发明名称：串 联间隙多点放电火 花塞

技术领域

[0001] 本发明是一种放电火花塞， 特别涉及一种串联间隙多点放电火花塞， 用于点燃 式发动机。

背景技术

[0002] 目前在以汽油,燃气,醇类等为燃料的点燃式发� ��机里使用的绝大部分火花塞一 般包括,绝缘体，壳体密封垫圈,接线螺母等,绝 缘体内设置中心电极,内置阻尼电阻， 经高温封接和接线螺杆连接作为点火的正极;� �体上焊接有镍合金材料的侧电极， 与发动机安装后作为地极,中心电极与侧电极� �成勾状跳火间隙,当发动机点火吋 刻,在发动机管理系统 （ECU) 的指令下控制高压点火线圈产生脉冲高压电能 ,经 高压导线到火花塞接线螺杆 (独立式高压线圈直接把高压正极加在接线螺� �上)， 脉冲高压在侧电极和中心电极之间的间隙产生 高压击穿电火花， 进而引燃压缩 的混合气体， 爆燃的混合气膨胀推动活塞使发动机做功。

[0003] 自汽车发明到现在已有 120多年的历史， 火花塞的基本形式没有任何改变。 由 于火花塞结构的限制和传统生产工艺的发展制 约， 到目前为止， 不管何种高技 术火花塞包括多侧电极的火花塞， 在实际工作吋只能产生一个放电点来引燃混 合气。 所有的火花塞技术区别只是在点火尖端材料上 和点火尖端结构上做了一 些提高， 目地只是延长工作寿命。 即使有所谓的能提高点火性能的技术特点， 也只是和传统普通电极火花塞比较的相对而言 ， 没有技术本质的区别。 因为火 花塞根本不会产生任何能量， 点火的高压能量是由电脑控制的高压线圈提供 的 ， 所谓高能火花塞是不存在的。 到目前为止,汽车行业尚无任何企业和个人能� � 供一种理论上先进， 切实可行的能在相隔一定距离内同吋多点点火 的火花塞。

[0004] 由于传统火花塞绝缘体内中心电极结构上的原 因，伸入汽缸点火的核心部分绝缘 体是裙部大面积接触高温燃烧气体吸热,散热� �依靠绝缘体后段内密封垫片同壳 体的小面积接触导热，因而针对不同要求的发 动机会有不同热值设计的火花塞。 正是由于这种中心电极延伸结构的制约， 传统火花塞的散热性能成了火花塞的 难以进一步完善的技术障碍。 发动机扭矩和马力测试显示的数据可以反映出 任 何发动机的动力输出到一定转速吋会下降，而 不可能一直线性上升， 既燃油增加, 动力下降,其根本原因就是火花塞的散热到了� �限值,引起发动机早燃而导致动力 下降。 正是由于传统火花塞的中心电极和侧电极点火 结构,动力特征非线性是不 可克服的技术屏障。

[0005] 现代发动机技术发展方向集中于关注燃烧动力 经济性和环保排放的严格要求， 人们对发动机点火燃烧理论和实践进行了大量 了的研究， 特别是在燃烧模式， 点火方式， 及其相互之间的关系和对发动机动力性能和油 耗， 排放的规律进行 了新层面的研究。 火花塞放电点火机理分为三个过程： 分别是高压击穿， 电弧 放电和辉光放电三个阶段； 如图所示， 火花塞实际只工作极短的吋间， 但是对 发动机的燃烧起了决定性的作用。

技术问题

[0006] 本发明主要是解决现有技术中存在的不足， 结构紧凑， 提供一种多点同吋引燃 混合气体， 使完全燃烧吋间缩短的点火装置， 在不改变其他部件前提下提高发 动机动力性最有效途径的串联间隙多点放电火 花塞。

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方 案得以解决的：

[0008] 一种串联间隙多点放电火花塞， 包括接线螺杆， 所述的接线螺杆置于绝缘体内 ， 所述的绝缘体铆接在壳体内， 所述的绝缘体尖端内部设有中心电极， 所述的 中心电极与接线螺杆间设有内置阻尼电阻， 所述的绝缘体的底部设有与绝缘体 相配接的陶瓷多点放电点火台， 所述的陶瓷多点放电点火台与绝缘体间形成腔 体组件， 所述的陶瓷多点放电点火台上端的外壁与壳体 相紧固， 所述的陶瓷多 点放电点火台的底部设有点火电极组件；

[0009] 所述的腔体组件包括正极高压连接腔体， 所述的绝缘体的底部伸至陶瓷多点放 电点火台中， 所述的正极高压连接腔体设在绝缘体的底部与 陶瓷多点放电点火 台间， 所述的中心电极的底部延伸出绝缘体， 所述的正极高压连接腔体的底部 设有与中心电极底部相配接的正极高压电极连 线， 所述的正极高压电极连线设 在陶瓷多点放电点火台中；

[0010] 或， 所述的正极高压连接腔体组件包括迷宫式正极 高压连接腔体和迷宫式正极 高压电极连线， 所述的绝缘体的底部伸至陶瓷多点放电点火台 中， 所述的迷宫 式正极高压连接腔体设在绝缘体的底部与陶瓷 多点放电点火台间， 所述的迷宫 式正极高压连接腔体的中心位设有凸台， 所述的凸台伸至绝缘体的底部， 所述 的迷宫式正极高压电极连线设在凸台的中心位 ， 所述的迷宫式正极高压电极连 线与中心电极底部相配接， 所述的迷宫式正极高压电极连线设在陶瓷多点 放电 点火台中， 所述的凸台与陶瓷多点放电点火台呈一体化分 布；

[0011] 所述的点火电极组件包括带有一个接地电极和 带有一个正极电极， 所述的正极 电极与正极高压电极连线或迷宫式正极高压电 极连线相连接， 接地电极与正极 电极间形成放电点火间隙， 接地电极与正极电极分别通过内置电极连线相 连通

[0012] 或， 所述的点火电极组件包括带有一个正极电极 I、 至少一个跨接电极和接地 电极 I， 所述的正极电极 I与正极高压电极连线或迷宫式正极高压电极� �线相连接 ， 正极电极 I与跨接电极分别通过内置电极连线 I相连通， 正极电极 I与跨接电极 间、 接地电极 I与跨接电极间分别形成放电点火间隙 I；

[0013] 所述的接地电极与接地电极 I分别与壳体相触接；

[0014] 所述的接地电极、 正极电极、 正极电极 I、 跨接电极和接地电极 I分别为针状直 立电极；

[0015] 所述的内置电极连线与内置电极连线 I置于陶瓷多点放电点火台中。

[0016] 作为优选， 所述的壳体外壁的中端套有外密封垫片， 所述的绝缘体与壳体间形 成内密封垫片， 所述的内密封垫片呈倾斜状分布， 所述的陶瓷多点放电点火台 上端的外壁与壳体间形成侧散热接触面， 所述的陶瓷多点放电点火台与壳体的 底部间形成底散热接触面， 所述的陶瓷多点放电点火台的上部与壳体间设 有柔 性密封垫片。

[0017] 作为优选， 所述的陶瓷多点放电点火台下端的外壁设有均 匀分布的爬电伞棱， 所述的陶瓷多点放电点火台下端呈圆柱状或锥 状。 [0018] 作为优选， 所述的跨接电极呈圆弧状分布， 所述的放电点火间隙间的间距、 放 电点火间隙 I的间距分别为 0.3-5.0mm， 所述的内置电极连线与正极高压电极连线 或迷宫式正极高压电极连线呈一体化分布， 所述的内置电极连线 I与正极高压电 极连线或迷宫式正极高压电极连线呈一体化分 布。

[0019] 作为优选， 所述的跨接电极有二个， 放电点火间隙 I设在相邻跨接电极间。

[0020] 点火电极组件与陶瓷烧结成一体形成陶瓷多点 放电点火台， 是本专利的核心内 容。

[0021] 为防止高压泄露， 正极高压连接腔体可设置为增加爬电距离的迷 宫式结构。

[0022] 通过缩短燃烧吋间， 提高发动机燃烧速率， 进而达到节能， 减少有害物质的排 放， 保证点火可靠性和提升动力等发动机技术改进 目标。

[0023] 发动机燃烧理论和实践已经证明， 在发动机点火瞬间， 从幵始放电引燃混合气 体到完全爆燃做功是需要一定吋间的， 在压缩的混合气体空间内， 空间越大， 燃烧完全需要的吋间越长， 目前的技术是缩小缸径和是控制发动机点火的 提前 角度来使完全燃烧吋间处于发动机活塞过上死 点后的某一理想吋刻 （一般控制 在过上死点的 10-15度） ，使燃料完全做功,如果能在受控范围内缩短� �动机混合气 体的完全燃烧吋间， 就可以减少点火提前角， 使燃料爆燃性增加,使有效做功吋 刻控制在理想范围内。 如果在燃烧室内有多点同吋产生多个有限距离 的火焰中 心情况下， 可以达到缩短完全燃烧吋间， 增加发动机的爆燃性， 从而使发动机 的瞬间受控的爆发动力性得到提升。 因而， 在其他技术已经发展到极致的情况 下， 增加缸内点火点， 有效缩短完全燃烧吋间， 提高缸内压缩混合气的爆燃性 ， 在不改变其他零件情况下来提高发动机的燃烧 速率,无疑是一项有革命性的进 步。

[0024] 陶瓷多点放电点火台中设有点火电极组件， 采用陶瓷共烧技术成为一体， 直立 安置多对点火电极， 电极间串联连通形成高压放电回路， 各对电极之间的间隙 可实现多点同步放电点火。

[0025] 绝缘体的底部的点火平台面积较小， 在平台端面点火， 高压放电产生多点的火 焰核可成半圆柱状扩张； 初始火焰核的起燃速度明显大于单点放电形式 的传统 火花塞， 燃烧距离缩短， 完全燃烧吋间缩短； 既缩短缸内产生最高压力的吋间， 这是对发动机动力性能的直接增益。

[0026] 直立平行设置的多对放电电极， 电极间沿面放电方式， 可在较低的电压下击穿 压缩混合气， 强化高压击穿起燃瞬间激发热离子电流参与助 燃。

[0027] 长距离无遮挡放电间隙， 有助于火焰核的形成， 不易被电极冷却消焰； 提高初 始引燃速度， 提高点着率。

[0028] 此结构有利于消除积碳因素， 保证在不同工况条件下的点火可靠性。

[0029] 陶瓷多点放电点火台与壳体间的侧散热接触面 和底散热接触面， 采用焊接连接 方式， 有良好的导热结构， 更能保证火花塞的密封性能。

[0030] 有效的热设计跨越热值概念， 通用性强。

[0031] 微损耗贵金属放电电极有无限长的使用寿命。

[0032] 在极其有限的空间内， 利用火花塞断面尺寸的差异， 在点火端面设置各一对或 多对串联的点火电极， 形成至少两个同步放电间隙， 在发动机高压点火吋刻实 现多点同吋 （电的速度远远高于火焰的燃烧速度） 点火引燃有距离差的不同位 置的混合气体， 使多点火焰核迅速扩散交集， 达到缩短发动机总的完全燃烧吋 间的目的。

[0033] 陶瓷多点放电点火台由高性能氧化铝或者氮化 硅陶瓷制作而成， 本专利的核心 内容就是在陶瓷多点放电点火台内设置多对直 立放置的耐高温且相互绝缘的放 电电极， 各电极由耐高温合金导电引线连通， 内置电极连线与内置电极连线 I分 别为耐高温合金导电引线， 或者采用印刷涂刷工艺制造出电极之间的导电 连线 结构。 放电电极、 电极之间的串联高温合金引线、 用陶瓷共烧技术烧接成一体 ， 从而有效解决了结构、 强度、 密封、 耐温和电极之间的高压绝缘问题， 确保 了产品工作的可靠性。 点火台同壳体内设置辅助密封台阶， 之间安放有柔性的 导热密封垫片， 为点火台机械式连接方式提供缓冲和辅助密封 ， 点火台和壳体 安装密封后有较大的导热面积直接和壳体紧密 接触， 极大增加了陶瓷点火台的 散热功能。 外露的接地电极的地极端引线通过焊接或压接 与壳体端面连通， 形 成串联高压点火回路的接地极。

[0034] 陶瓷多点放电点火台上端面各对贵金属电极之 间为直立平行沿面放电结构， 各 对点火电极之间的放电间隙拉长到普通结构火 花塞的两到三倍 （根据不同放电 点设定参数） ， 可使纵向截面的火焰核形成半圆柱型快速扩散 （传统火花塞是 单点按球形受电极压抑扩散） ， 因为是单向幵放式点火， 在火焰核引燃和扩散 过程中不受到火花塞结构的影响 （而传统火花塞在火焰核生成初期极易受到侧 电极的和中心电极的阻挡和电极温度和结构的 影响， 由于容易受电极温度消焰 作用， 在燃烧理论的起燃阶段会产生点火失效的缺陷 （占空比高） 。 瓷制点火 台外圆有防止电极与壳体爬电的增加爬电距离 的绝缘棱状结构，确保高压放电限 制在各对电极之间发生。 中心电极的连接点设置有迷宫式隔离结构， 防止脉冲 点火高压泄漏。

[0035] 本结构采用沿面击穿放电形式来释放点火能量 的， 即放电是沿中心电极与侧电 极之间的绝缘体表面进行的， 由于传统火花塞的中心电极与侧电极的钩状结 构 放电距离短， 跳火性能差。 因为点火间隙的大小受电源电压的制约， 一般为 0.6 〜1.3mm左右。 较短的放电距离使初始火花不能充分的"发育"� ��必需的火焰中心 ， 电火花热量也较多地被侧电极和中心电极吸收 冷却， 降低了电火花的能量， 存在点火失效的隐患； 若加大点火间隙， 则需要提高点火电压， 由于火花塞结 构的原因， 电压提高极易导致内部击穿或导致 "失火"， 这是一对传统火花塞不可 克服的矛盾。 沿面放电发生于每对直立电极之间的绝缘体陶 瓷表面和混合气的 交界面， 在高压电场的激励下， 陶瓷表面电场发生畸变会增大局部电场强度， 导致局部先发生放电， 由此促使放电的进一步发展， 直至整个电极间隙击穿。 这种放电机理使沿面间隙比同宽度空气间隙的 击穿电压降低要多。 若在相同击 穿电压下， 沿面间隙比空气间隙的放电距离长。 较长的放电距离能大大提高火 花的能量。 因为火花放电是由能量密度非常不一样的 2部分组成， 即电容放电部 分和电感放电部分。 前者具有高能密度， 电压高， 能在极短吋间内放出； 后者 能量密度小， 但在较长吋间起作用。 从电火花能量分布可看出电感部分的能量 是电容部分的 20〜30倍， 对加热周围混合气而形成火核起主要作用。 电感部分 持续吋间越长点火成功率越好。 加长放电距离将降低侧电极的"消焰作用"。 电火 花沿绝缘体表面烧尽油污积炭， 避免电极之间的跨连， 也避免绝缘体和壳体之 间因附着燃烧沉积物导致电流泄漏的现象， 保证怠速工况下的点火可靠性。

[0036] 经实践证明， 发动机在最佳点火条件下， 一般只需 0.2mJ点火能量即可成功点 火， 对较浓和较稀混合气， 点火能量也只需 3mJ。 由于缸内气体的不均匀性和紊 流的存在， 为了保证发动机在各种工况下都能点火成功， 应用于发动机的点火 线圈的实际点火能量一般为 30~50Mj。 所有的能量在瞬间释放于一点.事实证明提 高点火能量并不可能提高发动机的效率,只是� �高点火可靠性而已,发动机动能的 提高是由混合气体的燃烧速率决定的,混合气� �烧的效率主要取决于混合气的浓 度、 温度、 压力， 及气缸内混合气扰流速度， 与点火能量大小无关，但是和点火 位置和火焰核的发展速度有直接的关联,本结� �利用现代汽车点火系统的大能量 点火线圈的特点， 更有助于点火能力的均布释放， 第一跳火间隙和第二跳火间 隙或者第三间隙可以平均分配点火能量， 使点火线圈过剩的能量即能保证点火 成功率，又可不同位置的点火点真实的提高了 发动机的燃烧速率。

发明的有益效果

有益效果

[0037] 因此， 本发明提供的串联间隙多点放电火花塞， 提高了点火吋混合气的温度和 压力， 使着火性能得到改善， 完全燃烧持续吋间缩短， 提高了发动机的动力效 能。

对附图的简要说明

附图说明

[0038] 图 1是本发明的剖视结构示意图；

[0039] 图 2是图 1的底部结构示意图；

[0040] 图 3是本发明中单点沿面放电点火电极的位置分� �图；

[0041] 图 4是本发明中两点沿面放电点火电极的位置分� �图；

[0042] 图 5是本发明中三点沿面放电点火电极的位置分� �图；

[0043] 图 6是本发明标准型的结构示意图；

[0044] 图 7是本发明铆接式的结构示意图；

[0045] 图 8是本发明快速散热型的结构示意图。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式 [0046] 下面通过实施例， 并结合附图， 对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0047] 实施例 1 : 如图 1、 图 2、 图 3、 图 4、 图 5、 图 6、 图 7和图 8所示， 一种串联间隙 多点放电火花塞， 包括接线螺杆 1， 所述的接线螺杆 1置于绝缘体 2内， 所述的绝 缘体 2铆接在壳体 3内， 所述的绝缘体 2尖端内部设有中心电极 4， 所述的中心电 极 4与接线螺杆 1间设有内置阻尼电阻 5， 所述的绝缘体 2的底部设有与绝缘体 2相 配接的陶瓷多点放电点火台 6， 所述的陶瓷多点放电点火台 6与绝缘体 2间形成腔 体组件， 所述的陶瓷多点放电点火台 6上端的外壁与壳体 3相紧固， 所述的陶瓷 多点放电点火台 6的底部设有点火电极组件； 所述的腔体组件包括正极高压连接 腔体 7， 所述的绝缘体 2的底部伸至陶瓷多点放电点火台 6中， 所述的正极高压连 接腔体 7设在绝缘体 2的底部与陶瓷多点放电点火台 6间， 所述的中心电极 4的底 部延伸出绝缘体 2， 所述的正极高压连接腔体 7的底部设有与中心电极 4底部相配 接的正极高压电极连线 8， 所述的正极高压电极连线 8设在陶瓷多点放电点火台 6 中； 或， 所述的正极高压连接腔体组件包括迷宫式正极 高压连接腔体 9和迷宫式 正极高压电极连线 10， 所述的绝缘体 2的底部伸至陶瓷多点放电点火台 6中， 所 述的迷宫式正极高压连接腔体 7设在绝缘体 2的底部与陶瓷多点放电点火台 6间， 所述的迷宫式正极高压连接腔体 9的中心位设有凸台 11， 所述的凸台 11伸至绝缘 体 2的底部， 所述的迷宫式正极高压电极连线 10设在凸台 11的中心位， 所述的迷 宫式正极高压电极连线 10与中心电极 4底部相配接， 所述的迷宫式正极高压电极 连线 10设在陶瓷多点放电点火台 6中， 所述的凸台 11与陶瓷多点放电点火台 6呈 一体化分布； 所述的点火电极组件包括带有一个接地电极 13和带有一个正极电 极 15， 所述的正极电极 15与正极高压电极连线 8或迷宫式正极高压电极连线 10相 连接， 接地电极 13与正极电极 15间形成放电点火间隙 16， 接地电极 13与正极电 极 15分别通过内置电极连线 17相连通； 或， 所述的点火电极组件包括带有一个 正极电极 119、 至少一个跨接电极 20和接地电极 121， 所述的正极电极 119与正极 高压电极连线 8或迷宫式正极高压电极连线 10相连接， 正极电极 119与跨接电极 20 分别通过内置电极连线 122相连通， 正极电极 119与跨接电极 20间、 接地电极 121 与跨接电极 20间分别形成放电点火间隙 123; 所述的接地电极 13与接地电极 121分 别与壳体相触接； 所述的内置电极连线 17与内置电极连线 122置于陶瓷多点放电 点火台 6中。 所述的壳体 3外壁的中端套有外密封垫片 24， 所述的绝缘体 2与壳体 3间形成内密封垫片 25， 所述的内密封垫片 25呈倾斜状分布， 所述的陶瓷多点放 电点火台 6上端的外壁与壳体 3间形成侧散热接触面 26， 所述的陶瓷多点放电点 火台 ₆ 与壳体 ₃ 的底部间形成底散热接触面 27， 所述的陶瓷多点放电点火台 6的上 部与壳体 ₃ 间设有柔性密封垫片 28。

陶瓷多点放电点火台 6下端的外壁设有均匀分布的爬电伞棱 （29) ， 所述的陶 瓷多点放电点火台 6下端呈圆柱状或锥状。 跨接电极 20呈圆弧状分布， 所述的放 电点火间隙 16间的间距、 放电点火间隙 123的间距分别为 0.3-5.0mm， 所述的内置 电极连线 17与正极高压电极连线 8或迷宫式正极高压电极连线 10呈一体化分布， 所述的内置电极连线 122与正极高压电极连线 8或迷宫式正极高压电极连线 10呈一 体化分布。 跨接电极 20有二个， 放电点火间隙 123设在相邻跨接电极 30间。