本發(fā)明涉及火花塞，并且更具體地，涉及安裝在用于車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中以便通過產(chǎn)生火花來點(diǎn)燃燃料空氣混合物的火花塞。

背景技術(shù)：

通常，在用于車輛的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中所使用的火花塞包括：中心電極，該中心電極布置在火花塞的中心部分中；絕緣體，該絕緣體圍繞中心電極；金屬殼體，該金屬殼體圍繞絕緣體；以及接地電極，該接地電極從金屬殼體的下端向下延伸。在中心電極與接地電極之間產(chǎn)生火花電流，并且此時(shí)出現(xiàn)的火花點(diǎn)燃燃燒室中被壓縮的燃料空氣混合物。

如圖6所示，根據(jù)暴露于燃燒室的長(zhǎng)度部分(部分C)的長(zhǎng)度，火花塞被分類為熱型、中型和冷型。參考標(biāo)號(hào)602表示絕緣體，參考標(biāo)號(hào)603表示金屬殼體，參考標(biāo)號(hào)604表示六角螺母，參考標(biāo)號(hào)605表示絕緣體尖端，并且參考標(biāo)號(hào)610表示接地電極。該分類是基于表示火花塞散熱程度的熱量范圍來確定的。熱型火花塞具有低散熱效果，并且冷型火花塞具有高散熱效果。如從圖6已知的，因?yàn)槔湫突鸹ㄈ拈L(zhǎng)度部分相對(duì)較短，所以冷型火花塞的吸熱面積減少且散熱面積增加，并且因此在燃燒過程中可用于火花塞的熱源較小。相反，因?yàn)闊嵝突鸹ㄈ拈L(zhǎng)度部分相對(duì)較長(zhǎng)，所以熱型火花塞的吸熱面積增加且散熱面積減少，并且因此在燃燒過程中可用于火花塞的熱源較大。

為了優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒，使用具有適于發(fā)動(dòng)機(jī)特性的熱量范圍的火花塞。然而，在配備有渦輪增壓器的渦輪增壓汽油直噴(T-GDI)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，難以采用具有適于發(fā)動(dòng)機(jī)特性的熱量范圍的火花塞。

通常，相比較自然吸氣(NA)發(fā)動(dòng)機(jī)，由于渦輪增壓器的過度增壓，T-GDI發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒的溫度和壓力大大增加。這種燃燒環(huán)境可增加預(yù)點(diǎn)火以及歸因于預(yù)點(diǎn)火的爆振現(xiàn)象的可能性，可異常增加燃燒室中的溫度和壓力。由于重復(fù)爆振而產(chǎn)生的燃燒室中的高燃燒壓力和壓力波可燒毀火花塞的絕緣體，并且可導(dǎo)致不完全燃燒和發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。

由于該原因，盡管冷型火花塞不是完全適當(dāng)，但是它被應(yīng)用至T-GDI發(fā)動(dòng)機(jī)以便處理爆振出現(xiàn)時(shí)的高燃燒壓力和壓力波。這是因?yàn)榫哂邢鄬?duì)短的長(zhǎng)度部分的冷型火花塞可增加絕緣體的總體強(qiáng)度。然而，因?yàn)槔湫突鸹ㄈ３譄崃坎患亚疑峥?，所以?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)初始啟動(dòng)時(shí)，火花塞的溫度不能快速達(dá)到自清潔溫度，這可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火失敗以及冷啟動(dòng)操作效率劣化的問題。

在本發(fā)明的該背景部分中公開的信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的整體背景的理解并且不得被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的各個(gè)方面致力于提供火花塞，該火花塞防止絕緣體和其自身的塞被高燃燒壓力和壓力波燒壞，改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)操作，并且防止點(diǎn)火失敗。

根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，火花塞可包括：中心電極，該中心電極布置在火花塞的中心部分中；絕緣體，該絕緣體圍繞中心電極；以及金屬殼體，該金屬殼體圍繞絕緣體并且具有接地電極和面向絕緣體的內(nèi)表面，該接地電極從金屬殼體的下端向下延伸，該內(nèi)表面凹狀成形以便在內(nèi)表面的凹狀部分與絕緣體之間形成用于調(diào)整火花塞的熱量范圍的屏蔽空間。

屏蔽空間可位于六角螺母與絕緣體尖端之間的中間位置中。

金屬殼體的內(nèi)表面可凹狀成形以形成屏蔽空間，并且該屏蔽空間可具有四邊形截面。

屏蔽空間可具有通過其高度和底部限定的矩形截面，高度的尺寸比底部的尺寸大。

金屬殼體的內(nèi)表面可凹狀成形以形成屏蔽空間，并且該屏蔽空間可具有包括凹狀部分和凸?fàn)畈糠值牟黄教菇孛?，這些凹狀部分和這些凸?fàn)畈糠衷谳S向方向上以預(yù)定間隔交替布置在金屬殼體的內(nèi)表面上。

金屬殼體的內(nèi)表面可凹狀成形以形成屏蔽空間，并且該屏蔽空間可具有包括螺紋部分(threaded portions)的鋸齒狀截面，該螺紋部分在軸向方向上以預(yù)定間隔布置在內(nèi)表面上。

金屬殼體的內(nèi)表面可凹狀成形以形成屏蔽空間，并且隔熱材料可布置在該屏蔽空間中。

屏蔽空間的總體形狀可以是中空?qǐng)A柱體。

應(yīng)理解，如本文使用的術(shù)語“車輛(vehicle)”或“車輛的(vehicular)”或其他類似術(shù)語包括廣義的機(jī)動(dòng)車輛，諸如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛的載客車輛；包括各種小船、海船的水運(yùn)工具；航空器等；并且包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛和其他替代燃料車輛(例如，燃料來源于非石油能源)。如本文提及的，混合動(dòng)力車輛是具有兩種或更多種動(dòng)力源的車輛，例如，汽油動(dòng)力和電動(dòng)式車輛。

本發(fā)明的方法和裝置具有從附圖中將顯而易見或在附圖中更為詳細(xì)地提出的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖被結(jié)合于本文，并且與下列具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明的特定原理。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性火花塞的視圖。

圖2、圖3、圖4以及圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性火花塞的視圖。

圖6是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的基于熱量范圍來分類的典型火花塞的視圖。

圖7是示出應(yīng)用至示例性火花塞的熱量的溫度取決于車輛速度的曲線圖。

應(yīng)理解，所附附圖不一定按比例繪制，呈現(xiàn)了說明本發(fā)明的基本原理的各種特征的略微簡(jiǎn)化的表示。如本文公開的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征(包括，例如，具體尺寸、方向、位置和形狀)將部分由特定的預(yù)期應(yīng)用和使用環(huán)境來確定。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施方式，在附圖中示出其實(shí)例并且在下文中進(jìn)行描述。盡管本發(fā)明將與示例性實(shí)施方式相結(jié)合進(jìn)行描述，但是將理解，本說明并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實(shí)施方式。相反，本發(fā)明旨在不僅涵蓋示例性實(shí)施例，而且涵蓋可包括在如由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替換、修改、等同物以及其他實(shí)施方式。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的火花塞的視圖，并且圖2至圖5是分別示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的火花塞的視圖。圖6是示出基于熱量范圍來分類的典型火花塞的視圖，并且圖7是示出應(yīng)用至火花塞的熱量的溫度取決于車輛速度的曲線圖。

根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的火花塞包括：中心電極100，該中心電極布置在火花塞的中心部分中；絕緣體200，該絕緣體圍繞中心電極100；以及金屬殼體300，該金屬殼體圍繞絕緣體200并且具有接地電極310和內(nèi)表面330，該接地電極從金屬殼體的下端向下延伸，該內(nèi)表面面向絕緣體200，金屬殼體300的內(nèi)表面330的一部分凹狀成形以便在內(nèi)表面330的凹狀部分與絕緣體200之間形成屏蔽空間350以調(diào)整熱量范圍。

在本說明書中，示出應(yīng)用至配備有渦輪增壓器的T-GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞，并且現(xiàn)在將該火花塞作為實(shí)例進(jìn)行描述。如圖6所示，根據(jù)暴露于燃燒室的長(zhǎng)度部分(部分C)的長(zhǎng)度，火花塞通常被分類為熱型和冷型。盡管冷型火花塞不完全適于(最高750℃～800℃)具有渦輪增壓器的T-GDI發(fā)動(dòng)機(jī)，但是它仍被應(yīng)用至T-GDI發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗商幚眍A(yù)點(diǎn)火出現(xiàn)時(shí)所出現(xiàn)的高燃燒壓力和壓力波。這種冷型火花塞可處理預(yù)點(diǎn)火，但是具有點(diǎn)火失敗以及冷啟動(dòng)操作效率劣化的問題。

因此，在本發(fā)明的各種實(shí)施方式中，公開了降低冷型火花塞的散熱的方式以便解決點(diǎn)火失敗以及冷啟動(dòng)操作效率劣化的以上問題。上述屏蔽空間350位于六角螺母400與絕緣體尖端500之間的中間位置中，并且可通過屏蔽空間350選擇性調(diào)整熱量范圍，由此即使使用冷型火花塞，也能解決以上問題。

在下文中，將參考圖2至圖5詳細(xì)說明屏蔽空間350。屏蔽空間350的重要因素是體積與表面積的比率，并且其形狀可根據(jù)設(shè)計(jì)或環(huán)境而進(jìn)行各種改變。

圖2是示出屏蔽空間350以這樣的方式形成在絕緣體200與金屬殼體300之間的結(jié)構(gòu)的視圖，即，屏蔽空間350的體積最大化。金屬殼體300的內(nèi)表面330的一部分凹狀成形以形成屏蔽空間350。該屏蔽空間350可具有四邊形截面。在一些實(shí)施方式中，屏蔽空間350可具有通過其高度和底部限定的矩形截面，其中，高度的尺寸比底部的尺寸大。因此，屏蔽空間350的總體形狀可以是中空?qǐng)A柱形。

如上所述，金屬殼體300的面向絕緣體200的內(nèi)表面330凹狀成形以便在絕緣體200與金屬殼體300之間形成空氣層，由此將熱阻提高成大約是傳統(tǒng)技術(shù)中的熱阻的1000倍。因此，降低了冷型火花塞的散熱性能，防止碳沉積，并且也防止在配備有渦輪增壓器的T-GDI發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)的點(diǎn)火失敗。

圖3是示出屏蔽空間350以這樣的方式形成在絕緣體200與金屬殼體300之間的結(jié)構(gòu)的視圖，即，屏蔽空間350的體積可被調(diào)整。金屬殼體300的內(nèi)表面330的一部分凹狀成形以形成屏蔽空間350。此時(shí)，屏蔽空間350可具有包括凹狀部分和凸?fàn)畈糠值牟黄教菇孛?，該凹狀部分和凸?fàn)畈糠衷谳S向方向上以預(yù)定間隔交替布置在內(nèi)表面330上。因此，通過改變屏蔽空間350的凹狀部分和凸?fàn)畈糠值臄?shù)量，可調(diào)整屏蔽空間350的數(shù)量和體積比率，使得可應(yīng)用具有適于發(fā)動(dòng)機(jī)類型的熱量范圍的火花塞。屏蔽空間350的總體形狀是如同圖2的中空?qǐng)A柱形，并且進(jìn)一步具有包括凹狀部分和凸?fàn)畈糠值牟黄教箓?cè)表面。因此，可調(diào)整屏蔽空間350的體積與表面積的比率。

圖4是示出屏蔽空間350以這樣的方式形成在絕緣體200與金屬殼體300之間的結(jié)構(gòu)的視圖，即，考慮到成本和產(chǎn)率，屏蔽空間350的體積可被調(diào)整。金屬殼體300的內(nèi)表面330的一部分凹狀成形以形成屏蔽空間350。該屏蔽空間350可具有包括螺紋部分的鋸齒狀截面，該螺紋部分在軸向方向上以預(yù)定間隔布置在內(nèi)表面330上。形成在金屬殼體300的內(nèi)表面330上的螺紋部分的效果與圖3所述的屏蔽空間350的凹狀部分和凸?fàn)畈糠值男Ч嗤?。此外，由于形成在金屬殼體300的內(nèi)表面330上的螺紋部分的形狀與形成在金屬殼體300的外表面上的螺紋部分的形狀相同，所以改進(jìn)制造便利性，降低制造成本，并且提高產(chǎn)率。

圖5是示出屏蔽空間350形成在絕緣體200與金屬殼體300之間并且隔熱材料600布置在屏蔽空間350中的結(jié)構(gòu)的視圖。金屬殼體300的內(nèi)表面330的一部分凹狀成形以形成屏蔽空間350。因此，隔熱材料600可布置在屏蔽空間350中。屏蔽空間350可具有如同圖2的矩形截面，但是截面形狀可根據(jù)設(shè)計(jì)或環(huán)境而變化。如圖5所示，在隔熱材料600布置在屏蔽空間350中的情況下，屏蔽效果可最大化。因此，即使當(dāng)火花塞應(yīng)用至具有不利點(diǎn)火條件的發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如，配備有低壓EGR(LP EGR)系統(tǒng)和渦輪增壓器的T-GDI發(fā)動(dòng)機(jī))時(shí)，也可改進(jìn)冷啟動(dòng)操作，并且可防止點(diǎn)火失敗。

從以上描述顯而易見的是，為了解決傳統(tǒng)技術(shù)中的如下問題：當(dāng)使用具有用于增強(qiáng)絕緣體的較短長(zhǎng)度部分的冷型火花塞時(shí)，出現(xiàn)冷啟動(dòng)操作劣化以及點(diǎn)火失敗，本發(fā)明的各個(gè)方面提供如下火花塞：該火花塞可通過減少長(zhǎng)度部分的長(zhǎng)度來增強(qiáng)絕緣體，并且此外，可使用屏蔽空間來調(diào)整散熱性能，由此根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型而選擇性調(diào)整熱量范圍。

如圖7所示，典型火花塞具有這樣的操作特性：使得火花塞的溫度必須在低車輛速度時(shí)快速達(dá)到自清潔溫度，并且必須在高車輛速度時(shí)低于預(yù)點(diǎn)火溫度。在本發(fā)明的各種實(shí)施方式中，通過在絕緣體與金屬殼體之間形成屏蔽空間，火花塞具有通過圖7中的線B表示的操作特性，由此即使當(dāng)使用用于增強(qiáng)絕緣體的強(qiáng)度的冷型火花塞時(shí)，散熱性能也能降低，初始啟動(dòng)時(shí)以及低負(fù)載區(qū)域中的點(diǎn)火穩(wěn)定性提高，并且防止點(diǎn)火失敗。

此外，由于可選擇性調(diào)整火花塞的熱量范圍，所以可使用滿足適于發(fā)動(dòng)機(jī)類型的熱量范圍的火花塞，由此提高可用性。當(dāng)初始啟動(dòng)時(shí)，通過使用形成在絕緣體與金屬殼體之間的屏蔽空間來降低散熱，達(dá)到自清潔溫度所花費(fèi)的時(shí)間減少。在火花塞的溫度達(dá)到預(yù)定溫度之后，屏蔽空間中的密度降低，并且因此散熱性能增強(qiáng)，由此增加熱量范圍。此外，由于具有用于發(fā)動(dòng)機(jī)類型的最佳規(guī)格的火花塞可僅通過改變金屬殼體而不改變絕緣體來制造，所以可降低制造成本，并且易于應(yīng)對(duì)新的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展。

為便于對(duì)所附權(quán)利要求的說明和準(zhǔn)確定義，參考圖中顯示的特征的位置而使用術(shù)語“上部”或“下部”、“內(nèi)部”或“外部”等來描述示例性實(shí)施方式的這些特征。

已出于示出和描述的目的而呈現(xiàn)了本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方式的以上描述。以上描述并非旨在是窮盡或者將本發(fā)明局限于公開的精確形式，并且顯而易見，根據(jù)上述教導(dǎo)，許多修改和變型都是可能的。為了解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，選擇并描述了示例性實(shí)施方式，由此能夠使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出并且利用本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方式以及其各種替換和修改。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求書及其等同物來限定。