CN2825995Y - 火花点火式发动机及与其一起使用的火花塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种火花点火式发动机和一种与其一起使用的火花塞，它们能够减小或消除预点火和其它爆炸问题。一火花点火式发动机包括一气缸体，其具有一顶表面和一其内的气缸镗孔；一活塞可移动地定位在气缸镗孔内；一具有一底表面的气缸盖附连到气缸体；一燃烧室由气缸镗孔、活塞和气缸盖的底表面形成。一火花塞具有一电极、一火花塞壳、一形成一底部的一末端和孔部分，以及一绝缘体。火花塞的一部分定位在气缸盖内。火花塞是一密封的结构，其形成一具有一茧形结构的点火室，以及火花塞的点火室基本上定位在基本上在气缸盖外部的燃烧室内。实验已表明，该结构将减小或消除预点火和其它爆炸问题，能使配时提早，甚至还进一步优化发动机性能。

Description

火花点火式发动机及与其一起使用的火花塞

技术领域

本实用新型总的涉及一火花点火装置，更确切地说，涉及一预燃室式火花塞。

背景技术

废气排放和效率两方面持续推进改进空气和燃料混合物燃烧的技术。许多技术的改进控制空气和燃料混合物。空气和燃料混合物燃烧改进的某些实例，包括改进燃烧室设计、阀门端口和燃料或空气流动，以及雾化过程。这些改进一般都是改进对燃料和空气混合物的控制。

与狄塞尔循环发动机不同，火花点火式发动机也可通过火花的点火来控制燃烧动作。密封的火花塞显示出以下所述的改进：通过提高燃料及空气的状况和混合获得的一改进，连同通过控制火花的点火获得的一改进。密封的火花塞包括一环绕电极间隙的火花塞壳。火花塞壳形成一与燃烧室分离的点火室。一孔或多孔定位在火花塞壳内，使点火室和燃烧室互连。点火室和火花塞壳将火焰中心与燃烧室内的紊流隔开。当活塞压缩燃烧室内的空气及燃料混合物时，至少一部分的空气及燃料混合物通过诸孔到点火室内。

在点火室内，一火花致使空气和燃料混合物燃烧产生一压力上升。当点火室内的压力增长并超过燃烧室内的压力时，热气体通过每一孔到燃烧室内并起作一点火火矩，提高燃烧室内的燃烧率以减少未燃烧空气和燃料混合物的质量。于1992年4月21日发表的授予Ronald D.Richardson的美国专利5,105,780详细说明了一个这样的密封火花塞。

尽管已示出密封的火花塞来提高效率和减少排放物，但其它缺点趋于减少它们的使用。例如，密封的火花塞经历一温度增加的环境，因此相对于传统的火花塞其减少了爆炸裕度。已认识到突出深入燃烧室内的密封的火花塞会导致预点火和其它爆炸问题。在一低含量空气和燃料的混合物内，跳过一电极和需要接地电极之间的电极间隙所需要的电压，导致因电压内的中断引起的一增加的电压。增加的击穿电压需要电极和接地电极之间的一更大的电气绝缘。增加的电气绝缘通常意味着在连接到接地电极的一小室和冷却环境之间增加一传热路径。进一步加剧的磨损，通过火花塞壳的诸孔经历极端的温度变化。热气体高速通过诸孔而退出点火室。这些高流速提高从热气体到火花塞壳的传热，从而降低密封的火花塞的使用寿命。此外，诸如用来将火花塞壳附连到火花塞的焊缝之类的阻碍会阻碍热量从诸孔转移。

本实用新型致力于克服一个或多个上述的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种火花点火式发动机和一种与其一起使用的火花塞，它们能够减小或消除预点火和其它爆炸问题。

在本实用新型的一方面，一火花点火式发动机包括一气缸体，其具有一顶表面和一其内的气缸镗孔；一活塞可移动地定位在气缸镗孔内；一具有一底表面的气缸盖附连到气缸体；一燃烧室由气缸镗孔、活塞和气缸盖的底表面形成。一火花塞具有一电极、一火花塞壳、一形成一底部的一末端和孔部分，以及一绝缘体。火花塞的一部分定位在气缸盖内。火花塞是一密封的结构，其形成一具有一茧形结构的点火室，以及火花塞的点火室基本上定位在基本上在气缸盖外部的燃烧室内。

在本实用新型的另一实施例中，一火花塞包括一既是导电体又具有一热阻的电极；一绝缘体，其可操作地定位在电极周围，并在高温环境下保持结构整体性；一火花塞壳，其可操作地连接到电极并具有一绝缘区域、一连接区域和一末端及孔部分，末端和孔部分具有一形成茧形结构的点火室；以及火花塞的点火室，其基本上定位在基本上在气缸盖外部的所述燃烧室内。

通过使火花塞的点火室基本上定位在发动机燃烧室内，可增加燃烧过程的速度。不过，使火花塞的点火室基本上定位在燃烧室内，则会使得在燃烧室内燃烧产生的热量传递到火花塞的火花塞壳，为此，本实用新型的火花塞采用抛物线结构的底部点火室，这样，从燃烧过程中传递的热量更容易地耗散，并且由于消除弯角，火花塞的结构整体性因抛物线端部而提高，从而延长了火花塞的使用寿命。实验已表明，该结构将减小或消除预点火和其它爆炸问题，能使配时提早，甚至还进一步优化发动机性能。

附图说明

图1是一火花点火式内燃机的横截面图，内燃机具有一定位在其内的火花塞；

图2是具有本实用新型一实施例的火花塞的局部放大横截面图；

图3是图2的火花塞沿线3-3截取的截面图；

图4是具有本实用新型一实施例的火花塞的局部放大横截面图；

图5是图4的火花塞沿线5-5截取的截面图；

图6是另一变化的火花塞的截面图；

图7是另一变化的火花塞的截面图；以及

图8是另一变化的火花塞的截面图。

具体实施方式

在图1中，部分地示出一火花点火式发动机10。发动机10包括一具有一气缸镗孔14的气缸体12。一传统设计的活塞16以一传统的方式可移动地定位在气缸镗孔14内。气缸体12形成一顶表面18。

一气缸盖22形成一顶表面24和一底表面26。气缸盖22的底表面26以传统的方式(诸如，通过多个螺栓(未示出))可移动地附连到气缸体12的顶表面18。一衬垫28通常插在气缸体12的顶表面18和气缸盖22的底表面26之间。这样，一燃烧室30形成在气缸盖的底表面26、气缸体的气缸镗孔14和活塞16之间。气缸盖22具有可操作地定位在其内的至少一个进气阀机构34和可操作地定位在其内的至少一个排气阀机构36。进气阀机构34的一进气密封部分38定位在底表面26附近。以及排气阀机构36的一排气密封部分40定位在底表面26附近。在该应用中，进气阀机构34和排气阀机构36由一凸轮、随动件和推杆机构(未示出)进行操作。进气阀机构34和排气阀机构36可在不改变设计主旨的情况下由其它方法操作，诸如，液压的或电气的方法。一台阶形通孔42定位在气缸盖22内，并在顶表面24和底表面26之间延伸。采用定位在气缸体上的气缸盖22，并在该应用中，台阶形通孔42相对于气缸镗孔14对中。作为一变体，台阶形通孔42可以任何方式相对于气缸镗孔14定位。台阶形通孔42包括一传统设计的紧固机构44，诸如一攻丝螺纹部分或一楔形部分。

还如图2所示，一火花塞50或点火装置或用于点燃一易燃混合物的装置定位在台阶形通孔42内。在该应用中，火花塞50是密封设计。火花塞50具有一连接部分52或连接装置(在此应用中是一攻丝螺纹的连接器)。连接部分52和台阶形通孔42的紧固机构44必须能够经受住一燃烧过程中典型的压力、温度和化学相容性。火花塞50以一传统的方式密封地与气缸盖22连接。

在图2中，火花塞50以局部截面图和一放大比例示出。火花塞50包括一绝缘体保持区域54、绝缘体56和一接线端60。接线端60也可以是一用于传导放电的装置。再者，绝缘体56可以是一用于绝缘的装置。接线端60由一具有良好导电性和热阻的材料制成，诸如一镍合金。绝缘体56可操作地电气绝缘接线端60，并在高温环境内保持结构整体性。用于制造绝缘体56的一个这样的材料是一陶瓷材料。绝缘体56连接并覆盖接线端60。绝缘体保持区域54具有火花塞壳70、一连接区域72和一末端及孔部分74。末端及孔部分74具有至少一个孔76。例如，如图2所示，示出一单孔78。在该应用中，单孔78具有一由标号80表示的一轴线，其与气缸体12的气缸镗孔14的轴线轴向地对齐。单孔78具有一预定的尺寸。在不离开设计本质的情况下可使用其它的直径或尺寸。末端及孔部分74形成底部82，其随定位在气缸盖22内的火花塞50部分地对齐在气缸盖的底表面26下。该应用中的火花塞50的底部82形成具有一卵形结构的一茧形，或者具有一抛物线端部83，其延伸越过气缸盖22的底表面26到燃烧室30内。如图3所示，抛物线端部83具有一内表面84和一外表面85。一点火室86在底部82内并由茧形形成。这样，底部82、绝缘体保持区域54和绝缘体56形成一用于形成点火室86的装置。绝缘体保持区域54由这样一材料组成，其具有高导热性、高耐热性并且抗环境腐蚀。同样地，耐蚀表面处理可提供抗腐蚀能力。

作为一变体，末端及孔部分74可具有多于至少一个孔76。例如，如图4，5，6和7所示，示出多个孔88。在该应用中，示出具有一预定尺寸的四个孔。在不离开设计本质的情况下可使用其它的直径或尺寸。在图4中，多个孔88中的每一单个孔是以一圆锥方式离轴线80等距离地隔开。圆锥中心线的顶点在接线端60上或在接线端60下。

如图2所示，陶瓷绝缘体56的下部90包括一销部分92和一元件94，其可以是一件的或其间可包括一电阻(未示出)。作为另一变体，接线端/电阻/电极60可以是陶瓷绝缘体铸模的部分。标号98表示一预定的轴向位置。多个接地件100附连到末端及孔部分74。多个接地件100中的每一个具有一附连端部分102和一电极端部分104。附连端部分102固定地附连到抛物线端部83的内表面84。以及，电极端部分104形成一具有预定距离的间隙105。多个接地件100将点火室86分隔成一后侧部分106和一前侧部分108。前侧部分108最接近活塞16定位，而后侧部分106最远离活塞16定位。多个孔88的一部分通向后侧部分106，以及多个孔88的一部分通向点火室86的前侧部分108。

在图4中，下部90具有一附连在其上的板件120。在该应用中，板件120形成一周界122，其具有一如图5最佳示出的圆柱形结构。板件120将点火室86分隔成一后侧部分106和一前侧部分108。周界122与内表面84隔开一形成间隙105的预定距离。多个孔88的一部分通向后侧部分106，而多个孔88的一部分通向点火室86的前侧部分108。

板件120的周界122可具有多个结构。例如，在图6和图7中，板件120形成多个末端部分124。在该应用中，四个末端部分沿周界122形成，并且等距地隔开，并具有一形成一预定长度“L”的末端126。在该应用中，每一末端长度“L”的长度“L”相等。然而，作为一变体，末端126的数量和每一末端126的长度“L”可变化。此外，每一末端126的长度“L”可以是不相等的长度。所示的多个孔88在高度上与对应的一末端126的高度对齐。

在图7中，末端126的长度“L”具有一锯齿形结构130。再者，如图所示，多个孔88可径向地相对于轴线80定位。同时所示的多个孔88在高度上与末端126的高度对齐，并且大致地与间隙105的高度对齐。

在图8中，末端126具有一锥形的结构140。例如，末端126的一第一边缘142与内表面84隔开一预定距离，而一第二边缘144与内表面84隔开一预定距离，该距离大于第一边缘142的预定距离。从而形成一锥形间隙146。多个孔88在高度上与末端126的高度对齐，并且大致地与间隙146的高度对齐。

在该应用中，点火室86具有一预定的室容积。然而，点火室86的室容积将可根据燃烧室30的排量进行优化或变化。一较大的燃烧室30将具有一较大的点火室86容积，而一较小的燃烧室30将具有一较小的点火室86容积。在该应用中，末端及孔部分74通过一全深度的传统TIG焊接法连接到火花塞壳70。诸如铜焊之类的其它传统的连接方法也可使用，只要作用的方法能经受高温和高压环境。例如，末端及孔部分74可通过一压配合或螺纹连接而连到火花塞壳70。末端及孔部分74可由一第二材料制成，该材料具有高导热率、高热稳定性，以及在高达1150C的高温下抵抗环境腐蚀。在该应用中，第一材料和第二材料是相同的材料。然而，第一材料和第二材料在不改变火花塞50的主旨的情况下可以是不同的材料。

在不改变本实用新型主旨的情况下，可使用构成以上火花塞壳的其它外形的结构；然而，在该应用中，所形成的结构旨在提高制造工艺过程，提高火花塞50的使用寿命并减少从发动机10排出的排放物。实验已表明，该结构将减小或消除预点火和其它爆炸问题，能够提早配时，进一步优化发动机性能。

工业应用

在操作中，火花塞50定位在气缸盖22内。在该应用中，火花塞50螺纹地与气缸盖22的紧固机构44附连。火花塞壳70基本上定位在气缸盖22内，而包含点火室86的末端及孔部分74的底部82延伸到发动机10的燃烧室30内。

使火花塞50的底部82基本上定位在燃烧室30内，则在燃烧室30内燃烧产生的热量传递到火花塞50的火花塞壳70。然而，采用底部82的抛物线结构，则从燃烧过程中传递的热量更容易地耗散，并且由于消除弯角，火花塞的结构整体性因抛物线端部83而提高。从而延长了火花塞50的使用寿命。实验已表明，该结构将减小或消除预点火和其它爆炸问题，能使配时提早，甚至还进一步优化发动机性能。

火花塞50的结构增强发动机10的操作。例如，底部82的抛物线端部83结构改进传热，并改进从点火室86到燃烧室30的排气流动。茧形结构有助于净化燃烧废气和消除截留的燃烧废气。多个孔88的一部分进入到点火室86的后侧部分106内的路线有助于消除截留的燃烧废气，帮助混合并协助净化来自前面燃烧动作的废气。此外，多个点火位置的设计增加跳火花点的数量，从而确保在茧形结构内的点火和燃烧。再者，使底部82嵌入在燃烧室30内，将可增加燃烧过程的速度。采用多个孔88的定向，增强了点火室86内的涡流。使接线端60靠近中心或沿轴线80定位，则燃烧的起始提前，从而提高发动机性能。该结构将允许在间隙105、146设定上进行变化。再者，通过一锥形间隙146，火花将从狭窄端或第一边缘142朝向较宽端或第二边缘144移动，从而将火花暴露到一较大的区域，并加长间隙105、146，改进燃烧。使火花移动更长也将延长电极寿命。再者，锯齿状末端130将降低燃烧电压并改进点火系统寿命。使多个孔88在高度上与间隙105，146对齐，则引入的燃烧空气、空气及燃料将造成一漩涡效应。在如图8所示的结构中，引入的燃烧空气将在电极间隙上从间隙146的狭窄部分吹到间隙146的较宽部分，造成电弧移动。该移动效应将造成电极磨损减小，既可导致更为均匀的磨损，又将电弧暴露在更多的燃烧中，造成较佳的点火起始。具有小间隙部分的锥形可允许一较小的火花电压。当火花朝向类似于绳梯(Jacob’Ladder)那样的较大间隙部分吹时，锥形间隙还引起能够增长的自然火花。

火花塞50的火花塞壳70的结构，使得制造容易降低成本并提高燃烧过程减少排放物。例如，使底部82和连接部分72为分离部件，则提高制造过程。然而，作一变体，部件可制成一体，并消除焊接过程。

这样，本实用新型火花塞50的实施例提高了火花塞50的制造，火花塞50的寿命以及燃烧室30的合成的点火效率，减少排放物。再者，实验已表明，该结构将减小或消除预点火和其它爆炸问题，能使配时提早而进一步减少排放物。

本实用新型的其它方面、目的和优点可从研究附图、描述及附后的权利要求书中获得。

Claims (2)

1.一火花点火式发动机，所述发动机包括：

一气缸体，其具有一顶表面和一其内的气缸镗孔；

一活塞，其可移动地定位在所述气缸镗孔内；

一气缸盖，其具有一底表面并附连到所述气缸体；

一燃烧室，其由所述气缸镗孔、所述活塞和所述气缸盖的所述底表面形成；

一火花塞，其具有一接线端、一绝缘体保持区域以及一绝缘体，所述火花塞至少部分地定位在所述气缸盖内；

其特征在于，所述火花塞是一密封的结构，其形成一点火室；以及

所述点火室基本上定位在所述燃烧室内，以及基本上在所述气缸盖外部。

2.一火花塞，其包括：

一接线端，其是一导电体并具有一热阻；

一绝缘体，其可操作地环绕接线端定位，并在高温环境内保持结构整体性；

一绝缘体保持区域，其可操作地连接到接线端，并具有一火花塞壳、一连接区域和一末端及孔部分；

其特征在于，所述绝缘体保持区域的所述末端及孔部分具有一点火室，并且具有一由一抛物线端部形成的茧形结构。

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