CN109424420A - 火花塞 - Google Patents

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Abstract

一种火花塞，该火花塞用于发动机且包括预燃室。火花塞沿着火花塞纵向轴线延伸。火花塞包括第一圆柱形结构，该第一圆柱形结构具有壁，该壁限定孔。电极定位在孔内部，以使得电极与壁隔开，从而限定至少一个电极火花间隙。火花塞进一步包括第二圆柱形结构，该第二圆柱形结构构造成接纳第一圆柱形结构。第二圆柱形结构具有一个或多个通入孔口，该一个或多个通入孔口构造成便于通入第一圆柱形结构的壁，其中，垂直于火花塞纵向轴线的平面通过电极火花间隙，并且与一个或多个通入孔口相交。

Description

火花塞
技术领域
本发明涉及一种用在发动机中的火花塞。更具体地说，本发明涉及一种用在发动机中的预燃室火花塞。
背景技术
内燃机通常在操作期间排放有害的氮氧化物(“NOx”)。通常，所形成的NOx的水平随着主要燃烧室内峰值燃烧温度升高而提高。因此，贫燃燃料混合物通常用于降低主要燃烧室中的峰值燃烧温度，并且减少所排放的有害NOx的量。贫燃燃料混合物在与化学计量空气燃料比值相比时具有相对较高的空气燃料比值。然而，使用贫燃燃料混合物会导致在主要燃烧室内的不完全燃烧、即贫燃断火。
已知预燃室火花塞用来产生用于点燃此种贫燃燃料混合物的有利环境。在预燃室火花塞的预燃室内点燃贫燃燃料混合物产生燃烧燃料的射流，该射流进一步引导到主要燃烧室中。该射流进一步点燃主要燃烧室内的贫燃燃料混合物，以将点燃火焰传播经过主要燃烧室。通常，此种预燃室火花塞包括两个电极，这两个电极在它们之间限定预定间隙。限定此种预定间隙，以使得在压缩冲程期间在其中产生火花来点燃燃料混合物。然而，由于火花塞的持续使用，电极会经历磨损和撕裂，由此增大间隙。
美国专利US 6,013,973涉及一种用在传统燃料点火系统中的火花塞，其包括壳体和附连于壳体的接地电极。中心电极位于壳体内，并且与接地电极隔开以形成电极间隙。绝缘构件将中心电极和接地电极电气地分开。副燃烧室进一步位于火花塞上并且封围电极间隙。多个孔位于副燃烧室的壁内，且燃料空气混合物和燃烧气体均通过这些孔。
发明内容
在一个方面中，提供一种火花塞，该火花塞用于发动机且包括预燃室。火花塞沿着火花塞纵向轴线延伸。火花塞包括第一圆柱形结构，该第一圆柱形结构具有壁，该壁限定孔，以形成预燃室。电极定位在孔内部，以使得电极与壁隔开，从而限定至少一个电极火花间隙。火花塞进一步包括第二圆柱形结构，该第二圆柱形结构构造成接纳第一圆柱形结构。第二圆柱形结构具有一个或多个通入孔口，该一个或多个通入孔口构造成便于通入第一圆柱形结构的壁，其中，垂直于火花塞纵向轴线的平面通过电极火花间隙，并且与一个或多个通入孔口相交。
在本发明的另一方面中，提供一种发动机。发动机包括气缸盖、活塞、主要燃烧室以及火花塞，该主要燃烧室限定在气缸盖和活塞之间。火花塞包括预燃室，该预燃室设置成与主要燃烧室流体连接，并且构造成形成引导到主要燃烧室中的火焰射流。火花塞沿着火花塞纵向轴线延伸。火花塞包括第一圆柱形结构，该第一圆柱形结构具有壁，该壁限定孔，以形成预燃室。电极定位在孔内部，以使得电极与壁隔开，从而限定至少一个电极火花间隙。火花塞进一步包括第二圆柱形结构，该第二圆柱形结构构造成接纳第一圆柱形结构。第二圆柱形结构具有一个或多个通入孔口，该一个或多个通入孔口构造成便于通入第一圆柱形结构的壁，其中，垂直于火花塞纵向轴线的平面通过电极火花间隙，并且与一个或多个通入孔口相交。
附图说明
图1说明根据本发明一实施例的示例性火花点火式内燃机的剖视图；
图2说明根据本发明一实施例的包括预燃室的示例性火花塞；
图3说明根据本发明一实施例的火花塞的一部分的剖视图；以及
图4说明根据本发明一实施例的具有减小电极火花间隙的火花塞的一部分的剖视图。
具体实施方式
现将详细地参照本发明的各实施例，这些实施例的示例在附图中说明。在可能的情形下，相同的附图标记会在整个附图中用于指代相同或类似的部件。
本发明涉及用在发动机中的预燃室火花塞。图1说明根据本发明一实施例的示例性内燃机100的一部分。发动机100包括气缸体102，该气缸体具有限定在其中的气缸孔104。发动机100进一步包括气缸盖106和活塞108。活塞108可动地定位在气缸孔104内。气缸体102、气缸盖106以及活塞108限定主要燃烧室110。主要燃烧室110构造成接纳并且燃烧燃料/空气燃料混合物、即充料。活塞108的运动构造成将由燃料充料产生的驱动力传递至诸如发动机100的曲柄轴的输出轴(未示出)。
气缸盖106限定顶部表面112和底部表面114，以使得底部表面114可移除地附连于气缸体102的顶部端部116。此外，气缸盖106包括操作地定位在其中的至少一个进气阀机构118和至少一个排气阀机构120。进气阀机构118的进气密封部分122和排气阀机构120的排气密封部分124设置在气缸盖106的底部表面114处。进气阀机构118和排气阀机构120可按照常规的方式操作，例如通过凸轮、从动件和推杆机构(未示出)操作。可设想的是，进气阀机构118和排气阀机构120的操作仅仅是示例性的，并不限制所要求主题的范围。
气缸盖106进一步包括台阶式通孔126，该台阶式通孔形成在气缸盖中并且在顶部表面112和底部表面114之间延伸，以使得台阶式通孔126绕气缸孔104对中。替代地，可设想台阶式通孔126的任何其它构造，而不会偏离所要求主题的范围。
如图1中所示，发动机100包括火花塞128，该火花塞定位在台阶式通孔126中并且构造成点燃接纳在主要燃烧室110中的充料。根据本发明的示例性实施例，火花塞128具有胶囊设计。火花塞128包括诸如带螺纹连接器的连接部分，该连接部分构造成与设置在台阶式通孔126中的诸如带螺纹部分的紧固机构联接，以将火花塞128与气缸盖106密封地连接。连接部分和紧固机构之间的接合构造成能够耐受燃烧过程的压力、温度以及化学兼容性。在以下描述中参照图2和3进一步更详细地解释火花塞128。
图2说明根据本发明一实施例的火花塞128的正视图。图3说明根据本发明一实施例的火花塞128的一部分的剖视图。参照图2-3，火花塞128沿着预燃室火花塞纵向轴线201限定，并且包括绝缘体保持部分202、绝缘体204以及导电端子206。导电端子206可以是用于进行放电的装置，并且由具有良好导电性和耐热性的材料制成。在一示例中，导电端子206可由镍合金制成。绝缘体204可以是用于绝缘的装置，并且构造成电气地隔离端子206，且维持火花塞128在高温环境中的结构完整性。在一示例中，绝缘体204可由陶瓷材料制成。此外，绝缘体保持部分202包括火花塞壳体208和连接区域210。
在本发明的一实施例中，火花塞128包括第一圆柱形结构212，该第一圆柱形结构具有环形壁214，该环形壁限定封闭孔216。在一示例中，封闭孔216形成用于主要燃烧室110的预燃烧室218(之后称为预燃室218)。第一圆柱形结构212具有顶部部分220和底部部分222。顶部部分220连接于连接区域210，且底部部分222限定一个或多个流动通道224，该一个或多个流动通道构造成将预燃室218与主要燃烧室110流体地联接。第一圆柱形结构212进一步形成具有卵形构造的壳体，或者具有在底部部分222处延伸的抛物线形端部226。
在所说明的实施例中，第一圆柱形结构212包括四个周向等距的流动通道224(在图3中仅仅示出三个)，这些流动通道设置在底部部分222上。然而，可设想的是，流动通道224的数量仅仅是示例性的，并且可基于火花塞128的尺寸而改变。在示例性实施例中，一个或多个流动通道224便于在发动机100的压缩冲程期间空气燃料混合物进气道封闭孔216和/或预燃室218中，和/或在发动机100的动力冲程期间将在预燃室218内形成的火焰射流引导到主要燃烧室110中。替代地，火花塞128可包括燃料供给通道(未示出)，该燃料供给通道在预燃室218中开口用于供给燃料，且一个或多个流动通道224可便于将在预燃室218内形成的火焰射流引导到主要燃烧室110中。
如图3中所示，火花塞128包括中心电极228，该中心电极定位在孔216内部，以使得电极228与孔216的壁214隔开，从而限定电极火花间隙230。在本发明的实施例中，中心电极228包括第一部分232、第二部分234以及连接第一部分232和第二部分234的第三部分236，以限定电极228的U形横截面末端结构。电极228的U形末端结构由此具有第一端部238和第二端部240。壁214围绕末端结构、即中心电极228的第一端部238和第二端部240周向地延伸。
如图3中所示，壁214包括第一壁部分242，该第一壁部分靠近于中心电极228的第一端部238并且与该第一端部隔开，以限定第一电极火花间隙230-1。类似地，壁214包括第二壁部分244，该第二壁部分靠近于中心电极228的第二端部240并且与该第二端部隔开，以相应地限定第二电极火花间隙230-2。
中心电极228操作地连接于导电端子206，该导电端子进一步连接于高电压点火线圈(未示出)。由点火线圈产生的高电压施加于火花塞128，且在中心电极228的第一端部238和第二端部240以及壁214之间产生的电压差则致使在电极火花间隙230(包括电极火花间隙230-1、230-2)内产生放电或火花。此外，在电极火花间隙230内产生的火花致使空气燃料混合物在火花塞128的预燃室218内点燃。此外，在预燃室218内产生的火焰经由一个或多个流动通道224扩散到预燃室218外部并且进入主要燃烧室110中。
在本发明的一实施例中，火花塞128包括第二圆柱形结构246，该第二圆柱形结构具有顶部部分248和底部部分250。第二圆柱形结构246构造成围绕并且附连于第一圆柱形结构212的至少一部分，以使得第一圆柱形结构212的底板部分222延伸超出第二圆柱形结构246的底部部分250。例如，第二圆柱形结构246的内表面247邻接于第一圆柱形结构212的外表面213。
在一实施例中，第二圆柱形结构246包括一个或多个通入孔口252，该一个或多个通入孔口构造成便于通入第一圆柱形结构212的壁214。在本发明的一实施例中，第二圆柱形结构246可包括四个周向地等距设置的通入孔口252(在图3中仅仅示出两个，即通入孔口252-1、252-2)。然而，通入孔口252的数量可根据火花塞128和第二圆柱形结构246的尺寸而改变。
通入孔口252是延伸通过第二圆柱形结构246的厚度T的通孔。在本发明的一实施例中，通入孔口252定位成使得垂直于火花塞纵向轴线201的假象平面B-B’与通入孔口252相交并且通过电极火花间隙230。在一个示例中，平面B-B’可平行于通入孔口252的纵向轴线253。在另一示例中，平面B-B’能以在5至30度的范围内的角度与通入孔口252的纵向轴线253相交。在一个示例中，通入孔口252可包括圆柱形横截面。在另一个示例中，通入孔口252可包括截头圆锥形横截面。还可设想通入孔口252的任何其它横截面形状，而不会偏离所要求主题的范围。在一实施例中，通入孔口252(包括252-1和252-2等等)在结构上可以是相同的。然而，替代地，通入孔口252的一个或多个(例如，通入孔口252-1)可与设置在第二圆柱形结构246上的另一通入孔口252-2具有不同的横截面结构。
工业实用性
在火花塞128持续操作的情形下，电极火花间隙230可能扩大，由此降低由火花塞128产生的火花的效率。如图3中所示，为了重构间隙和/或减小电极火花间隙230，提供工具302来通过通入孔口252-1、252-2通入第一壁部分242和第二壁部分244，以使得工具302施加力F，以使得壁214在第一壁部分242和第二壁部分244处变形，并且减小相应的电极火花间隙230’-1和230’-2。在一实施例中，工具302可以是机械推杆。然而，可设想的是，作为机械推杆的工具302仅仅是示例性的，并且并不旨在以任何方式有所限制。进一步可设想的是，力F可替代地通过使用诸如液压或气动压力的任何其它方式来施加，而不会偏离所要求主题的范围。因此，根据本发明的各个实施例的火花塞128具有延长寿命。
虽然已参照上述实施例具体地示出和描述了本发明的各方面，但本领域技术人员会理解的是，通过修改所公开的机器、系统和方法，可设想各个附加实施例，而不会偏离所公开的精神和范围。这些实施例应理解为落在基于权利要求及其任何等同物所确定的本发明范围内。

Claims (16)

1.一种火花塞，所述火花塞用于发动机且包括预燃室，且所述预燃室沿着火花塞纵向轴线延伸并且包括：
第一圆柱形结构，所述第一圆柱形结构具有壁，所述壁限定孔，以形成所述预燃室；
电极，所述电极定位在所述孔内部，其中，所述电极与所述壁隔开，以限定至少一个电极火花间隙；以及
第二圆柱形结构，所述第二圆柱形结构至少部分地围绕所述第一圆柱形结构且具有一个或多个通入孔口，所述一个或多个通入孔口构造成便于通入所述第一圆柱形结构的所述壁，其中，垂直于所述火花塞纵向轴线的平面通过所述电极火花间隙，并且与所述一个或多个通入孔口相交。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述第一圆柱形结构在底部端部处包括一个或多个流动通道，以流体地连接所述预燃室和所述主要燃烧室。
3.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述一个或多个通入孔口便于由至少一个工具施加力，以使得所述第一圆柱形结构的所述壁变形，从而减小所述电极火花间隙。
4.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述电极包括第一部分、第二部分和连接所述第一和第二部分的第三部分，从而限定所述电极的U形结构，所述U形结构具有第一端部和第二端部。
5.根据权利要求4所述的火花塞，其中，所述壁包括：
第一壁部分，所述第一壁部分与所述电极的所述第一端部隔开，以限定第一电极火花间隙；以及
第二壁部分，所述第二壁部分与所述电极的所述第二端部隔开，以限定第二电极火花间隙。
6.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述一个或多个通入孔口彼此周向等距地设置在所述第二圆柱形结构上。
7.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述至少一个通入孔口的纵向轴线平行于通过所述电极火花间隙的平面。
8.根据权利要求1所述的火花塞，其中，所述至少一个通入孔口的纵向轴线以一定角度与通过所述电极火花间隙的平面相交。
9.一种发动机，包括：
气缸盖；
活塞；
主要燃烧室，所述主要燃烧室限定在所述气缸盖和所述活塞之间；以及
火花塞，所述火花塞具有预燃室，所述预燃室设置成与所述主要燃烧室流体连接，并且构造成形成引导到所述主要燃烧室中的火焰射流，所述火花塞沿着火花塞纵向轴线延伸并且包括：
第一圆柱形结构，所述第一圆柱形结构具有壁，所述壁限定孔，以形成所述预燃室；
电极，所述电极定位在所述孔内部，其中，所述电极与所述壁隔开，以限定至少一个电极火花间隙；以及
第二圆柱形结构，所述第二圆柱形结构接纳所述第一圆柱形结构且具有一个或多个通入孔口，所述一个或多个通入孔口构造成便于通入所述第一圆柱形结构的所述壁，其中，垂直于所述火花塞纵向轴线的平面通过所述电极火花间隙，并且与所述一个或多个通入孔口相交。
10.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述第一圆柱形结构限定用于所述主要燃烧室的所述预燃室，并且在一个端部处包括一个或多个流动通道，以流体地连接所述预燃室和所述燃烧室。
11.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述一个或多个通入孔口便于由工具施加力，以使得所述第一圆柱形结构的所述壁变形，从而减小所述电极火花间隙。
12.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述电极包括第一部分、第二部分和连接所述第一和第二部分的第三部分，从而限定所述电极的U形结构，所述U形结构具有第一端部和第二端部。
13.根据权利要求12所述的发动机，其中，所述壁包括：
第一壁部分，所述第一壁部分与所述电极的所述第一端部隔开，以限定第一电极火花间隙；以及
第二壁部分，所述第二壁部分与所述电极的所述第二端部隔开，以限定第二电极火花间隙。
14.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述一个或多个通入孔口彼此周向等距地设置。
15.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述至少一个通入孔口的纵向轴线平行于通过所述电极火花间隙的平面。
16.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述至少一个通入孔口的纵向轴线以一定角度与通过所述电极火花间隙的平面相交。
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