[发明专利]一种用于提高火花塞抗积碳能力的等离子体表面改性装置

说明书

本发明公开了火花塞领域的一种用于提高火花塞抗积碳能力的等离子体表面改性装置，包括智能控制模块、电源与气路、电机驱动控制模块和整体反应器结构，所述电源与气路包括高压驱动电源和气体混合腔体，所述电机驱动控制模块包括平移步进电机和旋转步进电机，所述高压驱动电源连接至整体反应器结构的电源接线端，利用憎水性等离子体射流改变微观多孔结构和降低表面能，配合自动位移平台实现均匀处理，最终提高火花塞的抗积碳能力和点火性能。

技术领域

本发明涉及火花塞技术领域，具体为一种用于提高火花塞抗积碳能力的等离子体表面改性装置。

背景技术

火花塞是燃油汽车点火系统的核心部件，它利用高电压击穿产生的电火花点燃气缸内的混合油气，进而推动活塞位移和发动机运转，其点火性能的优劣会直接影响发动机输出功率的大小，所以火花塞也被誉为汽油发动机的“心脏”。维持火花塞高效的点火性能，不仅可以获得舒适和稳定的驾驶体验，还有助于延长发动机和传动装置的工作寿命。

火花塞属于汽车易失效部件，其原因在于表面积碳严重降低火花塞的点火性能。积碳现象的产生是因为机油和燃油中不饱和烯烃和胶质燃烧不充分，产生了不随尾气排出的颗粒物，从而在气缸内沉积了黑色胶状有机物。而积碳降低点火性能主要是两个方面的原因：一方面，由于积碳的体电导率小于空气或混合油气，所以电极表面形成积碳“绝缘层”会增加高压击穿的难度；另一方面，由于陶瓷的表面电阻率大约是积碳的1000倍～10000倍，表面积碳使得电子和能量更容易沿陶瓷套管向正电极传输而引发沿面放电。正是这两方面因素的共同作用，降低了火花塞点火的成功率。

虽然积碳可在油气燃烧产生的高温氛围中(450℃)实现自清洁，但是当发动机气缸中温度过低时(如发动机启动阶段、长时间低速运转、或在寒冷气候下运行)会不可避免产生积碳，导致点火性能下降，积碳加剧并发生恶性循环，持久地破坏发动机的稳定性。因此，如何提高火花塞抗积碳的能力已经成为火花塞研发和工程应用人员共同关注的难题。

为了提高火花塞抗积碳的能力，研发人员提出了多种优化改进的措施。按照实施方式的不同，现有的措施大致可以分为1)火花塞电极结构优化、2)点火和喷油控制策略优化和3)表面积碳清洁这三大类。

1)火花塞电极结构优化是指通过调整火花塞的结构和尺寸，增强其抗积碳的程度。正如专利CN103259194B、CN201594687U、CN203734136U和CN205282877U等所示，它们通过部分扩大绝缘陶瓷的尺寸、调整绝缘和电极的相对位置、引入悬浮电极以及增强金属电极的传热系数等方式，实现减少电能沿陶瓷表面的耗散、降低电极间击穿放电的难度、以及加快火花塞放电区域的温升，最终削弱积碳对火花塞点火性能的影响。

2)点火和喷油控制策略优化是指在极端条件下，调整发动机气缸的点火时序和喷油方式，减少火花塞表面的积碳量。正如专利CN110206653A和CN202707337U所示，前者采用了分层稀薄燃烧和提前点火的方式，实现油气浓度偏稀时气缸燃烧室快速升温，从而降低火花塞积碳的概率；后者通过高压包的自激振荡产生长达1分钟的火焰，清除表面积碳。

3)表面积碳清洁是通过机械或化学的方法将积碳从绝缘陶瓷表面剥离，实现火花塞点火性能的恢复。正如专利CN208299204U、CN205752988U和CN205904147U等所示，它们将洗涤剂、刀具、丝线和毛刷等清扫工具与自动控制系统结合，实现快速、安全、简单地去除表面积碳。

尽管这些增强火花塞抗积碳能力的方法可提高火花塞使用寿命，但仍各自存在一定问题，如复杂的火花塞结构设计也增加了制作生产的成本；点火和喷油控制策略优化不仅会增加点火控制系统的复杂性，还会降低发动机的输出扭矩和功率；表面积碳清洁不仅会破坏绝缘陶瓷表面，还不能保证清洁后火花塞点火性能的一致性，极易损坏发动机。