[发明专利]用于扫除残余废气的火花塞及相关的燃烧室

说明书

技术领域

本申请的主题概括地来说关于内燃机，更具体地，涉及内燃机的燃料点火系统。 

背景技术

火花塞用于与各种类型的燃烧室配合使用，燃烧室配置为对易燃的燃料和空气的混合物进行点火。一些燃烧室配置为包括被动预燃室、开式燃烧室及燃料供给预燃室的配置。现有的火花塞的设计有着各种缺点，依赖于配置为火花塞在内部操作的燃烧室的类型，可能会让这些缺点更加严重。 

众所周知，火花塞与预燃室及开式燃烧室组合使用在内燃机内对燃烧事件进行点火。预燃室对预混合的稀薄燃烧天然气发动机的燃焰的着火和传播特别有用，稀薄燃烧天然气发动机难以使用传统的开式燃烧室的配置来点火。被动预燃室包括燃烧容积，在其中设置火花塞。火花塞往往包括中央阴极电极和至少部分地环绕于阴极电极的一个或更多的外部接地或阳极电极，以在其间生成间隙。火花塞通过产生跨越在中央和外部电极之间的间隙的火花(例如电子流)对燃烧事件进行着火。更具体的，火花对通过预燃室容积传播的火焰进行着火。这种燃烧在预燃室内产生了压力上的突然增加，从而穿过在预燃室和主燃室之间的节流孔产生一个大的压差。该压差促使火焰穿过节流孔进入主燃室，从而成功地进行燃烧事件。 

在成功地进行燃烧事件之后，主燃室内的残余废气在排气冲程中换气。在进气冲程中，新鲜的预混合空气和燃料的混合物(充量)通过由活塞所驱动的压缩事件进入主汽缸。然而，一些被动预燃室内及火花塞电极之间的残余废气没有进行完全换气，而是在排气和进气冲程中残余在预燃室内。在随后的压缩冲程中，主燃室和预燃室之间的压差促使新鲜的充量穿过节流孔进入预燃室，将残余废气朝预燃室的设置有火花塞的后部压缩。 

发明内容

针对现有技术，尤其是针对现有技术中还没有被当前可用的燃烧室和火花塞完全解决的燃烧室和火花塞内的问题和需求，提出本申请的主题。只有在将近压缩冲程的末尾时(例如在有火花时)至少一些电极间隙内的残余废气从电极间隙内被清除(例如移除或移走)且被替换为新鲜的充量，才能成功进行点火。申请人意识到残余废气清除过程的成功高度依赖于预燃室、节流孔及火花塞电极的设计。一些已知的火花塞电极的配置无法从电极间隙充分清除残余气体。其结果是，间隙内的残余气体会抑制或阻碍新鲜的空气充量的燃烧，这是因为穿过间隙的火花无法恰当地到达新鲜的空气充量而是换为到达残余气体，导致了不完全燃烧或全部失火。因此，所提出的本申请的主题在于提供一种燃烧室及相关的火花塞，来至少克服现有技术中的许多缺点。 

例如，根据一个实施方式，提供一种用于内燃机的火花塞，该火花塞包括中央电极，该中央电极到达在中央轴周围规定的第一末端表面为止。该火花塞也包括至少一个外部电极，该至少一个外部电极到达第二末端表面为止。该至少一个外部电极至少在侧面部分地环绕中央电极，从而第二末端表面相对于中央电极在径向上偏置，以在该中央电极和该至少一个外部电极之间规定侧面间隙。该中央电极的第一末端表面相对于该至少一个外部电极的第二末端表面在轴向上凹陷。 

在火花塞的一些实施方式中，该中央电极的第一末端表面和该至少一个外部电极的第二末端表面实质上共面。在某些实施方式中，火花塞具有多个外部电极。该中央电极的第一末端表面相对于该至少一个外部电极的第二末端表面可以凹陷至大约一毫米。根据一些实施方式，中央电极包括了对第一末端表面进行规定的汽缸头部。在这些实施方式中，中央电极可进一步包括相对于至少一个外部电极对头部进行支撑的柄部，从而在中央电极的头部和该至少一个外部电极之间对侧面间隙进行规定。 

根据另一个实施方式，提供一种用于内燃机的火花塞，该火花塞包括中央电极，该中央电极到达第一末端表面为止，在中央轴周围规定该第一 末端表面。该火花塞也包括至少一个外部电极，该至少一个外部电极到达第二末端表面为止。该至少一个外部电极至少在侧面部分地环绕中央电极，从而第二末端表面相对于中央电极在径向上偏置，以在该中央电极和该至少一个外部电极之间规定侧面间隙。该火花塞包括与该至少一个外部电极的第二末端表面连接的至少一个衬垫，其中该至少一个衬垫的第三末端表面相对于该中央电极的第一末端表面在轴向上偏置。该衬垫可用第一材料制造且该至少一个外部电极可用与第一材料不同的第二材料制造。 

根据一些实施方式，该火花塞包括多个外部电极和多个衬垫，其中多个外部电极中的每一个外部电极都分别连接于多个衬垫中的一个衬垫。