专利名称：一种具备激电聚能功能的火花塞的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型火花塞，尤其是点火时能够激发和聚集更多有效点火能 量从而全方位提高发动机的综合性能的火花塞，亦即具备激电聚能功能的火花塞，属于火 花塞技术领域。
背景技术：
在现有的发动机结构中，在发动机的ECU控制器发出某缸点火指令时，其次级点 火线圈与火花塞的内部则刚好形成了一个LC电路。而由于LC电路的存在，致使加载在火花 塞上的电压并未同时出现在火花塞的侧电极以及中心电极上，其中存在一个电压上升的过 程，在经历了升压过程后达到了点火需要的电压值时，侧电极与中心电极才能把它们之间 的混合燃料气体电离，从而发出电火花把混合燃料气体点燃。如此就导致已有技术存在如 下缺点一是在ECU控制下分配给各缸的点火能量，通过点火系统执行元件传递到火花塞 后，只有部分能量真正用于点燃混合气，其余能量都浪费掉了，这样容易导致燃烧不完全， 发动机综合性能得不到充分发挥；二是火花塞作为关键零件，其不能发挥激发和集聚能量 作用，这样使发动机综合性能的潜力与空间难以得到最大程度的发挥。近几年来，在改善火花塞点火性能尤其是提高有效火花能量的问题上不少人都努 力过，但无论是在其结构上还是采用新型材料都没有取得比较理想的结果。而事实上，目前 国内和国际上都对普通火花塞这个产品的结构与外形做出了一些限制，以及在实际中的安 装等能给予的火花塞外形尺寸的变更的范围已经很小，所以在大范围内改变火花塞的结构 以及尺寸是不现实的，而且这样也不利于产品互换性的要求。因此，能否在维持火花塞现有外形、尺寸的前提下，改进其内部结构组成，以满足 火花塞标准要求，又能改善火花塞点火性能，激发和聚集火花能量，提高有效火花能量的占 得比例，提高发动机的动力性、燃油经济性等综合性能，成为本领域技术人员函待解决的技 术难题。
实用新型内容为了解决上述技术问题，本实用新型旨在提供一种具备激电聚能功能的火花塞， 其能够在维持火花塞现有外形、尺寸的前提下，通过激发和聚集火花能量来改善火花塞点 火性能，进而提高发动机的整体综合性能。其采用的技术方案如下该火花塞主要包括接线螺杆、金属壳体、瓷件、中心电极、侧电极、火花间隙和硅 堆密封填料，在所述金属壳体的轴向孔中包容有所述瓷件的一部分，所述硅堆密封填料装 填在接线螺杆、中心电极和瓷件包围成的封闭区域内。优选地，所述瓷件具有贯通孔，在所述贯通孔的一端插入所述中心电极，且所述中 心电极的一末端伸出所述贯通孔。优选地，在所述贯通孔的一端插入所述接线螺杆，且所述接线螺杆的一末端伸出 所述贯通孔。[0009]优选地，所述瓷件为管状陶瓷绝缘体。优选地，在所述金属壳体外部还设置有密封垫圈。优选地，在所述金属壳体与瓷件之间还设置有下垫圈。优选地，该火花塞外表面还设置有将该火花塞装入发动机的六角头。优选地，所述金属壳体的一端设置所述侧电极，所述中心电极的一端与所述侧电 极的一端相对设置，其间形成所述火花间隙。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点1、性能更优越。火花塞能够激发和聚集能量，瞬间释放更大的有效火花能量，点燃 发动机混合气，提高了发动机的综合性能；2、适配性强。火花塞的外形、尺寸与现有火花塞匹配，替-代现有火花塞简单易 行，市场前景广阔。
图1 本实用新型的具备激电聚能功能的火花塞的半剖视图(上半部分为剖视图， 下半部分为外观视图)；图2 本实用新型的火花塞次级点火线圈中电压变化曲线图；图3 火花塞初、次级电路简易原理图；图4 点火系统初级线圈中，初级线圈电压变化曲线图；图5 现有火花塞次级点火线圈中电压变化曲线图；图6 本实用新型的火花塞两电极之间电压变化曲线图。图中1、接线螺杆；2、硅堆密封填料；3、金属壳体；4、外密封垫圈；5、下垫圈；6、 瓷件；7、中心电极；8、侧电极；9、火花间隙；10、六角头。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型作进一步说明本实用新型的一个实施例如图1所示，该图示出了一个具备激电聚能功能的火花 塞的放大了的纵向视图，其中以轴线A为界，上半部分为剖视图，下半部分为外观视图，以 下将详细加以说明。该火花塞可用于内燃发动机，尤其是车辆内燃发动机，其主要包括接线螺杆 ⑴、金属壳体⑶、瓷件(6)、中心电极(7)、侧电极⑶、火花间隙(9)和密封填料O)，在所 述金属壳体(3)的轴向孔中包容有所述瓷件(6)的一部分，所述密封填料( 装填在接线 螺杆(1)、中心电极(7)和瓷件(6)包围成的封闭区域内。所述金属壳体3，在其轴向孔中包容有至少一个瓷件6的至少一部分的纵向段，所 述瓷件6具有贯通孔，在其贯通孔一端部分包容一中心电极7，金属壳体3的相应端设置一 侧电极8，所述中心电极7的一端与所述侧电极8的一端相对设置，其间形成一火花间隙9 ； 所述贯通孔的另一端设置有一接线螺杆1，所述接线螺杆1部分包容在所述贯通孔中，且其 与所述中心电极7之间留有密封区域，所述密封区域内装填有密封填料2，所述密封填料2 优选为硅堆密封填料，其在传统密封填料中，添加含硅、锆、锶、锂、钴、钼、钛、锡、钡等元素 中的二种或多种成分，形成高压硅堆(至于高压硅堆的详细形成机理在现有技术中多有介
4绍，在此不再赘述)和激电聚能作用，使其高温成型后的密封填料既具备耐高温、高压的性 质，同时具有激发和聚集能量作用。当电压低的时候，能利用密封填料中的高压硅堆半导体 成分储存能量，而在火花塞间隙被击穿电离时瞬间能释放出更为强大能量，点燃气混合气 体。发明人经过长期细致的试验表明，当密封填料2中所含的硅、锆、锶、锂、钴、钼、 钛、锡、钡等元素中的二种或多种成分占整个密封填料2的质量百分比达到一定比例，例如 是15% 75%之间时，高压硅堆和聚能作用最强，相应地有效火花能量的占得比例也最高， 达到约70% -90% ο所述贯通孔一端部分包容一中心电极7例如是，在该贯通孔的一端插入中心电极 7，且中心电极7的一末端伸出该贯通孔。所述接线螺杆1部分包容在所述贯通孔中例如是，在该贯通孔的一端插入接线螺 杆1，且接线螺杆1的一末端伸出该贯通孔。所述接线螺杆1例如是由铁表面镀镍制成。所述中心电极7例如是由镍或是镍包铜构成。所述瓷件6可以为管状陶瓷绝缘体，例如是氧化铝陶瓷，其具备优良的绝缘耐电 压性能。所述密封填料2既能够密封并固定所述接线螺杆1和中心电极7，又能在点火时起 导电作用。为了增强密封效果，在所述金属壳体3外部还设置有密封垫圈4。在所述金属壳体3与瓷件6之间还设置有下垫圈5，用于防止二者之间相对运动造 成部件损伤。在该火花塞外表面还设置有定位装置，例如是六角头10，用于在将该火花塞装入 发动机时，与发动机接口处进行限位和固定，防止火花塞发生移动、脱落。下面结合本实用新型和现有技术，对本实用新型的工作原理和实施效果作扼要说 明。图2示出了本火花塞次级点火线圈中(一个周期内)电压随时间变化曲线。如图 所示，火花塞距离放电的一段时间后，次级线圈产生的感生电压在很短的时间内就会消失。 这是因为由于产生的电压低于火花塞自身电容两端因存在电能而形成的电压，不能形成磁 场能向电能转化的过程，因此在形成感生电压的很短时间内就消失了。而由于每次感生电 压的消失(流入大地)，所以初级线圈储存的电能也很快被储存或消耗掉。图3示出了火花塞初、次级电路简单原理图。其中，U表示初级线圈所接电压，R表 示次级线圈中所有电阻之和，D表示特制密封填料中形成的高压硅堆和激电聚能元素，C表 示分别在高压导线与高压导线之间、高压导线与机体之间、火花塞中心电极与侧电极之间 的电容。在每次火花塞点火周期内，由于密封填料2中添加的含硅、锆、锶、锂、钴、钼、钛、 锡、钡等元素的材料成分的作用而形成高压硅堆和激电聚能作用，能量都会被激发聚集起 来，因此当下一个火花塞点火周期时，次级线圈电压上升的时间也将因为有这附加能量的 存在而减少。次级电压上升时间是指次级电压从1. 5kV上升到15kV所需要的时间。火花放电一般由电容放电和电感放电两部分组成。所谓电容放电是指火花塞间隙被击穿时，存储在C中的电场能迅速释放的过程，其特点是放电时间极短，为1 μ s左右，但 放电电流很大，可达几十安培。由于火花是在次级电压达到最大值U2max以前发生的，所以火 花发生只消耗线圈磁场能的一部分。跳火以后，火花间隙的阻力减小，线圈磁场的其余能量 将沿着电离的火花间隙缓慢放电，形成电感放电，又称火花尾，如图4、5所示，其中图4为点 火系统初级线圈中的初级线圈电压变化曲线图，图5为现有火花塞次级点火线圈中电压变 化曲线图。图2、4、5中触点打开后，时间坐标的比例放大10倍。现以有触点式点火系统为例。当断电器凸轮将触点顶开，初级电路被切断，初级电 流I1迅速下降到零，它所过程的磁场也迅速消失，在初级绕组和次级绕组中都产生感应电 动势。初级绕组匝数少，产生200 300V的自感电动势，次级绕组由于匝数多，产生的互感 电动势高达15 20kV。断电器触点打开，次级电路接通，次级电路又称高压电路。高压电路次级绕组队一接线柱一附加电阻一“ + ”接线柱一点火开关一电流表一 蓄电池一搭线一火花塞旁电极、中心电极一配电器旁电极一分火头一次级绕组队。配电器 分火头每转一周，各缸按点火顺序轮流点火一次。当关闭点火开关，切断初级电流后，即可 使发动机停止工作。初级绕组中产生的自感电动势在触点分开时，将作用在触点之间，并击穿触点间 隙形成火花，使初级电流通过触点间的火花放电继续形成通路。初级电流不能迅速断流，就 会造成铁芯中磁场的下降速率减小而使次级绕组队的互感电动势降低。此外，触点间的火 花会很快烧蚀触点，使点火系统不能正常工作。为此，在断电器触点之间并联一个电容，使 触点打开瞬间，初级绕组中的自感电动势迅速向电容充电，减小触点火花，提高次级绕组的 互感电动势。同时，次级绕组中产生的互感电动势向分布在次级电路中的分布电容充电。次 级电压增长过程中，如果火花塞电极间隙不被击穿，次级电压将达到最大值U2max，铁芯中积 蓄的磁场能，全部转换为电容的电场能，次级电压达到最大值后，产生衰减振荡，图中的虚 线部分。过程首先ECU控制三极管截止，相当于白金触点断开，初级线圈的负极断开。初 级线圈负极电压为蓄电池电压，发动机正常工作，充电正常时，电压约为14V;次极理论上 讲也有14V电压，但是相对于数千伏来说，可以认为次级为0V。接着E⑶端三极管由截止 迅速导通，相当于白金触点闭合，初级线圈的负极接地。初级线圈负极电压由蓄电池电降 为接近0电压。次级感应出一个反相的电动势，从图上可以看出电压可达-500V。E⑶端三 极管保持截止，初级线圈负极保持接地，电压接近OV ；次极感应电动势逐渐消失。ECU端三 极管由导通而转向截止，相当于白金触点由闭合到断开，初级线圈产生感应高压，可达几百 伏；相应的次极可产生上万伏的高压，至峰点时的电压可以击穿火花塞的电极间隙，此时的 电压称为击穿电压。图中有一段电压稳定阶段称为火花塞的点火持续时间。火花塞的点火 持续时间后，线圈的能量不能维持火花后，磁场要消失，因为磁场的消失感应出电，电又产 生磁；这一循环的过程产生了电压的振荡。只是次级的电压值要远高于初级电压。最后时 段相当于开始时，准备下个点火循环。上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施 例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。
权利要求1.一种具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，包括接线螺杆(1)、金属壳体(3)、 瓷件(6)、中心电极(7)、侧电极(8)、火花间隙(9)和硅堆密封填料0)，在所述金属壳体 (3)的轴向孔中包容有所述瓷件(6)的一部分，所述硅堆密封填料( 装填在所述接线螺杆 (1)、中心电极(7)和瓷件(6)包围成的封闭区域内。
2.根据权利要求1所述的具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，所述瓷件(6)具有 贯通孔，在所述贯通孔的一端插入所述中心电极(7)，且所述中心电极(7)的一末端伸出所 述贯通孔。
3.根据权利要求2所述的具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，在所述贯通孔的 一端插入所述接线螺杆(1)，且所述接线螺杆(1)的一末端伸出所述贯通孔。
4.根据权利要求1所述的具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，所述瓷件(6)为管 状陶瓷绝缘体。
5.根据权利要求1所述的具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，在所述金属壳体 (3)外部还设置有密封垫圈G)。
6.根据权利要求1所述的具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，在所述金属壳体 ⑶与瓷件(6)之间还设置有下垫圈(5)。
7.根据权利要求1所述的具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，该火花塞外表面 还设置有将该火花塞装入发动机的六角头(10)。
8.根据权利要求1所述的具备激电聚能功能的火花塞，其特征在于，所述金属壳体(3) 的一端设置所述侧电极(8)，所述中心电极(7)的一端与所述侧电极(8)的一端相对设置， 其间形成所述火花间隙(9)。
专利摘要本实用新型涉及一种新型火花塞，属于火花塞技术领域，特指一种点火时能够激发和聚集更多有效点火能量从而全方位提高发动机的综合性能的火花塞，亦即一种具备激电聚能功能的火花塞，其主要包括接线螺杆、金属壳体、瓷件、中心电极、侧电极和火花间隙，还包括有硅堆密封填料；该火花塞工作时能够形成高压硅堆和起到激电聚能作用，具有广泛的应用前景。
文档编号H01T13/04GK201853945SQ20102052209
公开日2011年6月1日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者沈玮 申请人:沈玮