CN211017742U - 一种增强点火强度的结构、增强点火装置和点火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种增强点火强度的结构，包括用于连接高压线路的输入端和用于串联第一放电间隙的输出端；所述输入端和所述输出端之间设置有第二放电间隙。该结构对电流形成跳火处理，可使间隙式点火装置之内产生一种炸裂状的团形火花，团形火花所携带和释放出的能量明显比线形火花的强度大、范围广，使得点火效果在速度与强度上得到增强。尤其应用到发动机后，由于促使燃料充分快速地燃烧，可提高发动机输出扭矩、节省燃油且降低有害废气排放，尤其还可解决发动机积碳问题，延长发动机使用寿命、提高发动机整机效率。此外本实用新型还提供了使用上述结构的增强点火装置和点火系统。

Description

一种增强点火强度的结构、增强点火装置和点火系统

技术领域

本实用新型涉及电火花点火技术领域，尤其涉及一种增强点火强度的结构、增强点火装置和点火系统。

背景技术

现如今的点火设备中，使用电火花来实现点火的装置非常普遍，尤其对于点燃可燃气体的应用场合，绝大部分均使用电火花式点火设备。而现有的电火花式点火设备基本都是通过高压线与低压线（或通过接地、搭铁而形成的低压线路）之间设置放电间隙、以使放电间隙之间形成电火花来完成工作的，由于其通过上述的放电间隙（即本实用新型所述的第一放电间隙5）来激发电火花去进行点火，故其称作间隙式点火装置18。

但是这样形成的电火花仅为一根细小的电弧，由于其呈细线状，这里称为线形火花。线形火花尽管已经具备点燃可燃气体的能力，但是在一些对点火过程的速度、强度等要求较高的场合中，比如应用于发动机时，线形火花由于仅与可燃气体具有非常小的接触面积，外加线形火花本身携带和向外传递的能量较小，使得油气混合物只能获得非常弱小的点火能量、且其只能在点火处向四周扩散式燃烧，使其燃烧释放的能量被缓慢释放掉，使得活塞推力减弱变小、活塞整体受力做功减小，进而发动机整机的能量转换效率降低；且混合气还会常常产生燃烧不充分现象，尤其对于高转速发动机，发动机每秒要运行几十或上百转，发动机吸、压、爆、排这四个过程需在极短时间内完成，混合气常未充分燃烧就被排出，使得气缸和发动机排气管路内积碳严重，包括那些直接被排到大气的碳末或一氧化碳，其实全都是本应进行燃烧的燃料，这些被浪费掉的化学能以及沉积在发动机内阻碍发动机正常工作的积碳，都进一步降低了发动机的整机效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种相比于原先的线形火花点火方式可增强设备的点火强度的结构，及应用该结构的增强点火装置和点火系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种增强点火强度的结构，包括用于连接高压线路的输入端和用于串联第一放电间隙的输出端；所述输入端和所述输出端之间设置有第二放电间隙。

进一步的：所述输入端连接有高压极，所述输出端连接有低压极；所述高压极和低压极具有尖端。

进一步的：所述第二放电间隙密封于隔离室内。

一种增强点火装置，包括前述的一种增强点火强度的结构。

进一步的：包括设备主体和与设备主体串联的间隔器，所述间隔器具有前述的一种增强点火强度的结构；所述设备主体为点火线圈、分电器或火花塞。

进一步的：所述设备主体为火花塞，所述火花塞包括长条形的中心电极，所述中心电极的上端具有端子A，中心电极轴向套设有一层绝缘体，绝缘体之外再套设有金属座，金属座底端探出侧电极，侧电极和中心电极的底端之间具有第一放电间隙；在所述中心电极上设置有第二放电间隙。

进一步的：所述第二放电间隙设置为5~12mm。

进一步的：包括绝缘套管，所述绝缘套管的一端设置有用于连接高压线路的端子B，绝缘套管的另一端具有将现有火花塞的现有端子套入的开孔，所述增强点火装置安装后，端子B与现有端子之间具有第二放电间隙。

进一步的：所述端子B与现有端子具有相同的形状。

一种点火系统，包括前述的一种增强点火装置。

通过采用上述技术方案，本实用新型的技术效果是提供了一种相比于原先的线形火花点火方式可增强设备的点火强度的结构，该结构对电流形成跳火处理，可使间隙式点火装置之内产生一种炸裂状的团形火花，团形火花所携带和释放出的能量明显比线形火花的强度大、范围广，使得点火效果在速度与强度上得到增强。尤其应用到发动机后，由于促使燃料充分快速地燃烧，可提高发动机输出扭矩、节省燃油且降低有害废气排放，尤其还可解决发动机积碳问题，延长发动机使用寿命、提高发动机整机效率。使用上述机构的增强点火装置和点火系统也同样具有上述技术效果。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型的一种火花塞的结构示意图；

图3是本实用新型的一种增强点火装置安装后的结构示意图；

其中，1-高压线路、2-隔离室、3-第二放电间隙、4-中间线路、5-第一放电间隙、6-燃烧室、7-低压线路、8-端子A、9-绝缘体、10-中心电极、11-金属座、12-侧电极、13-绝缘套管、14-端子B、15-高压极、16-低压极、17-间隔器、18-间隙式点火装置、19-现有端子。

具体实施方式

如图1的电路原理图所示，本实用新型相比于原有的电火花式点火设备而言，其主要创新点就是增设了第二放电间隙3。原有的电火花式点火设备，其电路结构可简化为在高压线路1与低压线路7之间设置有第一放电间隙5（包括具有数个并联的第一放电间隙5的情况）。而本实用新型在第一放电间隙5和高压线路1之间增设了一个串联的第二放电间隙3，其具体结构是：形成第二放电间隙3的两个放电极分别为高压极15和低压极16，高压极15与高压线路1连接，低压极16通过中间线路4与具有第一放电间隙5的一个放电极连接，第一放电间隙5的另一个放电极与低压线路7连接。

上述电路包含了一种增强点火强度的结构，其包括用于连接高压线路1的输入端和用于串联第一放电间隙5的输出端；所述输入端和所述输出端之间设置有第二放电间隙3。需指明的是，这里所述的输入端和输出端既可以是实际的电路元件，比如与放电极连接的接线端子或放电极本身，也可以是用于固定放电极或相关线路的固定元件，比如固定夹或套管等等。

这样设置后，最终可形成具有两个串联的放电间隙的双间隙点火系统。具有上述结构的点火系统，第一放电间隙5仍用作点火之用，而第二放电间隙3的主要作用是“跳火”，也就是在点火放电时，让电流先跳过一个放电间隙，形成正常的线形火花，但经过“跳火”后的电流，在遇到第二个放电间隙、也就是说述的第一放电间隙5时，便会形成一种炸裂状的团形火花。团形火花与线形火花，可大体类比于自然界中的雷电可分为细长的枝状闪电和球形闪电一样，经试验观测，团形火花所携带和释放出的能量明显比线形火花的强度大、范围广。以汽车的火花塞试验，原先仅具有单一的第一放电间隙5的火花塞在点火时只能释放出长为2mm且无声的电弧（即线形火花），而在火花塞之外增设第二放电间隙3后，原先的火花塞即可释放出直径约十几毫米的且伴有很大炸裂音的团形火花，据初步测算，电火花释放的能量由原先的50~100mJ猛增至约1000mJ。因而发动机汽缸内的混合气得到的点火能量成倍增加，且由于团形火花比线形火花与混合气之间具有更大的接触范围，最终使得混合气得以大范围且快速地燃烧，并且燃烧得十分充分。经过长期试验，增设第二放电间隙3的汽车，在原有条件不变的情况下，车辆动力明显增加，且减少油耗约10%~15%，尤其是发动机长期运转后，拆开气缸盖后，通常会严重聚集黑色积碳的地方，仅见极薄的一层灰白色物质，表明燃料已充分燃烧、再无未充分燃烧的积碳形成，使得燃料的化学能得以充分释放，降低了油耗且提高发动机的转换效率，顺应了目前节能减排的大趋势；并且由于积碳问题的解决，还使得发动机降低了故障率、延长了大修时间、更为皮实耐用。

需要指出的是，上述的双间隙点火系统，不仅可用于发动机上，也可应用于诸如燃气灶等其他原先使用线形火花进行点火的地方，以增强点火效果。将其具体实施在发动机上是本实用新型的优选实施方式。

由于本实用新型主要利用在第一放电间隙5处生成的团形火花进行点火，为避免第二放电间隙3处的火花也点燃待燃物而影响点火效果，优选将第一放电间隙5和第二放电间隙3之间做隔离，比如仅将第一放电间隙5包裹于燃烧室6（例如发动机汽缸室）内；或者在应用于点燃开放式空间内的可燃物时，将第一放电间隙5封闭于隔离室2之内。

此外，为便于形成电弧进行“跳火”，高压极15和低压极16可具有尖端。

另外，本实用新型的突出特点是可以利用原有点火系统中的仅具有第一放电间隙5的间隙式点火装置18，而在点火系统内的相应位置串联仅包含有第二放电间隙3的间隔器17即可，从而将间隔器17作为一种增强点火装置，而不必非得对原点火系统更换上具有双间隙的点火装置。因而这十分有利于对现有的旧设备进行改造，仅需投入少量成本在原有点火系统的高压线路1中任意处增设包含有第二放电间隙3的间隔器17就行。尤其对于现有燃油车辆来说，其具有投入成本小，节能减排效果大，升级改造简便易行的特点。

但需指出的是，对于汽车发动机来说，间隔器17即可以是高压线路1中新增的单一部件，也可以与现有的点火线圈、分电器等点火系统部件集成在一起，以配合现有火花塞（即相当于间隙式点火装置18）使用，还可以将间隔器17与现有火花塞集成在一起，从而形成一种集成式的增强点火装置。

根据发明人多年实践经验，优选将间隔器17与现有火花塞集成在一起，这样的方案结构简单、效果也好。下面就介绍一种新型火花塞的具体实施例。

如图2所示，本实用新型的火花塞与现有火花塞大体相同，均具有长条形的中心电极10，中心电极10的上端具有端子A8，在中心电极10轴向外套设有一层绝缘体9，绝缘体9外再套设有带外螺纹的金属座11，金属座11底端探出有侧电极12，侧电极12和中心电极10底端之间具有第一放电间隙5；在使用时端子A8接高压线路1，金属座11螺纹连接于发动机缸体上（或称搭铁）形成低压线路7。本火花塞与现有火花塞的区别之处就在于在中心电极10上设置有第二放电间隙3，从而将中心电极10分为两段。中心电极10上形成第二放电间隙3的两端可以视为增强点火强度的结构的输入端与输出端，且这两端优选为尖端，以便于放电。从电路原理可知，该火花塞相当于在现有火花塞上串联了一个具有第二放电间隙3的间隔器17。

根据实践经验总结，其他条件不变的情况下，第二放电间隙3的距离越大，则第一放电间隙5中形成的团形火花直径越大、能量释放强度越高，但是装置整体的点火时间会越长，即完成两段电火花打火的总时长越长。在应用于发动机上时，尤其是高转速发动机，则过长的点火时长可能会造成发动机点火不畅（或称拖缸），因而需要将第二放电间隙3的距离进行适当限制。根据发明人多年实践经验，第二放电间隙3优选为5~12mm，当第二放电间隙3处于5mm时，第一放电间隙5处就可以形成足够的团形火花，尽管其团形火花的直径相对来说偏小，但也具有足够的增强点火效果，此外其因为较短的点火时长、可以应用于各种发动机而不会产生拖缸问题；而当第二放电间隙3为12mm时，缸内的团形火花强度会非常强，取得很好的增强点火效果，此外尽管其点火时间相对较长，但仍可以适应绝大部分发动机在高转速时的要求、基本不会形成拖缸问题。

上述是一种新型火花塞，但为了方便对现有设备进行改造，发明人进一步提出了一种对现有火花塞进行改造的增强点火装置。如图3所示，其下部是具有连通的中心电极10的现有火花塞，中心电极10的上端为现有端子19。本增强点火装置是加装在现有火花塞上部的，其具有一个绝缘套管13，绝缘套管13的一端设置有用于连接高压线路1的端子B14，绝缘套管13的另一端将现有端子19套入，安装后，端子B14与现有端子19之间具有第二放电间隙3，优选将第二放电间隙3设置为5~12mm。本装置突出的特点之一便是利用了现有火花塞的现有端子19来充当第二放电间隙3的放电极之一，节省了材料。绝缘套管13上套入现有端子19的开孔，即相当于所述的增强点火强度的结构的输出端。显然，如果所述的增强点火强度的结构的输出端与输入端都能连接固定现有器件、使现有器件成为形成第二放电间隙3的放电极，则节省材料的效果更好、结构也相对更简单（比如仅具有一段绝缘套管13而两端连接现有器件的装置）。

另外尽管本装置也可以做成敞开式的外露结构，但优选将第二放电间隙3密封于像绝缘套管13这样的封闭空间（即相当于隔离室2）内，可防止明火引燃其他物品。另外端子B14可做成与现有端子19一样的外形，则可方便原有线路的安装，不必再更改原有线路的连接头。

将上述增强点火装置应用于汽车发动机后，经发明人长期试验，车辆不仅动力增强、节油降排，并且长期运行后发动机并无其他异常，反而因积碳的消除而延长了发动机大修周期，且点火系统的故障率也有下降趋势。因而其顺应了国家节能减排的大趋势，具有极大的推广价值，极具市场前景。

Claims (10)

1.一种增强点火强度的结构，其特征在于：包括用于连接高压线路（1）的输入端和用于串联第一放电间隙（5）的输出端；所述输入端和所述输出端之间设置有第二放电间隙（3）。

2.根据权利要求1所述的一种增强点火强度的结构，其特征在于：所述输入端连接有高压极（15），所述输出端连接有低压极（16）；所述高压极（15）和低压极（16）具有尖端。

3.根据权利要求1所述的一种增强点火强度的结构，其特征在于：所述第二放电间隙（3）密封于隔离室（2）内。

4.一种增强点火装置，其特征在于：包括权利要求1至3任一项所述的一种增强点火强度的结构。

5.根据权利要求4所述的一种增强点火装置，其特征在于：包括设备主体和与所述设备主体串联的间隔器（17），所述间隔器（17）具有所述的增强点火强度的结构；所述设备主体为点火线圈、分电器或火花塞。

6.根据权利要求5所述的一种增强点火装置，其特征在于：所述设备主体为火花塞，所述火花塞包括长条形的中心电极（10），所述中心电极（10）的上端具有端子A（8），中心电极（10）轴向套设有一层绝缘体（9），绝缘体（9）之外再套设有金属座（11），金属座（11）底端探出侧电极（12），侧电极（12）和中心电极（10）的底端之间具有第一放电间隙（5）；在所述中心电极（10）上设置有所述第二放电间隙（3）。

7.根据权利要求6所述的一种增强点火装置，其特征在于：所述第二放电间隙（3）设置为5~12mm。

8.根据权利要求4所述的一种增强点火装置，其特征在于：包括绝缘套管（13），所述绝缘套管（13）的一端设置有用于连接高压线路（1）的端子B（14），绝缘套管（13）的另一端具有将现有火花塞的现有端子（19）套入的开孔，所述增强点火装置安装后，端子B（14）与现有端子（19）之间具有第二放电间隙（3）。

9.根据权利要求8所述的一种增强点火装置，其特征在于：所述端子B（14）与现有端子（19）具有相同的形状。

10.一种点火系统，其特征在于：包括权利要求4至9任一项所述的一种增强点火装置。

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