防污染火花塞和制备的方法与流程

防污染火花塞和制备的方法相关申请交叉引用本申请要求在2010年12月6日提交的美国临时申请号61/420,127的权益，其通过引用以其整体并入本文。

背景技术：
一般而言，火花塞包括具有中心轴向孔的绝缘套筒，通过该孔中心孔电极延伸。绝缘套筒放置并固定于金属外壳内，金属外壳作为内燃机的安装平台和界面。金属外壳也支撑地电极，地电极相对于中心电极以特定间隔关系放置为了产生火花隙。绝缘套筒包括成形的顶端部分，其位于金属外壳的凹槽末端部分中。成形的顶端部分设置成保护电极防止发动机加热和燃烧的产物。火花塞一般安装到发动机汽缸盖，并被选择性激活以在关联的发动机汽缸中点燃燃料/空气混合物。随着时间的过去，燃烧的产物或燃烧沉积在中心电极周围积累，特别是在成形顶端部分周围。燃烧产物的这种积累抑制了穿过火花隙的火花形成。燃烧产物的显著积累可以污染火花塞和导致点火失败，即，燃烧产物完全阻断了在中心电极和地电极之间形成火花。燃烧沉积积累在冷启动期间是特别成问题的。在冷启动期间，空气/燃料的完全燃烧很少实现，这导致导电燃烧沉积的增加的生成。作为连续冷启动的结果，导电燃烧沉积积累，导致在中心电极和火花塞的电接地部分之间电短路。解决燃烧沉积积累问题的先前努力包括在绝缘套筒上硅油涂料和微粒的氧化钒沉积。这些涂料不能够充分地解决问题—在高温具有不合格的性能、不合格的耐用度、或燃烧沉积积累的不充分的减少。因此，有对于火花塞的需求，该火花塞具有对于绝缘套筒中的导电燃烧沉积积累具有降低的敏感。

技术实现要素：
本文公开火花塞，其包括具有中心轴向孔和外表面的绝缘套筒以及贯穿绝缘套筒的中心轴向孔的中心电极。绝缘套筒放置并固定在金属外壳内，金属外壳作为内燃机安装平台和界面。金属外壳也支撑地电极，地电极相对于中心电极以间隔关系放置为了产生火花隙。绝缘套筒包括成形的顶端部分，其位于金属外壳的凹槽末端部分中。涂料布置在绝缘套筒的外表面上。涂料包括有机硅树脂，任选地与填料结合。本文也公开制备涂布的绝缘套筒以及含有涂布的绝缘套筒的火花塞的方法。附图说明图1是火花塞的侧视图，部分以横截面显示。图2是显示小的发动机火花塞测试的结果的图。具体实施方式如本文描述，含有有机硅树脂的涂料是基本连续的涂料。如本文定义，基本连续涂料描述不具有裸眼可见的破裂处或缺口的涂料和覆盖绝缘套筒的外表面。涂料厚度可以是1至20微米厚，或更具体地为1至15微米厚。有机硅树脂是交联的高度分支、三维骨架聚合物。它们可以包括随机顺序、主要为三功能单元。有机硅树脂范围可以是相对低分子量活性树脂到具有多种多样结构的高分子量物质。有机硅树脂不同于硅树脂液(油)，因为硅树脂液是线性、非交联的聚合物，其一般包括二甲基硅氧烷单元。有机硅树脂可以具有大于或等于500℃的分解温度，或，更具体地说明，大于或等于510℃，或更具体地，大于或等于525℃。有机硅树脂可以是交联的(固化的)或可固化的。当有机硅树脂是可固化的，它可以使用环境水分或固化催化剂进行固化，固化催化剂诸如包括锌或辛酸亚锡、氨基功能化硅酯、或其混合物。示例性有机硅树脂包括从MomentivePerformanceMaterials可得的SR355、SR141、BaysiloneM120XB、和SilblockWA以及从DowCorning可得的Dow233、Dow840、和Dow805。如上述提到，涂料可以任选地包括无机填料。填料可以进行选择以具有大于或等于500℃的分解温度，或更具体地，大于或等于510℃，或更具体地，大于或等于525℃。填料可以进行选择可以具有小于或等于13微米的平均粒子尺寸(通过最长线性尺寸测定)。在这个范围内，平均粒子尺寸可以是5纳米到10微米。填料也可以进行选择具有大于1的长宽比(纵横比)，或更具体地，大于或等于2，或更具体地，大于或等于3。示例性填料包括二氧化硅、热解法二氧化硅、亲水性热解法二氧化硅、云母铁矿、钙硅石、有机粘土、天然粘土、氧化铝、和前述的组合。涂料通过首先形成有机硅树脂、或有机硅树脂和填料的分散体或溶液形成。用于分散体的有用载体包括水。用于溶液的有用溶剂包括非极性芳香溶剂诸如甲苯、苯、二甲苯等等。分散体或溶液可以包括基于分散体或溶液的总重量的多至10%重量的有机硅树脂。在这个范围内，分散体或溶液中的有机硅树脂的量可以是0.5-10%重量，或更具体地为1-5%重量。分散体或溶液可以包括基于分散体或溶液的总重量的多至10%重量的无机填料。在这个范围内，分散体或溶液中的无机填料的量可以是0.5-10%重量，或更具体地为1-5%重量。基于重量百分比，有机硅树脂的量和无机填料的量可以是相同的。例如，分散体或溶液可以包括基于淤浆或溶液的总重量的2.5%重量的有机硅树脂和2.5%重量无机填料。分散体或溶液施加到火花塞组件的绝缘套筒。火花塞组件包括绝缘套筒、中心电极、电阻器和接线端头。分散体或溶液可以通过任何合适方法诸如涂抹、浸涂、喷涂等等施加。施加到中心电极的任何涂料可以通过合适方法去除。使施加的分散体或溶液空气干燥，在空气流动下，在室温至少15分钟，或更具体地，1至4小时。当使用挥发性溶剂时，空气干燥允许挥发性溶剂的至少部分的蒸发，当对于交联重要时，空气干燥引入水分。在空气干燥后，组件然后在高温处理，诸如100至150℃，30分钟至60小时，或更具体地，1至4小时。选择在高温的时间的长度以足够形成没有边缘效应、结皮或裂纹形成的涂料。在高温处理后，在300至450℃的温度持续30至90分钟完成固化有机硅树脂。示例性火花塞在图1中示出。火花塞1具有金属外壳2、地电极3、中心电极5、绝缘套筒6、绝缘套筒的成形的顶端部分61、布置在绝缘套筒上的涂料7。本发明通过以下非限制性实施例进一步说明。测试材料/涂料的薄膜在氧化铝或玻璃基底条上制备，并加热至目标温度持续15分钟。相对于有机硅树脂量的填料的量在表中示出。例如，0.2X的量指填料的质量是有机硅树脂的质量的0.2倍。因此，“1X”指填料的质量和有机硅树脂的质量是相同的。条然后从马弗炉取出和使其冷却至室温。水滴放置在涂布区域和肉眼估计疏水性。片然后加热至表中示出的下个最高温度(50℃增加)。重复方案到大体为600℃的最大温度。结果在以下表中示出。与用没有无机填料的相同有机硅树脂制成的涂料相比，无机填料(热解法二氧化硅)的包含物生成具有增加的水接触角的涂料。接触角表示涂料的疏水性。水接触角越高意味着越疏水。因为水分在这个过程中起的作用，相信较高的疏水性干扰导电燃烧产物的形成。没有无机填料的有机硅树脂SR141有机硅树脂涂料作为甲苯溶液中按重量计40-60%固体提供。储备溶液用甲苯稀释生成基于溶液的总重量、按重量计含有2.5%固体的工作涂浸溶液。将暴露于燃烧室的火花塞组件的顶端在有机硅树脂溶液中如下进行浸涂：1.需要有机硅树脂处理的部分的绝缘体淹没在稀释的有机硅树脂溶液中2.在顶端用溶液完全润湿后，它以中等速度从溶液中向上取出(～1秒)3.然后使润湿的顶端在空气的流动下在室温干燥[约100英尺/分钟(FPM)的面速度]1到4小时。4.空气干燥顶端然后在对流恒温烤箱中120℃加热1至4小时。5.涂布的顶端然后在加热炉中350℃的温度加热1小时的时间段。6.涂布的组件然后用于构建完整的火花塞。具有无机填料的有机硅树脂发现使用一些无机填料使得涂料更耐热(可以暴露于更高温度)和也增加有机硅树脂的天然疏水性。SR141有机硅树脂涂料作为嘉宾溶液中按重量计40-60%固体提供。储备溶液用甲苯稀释生成基于溶液的总重量、按重量计含有2.5%固体的工作涂浸溶液。热解法二氧化硅从SigmaChemical以干燥、非常蓬松的粉状材料得到，具有7纳米的平均粒子尺寸和390+/-40m2/g的表面积。热解法二氧化硅，在量上等于有机硅树脂的量，在前面段落中描述的溶液中按重量计，加入到溶液，并在室温混合至少16小时的时间段，为了完全润湿和分散热解法二氧化硅。交联/分散添加剂(来自Momentive的氨丙基三甲氧基硅烷)也以等量加入。将暴露于燃烧室的火花塞组件的顶端在有机硅树脂溶液中如下进行浸涂：1.需要有机硅树脂处理的部分的绝缘体淹没在含有无机填料的稀释的有机硅树脂溶液中2.在顶端用混合物完全润湿后，它以中等速度从混合物中向上取出(～1秒)3.然后使润湿的顶端在空气的流动下在室温干燥[约100FPM的面速度]1到4小时。4.空气干燥顶端然后在对流恒温烤箱中120℃加热1至4小时。5.涂布的顶端然后在加热炉中350℃的温度加热1小时的时间段。6.涂布的组件然后用于构建完整的火花塞。用有机硅树脂以及有机硅树脂和无机填料的组合涂布的火花塞在小发动机（Tecumseh木片切削机的5马力发动机)中测试性能。测试在使用户外环境条件(25–90+°F、没有控制湿度)的开放空气测试区域中进行。发动机在显著地燃料富集下运行。发动机运行1-5分钟，在运行之间的冷却时间段通常为15分钟。在每次运行周期之后，测量分路电阻。结果在图2中示出。虽然本发明已经参照优选的实施方式进行了描述，但是本领域技术人员应该理解，可以做出各种改变和等同物可以用于替代其元素，而没有偏离本发明的范围。另外，可以做出多种修改以适应于本发明教导的特定情形或物质，没有偏离其本质范围。因此，意欲本发明不限制于作为考虑实现本发明的最佳模式公开的特定实施方式，但是本发明将包括落入附加权利要求的范围内的所有实施方式。本文公开的所有范围包括端点，端点彼此之间是可组合。所有引用的专利、专利申请和其它文献通过引用以其整体并入本文。在描述发明的情况中(特别是在以下权利要求中的情况中)使用的术语“一”("a"和"an"以及"the")和类似参照应该被解释为涵盖单数和复数，除非在本文以其它方式示出或通过上下文清楚地否定。进一步地，应该需要进一步说明的是在本文术语“第一”、“第二”等等不表示任何顺序、数量、或重要性，而是用于区别一种元素与另一种元素。