CN1556564A - 超高能火花塞 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内燃机点火系统所用的超高能火花塞。主要由壳体1、侧电极2、绝缘体3组成，侧电极2的下端是侧电极放电端4。在壳体内部有一高压电极5和一高能电极6，两个电极与外壳三者之间由绝缘体隔开。高能电极与高压电极的布置形式可以采取多种形式。放电分为高压电极放电和高能电极放电两个步骤。通过高压放电产生的气体等离子体使高能电极与侧电极之间产生高能放电火花，其单次能量放电可以达到20焦耳以上。本发明可以大幅度地扩大发动机缸内混合气的稀薄燃烧极限，从而起到降低发动机排放以及提高发动机经济性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机点火系统所用的火花塞技术。
背景技术
目前的内燃机点火系统所用的火花塞，是由壳体、中心电极和侧电极组成，其中壳体与侧电极通过焊接制成一体，在壳体与中心电极之间为绝缘体，中心电极和侧电极的下端均为各自电极放电端。工作时，在中心电极输入脉冲高压电信号(电压达到10000伏以上)，使中心电极与侧电极放电端之间的气体被击穿，产生火花放电。此种点火技术的缺点是火花放电能量只能达到100毫焦以内。限制火花塞放电能量的原因是：要击穿两个电极放电端之间的气体，需要1万多伏的高压电，而产生高压电脉冲所使用的升压元件——高压线圈的输出电流与输出电压之间成反比关系。因此无法同时做到高电压与大电流，这样放电功率受到限制。由于放电能量有限，这种火花塞不能点燃发动机缸内的稀薄混合气，不适合在稀薄燃烧的发动机应用。但是稀薄燃烧的发动机可以实现高效、清洁的燃烧过程，是未来内燃机的发展方向。
发明内容
本发明的目的是要提供一种超高能火花塞，使火花塞既能利用高压击穿火花塞间隙，又能实现大电流放电，从而使放电脉冲的能量大幅度上升。
本发明的技术原理为：将目前火花塞高压击穿电极间隙的一个放电过程分解为：高压击穿电极间隙并产生等离子体，进而引燃高能放电这两个过程。由于高能放电过程无须很高的电压(1000V-3000V)，同时无须采用脉冲式升压电子元件(例如目前使用的高压线圈)，因此可以实现大电流高能放电的目的。为了实现上述目的，提出了如下设计方案：超高能火花塞由壳体1、侧电极2、绝缘体3组成，绝缘体3位于壳体1内部，侧电极2的下端是侧电极放电端4。特征点在于：在壳体1内部有一高压电极5和一高能电极6，高压电极5、高能电极6以及外壳1三者之间由绝缘体3隔开，在绝缘体3的上端，有一延伸段7，其长度大于10mm，高压电极5的下端是高压电极放电端8，高能电极6的下端是高能电极放电端9，高压电极放电端8与侧电极放电端4之间的距离，小于高压电极放电端8与高能电极放电端9之间的距离。目的是当高压电极输入端10输入一个高压电脉冲之后，首先在高压电极放电端8与侧电极放电端4之间产生火花放电，所产生的等离子体进而引燃高能电极放电端9与侧电极放电端4之间的高能放电过程。
附图说明
下面结合附图和两个实施例对本发明做进一步详细说明。
图1是超高能火花塞一个实施例的结构图。
图2是上述实施例中，高压电极放电端与侧电极放电端4之间发生火花放电的示意图。
图3是上述实施例中，高能电极放电端9与侧电极放电端4之间发生高能火花放电的示意图。
图4是另一个实施例的火花塞结构图。
具体实施方式
如附图1所示，超高能火花塞由壳体1、侧电极2、绝缘体3组成，其中壳体1与侧电极2通过焊接连成一体。绝缘体3位于壳体1内部，壳体1的下部有一安装罗纹11，侧电极2的下端是侧电极放电端4。在壳体1内部，有一高压电极5和一高能电极6，高压电极5、高能电极6、外壳1三者之间由绝缘体3隔开。高压电极5的下端是高压电极放电端8，上端是高压电极输入端10。高能电极6的下端是高能电极放电端9，上端是高能电极输入端12。高压电极放电端8与侧电极放电端4之间的距离，小于高压电极放电端8与高能电极放电端9之间的距离。高能电极6形状为一圆柱体，布置在放电塞的中心位置，高压电极5的形状是一空心圆柱管，套在高能电极6的外侧。绝缘体3所用的材料属于耐高温陶瓷材料，本实施例用氧化铝陶瓷材料制成。侧电极放电端4、高压电极放电端8、高能电极放电端9这三个放电端的材料由耐高温金属材料制成，本实施例使用镍金属。为了避免高压电极输入端10与高能电极输入端12之间发生放电，在绝缘体3的上端，延伸出圆柱体7，起隔离作用，其长度必须大于10mm。为了减少火花塞的漏气现象，在绝缘体3与壳体1之间，有一密封垫片13。
本发明所实现的放电过程分两个步骤——高压电极放电过程和高能电极放电过程。图2是上述实施例中，高压电极放电端8与侧电极放电端4之间发生火花放电的示意图。火花塞外壳1通过罗纹11接地，在高能电极6与地之间并有电容14，放电之前，电源15先对电容充电，充电之后的电容两端电压要小于高能电极放电端9与侧电极放电端4之间的自击穿电压，具体电压在1000伏至3000伏之间，此时火花塞处于等待状态。如果在高压电极输入端10输入一个高压电脉冲18，首先在高压电极放电端5与侧电极放电端4之间出现一个小能量的火花16，该过程相当于普通的火花塞放电过程。在该放电过程中，会产生许多气体等离子体，在该等离子体的作用下，高能电极放电端9与侧电极放电端4之间产生高能放电火花17，储存在电容14中的电能，在极短的时间内释放出来，如图3所示。该放电过程的单次能量可以达到20焦耳以上。
实施中，高能电极6与高压电极5的布置形式可以采取多种形式，比如可以将图1中的高压电极5的位置与高能电极6的位置对调，即：高压电极5形状为一圆柱体，设置在火花塞的中心位置，高能电极6的形状是一空心圆柱管，套在高压电极5的外侧。侧电极放电端4的位置也需要作相应调整，使之符合高压电极放电端10与侧电极放电端4之间的距离小于高压电极放电端8与高能电极放电端9之间距离的要求。
图4是另一种实施方式：高压电极5及高能电极6的形状均是圆柱体，同样必须符合高压电极放电端8与侧电极放电端4之间的距离小于高压电极放电端8与高能电极放电端9之间距离的要求。为了避免高压电极5输入端10与高能电极输入端12之间发生放电，在绝缘体3的上端，延伸出圆柱体7，其长度同样需要大于10mm。高能电极输入端1设计成弯头结构，便于与控制线连接。当然图4中的高压电极5和高能电极6之间的位置也可以对调，同时调整侧电极放电端4位置，使之符合高压电极放电端8与侧电极放电端4之间的距离小于高压电极放电端8与高能电极放电端9之间距离的要求。
实验证明，本发明所提出的超高能火花塞，可以达到20J以上的脉冲放电能量，能大幅度地扩大发动机缸内混合气的稀薄燃烧极限，从而起到降低发动机排放以及提高发动机经济性的目的。
Claims (6)
1.超高能火花塞，主要由壳体1、侧电极2、绝缘体3组成，侧电极2的下端是侧电极放电端4，其特征在于：在壳体1内部有一高压电极5和一高能电极6，高压电极5、高能电极6以及外壳1三者之间由绝缘体3隔开，在绝缘体3的上端，有一延伸段7，其长度大于10mm，高压电极5的下端是高压电极放电端8，高能电极6的下端是高能电极放电端9，高压电极放电端8与侧电极放电端4之间的距离，小于高压电极放电端8与高能电极放电端9之间的距离。
2.根据权利要求1所述的超高能火花塞，其特征在于：高能电极6形状为一圆柱体，设置在火花塞的中心位置，高压电极5的形状是一空心圆柱管，套在高能电极6的外侧。
3.根据权利要求1所述的超高能火花塞，其特征在于：高压电极5形状也可为一圆柱体，设置在火花塞的中心位置，高能电极6的形状则是空心圆柱管，套在高压电极5的外侧。
4.根据权利要求2或3所述的超高能火花塞，其特征在于：所述高压电极5及高能电极6的形状均可为圆柱体。
5.根据权利要求1所述的超高能火花塞，其特征在于：侧电极放电端4、高压电极放电端8、高能电极放电端9这三个放电端的材料由耐高温金属材料制成。
6.根据权利要求5所述的超高能火花塞，其特征在于所述的耐高温材料可以是金属镍。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |