CN111370999B - 双伞形电极火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双伞形电极火花塞，属于发动机零部件技术领域，包括伞形中心电极、伞形地极以及火花塞本体，火花塞本体上延伸出安装支架；伞形中心电极安装在火花塞本体上，伞形地极安装在安装支架上，其中伞形中心电极上设置有中心电极贵金属头，伞形地极上设置有地极贵金属头且中心电极贵金属头和地极贵金属头相对布置，伞形中心电极靠近安装支架的一侧采用部分去除处理，使中心电极贵金属头与地极贵金属头的距离小于伞形中心电极与安装支架的距离。本发明提供的双伞形电极火花塞能够在不增加击穿电压的前提下，在发动机缸内流场的作用下，有效增长等离子体通道，减少短化和再击穿现象，提高了点火性能。

Description

双伞形电极火花塞
技术领域
本发明涉及发动机零部件技术领域，具体地，涉及一种双伞形电极火花塞。
背景技术
内燃机的燃烧过程直接决定了发动机的热效率、排放等性能，对于汽油机、气体机等点燃式发动机，火花点火过程直接影响了整个燃烧过程，对燃烧循环波动等具有直接作用效果。火花放电过程分为击穿、弧光放电和辉光放电三个部分。其中击穿过程形成有效的等离子体通道，等离子体通道作为点火源，一直维持在弧光和辉光阶段，其中大部分的点火能释放于辉光放电阶段。随着稀释燃烧技术的利用，缸内流场进一步加强，火花塞附近的强流场容易将等离子体通道短化或吹断，无法形成稳定有效的等离子体通道。
根据本发明人的实验研究，如图4所示，火花塞电极间的间隙对等离子体通道的发展具有重要影响，通过加大电极间隙能够加长等离子体通道，减少短化或被吹断次数。然而，过长的电极间隙不利于击穿过程，间隙越大，所需要的击穿电压越大，对点火装置提出挑战。
专利文献CN208368945U公开了一种Y型侧电极火花塞，包括接线螺母、接线螺杆、绝缘体部件、壳体部件、外密封垫圈、内密封垫圈、中心电极和侧电极，其特征在于，所述的侧电极设置成Y型结构，Y型结构的开口正对中心电极的正中心，但该设计的结构不合理，该结构无法克服强流场对等离子体通道的短化或吹断影响。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双伞形电极火花塞。
根据本发明提供的一种双伞形电极火花塞，包括伞形中心电极1、伞形地极2以及火花塞本体8；
所述火花塞本体8上延伸出安装支架7；
所述伞形中心电极1安装在火花塞本体8上，所述伞形地极2安装在安装支架7上。
优选地，所述伞形中心电极1上设置有中心电极贵金属头5，所述伞形地极2上设置有地极贵金属头6；
所述中心电极贵金属头5和地极贵金属头6相对布置。
优选地，所述伞形中心电极1靠近安装支架7的一侧采用部分去除处理，使得伞形中心电极1上的中心电极贵金属头5与伞形地极2上的地极贵金属头6的距离小于伞形中心电极1与安装支架7的距离。
优选地，所述中心电极贵金属头5和地极贵金属头6都为锥形结构。
优选地，所述中心电极贵金属头5、地极贵金属头6都采用贵金属材料。
优选地，所述贵金属材料采用铱金或铂金。
优选地，还包括陶瓷绝缘体3；
所述伞形中心电极1通过陶瓷绝缘体3安装在火花塞本体8上。
优选地，所述伞形中心电极1、伞形地极2上都设置有电极肋片4；
所述电极肋片4包括多个沿伞形中心电极1或伞形地极2的周向均匀或非均匀布置的肋状结构。
优选地，所述安装支架7采用L型结构；
所述安装支架7与火花塞本体8为一体成型或焊接。
优选地，所述安装支架7为L型结构，所述安装支架7与火花塞本体8连接处为底面或顶面的边缘。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的双伞形电极火花塞能够在不增加击穿电压的前提下，在发动机缸内流场的作用下，有效增长等离子体通道，减少短化和再击穿现象，提高了点火性能。
2、本发明提供的伞形电极采用肋状结构，有效减小初始火核的热损失。
3、本发明提供的伞形电极头部采用贵金属材料，防止击穿过程和弧光阶段对电极头部的较大损耗，延长了火花塞的使用寿命。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的侧视图；
图2为伞形中心电极1和伞形地极2的结构示意图；
图3为伞形中心电极1的结构示意图；
图4为本发明与普通针型火花塞的参数对比示意图；
图5为普通针型火花塞的的等离子体通道示意图；
图6为锥形电极的的等离子体通道示意图。
图中示出：
Figure BDA0002392763150000031
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
具体地，如图4所示，在发动机缸内气流作用下，增大电极间隙有利于提高等离子体通道长度并减少短化和被吹断次数，而等离子体通道作为点火源，其长度的增加可以有效增加初始火核大小，促进缸内燃烧。然而，随着电极间隙的提高，所需要的击穿电压越高，根据如图4所示的实验结果，发明人提出“变化的电极间隙”概念，在击穿过程具有较小的电极间隙，在弧光和辉光过程，电极间隙变大。经过测试与仿真，发明人提出的锥形的电极结构与普通针型火花塞相比具有较好的效果，如图5、图6所示，在相同的外界条件下，锥形电极能够极大的增加等离子体通道长度，这是由于在流场的作用下，等离子体通道的根部随着流场沿着电极表面移动，间接的增加了弧光和辉光放电过程中的电极间隙，而在击穿过程，击穿发生于最短间隙处，因此电极结构不需要提高击穿电压，基于锥形的电极结构，本发明提出了一种双伞形电极火花塞，如图1、图2、图3所示，包括伞形中心电极1、伞形地极2以及火花塞本体8；所述火花塞本体8上延伸出安装支架7；所述伞形中心电极1安装在火花塞本体8上，所述伞形地极2安装在安装支架7上；在一个优选例中，所述伞形中心电极1上设置有中心电极贵金属头5，所述伞形地极2上设置有地极贵金属头6；所述中心电极贵金属头5和地极贵金属头6相对布置；由于击穿时刻发生在正极和地极的最短距离之间，为了避免击穿发生在伞形中心电极1和安装支架7之间，所述伞形中心电极1靠近安装支架7的一侧采用部分去除处理，使得伞形中心电极1上的中心电极贵金属头5与伞形地极2上的地极贵金属头6的距离小于伞形中心电极1与安装支架7的距离。伞形中心电极1采用部分去除处理，确保可伞形中心电极1和伞形地极2的最短距离在中心电极贵金属头5与地极贵金属头6。本发明提供的伞形电极结构，借助于发动机缸内流场，可形成变化的电极间隙，击穿时刻发生在电极头部之间，形成初始等离子体通道，伴随着火花塞周围气流运动，等离子体通道沿着伞形电极边沿发生移动，有效电极间隙随之增加，有助于增加等离子体通道长度，促进初始火核发展。
具体地，如图1、图3所示，所述安装支架7为L型结构，所述安装支架7与火花塞本体8连接处为底面或顶面的边缘，保证了安装支架7与伞形中心电极1的距离。
具体地，如图1所示，所述中心电极贵金属头5、地极贵金属头6都采用贵金属材料，有效防止击穿过程和弧光阶段对电极头部的较大损耗，延长火花塞的寿命。
进一步的，所述贵金属材料采用铱金或铂金。
具体地，如图1、图2所示，还包括陶瓷绝缘体3；所述伞形中心电极1通过陶瓷绝缘体3安装在火花塞本体8上，所述伞形中心电极1与外部螺纹采用陶瓷绝缘体3进行隔离。
具体地，所述安装支架7与火花塞本体8为一体成型或焊接，能够保证安装支架7与火花塞本体8的连接强度。
具体地，如图1、图2所示，所述中心电极贵金属头5和地极贵金属头6都为锥形结构，所述中心电极贵金属头5安装在伞形中心电极1上形成锥形结构，所述地极贵金属头6安装在伞形地极2也形成锥形结构，两个锥形结构的锥尖相对，缩短了伞形中心电极1和伞形地极2之间的距离，在击穿过程保持较小电极间隙，在弧光和辉光阶段增加电极间隙。如图5、图6所示，本发明相比于现有的商业针型火花塞中的针型火花塞中心电极9针型火花塞地极10，在具有相同电极间隙的条件下，锥形电极能够明显增长等离子体通道。
在击穿时刻，根据击穿原理，其会发生在正极和地极最短间距间，同时击穿产生过程为纳秒级别，故初始时刻等离子体通道产生于伞形中心电极1和伞形地极2的头部之间。在弧光和辉光阶段，尤其对于辉光阶段，由于发动机缸内流场的存在，等离子体通道会随着流场沿着电极表面进行运动，等离子体通道根部的距离会随着向电极外侧运动而增加，从而直接增加了有效的电极间隙，促进等离子体通道的发展。因此，本发明的双伞形电极，可以理解为变化的电极间隙：在击穿时刻，拥有较小的电极间隙，而在弧光和辉光阶段，实际的电极间隙会随着气流运动而增加。
由于在点火初始时刻，火核较小，其对周围物质的热损失需要考虑，所述伞形中心电极1、伞形地极2上都设置有电极肋片4；所述电极肋片4包括多个沿伞形中心电极1或伞形地极2的周向均匀或非均匀布置的肋状结构，有效减少初始时刻火核与电极的接触面积，从而减少火核对电极的传热。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种双伞形电极火花塞，其特征在于，包括伞形中心电极(1)、伞形地极(2)以及火花塞本体(8)；
所述火花塞本体(8)上延伸出安装支架(7)；
所述伞形中心电极(1)安装在火花塞本体(8)上，所述伞形地极(2)安装在安装支架(7)上；
所述伞形中心电极(1)上设置有中心电极贵金属头(5)，所述伞形地极(2)上设置有地极贵金属头(6)；
所述中心电极贵金属头(5)和地极贵金属头(6)相对布置；
还包括陶瓷绝缘体(3)；
所述伞形中心电极(1)通过陶瓷绝缘体(3)安装在火花塞本体(8)上；
所述伞形中心电极(1)、伞形地极(2)上都设置有电极肋片(4)；
所述电极肋片(4)包括多个沿伞形中心电极(1)或伞形地极(2)的周向均匀或非均匀布置的肋状结构；
所述中心电极贵金属头(5)安装在伞形中心电极(1)上形成锥形结构，所述地极贵金属头(6)安装在伞形地极(2)上也形成锥形结构，两个锥形结构的锥尖相对。
2.根据权利要求1所述的双伞形电极火花塞，其特征在于，所述伞形中心电极(1)靠近安装支架(7)的一侧采用部分去除处理，使得伞形中心电极(1)上的中心电极贵金属头(5)与伞形地极(2)上的地极贵金属头(6)的距离小于伞形中心电极(1)与安装支架(7)的距离。
3.根据权利要求1所述的双伞形电极火花塞，其特征在于，所述中心电极贵金属头(5)和地极贵金属头(6)都为锥形结构。
4.根据权利要求1所述的双伞形电极火花塞，其特征在于，所述中心电极贵金属头(5)、地极贵金属头(6)都采用贵金属材料。
5.根据权利要求4所述的双伞形电极火花塞，其特征在于，所述贵金属材料采用铱金或铂金。
6.根据权利要求1所述的双伞形电极火花塞，其特征在于，所述安装支架(7)采用L型结构；
所述安装支架(7)与火花塞本体(8)为一体成型或焊接。
7.根据权利要求1所述的双伞形电极火花塞，其特征在于，所述安装支架(7)为L型结构，所述安装支架(7)与火花塞本体(8)连接处为底面或顶面的边缘。
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