專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機中的火花塞的構(gòu)造?，F(xiàn)有技術(shù)狀況內(nèi)燃機的一個難題是使引入一個或幾個燃燒室的燃料-空氣混合物獲得正確的點火定時，并使電火花有效地點燃燃料-空氣混合物。如果點火太慢或無效，則燃料消耗增加，從而污染增加，而發(fā)動機效率下降。
普通的火花塞包括一個密封于鋼體中的圓柱形陶瓷絕緣體，形成一氣密裝置。鋼體裝置的一端制的螺紋，使火花塞能裝入發(fā)動機體內(nèi)。一中心電極被軸向裝入該陶瓷絕緣體內(nèi)。密封該絕緣體內(nèi)中心電極的金屬螺栓用作高壓輸入端子。一接地極安裝在中心電極的上方，跟鋼體成電氣和機械連結(jié)。中心電極和接地極在發(fā)動機燃燒室內(nèi)工作。這種火花塞在兩電極的集中小面積上釋放火花，它造成中心電極腐蝕，因此，縮短了火花塞的使用壽命。另外一些類型的火花塞有多個接地電極，例如2或3個電極。這些電極焊于火花塞本體。這些電極的端部彎向中心電極。接地電極也可跟作為激勵部件的火花塞制成一體。然而，即使這些類型的火花塞也由于耗損而縮短壽命，且難以制造和昂貴。
借助于具有多個電火花輸出的火花塞，可使燃料-空氣混合物獲得更有效和更快地點燃，并使發(fā)動機隨后更可靠地工作。在這些類型的火花塞中，通常有一種多至3個輔助環(huán)形電極的結(jié)構(gòu)。這些環(huán)形電極形成了許多相繼的火花間隙。這些輔助電極位于中心極和圍繞陶瓷絕緣體端部的接地極之間。此時在可燃混合物的最高濃度點可出現(xiàn)特有的分離的多點火花放電。因此，這些類型的火花塞能點燃和燃燒極稀的混合物。在美國專利NO.1,465,582中敘述了該種火花塞。該中心電極設有一屋頂形金屬罩。在環(huán)區(qū)上形成的一些環(huán)形金屬輔助電極彈性地裝入一些陶瓷絕緣槽內(nèi)?；鸹ㄈ倔w的邊緣有一彎向絕緣體的凸緣。這種火花塞有許多缺點。在發(fā)動機工作期間，在600℃～700℃時，該環(huán)形金屬輔助電極失去其機械預應力。由于沒有足夠的熱量自環(huán)形部轉(zhuǎn)移到陶瓷絕緣體上，該環(huán)形部便過熱，很快耗損，并在超負荷時，可能燒耗。這種火花塞的中心電極的屋頂形罩在發(fā)動機工作時也會過熱。這是因為該罩和絕緣體沒有充分的熱匹配。罩的橫截面就其吸熱面來說是不足夠的。因此，該過熱的罩和環(huán)形電極增加了自點火的危險。此外該鋼凸緣能變臟，并可能使火花間隙短路。
在英國專利NO.2,094,833中描述了采用輔助環(huán)形電極的另一類型火花塞。中心電極和輔助電極均裝入火花塞體內(nèi)。該系統(tǒng)的缺點是不可能將陶瓷絕緣體頂部(即火花隙)裝到燃燒室內(nèi)的最佳位置。出于上述理由，在實踐中已不推廣采用這些火花塞。發(fā)明背景本發(fā)明的火花塞結(jié)構(gòu)在相當程度上克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點。該火花塞包括一導電和導熱的整體殼體，殼體具有連接裝置，在殼體內(nèi)腔中安置一個跟中心電極成氣密接合的陶瓷絕緣體，絕緣體突出的頂尖至少有一設在陶瓷絕緣體延伸部上的環(huán)形輔助電極，跟殼體的一端以及跟中心電極構(gòu)成一火花隙。本發(fā)明的目的是加厚輔助環(huán)形電極的周緣。由于在輔助電極上的放電集中處損耗降至最小，因此火花塞的壽命增加。
可加厚輔助環(huán)形電極的周緣以形成內(nèi)側(cè)突緣或外側(cè)突緣，例如，它們可向內(nèi)伸至絕緣體的凹口內(nèi)，或可向外延伸，或可制成兩者的結(jié)合。
輔助環(huán)形電極至少有兩個優(yōu)點；它們的周緣被安排成沿相同方向突出，這種安排允許輔助環(huán)形電極在火花隙兩側(cè)有均勻的耗損；輔助環(huán)形電極被成形為截頭圓錐面的涂層，具有較厚的上、下周緣，與圓柱形陶瓷絕緣體的收縮頂尖相適應。這就改善了自陶瓷絕緣體頂?shù)臒釘U散，并改善了總的溫度分布。
處在圓柱形陶瓷絕緣體收縮頂尖頂部的輔助環(huán)形電極的加厚的外緣靠近中心電極的向外伸出端。輔助環(huán)形電極的加厚的內(nèi)緣靠近殼體的內(nèi)緣，后者是在由圓柱體頂端制出內(nèi)凹口形成的。因此，形成了若干電火花間隙，它們沿陶瓷絕緣體的錐形表面連續(xù)配置。在連續(xù)的輔助環(huán)形電極之間的間隙，其大小可以改變；相對于跟中心電極及接地極形成的間隙的寬度可以不同。當工作時金屬體邊緣的內(nèi)凹口能清潔和冷卻陶瓷絕緣體的頂部。
輔助環(huán)形電極的厚度為0.1至1.5毫米，而其周緣擴大0.2毫米。輔助環(huán)形電極一般的厚度為0.2毫米。這些尺寸保證了最小的熱慣性及符合發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況變化的適應性。輔助環(huán)形電極由氮化鈦(TiN)制成，而殼體是用銅制成的。因為陶瓷絕緣體和輔助環(huán)形電極的熱膨脹度必須相似(在±15％至±20％范圍內(nèi))，因此采用了TiN，它是滿足這一條件的一種材料。


現(xiàn)在參照附圖詳細說明本發(fā)明，其中圖1為熟知的火花塞的剖面圖，包括取分離柔性金屬環(huán)形式的輔助環(huán)形電極；圖2表示本發(fā)明實施例的多點火花塞的基本結(jié)構(gòu)；圖3表示輔助環(huán)形電極的各種結(jié)構(gòu)，具有本發(fā)明的加厚的邊緣。本發(fā)明的優(yōu)先實施例該火花塞包括一鋼制外殼1，其一端制有螺紋，以便裝入發(fā)動機體內(nèi)，并包含一陶瓷絕緣體2，軸向安置在外殼1的腔內(nèi)。殼體1的內(nèi)開口有許多凹區(qū)。陶瓷絕緣體2支承在由鋼或紫銅制成的金屬環(huán)3上。
該環(huán)在外殼1和絕緣體2之間提供了良好的接觸。這使火花塞保持氣密狀態(tài)，并提供了自絕緣體2向外殼1和發(fā)動機體的優(yōu)良的導熱。外殼1的腔沿外殼1的內(nèi)圓柱面的邊界在殼體1的制有螺紋的部分有一間隙。外殼1的腔在其制有螺紋的部分有一凹口。
殼體1在其制有螺紋的部分的端部有一內(nèi)凹口。陶瓷絕緣體2的尺寸和殼體1的凹口尺寸相配合，這些部分的尺寸公差能使它們以確定的間隙進行裝配。陶瓷絕緣體2包括一個沿其長度延伸的軸向內(nèi)腔。該腔有幾個凹口。中心電極9安設在絕緣體2的腔內(nèi)。該中心電極9經(jīng)導電密封裝置10連于鋼螺栓11，它用作高壓輸入端子。密封裝置10包含紫銅或鉛，在鋼螺栓11和中心電極9之間形成一氣密密封裝置。這用于將發(fā)動機燃燒室和外界隔離。此外，密封裝置10在鋼螺栓11和中心電極9之間提供了電連接。伸出殼體1的圓柱形陶瓷絕緣體2部分朝中心電極9的外端向內(nèi)漸縮。絕緣體2的直徑自環(huán)3的位置朝高壓輸入端，逐漸增加，形成一截頭圓錐形頂尖。
兩輔助環(huán)形電極4和5設置在陶瓷絕緣體2的圓錐形頂尖上。這些環(huán)形電極被設置為跟殼體1的上端構(gòu)成第一火花間隙6，跟中心電極9構(gòu)成第二火花間隙。在兩輔助電極4和5之間構(gòu)成另一火花間隙7。第一火花間隙6長度為0.4至1.5毫米。最好，它處在0.6至0.8毫米。類似的，其它的火花間隙7和8長度為0.6至0.8毫米。
輔助環(huán)形電極4和5由TiN涂層制成，該涂層形成普通環(huán)形，具有較厚的上、下周緣，與絕緣體2頂尖的形狀相適應，這就是說，在上周緣，圓環(huán)的內(nèi)徑小于下周緣的圓環(huán)內(nèi)徑。輔助電極4和5跟陶瓷絕緣體2保持接觸，因為它們由氮化鈦(TiN)制成，其熱膨脹度類似于陶瓷絕緣體2的熱膨脹度，故它們跟絕緣體2保持良好的接觸。TiN涂層用等離子噴涂技術(shù)涂覆在絕緣體2上，該技術(shù)能使TiN以分子層厚度逐漸涂覆。該方法提供了極佳的粘著性和對殼體1和發(fā)動機體優(yōu)良的熱傳導。輔助環(huán)形電極4和5的厚度約為0.2毫米，它保證了最小的熱慣性，充分的熱傳導以及對發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況變化的適應性。在環(huán)形輔助電極4和5之間的火花間隙7的尺寸可通過改變它們之間的寬度來改變。環(huán)形輔助電極4和5具有能自由改變的寬度，該寬度僅受燃燒區(qū)深度的限制。處于中心電極9和上輔助環(huán)形電極之間的第二火花間隙8的尺寸取決于絕緣體頂尖的錐度。通過改變絕緣體頂尖的尺寸，能使電火花設定在燃燒區(qū)內(nèi)最適合的地方。
在運轉(zhuǎn)期間，輔助環(huán)形電極4和5由于放電而逐漸被腐蝕。為延長其壽命，它們面對火花間隙6、7和8的周緣被加厚。由內(nèi)凹口形成的火花塞殼體1的內(nèi)緣一端接近下輔助環(huán)形電極5的內(nèi)側(cè)加厚緣。中心電極9的向外伸出端接近上輔助環(huán)形電極4的外側(cè)加厚緣。環(huán)形電極4和5的邊緣12既可在內(nèi)突緣處、即凹入絕緣體處被加厚，也可在面向外的外突緣處被加厚。邊沿突緣12是這樣設置的，使突緣12均處在相同方向，這樣，因放電引起的環(huán)形電極的腐蝕在相應火花間隙的兩側(cè)會變得均勻。突緣12的厚度約為0.2毫米，當然，它們可薄可厚。因此，總的來說，輔助電極4或5的加厚邊緣的整個厚度約為0.4毫米。太薄，該涂層因放電和在高溫下的化學反應等會很快腐蝕；太厚，則制造困難并耗時。
本發(fā)明的火花塞計劃用于內(nèi)燃機。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，包括一導電和導熱的整體殼體，殼體具有連接裝置，在其內(nèi)腔有跟一中心電極成氣密接合的陶瓷絕緣體，絕緣體突出的頂尖至少具有一設置在陶瓷絕緣體伸出部上的環(huán)形輔助電極，跟殼體的一端以及跟中心電極形成一火花間隙，其特征在于輔助環(huán)形電極(4，5)的周緣被加厚。
2.按權(quán)利要求1所述火花塞，其特征在于輔助環(huán)形電極的周緣被加厚，形成內(nèi)側(cè)或外側(cè)的突緣(12)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于至少有兩個輔助環(huán)形電極(4，5)，它們的內(nèi)側(cè)或外側(cè)突緣(12)沿相同方向突出。
4.按權(quán)利要求1-3中任一項所述的火花塞，其特征在于輔助環(huán)形電極(4，5)由成形為截頭圓錐面的涂層構(gòu)成，該涂層具有較厚的上、下周緣，與圓柱形陶瓷絕緣體(2)的錐頂相適應。
5.按權(quán)利要求4所述的火花塞，其特征在于位于圓柱形陶瓷絕緣體(2)錐頂部的輔助環(huán)形電極(4)的加厚的外緣靠近中心電極(9)的向外伸出端。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項所述的火花塞，其特征在于輔助電極(5)的加厚的內(nèi)側(cè)緣靠近在殼體圓柱形上端由內(nèi)凹口形成的殼體(1)的內(nèi)側(cè)緣。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項所述的火花塞，其特征在于輔助環(huán)形電極(4，5)的厚度為0.1至1.5毫米，而其周緣擴大0.2毫米。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項所述的火花塞，其特征在于至少一輔助環(huán)形電極(4，5)由氮化鈦(TiN)制成，而殼體(1)由鐵制成。
全文摘要
一種火花塞，包括一導電和導熱的整體殼體，殼體具有連接裝置，在其內(nèi)腔裝有跟一中心電極成氣密接合的陶瓷絕緣體，絕緣體突出的頂尖至少具有一設置在陶瓷絕緣體伸出部上的環(huán)形輔助電極，跟殼的一端以及跟中心電極形成一火花間隙，輔助環(huán)形電極(4，5)的周緣被加厚。至少有兩個輔助環(huán)形電極(4，5)，它們的內(nèi)側(cè)或外側(cè)突緣(12)沿相同方向突出。輔助環(huán)形電極(4，5)由成型為截頭圓錐面的涂層構(gòu)成，該涂層具有較厚的上、下周緣，與圓柱形陶瓷絕緣體(2)的錐頂相適應。
文檔編號H01T13/20GK1141693SQ95191756
公開日1997年1月29日 申請日期1995年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者J·貝納, J·沙弗拉塔 申請人:布里斯克塔勃有限公司