CN101212127A - 多点点火发动机 - Google Patents
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Abstract
一种多点点火发动机(1)包括布置在燃烧室(2)的中心用于形成中心火花隙(10)的中心电极对(9)以及固定在气缸垫(15)上的多个外围电极对(12),所述气缸垫(15)在与气缸(5)的开口部分相对应的位置上具有与气缸(5)的开口部分基本上直径相等的开口部分,用于绕气缸(5)的开口部分的内圆周形成多个外围火花隙(13)。利用中心火花隙(10)和多个外围火花隙(13)点燃燃烧室(2)内的空气-燃料混合物,所述空气-燃料混合物是通过按化学计量的空气-燃料比或更浓/更稀的空气-燃料比将燃料和空气均匀地混合在一起而得到的。
Description
本申请为2006年12月28日提交的、申请号为200610170434.1专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种在单个燃烧室中具有多个火花隙的多点点火发动机。
背景技术
在火花点火发动机中,燃烧室中的空气-燃料混合物由火花塞点燃,并且通常,火花塞理想地是连接在燃烧室中心。当在中心执行点火时,所产生的火焰从中心向外围同心地传播。
然而,火焰在达到外围时受到燃烧室壁表面的冷却并可能因此熄灭。如果火焰熄灭,则未燃烧的气体通过排气阀排出。当过量空气系数例如大约为1.7时,气缸内的空气-燃料混合物的燃料浓度大约为90,000ppm,并且当火焰在外围部分熄灭时,在轻载操作过程中以未燃烧状态排出的碳氢化合物的量可能超过7,000ppm。因此,不少于8%的燃料浪费地排出。而且,在废气中排出的HC和CO的量增加,由此使排放性能变差。
因而,本申请已经研究了一种绕气缸开口部分布置多个火花隙并从火焰更有可能熄灭的燃烧室外围执行点火的方法。根据该方法,火焰从多个外围火花隙向中心传播,并且由此燃烧室内的空气-燃料混合物可以快速燃烧并且可以抑制在外围部分产生火焰熄灭。而且,通过减少燃烧时间可以延迟通常在上止点之前的点火时间,由此可以抑制上升的活塞通过爆燃向下被推回时产生的损失。这样,可以提高发动机的输出和燃料效率。
申请人对采用布置在燃烧室外围的多个火花隙执行点火的技术的做出了检索,结果发现了文献JP57-185689A和JP58-175279A。
发明内容
然而,已经认识到对于采用布置在燃烧室外围的多个火花隙执行点火的方法,当火焰从外围向中心传播时它们开始相互干扰,导致传播速度降低,并由此不能实现所期望的快速燃烧。
考虑到背景技术中这些技术问题设计了本发明,其目的是在火花点火发动机上实现快速燃烧,并由此提高发动机的输出和燃料效率。
根据本发明的多点点火发动机包括布置在燃烧室中心用于形成中心火花隙的中心电极对以及固定在绝缘元件上的多个外围电极对,所述绝缘元件在与气缸开口部分相对应的位置上具有与气缸开口部分基本上直径相等的开口部分,用于绕气缸开口部分的内圆周形成多个外围火花隙。利用中心火花隙和多个外围火花隙点燃燃烧室内的空气-燃料混合物,所述空气-燃料混合物是通过将燃料和空气均匀地混合在一起而得到的。
根据本发明,采用中心火花隙和多个外围火花隙点燃均匀混合的空气-燃料混合物,因此空气-燃料混合物可以快速燃烧。由于可以快速燃烧,因此可以在比常规发动机更靠近上止点位置的时刻执行点火,并可以抑制在升高的活塞通过爆燃被向下推回时产生的损失。从而,可以提高发动机的输出和燃料效率。
在说明书的其他部分提出并在附图中示出了本发明的细节以及其他特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的多点点火发动机的示意图。
图2是表示气缸垫结构的视图。
图3是表示多个外围火花隙与稳定产生火花的隙宽度之间关系的视图。
图4是表示制造气缸垫的方法的视图。
图5是表示通过燃烧室内部的火焰传播状态的视图。
图6是表示多个外围火花隙与过量空气系数上限(下限)之间关系的视图。
图7是表示本发明第二实施方式的视图。
图8也是表示本发明第二实施方式的视图,表示活塞的上表面。
图9是表示本发明第二实施方式的部分变形实例的视图。
图10是本发明第二实施方式的同一部分变形实例的视图,表示活塞的上表面。
图11是表示本发明第三实施方式的视图。
图12是表示本发明第四实施方式的视图。
图13是表示本发明第五实施方式的视图。
图14是表示本发明第六实施方式的视图。
图15是表示本发明第七实施方式的视图。
图16是沿图15中的XVI-XVI的截面图。
图17是表示本发明第七实施方式的部分变形实例的视图。
图18是沿图17中的XVIII-XVIII的截面图。
图19是沿图15中的XIX-XIX的截面图。
图20是表示本发明第七实施方式的部分变形实例的视图。
图21是表示本发明第七实施方式的部分变形实例的视图。
图22是表示本发明第八实施方式的视图。
图23是表示本发明第八实施方式的部分变形实例的视图。
图24是表示本发明第九实施方式的视图。
图25也是本发明第九实施方式的视图,表示点火环的动力接收销的结构。
具体实施方式
第一实施方式
图1表示根据本发明的多点点火发动机1的示意性构造。
在本实施方式中,发动机1是预混合发动机,其中通过与图中未示出的进气口相连的喷射器喷射的燃料与空气均匀混合,在空气-燃料混合物被引入燃烧室2时,由火花点火点燃并燃烧。为了获得所需的空气-燃料比,调节进气量和由喷射器喷射的燃料量。如下文将描述的那样,发动机1可以是直接喷射式发动机。为了提高燃料效率,空气-燃料混合物的空气-燃料比被设定为高于按化学计量的空气-燃料比(例如,过量空气系数大约为2),但确保发动机1的输出,空气-燃料混合物的空气-燃料比被设定为等于或小于(更浓)取决于操作区域或在整个操作区域按化学计量的空气-燃料比。
燃烧室2由气缸盖3的底面上的单坡屋顶形(pent roof-shaped)凹进形成。在燃烧室2上不设置用于产生气流的挤气区,这是因为如将在下文描述的那样,在根据本发明的多点点火发动机上,不需要通过气流提高燃烧速度并且这种气流还会导致冷却损失。此外,气缸体4具有定位成面对燃烧室2的气缸5,并且活塞6容纳在气缸5内。
火花塞8从气缸盖3的上面通过螺纹拧入其中。火花塞8的顶端暴露在燃烧室2的中心并且导电电极9a和接地电极9b(在下文被称为“中心电极对9”)从火花塞8的顶端伸入燃烧室2内。接地电极9b弯曲成L形,并且通过使接地电极9b的侧面面对导电电极9a并在它们之间具有间隙来形成火花隙(在下文被称为“中心火花隙10”)。火花塞8的基部作为终端(在下文被称为“中心终端11”),并与图中未示出的点火线圈相连。
同时,多个导电电极12a和接地电极12b(在下文被称为“外围电极对12”)布置在气缸5上开口部分的外围,使得多个火花隙(在下文被称为“外围火花隙13”)在圆周方向上等间隔地布置。通过使分别构成外围电极对12的电极12a、12b的顶端表面相互面对而形成外围火花隙13。外围电极对12的基部由插入在气缸盖3和气缸体4之间的气缸垫15固定。外围电极对12伸入气缸开口部分的内部,并且由此经过外围火花隙13的圆的半径小于气缸5的半径。
采用高耐热金属例如镍或铂作为外围电极对12的材料,这与发动机现有火花塞电极所采用的材料类似。备选地,可以采用高耐用性的铱作为外围电极对12的材料。这时,两个电极的顶端可以变窄,从而能够提高外围火花隙13的放电特性。
图2表示气缸垫15的结构。
具有直径与气缸5上的开口部分基本上相等(等于或者略大于)的开口部分17在与气缸5上的开口部分相对应的位置形成在气缸垫15上。多个导电元件18绕开口部分17埋入气缸垫。导电元件18由与外围电极对12不同的材料也就是由高导电材料例如铜形成。
构成多个外围电极对12的导电电极12a和接地电极12b连接在导电元件18的端部,使得多个外围电极对12通过导电元件18串联形成电连接。串联电极的一端与终端(在下文被称为“外围终端20”)相连,并且另一端与接地终端21相连。
通过采用圆柱形绝缘体模制朝向外围终端20一侧最远的导电元件18的端部而形成外围终端20。如图1所示,外围终端20容纳在分别形成在气缸盖3和气缸体4上的槽内,并在该状态下通过夹在气缸盖3和气缸体4之间而被紧紧固定。
外围终端20与图中未示出的点火线圈相连。为了降低无线电波噪声的影响,可以在外围终端20一侧最远的导电材料18和外围终端20之间插入大约5kΩ的电阻。
外围火花隙13的总宽度值被设定为比通过用单个间隙稳定产生火花的宽度除以外围火花隙13的数量所得到的值要大大约1.5倍的值。例如,假定在压缩的空气-燃料混合物中由单个间隙稳定产生火花的宽度是3mm,并且设置六个外围火花隙13,则每个外围火花隙13的宽度大约是0.8mm。
图3表示当通过点火线圈输送的次级电流能量是45mJ时在空气中可以产生稳定放电的外围火花隙13的数量和宽度的关系。随着外围火花隙13数量的增加,必须降低宽度,以确保产生火花。例如,当设置两个外围火花隙13时,在1.2mm宽度下产生火花,但当外围火花隙13的数量升高到20时,0.2mm宽度是产生火花的极限。这些数据与在空气中执行放电的情形有关,并且在处于燃烧室2的实际高压下,可以产生放电的外围火花隙13的宽度甚至会进一步降低。可以通过增加点火线圈的电容来增加外围火花隙13的宽度,但这提高了在点火线圈附近从外围火花隙13中泄漏的可能。
外围火花隙13的宽度优选向接地终端21一侧附近的外围火花隙13稳定增加。这时,可以降低外围终端20附近外围火花隙13的击穿电压(电容分量)并可以延长持续时间(电感分量),从而能够降低在外围终端20的附近从外围火花隙13中泄漏的可能。
同时,通过调节导电元件18的长度来调节由多个外围电极对12构成的点火装置的热值(热量排出的容易程度)。更具体地说,通过增加导电元件18的长度,外围电极对12的热更有可能通过导电元件18和气缸垫15排放到气缸盖3和气缸体4,并且由此点火装置的热值增加。导电元件18的长度优选被变更为使得外围电极对12的温度保持在500℃和850℃(或最多1000℃)范围内,在500℃时获得自清洁作用,在850℃(或最多1000℃)时可以很容易地避免异常燃烧。
在此,通过调节导电元件18的长度来调节热值,但除了调节导电元件18的长度之外或作为对其的代替,可以通过修改厚度(截面面积,或者如果是圆形截面,则是直径)、宽度(在与纵向垂直的方向上的尺寸,包括厚度)、以及导电元件18的材料来调节热值。
即使在高电压作用在导电元件18上时气缸垫15也必须防止在外围火花隙13和气缸盖3、气缸体4或活塞6的顶面之间产生泄漏,并且因此气缸垫15的厚度被设定为使得外围火花隙13和气缸盖3等部件之间的绝缘电阻比外围火花隙13的绝缘电阻更大,例如达2mm。
如图4所示,通过采用无机物例如硅或锆构成的水玻璃形式的粘合剂使玻璃绒成形而制成气缸垫15,从而形成一对板形元件15b、15c,其中与导电元件18的形状和外围电极对12的基部相对应的槽15a形成在所述板形元件的至少一个相对表面上,并且这对板形元件15b、15c采用不能燃烧的耐热粘合剂与容纳在槽15a内的导电元件18和外围电极对12的基部粘结在一起。
可以通过在成形之前将导电元件18和外围电极对12的基部埋置入玻璃绒内并随后采用水玻璃形式的粘合剂使整个垫成形而一体形成按以上所述构造的气缸垫15。
利用这种结构,即使在气缸垫15的厚度大约为2mm时,也可以在外围火花隙13与气缸盖3等部件之间固定至少100MΩ的高绝缘电阻,并因此可以防止在外围火花隙13与气缸盖3等部件之间的泄漏。
应该注意到气缸垫15的厚度不必是均匀一致的,并且如果需要可以绕气缸5的开口部分或者在用于传送冷却水的水孔周围,气缸垫15可以增加厚度、涂敷粘合剂或布置珠状薄板以提高其密封性能。
下面,将对以上多点点火发动机1的操作进行描述。
从进气口向燃烧室2内导入均匀的空气-燃料混合物。在一些情况下,空气-燃料混合物被设定处于按化学计量的空气-燃料比或更小(更浓)的空气-燃料比,但在此采用具有过量空气系数大约为2的稀空气-燃料混合物以提高燃料效率。通过向中心终端11和外围终端20施加高压次级电压而将导入燃烧室2内的空气-燃料混合物点燃,使得火花从中心火花隙10和多个外围火花隙13中飞出。
图5表示当燃烧室2内的空气-燃料混合物同时由中心火花隙10和多个外围火花隙13点燃时燃烧室2内的火焰传播状态。可以通过采用连接了透明观察窗的定容容器进行燃烧试验来检查燃烧室2内的火焰传播状态。
火焰从中心火花隙10和多个外围火花隙13同心传播。而且,来自中心火花隙10的火焰从燃烧室2的顶部向底部传播,而来自外围火花隙13的火焰从燃烧室2的底部向顶部传播。因此,火焰在三维上遍布燃烧室2,并且因此可以实现空气-燃料混合物的快速燃烧。这种快速燃烧是采用单个火花隙的常规点火所不能实现的。
此外,在中心火花隙10与外围火花隙13之间受到压缩的未燃烧气体最后燃烧,但这部分气体不可能因冷却而熄灭,因此燃烧室2内的空气-燃料混合物可以燃烧的几乎没有留下任何未燃烧的部分。
这样,在根据本发明的多点点火发动机1中,简单地通过执行从火花隙10、13的点火就可以获得足够的燃烧速度,并因此不需要像常规发动机那样采用由挤气或涡流产生的气流补充燃烧速度。气流还会增加冷却损失,因此为了确保在根据本发明的发动机中不产生气流,燃烧室2优选被形成为单坡屋顶形或半球形,从而在其壁表面上具有很少褶皱。
图6表示当仅采用外围火花隙13执行点火时和当除了采用外围火花隙13还采用中心火花隙10执行点火时的过量空气系数上限(下限)的比较。与在市区驱动的操作条件相对应的2000rpm的部分载荷被设定为操作条件。如图6所示,无论外围火花隙13的数量多大,采用中心火花隙10和外围火花隙13执行点火与单独采用外围火花隙13执行点火相比可以在更高的过量空气系数下执行驱动。
应该注意到在此向中心终端11和外围终端20施加电压的时刻是同步的,但优选向外围终端20施加电压在向中心终端11施加电压之后进行,使得首先从中心火花隙10执行点火。
当首先向中心终端11施加电压时,未燃烧的气体被中心处热的高压气体压缩在燃烧室2的周围,由此通过外围火花隙13点火产生的热量增加并且外围部分未燃烧气体的温度通过中心处产生的火焰的辐射热得到升高。因而,壁表面的冷却作用降低,减小了燃烧室2的外围部分产生火焰熄灭、点火延迟等危险,并因此实现的稳定燃烧。
相位差例如设定在5°,但相位差可以根据发动机1的操作条件(转速、载荷、空气-燃料比等等)而变化。例如,相位差在低速下降低并在高速、重载下提高。根据燃烧室2的形状,可以要求相位差反向。
可以相信多个外围火花隙13基本上同时执行点火的能力归因于在导电元件18与气缸盖3或气缸体4之间形成了微电容器,并且储存在微电容器内的电荷持续产生火花。更具体地说,微电容器形成在每个导电元件18的附近,并且电荷储存在每个电容器内。因此,当在某个外围火花隙13上产生放电时,在载荷因放电而流向的一侧上形成微电容器载荷的电容过量,因此高电压也施加在相邻外围火花隙13上。这样以连锁反应的形式产生放电。
下面,将对本发明的作用和效果进行描述。
根据上述多点点火发动机1,采用中心火花隙10和多个外围火花隙13点燃空气-燃料混合物,因此在燃烧室2内均匀混合的空气-燃料混合物可以快速燃烧,特别是在空气-燃料混合物较稀的情况下。由于可以快速燃烧,因此可以在比常规发动机更靠近上止点的时刻执行点火,因此可以抑制由爆燃将升起的活塞6向下推回时所产生的损坏。从而,可以提高发动机1的输出和燃料效率。
此外,燃烧分别从中心火花隙10和多个外围火花隙13开始,使得中心火花隙10和外围火花隙13之间的空气-燃料混合物最后燃烧。然而,这一部分远离燃烧室2的壁表面,因此火焰不可能在这一部分熄灭。因此,燃烧室2内的空气-燃料混合物可以基本上完全燃烧,并且降低了排出的HC和CO的量。而且,即使在稀燃过程中,均匀的空气-燃料混合物也可以燃烧,而不是通过分层进气燃烧,因此可以使相当稀的空气-燃料混合物燃烧以降低NOx排放。这样,根据上述的多点点火发动机1,HC、CO和NOx的排放量都可以降低,从而能够提高排放性能。
而且,降低了燃烧循环的变化,并且在空转过程中特别提高了发动机1的稳定性。因此,飞轮重量可以降低,从而能够进一步提高燃料效率。在这种情况下,还提高了发动机1的瞬态特性,并因此可以抑制加速过程中发动机1的飞车。
此外,通过将电压施加时刻的相位差设置成在由多个外围火花隙13的点火之前进行由中心火花隙10的点火,通过中心处产生的高压气体提高了外围部分未燃烧气体的浓度,导致点火时产生的热量的增加以及由来自中心处的热辐射产生的外围部分未燃烧气体温度的增加。因而,可以降低外围火花隙13的点火延迟,火焰在壁表面上被冷却和熄灭的可能性很小,并且可以提高火焰从外围的传播速度。
应该注意到在本实施方式中,绕气缸5的开口部分布置六个外围火花隙13,当外围火花隙13的数量并不局限于六个,如果需要,可以增加或减少该数量以获得最佳的燃烧状态。
此外,导电元件18和外围电极对12的基部由气缸垫15固定,但这些部件可以固定在由绝缘材料制成的隔离件上,并且通过将该隔离件从上下夹在所述垫上得到的部件可以固定在气缸盖3和气缸体4之间。然而,导电元件18和外围电极对12的基部通过气缸垫15固定的上述结构对于提高发动机1的压缩比是有利的。
此外,发动机1可以是直接喷射式发动机而不是预混合发动机。当燃料在进气冲程被喷入燃烧室2内时,燃料与导入燃烧室2内的空气混合,并且当活塞6到达上止点时,可以在燃烧室2内形成均匀的空气-燃料混合物。
第二实施方式
为了进一步提高上述多点点火发动机1的输出和燃料效率,可以通过降低气缸垫15的厚度提高发动机1的压缩比。当压缩比升高时,热效率提高,导致输出和燃料效率提高。然而,当气缸垫15的厚度降低时,外围火花隙13与气缸盖3等部件之间的距离减小,导致泄漏的可能性增加。尤其经常在气缸垫15的厚度被设定为6mm或更小时发生泄漏。这种情况同样发生在点火线圈的电容增加时。
在第二实施方式中,如图7和8所示,通过分别在与气缸盖3上外围火花隙13以及活塞6顶面的圆周方向位置相对应的位置上形成防漏凹进23、24以抑制从外围火花隙13至气缸盖3和活塞6的顶面的泄漏。所有其他结构与第一实施方式相同。
如图9和10所示,防漏凹进23、24可以被形成为使得在气缸5径向上的长度W小于在周向上的长度L,并且使得深度D向气缸5的中心不断变浅。利用这种形状,由外围火花隙13产生的火焰可以被导向燃烧室2的中心,并且当火焰传播到燃烧室2的中心时,它们可以被导向燃烧室2的顶部,由此能够实现更快速的燃烧。
应该注意到防漏凹进形成在气缸盖3和活塞6顶面上,但当气缸盖3和活塞6顶面中仅有一个存在泄漏的可能时,防漏凹进可以仅形成在它们中的一个上。
第三实施方式
为了抑制从外围火花隙13泄漏到气缸盖3等部件内,第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于外围电极对12的结构。所有的其他结构都与第一实施方式相同。
图11表示根据第三实施方式的外围电极对12的结构。外围电极对12暴露在燃烧室2内部的部分具有线性杆的形式且中间不具有弯曲部分。此外,通过使构成外围电极对12的电极之一(接地电极12b)的顶端表面面对另一电极(导电电极12a)的顶端侧面(tip end-side sideface)并在它们之间具有间隙来形成外围火花隙13。通过电极12a、12b的暴露部分形成的角度基本上为90°。
利用这种结构,由于在外围电极对12的中间没有任何弯曲部分,因此降低了从外围电极对12的中点泄漏的可能性,并且可以抑制从外围火花隙13向气缸盖3等部件的泄漏。
此外,利用这种结构,即使在外围电极对12的厚度降低的情况下也可以提高耐热性。同时,即使在外围电极对12的顶端磨损的情况下外围火花隙13的间隔也不会显著变宽,并因此可以延长外围电极对12的寿命。
应该注意到在此通过使接地电极12b的顶端表面面对导电电极12a的顶端侧面形成外围火花隙13,但可以通过使导电电极12a的顶端表面面对接地电极12b的顶端侧面形成外围火花隙13。
第四实施方式
与第三实施方式类似,第四实施方式与第一实施方式不同之处在于外围电极对12的结构,目的是抑制从外围火花隙13向气缸3等部件的泄漏。所有的其他结构都与第一实施方式相同。
图12表示根据第四实施方式的外围电极对12的结构。所有的外围电极对12都呈轻微弯曲的S形。通过使构成外围电极对12的接地电极12b的顶端表面面对导电电极12a的顶端表面并在它们之间具有间隙来形成外围火花隙13。
利用这一结构,可以降低从外围电极对12的中点向气缸盖3等部件内泄漏的可能性,这是因为在外围电极对12的中间不存在任何急剧弯曲部分。
第五实施方式
与第三实施方式类似,第五实施方式与第一实施方式的不同之处在于外围电极对12和气缸垫15的形状,目的是抑制从外围火花隙13向气缸盖等部件的泄漏。所有其他结构都与第一实施方式相同。
如图13所示,在第五实施方式中,气缸垫15固定外围电极对12基部的部分伸入到燃烧室2内(气缸垫15的开口部分内)。通过使构成外围电极对12的接地电极12b的顶端表面面对导电电极12a的顶端表面、在它们之间具有间隙以及经过外围火花隙13的圆的半径小于气缸5的半径来形成外围火花隙13。
利用这一结构,从外围火花隙13到气缸盖3等部件的距离增加,因此可以抑制从外围火花隙13向气缸盖3等部件的泄漏。
第六实施方式
与第三实施方式类似,第六实施方式与第一实施方式的不同之处在于外围电极对12的结构,目的是抑制从外围火花隙13向气缸盖等部件的泄漏。同时,活塞6的上止点位置升高到第一实施方式之上。所有的其他结构都与第一实施方式相同。
图14表示根据第六实施方式的外围电极对12的结构。外围电极对12的顶端表面暴露在气缸5的开口部分中,但不在其中伸出,而是与气缸垫15上开口部分17的内圆周面27平齐。外围火花隙13形成在导电电极12a的顶端表面与接地电极12b的顶端表面之间,所述两个电极一起构成外围电极对12,并且经过外围火花隙13的圆的半径等于气缸5的半径。
利用这一结构,来自外围电极对12的火花沿气缸垫15上开口部分17的内圆周表面27飞过,由此产生表面放电,并因而可以抑制从外围火花隙13向气缸盖3等部件的泄漏。在由申请人实施的试验中,当具有0.4mm2的铂电极以0.4mm的间隔埋入4mm厚的气缸垫内并执行放电时不发生向气缸盖等部分内的泄漏。
而且,活塞6和外围电极对12不相互干涉,因此活塞6的上止点位置可以被设定在比外围火花隙13更高的位置。因而,可以进一步提高发动机1的压缩比,从而能够进一步提高发动机1的输出和燃料效率。
应该注意到利用这一结构,当空气-燃料混合物浓且气缸5的内部温度很低时(例如在发动机1处于低温时的空转操作过程中),碳会附着在气缸垫15的开口部分17的内圆周表面27上,导致发烟燃烧。然而,通过同样采用中心火花隙10执行点火,可以使附着的碳燃烧,因此可以抑制由附着的碳导致的从外围火花隙13向气缸盖3等部件内的泄漏。
第七实施方式
与第三实施方式类似,第七实施方式与第一实施方式的不同之处在于外围电极对12的结构,目的是抑制从外围火花隙13向气缸盖3等部件内的泄漏。同时,活塞6的上止点位置升高到第一实施方式之上。所有的其他结构都与第一实施方式相同。
图15表示根据第七实施方式的外围电极对12的结构。凹槽部分29分别形成在与气缸垫15的开口部分17的内圆周表面27上外围火花隙13相对应的周向位置上,并且外围电极对12的顶端分别暴露在凹槽部分29中。通过使构成外围电极对12的接地电极12b的顶端表面面对导电电极12a的顶端表面、在它们之间具有间隙并且使经过外围火花隙13的圆的半径基本上等于气缸5的半径来形成外围火花隙13。
如图16所示,连接在外围电极对12底部上的导电元件18容纳在气缸垫15的开口部分17的内圆周表面27上形成的槽30内并由该槽固定,并且所述导电元件侧面在内圆周表面27上露出。如图17和18所示,与在前所述的实施方式类似,导电元件18可以埋置入气缸垫15内。
如图19所示,凹槽部分29被形成为从其在气缸垫15厚度方向的中心(与外围电极对伸出的位置相对应)的最深部分向气缸垫15的上端和下端不断变浅。备选地,为了便于加工,凹槽部分29可以以均匀深度形成在气缸垫15厚度方向上,如图20所示。
此外,如图21所示,凹槽部分29可以在相对应外围火花隙13的圆周方向位置上形成为半球形。利用这一结构,可以将凹槽部分29的容量降至最小,因此可以抑制由凹槽部分的形成导致的气缸垫15的强度和气密性的降低。
这样,在第七实施方式中,凹槽部分29形成在外围火花隙13的后表面上,使得外围火花隙13暴露在燃烧气体中,并且因此可以防止碳附着在外围火花隙13上。从而,可以进一步抑制由碳附着在外围火花隙13上而导致的泄漏。
第八实施方式
在第八实施方式中,外围火花隙13被分成多个组,每组中的外围火花隙13通过导电元件18电连接,并且点火线圈31与外围火花隙13串联连接的组中每个外围火花隙的一端相连。
在图22所示的实例中,外围火花隙13被分成两组,并且点火线圈与每组中的外围终端20相连。利用这一结构,可以减少单个点火线圈所需的能量,并且可以降低施加在最靠近点火线圈的外围火花隙13上的电压。因此,可以抑制泄漏。
应该注意到在此设置两个独立的点火线圈31,但作为替代,如图23所示可以设置双头点火线圈32,并且两组外围火花隙13可以相连。
同时,外围火花隙13在此被分成两组,但当设置多个外围火花隙13时,它们可以被分成三组或更多的组。
第九实施方式
图24表示第九实施方式。第九实施方式与第一实施方式的不同之处在于导电元件18和外围电极对12的基部埋置入与气缸垫15分开构成的点火环33内,并且点火环33容纳在浅的沉孔部分34内,该沉孔部分34设置在气缸盖3的下表面和气缸体4的上表面中至少一个上与气缸5的开口部分相对应的位置。因此,绕气缸5的开口部分布置多个火花隙13。
在本实例中,沉孔部分34形成在气缸盖3的下表面上,并且沉孔部分34的深度被设定为使得点火环33的下表面与气缸盖3的下表面等高。气缸盖3和气缸体4与容纳在沉孔部分34内的点火环33相连,并且与发动机现有气缸垫相同的气缸垫35夹在气缸盖3和气缸体4之间。
由绝缘硅基陶瓷或类似材料制成的点火环33固定导电元件18和外围电极对12的基部并在该状态下被点火。与在前实施方式中的气缸垫15类似,可以通过将导电元件18和外围电极对12的基部固定在由绝缘材料制成的两个环形元件之间并随后采用不可燃烧的耐热粘合剂将由绝缘材料制成的两个环形元件粘结在一起来形成点火环33。
点火环33的厚度与在前实施方式中的气缸垫15的厚度相同,并且其值被设定为可以在外围火花隙13和气缸盖3等部件之间固定所需的绝缘电阻。
通过以这种方式设置其中埋置导电元件18和外围电极对12的基部并与气缸垫35分开的绝缘元件(点火环33),常规的气缸垫可以在不作变化的情况下就被用作气缸垫35。而且,绝缘元件所需的质量例如耐用性、强度、绝缘性能等等可以被调节到具有更高精度的最佳值。
同时在第九实施方式中,如图25所示,在轴向上延伸到气缸5上侧的动力接收销36形成在朝引导端侧面最远定位的导电元件18的上表面上,以在轴向上从点火环33的上表面伸到气缸5的上侧。动力接收销36的外周除了下文描述的导电针38压靠的位置,其余都由绝缘材料39封盖,使得在动力接收销36和气缸盖3之间不会发生泄漏。如图24所示,销容纳孔40形成在气缸盖3的下表面上,并且当气缸盖3与气缸体4相连时,动力接收销36装配在销容纳孔40内。
此外,使销容纳孔40与气缸盖3外表面相连的通孔41形成在气缸盖3上,并且通过通孔41,导电针38受弹簧42偏压以压靠在动力接收销36上。绝缘材料43填充在导电针38与通孔41的内壁之间,以确保在导电针38和气缸盖3之间不会发生泄漏。通过将弹簧42插入在导电通路上,可以通过弹簧42的伸长和收缩吸收由热膨胀导致的发动机1的结构部件的尺寸变化。
终端45形成在导电针38的底端侧。导电针38和弹簧42容纳在由绝缘材料制成的保持器46内,并且保持器46通过采用机用螺钉48将凸缘部分47拧在气缸盖3上而得到固定。当插入电阻以抑制无线电噪声时,电阻优选被插入在弹簧42与终端45之间。
在此,动力接收销36从点火环33延伸到气缸的轴向上侧,而容纳动力接收销36的销容纳孔40以及容纳向动力接收销36输送电压的导电针38的通孔41形成在气缸盖3上。然而,动力接收销36可以延伸到气缸5的轴向下侧,并且销容纳孔40和通孔41可以形成在气缸体4上。
以上描述了本发明的实施方式,但这些实施方式可以通过适当组合得到实施。
Claims (3)
1.用于多点点火发动机(1)的一种点火装置,包括:
固定在绝缘元件上的多个外围电极对(12),所述绝缘元件置于发动机(1)的气缸盖(3)和气缸体(4)之间,所述多个外围电极对(12)绕发动机(1)的气缸(5)的开口部分的内圆周形成多个外围火花隙(13),以及
埋置于所述绝缘元件中的导电元件(18),所述导电元件(18)与所述多个外围电极对(12)连接,
其中,所述多个外围电极对(12)和所述导电元件(18)由不同的材料制成,以及
所述点火装置的热值通过改变所述导电元件(18)的长度、厚度、宽度中的至少一个来调节。
2.如权利要求1所述的点火装置,其特征在于,所述绝缘元件是夹在气缸盖(3)和气缸体(4)之间的气缸垫(15)。
3.如权利要求1或2所述的点火装置,其特征在于,通过将由绝缘材料制成的两个板粘结在一起形成所述绝缘元件,以及
多个外围电极对(12)中每个的基部容纳并固定在形成于所述两个板中的至少一个上的凹槽内。
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