热线点火塞的带密封套的加热丝制造技术

一种适用于一热线点火塞的改进的加热元件组合件包括：一整体的护套，该护套有一限定一盲腔的、较薄而大体上呈环形的壁；一装在盲腔中、用于发出热量的加热装置；以及一用于将热量从加热装置传给护套的传热装置。加热装置有一加热丝和一陶瓷绝缘体。加热丝被埋置在绝缘体内，以被保护而免受氧化；绝缘体被埋置在护套内，以被保护而免受腐蚀。护套由预选的材料制成，材料的选择和结构设计使能降低加热元件组合件因受到热应力、氧化和／或腐蚀而产生的损坏。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及热线点火塞，更具体说，涉及用于此热线点火塞的加热元件组合件。直到最近时期，在应用于柴油内燃机方面，热线点火塞技术的发展主要是仅为满足帮助这种发动机之起动的要求。在这种使用中，柴油发动机燃烧可自动点火的燃料。这种常规的热线点火塞，仅仅在起动的短暂时间内，由电阻加热短时激发至一预选的中等高温(例如，约900℃/1650°F)。在起动过程中转动发动机曲轴时，从喷油咀喷出的雾化燃料接触或非常靠近地通过热线点火塞，并主要是靠其表面点火而点燃燃料。由于在转动曲轴和起动阶段发动机的转速相当慢，与发动机的正常运转相比，其燃料较长时间地停留在热线点火塞附近。因此，在较冷的发动机中，即使在上述中等高温下，也能使常规的燃料点燃。一旦发动机发动，这种热线点火塞便断电，发动机仅靠燃料的自动点火而继续运转。所以，在发动机正常运转期间，断了电的热线点火塞会冷却到一较低的温度，该温度近似为发动机循环的平均温度(例如，约6750℃/1250°F)。通常的作法是在转动和起动柴油发动机之前将常规的热线点火塞预热升高至一适中的温度。在诸如堆土机或重型卡车之类的商用车辆中，将热线点火塞预热至中等升高的温度所需的时间(通常约1至2分钟)无关紧要。但是，近些年来，柴油发动机愈来愈多地用于轻型卡车和客车，这就产生了能够在一段短得多的时间(通常可被接受的时间为约1至2秒)内将热线点火塞预热的迫切要求。因此，在近几年里，热线点火塞的技术发展集中于提供一种能够瞬时激发的热线点火塞，要求它们能在转动和起动发动机前的较短时间内被预热。鉴于常规柴油燃料供应的缺乏和逐减，以及环境保护要求研制更干净燃烧的发动机，制造商们一直在研制能燃烧甲醛、乙醇和多种气体燃料之类的替代燃料的发动机。然而，与柴油燃料相比，这些替代燃料的十六烷值较低，所以，只靠接触被压缩的吸入空气的热量它们很难被点燃。在开发按照柴油机循环工作但不同于常规柴油机或压缩点火发动机的受助点火发动机方面诸申请人早已一直处于领先地位，在受助点火发动机中，在发动机正常远转过程中，喷入的燃料的点火和火焰的传播主要不是靠燃料与被压缩的吸入空气的热量的接触来实现。下文中，我们将把这种具有受助点火的混合型发动机通称为柴油机循环发动机。如1988年1月26日公布的Krauja等人的美国专利4721081和1985年10月22日公布的Bailey的美国专利4548172中所述，促进这种燃料的点火的一个方法是提供一直接插入发动机燃料室中的帮助点火装置。例如，这种帮助点火装置可包括一在发动机整个运转中被连续通电因而一直工作在很高的预选温度下的热线点火塞。例如，为了点燃上述替代燃料，所指的很高的预选温度可能为约1200℃/2192°F。诸申请人最初曾试图在这种应用中使用常规的热线点火塞。1984年10月9日公开的Takizawa等人的美国专利4476378中概略地表示出了一种型式的常规热线点火塞。这种热线点火塞有一加热元件组合件，该组合件包括一个在一心轴上绕成一单螺旋线的金属丝加热丝，该加热丝装在一个一端封闭的护套中，该护套用耐热金属，例如不锈钢制成。护套腔内的剩余空间充满一种耐热电绝缘粉料，例如氧化镁。为了将耐热电绝缘粉料紧密压实在加热丝周围，以给加热丝以足够的支撑和对金属护套有足够有效的传热，通常护套内腔有一定锥度，以逐渐减小其内径从而便于压实粉料。加热丝的位于护套底部的那一端和金属护套相连，使金属护套成为电路的一部分。诸申请人发现如用商业上易得到的金属材料做成的热线点火塞护套暴露于并在发动机燃烧室中连续加热，则这种护套易受到氧化和腐蚀的损害。护套受到诸多通过燃料、润滑油、海洋水雾和/或路面盐类进入燃烧室中的杂质，如钠、硫、磷和/或钒的严重损害。金属护套被这些杂质腐蚀掉时，金属加热丝就暴露了。暴露的加热丝受到氧化和腐蚀，很快就会损坏。于1985年3月5日公布的、Yokoi等人的美国专利4502430概要地描述了另一种型式的常规热线点火塞。在该热线点火塞中，加热元件组合件有一用钨或钼材料制成的大致弯成U形的螺旋加热丝，该加热丝埋入一四氮化三硅(Si3N4)做成的陶瓷绝缘体中。这种设计对于陶瓷热线点火塞的结构是有利的，这不仅因为陶瓷材料是一种电绝缘体，而且因为这种材料能被热压实，以实现从加热丝到陶瓷材料的良好传热。此外，四氮化三硅具有适宜的物理性能，诸如高强度、低热膨胀系数、高的维泊尔(Weibull)模数和高韧性，这些特性使热线点火塞端头能经受住由发动机汽缸施加的严重的热负荷和机械负荷。该种热线点火塞结构设计，当用在一常规柴油发动机中只在发动机起动期间给加热元件组合件通电激发以实现点火时，它表现出了令人满意的寿命。但是，诸申请人发现这种加热元件组合件当用在公路卡车的柴油机循环发动机中连续工作，以实现甲醛燃料点火时，表现出了不能令人满意的短寿命，例如约250小时。类似于上面讨论的金属护套，四氮化三硅加热元件组合件的热表面也易受到严重的氧化和诸如钠、钒、磷和/或硫等杂质的腐蚀。四氮化三硅护套被这些杂质所腐蚀，金属加热丝就暴露出来。暴露的加热丝受到氧化和腐蚀侵害，很快就损坏。另一类型已知的热线点火塞公开于1988年11月22日公布的、Nazaki等人的美国专利4786781中。在其装置中，加热元件有一埋在一与Yokai等人的专利中的绝缘体类似的四氮化三硅绝缘体中的、大体上为U形的钨加热丝。然而，又利用一称为化学气相淀积的工艺，在该四氮化三硅绝缘体上复盖了一层高耐热腐蚀材料，例如氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)或四氮化三硅(Si3N4)，以试图减小由燃烧气体选成的侵蚀和腐蚀。虽然该参考文献断言道这种涂层足以保护加热丝以及在该热线点火塞上使用的四氮化三硅包覆层能抵抗氧化和腐蚀的侵害，但诸申请人的经验是当各种陶瓷涂层用于在高温下连续通电的热线点火塞加热元件组合件时，它们往往出现寿命问题。如果涂层较薄，由于腐蚀和侵蚀的作用，涂层很快就会从加热元件组合件上消失。另一方面，如果涂层较厚它很快会从加热元件组合件上剥落掉。诸申请人认为这种损坏主要是由厚的涂层中产生的高得不能允许的热应力，以及涂层与绝缘体结合得不够牢而引起的。本专利技术着力于克服上述一或多个问题。本专利技术的一个方面，公开了一适用于热线点火塞的改进的加热元件组合件，该加热元件组合件包括一整体的护套、一用于发出热量的加热装置、以及一用于将热量从加热装置传到护套的传热装置。该护套有一相当薄的、大体为环形的壁，该壁有一限定了一盲腔的封闭端部。该加热装置包括一密封在一陶瓷绝缘体中的加热丝。该加热装置装在盲腔内并适于连接于一电源。这种改进的加热元件组合件可用于实现在各类燃烧室中燃烧的燃料的点火。例如，该改进的加热元件组合件尤其适用于柴油机循环发动机，这种发动机(ⅰ)通常使用低十六烷燃料;或(ⅱ)压缩比相当低;或(ⅲ)能在冷态或产生勉强自动点火的状态下运转较长时间。在上述每一例子中，燃料的自动点火都是勉强的。为了达到有效的发动机性能，所提出的加热元件组合件可于帮助燃料点火，并且能被连续地或长时间地通电。所提出的加热元件组合件也能用于其他的燃烧用途，例如为了初始点火或为了帮助点火或燃烧而需要一种较耐用的表面点火加热元件的工业炉。附图说明图1是本专利技术之第一实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于一热线点火塞的加热元件组合件包括：一整体的耐高温耐腐蚀基本上不透气体的陶瓷护套，所述护套有一相当薄且大体上呈环形的壁，该壁有一开口端部和一形成一盲腔的封闭端部；一发出热量的加热装置，所述加热装置装在护套的盲腔中并适于连接于 一电源，所述加热装置包括一电阻加热丝和一整体的陶瓷绝缘体，所述加热丝气密地封于绝缘体中；以及一传热量装置，用于将热量从加热装置传给护套。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：凯里A托，斯科特F谢弗，约翰M贝利，迈克尔M布兰科，
申请(专利权)人：履带拖拉机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]