防汙染火花塞和製備的方法與流程

2023-05-28 11:53:58 2

防汙染火花塞和製備的方法相關申請交叉引用本申請要求在2010年12月6日提交的美國臨時申請號61/420,127的權益，其通過引用以其整體併入本文。

背景技術：
一般而言，火花塞包括具有中心軸向孔的絕緣套筒，通過該孔中心孔電極延伸。絕緣套筒放置並固定於金屬外殼內，金屬外殼作為內燃機的安裝平臺和界面。金屬外殼也支撐地電極，地電極相對於中心電極以特定間隔關係放置為了產生火花隙。絕緣套筒包括成形的頂端部分，其位於金屬外殼的凹槽末端部分中。成形的頂端部分設置成保護電極防止發動機加熱和燃燒的產物。火花塞一般安裝到發動機汽缸蓋，並被選擇性激活以在關聯的發動機汽缸中點燃燃料/空氣混合物。隨著時間的過去，燃燒的產物或燃燒沉積在中心電極周圍積累，特別是在成形頂端部分周圍。燃燒產物的這種積累抑制了穿過火花隙的火花形成。燃燒產物的顯著積累可以汙染火花塞和導致點火失敗，即，燃燒產物完全阻斷了在中心電極和地電極之間形成火花。燃燒沉積積累在冷啟動期間是特別成問題的。在冷啟動期間，空氣/燃料的完全燃燒很少實現，這導致導電燃燒沉積的增加的生成。作為連續冷啟動的結果，導電燃燒沉積積累，導致在中心電極和火花塞的電接地部分之間電短路。解決燃燒沉積積累問題的先前努力包括在絕緣套筒上矽油塗料和微粒的氧化釩沉積。這些塗料不能夠充分地解決問題—在高溫具有不合格的性能、不合格的耐用度、或燃燒沉積積累的不充分的減少。因此，有對於火花塞的需求，該火花塞具有對於絕緣套筒中的導電燃燒沉積積累具有降低的敏感。

技術實現要素：
本文公開火花塞，其包括具有中心軸向孔和外表面的絕緣套筒以及貫穿絕緣套筒的中心軸向孔的中心電極。絕緣套筒放置並固定在金屬外殼內，金屬外殼作為內燃機安裝平臺和界面。金屬外殼也支撐地電極，地電極相對於中心電極以間隔關係放置為了產生火花隙。絕緣套筒包括成形的頂端部分，其位於金屬外殼的凹槽末端部分中。塗料布置在絕緣套筒的外表面上。塗料包括有機矽樹脂，任選地與填料結合。本文也公開製備塗布的絕緣套筒以及含有塗布的絕緣套筒的火花塞的方法。附圖說明圖1是火花塞的側視圖，部分以橫截面顯示。圖2是顯示小的發動機火花塞測試的結果的圖。具體實施方式如本文描述，含有有機矽樹脂的塗料是基本連續的塗料。如本文定義，基本連續塗料描述不具有裸眼可見的破裂處或缺口的塗料和覆蓋絕緣套筒的外表面。塗料厚度可以是1至20微米厚，或更具體地為1至15微米厚。有機矽樹脂是交聯的高度分支、三維骨架聚合物。它們可以包括隨機順序、主要為三功能單元。有機矽樹脂範圍可以是相對低分子量活性樹脂到具有多種多樣結構的高分子量物質。有機矽樹脂不同於矽樹脂液(油)，因為矽樹脂液是線性、非交聯的聚合物，其一般包括二甲基矽氧烷單元。有機矽樹脂可以具有大於或等於500℃的分解溫度，或，更具體地說明，大於或等於510℃，或更具體地，大於或等於525℃。有機矽樹脂可以是交聯的(固化的)或可固化的。當有機矽樹脂是可固化的，它可以使用環境水分或固化催化劑進行固化，固化催化劑諸如包括鋅或辛酸亞錫、氨基功能化矽酯、或其混合物。示例性有機矽樹脂包括從MomentivePerformanceMaterials可得的SR355、SR141、BaysiloneM120XB、和SilblockWA以及從DowCorning可得的Dow233、Dow840、和Dow805。如上述提到，塗料可以任選地包括無機填料。填料可以進行選擇以具有大於或等於500℃的分解溫度，或更具體地，大於或等於510℃，或更具體地，大於或等於525℃。填料可以進行選擇可以具有小於或等於13微米的平均粒子尺寸(通過最長線性尺寸測定)。在這個範圍內，平均粒子尺寸可以是5納米到10微米。填料也可以進行選擇具有大於1的長寬比(縱橫比)，或更具體地，大於或等於2，或更具體地，大於或等於3。示例性填料包括二氧化矽、熱解法二氧化矽、親水性熱解法二氧化矽、雲母鐵礦、鈣矽石、有機粘土、天然粘土、氧化鋁、和前述的組合。塗料通過首先形成有機矽樹脂、或有機矽樹脂和填料的分散體或溶液形成。用於分散體的有用載體包括水。用於溶液的有用溶劑包括非極性芳香溶劑諸如甲苯、苯、二甲苯等等。分散體或溶液可以包括基於分散體或溶液的總重量的多至10%重量的有機矽樹脂。在這個範圍內，分散體或溶液中的有機矽樹脂的量可以是0.5-10%重量，或更具體地為1-5%重量。分散體或溶液可以包括基於分散體或溶液的總重量的多至10%重量的無機填料。在這個範圍內，分散體或溶液中的無機填料的量可以是0.5-10%重量，或更具體地為1-5%重量。基於重量百分比，有機矽樹脂的量和無機填料的量可以是相同的。例如，分散體或溶液可以包括基於淤漿或溶液的總重量的2.5%重量的有機矽樹脂和2.5%重量無機填料。分散體或溶液施加到火花塞組件的絕緣套筒。火花塞組件包括絕緣套筒、中心電極、電阻器和接線端頭。分散體或溶液可以通過任何合適方法諸如塗抹、浸塗、噴塗等等施加。施加到中心電極的任何塗料可以通過合適方法去除。使施加的分散體或溶液空氣乾燥，在空氣流動下，在室溫至少15分鐘，或更具體地，1至4小時。當使用揮發性溶劑時，空氣乾燥允許揮發性溶劑的至少部分的蒸發，當對於交聯重要時，空氣乾燥引入水分。在空氣乾燥後，組件然後在高溫處理，諸如100至150℃，30分鐘至60小時，或更具體地，1至4小時。選擇在高溫的時間的長度以足夠形成沒有邊緣效應、結皮或裂紋形成的塗料。在高溫處理後，在300至450℃的溫度持續30至90分鐘完成固化有機矽樹脂。示例性火花塞在圖1中示出。火花塞1具有金屬外殼2、地電極3、中心電極5、絕緣套筒6、絕緣套筒的成形的頂端部分61、布置在絕緣套筒上的塗料7。本發明通過以下非限制性實施例進一步說明。測試材料/塗料的薄膜在氧化鋁或玻璃基底條上製備，並加熱至目標溫度持續15分鐘。相對於有機矽樹脂量的填料的量在表中示出。例如，0.2X的量指填料的質量是有機矽樹脂的質量的0.2倍。因此，「1X」指填料的質量和有機矽樹脂的質量是相同的。條然後從馬弗爐取出和使其冷卻至室溫。水滴放置在塗布區域和肉眼估計疏水性。片然後加熱至表中示出的下個最高溫度(50℃增加)。重複方案到大體為600℃的最大溫度。結果在以下表中示出。與用沒有無機填料的相同有機矽樹脂製成的塗料相比，無機填料(熱解法二氧化矽)的包含物生成具有增加的水接觸角的塗料。接觸角表示塗料的疏水性。水接觸角越高意味著越疏水。因為水分在這個過程中起的作用，相信較高的疏水性幹擾導電燃燒產物的形成。沒有無機填料的有機矽樹脂SR141有機矽樹脂塗料作為甲苯溶液中按重量計40-60%固體提供。儲備溶液用甲苯稀釋生成基於溶液的總重量、按重量計含有2.5%固體的工作塗浸溶液。將暴露於燃燒室的火花塞組件的頂端在有機矽樹脂溶液中如下進行浸塗：1.需要有機矽樹脂處理的部分的絕緣體淹沒在稀釋的有機矽樹脂溶液中2.在頂端用溶液完全潤溼後，它以中等速度從溶液中向上取出(～1秒)3.然後使潤溼的頂端在空氣的流動下在室溫乾燥[約100英尺/分鐘(FPM)的面速度]1到4小時。4.空氣乾燥頂端然後在對流恆溫烤箱中120℃加熱1至4小時。5.塗布的頂端然後在加熱爐中350℃的溫度加熱1小時的時間段。6.塗布的組件然後用於構建完整的火花塞。具有無機填料的有機矽樹脂發現使用一些無機填料使得塗料更耐熱(可以暴露於更高溫度)和也增加有機矽樹脂的天然疏水性。SR141有機矽樹脂塗料作為嘉賓溶液中按重量計40-60%固體提供。儲備溶液用甲苯稀釋生成基於溶液的總重量、按重量計含有2.5%固體的工作塗浸溶液。熱解法二氧化矽從SigmaChemical以乾燥、非常蓬鬆的粉狀材料得到，具有7納米的平均粒子尺寸和390+/-40m2/g的表面積。熱解法二氧化矽，在量上等於有機矽樹脂的量，在前面段落中描述的溶液中按重量計，加入到溶液，並在室溫混合至少16小時的時間段，為了完全潤溼和分散熱解法二氧化矽。交聯/分散添加劑(來自Momentive的氨丙基三甲氧基矽烷)也以等量加入。將暴露於燃燒室的火花塞組件的頂端在有機矽樹脂溶液中如下進行浸塗：1.需要有機矽樹脂處理的部分的絕緣體淹沒在含有無機填料的稀釋的有機矽樹脂溶液中2.在頂端用混合物完全潤溼後，它以中等速度從混合物中向上取出(～1秒)3.然後使潤溼的頂端在空氣的流動下在室溫乾燥[約100FPM的面速度]1到4小時。4.空氣乾燥頂端然後在對流恆溫烤箱中120℃加熱1至4小時。5.塗布的頂端然後在加熱爐中350℃的溫度加熱1小時的時間段。6.塗布的組件然後用於構建完整的火花塞。用有機矽樹脂以及有機矽樹脂和無機填料的組合塗布的火花塞在小發動機（Tecumseh木片切削機的5馬力發動機)中測試性能。測試在使用戶外環境條件(25–90+°F、沒有控制溼度)的開放空氣測試區域中進行。發動機在顯著地燃料富集下運行。發動機運行1-5分鐘，在運行之間的冷卻時間段通常為15分鐘。在每次運行周期之後，測量分路電阻。結果在圖2中示出。雖然本發明已經參照優選的實施方式進行了描述，但是本領域技術人員應該理解，可以做出各種改變和等同物可以用於替代其元素，而沒有偏離本發明的範圍。另外，可以做出多種修改以適應於本發明教導的特定情形或物質，沒有偏離其本質範圍。因此，意欲本發明不限制於作為考慮實現本發明的最佳模式公開的特定實施方式，但是本發明將包括落入附加權利要求的範圍內的所有實施方式。本文公開的所有範圍包括端點，端點彼此之間是可組合。所有引用的專利、專利申請和其它文獻通過引用以其整體併入本文。在描述發明的情況中(特別是在以下權利要求中的情況中)使用的術語「一」("a"和"an"以及"the")和類似參照應該被解釋為涵蓋單數和複數，除非在本文以其它方式示出或通過上下文清楚地否定。進一步地，應該需要進一步說明的是在本文術語「第一」、「第二」等等不表示任何順序、數量、或重要性，而是用於區別一種元素與另一種元素。