TWM488786U - 用於內燃機的電漿栓塞 - Google Patents

Description

用於內燃機的電漿栓塞

本新型係有關一種電漿栓塞，尤指一種應用於內燃機上的電漿栓塞。

內燃機在動力輸出領域中使用得非常廣泛，其係使用火星塞作為輔助的點火系統，配合壓縮以及其他動作以點燃特定的燃料。火星塞之主要動作在於以兩個電極之間進行高電壓放電，藉以產生點火而達到引擎燃爆運轉之目的。由上得知，火星塞之點火效能優劣及火星塞點火之準確性將攸關引擎效益及出力的性能表現。

因此，為了改善火星塞的放電結構，各種不同的相關研究不斷的在進行中，其中如中華民國專利公告第I431880號之「對稱偶極強電場放電式火星塞」，其係揭露一種對稱式尖端電極的結構，藉此達到對稱放電的火星塞，以提高燃燒的效率。但目前的研發技術中，都針對火星塞放電電極的結構、位置、形狀進行改良，但事實上影響燃油效率的因素還很多。

根據研究，一旦活塞在汽缸內移動超過大約1/3的行程，在點火剛超過上死點(top dead center,TDC)時，會因為火焰缺乏點燃的燃料而使得燃燒過程結束。如此一來，汽缸內剩餘的部分燃燒的燃料和副產品會從排氣管排出引擎，使得燃油效率不佳與造成環境污染。這個問題在引擎速度改變，特別是在換檔的時候更為 嚴重。

一般內燃機引擎中，汽油會在汽缸內會混和空氣，並配合火星塞點燃混合油氣，達到爆炸產生動力之目的，但一般高電壓產生火花的點火方式所產生的絕熱壓縮(adiabatic compression)和震波很少能點燃在汽缸內的所有混合油氣，使得部份燃燒的燃料和副產品會被排出引擎。更甚者，內燃機內部也容易積碳，耗油量亦會增加，使得燃油效率不斷的降低。柴油和汽油內燃機的固有問題是傳統點燃汽缸內混合油氣的方法無法產生足夠的能量，或及時傳送以點燃汽缸內所有內容物。如果整個汽缸內的內容物在剛超過上死點後就被點燃，那麼引擎效能會大幅提升，並減少排出的污染物。

本新型之主要目的，在於提供一種利用電漿點火的內燃機點火系統，而提高點燃內燃機之汽缸內混和油氣的比例。

本新型之另一目的，在於利用電漿點火方式避免引擎轉速改變而降低混和油氣被點燃的比例。

為達上述目的，本新型提供一種用於內燃機的電漿栓塞，包含有一容置殼體、一設置於該容置殼體內並沿該容置殼體之軸向延伸的第一電極、一與該第一電極間隔一第一距離的一第二電極、一位於該容置殼體內並設置於該第一電極與該第二電極之間的電阻構件，以及一固定於該容置殼體外的電容。該容置殼體具有一頂端、一遠離該頂端的底端以及一設置於該頂端與該底端之間的容置空間，一電氣絕緣材料係填充於該容置空間內。該第一電極由 該容置殼體內往該底端方向凸出於該容置殼體外而形成一第一放電端，並該第一電極具有一遠離該第一放電端的第一電連接端。該電容具有一電性連接一高壓電源的第一電板、一電性連接該第一電連接端的第二電板，以及一位於該第一電板與該第二電板之間的介電質。該電阻構件電性連接該第一電極與該第二電極，並於該底端形成一導電路徑以產生電弧，進而於該內燃機內產生電漿粒團(plasmoid)。

本新型具有下列特點：

一、利用第一電極、第二電極配合電阻構件的結構而於該容置殼體的底端形成一導電路徑，配合內燃機之汽缸內的混合油氣進行電漿爆發以產生電漿粒團。

二、藉由電漿點火的方式產生足夠的能量，而無視引擎速度，不論在任何時間點被點燃，皆可以點燃內燃機之汽缸內的絕大部分混和油氣，提升燃燒效率。

10‧‧‧內燃機

11‧‧‧汽缸

20‧‧‧容置殼體

21‧‧‧頂端

22‧‧‧底端

23‧‧‧容置空間

24‧‧‧電氣絕緣材料

25‧‧‧鎖固部

26‧‧‧固定段

30、30a‧‧‧第一電極

31、31a‧‧‧第一放電端

32、32a‧‧‧第一電連接端

40、40a‧‧‧第二電極

41‧‧‧第二放電端

42‧‧‧第二電連接端

50‧‧‧電阻構件

60‧‧‧電容

61‧‧‧第一電板

62‧‧‧第二電板

63‧‧‧介電質

71‧‧‧高壓電源

72‧‧‧火花開關

73‧‧‧火花產生器

80‧‧‧觸發電極

d1‧‧‧第一距離

d2‧‧‧第二距離

圖1，為本新型第一實施例之結構側視示意圖。

圖2，為本新型第一實施例之組裝配置示意圖。

圖3A，為本新型第一實施例之部分剖面結構示意圖。

圖3B，為本新型第一實施例之底視示意圖。

圖4A，為本新型第二實施例之部分剖面結構示意圖。

圖4B，為本新型第二實施例之底視示意圖。

圖5，為本新型第三實施例之結構側視示意圖。

圖6A，為本新型第三實施例之部分剖面結構示意圖。

圖6B，為本新型第三實施例之底視示意圖。

有關本新型之詳細說明及技術內容，現就配合圖示說明如下：請參閱「圖1」、「圖2」、「圖3A」及「圖3B」所示，本新型係為一種用於內燃機的電漿栓塞，其係組裝設置於一內燃機10之汽缸11上，並包含有一容置殼體20、一設置於該容置殼體20內並沿該容置殼體20之軸向延伸的第一電極30、一與該第一電極30間隔一第一距離d1的一第二電極40、一位於該容置殼體20內並設置於該第一電極30與該第二電極40之間的電阻構件50，以及一固定於該容置殼體20外的電容60。該容置殼體20具有一頂端21、一遠離該頂端21的底端22以及一設置於該頂端21與該底端22之間的容置空間23，一電氣絕緣材料24係填充於該容置空間23內，於本實施例中，該容置殼體20更具有一相鄰於該底端22的鎖固部25，該鎖固部25係供該容置殼體20鎖合固定於該內燃機10上。該第一電極30由該容置殼體20內往該底端22方向凸出於該容置殼體20外而形成一第一放電端31，並該第一電極30具有一遠離該第一放電端31的第一電連接端32。該電容60具有一電性連接一高壓電源71的第一電板61、一電性連接該第一電連接端32的第二電板62，以及一位於該第一電板61與該第二電板62之間的介電質63，需特別說明的是，於本實施例中，該電容60的一端連接至該高壓電源71，另外一端係透過一火花開關72(spark switch)電性連接至該第一 電連接端32，且該電容60亦可以依照使用需求而使用一個以上，並以串連的方式電性連接。該電阻構件50電性連接該第一電極30與該第二電極40，並於該底端22形成一導電路徑以產生電弧，進而於該內燃機10內產生電漿粒團。

更進一步的說明，於本實施例中，該第二電極40平行於該第一電極30而設置於該容置殼體20內並沿該容置殼體20之軸向往該底端22方向延伸，且凸出於該容置殼體20外而形成一第二放電端41，較佳的，該第一電極30與該第二電極40之間之第一距離d1為1~10毫米(mm)。該第二電極40遠離該第二放電端41的一側具有一第二電連接端42，該第二電連接端42於本實施例中係為接地。其中，該容置殼體20更具有一設置於該頂端21與該底端22之間的固定段26，該電容60為環形而圈繞在該容置殼體20且固定於該固定段26上，而該容置空間23係位於該固定段26與該底端22之間。除此之外，該第一電極30與該第二電極40的至少其中之一的材質為二氧化釕，以提供額外的氧原子。當電流通過二氧化釕，氧原子(離子)會由該第一放電端31與該第二放電端41的暴露部分釋放至汽缸11內的混合油氣，進一步激發與產生電漿粒團。本新型也可利用其他電極材料來提供離子，其可強化燃燒過程，降低汽缸11磨耗與提供其他的優點。而於本實施例中，該電阻構件50之材質為碳薄膜，該電氣絕緣材料24為陶瓷。薄長條碳薄膜的電阻構件50係用來提供導電路徑以於電極間產生電弧，而不是火花。

因此，該電漿栓塞的動作方式如下：由該高壓電源71提供該電容60足夠的儲存電力，而在系統決定了適當的點火時間，電容60所儲存的能量會提供電極足夠的電流， 而在底端22透過該第一電極30、該第二電極40以及該電阻構件50產生電漿電弧。根據該第一電極30、該第二電極40以及該電阻構件50特定的幾何形狀，電流所產生的電漿爆發會有特定的形狀，而可稱為電漿粒團。一般來說，於本新型之結構及需求狀況下，該電漿粒團具有約5-50ev(電子伏特，electron volt，1ev約11,331℃)的溫度，並且為液態流動的離子化氣體形式。因此，電漿的活動和形狀一般會遵循流體力學的原則。當電漿粒團在容置殼體20的底端22產生時，電流會產生相當大的磁場，促使電漿粒團離開容置殼體20的底端22而進入汽缸11。電漿粒團的整體大小和形狀會迅速膨脹而充滿整個汽缸11腔室。在汽缸11內產生的震波效應會進一步提高電漿粒團的溫度。迅速膨脹的電漿粒團會充滿整個汽缸11腔室，使其整個內部燃燒。如前述，傳統的點火系統必須特別地與精確地產生油氣混合，以便在某一轉速(RPM，每分鐘轉速)下達到腔室最有效的燃燒效率。本新型的電漿點火實質上可完全燃燒，達到更高的效率與更低的汙染。

請再配合參閱「圖4A」及「圖4B」所示，本新型更可具有一設置於該容置殼體20內並沿該容置殼體20之軸向往該底端22方向延伸的觸發電極80，該觸發電極80係與該電阻構件50間隔一第二距離d2，並與該第一電極30與該第二電極40之位置形成三角形，該觸發電極80係透過該容置殼體20的頂端21而與一傳統的汽車點火系統的火花產生器73電性連接。在此實施例中，觸發電極80可以提供點燃混和油氣的火花，因此，可以省略火花開關72的使用。更進一步的說明，該觸發電極80係與該第一電極30及該第二電極40等距離設置，並且該第二距離d2小於該第一距離d1。

此外，請再配合參閱「圖5」、「圖6A」及「圖6B」所示，其係為本新型之另一實施例，該第一電極30a係設置於該容置殼體20的中心，並同樣具有以軸向延伸方式穿出於該底端22形成的該第一放電端31a，以及遠離該第一放電端32a的第一電連接端32a，而該第二電極40a則為該容置殼體20對應於該底端22的外壁面，而該電阻構件50a係設置於該容置殼體20內，並由該第一電極30a往該第二電極40a方向延伸並電性連接於該第一電極30a及該第二電極40a。藉此，如同先前方式進行點火時，便會因為該第一電極30a與該第二電極40a的形狀與結構，而形成如甜甜圈型或球狀的電漿粒團，由該第一電極30a的高電壓與該第二電極40a的接地之間的電流透過離子化電漿產生的磁力，迅速被推向汽缸11內。

綜上所述，本新型具有以下特點：

一、利用第一電極、第二電極配合電阻構件的結構而於該容置殼體的底端形成一導電路徑，配合內燃機之汽缸內的混合油氣進行電漿爆發以產生電漿粒團。

二、藉由電漿點火的方式產生足夠的能量，而無視引擎速度，不論在任何時間點被點燃，皆可以點燃內燃機之汽缸內的絕大部分混和油氣，提升燃燒效率。

三、透過該觸發電極的設置，更進一步提升點火技術，同時適用於傳統內燃機之結構，符合使用需求。

四、利用第一電極位於容置殼體中心，且第二電極設置於外環的方式，提供球狀或甜甜圈形的電漿粒團，以達到對稱均勻的爆發效果。

因此本新型極具進步性及符合申請新型專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本新型做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本新型之一較佳實施例而已，當不能限定本新型實施之範圍。即凡依本新型申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本新型之專利涵蓋範圍內。

20‧‧‧容置殼體

21‧‧‧頂端

22‧‧‧底端

23‧‧‧容置空間

24‧‧‧電氣絕緣材料

25‧‧‧鎖固部

26‧‧‧固定段

30‧‧‧第一電極

31‧‧‧第一放電端

32‧‧‧第一電連接端

40‧‧‧第二電極

41‧‧‧第二放電端

42‧‧‧第二電連接端

50‧‧‧電阻構件

60‧‧‧電容

61‧‧‧第一電板

62‧‧‧第二電板

63‧‧‧介電質

71‧‧‧高壓電源

72‧‧‧火花開關

Claims (10)

1. 一種用於內燃機的電漿栓塞，包含有：一容置殼體，具有一頂端、一遠離該頂端的底端以及一設置於該頂端與該底端之間的容置空間；一填充於該容置空間內的電氣絕緣材料；一設置於該容置殼體內並沿該容置殼體之軸向延伸的第一電極，該第一電極由該容置殼體內往該底端方向凸出於該容置殼體外而形成一第一放電端，並該第一電極具有一遠離該第一放電端的第一電連接端；一與該第一電極間隔一第一距離的一第二電極；一位於該容置殼體內並設置於該第一電極與該第二電極之間的電阻構件，其電性連接該第一電極與該第二電極；以及一固定於該容置殼體外的電容，該電容具有一電性連接一高壓電源的第一電板、一電性連接該第一電連接端的第二電板，以及一位於該第一電板與該第二電板之間的介電質。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該容置殼體更具有一設置於頂端與該底端之間的固定段，該電容係固定於該固定段上，而該容置空間係位於該固定段與該底端之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該電容為環形而圈繞在該容置殼體外，並固定於該固定段上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該第一電極與該第二電極的至少其中之一的材質為二氧化釕。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該電阻構件之材質為碳薄膜，該電氣絕緣材料為陶瓷。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該容置殼體更具有一相鄰於該底端的鎖固部，該鎖固部係供該容置殼體鎖合固定於該內燃機上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該第一電極設置於該容置殼體的中心，該第二電極則設置於相鄰於該容置殼體的一外壁面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該第二電極設置於該容置殼體內並沿該容置殼體之軸向往該底端方向延伸，且凸出於該容置殼體外而形成一第二放電端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中更具有一設置於該容置殼體內並沿該容置殼體之軸向往該底端方向延伸的觸發電極，該觸發電極係與該電阻構件間隔一第二距離，並與該第一電極與該第二電極之位置形成三角形。
10. 如申請專利範圍第9項所述之用於內燃機的電漿栓塞，其中該觸發電極係與該第一電極及該第二電極等距離設置。