集成于火花塞内的缸内混合气采样装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，包括多孔道的电绝缘陶瓷内核装于金属壳体内，其中一小孔道安装与高压燃烧室连通的火花塞组件，另一大孔道安装混合气采样组件，混合气采样组件包括金属安装筒、一体式阀体组件和电磁驱动组件，金属安装筒为中空的金属管，其内部空间为混合气体采集室，金属安装筒顶端设有外部氮气的输送通道及混合气体的稀释采样通道，采集阀门设有将缸内混合气导入采集室的气体通道，电磁驱动组件通电后驱动阀门连杆上移打开采集阀门，高压混合气体进入采集室，氮气将缸内的混合气体冷却稀释，并随氮气流通至采样通道出口。本实用新型专利技术的优点是实现发动机缸内火花塞间隙附近局部气体地快速实时采集。

In cylinder mixture sampling device integrated in spark plug

【技术实现步骤摘要】
集成于火花塞内的缸内混合气采样装置
本技术涉及一种缸内混合气采样装置，特别涉及一种集成于火花塞绝缘陶瓷体内的缸内混合气采样装置。
技术介绍
优化发动机燃烧过程以实现高效、清洁燃烧一直是内燃机发展的重要方向。目前的研究主要通过光学手段或者缸内气体直接采样手段来观察和分析可燃混合气在燃烧室内的燃烧过程。对燃烧组份的分析，可以实现对火焰扩散或传播的机理研究，对于燃烧模型的建立以及发动机燃烧过程的优化具有重要作用。基于曲轴转角精度的快速缸内直接采样技术可以提取不同曲轴转角下的缸内气体，进而可以在不影响发动机总体燃烧过程的前提下分析发动机的燃烧过程。缸内快速采样装置一般作为一个独立的系统被应用于科研发动机上，燃烧室需要进行特殊的改造以安装缸内快速采样装置。由于采样阀开启时间持续期短，口径小，每次仅能采集阀体附近的气体。故快速采样阀所测量的缸内燃烧情况一般仅能代表其附近的区域，测量结果与采样阀的安装位置也密切相关。汽油缸内直喷（GDI）技术是实现下一代高效汽油机的关键技术之一，是实现发动机分层稀薄燃烧的重要手段。然而，分层稀薄燃烧所带来的混合气的非均匀分配对于点火系统的正常工作提出了挑战。理论上，需要混合气在火花塞附近形成局部浓混合气来帮助初始火核的形成，而这种分层混合气的形成需要喷油器以及缸内流场的配合才能实现。发动机工作过程中，缸内流场的循环波动将显著影响混合气在缸内的分配，进而影响火花塞间隙附近的瞬态空燃比。因此，如何准确的判断火花间隙附近的瞬态空燃比以及点火后火核形成的过程对于分层稀薄燃烧技术有重要的研究意义。本技术通过多孔道火花塞绝缘陶瓷体结构将缸内快速气体采样系统与火花塞结合，实现火花间隙附近混合气的实时采样。在燃烧过程开始之前可以用来检测火花间隙附近混合气的浓度，燃烧开始后可以检测燃烧初始阶段所产生的中间产物，研究燃烧过程中的化学反应过程。此技术对于分层稀薄燃烧发动机的研发过程具有重要意义。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是要提供一种集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，实现火花间隙附近混合气的缸内快速实时采集。为了解决以上的技术问题，本技术提供了一种集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，包括多孔道的电绝缘陶瓷内核装于金属壳体内，所述多孔道为直径一大一小的两个孔道，其中一小孔道安装与高压燃烧室连通的火花塞组件，另一大孔道安装混合气采样组件，所述混合气采样组件包括金属安装筒、采集阀门、与采集阀门连接的阀门连杆及其电磁驱动组件，所述金属安装筒为中空的金属管，其内部空间为混合气体采集室，金属安装筒顶端设有外部氮气的输送通道及混合气体的稀释采样通道，采集阀门设有将缸内混合气导入混合气体采集室的气体流通通道，电磁驱动组件通电后驱动阀门连杆上移，打开采集阀门，高压混合气体进入混合气体采集室，外部输入的氮气将缸内的混合气体稀释和冷却，并随氮气流通至采样通道出口，实现发动机缸内火花塞间隙附近局部气体地快速采集，采集的混合气引导至外部的气体检测设备。所述电绝缘陶瓷内核中一大一小的两个孔道之间由陶瓷壁面隔开，彼此气体密封和电绝缘。所述电绝缘陶瓷内核中的大孔道为一阶梯孔道，下部直径小于上部直径，在过渡段设有密封面。所述电绝缘陶瓷内核下端设有金属密封垫片，使电绝缘陶瓷内核与金属安装筒之间的密封；所述金属密封垫片中央部设有带有密封斜面的通孔，与采集阀门密封斜面之间形成密封。所述火花塞组件分为三段，为上部电极、中部电原件和下部为高压电极，三段通过高温粘结剂，或使用绝缘填充料高温烧结在电绝缘陶瓷内核的小孔道内。所述金属安装筒将混合气采样组件在大孔道中整体固定、密封和定位，防止阀门快速开关动作对电绝缘陶瓷体造成损坏；金属安装筒的底端与金属密封垫片紧密接触形成密封。所述采集阀门为一圆柱体，上有通气孔，采集阀门开启时，缸内高压混合气经通气孔流入混合气体采集室，采集阀门的底端中心布设一直径小的圆柱体，其底端的锥形密封面与金属密封垫片中央通孔上的密封斜面紧密接触实现缸内高压气体的密封。所述金属壳体将缸内混合气采样装置安装在发动机上并实现密封，以及对内部非金属部件的支撑与密封，并提供火花点火线路与地极的连接。所述电磁驱动组件包括外部的电磁线圈、由电磁力驱动的使动铁芯，使动铁芯与阀门连杆及采集阀门为一体化阀体组件。使动铁芯与金属安装筒中孔为间隙配合，沿通孔轴向自由移动。阀门连杆及采集阀门通过弹簧弹力被固定，金属安装筒下端为开放结构，阀门连杆及采集阀门安装在其中。电磁线圈通电，电磁力施加于使动铁芯，使动铁芯克服弹簧力拉动阀门连杆打开采集阀门，电磁线圈失电关闭磁场，弹簧力推动阀门连杆关闭采集阀门。所述采集阀门常态为关闭状态。外部电控装置提供电信号，为电磁线圈通电，电磁力施加于使动铁芯，使动铁芯克服弹簧力拉动阀门连杆将采集阀门打开，高压气体进入混合气体采集室，随氮气流通至采样出口，关闭磁场，弹簧推动将采集阀门关闭。为实现快速地推动，电磁线圈的控制需要较大的电磁线圈体积以提供足够的驱动力，所以电磁线圈安装在火花塞陶瓷体的外部；必要的机械部件，用于对使动铁芯、采集阀门及阀门连杆提供机械结构上的支撑，实现气体采集阀门地快速开关。本技术在氮气输送通道的入口通入一定流量的氮气，将缸内直接采样气体稀释、冷却并带离阀体引导至外部的气体检测设备。由于阀体地快速开关，每次从缸内直接采集的气体总量很低，且温度较高，不利于冻结混合气的化学反应。氮气的作用一方面用于将混合气体进行稀释，使重要气体成分如CO2、NOx等含量在排放仪检测的量程范围之内；另一方面用于混合气和混合气采集组件的冷却。本技术的优越功效在于：1）本技术基于传统火花塞的整体结构和选材，传统火花塞的陶瓷整体结构设计及加工技术已非常成熟，实现耐高压耐高温，同时保证电绝缘；2）本技术多孔道电绝缘陶瓷内核的应用，使得在不改变传统火花塞外部尺寸和功能的前提下，提供一个或一个以上的连通发动机燃烧室高压环境和外部大气的孔道，孔道中安装气体采集阀门，实现发动机缸内火花间隙附近局部气体快速实时采集；3）在火花塞相对紧凑的空间内实现燃烧室内局部气体的采集，尤其是近火花间隙的缸内气体快速采集，同时又不影响火花塞的功能；4）气体采集通道距离火花塞点火电极非常小，对于直喷式汽油发动机的局部气体采样、局部空燃比检测具有一定的优越性。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术实施的结构示意图；图2为图1的A-A向视图；图3为图1的B-B向视图；图中标号说明：1—电磁线圈；2—使动铁芯；3—火花塞组件；301—上部电极；302—中部电原件；303—高压电极；4—电绝缘陶瓷内核；5—弹簧；6—阀门连杆；7—地极；8—绝缘填充物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，其特征在于：包括多孔道的电绝缘陶瓷内核装于金属壳体内，所述多孔道为直径一大一小的两个孔道，其中一小孔道安装与高压燃烧室连通的火花塞组件，另一大孔道安装混合气采样组件，所述混合气采样组件包括金属安装筒、采集阀门、与采集阀门连接的阀门连杆及其电磁驱动组件，所述金属安装筒为中空的金属管，其内部空间为混合气体采集室，金属安装筒顶端设有外部氮气的输送通道及混合气体的稀释采样通道，采集阀门设有将缸内混合气导入混合气体采集室的气体流通通道，电磁驱动组件通电后驱动阀门连杆上移，打开采集阀门，缸内混合气进入混合气体采集室，外部输入的氮气将缸内的混合气稀释和冷却，并随氮气流通至采样通道出口，实现发动机缸内火花塞间隙附近局部气体地快速实时采集。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，其特征在于：包括多孔道的电绝缘陶瓷内核装于金属壳体内，所述多孔道为直径一大一小的两个孔道，其中一小孔道安装与高压燃烧室连通的火花塞组件，另一大孔道安装混合气采样组件，所述混合气采样组件包括金属安装筒、采集阀门、与采集阀门连接的阀门连杆及其电磁驱动组件，所述金属安装筒为中空的金属管，其内部空间为混合气体采集室，金属安装筒顶端设有外部氮气的输送通道及混合气体的稀释采样通道，采集阀门设有将缸内混合气导入混合气体采集室的气体流通通道，电磁驱动组件通电后驱动阀门连杆上移，打开采集阀门，缸内混合气进入混合气体采集室，外部输入的氮气将缸内的混合气稀释和冷却，并随氮气流通至采样通道出口，实现发动机缸内火花塞间隙附近局部气体地快速实时采集。


2.根据权利要求1所述的集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，其特征在于：所述电绝缘陶瓷内核中一大一小的两个孔道之间由陶瓷壁面隔开，彼此气体密封和电绝缘。


3.根据权利要求1所述的集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，其特征在于：所述电绝缘陶瓷内核中的大孔道为一阶梯孔道，且下部直径小于上部直径，在过渡段设有密封面。


4.根据权利要求1或2或3所述的集成于火花塞内的缸内混合气采样装置，其特征在于：所述电绝缘陶瓷内核下端设有金属密封垫片，使电绝缘陶瓷内核与金属安装筒之间的密封；所述金属密封垫片中央部设有带有密封斜面的通孔，与采集阀门密封斜面之间形成密封。


5.根据权利要求1所述的集成于火花塞内的缸内混合气采样装...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明，于潇，王琳岩，
申请(专利权)人：郑明，
类型：新型
国别省市：加拿大;CA