專利名稱：內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電技術(shù)，更具體地說，涉及內(nèi)燃機(jī)內(nèi)輕燃料混合物的點(diǎn)火裝置。它既可以用于新型內(nèi)燃機(jī)，也可以用于使用中的舊型內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)輕燃料混合物的引燃通常是借助火花塞實(shí)現(xiàn)的，火花塞在引入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)的電極之間，在需要的時間瞬間產(chǎn)生電火花，而電火花是借助電極間火花間距的高壓擊穿而形成的。
大多數(shù)火花塞的必須的元件是殼體、絕緣子和電極。這時殼體一般帶有螺紋以便在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)安裝火花塞。
在任何點(diǎn)火裝置中，通常需要解決三個任務(wù)觸發(fā)的位置，方法和時間。選擇觸發(fā)時間的任務(wù)在本發(fā)明中不討論。
在內(nèi)燃機(jī)中火花塞一般這樣安裝，使火花間隙出現(xiàn)在燃燒室內(nèi)的室壁旁。廣泛使用具有“開放”結(jié)構(gòu)的火花塞。這時火花間隙對于燃料混合物的渦流直接作用是開放的。已知，燃料混合物的渦流正是在燃燒室的室壁旁具有極高的速度。這樣就導(dǎo)致兩個嚴(yán)重的缺點(diǎn)。
首先，降低了點(diǎn)火的穩(wěn)定性。在內(nèi)燃機(jī)空轉(zhuǎn)時此點(diǎn)能很好地發(fā)現(xiàn)，而在高轉(zhuǎn)數(shù)時可能導(dǎo)致漏點(diǎn)烯。
其次，燃燒室內(nèi)的火焰按上述渦流的軌跡擴(kuò)展。首先火焰沿螺線到達(dá)中心，然后向著所有方向較均勻地延伸?；鹧鏀U(kuò)展路徑的延長提高了內(nèi)燃機(jī)對燃料辛烷值的敏感性。隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的提高，扭矩提前降低。相對于中心不對稱燃燒的存在導(dǎo)致活塞底部的氣體壓力瞬時的(熱動力學(xué)的)失去平衡。活塞隨著載荷的提高開始越來越強(qiáng)烈地圍繞支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動和瞬時在氣缸內(nèi)阻塞，它導(dǎo)致扭矩?fù)p失，直至內(nèi)燃機(jī)完全停止。
還公開了“開放”結(jié)構(gòu)的火花塞，其火花間隙由于燃料混合物渦流的直接作用而封閉。這種火花塞具有火焰效應(yīng)，它允許克服上面指出的“開放”火花塞的缺點(diǎn)。
然而，它們按自身有效性彼此相差很大。例如，按照前蘇聯(lián)專利(ACCCCP №1778842，分類號H01 T 13/00 1981和日本專利№6-283250，分類號H01 T 13/20 1994)技術(shù)方案的火花塞不能產(chǎn)生顯著的火焰，因?yàn)槿剂铣淙氲捏w積太小。
其它火花塞例如，公開于美國專利(№3842819，分類號123/169，1974，№3892991，分類號313/138，1976)是過于“封閉的”，它降低了新充入半封閉腔內(nèi)燃料混合物體積的可充填性，因而降低了點(diǎn)火的穩(wěn)定性和火焰效應(yīng)。
在俄國專利№2055432，分類號H01 T 13/54，1996公開了帶有共軸電極的火花塞，其火花形成發(fā)生在環(huán)形間隙的任意位置。這樣就導(dǎo)致火焰的偶然的定向性和不對稱性，這是不希望的。
現(xiàn)在我們討論觸發(fā)的方法，更確地說，供給至火花塞電能的特點(diǎn)。
在傳統(tǒng)的點(diǎn)火裝置中，作為高壓電能源使用的是高壓點(diǎn)火線圈，其能量儲存在初級繞組的電感中，這種線圈的特點(diǎn)是尺寸和重量較大，因此被稱為“重線圈”。
次級繞組的高壓通常通過高阻電路供給至火花塞。在火花間隙高壓擊穿之后火花電流限制在數(shù)十mA的水平和歷時1-2msec。
這種較慢的供給電能至火花塞的方法降低了點(diǎn)火的穩(wěn)定性。
還公開了直接安裝在火花塞上的點(diǎn)火線圈的使用(德國專利№3915113分類號H01 T 13/00，1990)，這種結(jié)構(gòu)具有一系列優(yōu)點(diǎn)。線圈尺寸較小，因?yàn)樗辉賵?zhí)行儲存能量功能，而成為高壓脈沖變壓器。這樣的線圈被稱為“輕線圈”。在這種情況下脈沖時間可以縮短至微秒，而電能不會損失在高阻連接導(dǎo)線內(nèi)。這樣就給出了高的點(diǎn)火穩(wěn)定性。
然而，這種解決方案在多氣缸的內(nèi)燃機(jī)中是非常昂貴的。此外，它不夠可靠，因?yàn)閬碜曰鸹ㄈ母唠妷汉透邷睾茈y在線圈內(nèi)兼容。
在技術(shù)本質(zhì)上與上述最接近一種內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置，它具有火花塞，包括殼體，位于殼體內(nèi)的電絕緣子，中心電極和殼體電極，這樣上述電極形成火花間隙，點(diǎn)火裝置還設(shè)有電能的電容存儲器(美國專利№5371436，分類號315/58，1994)。
在這種結(jié)構(gòu)中，作為電容存儲器使用了電容器，它可以改善點(diǎn)火特性。
電容器使點(diǎn)火裝置的工作獨(dú)立于電能源的特點(diǎn)。由于電容器和火花塞極低的電感和電阻，在火花間隙集聚電能的放電歷時為數(shù)十毫微秒。
增加火花的瞬時功率提高了點(diǎn)火的穩(wěn)定性，這時擴(kuò)大了燃料混合物的富度范圍。此外，降低了火花塞電極的電磨蝕。
上述結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)為-在電能短時放電時大部分電能消耗于輻射和形成沖擊波。
實(shí)驗(yàn)表明，電容器通過低電感放電時火花的熱能的有效系數(shù)不超過20％。
-火花塞的結(jié)構(gòu)不允許輻射能和沖擊波帶給點(diǎn)火益處，因?yàn)樵谌紵业目臻g內(nèi)分散；-極低的火焰效應(yīng)。
在技術(shù)本質(zhì)上與上述裝置最接近的是一種火花塞，它具有殼體，帶有中心電極的絕緣子，以及固定在殼體上的側(cè)電極，它與中心電極形成火花間隙，這時圍繞火花間隙的空間被殼體內(nèi)部的向外擴(kuò)展的錐表面包圍(前蘇聯(lián)專利AC.CCCP №1720115，分類號H01 T 13/00，1992)。
上述結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是殼體吸收了太大量的熱能，它降低了效率。
本發(fā)明的公開本發(fā)明建議的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)的目的是達(dá)到最大的火焰效應(yīng)和提高內(nèi)燃機(jī)的效率。
達(dá)到本發(fā)明技術(shù)結(jié)果的方式是提供一種內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置，它具有火花塞，包括殼體，帶有中心電極的絕緣子和固定在殼體上與中心電極形成火花間隙的側(cè)電極，其中圍繞火花間隙的空間被內(nèi)部的向外擴(kuò)展的殼體錐表面以及固定在火花塞上的電能的電容存儲器包圍，按照本發(fā)明，其中的火花塞的殼體制成由帽套和基座的形式，而且在帽套中設(shè)有內(nèi)部的向外擴(kuò)展的錐表面和固定側(cè)電極的槽，而且帽套由低熱傳導(dǎo)性和催化性能的材料制造。
優(yōu)選地，帽套的錐表面的頂角為40-60°。這樣可以獲得最充分的火焰效應(yīng)，因?yàn)樯鲜龇秶跍p小或增大時，火焰效應(yīng)降低至完全消失。
附圖的簡要說明本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置的要點(diǎn)結(jié)合下面附圖予以說明，附圖中

圖1示出按照第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置；圖2示出按照第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置；圖3示出按照第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置；圖4示出在帶有“開放”火花塞的點(diǎn)火系統(tǒng)情況下，燃燒室內(nèi)火焰的擴(kuò)展特性；圖5示出在使用本發(fā)明點(diǎn)火裝置情況下，燃燒室內(nèi)火焰的擴(kuò)展特性；圖6示出火焰長度與帽套錐面頂角的關(guān)系圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置包括電能的電容存儲器1，例如固定在火花塞上的電容器，該電容器具有由帽套2和基座3形狀組合的殼體，帶有中心電極5的絕緣子4和側(cè)電極6，側(cè)電極6固定在基座3上和與中心電極5的端面8形成火花間隙7。
在帽套2內(nèi)制成內(nèi)部的向外擴(kuò)展的錐表面9和側(cè)電極6的固定槽10。帽套的錐表面的頂角α為40-60°。
帽套2由低熱傳導(dǎo)性和催化性能的材料制造，例如科伐鐵鎳鈷合金或不銹鋼。這樣，當(dāng)火焰擴(kuò)展至與帽套的錐表面接觸時，可以減少火焰球的熱量損失。
帽套2材料的催化性能可以消除熾熱的點(diǎn)火。
帽套2可以制成各種改型結(jié)構(gòu)和與基座3有不同的連接方法。
例如，圖1的帽套2具有最普通的結(jié)構(gòu)，但為使帽套2和基座3對接連接，需要普通的焊接工藝，例如用接觸焊或激光焊。
又例如，圖2的帽套2具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗哂袌A筒形的環(huán)凸臺11。因此帽套2可以用較普通的方法固定到基座3上，例如，用點(diǎn)焊或滾焊。
又例如圖3的帽套2可以用薄壁管材相應(yīng)的變形工藝制成。在批量生產(chǎn)的條件下它具有大的經(jīng)濟(jì)效益。
內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置的工作方式如下在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)安裝點(diǎn)火裝置。這時高壓導(dǎo)線連接至電容器1。在這種情況下，點(diǎn)火時間的調(diào)節(jié)不是必須的。在內(nèi)燃機(jī)中火花塞和相應(yīng)電容器的數(shù)量可以是任意的，這里討論一個裝置的工作。
在內(nèi)燃機(jī)的吸氣和壓縮沖程時，燃料混合物充填燃燒室內(nèi)的空間(圖中未示出)，該空間包括火花間隙區(qū)7。
在把高電壓供至點(diǎn)火裝置時，在火花塞的中心電極5上的電壓將隨著電容器1的電容充電引起的滯后而增高。
通常，火花間隙7的大小這樣選擇，使擊穿發(fā)生在高壓電源集聚30-70％的電能之后。
在火花間隙7擊穿時，產(chǎn)生電容器1的電容放電過程，它導(dǎo)致隨后的再充電和再次放電等。通過火花間隙7的電流脈沖的形狀類似于衰減的無線電脈沖。
考慮到電容器1和火花塞中心電極5的電阻非常小，實(shí)際上存儲在電容器1內(nèi)的全部電能排出至火空間隙7內(nèi)。
大部分火花的能量進(jìn)入輻射和形成沖擊波，但由于有帽套2，使其有利的結(jié)果(燃料的燃燒準(zhǔn)備)保留下來。在火花間隙7區(qū)域內(nèi)活化的燃料混合物沒有被燃料混合物的漏流帶走。
在火花間隙內(nèi)擊穿之后形成火花槽，它隨著放電電流的結(jié)束轉(zhuǎn)變?yōu)榛鹧媲?，它被帽蓋2良好地覆蓋，避開了燃料混合物的渦流。在數(shù)百微秒(microsec)內(nèi)火焰球長大。當(dāng)球的直徑達(dá)到約7-9mm時火焰球爆炸。
由于帽套2的內(nèi)部的擴(kuò)展的錐表面9，形成大長度的爆炸火焰(圖5)。在這種情況下，帽套2自身在輻射、沖擊波、火焰球和爆炸作用的全階段中吸收小量的熱能。
工業(yè)的可行性進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)研究，以確定火焰長度L與帽套的錐表面頂角α的關(guān)系。
最佳的結(jié)果(L＝30mm)是在α＝40-60°時獲得的(圖6)。
應(yīng)該指出，由于各種類型能量的作用，特別是沖擊波對于帽套2的內(nèi)表面的作用，它經(jīng)常是潔凈沒有積碳的。
在吸氣和壓縮沖程時，帽套2的熱表面9以及火花塞的絕緣子3借助燃料混合物而冷卻，這時產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣體形成。這種局部的“微氣候”有利于提高點(diǎn)火的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置中，火花塞在保持高壽命的同時，達(dá)到了穩(wěn)定點(diǎn)火條件下創(chuàng)記錄的火焰長度。電容器1加強(qiáng)了火花的瞬時強(qiáng)度，這時稍稍提高了電磁輻射。
本發(fā)明裝置高效的工作在各種型號的內(nèi)燃機(jī)的大量試驗(yàn)中被證實(shí)。獲得了下列結(jié)果1.借助在空轉(zhuǎn)時燃料混合物的貧化，顯著地減少了排氣中的CO和CH的數(shù)量。
2.借助縮短燃料混合物在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)的燃燒時間，它對燃料的辛烷值較小敏感。
3.借助提高內(nèi)燃機(jī)在大載荷和大轉(zhuǎn)數(shù)下的扭矩，降低在城區(qū)汽油的消耗達(dá)20％以及在速度150km/h路線上達(dá)30％。
4.顯著地提高了汽車的動力學(xué)和適應(yīng)性。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置，它具有火花塞，包括殼體，帶有中心電極(5)的絕緣子和固定在殼體上并與中心電極(5)的端面(8)形成火花間隙(7)的側(cè)電極(6)，其中圍繞火花間隙的空間被內(nèi)部的向外擴(kuò)展的殼體錐表面(9)以及固定在火花塞上的電能的電容存儲器(1)包圍，其特征在于所述的火花塞的殼體制成帽套(2)和基座(3)的形式，而且在所述的帽套(2)中設(shè)有內(nèi)部的向外擴(kuò)展的錐表面(9)和固定側(cè)電極(6)的槽(10)，而且所述的帽套(2)由低熱傳導(dǎo)性和催化性能的材料制造。
2.按照權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述的帽套(2)的錐表面的頂角為40-60°。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用的點(diǎn)火裝置涉及電技術(shù)，更具體地說，涉及內(nèi)燃機(jī)內(nèi)輕燃料混合物的點(diǎn)火系統(tǒng)。本裝置具有火花塞，它包括殼體，帶有中心電極(5)的絕緣子(4)，側(cè)電極(6)固定在殼體上并與中心電極(5)的端面(8)以及電能的電容存儲器(1)形成火花間隙(7)。其中圍繞火花間隙的空間被內(nèi)部的向外擴(kuò)展的殼體錐表面(9)包圍，以及殼體具有帽套(2)和基座(3)的形狀，而且上述帽套(2)是由低熱傳導(dǎo)性和催化性能的材料制成。本發(fā)明使有可能獲得最大的扭矩效果和提高發(fā)動機(jī)的輸出。
文檔編號B63H19/02GK1402898SQ00816457
公開日2003年3月12日 申請日期2000年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月14日
發(fā)明者葉夫根尼·斯捷潘諾維奇·布加特斯 申請人:葉夫根尼·斯捷潘諾維奇·布加特斯