用於內燃發動機的點火設備和電氣接插件的製作方法
2023-11-01 11:16:12 3
專利名稱：用於內燃發動機的點火設備和電氣接插件的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於內燃發動機的一種點火設備和一個電接插件，更具體地說，涉及安裝在內燃發動機的汽缸頭蓋上用於直接向火花塞提供高壓的一種點火設備和一個電接插件。
圖6以剖面方式示出了與日本專利公開第6-58237號所公開的相似的一種常規的點火設備。在圖中，參考號1是點火線圈，2是要連接到點火線圈1所用的電源單元這樣一類外部電路上去的接線，3是內燃發動機汽缸頭蓋，點火線圈1就安裝在其上，4則是用於把點火線圈1固定在汽缸頭蓋上的安裝螺栓。參考數字5是一個高壓端子，用於從那裡提供由點火線圈1所產生的高壓，6是點火線圈1的高壓柱，用於提供對高壓連接部分的機械連接，7是火花塞，8是火花塞7的高壓端子，9是棒狀導體，用於把點火線圈1的高壓端子5在電氣上連接到火花塞7的高壓端子上。在導體9的對面一端，壓縮彈簧10和11以輕微受壓的狀態被固定以便對高壓端子5和8建立良好的電接觸。參考數字12是連接絕緣子，它由樹脂構成並圍繞棒狀導體9而安裝以便使高壓導體9對接地的汽缸頭的火花塞孔內壁13的內表面電絕緣。這樣，棒狀導體9、導電彈簧10和11、和連接用絕緣子12一起構成了一個連接用的組合件12a，用來在電氣上把點火線圈1連接到火花塞7的高壓端子8上。
參考數字15是個橡皮帽，它是第一個橡皮構件，用於在機械上連接點火線圈1的高壓柱6和連接組合件12a並用於防止潮氣侵入火花塞孔14，16是個橡皮帽，它是第二個橡皮構件，用於在機械上連接連接組合件12a到火花塞7的高壓端子8上，並用於防止在高壓端子8上的高電壓洩漏到火花塞孔壁13上。由於橡皮帽16比起橡皮帽15來要經受到高得多的溫度，所以橡皮帽16是由即使在高溫下也能呈現出良好的耐受電壓特性的材料所製成，例如價格很昂貴的矽橡膠。參考數字17是一個火花隙，用於產生電火花，18則是內燃發動機的偏心輪軸外殼部分，其高度相當於火花塞孔14的深度。
當連接到接線2上的包括功率電晶體或控制單元的外電路(未示出)提供一個間歇的初級電流給點火線圈1時，點火線圈1在它的高壓端子5上產生一個高電壓。由點火線圈1產生的高電壓從高壓端子5經過彈簧10、導體9和彈簧11而提供到火花塞7的高壓端子8上並引起跨越火花間隙17而產生一個火花，從而使在汽缸內的燃油空氣的混合氣體發生爆燃。
★這樣的點火設備可以很方便地適用於各種其偏心輪軸外殼部分18具有不同長度尺寸的內燃發動機，只要線圈的安裝部分有同樣的構造，那麼，簡單地把導體9和連接器12加以更換就可以了。★圖7是圖6所示的常規點火設備的振動系統的說明圖，從該圖可以理解，連接組合件12a的諧振頻率f可以表示為f∝ 此處K是橡皮帽16的剛度，m是連接組合件12a的質量。由於常規的內燃發動機的火花塞孔14的直徑大而相對較淺，橡皮帽16的剛度可以通過增大其厚度而增大，而質量m則因為它的較短的長度而不會太大。因此，點火設備的振動系統的諧振頻率f可以規定在一個與內燃發動機的振動頻率有很大不同的高頻上。
但是，近年來的內燃發動機的偏心輪軸外殼部分8具有相對較高的高度尺寸以便適合於其內的各種複雜的部件，這包括一系列進氣和排氣閥以及用於閥門運行的各種調節機構。因此，火花塞孔14變得窄而延長了，這導致增大了質量m，這是因為連接組合件12a的軸向長度增加了，同時也導致橡皮帽16的剛度K的減少，這是因為帽16變薄，從而，使點火設備具有足夠低的諧振頻率而成為一個和內燃發動機的振動相關聯的諧振問題。
這就是說，由於內燃發動機的振動而使點火設備各部件發生了諧振。更具體地說，連接組合件12a沿著點火線圈1的高壓柱6相對於火花塞孔壁13和火花塞7有明顯的振動，這將導致彈簧11的振動端和火花塞7的高壓端子8相接觸並磨損，引起這些部件間的不良的電接觸。
因此，本發明的一個目的是為內燃發動機提供一種點火設備，它沒有上面所討論的用於內燃發動機的傳統點火設備中的問題。
本發明的另外目的是為內燃發動機提供一種點火設備，其中的連接器不會在火花塞孔內相對於火花塞振動、且不產生設備各部件的磨損。
本發明的進一步的目的是為內燃發動機提供一種點火設備，其中在點火設備的各部件之間可以可靠地維持良好的電接觸。
本發明的還有另外的目的是為內燃發動機提供一種用於點火設備的電接插件，它在結構上簡單但仍足夠地牢固以防止諧振震動。
參考到上述目的，本發明可歸結為一種用於內燃發動機的點火設備，它包括含有高壓端子的火花塞、向火花塞提供高電壓的點火線圈和用於把點火線圈在電氣上連接到火花塞的高壓端子的連接組合件；該組合件包括有一個位於連接組合件上的支持套筒，它用於容納並支持火花塞的高壓端子以防止高壓端子的橫向移動。支持套筒可以是連接組合件的連續的延伸或者足以其一端固定在連接組合件上的導電金屬管。
連接組合件可以包括一個在其中延伸的導電金屬管，該金屬管在其一端具有作為它整體的連續延伸的支持套筒。
支持套筒可以有一個向內延伸的凸起部分以便和火花塞的相對應的高壓端子建立起電接觸，或者，支持套筒也可以包括耐磨損的材料，如一個彈性構件、金屬構件或薄膜，它固定於套筒的內表面並位於火花塞的高壓端子和支持套筒的內表面之間，以便把套筒的磨損減到最小。
本發明還歸結到一個用於把內燃發動機的火花塞的高壓端子連接到點火線圈的電接插件，它包括一個適合於安裝在點火線圈上的第一電絕緣帽，一個適合於安裝在火花塞上的第二電絕緣帽，一個以其相對兩端安裝在第一和第二電絕緣帽上的電絕緣子，和一個由該電絕緣子支持並通過它延伸的導電體，用於把點火線圈和火花塞的高壓端子在電氣上相互連接。電絕緣子有一個設於其上的支持套筒，用於容納、並在其內表面支持火花塞的高壓端子以防止高壓端子的橫向移動。
導電體可以包括一個導體棒和安裝在導體棒和火花塞的高壓端子之間的壓縮彈簧。火花塞的高壓端子和連接到高壓端子的導電體的一端被容納於支持套筒內，該套筒則被支持在第二電絕緣帽之內。
通過對本發明的優選實施例的詳細說明並結合附圖，本發明將變得更加明顯，圖中
圖1是本發明的點火設備的一個實施例的電接插件的剖面圖；圖2是本發明另一實施例的點火設備的電接插件的剖面圖；圖3是本發明的又一實施例的點火設備的電接插件的剖面圖；圖4是本發明再一個實施例的點火設備的電接插件的剖面圖；圖5是本發明另一個實施例的點火設備的電接插件的剖面圖；圖6是安裝在內燃發動機的常規點火設備的剖面圖；和圖7是說明常規點火設備的連接組合件的振動機理的振動系統示意圖。
圖1表示本發明的用於內燃發動機點火設備的電接插件。雖然圖1隻示出了點火設備的某些部分，但本發明的點火設備也包括和圖6所示的那些點火線圈、第一橡皮帽、壓縮彈簧等類似的部件。
在圖1中，本發明的點火設備包括一個火花塞7，它具有高壓端子8並且以螺紋固定在火花塞孔14的底上。電接插件用於把火花塞7連接到類似於圖6中的點火線圈1的點火線圈(未示出)上，以便將由點火線圈產生的高電壓供應到火花塞上。
在圖1中，參考數字7是火花塞，8是火花塞7的高壓端子，9是用於從高壓端子5向高壓端子8提供高電壓的棒狀導體，在其相對兩端裝著導電的壓縮彈簧10和11用以保證對於高壓端子5和8具有良好的電接觸。參考數字19是圍繞著導體9安裝的連接絕緣子，它由電絕緣的樹脂製成，用於把高電位的導體9和處於地電位的內燃發動機在電氣上相互絕緣。這樣，棒狀導體9、導電彈簧10和11、以及連接絕緣子19一起組成了連接組合件19a，用於在電氣上把點火線圈1和火花塞7的高壓端子8相連接。
按照本發明，連接絕緣子19在其一端備有一個支持套筒20，它是連接絕緣子19的單向、連續、帶孔的軸向延伸，用於在其中容納和支持火花塞7的高壓端子8。支持套筒20的軸向長度足以在其中接受火花塞7的高壓端子8。連接絕緣子19以及支持套筒20都是由熱塑性材料或熱成型樹脂製成的，而高壓端子8則由金屬製成，所以它們之間如處於加壓裝配的關係是不可取的。因此，支持套筒20的內徑是這樣確定的，即當支持套筒20的內徑允差是在它的低限而高壓端子8的外徑允差是在它的上限時，在支持套筒20和高壓端子8之間會產生一個最小的間隙。
參考數字21是火花塞孔壁13的深部，它的直徑被減小，這是因為內燃發動機的機構所提出的限制而造成的。參考數字22是由矽橡膠製成的第二電絕緣帽，用於在機械上把連接組合件19a連接到火花塞7的高電壓端子8，並用於防止在高壓端子8上的高電壓洩漏到火花塞孔壁13上。應該注意，第二絕緣帽的壁比用虛線所示的常規橡皮帽16的壁要更薄一些。
在本實施例中，火花塞7的高壓端子8位於連接絕緣子19的支持套筒20之內，在高壓端子8和支持套筒20的內周壁之間的間隙極小。這就是說，在這種狀態下，高壓端子8是由支持套筒20所固定的。
因此，即使連接組合件19a遭受到振動力，這種力本來會使組合件19a沿著高壓柱6振動的，但由於火花塞7的高壓端子8和連接組合件19a的支持套筒20是相接觸的，連接組合件19a的振動被限制在僅為極小的水平上。
因此，當火花塞孔壁13的深部21變窄且由於內燃發動機的機械設計所提出的限制而只能提供較小的內徑時，並且即使當橡皮帽22的壁變薄而使橡皮帽22的剛度K減小時，或即使當偏心輪軸外殼部分18的深度增加因而也使連接組合件19a的軸向長度增加、並且使連接組合件19a的質量m增加時，則由內燃發動機的振動所引起的連接組合件19a的諧振震動仍可以在實際上受到抑制。
這樣，由於連接組合件19a相對於火花塞7沿著高壓柱6的振動被消除，彈簧11由於和高壓端子8的摩擦所致的磨損被防止，從而可以保持良好的電接觸。
如前所述，橡皮帽22一般是由矽橡膠製成的，它具有在高溫下耐受高壓的極好的性能，但價格很昂貴。
應該指出，作為第二橡膠構件的橡皮帽22隻需要這樣一個厚度，即能夠防止從高壓端子8到火花塞孔壁13或其深部21的漏電就足夠了。但是在常規的點火設備中，橡皮帽16具有過大的厚度，為的是使它具有所需的剛度K，這個剛度是防止連接組合件19a的諧振所需的。
相反，在本發明的實施例中，由於連接組合件19a並不振動而不必考慮橡皮帽22的剛度K，所以作為第二橡皮構件的橡皮帽22可以只有最小的壁厚，它足以防止在高壓端子8和火花塞孔壁13或其深部21之間的高壓漏電就可以，從而使所需的昂貴的矽橡膠材料的量可以明顯地減少，使得點火設備可以微型化。
在上述的實施例中，火花塞7的高壓端子8是容納於連接器絕緣子19的支持套筒20中的，而且它們是相互間直接接觸的。但是，當在支持套筒20中所用的材料在耐磨性方面很差時，支持套筒20的和高壓端子28相接觸的接觸面被磨損後就會有一個較大的內徑，使得支持套筒20不能緊貼地固定高壓端子8、也不能限制連接組合件19a的有害的振動。因此，在高壓端子8和支持套筒20之間可以放入一個緩衝器來減輕或緩解它們之間的撞擊從而長期地防止連接組合件19a的振動。
圖2表示本發明的另一個實施例，它利用了這樣的緩衝器，其中在圖中的同樣參考數字表示前面所說明的相對應的或相同的那些部件。在圖2中，參考數字23是一個連接器絕緣子，它和前面的實施例一樣，從其一端向火花塞7延伸以限定一個其內徑比圖1所示的更大些的支持套筒24。參考數字25是一個橡皮帽，它是第二個橡皮構件並在其中形成一個延伸的圓筒部分26，使得在高壓端子8容納於支持套筒24之內時它位於高壓端子8和連接器絕緣子23的支持套筒24之間。這個圓筒部分26構成了緩衝裝置，用來減輕高壓端子8和支持套筒24的內壁之間的碰撞。
在這個實施例中，支持套筒24通過橡皮帽25的圓柱部分26固定住高壓端子8。因此，即使在點火設備因內燃發動機的振動而振動時，圓筒緩衝器26緩解了高壓端子8和支持套筒24之間的碰撞，同時也消除了它們之間的摩擦接觸從而減少磨損。這樣，圓筒部分26可以被稱做磨損抑制裝置，用於減少支持套筒24內壁的磨損。因此，由於彈簧11和高壓端子8之間的摩擦作用而引起的磨損可以被防止，而它們之間的良好的電接觸則可長期得以維持。同時，也就沒有必要在支持套筒24和圓筒部分26之間或圓筒部分26和高壓端子8之間提供一個間隙。因此，支持套筒24可以更牢固地固定住通過圓筒部分26的高壓端子8。這種安排也可以使連接組合件23的振動限制在更低的水平。
圖3表示本發明的另外一種實施例，其中相同的參考數字表示前面已說明的那些相對應或相同的部件。在圖3中，參考數字27是一個連接器絕緣子，28是支持套筒，29是安裝在支持套筒28內表面上的圓筒形構件。圓筒形構件29組成了緩衝裝置。
當連接器絕緣子27是由耐磨性低的材料製成時或當內燃發動機的振動非常劇烈時，圓筒形構件29可由具有高耐磨性的材料(如不鏽鋼)製成而且可能用加壓裝配或插入模鑄等方法固定在連接器絕緣子27上。應該指出，在高壓端子8和圓筒形構件29的內壁表面之間具有一個結合圖1所示的實施例中所說明的相類似的小間隙。這樣，這使得支持套筒28固定住通過圓筒形構件29的高壓端子8，限制連接組合件27a的振動並防止連接組合件由於撞擊或摩擦所引起的磨損。
作為圓筒形構件29的取代物，可以在連接器絕緣子27的支持套筒28的內表面上形成由具有高耐磨性的材料製成的保護膜或保護層，它構成了抑制磨損的裝置。保護膜可由金屬粉末、樹脂類材料(聚醯亞胺、聚醯胺、聚醯胺-醯亞胺等)經烘烤、塗刷或蒸汽蒸發而成。或者，可以用由合適的金屬或樹脂製成的單獨的保護構件以壓力安裝、粘接、烘烤或插入模壓的方式設置在連接器絕緣子27之中以代替保護膜。
圖4表示另外的實施例，它在用於火花塞孔14的相對較高的位置具有變窄的部分30的情況下特別適合。在圖4中，參考數字31 a是一個連接器絕緣子，32是帶孔的金屬圓柱製成的支持套筒，它的一端固定在連接器絕緣子31的一端並且在電氣上連接到棒狀導體9，它的另外一端被加以延伸以便容納和固定住火花塞7的高壓端子8。支持套筒32可以通過壓力安裝、粘接或插入模壓而固定在連接器絕緣子31上，該支持套筒32可以用剛性材料製成。在支持套筒32和火花塞7的高壓端子8之間可以形成一個小間隙，間隙的尺寸可以用結合圖1所說明及表示的相同方法來確定。
在圖4所示的火花塞孔結構的情況下，當包含連接器絕緣子31的橡皮帽22的直徑大於火花塞孔的變窄部分30的直徑時，橡皮帽22的那一部分就不能插入到變窄部分30以下更深的部分。為了對付這一情況，金屬的支持套筒32是牢固地連接到連接器絕緣子31上的，不然的話它的前端是不能延伸到火花塞7以容納和固定高壓端子8的。因此，在本實施例中，即使當火花塞孔的變窄部分30位於火花塞孔的相對較高的位置，火花塞7的高壓端子8仍然可以由支持套筒32所容納和固定，且連接組合件31a的振動可減到最小。
同時根據本實施例，相同的公共的連接器絕緣子31可以用於具有不同火花塞孔長度的不同的火花塞孔中。這就是說，當火花塞孔長度不同時，支持套筒32可用適合於該特定火花塞孔長度的支持套筒來替換。實施例5圖5表示本發明的點火設備的電接插件的再一個實施例，其中圖1中的棒狀導體9用一個延伸經過連接器絕緣子33的導電金屬管34來代替。導電金屬管34在其一端有一個支持套筒36。在圖5中，參考數字33是一個連接器絕緣子，34是導電金屬管，35是一個接合片，它從支持套筒36向內伸展，以便使火花塞7的高壓端子8靠上並接合在這個小片35上以便在它們間建立良好的電接觸。這個接合片35可以通過把支持套筒36的一部分金屬壁彎曲而形成。支持套筒36容納並固定火花塞7的高壓端子8。參考數字37是個壓縮彈簧，位於點火線圈1的高壓端子5和導電金屬管34之間，它的直徑較大的一端37a和導電金屬管34的上端相接合以便在它們間建立電的連接。壓縮彈簧37頂住接合片35使其緊靠火花塞7的高壓端子8的頂部。應該指出，在支持套筒36和高壓端子8之間也規定了一個小間隙，它和結合圖1而說明並表示的實施例中的間隙是相似的。
因此，在本實施例中，支持套筒36容納並固定住高壓端子8，使得連接組合件33a的振動減到最小，由於使用了帶孔的導電金屬管以取代棒狀導體，電接插件的重量也減少了。同時由於在火花塞一側不再使用壓縮彈簧，部件數量可減少，導致製造成本的降低。
雖然在本實施例中使用了具有較大直徑部分37a的彈簧37，但和圖6所示的彈簧10相似的簡單的螺旋彈簧同樣可以和在其一端具有適合於安裝結構的導電金屬管一起使用。另外，可以在導電金屬管34的一部分形成一個喉管或變窄部分以代替接合片35。
雖然在上面的各實施例中的第一和第二橡皮帽相對於連接絕緣子是單獨的分立部件，但是它們也可以是由同一種材料製造的整體的、合一的結構。
如前所述，按照本發明的點火設備，用於把點火線圈在電氣上連接到火花塞高壓端子的連接組合件包含一個放置在連接組合件中的支持套筒，以便容納並支持火花塞的高壓端子來防止高壓端子的橫向移動，從而使得連接組合件的振動可減到最小。
支持套筒可以有一個向內延伸的凸起以建立相對於火花塞的高壓端子的電接觸，或者。支持套筒可以包含附著在套筒內表面上的耐磨材料(例如一個彈性構件、金屬構件或薄膜)它位於火花塞的高壓端子和支持套筒的內表面之間，用來最大限度地減少套筒的磨損。因此，點火設備在長期內都是可靠的。
本發明的用於把內燃發動機的火花塞的高壓端子連接到點火線圈的電接插件包括一個適合於固定在點火線圈上的第一電絕緣帽，一個適合於固定在火花塞上的第二電絕緣帽，一個在其相對的兩端安裝第一和第二電絕緣帽的電絕緣子，和一個由電絕緣子支持並穿過該電絕緣子的導電體，用於把點火線圈和火花塞的高壓端子在電氣上相互連接，且該電絕緣子還設置有支持套筒以便容納和支持高壓端子於其內表面，防止高壓端子的橫向移動。因此，電接插件的振動可減到最小並且是可靠的。
權利要求
1.一種用於內燃發動機的點火設備，包括一個含有高壓端子的火花塞；一個用於產生高電壓以提供給該火花塞的點火線圈；用於把該點火線圈在電氣上連接到該火花塞的上述高壓端子的連接組合件；該連接組合件具有一個支持套筒，以便容納並支持該火花塞的上述高壓端子以防止該高壓端子的橫向移動。
2.權利要求1所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的支持套筒包括一個上述連接組合件的連續延伸部分。
3.權利要求1所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的支持套筒包括一個以其一端固定在上述連接組合件上的導電金屬管。
4.權利要求1所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的連接組合件包括一個在其中延伸的導電金屬管，該金屬管在其一端具有作為它的整體的連續延伸部分的上述的支持套筒。
5.權利要求4所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的支持套筒有一個向內延伸的凸起，用於建立相對於上述火花塞的上述高壓端子的電接觸。
6.權利要求1所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的支持套筒包括耐磨損裝置，它位於該火花塞的上述高壓端子和該支持套筒的一個內表面之間，用於使上述套筒的磨損減至最小。
7.權利要求6所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的耐磨裝置包括一個彈性構件。
8.權利要求6所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的耐磨裝置包括一個附著在上述套筒的上述內表面上的金屬構件。
9.權利要求6所要求的用於內燃發動機的點火設備，其特徵在於，其中所說的耐磨裝置包括一種附著在上述套筒的上述內表面上的金屬膜。
10.一種用於把內燃發動機的火花塞的高壓端子連接到點火線圈的電接插件，包括適合於安裝在點火線圈上的第一電絕緣帽；適合於安裝在火花塞上的第二電絕緣帽；一個以其相對兩端固定到上述第一和第二電絕緣帽上的電絕緣子；一個由上述電絕緣子支持並通過它延伸的導電體，用於把點火線圈和火花塞的高壓端子在電氣上相互連接；上述電絕緣子具有一個設於其上的一個支持套筒，用於容納、並在其內表面支持火花塞的高壓端子以防止高壓端子的橫向移動。
11.權利要求10所要求的電接插件，其特徵在於，其中所說的導電體包括一個導體棒和一個安插在該導電棒和火花塞的高壓端子間的壓縮彈簧。
12.權利要求10所要求的電接插件，其特徵在於，其中的火花塞的高壓端子和連接到該高壓端子的該導電體的一端被容納於上述支持套筒之內，該套筒則被支持在上述第二電絕緣帽內。
全文摘要
一種用於內燃發動機的點火設備，包括具有高壓端子(8)的火花塞(7)，產生提供給火花塞的高電壓的點火線圈(1)，和在電氣上連接點火線圈和火花塞高壓端子的連接組合件(19a)，連接組合件有一個支持套筒(20)以容納和支持火化塞的高壓端子，防止高壓端子的橫向移動。支持套筒為連接組合件的連續延伸或金屬管。組合件可包括耐磨材料，它為彈性構件或金屬構件。還公開了用於這種點火設備的電接插件。
文檔編號H01T13/04GK1135021SQ96104250
公開日1996年11月6日 申請日期1996年3月20日 優先權日1995年3月20日
發明者村田滋身, 小巖滿 申請人:三菱電機株式會社