火花間隙314中的殘余物，從而以主要地新鮮的進(jìn)氣替換了任何殘余物。例如，殘余物可被包括更多新鮮進(jìn)氣的混合物替代。在一定的情形中，混合物包括新鮮進(jìn)氣和殘余物，且在一定的情形中混合物完全地由新鮮進(jìn)氣組成。在一定的實(shí)施例中，中心電極310的遠(yuǎn)端端部是平的，以便于主流動(dòng)328到火花間隙314內(nèi)。
[0084]另外，在一些情形中，燃料將流過側(cè)向孔318。此流動(dòng)主要是向后的且離開端蓋。該流動(dòng)中的更多在此方向上，且在一定的情形中所有流動(dòng)在此方向上。側(cè)向孔318傾斜地偏離，使得它們不垂直于中心軸線301。這可防止來自次流動(dòng)330的空氣/燃料混合物填充第一級(jí)320。因此，由于空氣動(dòng)力學(xué)撞擊區(qū)域316導(dǎo)致的壓力差不被側(cè)向孔318干擾。通過側(cè)向孔318的流動(dòng)保持其進(jìn)入速度的量值。這將壓力維持為低于空氣動(dòng)力學(xué)撞擊區(qū)域316內(nèi)的流體的停滯壓力。因此，造成了跨越火花間隙的壓力差。
[0085]一旦在示例的火花間隙314內(nèi)生成了火花，則火花間隙314內(nèi)的燃料將點(diǎn)燃，因此造成了火焰核心332。由于壓力差，火焰核心332行進(jìn)到預(yù)燃室304的第一級(jí)320內(nèi)，此處火焰核心332通過第一級(jí)320的相對(duì)小的尺寸保護(hù)不受外側(cè)環(huán)境影響。第一級(jí)320用作火焰保持器?；鹧婧诵南蛏弦苿?dòng)到位于中心電極310中的凹槽332內(nèi)。凹槽332然后將火焰核心引向接地電極308的面向后的臺(tái)階結(jié)構(gòu)334。當(dāng)主流動(dòng)進(jìn)入第一級(jí)320時(shí)，面向后的臺(tái)階造成了捕獲在此位置的一些燃料的再循環(huán)區(qū)，這允許火焰核心略微膨脹同時(shí)也保護(hù)火焰核心不被進(jìn)入火花間隙314的主流動(dòng)熄滅。因此，凹槽332和面向后的臺(tái)階334形成了火焰保持器，所述火焰保持器保護(hù)火焰核心不受到更高速度的主流動(dòng)328的影響。
[0086]另外，因?yàn)閭?cè)向孔318僅允許小量燃料進(jìn)入第一級(jí)320，所以火焰核心332保持為小的。這將第一級(jí)320內(nèi)部的溫度保持為低溫，且最小化了對(duì)于火花間隙314、接地電極308和中心電極310的損壞。
[0087]在所示的示例中，當(dāng)火焰核心332消耗了第一級(jí)320內(nèi)的燃料時(shí)，所述火焰核心332行進(jìn)離開側(cè)向孔318進(jìn)入預(yù)燃室304的第二級(jí)322內(nèi)?；鹧婧诵?22被次流動(dòng)330攜帶且包裹圍繞絕緣體312。在此點(diǎn)處，火焰核心332開始擴(kuò)展且消耗第二級(jí)322內(nèi)的燃料。火焰然后膨脹，大大地增加預(yù)燃室304內(nèi)部的壓力，且從通風(fēng)孔324噴射出而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室302內(nèi)，其處所述火焰點(diǎn)燃了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室302內(nèi)的燃料。
[0088]控制火焰核心332圍繞中心電極310的流動(dòng)可增加預(yù)燃室火花塞組件300的可使用壽命。這是由于第一級(jí)圍繞中心電極310且僅允許小的火焰核心332在其周圍燃燒，這與具有暴露的而不受保護(hù)的火花間隙的一些傳統(tǒng)系統(tǒng)相反。
[0089]圖17圖示了預(yù)燃室304內(nèi)的示例的副燃料噴射器326。示例的副燃料噴射器326將燃料噴射到預(yù)燃室304內(nèi)。另一個(gè)主燃料噴射器(未示出)將燃料噴射到主氣缸室302內(nèi)，所述燃料通過通風(fēng)孔324行進(jìn)到預(yù)燃室304內(nèi)。副燃料噴射器326允許使用者將預(yù)燃室混合物加濃到超過由于主噴射將典型地出現(xiàn)的情況。
[0090]典型地，示例的氣缸室302的燃料與空氣比是化學(xué)計(jì)量比的，或換言之燃料和空氣在燃燒前以對(duì)等的量存在于氣缸室302內(nèi)。因此，由于通過通風(fēng)孔324的流動(dòng)，在預(yù)燃室304內(nèi)的燃料與空氣比可以是化學(xué)計(jì)量比的或更小(更稀薄)。為使用副燃料噴射器326在預(yù)燃室304中提供合適的燃料富集的環(huán)境，所述副燃料噴射器326增加了燃料與空氣比。典型地，所述增加將使得來自主燃燒室的稀薄混合物成為化學(xué)計(jì)量比的，或換言之不是非典型地在燃燒前當(dāng)預(yù)燃室304內(nèi)存在空氣時(shí)將預(yù)燃室燃料加濃為超過主室燃料一空氣比的兩倍。通過加濃預(yù)燃室304，點(diǎn)燃過程可更熱地進(jìn)行。然而，更熱地運(yùn)行點(diǎn)燃過程可能降低中心電極310和接地電極308的可使用壽命。此示例可使得燃料供給(燃料加濃)的預(yù)燃室以最小加濃或不加濃而更稀薄地運(yùn)行，因此造成了預(yù)燃室內(nèi)的燃料一空氣比更接近主室內(nèi)的稀薄混合物且盡可能遠(yuǎn)離化學(xué)計(jì)量比的加濃。預(yù)燃室加濃的這種降低導(dǎo)致在火花表面中和火花表面周圍的更低的燃燒溫度，這導(dǎo)致火花塞的延長(zhǎng)的壽命。
[0091]圖18圖示了與預(yù)燃室404的殼體416整體地形成的進(jìn)氣閥402，其與火花塞400組合。在圖18中圖示的特定的實(shí)施例中，存在三個(gè)分開的進(jìn)氣閥402a、402b和402c。進(jìn)氣閥402a、402b和402c從存儲(chǔ)室430將燃料供給到預(yù)燃室404。如關(guān)于圖17所論述，進(jìn)氣閥402允許使用者調(diào)整預(yù)燃室404內(nèi)的燃料/空氣混合物的濃度。此外，在一定的實(shí)施例中，包括絕緣體414、中心電極406和接地電極408的火花塞400是從進(jìn)氣閥402部分可移除的，使得便于火花塞400的快速更換。
[0092]圖19圖示了圖18的預(yù)燃室404的放大視圖。預(yù)燃室40通過帶有通風(fēng)孔412的端蓋440連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸(未示出)。類似于以上所述的實(shí)施，預(yù)燃室404包括中心電極406、接地電極408、通風(fēng)孔412、絕緣體414和殼體416?？諝鈩?dòng)力學(xué)撞擊部428也存在于此實(shí)施例中。此外，絕緣體包括側(cè)向孔或狹槽418。類似于側(cè)向孔318(見圖15)，狹槽418提供了從第一級(jí)420和第二級(jí)422的接近，所述第一級(jí)420通過形成在連接到絕緣體414的接地電極408和中心電極406之間的腔限定，而所述第二級(jí)422通過殼體416和連接到絕緣體414的接地電極408之間的腔限定。
[0093]在一些示例中，第一壓力差由發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的壓縮行程導(dǎo)致，從而促使燃料/空氣混合物通過通風(fēng)孔412以I米每秒至100米每秒之間的速度進(jìn)入預(yù)燃室404內(nèi)且被向后引導(dǎo)且從端蓋離開。在此混合物流入到預(yù)燃室404內(nèi)時(shí)，所述混合物將圍繞形成在中心電極406和接地電極408之間的火花間隙424集中?；鸹ㄩg隙424的相對(duì)小的寬度將促進(jìn)形成預(yù)燃室404的第一級(jí)420和第二級(jí)422之間的第二壓力差。因此，當(dāng)火花在火花間隙424處生成時(shí)，第二壓力差將由火花點(diǎn)燃燃料/空氣混合物形成的火焰核心抽吸到第一級(jí)420中，所述第一級(jí)420具有用于減緩流動(dòng)且造成再循環(huán)區(qū)的面積膨脹。該面積膨脹通過在火花表面積的出口處切割到中心電極中的凹槽造成。再循環(huán)區(qū)可將反應(yīng)性微粒保持在在循環(huán)回路中且作為火焰保持器有效地起作用——防止被掃出火花間隙區(qū)域的火焰核心的吹熄。此火焰核心將在第一級(jí)內(nèi)使燃料燃燒直至燃料通過狹槽418離開而進(jìn)入第二級(jí)422內(nèi)。在第二級(jí)中，火焰核心通過消耗預(yù)燃室404內(nèi)的燃料成長(zhǎng)為火焰。這大大地增加了預(yù)燃室404內(nèi)的壓力且導(dǎo)致火焰從通風(fēng)孔412噴射。
[0094]從火花間隙區(qū)域移除火焰核心且使其進(jìn)入火焰保持器內(nèi)可降低火花表面的溫度。降低火花表面的溫度可降低火花塞壽命損失中的主要因素:在存在高溫氧化環(huán)境時(shí)火花表面的高溫氧化。因此，在火花已發(fā)生之后將高溫火焰核心從火花間隙移除可延伸火花表面且因此延長(zhǎng)火花塞壽命，從而降低火焰核心熄滅的可能性(或防止火焰核心熄滅)。
[0095]在一些情形中，中心孔或主孔流動(dòng)的另一個(gè)作用是在火花前的引入階段冷卻管狀接地電極和火花區(qū)，因?yàn)橐氲男迈r進(jìn)氣具有比預(yù)燃室內(nèi)的殘余氣體低的溫度。這進(jìn)一步延長(zhǎng)了火花塞表面壽命但也降低了預(yù)燃室內(nèi)的表面溫度，從而將溫度保持在新鮮進(jìn)氣的自燃溫度以下。
[0096]類似于前述示例，通過控制核心火焰圍繞中心電極406的流動(dòng)，可大大地增加示例的火花塞400的可使用壽命。這是因?yàn)榈谝患?jí)圍繞中心電極406且僅允許小的火焰核心圍繞其燃燒，這與具有暴露的而不帶有保護(hù)的火花間隙的一些傳統(tǒng)系統(tǒng)相反。
[0097]在另一個(gè)示例中，在陶瓷絕緣體912的外表面和殼體934的內(nèi)表面之間靠近殼體934和絕緣體912的基部或根部938處形成了狹窄空間936，如在圖20中圖示。狹窄空間936設(shè)計(jì)為促進(jìn)從熱的殘余燃料/氣體到較冷的殼體區(qū)域的傳熱，所述殼體區(qū)域在后部上通過與氣缸蓋(未圖示)的螺紋的接合被冷卻(可能被水冷或油冷)。狹窄空間936具有大的表面積與體積比，這促進(jìn)了殘余物的冷卻且因此“媳滅” 了殘余氣體的反應(yīng)性。
[0098]在一個(gè)實(shí)施例中，狹窄空間936體積被設(shè)計(jì)為近似為預(yù)燃室904體積的1/5至1/10，使得如果預(yù)燃室904充滿殘余氣體，則所述殘余氣體將被壓縮到狹窄空間936內(nèi)而占據(jù)不超過被發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比所允許的空間(即，10:1壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)將在壓縮期間將預(yù)燃室氣體體積降低到1/10)。
[0099]另外的實(shí)施例可包括通過類似于對(duì)狹窄空間936中的殼體934“刻螺紋”的措施而增加狹窄空間區(qū)域的表面積，以進(jìn)一步促進(jìn)狹窄空間936的熱移除能力以冷卻殘余氣體。
[0100]關(guān)于制造方法，銅焊環(huán)可使用在接地電極上方或下方且在銅焊熔爐中被熔融以給出良好的傳熱。類似地，激光焊接器、摩擦焊接器等可用于將接地電極焊接到殼體。
[0101]圖21是包括銅焊環(huán)的示例的預(yù)燃室火花塞的一部分的橫截面視圖，圖22是來自圖21的布置在預(yù)燃室火花塞內(nèi)側(cè)的銅焊環(huán)的放大視圖。接地電極1010的外環(huán)1032包括角形切口 1006，所述切口 1006造成了用于在激光焊接前安放銅焊環(huán)1002的環(huán)形間隙1004。在圖21中所示的示例中，在組裝期間，接地電極1010壓到殼體112內(nèi)，使得接地電極1010落座在臺(tái)階部分120上。在接地電極1010落座在臺(tái)階部分120上之后，銅焊環(huán)1002被安放在環(huán)形間隙1004內(nèi)。一旦銅焊環(huán)1002落座在環(huán)形間隙1004內(nèi)，則在銅焊焊接過程中可利用激光焊接器將銅焊環(huán)1002熔融，因此允許熔融的銅焊環(huán)1002流入到環(huán)形間隙1004內(nèi)，從而將接地電極1010附著到殼體112。這可造成接地電極11和殼體112之間的強(qiáng)的結(jié)合，使得一旦兩個(gè)體結(jié)合在一起則在兩個(gè)體之間不造成熱扭曲。也僅使銅焊環(huán)1002熔融，使得接地電極1010和殼體112在銅焊焊接過程之后不具有扭曲的形狀。此外，角形切口 1006不用必須為角形的。而是接地電極1010的切口部分可以具有適合于保持銅焊環(huán)1002的任何形狀。例如，切口可以是錐形形狀的或矩形形狀的。另外，使銅焊環(huán)1002以熔融的狀態(tài)流動(dòng)到環(huán)形間隙1004內(nèi)的過程可以通過使用助焊劑來輔助。助焊劑可施加到角形切口 1006或殼體112，使得銅焊環(huán)1002當(dāng)熔融時(shí)流向角形切口 1006和殼體112，以填充環(huán)形間隙1004。用于銅焊過程的典型的助焊劑包括硼砂、硼酸鹽、氟硼酸鹽、氟化物和氯化物。順便提及的是，過程不用必須利用銅焊焊接過程。而是接地電極1010可使用銅焊過程連接到殼體112。無論是在銅焊焊接還是銅焊過程中，銅焊環(huán)通常包括合金，例如鋁硅合金、銅合金、銅鋅合金、金銀合金、鎳合金和銀
I=IO
[0102]另外，中心電極可由實(shí)心金屬合金制成或通過將兩個(gè)柱體焊接在一起制成，其中柱體的一個(gè)可以稱為基礎(chǔ)材料且另一個(gè)是稀有金屬材料。一旦通過制造過程生成了合適的對(duì)齊，則稀有金屬和基礎(chǔ)金屬可通過多種方法結(jié)合，例如電阻焊接、慣性焊接和/或激光焊接。
[0103]類似地，可造成稀有金屬中空柱體，所述中空柱體套在直徑已減小的基礎(chǔ)材料中心電極上，從而可產(chǎn)生“銷”外側(cè)的柱體構(gòu)形。稀有金屬中空柱體通過保持蓋保持就位，所述保持蓋通過焊接或機(jī)械方式(例如螺紋)固定。
[0104]在此的構(gòu)思可應(yīng)用于預(yù)燃室火花塞的其他構(gòu)造，且現(xiàn)有的構(gòu)造也可適合于包括速度控制管。例如，圖23a、圖23b示出了帶有端蓋512但不帶有速度控制管的火花塞500。圖23a示出了火花塞500的視圖，圖中示出了端蓋512的頂部。圖23b示出了火花塞500的橫截面視圖。管狀接地電極505從殼體503通過臂506a、506b支承。與連接到殼體503的側(cè)壁