改进的火花塞护套的接触表面的制作方法

1.本发明涉及一种例如用于大型或高性能内燃发动机的火花塞护套，以及一种制造火花塞护套的相应方法，特别是提供一种对冷却剂腔的改进的密封。


背景技术：

2.在内燃发动机中，气缸盖通常经配置接收火花塞，以便于燃烧室内的可燃混合物的点火。由火花塞的操作和相应的燃烧引起的热量会导致火花塞和周围部件的温度局部升高，这可能是有害的，需要将温度保持在预定的范围内，并因此冷却。这种冷却由冷却剂提供，该冷却剂例如可以在冷却剂回路中循环并且位于邻近火花塞的一个或多个腔中。
3.冷却剂和火花塞之间的直接接触要求在每次火花塞更新或检修时排出或更新冷却剂。为了避免这种排放,这可能是费力且昂贵的,并且可能要求等待时间以在可接受的温度范围内处理冷却剂，在气缸盖中设置火花塞护套，该火花塞护套经配置拧入气缸盖的相应螺纹中，并且还包括螺纹以在火花塞护套内接收火花塞。因此，火花塞护套可以密封冷却剂腔，并在更换火花塞时保持在适当位置，从而便于更换。
4.然而，当在将火花塞护套安装到气缸盖中之后将火花塞安装到火花塞护套中时，这可能导致火花塞护套和气缸盖之间的压力或螺栓力减小。由于有限的可用夹紧长度，压力或螺栓力的这种减小会导致朝向冷却剂腔的泄漏，使得燃烧气体可以经由火花塞护套渗透冷却剂。
5.因此，需要改进火花塞护套朝向气缸盖的密封并至少部分地消除上述不利条件。


技术实现要素：

6.从现有技术出发，本发明的目的是提供一种用于内燃发动机的新的和创造性的火花塞护套。特别地，其目的是改进火花塞护套的密封特性和/或防止泄漏，即使在更换火花塞之后。
7.该目的通过具有权利要求1所述的特征的火花塞和制造具有权利要求10所述的特征的火花塞的方法来解决。在本说明书、附图以及从属权利要求中阐述了优选实施例。
8.因此，提出了一种火花塞护套，其包括用于接触内燃发动机的气缸盖的支撑表面的接触表面，其中在第一状态中，当火花塞未安装在火花塞护套中时，火花塞护套的接触表面的至少一部分限定相对于由气缸盖的支撑表面限定的接触表面方向的第一角度偏移。在第二状态中，当火花塞安装到火花塞护套时，所述部分限定第二角度偏移，其中第一角度偏移大于第二角度偏移。
9.此外，提出了一种用于制造火花塞护套的方法，该方法包括以下步骤：
10.－设置限定纵向方向的火花塞护套；
11.－将偏置元件拧入经配置用于容纳火花塞的螺纹的火花塞护套的螺纹中；以及
12.－在偏置元件的安装状态中，修改火花塞护套的接触表面的至少一部分，用于接触内燃发动机的气缸盖的支撑表面。
附图说明
13.当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述将更容易地理解本发明，其中：
14.图1示出了在未安装状态和未安装火花塞的状态中的火花塞护套的下部区域的纵向截面；
15.图2示出了安装有偏置元件的根据图1的火花塞护套；
16.图3示出了在偏置元件的安装状态中修改接触表面之后的根据图2的火花塞护套；以及
17.图4示出了在移除偏置元件之后的根据图3的火花塞护套。
具体实施方式
18.在下文中，将参考附图更详细地解释本发明。在附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且可以省略其重复描述以避免冗余。
19.在图1中，火花塞护套10的下部区域的纵向截面以未安装状态和未安装火花塞的状态示意性地示出。该区域对应于火花塞护套10的面向气缸盖中的安装状态中的气缸盖的燃烧区域的区域。火花塞护套10包括用于接触内燃发动机气缸盖的支撑表面的接触表面12。接触表面12从内径14延伸到由接触表面限定的外径16，其中在连接沿纵向方向延伸的火花塞护套10的端截面的内径14处设置有可选的曲率。在外径16处设置有斜面或倒角，其将接触表面12与火花塞护套10的远离面向燃烧区域的端部延伸的上部连接。外螺纹18用于将火花塞护套安装到气缸盖中，内螺纹20用于与火花塞螺纹接合。
20.接触表面12被描述为基本上平坦和/或平面的表面，其在径向方向上延伸，即垂直于火花塞护套10的纵向轴线。在安装火花塞护套10时，在原始的未修改状态中，整个接触表面12将与气缸盖的支撑表面接触。在安装火花塞护套10之后，火花塞在其中的安装会提供火花塞护套10的不期望的变形，这会损害火花塞的安装并且还会导致火花塞护套10与气缸盖之间的不期望的压力分布，潜在地导致火花塞护套10与气缸盖之间的泄漏。
21.为了改善压力分布并避免这种泄漏，如图2所示，偏置元件22安装在火花塞护套10中并接合其内螺纹20。在偏置元件22的这种安装状态中，接触表面12变形并且接触表面12在内径14处的一部分在纵向方向上朝向火花塞护套10的底端突出。因此，在内径14和外径16之间设置纵向偏移24，如虚线和相应的双箭头所示。
22.偏置元件22形成为伪火花塞，其可以不具有火花塞的相应功能，但可以具有基本上相同的形状和尺寸，并且可以例如由固体材料(例如钢)形成，以便承受更大的扭矩而不损害伪火花塞的结构完整性。根据本非限制性实施例，大约200nm的安装扭矩已经施加到伪火花塞。因此，接触表面12在纵向方向上在内径14处的突出部可以不完全对应于当安装通常使用的火花塞时获得的突出部，该火花塞可以以例如30nm至50nm安装。然而，如图3和4所示，附加扭矩和相应的纵向偏移24对于修改可能是有利的，因为可以确保通过修改接触表面12可以有效地避免这种状态。
23.因此，如图3所示，材料已经移除，即，在偏置元件22的安装状态中，突出部分的材料已经移除。因此，接触表面12已经变平并且在基本上径向方向上从内径14延伸到外径16。通过提供这种变平，可以确保在火花塞护套10和气缸盖之间提供最佳的接触界面，而不会损害火花塞护套10的安装和火花塞的安装，并具有改善的压力分布。
24.此外，如果与偏置元件22的安装扭矩相比，在火花塞的安装过程中施加较低的扭矩，则在火花塞护套10的安装状态中，可以相对于气缸盖的径向方向和/或支撑表面提供角度偏移。即,可以在从外径16开始的径向向内方向或从外径16径向向内的点提供接触表面12的(轻微)倾斜，同时保持接触表面12在外径16处的部分与气缸盖的支撑表面之间的接触。
25.此外，接触表面12的修改，即从接触表面12的一部分移除材料，使得在火花塞护套10的未安装或松弛状态中，即其中没有火花塞安装在火花塞护套10中，接触表面12相对于火花塞护套10的径向方向或延伸方向和/或气缸盖的支撑表面的延伸方向(即，如在预期安装状态中所看到的)具有角度偏移。如图所示，在压力下对接触表面12的修改，即利用安装的偏置元件，可以因此提供形成为基本(不对称)圆锥形状的接触表面12，其中顶点基本指向向下的纵向方向，其可以对应于气缸盖的支撑表面在安装状态中的位置。
26.此外，圆锥形状朝向外径16径向偏移。在这一端的圆周线接触对于提供更灵活的连接和提供更有利的压力分布是特别有利的。在安装火花塞并施加相应的安装扭矩时，接触表面12可以再次朝向图3所示的状态部分变形。由此，在火花塞护套10中没有安装火花塞的状态中设置的角度偏移可以在安装火花塞时再次减小，使得接触界面可以根据所施加的安装扭矩在径向向内的方向上扩大。
27.根据图4的修改的火花塞护套10的纵向偏移24可以有利地对应于根据图2的偏置的未修改的火花塞护套10的纵向偏移。当随后将火花塞安装到火花塞护套10中时，纵向偏移10可以对应于减小的角度偏移和施加的安装扭矩而再次减小。
28.对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例和项目仅描述了具有多种可能性的示例。因此，这里所示的实施例不应被理解为形成对这些特征和配置的限制。可以根据本发明的范围选择所述特征的任何可能的组合和配置。
29.这特别是关于以下可选特征的情况，这些可选特征可以以任何技术上可行的组合与之前提到的一些或全部实施例、项目和/或特征组合。
30.提供了一种火花塞护套。
31.这种火花塞护套可以包括用于接触内燃发动机的气缸盖的支撑表面的接触表面，其中在第一状态中，当火花塞未安装在火花塞护套中时，火花塞护套的接触表面的至少一部分限定相对于由气缸盖的支撑表面限定的接触表面方向的第一角度偏移，并且在第二状态中，当火花塞安装到火花塞护套时，所述部分限定第二角度偏移，其中第一角度偏移大于第二角度偏移。
32.火花塞在未安装状态中的较大角度偏移的优点在于，在施加容纳在火花塞护套内的火花塞的安装扭矩之前，接触表面可以接触气缸盖的支撑表面的预定区域。例如，可以提供初始(圆周)线接触，其可以在施加预定安装转矩时在由气缸盖的支撑表面限定的主接触表面方向的方向上延伸，即扩大。
33.换言之，在将火花塞安装到火花塞护套中时，火花塞护套与气缸盖之间的接触区域或接触界面可以增大，使得在施加预定扭矩时，接触表面与支撑表面之间的初始纵向距离或角度逐渐减小。因此，提供了更灵活的连接，这对于火花塞护套和气缸盖之间的压力分布是有利的。特别地，可以有效地抵消例如由于表面粗糙度的变平和/或由于安装火花塞护套的过程中的温度变形而引起的螺栓载荷和/或压力的损失，并且因此可以防止火花塞护
套和气缸盖之间的泄漏。
34.通过提供这种柔性连接，还可以促进火花塞护套的插入和安装，因为在施加预定安装扭矩之前和之后，可以在火花塞护套(的接触表面)和气缸盖之间提供逐渐增加的接触界面，而不是基本固定和平行的接触界面。换言之，柔性连接使得接触表面在安装火花塞护套的过程中更适于支撑表面。因此，可以提供改进的火花塞护套的安装和相应的螺栓力，以便有效地防止火花塞护套和气缸盖之间的泄漏。当在将火花塞护套安装到气缸盖中之后将火花塞安装到火花塞护套中时，这种螺栓力甚至可以进一步增加，因为这通过火花塞护套的接触表面的相应修改的角度偏移进一步改进了火花塞护套和气缸盖之间的连接。
35.接触表面，特别是第一和/或第二角度偏移可以适合于应用，即气缸盖的预期支撑表面。因此，火花塞护套的接触表面可以根据各种第一和第二角度偏移来配置。例如对于轴向对称的火花塞护套，火花塞护套的径向方向可以基本上对应于由气缸盖的支撑表面限定的方向，使得第一和第二角度偏移可以对应于火花塞护套的径向方向的相应偏移。然而，气缸盖的支撑表面的几何形状和尺寸可以在不同类型的气缸盖之间变化，使得由支撑表面限定的径向方向和主方向可以不必对应。
36.优选地，火花塞护套的径向延伸基本上对应于气缸盖的主横向方向或气缸盖的支撑表面的主延伸方向。以这种方式，第一和第二角度偏移可以对应于关于火花塞护套的径向延伸的相应偏移，即，在火花塞护套中的火花塞的未安装状态和安装状态中。
37.为了在火花塞的安装扭矩的施加过程中提供接触界面的(进一步)逐渐增加并因此提供更均匀的压力分布，基本上整个接触表面可以包括在未安装状态中相对于火花塞护套的径向方向的角度偏移。因此，接触表面可以包括例如用于不同部分的一个或多个角度偏移，以便形成预定的几何形状和/或一个或多个边缘。
38.优选地，整个接触表面的角度偏移是连续的，并且对应于整个接触表面的第一角度偏移。因此，接触表面可以由基本上直的表面提供，该表面可以相对于气缸盖的支撑表面和/或火花塞护套的径向方向倾斜或成角度，即与其形成(假想的)相交线。考虑到在施加用于火花塞的安装扭矩的过程中的压力分布以及提供连接的进一步改进的灵活性，优选地还在安装火花塞护套时，连续角度偏移可以是进一步有利的。
39.接触表面的该部分可以限定外径和内径，其中接触表面包括在内径和外径之间的纵向偏移。优选地，整个接触表面在内径和外径之间限定或延伸。因此，纵向偏移可以提供接触表面的纵向延伸，使得例如在火花塞护套的安装状态中，接触表面在外径处的端部更靠近邻近气缸盖的燃烧区域的火花塞护套的端部。
40.尽管该配置也可以颠倒，即在火花塞护套的安装状态中内径处的接触表面的端部更靠近燃烧区域，但是外径处的纵向延伸具有的优点是，根据气缸盖及其支撑表面的配置，火花塞护套和气缸盖之间的初始接触界面可以设置在外径处,由此提供对(随后的)压力分布有利的改进的连接灵活性。
41.优选地，纵向偏移在1和30微米之间，优选在5和15微米之间，特别是在8和12微米之间。该偏移可以例如经选择实现预定的线压力，这可以有利地由第一角度偏移提供。已经发现，在8至12微米之间的纵向偏移是特别有利的，以便提供足够的线压力而不会潜在地不利地影响密封功能。
42.为了进一步促进这种线压力，接触表面的部分优选地包括圆锥形状，优选地在由
火花塞护套限定的纵向方向上。
43.接触表面的具有第一角度偏移的部分可以例如形成圆锥形状的一个横向延伸或“支腿”，而所述部分的端部可以包括形成第二相邻横向延伸或“支腿”的斜面或倒角，使得形成可以提供与气缸盖的支撑表面的初始接触的边缘。
44.此外，圆锥形状优选是不对称的，特别是在火花塞护套的径向方向上。圆锥形状可以经配置在火花塞护套的安装状态中面向气缸盖的燃烧区域。
45.例如，整个接触表面可以从内径朝向由接触表面限定的外径延伸，并且可以包括在外径处的接触表面的端部处的斜面或倒角。接触表面优选地包括与斜面或倒角在径向方向上的延伸相比在径向方向上更大的延伸，以便形成不对称的圆锥形状，其中圆锥形状的尖端或顶点朝向外径并且朝向火花塞护套的在火花塞护套的安装状态中面向燃烧区域的端部偏移。斜面或倒角还可以包括与火花塞护套的外壁的纵向偏移，该纵向偏移可以对应于接触表面的内径和外径之间的纵向偏移。
46.尽管圆锥形状的顶点可以有利地平行于火花塞护套的对称轴线定向，但是所述顶点也可以与其成角度地设置，这对于气缸盖和相应的支撑表面的特定实施例而言是有利的，并且这可以例如取决于火花塞护套的相应应用。
47.此外，提供了一种制造火花塞护套的方法。
48.这种方法可以包括以下步骤：
49.－设置限定纵向方向的火花塞护套；
50.－将偏置元件拧入经配置用于容纳火花塞的螺纹的火花塞护套的螺纹中；以及
51.－在偏置元件的安装状态中，修改火花塞护套的接触表面的至少一部分，用于接触内燃发动机的气缸盖的支撑表面。
52.通过将偏置元件安装在火花塞护套中，接触表面的配置可以在火花塞护套的偏置状态中改变。这可以通过使得能够在偏置状态中直接修改接触表面的一部分或移除接触表面的多余部分而显着地促进接触表面的部分的修改。特别地，在特定范围内的修改，例如在5至50微米的范围内的修改，与例如计算机数字控制的修改相比，可以以这种方式(潜在地手动地)显着地更快地执行，这可能需要相当多的时间来实现预定的精度水平。
53.通过修改火花塞护套的偏置状态，在火花塞护套接收和容纳相应元件的状态中，接触表面还可以适于所需状态。例如，偏置状态可以类似于安装状态中的火花塞护套在气缸盖中的状态和/或形状，并且具有安装在其中的火花塞。因此，接触表面的理想状态可以通过在偏置状态中适当修改接触表面的至少一部分而直接获得。
54.例如，偏置元件可以以至少30nm或至少50nm的安装扭矩安装，该安装扭矩可以对应于常用火花塞的安装扭矩。然而，偏置元件优选地以预定的安装扭矩安装，该安装扭矩可能与通常使用的火花塞不兼容，例如至少100nm或在150nm和250nm之间，例如大约200nm，这可以确保当随后移除偏置元件，将火花塞护套安装在气缸盖中以及将火花塞安装在火花塞护套中时，不能完全实现最佳状态。换言之，这可以提供预定的公差或间隙，并确保便于安装扭矩的施加和火花塞的完全固定，即不会被由于接触表面的形状而增加的扭矩阻力抵消。
55.为了能够施加例如100nm或200nm的较大扭矩，偏置元件可以形成为伪火花塞，该伪火花塞可以不具有对应的功能性，但是可以具有基本上相同的形状和尺寸，并且可以例
如由固体材料形成，以便承受较大的扭矩而不损害伪火花塞的结构完整性。
56.优选地，该修改步骤包括移除接触表面的一部分的材料，以便在偏置元件的安装状态中使接触表面变平，优选地在偏置元件的安装状态中获得在基本上径向方向上延伸的基本上平面的部分。
57.此外，接触表面的材料被移除的部分优选地对应于接触表面的在偏置元件的安装状态中具有相对于火花塞护套的径向方向的角度偏移和/或在纵向方向上延伸的部分。换言之，接触表面的一部分可以经移除，其在纵向方向上从径向和/或平面表面突出。
58.由此，火花塞护套的特定预定形状可以在随后移除偏置元件时实现。例如，接触表面的部分的这种特定移除或变平可以使得接触表面的部分或整个接触表面可以包括在偏置元件的未安装状态中相对于火花塞护套的径向方向的角度偏移。该角度偏移可以从内径朝向由接触表面限定的外径基本上是连续的，其中例如在接触表面的外径处的端部处可以提供斜面或倒角。可以在内径和外径之间提供纵向偏移，以便形成基本上圆锥形状，其可以在径向方向上朝向外径偏移，并且可以包括顶点，该顶点在火花塞护套在气缸盖中的安装状态中面向火花塞护套的邻近燃烧区域的端部。
59.因此，该方法可以提供在接触表面的外径设置圆周顶点或边缘。如上所述，这对于在将火花塞护套安装到气缸盖中时，在支撑表面和接触表面的外径处提供与气缸盖的支撑表面的圆周线接触是特别有利的，即，提供更灵活的连接。
60.该修改步骤可以包括通过在应力下机加工或铣削来移除该部分的材料。
61.可替代地，该修改步骤可以包括通过插入车削来移除该部分的材料。优选地，通过压缩，优选地使用切削刃的整个宽度来提供材料移除。这可以提供更均匀的修改。更优选地，可以优选连续地施加预定的压缩力，其中优选监测和/或控制压缩力以避免布氏压痕或颤动痕迹。
62.根据上述方法可以制造多种火花塞护套。优选地，可以执行用于制造火花塞护套的方法以制造根据本发明的火花塞护套。因此，考虑到火花塞护套而描述的相应特征和技术优点同样适用于根据本发明的方法，并且在适用的情况下反之亦然，并且因此参考上文以避免冗余。
63.尽管在上文中使用了术语“螺纹连接”，但是应当理解，在适用的情况下，可以使用更通用的紧固，例如将偏置元件固定或安装在火花塞护套中。优选地，术语“拧入”指示例如通过施加扭矩来提供纵向位移的转动或旋转运动。
64.工业实用性
65.参照附图，提出了用于内燃发动机气缸盖的火花塞护套以及制造火花塞护套的方法。上述提出的火花塞护套可以应用于各种发动机，诸如(大型)燃气发动机，其需要点火系统及其冷却，并且其中可能需要更换火花塞。火花塞护套和相应的接触表面改善了火花塞护套的螺栓力，从而即使在反复更换火花塞之后也避免燃烧气体泄漏到冷却剂腔中。进一步地，火花塞护套可以作为更换或改型的一部分来应用，其中火花塞护套可以例如在检修时或在发动机的使用和操作之前更换。

技术特征：
1.一种火花塞护套(10)，包括用于接触内燃发动机的气缸盖的支撑表面的接触表面(12)，其中在第一状态中，当火花塞未安装在所述火花塞护套(10)中时，所述火花塞护套(10)的所述接触表面(12)的至少一部分限定相对于由所述气缸盖的所述支撑表面限定的接触表面方向的第一角度偏移，并且在第二状态中，当所述火花塞安装到所述火花塞护套(10)上时，所述部分限定第二角度偏移，其中所述第一角度偏移大于所述第二角度偏移。2.根据权利要求1所述的火花塞护套(10)，其中在所述未安装状态中，基本上所述整个接触表面(12)相对于所述火花塞护套(10)的径向方向具有角度偏移。3.根据权利要求2所述的火花塞护套(10)，其中所述角度偏移是连续的，并且对应于所述整个接触表面(12)的所述第一角度偏移。4.根据前述权利要求中任一项所述的火花塞护套(10)，其中所述接触表面(12)的所述部分限定外径(16)和内径(14)，并且其中所述接触表面(12)包括在所述内径(14)和所述外径(16)之间的纵向偏移(24)。5.根据权利要求4所述的火花塞护套(10)，其中所述纵向偏移(24)在1至30微米之间，优选地在5至15微米之间，特别地在8至12微米之间。6.根据前述权利要求中任一项所述的火花塞护套(10)，其中所述部分优选地在由所述火花塞护套(10)限定的所述纵向方向上包括圆锥形状。7.根据权利要求6所述的火花塞护套(10)，其中所述圆锥形状优选地在所述火花塞护套(10)的所述径向方向上是不对称的。8.根据权利要求6或7所述的火花塞护套(10)，其中所述圆锥形状经配置在所述火花塞护套(10)的所述安装状态中面向所述气缸盖的所述燃烧区域。9.根据前述权利要求中任一项所述的火花塞护套(10)，其中所述火花塞护套(10)的径向延伸基本上对应于所述气缸盖的主横向方向。10.一种制造火花塞护套(10)的方法，包括以下步骤：-设置限定纵向方向的火花塞护套(10)；-将偏置元件(22)拧入经配置用于容纳火花塞的螺纹的所述火花塞护套(10)的螺纹(20)中；以及-在所述偏置元件(22)的所述安装状态中，修改所述火花塞护套(10)的接触表面(12)的至少一部分，用于接触内燃发动机的气缸盖的支撑表面。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述修改步骤包括移除所述接触表面(12)的部分的材料，以便在所述偏置元件(22)的所述安装状态中使所述接触表面(12)变平，优选地在所述偏置元件(22)的所述安装状态中获得沿基本径向方向延伸的基本平面部分。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述接触表面(12)的材料被移除的所述部分对应于所述接触表面(12)的在所述偏置元件(22)的所述安装状态中与所述火花塞护套(10)的径向方向具有角度偏移和/或沿所述纵向方向延伸的部分。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述修改步骤包括通过在应力下机加工或铣削来移除所述部分的材料。14.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述修改步骤包括通过插入车削来移除所述部分的材料。15.根据权利要求14所述的方法，其中通过压缩，优选地使用切削刃的整个宽度来提供
所述材料移除。16.根据权利要求15所述的方法，其中优选连续地施加预定的压缩力，优选监测和/或控制所述压缩力。17.根据权利要求10至16中任一项所述的用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的火花塞护套(10)的方法。

技术总结
本发明涉及一种例如用于大型或高性能内燃发动机的火花塞护套，以及一种制造火花塞护套的相应方法，特别是提供一种对冷却剂腔的改进的密封。因此，提出了一种火花塞护套(10)，包括用于接触内燃发动机的气缸盖的支撑表面的接触表面(12)，其中在第一状态中，当火花塞未安装在火花塞护套(10)中时，火花塞护套(10)的接触表面(12)的至少一部分限定相对于由气缸盖的支撑表面限定的接触表面方向的第一角度偏移，并且在第二状态中，当火花塞安装到火花塞护套(10)上时，所述部分限定第二角度偏移，其中第一角度偏移大于第二角度偏移。其中第一角度偏移大于第二角度偏移。其中第一角度偏移大于第二角度偏移。


技术研发人员：I
受保护的技术使用者：卡特彼勒能源方案有限公司
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2023/8/24