專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞。
背景技術(shù)：
用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞已被人們所知悉過百年。盡管在這期間火花塞的設(shè)計(jì)有了很大改進(jìn)，但仍持續(xù)需要將進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能并有望減少燃油消耗率的火花塞。對(duì)產(chǎn)生改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能的火花塞的需求在賽車行業(yè)特別急切，其中即使發(fā)動(dòng)機(jī)性能小小的改進(jìn)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量小小的降低都會(huì)意味著勝與負(fù)的差別。發(fā)明概述本發(fā)明滿足了該需求。本發(fā)明是一種火花塞，包括:(a)—個(gè)中心電極，該中心電極具有一個(gè)近端部分和一個(gè)遠(yuǎn)端部分，該遠(yuǎn)端部分具有一個(gè)帶縱軸的圓形截面并在一個(gè)遠(yuǎn)端端部內(nèi)終止，和(b)多個(gè)外圍電極，每個(gè)外圍電極具有一個(gè)下部和一個(gè)上部并且形狀和尺寸基本上完全相同，每個(gè)上部具有一個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)，每個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)被安置在一個(gè)中心平面內(nèi)，該中心電極的遠(yuǎn)端部分的縱軸被整個(gè)安置在該中心平面內(nèi)，沿其中心平面截取的每個(gè)上部的截面限定一個(gè)凸面外側(cè)和一個(gè)非凸面內(nèi)側(cè)，每個(gè)凸面外側(cè)具有一個(gè)與多個(gè)切面相切的曲面，所有這些切面在該中心電極的遠(yuǎn)端點(diǎn)的遠(yuǎn)端端部處或上方的點(diǎn)處與該中心電極的遠(yuǎn)端部分的縱軸相交。


通過參考以下描述、附加權(quán)利要求和附圖可以更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)，其中:圖1是具有本發(fā)明的一些特征的一種火花塞的透視圖；圖2是圖1中展示的火花塞的一端的平面圖；圖3A是圖2中展示的沿線3-3截取的火花塞的截面圖；圖3B是圖2中展示的沿線3-3截取的火花塞的另一截面圖；圖4A是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第一下部的示意圖；圖4B是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第二下部的示意圖；圖4C是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第三下部的不意圖；圖4D是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第四下部的示意圖；圖4E是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第五下部的示意圖；圖4F是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第六下部的示意圖4G是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第七下部的示意圖；圖4H是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第八下部的示意圖；圖41是圖4H中展示的外圍電極的下部的側(cè)視圖；圖4J是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第九下部的示意圖；圖4K是圖4J中展示的外圍電極的下部的側(cè)視圖；圖4L是本發(fā)明中可用的一個(gè)外圍電極的一個(gè)第十下部的示意圖；圖4M是圖4L中展示的外圍電極的下部的側(cè)視圖；圖4N是圖4L中的外圍電極的下部的另一側(cè)視圖。詳細(xì)說明以下討論詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例和該實(shí)施例的幾個(gè)變化。然而，本討論不應(yīng)解釋為將本發(fā)明限于這些具體實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到數(shù)個(gè)其他實(shí)施例。如在此使用，除上下文另外要求之外，術(shù)語“包括”不旨在排斥其他添加、組成、整體或步驟。因此，貫穿本說明書，除上下文另外要求之外，單詞“包括”等以與排斥意義相反的包括意義，即以包括但不限于摂?shù)囊饬x被解釋。如在附圖中所描述，在本披露中所指定的全部尺寸僅作為實(shí)例并且不旨在限制。而且，在這些附圖所示的比例不必按規(guī)定比例。如將由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參考本披露所理解，在本披露中所披露的任意裝置或裝置的部分的實(shí)際尺寸將根據(jù)其計(jì)劃用途來確定。本發(fā)明是一種用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞10，該火花塞能夠提供不同凡響的性能。該火花塞10包括一個(gè)中心電極12和多個(gè)外圍電極14。在圖1至圖3中展示了本發(fā)明。該中心電極12具有一個(gè)近端部分16和一個(gè)遠(yuǎn)端部分18。該遠(yuǎn)端部分18具有一個(gè)帶一個(gè)縱軸20的圓形截面。該遠(yuǎn)端部分18在一個(gè)遠(yuǎn)端端部22處終止。在一個(gè)實(shí)施例中，該中心電極12的遠(yuǎn)端端部22為圓頂形，以達(dá)到一種相一致的粗鈍形。為了便于制造，該中心電極12和一個(gè)典型火花塞一樣為圓柱形。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該遠(yuǎn)端部分18的直徑介于約0.125英寸和約0.265英寸之間。該遠(yuǎn)端部分18的直徑比一個(gè)典型火花塞內(nèi)的直徑大約2到3倍。由于若干個(gè)原因，該中心電極12被放大了。其中一個(gè)目的是為了火花穩(wěn)定。該放大后的電極儲(chǔ)存更多能量，由此使得火花事件時(shí)釋放出更多的電力。第二個(gè)目的是在點(diǎn)火周期期間引起持續(xù)、快速的離子運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)即使在極高的燃燒壓力下也不會(huì)出現(xiàn)故障，如賽車發(fā)動(dòng)機(jī)。該多個(gè)外圍電極14環(huán)繞該中心電極12被彼此等距離安置，從而限定一個(gè)圓圈，其中將該中心電極12安置在圓圈中心。這些外圍電極14通常與一個(gè)螺紋底座圓柱體24成為一體。在附圖中展示的實(shí)施例中，該多個(gè)外圍電極14由8個(gè)外圍電極14組成。任何情況下，重要的是外圍電極14數(shù)量在約3個(gè)和約12個(gè)之間。當(dāng)外圍電極14的數(shù)量少于3個(gè)或大于12個(gè)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的性能會(huì)被大大降低。這些外圍電極14中的每個(gè)電極的形狀和尺寸基本上完全相同。每個(gè)外圍電極14具有一個(gè)下部25和一個(gè)上部26。該上部26具有一個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)28。如圖1和圖2所示，這些外圍電極14中的每個(gè)電極的最遠(yuǎn)端點(diǎn)28可以是相對(duì)尖銳的。然而，在其他實(shí)施例中，這些外圍電極14中的每個(gè)電極的最遠(yuǎn)端點(diǎn)28可以更為圓滑或平坦。
如圖2所示，每個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)28被安置在一個(gè)中心平面30內(nèi)，該中心電極12的遠(yuǎn)端部分18的縱軸20被整個(gè)安置在該中心平面內(nèi)。沿其中心平面30截取的每個(gè)外圍電極14的每個(gè)上部26的截面限定一個(gè)凸面外側(cè)32和一個(gè)非凸面內(nèi)側(cè)34。如圖3A所示，每個(gè)凸面外側(cè)32具有一個(gè)曲面36，該曲面與多個(gè)切面38相切，所有這些切面38在該中心電極12遠(yuǎn)端點(diǎn)的遠(yuǎn)端端部22處或上方的點(diǎn)處與該中心電極12的遠(yuǎn)端部分18的縱軸20相交。在一個(gè)典型實(shí)施例中，該凸面外側(cè)32的曲面36是平滑的，優(yōu)選地沒有間斷。圖3B展示了與圖3A所示的完全一樣的另一截面圖，除了該內(nèi)側(cè)34在最遠(yuǎn)端點(diǎn)28附近限定一個(gè)小的平坦段37以外。根據(jù)上述設(shè)計(jì)，該多個(gè)外圍電極14和一個(gè)被彎成一個(gè)環(huán)的叉子相似，其中尖頭向內(nèi)拱彎從而指向該中心電極12。又如圖3所示，通過一層膠木40或其他合適的絕緣體，使這些外圍電極14與該中心電極12絕緣。如圖4A至圖4M所示，這些外圍電極14可以被設(shè)置成各種形狀。圖4A展示了一個(gè)具有一個(gè)總體上正方形截面的外圍電極14的下部25的截面形狀。圖4B展示了一個(gè)具有一個(gè)總體矩形截面的外圍電極14的下部25。圖4C展示了一個(gè)具有一個(gè)總體橢圓形的外圍電極14的下部25。圖4D展不了一個(gè)具有一個(gè)總體圓形的外圍電極14的下部25。圖4E展示了一個(gè)具有一個(gè)總體橢圓形但帶多個(gè)圓角的外圍電極14的下部25。圖4F展示了一個(gè)具有一個(gè)總體矩形但帶多個(gè)圓角的外圍電極14的下部25。圖4G展示了一個(gè)具有一個(gè)總體三角形截面的外圍電極14的下部25。圖4H和圖41展示了一個(gè)具有一個(gè)偏心圓錐體形狀的外圍電極14的上部26。圖4J和圖4K展示了一個(gè)具有另一種偏心圓錐體形狀的外圍電極14的上部26。圖4L和圖4M展不了 一個(gè)具有一個(gè)總體平坦的內(nèi)側(cè)34和一個(gè)外側(cè)32的外圍電極14的上部26，其中截面沿其中心平面30截取，該內(nèi)側(cè)34具有一個(gè)總體平坦的表面，并且該外側(cè)32具有一個(gè)圓弧狀表面。圖4N展示了圖4L所示的外圍電極14的另一上部26的截面，其中，該內(nèi)側(cè)34稍微內(nèi)凹。典型地，這些外圍電極14中的每個(gè)電極的最遠(yuǎn)端點(diǎn)28與該中心電極12間隔開約
0.04英寸至約0.095英寸之間的距離，最典型為約0.05英寸至約0.07英寸之間。根據(jù)上述本發(fā)明的火花塞10的獨(dú)特設(shè)計(jì)，通過利用從一個(gè)點(diǎn)火源釋放出的多余能量引起快速離子運(yùn)動(dòng)，離子運(yùn)動(dòng)與燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣/燃油混合，該火花塞10能夠提供改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，包括增加馬力和扭矩。點(diǎn)火前、火花事件過程中和燃燒過程中，一陣負(fù)離子被混入燃燒室內(nèi)的空氣燃油內(nèi)。通過釋放更多的潛在能量和放慢實(shí)際燃燒事件，這一陣離子改變了燃油的燃燒特點(diǎn)。此現(xiàn)象與提高燃油的辛烷值類似。點(diǎn)火事件期間，離子正在冷卻這些尖塞端。這種事件常常環(huán)繞該中心電極形成快速循環(huán)流。此現(xiàn)象還具有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即本發(fā)明的火花塞不需要被設(shè)計(jì)用于很多具體熱度等級(jí)之一。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，只要求一個(gè)熱度等級(jí)。相比之下，對(duì)于傳統(tǒng)火花塞，要求多達(dá)20種不同的設(shè)計(jì)，一種對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的熱度等級(jí)。根據(jù)本發(fā)明中的這些外圍電極的設(shè)計(jì)，負(fù)離子從線圈流出的電荷中被分離出去。這些離子沿這些負(fù)電極的外圍行進(jìn)，沿這些外圍電極的曲線形成動(dòng)量，集中在該遠(yuǎn)端部分，并且然后朝該中心電極沖出一條路徑供該火花等離子體行進(jìn)。當(dāng)活塞靠近壓縮/燃燒沖程的上止點(diǎn)時(shí)，燃燒室便開始被高度加壓。在此大氣壓下，火花等離子體被放大并迸裂，從而從這些接地電極排放出大量火花。高壓試驗(yàn)過程中，觀察到多達(dá)三個(gè)明顯高帶電火花內(nèi)核。火花事件過程中和火花事件瞬間后，該快速離子移動(dòng)沖擊該中心電極并展開進(jìn)入空氣/燃油電荷，從而對(duì)前述電荷進(jìn)行高離子化。這樣，充分、徹底利用了線圈提供的電荷。本發(fā)明使用中出現(xiàn)另一種現(xiàn)象是這些運(yùn)動(dòng)著的離子在該中心電極下方和該絕緣體與該底座外殼的內(nèi)壁之間的空腔內(nèi)創(chuàng)建了一個(gè)壓力屏障。該壓力屏障將碳和部分燃燒的燃料和燃油分開，防止污染該絕緣體和該底座外殼的內(nèi)壁，因此避免了火花潛在的短路。點(diǎn)火后，該快速離子運(yùn)動(dòng)冷卻火焰前緣，因此放慢了燃燒事件。該快速離子運(yùn)動(dòng)過程會(huì)引起該正在向下行進(jìn)的活塞頂部上的壓力持續(xù)時(shí)間延長。該快速離子運(yùn)動(dòng)燃燒過程也保證了更加徹底的燃燒，因此降低了未燃燒的碳?xì)浠衔锏陌俜致?。另一個(gè)與排放物相關(guān)的正面效益在于該快速離子運(yùn)動(dòng)的冷卻方面防止NOx上升。這與傳統(tǒng)火花塞形成對(duì)比，傳統(tǒng)火花塞中，必須利用更高的熱度等級(jí)才能燃燒更多的碳?xì)浠衔?并且這種更高的熱度等級(jí)必然會(huì)產(chǎn)生更多的NOx)。最后，本發(fā)明的設(shè)計(jì)業(yè)還產(chǎn)生了一種很大并且很穩(wěn)定的火花，這種火花可跳過大火花間隙并承受住極高的燃燒壓力，因此大大減少了失火。實(shí)M利用一臺(tái)高性能V-8試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)重新制作了測(cè)功機(jī)圖表。利用一個(gè)獨(dú)立的設(shè)施進(jìn)行了這些試驗(yàn)。除了換掉火花塞以外，沒有對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)做任何變化或變更。與一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的典型賽車火花塞相比，這些圖表說明本發(fā)明的火花塞使得馬力和扭矩得到增加。實(shí)例I在本實(shí)例中，該用于試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)為一臺(tái)420立方英寸的Ford FE發(fā)動(dòng)機(jī)，內(nèi)具有一個(gè)850cfm Holly化油器和38度調(diào)速。該儲(chǔ)備火花塞為Autolite3924儲(chǔ)備塞，被設(shè)置在.040英尺的空隙處。本發(fā)明的這些火花塞為按圖1所示改進(jìn)的Autolite3924儲(chǔ)備塞，間隙為.058英寸。
權(quán)利要求
1.一種火花塞,包括: (a)—個(gè)中心電極,該中心電極具有一個(gè)近端部分和一個(gè)遠(yuǎn)端部分，該遠(yuǎn)端部分具有一個(gè)帶一個(gè)縱軸的圓形截面并且在一個(gè)遠(yuǎn)端端部終止； (b)多個(gè)外圍電極,每個(gè)外圍電極具有一個(gè)下部和一個(gè)上部并且具有基本上完全相同的形狀和尺寸，每個(gè)上部具有一個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)，每個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)被安置在一個(gè)中心平面內(nèi)，該中心電極的遠(yuǎn)端部分的縱軸被整個(gè)安置在該中心平面內(nèi)，沿其中心平面截取的每個(gè)上部的截面限定一個(gè)凸面外側(cè)和一個(gè)非凸面內(nèi)側(cè)，每個(gè)凸面外側(cè)具有一個(gè)與多個(gè)切面相切的曲面，所有這些切面在該中心電極的遠(yuǎn)端點(diǎn)的遠(yuǎn)端端部處或上方的點(diǎn)處與該中心電極的遠(yuǎn)端部分的縱軸相交。
2.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，該中心電極的遠(yuǎn)端部分具有一個(gè)介于約0.125英寸和約0.265英寸之間的直徑。
3.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，該中心電極具有一個(gè)遠(yuǎn)端，該遠(yuǎn)端是圓頂形的。
4.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，該多個(gè)外圍電極的數(shù)量介于約3個(gè)和約12個(gè)外圍電極之間。
5.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中,這些外圍電極中的每個(gè)電極的下部具有一個(gè)正方形截面。
6.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中，這些外圍電極中的每個(gè)電極的下部具有一個(gè)矩形截面。
7.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中，這些外圍電極中的每個(gè)電極的下部具有一個(gè)總體上橢圓形的截面。
8.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中，這些外圍電極中的每個(gè)電極的下部具有一個(gè)圓形截面。
9.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中,這些外圍電極中的每個(gè)電極的下部具有一個(gè)帶多個(gè)圓角的總體上正方形的截面。
10.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中,這些外圍電極中的每個(gè)電極的下部具有一個(gè)帶多個(gè)圓角的總體上矩形的截面。
11.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中,這些外圍電極中的每個(gè)電極的下部具有一個(gè)帶多個(gè)圓角的總體上三角形的截面。
12.如權(quán)利要求1所述的火花塞,其中,這些外圍電極中的每個(gè)電極的上部都具有一個(gè)偏心圓錐體的形狀。
13.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，該凸面外側(cè)是平滑的。
14.如權(quán)利要求13所述的火花塞，其中，該凸面外側(cè)形成一個(gè)圓弧。
全文摘要
一種火花塞(10)具有一個(gè)中心電極(12)和多個(gè)外圍電極14。每個(gè)外圍電極(14)具有一個(gè)下部(25)和一個(gè)上部(26)。每個(gè)上部(26)具有一個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)(28)。每個(gè)最遠(yuǎn)端點(diǎn)(28)被安置在一個(gè)中心平面(30)內(nèi)，該中心電極(12)的遠(yuǎn)端部分(18)的縱軸(20)被整個(gè)安置在該中心平面內(nèi)。沿其中心平面(30)截取的每個(gè)上部(26)的截面限定一個(gè)凸面外側(cè)(32)和一個(gè)非凸面內(nèi)側(cè)(34)。每個(gè)凸面外側(cè)(33)具有一個(gè)曲面(36)，該曲面與多個(gè)切面(38)相切，所有這些切面在該中心電極(12)的遠(yuǎn)端點(diǎn)的遠(yuǎn)端端部(22)處或上方的點(diǎn)處與該中心電極(12)的遠(yuǎn)端部分(18)的縱軸(30)相交。
文檔編號(hào)H01T13/20GK103155313SQ201080069506
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者佩里·D·馬丁, 克里斯托弗·J·威瑟斯龐 申請(qǐng)人:沃瑪科技公司