[實用新型]擊穿增強型火花塞

有效

• 申請號: 201520412877.1
• 申請日: 2015-06-16
• 公開（公告）號: CN204992248U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 鄭明;于水;柳孟柱;李理光
• 申請（專利權）人: 鄭明
• 主分類號: H01T13/38
• 分類號: H01T13/38;H01T13/02
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 劉瑩

技術領域

本實用新型涉及一種內燃機火花點火裝置，特別涉及一種擊穿增強型火花塞。

背景技術

分層充量，稀薄燃燒，大比例廢氣再循環，以及增強缸內氣流等技術被認為可以提高火花點燃式發動機的效率。然而這些技術手段的使用使發動機缸內混合氣不易點燃，需要改善點火可靠性來充分利用這些先進燃燒控制技術的優勢。研究表明，加大火花放電初期電容放電的能量能夠顯著提高點火可靠性，拓寬發動機稀薄燃燒的邊界，改善在大比例廢氣再循環率時的燃燒穩定性。

發動機點火時，火花放電發生在由中心電極和接地側極形成的火花間隙內。中心電極與火花塞殼體電氣絕緣，而接地側極在火花塞安裝后與發動機機體電氣連通。絕緣體一般為氧化鋁陶瓷經高溫燒結成型。中心電極則與絕緣體通過高溫粘結或燒結緊固為一體，然后與火花塞金屬殼體進行機械組裝。火花放電的物理過程可簡單分為擊穿期和持續放電期。當點火線圈對火花間隙施加的電壓較低時，火花間隙內的氣體電絕緣，中心電極和接地側極之間沒有電流。電壓增加后會使電極間氣體離子化，而形成的帶電粒子會在電場內移動形成電流。在電壓低于擊穿電壓之前，火花間隙內只形成微弱的離子電流。當電極之間電壓達到擊穿電壓時，火花間隙擊穿形成放電通道。放電通道內氣體電阻急劇降低，導致電極之間電壓也快速下降到維持火花放電的電壓，這個過程就是擊穿期。擊穿期持續時間只有若干納秒，是一個高速動態的過程。由于放電通道的電導性，火花在擊穿后進入持續放電期，在這個階段點火線圈內的能量通過放電通道以電火花的形式釋放直到耗盡蓄能。火花放電持續期可以達到若干毫秒。擊穿期持續時間短，這個階段釋放的能量占整個火花放電能量的比例很低。然而擊穿期很高的電壓能夠提供更高的電子能量，而更高的電子能量更有利于裂解碳氫鏈使油氣混合氣更易著火。因此通過增強火花擊穿能量能夠改進點火可靠性。

火花擊穿期主要是電容性放電，放電周期短但瞬間電流大，放電特性取決于火花塞局部電容和電阻特性，受點火線圈變壓器特性影響不顯著。而火花持續放電期是電阻性放電，周期長而電流低，放電的電壓電流特性取決點火線圈的變壓器特性。擊穿期的能量取決于火花擊穿電壓和火花塞局部電容。火花擊穿電壓則受到電極結構，氣體成分及密度，和電極間距的影響。而為了保證在發動機全工況下可靠形成火花放電，不能采用太大的電極間距，并應盡可能的降低擊穿電壓。另外一種增強火花擊穿期的能量的辦法是加大火花塞局部電容。實際上火花塞的結構特征使火花塞局部形成一個同心圓柱電容器，并聯于中心電極和地極之間。電容器導電面分別為中心電極表面和金屬殼體內壁。介電質由陶瓷絕緣體形成。通常火花塞的寄生電容數值在10～20pF，在較高擊穿電壓的情況下，可提供2～3毫焦的擊穿能量。可通過增加火花塞導電面面積和改進絕緣陶瓷與金屬接觸來增加電容，如對絕緣體表面進行金屬化處理等手段。火花塞的絕緣體一般采用氧化鋁。氧化鋁具有很好的耐高電壓，較高的導熱系數，較低的熱膨脹系數，和很強的機械強度，能夠滿足發動機燃燒時對火花塞的機械強度和熱沖擊的要求。然而由于氧化鋁陶瓷介電常數較低，所能增加的電容值有限。現有的高介電常數陶瓷機械強度不足，而且制造成本比氧化鋁高很多，因此火花塞絕緣體也不能單獨采用這些高介電常數陶瓷制造。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是要提供一種顯著提高點火可靠性的擊穿增強型火花塞。

為了解決以上的技術問題，本實用新型提供了一種擊穿增強型火花塞，包括：

中心電極，嵌于氧化鋁絕緣體的軸向通道中，通過高溫粘結劑緊固；

氧化鋁絕緣體，與中心電極放電端相接觸部分嵌入高介質常數電介質；

金屬殼體，與氧化鋁絕緣體固接，一端有火花塞安裝螺紋，并焊接接地側極，另一端為六角頭便于施加安裝力矩。

上述擊穿增強型火花塞的寄生電容數值達到100pF，提供3～10毫焦的擊穿能量。

所述氧化鋁絕緣體的外周上設有兩個臺肩，第一臺肩為與金屬殼體密封的倒角密封面，使用銅墊片與金屬殼體對應倒角面接觸并壓緊密封；第二臺肩為環狀電容的定位面，用來定位環狀電容，并與金屬殼體鉚接實現緊固密封。

所述氧化鋁絕緣體設有導電通道，導電通道內填充金屬導體，環狀電容的內表面通過導電通道與中心電極連接。所述導電通道的內表面涂布有導電涂層，增加中心電極和環狀電容連接的可靠性。

所述環狀電容為空心圓柱，其由高介電常數陶瓷材料燒結而成，環狀電容的內外表面涂布有導電涂層。環狀電容內表面兩端距離端面1～2毫米內不進行金屬化處理，以增加內壁金屬面與接地側極之間的距離，從而防止沿表面擊穿。