專利名稱：整片外殼的高螺紋火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
」本發(fā)明大致涉及火花塞，更具體地，是一種具有延伸外殼和絕緣 體的火花塞。
背景技術(shù)：
火花塞作為一種引燃內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)油氣混合物的手段己使用多 年。火花塞可采用多種形式，以適應(yīng)特定的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和環(huán)境。通常，火花 塞具有被絕緣體圍繞的中央電極，其中該絕緣體設(shè)置并固定于金屬罩或外殼 內(nèi)。該外殼典型地具有多個(gè)匹配發(fā)動(dòng)機(jī)組(engineblock)內(nèi)孔螺紋的螺紋。 這些螺紋容許利用常規(guī)工具將火花塞旋擰入該孔內(nèi)。另外，該外殼包括從該 外殼臨近中央電極的末端延伸的接地電極。該接地電極與中央電極共同界定 出火花間隙。該外殼也用作接地防護(hù)罩，以提供從火花間隙到發(fā)動(dòng)機(jī)組的電 接地路徑?；鸹ㄈ炕蛎芊庠诎l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭部，以密封燃燒室并防止燃燒 氣體通過(guò)氣缸頭部?jī)?nèi)的火花塞孔逃逸。通常，該座位于螺紋上方，并與密封 墊圈相結(jié)合，該墊圈相對(duì)于螺紋為過(guò)盈配合，以在火花塞安裝過(guò)程中保持該 墊圈的位置。發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)逐漸采用多個(gè)閥、燃料噴射點(diǎn)、火花塞引燃系統(tǒng)上的 線圈、燃燒相關(guān)的傳感器以及其他特征，這對(duì)緊鄰燃燒室的汽缸頭部?jī)?nèi)的空 間提出了更高的要求，尤其是在燃燒室上方的空間，這轉(zhuǎn)而需要最小化火花 塞所需的封裝空間(space envelope),尤其是在該火花塞臨近火花間隙的下 部部分，此處火花塞暴露于燃燒室和燃燒氣體。
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在火花末端上火花塞可用的封裝空間受到限制，實(shí)踐中火花末端 處的空間是受限的，除此之外，還有發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度趨于更高的趨勢(shì)，這增 加了在該有限的封裝空間工作內(nèi)動(dòng)作的火花塞暴露部分的溫度，從而需要改 進(jìn)火花塞移除因火花塞工作動(dòng)作及相關(guān)燃燒過(guò)程(例如，需冷卻火花塞)所 產(chǎn)生的熱量的能力。另一個(gè)普遍的需求是，在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛運(yùn)行的持續(xù)期間內(nèi)，例如 50,000或甚至IOO，OOO英里的運(yùn)行期間，火花塞能夠連續(xù)工作，而無(wú)需更換 工作。這些空間限制導(dǎo)致了需使用具有較小直徑的火花塞(例如，12mm， 10mm以及更小)，以達(dá)到需要的封裝空間以及熱移除性能質(zhì)，但是制造較小 直徑的火花塞帶來(lái)了與各種火花塞組件(例如絕緣體和電極材料)性能和制 造相關(guān)的其他難題。由于通常在遠(yuǎn)離燃燒室的頭部?jī)?nèi)仍有可用的空間，可容納較大的 直徑，另一個(gè)方法是延伸火花塞外殼，使其保持有較大的上部部分(例如， 16mm)，同時(shí)減少直徑并延伸該外殼使其延伸至燃燒室，從而符合受限制的 封裝空間要求。 一種這樣的火花塞配置在發(fā)明人為Below的US5，918，571中 己公開，其描述了一種延伸外殼的火花塞，其中該外殼是用于絕緣體和接地 防護(hù)罩的兩片結(jié)構(gòu)的護(hù)座(retainer)。 Below通過(guò)以下教導(dǎo)描述了該結(jié)構(gòu)絕 緣體及其包括的中央電極軸向地穿入該柱狀外殼接地防護(hù)罩。該接地防護(hù)罩 的外展錐臺(tái)凸緣(flared frustoconical flange)嚙合絕緣體肩部，并且柱狀外 殼護(hù)座從另一端越過(guò)絕緣體，并且其內(nèi)部錐臺(tái)凸緣嚙合絕緣體的第二肩部。 然后，該護(hù)座的一部分徑向地圍繞該凸緣塌陷，以將該接地防護(hù)罩和護(hù)座固 定到一起，且其間容置有絕緣體。該成形部分還可用作火花塞的座。盡管 Below專利沒有專門涉及構(gòu)成材料，但據(jù)觀察，具有Bdow專利的配置和構(gòu) 成的商品使用鋼護(hù)座以及用于接地電極的高溫合金，例如Incone1600。該兩 片結(jié)構(gòu)伴隨有可靠性方面的問(wèn)題，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)可靠性分析時(shí)，例如失效模式 和效果分析(FMEA)，并在火花塞內(nèi)伴隨有額外機(jī)械壓迫接合(compression joint)的存在，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)故障的可能性。另外，確信，在成形部分上布置 火花塞座時(shí)，該成形部分會(huì)遭受與兩個(gè)部分相關(guān)的制造差異，從而可能使該 座的隨之產(chǎn)生變異，這有可能影響該座和火花塞的性能，以及安裝有該火花 塞的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
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盡管現(xiàn)有技術(shù)的具有延伸外殼和絕緣體的火花塞設(shè)計(jì)達(dá)到其期望 目的。但是，存在著這樣的需要，即需使火花塞配置符合封裝空間限制，同 時(shí)有效地去除多余的熱量，并足夠耐用，以經(jīng)受內(nèi)燃機(jī)的惡劣環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于在內(nèi)燃機(jī)中引燃?xì)怏w的火花塞。該火花塞 具有連接到能量源的中央電極，圍繞該中央電極的絕緣體，圍繞并接觸該絕 緣體的整片外殼以用于在該外殼內(nèi)固定該絕緣體，其中該外殼在中央部分附 近具有多個(gè)螺紋，并且接地電極連接到該外殼并在第二末端與該中央電極的 端頭對(duì)準(zhǔn)，以限定火花間隙。另外，在外殼內(nèi)于多個(gè)螺紋和接地電極之間形 成一個(gè)座，用于相對(duì)于該發(fā)動(dòng)機(jī)密封外殼。另外，該接線端具有與中央電極 相連接的第一末端以及具有連接部的第二末端，該連接部用于連接到該能量 源。在本發(fā)明的一個(gè)方面，該火花塞包括中央電極組件，其包括在一 個(gè)末端的接線端和在相對(duì)端具有火花表面的中央電極;大致為管狀的絕緣體， 其圍繞該中央電極組件；以及整片的延伸外殼，其圍繞該絕緣體，并沿其長(zhǎng) 度具有在第一末端上的成形肩部、附加部分、螺紋部分、在遠(yuǎn)離該成形肩部 的末端具有錐形座的主體部分、管延伸部以及在第二末端的接地電極，該接 地電極連接到該管延伸部，并與該火花表面間隔設(shè)置，以形成火花間隙，該 接地電極具有導(dǎo)熱芯，其中該火花塞具有大于約200的IMEP熱功率。在本 發(fā)明的另一個(gè)方面，該絕緣體在臨近火花間隙的第一末端附近具有錐形表面。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該絕緣體具有多個(gè)部分，各部分具有不 同的直徑。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該絕緣體設(shè)置于該座和中央電極端頭之 間的部分大體在其整個(gè)長(zhǎng)度上與該外殼相接觸。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，在絕緣體和臨近中央電極端頭的外殼之 間限定一個(gè)間隙。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該座具有錐臺(tái)狀形狀。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該外殼在第一末端形成的六角頭，用于 嚙合工具。
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在本發(fā)明的再一個(gè)方面，外殼內(nèi)的環(huán)形槽限定一個(gè)窄壁，其中該
環(huán)形槽設(shè)置在該座和該多個(gè)螺紋之間。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該絕緣體的一個(gè)部分設(shè)置于該外殼外部。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該連接部具有的高度等于或小于設(shè)置于 該外殼外部的該絕緣體第三部分的高度。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，由所述主體部分形成熱鎖密封，其位于 該主體部分和該絕緣體之間。在本發(fā)明的再一個(gè)方面， 線端之間具有至少0.9英寸的距離。在本發(fā)明的再一個(gè)方面， 芯由Cu合金組成。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，在本發(fā)明的再一個(gè)方面， 芯由Cu合金組成。在本發(fā)明的再一個(gè)方面， 花端頭。在本發(fā)明的再一個(gè)方面， 鉤合金中的一種組成。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該鉑族金屬包括從由鉑、銥、銠、鈀、 釕和錸組成的組中選取的至少一種元素。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，該鉑族金屬進(jìn)一步包括從由鎳、鉻、鐵、 錳、銅、鋁、鈷、鎢、釔、鋯、鉿、鑭、鈰和釹組成的組中選取的至少一種 元素。
該絕緣體在該外殼的軋制肩部和所述接 該接地電極由Ni合金組成，并且該導(dǎo)熱
該中央電極包括導(dǎo)熱芯。 該中央電極由Ni合金組成，并且該導(dǎo)熱
該中央電極和該接地電極進(jìn)一步包括火
該火花端頭由金、金合金、鉑族金屬或


結(jié)合以下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)
更容易理解，其中-圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的火花塞的橫截面示意圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的絕緣體的橫截面示意圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式在連接到接地電極之前的外殼
的橫截面示意圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的與接地電極連接后外殼的正視
圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的接線端的截面視圖；
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的中央電極的正視圖；
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，具有連接到其火花末端的火花 端頭的中央電極的正視圖；圖8是圖7中火花端頭的放大視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，接地電極和外殼的管部分的局 部橫截面視圖；圖IO是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，絕緣體和接線端組件的橫截面 視圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同或?qū)?yīng)的部分，在圖1 中顯示了根據(jù)本發(fā)明的火花塞10?；鸹ㄈ鸌O包括一般以12表示的絕緣體， 一般以24表示的延伸外殼，以及一般以16表示的中央電極組件。延伸外殼 24優(yōu)選地由鋼合金(例如，1215鋼)或類似材料制成，并配置為容納或抓固 絕緣體12和中央電極組件16，這將在以下更詳細(xì)地描述。絕緣體14通常為 由氧化鋁或類似材料制成的柱狀狹長(zhǎng)元件。外殼24具有一個(gè)部分，其包括由 其延仲的接地電極26，以下將進(jìn)一步描述。圖1顯示了在將該外殼和絕緣體 如此處所述熱鎖(hotlocking)到一起之前接近完全組裝情況下的火花塞10。 當(dāng)如此處所述熱鎖后的完全組裝的情況下，外殼24的搭扣區(qū)域32當(dāng)被施加 壓力并對(duì)該元件加熱時(shí)，會(huì)至少部分塌陷，該施加的壓力迫使外殼在該元件 上方或下方的部分與絕緣體12壓迫嚙合。大致上講，以下元件的描述，尤其 是關(guān)于絕緣體12和外殼24的相嚙合部分，給出的為完全組裝的情形(例如， 熱鎖操作已進(jìn)行)。參考圖1和2，火花塞10包括管狀陶瓷絕緣體，總體表示為12， 其優(yōu)選地由氧化鋁或其他具有特定介電強(qiáng)度、高機(jī)械強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、和優(yōu) 秀的耐熱沖擊的其他合適材料制成。絕緣體12可在極端壓力下干式塑模，然 后利用熟知的工藝在高溫下燒結(jié)。絕緣體12具有一個(gè)外部表面，其可包括部分暴露的上部柱狀部分14， 一個(gè)彈性體火花塞護(hù)套(圖未示)圍繞并緊抓該 部分，以保持與引燃系統(tǒng)的可操作的電連接。如圖1所示，該暴露的柱狀部 分14可包括一系列肋條(圖未示)，以提供對(duì)火花或次級(jí)電壓"飛弧"的附
加保護(hù)，并增強(qiáng)與彈性體火花塞護(hù)套的夾持。絕緣體12大致上為管狀或環(huán)狀 結(jié)構(gòu)，包括中央通道18，其在臨近接線終端20的上部部分19和臨近芯孔末 端22的下部部分21之間縱向延伸。中央通道18具有變化的橫截面面積，大 致上在接線終端20處或其附近最大，在芯孔末端22處或其附近最小。再次 參考圖1和圖2，大致為管狀的絕緣體12圍繞以下所述的中央電極組件16。 絕緣體12通常包括不同直徑的一連串的管狀部分60。這些管狀部分包括第 一絕緣體部分62，其圍繞接線端頭40的柱部分41 。第一絕緣體部分62過(guò)渡 到第一絕緣體肩部63，其與所述外殼24的成形肩部30受壓嚙合，并過(guò)渡到 第二絕緣體部分64。第二絕緣體部分64具有的直徑大于第一絕緣體部分62 的直徑，并容置于所述的第一外殼部分72內(nèi)。第二絕緣體肩部65與第一外 殼肩部73受壓嚙合，并過(guò)渡到第三絕緣體部分66。第三絕緣體部分66的直 徑小于第二絕緣體部分64的直徑，并優(yōu)選地小于第一絕緣體部分62的直徑， 并容置于第二外殼部分74內(nèi)。第三絕緣體肩部67與第二外殼肩部28受壓嚙 合，并過(guò)渡到第四絕緣體部分68。第四絕緣體部分68具有的直徑小于第三 絕緣體部分的直徑。第四絕緣體部分68容置于第三外殼部分76內(nèi)，并包括 錐形的芯孔部分69。第四絕緣體部分68及其芯孔部分69容置大部分的中央 電極48。電極從外殼24的管延伸部35延伸，并臨近火花間隙54。第四絕緣 體部分68和管延伸部在從火花塞去除熱量方面起重要作用，并且這些部件的 傳熱性質(zhì)在建立火花塞工作溫度及其IMEP功率方面作用顯著。第四絕緣體 部分68和第三外殼部分76充分接近地間隔開，并通過(guò)所述第三外殼部分從 第四絕緣體部分有效的移走熱量。絕緣體IO還優(yōu)選地包括凹口 80，其適合 于當(dāng)絕緣體12和外殼48被如本文所述熱鎖時(shí)，接收搭扣區(qū)域32的一部分。
如圖1、 3和4所示， 一個(gè)導(dǎo)電的，優(yōu)選地為金屬的延伸外殼一般 表示為24。以16mm火花塞為例，"延伸"意味著外殼24的總長(zhǎng)度符合約 1.2英寸或更長(zhǎng)。延伸外殼24可由任何合適的金屬制成，包括多種涂層鋼合 金和未涂層的鋼合金，例如1215鋼。外殼24可通過(guò)電鍍或其他方法涂覆保 護(hù)涂層，例如Ni或Ni合金。延伸外殼24具有大致上環(huán)狀的內(nèi)部表面或孔70，其圍繞所述絕緣體12的外部表面，并適合與其受壓并密封嚙合，并包括 至少一個(gè)相連接的接地電極26。外殼24圍繞下部部分，包括絕緣體12的第 二絕緣體部分64、第三絕緣體部分66和第四絕緣體部分68，并包括至少一 個(gè)接地電極26。盡管圖4中顯示了未彎曲之前的接地電極26，并且在圖1 中為傳統(tǒng)的L狀類型，但應(yīng)當(dāng)理解，可根據(jù)所需的電極配置以及火花塞10 的期望應(yīng)用，可替換L狀、直的或彎曲結(jié)構(gòu)的多種接地電極。延伸外殼24在其主體部分內(nèi)具有大致上管狀或環(huán)狀的孔70，并包 括下部受壓凸緣或第二肩部28，其適合于相對(duì)絕緣體12的第三絕緣體肩部 67受壓接觸。延伸外殼24進(jìn)一步包括上部受壓凸緣或成形肩部30，其在組 裝工作中起皺或成形以與絕緣體12的第一絕緣體肩部63受壓接觸。成形肩 部30是由如圖3和4所示的變形之前的肩部分29成型產(chǎn)生的，。延伸外殼還 可包括變形區(qū)域32，其被設(shè)計(jì)為適合于在成形肩部30變形過(guò)程中或其后， 當(dāng)對(duì)可變形區(qū)域32加熱并施加巨大的軸向壓力時(shí)，軸向并徑向向內(nèi)地塌陷， 從而將延伸外殼24相對(duì)絕緣體12保持在固定的軸向位置內(nèi)，并在絕緣體12 和延伸外殼24之間形成氣密徑向密封?？稍诮^緣體12和外殼24之間插設(shè)墊 圈、粘合劑、或其他密封部件，以完善氣密密封，并增強(qiáng)組裝后火花塞10 的結(jié)構(gòu)完整性。該外殼具有附加部分34，例如工具接收六角體34或其他用于在燃 燒室開口內(nèi)拆卸和安裝火花塞的特征。該特征尺寸優(yōu)選地符合相關(guān)應(yīng)用中此 類型的標(biāo)準(zhǔn)工具尺寸。該六角體尺寸與相關(guān)應(yīng)用中的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符合。當(dāng)然， 某些應(yīng)用可能需要六角體之外的接收接口，例如接收標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)扳手的溝槽， 或者在競(jìng)技用火花塞或其它環(huán)境下應(yīng)用中所知的其他特征。在附加部分34 下方形成螺紋部分36，用于與發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭部?jī)?nèi)的螺紋孔相嚙合。緊接螺紋 部分36下方的是主體部分37。主體部分37在遠(yuǎn)離成形肩部30的末端具有 密封座38。該座38可以是與墊圈(圖未示)相配對(duì)的方形肩部，以提供火 花塞IO設(shè)置于汽缸頭部?jī)?nèi)的合適接口，并提供外殼24的外部表面和燃燒室 開口內(nèi)螺紋孔(圖未示)之間的空間熱氣密封。可替換的以及優(yōu)選地，密封 座38可設(shè)計(jì)為沿外殼24主體部分37的下部末端設(shè)置的錐形座，該汽缸頭部 也典型地設(shè)計(jì)為適用于此類型火花塞的匹配錐部，以在汽缸頭部?jī)?nèi)提供緊公 差和自密封安裝。設(shè)置在密封座38之下的是管延伸部35。管延伸部35在長(zhǎng)度上可以為0.85英寸，其外徑大致上小于約0.40英寸，壁厚度為約0.060英 寸，并使火花塞滿足臨近燃燒室的減小的封裝空間要求，同時(shí)還提供了與火 花塞10其他部件的必要接口。連接到管延伸部35自由端的是接地電極26。如圖3和4所示，延伸外殼24具有環(huán)狀孔70，其帶有變化直徑的 多個(gè)部分，這些部分的直徑從成形肩部30到管延伸部35的自由末端逐漸減 小。它們包括與成形肩部30和附加部分34相聯(lián)的第一外殼部分72。從第一 外殼部分72延伸的是第一外殼肩部73，其適于與第二絕緣體肩部65受壓嚙 合，并過(guò)渡到第二外殼部分74。第二外殼部分.74與螺紋部分36以及所述主 體部分37靠近成形肩部30設(shè)置的一端相聯(lián)，從第二外殼部分74延伸的是第 二外殼肩部28，其適于與第三絕緣體肩部67受壓嚙合。第二外殼肩部28過(guò) 渡到第三外殼部分76，其與所述主體部分37的遠(yuǎn)離成形肩部30的另一端以 及管延伸部35相聯(lián)。如圖1所示，導(dǎo)電的接線端頭40部分地設(shè)置于絕緣體12的中央 通道18內(nèi)，并從暴露的頂部桿39縱向延伸到嵌入中央通道18中途的底部末 端41。該頂部桿可以是短小的桿部，其具有約為0.35英寸的減小的高度，或 者可具有更加常規(guī)的高度。其適于連接到引火線接線端(圖未示)，并接收通 過(guò)在火花間隙54內(nèi)產(chǎn)生火花而點(diǎn)燃或工作火花塞10所需要的定時(shí)的高壓放 電。接線端頭40的底部末端41嵌入導(dǎo)電玻璃密封42內(nèi)，形成復(fù)合的 三層抑制器密封封隔的頂層。該導(dǎo)電玻璃密封用于密封接線端頭40的底部末 端41，并將它電連接到電阻層44。電阻層44包括三層抑制器密封封隔43 的中間層，其可由任何合適的復(fù)合物組成。根據(jù)所需要的安裝和所用的引燃 系統(tǒng)類型，電阻層44可設(shè)計(jì)成作為更傳統(tǒng)的電阻抑制器，或者可選地，作為 低阻抗。緊接電阻層44下方，另一個(gè)導(dǎo)電玻璃密封46作為抑制器密封封隔 43的底層或下層，并將接線端頭40和抑制器密封封隔43電連接到中央電極 48。頂層42和底層46可由相同或不同的導(dǎo)電材料制成。很多其他玻璃配置 和其他密封和EMI抑制器是熟知的，并也可用于本發(fā)明。因此，來(lái)自于引燃 系統(tǒng)的電流通過(guò)接線端頭40的底部末端41運(yùn)行到導(dǎo)電玻璃密封42的頂部， 通過(guò)電阻層44，然后進(jìn)入下部導(dǎo)電玻璃密封層46。如圖1所示，導(dǎo)電中央電極48部分地設(shè)置于中央通道18內(nèi)，并從其嵌入下部玻璃密封層46內(nèi)的頭部延伸至其臨近接地電極26的暴露的火 花末端50。抑制器密封封隔43電連接接線端頭40和中央電極48，并同時(shí)密 封中央通道18以防止燃燒氣體泄漏，并且還抑制了從火花塞10發(fā)出的射頻 噪聲。如圖所示，中央電極48優(yōu)選地為整片的一體結(jié)構(gòu)，其在頭部和火花末 端50之間連續(xù)地和不間斷地延伸。導(dǎo)電中央電極48優(yōu)選地由結(jié)合有高導(dǎo)熱 率以及高溫強(qiáng)度和耐腐蝕的導(dǎo)電材料形成。用于導(dǎo)電中央電極48的合適材料 為多種Ni-基合金，包括多種鎳-鉻-鐵合金，例如大致由UNSN06600命名的 那些合金，以及以Inconel600 、 Nicrofer 7615 、和Ferrochronin 600⑧商標(biāo)銷
售的合金，以及多種稀釋鎳合金，例如包括重量比至少為92%的鎳的合金；
以及由鋁、硅、鉻、鈦和錳組成的組中的至少一種元素。這些合金還可包括 稀土合金添加物，以增強(qiáng)合金的特定的高溫屬性，例如從由釔、鉿、鑭、鈰 和釹組成的組中選取的至少一種元素。它們還可結(jié)合入少量的鋯和硼，以進(jìn)
一步增強(qiáng)其高溫屬性，如共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)11/764,517和 11/764,528，于2007年6月18日提交(代理案巻號(hào)分別為No. 710240-2686 和710240-2763)，其通過(guò)引用被整體合并入此處。接地電極26和中央電極48中的任一個(gè)或兩個(gè)同時(shí)都帶有導(dǎo)熱 芯。圖l和9中所示的為在接地電極26內(nèi)的該芯27。在圖7和8中所示的 為中央電極48內(nèi)的芯49。導(dǎo)熱芯由高導(dǎo)熱率(例如，》250W/M*a K)的 材料制成，例如銅或銀或它們?nèi)我环N的合金。高導(dǎo)熱芯可用作散熱片，以在 火花塞工作以及相關(guān)的燃燒過(guò)程中幫助將熱量從火花間隙54排出，從而降低 了該區(qū)域內(nèi)電極的工作溫度，并進(jìn)一步增強(qiáng)了它們的性能以及對(duì)降解過(guò)程的 耐抗性。點(diǎn)火端頭52可選地設(shè)置在中央電極48的火花末端50，如圖1、 7和8所示。點(diǎn)火端頭52提供火花表面53，用于發(fā)射穿過(guò)火花間隙54的電 子。用于中央電極48的點(diǎn)火端頭52可由墊片狀、線狀或鉚釘狀的元件根據(jù) 任何已知技術(shù)制成，包括松件成形(loose piece formation)以及后續(xù)的通過(guò) 電阻焊、激光焊、或其結(jié)合的多種形式的連接，該元件可由任何已知的貴金 屬或高性能合金制成，包括，但不限于，金、金合金、鉑族元素或鎢合金。 金合金包括Au-Pd合金，例如Au-40Pd (重量百分比)合金。鉑族金屬包括 鉬、銥、銠、鈀、釕和錸，以及其任何組合的合金。為該申請(qǐng)目的，錸基于其高熔點(diǎn)和其他類似于鉬族金屬某些性質(zhì)的高溫性質(zhì)，也被包含在鉑族金屬
的定義之內(nèi)。點(diǎn)火端頭52也可由多種鎢合金制成，包括W-Ni、 W-Cu和 W-Ni-Cu合金。用于點(diǎn)火端頭52的其他合金元素可包括，但不限于，鎳、鉻、 鐵、錳、銅、鋁、鈷、鎢、鋯，以及稀土元素，包括釔、鑭、鈰和釹。事實(shí) 上，在燃燒環(huán)境中具有良好耐腐蝕和侵蝕性能的任何材料可適用于點(diǎn)火端頭 52的材料組分中。另外，點(diǎn)火端頭52可以是組合端頭52，其具有遠(yuǎn)離中央 電極48設(shè)置的自由末端部分，該部分具有火花表面53，其為貴金屬或高性 能合金，例如上述的那些，以及基體末端部分，其在基體末端上連接到中央 電極48，而另一末端上連接到自由末端部分。該基體末端部分可以是適于連 接到自由末端部分的任何合適材料，例如上述Ni基電極材料。該自由末端部 分和基體末端部分可通過(guò)任何合適的連接手段結(jié)合到一起，例如多種形式的 焊接。根據(jù)自由末端部分和基體末端部分所選擇的材料以及采用的結(jié)合方法， 組合火花端頭52還具有在它們之間的結(jié)合部。該結(jié)合部的熱膨脹系數(shù)(CET) 可能在自由末端部分和基體末端部分所用材料的CET之間，或者落入該范圍 之外，這取決于自由末端部分和基體末端部分所選擇的材料和用于形成該連 接部的方法。該組合的或多層的火花端頭結(jié)構(gòu)可成型為線狀或帶頭的鉚釘。 該端頭結(jié)構(gòu)及制造和使用它們的方法在于2006年11月20日提交的共同轉(zhuǎn)讓 的待審美國(guó)專利申請(qǐng)U/602，028; 11/602,146;以及11/602,169 (代理案巻號(hào) 分 另U 為 IG國(guó)40472-l(710240-2999)，IG-40472-2(710240-3000) 和 IG-40472-3(710240-3040))中進(jìn)一步進(jìn)行了解釋，其通過(guò)引用被整體合并入 此處。這些火花端頭具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括相比于完全采用貴金屬或高性能合 金的端頭減少了材料成本。它們還更容易焊接到中央或接地電極，因?yàn)樵摶?體末端可由與制造電極所用的相同或類似的合金形成，例如多種鎳基合金。 因?yàn)樗鼈兛捎膳c電極相同或類似的合金制成，它們也可具有顯著降低的CTE 不匹配性，這增強(qiáng)了對(duì)熱應(yīng)力和火花端頭基體部分和電極交界處的周期感應(yīng) 斷裂和破裂的耐抗性。如圖l所示，可能最優(yōu)選的，接地電極26從鄰近外殼24的固定 末端56延伸到鄰近火花間隙54的遠(yuǎn)端58。接地電極26可以是典型的矩形 橫截面，包括圍繞銅或其他導(dǎo)熱材料芯的鎳基合金外殼(參見圖1和9)?；鸹ㄈ?0已證明具有約212的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IMEP功率，確信該結(jié)構(gòu)的火花塞可以例行地達(dá)到200或以上的IMEP功率，尤其是結(jié)合有上述類 型的帶芯中央和接地電極時(shí)?；鸹ㄈ?0還避免了兩片的外殼結(jié)構(gòu)以及所述相
關(guān)聯(lián)的潛在限制，包括需要對(duì)一部分外殼使用高溫合金。這些確信提供了顯 著的可靠性和成本優(yōu)勢(shì)。大致上，接線端組件16的元件在絕緣體中組裝，以形成所述的 絕緣體和接線端組件17。絕緣體和接線端組件17插設(shè)入在外殼24的末端處 的可成形的部分29，并如本文所述固定入外殼24內(nèi)。這種從單個(gè)末端插設(shè) 和組裝的方法相比以前兩片外殼時(shí)所使用的組裝方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，按以 前的方法單個(gè)外殼部分必須在絕緣體的兩個(gè)相對(duì)端插設(shè)并結(jié)合到一起，以形 成火花塞外殼。根據(jù)相關(guān)的法律標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，因此該描述是示例性 的，而非限制。披露的實(shí)施方式的多種變換和修正對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言 是明顯的，因此均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的法定保護(hù)范圍僅由 后附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.火花塞，其包括中央電極組件，其包括一個(gè)末端的接線端和在相對(duì)端具有火花表面的中央電極；大致為管狀的絕緣體，其圍繞所述中央電極組件；以及整片的延伸外殼，其圍繞所述絕緣體，并沿其長(zhǎng)度具有在第一末端上的成形肩部、附加部分、螺紋部分、在遠(yuǎn)離該成形肩部的末端具有錐形座的主體部分、管延伸部以及在第二末端的接地電極，該接地電極連接到所述管延伸部，并與所述火花表面間隔設(shè)置以形成火花間隙，所述接地電極具有導(dǎo)熱芯，其中所述火花塞具有大于約200的IMEP熱功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述附加部分包括六角頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，進(jìn)一步包括由所述主體部分形成的熱 鎖密封，其位于所述主體部分和所述絕緣體之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述絕緣體在所述外殼的所述軋 制肩部和所述接線端之間具有至少0.9英寸的距離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述接地電極包括Ni合金，并 且所述導(dǎo)熱芯包括Oi合金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述中央電極包括導(dǎo)熱芯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的火花塞，其中所述中央電極包括Ni合金，并 且所述導(dǎo)熱芯包括Cii合金。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述中央電極和所述接地電極中 的至少一種進(jìn)一步包括火花端頭。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的火花塞，其中所述火花端頭包括金、金合金、 鉑族金屬或鎢合金中的一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的火花塞，其中所述鉑族金屬包括從由鉑、銥、 銠、鈀、釕和錸組成的組中選取的至少一種元素。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的火花塞，其中所述鉑族金屬進(jìn)一步包括從由 鎳、鉻、鐵、錳、銅、鋁、鈷、鎢、釔、鋯、鉿、鑭、鈰和釹組成的組中選 取的至少一種元素。
12. —種火花塞，其包括中央電極組件，其包括一個(gè)末端的接線端和在相對(duì)端的具有火花表面的中央電極；整片的延伸外殼，沿其長(zhǎng)度具有在第一末端上的成形肩部、附加部分、 螺紋部分、在遠(yuǎn)離該成形肩部的末端具有錐形座的主體部分、管延伸部以及 在第二末端的接地電極，該接地電極連接到所述管延伸部，并與所述火花表 面間隔設(shè)置以形成火花間隙，所述外殼具有帶有變化直徑部分的環(huán)形孔，該 直徑從所述成形肩部到所述第二末端逐漸地減小，所述外殼包括與所述成形 肩部和所述附加部分相連的第一外殼部分，該第一外殼肩部過(guò)渡到與所述螺 紋部分和所述主體部分朝向所述成形肩部的末端相連的第二外殼部分，該第 二外殼肩部過(guò)渡到與所述主體部分遠(yuǎn)離所述成形肩部的末端和所述管延伸部相連的第三外殼部分，所述接地電極具有導(dǎo)熱芯；大致上管狀的絕緣體，其圍繞所述中央電極組件，所述絕緣體具有變化 直徑的管狀部分，該部分包括圍繞所述接線端的第一絕緣體部分；與所述成 形肩部受壓嚙合并過(guò)渡到第二絕緣體部分的第一絕緣體肩部，該第二絕緣體 部分具有的直徑大于所述第一絕緣體部分的直徑，并容置于所述第一外殼部 分內(nèi)；與所述第一外殼肩部受壓嚙合并過(guò)渡到第三絕緣體部分的第二絕緣體 肩部，該第三絕緣體部分具有的直徑小于所述第二絕緣體部分的直徑，并容 置于所述第二外殼部分內(nèi)；與所述第二外殼肩部受壓嚙合并過(guò)渡到第四絕緣 體部分的第三絕緣體肩部，該第四絕緣體部分具有的直徑小于所述第三絕緣 體部分的直徑，并容置于所述第三外殼部分內(nèi)；以及容置所述電極的錐形芯 末端(noseend)，該電極從所述管延伸部延伸，并臨近該火花間隙；其中所 述第四絕緣體部分和所述第三外殼部分被充分接近地間隔開，并工作通過(guò)所 述第三外殼部分從所述第四絕緣體部分有效移走熱量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，其中所述第四絕緣部分沿其長(zhǎng)度具 有可控的最大直線度波動(dòng)偏差。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，其中所述最大直線度波動(dòng)偏差是 0細(xì)英寸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，其中所述火花塞具有至少200的 IMEP熱功率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，其中所述附加部分包括六角頭。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，進(jìn)一步包括由所述主體部分形成的熱鎖密封，其位于所述主體部分和所述第三絕緣體之間。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，其中所述第一絕緣體部分在所述外 殼的所述軋制肩部和所述接線端之間具有至少0.9英寸的飛弧距離。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，其中所述接地電極包括Ni合金， 并且所述導(dǎo)熱芯包括Cu合金。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火花塞，其中所述中央電極和所述接地電極 中的至少一種進(jìn)一步包括火花端頭。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的火花塞，其中所述火花端頭包括金、金合金、 鉑族金屬或鎢合金中的一種。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的火花塞，其中所述鉑族金屬包括從由鉑、銥、 銠、鈀、釕和錸組成的組中選取的至少一種元素。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的火花塞，其中所述鉬族金屬進(jìn)一步包括從由 鎳、鉻、鐵、錳、銅、鋁、鈷、鎢、釔、鋯、鉿、鑭、鈰和釹組成的組中選 取的至少一種元素。
全文摘要
披露了一種用于引燃內(nèi)燃機(jī)內(nèi)氣體的火花塞。該火花塞具有中央電極，絕緣體，整片的外殼，以及接線端。該中央電極與能量源相連接。該絕緣體圍繞該中央電極。該整片外殼圍繞并接觸該絕緣體，用于在外殼內(nèi)固定該絕緣體，其中該外殼在第一末端附近具有多個(gè)螺紋，并且接地電極連接到該外殼并在第二末端與該中央電極的端頭對(duì)準(zhǔn)，以限定火花間隙。另外，在外殼內(nèi)于多個(gè)螺紋和接地電極之間形成一個(gè)座，用于相對(duì)于該發(fā)動(dòng)機(jī)密封外殼。該接線端具有與中央電極相連接的第一末端以及具有連接部的第二末端，該連接部用于連接到該能量源。
文檔編號(hào)H01T13/20GK101517850SQ200780035248
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者理查德·E·卡拉漢, 邁克爾·S·約瑟夫, 馬克·麥克默里 申請(qǐng)人:費(fèi)德羅-莫格爾公司