專利名稱：超高能火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種內(nèi)燃機點火系統(tǒng)所用的火花塞技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前的內(nèi)燃機點火系統(tǒng)所用的火花塞，是由殼體、中心電極和側(cè)電極組成，其中殼體與側(cè)電極通過焊接制成一體，在殼體與中心電極之間為絕緣體，中心電極和側(cè)電極的下端均為各自電極放電端。工作時，在中心電極輸入脈沖高壓電信號(電壓達到10000伏以上)，使中心電極與側(cè)電極放電端之間的氣體被擊穿，產(chǎn)生火花放電。此種點火技術(shù)的缺點是火花放電能量只能達到100毫焦以內(nèi)。限制火花塞放電能量的原因是要擊穿兩個電極放電端之間的氣體，需要1萬多伏的高壓電，而產(chǎn)生高壓電脈沖所使用的升壓元件——高壓線圈的輸出電流與輸出電壓之間成反比關(guān)系。因此無法同時做到高電壓與大電流，這樣放電功率受到限制。由于放電能量有限，這種火花塞不能點燃發(fā)動機缸內(nèi)的稀薄混合氣，不適合在稀薄燃燒的發(fā)動機應(yīng)用。但是稀薄燃燒的發(fā)動機可以實現(xiàn)高效、清潔的燃燒過程，是未來內(nèi)燃機的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是要提供一種超高能火花塞，使火花塞既能利用高壓擊穿火花塞間隙，又能實現(xiàn)大電流放電，從而使放電脈沖的能量大幅度上升。
本實用新型的技術(shù)原理為將目前火花塞高壓擊穿電極間隙的一個放電過程分解為高壓擊穿電極間隙并產(chǎn)生等離子體，進而引燃高能放電這兩個過程。由于高能放電過程無須很高的電壓(1000V-3000V)，同時無須采用脈沖式升壓電子元件(例如目前使用的高壓線圈)，因此可以實現(xiàn)大電流高能放電的目的。為了實現(xiàn)上述目的，提出了如下設(shè)計方案超高能火花塞由殼體1、側(cè)電極2、絕緣體3組成，絕緣體3位于殼體1內(nèi)部，側(cè)電極2的下端是側(cè)電極放電端4。特征點在于在殼體1內(nèi)部有一高壓電極5和一高能電極6，高壓電極5、高能電極6以及外殼1三者之間由絕緣體3隔開，在絕緣體3的上端，有一延伸段7，其長度大于10mm，高壓電極5的下端是高壓電極放電端8，高能電極6的下端是高能電極放電端9，高壓電極放電端8與側(cè)電極放電端4之間的距離，小于高壓電極放電端8與高能電極放電端9之間的距離。目的是當(dāng)高壓電極輸入端10輸入一個高壓電脈沖之后，首先在高壓電極放電端8與側(cè)電極放電端4之間產(chǎn)生火花放電，所產(chǎn)生的等離子體進而引燃高能電極放電端9與側(cè)電極放電端4之間的高能放電過程。
以下結(jié)合附圖和兩個實施例對本實用新型做進一步詳細說明。


圖1是超高能火花塞一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是上述實施例中，高壓電極放電端與側(cè)電極放電端4之間發(fā)生火花放電的示意圖。
圖3是上述實施例中，高能電極放電端9與側(cè)電極放電端4之間發(fā)生高能火花放電的示意圖。
圖4是另一個實施例的火花塞結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如附圖1所示，超高能火花塞由殼體1、側(cè)電極2、絕緣體3組成，其中殼體1與側(cè)電極2通過焊接連成一體。絕緣體3位于殼體1內(nèi)部，殼體1的下部有一安裝羅紋11，側(cè)電極2的下端是側(cè)電極放電端4。在殼體1內(nèi)部，有一高壓電極5和一高能電極6，高壓電極5、高能電極6、外殼1三者之間由絕緣體3隔開。高壓電極5的下端是高壓電極放電端8，上端是高壓電極輸入端10。高能電極6的下端是高能電極放電端9，上端是高能電極輸入端12。高壓電極放電端8與側(cè)電極放電端4之間的距離，小于高壓電極放電端8與高能電極放電端9之間的距離。高能電極6形狀為一圓柱體，布置在放電塞的中心位置，高壓電極5的形狀是一空心圓柱管，套在高能電極6的外側(cè)。高壓電極5、高能電極6、外客1三者之間由絕緣體3隔開。絕緣體3所用的材料屬于耐高溫陶瓷材料，本實施例用氧化鋁陶瓷材料制成。側(cè)電極放電端4、高壓電極放電端8、高能電極放電端9這三個放電端的材料由耐高溫金屬材料制成，本實施例使用鎳金屬。為了避免高壓電極輸入端10與高能電極輸入端12之間發(fā)生放電，在絕緣體3的上端，延伸出圓柱體7，起隔離作用，其長度必須大于10mm。為了減少火花塞的漏氣現(xiàn)象，在絕緣體3與殼體1之間，有一密封墊片13。
本實用新型所實現(xiàn)的放電過程分兩個步驟——高壓電極放電過程和高能電極放電過程。圖2是上述實施例中，高壓電極放電端8與側(cè)電極放電端4之間發(fā)生火花放電的示意圖?；鸹ㄈ鈿?通過羅紋11接地，在高能電極6與地之間并有電容14，放電之前，電源15先對電容充電，充電之后的電容兩端電壓要小于高能電極放電端9與側(cè)電極放電端4之間的自擊穿電壓，具體電壓在1000伏至3000伏之間，此時火花塞處于等待狀態(tài)。如果在高壓電極輸入端10輸入一個高壓電脈沖18，首先在高壓電極放電端5與側(cè)電極放電端4之間出現(xiàn)一個小能量的火花16，該過程相當(dāng)于普通的火花塞放電過程。在該放電過程中，會產(chǎn)生許多氣體等離子體，在該等離子體的作用下，高能電極放電端9與側(cè)電極放電端4之間產(chǎn)生高能放電火花17，儲存在電容14中的電能，在極短的時間內(nèi)釋放出來，如圖3所示。該放電過程的單次能量可以達到20焦耳以上。
實施中，高能電極6與高壓電極5的布置形式可以采取多種形式，比如可以將圖1中的高壓電極5的位置與高能電極6的位置對調(diào)，即高壓電極5形狀為一圓柱體，設(shè)置在火花塞的中心位置，高能電極6的形狀是一空心圓柱管，套在高壓電極5的外側(cè)。側(cè)電極放電端4的位置也需要作相應(yīng)調(diào)整，使之符合高壓電極放電端10與側(cè)電極放電端4之間的距離小于高壓電極放電端8與高能電極放電端9之間距離的要求。
圖4是另一種實施方式高壓電極5及高能電極6的形狀均是圓柱體，同樣必須符合高壓電極放電端8與側(cè)電極放電端4之間的距離小于高壓電極放電端8與高能電極放電端9之間距離的要求。為了避免高壓電極5輸入端10與高能電極輸入端12之間發(fā)生放電，在絕緣體3的上端，延伸出圓柱體7，其長度同樣需要大于10mm。高能電極輸入端1設(shè)計成彎頭結(jié)構(gòu)，便于與控制線連接。當(dāng)然圖4中的高壓電極5和高能電極6之間的位置也可以對調(diào)，同時調(diào)整側(cè)電極放電端4位置，使之符合高壓電極放電端8與側(cè)電極放電端4之間的距離小于高壓電極放電端8與高能電極放電端9之間距離的要求。
實驗證明，本實用新型所提出的超高能火花塞，可以達到20J以上的脈沖放電能量，能大幅度地擴大發(fā)動機缸內(nèi)混合氣的稀薄燃燒極限，從而起到降低發(fā)動機排放以及提高發(fā)動機經(jīng)濟性的目的。
權(quán)利要求1.一種超高能火花塞，主要由殼體1、側(cè)電極2、絕緣體3組成，側(cè)電極2的下端是側(cè)電極放電端4，其特征在于在殼體1內(nèi)部有一高壓電極5和一高能電極6，高壓電極5、高能電極6以及外殼1三者之間由絕緣體3隔開，在絕緣體3的上端，有一延伸段7，其長度大于10mm，高壓電極5的下端是高壓電極放電端8，高能電極6的下端是高能電極放電端9，高壓電極放電端8與側(cè)電極放電端4之間的距離，小于高壓電極放電端8與高能電極放電端9之間的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高能火花塞，其特征在于高能電極6形狀為一圓柱體，設(shè)置在火花塞的中心位置，高壓電極5的形狀是一空心圓柱管，套在高能電極6的外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高能火花塞，其特征在于高壓電極5形狀也可為一圓柱體，設(shè)置在火花塞的中心位置，高能電極6的形狀則是空心圓柱管，套在高壓電極5的外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的超高能火花塞，其特征在于所述高壓電極5及高能電極6的形狀均可為圓柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高能火花塞，其特征在于側(cè)電極放電端4、高壓電極放電端8、高能電極放電端9這三個放電端的材料由耐高溫金屬材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高能火花塞，其特征在于所述的耐高溫材料可以是金屬鎳。
專利摘要本實用新型涉及一種內(nèi)燃機點火系統(tǒng)所用的超高能火花塞。主要由殼體1、側(cè)電極2、絕緣體3組成，側(cè)電極2的下端是側(cè)電極放電端4。在殼體內(nèi)部有一高壓電極5和一高能電極6，兩個電極與外殼三者之間由絕緣體隔開。高能電極與高壓電極的布置形式可以采取多種形式。放電分為高壓電極放電和高能電極放電兩個步驟。通過高壓放電產(chǎn)生的氣體等離子體使高能電極與側(cè)電極之間產(chǎn)生高能放電火花，其單次能量放電可以達到20焦耳以上。本實用新型可以大幅度地擴大發(fā)動機缸內(nèi)混合氣的稀薄燃燒極限，從而起到降低發(fā)動機排放以及提高發(fā)動機經(jīng)濟性的目的。
文檔編號H01T13/20GK2705929SQ20032013098
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者汪洋, 余本雄, 朱濤, 董明哲, 蔣寧濤 申請人:天津大學(xué)