火花塞垫圈压碎限制器的制作方法

1.本公开大体上涉及火花塞和垫圈/密封件，所述火花塞和垫圈/密封件用于内燃机中以防止气体通过位于发动机的气缸盖与火花塞之间的间隙从燃烧室中吹出。更具体地，本公开涉及一种火花塞，其具有限制施加到垫圈/密封件上的压缩量的特征。


背景技术：

2.内燃机经常用于各种行业，为机器和设备供电。使用此类机器和设备的行业的实例包括海洋、土方移动、建筑、采矿、机车和农业等。这些发动机中的一些采用的火花塞，该火花塞具有插入火花塞和在气缸盖中的火花塞孔之间的垫圈或密封件。这些密封件或垫圈有助于防止高压气体通过火花塞孔逸出燃烧室(有时称为“窜漏”)。出于维护目的，不时将这些火花塞从气缸盖上拧下。然后，通过拧上火花塞使得其外螺纹与火花塞孔的内螺纹配合来提供新的或经过翻新的火花塞。
3.更具体地，机械装置等可以使用扳手或套筒扳手来接合火花塞的六角部分以适当地将其紧固。然而，过度扭转火花塞可能会导致火花塞过多地经由其密封接合表面按压到密封件/垫圈上。在技术上，这可被称为“压碎”密封件和垫圈。如果变形是永久性的(塑性的)，则可能使垫圈/密封件失去防止“窜漏”所必需的弹性。这可能导致性能不佳，因此导致不希望的额外维护。
4.授予niessner的美国专利号9,787,063公开了用于火花塞的密封环，该火花塞具有用于拧入内燃机的外螺纹、轴环和位于外螺纹与轴环之间的螺纹底切。密封环包括由金属制成的环形固体密封元件。密封元件具有彼此平行布置的两个平面环形密封表面。由弹性体构成的用于以自保持方式接合火花塞的螺纹底切的环形保持元件附接到其内环侧上的密封元件。另外，存在包括此类密封环的火花塞，以及包括此类火花塞的内燃机。


技术实现要素：

5.根据本公开的实施例的内燃机可包括：气缸盖，该气缸盖包括至少部分地限定燃烧室的阻燃层表面(flame deck surface)；火花塞接收孔，该火花塞接收孔限定纵向轴线、径向方向和周向方向，并且包括放大直径部分以及减小直径部分，该放大直径部分包括轴向朝上密封表面，该减小直径部分包括内螺纹。该发动机还可以包括火花塞，该火花塞包括：前轴向部分，该前轴向部分包括与火花塞接收孔的减小直径部分的内部螺纹啮合的外螺纹；以及中间轴向轴环部分，该中间轴向轴环部分限定轴向朝下密封表面。垫圈可以轴向设置于火花塞接收孔的轴向朝上密封表面与火花塞的轴向朝下密封表面之间。火花塞可进一步包括垫圈压碎限制器，该垫圈压碎限制器包括壁，该壁从中间轴向轴环部分朝向火花塞接收孔的轴向朝上密封表面径向向外且轴向向下地延伸，从而径向包绕垫圈。
6.根据本公开实施例的火花塞组件可包括火花塞，该火花塞包括限定纵向轴线、径向方向和周向方向的旋转主体。该火花塞可进一步包括：前轴向部分，该前轴向部分包括外部螺纹；限定轴向朝下密封表面的中间轴向轴环部分；以及从前轴向部分延伸的第一电极
和第二电极，第一电极和第二电极在其间限定火花间隙。垫圈可以轴向地设置在轴向朝下密封表面与前轴向部分的外螺纹之间。该火花塞还包括垫圈压碎限制器，该垫圈压碎限制器包括从中间轴向轴环部分径向向外和轴向向下延伸的壁，与至少部分地径向包绕垫圈的径向外凹部壁限定环形凹部。
7.根据本公开实施例的火花塞可包括限定纵向轴线、径向方向和周向方向的旋转主体。该火花塞可进一步包括：前轴向部分，该前轴向部分包括外螺纹；限定轴向朝下密封表面的中间轴向轴环部分；以及从前轴向部分延伸且在其间限定火花间隙的第一电极和第二电极。六角驱动部分可以轴向设置在中间轴环部分上方。该火花塞还包括垫圈压碎限制器，该垫圈压碎限制器包括从中间轴向轴环部分轴向向下延伸的壁，限定由壁和前轴向部分形成的环形凹部。
附图说明
8.图1是根据本公开的各种实施例的采用具有垫圈/密封件的火花塞和火花塞组件的内燃机的截面侧视图。
9.图2是根据本公开的实施例的图1的内燃机的放大截面侧视图，其更清楚地示出了火花塞组件的垫圈/密封件和垫圈压碎限制器。
10.图3是为增强清晰度从发动机移除的类似于图1和2的火花塞组件的部分截面侧视图。
11.图4是图2的火花塞的放大透视图，示出了从垫圈压碎限制器的凹部自由延伸的垫圈。
具体实施方式
12.现在将详细参考本公开的实施例，其示例在附图中示出。在所有附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。在某些情况下，附图标记将在本说明书中指出，并且附图将示出在后面跟着字母的附图标记(例如100a、100b)或者在后面跟着撇标志的附图标记(诸如100’、100”等)。应当理解，紧跟在附图标记之后使用字母或撇标志是为了指出这些特征具有相似的形状和相似的功能，在几何结构关于对称平面成镜像时通常就是这样。为了便于在本说明书中解释说明，字母或撇标志往往不会被包括在本文中，却可以在附图中示出，以便指出这是在本书面说明书中讨论过的特征的复制品。
13.现在将描述根据本公开的各种实施例的可用于内燃机中的火花塞或火花塞组件的各种实施例。更具体地，火花塞或火花塞组件可以包括将详细描述的垫圈压碎限制器。
14.例如，图1中示出了内燃机100，其可以采用根据本文阐述的原理构造的火花塞或火花塞组件的各种实施例。发动机100可包括活塞(未示出)在其中往复运动的发动机缸体(未清楚示出)，以及可包括用于将流体引入到位于发动机缸体中的孔/燃烧室106中的各种发动机部件以及火花塞组件200和/或火花塞300的气缸盖104。应理解，火花塞本身通常是由多个部分组成的子组件(但不一定如此)。
15.更具体地，发动机100包括具有至少部分限定燃烧室106的阻燃层表面110的气缸盖104。火花塞组件200或火花塞300延伸通过该表面110进入燃烧室106以在发动机100操作期间点火燃料/空气混合物。
16.气缸盖104具有限定纵向轴线114、径向方向116和周向方向118的火花塞接收孔112。例如，该孔112可具有圆柱形或圆锥形形状等。因此，该孔112包括放大直径部分120以及减小直径部分124，该放大直径部分包括轴向朝上密封表面122，该减小直径部分包括内螺纹126。部分124轴向设置在部分120下方，但不一定如此。
17.火花塞300可以设置在火花塞接收孔112中。该火花塞300可包括前轴向部分302，该前轴向部分包括与火花塞接收孔112的减小直径部分124的内螺纹126啮合的外螺纹304(也参见图2)，以及限定与轴向朝上密封表面122成相对关系的轴向朝下密封表面308的中间轴向轴环部分306。
18.如图1和2中所见，垫圈128可轴向设置于火花塞接收孔112的轴向朝上密封表面122与火花塞300的轴向朝下密封表面308之间。垫圈可呈任何合适的形状，包括o形环形状、方环形状、u形等。
19.如图2中最佳所见，火花塞300进一步包括垫圈压碎限制器310，该垫圈压碎限制器包括壁312，该壁从中间轴向轴环部分306朝向火花塞接收孔112的轴向朝上密封表面122径向向外且轴向向下延伸。该壁312可以部分地或完全地径向地包绕垫圈128。
20.一旦火花塞300完全安装，垫圈压碎限制器310的壁312就可以接触火花塞接收孔112的轴向朝上密封表面122。壁312和垫圈128可被配置成使得垫圈不能被过度压缩。在本公开的特定实施例中，垫圈128包括蛇形形状(即，具有至少一个弯曲部)，该蛇形形状包括彼此至少部分轴向隔开(即，平行于轴线114)的平直部分130。换句话说，在弹簧术语中，垫圈未完全压缩到其实心长度(solid length)或实心状态(solid state)。
21.垫圈可以由各种类型的材料制成，包括弹性体、橡胶、金属、铝、不锈钢等。如图2中所示，垫圈128由弯曲成蛇形形状的金属制成并且限定垫圈最小壁厚132，并且垫圈压碎限制器310的壁312限定大于垫圈最小壁厚132的径向壁厚314。
22.如本文中先前所提及，火花塞300可以是子组件。因此，垫圈压碎限制器310的壁可以是附接到火花塞的单独部件。另一方面，垫圈压碎限制器310的壁312可以与如图2中所示的火花塞的中间轴向轴环部分306成一体(即，由单件构成)。
23.同样地，如图1中所见，气缸盖104也可以形成为子组件。例如，气缸盖104可以限定火花塞套筒接收孔133、与火花塞套筒接收孔133连通的冷却室134、以及布置在火花塞套筒接收孔133中的火花塞套筒136。由于这种布置，火花塞套筒136至少部分地由冷却室134包绕，并且火花塞接收孔112由火花塞套筒136限定。因此，火花塞与冷却室134和该腔室中的任何冷却流体分离和/或隔离。火花塞套筒136具有围绕纵向轴线114的至少部分环形形状(例如，圆柱形、圆锥形等)，从而形成用于接收火花塞300的火花塞接收孔112。
24.期望将冷却流体与燃烧室106及其气体、以及火花塞套筒接收孔133分离，反之亦然。因此，下部轴向密封件138可设置于火花塞套筒136与气缸盖104之间，且上部轴向密封件140可设置于火花塞套筒136与气缸盖104之间。
25.在图2中，火花塞300可以限定外螺纹底切316(在径向方向上)，该外螺纹底切轴向设置于前轴向部分302的外螺纹304与中间轴向轴环部分306的轴向朝下密封表面308之间。垫圈128可包括支腿142，该支腿径向延伸到外螺纹底切316中以形成组件200。也就是说，在安装和移除期间，垫圈将天然地保留在火花塞上，因为除非在有意地撬动或拧动通过螺纹304等的情况下，否则垫圈不能轴向地从火花塞掉落。
26.参照图3，火花塞300a可进一步包括从前轴向部分302延伸并且在其间限定火花间隙322的两个电极(例如，中心电极318和接地电极320)。在本公开的一些实施例中，两个电极中的至少一个电极(例如，接地电极320)限定火花塞300a的轴向末端324，当垫圈压碎限制器310的壁312接触气缸盖104的轴向朝上密封表面122时，该轴向末端与阻燃层表面110a轴向间隔开预定轴向距离324(如图2中所示)。
27.另外，图3中的两个电极中的至少一个电极(例如，接地电极320)可以从接近于外螺纹304的点至少部分地径向延伸，并且当垫圈压碎限制器310的壁312接触气缸盖104的轴向朝上密封表面122时，至少一个电极的周向取向可以是预定的(如图2中所示)。
28.换句话说，可以选择性地选择壁、垫圈的相对配置以及内螺纹和外螺纹之间的接合定时，使得每次完全拧紧火花塞时能够实现火花塞及其部件以及垫圈的一致位置和取向。对于本公开的其它实施例可能不是这种情况。
29.接下来，将描述根据本公开的各种实施例的可作为替换部件/组件提供的火花塞组件200、200a。
30.转到图1和3，可以看到这种火花塞组件200、200a的两个实例。应理解，如图1中所示的火花塞组件200可以与图3的火花塞组件200a类似地构造，其中部件具有略微不同的配置、比例和/或材料。
31.火花塞组件200、200a可以如下构造。如先前描述的垫圈128可以以本文先前论述的方式(例如，由延伸到外螺纹底切中的垫圈的一部分卡住)保持在火花塞300、300a上。这可以简化安装，并且有助于防止在安装期间损坏垫圈128。
32.火花塞300、300a可包括由金属制成的套筒形状的火花塞主体324、324a和由陶瓷制成的细长绝缘体326、326a。在更一般的意义上，主体324、324a的特征在于旋转主体，因为其几何形状至少部分地通过围绕纵向轴线332旋转几何横截面来产生，从而进一步限定径向方向334和周向方向336。绝缘体326、326a可包绕内部导体328、328a，所述内部导体通过图3中的玻璃密封件329a或图2中的内侧垫圈329在绝缘体326、326a内侧连接到中心电极318。
33.重点参照图3，与中心电极318形成火花间隙322的接地电极320附接到火花塞主体324a。电极318、320布置在火花塞324(并且因此，火花塞主体324a)的前轴向部分302a处，该前轴向部分在安装状态下突出到燃烧室中。在前轴向部分302a处，火花塞主体324a具有外螺纹304，以用于将火花塞拧入内燃机的气缸盖中的火花塞孔的对应内螺纹中。
34.螺纹的第一螺纹圈的开始处被指定为螺纹起始点330，并且可以相对于接地电极320具有限定的周向位置/取向。在拧入内燃机中之后，横向于火花塞300a的纵向轴线332延伸的接地电极320的区段(前面称为径向延伸部分)接着可具有相对于曲轴(未示出)的预定角度。对于本公开的其它实施例可能不是这种情况。
35.火花塞主体324a还可以具有中间轴向轴环部分306，该中间轴向轴环部分布置在外螺纹304的背对前轴向部分302a的侧面上。还可以设置六角驱动部分338，其轴向设置在中间轴向轴环部分306上方。
36.如上文参照图2所述，火花塞300、300a可进一步包括垫圈压碎限制器310，该垫圈压碎限制器包括从中间轴向轴环部分306径向向外和轴向向下延伸的壁312，与至少部分地径向包绕垫圈128的径向外凹部表面339限定环形凹部338。
37.环形凹部338可以在包括纵向轴线332和径向方向334的平面(例如，图2和图4的截面)中限定轴向深度340和大于轴向深度340的径向宽度342。垫圈128可以限定沿着轴线322测量的无垫圈高度144，该无垫圈高度大于轴向深度340，并且在一些实施例中，无垫圈高度144减去轴向深度340的差除以无垫圈高度144的比可以处于20％到50％的范围内。在某些实施例中，该范围可以是25％至35％。在本公开的实施其它例中，其它尺寸范围和比例是可能的。
38.另外，环形凹部338可以限定凹部外径344，并且垫圈压碎限制器310的壁312限定壁外径346。在一些实施例中，垫圈128限定垫圈最小壁厚132，该垫圈最小壁厚小于垫圈压碎限制器310的壁312的径向壁厚314。换句话说，径向壁厚314可以大于垫圈最小壁厚132。
39.在图2中最佳所见的一些实施例中，垫圈128可包括限定最小壁厚132的起伏条状(即，具有至少一个顶点)材料，且垫圈压碎限制器310的壁312可限定比最小壁厚132大至少2.0倍的径向壁厚314。对于本公开的其它实施例可能不是这种情况。
40.现在，可以继续参考图2来讨论作为替换部件/子组件提供的火花塞300、300a的实施例。
41.垫圈压碎限制器310可包括从中间轴向轴环部分306轴向向下延伸的壁312，限定由壁312和前轴向部分302形成的环形凹部338。在这种情况下，中间轴向轴环部分306可以不像图2到4中所示出地成扩口形。
42.然而，在图2到4所示的本公开的一些实施例中，中间轴向轴环部分306可以是扩口形的，并且包括从中间轴向轴环部分306轴向向下和径向向外延伸到壁312的过渡表面348(辐射形、椭圆、多边形、圆锥形等)。如图所示，过渡表面348可以是圆锥形的。
43.重点参照图2，环形凹部338由可呈平面的轴向朝下密封表面308、从轴向朝下密封表面308延伸且为圆柱形的外周表面350、以及从轴向朝下密封表面308延伸且为圆锥形的内周表面352限定。在本公开的其它实施例中，这些表面308、350和352中的任一个可以不同地配置。
44.在某些实施例中，垫圈压碎限制器310的壁312终止于与纵向轴线332垂直的平面354处，并且内周表面352可终止于相同平面354处。对于本公开的其它实施例可能不是这种情况。
45.根据不同应用，本文讨论的任何实施例的配置和尺寸范围可以改变为不同。
46.火花塞和垫圈可以使用任何合适的制造工艺由任何合适的材料制造，所述制造工艺包括但不限于本文具体、隐含或固有描述的任何制造工艺。
47.工业适用性
48.在实践中，可根据售后市场或oem(原始设备制造商)的需要或期望提供、销售、制造和购买根据本文所述的任何实施例的火花塞、火花塞组件以及/或者使用该等火花塞或火花塞组件的发动机组件。例如，火花塞或火花塞组件可以用于改装已经在现场的现有发动机，或者可以在设备的第一销售点与发动机或使用该发动机的设备一同售出。
49.由于对火花塞垫圈的损坏较小，各种实施例可以使得对发动机的维护减少。另外，可以更可靠地提供火花塞的电极的适当定位和/或取向。
50.此外，所公开的尺寸范围和/或比例范围可以提供现有技术中未教导的关键结果。具体地说，这些变量可以允许垫圈压碎限制器的壁吸收在火花塞被拧紧时产生的90％或更
多的轴向负载，有助于保护垫圈不被过度压缩或压碎。此外，接收垫圈的凹部以及限定和/或包绕凹部的特征可以帮助使垫圈远离限制器壁的底部密封表面，使得垫圈在安装期间不会夹紧等。
51.应当理解，上文的描述提供了所公开的组件和技术的实例。然而，可设想，本公开的其它实施方式可在细节上与前述示例不同。对本公开或其示例的所有引用旨在引用当时所讨论的特定示例，而并非旨在更一般地暗示对本公开的范围的任何限制。关于某些特征的所有区别和不利言辞旨在表明这些特征不是优选的，但除非另外指明，否则并不是将这些特征从本发明的范围中完全排除。
52.除非本文另有指示，否则本文对值范围的叙述仅仅旨在用作分别提及落入所述范围内的每个独立值的速记方法，并且每个独立值并入到说明书中，如同在本文中分别叙述一样。
53.对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本文中讨论的设备和组装方法的实施例进行各种修改和变化。考虑到本文中公开的各种实施例的说明和实施，本公开的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，一些设备可以被构造并且不同于本文中所述起作用，并且任何方法的某些步骤可以被省略，按照与具体提到的不同的顺序被执行或者在一些情况下同时或在子步骤中被执行。此外，可以对各种实施例的某些方面或特征进行变化或修改以产生另外的实施例，并且各种实施例的特征和方面可以补充或替代其它实施例的其它特征或方面以便提供另外的实施例。
54.因此，如适用法律所允许的，本公开包括所附权利要求书中叙述的主题的所有修改和等效内容。另外，除非在本文中另有指示或者与上下文明显矛盾，本公开涵盖上述元件以所有可能变型的任何组合。