CN110581443A - 预燃室火花塞 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的火花塞包括：包括接线柱的主体、中心电极以及包括螺纹部分的安装套筒。预燃烧腔限定在主体内。中心电极的自由端延伸到预燃烧腔中，并且多个柱穿过安装套筒设置在螺纹部分处，多个柱中的每一个至少部分地以预定距离(d)突出到室中。具有一个或多个肢体的电极连接到中心电极的自由端。盖帽设置成封闭预燃烧腔的开口端。

Description

预燃室火花塞

技术领域

本专利发明总体上涉及内燃机，并且更具体地涉及一种预燃室火花塞。

背景技术

采用气体燃料运行的发动机通常借助于稀燃料混合物运行。气体燃料常常是在与进气或增压空气混合的情况下被分配到发动机汽缸内之前在发动机的进气歧管中供应，当处于发动机汽缸内时，气体燃料的性质要求存在剧烈的火花才能被点燃。所采用的稀燃料混合物通常情况下难以被可靠地点燃，而且常常还会导致不完全燃烧、打不着火、爆燃、燃料经济性差等现象。通常负责点燃汽缸内的稀空气/燃料混合物的装置是火花塞。火花塞单独地或在燃烧预燃室内用来点燃火焰，在此之后，火焰作为供应到汽缸内的燃烧物质而传播到汽缸内或从预燃室传播。

预燃室或预燃烧室火花塞是在发动机的预燃烧室中使用的火花点火装置，以增强稀燃发动机(如天然气稀燃发动机)中的稀燃极限。在标题为“预燃室火花塞”的美国专利申请公开2016/0254650 A1(“Kuhnert”)中提出了预燃烧室火花塞的一个示例，该专利申请描述了一种预燃烧室火花塞，其中接地电极被体现为可以焊接到火花塞主体的通道中的基本上圆柱形的销。

尽管预燃烧室火花塞至少部分地有效实现了比传统开放式空气火花塞更可靠的稀空气/气体燃料混合物点火，但一直却希望能改善发动机汽缸内的可靠点火。

发明内容

在一个方面，本发明描述了一种用于内燃机的火花塞。火花塞包括主体，该主体具有适于连接到电势源的接线柱。中心电极电连接到接线柱。安装套筒包括螺纹部分，其中中心电极至少部分地延伸穿过安装套筒。内部绝缘体设置在中心电极的至少一部分与安装套筒之间。预燃烧腔部分地限定在主体内和安装套筒与螺纹部分之间，其中中心电极的自由端延伸到预燃烧腔中。多个柱穿过安装套筒设置在螺纹部分处，多个柱中的每一个至少部分地以预定距离(d)突出到室中。具有一个或多个肢体的电极连接到中心电极的自由端，该一个或多个肢体中的每一个延伸到预燃烧腔中并且设置在距离多个柱中的一个对应柱的相应间隙处，每一个相应间隙具有预定长度(D)。盖帽设置成封闭预燃烧腔的开口端，盖帽连接到螺纹部分并具有形成一个或多个开口的杯形端。

在另一方面，本发明描述了一种用于内燃机的火花塞。火花塞包括具有沿轴向延伸的中心线的主体，该主体包括适于连接到电势源的接线柱。中心电极电连接到接线柱。螺纹部分经由安装套筒连接到接线柱，该螺纹部分形成孔，该孔具有在轴向方向上与接线柱相对的开口端。预燃烧腔限定在主体中的与接线柱相对的区域中，并且还限定在螺纹部分的孔内并占据该孔。盖帽连接到螺纹部分并封闭开口端。中心电极的自由端延伸到预燃烧腔中并连接到具有一个或多个肢体的电极，该一个或多个肢中的每一个延伸到预燃烧腔中。多个柱穿过螺纹部分设置并以预定距离(d)突出到室中。多个柱中的每一个设置在距离一个或多个肢体中的一个对应肢体的相应间隙处，每一个相应间隙具有预定长度(D)。

附图说明

图1是根据本发明的预燃室火花塞。

图2是根据本发明的火花塞的第一实施例的室的侧视放大剖视图。

图3是根据本发明的火花塞的第二实施例的室的侧视放大剖视图。

图4是根据本发明的火花塞的第三实施例的室的侧视放大剖视图。

图5是图4所示的火花塞实施例的室的端视放大剖视图。

具体实施方式

本发明适用于内燃机，并且更具体地适用于采用气体燃料运行的发动机，所述发动机可以包括或可以不另外包括预燃烧室，预燃烧室与主燃烧室分离并且还与形成在火花塞的主体内的任何腔分离，该火花塞设置成与发动机燃烧室连通，如下所述。根据本发明的火花塞可以在发动机的预燃烧室内使用，或者直接在发动机的主燃烧室中使用，以便在发动机燃烧室和/或预燃烧室中可靠地点燃空气与气体燃料的混合物。图1是根据本发明的火花塞100的侧视概要图。火花塞100在一端包括接线柱102。在运行期间，承载高电势的电连接器(未示出)可以按照已知的方式连接到接线柱102上。接线柱102设置在绝缘体104的一端，绝缘体104由陶瓷等电绝缘材料制成并且可以围绕和包围火花塞100的其他内部电气部件，例如，内部电气部件的传统火花塞布置中的接线柱102的内部部分或延伸部、抑制器、弹簧和/或类似部件。绝缘体104可以包括放大的下段106，下段106包围内部绝缘体108，例如如图2所示。内部绝缘体108将安装套筒110电隔离，安装套筒110包括六角形轮廓，由金属或其他导电材料制成并且包括螺纹部分112，火花塞100利用螺纹部分112可以连接到发动机的配合螺纹开口。

中心电极114电连接到接线柱102并且延伸穿过火花塞100并进入预燃烧室部分116中。在运行期间，通过接线柱102提供的电势通过火花塞100传递到内部端子上，该内部端子在接地时经由螺纹部分112以典型的方式将火花提供到发动机。中心电极114与安装套筒110和螺纹部分112电绝缘，而螺纹部分112构成火花塞100的配合接地电极。中心电极114连接到火花电极组件118，火花电极组件118悬挂在预燃烧室120内，预燃烧室120限定在火花塞100的预燃烧室部分116内。接地电极柱122嵌入预燃烧室120的侧壁中并以距离d延伸进入预燃烧室120中，这样使得柱122位于与在火花电极组件118的分支124的自由端处形成的尖端相距预定间隙距离D处。

在本发明中，短语“预燃烧室”用于指代附图中由附图标记120表示的腔，但应当理解的是，这种命名方式不是也不需要指代发动机的预燃烧室或“预燃室”；火花塞100可以直接与发动机的主燃烧室产生流体接触，取代非预燃烧或“开放火花”塞，并且替代地可以在发动机的预燃烧室内使用，此举将会使火花塞100与发动机的主燃烧室产生间接流体接触。

预燃烧室120(或简称为室120)形成为空心圆柱形壁内的大致圆柱形腔，该空心圆柱形壁形成为螺纹部分112内的火花塞100的主体的一部分并且在螺纹部分112的上方和下方轴向延伸，使得室120的容积得到最大化。在图2所示的实施例中，螺纹部分112形成在两个同心配合的元件内(由螺纹部分112形成的外杯或外壳和在一端开口的内杯126)，内杯126面向分支124并在底端128处封闭，并且内杯126形成室120的一端。在底端128处或其周围，形成一个或多个开口130，这些开口允许腔室120与火花塞100的外部环境之间的直接流体连通，例如，其中安装火花塞的发动机的燃烧室。

在图2所示的实施例中，内杯126沿轴向向上延伸到高度H，高度H位于中心电极114和分支124的连接点上方。内杯126的内表面被扩孔到期望的和/或受控的尺寸，以便在分支124上实现尺寸控制的同时提供分支124与柱122之间的期望距离d和D.应注意，尽管柱122被示出为延伸穿过螺纹部分112和内杯126的内壁和外壁这两者的壁，但是，柱122可以更短，并且仅延伸穿过内杯126的侧壁。

在图3、图4和图5中示出了火花塞100的某些替代实施例。在这些实施例中，与结合图2所示实施例进行描述的对应特征和结构相同或相似的特征和结构由与之前为简单起见而使用的相同附图标记表示，但应当理解的是，如下所述，可能存在至少一些差异。

图3中示出了火花塞100的第一替代或第二实施例。此附图示出是视角与图2类似的火花塞100的替代实施例，可以看出，外杯或螺纹部分112包括至少沿着分支124周围的区域限定腔室120的一部分的内表面202。内杯形成来更多地像盖帽204，盖帽204包括圆柱形壁206和凸形端盖帽208，凸形端盖帽208形成室120的端部并形成开口130。壁206适合螺纹部分112的内径，以将盖帽204附接到火花塞100并且还限定室120的下边界。在这种构造中，相对于图2所示的构造，室120的容积和内部尺寸得到增大，这样便允许大量的助燃化合物进入其中并由此有助于实现更稳定的火焰。在图3的实施例中，柱122是连接的并在壁206上方的区域中延伸穿过螺纹部分112。

图4和图5从两个不同的横截面视角示出了火花塞100的另一个或第三实施例。在与图3中所示的实施例相似的本实施例中，盖帽204包括壁206的平坦环形顶表面，其具有内部倒角302。当比较图3和图4中的实施例时，可以看出，图4的实施例中壁206的高度比图3的实施例中壁206的对应高度更短，从而进一步扩大了室120的容积。此外，倒角302有助于材料通过开口130进入和离开腔室120的旋涡运动。

如图5所示，分支124包括以共面配对方式布置的四个分开的肢体304。每对肢体304沿第一平面306和第二平面308布置，第一平面306和第二平面308以角度α设置并且沿着轴线A重合，该轴线也与火花塞100的中心线L重合。在所示实施例中，角度α为约45度。

工业实用性

本发明总体上涉及内燃发动机，并且更具体地涉及用于与气体燃料一起运行的发动机的火花塞的一个或多个实施例，该气体燃料可以单独地使用或者作为其他燃料(如柴油)的补充而使用，从而在至少一些运行条件下使发动机运行。用于使发动机运行的气体燃料可以是天然气、液化石油气(LPG)、沼气或任何其他可燃燃料，气体燃料在发动机汽缸的上游提供，与空气混合或者直接进入发动机的汽缸中。

在与气体燃料一起运行的某些发动机中，发动机汽缸中提供的空气/燃料混合物或比率可以是稀薄的，并且在含有空气和燃料的可燃混合物存在下在室内产生的火花可以提供点火。然后，通过开口将在室内点燃的燃烧中的可燃混合物提供到发动机的主燃烧室中，以使火焰传播并完成燃料在发动机燃烧室内的燃烧。本文所述的火花塞的实施例被有利地构造成使腔室的体积或内腔尺寸最大化，从而在各种各样的发动机运行条件(比如，低环境温度、高海拔等条件)下提供更可靠的点火，在这些条件下，现有火花塞配置下的可靠燃烧通常不是那么可靠。

应当理解，前面的描述提供了所公开的***和技术的示例。然而，可以想到的是，本发明的其他实施方式可以与前述示例在细节上有所不同。对本发明或其示例的所有引用旨在参考当时讨论的特定示例，并不旨在更普遍地暗示对本发明范围的任何限制。关于某些特征的所有区分语言和贬低语言旨在表示缺乏对这些特征的偏好，但除非另有说明，否则没有完全将其排除在本发明的范围之外。

除非本文另有说明，本文所述的数值的范围仅仅旨在用作分别指代该范围内的每个独立值的简化方法，并且每个独立值与它在这里被单独引述一样引用到说明书中。除非在本文另有说明或与上下文形成矛盾，本文所述的所有方法都可以以任何合适的顺序进行。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的火花塞，包括：

主体，所述主体包括适于连接到电势源的接线柱；

中心电极，所述中心电极电连接到所述接线柱；

安装套筒，所述安装套筒包括螺纹部分，其中所述中心电极至少部分地延伸穿过所述安装套筒；

内部绝缘体，所述内部绝缘体设置在所述中心电极的至少一部分与所述安装套筒之间；

预燃烧腔，所述预燃烧腔部分地限定在所述主体内和所述安装套筒与所述螺纹部分之间，其中所述中心电极的自由端延伸到所述预燃烧腔中；

多个柱，所述多个柱穿过所述安装套筒设置在所述螺纹部分处，所述多个柱中的每一个至少部分地以预定距离(d)突出到所述室中；

电极，所述电极具有连接到所述中心电极的所述自由端的一个或多个肢体，所述一个或多个肢体中的每一个延伸到所述预燃烧腔中并且设置在距离所述多个柱中的一个对应柱的相应间隙处，每一个相应间隙具有预定长度(D)；以及

盖帽，所述盖帽设置成封闭所述预燃烧腔的开口端，所述盖帽连接到所述螺纹部分并具有形成一个或多个开口的杯形端。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中所述盖帽包括形成圆柱形套筒的圆柱形壁，所述圆柱形套筒在与所述多个柱重叠的位置处从所述杯形端延伸到所述螺纹部分中，并且其中所述柱进一步延伸穿过所述圆柱形套筒。

3.根据权利要求2所述的火花塞，其中所述圆柱形套筒具有内部段，所述内部段在轴向位置处扩孔至期望尺寸，所述轴向位置至少与所述电极的所述一个或多个肢体重叠。

4.根据权利要求1所述的火花塞，其中所述盖帽还包括圆柱形壁，所述圆柱形壁配合地接合在所述螺纹部分中形成的圆柱形孔的内径并至少部分地限定所述室。

5.根据权利要求4所述的火花塞，其中所述圆柱形壁相对于所述火花塞的不与所述电极重叠的中心线延伸到所述室内的轴向长度。

6.根据权利要求4所述的火花塞，其中所述圆柱形壁具有平坦环形端表面和内凹表面。

7.根据权利要求6所述的火花塞，其中所述盖帽还包括在所述平坦环形端表面与所述凹表面之间形成的倒角。

8.根据权利要求1所述的火花塞，其中所述电极包括四个肢体。

9.根据权利要求8所述的火花塞，其中所述四个肢体布置成两对，每一对包括两个肢体，所述两个肢体围绕所述火花塞的中心线在径向方向上对齐并共面，其中第一平面和第二平面由所述两对肢体限定。

10.根据权利要求9所述的火花塞，其中所述第一平面和所述第二平面相对于彼此以角度(α)设置并且沿着所述火花塞的所述中心线重合。