專利名稱：多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在單個(gè)燃燒室中具有多個(gè)火花隙的多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室中的空氣-燃料混合物由火花塞點(diǎn) 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(diǎn) 火時(shí)，所產(chǎn)生的火焰從中心向外圍同心地傳播。然而，火焰在達(dá)到外圍時(shí)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(shí)，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(shí)，在輕載操作過程中以未 燃燒狀態(tài)排出的碳?xì)浠衔锏牧靠赡艹^7，000ppm。因此，不少于8 %的燃料浪費(fèi)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(qǐng)已經(jīng)研究了一種繞氣缸開口部分布置多個(gè)火花隙并 從火焰更有可能熄滅的燃燒室外圍執(zhí)行點(diǎn)火的方法。根據(jù)該方法，火 焰從多個(gè)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(shí)間可以延遲通常在上止點(diǎn)之前的點(diǎn)火時(shí)間，由此可以抑制 上升的活塞通過爆燃向下被推回時(shí)產(chǎn)生的損失。這樣，可以提高發(fā)動(dòng) 機(jī)的輸出和燃料效率。申請(qǐng)人對(duì)釆用布置在燃燒室外圍的多個(gè)火花隙執(zhí)行點(diǎn)火的技術(shù)的 做出了檢索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了文獻(xiàn)JP57-185689A和JP58-175279A
發(fā)明內(nèi)容
然而，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于采用布置在燃燒室外圍的多個(gè)火花隙執(zhí)行 點(diǎn)火的方法，當(dāng)火焰從外圍向中心傳播時(shí)它們開始相互干擾，導(dǎo)致傳 播速度降低，并由此不能實(shí)現(xiàn)所期望的快速燃燒?？紤]到背景技術(shù)中這些技術(shù)問題設(shè)計(jì)了本發(fā)明，其目的是在火花 點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)快速燃燒，并由此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出和燃料效率。根據(jù)本發(fā)明的多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)以及固定在絕緣元件上的多個(gè)外圍電極對(duì)，所 述絕緣元件在與氣缸開口部分相對(duì)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(gè)外 圍火花隙。利用中心火花隙和多個(gè)外圍火花隙點(diǎn)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(gè)外圍火花隙點(diǎn)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(dòng)機(jī)更靠近上止點(diǎn)位置的時(shí)刻執(zhí)行點(diǎn)火， 并可以抑制在升高的活塞通過爆燃被向下推回時(shí)產(chǎn)生的損失。從而， 可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(xì)節(jié)以及其 他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)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(gè)外圍火花隙與過量空氣系數(shù)上限(下限)之間關(guān) 系的^L圖。圖7是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的視圖。圖8也是表示本發(fā)明第二實(shí)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(shí)施方式的部分變形實(shí)例的視圖。 圖IO是本發(fā)明第二實(shí)施方式的同一部分變形實(shí)例的視圖，表示活 塞的上表面。圖11是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的視圖。圖12是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的視圖。圖13是表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的視圖。圖14是表示本發(fā)明第六實(shí)施方式的視圖。圖15是表示本發(fā)明第七實(shí)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(shí)施方式的部分變形實(shí)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(shí)施方式的部分變形實(shí)例的視圖。圖21是表示本發(fā)明第七實(shí)施方式的部分變形實(shí)例的視圖。圖22是表示本發(fā)明第八實(shí)施方式的視圖。圖23是表示本發(fā)明第八實(shí)施方式的部分變形實(shí)例的視圖。圖24是表示本發(fā)明第九實(shí)施方式的視圖。圖25也是本發(fā)明第九實(shí)施方式的視圖，表示點(diǎn)火環(huán)的動(dòng)力接收銷 的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施方式圖l表示根據(jù)本發(fā)明的多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)l的示意性構(gòu)造。 在本實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)l是預(yù)混合發(fā)動(dòng)機(jī)，其中通過與圖中未 示出的進(jìn)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(shí)，由火花點(diǎn)火點(diǎn)燃并燃燒。為了獲得所需的 空氣-燃料比，調(diào)節(jié)進(jìn)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(dòng)機(jī)l可以是直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。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(jì)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(dòng)機(jī)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(gè)操作區(qū)域按化學(xué)計(jì)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(jìn)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?yàn)槿?將在下文描述的那樣，在根據(jù)本發(fā)明的多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)上，不需要通 過氣流提高燃燒速度并且這種氣流還會(huì)導(dǎo)致冷卻損失。此外，氣缸體 4具有定位成面對(duì)燃燒室2的氣缸5，并且活塞6容納在氣缸5內(nèi)?；鸹ㄈ?從氣缸蓋3的上面通過螺紋檸入其中?；鸹ㄈ?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(duì)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(duì)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")?；?花塞8的基部作為終端(在下文被稱為"中心終端ll"),并與圖中未 示出的點(diǎn)火線圏相連。同時(shí)，多個(gè)導(dǎo)電電極12a和接地電極12b (在下文被稱為"外圍 電極對(duì)12")布置在氣缸5上開口部分的外圍，使得多個(gè)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(duì)12的電極12a、 12b的頂端表面相互面對(duì)而形成 外圍火花隙13。外圍電極對(duì)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(duì)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(duì)12的材料，這與發(fā)動(dòng) 機(jī)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(duì)12的材料。這時(shí)，兩個(gè)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(duì)應(yīng)的位置形成在氣缸墊 15上。多個(gè)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(duì)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(gè)外圍電極對(duì)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(gè)外圍電極對(duì)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 —側(cè)最遠(yuǎn)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(diǎn)火線圏相連。為了降低無線電波噪 聲的影響，可以在外圍終端20 —側(cè)最遠(yuǎn)的導(dǎo)電材料18和外圍終端20 之間插入大約5kQ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(gè)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(gè)間隙穩(wěn)定產(chǎn)生火花 的寬度是3mm，并且設(shè)置六個(gè)外圍火花隙13，則每個(gè)外圍火花隙13 的寬度大約是0.8mm。圖3表示當(dāng)通過點(diǎn)火線圏輸送的次級(jí)電流能量是45mJ時(shí)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(gè)外圍火花隙13時(shí)，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(shí)，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(shí)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(jìn)一步降低。可以通過增 加點(diǎn)火線圏的電容來增加外圍火花隙13的寬度，但這提高了在點(diǎn)火線
圏附近從外圍火花隙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 —側(cè)附近的外圍火花隙 13穩(wěn)定增加。這時(shí)，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(zhǎng)持續(xù)時(shí)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(shí)，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)電元件18的長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)由多個(gè)外圍電極對(duì)12 構(gòu)成的點(diǎn)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(zhǎng)度，外圍電極對(duì)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(diǎn)火裝置的熱值增 加。導(dǎo)電元件18的長(zhǎng)度優(yōu)選被變更為使得外圍電極對(duì)12的溫度保持 在500。C和850。C(或最多1000。C)范圍內(nèi)，在500。C時(shí)獲得自清潔 作用，在850。C (或最多1000。C)時(shí)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(zhǎng)度來調(diào)節(jié)熱值，但除了調(diào)節(jié)導(dǎo)電 元件18的長(zhǎng)度之外或作為對(duì)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(shí)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(dá)2mm。如圖4所示，通過采用無機(jī)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(duì)板形元件15b、15c, 其中與導(dǎo)電元件18的形狀和外圍電極對(duì)12的基部相對(duì)應(yīng)的槽15a形 成在所述板形元件的至少一個(gè)相對(duì)表面上，并且這對(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(shí)，也可以 在外圍火花隙13與氣缸蓋3等部件之間固定至少100MQ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(duì)以上多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)l的操作進(jìn)行描述。從進(jìn)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(jì)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(jí)電壓而將導(dǎo)入燃燒室2內(nèi)的空氣-燃料混合物點(diǎn)燃，使得火花 從中心火花隙IO和多個(gè)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(shí)由中心火花隙10 和多個(gè)外圍火花隙13點(diǎn)燃時(shí)燃燒室2內(nèi)的火焰?zhèn)鞑顟B(tài)?？梢酝ㄟ^采 用連接了透明觀察窗的定容容器進(jìn)行燃燒試驗(yàn)來檢查燃燒室2內(nèi)的火 焰?zhèn)鞑顟B(tài)?；鹧鎻闹行幕鸹ㄏ禝O和多個(gè)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(shí)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(gè)火花隙的常規(guī)點(diǎn)火所不能實(shí)現(xiàn)的。此外，在中心火花隙IO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(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)l中，簡(jiǎn)單地通過執(zhí)行從 火花隙10、 13的點(diǎn)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(dòng)機(jī)那樣采用由擠氣或渦流產(chǎn)生的氣流補(bǔ)充燃燒速度。氣流還會(huì) 增加冷卻損失，因此為了確保在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)火時(shí)和當(dāng)除了采用外圍火 花隙13還采用中心火花隙IO執(zhí)行點(diǎn)火時(shí)的過量空氣系數(shù)上限(下限) 的比較。與在市區(qū)驅(qū)動(dòng)的操作條件相對(duì)應(yīng)的2000rpm的部分栽荷被設(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(diǎn)火與單獨(dú)采用外圍火花隙13執(zhí)行 點(diǎn)火相比可以在更高的過量空氣系數(shù)下執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。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(shí)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ll施加電壓之 后進(jìn)行，使得首先從中心火花隙IO執(zhí)行點(diǎn)火。當(dāng)首先向中心終端11施加電壓時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)火延遲等危險(xiǎn)，并因此實(shí)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(dòng)機(jī)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?？梢韵嘈哦鄠€(gè)外圍火花隙13基本上同時(shí)執(zhí)行點(diǎn)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(chǔ)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(gè)導(dǎo)電元件18的附近，并且電荷儲(chǔ)存在每個(gè)電容器內(nèi)。因此，當(dāng)在某 個(gè)外圍火花隙13上產(chǎn)生放電時(shí)，在載荷因放電而流向的一側(cè)上形成微 電容器栽荷的電容過量，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(duì)本發(fā)明的作用和效果進(jìn)行描述。根據(jù)上述多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)l，采用中心火花隙IO和多個(gè)外圍火花 隙13點(diǎn)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(dòng)機(jī)更靠近上止點(diǎn)的時(shí)刻執(zhí)行點(diǎn)火，因此可以抑制由爆燃將升起的活塞6向下推回時(shí)所產(chǎn)生的損壞。 從而，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)l的輸出和燃料效率。此外，燃燒分別從中心火花隙IO和多個(gè)外圍火花隙13開始，使 得中心火花隙IO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(yuǎn)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(jìn)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(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)l， 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(dòng)機(jī)l的穩(wěn)定性。因此，飛輪重量可以降低，從而能夠進(jìn)一步提高燃 料效率。在這種情況下，還提高了發(fā)動(dòng)機(jī)l的瞬態(tài)特性，并因此可以 抑制加速過程中發(fā)動(dòng)機(jī)1的飛車。此外，通過將電壓施加時(shí)刻的相位差設(shè)置成在由多個(gè)外圍火花隙 13的點(diǎn)火之前進(jìn)行由中心火花隙10的點(diǎn)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(diǎn)火時(shí)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(diǎn)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(shí)施方式中，繞氣缸5的開口部分布置六個(gè)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(gè)，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(duì)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(duì)12的基部通過氣缸墊15固定的 上述結(jié)構(gòu)對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)1的壓縮比是有利的。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)l可以是直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)而不是預(yù)混合發(fā)動(dòng)機(jī)。 當(dāng)燃料在進(jìn)氣沖程被噴入燃燒室2內(nèi)時(shí)，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(dá)上止點(diǎn)時(shí)，可以在燃燒室2內(nèi)形成均勻的 空氣-燃料混合物。第二實(shí)施方式為了進(jìn)一步提高上述多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)l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(dòng)機(jī)1的壓縮比。當(dāng)壓縮比升高時(shí)， 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(shí)，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(shí)發(fā) 生泄漏。這種情況同樣發(fā)生在點(diǎn)火線圏的電容增加時(shí)。在第二實(shí)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(duì)應(yīng)的位置上形成防 漏凹進(jìn)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(shí)施方式相同。如圖9和10所示，防漏凹進(jìn)23、 24可以凈皮形成為使得在氣缸5 徑向上的長(zhǎng)度W小于在周向上的長(zhǎng)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(shí)，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(jìn)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(gè)存在泄漏的可能時(shí)，防漏凹進(jìn)可以僅形 成在它們中的一個(gè)上。第三實(shí)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(shí)施方
式與第一實(shí)施方式的不同之處在于外圍電極對(duì)12的結(jié)構(gòu)。所有的其他 結(jié)構(gòu)都與第一實(shí)施方式相同。圖ll表示根據(jù)第三實(shí)施方式的外圍電極對(duì)12的結(jié)構(gòu)。外圍電極 對(duì)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(duì)12的電極之一 (接地電極12b) 的頂端表面面對(duì)另 一電極(導(dǎo)電電極12a )的頂端側(cè)面(tip end-side side face)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卯°。利用這種結(jié)構(gòu)，由于在外圍電極對(duì)12的中間沒有任何彎曲部分， 因此降低了從外圍電極對(duì)12的中點(diǎn)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(duì)12的厚度降低的情況下 也可以提高耐熱性。同時(shí)，即使在外圍電極對(duì)12的頂端磨損的情況下 外圍火花隙13的間隔也不會(huì)顯著變寬，并因此可以延長(zhǎng)外圍電極對(duì) 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(duì)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(duì)接地電極12b的頂端側(cè)面形成外圍火花隙13。第四實(shí)施方式與第三實(shí)施方式類似，第四實(shí)施方式與第一實(shí)施方式不同之處在 于外圍電極對(duì)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(shí)施方式相同。圖12表示根據(jù)第四實(shí)施方式的外圍電極對(duì)12的結(jié)構(gòu)。所有的外 圍電極對(duì)12都呈輕微彎曲的S形。通過使構(gòu)成外圍電極對(duì)12的接地 電極12b的頂端表面面對(duì)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(duì)12的中點(diǎn)向氣缸蓋3等部 件內(nèi)泄漏的可能性，這是因?yàn)樵谕鈬姌O對(duì)12的中間不存在任何急劇
彎曲部分。第五實(shí)施方式與第三實(shí)施方式類似，第五實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處在于外圍電極對(duì)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(shí)施方式相同。如圖13所示，在第五實(shí)施方式中，氣缸墊15固定外圍電極對(duì)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(duì)12的接地電極12b的頂端表面面對(duì)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(shí)施方式與第三實(shí)施方式類似，第六實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處 在于外圍電極對(duì)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(shí)，活塞6的上止點(diǎn)位置升高到第一實(shí)施方式之上。 所有的其他結(jié)構(gòu)都與第一實(shí)施方式相同。圖14表示根據(jù)第六實(shí)施方式的外圍電極對(duì)12的結(jié)構(gòu)。外圍電極 對(duì)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(gè)電極一起構(gòu)成外圍電極對(duì)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(duì)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(qǐng)人實(shí)施的試驗(yàn)中， 當(dāng)具有0.4加1112的鉑電極以0.4mm的間隔埋入4mm厚的氣釭墊內(nèi)并
執(zhí)行放電時(shí)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(duì)12不相互干涉，因此活塞6的上止點(diǎn) 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(jìn)一步提 高發(fā)動(dòng)機(jī)1的壓縮比，從而能夠進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)(例如在發(fā)動(dòng)機(jī)1處于低溫時(shí)的空轉(zhuǎn)操作過程中)，碳會(huì)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，通過同樣釆用中心火花隙IO執(zhí)行點(diǎn)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(shí)施方式與第三實(shí)施方式類似，第七實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處 在于外圍電極對(duì)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(shí)，活塞6的上止點(diǎn)位置升高到第一實(shí)施方式之 上。所有的其他結(jié)構(gòu)都與第一實(shí)施方式相同。圖15表示根據(jù)第七實(shí)施方式的外圍電極對(duì)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(duì)應(yīng)的周向位置上，并且外圍電極對(duì)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(duì)12的接地電極12b的頂端表 面面對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)伸出的位置相對(duì)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(duì)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(qiáng)度和氣密性的降低。這樣，在第七實(shí)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(jìn)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(shí)施方式在第八實(shí)施方式中，外圍火花隙13被分成多個(gè)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(diǎn)火線圏31與外圍火花隙 13串聯(lián)連接的組中每個(gè)外圍火花隙的一端相連。在圖22所示的實(shí)例中，外圍火花隙13被分成兩組，并且點(diǎn)火線 圏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(gè)點(diǎn)火線 閨所需的能量，并且可以降低施加在最靠近點(diǎn)火線圏的外圍火花隙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(gè)獨(dú)立的點(diǎn)火線圏31,但作為替代，如圖 23所示可以設(shè)置雙頭點(diǎn)火線圏32,并且兩組外圍火花隙13可以相連。同時(shí)，外圍火花隙13在此被分成兩組，但當(dāng)設(shè)置多個(gè)外圍火花隙 13時(shí)，它們可以:故分成三組或更多的組。第九實(shí)施方式圖24表示第九實(shí)施方式。第九實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之 處在于導(dǎo)電元件18和外圍電極對(duì)12的基部埋置入與氣缸墊15分開構(gòu)
成的點(diǎn)火環(huán)33內(nèi)，并且點(diǎn)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(gè)上與 氣缸5的開口部分相對(duì)應(yīng)的位置。因此，繞氣缸5的開口部分布置多 個(gè)火花隙13。在本實(shí)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(diǎn)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(diǎn)火環(huán)33相連， 并且與發(fā)動(dòng)機(jī)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。由絕緣硅基陶乾或類似材料制成的點(diǎn)火環(huán)33固定導(dǎo)電元件18和 外圍電極對(duì)12的基部并在該狀態(tài)下被點(diǎn)火。與在前實(shí)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(duì)12的基部固定在由 絕緣材料制成的兩個(gè)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(gè)環(huán)形元件粘結(jié)在一起來形成點(diǎn)火環(huán)33。點(diǎn)火環(huán)33的厚度與在前實(shí)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(duì)12的基 部并與氣缸墊35分開的絕緣元件(點(diǎn)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(qiáng)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(shí)在第九實(shí)施方式中，如圖25所示，在軸向上延伸到氣缸5 上側(cè)的動(dòng)力接收銷36形成在朝引導(dǎo)端側(cè)面最遠(yuǎn)定位的導(dǎo)電元件18的 上表面上，以在軸向上從點(diǎn)火環(huán)33的上表面伸到氣缸5的上側(cè)。動(dòng)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(dòng)力接收銷36和氣缸蓋3之間不會(huì)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(shí)，動(dòng)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(dòng)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(huì)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(zhǎng)和收縮吸收由熱膨脹導(dǎo)致的 發(fā)動(dòng)機(jī)l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(jī)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(shí)，電阻優(yōu)選被插入在彈簧42與終端45之間。在此，動(dòng)力接收銷36從點(diǎn)火環(huán)33延伸到氣缸的軸向上側(cè)，而容導(dǎo)電針38的通孔41形成在氣缸蓋3上。然而，動(dòng)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(shí)施方式，但這些實(shí)施方式可以通過適當(dāng)組 合得到實(shí)施。
權(quán)利要求
1.用于多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的一種點(diǎn)火裝置，包括固定在絕緣元件上的多個(gè)外圍電極對(duì)(12)，所述絕緣元件置于發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的氣缸蓋(3)和氣缸體(4)之間，所述多個(gè)外圍電極對(duì)(12)繞發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的氣缸(5)的開口部分的內(nèi)圓周形成多個(gè)外圍火花隙(13)，以及埋置于所述絕緣元件中的導(dǎo)電元件(18)，所述導(dǎo)電元件(18)與所述多個(gè)外圍電極對(duì)(12)連接，其中，所述多個(gè)外圍電極對(duì)(12)和所述導(dǎo)電元件(18)由不同的材料制成，以及所述點(diǎn)火裝置的熱值通過改變所述導(dǎo)電元件(18)的長(zhǎng)度、厚度、寬度中的至少一個(gè)來調(diào)節(jié)。
2，如權(quán)利要求l所述的點(diǎn)火裝置，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)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，通過將由絕 緣材料制成的兩個(gè)板粘結(jié)在一起形成所述絕緣元件，以及多個(gè)外圍電極對(duì)(12)中每個(gè)的基部容納并固定在形成于所述兩 個(gè)板中的至少一個(gè)上的凹槽內(nèi)。
全文摘要
一種多點(diǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(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(duì)(9)以及固定在氣缸墊(15)上的多個(gè)外圍電極對(duì)(12)，所述氣缸墊(15)在與氣缸(5)的開口部分相對(duì)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(gè)外圍火花隙(13)。利用中心火花隙(10)和多個(gè)外圍火花隙(13)點(diǎn)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(jì)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(hào)H01T13/46GK101212127SQ200710153278
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:米亞馬株式會(huì)社