugs”(內(nèi)燃機(jī)-火花-塞))進(jìn)行氣密測試。在氣密測試中，在給定的條件下，樣例中的火花塞I首先在150°C的空氣中暴露30分鐘。接著，1. 5Mpa的空氣壓力被施加到火花塞I的點(diǎn)火部分，測量火花塞I的內(nèi)部空氣泄漏率。對于組件100的所有樣例,火花塞I的金屬殼120的尺寸為M14。就是說,金屬殼120的外螺紋部分12的內(nèi)徑是14毫米。此外，火花塞I的金屬殼120和汽缸蓋2都由鋁制造而成。密封墊圈3由不銹鋼304(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一種不銹鋼)制造而成，其O. 2%彈性極限應(yīng)力為205N/mm2。但是，火花塞I的外螺紋部分12在汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22中的緊固力矩，密封墊圈3的板材厚度t (見圖2)，和密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321之間的徑向偏移量P對于組件100的樣例是不同的。更具體地說，對于每個(gè)樣例，緊固力矩被設(shè)置為17. 5Nm、20Nm、22. 5Nm、25Nm、27. 5Nm、30Nm和32. 5Nm其中之一；密封墊圈3的板材厚度被設(shè)置為O. 25毫米、O. 3毫米和
O.35暈米其中之一；徑向偏移量P被設(shè)置為O. O暈米、O. 6暈米和1. 2暈米其中之一。

樣例的測量結(jié)果在圖11-18中示出，其中圖標(biāo)“ ”表示密封墊圈3的板材厚度等于O. 25毫米的那些樣例的測量結(jié)果；圖標(biāo)“〇”表示密封墊圈3的板材厚度等于O. 30毫米的那些樣例的測量結(jié)果；圖標(biāo)“Λ”表示密封墊圈3的板材厚度等于O. 35毫米的那些樣例的測量結(jié)果。此外，JIS (日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定緊固力矩在20到30Nm范圍內(nèi)；以及允許的空氣泄漏率小于或等于lml/min。圖11針對所有樣例示出了火花塞I的外螺紋部分12在汽缸蓋2的內(nèi)螺紋部分22內(nèi)的緊固力矩與火花塞I內(nèi)的空氣泄漏率之間的關(guān)系。由圖11可以看出，當(dāng)緊固力矩太大或太小時(shí)，空氣泄漏率會(huì)很高甚至超過Iml/min。另外，即使緊固力矩在JIS規(guī)定的20到30Nm范圍內(nèi)，對于某些樣例，也會(huì)觀察到大于lml/min的空氣泄漏率。圖12針對所有樣例示出了密封墊圈3的平均接觸寬度LO和火花塞I的內(nèi)部空氣泄漏率之間的關(guān)系。這里，平均接觸寬度LO表示密封墊圈3的第一接觸面311的徑向?qū)挾萀I和第二接觸面321的徑向?qū)挾萀2的平均值(見圖2)。由圖12可以看出，當(dāng)密封墊圈3的平均接觸寬度LO太大或太小時(shí)，空氣泄漏率會(huì)很高甚至超過lml/min。但是，當(dāng)密封墊圈3的平均接觸寬度LO在O. 2到O. 7毫米范圍內(nèi)時(shí)，空氣泄漏率是足夠低的。因此，由圖12可以清楚，優(yōu)選將密封墊圈3的平均接觸寬度LO設(shè)置在O. 2到O. 7毫米范圍內(nèi)，從而保證組件100的高密封性能。

進(jìn)一步地，圖12中示出的所有測量數(shù)據(jù)被分為三個(gè)集合。第一集合由密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321之間的徑向偏移量P等于O. O毫米(即，第一和第二接觸面311和321在徑向沒有彼此偏移)的那些樣例的測量數(shù)據(jù)組成。第二集合由徑向偏移量P等于O. 6毫米的那些樣例的測量數(shù)據(jù)組成。第三集合由徑向偏移量P等于1. 2毫米的那些樣例的測量數(shù)據(jù)組成。第一到第三集合的測量數(shù)據(jù)分別在圖13、14和15中示出。由圖13可見，當(dāng)徑向偏移量P等于O. O毫米時(shí)，對于某些樣例，觀察到大于Iml/min的空氣泄漏率。此外，當(dāng)徑向偏移量P等于O. O毫米時(shí)，密封墊圈3的平均接觸寬度LO很容易變大。進(jìn)一步地，如圖13所示，當(dāng)平均接觸寬度LO增加時(shí)，空氣泄漏率也增加了。作為對比，如圖14和圖15所不，當(dāng)徑向偏移量P等于O. 6暈米或1. 2暈米時(shí),空氣泄漏率小于lml/min。因此，由圖13-15可知通過使密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321徑向地彼此偏移，組件100的密封性能得到改進(jìn)；并且通過設(shè)置第一和第二接觸面311和321之間的徑向偏移量P大于或等于O. 6毫米，能保證組件100的高密封性能。而且，圖11中示出的所有的測量數(shù)據(jù)也被分為三個(gè)集合。第一集合由密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321之間的徑向偏移量P等于O. O毫米(即，第一和第二接觸面311和321在徑向沒有彼此偏移)的那些樣例的測量數(shù)據(jù)組成。第二集合由徑向偏移量P等于O. 6毫米的那些樣例的測量數(shù)據(jù)組成。第三集合由徑向偏移量P等于1. 2毫米的那些樣例的測量數(shù)據(jù)組成。第一到第三集合的測量數(shù)據(jù)分別在圖16，17和18中示出。由圖16可以看出，當(dāng)徑向偏移量P等于O. O毫米時(shí)，對于某些樣例，大于lml/min的空氣泄漏率被觀察到，即使當(dāng)緊固力矩在20至30Nm范圍內(nèi)時(shí)也是如此。作為對比，如圖17和圖18所示，在徑向偏移量P等于O. 6毫米或1. 2毫米的情況下，當(dāng)緊固力矩在20至30Nm范圍內(nèi)時(shí)，空氣泄漏率小于lml/min。此外，即使緊固力矩等于
17.5Nm或32. 5Nm并因此落在20至30Nm范圍之外，空氣泄漏率仍然小于lml/min。因此，由圖16-18可知通過使密封墊圈3的第一和第二接觸面311和321徑向地彼此偏移，組件100的密封性能得到改進(jìn)；并且通過設(shè)置第一和第二接觸面311和321之間的徑向偏移量P大于或等于O. 6毫米，能保證組件100的高密封性能。
權(quán)利要求
1.一種組件，包括 發(fā)動(dòng)機(jī)的主體，具有在其中形成的火花塞安裝孔，所述主體還具有內(nèi)螺紋部分和座面，所述內(nèi)螺紋部分在所述火花塞安裝孔的內(nèi)表面中形成，所述座面在所述火花塞安裝孔的開口端周圍形成； 火花塞，具有縱向軸和外螺紋部分，所述外螺紋部分在所述火花塞的外表面上形成，從而與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述內(nèi)螺紋部分螺紋嚙合，所述火花塞還具有落座面，所述落座面在所述外螺紋部分的一側(cè)形成，從而與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面相面對；和 大致呈圓環(huán)形的密封墊圈，插入在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面和所述火花塞的所述落座面之間，從而在其間氣密密封， 其中， 通過將所述火花塞的所述外螺紋部分?jǐn)Q入到所述主體的所述內(nèi)螺紋部分，將所述火花塞安裝到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體，其中所述密封墊圈在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面和所述火花塞的所述落座面之間彈性變形， 所述密封墊圈由屈服應(yīng)力或0. 2%彈性極限應(yīng)力大于或等于200N/mm2的金屬材料制造而成， 所述密封墊圈具有第一接觸面和第二接觸面，所述第一接觸面與所述火花塞的所述落座面接觸，所述第二接觸面與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述主體的所述座面接觸， 所述密封墊圈的所述第一接觸面和所述第二接觸面分別形成為在所述密封墊圈的橫截面上具有凸形的彎曲表面的一部分，其中截取所述橫截面以位于與所述火花塞的所述縱向軸相同的面上，并且 所述密封墊圈的所述第一接觸面和所述第二接觸面在所述火花塞的徑向方向彼此偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，用來制造所述密封墊圈的金屬材料是不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述密封墊圈的被截取以位于與所述火花塞的所述縱向軸相同的面上的橫截面呈大致的S形或大致的倒S形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其中，所述密封墊圈的所述第一接觸面和所述第二接觸面之間的徑向偏移量大于或等于0. 6毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其中，所述密封墊圈的所述第一接觸面的徑向?qū)挾萀I和所述第二接觸面的徑向?qū)挾萀2的平均值在0. 2至0. 7毫米范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述密封墊圈的被截取以位于與所述火花塞的所述縱向軸相同的面上的橫截面呈大致的S形或大致的倒S形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述密封墊圈的所述第一接觸面和所述第二接觸面之間的徑向偏移量大于或等于0. 6毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述密封墊圈的所述第一接觸面的徑向?qū)挾萀I和所述第二接觸面的徑向?qū)挾萀2的平均值在0. 2至0. 7毫米范圍內(nèi)。
全文摘要
一種組件包括發(fā)動(dòng)機(jī)主體、火花塞和密封墊圈。通過將火花塞的外螺紋部分?jǐn)Q入到發(fā)動(dòng)機(jī)主體的內(nèi)螺紋部分，將火花塞安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)主體，其中密封墊圈在發(fā)動(dòng)機(jī)主體的座面和火花塞的落座面之間彈性變形。密封墊圈由屈服應(yīng)力或0.2％彈性極限應(yīng)力不小于200N/mm2的金屬材料制造而成。密封墊圈有分別地與火花塞的落座面和發(fā)動(dòng)機(jī)主體的座面接觸的第一和第二接觸面。密封墊圈的第一和第二接觸面分別形成為具有凸形的彎曲表面的一部分，并且在火花塞的徑向方向彼此偏移。
文檔編號F02P13/00GK103061949SQ20121039936
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者阿部信男 申請人:株式會(huì)社電裝