CN210273012U - 一种内置预燃室火花塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种火花塞，尤其涉及一种内置预燃室火花塞，属于点燃式发动机用火花塞。陶瓷绝缘体的下端外套有金属壳体，金属壳体的下端延伸出陶瓷绝缘体，金属壳体的底部设有密封盖板，所述的陶瓷绝缘体与密封盖板间形成预燃室空间，预燃室空间的上端设有废气残留空间，密封盖板的顶部设有点火凸台，点火凸台中设有贵金属地极，陶瓷绝缘体的底部设有向下延伸的贵金属正极，贵金属地极与贵金属正极呈上下间隔式对称分布，金属壳体的下端设有若干与预燃室空间相连通的火焰喷射孔。同时也可以改变相关参数用于燃油发动机的点火，同样可以达到提升动力，改善排放，节省燃料的效果。

Description

一种内置预燃室火花塞

技术领域

本实用新型涉及一种火花塞，尤其涉及一种内置预燃室火花塞，属于点燃式发动机用火花塞。

背景技术

随着能源危机与环境污染问题的日渐加剧，内燃机排放作为大气污染源之一，面临着越来越大的技术挑战，寻找新型的清洁汽车发动机代用燃料成为了国内外内燃机领域科研工作人员的主要任务，天然气由于储量丰富、燃烧清洁而受到了很大的重视，目前中国在用的天然气汽车已经超过600多万辆，其中LNG重型卡车已经超过40万辆，随着低排放标准的柴油车逐步淘汰，在现有能源结构条件下，以天然气为能源的卡车必然会快速增加。火花塞作为商用车天然气发动机的高消耗易损件，是所有发动机厂家最为关注的关键零部件，它的可靠性和耐久性直接影响着售后服务成本和车主的运营成本，由于国内开发的大排量天然气车用发动机沿用柴油发动机的设计思路，在天然气高热负荷运行的特殊条件下，火花塞的散热问题没能有效解决，导致大部分的燃气火花塞未能到正常的使用寿命而提前失效。在新的排放法规严格要求的情况下，如何解决清洁能源天然气发动机的燃料经济性，污染物达标排放等矛盾是继续推进天然气汽车应用的技术瓶颈，在发动机点火的核心部件火花塞上能有所突破是各公司的最大期盼。在实施国六排放的同时如何改善发动机燃料经济性与NOx排放成为了点燃式天然气发动机的关键技术瓶颈，其中在发动机中设置预燃室是一种行之有效的优化手段。目前大型的工业天然气发电机已采用预热塞点火技术，或者采用大型的带预燃室火花塞，而作为乘用车和商用车用发动机由于体积小，目前尚没有一家公司可以提供能用于现有排量在1.0-15升之间车用发动机的预燃室火花塞产品。

基于现有的发动机的结构以及运行参数影响着发动机的缸内混合气燃烧过程以及排放特性。通过采用预燃室点火方式以影响发动机燃烧特征，调控燃烧过程变化以及排放污染物生成的影响，是预燃室式火花塞天然气发动机的优化设计提供了重要的依据。本实用新型是面对国五，国六和欧六法规点燃式(含天然气）发动机的污染物控制技术提供了一种可在现有发动机安装尺寸范围内的预燃室式火花塞。 重点是减少采用稀燃技术与当量燃烧技术的发动机（含天然气发动机）污染物排放，特别是氮氧化物的排放，适用所有的以天然气为燃料的汽车和点燃式燃油汽车发动机。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，在现有商用车和乘用车发动机火花塞的有限尺寸空间内设置预燃室，采用预燃室模式点火技术来调整发动机燃烧速率，改变燃烧特性和排气温度来优化一氧化碳，二氧化碳，氮氧化物，碳氢化合物等污染物的排放，使其满足相关排放法规的要求，并能有效节省能耗与延长使用寿命，特别适用于高热负荷的天然气商用车，可大幅度降低天然气商用车的维护成本，是一款真正意义的环保节能和长寿命的天然气发动机专用火花塞。 同时也可以改变相关参数用于燃油发动机的点火，同样可以达到提升动力，改善排放，节省燃料的效果的一种内置预燃室火花塞。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种内置预燃室火花塞，包括陶瓷绝缘体，所述的陶瓷绝缘体中设有延伸出陶瓷绝缘体的正极高压接线螺杆，所述的陶瓷绝缘体的头部设有延伸出陶瓷绝缘体的镍铜复合中心电极，所述的正极高压接线螺杆与镍铜复合中心电极间通过烧结型阻尼电阻体连接，所述的陶瓷绝缘体的下端外套有金属壳体，所述的金属壳体的下端延伸出陶瓷绝缘体，所述的金属壳体的底部设有密封盖板，所述的陶瓷绝缘体与密封盖板间形成预燃室空间，所述的预燃室空间的上端设有废气残留空间，所述的密封盖板的顶部设有点火凸台，所述的点火凸台中设有贵金属地极，所述的陶瓷绝缘体的底部设有向下延伸的贵金属正极，所述的贵金属地极与贵金属正极呈上下间隔式对称分布，所述的金属壳体的下端设有若干与预燃室空间相连通的火焰喷射孔。

作为优选，所述的密封盖板顶部中设有盖板内端面凹槽，所述的点火凸台设在盖板内端面凹槽的中心位，所述的盖板内端面凹槽与点火凸台间设有若干端面喷射孔；

所述的密封盖板下端的外壁为盖板过盈配合孔径，所述的密封盖板上端的外壁为密封盖板大径；所述的废气残留空间尾端的陶瓷绝缘体内壁为壳体内小孔；

所述的金属壳体的底端设有与密封盖板相配接的通孔；

所述的通孔的直径小于壳体内小孔的直径，所述的密封盖板大径的直径小于壳体内小孔的直径。

作为优选，所述的端面喷射孔的横截面圆呈柱状。

作为优选，所述的陶瓷绝缘体与金属壳体通过内密封垫片密封，所述的内密封垫片位于废气残留空间的后方；所述的金属壳体的外壁设有外密封垫片；所述的内密封垫片与外密封垫片呈上下错位分布。

作为优选，所述的火焰喷射孔的直径为0.8mm～1.5mm，所述的火焰喷射孔的数量为2～6个，所述的火焰喷射孔的轴向与金属壳体的轴呈45～90角度，所述的火焰喷射孔呈圆周均匀分布。

作为优选，所述的金属壳体底端的外壁折角为圆弧分布，所述的密封盖板底部与金属壳体底部的拼合处通过圆周焊接层固定，所述的圆周焊接层呈嵌入式分布，所述的圆周焊接层的底部、密封盖板底部与金属壳体底部呈同一水平面分布。

预燃室火花塞由封装在金属壳体内的陶瓷组件后端带有连接点火高压的接线螺杆，前端内置高导热结构的镍铜复合中心电极，两者之间用用电阻封接材料密封连接，经高温封接后形成一定范围的电阻体，中心电极尖端焊接贵金属材料，金属壳体点火端的无螺纹部分延长，端面设置有小于壳体内孔径的通孔，内部形成开口的预燃室空间，延伸段外壁圆周设置有火焰喷射孔，喷射孔的位置尺寸和角度按不同的发动机要求确定，最前端端面设置耐高温金属材料的密封盖板，盖板内端面设置有凹槽，中间焊接贵金属材料点火地极，盖板端面设置有火焰喷射孔，喷射孔数量大小可以根据不同的发动机燃烧要求调整，密封盖板最大直径稍小于金属壳体内的小孔直径，便于从内部向外嵌入金属壳体点火端小孔后为一体，从而使内部形成一定容积的封闭式预燃室，并在两贵金属电极之间形成点火间隙。当发动机点火瞬间，来自点火线圈的高压脉冲电流在预燃室内部的点火间隙首先放电，高温电弧引燃预燃室内的压缩混合气，爆燃的火焰快速膨胀从各喷孔喷射到主燃烧室发动机气缸内，从不同位置和方向多点引燃缸内压缩的混合气体，在燃烧膨胀能作用下，推动活塞做功，使发动机保持运转。在这过程中，由于预燃室喷孔火焰的多点引燃作用，使缸内主燃烧室的混合气多点同时燃烧，发动机的燃烧速率会急速增加，使燃料的燃烧效能提高，发动机呈现提升动力和节能功效；同时对于稀燃或当量燃烧混合气体，在原点火提前角情况下，由于预燃室的燃烧特性，改变了原单点火花塞点火瞬间的时间特性，使燃烧速度，燃烧温度，缸内最高压力出现时刻和曲轴旋转角度会发生一系列的改变。经研究证明，预燃室火花塞可以有效调控燃烧时间和温度，进而改善污染物排放功能。特别针对氮氧化物的排放调控，以满足发动机发挥最大效能的同时，其污染物排放符合国六和欧六等排放法规的要求。

人们对天然气发动机的点火燃烧模式进行了大量的研究表明，预燃室式火花塞的二次引燃机制，会影响发动机的燃烧速度和温度，从而直接影响到燃烧产物中污染物的排放，调整预燃室式火花塞的相关机械参数可以大大减少污染物排放。

有益效果：

1、由火花塞金属壳体前端无螺纹部分延长部分内部形成的点火端预燃室空腔；其延长部分圆周外壁设置有直径范围在0.8mm-1.5mm与数量2-6个的火焰喷孔，喷射孔位置突出延伸到发动机燃烧室内，喷孔的轴向与壳体轴向呈45-90角度，喷孔呈圆周均匀分布；壳体端面设置有直径小于壳体最小内径的小孔，端面与外径交接处设置为过渡圆弧，减少了导热距离和受热面积， 预燃室内后端预留有存储残存废气的空间。

2、设置在火花塞壳体点火端端面的可形成密闭式预燃室的带台阶的金属密封盖板，盖板由含镍的电极材料制作。独创性设计的金属密封盖板由火花塞壳体内部向点火端方向嵌入壳体延伸段端面配合小孔后与壳体成为一体。盖板内后端设有直径大于与壳体配合尺寸的防止脱落的台阶。同时该直径略小于壳体内小孔直径。便于在装配时从内部通过。密封盖板内端面设置有圆周的凹槽，中心形成点火凸台，凸台上可以焊接贵金属材料作为地极，火花塞经整体装配后凸台或者焊接贵金属地级后能与铱合金材料中心电极形成必要的点火间隙。盖板端面设置有一定直径和数量位置不同的喷孔，或不设孔。从内嵌入装配的密封盖板，由于后端大直径台阶的阻挡，防止了密封端盖在高温下发生脱落损坏发动机的风险。

3、所有火焰喷射孔的参数可以根据不同发动机的燃烧特性进行调整， 如位置，数量，大小等参数，以改变燃烧时间特性，以其获得最佳的燃烧和排放结果；

4、金属盖板与壳体延长部分端面匹配后外端面接缝处圆周焊接，内部形成一定容积的预燃室，其容积为缸内压缩后混合气总体积的0.15%-2%，点火间隙位于预燃室内部中间，可以通过改变凸台高度和中心电极长度来调节点火间隙的大小；

5、本实用新型适用于螺纹直径为M12-M20的以天然气或者燃油等为能源的发动机车辆，船舶，发电机等和以汽油等为燃料的点燃式发动机火花塞。

具体实施细则：

内置预燃室火花塞由绝缘体组建由中心电极，连体螺杆采用电阻封接材料经高温封接为一体，内部形成带一定阻值的电阻体，用于对电磁波的屏蔽；

金属密封盖板内端面焊接贵金属地极材料后通过壳体内部小孔压合到壳体点火端面，内部形成预燃室空间外露的结合缝采用激光焊接加固；

金属密封盖板可以是整体的含镍电极材料制作，直接在点火凸台和中心电极之间放电点火；也可以是耐热金属材料制作地极焊接贵金属装配后形成点火间隙；

陶瓷绝缘套组件通过铆接工艺固定在金属壳体中，组装成整体的预燃室火花塞成品，在内部前端形成点火间隙和预燃室

金属壳体延伸部分的外壁圆周喷孔数量和位置大小等参数可以根据不同的发动机要求进行调整；

本实用新型除了可以应用到天然气发动机外，也可以应用到以汽油为燃料的发动机，包括自然吸气和涡轮增压发动机；

内置预燃室火花塞结构可以应用到螺纹直径在12-20毫米范围内的火花塞类型上。

本实用新型提供一种内置预燃室火花塞，不同排量的天然气发动机和汽油发动机，可以优化发动机的燃烧速率，改变排气温度特征，优化点燃式SI天然气发动机在稀薄燃烧与当量燃烧条件下使氮氧化物，一氧化碳，二氧化碳，碳氢化合物等污染物的排放符合相应的排放法规要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A部放大结构示意图；

图3是本实用新型中密封盖板的结构示意图；

图4是图3的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图所示，一种内置预燃室火花塞，包括陶瓷绝缘体1，所述的陶瓷绝缘体1中设有延伸出陶瓷绝缘体1的正极高压接线螺杆2，所述的陶瓷绝缘体1的头部设有延伸出陶瓷绝缘体1的镍铜复合中心电极3，所述的正极高压接线螺杆2与镍铜复合中心电极3间通过烧结型阻尼电阻体4连接，所述的陶瓷绝缘体1的下端外套有金属壳体5，所述的金属壳体5的下端延伸出陶瓷绝缘体1，所述的金属壳体5的底部设有密封盖板6，所述的陶瓷绝缘体1与密封盖板6间形成预燃室空间7，所述的预燃室空间7的上端设有废气残留空间8，所述的密封盖板6的顶部设有点火凸台9，所述的点火凸台9中设有贵金属地极10，所述的陶瓷绝缘体1的底部设有向下延伸的贵金属正极11，所述的贵金属地极10与贵金属正极11呈上下间隔式对称分布，所述的金属壳体5的下端设有若干与预燃室空间7相连通的火焰喷射孔12。

所述的密封盖板6顶部中设有盖板内端面凹槽13，所述的点火凸台9设在盖板内端面凹槽13的中心位，所述的盖板内端面凹槽13与点火凸台9间设有若干端面喷射孔14；

所述的密封盖板6下端的外壁为盖板过盈配合孔径15，所述的密封盖板6上端的外壁为密封盖板大径16；所述的废气残留空间8尾端的陶瓷绝缘体1内壁为壳体内小孔17；

所述的金属壳体5的底端设有与密封盖板6相配接的通孔18；

所述的通孔18的直径小于壳体内小孔17的直径，所述的密封盖板6大径的直径小于壳体内小孔17的直径。

所述的端面喷射孔14的横截面圆呈柱状。

所述的陶瓷绝缘体1与金属壳体5通过内密封垫片19密封，所述的内密封垫片19位于废气残留空间8的后方；所述的金属壳体5的外壁设有外密封垫片20；所述的内密封垫片19与外密封垫片20呈上下错位分布。

所述的火焰喷射孔12的直径为0.8mm～1.5mm，所述的火焰喷射孔12的数量为2～6个，所述的火焰喷射孔12的轴向与金属壳体5的轴呈45～90角度，所述的火焰喷射孔12呈圆周均匀分布。

所述的金属壳体5底端的外壁折角为圆弧分布，所述的密封盖板6底部与金属壳体5底部的拼合处通过圆周焊接层21固定，所述的圆周焊接层21呈嵌入式分布，所述的圆周焊接层21的底部、密封盖板6底部与金属壳体5底部呈同一水平面分布。

Claims (6)

1.一种内置预燃室火花塞，其特征在于：包括陶瓷绝缘体（1），所述的陶瓷绝缘体（1）中设有延伸出陶瓷绝缘体（1）的正极高压接线螺杆（2），所述的陶瓷绝缘体（1）的头部设有延伸出陶瓷绝缘体（1）的镍铜复合中心电极（3），所述的正极高压接线螺杆（2）与镍铜复合中心电极（3）间通过烧结型阻尼电阻体（4）连接，所述的陶瓷绝缘体（1）的下端外套有金属壳体（5），所述的金属壳体（5）的下端延伸出陶瓷绝缘体（1），所述的金属壳体（5）的底部设有密封盖板（6），所述的陶瓷绝缘体（1）与密封盖板（6）间形成预燃室空间（7），所述的预燃室空间（7）的上端设有废气残留空间（8），所述的密封盖板（6）的顶部设有点火凸台（9），所述的点火凸台（9）中设有贵金属地极（10），所述的陶瓷绝缘体（1）的底部设有向下延伸的贵金属正极（11），所述的贵金属地极（10）与贵金属正极（11）呈上下间隔式对称分布，所述的金属壳体（5）的下端设有若干与预燃室空间（7）相连通的火焰喷射孔（12）。

2.根据权利要求1所述的一种内置预燃室火花塞，其特征在于：所述的密封盖板（6）顶部中设有盖板内端面凹槽（13），所述的点火凸台（9）设在盖板内端面凹槽（13）的中心位，所述的盖板内端面凹槽（13）与点火凸台（9）间设有若干端面喷射孔（14）；

所述的密封盖板（6）下端的外壁为盖板过盈配合孔径（15），所述的密封盖板（6）上端的外壁为密封盖板大径（16）；所述的废气残留空间（8）尾端的陶瓷绝缘体（1）内壁为壳体内小孔（17）；

所述的金属壳体（5）的底端设有与密封盖板（6）相配接的通孔（18）；

所述的通孔（18）的直径小于壳体内小孔（17）的直径，所述的密封盖板（6）大径的直径小于壳体内小孔（17）的直径。

3.根据权利要求2所述的一种内置预燃室火花塞，其特征在于：所述的端面喷射孔（14）的横截面圆呈柱状。

4.根据权利要求1或2所述的一种内置预燃室火花塞，其特征在于：所述的陶瓷绝缘体（1）与金属壳体（5）通过内密封垫片（19）密封，所述的内密封垫片（19）位于废气残留空间（8）的后方；所述的金属壳体（5）的外壁设有外密封垫片（20）；所述的内密封垫片（19）与外密封垫片（20）呈上下错位分布。

5.根据权利要求1所述的一种内置预燃室火花塞，其特征在于：所述的火焰喷射孔（12）的直径为0.8mm～1.5mm，所述的火焰喷射孔（12）的数量为2～6个，所述的火焰喷射孔（12）的轴向与金属壳体（5）的轴呈45～90角度，所述的火焰喷射孔（12）呈圆周均匀分布。

6.根据权利要求1或2所述的一种内置预燃室火花塞，其特征在于：所述的金属壳体（5）底端的外壁折角为圆弧分布，所述的密封盖板（6）底部与金属壳体（5）底部的拼合处通过圆周焊接层（21）固定，所述的圆周焊接层（21）呈嵌入式分布，所述的圆周焊接层（21）的底部、密封盖板（6）底部与金属壳体（5）底部呈同一水平面分布。

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