CN1140350A - 内燃机火花塞 - Google Patents
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Abstract
一种火花塞，其中绝缘子具有其中中央电极和端电极轴向对齐的轴膛，端电极具有通过利用玻璃密封剂部分地填充轴膛而被固定支撑的密封部分。绝缘子具有逐渐变细的肩部。金属壳被布置在绝缘子直径增加部分周围，金属壳的尾端通过填塞弯向绝缘子的直径减少部分，从而用陶瓷粉填充了金属壳与绝缘子直径减少部分之间的空间。绝缘子的逐渐变细的肩部对于与端电极垂直的平面呈范围为10度至45度的倾斜。
Description
本发明涉及其中的中央电极和端电极被利用玻璃密封剂固定布置在管状绝缘子内，且金属壳的尾端通过填塞(caulking)转向绝缘子的火花塞。
在图6所示的火花塞100中，提供有具有直径增加的中间部分和在前面直径减少的部分和后部部分的绝缘子2。在绝缘子2的内部，与形成在绝缘子2内表面上的台阶部分一起提供有轴膛21。中央电极具有法兰塞32，并被插入轴膛21。然后，电阻8被插入轴膛21且其两端用玻璃密封剂7压装。端电极6被插入轴膛21，其前端部分具有阳螺纹65以加强与玻璃密封剂7的连接，如图6a所示。然后，玻璃密封剂7和电阻8被加热熔化以紧密地使中央电极和端电极3，6与绝缘子2附着，同时将端电极6压入轴膛21。
围绕绝缘子2，布置有金属壳4，其前端有接地电极5与中央电极3的前端3a相对。当火花塞100组装完成时，金属壳4的尾端43被通过用装在金属壳4和绝缘子2间的合适的粉末9填塞而弯向绝缘子2。在此例中，绝缘子2在绝缘子2的直径增加的部分26和直径减少的部分25间有逐渐变细的肩部28。逐渐变细的肩部28对于与中央电极3的轴方向垂直的平面F形成约60度的角。在逐渐变细的肩部28和金属壳4的填塞端43间提供有环状的空间以容纳合适的粉末9。
但是，随着使中央和端电极3，6与绝缘子2内表面紧密附着的玻璃密封剂7的温度降低，在端电极6和玻璃密封剂7之间由于端电极6和玻璃密封剂7所相反地承受的张力而在端电极6和玻璃密封剂7间的边界处会出现张应力。由于中央和端电极3，6与绝缘子2的内表面紧密地附着，这样出现的残余应力作用于将绝缘子2轴向拉断的方向。由于这一原因绝缘子2倾向于在接地电极5和玻璃密封剂7之间的界面(A)处断裂，尤其是在承受发动机的振动时或者将绝缘子2与金属壳4组装在一起时额外的力偶然加在绝缘子2和端电极6上的情况下。这在端电极6的前端62位于绝缘子2的逐渐变细的肩部28附近时更为严重。
为了解决上面介绍的绝缘子2断裂问题，本发明人一直在进行各种实验，且新发现可考虑以下几点以通过分散在端电极6和玻璃密封剂7间的边界处产生的张应力而增加绝缘子的耐久性。
(1)端电极的前端和绝缘子的直径增加的部分之间的相对位置，
(2)绝缘子的逐渐变细的肩部的倾斜角度，
(3)玻璃密封剂被附着其上的端电极前端的外表面的配置。
因此，本发明的主要目的之一是提供一种能够通过改进其中的中央电极和端电极被利用玻璃密封剂固定的绝缘子的物理耐久性来防止绝缘子偶然断裂的火花塞。
根据本发明，提供一种火花塞，包括：具有其中中央电极和端电极轴向对齐的轴膛的管状绝缘子；端电极具有通过利用玻璃密封剂部分地填充轴膛而被固定支撑的密封部分；绝缘子在均位于绝缘子上的直径增加部分和直径减少部分之间具有逐渐变细的肩部；布置在绝缘子直径增加部分周围的金属壳，金属壳的尾端通过填塞弯向绝缘子的直径减少部分，从而用陶瓷粉填充了金属壳与绝缘子直径减少部分之间的空间；绝缘子的逐渐变细的肩部对于与端电极垂直的平面呈范围为10度至45度的倾斜；在被填入玻璃密封剂的端电极的密封部分的外表面上形成的骑缝线；以及以绝缘子的逐渐变细的肩部和直径增加部分的边界作为参考点时位于范围为+5.0mm至-1.0mm处的端电极密封部分的前端。
根据本发明的另一方面，在端电极的密封部分的外表面上提供的骑缝线对于与端电极垂直的平面形成范围为15至25度的角度。
由于绝缘子的逐渐变细的肩部对于与端电极垂直的平面间的范围为10度至45度的倾斜，和端电极密封部分的前端在以绝缘子的逐渐变细的肩部和直径增加部分的边界作为参考点时位于范围为+5.0mm至-1.0mm处，端电极的前端被布置在绝缘子的直径减少部分和逐渐变细的肩部之间的界面附近。由于逐渐变细的肩部的倾斜的增加，当填塞金属壳的尾端时加在逐渐变细的肩部上的横向力分量增加。而另一方面，随着逐渐变细肩部的倾斜增加gains，加在逐渐变细肩部的横向力分量减小。通过确定逐渐变细肩部的倾斜小于45度，有可能减轻张应力从而改进中央电极和端电极被利用玻璃密封剂密封在绝缘子内时的绝缘子的物理耐久性。
通过在端电极密封部分外表面提供骑缝线，由于通过形成骑缝线留下凹槽条纹，能够加强端电极前端与玻璃密封剂间的附着性。与在端电极上提供阳螺纹的情况相比，由于凹槽宽度减小而能够减轻玻璃密封剂和骑缝线的凹槽之间的内部应力。由于这一原因，能够仅缓和应力而同时保持端电极前端与玻璃密封剂间的必要的附着强度，从而使绝缘子具有适当的耐久性。
当绝缘子的逐渐变细的肩部对于与端电极垂直的平面倾斜小于10度时，逐渐变细的肩部对于端电极接近成直角，从而逐渐变细的肩部易于在珩磨操作(honing operation)时断裂。为避免这一不利情况，必须确定逐渐变细的肩部至少为10度。
在端电极的密封部分的外表面上提供的骑缝线对于与端电极垂直的平面形成范围为15至25度的角度。这种情况是有利的，因为该角度减小到了在端电极的外表面上能够加工的骑缝线的技术极限以内。
本发明总结如下。通过减小逐渐变细的肩部的倾斜可以缓和在端电极与玻璃密封剂间在熔化地加热玻璃密封剂后产生的应力，从而加强绝缘子对于外力的强度，尽管端电极的前端位于绝缘子的直径减小部分和逐渐变细的肩部之间的边界附近。
通过在端电极密封部分外表面提供骑缝线，能够仅缓和应力而同时保持端电极前端与玻璃密封剂间的必要的附着强度，从而使绝缘子具有适当的耐久性。
通过参照以下附图将对本发明的这些和其他目的，方面和实施例进行介绍，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的火花塞的纵截面图；
图1a是图1所示端电极的放大的部分；
图2是表示用以解释本发明获得的优点的不同结构的实例的表。
图3a至3c是表示根据图2的不同结构的绝缘子的物理强度的特性曲线；
图4是用来获得图3a至3c的特性曲线的冲击试验装置的示意图；
图5是表示骑缝线角度与绝缘子物理强度间关系的曲线；
图6是现有技术火花塞的纵截面图；及
图6a是图6所示端电极的放大的部分。
参照图1，火花塞1具有管状绝缘子2，中央电极3，金属壳4，外部电极5，端电极6，玻璃密封剂7，电阻8和包括滑石环的陶瓷粉9。
绝缘子2用矾土以其内表面作为轴膛21的方式制成。在绝缘子2的内表面上，在轴膛21的直径减小的前孔22和直径增加的尾孔23之间的界面处提供台阶状部分2a。中央电极3被布置在直径减小的前孔22内，而玻璃密封剂7，电阻8和端电极6依次布置在直径增加的尾孔23内。绝缘子2的外表面在绝缘子2的尾部和前部具有直径减少部分24，25，同时在绝缘子2的中间部分具有直径增加部分26。直径增加部分26在直径减少部分24，25的界面处具有逐渐变细的肩部27，28。逐渐变细的肩部28的倾斜范围对于与端电极6(即：绝缘子2和中央电极3)垂直的平面(F)为从10度到45度。在此例中，逐渐变细的肩部28基本上形成15度的角度。
中央电极3具有用镍金属包覆的铜芯。中央电极3形成前端伸出绝缘子2的前端2b的柱状部分31，而中央电极3的尾部具有均被置于直径增加的尾孔23内的法兰部分32和头部分33。
金属壳4由圆柱软钢制成，其前部对应于绝缘子的直径减少部分24，并在金属壳4的前部的外表面具有阳螺纹41。金属壳4的尾部对应于逐渐变细的肩部28，尾部的外表面形成用来将火花塞1与内燃机连接的六角螺帽42。金属壳4的尾端末梢43较细以便对于绝缘子2的外表面填塞。外部电极5与金属壳4的前端焊接以与中央电极3的前端3a相对。
端电极6被布置在绝缘子2的直径增加的尾孔23内，并具有位于轴膛21外的尾部端子61因而端子61具有点火单元(未示出)的塞帽。端电极6具有其外表面63被提供有骑缝线64的多条条纹的前端62，从而加强端电极6和玻璃密封剂7之间的附着性。骑缝线64的条纹被按规则的间隔(0.9mm)布置在端电极6(例如直径为4.2mm)上。骑缝线64的条纹对于与端电极6的轴方向垂直的平面(F)形成15至25度的角度。在此例中，骑缝线64的条纹基本形成20度的角度。
端电极6的前端62被布置为位于以逐渐变细的肩部28和直径增加部分26的边界29作为参考点(R)时范围(L)为+5.0mm至-1.0mm以内。换言之，端电极6的前端62位于以(P)定义的位于绝缘子2的逐渐变细的肩部28与直径减少部分25之间的边界附近的位置。利用端电极6的前端62的这种布置，用通过减小逐渐变细的肩部28的倾斜角到10至45度的范围内而减轻的横向力能够分散地缓和向尾部端子61拉绝缘子的张应力。
玻璃密封剂7由熔化地加热后的玻璃粉和金属粉的混合物制成。电阻8由熔化地加热后的碳粉，金属粉，玻璃粉和金属氧化物粉的混合物制成。当中央电极3和端电极6被组装在绝缘子2上时玻璃密封剂7和电阻8按如下方法形成。
中央电极3的柱状部分31被插入绝缘子2的轴膛21以使法兰塞32与绝缘子2内的台阶部分2a衔接。然后，玻璃密封剂7，电阻8，和玻璃密封剂7被依次装入绝缘子2的轴膛21。然后，端电极6被从其前端62插入绝缘子2，且绝缘子2被加热使玻璃密封剂7和电阻8热熔化，同时向玻璃密封剂7压端电极6。利用这样进行的热处理，能够使端电极6的前端62和外表面63附着在绝缘子2的内表面，而同时使法兰塞32和头部分33紧紧地附着在绝缘子2的内表面上。
在这样集成安装有中央电极3和端电极6的绝缘子2周围，布置金属壳4以在由金属壳4的六角螺帽42，逐渐变细的肩部28和绝缘子2的外表面形成的环形空间内容纳陶瓷粉9。然后，当火花塞1完成时，金属壳4的尾端43被通过填塞弯向绝缘子2的外表面。
图2描述为表示绝缘子2的物理耐久性如何随着端电极6的前端62的相对位置，逐渐变细的肩部28的倾斜和端电极6的前端62的外部布置之间的结构的不同而改变的不同结构的实例，试验结果如图3a至3c所示。在本例中，利用图4所示的冲击单元，用绝缘子尾端的第一条棱线作为冲击点来测量绝缘子的物理耐久性。冲击测量值根据绝缘子断裂的角度(θ)来计算。
如图2及图3a至3c的特性曲线所知，发现当端电极6的前端62位于以逐渐变细的肩部28和直径增加部分26的界面边29作为参考点(R)时范围+5.0mm至-1.0mm以内时，物理耐久性随着逐渐变细的肩部28的倾斜减小而变好。
由于在端电极6的前端62的外表面63上提供有骑缝线64，与提供阳螺纹的情况相比也能改善绝缘子2的物理耐久性。
尽管随着逐渐变细的肩部28倾斜减小可使物理耐久性加强，逐渐变细的肩部28也需要至少有10度的角度，因为当逐渐变细的肩部28的角度小于10度时可能会在珩磨操作时断裂。
图5表示当逐渐变细的肩部28形成15度，而端电极6的前端62位于从参考点(R)起为+2.0mm位置出时，骑缝线64的角度(ω)与绝缘子2的物理耐久性的关系。发现只要骑缝线64的角度保持在15至25度以内，物理耐久性就加强，但随着骑缝线64角度增加而变坏。当骑缝线64角度低于15度时，由于骑缝线形成力将它压成椭圆状变形，这一现象使得无法保持端电极6的圆形截面，因而无法在端电极6的外表面63上提供骑缝线。
从以上介绍中可明显看出，端电极6的前端62位于以逐渐变细的肩部28和直径增加部分26的界面边29作为参考点(R)时范围为+5.0mm至-1.0mm以内的位置，且逐渐变细的肩部28形成10至45度的角度，且在端电极6的外表面63提供有骑缝线，能够分散地缓和在绝缘子2内产生的张应力从而加强绝缘子2对于外力的物理耐久性。而在当端电极6的前端62被布置在逐渐变细的肩部28附近时的火花塞中尤其如此，因为电阻8提供在绝缘子2的轴膛21内。
尽管利用特定实施例作参考对本发明进行了介绍，但应明白这种介绍不能解释为有限定意义，专业人员可对其进行各种修正和补充而不背离发明范围。
Claims (5)
1.一种火花塞，包括：
具有其中中央电极和端电极轴向对齐的轴膛的管状绝缘子，端电极具有通过利用玻璃密封剂部分地填充轴膛而被固定支撑的密封部分；
绝缘子在均位于绝缘子上的直径增加部分和直径减少部分之间具有逐渐变细的肩部；
布置在绝缘子直径增加部分周围的金属壳，金属壳的尾端通过填塞弯向绝缘子的直径减少部分，从而用陶瓷粉填充了金属壳与绝缘子直径减少部分之间的空间；
绝缘子的逐渐变细的肩部对于与端电极垂直的平面间的范围为10度至45度的倾斜；
在被填入玻璃密封剂的端电极的密封部分的外表面上形成的骑缝线；以及
以绝缘子的逐渐变细的肩部和直径增加部分的边界作为参考点时位于范围为+5.0mm至-1.0mm处的端电极密封部分的前端。
2.如权利要求1所述的火花塞，其中在端电极的密封部分的外表面上提供的骑缝线对于与端电极垂直的平面形成范围为15至25度的角度。
3.如权利要求1所述的火花塞，其中陶瓷粉是滑石。
4.如权利要求1所述的火花塞，其中在端电极和中央电极之间提供一电阻。
5.如权利要求4所述的火花塞，其中电阻通过热熔化碳粉，金属粉，玻璃粉和金属氧化物粉的混合物而形成。
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