CN107332109A - 一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车 - Google Patents

Abstract

一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车。在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成一个空腔，在端面开几个小孔，侧面开两个或者两个以上小孔，空气和燃料的混合气体通过小孔进入空腔，电极之间放电产生火花点燃空腔内的可燃气体，空腔内火焰延伸并且温度和压力升高，火焰从小孔喷射出来形成多条柱状火焰，火焰贯穿燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对可燃气体的多点点火、大面积点火和高能量点火。采用这种喷火塞的内燃机的燃烧速度快，可以采用分层燃烧和稀薄燃烧的技术，提高气缸压缩比却不容易产生爆震，发动机的热功转换效率因此有望提高20‑30％，对汽油辛烷值标号的要求却降低。使用这种内燃机的汽车与使用传统内燃机的汽车相比可以省油20‑30％。

Description

一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车

技术领域

本发明属于机械电子工业的汽车和内燃机技术领域。

背景技术

内燃机一般由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门、油泵、油嘴等主要部件和其它附件组成。有些内燃机可以省略气门，利用活塞在气缸内的不同位置开关进气通道和排气通道。

现有内燃机点火装置主要为火花塞，通过电火花对油气混合气进行点火，火源为点状。点火强度的大小，影响可燃气体燃烧的速度。

等离子点火装置的火花塞结构为中间一个电极，围绕中间电极有4个电极。据说这种点火装置的火花塞产生的火核能量达到普通火花塞的100倍。

航空活塞式汽油机为了增加点火可靠性，一般在每一个气缸设置两个火花塞，由两个供电回路分别供电分别控制。

采用火花塞点火的内燃机不限于汽油机，还有以天然气和液化石油气做燃料的内燃机。

点燃式内燃机与压燃式内燃机相比，燃烧室内可燃气体的燃烧速度比较慢，因为点火火源为点状火源。压燃式内燃机为多点点火，可燃气体内部在高温高压条件下，发生多处自燃着火，同一时间点火的火源数量多。因此，压燃式内燃机可以选择较高的压缩比和较高的空燃比，热功转换效率一般比点燃式内燃机高 30％左右。

为了提高效率，有些汽油机或者天然气燃料发动机采用压缩点火的方法，以柴油为第二燃料，在压缩行程向燃烧室和气缸喷射少量柴油，利用柴油自燃燃点较低的特点，使得喷射进入燃烧室的柴油雾化和自燃着火，形成多点火源，点燃燃烧室和气缸中的汽油或者天然气与空气混合形成的可燃气体，从而实现汽油或者天然气发动机的多点点火，提高燃烧速度，提高气缸压缩比，提高发动机热功转换效率。有关专利申请参见《一种柴油压燃点火的汽油机》(CN2365405Y，公开日2000年2月23日)。这种发动机的缺点是燃料供应系统复杂，成本增加。

发明内容

1、发明的内容：

1)一种多点点火的方法，采用一种能够喷射火焰的火花塞，利用内燃机燃料作为主要的点火能量来源，利用电火花作为初始火源，通过向内燃机的燃烧室和气缸中的可燃气体(油气混合气区域)喷射一条或者多条火焰，使得火焰贯穿油气混合气区域，其点火范围、点火面积、点火强度均远远大于传统火花塞所能够达到的点火效果，相当于达到了扩散压燃内燃机多点点火的效果，油气混合气的燃烧速度增加，内燃机效率因此提高，却避免和减少了发生爆震的可能性。

2)这种火花塞可以称为喷火塞，适用的内燃机包括以汽油作为燃料的汽油机、以天然气或者液化石油气作为燃料的发动机，以及其它采用火花塞作为点火装置的发动机。汽油的标号(辛烷值，研究法)可以降低到89和小于89。燃料来源包括但是不仅限于石油、天然气、页岩气、沼气、煤炭和生物质。

3)一种喷火的火花塞，其技术特征是：在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成一个空腔，在空腔的端面开一个小孔或者多个小孔，侧面开一个或者多个小孔，空气和燃料气体通过小孔进入空腔，电极之间放电产生电火花点燃空腔内的可燃气体，随着空腔内火焰延伸以及温度和压力升高，火焰从小孔喷射出来形成柱状火焰，火焰进入燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对可燃气体的多点点火、大面积点火和高能量点火。其中，以柱状火焰穿透可燃气体的点火效果为好。

作为一种临时的技术措施，本申请可以在现有半敞开式火花塞(图7所示) 的基础上，增加正极电极及其绝缘体附近空间的包覆面积，得到一种端面喷孔和侧面喷孔为异形形状的喷火式火花塞。

4)一种喷火的火花塞，其技术特征是：空腔端面的喷孔和侧面的喷孔具有一定的喷射角，或者在具有喷射角的同时在圆周方向具有一定的倾斜角。

5)一种喷火的火花塞，其技术特征是：中心电极的位置为内藏式结构，或者为半裸露式结构，或者为裸露式结构；

喷射孔的形状为圆形，或者圆环形、叶形、半圆环形、长方形、三角形、三个长方形连成的三叶形，或者以上几种形状的组合。

6)一种选用喷火式火花塞的内燃机，其技术特征是：利用内燃机燃料和空气作为点火主要能量来源；由于内燃机燃烧速度比传统内燃机快，点火时间需要推迟到接近上止点的位置，因此，压缩行程因为燃烧而做的负功较小，发动机热功转换效率比较高。

7)一种内燃机具有以下技术特征：同时采用两只或者两只以上喷火式火花塞作为点火装置；或者采用一只喷火式火花塞与一只传统火花塞的组合作为点火装置。

8)一种内燃机具有以下技术特征：采用分层燃烧的技术和控制方案；或者采用稀薄燃烧的技术和控制方案；或者同时采用分层燃烧和稀薄燃烧的技术和控制方案。

9)一种内燃机具有以下技术特征：气缸压缩比为10∶1到21∶1；或者同时具有涡轮增压装置；或者同时具有涡轮增压装置和机械增压装置。

10)一种涡轮发动机(包括但是不仅限于涡轴发动机、涡扇发动机、燃气轮机)，其技术特征是：采用喷火式火花塞作为点火装置。

11)一种内燃机汽车或者混合动力汽车(包括但是不仅限于摩托车、工程机械、农用机械等等)，其技术特征是：采用上述喷火式火花塞作为点火装置，或者采用上述内燃机作为动力装置。

12)一种飞行器(包括但是不仅限于飞机、直升飞机、飞艇、动力伞、动力翼)，其技术特征是：采用喷火式火花塞作为点火装置；或者采用上述内燃机作为动力装置；或者采用上述涡轮发动机作为动力装置。

13)一种船舶或者水下航行器(包括但是不仅限于潜水艇)，其技术特征是：采用上述喷火式火花塞作为点火装置；或者采用上述内燃机作为动力装置；或者采用上述燃气轮机或者涡轮发动机作为动力装置。

14)一种工业炉或者窑的点火方法，其技术特征是：采用上述喷火式火花塞作为点火装置。这种喷火塞又称为点火棒，一般比内燃机的火花塞长很多。

15)上述内燃机采用部分尾气回用的技术可以有效降低尾气中氮氧化合物排放的含量。

16)上述喷火式火花塞作为汽油均质压燃发动机的强制点火装置，利用喷火塞的柱状火焰所提供的能量触发均质压燃，而不是仅仅依靠燃料与高温空气(包含回用的尾气)发生化学反应放热(有人称之为预燃)作为直接压燃的升温能量来源。

3、现有技术的不足：

1)汽油机的火花塞点火火源为点状，点火面积小。

2)等离子火花塞点火的火核大于电弧放电火花塞的火核，但是点火能量不能充分发挥作用，点火效率低。

3)现有汽油机燃烧室内的火焰燃烧速度比较慢，油气混合区的燃烧从火花塞开始，依靠从火核周边产生的火焰面的延伸和扩散而实现。不仅燃烧速度慢，而且容易产生爆震。

4)依靠火花塞点火的汽油机的热功转换效率比较低。

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4、需要解决的技术问题：

1)增加点燃式内燃机的点火火源数量，实现多点点火。

2)增加点火面积，增加点火强度，提高点火效率。

3)提高燃烧室油气混合气的燃烧速度。

4)提高内燃机热效率。

5)减少爆震。

5、本发明的技术措施：

1)喷火式火花塞，如图1所示。在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成一个空腔，在空腔的端面开一个小孔或者多个小孔，侧面开一个或者多个小孔，空气和燃料气体通过小孔进入空腔，电极之间放电产生电火花点燃空腔内的可燃气体，随着空腔内火焰延伸以及温度和压力升高，火焰从小孔喷射出来，形成柱状火焰，进入燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对可燃气体的多点点火和高能量点火。

2)选用喷火式火花塞的内燃机，如图8所示。喷火塞依据孔径的大小、多少、位置布置等设计成多种型号。喷火塞喷孔的直径越大，喷射压力越高，喷射距离越远。因此，同一只喷火塞上面不同位置的喷孔直径可以不同。根据内燃机缸径、排量、燃烧室形状等，选择不同型号的喷火塞，使得喷火塞的柱状火焰较好地分散在燃烧室和气缸中的可燃气体中。

6、本发明预期的技术效果：

1)喷火塞电极产生火花点燃半封闭空腔内部的可燃气体，利用空腔内部可燃气体燃烧后放出的热量作为火源点燃火花塞外面燃烧室以及气缸内的可燃气体。

2)火花塞喷射出一条或者多条柱状火焰，进入燃烧室内的可燃气体，点燃可燃气体。这种“进入”以“贯穿”的效果为好，也就是说以火花塞所喷射出的火焰以能够到达活塞顶端端面的效果为好。各柱状火焰形成的隧道以一定的分散性使得各隧道外围的可燃气体同时燃烧完毕。

3)、喷火塞喷射出的火焰对喷火塞外面的可燃气体形成扰动，使得燃烧需要一定的时间，而不是瞬间爆燃。气缸内部的压力升高率较低，最好略低于柴油压燃的燃烧速度。

4)气缸的压缩比可以提高，从10∶1到21∶1都是合适的压缩比范围。

5)由于点火强度提高，空燃比可以提高，实现稀薄燃烧。

6)可以实现分层燃烧。

7)发动机热功转换效率提高10-30％。

7、技术原理分析：

1)喷火塞以一根柱状火焰沿气缸中心轴线穿透燃烧室和气缸中的油气混合气时，火焰隧道与可燃气体接触的界面很大，相当于有无穷多个点状火源在同时点火，与传统火花塞点火相比，可燃气体的燃烧速度大约快4倍。三条以上的柱状火焰穿透燃烧室和气缸中的油气混合气时，与传统火花塞点火相比，燃烧速度大约快10倍。

2)喷火塞喷出的柱状火焰实际上呈放射状。多条柱状火焰点火的情况下，接近活塞顶端位置的可燃气体会受到大面积火焰点火(柱状火焰投射到活塞顶端的投影面积很大)，火焰传播前缘面会快速离开活塞顶端，从而减小出现爆震的概率，并且即使出现爆燃，爆燃的区域也远离活塞，爆震对于活塞连杆机构的冲击大大降低，噪声和振动减小。

3)对于采用分层燃烧和稀薄燃烧技术方案的汽油机，压缩比可以适当提高却不会产生爆震。发动机燃烧和膨胀过程中气壁热损失降低，发动机热效率提高。

4)由于燃烧速度快，与传统汽油机相比，喷火塞开始通电点火的时间必须推迟，压缩行程燃烧时间减少，压缩行程负功减少，不但燃烧的放热中心接近上止点，而且燃烧完成的时间也接近上止点，发动机热效率提高。

8、本申请的技术进步和意义：

1)克服了业内技术偏见。传统的火花塞及其点火技术是成熟的技术。多年来业内常识认为火花塞电极附近的空域必须维持敞开(如图6所示)或者大部分敞开(如图7所示)的状态，以保证燃烧室内的油气混合气或者其它可燃气体能够均匀和充分地扩散到电极周围，便于被电极所发生的火花点燃。本申请打破了这样的技术偏见，取得了业内技术人员所意料不到得技术效果，具有突出的实质性特点和显著的进步。

2)由于实现了多点点火，内燃机燃烧速度加快，出现爆震的可能性降低，本申请内燃机所适用的汽油的标号(辛烷值指标)可以适当降低，例如使用辛烷值小于等于89#的汽油，燃料成本降低。例如，压缩比为10∶1的汽车发动机可以使用70#汽油(辛烷值为70)，或者使用65#汽油(辛烷值为65)，后者接近石脑油的辛烷值范围。或者直接使用石脑油作为汽油燃料，燃料成本极低。

压缩比增加到15∶1时，使用辛烷值小于等于89(研究法，RON)以下的汽油，例如88#汽油，却不会产生爆震。对于阿特金森循环的发动机，虚拟压缩比可以轻松达到18∶1，实际压缩比可以达到12∶1～15∶1，使用70#汽油不会产生爆震。

当然，使用辛烷值高于89#的汽油，内燃机发生爆震的概率更低，并且汽油辛烷值越高，发动机性能更好。但是，缺点是汽油的辛烷值越高成本越高。

喷火塞适用于均质油气混合气点火；部分预混合扩散油气混合气点火；扩散油气混合气点火(分层燃烧)。

喷火塞适用于作为HCCI控制点火时间的装置。

喷火塞适用于作为高压缩比、汽油缸内直喷发动机的点火装置。

几点说明：

喷火塞的端面：喷火塞伸入燃烧室一端的顶端端面。

空燃比当量系数λ是业内常识。

本申请适应的燃料包括但是不仅限于汽油、煤油、天然气(沼气)、液化石油气，其它气体烃，以及其他生物质燃料。

电极材料和形状对电极之间火花产生的效果以及电极的寿命有很大影响。电极的加工方法以及电极的形状、结构和材料选择方法是现有技术。

电极之间脉冲放电形成火花点燃油气混合气，这种脉冲放电包括但是不仅限于电离、等离子、激光点火等技术，这些技术是现有技术。产生高压电弧或者等离子火花所需要的高压电源及其开关电路和控制系统，以及喷火火花塞的绝缘材料、壳体材料、其它导电材料的选择及其加工方法是现有技术。

分层燃烧和稀薄燃烧的技术和控制方法是现有技术。

内燃机尾气回用技术是现有技术。

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具体实施方法

图1是喷火式火花塞的结构示例，其中：1接线螺母，2绝缘体，3金属杆， 4内垫圈，5壳体，6导体玻璃，7密封垫圈，8内垫圈，9绝缘体裙部，10半封闭空腔，11端面喷孔，12中心电极，13侧面喷孔，14阴极电极。燃烧室内部的可燃气体通过端面喷孔11和侧面喷孔13进入半封闭空腔10，中心电极12和阴极电极14之间的空隙在高电压作用下被电离放电，或者在次高频高电压作用下形成等离子放电，产生火花点燃半封闭空腔内的可燃气体，可燃气体在半封闭空腔内形成高温高压的火焰从端面喷孔喷射出去形成柱状火焰，柱状火焰穿透燃烧室和气缸中的可燃气体到达活塞顶端端面，对可燃气体进行多点点火。侧面喷孔 13同样喷射出柱状火焰对燃烧室内的可燃气体进行点火。

较好的技术效果是空腔内燃料燃烧之后火焰从端面小孔内喷射出来能够穿透燃烧室和气缸内的油气混合气，达到活塞的顶部，并且火焰柱在可燃气体中的分散性越高点火效果越好，火焰柱的比表面越大点火效果越好。各柱状火焰束按照一定角度分散，使得火焰束末端外围的油气混合气(可燃气体)的体积大致相同，目的在于使得各火焰束周围的可燃气体燃烧终了的时间大致相同。端面喷孔和侧面喷孔沿径向具有一定的喷射角，较好的设计是这些喷孔同时在沿圆周方向有一定的斜角，使得火焰束通过的可燃气体的路径更长，并且对可燃气体进行搅动，以形成旋转气流。

图8是本申请内燃机和喷火塞示意，其中，喷火塞22喷射出的柱状火焰24 分散进入燃烧室16和气缸15中的可燃气体，并且穿透可燃气体到达活塞14顶端的端面。

优选的技术方案包括：

1)将侧面喷孔布置在空腔靠近端面的位置。侧面喷孔的位置靠近半封闭空腔的根部(相对于端面较远的位置)有利于可燃气体进入空腔，不利于提高火焰喷射压力。

2)喷射角有多种选择，倾斜角有多种选择，喷孔数量和形状，端面喷孔的面积的总和占空腔端面面积的比例，端面喷孔的面积的总和与空腔有效容积的比例有多种选择。这些参数将影响空腔内部可燃气体燃烧的速度、温度和压力，影响火焰从喷射孔喷射出来之后的喷射距离，以及在可燃气体中分散的状态。比较好的效果是柱状火焰能够穿透可燃气体，但是不会对气缸和活塞造成冲击，不会产生大的振动。根据以上效果和目的，选择喷火式火花塞的上述参数，是业内技术人员的常识。

3)鉴于燃烧速度增加，燃烧温度增加的趋势，增加空燃比实现稀薄燃烧。

4)进一步，为了减少油气混合气中过量的氧含量，回用部分尾气也是一种优化的技术方案。

根据内燃机的结构和性能要求选择喷火式火花塞的型号和参数，这种选择方法是业内常识。

为了增加喷射压力，保证喷火塞半封闭空腔内部的空燃比当量系数λ在1 附近，可以采用向喷火塞单独供应燃料的技术方案。或者，在内燃机燃烧室设置一个空腔，单独为这个空腔配置燃料喷射系统，然后将传统的火花塞安装在空腔内部，也是一种选择。以上两个技术方案的缺点是结构复杂成本增加。优选的替代方案是将内燃机喷油嘴喷射方向与喷火塞端面的位置设计得相对接近。燃料多次喷射的内燃机，有利于燃料扩散进入空腔。

侧面的小孔可以不设置，以增加喷射压力和距离。缺点是不利于燃料从燃烧室扩散进入半封闭空腔。

随着压缩行程活塞接近上止点，燃烧室内可燃气体密度增加，喷火塞空腔内部的可燃气体所积聚的能量也逐渐增加，点火发生时火焰喷射的强度(能量)增加。喷火塞所喷射的火焰束需要穿透的可燃气体的距离缩短，有利于穿透。所以，点火开始的时间接近上止点时，点火效果更好。

选用除了圆形之外的异形喷孔，如图5A、图5B和图5C所示，有利于增加柱状火焰的比表面，增加点火效率。

实施例1：典型的喷火式火花塞的参数以图3A和图3B为例，图3A所示的半封闭空腔21内有效容积为0.6立方厘米。端面喷孔数量为7(包括1个中心喷孔24)，孔形为圆形。中心喷孔24的喷射角为0。其它6个端面喷孔18的径向喷射角为30度，圆周方向斜角为20度。端面喷孔18以及中心喷孔24的总面积为空腔内容积(端面所对应的)圆形截面面积的25％。侧面喷孔17数量为2，对称分布，孔形为圆形，孔径为端面喷孔的2/3，侧面喷孔17的径向喷射角为 45度，圆周方向斜角为15度。

当使用图3C替代图3B作为端面喷孔布置时，端面喷孔18(包括中心喷孔 24)的数量为4，端面喷孔18(包括中心喷孔24)的总面积为空腔内容积圆形截面面积的20％。图3C的技术方案与图3B相比，端面喷孔18(包括中心喷孔 24)的总面积与空腔内容积(端面所对应的)圆形截面面积的比例降低，喷射压力增加，同时，端面喷孔的数量减少，单个喷孔的面积增加，因此，喷射距离增加。

实施例2，图2A的中心电极23隐藏在半封闭空腔21的壳体22内部，与图 3A中心电极23半裸露和图4A中心电极23裸露相比，避免了电极火花对燃烧室可燃气体的直接点火。点火动作分为两个部分，一是电极火花对半封闭空腔 21内的可燃气体进行点火，二是半封闭空腔21内可燃气体燃烧后喷射出半封闭空腔21，对燃烧室和气缸中的可燃气体进行点火。这样，燃烧室顶部与底部乃至气缸深处可燃气体被点火的时间间隔缩短。缺点是电极附近的可燃气体浓度受燃料在燃烧室扩散的时间影响较大。这种喷火火花塞更适合作为燃料充分预混合的内燃机的点火装置，或者作为燃料多次喷射进入气缸并且燃烧室中火花塞端面所在位置燃料浓度相对较高的内燃机的点火装置。

实施例3，图4A所示的喷火式火花塞，正负电极(23和22)的位置处于半封闭空腔21与燃烧室交界的边缘(这个边缘正好是正负电极之间的间隙位置，也是环形喷射孔26的位置)，暴露在半封闭空腔21之外，电极周围的可燃气体浓度和空燃比例与燃烧室大部分区域相同，电极点火的可靠性几乎不受可燃气体向半封闭空腔21内扩散效果的影响。这种喷火塞除适用于一般内燃机的点火要求之外，更适合作为稀薄燃烧发动机的点火装置，例如作为均质压燃汽油机 (HCCI)的点火装置。

均质压燃汽油机在启动阶段采用火花点火装置点火时，可以在空燃比当量系数λ大于1的情况下直接点火。

实施例4，由于本申请喷火式火花塞点火强度高、能量大，属于多点点火，因此，本申请火花塞可以作为均质压燃汽油机的强制点火装置，在现有均质压燃汽油机各种技术措施和技术方案的基础上，降低预喷射燃料与高温尾气和空气混合气的化学反应放热当量，距离实现压缩点火所需要的能量保持一个安全距离，确保油气混合气不会发生早燃和爆震现象，然后在压缩行程活塞到达上止点位置附近时采用本申请喷火式火花塞点火，作为均质压燃的触发器，实现强制点火。即采用喷火式火花塞强制点火的能量触发均质压燃点火。至此，均质压燃汽油机可以在大幅度变换转速和负荷的工作环境下运行自如控制简便，不会失火或者因为早燃而产生爆震，具备作为汽车单一动力装置的装备条件。

实施例5，图5A、图5B和图5C所示为几种异形喷孔的截面，其中图5A 为叶形，图5B为半环形，图5C为长方形。除了图5A、图5B和图5C所示的异形喷孔的截面之外，其它异形喷孔的截面包括但是不仅限于圆环形、三角形、三条边内陷的三角形、三个长方形连成的三叶形，以及上述形状的组合。

实施例6，为了增加喷火式火花塞的点火能量，增加半封闭空腔的有效容积，将图1密封垫圈7左侧的壳体肩部尺寸放大，同时放大肩部右侧壳体以及垫圈7 的尺寸。如果有必要，密封垫圈7及其左侧的肩部可以成为火花塞直径最大的部位。例如，将图2A、图3A、图4A中螺纹15部位的直径增加到20毫米。或者延长半封闭空腔在喷火塞轴向的长度。

实施例7，喷火式火花塞应用于涡轮发动机作为点火装置，半封闭空腔内气流受外面燃烧室高速气流扰动的影响较小，点火稳定可靠性高。

实施例8，喷火式火花塞应用于工业炉窑等装置作为点火棒。

喷火式火花塞的应用范围包括但是不仅限于上述实施例。喷火式火花塞结构和外观、外形包括但是不仅限于图1、图2A、图2B、图2C、图3A、图3B、图 3C、图4A、图4B、图5A、图5B、图5C所示。

说明书附图的说明

图1是喷火式火花塞的结构示例，其中：1接线螺母，2绝缘体，3金属杆， 4内垫圈，5壳体，6导体玻璃，7密封垫圈，8内垫圈，9绝缘体裙部，10半封闭空腔，11端面喷孔，12中心电极，13侧面喷孔，14阴极电极。燃烧室内部的可燃气体通过端面喷孔11和侧面喷孔13进入半封闭空腔10，中心电极12和阴极电极14之间的空隙在高电压作用下被电离放电，或者在次高频高电压作用下形成等离子放电，产生电火花点燃半封闭空腔10内的可燃气体，可燃气体在半封闭空腔10内形成高温高压的火焰从端面喷孔11喷射出去形成柱状火焰，柱状火焰穿透燃烧室和气缸中的可燃气体到达活塞顶端端面，对可燃气体进行多点点火。侧面喷孔13同样喷射出柱状火焰对燃烧室内的可燃气体进行点火。

图2A是喷火式火花塞的局部结构示意，其中：15螺纹，16导电杆，17侧面喷孔，18端面喷孔，19喷射角，20绝缘体，21半封闭空腔，22壳体、电极 (阴极)，23中心电极。图2B是图2A的端面视图示意。图2C是图2A端面喷孔的另外一种布置方案所对应的端面视图示意。

图3A是喷火式火花塞的局部结构示意，其中：15螺纹，16导电杆，17侧面喷孔，18端面喷孔，19喷射角，20绝缘体，21半封闭空腔，22壳体、电极 (阴极)，23中心电极，24中心喷孔。图3B是图3A的端面视图示意。图3C是图3A端面喷孔的另外一种布置方案所对应的端面视图示意。

图4A是喷火式火花塞的局部结构示意，其中：15螺纹，16导电杆，17侧面喷孔，18端面喷孔，19喷射角，20绝缘体，21半封闭空腔，22壳体、电极 (阴极)，23中心电极，25导电玻璃，26环形喷孔。图4B是图4A的端面视图示意。

图5A、图5B和图5C是喷火式火花塞的喷火孔形状示意，其中：图5A是叶形，图5B是半圆环形，图5C是长方形。

图6是现有技术传统火花塞的局部图片，显示电极处于敞开状态。

图7是现有技术传统火花塞的局部图片，显示电极处于半敞开状态。这种结构的火花塞，电极放电产生火花点燃燃烧室内的可燃气体，火焰沿电极向四周漫延。由于与图6相比，阴极(负极)电极内侧的可燃气体燃烧会形成大于外侧的压力，有利于推动火焰面的扩展。图4A与图7不同，不仅是包覆面积增加，存在包覆面积的量变，而且是在技术思想、技术措施和技术效果方面存在质变，是一个量变到质变的转变。因此图4A的技术方案具有创造性。

图8是本申请内燃机和喷火塞示意。其中：10内燃机，12曲轴，14活塞， 15气缸，16燃烧室，18排气门，20进气门，22喷火赛，24柱状火焰。

Claims (11)

1.一种喷火的火花塞，其技术特征是：在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成一个空腔，在空腔的端面开一个小孔或者多个小孔，侧面开一个或者多个小孔，空气和燃料气体通过小孔进入空腔，电极之间放电产生火花点燃空腔内的可燃气体，随着空腔内火焰延伸以及温度和压力升高，火焰从小孔喷射出来形成柱状火焰，火焰进入燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对可燃气体的多点点火和高能量点火。

2.根据权利要求1，一种喷火的火花塞，其技术特征是：空腔端面的喷孔和侧面的喷孔具有一定的喷射角，或者在具有喷射角的同时在圆周方向具有一定的倾斜角；

喷射孔的形状为圆形，或者为圆环形、叶形、半圆环形、长方形、三角形、三叶形中的一种，或者是以上几种形状的组合；

中心电极的位置为内藏式结构，或者为半裸露式结构，或者为裸露式结构。

3.根据权利要求1或者2，一种选用喷火式火花塞的内燃机，其技术特征是：利用内燃机燃料和空气作为点火主要能源；点火时间推迟到接近上止点的位置。

4.根据权利要求1或者2所述的喷火式火花塞，一种内燃机具有以下技术特征：同时采用两只或者两只以上喷火式火花塞作为点火装置；或者采用一只喷火式火花塞与一只传统火花塞的组合作为点火装置。

5.根据权利要求3或者4，一种内燃机具有以下技术特征：采用分层燃烧的技术和控制方案；或者采用稀薄燃烧的技术和控制方案；或者同时采用分层燃烧和稀薄燃烧的技术和控制方案。

6.根据权利要求3、4或者5，一种内燃机具有以下技术特征：气缸压缩比为10∶1到21∶1；或者同时具有涡轮增压装置；或者同时具有涡轮增压装置和机械增压装置。

7.一种涡轮发动机或者燃气轮机，其技术特征是：采用权利要求1或者2所述的喷火式火花塞作为点火装置。

8.一种内燃机汽车或者混合动力汽车，其技术特征是：采用权利要求1或者2所述的喷火式火花塞作为点火装置，或者采用权利要求3-6所述的内燃机作为动力装置。

9.一种飞行器，其技术特征是：采用权利要求1或者2所述的喷火式火花塞作为点火装置，或者采用权利要求3-6所述的内燃机作为动力装置，或者采用权利要求7所述的涡轮发动机作为动力装置。

10.一种船舶或者水下航行器，其技术特征是：采用权利要求1或者2所述的喷火式火花塞作为点火装置，或者采用权利要求3-6所述的内燃机作为动力装置，或者采用权利要求7所述的燃气轮机作为动力装置。

11.一种工业炉或者窑的点火方法，其技术特征是：采用权利要求1或者2所述的喷火式火花塞作为点火装置。