CN216624874U - 一种带有预燃室的火花塞 - Google Patents

Abstract

一种带有预燃室的火花塞，属于内燃机零部件技术领域，所述火花塞包括固定设在绝缘体外周的主壳体和设在主壳体端部的侧电极，所述侧电极弧形延伸至与中心电极放电面相对形成间隙；所述火花塞还包括外侧壳体，主壳体带侧电极端伸入外侧壳体内部并通过螺纹固定，所述外侧壳体螺纹前端设置金属尾罩；所述主壳体螺纹前端点与轴线正交的平面为A平面，所述外侧壳体的下支撑点与轴线正交的平面为B平面，所述A平面与B平面的距离为L，所述L长度为2mm～26mm。该带有预燃室的火花塞在保证预燃室火花塞良好的点火性能的前提下，其散热良好的结构设计与材料选配方案，解决了火花塞过热问题。

Description

一种带有预燃室的火花塞

技术领域

本实用新型属于内燃机零部件技术领域，更具体地，涉及一种带有预燃室的火花塞。

背景技术

火花塞是组装在内燃机中用于对空气燃料混合物进行点火的点火装置。传统的火花塞包括中心电极、绝缘体、壳体和接地电极。该绝缘体为陶瓷绝缘体，具有沿轴线方向延伸的轴孔，该中心电极插入贯穿该绝缘体的轴孔，该壳体套设在该绝缘体的表面，该接地电极与该壳体的端部连接，并延伸与中心电极相对，与中心电极之间形成火花放电的间隙。该中心电极与接地电极之间通过脉冲电力的作用产生电弧，进而产生电火花点燃电极周围的混合气体，达到自动点火的目的。

在点燃式的内燃机领域，已经运用的一种预燃室火花塞，其在火花塞的点火端设置了一个金属尾罩，金属尾罩上设置有开孔，并在金属尾罩内部空间形成预燃烧室，预燃室室内部设置有点火间隙，混合气经火花塞的间隙击穿点燃，并从金属尾罩的开孔处喷射出来，从而迅速引燃燃烧室内的混合气。

现有的技术手段并没有涉及到诸如如何确保火花塞不过热烧损等问题，尤其是当预燃室火花塞被运用到车辆上时，由于发动机小型化、高功率化，发动机的热工况更加恶劣，此时预燃室火花塞更容易由于过热而出现电极烧损。

公开号为CN110867729A，名为火花塞的发明专利，由帽、主题金属壳体、第1假想平面、以及第二假想平面划分出的假想空间的体积A与接地电极和中心电极这两者中的位于假想空间内的部分的体积B满足(B/A)特定区间和中心电极与接地电极之间的间隙在0.2mm以上来提高火花塞的点火性能，但对于防止过热烧损的问题没有深入研究。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型提出一种带预燃室的火花塞，在保证预燃室火花塞良好的点火性能的前提下，提供一种散热良好的结构设计与材料选配方案，以解决火花塞过热问题。

本实用新型采用如下技术方案：

一种带有预燃室的火花塞，所述火花塞包括固定设在绝缘体外周的主壳体和设在主壳体端部的侧电极，所述侧电极弧形延伸至与中心电极放电面相对形成间隙；所述火花塞还包括外侧壳体，主壳体带侧电极端伸入外侧壳体内部并通过螺纹固定，所述外侧壳体螺纹前端设置金属尾罩；所述主壳体螺纹前端点与轴线正交的平面为A平面，所述外侧壳体的下支撑点与轴线正交的平面为B平面，所述A平面与B平面的距离为L，所述L长度为2mm～26mm。

所述火花塞包括中心电极，所述绝缘体具有沿轴线延伸有轴孔，所述中心电极设置在所述轴孔内。

进一步的，所述金属尾罩上至少设置一个通孔。

进一步的，所述L长度为7.03～25.62mm。

进一步的，所述外侧壳体螺纹前端点至B平面的距离S大于17.5mm。

进一步的，所述外侧壳体导热系数λ高于主壳体导热系数，λ的区间为45～400W/(m.k)。

进一步的，所述主壳体材料为低碳钢，所述外侧壳体材料为铜合金或镍合金。

进一步的，所述λ为80W/(m.k)时，L设置在4.61～20.67mm之间；

λ为330W/(m.k)时，L设置在2.25～9.89mm之间；

λ为400W/(m.k)时，L设置在2.12～8.89mm之间。

进一步的，所述λ为80W/(m.k)时，L设置在4.92～13.85mm之间；

λ为330W/(m.k)时，L设置在2.33～7.23mm之间；

λ为400W/(m.k)时，L设置在2.18～6.62mm之间。

一种发动机，包含上述的带有预燃室的火花塞。

本实用新型所述的前端和后端，是将靠近电极的一端作为前端，将相反的接地一端作为后端。

本实用新型的带有预燃室的火花塞设置主壳体前端点、外侧壳体的下支撑点分别与轴线正交的两平面为合理的距离，对主壳体、外侧壳体与外密封垫圈选用导热系数逐级变高的材料，并对主壳体、外侧壳体选择合适的螺纹规格及长度等，使火花塞的散热更快，不致于过热损伤，提高火花塞的寿命，而且该火花塞还兼具油耗经济性的优点。

附图说明

图1为本实用新型带有预燃室的火花塞的结构部分剖视图；

图2为图1所示火花塞放电点火部分的结构放大图。

1、中心电极；2、绝缘体；3、主壳体；4、侧电极；5、密封垫圈一；6、外侧壳体；7、金属尾罩；8、密封垫圈二。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型。除非特别说明，本实用新型实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法，导热系数均指20℃时的导热系数，本实用新型所述的前端和后端，是将靠近电极的一端作为前端，将相反的接地一端作为后端。

如图1、图2所示，一种带有预燃室的火花塞，包括设在绝缘体2外周的主壳体3、与金属尾罩7相连的外侧壳体6、中心电极1、侧电极4，绝缘体2具有沿轴线延伸有轴孔，中心电极1设置在所述轴孔内，侧电极4设置在主壳体3的前端，并弧形延伸至与中心电极1放电面相对形成间隙，主壳体3带侧电极4端伸入外侧壳体6内部并通过螺纹固定，即外侧壳体6设置在主壳体3的外周，外侧壳体6螺纹前端设有金属尾罩7，金属尾罩7上至少设置一个通孔(优选的，金属尾罩7前端圆弧面上均布四个通孔，端面布置一个通孔)。主壳体3通过外侧螺纹与外侧壳体6固定在一起，并通过热传导向外侧壳体6散热，同时固定在外侧壳体6前端的金属尾罩7也向外侧壳体6散热。密封垫圈一5将主壳体3的座部与外侧壳体6的座部之间的间隙密封；密封垫圈二8将该火花塞与内燃机之间的间隙密封起来。

需要注意的是，外侧壳体6螺纹前端点至B平面的距离S大于17.5mm(外侧壳体6与缸头的接触面积越大越有利于火花塞散热)；外侧壳体6导热系数λ高于主壳体3导热系数，密封垫圈一、二5、8导热系数高于外侧壳体6导热系数λ，比如，主壳体3材料为低碳钢(具有优秀的冷镦和机械加工性能，同时具有足够的强度)，外侧壳体6及金属尾罩7材料为铜合金或镍合金，密封垫圈一、二5、8材料选用铜或铁等。其中，主壳体3的外表面的螺纹规格可选M12、M10、M8等，外侧壳体6螺纹规格对应主壳体3依次可选M14、M12、M10等。

定义主壳体3前端点与轴线正交的平面为A平面，外侧壳体6的下支撑点与轴线正交的平面为B平面，定义A平面与B平面的距离为L。

实施例1

选取带有预燃室火花塞与发动机的安装螺纹为M14，螺纹长度S为19mm，(即外侧壳体6螺纹外径D为13.831mm，外侧壳体6螺纹前端点至B平面的距离为19mm)，主壳体3螺纹外径d为9.884mm，火花塞侧电极4伸出高度H为3.5mm，外侧壳体6退刀槽高度T为1.5mm。

当外侧壳体6选用导热系数λ为45W/(m.k)的碳钢时，L的设计范围经多次试验研究确定为：7.58～16.88mm。

接下来分别进行如下散热效果、点火性能验证实验：

选取1.8L汽油发动机为试验机，进行侧电极4端面温度对比(侧电极4端面温度为该类火花塞温度最高度)，采用热电偶测温方法在相同发动机工况下进行温度对比试验，温度设低(600℃)、中(700℃)、高(800℃)、超高(1000℃)四档，具体对比如下表1：

表1

	温度：低	温度：中	温度：高	温度：超高
					L＝0				√
L＝2				√
					L＝4			√
L＝6			√
					L＝7.58		√
L＝10		√
					L＝12		√
L＝14		√
					L＝16.88	√
L＝18	√
					L＝20	√

可见，温度为中档以下的L值应在7.58mm以上，设计为满足当前条件的L时，该火花塞的散热效果是较好的。但L的长度增加，火花塞的燃油经济性越差，油耗将大幅提高，火花塞在满足散热性能时，还必须兼具节约油耗的性能，下面对油耗性能进行试验。

点火性能验证：

选取1.5L发动机进行点火性能验证，试验条件为发动机以2000rpm，节气门全开(WOT，Wide-Open Throttle)的工况下运行1个小时，点火性能越好则发动机油耗越低，选取未采用预燃室结构的发动机原配火花塞为对比，将其油耗设定为高，并对油耗分成超低等、低等、中等、高等、超高等五挡，其中超低等是指在上述试验条件下，油耗在3L/h(升每小时)以下，低等是指油耗在3L/h-5L/h之间，中等是指油耗在5L/h-8L/h之间，高等是指油耗在8L/h-13L/h之间，超高等是指油耗在13L/h以上。

具体对比数据如下：

表2

	油耗：超低	油耗：低	油耗：中	油耗：高	油耗：超高
						L＝0	√
L＝2	√
						L＝4	√
L＝6	√
						L＝7.58		√
L＝10		√
						L＝12			√
L＝14			√
						L＝16.88			√
L＝18				√
						L＝20					√

实际应用中的发动机，考虑经济性，油耗不应超过中等，可见，油耗中等以下的L应满足不超过16.88mm。

兼具散热性能和油耗较低的性能，实施例1中L长度应设在7.58～16.88mm之间。

实施例2

保持实施例1中的结构设计不变(各参数相同)，但将外侧壳体6换成导热系数λ为80W/(m.k)的镍合金时，L的设计范围经多次试验研究确定为：4.92～13.85mm。

同样的，进行散热效果与点火性能验证，结果分别见表3、表4：

表3

	温度：低	温度：中	温度：高	温度：超高
					L＝0				√
L＝2			√
					L＝4			√
L＝4.92		√
					L＝8		√
L＝10		√
					L＝12		√
L＝13.85	√
					L＝16	√
L＝18	√
					L＝20	√

表4

	油耗：超低	油耗：低	油耗：中	油耗：高	油耗：超高
						L＝0	√
L＝2	√
						L＝4	√
L＝4.92	√
						L＝8		√
L＝10		√
						L＝12			√
L＝13.85			√
						L＝16			√
L＝18				√
						L＝20					√

可知，实验结论与实施例1相同。

实施例3

保持实施例1中的结构设计不变(各参数相同)，但将外侧壳体6换成导热系数λ为330W/(m.k)的铜合金时，L的设计范围经多次试验研究确定为：

2.33～7.23mm。

同样的，进行散热效果与点火性能验证，结果分别见表5、表6：

表5

	温度：低	温度：中	温度：高	温度：超高
					L＝0			√
L＝2.33		√
					L＝4		√
L＝6		√
					L＝7.23	√
L＝10	√
					L＝12	√
L＝14	√
					L＝16	√
L＝18	√
					L＝20

表6

可知，实验结论与实施例1、2相同，且油耗更低。

实施例4

保持实施例1中的结构设计不变(各参数相同)，但将外侧壳体6换成导热系数λ为400W/(m.k)的铜材质时，满L经多次试验研究确定设计范围为：2.18～6.62mm。

同样的，进行散热效果与点火性能验证，结果分别见表7、表8：

表7

	温度：低	温度：中	温度：高	温度：超高
					L＝0			√
L＝2.18		√
					L＝4		√
L＝6.62	√
					L＝8	√
L＝10	√
					L＝12	√
L＝14	√
					L＝16	√
L＝18	√
					L＝20	√

表8

可知，结论与实施例3相同。

为了保证带有预燃室火花塞可靠的安装，设计壳体强度验证，针对实施例1-4的方案进行对比实验，将壳体强度设为高、中、低三档，对比数据如下表9：

表9

	壳体强度：低	壳体强度：中	壳体强度：高
				碳钢			√
镍合金		√
				铜合金		√
铜	√

综上，考虑安装后的壳体强度、散热效果与点火性能，L满足范围时，外侧壳体6的材质优选为铜合金或镍合金。

实施例5

选取带有预燃室火花塞与发动机的安装螺纹为M12，即：外侧螺纹外径D为11.831mm，螺纹长度S为26.5mm，主壳体3螺纹大径d为7.88mm，侧电极4高度H为3mm，外侧壳体6退刀槽高度T为1.5mm，当外侧壳体6选用导热系数λ为45W/(m.k)的碳钢时，L的设计范围经多次试验验证应为：7.03～25.62mm。

接下来分别进行如下散热效果、点火性能验证实验：

(1)选取1.5L汽油发动机为试验机，进行侧电极4端面温度对比(侧电极4端面温度为该类火花塞温度最高度)，采用热电偶测温方法在相同发动机工况下进行温度对比试验，温度设低、中、高、超高四档，具体对比如下表10：

表10

(2)选取1.5L发动机进行点火性能验证，点火性能越好则发动机油耗越低，选取未采用预燃室结构的发动机原配火花塞为对比，将其油耗设定为高，并对油耗分成超低、低、中、高、超高四档，具体对比数据如下表11：

表11

实施例6

保持实施例5中的结构设计不变(各参数相同)，但将外侧壳体6换成导热系数λ为80W/(m.k)的镍合金时，多次试验验证L的设计范围为：

4.61～20.67mm。

同样的，进行散热效果与点火性能验证，结果分别见表12、表13：

表12

	温度：低	温度：中	温度：高	温度：超高
					L＝0				√
L＝2			√
					L＝4.61		√
L＝6		√
					L＝8		√
L＝10		√
					L＝12		√
L＝14	√
					L＝16	√
L＝18	√
					L＝20.67	√
L＝22	√
					L＝24	√
L＝26	√
					L＝28	√

表13

实施例7

保持实施例5中的结构设计不变(各参数相同)，但将外侧壳体6换成导热系数λ为330W/(m.k)的铜合金时，多次试验得出L的设计范围为：

2.25～9.89mm。

同样的，进行散热效果与点火性能验证，结果分别见表14、表15：

表14

表15

	油耗：超低	油耗：低	油耗：中	油耗：高	油耗：超高
						L＝0	√
L＝2.25	√
						L＝4	√
L＝6		√
						L＝8		√
L＝9.89		√
						L＝12			√
L＝14			√
						L＝16			√
L＝18			√
						L＝20			√
L＝22			√
						L＝24			√
L＝26				√
						L＝28					√

实施例8

保持实施例5中的结构设计不变(各参数相同)，但将外侧壳体6换成导热系数λ为400W/(m.k)的铜材质时，多次试验得出L的设计范围为：

2.12～8.89mm。

但由于L的长度低于3mm时，将影响中心电极1的设置距离，影响火花塞的正常工作，因此，火花塞的实际L的距离应设在3mm以上。

同样的，进行散热效果与点火性能验证，结果分别见表16、表17：

表16

	温度：低	温度：中	温度：高	温度：超高
					L＝0			√
L＝2.12		√
					L＝4		√
L＝6	√
					L＝8.89	√
L＝10	√
					L＝12	√
L＝14	√
					L＝16	√
L＝18	√
					L＝20	√
L＝22	√
					L＝24	√
L＝26	√
					L＝28	√

表17

针对实施例5-8的方案进行对比实验，将壳体强度设为高、中、低三档，对比数据如下表18：

表18

	壳体强度：低	壳体强度：中	壳体强度：高
				碳钢			√
镍合金		√
				铜合金		√
铜	√

综上，考虑安装后的壳体强度、散热效果与点火性能，L满足范围时，外侧壳体6的材质优选为铜合金或镍合金。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述火花塞包括固定设在绝缘体外周的主壳体和设在主壳体端部的侧电极，所述侧电极弧形延伸至与中心电极放电面相对形成间隙；所述火花塞还包括外侧壳体，主壳体带侧电极端伸入外侧壳体内部并通过螺纹固定，所述外侧壳体螺纹前端设置金属尾罩；所述主壳体螺纹前端点与轴线正交的平面为A平面，所述外侧壳体的下支撑点与轴线正交的平面为B平面，所述A平面与B平面的距离为L，所述L长度为2mm～26mm。

2.根据权利要求1所述一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述火花塞包括中心电极，所述绝缘体具有沿轴线延伸有轴孔，所述中心电极设置在所述轴孔内。

3.根据权利要求2所述一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述金属尾罩上至少设置一个通孔。

4.根据权利要求1所述一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述L长度为7.03～25.62mm。

5.根据权利要求2所述一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述外侧壳体螺纹前端点至B平面的距离S大于17.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述外侧壳体导热系数λ高于主壳体导热系数，λ的区间为45～400W/(m.k)。

7.根据权利要求6所述的一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述主壳体材料为低碳钢，所述外侧壳体材料为铜合金或镍合金。

8.根据权利要求6所述的一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述λ为80W/(m.k)时，L设置在4.61～20.67mm之间；

λ为330W/(m.k)时，L设置在2.25～9.89mm之间；

λ为400W/(m.k)时，L设置在2.12～8.89mm之间。

9.根据权利要求8所述的一种带有预燃室的火花塞，其特征在于，所述λ为80W/(m.k)时，L设置在4.92～13.85mm之间；

λ为330W/(m.k)时，L设置在2.33～7.23mm之间；

λ为400W/(m.k)时，L设置在2.18～6.62mm之间。

10.一种发动机，其特征在于，包含权利要求1-9任一项所述的带有预燃室的火花塞。

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