CN114738160A - 一种新能源汽车发动机喷火式点火系统 - Google Patents
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Abstract
一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，本发明属于发动机制造技术领域。进气道与排气道设置在发动机缸盖上，进气门与排气门设置在进气道与排气道内，发动机缸盖上设有火花塞安装螺纹孔，火花塞与火花塞安装螺纹孔螺纹连接，进气道与排气道布置在火花塞两侧，由发动机缸盖、进气门、排气门、发动机缸体及设置在发动机缸体内的活塞围成的空间构成主燃烧室；发动机缸盖位于火花塞安装螺纹孔底部加工有火花塞的预燃室，预燃室侧壁上设有多个上孔，多个上孔中至少有两个上孔与进气道和排气道相对应，预燃室底部设有多个下孔。本发明通过对火花塞预燃室的上孔和下孔位置的布置，可以增加火花塞间隙间的火焰传播速度，减少发动机整机爆震倾向。
Description
技术领域
本发明属于发动机制造技术领域，具体涉及一种新能源汽车发动机喷火式点火系统。
背景技术
近年来，各大汽车和发动机制造企业开始加大高效率发动机技术的研发，各种可以有效提升发动机热效率的技术应运而生，这些技术不仅能有效减少污染物的排放量，同时还能够提供更好的燃油经济性。其中对于发动机中的进气方式，很多企业在开发方向上，正朝着非常规进气方式的方向发展，例如将混合气稀释，利用再循环废气或分层进气等。然而面对这些非传统进气方式，很多问题不可避免的产生，比如过稀的混合气会降低发动机火花塞间隙之间成功点火的概率，从而导致发动机运行不稳，而且废气稀释降低了火焰传播速度，使点火更加困难。因此传统火花塞不能有效的点火并在燃烧室中传播火焰，这常常限制了高效率发动机的正常工作。
此外，随着世界范围内对节能减排的要求越来越高，发动机的进气及喷油方式更多采用增压直喷技术。对于工作在此状态下的传统火花塞，其侧电极的位置会对其点火性能产生影响，以及可能发生侧电极刚好在发动机进气方向，高温高压的进气对火花塞侧电极产生腐蚀影响。
面对上述高效率发动机开发过程中遇到的一系列问题，很多车企选择调整发动机主燃烧室结构或改变发动机进气系统的结构设计，由此虽然能解决上述问题，但同时面对的是整体发动机开发成本的提升。如果能通过改变发动机点火系统中火花塞结构可以解决上述问题，不妨是一个研究方向。
发明内容
本发明的目的是从发动机点火系统中关键零部件火花塞入手，面对新能源汽车高效率发动机开发过程中存在的上述问题，提供一种新能源汽车发动机喷火式点火系统。
本发明在发动机缸盖的火花塞安装螺纹孔下端部设置火花塞预燃室，预燃室内底部镶嵌侧电极取代传统火花塞侧电极功能，火花塞通过螺纹连接安装在发动机缸盖的火花塞安装螺纹孔内，与预燃室共同形成火花塞结构，起到发动机的点火作用。
本发明为一种发动机缸盖内集成预燃室的火花塞结构，能够有效提高稀释混合气中成功点火的概率并增加火花塞电极间隙间的火焰传播速度，解决高效率发动机开发过程中，基于传统火花塞的技术瓶颈。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，包括火花塞、进气道、排气道、进气门及排气门；所述进气道与排气道设置在发动机缸盖上，所述进气门与排气门设置在进气道与排气道内，所述发动机缸盖上设有火花塞安装螺纹孔，所述火花塞与火花塞安装螺纹孔螺纹连接，进气道与排气道布置在火花塞两侧，由发动机缸盖、进气门、排气门、发动机缸体及设置在发动机缸体内的活塞围成的空间构成主燃烧室；发动机缸盖位于火花塞安装螺纹孔底部加工有火花塞的预燃室，所述预燃室侧壁上设有多个上孔，所述多个上孔中至少有两个上孔与进气道和排气道相对应，预燃室底部设有多个下孔。
进一步的是，所述火花塞包括接线柱、中心电极、侧电极、陶瓷体、金具壳体和预燃室；所述接线柱下端固定有中心电极，接线柱外侧由接线柱上部至中心电极附近一段固定套装有陶瓷体，所述金具壳体包裹在陶瓷体外侧，金具壳体外壁设有螺纹，金具壳体与火花塞安装螺纹孔螺纹连接，并通过螺母紧固，金具壳体下端与预燃室上端相接触，所述中心电极点火端设置在预燃室内，所述侧电极固定嵌入在预燃室内底部中心处，侧电极与中心电极点火端相对应，中心电极与侧电极之间设有点火间隙。
进一步的是，所述预燃室由位于上部的空腔圆柱体和位于下部的空腔半球体固定连接构成；所述多个上孔均布设置在空腔圆柱体与空腔半球体交汇处；所述多个下孔均匀设置在空腔半球体底部。
进一步的是，所述多个上孔的数量为四个，其中的两个上孔与进气道相对应，余下的两个上孔与排气道相对应，所述多个下孔的数量为四个。
进一步的是，所述上孔中心轴线方向与预燃室的空腔圆柱体截面圆的切线方向成平行关系。
进一步的是，所述中心电极下端焊接贵金属材料。
进一步的是，所述贵金属材料为铱合金、铂合金或铱铂合金。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1.通过在传统火花塞下部布置预燃室，并在封闭的预燃室侧壁上均匀设置多个上孔，发动机气缸中的混合气通过此孔进入预燃室内部，在中心电极和侧电极之间形成的点火间隙处，利用由接线柱从发动机点火线圈处传递而来的点火能量将混合气体点燃，使火花塞能够在预燃室下孔处喷射出多条高速火焰到达发动机活塞顶部，有效解决了当前高效率发动机研发过程中，面对在过稀的混合气中火花塞间隙之间点火成功概率低的情况，减少了发动机的震动，使发动机运行更加稳定。
2.相对于传统火花塞，由于火花塞的安装原因，其侧电极在燃烧室内相对于进气道的位置方向是随机的，在目前主流的增压直喷发动机中，发动机的燃油在喷射时会喷溅到火花塞侧电极表面使其产生腐蚀。通过将火花塞预燃室直接在发动机缸盖的火花塞安装螺纹孔底部加工，起到了火花塞定向安装的作用，使开设在预燃室侧壁的上孔相对于发动机进气道位置方向固定，避免了燃油对火花塞侧电极的腐蚀作用，同时能够保证在发动机点火时刻电极间隙有足够的油气混合气，提高火花塞点火可靠性。
3.通过对火花塞预燃室的上孔和下孔位置的布置，可以增加火花塞间隙间的火焰传播速度，减少发动机整机爆震倾向。在不改变发动机主燃烧室结构的前提下，能够同时提高发动机的热效率和整机动力性能。
附图说明
图1为本发明的一种新能源汽车发动机喷火式点火系统的主剖视图；
图2为火花塞结构示意图；
图3为图2中的A-A剖视图；
图4为图2中的B-B剖视图。
上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
火花塞1、发动机缸盖2、进气道3、排气道4、进气门5、排气门6、发动机缸体7、主燃烧室8、活塞9、进气流110、接线柱11、陶瓷体12、金具壳体13、预燃室14、中心电极15、侧电极16、上孔17、下孔18、点火间隙19。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1-图4所示，本实施方式记载了一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，包括火花塞1、进气道3、排气道4、进气门5及排气门6；所述进气道3与排气道4设置在发动机缸盖2上，所述进气门5与排气门6设置在进气道3与排气道4内(用于控制发动机进气量与排气量)，所述发动机缸盖2上设有火花塞安装螺纹孔，所述火花塞1与火花塞安装螺纹孔螺纹连接，进气道3与排气道4布置在火花塞1两侧，由发动机缸盖2、进气门5、排气门6、发动机缸体7及设置在发动机缸体7内的活塞9围成的空间构成主燃烧室8；发动机缸盖2位于火花塞安装螺纹孔底部加工有火花塞1的预燃室14(这种方式可以起到火花塞1定向安装的作用)，所述预燃室14侧壁上设有多个上孔17(用于连通预燃室14内部和主燃烧室8)，所述多个上孔17中至少有两个上孔17与进气道3和排气道4相对应，预燃室14底部设有多个下孔18(上孔17和下孔18为主燃烧室8内油气混合气进出预燃室14的通道)。
油气混合气通过进气道3进入主燃烧室8内燃烧为废气，通过排气道4排出发动机缸盖2外部。活塞9在缸体7内做重复的上下运动，呈规律的增加主燃烧室8内空气压力。
火花塞1定向安装后，预燃室14的上孔17相对于进气道3和排气道4的位置固定，不会因为火花塞1安装时螺纹初始安装位置的改变而改变。防止在目前主流的增压直喷发动机中，燃油喷射时喷溅到预燃室14表面进而造成预燃室14腐蚀。同时保证了进气道3与排气道4与预燃室14的上孔17对应，保证在发动机点火时刻电机间隙有足够的油气混合气，提高火花塞1点火可靠性。
具体实施方式二：如图1-图4所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述火花塞1包括接线柱11、中心电极15、侧电极16、陶瓷体12、金具壳体13和预燃室14；所述接线柱11(用于连接发动机点火线圈，传递点火能量由点火线圈至火花塞1)下端固定有中心电极15，接线柱11外侧由接线柱11上部至中心电极15附近一段固定套装有陶瓷体12(起到绝缘作用，避免点火电势传递到发动机缸盖2)，所述金具壳体13包裹在陶瓷体12外侧，金具壳体13外壁设有螺纹(方便与发动机缸盖2安装和拆卸)，金具壳体13与火花塞安装螺纹孔螺纹连接，并通过螺母紧固，金具壳体13下端与预燃室14上端相接触，所述中心电极15点火端设置在预燃室14内，所述侧电极16固定嵌入在预燃室14内底部中心处，侧电极16与中心电极15点火端相对应，中心电极15与侧电极16之间设有点火间隙19(接线柱11用于连接发动机点火系统中的点火线圈，传递来自点火线圈中的点火能量，点火能量在点火间隙19处形成电火花，点燃预燃室14内油气混合气体。火花塞1将高压电引入主燃烧室8，在火花塞1点火间隙19间产生电火花，从而点燃主燃烧室8内的油气混合气)。
由进气道3进入的油气混合物可以快速进入预燃室14，燃烧过后产生的废气可以快速通过排气道4离开发动机，通过此种点火方式，相比于传统火花塞的点火方式，发动机的整个点火过程更加迅速且更加稳定，形成的火焰传播速度更快，对于当前高效率发动机开发时面对的很多非传统进气方式所产生的点火困难问题，比如采用稀薄燃烧技术时，过稀的混合气会降低火花塞电极间隙之间成功点火的概率从而导致发动机运行不稳，本发明的火花塞结构，基于上孔17和下孔18的布置方式，以及进气道3和排气道4对于上孔17位置相对固定，可以有效的解决上述问题。
具体实施方式三：如图1、图3及图4所示，本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明，所述预燃室14由位于上部的空腔圆柱体和位于下部的空腔半球体固定连接构成；所述多个上孔17均布设置在空腔圆柱体与空腔半球体交汇处；所述多个下孔18均匀设置在空腔半球体底部(下孔18用于连通预燃室14内部和主燃烧室8。高速火焰经下孔18喷射出预燃室14进入主燃烧室8内)。
具体实施方式四：如图1、图3及图4所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述多个上孔17的数量为四个，其中的两个上孔17与进气道3相对应，余下的两个上孔17与排气道18相对应，所述多个下孔18的数量为四个。
四个上孔17用于主燃烧室8内油气混合气的进入和排出；四个下孔18用于主燃烧室8内油气混合气的排出，发动机工作时油气混合气通过上孔17进入预燃室14燃烧，在燃烧结束后形成高速火焰再次通过上孔17排出到发动机主燃烧室8内。
具体实施方式五：如图3、图4所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述上孔17中心轴线方向与预燃室14的空腔圆柱体截面圆的切线方向成平行关系(在发动机工作时，主燃烧室8内的油气混合气在通过上孔17进入预燃室14形成进气流110，所述进气流110沿上孔17的开孔方向进入预燃室14内，并在预燃室14内形成旋转气流，旋转气流相对于正常进气的气流，气体传播速度更快且气体湍流强度更高。当由接线柱11在发动机点火线圈处传递而来的点火能量到达中心电极15和侧电极16之间的点火间隙19时，经上孔17而加速的油气混合气体在点火间隙19处迅速被点燃，形成高速火焰)。
具体实施方式六：如图3所示，本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述中心电极15下端焊接贵金属材料(用于适应预燃室14内高温高压的燃烧环境)。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式五作出的进一步说明，所述贵金属材料为铱合金、铂合金或铱铂合金。
工作过程是：火花塞1的中心电极15由接线柱11底部一直延伸到预燃室14内，在进气门5的作用下，由进气道3进入主燃烧室8的油气混合气迅速由预燃室14的上孔17进入预燃室14内，在点火间隙19处，被来自接线柱11的点火能量点燃，点燃后的废气经预燃室14的下孔18排入到主燃烧室8，在排气门6的作用下，经排气道4排出发动机外部。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (7)
1.一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，包括火花塞(1)、进气道(3)、排气道(4)、进气门(5)及排气门(6)；所述进气道(3)与排气道(4)设置在发动机缸盖(2)上，所述进气门(5)与排气门(6)设置在进气道(3)与排气道(4)内，所述发动机缸盖(2)上设有火花塞安装螺纹孔，所述火花塞(1)与火花塞安装螺纹孔螺纹连接，进气道(3)与排气道(4)布置在火花塞(1)两侧，由发动机缸盖(2)、进气门(5)、排气门(6)、发动机缸体(7)及设置在发动机缸体(7)内的活塞(9)围成的空间构成主燃烧室(8)；其特征在于：发动机缸盖(2)位于火花塞安装螺纹孔底部加工有火花塞(1)的预燃室(14)，所述预燃室(14)侧壁上设有多个上孔(17)，所述多个上孔(17)中至少有两个上孔(17)与进气道(3)和排气道(4)相对应，预燃室(14)底部设有多个下孔(18)。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，其特征在于：所述火花塞(1)包括接线柱(11)、中心电极(15)、侧电极(16)、陶瓷体(12)、金具壳体(13)和预燃室(14)；所述接线柱(11)下端固定有中心电极(15)，接线柱(11)外侧由接线柱(11)上部至中心电极(15)附近一段固定套装有陶瓷体(12)，所述金具壳体(13)包裹在陶瓷体(12)外侧，金具壳体(13)外壁设有螺纹，金具壳体(13)与火花塞安装螺纹孔螺纹连接，并通过螺母紧固，金具壳体(13)下端与预燃室(14)上端相接触，所述中心电极(15)点火端设置在预燃室(14)内，所述侧电极(16)固定嵌入在预燃室(14)内底部中心处，侧电极(16)与中心电极(15)点火端相对应，中心电极(15)与侧电极(16)之间设有点火间隙(19)。
3.根据权利要求1或2所述的一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，其特征在于：所述预燃室(14)由位于上部的空腔圆柱体和位于下部的空腔半球体固定连接构成；所述多个上孔(17)均布设置在空腔圆柱体与空腔半球体交汇处；所述多个下孔(18)均匀设置在空腔半球体底部。
4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，其特征在于：所述多个上孔(17)的数量为四个，其中的两个上孔(17)与进气道(3)相对应，余下的两个上孔(17)与排气道(18)相对应，所述多个下孔(18)的数量为四个。
5.根据权利要求3所述的一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，其特征在于：所述上孔(17)中心轴线方向与预燃室(14)的空腔圆柱体截面圆的切线方向成平行关系。
6.根据权利要求2所述的一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，其特征在于：所述中心电极(15)下端焊接贵金属材料。
7.根据权利要求6所述的一种新能源汽车发动机喷火式点火系统，其特征在于：所述贵金属材料为铱合金、铂合金或铱铂合金。
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