具有同心排列雙環接地電極的火花塞制造方法技術

一種內燃機用火花塞的制造方法，該火花塞設有一永久附接于火花塞基座的雙環接地電極（１０）。其中設有朝下延伸的屏蔽與定心凸緣（２２）的一個圈（２４）焊接于火花塞基座，而另一個圈（１５）由一支或多支固定腳（３２）支承而與前一環圈分隔，并位于火花塞中心電極上方，利用一準直工具（５０）而與火花塞中心電極之軸線同心。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新的改進的制造方法，用以制造內燃機中使用的火花塞。本專利技術特別涉及一種將接地電極接設于火花塞基座的方法。在本專利技術的一個實施例中，包括一環圈或一環形片內部開孔，相對一中心電極以同心方式安排在火花塞的金屬殼體上。在本專利技術另一實施例中，包括一環圈或一環形片內部開孔，相對一點火表面上包含不同貴金屬的中心電極，以同心方式安排在火花塞金屬殼體上。火花塞是內燃機中用以確保適當引擎效能的重要組件。火花塞包括一設有螺紋以便安裝在內燃機中的金屬外殼、一個從外殼延伸的接地電極、一個由外殼承托的絕緣體(通常使用陶磁材料制造)。絕緣體內設一中心電極，其一端從絕緣體末端突出，并限定其與接地電極間的預定間隙。當火花塞點火后，即產生火花越過此間隙。近來，火花塞的設計并包括一個貴金屬(白金或白金合金)制成的細針頭，顯著改進了內燃機效能并顯著增加火花塞的壽命。當與不含白金點火頭的火花塞比較時，白金細針頭火花塞可改善內燃機的冷起動、加速、及燃料燃燒效率，并可具有高達100,000英哩(mile)的使用壽命。關于接地電極設計的之改進，包括美國專利5,280,214、5,430,346、4,268,774號等，都以參照方式加入本文說明。在這些接地電極的一個較佳實施例中，包括接設在一個或多個整體固定柱一端的環形點火表面。每一整體固定柱的另端則接設于一個固定環。該固定環進而座落在火花塞底端的安裝表面上。連接這些接地電極與火花塞底端的已知方法中，包括取消固定環，并將固定柱的另端直接定位點焊在火花塞底端的邊緣；或者將火花塞底端的肩部上方延伸的多個金屬表面彎曲，以使固定環產生褶皺而固緊于火花塞底端。事實證明這些制造方法既費時又昂貴，且導致火花塞效率不高與使用壽命降低，不能成為獲得最佳內燃機效率與輸出的整體重要裝置。雙環接地電極是利用直徑總是比頂環較大的底環，永久性地附接于火花塞基座。使用一焊接設備將底環旋轉焊接于火花塞基座，同時使用一準直工具對準雙環接地電極與火花塞基座。沿底環的下緣環設一凸緣，以防熔接點(焊縫)損傷火花塞內部。本專利技術的目的，是針對接設于火花塞絕緣器內金屬邊緣上的現有接地電極頭的制造方法，提供工藝(process)改進。此方法可在中心電極被插入并密封于火花塞本體之前或之后執行。此處詳細說明的方法是用于中心電極已插入并密封于火花塞本體之后的附接。二者唯一的差異在于，若在接地電極頭已附接到火花塞本體后才插入與密封中心電極時，必須同時進行對準。圖式簡單說明附圖說明圖1為現有技術的三柱式接地電極頭；圖2為另一種現有技術的二腳式接地電極頭實施例；圖3為本專利技術方法中使用的增強型三柱式接地電極立體外觀圖；圖4為一標準火花塞本體的立視圖，其中未含接地電極；圖5為圖3所示接地電極的一變體的立體外觀圖，其中的頂環具有倒角的底緣；圖6為圖3所示接地電極的倒轉立體外觀圖，其中頂環的下表面有一白金軸套；圖7示出本專利技術的制造方法，利用氣體保護鎢極電弧焊連接裝置，以人工裝載/卸載方法連接圖3的增強型接地電極頭與火花塞；圖8示出本專利技術的制造方法，利用氣體保護鎢極電弧焊連接裝置，加入自動裝載/卸載方法，連接圖3的增強型接地電極頭與火花塞；圖9示出本專利技術的制造方法，利用激光連接裝置，以人工裝載/卸載方法連接圖3的接地電極頭與火花塞；圖10為一俯視圖，示出圖9所示制造方法，利用激光連接連接裝置，加入自動裝載/卸載方法，連接圖3的接地電極頭與火花塞；圖11示出本專利技術的制造方法，利用等離子體連接裝置，以人工裝載/卸載方法連接圖3的接地電極頭與火花塞；以及圖12示出本專利技術的制造方法，利用等離子體連接裝置，加入自動裝載/卸載方法，連接圖3的增強型接地電極頭與火花塞。圖1示出如美國專利5,280,214及5,430,346號中包含的接地電極頭；圖2示出同樣的電極，但其所有非點火表面的轉角均加設圓弧半徑(radii)。這些圓弧半徑可以變化，從0.001英寸至特定截面厚度的一半。底環與頂環以及固定柱的截面厚度，可視特定應用而改變。圓弧半徑可產生平滑的過渡表面，它們對持續燃燒期間發展的“熱點”，遠不那么敏感。“熱點”是內燃機中主要的提前點火源，而提前點火會造成內燃機組件的過早磨損、應力及故障。傳統的“L”形接地電極并無位于轉角表面的圓弧半徑。位于非點火表面上的圓弧半徑大幅降低提前點火的可能性。此外，消除所有非點火表面上的尖銳轉角，也降低火花塞點燃錯誤表面的可能性。請參照圖3，雙環接地電極10于其點火表面上(位于頂環16內孔14的內側緣)具有尖銳轉角12。如此可提供必要的幾何形狀使火花塞沿整個頂環16達到最佳的點火。此外，非點火表面上的圓弧半徑18改進結構剛性并降低應力集中數。溫度增加時，應力集中會造成不規則的膨脹移動。柱式固定的設計本質亦使火焰發展期間的氣體混合更為騷動，有助于更完整的混合氣燃燒。在另一設計中，邊緣12可如圖5所示形成倒角13，以增加火花燃燒之表面積。本專利技術的火花塞頭10制造方法與眾不同。常規的接地電極是用擠制的金屬線卷(wire roll)制成的。金屬線經過切割、焊接，然后成型以產生間隙。這種制法具有隨機性，因為金屬線的成型會降低金屬的內應力，造成與所要最佳條件間的實質差異。使用常規制造方法時，很難確保準確而可重復形成的規律間隙。此外，在內燃機的燃燒條件下，燃燒室的溫度使間隙的改變與金屬的膨脹系數成函數。制造火花塞期間因彎曲作業產生的內應力溫降，會造成接地電極其它無法預測的移動。由于常規用的接地電極僅用單一位置支撐，膨脹期間的移動具有若干自由度，因此允許隨機移動，損及所要的火花塞平行度與間隙。使用火花塞頭10時，制造方法可簡化為幾何形零件成品的單一連接步驟。火花塞頭10是用金屬射出成型、燒結、壓鑄或沖壓的方法制造，而金屬射出成型是較佳的方法。一旦完成模制的零件，火花塞頭10不論在連接到火花塞本體20之前或之后，都不再需要其它處理。因為模制的零件隨時可供連接，所以可消除因二次作業造成的金屬內應力與強度降低。由于火花塞頭10的幾何形狀與對稱性，因此可控制燃燒期間的熱膨脹，基本上并可限制移動自由度在一個方向。如此有助于確保較佳的準直與間隙控制，增進所有操作范圍內的火花塞性能。位于火花塞本體20上的火花塞頭10是唯一真正的、可維修的、于廠內形成間隙的火花塞頭。常規的與多重電極火花塞，以及燃燒表面上有白金的火花塞，都聲稱有廠內預設定的間隙。然而，若L形末端燃燒時，即使是微小的燃燒(諸如安裝在一引擎內時)，也可能損及間隙。但使用火花塞頭10時，不會有這種情況。由于其有三個固定柱32支撐，所以火花塞頭上需要相當大的打擊力才會明顯改變間隙。火花塞頭10的獨特性在于，它與進入燃燒室的燃料混合氣間的接觸獲得改進，并在高壓條件下提供較佳的火花遞降抗力。如圖3所示，頂環16中間之內孔14提供直接路徑讓燃料抵達火花，恰與常規L形接地電極在許多情況中遮斷氣體與火花的情況相反。如此可縮短開始燃燒的滯后時間，容許混合氣更完整的燃燒，因而有助于改善燃料利用與排氣。燃料混合物并不必環繞電極才能起始燃燒。由于火花塞頭10的輪廓，即使在高壓縮壓力的條件下，亦可確實出現火花，在頂環16之燃燒表面15的邊緣12下方往上移動。由于有無限的潛在燃燒路徑數(常規電極通常只有一個燃燒路徑本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種內燃機用火花塞的制造方法，其步驟包括：（ａ）提供一雙環接地電極，該接地電極具有至少三支腳，使直徑較小的頂環與底環分隔，并在底環下方具有朝下延伸的凸緣；（ｂ）提供一火花塞基座，此基座具有瓷外殼及位于基座一端中心內的火花產生電極； （ｃ）將雙環接地電極底環焊接于圍繞火花產生電極的火花塞基座的周緣；以及（ｄ）提供一準直工具，用以對準雙環接地電極與火花塞基座，以使接地電極的頂環與火花產生電極同心并間隔開位于火花產生電極上方。

【技術特征摘要】
US 1999-8-5 09/368,7601.一種內燃機用火花塞的制造方法，其步驟包括(a)提供一雙環接地電極，該接地電極具有至少三支腳，使直徑較小的頂環與底環分隔，并在底環下方具有朝下延伸的凸緣；(b)提供一火花塞基座，此基座具有瓷外殼及位于基座一端中心內的火花產生電極；(c)將雙環接地電極底環焊接于圍繞火花產生電極的火花塞基座的周緣；以及(d)提供一準直工具，用以對準雙環接地電極與火花塞基座，以...

【專利技術屬性】
技術研發人員：JE約翰森，CR拉斯尼克，
申請(專利權)人：光環公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]