CN1134764A - 改进的火花塞装置 - Google Patents

Abstract

一种火花塞装置(20)，包括：一火花塞和一与之相联的文氏管道(38)，所述火花塞与该文氏管道(38)相间距并从其一端向外伸出；一围住一绝缘件(21)的一端并从而相间距地围住该绝缘件(21)中的一主电极(23)的电极件(32)，至少是所述主电极(23)的顶端的位置放置成在它与周围电极件之间产生火花。该电极件(32)的形状做成与绝缘件(21)共同界定一围住主电极(23)的预燃烧室。该电极件(32)中有至少一个孔(29)，该孔与绝缘件(21)的主电极(23)的顶端以及文氏管道(38)的相对位置布置成使引擎的气缸室与该预燃烧室连通。

Description

改进的火花塞装置

本发明涉及改进的火花塞装置，特别涉及但并不仅限于内燃机用火花塞装置。

现有火花塞装置存在若干缺点，从而在内燃机气缸处或在其附近可造成低效、无用和/或不均匀燃烧，结果之一是在火花塞装置的电极上积聚起碳和/或其它杂质，最终影响到火花塞装置的正常工作。现有火花塞装置还常发生不希望有的“提前点火”。此外，现有火花塞装置的“点火”不太可靠，除非其近旁的条件正确，例如，燃料废气或烯混合气阻碍点火。

现有火花塞装置还存在传热问题，特别是在高性能引擎中，此时火花塞装置常发生不希望有的过热，最终烧坏火花塞的绝缘体。

作为现有火花塞装置的一个例子，可见澳大利亚专利说明书No.159,863，它公开了一种与一接头装在一起的火花塞，该接头界定一预燃烧室。其中的火花塞是没有接头也能正常工作的现有火花塞，尽管没有接头它因丧失接头的防污能力而性能下降。但是，火花塞与接头的这类组合造成传热路径过长问题，随着更精致的高性能引擎的出现，诸如专利说明书No.159,863公开的那些结构因上述不符合要求的过热而无法为人们接受。

本发明旨在轻减现有火花塞装置的问题和缺点，提供一种能使燃气在内燃机引擎中更充分、更快、更均匀燃烧的火花塞。

本发明火花塞装置包括形成一特别预燃烧室的装置，从而初步燃烧燃料并随后以预定速度使燃烧扩散，而这一切都不用增大火花塞装置的总有效尺寸，包括长度。事实上，采用本发明火花塞装置，可以减小或增大火花塞装置的总尺寸，包括长度。特别是可以改变该装置的直径以适合气缸设计和阀的数量、布置和/或大小，从而使引擎性能更佳。本发明火花塞装置即便无法完全消除、但总能减轻过热问题。

按照本发明，提供了一种火花塞装置，包括：一火花塞以及一连带的文氏通道，所述火花塞与该文氏通道相间距并从其一端向外伸出；以及围住一绝缘件一端、从而相间距地围住所述绝缘件中的一主电极的一电极件，至少是所述主电极的顶端的位置布置成在它与所述电极件之间产生火花；其中，所述电极件的形状做成与绝缘件共同界定一围绕该电极的预燃烧室，所述电极件至少有一孔，该孔与所述绝缘件的所述主电极的顶端以及所述文氏通道的相对位置布置成使引擎的气缸室与所述预燃烧室连通。

最好在电极与电极件之间产生环形火花。

最好是，电极件本身也是与绝缘件相联并在其中设有文氏通道的接头，或者，电极件也可做在引擎的气缸体上，其中，一用于装设火花塞的孔包括文氏通道。

电极件除了界定其作用将在下文交代的火花塞的预燃烧室外，它还起到整个儿围住电极的接地电极的作用；并如下所述有助于火花塞的冷却；并在产生火花环时用作电子蒸发的巨大金属库，从而大大提高空间特征极端重要的电极的使用寿命。

下面结合附图说明本发明实施例。其中：

图1为一与一接头相联的火花塞装置第一实施例的局部剖侧视图，该接头形成有一轴向文氏通道并适于装接在内燃机气缸盖的现有火花塞孔中；

图2为图1火花塞装置的绝缘件-电极的立体图；

图3为图1接头的侧视剖面图；

图4为另一种绝缘体和电极件的局部剖侧视图；

图5为与上述实施例中相同的接头相联的火花塞的绝缘体/电极结合体的第二实施例的局部剖侧视图；

图6为图5火花塞装置的绝缘体/电极结合体的局部剖侧视图；

图7为用来替代与上述实施例火花塞装置相联的接头的、气缸盖在火花塞孔处的改进结构的剖面图，它包括一轴向文氏通道；

图8为图7气缸盖的剖面图，图2所示那类绝缘体/电极在轴向上与气缸盖中的文氏通道相间距地装设在该气缸盖中；

图9为图7气缸盖的剖面图，其中，图1所示那类火花塞和接头装设在该气缸盖中并仍在轴向上与该气缸盖中的文氏通道相间距。

请参看图1到图3，通常用20表示的本发明火花塞装置的第一实施例包括一圆柱形绝缘体21以及一穿过其中心设置的导体，该导体如图所示从绝缘体一端向外伸出以形成主电极23，并从另一端伸出以形成普通的电接线端24。绝缘体21在其临近主电极23的端部形成有一直径比其其余部分大的圆柱形部25、在圆柱形部25与其其余部分之间有一弧形斜面部26以及在紧靠主电极23处有一截头圆锥部27。该火花塞装置的其余部件包括一接地电极件32，它有一与绝缘件21的圆锥部27相配的内孔圆锥部36，以形成一座，供绝缘件坐落在其上而使主电极23在轴向上获得精确定位，如图1所示。该接地电极件32在其顶端有一中心孔29，主电极23靠近该中心孔设置，从而电极23的顶端在一定距离处与之对准。

中心孔29的直径比主电极23的直径大，从而形成一把主电极整个儿围住的环形火花塞间隙。当就位时，电极件32中的圆锥部28与孔29之间的空间限定一位于电极件与绝缘件21端部之间并围绕着主电极23的预燃烧室30。在另一实施例中，形成电极件32中截头圆锥形内壁的圆锥部28可呈弧形而界定一弧形内壁，而与电极23相关联的中心孔穿过该弧形内壁。电极件32的圆锥部36相对于中心孔29的位置设置成：当设置就位并与绝缘件21对准时，该孔与预燃烧室30直接流体连通。

使用时，本实用新型火花塞装置与电极件32相联而使电极件也用作接头。该接头有一圆柱形主体部33，其上有一六角形凸缘34，以便用合适工具把该接头件装到气缸盖的火花塞孔中，该接头件还有一与气缸盖的火花塞孔的内螺纹相配的外螺纹延伸部37。该接头件有一轴向通道，其形状做成包括：一可插入火花塞装置20大头的大直径室35；截头圆锥形部36，其锥角与火花塞装置绝缘体的圆锥形部27的锥角相匹配，从而如图1所示，当火花塞装置插入接头时，电极件32的圆锥形部36牢牢夹住并密封绝缘体的截头圆锥部27。

采用这种特殊接头，孔29构成一延伸穿过螺纹延伸部37并在接头端部向外开口的文氏通道38的一部分。该文氏通道38还包括一向外倾斜部39、中喉部40和圆柱形内喉部41。延伸部37的端部倒角，其形状做成在气缸中造成并提高湍流、减少并扩散供给该轴向通道的燃料/空气混合气。

如图1所示，按照本发明这一优选形式，由绝缘件21和电极件23组成的火花塞装置20用一其上有与内螺纹部45相配的外螺纹的环形止动圈44紧固在接头/电极件32中。这也可代之以在一大规模生产的部件32的旋锻金属部中和接头/电极件一腔室中装入粘合剂。

图5和6所示本发明的其它实施例为火花塞装置的修正型20′，其中，与第一实施例特征相同的部件用同一标号表示。接头/电极件32的所有方面都与第一实施例所述相同，因此其结构细节用同一标号表示。

但是，在该实施例中，中央主电极23′有所改变，绝缘体21的端部的形状形成一凹腔46。电极件23′与该凹腔46界定一预燃烧室30′，该预燃烧室与第一实施例一样，与接头件32中的文氏通道38连通。

在图4所示本发明第三实施例中，绝缘体的端部作了改动而形成有部分27a，该部分27a沿电极23延伸至这样一个位置，使得只有很小的顶端可用来点火，从而电极在由包括绝缘体的部分27a在内的周围结构界定的预燃烧室30中更为隔绝。

在上述实施例中，火花塞装置使用时与供绝缘体21插入并且其中设置有文氏通道的接头/电极件相联。

在上述实施例中，电极/接头32装设在内燃机气缸盖上的现有火花塞孔中。作为一种替代方案，可对穿过气缸盖的火花塞孔作出改动而形成一文氏通道，而把火花塞装置直接装设在火花塞孔中，且把气缸盖用作接地电极，在它与主电极之间形成火花塞间隙。

图7示出对内燃机气缸盖的火花塞孔作出的改形。如图所示，气缸盖52中的火花塞孔51有一用来安装并固定上述实施例的火花塞装置20或20′，也即图2的绝缘件和电极件21、23组合体或图6的绝缘件和电极件21、23′组合体的外部室53，从而无需另外使用电极/接头件固定图1到图3实施例的整个装置。该火花塞孔还包括与上述实施例接头件中同样的文氏通道38′，具有外部39′、中喉部40′、孔29′和圆柱形内喉部41′，其一端处的开口通向引擎的气缸室，另一端的开口经孔29′通向预燃烧室30′。

图8示出装设在图7所示改形气缸盖中的图2的火花塞装置21、23，在此使用一简单接头60，该接头上有一六角头61和螺纹延伸部62，用合适工具即可把它旋入气缸盖与文氏通道连通的开口63的对应内螺纹中。与前述实施例一样，接头60、火花塞装置20、23和文氏通道布置成在气缸盖中界定一预燃烧室30′。在图8实施例中，省去了图1到图3的电极/接头件，而以气缸盖本身作为电极件。

在图9所示实施例中，图1和图3的装有火花塞装置21、23的电极/接头件仍予保留，从而形成一由室30和30′构成的加长预燃烧室，室30位于电极/接头32中，另一室30′位于气缸盖中，并带有分别与之相连的文氏通道38和38′以及孔29和29′。

在上述本发明诸实施例中，主电极位于中央而与文氏通道在轴向上相间距，它与四周的电极件(电极/接头件或气缸盖中的壁)之间的距离相等，从而可产生环状火花圈。但是，在本发明其它实施例(未示出)中，主电极可不位于中央以及/或者预燃烧室的形状不轴对称，但只要至少主电极顶端与四周燃烧室的壁之间的距离处处相等，则仍可产生环状火花圈。

下面结合优选实施例说明本发明火花塞装置的基本工作原理。

在前一个进气冲程中吸入气缸的可燃气体一旦压缩，接头/电极件32或气缸盖(图7、8和9)中轴向通道38(图1和图3)或38′(图7、8和9)以及火花塞装置20或20′的预燃烧室30或30′中就累积起可燃气体。在随后点火时，预燃烧室中主电极23顶端四周的部分可燃气体着火，紧接着主电极顶端与电极件之间的大部分燃气着火。这一事实经试验得到确证，对使用后的火花塞装置进行检查，结果表明电极件表面有爆燃痕迹，而绝缘体表面干燥而无燃料残渣。同时，轴向管道中的燃气着火并随一火焰前锋(下面称作“前部初燃烧(in-itial front burn)”)穿过文氏通道进入气缸室，而火花塞装置预燃烧室中着火、爆胀的气体(下文称作“主跟随燃烧(major follow-ing burn)”)除了向外迅速窜出文氏通道外别无通路。

可以看到，构成本发明火花塞装置一部分的电极/接头件或气缸盖除了用作产生火花所必需的电极对之一外，还形成直接通向气缸盖的主要传热路径，从而有助于火花塞装置的冷却，此外它还用作气封的包容部(female section)并接受来自绝缘体的热传导。而且，由于至少是主电极顶端精确位于周围电极件的孔的轴线上，从而围绕整个中央电极产生一360°的火花圈，从而形成更有效的对称点火，因此有利于气缸中燃气的充分燃烧，这从装有本发明火花塞装置的引擎中可以看到。

此外，由于大的电极表面面积和对称的环状点火，因此电子蒸发(electron vaporisation)(或金属腐蚀)均匀而不会显著改变该畅通并规定的火花塞间隙，从而无需使用专门的且在某些情况下甚或是昂贵的材料即能提高火花塞装置的寿命。在火花塞装置与图1和图3接头中的文氏通道(38)或图7火花塞孔中的文氏装置(38′)相联的情况下，可获得如下附加效果。当燃气从“前部初燃烧”窜出文氏通道时，在文氏通道中形成局部真空或至少是气压下降，从而有助于提高“主跟随燃烧”产物通过文氏通道的速度，净结果是两种燃烧的产物流过文氏通道的速度都提高，从而文氏通道和预燃烧室中的气压都大大下降。尽管并不完全明了这种双燃烧效果是如何造成流速增大并在文氏通道和预燃烧室中造成气压下降的，但一种可能性是，第二次燃烧产物的高速使它赶上第一次燃烧的产物而与之作用而把它们推经文氏管的喉部。另一种可能性是，“主跟随燃烧”在通过文氏管喉部时流经第一次燃烧火焰前锋的被分解气体。据认为，“前部初燃烧”的速度在接近文氏通道喉部而被流速至少为100m/sec的“主跟随燃烧”赶上前从约为15-18m/sec的初速加速到约30m/sec的速度。由于文氏管和预燃烧室在火焰进入气缸室后气压大大下降，因此当气缸中的活塞后退时在预燃烧室中形成真空或很低的气压。然后，随着气缸重新充气，火花塞装置的文氏通道和预燃烧室重新充气，燃气在流过文氏管进入到预燃烧室的过程中受热并进一步汽化以便下一次点火，从而在下一次压缩和点火阶段中对火花塞装置附近空间的充注不会有丝毫的延迟。

总之，本发明火花塞装置由于电极接头的容量(capacity)增大而寿命提高。由初发火花和火焰前锋的自洁作用导致的电极结碳和受污的减少还有效地消除了现有火花塞装置一般具有的引擎功率损耗逐渐增大和无效运转的缺点。有趣的是，正常使用中，引擎转速越高，火花塞装置的燃烧和性能越好，并且至少是引擎的气缸盖越干净。

实际上，本发明结构使引擎，不论是固定式引擎还是移动式引擎，在正常运行时内燃机的六个性能参数中的至少一个性能获得极大提高，即：

1.不管通常用在内燃机中的燃料为何种型号，供给燃烧室的燃料的燃烧更充分；

2.燃烧室的清洁性；

3.引擎功率的提高；

4.燃料的辛烷值需求减小；

5.燃料消耗降低；以及

6.至少是碳氢化合物、一氧化碳和氧化亚氮中的某些污染物减少。

发动机或引擎的排气和吸气冲程在所有方面并不因使用文氏通道而有所改变，文氏管中也不留下废气。为了装设本发明火花塞，需要对引擎作出的唯一调整是在汽化引擎(carburetted engine)和计算机供料引擎的引擎控制系统的配气相位的确定(timing)和燃料供应方面。更确切地说，最好按照型号以5-35度调节配气正时，以便充分利用进气岐管真空的负压并消除由燃料预燃烧和随后的由火焰而非火花点燃混气燃气引起的时间间隙，并在点火周期中获得最佳活塞位置而提高功率输出。

权利要求书

按照条约第19条的修改

权利要求1进行了修改，以使本发明更加明显地区别于已有技术。说明书和其它权利要求未作修改。

按19条修改后的权利要求书

[国际局于95，10，31收到，原权利要求1修改，其余权利要求未变(2页)]

1、一种火花塞装置，包括：一火花塞以及一相关联的文氏通道，所述火花塞与所述文氏通道相间距并从其一端向外伸出；一围住一绝缘件一端并从而相间距地围住所述绝缘件中的一主电极的电极件，至少是所述主电极的顶端设置成在它与所述围绕电极件之间产生火花；其中，所述电极件的形状做成与绝缘件一起界定一围住主电极的预燃烧室，所述电极件还界定所述文氏通道并有至少一个孔，该孔与所述绝缘件的所述主电极顶端以及所述相关联的文氏通道在空间位置上布置成使引擎的气缸室与所述预燃烧室连通，所述主电极顶端终止于文氏通道最窄处之前。

2、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，至少是所述主电极顶端相对于所述周围电极件布置成可产生一环状火花圈。

3、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，所述绝缘件在其靠近所述主电极的一端形成有一凹腔，所述电极件具有截头圆锥形内部结构，从而形成一截头圆锥形内壁，所述与主电极相关联的孔为一穿过该壁的孔。

4、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，所述绝缘件界定所述预燃烧室的一部分，所述电极件有一弧形内壁，所述与主电极相关联的孔为一穿过所述弧形内壁的孔。

5、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，所述绝缘件有一端壁以及在预燃烧室中围绕所述电极的隆起中部。

6、按上述任一权利要求所述的火花塞装置，其中，所述电极件位于所述绝缘件的一围绕所述电极并与之相间距的表面上，从而使用时所述电极件抵靠一围绕所述文氏通道相邻端的相配表面。

7、按上述任一权利要求所述的与一其中有所述文氏通道的一接头件组合的火花塞装置，其中，所述火花塞的所述一端插入并固定在所述接头中的一与所述文氏通道以及气缸体连通的室中。

8、按权利要求1至6中任一权利要求所述的火花塞装置，其中，所述文氏通道设置在引擎气缸体一部分的火花塞孔中。

9、大致如本文结合附图中图1到图3或图4或图5和图6或图7和图8或图7和图9所述的火花塞装置。

Claims (9)

1、一种火花塞装置，包括：一火花塞以及一相关联的文氏通道，所述火花塞与所述文氏通道相间距并从其一端向外伸出；一围住一绝缘件一端并从而相间距地围住所述绝缘件中的一主电极的电极件，至少是所述主电极的顶端设置成在它与所述围绕电极件之间产生火花；其中，所述电极件的形状做成与绝缘件界定一围住主电极的预燃烧室，所述电极件有至少一个孔，该孔与所述绝缘件的所述主电极顶端以及所述相关联的文氏通道在空间位置上布置成使引擎的气缸室与所述预燃烧室连通。

2、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，至少是所述主电极顶端相对于所述周围电极件布置成可产生一环形火花圈。

3、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，所述绝缘件在其靠近所述主电极的一端形成有一凹腔，所述电极件具有截头圆锥形内部结构，从而形成一截头圆锥形内壁，所述与主电极相关联的孔为一穿过该壁的孔。

4、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，所述绝缘件界定所述预燃烧室的一部分，所述电极件有一弧形内壁，所述与主电极相关联的孔为一穿过所述弧形内壁的孔。

5、按权利要求1所述的火花塞装置，其中，所述绝缘件有一端壁以及在预燃烧室中围绕所述电极降起中部。

6、按上述任一权利要求所述的火花塞装置，其中，所述电极件位于所述绝缘件的一围绕所述电极并与之相间距的表面上，从而使用时所述电极件抵靠一围绕所述文氏通道相邻端的相配表面。

7、按上述任一权利要求所述的与一其中有所述文氏通道的一接头件组合的火花塞装置，其中，所述火花塞的所述一端插入并固定在所述接头中的一与所述文氏通道以及气缸体连通的室中。

8、按权利要求1至6中任一项所述的火花塞装置，其中，所述文氏通道设置在引擎气缸体一部分的一火花塞孔中。

9、大致如本文结合附图中图1到图3或图4或图5和图6或图7和图8或图7和图9所述的火花塞装置。