[发明专利]多电极火花塞

说明书

本申请公开了一种具有大的火花目标体积的多电极火花塞。火花塞具有多个接地电极杆，该接地电极杆从火花塞的基部延伸并围绕中心电极扭绞以提供相对于中心电极基本上等距的多个火花点。该火花点平行且围绕火花塞的细长轴线形成。这种构造能够在燃料对空气的局部浓度更浓的情况下产生火花，例如当发动机以更低的每分钟转速运转时可能存在火花。测试结果表明，配备有多电极火花塞的汽车表现出改善的燃料经济性，并大大降低了排放和空气污染。

相关申请信息

本申请根据35U.S.C.第119(e)节要求在2015年9月10日提交的题为“多电极火花塞(MULTI-ELECTRODE SPARK PLUG)”的美国临时专利申请序列号62/216,925的优先权，其公开内容通过引证整体并入本文。

技术领域

本发明整体涉及用于内燃机的火花塞，并且更具体地涉及具有形成大的三维火花体积的多个接地电极的火花塞。

背景技术

众所周知，内燃机为一种通过燃烧产生的气体膨胀对发动机的某个部件施加力的发动机。在往复式发动机中，活塞在汽缸内上下运动，并经由连杆传递来自膨胀气体的力以使曲轴转动。活塞通常使用活塞环与汽缸气密。燃烧室由活塞上方的汽缸内的空间组成，燃料/空气混合物在该空间内发生燃烧。

存在各种内燃机，但最常见的变体为二冲程和四冲程汽油动力发动机。这种发动机具有至少一个汽缸，并且往往具有更多(例如4、6、8、12个汽缸等)。无论汽缸的循环类型和数量如何，当活塞在一个方向(即压缩冲程)上移动时，空气燃料混合物被该活塞压缩，并然后被火花塞点燃以在相反方向上驱动该活塞(即，燃烧冲程)。

在二冲程发动机中，活塞仅以两个冲程完成全动力循环，因为燃烧冲程的结束和压缩冲程的开始同时发生，并且因为进气和排气功能也发生在相同的时间。这是可能的，因为往复运动的活塞阻塞和开启位于汽缸侧壁中的进气口和排气口。

相比之下，在常常用于汽车应用的四冲程发动机中，活塞每个动力循环完成四个独立的冲程，包括进气、压缩、做功和排气冲程。四冲程发动机通常使用位于将活塞密封在汽缸内的汽缸盖中的进气阀和排气阀。在每个四冲程动力循环的进气和排气冲程(即进气，压缩，做功和排气冲程)期间，进气阀和排气阀在适当的时间打开和关闭对应的端口并持续适当的时间。

通过将燃料(例如汽油)与氧化剂(例如空气)组合以形成燃料空气混合物，然后用点火系统点燃该燃料空气混合物来完成燃烧。在传统车辆中，点火系统由多个火花塞(每个汽缸一个)、点火线圈或其他高压源、分配器以及火花塞导线组成，该分配器将来自点火线圈的高电压引导至与每个火花塞相关联的输出端，该火花塞导线将来自分配器输出端的高电压输送至每个对应的火花塞并由此引发点燃周围燃料空气混合物的火花。

火花塞点燃汽油发动机中的燃料/空气混合物。根据维基百科，火花塞为“[a]用于在发动机内包含燃烧压力时，将电流从点火系统输送到火花点火发动机的燃烧室以通过电火花点燃压缩的燃料/空气混合物的装置。”

图1示出了典型的J型或单电极火花塞110。它包括金属火花塞壳体120和单个接地电极130、绝缘本体140(例如瓷器，高纯度氧化铝等)、中心电极150，该金属火花塞壳体具有接合汽缸盖中的螺纹孔的螺纹122，该单个接地电极从火花塞壳体120的底部121突出并向下延伸并然后向内延伸以提供熟悉的J形，该中心电极被绝缘本体140包围且从与火花塞导线(未示出)配对的端子160延伸以延伸出绝缘本体140的底部并在非常靠近接地电极130的位置终止。中心电极150和接地电极130之间的空间限定“火花间隙”135。如果需要，可以通过用合适的工具弯曲接地电极130来调整间隙135。

在操作中，当高电压被供应给非常靠近接地电极130的中心电极150时，火花间隙135中的燃料/空气混合物变为离子化，从而形成低电阻电路径，并且火花塞通过使火花跳过两个电极之间的间隙来“点火”。火花点燃位于燃烧室内的燃料/空气混合物，该燃料/空气混合物迅速燃烧、膨胀并使活塞在汽缸内移动。