CN106856297A - 火花塞 - Google Patents
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Abstract
一种火花塞，可包括：中心电极，该中心电极布置在火花塞的中心部分中；绝缘体，该绝缘体围绕中心电极；以及金属壳体，该金属壳体围绕绝缘体并且具有接地电极和面向绝缘体的内表面，该接地电极从金属壳体的下端向下延伸，该内表面凹状成形以便在内表面的凹状部分与绝缘体之间形成用于调整火花塞的热量范围的屏蔽空间。
Description
技术领域
本发明涉及火花塞，并且更具体地，涉及安装在用于车辆的发动机的燃烧室中以便通过产生火花来点燃燃料空气混合物的火花塞。
背景技术
通常，在用于车辆的汽油发动机中所使用的火花塞包括：中心电极，该中心电极布置在火花塞的中心部分中；绝缘体，该绝缘体围绕中心电极；金属壳体，该金属壳体围绕绝缘体；以及接地电极，该接地电极从金属壳体的下端向下延伸。在中心电极与接地电极之间产生火花电流，并且此时出现的火花点燃燃烧室中被压缩的燃料空气混合物。
如图6所示，根据暴露于燃烧室的长度部分(部分C)的长度，火花塞被分类为热型、中型和冷型。参考标号602表示绝缘体，参考标号603表示金属壳体，参考标号604表示六角螺母，参考标号605表示绝缘体尖端，并且参考标号610表示接地电极。该分类是基于表示火花塞散热程度的热量范围来确定的。热型火花塞具有低散热效果，并且冷型火花塞具有高散热效果。如从图6已知的，因为冷型火花塞的长度部分相对较短，所以冷型火花塞的吸热面积减少且散热面积增加，并且因此在燃烧过程中可用于火花塞的热源较小。相反，因为热型火花塞的长度部分相对较长，所以热型火花塞的吸热面积增加且散热面积减少，并且因此在燃烧过程中可用于火花塞的热源较大。
为了优化发动机中的燃烧，使用具有适于发动机特性的热量范围的火花塞。然而，在配备有涡轮增压器的涡轮增压汽油直喷(T-GDI)发动机的情况下，难以采用具有适于发动机特性的热量范围的火花塞。
通常，相比较自然吸气(NA)发动机，由于涡轮增压器的过度增压，T-GDI发动机中的燃烧的温度和压力大大增加。这种燃烧环境可增加预点火以及归因于预点火的爆振现象的可能性，可异常增加燃烧室中的温度和压力。由于重复爆振而产生的燃烧室中的高燃烧压力和压力波可烧毁火花塞的绝缘体，并且可导致不完全燃烧和发动机过热。
由于该原因，尽管冷型火花塞不是完全适当，但是它被应用至T-GDI发动机以便处理爆振出现时的高燃烧压力和压力波。这是因为具有相对短的长度部分的冷型火花塞可增加绝缘体的总体强度。然而，因为冷型火花塞保持热量不佳且散热快，所以当发动机初始启动时，火花塞的温度不能快速达到自清洁温度，这可导致发动机点火失败以及冷启动操作效率劣化的问题。
在本发明的该背景部分中公开的信息仅用于增强对本发明的整体背景的理解并且不得被视为承认或以任何形式暗示该信息构成对于本领域技术人员而言已知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供火花塞，该火花塞防止绝缘体和其自身的塞被高燃烧压力和压力波烧坏，改进发动机的冷启动操作，并且防止点火失败。
根据本发明的各个方面，火花塞可包括：中心电极，该中心电极布置在火花塞的中心部分中；绝缘体，该绝缘体围绕中心电极；以及金属壳体，该金属壳体围绕绝缘体并且具有接地电极和面向绝缘体的内表面，该接地电极从金属壳体的下端向下延伸，该内表面凹状成形以便在内表面的凹状部分与绝缘体之间形成用于调整火花塞的热量范围的屏蔽空间。
屏蔽空间可位于六角螺母与绝缘体尖端之间的中间位置中。
金属壳体的内表面可凹状成形以形成屏蔽空间，并且该屏蔽空间可具有四边形截面。
屏蔽空间可具有通过其高度和底部限定的矩形截面，高度的尺寸比底部的尺寸大。
金属壳体的内表面可凹状成形以形成屏蔽空间，并且该屏蔽空间可具有包括凹状部分和凸状部分的不平坦截面，这些凹状部分和这些凸状部分在轴向方向上以预定间隔交替布置在金属壳体的内表面上。
金属壳体的内表面可凹状成形以形成屏蔽空间，并且该屏蔽空间可具有包括螺纹部分(threaded portions)的锯齿状截面，该螺纹部分在轴向方向上以预定间隔布置在内表面上。
金属壳体的内表面可凹状成形以形成屏蔽空间，并且隔热材料可布置在该屏蔽空间中。
屏蔽空间的总体形状可以是中空圆柱体。
应理解，如本文使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船、海船的水运工具；航空器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，燃料来源于非石油能源)。如本文提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动式车辆。
本发明的方法和装置具有从附图中将显而易见或在附图中更为详细地提出的其他特征和优点，附图被结合于本文，并且与下列具体实施方式一起用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性火花塞的视图。
图2、图3、图4以及图5是示出根据本发明的示例性火花塞的视图。
图6是示出根据相关技术的基于热量范围来分类的典型火花塞的视图。
图7是示出应用至示例性火花塞的热量的温度取决于车辆速度的曲线图。
应理解，所附附图不一定按比例绘制，呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文公开的本发明的具体设计特征(包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状)将部分由特定的预期应用和使用环境来确定。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施方式，在附图中示出其实例并且在下文中进行描述。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是将理解，本说明并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他实施方式。
图1是示出根据本发明的各种实施方式的火花塞的视图，并且图2至图5是分别示出根据本发明的各种实施方式的火花塞的视图。图6是示出基于热量范围来分类的典型火花塞的视图，并且图7是示出应用至火花塞的热量的温度取决于车辆速度的曲线图。
根据本发明的各种实施方式的火花塞包括：中心电极100，该中心电极布置在火花塞的中心部分中；绝缘体200，该绝缘体围绕中心电极100；以及金属壳体300，该金属壳体围绕绝缘体200并且具有接地电极310和内表面330，该接地电极从金属壳体的下端向下延伸，该内表面面向绝缘体200，金属壳体300的内表面330的一部分凹状成形以便在内表面330的凹状部分与绝缘体200之间形成屏蔽空间350以调整热量范围。
在本说明书中，示出应用至配备有涡轮增压器的T-GDI发动机的火花塞，并且现在将该火花塞作为实例进行描述。如图6所示，根据暴露于燃烧室的长度部分(部分C)的长度，火花塞通常被分类为热型和冷型。尽管冷型火花塞不完全适于(最高750℃～800℃)具有涡轮增压器的T-GDI发动机，但是它仍被应用至T-GDI发动机，因为它可处理预点火出现时所出现的高燃烧压力和压力波。这种冷型火花塞可处理预点火，但是具有点火失败以及冷启动操作效率劣化的问题。
因此，在本发明的各种实施方式中，公开了降低冷型火花塞的散热的方式以便解决点火失败以及冷启动操作效率劣化的以上问题。上述屏蔽空间350位于六角螺母400与绝缘体尖端500之间的中间位置中，并且可通过屏蔽空间350选择性调整热量范围，由此即使使用冷型火花塞，也能解决以上问题。
在下文中，将参考图2至图5详细说明屏蔽空间350。屏蔽空间350的重要因素是体积与表面积的比率，并且其形状可根据设计或环境而进行各种改变。
图2是示出屏蔽空间350以这样的方式形成在绝缘体200与金属壳体300之间的结构的视图，即，屏蔽空间350的体积最大化。金属壳体300的内表面330的一部分凹状成形以形成屏蔽空间350。该屏蔽空间350可具有四边形截面。在一些实施方式中，屏蔽空间350可具有通过其高度和底部限定的矩形截面，其中，高度的尺寸比底部的尺寸大。因此，屏蔽空间350的总体形状可以是中空圆柱形。
如上所述，金属壳体300的面向绝缘体200的内表面330凹状成形以便在绝缘体200与金属壳体300之间形成空气层，由此将热阻提高成大约是传统技术中的热阻的1000倍。因此，降低了冷型火花塞的散热性能，防止碳沉积，并且也防止在配备有涡轮增压器的T-GDI发动机冷启动时的点火失败。
图3是示出屏蔽空间350以这样的方式形成在绝缘体200与金属壳体300之间的结构的视图，即，屏蔽空间350的体积可被调整。金属壳体300的内表面330的一部分凹状成形以形成屏蔽空间350。此时，屏蔽空间350可具有包括凹状部分和凸状部分的不平坦截面，该凹状部分和凸状部分在轴向方向上以预定间隔交替布置在内表面330上。因此，通过改变屏蔽空间350的凹状部分和凸状部分的数量，可调整屏蔽空间350的数量和体积比率，使得可应用具有适于发动机类型的热量范围的火花塞。屏蔽空间350的总体形状是如同图2的中空圆柱形，并且进一步具有包括凹状部分和凸状部分的不平坦侧表面。因此，可调整屏蔽空间350的体积与表面积的比率。
图4是示出屏蔽空间350以这样的方式形成在绝缘体200与金属壳体300之间的结构的视图，即，考虑到成本和产率，屏蔽空间350的体积可被调整。金属壳体300的内表面330的一部分凹状成形以形成屏蔽空间350。该屏蔽空间350可具有包括螺纹部分的锯齿状截面，该螺纹部分在轴向方向上以预定间隔布置在内表面330上。形成在金属壳体300的内表面330上的螺纹部分的效果与图3所述的屏蔽空间350的凹状部分和凸状部分的效果相同。此外，由于形成在金属壳体300的内表面330上的螺纹部分的形状与形成在金属壳体300的外表面上的螺纹部分的形状相同，所以改进制造便利性，降低制造成本，并且提高产率。
图5是示出屏蔽空间350形成在绝缘体200与金属壳体300之间并且隔热材料600布置在屏蔽空间350中的结构的视图。金属壳体300的内表面330的一部分凹状成形以形成屏蔽空间350。因此，隔热材料600可布置在屏蔽空间350中。屏蔽空间350可具有如同图2的矩形截面，但是截面形状可根据设计或环境而变化。如图5所示，在隔热材料600布置在屏蔽空间350中的情况下，屏蔽效果可最大化。因此，即使当火花塞应用至具有不利点火条件的发动机(诸如，配备有低压EGR(LP EGR)系统和涡轮增压器的T-GDI发动机)时，也可改进冷启动操作，并且可防止点火失败。
从以上描述显而易见的是，为了解决传统技术中的如下问题：当使用具有用于增强绝缘体的较短长度部分的冷型火花塞时，出现冷启动操作劣化以及点火失败，本发明的各个方面提供如下火花塞：该火花塞可通过减少长度部分的长度来增强绝缘体，并且此外，可使用屏蔽空间来调整散热性能，由此根据发动机类型而选择性调整热量范围。
如图7所示，典型火花塞具有这样的操作特性：使得火花塞的温度必须在低车辆速度时快速达到自清洁温度，并且必须在高车辆速度时低于预点火温度。在本发明的各种实施方式中，通过在绝缘体与金属壳体之间形成屏蔽空间，火花塞具有通过图7中的线B表示的操作特性，由此即使当使用用于增强绝缘体的强度的冷型火花塞时，散热性能也能降低，初始启动时以及低负载区域中的点火稳定性提高，并且防止点火失败。
此外，由于可选择性调整火花塞的热量范围，所以可使用满足适于发动机类型的热量范围的火花塞，由此提高可用性。当初始启动时，通过使用形成在绝缘体与金属壳体之间的屏蔽空间来降低散热，达到自清洁温度所花费的时间减少。在火花塞的温度达到预定温度之后，屏蔽空间中的密度降低，并且因此散热性能增强，由此增加热量范围。此外，由于具有用于发动机类型的最佳规格的火花塞可仅通过改变金属壳体而不改变绝缘体来制造，所以可降低制造成本，并且易于应对新的发动机发展。
为便于对所附权利要求的说明和准确定义，参考图中显示的特征的位置而使用术语“上部”或“下部”、“内部”或“外部”等来描述示例性实施方式的这些特征。
已出于示出和描述的目的而呈现了本发明的具体示例性实施方式的以上描述。以上描述并非旨在是穷尽或者将本发明局限于公开的精确形式，并且显而易见，根据上述教导，许多修改和变型都是可能的。为了解释本发明的特定原理及其实际应用，选择并描述了示例性实施方式，由此能够使得本领域技术人员能够做出并且利用本发明的各种示例性实施方式以及其各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同物来限定。
Claims (8)
1.一种火花塞，包括：
中心电极，所述中心电极布置在所述火花塞的中心部分中；
绝缘体，所述绝缘体围绕所述中心电极；以及
金属壳体，所述金属壳体围绕所述绝缘体并且具有接地电极和面向所述绝缘体的内表面，所述接地电极从所述金属壳体的下端向下延伸，
其中，所述内表面凹状成形以便在所述内表面的凹状部分与所述绝缘体之间形成用于调整所述火花塞的热量范围的屏蔽空间。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述屏蔽空间位于围绕所述绝缘体的六角螺母与所述绝缘体的绝缘体尖端之间的中间位置中。
3.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述金属壳体的所述内表面凹状成形以形成所述内表面中的所述屏蔽空间，并且所述屏蔽空间具有四边形截面。
4.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述屏蔽空间具有通过所述屏蔽空间的高度和底部限定的矩形截面，所述高度的尺寸比所述底部的尺寸大。
5.根据权利要求1所述的火花塞，其中：
所述金属壳体的所述内表面凹状成形以便在其中形成所述屏蔽空间；并且
所述屏蔽空间具有包括凹状部分和凸状部分的不平坦截面，这些凹状部分和这些凸状部分在所述火花塞的轴向方向上以预定间隔交替布置在所述金属壳体的所述内表面上。
6.根据权利要求1所述的火花塞，其中：
所述金属壳体的所述内表面凹状成形以便在其中形成所述屏蔽空间；并且
所述屏蔽空间具有包括螺纹部分的锯齿状截面，所述螺纹部分在所述火花塞的轴向方向上以预定间隔布置在所述内表面上。
7.根据权利要求1所述的火花塞，其中：
所述金属壳体的所述内表面凹状成形以便在其中形成所述屏蔽空间；并且
在所述屏蔽空间中布置有隔热材料。
8.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述屏蔽空间的总体形状是中空圆柱体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200519 |