CN114122915B - 预燃室火花塞总成及发动机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种预燃室火花塞总成，该预燃室火花塞总成包括火花塞、预燃室和缸盖，火花塞的下部与预燃室的上部相连，预燃室的下部安装在缸盖内，预燃室包括长筒形的下腔体，火花塞与下腔体连通，下腔体贯穿缸盖。预燃室包括下腔体，下腔体外壁具有更大的散热面积，可有效减少传递到侧电极以及中心电极的热量，避免侧电极和中心电极被烧蚀。

Description

预燃室火花塞总成及发动机

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，特别涉及一种预燃室火花塞总成及发动机。

背景技术

为了提高发动机的热效率，相关技术通过废气再循环技术以及提高发动机的压缩比来提高发动机的热效率，但是这会增加发动机点火的难度并降低燃烧速率。为了解决点火困难及燃烧速率降低的问题，相关技术通过设置预燃室来局部加浓降低点火难度，预燃室喷射点火增加主燃烧室的点火点，提高发动机的燃烧速率。但是相关技术中的预燃室的空间较小，火花塞的布置空间严重受限，预燃室散热效果不佳，高温易造成火花塞烧蚀。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种预燃室火花塞总成及发动机，具有更好的散热效果。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，提供了一种火花塞总成，所述预燃室火花塞总成包括火花塞、预燃室和缸盖，所述火花塞的下部与所述预燃室的上部相连，所述预燃室的下部安装在所述缸盖内，

所述预燃室包括长筒形的下腔体，所述火花塞与所述下腔体连通，所述下腔体贯穿所述缸盖。

可选地，所述下腔体的内径从上至下逐渐减小。

可选地，预燃室的底端设置有至少一个喷孔，所述下腔体通过所述喷孔与发动机主燃烧室连通。

可选地，所述喷孔的轴线与所述下腔体的轴线之间在朝向燃烧室方向的夹角范围为50°～85°。

可选地，所述火花塞包括中心电极、隔热件和壳体，所述隔热件围绕所述中心电极，所述隔热件的下部安装在所述壳体内，所述壳体包括隔断腔，所述隔断腔内设置有侧电极，所述中心电极从所述隔热件的端部开口伸出至所述隔断腔内，所述侧电极间隔环绕所述中心电极。

可选地，所述中心电极包括凹部，所述凹部位于中心电极的下部，且所述凹部被所述隔热件环绕。

可选地，所述隔热件包括凸部，所述壳体还包括限位腔，所述凸部位于所述限位腔内。

可选地，所述预燃室火花塞总成还包括平垫圈，所述平垫圈位于所述壳体与所述预燃室之间。

可选地，所述火花塞还包上垫圈、缓冲套和下垫圈，所述上垫圈、缓冲套和下垫圈环绕在所述隔热件外壁与所述限位腔的内壁之间。

可选地，所述隔热件为绝缘陶瓷体。

另一方面，提供一种预燃室火花塞总成的装配方法，用于装配上述的预燃室火花塞总成，包括：

将所述中心电极从所述隔热件的上端***到所述隔热件中；

将所述隔热件安装到所述壳体中，完成预燃室火花塞的封装；

将所述预燃室火花塞与所述预燃室连接安装并紧固；

将所述预燃室火花塞总成利用专用工具安装到缸盖中。

又一方面，提供了一种发动机，所述发动机包括上述的预燃室火花塞总成。

本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本申请提供的预燃室火花塞总成中，预燃室包括下腔体，燃油蒸汽在预燃室的下腔体内燃烧，下腔体为长筒形且贯穿缸盖，预燃室火花塞侧电极具有更大的散热面积，燃油蒸汽在火花塞附近燃烧产生的热量，可有效传递到火花塞外壁散热，避免火花塞的电极被烧蚀，增加了火花塞的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的预燃室火花塞总成的装配体剖视图；

图2为本申请实施例提供的火花塞的剖视图；

图3为本申请实施例提供的火花塞总成的示意图；

图4为本申请实施例提供的火花塞总成的底部视图；

图5为本申请实施例提供的预燃室的局部剖视图；

图6为本申请实施例提供的预燃室火花塞总成的装配方法的流程图。

图中的附图标记分别表示为：

1-中心电极；

100-异形部；

101-凹部；

102-椭球部；

103-台阶面；

104-下端部；

2-隔热件；

201-端部开口；

202-凸部；

203-第一限位面；

3-缓冲结构；

301-上垫圈；

302-缓冲套；

303-下垫圈；

4-壳体；

401-隔断腔；

402-侧电极；

4021-扇形电极；

403-间隙；

404-壳体外螺纹；

405-限位腔；

406-开口；

407-棱柱体；

408-第二限位面；

409-平垫圈；

5-火花塞；

6-预燃室；

601-下腔体；

602-过渡腔体；

603-上腔体；

604-预燃室外螺纹；

605-喷孔；

7-缸盖；

8-预燃室垫圈；

9-缓冲垫。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中所涉及的方位名词，如“上”、“下”、“侧”等，一般以图1中所示方位的相对关系为基准，且采用这些方位名词仅仅是为了更清楚地描述结构和结构之间的关系，并不是为了描述绝对的方位。在产品以不同姿态摆放时，方位可能发生变化，例如“上”、“下”可能互换。

除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。下面对本申请实施例中出现的一些技术术语进行说明。

在本申请实施例中，所涉及的“缸盖”一般被安装在发动机气缸上，用于密封气缸并形成主燃烧室。

第一方面，本申请实施例提供了一种预燃室火花塞总成，如图1所示，该预燃室火花塞总成包括火花塞5、预燃室6和缸盖7，火花塞5的下部与预燃室6的上部相连，预燃室6的下部安装在缸盖7内，预燃室6包括长筒形的下腔体601，括火花塞5与下腔体601连通，下腔体601贯穿缸盖7。

本申请提供的预燃室火花塞总成中，预燃室6包括下腔体601，燃油蒸汽在预燃室6的下腔体601内燃烧，下腔体601为长筒形且贯穿缸盖7，预燃室火花塞侧电极具有更大的散热面积，燃油蒸汽在火花塞5附近燃烧产生的热量，可有效传递到火花塞5的外壁散热，避免火花塞5的电极被烧蚀，增加了火花塞的可靠性。

为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，该预燃室火花塞总成包括火花塞5、预燃室6和缸盖7，火花塞5包括中心电极1、隔热件2和壳体4，中心电极1从隔热件2的上端***到隔热件2中，使隔热件2环绕中心电极1，中心电极1的下端部104从隔热件2下端的端部开口201中伸出，隔热件2的下部安装到壳体4内，壳体4的下部与预燃室6相连，预燃室6的下部安装在缸盖7内，并通过下腔体601贯通缸盖7。壳体4包括隔断腔401，隔断腔401内设置有侧电极402。中心电极1的上部设置有台阶面103，台阶面103与隔热件2的上端面相抵，以限制中心电极1与隔热件2的相对位置。中心电极1从隔热件2的端部开口201伸出，并延伸至壳体4的隔断腔401内。侧电极402位于隔断腔401内，且隔断腔401的内壁与侧电极402相连，侧电极402间隔环绕中心电极1，侧电极402与中心电极401之间存在间隙403，中心电极1通电时，侧电极402与中心电极1之间产生电火花。隔断腔401通过侧电极402与中心电极401之间的间隙403与预燃室6的下腔体601连通。

在本申请的一些实施例中，如图3-4所示，侧电极402可以包括多个扇形电极4021，多个扇形电极4021可以通过焊接的方式与壳体4相连，或通过冲压工艺与壳体4一体成型。每两个相邻的扇形电极4021之间间隔相同的距离，且每个扇形电极4021与中心电极1同圆心且具有相同的内径，以使每个扇形电极4021与中心电极1之间的间隙403保持一致。例如，参见图4，扇形电极4021可以为3个，每个扇形电极4021的圆心角可以为110°。该扇形电极4021的表面积较大，能够耐受更高的温度且具有更好的散热效果，从而有效避免侧电极402被烧蚀。

在本申请的一些实施例中，参见图2，中心电极1可包括异形部100，异形部100中心电极1的下部，且被隔热件2环绕。如图2中异形部100的局部视图所示，异形部100可包括凹部101，中心电极1在凹部101处的直径小于中心电极1的主体部分的直径。在发动机运行的过程中，预燃室6内有燃油蒸汽燃烧，中心电极1的下端部104受热具有较高的温度，异形部100可以减少中心电极1的下端部104的热量向中心电极1的上部传递，从而使中心电极1主要通过隔热件2进行散热。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，异形部100还可包括椭球部102，椭球部102与凹部101的下端相连，椭球部102与凹部101的连接处为平滑的圆角，且椭球部102的横截面长轴长度与中心电极1的主体部分的直径相同，椭球部102的横截面短轴长度与凹部101的长度大致相同，中心电极1的下端部104的直径小于其主体部分的直径。隔热件2内设置有向下倾斜的第一限位面203，中心电极1***到隔热件2内时，椭球部102的下表面与第一限位面203相抵，中心电极1的下端部104***隔热件2并从隔热件2的端部开口201伸出。隔热件2通过第一限位面203限制中心电极1在隔热件2内的位置。

如图5所示，预燃室6包括下腔体601、过渡腔体602和上腔体603。其中，上腔体603用于与壳体4的下部相连。下腔体601的内径小于上腔体603，过渡腔体602位于上腔体603和下腔体601之间。其中下腔体601和过渡腔体602的内径可从上至下逐渐减小。过渡腔体602的下端与下腔体601的上端相连，下腔体601的上端具有较大的内径，下腔体601的下端具有较小的内径，预燃室6下端的壁厚从上至下逐渐增大。下腔体601也可以是直筒型，下腔体601的长度略大于缸盖7在安装预燃室6处的厚度。隔断腔401的外壁***到上腔体603中，中心电极1和侧电极402通过过渡腔体602与下腔体601连通。

在本申请的一些实施例中，参见图5，预燃室6的底端设置有至少一个喷孔605，下腔体601通过喷孔605与发动机主燃烧室连通。多个喷孔605均匀地间隔布置在预燃室6的底端，且每个喷孔605的轴线与下腔体601的轴线在朝向燃烧室方向的夹角范围为50°～85°。在火花塞点火时，下腔体605内的燃油蒸汽先被点燃，火焰通过多个喷孔605以多个角度斜向喷射进入发动机主燃烧室，从而点燃主燃烧室内的燃油蒸汽，使主燃烧室内的燃油蒸汽充分燃烧。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，隔热件2包括凸部202，壳体4包括限位腔405，凸部202位于限位腔405内，以限制隔热件2与壳体4的相对位置。壳体4的上端部可弯折，形成可变形的开口406，凸部202通过开口406***到限位腔405中。在安装该预燃室火花塞总成时，需先将中心电极1***到隔热件2中，再将隔热件2的凸部202***到壳体4中，并压弯壳体4的上端部，以缩小开口406，使开口406的直径小于凸部202的直径，防止隔热件2与壳体4脱离。

可以理解的是，如图2所示，为了限制隔热件2***到壳体4内的深度，壳体4的下部设置有第二限位面408。第二限位面408斜向下方倾斜，隔热件2下部的直径从上至下逐渐减小，从而使隔热件2的外侧壁与第二限位面408相抵。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，隔热件2与壳体4在第二限位面408处可设置有缓冲垫9，缓冲垫9具有弹性，以保护隔热件2与壳体4的接触面。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，该预燃室火花塞总成还可包括缓冲结构3，缓冲结构3安装在凸部202与限位腔405的上端内壁之间。在壳体4的上端部弯折时，缓冲结构3可以避免壳体4的上端部与凸部202直接接触，防止隔热件2被挤压变形。具体地，缓冲结构3可包括上垫圈301、缓冲套302和下垫圈303。上垫圈301、缓冲套302和下垫圈303环绕在隔热件2外壁上，并与限位腔405的内壁接触。其中，上垫圈301和下垫圈303具有相同的结构，其横截面的形状可为圆形，缓冲套302的横截面可为矩形，上垫圈301和下垫圈303分别与形成开口406和形成凸部202的圆角表面接触，缓冲套302设置在上垫圈301和下垫圈303之间，以避免隔热件2的外壁与壳体4的内壁直接接触。

可以理解的是，如图2所示，为了连接壳体4和预燃室6，壳体4的下部外表面可设置有壳体外螺纹404，预燃室6的上腔体603设置有相适配的内螺纹(参见图1)，以使壳体4的下部安装到预燃室6的上腔体603中。

在本申请的一些实施例中，如图2-4所示，壳体4在限位腔405处的外壁上形成有棱柱体407，该棱柱体407的横截面可以为正六边形，便于利用工具固定棱柱体407，以将壳体4旋入到预燃室6的上腔体603中。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，该预燃室火花塞总成还可包括平垫圈409，平垫圈409位于壳体4与预燃室6之间。具体地，如图1-2所示，壳体4在限位腔405处具有较大的直径，壳体4在限位腔405之下的位置设置有壳体外螺纹404，平垫圈409的内径与壳体4在壳体外螺纹405处的外径相等。平垫圈409从壳体4的下端套到壳体4外，使平垫圈409的上表面与限位腔405的外侧下端面相抵。在壳体4的壳体外螺纹404旋入到预燃室6的上腔体603内时，平垫圈409的下表面与预燃室6的外侧上端面相抵，以密封预燃室6与壳体4之间的螺纹连接处的缝隙。

在本申请的一些实施例中，如图5所示，预燃室6的下部外壁设置有预燃室外螺纹604，发动机的缸盖7上设置有与预燃室6相适配的内螺纹，预燃室6通过预燃室外螺纹604与发动机的缸盖7相连。进一步地，预燃室外螺纹601可位于下腔体601的外侧壁上，缸盖7上的螺纹孔(参见图1)直接与发动机的主燃烧室连通，预燃室6安装到发动机缸盖7上后，下腔体601即可通喷孔605与发动机主燃烧室连通。

需要说明的是，壳体外螺纹404与预燃室外螺纹604均为左旋螺纹或均为右旋螺纹，以避免在将预燃室6安装到缸盖7中时，壳体4与预燃室6的连接出现松动。

由于缸盖7需要发动机的主燃烧室内的高温压燃气体接触，缸盖7需要承受较大的压力负荷。为了密封预燃室6与缸盖7的螺纹连接处，如图1所示，本申请实施例提供的预燃室火花塞总成还可包括预燃室垫圈8。预燃室垫圈8的内径与预燃室6在锥形器601处的外径相等，预燃室垫圈8从预燃室6的下端套入至预燃室外螺纹604的上端。预燃室6与缸盖7紧密连接时，预燃室垫圈8被挤压在预燃室6和缸盖7之间，以密封预燃室6与缸盖7之间螺纹连接处的缝隙。

此外，本申请中涉及的隔热件2可以是具有较好的散热效果的绝缘陶瓷体，例如可以是氧化铝陶瓷、滑石陶瓷、莫来石陶瓷、堇青石陶瓷、镁橄榄石陶瓷等。

如图6所示，上述预燃室火花塞总成可以按照下述步骤装配：

步骤S1，将中心电极1从隔热件2的上端***到隔热件2中；

步骤S2，将隔热件2安装到壳体4中，将室火花塞的封装；

步骤S3，将预燃室火花塞的壳体4与预燃室6连接；

步骤S4，将预燃室火花塞总成安装到缸盖7中。

需要说明的是，在步骤S1中，将中心电极1***到隔热件2中，需使台阶面103与隔热件2的上端部相抵，同时使椭球部102的下表面与第一限位面203相抵，且中心电极1的下端部104从端部开口201伸出隔热件2。

在步骤S2中，将隔热件2安装到壳体4中，可进一步包括将缓冲结构3安装到壳体4中。具体地，先将隔热件2的下部从开口406***到壳体4中，使凸部202完全处于壳体4的限位腔405内。再将缓冲结构3从隔热件2的上端套入到隔热件2中，使缓冲结构3的下表面与凸部202的上表面相抵。再压弯壳体4的上端部，以缩小开口406，使开口406的直径小于凸部202的直径，防止隔热件2与壳体4脱落。

需要说明的是，将缓冲结构3安装到壳体4中，包括将下垫圈303、缓冲套302和上垫圈301依次套入隔热件2，使下垫圈303与凸部202的上表面相抵，使上垫圈301与开口406的边缘相抵。

此步骤为预燃室火花塞的封装，此火花塞5在传统发动机中也可以使用，以解决传统火花塞烧蚀的问题。

在步骤S3中，将预燃室火花塞与预燃室6安装紧固，可包括将壳体4的下部旋入至上腔体603的内螺纹中。具体地，可将平垫圈409从壳体4的下端套到壳体4外，利用工具固定棱柱体407，再旋转壳体4使其与预燃室6相连，并使平垫圈409的上表面与限位腔405的外侧下端面相抵，平垫圈409的下表面与预燃室6的外侧上端面相抵。装配后隔断腔401与下腔体601连通。

在步骤S4中，将预燃室火花塞总成安装到缸盖7中，可包括将预燃室6下部的旋入至缸盖7的内螺纹中。具体地，可利用工具固定棱柱体407，再旋转壳体4使其预燃室火花塞总成与缸盖7相连。装配后预燃室6的下腔体601与发动机的主燃烧室连通。

第三方面，本申请实施例还提供了一种发动机，该发动机包括上述的预燃室火花塞总成。该预燃室火花塞总成安装在发动机的缸盖7中，中心电极1和侧电极402与下腔体601连通，下腔体601通过喷孔605与发动机主燃烧室连通。在发动机运行的过程中，燃油蒸汽先在下腔体601内燃烧，再通过喷孔605点燃主燃烧室。下腔体601内的热量可通过预燃室6的壳体散出。隔热件2与中心电极1之间具有较大的接触面积，中心电极1的热量可通过隔热件2传递至壳体4散出，避免中心电极1过热。异形部100可以阻隔热量沿中心电极1传递，更好地保护中心电极1。

综上，本申请实施例提供的预燃室火花塞总成，隔热件2环绕中心电极1，隔热件2与中心电极1之间具有较大的接触面积，火花塞点火时产生的热量易于从隔热件2散出。预燃室6包括下腔体601，燃油蒸汽在下腔体601内燃烧，下腔体601的体积较大，燃油蒸汽的燃烧点不会集中在中心电极1和侧电极402附近，可有效减少传递到侧电极402以及中心电极1的热量。侧电极402包括多个扇形电极4021，扇形电极4021具有较大的面积，能够耐受更高的温度且具有更好的散热效果，避免侧电极402和中心电极1被烧蚀，增加了火花塞的可靠性。侧电极402和中心电极1无需由大量的贵金属制成，降低了预燃室火花塞总成的制造难度和生产成本。异形部100可以减少中心电极1的下端部104的热量向中心电极1的上部传递，使中心电极1主要通过隔热件2进行散热，中心电极1在异形部100之上的部分无需使用贵金属制造，而仅有下端部104需要使用贵金属制成。壳体4与预燃室6以及预燃室6和缸盖7之间通过螺纹连接，在火花塞出现故障时，便于安装和拆卸火花塞。

在本申请中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种预燃室火花塞总成，其特征在于，所述预燃室火花塞总成包括火花塞(5)、预燃室(6)和缸盖(7)，所述火花塞(5)的下部与所述预燃室(6)的上部相连，所述预燃室(6)的下部安装在所述缸盖(7)内，

所述预燃室(6)包括长筒形的下腔体(601)，所述火花塞(5)与所述下腔体(601)连通，所述下腔体(601)贯穿所述缸盖(7)；

所述火花塞(5)包括中心电极(1)、隔热件(2)和壳体(4)，所述隔热件(2)围绕所述中心电极(1)，所述隔热件(2)的下部安装在所述壳体(4)内，所述壳体(4)包括隔断腔(401)，所述隔断腔(401)内设置有侧电极(402)，所述中心电极(1)从所述隔热件(2)的端部开口(201)伸出至所述隔断腔(401)内，所述侧电极(402)包括多个扇形电极(4021)，所述多个扇形电极(4021)间隔环绕所述中心电极(1)，并且每两个相邻的所述扇形电极(4021)之间间隔相同的距离，所述中心电极(1)包括凹部(101)，所述凹部(101)位于中心电极(1)的下部，所述中心电极(1)在所述凹部(101)处的直径小于所述中心电极(1)的主体部分的直径，且所述凹部(101)被所述隔热件(2)环绕，所述凹部(101)与所述隔热件(2)之间具有空隙。

2.根据权利要求1所述的预燃室火花塞总成，其特征在于，所述下腔体(601)的内径从上至下逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的预燃室火花塞总成，其特征在于，所述预燃室(6)的底端设置有至少一个喷孔(605)，所述下腔体(601)通过所述喷孔(605)与发动机主燃烧室连通。

4.根据权利要求3所述的预燃室火花塞总成，其特征在于，所述喷孔(605)的轴线与所述下腔体(601)的轴线之间在朝向燃烧室方向的夹角范围为50°～85°。

5.根据权利要求1所述的预燃室火花塞总成，其特征在于，所述隔热件(2)包括凸部(202)，所述壳体(4)还包括限位腔(405)，所述凸部(202)位于所述限位腔(405)内。

6.根据权利要求5所述的预燃室火花塞总成，其特征在于，所述火花塞(5)还包上垫圈(301)、缓冲套(302)和下垫圈(303)，所述上垫圈(301)、缓冲套(302)和下垫圈(303)环绕在所述隔热件(2)的位于所述凸部(202)上方的外壁与所述限位腔(405)的内壁之间。

7.根据权利要求1所述的预燃室火花塞总成，其特征在于，所述隔热件(2)为绝缘陶瓷体。

8.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的预燃室火花塞总成。

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