[0001] 本发明涉及火花塞技术领域，具体涉及一种火花塞密封垫圈。

[0002] 现有层叠式钢板材质的垫圈，为多层结构，所以每层之间会存在一定的间隙；因此垫圈的厚度随安装力矩值的变化而有很大变动。对于火花塞伸入发动机燃烧室中的点火位
置而言，会因为安装力矩值而出现较大的变化，从而不利于发动机工作。层叠垫圈的厚度随
安装力矩值的变化而有很大变动，所有该形式垫圈不能够精确定位火花塞侧电极在发动机
燃烧室的分布。

[0003] 至今为止，为了提高火花塞的附接精度的目的，具有中空结构的垫圈已经被由环形板材料形成的垫圈所取代。在专利文件JP2008-210681A中公开了关于由板材料形成的垫
圈的已知技术。然而，在确保气密性和松动抑制方面，该技术做的还不够。在专利CN 
103797670 B中，火花塞为实心铜垫圈，容易产生铜锈影响密封性能。

[0004] 为了解决上述的技术问题，本发明提供一种火花塞密封垫圈，通过以铝为主要材料，因为铝材质具有良好的导热性、流动性和延展性，另外铝材质在空气中会形成一层很薄
且均匀、致密氧化膜，使铝不会进一步氧化。

[0005] 本发明提供一种火花塞密封垫圈，该垫圈在火花塞与发动机缸盖之间起密封作用，其特征在于，所述火花塞垫圈主材采用铝，并且包含至少0.1wt%的镁；所述垫圈的厚度
大于0.4mm；硬度在30HV-200HV之间。

[0006] 作为本发明进一步的改进，所述垫圈还含有含量≤7wt%的锌。

[0007] 作为本发明进一步的改进，所述垫圈还含有含量≤5wt%的铜。

[0008] 作为本发明进一步的改进，所述垫圈还含有含量≤1wt%的铁。

[0009] 作为本发明进一步的改进，所述垫圈具有与所述金属壳接触的表面，所述表面具有214mm2或更少的面积。

[0010] 本发明具有如下有益效果：本专利提供了一种金属的实心的垫圈，从而保证垫圈厚度不随安装力矩值出现大范围
变动；为了达到火花塞与发动机缸盖良好密封与导热的效果，该垫圈材质主要成份为铝，因
为铝材质具有良好的导热性、流动性和延展性，另外铝材质在空气中会形成一层很薄且均
匀、致密氧化膜，使铝不会进一步氧化。
附图说明

[0011] 图1为本发明实施例1或2所述火花塞垫圈装配前的结构示意图；图2为本发明实施例1所述火花塞垫圈劈切圆弧式的结构示意图；
图3为本发明实施例2所述火花塞垫圈劈切圆环式的结构示意图。

[0012] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普
通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护
范围。

[0013] 实施例1一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：1.2wt%，锌含量：0.25wt%，铁
含量：0.7wt%，铜含量：0.15wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.5wt%以内。

[0014] 所述的垫圈的锁紧方式如下：将装配前垫圈从火花塞点火端穿入，并穿过螺纹至退刀槽处，垫圈的任意一个面贴紧
壳体外圆支撑面，用模具劈切垫圈自由面，且靠近垫圈内孔一侧。在模具劈切作用下，垫圈
内孔处发生材料变形，从而往内孔到退刀槽之间锁口，防止垫圈从火花塞上面脱落。该锁口
形状为圆弧式，圆弧的数量可≥2即可，圆弧的宽度对应扇形角度≥5°即可。

[0015] 该火花塞垫圈具有良好的密封性能、导热性能；以及装配后垫圈厚度可以有效控制在预定范围之内，从而保证火花塞侧电极角度在预测范围内。

[0016] 实施例2一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：0.8wt%，锌含量：0.25wt%，铁
含量：0.7wt%，铜含量：0.4wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.5wt%以内。

[0017] 所述的垫圈的锁紧方式如下：将装配前垫圈从火花塞点火端穿入，并穿过螺纹至退刀槽处，垫圈的任意一个面贴紧
壳体外圆支撑面，用模具劈切垫圈自由面，且靠近垫圈内孔一侧。在模具劈切作用下，垫圈
内孔处发生材料变形，从而往内孔到退刀槽之间锁口，防止垫圈从火花塞上面脱落。该锁口
形状为整个圆环。

[0018] 实施例3一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：2.2wt%，锌含量：0.08wt%，铁
含量：2.3wt%，铜含量：0.05wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.0wt%以内。

[0019] 实施例4一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：2.9wt%，锌含量：6.1wt%，铁
含量：0.5wt%，铜含量：2.0wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.2wt%以内。

[0020] 实施例5一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：1.4wt%，锌含量：0.25wt%，铁
含量：0.1wt%，铜含量：4.2wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.3wt%以内。

[0021] 实施例6一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：1.5wt%，锌含量：0.25wt%，铁
含量：0.5wt%，铜含量：0.04wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.5wt%以内。

[0022] 实施例7一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：0.8wt%，锌含量：0.25wt%，铁
含量：0.7wt%，铜含量：0.4wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.3wt%以内。最大厚度Tmax 
0.46（mm）。

[0023] 实施例8一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：0.8wt%，锌含量：0.25wt%，铁
含量：0.7wt%，铜含量：0.4wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.3wt%以内。最大厚度Tmax 
0.3（mm）。

[0024] 实施例9一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：3.0wt%，锌含量：7.0wt%，铁
含量：0.3wt%，铜含量：5.0wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.2wt%以内。

[0025] 实施例10一种火花塞密封垫圈，该垫圈主材采用铝，另外镁含量为：0.1wt%，锌含量：2.0wt%，铁
含量：0.8wt%，铜含量：0.02wt%，其它锰、铬、钛、硅等总含量在1.3wt%以内。

[0026] 测试例1 性能测试分组：分为11组，分别为实施例1-10和市售以铜为主材的垫圈。

[0027] 耐久性试验：为了检查这些因素在气密性上的效果，采用具有不同的最大厚度 Tmax 和硬度并由不同材料形成的多个垫圈样品。在本试验例中，将垫圈的火花塞被附接至
铝承座 (即引擎组的仿真)；火花塞经受重复的加热冷却循环(每 30 分钟加热至 200℃并
冷却至 20℃)，总计200次循环；并且火花塞经受在下面的 ISO 振动条件下的交替的纵向
振动(八小时)和横向振动  (八小时)(总振动时间：32 小时)。ISO 振动条件(ISO11565
(2006))：频率为 50 至 500Hz，扫描速率为 1 倍频程／分(octave／min)，加速度为 30G。

[0028] 气密性试验：在完成耐久性试验之后，铝承座的与垫圈接触的部分(表面)的温度被调节至200℃，并且以特定时间周期从点火部分侧向火花塞施加压缩空气。当从垫圈的空
气泄漏量是 1 ml/min 或更小时，气密性被评估为最高，并且指定为等级“A”。当从垫圈的
空气泄漏量多于1ml/min 并等于或少于 2ml/min 时，气密性被评估为第二高，并且指定为
等级“B”。当从垫圈的空气泄漏量多于 2ml/min 时，气密性被评估为最低，并且指定为等级
“C”。

[0029] 结果见表1。

[0030] 保持力矩评估：A、拆卸扭矩测试试验：
将试验火花塞按照规定的扭矩值安装到常温铝合金承座上；静置5分钟，测试火花塞拆
卸时的扭矩值（拆卸扭矩）。评估：拆卸扭矩在安装扭矩90%Nm以内，设定等级为A；拆卸扭矩
在安装扭矩80% 90%Nm以内，设定等级为B；拆卸扭矩小于在安装扭矩80%Nm，设定等级为C；
~
B、复拧扭矩测试试验：
将试验火花塞按照规定的扭矩值安装到常温铝合金承座上；静置5分钟，再次拧紧火花
塞，记录拧紧时扭矩扳手发生角位移时的扭矩值（复拧扭矩）。评估：复拧扭矩在安装扭矩
95%以内，设定等级为A；复拧扭矩在安装扭矩85% 95%以内，设定等级为B；复拧扭矩小于在
~
安装扭矩85%Nm，设定等级为C；
结果见表2。

[0031] 热稳定性能评估：A、高低温拆卸试验：
将常温待测试火花塞及外密封垫圈，按规定的扭矩值安装到150℃或者常温的铝合金
承座上；测试150℃和常温时火花塞的拆卸扭矩。评估：拆卸扭矩在安装扭矩80% 120%以内，
~
设定等级为A；拆卸扭矩在安装扭矩50% 150%以内，设定等级为B；拆卸扭矩超出在安装扭矩
~
50% 150%范围，设定等级为C；
~
B、冷热循环复拧扭矩试验：
将试验火花塞（含铝合金外密封垫圈）按照规定的扭矩值安装到150℃的铝合金承座
上；将火花塞及承座一起放置在高温炉中保温10分钟；再将火花塞及承座取出自然冷却至
常温；火花塞经过往返200次循环后，再次拧紧火花塞，记录拧紧时扭矩扳手发生角位移时
的扭矩值（复拧扭矩）。评估：复拧扭矩在安装扭矩80%以内，设定等级为A；复拧扭矩在安装
扭矩50% 80%以内，设定等级为B；复拧扭矩小于在安装扭矩50%Nm，设定等级为C；
~
结果见表3。

[0032] 抗氧化腐蚀性能评估：按照中性盐雾试验标准进行抗腐蚀性能评估。

[0033] 评估：金属镀层的腐蚀评级是根据腐蚀缺陷所占总面积的百分数，按下列公式计算而得到：
Rp=3×（2-logA）
式中，Rp---腐蚀的评级数，化整到最接近的整数。A----机体金属腐蚀所占总面积的百
分数。

[0034] 其中，腐蚀评级Rp=9-10，设定等级为A；腐蚀评级Rp=6-8，设定等级为B；腐蚀评级Rp=0-5，设定等级为C。

[0035] 结果见表4。

[0036] 表1气密性评估组别 最大厚度Tmax（mm） 硬度（HV） Mg（wt%） Zn（wt%） Fe（wt%） Cu（wt%） 气密性评估
实施例1 1.50 100 1.2 0.25 0.7 0.15 A
实施例2 1.50 80 0.8 0.25 0.7 0.4 A
实施例3 1.50 60 2.2 0.08 0.3 0.05 A
实施例4 1.50 150 2.9 6.1 0.5 2.0 A
实施例5 1.50 120 1.4 0.25 0.1 4.2 A
实施例6 1.50 50 1.5 0.25 0.5 0.04 A
实施例7 0.40 80 0.8 0.25 0.7 0.4 B
实施例8 0.3 80 0.8 0.25 0.7 0.4 C
实施例9 1.50 200 3.0 7.0 0.3 5.0 B
实施例10 1.50 30 0.1 2.0 0.8 0.02 A
市售铜垫圈 1.50 85 / / / / A
表2保持力评估
组别 最大厚度Tmax（mm） 硬度（HV） Mg（wt%） Zn（wt%） Fe（wt%） Cu（wt%） 拆卸试验评估 复拧扭矩评估实施例1 1.50 100 1.2 0.25 0.7 0.15 A A
实施例2 1.50 80 0.8 0.25 0.7 0.4 A A
实施例3 1.50 60 2.2 0.08 0.3 0.05 A A
实施例4 1.50 150 2.9 6.1 0.5 2.0 A A
实施例5 1.50 120 1.4 0.25 0.1 4.2 A A
实施例6 1.50 50 1.5 0.25 0.5 0.04 A A
实施例7 0.40 80 0.8 0.25 0.7 0.4 B A
实施例8 0.30 80 0.8 0.25 0.7 0.4 C B
实施例9 1.50 200 3.0 7.0 0.3 5.0 A A
实施例10 1.50 30 0.1 2.0 0.8 0.02 A B
市售铜垫圈 1.50 85 / / / / A A
表3热稳定性能评估
组别 最大厚度Tmax（mm） 硬度（HV） Mg（wt%） Zn（wt%） Fe（wt%） Cu（wt%） 高低温拆卸扭矩评估 冷热循环复拧扭矩评估实施例1 1.50 100 1.2 0.25 0.7 0.15 A A
实施例2 1.50 80 0.8 0.25 0.7 0.4 A A
实施例3 1.50 60 2.2 0.08 0.3 0.05 A A
实施例4 1.50 150 2.9 6.1 0.5 2.0 A A
实施例5 1.50 120 1.4 0.25 0.1 4.2 A A
实施例6 1.50 50 1.5 0.25 0.5 0.04 A A
实施例7 0.40 80 0.8 0.25 0.7 0.4 B B
实施例8 0.30 80 0.8 0.25 0.7 0.4 C C
实施例9 1.50 200 3.0 7.0 0.3 5.0 B A
实施例10 1.50 30 0.1 2.0 0.8 0.02 B B
市售铜垫圈 1.50 85 / / / / B A
表4抗氧化腐蚀性能评估
组别 最大厚度Tmax（mm） 硬度（HV） Mg（wt%） Zn（wt%） Fe（wt%） Cu（wt%） 抗氧化腐蚀性能评估实施例1 1.50 100 1.2 0.25 0.7 0.15 A
实施例2 1.50 80 0.8 0.25 0.7 0.4 A
实施例3 1.50 60 2.2 0.08 0.3 0.05 A
实施例4 1.50 150 2.9 6.1 0.5 2.0 A
实施例5 1.50 120 1.4 0.25 0.1 4.2 A
实施例6 1.50 50 1.5 0.25 0.5 0.04 A
实施例7 0.40 80 0.8 0.25 0.7 0.4 A
实施例8 0.30 80 0.8 0.25 0.7 0.4 A
实施例9 1.50 200 3.0 7.0 0.3 5.0 A
实施例10 1.50 30 0.1 2.0 0.8 0.02 A
市售铜垫圈 1.50 85 / / / / C
如从表1-4中可以看出，性能较好的在垫圈的最大厚度 Tmax一般不小于0.4mm，气密性
评估等级“A”或“B”。原因如下：当垫圈被压缩时，也确保足够的行程。因此，垫圈和引擎组之
间的形状差异能够被补偿，进而提高气密性。

[0037] 本发明实施例1-10的垫圈的硬度是30-200HV，垫圈的表面能够适当地变形。因此，垫圈和引擎组之间的形状差异被补偿，并且在垫圈和引擎组之间的接触表面或者在垫圈和
火花塞之间的接触表面处粘结性被提高，由此提高气密性。

[0038] 通过与市售以铜为主材的垫圈比较，本发明实施例制得的以铝为主材的垫圈具有更好的抗氧化腐蚀性能，热稳定性能更优，力学性能更优。

[0039] 本发明实施例1-10中除了实施例8（最大厚度为0.3mm），厚度不及0.4mm，与其他实施例相比，其性能较差，其他的实施例中火花塞垫圈具有良好的密封性能、导热性能、力学
性能；以及装配后垫圈厚度可以有效控制在预定范围之内，从而保证火花塞侧电极角度在
预测范围内。

[0040] 与现有技术相比，本专利提供了一种金属的实心的垫圈，从而保证垫圈厚度不随安装力矩值出现大范围变动；为了达到火花塞与发动机缸盖良好密封与导热的效果，该垫
圈材质主要成份为铝，因为铝材质具有良好的导热性、流动性和延展性，另外铝材质在空气
中会形成一层很薄且均匀、致密氧化膜，使铝不会进一步氧化。

[0041] 本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由
权利要求书的范围来确定的。