CN103779788A - 一种火花塞及使用该火花塞的内燃机的点火系统 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，包括绝缘体、中心电极、壳体、导流插件和接地电极。该绝缘体其具有沿轴线方向延伸的轴孔。该中心电极插入贯穿该绝缘体的轴孔并露出端部。该壳体为中空柱状，套设在该绝缘体表面。该导流插件为柱状体，中心具有一贯穿其前后端面的喷火孔，其固定设置在该壳体内，前端与中心电极正对，后端位于壳体的开口端，其外壁与壳体的内壁贴合。该导流插件还包括分布于该喷火孔的四周的导流孔，该导流孔中心内径大于其端口的内径，形成纺锤状。该接地电极设置壳体的内壁上，或设置在导流插件的前端的喷火孔周边，与中心电极的端部之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。该火花塞可提高火花塞的点火效率和回流效率，从而提高了内燃机的燃烧效率。

Description

一种火花塞及使用该火花塞的内燃机的点火系统

技术领域

本发明涉及一种内燃机的点火领域，尤其是涉及一种火花塞，及使用该火花塞的内燃机的点火系统。

背景技术

内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力。是将热能转化为机械能的一种热机。火花塞是安装到内燃机上，用于燃烧室内的混合气体的打火。请参阅图1，其是现有技术中的内燃机的点火系统的结构示意图。该内燃机的点火系统包括燃烧室11、燃料喷射器12和火花塞13。该燃烧室11包括一空腔的缸体111，缸体111的上端具有一内壁为螺纹状的火花塞安装通道112，用以将火花塞13安装在燃烧室11上；以及在火花塞安装通道112附近具有一燃料喷射器安装通道114，用以将燃料喷射器12安装在燃烧室11上。请同时参阅图2，其是现有技术火花塞13的结构示意图。该火花塞13包括一中心电极132、绝缘体134、壳体136和接地电极138。该绝缘体134为陶瓷绝缘体，具有沿轴线方向延伸的轴孔，该中心电极132插入贯穿该绝缘体134的轴孔。该壳体136设置在该绝缘体134的外周，壳体136的表面具有螺纹。该接地电极138与该壳体136的端部连接，并弯曲延伸与中心电极132相对，与中心电极132之间形成火花放电的间隙。该中心电极132与接地电极138之间形成点火端部，该点火端部通过脉冲电力的作用产生电弧，进而产生电火花点燃电极周围的混合气体，达到自动点火的目的。

通常，该燃烧室11为圆形或椭圆形缸体，为了能产生强力燃烧效果，会将火花塞13的中心电极与接地电极形成的点火端部设置在燃烧室11的缸体111内，即该火花塞13通过其壳体136与火花塞安装通道112的螺纹扭合，火花塞13的壳体136填充了整个火花塞安装通道112，火花塞13穿过该火花塞安装通道112使其点火端部伸出至燃烧室11的缸体111内。为了增强点火系统的燃烧效率，该燃料喷射器12会设置在火花塞13的附近，该燃料喷射器12的喷嘴对着该火花塞13的点火端部一侧进行喷射。

但是，通常火花塞13的壳体136会伸出部分至燃烧室11的缸体内，由于燃料喷射器12是设置在火花塞13的一侧边，壳体136会阻挡部分燃料直接到达火花塞的点火端部，从而影响燃烧效率；长期使用后，通常会在燃料喷射器12一侧的壳体上形成燃烧不完全的炭黑渍，即燃烧不完全引起的局部积碳现象，降低燃烧效率，影响了发动机的输出功率。并且，由于火花塞的工作环境极端恶劣，该中心电极132和接地电极138在燃烧室11内高温高压条件下需要点火无数次，而该电极上会出现沉积物并导致其腐蚀，导致火花塞13的情况恶化。

为了减缓火花塞的恶化速度，技术人员对火花塞进行了各种改进。如通过提高电极材料的抗腐蚀性能或增加电极数量来克服电极的腐蚀问题。但是，提高电极材料的抗腐蚀性能需要提出新的电极材料，在采用现有电极材料的情况下无法改变电极的腐蚀问题；对于同时设置多个电极，由于该多个电极同样曝露在燃烧室中，将会同时受到侵蚀，并不能从根本上解决电极的抗腐蚀问题。

又或者将中心电极和接地电极设置在壳体的空腔内。请参阅图3，其是现有技术中另一火花塞的结构示意图。该火花塞包括外壳和固定安装于外壳内的绝缘瓷芯；该绝缘瓷芯内装有中心电极7；该中心电极的上端伸出绝缘瓷芯形成一个放电末端17；该外壳具有一个喷火腔11，该放电末端17处于喷火腔内；该喷火腔11内设置有接近放电末端的接地电极13。将中心电极和接地电极构成的放电点火装置设置于喷火腔11内，先点燃喷火腔11内的混合燃气，再利用喷火腔11喷出的火焰点燃内燃机燃烧室的混合气体，创造了一个高效的点火环境，并降低电极上沉积物的沉积速度。但是，对于将中心电极和接地电极设置在壳体的空腔内，会使两电极产生的火花进入燃烧室的路程增加，进而使燃烧室的混合气体的点燃时间产生延迟，由于内燃机运转的压缩冲程和膨胀冲程的时间为固定时间，则混合气体的燃烧时间缩短，在一定程度上降低了内燃机的燃烧效率，不利于节能环保。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种燃烧效率高的火花塞。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种火花塞，包括绝缘体、中心电极、壳体、导流插件和接地电极。该绝缘体其具有沿轴线方向延伸的轴孔。该中心电极插入贯穿该绝缘体的轴孔并露出端部。该壳体为中空柱状，套设在该绝缘体表面。导流插件，其为柱状体，中心具有一贯穿其前后端面的喷火孔，该导流插件固定设置在该壳体内，其前端与中心电极正对，其后端位于壳体的开口端，其外壁与壳体的内壁贴合；该导流插件还包括分布于该喷火孔的四周的导流孔，该导流孔中心内径大于其端口的内径，形成纺锤状。该接地电极设置壳体的内壁上，或设置在导流插件的前端的喷火孔周边，与中心电极的端部之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

进一步，该导流插件还包括贯穿其前后端的导流孔，该导流孔分布于该喷火孔的四周；或该导流插件的侧壁在轴向上设有导流槽，该导流槽与壳体的内壁形成纺锤状的导流孔。

进一步，该导流插件还包括进气孔，其设置在该导流槽上并与该喷火孔贯通。

进一步，在该导流插件的侧壁上还包括与该喷火孔垂直并贯穿该多条导流槽的引流槽。

进一步，位于该导流插件的后端的喷火孔开口突出或凹入于该壳体的开口端，并呈喇叭状，该喷火孔后端开口的孔径大于该喷火孔中段的孔径，并小于该壳体开口端的孔径。

进一步，位于该导流插件的前端的喷火孔开口突出于该导流插件前端面，该中心电极与该喷火孔前端开口之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

或者，位于该导流插件的前端的喷火孔开口内凹于该导流插件前端端面，形成一个点火口，该中心电极与该点火口的内壁之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

进一步，该导流插件的导流孔螺旋环绕该喷火孔。

进一步，该导流插件的前端通过焊接固定在该壳体内；或者该导流插件位于壳体内，该壳体的开口端通过冲压形成弧面窄口端，以将该导流插件固定。

此外，本发明还提供了一种内燃机的点火系统，其包括燃烧室和火花塞，该燃烧室包括一空腔的缸体，在缸体的内壁上具有一火花塞安装通道；该火花塞安装在该火花塞安装通道上。该火花塞为上述提及的任意一种火花塞。

进一步，在该缸体的火花塞安装通道上还设有存储槽，该火花塞的导流孔对应的壳体上设有通孔，该缸体的存储槽和导流孔通过通孔连通。相对于现有技术，本发明的火花塞更充分的利用燃料，提高了燃料的利用率。该导流插件的结构能够提高火花塞的点火效率和回流效率，从而提高了内燃机的燃烧效率。

相对于现有技术，本发明的内燃机的点火系统避免了部分燃料残留在火花塞壳体外部形成炭黑渍，更充分的利用燃料，提高了燃料的利用率。

以下结合说明书附图对本发明的火花塞进行详细说明。

附图说明

图1是现有技术中的内燃机的点火系统的结构示意图。

图2是现有技术中一种火花塞的结构示意图。

图3是现有技术中另一种火花塞的结构示意图。

图4是本发明的火花塞的实施例1结构示意图。

图5是图3所示的导流插件的立体透视结构示意图。

图6是本发明的火花塞的实施例2的结构示意图。

图7是本发明的实施例2的导流插件的结构示意图。

图8是本发明的实施例3的导流插件的结构示意图。

图9是本发明的实施例4的导流插件的立体透视结构示意图。

图10是本发明的实施例5的导流插件的结构示意图。

图11是本发明的实施例6的内燃机的点火系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图4，其是本发明的火花塞的实施例1结构示意图。该火花塞20包括中心电极21、绝缘体24、壳体26和导流插件28。该绝缘体24为陶瓷绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔。该中心电极21插入贯穿该绝缘体24的轴孔并露出端部211。该壳体26为中空结构，套设在该绝缘体24的表面。该导流插件28固定设置在该中空的壳体26内，其前端与中心电极21正对，其后端位于壳体26的开口端，其外壁与壳体26的内壁贴合。

请同时参阅图5，其是图3所示导流插件的立体结构示意图。该导流插件28为柱状体，其中轴上设置有贯穿该导流插件28前后端面的喷火孔282，在喷火孔282的四周设置有贯穿该导流插件28前后端面的导流孔283。该导流孔283为纺锤状，其前后端口的内径小于其中部及中心区域的内径。该导流孔283通过在导流插件28前端的壳体的内腔与喷火孔282连通。该中心电极21的端部211延伸至该导流部28的喷火孔282内，该喷火孔282的内壁作为接地电极22，与中心电极21形成具有火花放电的间隙的点火端部。该中心电极21和接地电极22的外表面均焊接贵金属，如铱金，以提高其点火的性能。该导流插件28可通过两种方式固定在该壳体26内，其一为：该导流插件28的前端通过焊接固定在该壳体26上；其二为：首先将该导流插件插入该壳体内，对该壳体的开口端进行冲压，形成弧面窄口端，以将该导流插件28固定。

作为对本实施例的进一步改进，在该导流插件的前端面和/或后端面上的喷火孔282和导流孔283的连接部位设置凹穴或凸棱（图未示），以进一步引导燃料和混合气体的流动方向。

在内燃机的进气冲程时，燃料喷射器的喷嘴直接对着该火花塞20进行喷射燃料，火花塞的导流插件的导流孔283和进气孔284可引导该燃料进入火花塞内，避免了部分燃料残留在壳体外部形成炭黑渍，更充分的利用燃料，提高了燃料的利用率。另外，燃料和空气形成的混合气体同时充满燃烧室的缸体，由于缸体内的压强远大于火花塞点火端部的压强，混合气体通过导流插件28的导流孔283和喷火孔282被迅速推进至火花塞并充满点火端部周围。

在火花塞的脉冲点火时，该火花塞的喷火孔内的点火端部周围充满了混合气体，该中心电极21和接地电极22之间放电引燃电极周围的混合气体，此时喷火孔内的气体被引燃并迅速膨胀，压力迅速增大，进而推动火花向缸体方向释放。进一步，由于该导流孔在进气冲程时储存了大量混合燃料，在火花塞点火瞬间，该导流孔内大量的混合燃料同时瞬间被引燃，可形成一强度很大的爆破气流，推动火花迅速向内燃机缸体迸发。。

在脉冲点火的火花迸发后，点火端的压强迅速减小，此时，该导流孔作为回流通道，加速缸体内混合气体的回流。在点火时气缸燃料迅速大量聚集在点火端，又能在喷火时使点燃的气体火花迅速到达缸体，实现了气体在火花塞腔体内和燃烧室的缸体内的加速回流，从而提高了内燃机的燃烧效率。

相对于现有技术，本发明的火花塞的中心电极21通过导流插件的保护，避免了出现沉积物并导致其腐蚀的情况，提高了其使用寿命。其次，在传统的工艺中，需要在壳体内焊接设置多个挡片以形成该导流孔和喷火孔，工艺复杂不易实现，成本亦很高。而本发明的导流插件与火花塞的壳体采用分别加工后再套合固定的加工方法，容易实现，且可提高火花塞的生产效率。进一步，该导流孔的纺锤体形状的设计可增大该导流孔的内腔容量，以形成一火花塞燃爆喷射的辅助空间，进一步提高火花塞点燃火花喷射的强度及效率，，该导流插件的结构能够提高火花塞的点火效率和回流效率，从而提高了内燃机的燃烧效率。

实施例2

本实施例2的火花塞与实施例1的大致相同，其区别仅在于火花塞的导流插件的结构相异。请同时参阅图6和图7，其中，图6是本发明的火花塞的实施例2的结构示意图。图7是本实施例2的导流插件38的结构示意图。该导流插件38为柱状体，其上设置有喷火孔382和导流槽383。其中，该喷火孔382为圆形，位于该导流部38的中轴处，并贯穿该导流部38的前后端面。该导流槽383位于该导流部38的侧壁上。该导流槽383是通过洗切割工艺形成，可形成横截面为三角形、多边形、弧形等形状。并且由于该导流插件为独立加工部件，因此，可方便的对该导流槽的内径进行扩大加工，使该导流槽的中心区域的内径大于其端口的内径。由于该导流插件38的外壁与壳体的内壁贴合，则该导流槽383与壳体的内壁形成纺锤状的导流孔。该导流孔根据尺寸尽可能地大，以增加燃爆导流的空间。进一步，在本实施例中，该导流槽383仅贯通该导流插件的后端面，而在该导流插件的前端区域的导流槽383上还设有与该喷火孔382贯通的进气孔384。该进气孔384可与该喷火孔382垂直，或与该喷火孔382形成一定的角度。该中心电极21的端部211延伸至该导流部28的喷火孔282内，该喷火孔282的内壁作为接地电极22，与中心电极21形成具有火花放电的间隙的点火端部。

当该火花塞点火时，被引燃的气体直接通过该喷火孔382向缸体方向释放。进一步，该进气孔384还可以加速缸体内混合气体的回流。气体回流的方向基本上是垂直于该导流插件38的侧壁的，所以，在进气孔384附近的区域就是横向气流与纵向气流的交汇处，是气体流动量最大的地方。因此，作为本实施例的优选方式，将中心电极的端部设置在进气孔384的附近，在气体流动量最大最快地方，使点火端的位置既能实现在点火时气缸燃料迅速大量聚集在点火端，又能在喷火时使点燃的气体火花迅速到达缸体，实现了气体在火花塞腔体内和燃烧室的缸体内的加速回流，从而提高了内燃机的燃烧效率。从而进一步提高气体回流的速度来提高内燃机的燃烧效率。

实施例3

本实施例3的火花塞与实施例1的大致相同，其区别仅在于火花塞的导流插件的结构相异。请参阅图8，其是本实施例3的导流插件58的透视结构示意图。该导流插件58为柱状体，其中轴上设置有贯穿该导流插件58前后端面的喷火孔582，在喷火孔582的四周设置有贯穿该导流插件58前后端面的导流孔583。该导流孔583中心区域的内径大于其端口的内径，形成纺锤状，其通过在导流插件58前端的壳体的内腔与喷火孔582连通。在本实施例中，位于该导流插件58的后端的喷火孔582开口突出于该壳体的开口端，并呈喇叭状，该喷火孔582后端开口的孔径大于该喷火孔582中段的孔径，并小于该壳体开口端的孔径。位于该导流插件58的前端的喷火孔582的开口内凹于该导流插件的前端端面，形成一个点火口。中心电极与该点火口的内壁之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

本实施例中，喷火孔的喇叭状开口结构能够进一步提高火花塞点火时的混合燃气的引流速度和火花的喷射速度，可进一步提高火花塞的点火效率。

实施例4

本实施例4的火花塞与实施例1的大致相同，其区别仅在于火花塞的导流插件的结构相异。请参阅图9，其是本实施例4的导流插件68的结构示意图。该导流插件68为柱状体，其中轴上设置有贯穿该导流插件68前后端面的喷火孔682，在喷火孔682的四周设置有贯穿该导流插件68前后端面的导流槽683，其与壳体的内壁形成导流孔。。该导流孔中心区域的内径大于其端口的内径，形成纺锤状，其通过在导流插件28前端的壳体的内腔与喷火孔682连通。进一步，该导流插件的导流槽683与该喷火孔682为非平行状态，而是该导流槽683螺旋环绕该喷火孔682。位于该导流插件的前端的喷火孔开口突出于该导流插件前端面，该中心电极与该喷火孔前端开口之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

该导流孔683的结构设置能够形成漩涡回流，可进一步提高混合气体的回流速度，以进一步提高火花塞的点火效率。

实施例5

本实施例5的火花塞与实施例1的大致相同，其区别仅在于火花塞的导流插件的结构相异。请参阅图10，其是本实施例5的导流插件78的结构示意图。该导流插件78为柱状体，其上设置有喷火孔782和导流槽783。其中，该喷火孔782为圆形，位于该导流部78的中轴处，并贯穿该导流部78的前后端面。该导流槽783位于该导流部78的侧壁上，并贯穿该导流部78的前后端面。进一步，在该导流插件78的侧壁上还包括贯穿该多条导流槽783的引流槽784。该导流槽783的中心区域的内径大于其端口的内径。该引流槽784可与该喷火孔垂直，或该引流槽784环绕该导流槽783并与喷火孔形成一定的角度。加工时，通过洗切割工艺，首先形成导流槽783，然后再以喷火孔为中心，水平横向切割形成引流槽784。由于该导流插件78的外壁与壳体的内壁贴合，则该导流槽783与壳体的内壁形成纺锤状的导流孔，该引流槽784与壳体的内壁形成引流孔。该火花塞的中心电极伸入喷火孔内，接地电极位于喷火孔内的导流插件的内壁上，并与中心电极垂直正对，形成具有火花放电的间隙的点火端部。该点火端部可位于该导流插件的前端，或中段，或后端。在本实施例中，通过引流槽将导流槽连通，通过该引流孔将各导流孔贯穿起来，形成一个大的混合燃气储存空间，可进一步提高火花塞在引燃瞬间的火花喷射的爆发力，从而进一步提高其点火效率。

实施例6

请参阅图11，其是本发明内燃机的点火系统的结构示意图。该内燃机的点火系统包括燃烧室81、燃料喷射器82和火花塞83。该燃烧室81包括一空腔的缸体811，缸体811的上端具有一内壁为螺纹状的火花塞安装通道812，用以将火花塞83安装在燃烧室81上；以及在火花塞安装通道812附近具有一燃料喷射器安装通道814，用以将燃料喷射器82安装在燃烧室81上。由于火花塞本身的体积大小有限，因此，为了进一步提高火花塞混合气体的存储空间，在该火花塞安装通道812的内壁上还设有存储槽816。该火花塞83可采用上述实施例1～6中的火花塞，该火花塞的导流孔对应的壳体上设有通孔262。该火花塞83旋钮安装在该火花塞安装通道812内，并使该其壳体上的通孔262与存储槽816对应，使该缸体的存储槽和火花塞的导流孔通过通孔连通，从而对火花塞的混合气体存储空间进行进一步的扩展，形成更大的混合气体燃料存储空间，在火花塞点火瞬间，该导流孔内大量的混合燃料同时瞬间被引燃，可形成一强度很大的爆破气流，推动火花迅速向内燃机缸体迸发。另外，本发明的火花塞还可以有多种变形实施例，具体为上述各实施例中的导流插件中喷火孔、导流孔、引流孔、进气孔、以及接地电极的设置的结构可任意搭配结合使用；在该导流插件的端面，该喷火孔和导流孔或导流槽形成扇叶状或螺旋形的结构；以及，在该喷火孔和/或导流孔的前端部或后端部的内壁设有螺纹状凸棱或凹穴以进一步引导混合气体的流向。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (11)

1.一种火花塞，其特征在于，包括

——绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；

——中心电极，其插入贯穿该绝缘体的轴孔并露出端部；

——壳体，其为中空柱状，该壳体套设在该绝缘体表面；

——导流插件，其为柱状体，中心具有一贯穿其前后端面的喷火孔，该导流插件固定设置在该壳体内，其前端与中心电极正对，其后端位于壳体的开口端，其外壁与壳体的内壁贴合；该导流插件还包括分布于该喷火孔的四周的导流孔，该导流孔中心内径大于其端口的内径，形成纺锤状；

——接地电极，其设置壳体的内壁上，或设置在导流插件的前端的喷火孔周边，与中心电极的端部之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于：该导流插件的侧壁在轴向上设有导流槽，该导流槽与壳体的内壁形成纺锤状的导流孔。

3.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于：该导流插件还包括进气孔，其设置在该导流槽上并与该喷火孔贯通。

4.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于：在该导流插件的侧壁上还包括贯穿该多条导流槽的引流槽。

5.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于：位于该导流插件的后端的喷火孔开口突出或凹入于该壳体的开口端，并呈喇叭状，该喷火孔后端开口的孔径大于该喷火孔中段的孔径，并小于该壳体开口端的孔径。

6.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于：位于该导流插件的前端的喷火孔开口突出于该导流插件前端面，该中心电极与该喷火孔前端开口之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

7.根据权利要求6所述的火花塞，其特征在于：位于该导流插件的前端的喷火孔开口内凹于该导流插件前端端面，形成一个点火口，该中心电极与该点火口的内壁之间形成具有火花放电的间隙的点火端部。

8.根据权利要求2-8中任一权利要求所述的火花塞，其特征在于：该导流插件的导流孔螺旋环绕该喷火孔。

9.根据权利要求9所述的火花塞，其特征在于：该导流插件的前端通过焊接固定在该壳体内；或者该导流插件位于壳体内，该壳体的开口端通过冲压形成弧面窄口端，以将该导流插件固定。

10.一种内燃机的点火系统，包括燃烧室和火花塞，该燃烧室包括一空腔的缸体，在缸体的内壁上具有一火花塞安装通道；该火花塞安装在该火花塞安装通道上，其特征在于：该火花塞为权利要求1-9中的任意一火花塞。

11.根据权利要求10所述的内燃机的点火系统，其特征在于：在该缸体的火花塞安装通道上还设有存储槽，该火花塞的导流孔对应的壳体上设有通孔，该缸体的存储槽和导流孔通过通孔连通。

Images