[发明专利]具有改良绝缘设计的小直径/长距离火花塞

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2006年6月19日，名称为“X长距为12mm的火花塞”的第60/814,818号美国临时申请的优先权。 

发明领域

本发明涉及用于内燃机、熔炉等的火花塞，特别是涉及具有改善的机械和绝缘强度的火花塞。 

背景技术

火花塞是一种延伸进内燃机、熔炉等的燃烧室并产生火花来点燃空气和燃料混合物的装置。近来，发动机技术向减少发动机排放量的方向发展。同时，增大进气和出气阀来提高效率。这些改变会侵占为火花塞保留的物理空间。燃烧效率同样也要求提高点火系统的电压需求量。这些因素以及其他因素会促使火花塞的结构尺寸向更小的范围发展，同时要求火花塞具有更好的性能。当前工业上需要10-12mm范围内的高性能火花塞，并期望这些尺寸能够进一步减小。 

在尝试缩小火花塞尺寸时特别需要考虑陶瓷绝缘件在薄部的介电常数的降低。一般绝缘强度定义为可应用于该材料而不会导致击穿或电击穿的最大电场。因此，陶瓷绝缘件的薄截面会导致带电中心电极和接地壳体之间产生介电击穿。 

在尝试缩小火花塞尺寸时需要考虑的另一点是，较薄的横截面，特别是位于陶瓷绝缘件部分，所导致的机械强度的减小。机械强度减小的区域所导致的问题在火花塞加工过程中已经被证实，其会在元件上产生较大的轴向负载和机械应力。例如，在绝缘件内设置阻燃密封装置时，以及令壳体向绝缘件的外部产生卷曲时，陶瓷材料处于大应力和压缩负载的状况下。各种在先 使用的方式，包括将具有高扭矩的火花塞安装于汽缸盖之中的步骤，使得作用于现代火花塞上的机械应力趋向于其屈服极限。用于发动机应用中时，通过发动机振动、燃力以及热梯度，火花塞进一步受限于机械应力。在这些因素的影响下，火花塞尺寸的减小会将其元件的应力承受极限推向失效点。 

因此，需要一种改良的火花塞，能够解决在现有规格的、长、以及特长火花塞设计中受尺寸减小的影响所存在的机械和绝缘强度限制问题。 

发明内容

本发明提供用于火花点火内燃机的火花塞。该火花塞包括延长的陶瓷绝缘件，该绝缘件包括上末端、下突出端以及在该上末端和下突出端之间纵向延伸的中心通道。所述绝缘件具有外表面，该外表面在接近所述末端处呈现出大致圆形的大肩部，以及在最靠近所述突出端处呈现出大致圆形的小肩部。所述大肩部的直径大于所述小肩部的直径。所述绝缘件进一步包括圆角过渡段和经过渡长度与该圆角过渡段隔开的倒角过渡段。该圆角过渡段和倒角过渡段均纵向设于直径完全不同的所述大肩部和所述小肩部之间。导电壳体围绕所述绝缘件至少一部分。该壳体包括至少一个接地电极。导电中心电极设于所述中心通道中，并具有最接近所述接地电极的、暴露在外的点火端。所述圆形过渡段具有大直径D2，所述倒角过渡段具有小直径D1。大直径D2和小直径D1之间以及与过渡长度之间的空间关系根据下列公式建立： 

0.5≤(D2-D1)L(transition)≤3.5.]]>

上述确定的几何关系描述了对于提高适用于具有大阀门和小孔径的现有发动机的火花塞的性能非常有利的特征。这些特定几何关系能够使火花塞具有足够的机械强度以承受装配和运行期间作用于其上的应力，避免损害其电性能。 

附图说明

为便于理解本发明的上述和其他特征及优点，以下结合附图对本发明进 行详细描述。其中： 

图1是根据本发明的火花塞的剖视图； 

图2是火花隙区域的放大片段图，展现了固定于接地电极上的具底缘的半球状金属点火端； 

图3是与图2一样的图示，但展示了另一可选实施例，其中中心电极同样设有凸起有圆顶的第二金属点火端； 

图4A-B展示了现有技术的各种具有接地和中心电极特征的火花隙结构，这些接地和中心电极特征具有或不具贵金属点火端设计；