一种火花塞的制作方法

本发明涉及汽车发动机燃烧系统的技术领域，具体涉及一种火花塞。

背景技术：

火花塞是汽油机点火系统，其能将高压电流引入气缸产生电火花。图1是传统火花塞的结构示意图，如图1所示，传统的火花塞通常由接线螺母、绝缘体、接线螺杆、中心电极10、侧电极70以及外壳组成，侧电极70焊接在外壳上。侧电极70和中心电极10之间存在一个微小的放电间隙(即点火间隙)，其点火过程是通过给中心电极10加载高压电流，使得火花塞的中心电极10上(即正极)形成电势，因电位差向最近和电阻最小的地方放电，即向作为接地电极的侧电极70(负极)放电。因侧电极70和中心电极10之间存在放电间隙，放电间隙会形成电弧，电弧会点燃火花塞正负极之间的混合气从而形成火星，火星燃烧扩大形成火点，火点继续蔓延形成火焰从而令气缸中的混合气爆炸。

经过长时间的发展，为了保证火花塞可靠的点火，特别是当某一个侧电极70脏污或严重烧蚀后，该火花塞还可以从其他通路放电，现市面上还出现了多级火花塞，即在一个火花塞上设置多个侧电极70，不管是传统的火花塞还是经改进后的多级火花塞，其均存在点火面积小、能量不足，燃烧速度慢的缺陷，因此在汽车发动机工作时混合气会因无法完全燃烧，从而会造成能源浪费和汽车排气不达标的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种火花塞，用于解决现有的火花塞因为其点火面积小，从而会造成燃烧能量不足和燃烧速度慢的缺陷，进而会影响汽车发动机的启动，并会因汽车发动机内混合气因燃烧不充分而导致能源浪费和汽车排气不达标的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种火花塞，其特征在于，包括：

中心电极，其剖面为倒置的“T”字形，包括沿轴向设置的电极杆和沿径向设置的电极板；

绝缘体，其设置在所述中心电极的外周，且所述电极板的边缘突出所述绝缘体的底面设置；

金属壳体，包括上段壳体和下段壳体，所述上段壳体在径向上包围住所述绝缘体的中部，所述下段壳体、所述绝缘体的下部和所述电极板之间形成半封闭的火焰区；

所述金属壳体的下底面高于所述电极板的上顶面设置，

所述电极板的顶面边缘线与所述金属壳体之间的最小间隙形成点火间隙，所述点火间隙为0.6～1.5mm。

优选地，所述电极板为圆柱状，所述下段壳体为圆筒状，所述电极板的顶面边缘线与所述下段壳体之间形成圆环状的点火间隙区域。

进一步，所述电极板的顶面边缘线与所述金属壳体之间形成的点火间隙为0.7～0.9mm。

优选地，所述点火间隙与水平面之间形成的锐角为30～40°。

优选地，将电极板的顶面边缘线与下段壳体的内边缘线之间形成的曲面对火焰区进行封闭，封闭的所述火焰区的区域空间为1.5～2.5ml。

进一步，封闭的所述火焰区的区域空间为2ml。

优选地，所述下段壳体的材料为镍合金、银合金、铂合金、铱合金和铜合金中的一种。

优选地，所述中心电极的材料为镍合金、银合金、铂合金、铱合金和铜合金中的一种。

优选地，所述火花塞还包括螺杆和接线螺母，所述螺杆沿轴向延伸且部分插入所述绝缘体中设置，所述螺杆的底端与所述中心电极的顶端之间通过导体玻璃密封剂实现固定，所述接线螺母设置在所述螺杆顶端的外周并与所述绝缘体固定相连。

相比于现有技术，本发明所述的火花塞具有以下优势：本发明中的火花塞，通过将中心电极作为正极，而将金属壳体的下段壳体作为负极，在中心电极和下段壳体之间形成点火间隙，并在绝缘体、电极板和下段壳体之间形成半封闭式的火焰区，使得中心电极和下段壳体之间形成火星，火星能迅速点燃火焰区空间内的混合气并产生燃烧的火焰，燃烧的火焰会呈伞状向外部喷出，从而使得气缸中的所有混合气完全燃烧。本发明提升了火花塞的点火性能，提高了火花塞所产生的火焰能量，使得汽车气缸中混合气的燃烧速度更快，利于汽车发动机的启动，同时节省了汽车的耗油，减少汽车排放的尾气中氮氧化物和一氧化碳的含量，更环保。

此外，本发明还通过对电极板和下段壳体形状的限定，使得本发明中的火花塞摒弃传统的固定点火方式，而采用滑动点火方式，从而进一步提升了本发明中火花塞的点火性能，并大大延长了火花塞的使用寿命。

另外，本发明又通过对火花塞中点火间隙以及火焰区容积等参数的限定，从而更加优化本发明中火花塞的使用效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1示出了传统火花塞的结构示意图；

图2示出了本发明一种优选实施方式的火花塞的剖视图；以及

图3示出了本发明一种优选实施方式的火花塞的仰视图。

附图说明：

10-中心电极， 11-电极杆，

12-电极板， 20-绝缘体，

30-金属壳体， 31-上段壳体，

32-下段壳体， 40-螺杆，

50-接线螺母， 60-导体玻璃密封剂，

70-侧电极， 100-火焰区，

200-点火间隙。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

图1为本实施例所述的火花塞的剖视图，如图1所示，所述火花塞包括中心电极10、绝缘体20和金属壳体30，所述中心电极10的剖面呈倒置的“T”字形，其包括沿轴向设置的电极杆11和沿径向设置的电极板12。绝缘体20设置在中心电极10的外周并包裹住电极杆11，绝缘体20的底面覆盖住电极板12的部分顶面，电极板12的边缘突出绝缘体20的底面。金属壳体30包括上段壳体31和下段壳体32，上段壳体31在径向上包围住绝缘体20的中部，下段壳体32、绝缘体20的下部和电极板12之间形成半封闭的火焰区100，金属壳体30的下底面高于电极板12的上底面设置，且金属壳体30和电极板12顶面边缘线之间的最小间隙形成点火间隙200，所述点火间隙200为0.6～1.5mm。

火花塞作为汽油机点火系统，是能将高压电流引入气缸产生电火花，以点燃可燃混合气体的部件。中心电极10是位于火花塞中心的电极，来自高压导线的电流输送到中心电极10后利用同负极之间的点火间隙200产生火花。金属壳体30的下段壳体32承担传统火花塞中侧电极(即接地电极)的作用，其相当于火花塞的负极。点火间隙200又称火花塞间隙，指的是火花塞中心电极10与接地电极之间的最短距离。在本实施例中，点火间隙200即为金属壳体30和电极板12顶面边缘线之间的最短距离，取值为0.6～1.5mm。绝缘体20指的是不善于传导电流的物质，本实施例中的绝缘体20采用的是瓷绝缘体20。本实施例中的绝缘体20中部外周与上段壳体31紧密贴合，下部环绕中心电极10呈漏斗状设置，与竖直设置的下段壳体32以及电极板12之间形成半封闭的火焰区100。

本实施例中的火花塞在工作时安装于汽车的气缸上，为了方便火花塞在汽车气缸上的安装，金属壳体30中下段壳体32的外表面上设置成与火花塞安装口上的内螺纹相配合的外螺纹形式，火花塞可通过旋拧的方式安装在汽车气缸上，下段壳体32所对应的火花塞部分位于汽车气缸内部，上段壳体31以上的火花塞部分位于汽车气缸的外部。下段壳体32的径向直径根据被安装车的火花塞安装口尺寸具体确定。

点火时，通过在中心电极10上加载高压电流，绝缘体20包裹住中心电极10的电极杆11使得高压电流只能流经中心电极10而最终接地。高压电流使火花塞的中心电极10(即正极)形成电势，因电位差向最近和电阻最小的地方放电，即向下段壳体32放电。在下段壳体32和中心电极10形成的点火间隙200中会形成电弧，电弧会点燃火花塞正负极之间的混合气从而形成火星。由于绝缘体20、下段壳体32和电极板12之间形成了半封闭式的火焰区100，该半封闭式的火焰区100出口即为点火间隙200，即该火焰区100出口小，因此具有散热缓慢的特点。在火花塞进入工作状态时，该火焰区100呈高温高压的状态，若该火焰区100中的混合气遇到火星，会首先被点燃，燃烧的火焰会呈伞状向火花塞外部喷出，从而使得气缸中的所有混合气完全燃烧。

本实施例中火花塞的设计有效提升了火花塞的点火性能，提高了从火花塞中喷射出的火焰能量，使得汽车气缸中混合气的燃烧速度更快，利于汽车发动机的启动，同时节省了汽车的耗油，减少汽车排放的尾气中氮氧化物和一氧化碳的含量，环保效果更好。

图3为本实施例一种优选实施方式的火花塞的仰视图，本实施例中电极板12为圆柱状，下段壳体32为圆筒状，电极板12的顶面边缘线与下段壳体32之间形成均匀一致的点火间隙200。

由于传统火花塞在采用固定点火方式时，尤其是侧电极会因为电点火而引起烧蚀或因为化学或热学作用而引起腐蚀，在燃烧过程中还会产生积炭附着在电极上而影响火花塞的正常使用，因此传统火花塞的使用寿命均较短。由图3可知，本实施例中，电极板12和下段壳体32之间形成的空间从仰视图看呈圆环状，即环绕电极板12的圆周与下段壳体32之间均形成点火间隙200，因此本实施例中的负极呈环绕式设计。将传统火花塞的固定点火方式优化为本实施例中的滑动点火方式，不仅提高了火花塞的点火效率，而且大大延长了火花塞的使用寿命。

进一步，本实施例中电极板12的顶面边缘线和金属壳体30之间形成的点火间隙200为0.7～0.9mm。

在火花塞中，点火间隙200是实现火花塞点火功能的重要指标。点火间隙200越大，则产生的电弧越长，火花塞跳火的火花越强，火花越强则气缸内的燃料不但越容易点燃，而且能燃烧的更好，汽车的用油也得到了节省，但是点火间隙200越大，则需要加载的电压就越高。如果点火间隙200过大，则可能会导致火花塞跳火点火不易而汽车引擎不易发动，汽车加速无力情况的出现，汽车的耗油量会变大。因此需根据一般汽车点火系统能供给的电压以及气缸的压力状况来设定最适当的火花塞间隙。根据行业标准，汽车点火系统供给的电压一般在15000～30000V之间，因此根据点火实验不断调整点火间隙200的大小，本实施例中的火花塞在点火间隙200确定为0.7～0.9mm，在该范围内，火花塞的点火效果最好，火花塞点火迅速并可持续点火。

当然，本发明中的火花塞，只需其中心电极10上有一点满足和下段壳体32之间的点火间隙200为0.7～0.9mm，即可达到点火的目的，因此，本发明并不限于中心电极10和下段金属壳体30的形状。只是当其应用在圆柱体形式的电极板12和圆筒状的下段壳体32上时，火花塞的点火效果会更好。

另外，根据调整点火间隙200与水平面夹角的点火实验，在点火间隙200与水平面之间形成的锐角为30～40°时，火焰由火焰区100向外喷射的能量最大，能最快地引爆气缸内的混合气，从而进一步提升汽车的发动机性能并减少汽油损耗，优化汽车的尾气成分。

值得一提的是，将电极板12的顶面边缘线与下段壳体32的内边缘线之间形成的平滑曲面对火焰区100进行封闭，得到的所述封闭的火焰区100的区域空间为1.5～2.5ml。

对仅火焰区100区域空间不同的各火花塞进行点火实验，并通过汽车尾气监测仪对各实验中汽车所排放的尾气进行监测，当火焰区100的区域空间设定为1.5～2.5ml，汽车所排放的尾气中氮氧化物和一氧化碳的含量最少。因为若火焰区100的空间越小，则火焰区100中的混合气量会越少，当火焰区100中的混合气量过少时，则中心电极10与下段壳体32之间形成的火星较难在火焰区100引起火焰，且在火焰区100引起的火焰能量较小，不易迅速引爆火焰区100外围的混合气，通过检测汽车的尾气，在该种情况下，汽车尾气中的氮氧化物和一氧化碳含量偏高。若火焰区100的空间越大，虽然火焰区100中的混合气含量越多，但当火焰区100的空间过大时，在火花塞工作时，火焰区100较难迅速形成高温高压区域，中心电极10和下段壳体32之间形成的火星同样难以在火焰区100引起火焰，通过检测汽车排放的尾气，在该种情况下，汽车尾气中的氮氧化物和一氧化碳含量同样呈偏高状态。

进一步，封闭的所述火焰区100的区域空间为2ml。在该种状态下，汽车发动机启动最快，且从发动机启动到正常运行的过程中所排放出的汽车尾气均符合国家标准，经检测，此方案尾气所含有的氮氧化物和一氧化碳的含量最低。

需要说明的是，本实施例中的火花塞下段壳体32的材料采用的是镍合金、银合金、铂合金、铱合金和铜合金中的一种。中心电极10的材料也是镍合金、银合金、铂合金、铱合金和铜合金中的一种。

中心电极10作为本实施例中火花塞的正极，下段壳体32作为本实施例中火花塞的负极，采用上述材料均能满足导热、导电和耐高温的性能。其中，铱合金的熔点最高，其使用效果最好、使用寿命最长，但成本相对也是最高的，而银合金、铂合金属于贵金属，虽然使用效果也不错，但是成本同样也较高。因此，本实施例中火花塞的中心电极10和下段壳体32优选为镍铜合金，在满足火花塞对正极和负极材料的要求下，其成本较低，耐久性也较好。

当然，金属壳体30的上段壳体31可采用与下段壳体32同样的材料或选用其他金属材料。

另外，还需要指出的是，本实施例中的火花塞还包括螺杆40和接线螺母50，所述螺杆40沿轴向延伸且部分插入绝缘体20中设置，螺杆40的底端与中心电极10的顶端之间通过导体玻璃密封剂60实现固定，接线螺母50设置在螺杆40顶端的外周并与绝缘体20固定相连。

高压电流由接线螺母50引入，并经由螺杆40引入到中心电极10中，中心电极10和接线螺杆40之间通过导体玻璃密封剂60实现固连，导体玻璃密封剂60既能够起到导电的作用，而且也能承受混合气燃烧所产生的热量，同时还能保证火花塞的密封性能，进而保证火花塞的点火性能。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。