CN101273505A

CN101273505A - 点火火花塞

Info

Publication number: CN101273505A
Application number: CNA2006800353543A
Authority: CN
Inventors: 郑寅泰
Original assignee: Johng In Tae
Current assignee: Johng In Tae
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-09-24
Also published as: JP2009503782A; EP1949512A2; WO2007013765A3; EP1949512B1; KR20070013559A; WO2007013765A2; EP1949512A4; CA2616796A1; JP5259399B2; US20090139479A1; KR100709303B1; US7628130B2; BRPI0616025A2; MX2008001351A

Abstract

本发明公开一种火花塞，包括：中空的主壳体，其包含可弯曲延伸部分和主燃烧室(111)；安装在主壳体中空部分的绝缘体(120)，用于隔离嵌入主壳体中间部位的接线杆；中心电极(130)，具有位于主燃烧室(111)内的第一电触点(132)，中心电极从接线杆向下延伸，同时被绝缘体(120)包围；第二电触点(142)，其位于主壳体内表面的下部，同时位于主燃烧室内，第二电触点(142)与第一电触点(132)相对应；以及横火焰点火阀(150)，其连接到主壳体下端呈弯曲状态的延伸部分，横火焰点火阀(150)具有主点火孔(152)和辅助点火孔(154)，用于引导火焰从主燃烧室(111)进入汽缸内部。

Description

点火火花塞

技术领域

[01]本发明涉及一种点火装置，更具体地说，涉及一种用于内燃机的火花塞，其能够提高内燃机的燃烧性能，减少氧化氮(NOx)的生成，同时延长使用期限。

背景技术

[02]内燃机主要用作汽车发动机，可分为四冲程发动机和二冲程发动机。四冲程发动机具有压缩冲程、吸气冲程、燃烧冲程和排气冲程。

[03]此类内燃机在燃烧冲程中使用火花塞来点燃混合气体。也就是说，火花塞是用于点燃在内燃机中压缩的混合气体的火花放电装置。

[04]通常，在使用高辛烷值汽油的火花点火类型的内燃机中，火花塞的点火定时点应根据内燃机的转速确定，以便获得足够的燃烧效率，从而达到高性能内燃机所需的适当输出功率。

[05]例如，当内燃机的转速较低时，执行点火的时间点对应于曲轴与上死点(TDC)成-6度角，也就是说，其位置比TDC提前6°角。随着内燃机的转速提高，点火时间点比TDC提前得更多。也就是说，当内燃机的转速提高时，提前执行点火以获得最大的发动机输出功率。虽然提前点火的时间点是根据内燃机的转速确定的，但是提前点火通常发生在与TDC成-50°角时。

[06]同时，内燃机带有电子控制单元(ECU)，用于控制空气燃油比，即内燃机中吸入的空气量与注入的燃油量之比。具体来说，ECU根据发动机的每分钟转速(RPM)、吸入空气量和吸入空气压力控制注入燃油量和点火定时点。ECU还具有调节功能，可抑制未燃碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)等气体的排放，同时提高内燃机的最大空气燃油比。因而，ECU起到优化发动机性能的作用。

[07]但是，使发动机获得最大输出功率的机制无法减少对人体有害的氧化氮(NOx)。特别地，由氧化氮导致的问题在使用LPG(一种丙烷和丁烷混合气体)的车辆上表现得尤为严重。

[08]为了将氧化氮(NOx)减少到符合环境污染限制标准或更少，可能将昂贵的三元催化转化器安装在系统排放废气的适当位置。三元催化转化器将排放的氧化氮(NOx)控制到标准限制或以下。

[09]但是，在这种情况下，未燃碳氢化合物会由于三元催化转化器而积累。结果，系统可能会堵塞或损坏。

[10]最近，为了改进发动机性能，提出了一种具有预燃室结构的火花塞，其采用密封结构、管状结构或封盖结构。

[11]但是，上述结构会导致燃油效率降低，由于TDP过热而导致点火失败，以及异常点火。结果，还会产生其他问题，如输出功率降低，或高性能发动机的运转性能下降。

[12]而且，在采用此类火花塞的预燃室的下端(例如密封盖)可能会过热并超出火花塞的热交换能力，即由高温热量和汽缸中的涡流热源气体导致的火花塞的热型范围。此类过热会导致如压缩冲程中的过早点火这类爆燃现象。结果，可能导致发动机突然停转的现象发生。

发明内容

技术问题

[13]虽然传统火花塞带有上述预燃室，但它在燃烧性能方面无法实现所需的改进，因为少量的火舌会进入燃烧室。而且，安装在火花塞下端的密封盖可能由于高温热量和火焰而熔化。结果，会缩短火花塞的使用期限，或导致火花塞出现故障。

[14]特别地，此类问题经常在使用LPG气体或高辛烷值汽油的内燃机中出现。因此，有必要研制一种热型范围符合内燃机高性能需求的火花塞。

技术方案

[15]为解决上述问题而提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种具有改进结构的火花塞，其能够延长火花塞的使用期限。

[16]本发明的另一个目的是提供一种即使在高温高压环境中也能表现出优异热交换性能的火花塞。

[17]本发明的又一个目的是提供一种能够提高燃烧率和减少氧化氮排放的火花塞。

[18]根据本发明的一个方面，提供了一种火花塞，其包括：中空的主壳体，在主壳体的下端形成可弯曲延伸部分，在延伸部分的上部形成主燃烧室；安装在主壳体中空部分的绝缘体，用于隔离嵌入主壳体中间部位的接线杆；中心电极，具有位于主燃烧室内的第一电触点，中心电极从接线杆向下延伸，同时被绝缘体包围；第二电触点，其位于主壳体内表面的下部，同时位于主燃烧室内，第二电触点与第一电触点相对应；横火焰点火阀，其连接到主壳体下端呈弯曲状态的延伸部分，横火焰点火阀具有主点火孔和辅助点火孔，用于引导火焰从主燃烧室进入汽缸内部。

[19]横火焰点火阀可包括环形边缘部分，以及高度低于边缘部分的圆盘形中心部分。

[20]根据本发明的另一个方面，提供了一种火花塞，其包括：中空的主壳体，在主壳体内部形成主燃烧室，在主壳体的下端形成可弯曲延伸部分；安装在主壳体中空部分的绝缘体，用于隔离嵌入主壳体中间部位的接线杆；中心电极，具有位于主燃烧室内的第一电触点，中心电极从接线杆向下延伸，同时被绝缘体包围；第二电触点，其位于主壳体内表面的下部，同时位于主燃烧室内，第二电触点与第一电触点相对应；具有圆盘形结构的横火焰点火阀，这样横火焰点火阀就可以从下方盖住第一和第二电触点，横火焰点火阀具有主点火孔和辅助点火孔，其分布在主燃烧室的下端中心区域；介于主壳体和绝缘体之间的传热部件，用于将在第一和第二电触点点火操作中由火焰产生的热量传递到火花塞的外部并阻断挥发气体的泄漏。

[21]传热部件可以由铜铝合金制成。第一和第二电触点可以由铂基合金制成。

[22]横火焰点火阀可以由锆基合金制成。或者，横火焰点火阀可以由Inconnel601制成。

[23]主点火孔和辅助点火孔的总数可以是三个或三个以上，条件是主点火孔和辅助点火孔的总横截面面积占汽缸横截面面积的1/400到1/700。

[24]横火焰点火阀可能沿边缘部分的水平线向下倾斜15到20度。

[25]根据本发明的又一个方面，提供了一种火花塞，其包括：主壳体，在主壳体的下端形成可弯曲延伸部分，在主壳体的内部形成中空部分；安装在主壳体中心位置的中心电极；围绕中心电极一部分的绝缘体，绝缘体与主壳体的下内壁表面围成主燃烧室，用于预点燃混合气体；介于主壳体内壁表面和绝缘体之间的传热部件，用于将在主燃烧室内产生的高温热量传递到火花塞的外部；以及横火焰点火阀，用于引导火焰从主燃烧室进入汽缸内部。

[26]横火焰点火阀可以安装在主壳体下端处于弯曲状态的扩展部分上，其中横火焰点火阀安装在延伸部分和主壳体下端之间形成的梯级上。

[27]传热部件可以包括安装在主燃烧室上端的第一传热部件和安装在主壳体的上内壁表面和绝缘体之间的第二传热部件。

有利效果

[28]根据本发明的上述火花塞具有以下效果。

[29]第一，横火焰点火阀即使在高温和高压条件下也不会变形，因为它是使用锆基合金制造的。因此，其优势在于能够延长火花塞的使用期限，避免由高温导致的异常点火。

[30]第二，另一个优势在于，借助于安装在主壳体内壁表面和绝缘体之间的传热部件，能够容易地将主燃烧室内产生的高温热量传递到火花塞外部。还能够避免火焰通过主壳体和绝缘体之间形成的空隙泄漏。

[31]第三，因为横火焰点火阀是通过简单地弯曲延伸部分连接到主壳体的下端，因而使火花塞的安装更简便。

[32]第四，能够提高混合气体的燃烧率，因为横火焰点火阀具有很强的耐高温能力。随着混合气体燃烧率的提高，能够获得更高的发动机输出功率。还有一个优势在于，能够支持在发动机的全部冲程中推迟点火时间。此外，另一个优势在于延长发动机机油的使用期限，减少发动机产生的噪音和振动，减少废气排放，特别是氧化氮的排放。

附图说明

[33]附图说明了本发明的实施例以及原理，可以帮助进一步理解本发明，所附图形包括：

[34]图1是说明根据本发明的火花塞的截面图；

[35]图2是说明根据本发明的一个实施例的图1中的火花塞所包括的横火焰点火阀的连接状态的放大截面图；以及

[36]图3是说明根据本发明的另一个实施例的火花塞所包括的横火焰点火阀的连接状态的放大截面图。

具体实施方式

[37]现在将详细说明根据本发明的火花塞的优选实施例，其示例在附图中予以说明。图1是说明根据本发明的火花塞的截面图。图2是说明根据本发明的横火焰点火阀连接到主壳体弯曲部分的放大截面图。

[38]火花塞包括具有中空结构的主壳体110、安装在主壳体110中的绝缘体120、安装在主壳体110下端的横火焰点火阀150。

[39]中心电极130安装在主壳体110的中心部分。特别地，中心电极130安装在绝缘体120的中心部分。中心电极130连接在从中心电极130向上延伸出的接线杆170上。传热部件160和161分别介于主壳体110的内壁表面和绝缘体120之间的预定位置。

[40]绝缘体120围绕接线杆170和嵌入主壳体110的中心部分的中心电极130，使接线杆170和中心电极130与主壳体110隔离。

[41]在主壳体110的下端形成延伸部分114，用于提供将横火焰点火阀150连接到主壳体110的连接空间。主壳体110还包括从延伸部分114向上扩展的下主壳体壁112，同时与延伸部分114成梯状，从而形成主壳体110的下部。下主壳体壁112限定了主燃烧室111，主燃烧室用于预点燃混合气体。主壳体110进一步包括构成其上部的上主壳体壁115，以及位于上主壳体壁115和下主壳体壁112之间的中主壳体壁113。

[42]同时，主壳体110的中空结构的横截面沿其轴线方向发生变化。具体来说，主壳体110在延伸部分114限定的空间的横截面面积大于由下主壳体壁112限定的空间的横截面面积。由中主壳体壁113限定的空间的横截面面积大于由下主壳体壁112限定的空间的横截面面积。由上主壳体壁115限定的空间的横截面面积大于由中主壳体壁113限定的空间的横截面面积。绝缘体120的横截面变化基本与主壳体110类似，从而符合主壳体110的中空结构。

[43]如上所述的主壳体110的中空结构的横截面变化的原因，是为了方便在主壳体110的下部形成主燃烧室111，并且便于传递在主燃烧室111内产生的火焰所生成的热量。

[44]延伸部分114位于主壳体110的下端，其可以弯曲，以便将横火焰点火阀150安装到主壳体110上。具体来说，延伸部分114从下主壳体壁112的内表面下部沿径向向外形成梯级，在安装横火焰点火阀150的过程中可以沿径向向内弯曲。

[45]为了将横火焰点火阀150安装到主壳体110上，首先将横火焰点火阀150插入由延伸部分114限定的空间中。然后，将延伸部分114朝向火花塞的中轴弯曲，从而使弯曲的延伸部分114与横火焰点火阀150的外圆周部分耦合。于是将横火焰点火阀150安装到主壳体110的下端。

[46]如上所述，下主壳体壁112限定了主燃烧室111。在主燃烧室111中，中心电极130的一部分被绝缘体120所环绕。用于点火的第一电触点132位于中心电极130下端的外表面上。

[47]与第一电触点132对应的第二电触点142位于下主壳体壁112的内表面上。因此，可以将下主壳体壁112看作与中心电极130相对应的接地级。位于绝缘体120中间的中心电极130连接到外部电压端子。相应地，在中心电极130上形成的第一电触点132与在下主壳体壁112的内表面上形成的第二电触点142之间发生电交互。

[48]第一电触点132和第二电触点142位于主燃烧室111内，彼此相对并间隔预定距离。优选地，第一电触点132和第二电触点142采用铂或铂基合金制成。在下主壳体壁112的外表面上形成螺纹，以便将火花塞紧固在发动机上。

[49]由于绝缘体120填充在中主壳体壁113的内部，因此主燃烧室111与上主壳体壁115隔离。也就是说，中主壳体壁113的内表面直接与绝缘体120接触。

[50]上主壳体壁115向中主壳体壁113延伸时渐渐扩大。第一个传热部件，即传热部件160位于上主壳体壁115和中主壳体壁113相连接的区域。具体来说，第一传热部件160具有环形结构，介于上主壳体壁115的内表面和绝缘体120的外表面之间。

[51]第二个传热部件，即传热部件161位于主燃烧室111的上端。第二传热部件161具有环形结构，介于绝缘体120的外表面和中主壳体壁113的内表面之间。第二传热部件161将主燃烧室111的火焰产生的高温热量传递到火花塞的外部。第二传热部件161还用于阻断主燃烧室111内的挥发气体泄漏。

[52]第一传热部件160用于将主燃烧室111内产生的高温热量传递到火花塞的外部。优选地，传热部件160和161由铜铝合金制成。

[53]根据本发明的另一个实施例，可以只安装第一传热部件160和第二传热部件161中的一个。或者，可以将多个传热部件分别安装在不同的位置。在将绝缘体120装入中主壳体壁113和上主壳体壁115时，传热部件可能接触主壳体的内表面。

[54]横火焰点火阀150具有圆盘形状，其放置在主壳体110的下端，位于第一电触点132和第二电触点142下面，同时盖住第一电触点132和第二电触点142。具体来说，横火焰点火阀150具有环形边缘部分151和圆盘形中心部分，后者的高度低于边缘部分151。横火焰点火阀150还具有倾斜部分155，其连接边缘部分151和中心部分153。

[55]倾斜部分155从边缘部分151向中心部分153向下倾斜。倾斜部分155的倾斜度为15到20度，相对于边缘部分151向下倾斜。

[56]主点火孔152穿过中心部分153，以连接主燃烧室111和汽缸内部。优选地，主点火孔152的形成位置对应于主燃烧室111的中心位置。

[57]辅助点火孔154穿过倾斜部分155，其位置分别排列在主点火孔152的径向圆周上，并与其中心相隔预定距离。当然，辅助点火孔154连通主燃烧室111和汽缸的内部。辅助点火孔154也用于使主燃烧室111内产生的火焰平稳地进入汽缸内部。辅助点火孔154可以对称地分布在相对于主点火孔152的特定水平面上。或者，辅助点火孔154可以分别对称地分布在不同的水平面上。辅助点火孔154还可位于中心部分153上。

[58]横火焰点火阀150由含锆材料或主要成分为锆基合金的材料制成。依赖于应用了根据本发明的火花塞的发动机，也可以使用其他知名的合金材料。例如，可以使用Inconnel 601。但是，此类合金材料不能使用焊接法连接到由碳钢制成的主壳体上。为此，根据本发明使用了上述连接结构。

[59]如果横火焰点火阀150采用Inconnel 601制成，优选地，横火焰点火阀150的厚度大约在0.5至1毫米之间。

[60]横火焰点火阀150具有相对于边缘部分151向下倾斜约15至20度的倾斜部分。优选地，主点火孔152和辅助点火孔154的总数为三个或三个以上，条件是主点火孔152和辅助点火孔154的总横截面面积占汽缸横截面面积的1/400到1/700。

[61]下面是分别使用传统火花塞和根据本发明的火花塞的实例在废气量(特别是氧化氮量)方面的比较结果。

[62]在这次比较中，对使用2,000毫升级4缸发动机的汽车进行了测试，其中已将三元催化转化器移除。在使用传统火花塞的情况下，当发动机转速为750rpm、1,600rpm和2,600rpm时，检测到的氧化氮含量分别为126ppm、554ppm和814ppm。另一方面，在使用根据本发明的火花塞的情况下，当发动机转速为750rpm、1,600rpm和2,600rpm时，检测到的氧化氮含量分别为69ppm、180ppm和386ppm。

[63]参照测试结果，可以看出在使用根据本发明的火花塞的情况下，排放的氧化氮比使用传统火花塞的情况减少了45％到68％。

[64]下面将参照图1和2说明根据本发明的火花塞的操作。

[65]在发动机的压缩冲程中，混合气体通过主点火孔152和辅助点火孔154部分引入主燃烧室111。在位于主燃烧室111中的第一电触点132和第二电触点142之间产生的火花预先点燃主燃烧室111中的混合气体，其时间点早于压缩冲程的上死点(TDC)。

[66]结果，在主燃烧室111中产生的高压火焰通过主点火孔152和辅助点火孔154进入汽缸。这是因为产生高压火焰的主燃烧室111中的压力相对高于汽缸的内部压力。火焰注入汽缸并点燃汽缸中压缩到压缩冲程TDC的混合气体。结果使发动机产生动力。

[67]下面将参照图3说明根据本发明的火花塞所包含的横火焰点火阀的另一实施例。

[68]根据本实施例，横火焰点火阀150具有与连接在主壳体上的弯曲延伸部分114连接的边缘部分151，以及从边缘部分151沿径向向内延伸的中心部分153。中心部分153的横截面形成平滑的曲面。主点火孔152和辅助点火孔154穿过中心部分153，使主燃烧室与汽缸内部连通。

[69]本领域的技术人员应清楚，可以在不超出本发明的范围及主旨的基础上对其进行各种修改和改变。因此，本发明旨在涵盖所附权利要求书范围内的各种修改和改变以及同等装置。

工业适用性

[70]从上面的描述中可以明显看出，根据本发明的火花塞可以提高混合气体的燃烧率和促进汽缸中的混合气体的完全燃烧，因为该火花塞使用由锆或锆基合金制成的适合用于高温环境的横火焰点火阀。相应地，它能够减少如氧化氮这类污染物质的排放。因而，当使用根据本发明的火花塞时，能够制造表现出优异燃烧效率(即优异能效)的环保型内燃机。

Claims

1.一种火花塞，其包括：

中空的主壳体，在主壳体的下端形成可弯曲延伸部分，在延伸部分的上部形成主燃烧室；

安装在主壳体中空部分的绝缘体，用于隔离嵌入主壳体中间部位的接线杆；

中心电极，具有位于主燃烧室内的第一电触点，中心电极从接线杆向下延伸，同时被绝缘体包围；

第二电触点，其位于主壳体内表面的下部，同时位于主燃烧室内，第二电触点与第一电触点相对应；以及

横火焰点火阀，其连接到主壳体下端呈弯曲状态的延伸部分，横火焰点火阀具有主点火孔和辅助点火孔，用于引导火焰从主燃烧室进入汽缸内部。

2如权利要求1所述的火花塞，其中，横火焰点火阀包括环形边缘部分，以及高度低于边缘部分的圆盘形中心部分。

3.一种火花塞，其包括：

中空的主壳体，在主壳体内部形成主燃烧室，在主壳体的下端形成可弯曲延伸部分；

第二电触点，其位于主壳体内表面的下部，同时位于主燃烧室内，第二电触点与第一电触点相对应；

具有圆盘形结构的横火焰点火阀，这样横火焰点火阀就能够从下方盖住第一和第二电触点，横火焰点火阀具有主点火孔和辅助点火孔，其分布在主燃烧室的下端中心区域；以及

介于主壳体和绝缘体之间的传热部件，用于将在第一和第二电触点点火操作中由火焰产生的热量传递到火花塞的外部并阻断挥发气体泄漏。

4.如权利要求3所述的火花塞，其中传热部件由铜铝合金制成。

5.如权利要求3所述的火花塞，其中第一和第二电触点由铂基合金制成。

6.如权利要求1或3所述的火花塞，其中横火焰点火阀由锆基合金制成。

7.如权利要求1或3所述的火花塞，其中横火焰点火阀由Inconnel 601制成。

8.如权利要求1或3所述的火花塞，其中主点火孔和辅助点火孔的总数为三个或三个以上，条件是主点火孔和辅助点火孔的总横截面面积占汽缸横截面面积的1/400到1/700。

9.如权利要求2所述的火花塞，其中横火焰点火阀具有沿边缘部分的水平线向下倾斜15到20度的倾斜部分。

10.一种火花塞，其包括：

主壳体，在主壳体的下端形成可弯曲延伸部分，在主壳体的内部形成中空部分；

安装在主壳体中心位置的中心电极；

围绕中心电极一部分的绝缘体，绝缘体与主壳体的下内壁表面围成主燃烧室，用于预点燃混合气体；

介于主壳体内壁表面和绝缘体之间的传热部件，用于将在主燃烧室内产生的高温热量传递到火花塞的外部；以及

横火焰点火阀，用于引导火焰从主燃烧室进入汽缸内部。

11.如权利要求10所述的火花塞，其中横火焰点火阀连接在主壳体下端处于弯曲状态的扩展部分，其中横火焰点火阀安装在延伸部分和主壳体下端之间形成的梯级上。

12如权利要求10所述的火花塞，其中传热部件包括安装在主燃烧室上端的第一传热部件和安装在主壳体的上内壁表面和绝缘体之间的第二传热部件。

13.如权利要求10至12中任何一项所述的火花塞，其中横火焰点火阀由锆基合金制成。