專利名稱：多點點火發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在單個燃燒室中具有多個火花隙的多點點火發(fā)動機。
背景技術(shù)：
在火花點火發(fā)動機中，燃燒室中的空氣-燃料混合物由火花塞點燃，并且通常，火花塞理想地是連接在燃燒室中心。當(dāng)在中心執(zhí)行點火時，所產(chǎn)生的火焰從中心向外圍同心地傳播。
然而，火焰在達到外圍時受到燃燒室壁表面的冷卻并可能因此熄滅。如果火焰熄滅，則未燃燒的氣體通過排氣閥排出。當(dāng)過量空氣系數(shù)例如大約為1.7時，氣缸內(nèi)的空氣-燃料混合物的燃料濃度大約為90,000ppm，并且當(dāng)火焰在外圍部分熄滅時，在輕載操作過程中以未燃燒狀態(tài)排出的碳氫化合物的量可能超過7,000ppm。因此，不少于8％的燃料浪費地排出。而且，在廢氣中排出的HC和CO的量增加，由此使排放性能變差。
因而，本申請已經(jīng)研究了一種繞氣缸開口部分布置多個火花隙并從火焰更有可能熄滅的燃燒室外圍執(zhí)行點火的方法。根據(jù)該方法，火焰從多個外圍火花隙向中心傳播，并且由此燃燒室內(nèi)的空氣-燃料混合物可以快速燃燒并且可以抑制在外圍部分產(chǎn)生火焰熄滅。而且，通過減少燃燒時間可以延遲通常在上止點之前的點火時間，由此可以抑制上升的活塞通過爆燃向下被推回時產(chǎn)生的損失。這樣，可以提高發(fā)動機的輸出和燃料效率。
申請人對采用布置在燃燒室外圍的多個火花隙執(zhí)行點火的技術(shù)的做出了檢索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了文獻JP57-185689A和JP58-175279A。

發(fā)明內(nèi)容
然而，已經(jīng)認識到對于采用布置在燃燒室外圍的多個火花隙執(zhí)行點火的方法，當(dāng)火焰從外圍向中心傳播時它們開始相互干擾，導(dǎo)致傳播速度降低，并由此不能實現(xiàn)所期望的快速燃燒。
考慮到背景技術(shù)中這些技術(shù)問題設(shè)計了本發(fā)明，其目的是在火花點火發(fā)動機上實現(xiàn)快速燃燒，并由此提高發(fā)動機的輸出和燃料效率。
根據(jù)本發(fā)明的多點點火發(fā)動機包括布置在燃燒室中心用于形成中心火花隙的中心電極對以及固定在絕緣元件上的多個外圍電極對，所述絕緣元件在與氣缸開口部分相對應(yīng)的位置上具有與氣缸開口部分基本上直徑相等的開口部分，用于繞氣缸開口部分的內(nèi)圓周形成多個外圍火花隙。利用中心火花隙和多個外圍火花隙點燃燃燒室內(nèi)的空氣-燃料混合物，所述空氣-燃料混合物是通過將燃料和空氣均勻地混合在一起而得到的。
根據(jù)本發(fā)明，采用中心火花隙和多個外圍火花隙點燃均勻混合的空氣-燃料混合物，因此空氣-燃料混合物可以快速燃燒。由于可以快速燃燒，因此可以在比常規(guī)發(fā)動機更靠近上止點位置的時刻執(zhí)行點火，并可以抑制在升高的活塞通過爆燃被向下推回時產(chǎn)生的損失。從而，可以提高發(fā)動機的輸出和燃料效率。
在說明書的其他部分提出并在附圖中示出了本發(fā)明的細節(jié)以及其他特征和優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的多點點火發(fā)動機的示意圖。
圖2是表示氣缸墊結(jié)構(gòu)的視圖。
圖3是表示多個外圍火花隙與穩(wěn)定產(chǎn)生火花的隙寬度之間關(guān)系的視圖。
圖4是表示制造氣缸墊的方法的視圖。
圖5是表示通過燃燒室內(nèi)部的火焰?zhèn)鞑顟B(tài)的視圖。
圖6是表示多個外圍火花隙與過量空氣系數(shù)上限(下限)之間關(guān)系的視圖。
圖7是表示本發(fā)明第二實施方式的視圖。
圖8也是表示本發(fā)明第二實施方式的視圖，表示活塞的上表面。
圖9是表示本發(fā)明第二實施方式的部分變形實例的視圖。
圖10是本發(fā)明第二實施方式的同一部分變形實例的視圖，表示活塞的上表面。
圖11是表示本發(fā)明第三實施方式的視圖。
圖12是表示本發(fā)明第四實施方式的視圖。
圖13是表示本發(fā)明第五實施方式的視圖。
圖14是表示本發(fā)明第六實施方式的視圖。
圖15是表示本發(fā)明第七實施方式的視圖。
圖16是沿圖15中的XVI-XVI的截面圖。
圖17是表示本發(fā)明第七實施方式的部分變形實例的視圖。
圖18是沿圖17中的XVIII-XVIII的截面圖。
圖19是沿圖15中的XIX-XIX的截面圖。
圖20是表示本發(fā)明第七實施方式的部分變形實例的視圖。
圖21是表示本發(fā)明第七實施方式的部分變形實例的視圖。
圖22是表示本發(fā)明第八實施方式的視圖。
圖23是表示本發(fā)明第八實施方式的部分變形實例的視圖。
圖24是表示本發(fā)明第九實施方式的視圖。
圖25也是本發(fā)明第九實施方式的視圖，表示點火環(huán)的動力接收銷的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
第一實施方式圖1表示根據(jù)本發(fā)明的多點點火發(fā)動機1的示意性構(gòu)造。
在本實施方式中，發(fā)動機1是預(yù)混合發(fā)動機，其中通過與圖中未示出的進氣口相連的噴射器噴射的燃料與空氣均勻混合，在空氣-燃料混合物被引入燃燒室2時，由火花點火點燃并燃燒。為了獲得所需的空氣-燃料比，調(diào)節(jié)進氣量和由噴射器噴射的燃料量。如下文將描述的那樣，發(fā)動機1可以是直接噴射式發(fā)動機。為了提高燃料效率，空氣-燃料混合物的空氣-燃料比被設(shè)定為高于按化學(xué)計量的空氣-燃料比(例如，過量空氣系數(shù)大約為2)，但確保發(fā)動機1的輸出，空氣-燃料混合物的空氣-燃料比被設(shè)定為等于或小于(更濃)取決于操作區(qū)域或在整個操作區(qū)域按化學(xué)計量的空氣-燃料比。
燃燒室2由氣缸蓋3的底面上的單坡屋頂形(pent roof-shaped)凹進形成。在燃燒室2上不設(shè)置用于產(chǎn)生氣流的擠氣區(qū)，這是因為如將在下文描述的那樣，在根據(jù)本發(fā)明的多點點火發(fā)動機上，不需要通過氣流提高燃燒速度并且這種氣流還會導(dǎo)致冷卻損失。此外，氣缸體4具有定位成面對燃燒室2的氣缸5，并且活塞6容納在氣缸5內(nèi)。
火花塞8從氣缸蓋3的上面通過螺紋擰入其中。火花塞8的頂端暴露在燃燒室2的中心并且導(dǎo)電電極9a和接地電極9b(在下文被稱為“中心電極對9”)從火花塞8的頂端伸入燃燒室2內(nèi)。接地電極9b彎曲成L形，并且通過使接地電極9b的側(cè)面面對導(dǎo)電電極9a并在它們之間具有間隙來形成火花隙(在下文被稱為“中心火花隙10”)。火花塞8的基部作為終端(在下文被稱為“中心終端11”)，并與圖中未示出的點火線圈相連。
同時，多個導(dǎo)電電極12a和接地電極12b(在下文被稱為“外圍電極對12”)布置在氣缸5上開口部分的外圍，使得多個火花隙(在下文被稱為“外圍火花隙13”)在圓周方向上等間隔地布置。通過使分別構(gòu)成外圍電極對12的電極12a、12b的頂端表面相互面對而形成外圍火花隙13。外圍電極對12的基部由插入在氣缸蓋3和氣缸體4之間的氣缸墊15固定。外圍電極對12伸入氣缸開口部分的內(nèi)部，并且由此經(jīng)過外圍火花隙13的圓的半徑小于氣缸5的半徑。
采用高耐熱金屬例如鎳或鉑作為外圍電極對12的材料，這與發(fā)動機現(xiàn)有火花塞電極所采用的材料類似。備選地，可以采用高耐用性的銥作為外圍電極對12的材料。這時，兩個電極的頂端可以變窄，從而能夠提高外圍火花隙13的放電特性。
圖2表示氣缸墊15的結(jié)構(gòu)。
具有直徑與氣缸5上的開口部分基本上相等(等于或者略大于)的開口部分17在與氣缸5上的開口部分相對應(yīng)的位置形成在氣缸墊15上。多個導(dǎo)電元件18繞開口部分17埋入氣缸墊。導(dǎo)電元件18由與外圍電極對12不同的材料也就是由高導(dǎo)電材料例如銅形成。
構(gòu)成多個外圍電極對12的導(dǎo)電電極12a和接地電極12b連接在導(dǎo)電元件18的端部，使得多個外圍電極對12通過導(dǎo)電元件18串聯(lián)形成電連接。串聯(lián)電極的一端與終端(在下文被稱為“外圍終端20”)相連，并且另一端與接地終端21相連。
通過采用圓柱形絕緣體模制朝向外圍終端20一側(cè)最遠的導(dǎo)電元件18的端部而形成外圍終端20。如圖1所示，外圍終端20容納在分別形成在氣缸蓋3和氣缸體4上的槽內(nèi)，并在該狀態(tài)下通過夾在氣缸蓋3和氣缸體4之間而被緊緊固定。
外圍終端20與圖中未示出的點火線圈相連。為了降低無線電波噪聲的影響，可以在外圍終端20一側(cè)最遠的導(dǎo)電材料18和外圍終端20之間插入大約5kΩ的電阻。
外圍火花隙13的總寬度值被設(shè)定為比通過用單個間隙穩(wěn)定產(chǎn)生火花的寬度除以外圍火花隙13的數(shù)量所得到的值要大大約1.5倍的值。例如，假定在壓縮的空氣-燃料混合物中由單個間隙穩(wěn)定產(chǎn)生火花的寬度是3mm，并且設(shè)置六個外圍火花隙13，則每個外圍火花隙13的寬度大約是0.8mm。
圖3表示當(dāng)通過點火線圈輸送的次級電流能量是45mJ時在空氣中可以產(chǎn)生穩(wěn)定放電的外圍火花隙13的數(shù)量和寬度的關(guān)系。隨著外圍火花隙13數(shù)量的增加，必須降低寬度，以確保產(chǎn)生火花。例如，當(dāng)設(shè)置兩個外圍火花隙13時，在1.2mm寬度下產(chǎn)生火花，但當(dāng)外圍火花隙13的數(shù)量升高到20時，0.2mm寬度是產(chǎn)生火花的極限。這些數(shù)據(jù)與在空氣中執(zhí)行放電的情形有關(guān)，并且在處于燃燒室2的實際高壓下，可以產(chǎn)生放電的外圍火花隙13的寬度甚至?xí)M一步降低。可以通過增加點火線圈的電容來增加外圍火花隙13的寬度，但這提高了在點火線圈附近從外圍火花隙13中泄漏的可能。
外圍火花隙13的寬度優(yōu)選向接地終端21一側(cè)附近的外圍火花隙13穩(wěn)定增加。這時，可以降低外圍終端20附近外圍火花隙13的擊穿電壓(電容分量)并可以延長持續(xù)時間(電感分量)，從而能夠降低在外圍終端20的附近從外圍火花隙13中泄漏的可能。
同時，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)電元件18的長度來調(diào)節(jié)由多個外圍電極對12構(gòu)成的點火裝置的熱值(熱量排出的容易程度)。更具體地說，通過增加導(dǎo)電元件18的長度，外圍電極對12的熱更有可能通過導(dǎo)電元件18和氣缸墊15排放到氣缸蓋3和氣缸體4，并且由此點火裝置的熱值增加。導(dǎo)電元件18的長度優(yōu)選被變更為使得外圍電極對12的溫度保持在500℃和850℃(或最多1000℃)范圍內(nèi)，在500℃時獲得自清潔作用，在850℃(或最多1000℃)時可以很容易地避免異常燃燒。
在此，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)電元件18的長度來調(diào)節(jié)熱值，但除了調(diào)節(jié)導(dǎo)電元件18的長度之外或作為對其的代替，可以通過修改厚度(截面面積，或者如果是圓形截面，則是直徑)、寬度(在與縱向垂直的方向上的尺寸，包括厚度)、以及導(dǎo)電元件18的材料來調(diào)節(jié)熱值。
即使在高電壓作用在導(dǎo)電元件18上時氣缸墊15也必須防止在外圍火花隙13和氣缸蓋3、氣缸體4或活塞6的頂面之間產(chǎn)生泄漏，并且因此氣缸墊15的厚度被設(shè)定為使得外圍火花隙13和氣缸蓋3等部件之間的絕緣電阻比外圍火花隙13的絕緣電阻更大，例如達2mm。
如圖4所示，通過采用無機物例如硅或鋯構(gòu)成的水玻璃形式的粘合劑使玻璃絨成形而制成氣缸墊15，從而形成一對板形元件15b、15c，其中與導(dǎo)電元件18的形狀和外圍電極對12的基部相對應(yīng)的槽15a形成在所述板形元件的至少一個相對表面上，并且這對板形元件15b、15c采用不能燃燒的耐熱粘合劑與容納在槽15a內(nèi)的導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部粘結(jié)在一起。
可以通過在成形之前將導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部埋置入玻璃絨內(nèi)并隨后采用水玻璃形式的粘合劑使整個墊成形而一體形成按以上所述構(gòu)造的氣缸墊15。
利用這種結(jié)構(gòu)，即使在氣缸墊15的厚度大約為2mm時，也可以在外圍火花隙13與氣缸蓋3等部件之間固定至少100MΩ的高絕緣電阻，并因此可以防止在外圍火花隙13與氣缸蓋3等部件之間的泄漏。
應(yīng)該注意到氣缸墊15的厚度不必是均勻一致的，并且如果需要可以繞氣缸5的開口部分或者在用于傳送冷卻水的水孔周圍，氣缸墊15可以增加厚度、涂敷粘合劑或布置珠狀薄板以提高其密封性能。
下面，將對以上多點點火發(fā)動機1的操作進行描述。
從進氣口向燃燒室2內(nèi)導(dǎo)入均勻的空氣-燃料混合物。在一些情況下，空氣-燃料混合物被設(shè)定處于按化學(xué)計量的空氣-燃料比或更小(更濃)的空氣-燃料比，但在此采用具有過量空氣系數(shù)大約為2的稀空氣-燃料混合物以提高燃料效率。通過向中心終端11和外圍終端20施加高壓次級電壓而將導(dǎo)入燃燒室2內(nèi)的空氣-燃料混合物點燃，使得火花從中心火花隙10和多個外圍火花隙13中飛出。
圖5表示當(dāng)燃燒室2內(nèi)的空氣-燃料混合物同時由中心火花隙10和多個外圍火花隙13點燃時燃燒室2內(nèi)的火焰?zhèn)鞑顟B(tài)。可以通過采用連接了透明觀察窗的定容容器進行燃燒試驗來檢查燃燒室2內(nèi)的火焰?zhèn)鞑顟B(tài)。
火焰從中心火花隙10和多個外圍火花隙13同心傳播。而且，來自中心火花隙10的火焰從燃燒室2的頂部向底部傳播，而來自外圍火花隙13的火焰從燃燒室2的底部向頂部傳播。因此，火焰在三維上遍布燃燒室2，并且因此可以實現(xiàn)空氣-燃料混合物的快速燃燒。這種快速燃燒是采用單個火花隙的常規(guī)點火所不能實現(xiàn)的。
此外，在中心火花隙10與外圍火花隙13之間受到壓縮的未燃燒氣體最后燃燒，但這部分氣體不可能因冷卻而熄滅，因此燃燒室2內(nèi)的空氣-燃料混合物可以燃燒的幾乎沒有留下任何未燃燒的部分。
這樣，在根據(jù)本發(fā)明的多點點火發(fā)動機1中，簡單地通過執(zhí)行從火花隙10、13的點火就可以獲得足夠的燃燒速度，并因此不需要像常規(guī)發(fā)動機那樣采用由擠氣或渦流產(chǎn)生的氣流補充燃燒速度。氣流還會增加冷卻損失，因此為了確保在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機中不產(chǎn)生氣流，燃燒室2優(yōu)選被形成為單坡屋頂形或半球形，從而在其壁表面上具有很少褶皺。
圖6表示當(dāng)僅采用外圍火花隙13執(zhí)行點火時和當(dāng)除了采用外圍火花隙13還采用中心火花隙10執(zhí)行點火時的過量空氣系數(shù)上限(下限)的比較。與在市區(qū)驅(qū)動的操作條件相對應(yīng)的2000rpm的部分載荷被設(shè)定為操作條件。如圖6所示，無論外圍火花隙13的數(shù)量多大，采用中心火花隙10和外圍火花隙13執(zhí)行點火與單獨采用外圍火花隙13執(zhí)行點火相比可以在更高的過量空氣系數(shù)下執(zhí)行驅(qū)動。
應(yīng)該注意到在此向中心終端11和外圍終端20施加電壓的時刻是同步的，但優(yōu)選向外圍終端20施加電壓在向中心終端11施加電壓之后進行，使得首先從中心火花隙10執(zhí)行點火。
當(dāng)首先向中心終端11施加電壓時，未燃燒的氣體被中心處熱的高壓氣體壓縮在燃燒室2的周圍，由此通過外圍火花隙13點火產(chǎn)生的熱量增加并且外圍部分未燃燒氣體的溫度通過中心處產(chǎn)生的火焰的輻射熱得到升高。因而，壁表面的冷卻作用降低，減小了燃燒室2的外圍部分產(chǎn)生火焰熄滅、點火延遲等危險，并因此實現(xiàn)的穩(wěn)定燃燒。
相位差例如設(shè)定在5°，但相位差可以根據(jù)發(fā)動機1的操作條件(轉(zhuǎn)速、載荷、空氣-燃料比等等)而變化。例如，相位差在低速下降低并在高速、重載下提高。根據(jù)燃燒室2的形狀，可以要求相位差反向。
可以相信多個外圍火花隙13基本上同時執(zhí)行點火的能力歸因于在導(dǎo)電元件18與氣缸蓋3或氣缸體4之間形成了微電容器，并且儲存在微電容器內(nèi)的電荷持續(xù)產(chǎn)生火花。更具體地說，微電容器形成在每個導(dǎo)電元件18的附近，并且電荷儲存在每個電容器內(nèi)。因此，當(dāng)在某個外圍火花隙13上產(chǎn)生放電時，在載荷因放電而流向的一側(cè)上形成微電容器載荷的電容過量，因此高電壓也施加在相鄰?fù)鈬鸹ㄏ?3上。這樣以連鎖反應(yīng)的形式產(chǎn)生放電。
下面，將對本發(fā)明的作用和效果進行描述。
根據(jù)上述多點點火發(fā)動機1，采用中心火花隙10和多個外圍火花隙13點燃空氣-燃料混合物，因此在燃燒室2內(nèi)均勻混合的空氣-燃料混合物可以快速燃燒，特別是在空氣-燃料混合物較稀的情況下。由于可以快速燃燒，因此可以在比常規(guī)發(fā)動機更靠近上止點的時刻執(zhí)行點火，因此可以抑制由爆燃將升起的活塞6向下推回時所產(chǎn)生的損壞。從而，可以提高發(fā)動機1的輸出和燃料效率。
此外，燃燒分別從中心火花隙10和多個外圍火花隙13開始，使得中心火花隙10和外圍火花隙13之間的空氣-燃料混合物最后燃燒。然而，這一部分遠離燃燒室2的壁表面，因此火焰不可能在這一部分熄滅。因此，燃燒室2內(nèi)的空氣-燃料混合物可以基本上完全燃燒，并且降低了排出的HC和CO的量。而且，即使在稀燃過程中，均勻的空氣-燃料混合物也可以燃燒，而不是通過分層進氣燃燒，因此可以使相當(dāng)稀的空氣-燃料混合物燃燒以降低NOx排放。這樣，根據(jù)上述的多點點火發(fā)動機1，HC、CO和NOx的排放量都可以降低，從而能夠提高排放性能。
而且，降低了燃燒循環(huán)的變化，并且在空轉(zhuǎn)過程中特別提高了發(fā)動機1的穩(wěn)定性。因此，飛輪重量可以降低，從而能夠進一步提高燃料效率。在這種情況下，還提高了發(fā)動機1的瞬態(tài)特性，并因此可以抑制加速過程中發(fā)動機1的飛車。
此外，通過將電壓施加時刻的相位差設(shè)置成在由多個外圍火花隙13的點火之前進行由中心火花隙10的點火，通過中心處產(chǎn)生的高壓氣體提高了外圍部分未燃燒氣體的濃度，導(dǎo)致點火時產(chǎn)生的熱量的增加以及由來自中心處的熱輻射產(chǎn)生的外圍部分未燃燒氣體溫度的增加。因而，可以降低外圍火花隙13的點火延遲，火焰在壁表面上被冷卻和熄滅的可能性很小，并且可以提高火焰從外圍的傳播速度。
應(yīng)該注意到在本實施方式中，繞氣缸5的開口部分布置六個外圍火花隙13，當(dāng)外圍火花隙13的數(shù)量并不局限于六個，如果需要，可以增加或減少該數(shù)量以獲得最佳的燃燒狀態(tài)。
此外，導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部由氣缸墊15固定，但這些部件可以固定在由絕緣材料制成的隔離件上，并且通過將該隔離件從上下夾在所述墊上得到的部件可以固定在氣缸蓋3和氣缸體4之間。然而，導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部通過氣缸墊15固定的上述結(jié)構(gòu)對于提高發(fā)動機1的壓縮比是有利的。
此外，發(fā)動機1可以是直接噴射式發(fā)動機而不是預(yù)混合發(fā)動機。當(dāng)燃料在進氣沖程被噴入燃燒室2內(nèi)時，燃料與導(dǎo)入燃燒室2內(nèi)的空氣混合，并且當(dāng)活塞6到達上止點時，可以在燃燒室2內(nèi)形成均勻的空氣-燃料混合物。
第二實施方式為了進一步提高上述多點點火發(fā)動機1的輸出和燃料效率，可以通過降低氣缸墊15的厚度提高發(fā)動機1的壓縮比。當(dāng)壓縮比升高時，熱效率提高，導(dǎo)致輸出和燃料效率提高。然而，當(dāng)氣缸墊15的厚度降低時，外圍火花隙13與氣缸蓋3等部件之間的距離減小，導(dǎo)致泄漏的可能性增加。尤其經(jīng)常在氣缸墊15的厚度被設(shè)定為6mm或更小時發(fā)生泄漏。這種情況同樣發(fā)生在點火線圈的電容增加時。
在第二實施方式中，如圖7和8所示，通過分別在與氣缸蓋3上外圍火花隙13以及活塞6頂面的圓周方向位置相對應(yīng)的位置上形成防漏凹進23、24以抑制從外圍火花隙13至氣缸蓋3和活塞6的頂面的泄漏。所有其他結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。
如圖9和10所示，防漏凹進23、24可以被形成為使得在氣缸5徑向上的長度W小于在周向上的長度L，并且使得深度D向氣缸5的中心不斷變淺。利用這種形狀，由外圍火花隙13產(chǎn)生的火焰可以被導(dǎo)向燃燒室2的中心，并且當(dāng)火焰?zhèn)鞑サ饺紵?的中心時，它們可以被導(dǎo)向燃燒室2的頂部，由此能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的燃燒。
應(yīng)該注意到防漏凹進形成在氣缸蓋3和活塞6頂面上，但當(dāng)氣缸蓋3和活塞6頂面中僅有一個存在泄漏的可能時，防漏凹進可以僅形成在它們中的一個上。
第三實施方式為了抑制從外圍火花隙13泄漏到氣缸蓋3等部件內(nèi)，第三實施方式與第一實施方式的不同之處在于外圍電極對12的結(jié)構(gòu)。所有的其他結(jié)構(gòu)都與第一實施方式相同。
圖11表示根據(jù)第三實施方式的外圍電極對12的結(jié)構(gòu)。外圍電極對12暴露在燃燒室2內(nèi)部的部分具有線性桿的形式且中間不具有彎曲部分。此外，通過使構(gòu)成外圍電極對12的電極之一(接地電極12b)的頂端表面面對另一電極(導(dǎo)電電極12a)的頂端側(cè)面(tip end-side sideface)并在它們之間具有間隙來形成外圍火花隙13。通過電極12a、12b的暴露部分形成的角度基本上為90°。
利用這種結(jié)構(gòu)，由于在外圍電極對12的中間沒有任何彎曲部分，因此降低了從外圍電極對12的中點泄漏的可能性，并且可以抑制從外圍火花隙13向氣缸蓋3等部件的泄漏。
此外，利用這種結(jié)構(gòu)，即使在外圍電極對12的厚度降低的情況下也可以提高耐熱性。同時，即使在外圍電極對12的頂端磨損的情況下外圍火花隙13的間隔也不會顯著變寬，并因此可以延長外圍電極對12的壽命。
應(yīng)該注意到在此通過使接地電極12b的頂端表面面對導(dǎo)電電極12a的頂端側(cè)面形成外圍火花隙13，但可以通過使導(dǎo)電電極12a的頂端表面面對接地電極12b的頂端側(cè)面形成外圍火花隙13。
第四實施方式與第三實施方式類似，第四實施方式與第一實施方式不同之處在于外圍電極對12的結(jié)構(gòu)，目的是抑制從外圍火花隙13向氣缸3等部件的泄漏。所有的其他結(jié)構(gòu)都與第一實施方式相同。
圖12表示根據(jù)第四實施方式的外圍電極對12的結(jié)構(gòu)。所有的外圍電極對12都呈輕微彎曲的S形。通過使構(gòu)成外圍電極對12的接地電極12b的頂端表面面對導(dǎo)電電極12a的頂端表面并在它們之間具有間隙來形成外圍火花隙13。
利用這一結(jié)構(gòu)，可以降低從外圍電極對12的中點向氣缸蓋3等部件內(nèi)泄漏的可能性，這是因為在外圍電極對12的中間不存在任何急劇彎曲部分。
第五實施方式與第三實施方式類似，第五實施方式與第一實施方式的不同之處在于外圍電極對12和氣缸墊15的形狀，目的是抑制從外圍火花隙13向氣缸蓋等部件的泄漏。所有其他結(jié)構(gòu)都與第一實施方式相同。
如圖13所示，在第五實施方式中，氣缸墊15固定外圍電極對12基部的部分伸入到燃燒室2內(nèi)(氣缸墊15的開口部分內(nèi))。通過使構(gòu)成外圍電極對12的接地電極12b的頂端表面面對導(dǎo)電電極12a的頂端表面、在它們之間具有間隙以及經(jīng)過外圍火花隙13的圓的半徑小于氣缸5的半徑來形成外圍火花隙13。
利用這一結(jié)構(gòu)，從外圍火花隙13到氣缸蓋3等部件的距離增加，因此可以抑制從外圍火花隙13向氣缸蓋3等部件的泄漏。
第六實施方式與第三實施方式類似，第六實施方式與第一實施方式的不同之處在于外圍電極對12的結(jié)構(gòu)，目的是抑制從外圍火花隙13向氣缸蓋等部件的泄漏。同時，活塞6的上止點位置升高到第一實施方式之上。所有的其他結(jié)構(gòu)都與第一實施方式相同。
圖14表示根據(jù)第六實施方式的外圍電極對12的結(jié)構(gòu)。外圍電極對12的頂端表面暴露在氣缸5的開口部分中，但不在其中伸出，而是與氣缸墊15上開口部分17的內(nèi)圓周面27平齊。外圍火花隙13形成在導(dǎo)電電極12a的頂端表面與接地電極12b的頂端表面之間，所述兩個電極一起構(gòu)成外圍電極對12，并且經(jīng)過外圍火花隙13的圓的半徑等于氣缸5的半徑。
利用這一結(jié)構(gòu)，來自外圍電極對12的火花沿氣缸墊15上開口部分17的內(nèi)圓周表面27飛過，由此產(chǎn)生表面放電，并因而可以抑制從外圍火花隙13向氣缸蓋3等部件的泄漏。在由申請人實施的試驗中，當(dāng)具有0.4mm2的鉑電極以0.4mm的間隔埋入4mm厚的氣缸墊內(nèi)并執(zhí)行放電時不發(fā)生向氣缸蓋等部分內(nèi)的泄漏。
而且，活塞6和外圍電極對12不相互干涉，因此活塞6的上止點位置可以被設(shè)定在比外圍火花隙13更高的位置。因而，可以進一步提高發(fā)動機1的壓縮比，從而能夠進一步提高發(fā)動機1的輸出和燃料效率。
應(yīng)該注意到利用這一結(jié)構(gòu)，當(dāng)空氣-燃料混合物濃且氣缸5的內(nèi)部溫度很低時(例如在發(fā)動機1處于低溫時的空轉(zhuǎn)操作過程中)，碳會附著在氣缸墊15的開口部分17的內(nèi)圓周表面27上，導(dǎo)致發(fā)煙燃燒。然而，通過同樣采用中心火花隙10執(zhí)行點火，可以使附著的碳燃燒，因此可以抑制由附著的碳導(dǎo)致的從外圍火花隙13向氣缸蓋3等部件內(nèi)的泄漏。
第七實施方式與第三實施方式類似，第七實施方式與第一實施方式的不同之處在于外圍電極對12的結(jié)構(gòu)，目的是抑制從外圍火花隙13向氣缸蓋3等部件內(nèi)的泄漏。同時，活塞6的上止點位置升高到第一實施方式之上。所有的其他結(jié)構(gòu)都與第一實施方式相同。
圖15表示根據(jù)第七實施方式的外圍電極對12的結(jié)構(gòu)。凹槽部分29分別形成在與氣缸墊15的開口部分17的內(nèi)圓周表面27上外圍火花隙13相對應(yīng)的周向位置上，并且外圍電極對12的頂端分別暴露在凹槽部分29中。通過使構(gòu)成外圍電極對12的接地電極12b的頂端表面面對導(dǎo)電電極12a的頂端表面、在它們之間具有間隙并且使經(jīng)過外圍火花隙13的圓的半徑基本上等于氣缸5的半徑來形成外圍火花隙13。
如圖16所示，連接在外圍電極對12底部上的導(dǎo)電元件18容納在氣缸墊15的開口部分17的內(nèi)圓周表面27上形成的槽30內(nèi)并由該槽固定，并且所述導(dǎo)電元件側(cè)面在內(nèi)圓周表面27上露出。如圖17和18所示，與在前所述的實施方式類似，導(dǎo)電元件18可以埋置入氣缸墊15內(nèi)。
如圖19所示，凹槽部分29被形成為從其在氣缸墊15厚度方向的中心(與外圍電極對伸出的位置相對應(yīng))的最深部分向氣缸墊15的上端和下端不斷變淺。備選地，為了便于加工，凹槽部分29可以以均勻深度形成在氣缸墊15厚度方向上，如圖20所示。
此外，如圖21所示，凹槽部分29可以在相對應(yīng)外圍火花隙13的圓周方向位置上形成為半球形。利用這一結(jié)構(gòu)，可以將凹槽部分29的容量降至最小，因此可以抑制由凹槽部分的形成導(dǎo)致的氣缸墊15的強度和氣密性的降低。
這樣，在第七實施方式中，凹槽部分29形成在外圍火花隙13的后表面上，使得外圍火花隙13暴露在燃燒氣體中，并且因此可以防止碳附著在外圍火花隙13上。從而，可以進一步抑制由碳附著在外圍火花隙13上而導(dǎo)致的泄漏。
第八實施方式在第八實施方式中，外圍火花隙13被分成多個組，每組中的外圍火花隙13通過導(dǎo)電元件18電連接，并且點火線圈31與外圍火花隙13串聯(lián)連接的組中每個外圍火花隙的一端相連。
在圖22所示的實例中，外圍火花隙13被分成兩組，并且點火線圈與每組中的外圍終端20相連。利用這一結(jié)構(gòu)，可以減少單個點火線圈所需的能量，并且可以降低施加在最靠近點火線圈的外圍火花隙13上的電壓。因此，可以抑制泄漏。
應(yīng)該注意到在此設(shè)置兩個獨立的點火線圈31，但作為替代，如圖23所示可以設(shè)置雙頭點火線圈32，并且兩組外圍火花隙13可以相連。
同時，外圍火花隙13在此被分成兩組，但當(dāng)設(shè)置多個外圍火花隙13時，它們可以被分成三組或更多的組。
第九實施方式圖24表示第九實施方式。第九實施方式與第一實施方式的不同之處在于導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部埋置入與氣缸墊15分開構(gòu)成的點火環(huán)33內(nèi)，并且點火環(huán)33容納在淺的沉孔部分34內(nèi)，該沉孔部分34設(shè)置在氣缸蓋3的下表面和氣缸體4的上表面中至少一個上與氣缸5的開口部分相對應(yīng)的位置。因此，繞氣缸5的開口部分布置多個火花隙13。
在本實例中，沉孔部分34形成在氣缸蓋3的下表面上，并且沉孔部分34的深度被設(shè)定為使得點火環(huán)33的下表面與氣缸蓋3的下表面等高。氣缸蓋3和氣缸體4與容納在沉孔部分34內(nèi)的點火環(huán)33相連，并且與發(fā)動機現(xiàn)有氣缸墊相同的氣缸墊35夾在氣缸蓋3和氣缸體4之間。
由絕緣硅基陶瓷或類似材料制成的點火環(huán)33固定導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部并在該狀態(tài)下被點火。與在前實施方式中的氣缸墊15類似，可以通過將導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部固定在由絕緣材料制成的兩個環(huán)形元件之間并隨后采用不可燃燒的耐熱粘合劑將由絕緣材料制成的兩個環(huán)形元件粘結(jié)在一起來形成點火環(huán)33。
點火環(huán)33的厚度與在前實施方式中的氣缸墊15的厚度相同，并且其值被設(shè)定為可以在外圍火花隙13和氣缸蓋3等部件之間固定所需的絕緣電阻。
通過以這種方式設(shè)置其中埋置導(dǎo)電元件18和外圍電極對12的基部并與氣缸墊35分開的絕緣元件(點火環(huán)33)，常規(guī)的氣缸墊可以在不作變化的情況下就被用作氣缸墊35。而且，絕緣元件所需的質(zhì)量例如耐用性、強度、絕緣性能等等可以被調(diào)節(jié)到具有更高精度的最佳值。
同時在第九實施方式中，如圖25所示，在軸向上延伸到氣缸5上側(cè)的動力接收銷36形成在朝引導(dǎo)端側(cè)面最遠定位的導(dǎo)電元件18的上表面上，以在軸向上從點火環(huán)33的上表面伸到氣缸5的上側(cè)。動力接收銷36的外周除了下文描述的導(dǎo)電針38壓靠的位置，其余都由絕緣材料39封蓋，使得在動力接收銷36和氣缸蓋3之間不會發(fā)生泄漏。如圖24所示，銷容納孔40形成在氣缸蓋3的下表面上，并且當(dāng)氣缸蓋3與氣缸體4相連時，動力接收銷36裝配在銷容納孔40內(nèi)。
此外，使銷容納孔40與氣缸蓋3外表面相連的通孔41形成在氣缸蓋3上，并且通過通孔41，導(dǎo)電針38受彈簧42偏壓以壓靠在動力接收銷36上。絕緣材料43填充在導(dǎo)電針38與通孔41的內(nèi)壁之間，以確保在導(dǎo)電針38和氣缸蓋3之間不會發(fā)生泄漏。通過將彈簧42插入在導(dǎo)電通路上，可以通過彈簧42的伸長和收縮吸收由熱膨脹導(dǎo)致的發(fā)動機1的結(jié)構(gòu)部件的尺寸變化。
終端45形成在導(dǎo)電針38的底端側(cè)。導(dǎo)電針38和彈簧42容納在由絕緣材料制成的保持器46內(nèi)，并且保持器46通過采用機用螺釘48將凸緣部分47擰在氣缸蓋3上而得到固定。當(dāng)插入電阻以抑制無線電噪聲時，電阻優(yōu)選被插入在彈簧42與終端45之間。
在此，動力接收銷36從點火環(huán)33延伸到氣缸的軸向上側(cè)，而容納動力接收銷36的銷容納孔40以及容納向動力接收銷36輸送電壓的導(dǎo)電針38的通孔41形成在氣缸蓋3上。然而，動力接收銷36可以延伸到氣缸5的軸向下側(cè)，并且銷容納孔40和通孔41可以形成在氣缸體4上。
以上描述了本發(fā)明的實施方式，但這些實施方式可以通過適當(dāng)組合得到實施。
權(quán)利要求
1.一種多點點火發(fā)動機(1)，包括氣缸蓋(3)，具有形成在其下表面的燃燒室(2)；氣缸體(4)，具有在與燃燒室(2)相對位置上的氣缸(5)；容納在氣缸(5)內(nèi)的活塞(6)；中心電極對(9)，其布置在燃燒室(2)的中心，用于形成中心火花隙(10)；以及固定在絕緣元件上的多個外圍電極對(12)，所述絕緣元件在與氣缸(5)的開口部分相對應(yīng)的位置上具有與氣缸(5)的開口部分基本上直徑相等的開口部分，用于繞氣缸(5)的開口部分的內(nèi)圓周形成多個外圍火花隙(13)，其中，利用中心火花隙(10)和多個外圍火花隙(13)點燃燃燒室(2)內(nèi)的空氣-燃料混合物，所述空氣-燃料混合物是通過將燃料和空氣均勻地混合在一起而得到的。
2.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，多點點火發(fā)動機(1)是預(yù)混合發(fā)動機，其通過將噴射到進氣口內(nèi)的燃料與空氣混合而產(chǎn)生均勻的空氣-燃料混合物，并將該空氣-燃料混合物導(dǎo)入到燃燒室(2)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，多點點火發(fā)動機(1)是直接噴射式發(fā)動機，其通過在進氣沖程過程中將燃料噴入燃燒室(2)內(nèi)而在燃燒室(2)內(nèi)產(chǎn)生均勻的空氣-燃料混合物。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，在與多個外圍火花隙(13)相關(guān)的電壓施加時刻和與中心火花隙(10)相關(guān)的電壓施加時刻之間設(shè)置相位差。
5.如權(quán)利要求4所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，與多個外圍火花隙(13)相關(guān)的電壓施加時刻晚于與中心火花隙(10)相關(guān)的電壓施加時刻。
6.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，繞氣缸(5)的開口部分的內(nèi)圓周以等周向間隔布置多個外圍火花隙(13)。
7.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，所有的多個外圍電極對(12)通過導(dǎo)電元件(18)串聯(lián)地電連接；以及設(shè)置電壓施加裝置，用于將電壓施加在串聯(lián)連接的多個外圍電極對(12)的一端。
8.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，多個外圍電極對(12)被分成多個組，每個組中的多個外圍電極對(12)通過導(dǎo)電元件(18)串聯(lián)地電連接，以及設(shè)置電壓施加裝置(31，32)，用于將電壓施加在每個組中串聯(lián)連接的多個外圍電極對(12)的一端。
9.如權(quán)利要求7或8所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，還包括與串聯(lián)連接的多個外圍電極對(12)的一端電連接的動力接收元件(36)；以及插入在通孔(41)內(nèi)以接觸動力接收元件(36)的桿形元件(36)，通孔(41)從氣缸蓋(3)或氣缸體(4)的外表面延伸到動力接收元件(36)；其中，電壓施加裝置通過桿形元件(36)從電壓施加裝置向多個外圍電極對(12)輸送電壓。
10.如權(quán)利要求7或8所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，多個外圍電極對(12)和導(dǎo)電元件(18)由不同的材料形成。
11.如權(quán)利要求10所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，通過改變導(dǎo)電元件(18)的長度、厚度、寬度和材料中的至少一個來調(diào)節(jié)包括多個外圍電極對(12)的點火裝置的熱值。
12.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，所述絕緣元件是夾在氣缸蓋(3)和氣缸體(4)之間的氣缸墊(15)。
13.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，在氣缸蓋(3)和氣缸體(4)中的至少一個上與氣缸(5)的開口部分相對應(yīng)的位置形成有沉孔部分，以及絕緣元件是容納在沉孔部分內(nèi)的環(huán)形元件(33)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，通過將由絕緣材料制成的兩個板粘結(jié)在一起形成絕緣元件，以及多個外圍電極對(12)中每個的基部容納并固定在形成于兩個板中的至少一個上的凹槽內(nèi)。
15.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，經(jīng)過多個外圍火花隙(13)的圓的半徑等于氣缸(5)的開口部分的半徑。
16.如權(quán)利要求15所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，活塞(6)的上止點位置被設(shè)定在比外圍火花隙(13)更高的位置。
17.如權(quán)利要求15或16所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，外圍電極對(12)頂端表面與絕緣元件的開口部分的內(nèi)圓周表面平齊。
18.如權(quán)利要求15或16所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，凹槽部分(29)形成在絕緣元件的開口部分的內(nèi)圓周表面上分別面對多個外圍火花隙(13)的位置，并且多個外圍火花隙(13)暴露在分別相對應(yīng)的凹槽部分(29)中。
19.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，經(jīng)過多個外圍火花隙(13)的圓的半徑比氣缸(5)的半徑更小。
20.如權(quán)利要求19所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，多個外圍電極對(12)至少伸入燃燒室(2)內(nèi)的部分具有線性桿形式，以及通過使構(gòu)成所述外圍電極對(12)的一個電極的端部表面面對另一電極的側(cè)面并在它們之間具有間隙來形成多個火花隙(13)。
21.如權(quán)利要求19所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，所述多個外圍電極對(12)由S形電極構(gòu)成，以及通過使構(gòu)成外圍電極對(12)的電極頂端相互面對而形成外圍火花隙(13)。
22.如權(quán)利要求19所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，絕緣元件固定所述多個外圍電極對(12)的部分伸入燃燒室(2)的內(nèi)側(cè)。
23.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，防漏凹進(24)形成在活塞(6)頂面上與多個外圍火花隙(13)的各個周向位置相對應(yīng)的位置。
24.如權(quán)利要求1所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，防漏凹進(23)形成在氣缸蓋(3)上與多個外圍火花隙(13)各個周向位置相對應(yīng)的位置。
25.如權(quán)利要求23或24所述的多點點火發(fā)動機(1)，其特征在于，防漏凹進(23，24)在氣缸(5)徑向上的長度比其在氣缸(5)周向上的長度更大。
全文摘要
一種多點點火發(fā)動機(1)包括布置在燃燒室(2)的中心用于形成中心火花隙(10)的中心電極對(9)以及固定在氣缸墊(15)上的多個外圍電極對(12)，所述氣缸墊(15)在與氣缸(5)的開口部分相對應(yīng)的位置上具有與氣缸(5)的開口部分基本上直徑相等的開口部分，用于繞氣缸(5)的開口部分的內(nèi)圓周形成多個外圍火花隙(13)。利用中心火花隙(10)和多個外圍火花隙(13)點燃燃燒室(2)內(nèi)的空氣－燃料混合物，所述空氣－燃料混合物是通過按化學(xué)計量的空氣－燃料比或更濃/更稀的空氣－燃料比將燃料和空氣均勻地混合在一起而得到的。
文檔編號H01T13/46GK101033725SQ20061017043
公開日2007年9月12日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者南克明 申請人:米亞馬株式會社