CN203962271U - 用于内燃机的等离子体栓塞 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的等离子体栓塞，包含有一容置壳体、设置于该容置壳体内并沿该容置壳体的轴向延伸的一第一电极、一与该第一电极间隔一第一距离的一第二电极、一设置于该第一电极与该第二电极之间的电阻构件，以及一固定于该容置壳体外的电容。一电气绝缘体设置于该容置壳体内的一容置空间，该第一电极具有一凸出于该容置壳体外而形成的第一放电端，该电容电性连接一高压电源以及该第一电极。本实用新型藉由该电阻构件电性连接该第一电极与该第二电极，提供导电路径而产生电弧，进而于该内燃机内产生等离子体粒团，达到较佳的燃烧效率。

Description

用于内燃机的等离子体栓塞

技术领域

本实用新型涉及一种等离子体栓塞，尤其涉及一种应用于内燃机上的等离子体栓塞。

背景技术

内燃机在动力输出领域中使用得非常广泛，其使用火星塞作为辅助的点火系统，配合压缩以及其他动作以点燃特定的燃料。火星塞(火花塞)的主要动作在于以两个电极之间进行高电压放电，藉以产生点火而达到引擎燃爆运转的目的。由上得知，火星塞的点火效能优劣及火星塞点火的准确性将攸关引擎效益及出力的性能表现。

因此，为了改善火星塞的放电结构，各种不同的相关研究不断的在进行中，其中如中国台湾专利公告第I431880号的「对称偶极强电场放电式火星塞」，其揭露一种对称式尖端电极的结构，藉此达到对称放电的火星塞，以提高燃烧的效率。但目前的研发技术中，都针对火星塞放电电极的结构、位置、形状进行改良，但事实上影响燃油效率的因素还很多。

根据研究，一旦活塞在汽缸内移动超过大约1/3的行程，在点火刚超过上死点(top dead center,TDC)时，会因为火焰缺乏点燃的燃料而使得燃烧过程结束。如此一来，汽缸内剩余的部分燃烧的燃料和副产品会从排气管排出引擎，使得燃油效率不佳与造成环境污染。这个问题在引擎速度改变，特别是在换档的时候更为严重。

一般内燃机引擎中，汽油会在汽缸内会混和空气，并配合火星塞点燃混合油气，达到爆炸产生动力的目的，但一般高电压产生火花的点火方式所产生的绝热压缩(adiabatic compression)和震波很少能点燃在汽缸内的所有混合油气，使得部份燃烧的燃料和副产品会被排出引擎。更甚者，内燃机内部也容易积碳，耗油量亦会增加，使得燃油效率不断的降低。柴油和汽油内燃机的固有问题是传统点燃汽缸内混合油气的方法无法产生足够的能量，或及时传送以点燃汽缸内所有内容物。如果整个汽缸内的内容物在刚超过上死点后就被点燃，那么引擎效能会大幅提升，并减少排出的污染物。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种利用等离子体点火的内燃机点火系统，而提高点燃内燃机的汽缸内混和油气的比例。

本实用新型的另一目的，在于利用等离子体点火方式避免引擎转速改变而降低混和油气被点燃的比例。

为达上述目的，本实用新型提供一种用于内燃机的等离子体栓塞，其包含有：

一容置壳体，具有一顶端、一远离该顶端的底端以及一设置于该顶端与该底端之间的容置空间；

一填充于该容置空间内的电气绝缘体；

一设置于该容置壳体内并沿该容置壳体的轴向延伸的第一电极，该第一电极由该容置壳体内往该底端方向凸出于该容置壳体外而形成一第一放电端，并该第一电极具有一远离该第一放电端的第一电连接端；

一与该第一电极间隔一第一距离的一第二电极；

一位于该容置壳体内并设置于该第一电极与该第二电极之间的电阻构件，其电性连接该第一电极与该第二电极；以及

一固定于该容置壳体外的电容，该电容具有一电性连接一高压电源的第一电板、一电性连接该第一电连接端的第二电板，以及一位于该第一电板与该第二电板之间的介电质。

上述的用于内燃机的等离子体栓塞，其中该容置壳体更具有一设置于顶端与该底端之间的固定段，该电容固定于该固定段上，而该容置空间位于该固定段与该底端之间。

上述的用于内燃机的等离子体栓塞，其中该电容为环形而圈绕在该容置壳体外，并固定于该固定段上。

上述的用于内燃机的等离子体栓塞，其中该容置壳体更具有一相邻于该底端的锁固部，该锁固部供该容置壳体锁合固定于该内燃机上。

上述的用于内燃机的等离子体栓塞，其中该第一电极设置于该容置壳体的中心，该第二电极则设置于相邻于该容置壳体的一外壁面。

上述的用于内燃机的等离子体栓塞，其中该第二电极设置于该容置壳体内并沿该容置壳体的轴向往该底端方向延伸，且凸出于该容置壳体外而形成一第二放电端。

上述的用于内燃机的等离子体栓塞，其中更具有一设置于该容置壳体内并沿该容置壳体的轴向往该底端方向延伸的触发电极，该触发电极与该电阻构件间隔一第二距离，并与该第一电极与该第二电极的位置形成三角形。

上述的用于内燃机的等离子体栓塞，其中该触发电极与该第一电极及该第二电极等距离设置。

本实用新型具有下列特点：

一、利用第一电极、第二电极配合电阻构件的结构而于该容置壳体的底端形成一导电路径，配合内燃机的汽缸内的混合油气进行等离子体爆发以产生等离子体粒团。

二、藉由等离子体点火的方式产生足够的能量，而无视引擎速度，不论在任何时间点被点燃，皆可以点燃内燃机的汽缸内的绝大部分混和油气，提升燃烧效率。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1，为本实用新型第一实施例的结构侧视示意图；

图2，为本实用新型第一实施例的组装配置示意图；

图3A，为本实用新型第一实施例的部分剖视结构示意图；

图3B，为本实用新型第一实施例的底视示意图；

图4A，为本实用新型第二实施例的部分剖视结构示意图；

图4B，为本实用新型第二实施例的底视示意图；

图5，为本实用新型第三实施例的结构侧视示意图；

图6A，为本实用新型第三实施例的部分剖视结构示意图；

图6B，为本实用新型第三实施例的底视示意图。

具体实施方式

有关本实用新型的详细说明及技术内容，现就配合图示说明如下：

请参阅图1、图2、图3A及图3B所示，本实用新型为一种用于内燃机的等离子体栓塞，其组装设置于一内燃机10的汽缸11上，并包含有一容置壳体20、一设置于该容置壳体20内并沿该容置壳体20的轴向延伸的第一电极30、一与该第一电极30间隔一第一距离d1的一第二电极40、一位于该容置壳体20内并设置于该第一电极30与该第二电极40之间的电阻构件50，以及一固定于该容置壳体20外的电容60。该容置壳体20具有一顶端21、一远离该顶端21的底端22以及一设置于该顶端21与该底端22之间的容置空间23，一电气绝缘体24填充于该容置空间23内，于本实施例中，该容置壳体20更具有一相邻于该底端22的锁固部25，该锁固部25供该容置壳体20锁合固定于该内燃机10上。该第一电极30由该容置壳体20内往该底端22方向凸出于该容置壳体20外而形成一第一放电端31，并该第一电极30具有一远离该第一放电端31的第一电连接端32。该电容60具有一电性连接一高压电源71的第一电板61、一电性连接该第一电连接端32的第二电板62，以及一位于该第一电板61与该第二电板62之间的介电质63，需特别说明的是，于本实施例中，该电容60的一端连接至该高压电源71，另外一端通过一火花开关72(sparkswitch)电性连接至该第一电连接端32，且该电容60亦可以依照使用需求而使用一个以上，并以串连的方式电性连接。该电阻构件50电性连接该第一电极30与该第二电极40，并于该底端22形成一导电路径以产生电弧，进而于该内燃机10内产生等离子体粒团。

更进一步的说明，于本实施例中，该第二电极40平行于该第一电极30而设置于该容置壳体20内并沿该容置壳体20的轴向往该底端22方向延伸，且凸出于该容置壳体20外而形成一第二放电端41，较佳的，该第一电极30与该第二电极40之间的第一距离d1为1～10毫米(mm)。该第二电极40远离该第二放电端41的一侧具有一第二电连接端42，该第二电连接端42于本实施例中为接地。其中，该容置壳体20更具有一设置于该顶端21与该底端22之间的固定段26，该电容60为环形而圈绕在该容置壳体20且固定于该固定段26上，而该容置空间23位于该固定段26与该底端22之间。除此之外，该第一电极30与该第二电极40的至少其中的一的材质为二氧化钌，以提供额外的氧原子。当电流通过二氧化钌，氧原子(离子)会由该第一放电端31与该第二放电端41的暴露部分释放至汽缸11内的混合油气，进一步激发与产生等离子体粒团。本实用新型也可利用其他电极材料来提供离子，其可强化燃烧过程，降低汽缸11磨耗与提供其他的优点。而于本实施例中，该电阻构件50的材质为碳薄膜，该电气绝缘体24为陶瓷。薄长条碳薄膜的电阻构件50用来提供导电路径以于电极间产生电弧，而不是火花。

因此，该等离子体栓塞的动作方式如下：

由该高压电源71提供该电容60足够的储存电力，而在系统决定了适当的点火时间，电容60所储存的能量会提供电极足够的电流，而在底端22通过该第一电极30、该第二电极40以及该电阻构件50产生等离子体电弧。根据该第一电极30、该第二电极40以及该电阻构件50特定的几何形状，电流所产生的等离子体爆发会有特定的形状，而可称为等离子体粒团。一般来说，于本实用新型的结构及需求状况下，该等离子体粒团具有约5-50ev(电子伏特，electron volt，1ev约11,331℃)的温度，并且为液态流动的离子化气体形式。因此，等离子体的活动和形状一般会遵循流体力学的原则。当等离子体粒团在容置壳体20的底端22产生时，电流会产生相当大的磁场，促使等离子体粒团离开容置壳体20的底端22而进入汽缸11。等离子体粒团的整体大小和形状会迅速膨胀而充满整个汽缸11腔室。在汽缸11内产生的震波效应会进一步提高等离子体粒团的温度。迅速膨胀的等离子体粒团会充满整个汽缸11腔室，使其整个内部燃烧。如前述，传统的点火系统必须特别地与精确地产生油气混合，以便在某一转速(RPM，每分钟转速)下达到腔室最有效的燃烧效率。本实用新型的等离子体点火实质上可完全燃烧，达到更高的效率与更低的污染。

请再配合参阅图4A及图4B所示，本实用新型更可具有一设置于该容置壳体20内并沿该容置壳体20的轴向往该底端22方向延伸的触发电极80，该触发电极80与该电阻构件50间隔一第二距离d2，并与该第一电极30与该第二电极40的位置形成三角形，该触发电极80通过该容置壳体20的顶端21而与一传统的汽车点火系统的火花产生器73电性连接。在此实施例中，触发电极80可以提供点燃混和油气的火花，因此，可以省略火花开关72的使用。更进一步的说明，该触发电极80与该第一电极30及该第二电极40等距离设置，并且该第二距离d2小于该第一距离d1。

此外，请再配合参阅图5、图6A及图6B所示，其为本实用新型的另一实施例，该第一电极30a设置于该容置壳体20的中心，并同样具有以轴向延伸方式穿出于该底端22形成的该第一放电端31a，以及远离该第一放电端32a的第一电连接端32a，而该第二电极40a则为该容置壳体20对应于该底端22的外壁面，而该电阻构件50a设置于该容置壳体20内，并由该第一电极30a往该第二电极40a方向延伸并电性连接于该第一电极30a及该第二电极40a。藉此，如同先前方式进行点火时，便会因为该第一电极30a与该第二电极40a的形状与结构，而形成如甜甜圈型或球状的等离子体粒团，由该第一电极30a的高电压与该第二电极40a的接地之间的电流通过离子化等离子体产生的磁力，迅速被推向汽缸11内。

综上所述，本实用新型具有以下特点：

一、利用第一电极、第二电极配合电阻构件的结构而于该容置壳体的底端形成一导电路径，配合内燃机的汽缸内的混合油气进行等离子体爆发以产生等离子体粒团。

二、藉由等离子体点火的方式产生足够的能量，而无视引擎速度，不论在任何时间点被点燃，皆可以点燃内燃机的汽缸内的绝大部分混和油气，提升燃烧效率。

三、通过该触发电极的设置，更进一步提升点火技术，同时适用于传统内燃机的结构，符合使用需求。

四、利用第一电极位于容置壳体中心，且第二电极设置于外环的方式，提供球状或甜甜圈形的等离子体粒团，以达到对称均匀的爆发效果。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，包含有：

一容置壳体，具有一顶端、一远离该顶端的底端以及一设置于该顶端与该底端之间的容置空间；

一填充于该容置空间内的电气绝缘体；

一设置于该容置壳体内并沿该容置壳体的轴向延伸的第一电极，该第一电极由该容置壳体内往该底端方向凸出于该容置壳体外而形成一第一放电端，并该第一电极具有一远离该第一放电端的第一电连接端；

一与该第一电极间隔一第一距离的一第二电极；

一位于该容置壳体内并设置于该第一电极与该第二电极之间的电阻构件，其电性连接该第一电极与该第二电极；以及

一固定于该容置壳体外的电容，该电容具有一电性连接一高压电源的第一电板、一电性连接该第一电连接端的第二电板，以及一位于该第一电板与该第二电板之间的介电质。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，该容置壳体更具有一设置于顶端与该底端之间的固定段，该电容固定于该固定段上，而该容置空间位于该固定段与该底端之间。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，该电容为环形而圈绕在该容置壳体外，并固定于该固定段上。

4.根据权利要求1所述的用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，该容置壳体更具有一相邻于该底端的锁固部，该锁固部供该容置壳体锁合固定于该内燃机上。

5.根据权利要求1所述的用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，该第一电极设置于该容置壳体的中心，该第二电极则设置于相邻于该容置壳体的一外壁面。

6.根据权利要求1所述的用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，该第二电极设置于该容置壳体内并沿该容置壳体的轴向往该底端方向延伸，且凸出于该容置壳体外而形成一第二放电端。

7.根据权利要求6所述的用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，更具有一设置于该容置壳体内并沿该容置壳体的轴向往该底端方向延伸的触发电极，该触发电极与该电阻构件间隔一第二距离，并与该第一电极与该第二电极的位置形成三角形。

8.根据权利要求7所述的用于内燃机的等离子体栓塞，其特征在于，该触发电极与该第一电极及该第二电极等距离设置。