CN104767123A - 一种火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火花塞，包括绝缘体、中心电极、壳体及点火单元。还包括固定于壳体外部的点火单元，所述点火单元设有一燃爆腔，其包括：主体部，其为中空柱体,中空部分为燃爆腔；接地电极，该接地电极设置在所述主体部靠近中心电极的一端，其上设有通孔；所述中心电极与所述通孔相对，并与所述接地电极形成点火间隙。本发明提供了一种易于加工、点火间隙精准度高、适用性和稳定性好、混合气体流动性强、小空间爆炸式释放火花并能够形成持续喷射效果的火花塞。

Description

一种火花塞

技术领域

本发明涉及一种点火装置，尤其涉及一种在内燃机中使用的火花塞。

背景技术

火花塞是安装到内燃机上，用于点燃燃烧室内的混合气体的点火装置。

请参阅图1，其是传统的火花塞的结构示意图。该火花塞10包括一中心电极12、绝缘体14、壳体16和接地电极18。该绝缘体14为陶瓷绝缘体，具有沿轴线方向延伸的轴孔，该中心电极12插入贯穿该绝缘体14的轴孔。该壳体16套设在该绝缘体14的外周。该接地电极18与该壳体16的端部连接，并弯曲延伸与中心电极12相对，与中心电极12之间形成火花放电的间隙。该中心电极12与接地电极18之间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。

但是，该传统的火花塞在使用时有以下缺点：一是中心电极与接地电极产生火花后，由于接地电极位于中心电极与燃烧室之间，阻挡了火花直接向燃烧室释放，因而火花只能向侧面释放，增加了点火时间，点火也不够充分，降低了点火效率；二是由于接地电极和中心电极直接处于燃烧室中，在相对开放的空间内进行点火，点火瞬间由于火花分散不够剧烈，因此释放火花的速率较慢。

请同时参阅图2和图3，申请号为CN201310439382的中国发明专利中公开了一种火花塞200，其包括火花塞壳体201、绝缘体202和中心电极203；所述火花塞壳体201内设中空腔204，所述绝缘体202固设在中空腔204内下部，所述中心电极203被包覆在绝缘体202中，所述中心电极203上顶部延伸穿出绝缘体202裸露在火花塞壳体201的中空腔204内；所述绝缘体202可采用高的热导率的材料，如烧结氧化铝陶瓷材料制造；所述中心电极203上方设有负极点火单元205，所述负极点火单元呈圆柱状，所述负极点火单元205的下边缘处的中空腔204内壁上设有阻挡装置206；中空腔204的上端缘缩口弯折形成限位部207，所述负极点火单元205固定在限位部207和阻挡装置206之间；所述负极点火单元205上均匀设有7个纵向贯通负极点火单元205的排气孔208；所述排气孔208的面积占负极点火单元205截面面积的50％。所述中心电极203到负极点火单元205之间的最近距离为1.1毫米，中心电极203到环形突出部209的最近距离为2.1毫米。

该发明所公开的火花塞虽然通过将中心电极和接地电极设于火花塞壳体之内，形成了一个相对封闭的点火空间，对火花起到一个集聚的作用，但会产生如下的新问题：

一，其排气孔虽然使火花能够径直朝燃烧室释放，但由于释放路径较长，点火时间会受到延迟。

二，传统火花塞的尺寸、热值等参数设计都是根据发动机开发时的要求而定制的，已经有固定的要求，若在车辆上市后更换火花塞的设计，如改变火花塞壳体的长短粗细或绝缘体的长短等等都会影响到火花塞的工作状态，进而对发动机工作产生一定影响，该发明极大地改变了火花塞壳体的结构和尺寸，因而对原发动机的适用性和稳定性都会产生不利的影响。

三，由于中心电极和接地电极都置于相对封闭的火花塞壳体中，燃烧室内的混合气体进入较难，混合气体的流动性较差，容易导致点火不充分。由于火花塞壳体、喷油嘴在燃烧室中的位置相对固定，当点火间隙位于壳体中时，会导致点火处离喷油嘴的距离过远，油雾稀薄，点火效果不理想。

四，将中心电极和接地电极置于火花塞壳体内，由于需要在壳体的内部结构中进行加工，会导致加工难度大大增加，特别是直接测量和调整接地电极和中心电极之间的距离变得不可能，通常的工具都无法实现，只能采取按照设计图纸进行估算的方法，但如此一来将会产生较大误差，而由于火花塞对于点火间隙的要求十分精密，一般间隙是在0.3-1.5mm之间，如果达不到这个要求，就会导致不能跳火，极大地增加了火花塞的废件产出率。

发明内容

为了同时解决上述技术问题，本发明提供了一种易于加工、点火间隙精准度高、适用性和稳定性好、混合气体流动性强、小空间爆炸式释放火花并能够形成持续喷射效果的火花塞。

为达到上述目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种火花塞，包括：

绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；

中心电极，其插入贯穿所述绝缘体的轴孔并露出端部；

壳体，其为中空柱状，该壳体套设在所述绝缘体表面，并使所述中心电极的端部露出所述壳体之外；

还包括固定于壳体外部的点火单元，所述点火单元设有一燃爆腔，其包括：

主体部，其为中空柱体,中空部分为燃爆腔；

接地电极，该接地电极设置在所述主体部靠近中心电极的一端，其上设有通孔；所述中心电极与所述通孔相对，并与所述接地电极形成点火间隙。

本发明通过提供一个点火单元，该点火单元在靠近中心电极处形成一个相对封闭的燃爆腔，由于集聚作用，中心电极和接地电极跳火时，将在此空间内瞬间形成压力产生爆炸释放火花，克服了传统的火花塞由于没有相对封闭的燃爆腔，只能以传导方式释放火种，效率低的缺陷；另外，由于本发明仅对接地电极的结构作出改进，并将接地电极设置在壳体之外，不影响火花塞的主要尺寸和热值设置，对内燃机的适用性和稳定性都很高，同时方便在加工时测量和调整点火间隙，易于加工，精准度高。

进一步地，中心电极设置在所述接地电极的通孔外并与所述接地电极的通孔相对，或所述中心电极插入所述接地电极的通孔中。

进一步地，点火单元还包括挡板，其设置在所述主体部远离中心电极的一端，所述挡板上设置有通孔。

进一步地，挡板为圆形薄片，其边缘与主体部的端部的边缘密封连接。

进一步地，挡板与主体部一体制造，所述挡板与主体部的衔接处的外表面为弧面。

进一步地，主体部上设有径向通孔。

进一步地，接地电极上的通孔的总面积小于所述挡板上的通孔总面积，所述主体部上的径向通孔总面积小于所述接地电极上的通孔总面积。

本发明通过将点火单元设置于燃烧室中，并通过接地电极和挡板上的通孔大小设置，能引导爆炸后的主气流向挡板方向，即燃烧室方向释放，同时由于内外压力差，未燃气流能通过主体部上的通孔不断补充进点火单元中，形成火花持续喷射的效果，而现有技术中的火花塞为达到相对封闭空间的效果，将中心电极和接地电极设置于火花塞壳体中，其气流的流动性较差，火花释放不充分，也不能产生持续的效果。

进一步地，接地电极为环形薄片，其通过固定脚与所述主体部的端部连接。

进一步地，主体部的内壁上设有台阶，所述接地电极设置在所述台阶上并与其固定。

进一步地，主体部的燃爆腔为圆柱形、圆台形、双漏斗形或上述形状的结合。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是传统的火花塞的结构示意图；

图2是CN201310439382中公开的火花塞的结构示意图；

图3是图2中B-B的剖面结构示意图；

图4是本发明实施例一的火花塞的结构示意图；

图5是本发明实施例一的点火单元的立体结构图；

图6是本发明实施例一的接地电极的立体结构图；

图7是本发明实施例一的挡板的立体结构图；

图8是本发明实施例一的主体部的立体结构图；

图9是本发明实施例二的火花塞的结构示意图；

图10是本发明实施例二的接地电极的立体结构图；

图11是本发明实施例三的接地电极的正视图。

图12是本发明实施例四的主体部的剖面图。

图13是本发明实施例五的挡板和主体部的剖面图。

图14是本发明实施例六的主体部的剖面图。

图15是本发明实施例七的主体部的剖面图。

具体实施方式

实施例1

请同时参阅图4和图5，其中，图4为火花塞的结构示意图，图4中点火单元5的部分剖面示意图是图5中A-A方向的剖面图。

本发明提供的火花塞包括中心电极1、绝缘体2、壳体3、连接杆4和点火单元5。该绝缘体1具有沿轴线方向延伸的轴孔，中心电极1插入该轴孔并露出端部。壳体3为中空柱状，套设在绝缘体2的表面，并使中心电极的端部露出壳体之外。点火单元5位于壳体3外部，与壳体3端部连接固定，可通过至少一根连接杆4与壳体3相连接，特别地，在本实施例中，点火单元5通过对称设置的两根连接杆4与壳体3相连接。

请同时参阅图5至8，其中，图5是点火单元的立体结构图，图6是接地电极的立体结构图，图7是挡板的立体结构图，图8是主体部的立体结构图。

点火单元5内设有一燃爆腔。主体部53围成中空圆柱，从而形成该燃爆腔，该主体部53的外圆周面上还设有若干径向通孔。

接地电极51设置在主体部53靠近中心电极1的一端，包括环形薄片511和固定脚512。中心电极1插入到环形薄片511中的圆形通孔中，中心电极1与该环形薄片之间的径向空间作为点火间隙，能够方便调整。固定脚512均匀分布在环形薄片511的外圆周面上，并与其连接。主体部53端部的内壁上形成的沿周向凹陷的台阶532，固定脚512固定在该台阶上，进而将接地电极51固定在主体部53上。同时，主体部53以与壳体相同的材料做成，而主体部53通过连接杆4与壳体3相连接，接地电极51便可以通过主体部53与壳体3导电连通。

挡板52是圆形薄片，设置在主体部53远离中心电极1的一端，其上设有四个对称设置的圆形通孔521。挡板52的边缘与主体部53的端部的边缘密封连接。

进一步地，接地电极51上的通孔的总面积小于挡板52上的通孔总面积，主体部53上的径向通孔总面积小于接地电极51上的通孔总面积。通过接地电极和挡板上的通孔大小设置，能引导爆炸后的主气流由较小通孔向较大通孔的方向流动，即由接地电极向挡板方向流动，使爆炸火花向燃烧室方向释放。

点火单元5通过接地电极51、挡板52和主体部53的设置，形成一个相对封闭的燃爆空间，当中心电极1与环形薄片511即接地电极跳火时，由于集聚作用，将在此燃爆腔内瞬间形成压力并产生爆炸，该火花接着通过挡板52上的通孔521向外喷射。主气流喷射的同时，点火单元5内的气压减少，燃烧室与点火单元5之间所形成的的气压差，将推动未燃气体通过主体部53上的通孔531补充进点火单元5的空腔内，如此能保持火花继续释放，达到持续喷射的效果。

实施例2

本发明的实施例二，参见图9和10。图9是火花塞的结构示意图，其中，点火单元5的部分剖面示意图是图5中A-A方向的剖面图。图10是接地电极的立体结构图。本发明的实施例二与实施例一基本相同，不同之处仅在于：中心电极1并没有插入环形薄片511b的通孔内，而是在该通孔外；同时，该通孔的直径比中心电极的直径小，因此，环形薄片511b与中心电极1之间的轴向空间作为点火间隙而作用；此外，除台阶532以外，主体部53b的内壁形成一个圆台状的燃爆腔，其靠近接地电极51的端面的直径小于靠近挡板52的端面的直径，如此，在中心电极1的一端产生爆炸火花时，由于靠近接地电极51处的空间比靠近挡板52处的空间小，因此火花会向挡板52的方向喷射，增加火花释放的效率；同时，接地电极51上的通孔直径小于挡板52上的通孔521直径，主体部53b上的通孔531直径小于接地电极51上的通孔直径，如此设置，能引导主气流向挡板52的方向喷射，进一步增加火花释放的效率。

实施例3

本发明的实施例三，参见图11，其为接地电极的正视图。实施例三与实施例二基本相同，不同之处仅在于：接地电极51c上不设置环形薄片511b和固定脚512，而是设置多个通孔，该通孔直径比挡板52上的通孔直径小，因此也能达到与实施例二相似的效果，即引导主气流向燃烧室方向喷射。

实施例4

本发明的实施例四，参见图12，其为图5中A-A方向的主体部53的剖面图。本发明的实施例四与实施例一基本相同，不同之处仅在于：主体部53d的内壁所形成的燃爆腔也可以采取双漏斗形状，即燃爆腔的两端扩大，中部收窄，如此设置，即能够保证中心电极1的一端能够有充分空间产生爆炸，爆炸后又能在靠近挡板52的一端产生引导主气流向燃烧室方向喷射的效果。

此外，本发明的主体部53的内壁形成的燃爆腔也可以采用圆柱形、圆台形、双漏斗形的组合，主体部53的外壁也可采用圆台形、双漏斗形、正方体、长方体或这些形状的组合。接地电极51和挡板52可采用圆形、多边形或其与固定脚相结合的形状。接地电极51、挡板52和主体部53上设置的通孔，也可采用圆形或多边形的形状。

实施例5

本发明的实施例五，参见图13，其为图5中A-A方向的挡板52和主体部53的剖面图。本发明的实施例五与实施例一基本相同，不同之处仅在于：挡板52与主体部53一体制造，如53e所示，挡板52与主体部53的衔接处为平滑的弧面。由于突出的部位会有聚热的效应，因此弧面的设置能防止在燃烧室中高温烧熔。

实施例6

本发明的实施例六，参见图14，其为图5中A-A方向的主体部53的剖面图。本发明的实施例六与实施例一基本相同，不同之处仅在于：主体部53f的内壁为漏斗状，其靠近中心电极1的一端的口径较大，远离中心电极1的一端的口径较小，且点火单元5不设置挡板52。由于主体部内壁远离中心电极1一端的口径较小，由主体部53f和接地电极51(图中未画出)已共同形成了一个相对封闭的燃爆腔，因此无需设置挡板52。

实施例7

本发明的实施例七，参见图15，其为图5中A-A方向的主体部53的剖面图。本发明的实施例七与实施例一基本相同，不同之处仅在于：主体部53g的内壁为中间收窄的双漏斗状，且点火单元5不设置挡板52。由于主体部内壁中间的口径收窄，由接地电极51(图中未画出)和靠近接地电极一侧的漏斗状的主体部内壁，已共同形成了一个相对封闭的燃爆腔，因此无需设置挡板52。火花点燃后，再从该中间收窄处向燃烧室方向喷射出来。

相对于现有技术，本发明公开的火花塞包括一点火单元，该点火单元在靠近中心电极处形成一个相对封闭的燃爆腔，由于集聚作用，中心电极和接地电极跳火时，将在此空间内瞬间形成压力产生爆炸释放火花，而传统的火花塞由于没有相对封闭的燃爆腔，只能以传导方式释放火种，效率低；此外，点火单元设置于燃烧室中，并通过接地电极、挡板和主体部的通孔大小的设置，能引导爆炸后的主气流向燃烧室方向释放，同时由于内外压力差，未燃气流能通过主体部上的通孔不断补充进点火单元中，形成火花持续喷射的效果，而现有技术中的火花塞为达到相对封闭空间的效果，将中心电极和接地电极设置于火花塞壳体中，其气流的流动性较差，火花释放不充分，也不能产生持续的效果；同时由于本发明仅对接地电极的结构作出改进，并将接地电极设置在壳体之外，不影响火花塞的主要尺寸和热值设置，对内燃机的适用性和稳定性都很高，同时方便在加工时测量和调整点火间隙，易于加工，精准度高。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本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 (10)

1.一种火花塞，包括：

绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；

中心电极，其插入贯穿所述绝缘体的轴孔并露出端部；

壳体，其为中空柱状，该壳体套设在所述绝缘体表面，并使所述中心电极的端部露出所述壳体之外；

其特征在于：还包括固定于壳体外部的点火单元，所述点火单元设有一燃爆腔，其包括：

主体部，其为中空柱体,中空部分为燃爆腔；

接地电极，该接地电极设置在所述主体部靠近中心电极的一端，其上设有通孔；所述中心电极与所述通孔相对，并与所述接地电极形成点火间隙。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于：所述中心电极设置在所述接地电极的通孔外并与所述接地电极的通孔相对；或所述中心电极插入所述接地电极的通孔中。

3.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于：所述点火单元还包括挡板，其设置在所述主体部远离中心电极的一端，所述挡板上设置有通孔。

4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于：所述挡板为圆形薄片，其边缘与主体部的端部的边缘密封连接。

5.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于：所述挡板与主体部一体制造，所述挡板与主体部的衔接处的外表面为弧面。

6.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于：所述主体部上设有径向通孔。

7.根据权利要求6所述的火花塞，其特征在于：所述接地电极上的通孔的总面积小于所述挡板上的通孔总面积，所述主体部上的径向通孔总面积小于所述接地电极上的通孔总面积。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的火花塞，其特征在于：所述接地电极为环形薄片，其通过固定脚与所述主体部的端部连接。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的火花塞，其特征在于：所述主体部的内壁上设有台阶，所述接地电极设置在所述台阶上并与其固定。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的火花塞，其特征在于：所述主体部的燃爆腔为圆柱形、圆台形、双漏斗形或上述形状的结合。