本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞。

背景技術(shù)：

為了改善汽油內(nèi)燃機(jī)的排放，發(fā)動(dòng)機(jī)可以利用廢氣再循環(huán)(egr)或貧空氣-燃料混合物來操作。不過，當(dāng)使用已知的火花塞和點(diǎn)火系統(tǒng)時(shí)，燃燒穩(wěn)定性可能在這些條件下變得不可接受。一個(gè)原因是通常較小體積的氣體橫過已知火花塞的火花隙(典型為0.8mm)點(diǎn)火。

已經(jīng)表明，通過使用更大間隙的電暈點(diǎn)火系統(tǒng)，可以通過點(diǎn)燃更大體積的氣體而提高燃燒穩(wěn)定性。不過，這種系統(tǒng)需要更高的電壓，這通常有問題。例如，更高電壓可能導(dǎo)致火花塞的陶瓷體擊穿、火花塞中的回弧等。一些已知的電暈系統(tǒng)包括延伸至燃燒室中的尖銳電極，用于點(diǎn)燃更大體積的氣體。不過，這些電極在某些條件下可能變得太熱，這可能導(dǎo)致在不合適的時(shí)間燃燒。而且，由于高電壓(通常為大約100kv)和相關(guān)的熱量，電極的磨損成為問題。

而且，火花也可能在電暈系統(tǒng)中產(chǎn)生，導(dǎo)致尖銳電極損壞。在普通的電暈系統(tǒng)中，必須盡可能地防止火花，以便減小電極磨損，且當(dāng)產(chǎn)生火花時(shí)，它必須控制成實(shí)現(xiàn)良好的燃燒(例如參見美國(guó)專利8578902和8726871)。當(dāng)電極磨損時(shí)，它將變鈍，并需要更高的電壓來實(shí)現(xiàn)電暈。

發(fā)明目的

因此，本發(fā)明的目的是提供一種火花塞，申請(qǐng)人相信，通過該火花塞可以至少減輕上述缺點(diǎn)，或者該火花塞可以提供用于已知火花塞和系統(tǒng)的有利替代方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種火花塞，它包括：

-電絕緣材料的細(xì)長(zhǎng)柱形本體，該細(xì)長(zhǎng)柱形本體有第一端，與該第一端相對(duì)的第二端以及在該第一端處的第一面；

-第一細(xì)長(zhǎng)電極，該第一細(xì)長(zhǎng)電極在本體中縱向延伸，第一電極具有第一端和第二端，第一電極在其第一端處終止于沿朝向本體的第二端的方向離本體的第一端為第一距離d1處；

-本體確定了在第一電極的第一端和本體的第一端之間的盲孔；以及

-第二電極，該第二電極提供在本體的外表面上，該第二電極終止于以下一個(gè)：a)與本體的第一面平齊；以及b)沿朝向本體的第二端的方向離本體的第一端為第二距離d2處。

本體可以有圓形橫截面，且第一電極可以在本體中軸向延伸。

第一電極的橫截面可以朝向它的第一端減小，以使得第一電極在它的尖端處終止于盲孔中。

第二電極可以成用于本體的套筒或護(hù)套的形式。第二電極可以從朝向本體第二端的區(qū)域朝向本體的第一端延伸，通常從本體的第二端延伸。

本體的第一面可以確定進(jìn)入第一面內(nèi)的空心構(gòu)形，例如凹陷、凹坑、槽等。

本發(fā)明還擴(kuò)展至一種點(diǎn)火系統(tǒng)，該點(diǎn)火系統(tǒng)包括如上所述的火花塞和用于該火花塞的驅(qū)動(dòng)電路。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括一種點(diǎn)燃?xì)怏w物質(zhì)的方法，如本文中限定和/或所述。

更具體地說，這里提供了一種點(diǎn)燃腔室中的氣體物質(zhì)的方法，該方法包括：

-利用火花塞，該火花塞包括：電絕緣材料的本體；第一電極，該第一電極局部穿過本體延伸，以便在第一電極的尖端處與本體一起確定了在該本體中的盲孔，該盲孔通過在本體中的嘴部而與腔室氣流連通；以及第二電極，該第二電極在本體的外表面上；

-驅(qū)動(dòng)第一電極，以便在尖端處預(yù)置電暈，以使得盲孔中的電暈等離子體朝向嘴部延伸，并將等離子體噴射到腔室中；以及

-控制電暈等離子體，以便形成以下一個(gè)：a)火花從第一電極的尖端沿著由氣體物質(zhì)包圍的通路穿過腔室延伸至第二電極；以及b)電暈等離子體從第一電極的尖端沿著由氣體物質(zhì)包圍的通路延伸至腔室內(nèi)。

附圖說明

下面將僅參考附圖通過實(shí)例進(jìn)一步介紹本發(fā)明，附圖中：

圖1是穿過火花塞的第一示例實(shí)施例的示意剖視圖；以及

圖2是火花塞的第二示例實(shí)施例的類似視圖。

具體實(shí)施方式

火花塞的第一和第二示例實(shí)施例分別在圖1和圖2中由附圖標(biāo)記10.1和10.2表示。

火花塞包括電絕緣材料的細(xì)長(zhǎng)柱形本體12，該細(xì)長(zhǎng)柱形本體12有第一端12.1和與該第一端相對(duì)的第二端12.2。第一面14提供于第一端處。第一細(xì)長(zhǎng)電極16在本體12中縱向延伸。第一電極16具有第一端16.1和第二端16.2。第一電極在其第一端16.1處終止于沿朝向本體的第二端12.2的方向離本體的第一端12.1為第一距離d1處。因此，本體確定了在第一電極的第一端16.1和本體第一端12.1處的嘴部19之間延伸的盲孔18。第二電極20提供于本體12的外表面上，該第二電極終止于以下一個(gè)：a)與本體的第一面14平齊(如圖1所示)；以及b)沿朝向本體的第二端12.2的方向離本體的第一端12.1為第二距離d2處(如圖2所示)。

本體12優(yōu)選為圓形橫截面，并可以由合適的陶瓷材料制成。

在示例實(shí)施例中，第二電極20成用于本體12的套筒或護(hù)套的形式，從本體的第二端朝向本體的第一端延伸，且在使用中可以接地或者與地電勢(shì)連接。

第一電極16可以有朝向其第二端16.2和在其長(zhǎng)度的主要部分上的第一橫截面面積，且該第一橫截面面積可朝向電極的第一端減小，以使得第一電極在尖端16.1處終止于孔18的盲端，該尖端16.1具有比第一橫截面面積更小的橫截面面積。第一電極可以有圓形橫截面，具有足夠大直徑(大約1mm)，這樣，當(dāng)?shù)谝浑姌O16延伸穿過接地的第二電極20時(shí)，在第一電極16和本體12之間的界面處的電場(chǎng)低于陶瓷本體的擊穿電場(chǎng)。在孔18的盲端處的尖端16.1可以有小于0.5mm的直徑，以便在孔18中產(chǎn)生足夠大的電場(chǎng)。

在圖1的示例實(shí)施例中，第二電極20終止為與第一面14平齊。由于后面所述的原因，火花塞的第一實(shí)施例可以稱為火花塞。

在圖2的示例實(shí)施例中，第二電極20終止于沿朝向第二端12.2的方向離第一端12.1為距離d2處。也由于后面所述的原因，火花塞的第二實(shí)施例也可以稱為電暈塞。

在使用中，火花塞10.1的電極與合適的驅(qū)動(dòng)電路(未示出)連接，且火花塞延伸至內(nèi)燃機(jī)(也未示出)的氣缸(也未示出)的腔室22中。氣體物質(zhì)充滿腔室，并延伸至盲孔18中。驅(qū)動(dòng)電路首先在尖端16.1處產(chǎn)生電暈，該電暈加熱盲孔中的氣體物質(zhì)。然后，盲孔中的氣體物質(zhì)和電暈都被噴射至燃燒室22中，從而產(chǎn)生較長(zhǎng)的等離子體24，該等離子體24用于點(diǎn)燃腔室中的氣體物質(zhì)。等離子體長(zhǎng)度l可以為大約10mm。

盲孔18的體積必須足夠小，以使得其中的氣體物質(zhì)的溫度和壓力可以通過大約1mj的能量充分提高。例如，使用d1＝1mm和直徑為0.5mm的孔將使得體積v＝0.2mm³。當(dāng)陶瓷中沒有熱量損失時(shí)，則300k、20bar、v＝0.2mm³的空氣將通過1mj的能量而升高至大約650k的溫度和大約40bar的壓力。

在接地的第二電極20延伸成與第一面14平齊的第一實(shí)施例中，噴射的電暈傾向于朝向第二電極20生長(zhǎng)，從而形成火花。這種火花比已知的火花塞和火花點(diǎn)火系統(tǒng)中的火花長(zhǎng)得多，參考本說明書的引言部分。

在接地的第二電極20終止于離本體12的第一端12.1為距離d2處的第二實(shí)施例10.2中，電暈24傾向于離開火花塞10.2生長(zhǎng)，且不形成火花放電。第一面14可以確定凹陷26、槽和其它構(gòu)造，以便幫助電暈遠(yuǎn)離火花塞生長(zhǎng)。

為了實(shí)現(xiàn)電暈噴射，必須以足夠高的頻率在足夠高的電壓下驅(qū)動(dòng)第一電極足夠長(zhǎng)的時(shí)間。電壓必須足夠高，以使得電暈在盲孔18內(nèi)在第一電極的尖端16.1處形成并朝向嘴部生長(zhǎng)?？拷姌O尖端16.1的陶瓷有助于在該尖端處產(chǎn)生足夠高的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而能夠在大約30kv下開始電暈，這比已知電暈系統(tǒng)的上述大約100kv低得多。

一旦電暈形成，就必須將能量傳遞給氣體物質(zhì)，以便加熱氣體。電暈可能看作電阻和電容負(fù)載。因此，必須提供足夠高的電壓，以便將足夠的能量傳遞給該負(fù)載。提供電壓的頻率必須足夠高(>1mhz)，以使得氣體能夠在噴射至燃燒室內(nèi)之前充分加熱。它還必須足夠高，以使得電暈不沿著陶瓷本體12的第一面14。在5mhz時(shí)，電子將在每個(gè)循環(huán)中行進(jìn)1mm，這與盲孔18的深度d1的級(jí)數(shù)相同，比從第一電極至任何接地金屬(包括第二電極)的距離短得多。

能量必須供給火花塞足夠長(zhǎng)的時(shí)間(通常>100us)，以便加熱在孔內(nèi)部的等離子體，然后在等離子體噴射至燃燒室內(nèi)之后進(jìn)一步加熱該等離子體。

因此，本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種驅(qū)動(dòng)火花塞10.1、10.2(該火花塞10.1、10.2有在孔18內(nèi)部的電極16.1)的方法，以便在燃燒室中產(chǎn)生長(zhǎng)于5mm的電暈或火花，其中，電暈或火花等離子體由氣體物質(zhì)包圍，且不由任何電極遮蔽。也沒有延伸至燃燒室內(nèi)的、可能成為熱點(diǎn)的電極。

用于驅(qū)動(dòng)火花塞的驅(qū)動(dòng)電路及其相關(guān)方法在本申請(qǐng)人的共同待審的國(guó)際專利申請(qǐng)“內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)的火花塞的方法”中確定和介紹，該文獻(xiàn)的內(nèi)容被本文參引。

所產(chǎn)生的、進(jìn)行點(diǎn)火的更大體積氣體可以提高在高egr和稀混合物情況下的燃燒穩(wěn)定性。相信本發(fā)明可以用于提高燃燒穩(wěn)定性，并可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)制造商滿足強(qiáng)制排放標(biāo)準(zhǔn)。