火花塞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種火花塞(5；5′)，其可包括圍繞絕緣體(15；115)下部的外殼(20；120)。外殼(20；120)可設(shè)有工具接合部(25；125)、配置為接觸內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋(200)的對(duì)應(yīng)密封結(jié)構(gòu)的密封面(30；130)、具有配置成將火花塞(5；5′)擰進(jìn)氣缸蓋(200)的螺紋孔口(210)的螺紋直徑(D)的氣缸接合螺紋部(40；140)、和在肩部(30；130)與氣缸接合螺紋部(40；140)之間延伸的中間部分(35；135)。中間部分(35；135)可具有長度(L1)，其中：0.20<＝L1/D<＝0.80，并且L1為所述長度且D為所述螺紋直徑。本發(fā)明還涉及具有用于這類火花塞(5；5′)的孔口(210)的氣缸蓋(200)，并且涉及適配的火花塞套管(300)。
【專利說明】火花塞

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般地，本發(fā)明涉及經(jīng)配置在內(nèi)燃機(jī)中使用的火花塞。具體地，本發(fā)明涉及經(jīng)配置在氣體發(fā)動(dòng)機(jī)，例如通過氣體燃料(諸如天然氣、頁巖氣、礦氣、生物氣、填埋氣、沼氣和合成氣)操作的內(nèi)燃機(jī)中使用的火花塞。另外，本發(fā)明涉及火花塞套管和氣缸蓋，這兩者皆構(gòu)造成能使本文描述類型的火花塞擰入。

【背景技術(shù)】
[0002]火花塞的功能為將點(diǎn)火能量引入到燃燒室中，并且通過在其電極之間的電火花引發(fā)空氣-燃料混合物的燃燒。為此，火花塞必需使用電子點(diǎn)火系統(tǒng)來操作，可出現(xiàn)高達(dá)30，000V或甚至更高的電壓?；鸹ㄈ胖迷谌紵抑凶钸m合點(diǎn)燃?jí)嚎s的空氣-燃料混合物的點(diǎn)處。在所有操作條件下，火花塞必須在不產(chǎn)生泄漏并且不過熱的情況下將點(diǎn)火能量引入燃燒室?；鸹ㄈ仨氃O(shè)計(jì)為禁得起操作條件?；鸹ㄈ┞队谌紵覂?nèi)的周期循環(huán)變化和外部氣候條件兩者。因此，火花塞必需滿足高的機(jī)械需求，并且必須抵抗化學(xué)和熱應(yīng)力。其特別適用于在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中使用的火花塞。
[0003]為將火花塞安裝在氣缸蓋中，火花塞可具有從肩部或布置在該位置的附設(shè)外部墊圈的密封面延伸到火花塞的圓柱形中心電極從絕緣體鼻部突出的端面的外螺紋。盡管火花塞暴露在極高溫度下，但將火花塞直接坐設(shè)在氣缸蓋的配合表面上是必要的，火花塞與氣缸蓋之間的密封借助于平座或錐形座實(shí)現(xiàn)。平座的改型可在火花塞外殼上使用附設(shè)墊圈作為密封元件。所述墊圈可專門成形并且如果安裝正確就提供長久彈性密封。在錐形座的情況下，不使用墊圈，火花塞外殼的錐形表面直接密封在氣缸蓋的配合表面上。這類火花塞在，例如 DE 2 022 685 A、US 8, 053, 964 B2、US 7, 977, 856 B2、US 2，500，395、US D589,880 S、US 2010/0116039 AUUS 3，313，972、US2, 521，647，和 US 3, 113, 232 中示出。
[0004]在US 2007/0236122 Al中示出了預(yù)燃室火花塞。
[0005]US 2007/0126330 Al示出了具有向上延伸到火花塞的金屬外殼的肩部的外螺紋的火花塞。
[0006]在DE 196 36 537 Al中，火花塞包括具有與火花塞外螺紋直徑相同的直徑的圓柱形中間部分。中間部分布置在火花塞墊圈的密封面與外螺紋之間。圓柱形中間部分不具有外螺紋。其可增加火花塞的有效夾緊長度，并且因此，其可減少火花塞松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0007]在DE 2 022 685中示出了與DE 196 36 537 Al類似的火花塞。并且，中間部分或擴(kuò)展部分在火花塞的外螺紋與肩部之間延伸。在此，中間部分用作延伸部分，并且不具有外螺紋。與DE 196 36 537 Al的火花塞相反，DE 2 022 685的擴(kuò)展部分具有小于火花塞外螺紋的直徑。該火花塞中間部分或擴(kuò)展部分的長度大于螺紋的外直徑。擴(kuò)展部分可導(dǎo)致火花塞的支承螺紋面直接布置在累積熱量主要部分的壁開口處。
[0008]在US 2005/0284454 Al中，公開了用于具有火花塞的內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置?；鸹ㄈ臍んw具有將布置在安裝孔中的安裝部，該安裝孔提供在內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋中。安裝部包括螺旋部和非螺旋部。螺旋部被螺旋緊固至安裝孔。非螺旋部未被螺旋緊固到安裝孔。緊固部具有長度L。當(dāng)長度L為26.5mm時(shí)，非螺旋部的長度b最大可以為16.5mm。當(dāng)緊固部的長度L不符合ISO標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，非螺旋部的長度b將為O < b < (L-10)。
[0009]從FR 2 091 351或DE 2 022 685中已知用于火花塞的另一種殼體。在此，火花塞包括連接器、連接到連接器的中心電極、圍繞中心電極的絕緣體、和圍繞絕緣體下部的外殼。提供有工具接合部。氣缸接合螺紋部構(gòu)造成將火花塞擰入氣缸蓋的螺紋孔中。中間部分在肩部與氣缸接合螺紋部之間延伸。至少一個(gè)接地(凸面)電極布置在氣缸接合螺紋部的一端。
[0010]GB 2 202 274 A中示出了內(nèi)燃機(jī)火花塞配件。在此，通過將適配器插入到在燃燒室壁中的標(biāo)準(zhǔn)火花塞開口中，可減少發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比。適配器包括被完全擰入壁中的標(biāo)準(zhǔn)螺紋開口中并且形成為延伸到燃燒室的延伸室的具有外螺紋的管狀安裝部。火花塞被擰入適配器的內(nèi)螺紋孔口中，以便將其電極放置在延伸室內(nèi)。
[0011]本發(fā)明至少部分涉及改善或克服現(xiàn)有系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在本發(fā)明的第一方面，火花塞可包括連接器、連接到連接器的中心電極、圍繞中心電極的絕緣體、和圍繞絕緣體下部的外殼。外殼可設(shè)有工具接合部、接觸內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的對(duì)應(yīng)密封面的密封面、和氣缸接合螺紋部。氣缸接合螺紋部可具有配置成將火花塞擰入內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的螺紋孔口中的螺紋直徑?？蛇x地，火花塞可擰進(jìn)火花塞套管中，所述火花塞套管被擰進(jìn)氣缸蓋中。中間部分可在密封面與氣缸接合螺紋部之間延伸。中間部分可具有長度L1O另外，可滿足以下關(guān)系:0.20< = L1AK = 0.80，其中L1為中間部分的長度，且D為火花塞外螺紋的螺紋直徑?；鸹ㄈ€可包括布置在氣缸螺紋部一端的至少一個(gè)接地電極。
[0013]在本發(fā)明的又一方面，用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋可包括配置成接納本文中公開類型的相關(guān)火花塞的至少一個(gè)孔口。每個(gè)孔口可具有設(shè)有第一內(nèi)壁并且具有第一直徑和第一長度的第一孔口部分。第二孔口部分可設(shè)有具有內(nèi)螺紋直徑和第二長度的內(nèi)螺紋，其中:0.20〈=L1ZlK = 0.80并且L1為所述第一長度，且D為所述螺紋直徑。
[0014]在本發(fā)明的另一方面，火花塞套管可配置成插入內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋中?；鸹ㄈ坠芸砂ㄔO(shè)有外螺紋的套管主體，該外螺紋配置成將火花塞套管擰入內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的接納孔口中。具有大直徑部分和小直徑部分的級(jí)形孔口可設(shè)置在套管中。用于接觸本文中公開類型的火花塞的配合密封面的密封面可在大直徑部分與小直徑部分之間形成。小直徑部分可具有:第一孔口部分，該第一孔口部分具有帶有第一直徑和第一長度的圓周內(nèi)壁；以及第二孔口部分，該第二孔口部分設(shè)有具有螺紋直徑和第二長度的內(nèi)螺紋，其中:0.20< = L1ZtK=0.80，并且L1S所述第一長度，且D為所述螺紋直徑。
[0015]從以下描述和附圖中，本發(fā)明的其他特征和方面將顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的火花塞的第一示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0017]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的火花塞的第二示例性實(shí)施例，此類火花塞也稱為燃燒室火花塞；
[0018]圖3示出內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的一部分的截面圖，該氣缸蓋包括配置成接納本文中公開類型的火花塞的級(jí)形孔口 ；以及
[0019]圖4示出火花塞套管的示例性實(shí)施例，該火花塞套管配置成接納本文中公開類型的火花塞并且配置為擰入內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋中。

【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的火花塞5的第一示例性實(shí)施例?；鸹ㄈ?可包括高壓連接器10和陶瓷絕緣體15。金屬外殼20可圍繞絕緣體15的下部。金屬外殼可具有六邊形區(qū)段25，并且可形成有密封面30。密封面30可以為外殼20肩部的一部分。具有長度1^2的外螺紋40可形成在外殼20的下部的外圓周上。中間部分35可設(shè)置在外殼20的螺紋部40與密封面30之間。中間部分35可具有長度L1和直徑dp中間部分的外圓周可形成為無螺紋。
[0021]中間部分35的外直徑Cl1可等于或小于外螺紋40的直徑D。作為替換，中間部分35的外直徑Cl1可大于外螺紋40的直徑D。在中間部分35的外直徑d i大于外螺紋40的直徑D的情況下，火花塞的強(qiáng)度可增加。另外，從火花塞到氣缸蓋或火花塞套管的可能熱量流失可增加。
[0022]中心電極45可延伸到螺紋部40之外并且靠近又稱為L電極的接地電極50。
[0023]如圖1所示的火花塞5可設(shè)計(jì)成使得中間部分35的長度1^與外螺紋的外徑D的比例關(guān)系為大于0.20且小于0.80。另外，Cl1,即中間部分35的外直徑，等于或小于外螺紋40的外徑。由于火花塞5的這種設(shè)計(jì)，所以如果火花塞5被擰入氣缸蓋200 (參見，例如，圖3和圖4)的對(duì)應(yīng)孔口中，就可獲得更高的且更穩(wěn)定的預(yù)應(yīng)力。中間部分35在密封面與螺紋40之間可以起壓力平衡槽(應(yīng)力槽，relief groove)的作用。中間部分35可在接合螺紋部40的氣缸蓋與密封面30之間形成彈性橋。然而，如上所述，可選地，中間部分35的外直徑Cl1可大于外螺紋40的直徑D。
[0024]在這方面，必需注意，如果需要可將常見的墊圈(未示出)放置在密封面30上。通常地，如果密封面30為平的，就可使用墊圈。如果密封面30成錐形，就可省略墊圈。
[0025]特別地，中間部分35的長度可以約為螺紋直徑D的20 %和50 %。
[0026]圖2示出火花塞的第二示例性實(shí)施例5'的側(cè)視圖。此類火花塞也稱為“燃燒室火花塞”或“預(yù)燃室火花塞”(德語表示為“ (Vor-)Ka_erkerze”)。此類燃燒室火花塞可購自德國辛斯海姆Breite Seite 1B, 74889的MULTITORCH有限公司。圖2的火花塞Y的基本結(jié)構(gòu)可與圖1的火花塞5的基本結(jié)構(gòu)相同。與圖1的火花塞5形成對(duì)照，圖2的火花塞Y具有形成環(huán)繞中心電極(未示出)和接地電極50的室的端蓋150。端蓋150可包括一個(gè)或多個(gè)孔155。此類火花塞5'可適合于特別使用在配置成燃燒氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)中，諸如天然氣、頁巖氣、礦氣、生物氣、填埋氣、沼氣和合成氣。
[0027]圖3示出包括至少一個(gè)通孔210的氣缸蓋200的截面圖，該通孔210用于接納如本文中所公開的火花塞5，5^。通孔210可形成為包括上接納孔口部分220和下接納孔口部分230的級(jí)形孔口。上接納孔口部分和下接納孔口部分230可經(jīng)由肩部226連接。座區(qū)域225可提供在通孔210的開口處。座區(qū)域225可形成為平座。因此，具有對(duì)應(yīng)形成的座的火花塞可以插入。由于座區(qū)域225為平的這一事實(shí)，所以墊圈可放置在座區(qū)域225上并且火花塞可被擰入氣缸蓋200中。
[0028]上接納孔口部分220可包括內(nèi)壁，并且其可具有長度Lp下接納孔口部分230可設(shè)有內(nèi)螺紋235。內(nèi)螺紋235以及對(duì)應(yīng)地下接納孔口部分230可具有長度L2。內(nèi)螺紋235可具有螺紋直徑D。內(nèi)螺紋直徑D可以大于長度匕的0.20并小于長度L 2的0.80。因此，火花塞接納孔口 210可接納如在例如圖1和圖2中所示的火花塞5，5'。然而，不同于在圖1和圖2中所示的其他火花塞也可擰入圖3的氣缸蓋200中。
[0029]圖4示出了火花塞套管300。其示出了火花塞套管300的示例性實(shí)施例的截面圖。在此，火花塞套管300被擰入氣缸蓋200的對(duì)應(yīng)的螺紋孔口中。
[0030]火花塞套管300可包括上套管部分305和下套管部分310。上套管部分305可包括圓周內(nèi)壁315。內(nèi)部通孔320可包括在下套管部分310中形成的級(jí)形孔口 325。級(jí)形孔口 325可形成并且成形為在如圖3所示的氣缸蓋200中的級(jí)形孔口 210。因此，下級(jí)形孔口部分235可包括具有螺紋直徑D的內(nèi)螺紋340。火花塞套管300可在下套管部分310處形成有外螺紋345。如圖4所示，外螺紋345可用于在圖4所示的氣缸蓋200中的對(duì)應(yīng)陰螺紋孔口中擰進(jìn)火花塞套管300。并且，級(jí)形孔口 325的上孔口部分的長度L1可大于內(nèi)直徑D的0.20，并小于內(nèi)直徑D的0.80。
[0031]在此，錐形座330可在上套管部分305和下套管部分310的相交處形成。錐形座330可與在火花塞、例如圖1和圖2中所示的火花塞5，5^處的對(duì)應(yīng)形成的座區(qū)域接觸。由于錐形座330，所以無需墊圈。
[0032]內(nèi)壁215、315和325可以不具有在其上形成的螺紋。因此，這些內(nèi)壁可以是平滑的。此外，中間部分35，135的外圓周壁可形成為無螺紋。因此，這些壁可以是平滑的。
[0033]工業(yè)適用性
[0034]如分別在圖1和圖2中所示的火花塞5和火花塞Y均可擰入如圖3所示的氣缸蓋200的火花塞接納孔口 210中。在操作位置中，火花塞5或火花塞Y可與火花塞通孔210的肩部225形成密封。然而，將墊圈(未示出)布置在火花塞5，5 ^與肩部225之間也是可能的。如果火花塞5，5^被正確地?cái)Q緊，火花塞5，5^就從在圖3的氣缸蓋200上面的空間密封燃燒室(即，在圖3所示的氣缸蓋200 “下面”的空間)。
[0035]由于火花塞5，5^和在氣缸蓋200中的對(duì)應(yīng)的火花塞接納孔口 210的獨(dú)特設(shè)計(jì)，因此可實(shí)現(xiàn)較小的熱應(yīng)力和較小的機(jī)械應(yīng)力。
[0036]如圖4所示的火花塞套管300可以擰入氣缸蓋200中的對(duì)應(yīng)的接納孔口中。然后，如分別在圖1和圖2所示的火花塞5，5^可擰入火花塞套管300中。并且，在火花塞5，5^被直接擰入氣缸蓋200中的情況下可以獲得相同的結(jié)果。
[0037]如果火花塞在內(nèi)燃機(jī)中使用，則本文中所使用的術(shù)語“下部”可限定，比更靠近火花塞的連接器布置的火花塞的一部分或區(qū)段更靠近相關(guān)燃燒室布置的火花塞的一部分或區(qū)段。本文中所使用的術(shù)語“下部”不應(yīng)以比上述解釋更限制的意義來解釋。
[0038]術(shù)語“密封面”可限定火花塞的限定區(qū)域，該限定區(qū)域形成為與氣缸蓋或火花塞套管的對(duì)應(yīng)區(qū)域配合。必需注意，即使可將墊圈插入兩個(gè)配合區(qū)域中間，仍然可以使用術(shù)語“配合”。上述情況也適用于氣缸蓋和火花塞套管的密封面或密封區(qū)域。
[0039]術(shù)語“螺紋直徑”可表示用于限定火花塞的螺紋直徑、氣缸蓋和火花塞套管中的孔口的螺紋直徑的對(duì)應(yīng)技術(shù)規(guī)則(諸如DIN)的直徑。本文中所公開的火花塞可具有在M18x1.5和M30x 2.0范圍內(nèi)的螺紋直徑，其中Μ18...Μ30為火花塞的外螺紋的直徑，并且在“χ”之后的數(shù)字為螺紋的螺距?？蛇x地，也可使用5/8和7/8的螺紋。所有這些螺紋尺寸也可用于本文中所公開的氣缸蓋和火花塞套管。
[0040]盡管本文中已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但在不背離隨附權(quán)利要求的保護(hù)范圍的情況下改進(jìn)和修改仍可并入。
【權(quán)利要求】
1.一種火花塞(5 ;5')，其包括: 連接器(10 ；100)； 中心電極(45)，其連接到連接器(10 ；100)； 絕緣體(15 ;115)，其圍繞所述中心電極(45)； 外殼(20 ; 120)，其圍繞所述絕緣體(15 ；115)的下部，所述外殼(20 ;120)設(shè)有工具接合部(25 ;125)、配置為接觸內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋(200)的對(duì)應(yīng)密封結(jié)構(gòu)的密封面(30 ;130)、具有配置成將所述火花塞(5 ;5,)擰入所述氣缸蓋(200)的螺紋孔口(210)中的螺紋直徑(D)的氣缸接合螺紋部(40 ; 140)、和在肩部(30 ；130)與所述氣缸接合螺紋部(40 ；140)之間延伸的中間部分(35 ;135)，其中所述中間部分(35 ；135)具有長度(L1)，其中:0.20〈=Li/D〈 = 0.80,并且L1為所述長度且D為所述螺紋直徑；以及 至少一個(gè)接地電極(50)，其布置在所述氣缸接合螺紋部(40 ；140)的一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞(5;5')，其中:0.20〈 = L1ZtK = 0.50，并且L1為所述長度且D為所述螺紋直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞(5;5r )，所述中間部分(35 ；135)具有等于或小于所述氣缸接合螺紋部(40 ;140)的外徑(D)的外直徑(d)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞(5;5r )，所述中間部分(35 ；135)具有大于所述氣缸接合螺紋部(40 ；140)的外徑(D)的外直徑(d)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)所述的火花塞，所述火花塞被設(shè)計(jì)為燃燒室火花塞(5')。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火花塞，所述螺紋直徑的范圍在M14與M30之間，所述螺紋具體具有 M14xl.25、Μ18χ1.5、Μ22χ1.5、Μ30χ1.75 或 Μ30χ2.0 的尺寸。
7.一種內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋(200)，其包括: 至少一個(gè)孔口(210)，其配置成接納根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的相關(guān)的火花塞(5 ;5')； 其中，每個(gè)孔口(210)具有設(shè)有第一內(nèi)壁(215)且具有第一內(nèi)直徑(Cl1)以及第一長度(L1)的第一孔口部分(220)、和設(shè)有具有螺紋直徑(D)的內(nèi)螺紋(235)的第二孔口部分(230)，其中:0.20< = L1ZtK = 0.80，并且L1為所述第一長度且D為所述螺紋直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸蓋(200)，其中，0.20< = L1AK = 0.50，并且L1為所述第一長度且D為所述螺紋直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的氣缸蓋(200)，其中，所述螺紋直徑的范圍在Μ14與Μ30之間，所述螺紋具體具有M14xl.25、Μ18χ1.5、Μ22χ1.5、Μ30χ1.75或Μ30χ2.0的尺寸。
10.—種火花塞套管，其配置為插入內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋(200)，所述火花塞套管(300)包括: 具有配置成將所述火花塞套管擰進(jìn)所述氣缸蓋(200)的接納孔口(210)的外螺紋(345)的套管主體(300)、以及具有大直徑部分(305)和小直徑部分(310)的級(jí)形孔口，其中用于接觸根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的火花塞(5 ^ )的對(duì)應(yīng)的肩部(30 ；130)的座肩部(330)形成在所述大直徑部分(305)與所述小直徑部分(310)之間； 所述小直徑部分(310)具有帶有第一直徑(Cl1)和第一長度(L1)的第一孔口部分(325)、以及設(shè)有具有螺紋直徑(D)和第二長度(L2)的內(nèi)螺紋(340)的第二孔口部分(335)，其中:0.20< = L1ZlK = 0.80，并且L1為所述第一長度且D為所述螺紋直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的火花塞套管(300)，其中:0.20< = L1ZlK = 0.50，并且L1為所述第一長度且D為所述螺紋直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的火花塞套管(300)，其中，所述螺紋直徑的范圍在M14與M30之間，所述螺紋具體具有M14xl.25、M18xl.5、Μ22χ1.5、Μ30χ1.75或Μ30χ2.0的尺寸。
【文檔編號(hào)】H01T13/08GK104508923SQ201380039758
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】O·貝格爾, F·舍費(fèi)爾 申請(qǐng)人:卡特彼勒能源方案有限公司