CN1264944A - 一种新型火花塞 - Google Patents

Abstract

一种新型火花塞,沿中心电极设有一个燃料喷射通道,在绝缘体上端装有一个控制燃料喷射的电磁阀,该火花塞能向气缸内喷射液体或气体燃料,形成以火花塞为中心的有分层充气效果的混合气区域。在现有的二冲程或四冲程发动机上,更换该火花塞,配上相应的电控系统,即可实现发动机稀薄燃烧,能显著地降低燃料消耗和排放尾气的污染。

Description

一种新型火花塞

本发明属于发动机零配件技术领域，涉及一种火花塞。

汽车排放尾气中氮氧化合物NOx，碳氢化合物HC和一氧化碳CO在空气中积累到一定的程度后，在太阳光的作用下，NOx和HC起反应，生成NO₂、O₃的光化学烟雾，会导致呼吸道疾病的增加，严重地影响着人们的身体健康。每年大量增加的汽车社会保有量，是城市空气污染的主要根源之一，为了控制汽车排气的污染，各国的环保机构都制定了越来越严格的汽车排气控制的标准和法规。

汽油发动机在理论空燃比14.7∶1时，排气中NOx含量最高，只有当混合气的空燃比在18-22∶1时，排气中HC、CO和NOx都处于较低的水平，因为在理论空燃比更为稀薄的条件下燃烧，被称之为稀薄燃烧。稀薄燃烧是所有排气控制措施中唯一的既能全面地减少排气中的污染物质，又能降低油耗的措施，成为各大气车公司花大力量研究的方向。据《小型内燃机》杂志97年第一期中“混合气喷射汽油机的研究”一文介绍的一种发动机，在气缸盖上有两个进气门，两个排气门，一个混合气喷射阀，一个火花塞。从吸气行程到压缩行程，混合气都喷射到气缸内的涡流中心，并且在压缩行程的后期，靠近火花塞处形成高浓度的燃料蒸气区域，火花塞点燃该高浓度混合气区域，再引发周围稀薄混合气燃烧，已证明该机稀薄燃烧极限可达空燃比到40∶1时仍可稳定运转。另据《小型内燃机》杂志97年第三期中“4G93缸内喷射式汽油机”一文，介绍了日本三菱汽车公司开发的缸内喷射式汽油机，装用了四个新机构：1、高压涡流式喷油器。2、直立式进气道。3、高压燃油泵。4、弯曲顶面活塞，其关键是使高压涡流式喷油器在压缩后期喷射燃油且使之雾化，与此同时直立式进气道在气缸内产生强力的下降气流，下降气流在弯曲顶面活塞的作用下，产生与原机气流不同的旋转气流，使雾化了的燃油微粒没充分扩散就到达火花塞周围，结果气缸内整体混合气极为稀薄，仅火花塞周围较浓，这就是大幅度降低燃油消耗率的原因。该缸内喷射式汽油机的空燃比为40∶1，与一般汽油机相比，燃油经济性大约可改善40％，功率和扭矩各提高10％，NOx的排放量约下降90％。

综上所述，现有实现稀薄燃烧的发动机，其结构复杂，气缸盖，进气门等都有较大的变动，按这种结构对目前正在使用中的轿车、客车、货车的发动机进行改造，实现稀薄燃烧的难度和费用都很大。现有火花塞的作用仅仅是对气缸内的混合气进行点火的单一功能，不能实现发动机的稀薄燃烧。

本发明的目的是提供一种新型的火花塞，用这种火花塞可向气缸内喷射燃料和点火，克服对现有发动机实现稀薄燃烧的复杂结构和难度。

本发明的新型火花塞是在现有技术的基础上进行新的设计而实现的，它包括火花塞的壳体，侧电极、中心电极、绝缘体，其要点是在火花塞的中间增加了燃料喷射通道，火花塞绝缘体的上端联接了一个电磁阀，燃料由电磁阀控制，通过燃料喷射通道向气缸内喷射燃料，并形成以火花塞点火间隙为中心的高浓度混合气区域，这种新型火花塞既保持了点火的作用，又能定量地向气缸内喷射燃料，从而简便地实现发动机的稀薄燃烧。

图1是本发明的主视图。

图2是燃料喷射通道上带单向阀的实施例。

图3是单独设置燃料喷射通道的实施例。

本发明的新型火花塞，可用于使用汽油、柴油、天燃气、石油液化气等液体或气体燃料的二冲程或四冲程发动机上，下面结合附图对其工作过程详细说明如下：

在四冲程发动机上，汽油燃料经电动汽油泵加压、天然气燃料经减压阀减压，石油液化气燃料可直接使用。气体或液体燃料通过电磁阀1上的滤网1.1经阀芯1.4送到与阀座1.5间的密封面待喷。在发动机某一气缸进入吸气行程时，经空气滤清器过滤后的空气从吸气气门进入该气缸，此时电磁线圈1.2通电，产生磁场吸引阀芯1.4克服弹簧1.3的弹力，开启与阀座1.5间的密封面，使燃料经沿中心电极4设置的燃料喷射通道8，喷射孔9向气缸内喷射燃料。所说的燃料喷射通道8可以是设于中心电极4内，既中心电极为空心电极，也可以是位于中心电极4的一侧，如图3所示。当燃料喷射通道8设于中心电极4内时，中心电极4的下端可设一中心电极头10，喷射孔9位于一周。为防止液体燃料在电磁阀1关闭后，燃料喷射通道8中的液体燃料产生滴液现象，影响燃料雾化，所说的燃料喷射通道8内可装有一个单向阀11，以及时关闭燃料喷射通道8，其结构见图2所示。燃料喷射到气缸内的涡流中心，空气与燃料在气缸内混合，形成以火花塞点火间隙为中心的浓度递减的混合气区域，在压缩行程后期，点火高压经高压电极2，中心电极4，中心电极头10与侧电极7之间的点火间隙，形成点火火花，点燃该区域的混合气，并迅速燃烧扩展，引燃气缸内的稀薄混合气，实现四冲程发动机的稀薄燃烧。

在二冲程发动机上，当活塞下行时，从进气管中经空气滤清器后的空气与机油泵喷入的机油混合，被吸入曲轴箱，由曲轴箱压缩后从扫气口排气口扫出气缸内的废气，同时将新鲜空气充入气缸。当活塞上行时，在其顶部关闭排气口时，新型火花塞的电磁阀1才开启，向气缸内喷射燃料，形成以点火间隙为中心的浓度递减的混合气区域，点火火花点燃该区域的混合气并迅速燃烧扩展，实现二冲程发动机的稀薄燃烧。这种新型火花塞在二冲程发动机上实现稀薄燃烧的同时，还从根本上克服了二冲程发动机在扫气过程中可燃混合气从排气口上被排出的缺陷，使二冲程发动机的油耗指标达到四冲程发动机的水平，显著地提高了二冲程发动机的燃料利用率，降低了排放尾气的污染。

新型火花塞可根据气体或液体燃料的不同特性，有不同的长短结构和冷热值特性的系列品种，以适合二冲程、四冲程各种转速发动机的要求。在火花塞的结构上，既可与普通的火花塞一样，壳体6与绝缘体3一次性的封接，也可如图2、图3所示，设计成在壳体6上制成螺纹，用夹紧螺帽5固定绝缘体3，这样便于折御清洗和维修更换。

本发明与现有实现稀薄燃烧的技术相比有以下一些优点：

1、结构简单，在新生产或已在使用的汽油发动机上都可使用，旋下普通火花塞，装上这种新型火花塞及与之配套的电控系统，电动汽油泵，即可实现稀薄燃烧。

2、通用性强，可使用汽油，液化石油气、天燃气等多种液体或气体燃料，在二冲程和四冲程发动机上都可使用。

3、降低汽车、摩托车尾气排放污染和减少燃料消耗的效果显著。

4、改造费用低廉，可在轿车、大小客车、货车和摩托车中广泛地推广应用。

Claims (5)

1、一种新型火花塞，包括壳体6，侧电极7，中心电极4和绝缘体3，其特征在于沿中心电极4设有一燃料喷射通道8，绝缘体3上端装有一电磁阀1。

2、根据权利要求1所述的新型火花塞，其特征在于所说的沿中心电极4设有燃料喷射通道8，是燃料喷射通道8设于中心电极4内，即中心电极4为空心中心电极。

3、根据权利要求2所述的新型火花塞，其特征在于所说中心电极4的下端设有中心电极头10，喷射孔9位于一周。

4、根据权利要求1所述的新型火花塞，其特征在于所说的沿中心电极4设有一燃料喷射通道8是燃料喷射通道8设于中心电极4的一侧。

5、根据权利要求3所述的新型火花塞，其特征在于所说的中心电极头10上装有单向阀11。