金属护套电热塞制造技术

一种电热塞（１０），包括环形金属外壳（１２），导热管状护套（２０），电极（２２），电阻加热元件（２４）和电绝缘导热粉末（２６）。金属密封件（２８）位于该护套（２０）的开口端内，与该电极（２２）密封接合。绝缘层（５４）形成在电极（２２）的外表面上，以防止金属密封件（２８）与电极（２２）之间的导电。可选的第二金属层（５６）可位于绝缘层（５４）与金属密封件（２８）之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电热塞，更具体地涉及装有金属护套的电热塞。
技术介绍
护套型电热塞通常具有电阻加热器，其包括一个或多个位于管状护套内的、嵌入 在电绝缘导热粉末中的缠绕电阻丝，该电阻丝除了电连接至该护套的自由封闭端之外，与 该管状护套电绝缘。所述类型的电热塞，例如，在美国专利4，963，717中披露。位于护套 中的电阻丝完全嵌入在绝缘粉末中，使用橡胶0型密封圈或其他密封装置将该绝缘粉末密 封在护套中。这些0型密封圈采用各种橡胶制成，包括含氟聚合物，例如杜邦公司出售的 Viton品牌下的含氟聚合物。虽然0型密封圈已在许多电热塞应用中使用，但其有效的工 作温度范围约为150-200°C，这现在被证明是一个制约因素。最近，电热塞应用已经显现出 需要更高的工作温度范围，而现有技术的0型密封圈是不适合的。此外，即使在前述较低的工作温度范围内操作，0型密封圈并不气密，因此氧气和 水蒸汽会渗透到绝缘粉末和电阻加热元件中导致氧化、开裂，并最终造成故障。这种故障模 式会减少或限制电热塞的使用寿命。基于上述观点，需要一种电热塞，可用于工作温度超过200°C的密封区域，并可以 提供电极与护套之间的真正的融合的密封。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电热塞，包括具有轴向延伸的孔的金属外壳。导电及导热的管 状护套支撑在该外壳中。该护套具有位于该外壳孔内的开口端和从该孔伸出的封闭端。电 极具有穿过该外壳延伸到该护套的开口端内的嵌入部分。该嵌入部分具有分离的绝缘层。 电阻加热元件位于该护套内并具有电连接到该电极的嵌入部分的近端和电连接到该护套 的封闭端的远端。电绝缘导热粉末位于该护套内并包围该电极的嵌入端和电阻加热元件。 金属密封件形成在该护套的开口端内，气密接合在该护套和该电极的绝缘层之间。该金属 密封件提供改进的电极密封，以防止在制造或使用时外部物质进入护套。此外，该金属密封 件能有效地消除空气或氧气渗透进入护套，从而延长了电热塞组件的工作寿命。根据本专利技术的另一方面，如上所述的电热塞还包括了位于电极上的绝缘层上的第 二金属层，金属密封件密封接合在护套和第二金属层之间。根据本专利技术的又一方面，提供了一种制造电热塞的加热器组件的方法，该组件包 括具有开口端和封闭端的导电及导热的管状护套，具有延伸到该护套的开口端内的嵌入部 分的电极，该嵌入部分之上具有绝缘层，位于该护套内并包围电阻加热元件的电绝缘导热 粉末；和位于该护套的开口端内密封接合在该护套与绝缘层之间的金属密封件。该方法包括以下步骤形成管状护套、电极和电阻加热元件，然后在该电极的嵌入部分的至少一部分 上形成绝缘层。将该电阻加热元件的一端连接到该电极的嵌入部分。将该电阻加热元件连 同该电极的嵌入部分插入到该管状护套中。将该电阻加热元件的另一端连接到该护套的封 闭端。将粉末插入到该护套内包围该电阻加热元件，然后在该护套和绝缘层之间形成金属 密封件。附图说明结合以下具体描述和附图，本专利技术的这些和其他的特征和优点将更容易地理解， 其中图1是根据本专利技术的装有护套的加热器组件和电热塞的部分剖视图；图2是该加热器组件的局部放大剖视图；图3是沿图2中的线3-3的穿过金属密封件的剖视图；图4是本专利技术的替代实施例的局部视图，其中第二金属层位于金属密封件和电极 上的绝缘层之间；图5是沿图4中的线5-5的剖视图；图6是预成型件状态中的所述护套的剖视图；图7是电阻加热元件的放大视图；和图8是根据本专利技术用于制造电热塞的装配操作的流程图。具体实施例方式参见附图，其中各个附图中相同的数字表示相同或相应的部件，图1示出了根据 本专利技术的第一实施例制造的电热塞10。该电热塞10包括环形金属外壳12，该外壳12具有 沿纵轴A延伸的孔14。该外壳12由任何合适的金属制成，如各种等级的钢。该外壳12还 包括镀层或涂层，如覆盖在其部分或全部表面包括外表面16和孔14上的镍或镍合金涂层， 以提高其抗高温氧化和腐蚀性。现有的金属护套电热塞(图未示)在电极和加热端的接地护套部分之间采用如0 型密封圈的橡胶或塑料密封件。加热元件，通常是位于护套内的螺旋金属丝电阻加热元件 的氧化会导致这种橡胶密封件的性能劣化从而使其使用寿命有限。加热元件通常是封装在 氧化镁粉末基层中并以橡胶或塑料垫圈密封。在电热塞操作期间发生的热循环中，金属丝 的表面氧化，减少了该金属丝的有效截面，并最终导致在金属丝的这部份中较高的电流密 度。因此，金属丝的过热和加热元件的故障是很可能的。影响这种操作模式的因素是橡胶 或塑料垫圈的不完全密封，其使氧气和水蒸汽扩散到封装的粉末基层中并与加热元件金属 丝发生反应，导致上述氧化和有效截面减少。氧化镁与水蒸汽的反应会产生氢氧化镁，它会 腐蚀或氧化金属丝从而造成部件故障，即使该电热塞不在使用中。氧化镁粉末的表面所吸 入的其他材料也会造成电阻加热元件电阻丝的劣化。相比之下，本专利技术包括具有改进的加热器组件18的电热塞10，该加热器组件减少 了封装粉末及嵌入在该粉末中的螺旋金属丝电阻加热元件暴露在氧气和水蒸汽下，从而消 除或大大减少上文所述的劣化过程。本专利技术的加热器组件18包括护套20，电极22，电阻加热元件对，粉末封装材料沈和密封件观。这里所用的近端和远端的引用参考电热塞10远离护套20的端部，近端接近 该端部而远端相对远离该端部。护套20为大致管状结构的导电及导热元件。任何合适的金属可被用来形成护套 20，但优选具有抗高温氧化性和耐腐蚀性的金属，特别是关于燃烧气体和与内燃机的操作 有关的反应物。合适的金属合金的例子是镍-铬-铁-铝合金。该护套20具有位于孔14 内并与外壳12电接触的开口端30。该护套20还具有远离孔14伸出的封闭端32。优选地， 该护套20具有沿其长度变化的外径(Dl)，以使该外径在接近开口端30处具有直径减少部 分34。外径Dl可以是任何合适的直径。许多电热塞应用的典型外径Dl的例子是约4mm。 直径减少部分34 —般略长于密封件观的长度。在示例实施例中，直径减少部分34的轴向 长度大约为8mm。外径Dl与直径减少部分34之间的径向距离可以是任何量，但在示例实施 例中约0. 4mm。护套20可具有变形微结构，如冷加工微结构，图6所示的护套预成型件36通过锻 造或其他方式再成形，以减少直径并增加护套内的粉末的密度。在示例实施例中，变形可使 预成型件36的壁厚减少约20%，如图6中的虚线所示。在该加热器组件18组装之前，彻底 清洁该护套20接近密封件观的内表面21，以除去挥发性污染物，如油。该内表面21也可 被氧化以利于粘附。当氧化层为此目的产生时，其厚度通常在0. 2-5. 0微米的范围内。电极22具有延伸到护套20的开口端30内的嵌入部分。该电极22可由任何合适 的导电材料制成，但优选金属，或更优选地由钢制成。钢的合适等级的例子包括AISI 1040， AISI 300/400 系列，EN 10277-3 系列，Kovar*UNS K94610 和 ASTM F15J9-17 合金。电阻 加热元件M可以是任何合适的电阻加热装置，包括缠绕或螺旋金属丝电阻加热元件，最佳 如图7所示。该电阻加热元件^可具有任何合适的电阻特性，只要它可操作以提供电热塞 10的特定应用所需的必要的时间/温度加热响应特性。这可包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电热塞，包括：具有轴向延伸的孔的金属外壳；导电及导热的管状护套，具有位于所述孔内与所述外壳电接触的开口端和从所述孔伸出的封闭端；电极，具有延伸到所述管状护套的开口端内的嵌入部分，所述嵌入部分之上具有分离的绝缘层；位于所述管状护套内的电阻加热元件，具有电连接到所述电极的嵌入部分的近端和电连接到所述管状护套的封闭端的远端；位于所述管状护套内并包围所述电极的嵌入部分和所述电阻加热元件的电绝缘导热粉末；和位于所述管状护套的开口端内与所述管状护套和所述电极的绝缘层密封接合的金属密封件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡米罗·雷纳，
申请(专利权)人：费德罗莫格尔点火公司，
类型：发明
国别省市：US