CN215343346U - 一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种火花塞，尤其涉及一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，该技术不需要对现有发动机做任何改动即能实现预燃室点火。预燃室参数可与不同发动机进行匹配调整，具有可靠的一体化内置预燃室结构，预燃室容积与燃烧室容积比可大于1％，产生超强的点火能量与火焰射流强度；点火地极与预燃室构件一体化，多点扰动进气方式，设有受热与散热的表面温度调控结构，防止积炭与早燃。多形式的内部点火装置可满足小排量高输出发动机实现预燃室点火技术的特殊要求，能有效提高发动机燃烧效率，改善排放和经济性，并具有增加发动机运行平稳性，防止极端情况下损毁对发动机的次生危害以及更长的使用寿命等技术特征。

Description

一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞

技术领域

本实用新型涉及一种火花塞，尤其涉及一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，是一款创新的小尺寸预燃室点火技术火花塞，适用于所有乘用车汽油和双燃料模式与混合动力等小排量高输出发动机。

背景技术

提高发动机的热效率是所有汽车厂家在一直努力的方向和目标，而发动机采用预燃室点火是极具潜力的技术手段之一。传统汽油发动机是由火花塞直接点燃缸内混合气做功的，预燃室点火技术则是在发动机或火花塞内设置一个预燃室，先点燃预燃室内的混合气，由产生的火焰射流高速引燃缸内混合气做功。该技术具有快速提升发动机的燃烧速率和减少污染物排放、显著提高燃油经济性等特点，是现代发动机提高效能的重要技术措施之一。

传统发动机如能实现预燃室点火燃烧方式，会有效提高发动机燃烧效率，大幅度降低污染物的排放和燃油消耗。目前，预燃室点火技术已经成功使用在大型的天然气发动机上，柴油发动机的预燃室点火燃烧模式也在积极研发中，全球各大汽车公司和科研院校正在积极推进预燃室点火技术用于燃气和燃油发动机的研究开发。

对于市场保有量和生产量占绝对数量优势的乘用车发动机而言，采用预燃室点火技术极具发展潜力，目前该技术已应用于1级方程式赛车等个别车型中。预燃室点火技术有被动式和主动式之分，主动式需要给预燃室提供燃料和控制装置才能实现，制作成本极高；被动式结构的混合气是在发动机压缩段压进预燃室，不需要另外的燃料供给，相对简单。两种结构都需要火花塞点燃。发动机点火瞬间首先点燃预燃室内的混合气，产生的射流火焰经通道喷射进发动机缸内，全方位火焰促使混合气更快且更充分地燃烧做功，发动机运行特性得以提升，以改善输出功率与燃油经济性，降低污染物的排放。

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，适用汽油发动机的一体化预燃室结构，考虑到预燃室容积、喷射孔尺寸、火焰喷射通道角度，混合气进入预燃室通道设置等因素，针对缸内直喷式涡轮增压等发动机特点的进气可靠性，防止积炭和早燃，预燃室关键参数和点火功能等做了系统的优化与验证，为乘用车汽油发动机提供一种可靠的预燃室火焰射流点火技术，以期获得最佳的燃烧效率和符合法规的排放指标，以及显著的经济性的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞。

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：

一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，包括陶瓷绝缘体，所述的陶瓷绝缘体中设有向上延伸出陶瓷绝缘体的正极高压端子，所述的陶瓷绝缘体中设有向下延伸出陶瓷绝缘体的镍铜复合中心电极，所述的正极高压端子与镍铜复合中心电极间通过烧结型阻尼电阻体连接且烧结型阻尼电阻体与陶瓷绝缘体的内壁相贴合，所述的陶瓷绝缘体外套有金属壳体且金属壳体的向下延伸出陶瓷绝缘体，所述的金属壳体的内壁与镍铜复合中心电极的外壁间形成预燃室内腔，所述的金属壳体的底端中设有嵌入式的点火构件，所述的点火构件的底部设有与镍铜复合中心电极呈对应分布的喷射进气孔且喷射进气孔与预燃室内腔相连通，所述的金属壳体的下端设有若干与预燃室内腔相连通的射流火焰喷射孔。

作为优选，所述的点火构件的上部设有2个及以上向上延伸的极点且极点沿镍铜复合中心电极进行均分状分布；所述的镍铜复合中心电极向下延伸伸入至点火构件中且镍铜复合中心电极的外壁与点火构件的内壁间形成预燃室内点火间隙。

作为优选，所述的极点的数量为2个、3个或4个，所述的极点与点火构件呈一体化分布。

作为优选，所述的镍铜复合中心电极的底部设有尖端且尖端与喷射进气孔呈上下对应分布，所述的点火构件的上端与射流火焰喷射孔的一端呈同一水平面分布。

作为优选，所述的点火构件的中心端设有向上凸起的点火凸台且点火凸台与镍铜复合中心电极呈上下对应分布。

作为优选，所述的射流火焰喷射孔的数量为4个，4个射流火焰喷射孔沿预燃室内腔的内壁呈均分状分布；所述的极点的内壁呈内凹圆弧状，所述的极点的外壁呈外凸圆弧状。

作为优选，所述的喷射进气孔为圆锥状，所述的点火构件的底部与金属壳体的底部呈同一水平面分布。

作为优选，所述的陶瓷绝缘体与金属壳体通过内密封垫圈进行密封，所述的金属壳体的外壁设有外密封垫圈；所述的内密封垫圈呈倾斜状分布，所述的外密封垫圈呈水平面分布。

作为优选，所述的射流火焰喷射孔的轴向与金属壳体的轴向呈45～90角度。

作为优选，所述的金属壳体底端的外壁设有轴向散热调节槽，所述的射流火焰喷射孔与轴线呈倾斜状分布。

汽油发动机预燃室火花塞的特征：

1：采用内置点火装置和组成预燃室的端面密封构件为一体化结构，由内嵌入与金属壳体形成预燃室内腔，采用铆接或焊接形成一体化预燃室火花塞；

2：其预燃室内腔的容积在0.30毫升-2.0毫升范围；满足与发动机燃烧室占有一定容积比率的要求，对不同螺纹尺寸，预燃室内容积可达到在占发动机燃烧室上止点容积的0.5％-2.5％；

3：伸入燃烧室部分外壁设有若干射流火焰喷射孔，喷射孔的大小与数量决定射流火焰的截面积，是关键的预燃室火焰喷射能力参数，喷射孔之间的通道夹角与发动机上止点燃烧室形状尺寸密切相关；

4：所述的预燃室火花塞下端面设有圆锥形通孔，是缸内混合气进入预燃室的主要通道，起到决定点火稳定性的关键作用，同时也作为火焰喷射的功能，其截面积作也是通道总面积的一部分；

5：伸入燃烧部分有多项的受热与散热调节措施，伸入燃烧室长度尺寸决定受热面积多少，壁厚尺寸与外壁设置的凹槽用于调节控制散热程度；

中心电极的正极高压端子等封接在陶瓷绝缘体内为一体，封接材料形成一定阻值的内置阻尼电阻，用于抑制点火瞬间电火花对周边环境的电磁干扰；陶瓷绝缘体用机械铆接方式封装在金属壳体内，绝缘体与金属壳体之间有内密封垫圈组成密封的标准尺寸的火花塞整体结构；金属壳体下端外部有标准的螺纹便于与发动机安装，金属壳体螺纹台阶端面设有外密封垫圈，满足与发动机安装时的密封功能。金属壳体螺纹前端适度延长，伸入燃烧室部分的成锥形圆台状外表面。一体化制作的点火构件处于预燃室内部。从内嵌入的结构，一体化点火构件等中心部分设有圆锥形进气孔，从金属壳体内部向下压入配合后，用机械外翻铆合方式或焊接方式与金属壳体组成火花塞内部密闭的预燃室空间；并与中心电极形成点火间隙，金属壳体伸入燃烧室部分外壁按圆周分布多个一定尺寸的圆形通孔，形成火花塞内预燃室与发动机燃烧室的火焰射流通道，各圆孔与轴线存有一定范围夹角。针对用于汽油发动机的预燃室，重点在点端面中心设置了锥度形进气孔同时兼喷射孔，其形状和大小参数是考虑能在不同工况条件下确保可燃混合气能顺利进入预燃室，并使进入预燃室的混合气产生扰动，均衡预燃室内残留气体与新进混合气的浓度，满足每次点火的必要浓度。

当发动机在压缩冲程时，混合气通过中心进气孔和圆周喷射孔被压入预燃室，在点火瞬间，点火间隙处产生的高温电弧点燃预燃室内的混合气，火焰沿射流经通道和中心进气孔等高速喷射入燃烧室，使缸内混合气快速燃烧做功。预燃室火花塞产生的点火能量会远远高于传统火花塞，极大放大了点火能量。预燃室的容积、喷射孔大小与数量、通道夹角等参数会直接影响发动机效能，针对不同的发动机其参数各有不同，需要精准匹配后才能达到最佳状态。

根据不同螺纹尺寸的预燃室火花塞，其预燃室容积在0.25-2.0毫升之间，调整参数设置，该容积占发动机燃烧室容积的百分比可大于1％，使其在当量比或稀燃条件下、一定范围的EGE率、不同压缩比等状态下能有足够的燃烧能量产生射流火焰，实现发动机预燃室点火功能。

预燃室内采用多形式的放电点火模式，点火地极与预燃室构件为一体化结构，由耐电腐蚀的合金材料成型，有轴向点火和径向侧面多极放电模式。

为针对不同散热程度的发动机，为调节火花塞热值匹配，通过调节火花塞伸入燃烧室长度部分尺寸与在该部分外壁设置可调控轴向散热程度的凹槽，以增减受热表面积与控制轴向导热面积来调控散热程度，与相应的发动机进行匹配。以消除火花塞表面积炭和发动机过热早燃。

本实用新型提供一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，多形式的内部点火装置可满足小排量高输出发动机实现预燃室点火技术的特殊要求，能有效提高发动机燃烧效率，改善排放和经济性，并具有增加发动机运行平稳性，防止极端情况下损毁对发动机的次生危害以及更长的使用寿命等技术特征。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中点火构件两极点的结构示意图；

图3是本实用新型中点火构件三极点的结构示意图；

图4是本实用新型中点火构件四极点的结构示意图；

图5是本实用新型的平端内进气口点火构件结构示意图；

图6是本实用新型的凸台式进气口点火构件结构示意图。

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，一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，包括陶瓷绝缘体1，所述的陶瓷绝缘体1中设有向上延伸出陶瓷绝缘体1的正极高压端子 2，所述的陶瓷绝缘体1中设有向下延伸出陶瓷绝缘体1的镍铜复合中心电极 3，所述的正极高压端子2与镍铜复合中心电极3间通过烧结型阻尼电阻体4 连接且烧结型阻尼电阻体4与陶瓷绝缘体1的内壁相贴合，所述的陶瓷绝缘体 1外套有金属壳体14且金属壳体14的向下延伸出陶瓷绝缘体1，所述的金属壳体14的内壁与镍铜复合中心电极3的外壁间形成预燃室内腔5，所述的金属壳体14的底端中设有嵌入式的点火构件6，所述的点火构件6的底部设有与镍铜复合中心电极3呈对应分布的喷射进气孔8且喷射进气孔8与预燃室内腔5相连通，所述的金属壳体14的下端设有若干与预燃室内腔5相连通的射流火焰喷射孔10。

所述的点火构件6的上部设有2个及以上向上延伸的极点9且极点9沿镍铜复合中心电极3进行均分状分布；所述的镍铜复合中心电极3向下延伸伸入至点火构件6中且镍铜复合中心电极3的外壁与点火构件6的内壁间形成预燃室内点火间隙7。

所述的极点9的数量为2个、3个或4个，所述的极点9与点火构件6呈一体化分布。

所述的镍铜复合中心电极3的底部设有尖端15且尖端15与喷射进气孔8 呈上下对应分布，所述的点火构件6的上端与射流火焰喷射孔10的一端呈同一水平面分布。

所述的点火构件6的中心端设有向上凸起的点火凸台16且点火凸台16 与镍铜复合中心电极3呈上下对应分布。

所述的射流火焰喷射孔10的数量为4个，4个射流火焰喷射孔10沿预燃室内腔5的内壁呈均分状分布；所述的极点9的内壁呈内凹圆弧状，所述的极点 9的外壁呈外凸圆弧状。

所述的喷射进气孔8为圆锥状，所述的点火构件6的底部与金属壳体14 的底部呈同一水平面分布。

所述的陶瓷绝缘体1与金属壳体14通过内密封垫圈11进行密封，所述的金属壳体14的外壁设有外密封垫圈12；所述的内密封垫圈11呈倾斜状分布，所述的外密封垫圈12呈水平面分布。

所述的射流火焰喷射孔10的轴向与金属壳体14的轴向呈45～90角度。

所述的金属壳体14底端的外壁设有轴向散热调节槽13，所述的射流火焰喷射孔10与轴线呈倾斜状分布。

Claims (10)

1.一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，包括陶瓷绝缘体(1)，所述的陶瓷绝缘体(1)中设有向上延伸出陶瓷绝缘体(1)的正极高压端子(2)，所述的陶瓷绝缘体(1)中设有向下延伸出陶瓷绝缘体(1)的镍铜复合中心电极(3)，所述的正极高压端子(2)与镍铜复合中心电极(3)间通过烧结型阻尼电阻体(4)连接且烧结型阻尼电阻体(4)与陶瓷绝缘体(1)的内壁相贴合，其特征在于：

所述的陶瓷绝缘体(1)外套有金属壳体(14)且金属壳体(14)的向下延伸出陶瓷绝缘体(1)，所述的金属壳体(14)的内壁与镍铜复合中心电极(3)的外壁间形成预燃室内腔(5)，所述的金属壳体(14)的底端中设有嵌入式的点火构件(6)，所述的点火构件(6)的底部设有与镍铜复合中心电极(3)呈对应分布的喷射进气孔(8)且喷射进气孔(8)与预燃室内腔(5)相连通，所述的金属壳体(14)的下端设有若干与预燃室内腔(5)相连通的射流火焰喷射孔(10)。

2.根据权利要求1所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的点火构件(6)的上部设有2个及以上向上延伸的极点(9)且极点(9)沿镍铜复合中心电极(3)进行均分状分布；所述的镍铜复合中心电极(3)向下延伸伸入至点火构件(6)中且镍铜复合中心电极(3)的外壁与点火构件(6)的内壁间形成预燃室内点火间隙(7)。

3.根据权利要求2所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的极点(9)的数量为2个、3个或4个，所述的极点(9)与点火构件(6)呈一体化分布。

4.根据权利要求1所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的镍铜复合中心电极(3)的底部设有尖端(15)且尖端(15)与喷射进气孔(8)呈上下对应分布，所述的点火构件(6)的上端与射流火焰喷射孔(10)的一端呈同一水平面分布。

5.根据权利要求1所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的点火构件(6)的中心端设有向上凸起的点火凸台(16)且点火凸台(16)与镍铜复合中心电极(3)呈上下对应分布。

6.根据权利要求2或3所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的射流火焰喷射孔(10)的数量为4个，4个射流火焰喷射孔(10)沿预燃室内腔(5)的内壁呈均分状分布；所述的极点(9)的内壁呈内凹圆弧状，所述的极点(9)的外壁呈外凸圆弧状。

7.根据权利要求1或2所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的喷射进气孔(8)为圆锥状，所述的点火构件(6)的底部与金属壳体(14)的底部呈同一水平面分布。

8.根据权利要求1或2所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的陶瓷绝缘体(1)与金属壳体(14)通过内密封垫圈(11)进行密封，所述的金属壳体(14)的外壁设有外密封垫圈(12)；所述的内密封垫圈(11)呈倾斜状分布，所述的外密封垫圈(12)呈水平面分布。

9.根据权利要求1或2所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的射流火焰喷射孔(10)的轴向与金属壳体(14)的轴向呈45～90角度。

10.根据权利要求1或2所述的一种乘用车汽油发动机预燃室火花塞，其特征在于：所述的金属壳体(14)底端的外壁设有轴向散热调节槽(13)，所述的射流火焰喷射孔(10)与轴线呈倾斜状分布。

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