一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车制造技术

一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车。在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成空腔(10)，在端面开至少一个第一孔(11)，侧面开至少一个第二孔(13)，空气和燃料的混合气体通过第一孔(11)和第二孔(13)进入空腔(10)，电极之间放电产生火花点燃空腔(10)内的可燃气体，空腔(10)内火焰延伸并且温度和压力升高，火焰从第一孔(11)和第二孔(13)喷射出来形成多条柱状火焰，火焰贯穿燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对燃烧室中可燃气体的立体点火、大面积点火和高能量点火。

A kind of spark plug and its internal combustion engine and automobile

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车相关申请的交叉引用本申请要求享有于2017年4月26日提交的名称为“一种喷火的火花塞及其内燃机和汽车”的中国专利申请CN201710281440.2的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
本专利技术属于机械电子工业的汽车和内燃机

技术介绍
内燃机一般由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门、油泵、油嘴等主要部件和其它附件组成。有些内燃机可以省略气门，利用活塞在气缸内的不同位置开关进气通道和排气通道。现有内燃机点火装置主要为火花塞，通过电火花对油气混合气进行点火，火源为点状。点火强度的大小，影响可燃气体燃烧的速度。等离子点火装置的火花塞结构为中间一个电极，围绕中间电极有4个电极。据说这种点火装置的火花塞产生的火核能量达到普通火花塞的100倍。航空活塞式汽油机为了增加点火可靠性，一般在每一个气缸设置两个火花塞，由两个供电回路分别供电分别控制。采用火花塞点火的内燃机不限于汽油机，还有以天然气和液化石油气做燃料的内燃机。点燃式内燃机与压燃式内燃机相比，燃烧室内可燃气体的燃烧速度比较慢，因为点火火源为点状火源。压燃式内燃机为多点点火，可燃气体内部在高温高压条件下，发生多处自燃着火，同一时间点火的火源数量多。因此，压燃式内燃机可以选择较高的压缩比和较高的空燃比，热功转换效率一般比点燃式内燃机高30％左右。为了提高效率，有些汽油机或者天然气燃料发动机采用压缩点火的方法，以柴油为第二燃料，在压缩行程向燃烧室和气缸喷射少量柴油，利用柴油自燃燃点较低的特点，使得喷射进入燃烧室的柴油雾化和自燃着火，形成多点火源，点燃燃烧室和气缸中的汽油或者天然气与空气混合形成的可燃气体，从而实现汽油或者天然气发动机的多点点火，提高燃烧速度，提高气缸压缩比，提高发动机热功转换效率。有关专利申请参见《一种柴油压燃点火的汽油机》(CN2365405Y，公开日2000年2月23日)。这种发动机的缺点是燃料供应系统复杂，成本增加。
技术实现思路
1、专利技术的内容：1)一种多点点火的方法，采用一种能够喷射火焰的火花塞，利用内燃机燃料作为主要的点火能量来源，利用电火花作为初始火源，通过向内燃机的燃烧室和气缸中的可燃气体(油气混合气区域)喷射一条或者多条火焰，使得火焰贯穿油气混合气区域，其点火范围、点火面积、点火强度均远远大于传统火花塞所能够达到的点火效果，相当于达到了扩散压燃内燃机多点点火的效果，油气混合气的燃烧时间缩短，内燃机效率因此提高，同时避免和减少了发生爆震的可能性。2)这种火花塞可以称为喷火塞，适用的内燃机包括以汽油作为燃料的汽油机、以天然气或者液化石油气作为燃料的发动机，以及其它采用火花塞作为点火装置的发动机。汽油的标号(辛烷值，研究法)可以降低到89和小于89。燃料来源包括但是不仅限于石油、天然气、页岩气、沼气、煤炭和生物质。3)一种喷火的火花塞，其中，在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成一个空腔，在空腔的端面开一个或者多个第一孔，侧面开一个或者多个第二孔，空气和燃料气体通过第一孔和第二孔进入空腔，电极之间放电产生电火花点燃空腔内的可燃气体，随着空腔内火焰延伸以及温度和压力升高，火焰从小孔喷射出来形成柱状火焰，火焰进入燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对可燃气体的立体点火、大面积点火和高能量点火。其中，以柱状火焰穿透可燃气体的点火效果为好。一般地，汽油机油气混合比为14.7:1时，燃烧室中油气混合气被点燃后火焰扩散的速度约为75米/秒。喷火式火花塞要达到预期的技术效果，必须使得它所喷射的火焰的速度远远高于75米/秒，提前到达燃烧室的底部，对那里的油气混合气进行点火，而不是等燃烧室内部接近火花塞的油气混合气着火之后，火焰扩散和延伸到燃烧室底部。火花塞喷射的火焰的速度越快越好，喷射的距离越远越好，火花塞喷射出的火焰的根数越多越好，各火焰柱分散越均匀越好。当火花塞空腔内的燃烧压力足够高时，火焰从第一孔和第二孔喷射出来的速度可以达到150米/秒以上。优选的速度为225米/秒-375米/秒。火焰的喷射距离要求超过燃烧室顶部到活塞在下止点和上止点中间位置时活塞顶部的距离。影响火花塞空腔内部燃烧压力和火焰喷射速度，以及火焰喷射距离的因素主要包括空腔的容积、喷孔的总面积、空腔内部的点火位置和油气浓度。为了保证喷火式火花塞能够具有高的喷射速度和远的喷射距离，电火花在火花塞内部产生的位置的选择非常重要。电极的阴极和阳极之间的中间位置(产生电火花的线段的中间位置)到最近的喷口的边缘的距离，为空腔容积的数值的0.1-0.9％，优选的数值为0.2-0.5％，典型的数值为0.3％，单位为毫米。例如，空腔容积为1000立方毫米，电极的阴极和阳极之间的中间位置到最近的喷口的边缘的距离的典型的数值为1000×0.3％＝3(毫米)。同时，满足电极的阴极和阳极之间的中间位置(产生电火花的线段的中间位置)沿火花塞中心轴线的截面将火花塞内部空腔的容积分割成两个部分，其中靠近所述第一孔一侧的容积占总容积的伍分之一到二分之一的位置之间，以四分之一到三分之一之间的位置为好。如果电极的阴极和阳极之间的中间位置距离火花塞的所述第一孔近，火花塞内部燃烧不充分，未能形成高压时，火焰已经喷出火花塞空腔，对燃烧室中的可燃油气混合气点火过早；如果电极的阴极和阳极之间的中间位置距离所述第一孔远，电弧对火花塞内部的油气混合气点火后，随着压力升高，一部分未燃油气被挤出喷孔，点火能源减少，火焰开始喷射时，火花塞内部的燃料已经燃烧完毕，喷射的火焰后劲不足，虽然喷射速度够快，但是喷射距离不远。理想的技术方案要求所述第一孔的所述柱状火焰喷射速度快，同时喷射距离远。为了保证喷火式火花塞具有足够高的喷射压力，同时，喷射火焰具有足够的喷射速度和距离，在喷射孔的面积总和确定的前提下，优先保证单个喷孔的孔径，然后考虑尽可能多的喷孔数量。增加所述电极的阴极和阳极之间的中间位置到最靠近的所述火花塞的所述第一孔边缘的距离的方法包括：1)增加图1中14阴极电极的高度和缩短12中心电极(阳极)的长度；2)增加图2B或者图2C中靠近所述火花塞中心轴线附近的所述第一孔的相互之间的距离。作为一种临时的技术措施，本申请可以在现有半敞开式火花塞(图7所示)的基础上，增加正极电极及其绝缘体附近空间的包覆面积，得到一种端面喷孔和侧面喷孔为异形形状的喷火式火花塞。4)一种喷火的火花塞，其中，空腔的端面的第一孔和侧面的第二孔具有喷射角，或者在具有喷射角的同时在圆周方向具有倾斜角。5)一种喷火的火花塞，其中，中心电极的位置为内藏式结构，或者为半裸露式结构，或者为裸露式结构；喷射孔的形状为圆形、圆环形、叶形、半圆环形、长方形、三角形、三个长方形连成的三叶形中的一种，或者以上几种形状的组合。6)一种选用喷火式火花塞的内燃机，其中，利用内燃机燃料和空气作为点火主要能量来源；由于内燃机燃烧速度比传统内燃机快，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷火的火花塞，其特征在于，在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成空腔，在空腔的端面开一个或者多个第一孔，在空腔的侧面开一个或者多个第二孔，空气和燃料气体通过所述第一孔和所述第二孔进入空腔，电极之间放电产生火花点燃空腔内的可燃气体，随着空腔内火焰延伸以及温度和压力升高，火焰从所述第一孔和第二孔喷射出来形成柱状火焰，火焰进入燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对可燃气体的立体点火和高能量点火；/n火花塞空腔内的燃烧压力能够使得所述柱状火焰从所述第一孔喷射出来的速度达到150米/秒以上，优选的速度为225米/秒-375米/秒；从所述第一孔喷射出来的所述柱状火焰的喷射距离超过燃烧室顶部到活塞在下止点和上止点中间位置时活塞顶部的距离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170426 CN 201710281440.2一种喷火的火花塞，其特征在于，在传统火花塞的基础上，将电极附近的空间封闭起来形成空腔，在空腔的端面开一个或者多个第一孔，在空腔的侧面开一个或者多个第二孔，空气和燃料气体通过所述第一孔和所述第二孔进入空腔，电极之间放电产生火花点燃空腔内的可燃气体，随着空腔内火焰延伸以及温度和压力升高，火焰从所述第一孔和第二孔喷射出来形成柱状火焰，火焰进入燃烧室和气缸中的可燃气体，实现对可燃气体的立体点火和高能量点火；
火花塞空腔内的燃烧压力能够使得所述柱状火焰从所述第一孔喷射出来的速度达到150米/秒以上，优选的速度为225米/秒-375米/秒；从所述第一孔喷射出来的所述柱状火焰的喷射距离超过燃烧室顶部到活塞在下止点和上止点中间位置时活塞顶部的距离。


根据权利要求1所述的喷火的火花塞，其特征在于，空腔的端面的所述第一孔和侧面的所述第二孔在所述空腔的径向上具有喷射角，或者在具有所述喷射角的同时在圆周方向具有倾斜角；
喷射孔的形状为圆形、圆环形、叶形、半圆环形、长方形、三角形、三叶形中的一种，或者是以上几种形状的组合；
中心电极的位置为内藏式结构，或者为半裸露式结构，或者为裸露式结构；
电极的阴极和阳极之间的中间位置到最近的所述第一孔的边缘的距离的数值为空腔的容积的数值的0.1-0.9％，优选的数值为0.2-0.5％，典型的数值为0.3％，同时，满足电极的阴极和阳极之间的中间位置沿火花塞中心轴线的截面将火花塞内部空腔的容积分割成两个部分，其中靠近所述第一孔一侧的容积占总容积的伍分之一到二分之一，优选地，为四分之一到三分之一之间的位置，从而使得所述第一孔的所述柱状火焰的喷射速度快，同时喷射距离远。


根据权利要求1所述的喷火的火花塞，其特征在于，所述火花塞替换为只有所述第一孔，没有所述第二孔。


根据权利要求2所述的喷火的火花塞，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周向进，
申请(专利权)人：周向进，
类型：发明
国别省市：北京;11