不同，臂506a、506b向后延伸且連接到殼體503的后表面。接地電極506圍繞中心電極502且與中心電極502通過火花間隙504分開。端蓋512包圍電極502和506。端蓋512的頂部具有多個中心孔510a至510f和多個側向孔508a、508b。
[0105]圖24示出了火花塞500可如何根據(jù)在此的構思被修改以產(chǎn)生火花塞520的示例。示例的火花塞520大體上類似于(不帶有影響如所述的運行的變化)圖23中所示的火花塞500，但包括有前速度控制管514。速度控制管514可固定到接地電極506的前部、其臂506a、506b或例如環(huán)的任何支承結構。
[0106]圖25示出了火花塞500可如何根據(jù)在此的構思被修改以產(chǎn)生火花塞530的示例。示例的火花塞530大體上類似于(不帶有影響如所述的運行的變化)圖23中所示的火花塞500，但包括有后速度控制管515。速度控制管515可固定到接地電極506的后部、其臂506a、506b或例如環(huán)的任何支承結構。
[0107]圖26示出了火花塞500可如何根據(jù)在此的構思被修改以產(chǎn)生火花塞540的示例。示例的火花塞540大體上類似于(不帶有影響如所述的運行的變化)圖23中所示的火花塞500，但包括有前和后速度控制管514和515。速度控制管514、515可固定到接地電極506、其臂506a、506b或例如環(huán)的任何支承結構。
[0108]在如在圖10中所構造的預燃室火花塞和具有相同的尺寸和構造但不具有速度控制管的預燃室火花塞上執(zhí)行了計算流體動力學(CFD)分析。圖27a示出了不具有速度控制管的火花塞的速度圖，且圖28a示出了如在圖10中所構造的火花塞的速度圖。兩個圖示出了突出到發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的火花塞的端部。箭頭已疊加在圖上以示出流動方向。圖27b示出了不具有速度控制管的火花塞的速度向量圖，且圖28b示出了如在圖10中所構造的火花塞的速度向量圖。圖28c示出了不具有速度控制管的火花塞的空氣/燃料混合物分布圖，且圖28C示出了如在圖10中所構造的火花塞的空氣/燃料混合物分布圖。
[0109]兩個構造都是M18火花塞，其具有3.0mm直徑的火花表面(即形成火花間隙的相鄰的表面)，0.42 mm的最大火花間隙和相同構造的殼體112和端蓋。殼體112外側的流動條件被建模以代表在缸徑155 _、行程180 mm的在750轉每分鐘(RPM)下運行的發(fā)動機中在上止點前20度曲軸角度處的條件。圖27a至圖27c沒有速度控制管且具有典型的環(huán)接地電極505，所述環(huán)接地電極505不向前延伸超過火花表面或中心電極502的端部或火花表面的后部。接地電極505的軸向尺寸為1.25 mm，且因此形成了1.25 mm長的火花表面。圖28a至圖28c具有帶有速度控制管236的接地電極，所述速度控制管236朝著火花塞的燃燒室端部延伸超過中心電極102的端部。管236圍繞且包圍中心電極102，且也向火花表面后方延伸。速度控制管236的超過中心電極102的端部的延伸長度通過常規(guī)的流體分析來選擇，以產(chǎn)生如下論述的速度。速度控制管236的向火花表面后方的延伸長度通過常規(guī)的流體分析來選擇，以屏蔽離開火花間隙的流動不受預燃室內(nèi)的湍流的影響。圖28a至圖28c的火花表面在中心電極102的球面電極頭的基部處開始且向后延伸到直徑臺階且為3.5 mm長。
[0110]如從速度圖一圖27a、圖28a—中可見，從燃燒室通過中心孔162引入的新鮮空氣/燃料混合物的峰值速度在兩個情形中是幾乎相同的——在圖27a中為64 m/s且在圖28a中為54 m/s。然而，在圖27a、圖27b中，引入流動沖擊在中心電極502的端部上，主要地被側向向外引導，然后最終圍繞接地電極505的外部環(huán)繞到預燃室的后部。如此，更多的流動在此方向上，且在一定的情形中全部流動在此方向上。在中心電極502的端部處的停滯區(qū)導致了高壓力，所述高壓力進一步趨向于將引入流動側向向外驅動。在接地電極505前方的高速度又造成了低壓區(qū)，所述低壓區(qū)從預燃室后部拉動流動通過火花間隙。雖然在火花表面的中點處的峰值速度為8 m/s，但流動從后向前行進。在發(fā)動機運行期間，殘余氣體(已燃燒的空氣/燃料混合物)趨向于收集在預燃室的后部中。因此，此循環(huán)為火花間隙供給以殘余氣體的從后向前的流動。參考圖27c確認了此情況，圖中示出最高拉姆達(λ)值(即最稀薄空氣/燃料混合物)在預燃室中的后部，也在火花間隙的后面和火花間隙中。
[0111]作為對比，在圖28a、圖28b中，引入流動沖擊在中心電極102的端部上，且雖然最初被側向引導，但流動被速度控制管236的壁捕獲且被向后引導到火花間隙內(nèi)。在中心電極102的端部處的停滯區(qū)導致高壓力，所述高壓力進一步趨向于驅動流動到速度控制管內(nèi)且向后。速度控制管236的延伸長度被選擇以實現(xiàn)此流動形式。在火花表面的中點處的峰值速度為44 m/s。此外，此流動是直接從燃燒室通過中心孔162接收的新鮮空氣/燃料混合物的流動。參考圖28c確認了此情況，圖中示出了中心孔162和速度控制管236內(nèi)部之間的且到火花間隙內(nèi)的最低拉姆達值(即，最濃的空燃比)。因此，此循環(huán)為火花間隙供給以從前到后的新鮮空氣/燃料混合物的流動。新鮮空氣/燃料混合物維持足夠的速度以流過整個火花表面且流到預燃室的后部，從而將可能在火花間隙內(nèi)的(例如來自先前的燃燒循環(huán)的)任何殘余物掃除，且為預燃室的后部區(qū)域供給燃料。當火花塞發(fā)火時，通過電火花產(chǎn)生的火焰核心迅速地移動通過火花間隙且移動到預燃室的后部部分中，以降低核心在火花表面上熄滅的趨勢。在一定的情形中，火焰核心移動通過火花間隙的速度允許比以通過間隙的零或低流動速度所實現(xiàn)的更大的火花表面而不熄滅核心?？偠灾?，更大的火花表面改進了火花塞的壽命，因為存在其上生成電火花的更大的面積，且生成火花的材料損耗更少。
[0112]雖然在圖28a至圖28c的示例中，在火花表面的中點處的峰值速度為中心孔162內(nèi)的弓I入流動的峰值速度的81%，但此處的構思以小到峰值速度的10%且大到峰值速度的100%工作。圖29示出了在相同的條件下但在1500 RPM下運行的帶有圖28a至圖28c的預燃室火花塞的另一個示例。在此示例中，從燃燒室通過中心孔162的引入的新鮮空氣/燃料混合物的峰值速度為55 m/s?；鸹ū砻娴闹悬c處的峰值速度為27 m/s。因此，火花表面的中點處的峰值速度為中心孔162中的引入流動的峰值速度的49%。如上所述，明顯地，火花間隙被供給以從前到后的新鮮的空氣/燃料的流動以用于燃燒，且速度持續(xù)通過整個火花表面且到預燃室的后部。在整個說明書中所描述的實施(除圖23外)可產(chǎn)生類似的流動形式和性能。
[0113]雖然此說明書包含許多細節(jié)，但這些細節(jié)不應解釋為對本發(fā)明可能被要求的范圍限制，而是作為對于特定示例的具體特征的描述。在此說明書中描述的一定的特征在各單獨的實施的上下文中也可組合。相反地，在單個實施的上下文中描述的多種特征也可分開地實施在多個實施中，或以任何合適的子組合實施。
[0114]已描述了多種示例。然而，將理解的是可進行多種修改。相應地，其他的實施也在如下的權利要求的范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種促進發(fā)動機運行中的燃燒的方法，包括: 從發(fā)動機的燃燒室接收空氣/燃料混合物到火花塞的外殼內(nèi)； 將接收的空氣/燃料混合物在外殼內(nèi)的火花間隙中點燃； 將點燃的空氣/燃料混合物以至少為進入外殼內(nèi)的峰值流動速度的10%的峰值流動速度引導通過火花間隙而主要地離開外殼的燃燒室端部。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中峰值流動速度為5米/秒或更大，且將殘余氣體從間隙清除。3.根據(jù)權利要求1至2中任一項所述的方法，其中火花間隙的高度H為2.5_或更大，且間隙內(nèi)的峰值流動速度為V，且其中H/V*360*RPM小于或等于3度發(fā)動機的曲軸角度。4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，包括: 將空氣/燃料混合物以渦旋流圍繞外殼的內(nèi)部引導且引導到外殼的與燃燒室端部相對的端部;和 將在火花間隙中點燃的空氣/燃料混合物從渦旋流屏蔽。5.根據(jù)權利要求4所述的方法，包括將離開火花間隙的點燃的空氣/燃料混合物從渦旋流屏蔽。6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其中火花塞為M14至M24尺寸，且包括在點燃火花間隙中的空氣/燃料混合物之后將由于空氣/燃料混合物的燃燒導致的外殼中的最大壓力延遲7度或更大的發(fā)動機的曲軸角度。7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的方法，包括僅在點燃處于外殼的與燃燒室端部相對的半個內(nèi)的基本上全部空氣/燃料混合物之后將點燃的空氣/燃料混合物從外殼內(nèi)部噴射到發(fā)動機的燃燒室內(nèi)。8.一種用于發(fā)動機的火花塞，包括: 在火花塞的外殼內(nèi)的火花間隙;和 在外殼的內(nèi)部中的通道，在發(fā)動機運行期間所述通道從外殼外側接收流動且引導該流動通過火花間隙主要地從外殼的燃燒室端部離開， 其特征在于，火花塞包括用于產(chǎn)生在火花間隙內(nèi)的至少為進入外殼內(nèi)的峰值流動速度的10%的峰值流動速度的裝置。9.根據(jù)權利要求8所述的火花塞，其中火花塞適合于在火花間隙內(nèi)產(chǎn)生5米/秒或更大的峰值流動速度。10.根據(jù)權利要求8至9中任一項所述的火花塞，其中火花間隙具有高度H且間隙中的峰值流動速度為V，且其中火花塞適合于產(chǎn)生小于或等于3度發(fā)動機的曲軸角度的H/V*360*RPM011.根據(jù)權利要求10所述的火花塞，其中火花塞為M14至M24且H為2.5mm或更大。12.根據(jù)權利要求8至11中任一項所述的火花塞，其中火花塞為M14至M24尺寸的火花塞且所述通道向外殼的燃燒室端部延伸超過火花間隙的端部至少1.0 mm。13.根據(jù)權利要求12所述的火花塞，其中所述通道包括火花間隙且從外殼的燃燒室端部延伸離開超過火花間隙的相反端部至少0.1 _。14.根據(jù)權利要求12至13中任一項所述的火花塞，包括: 在外殼的燃燒室端部中的定向為將流動引導到通道內(nèi)的孔;和 在外殼的燃燒室端部中的定向為將流動圍繞通道的外部引導且引導到與燃燒室端部相對的外殼的端部的孔。15.根據(jù)權利要求8至14中任一項所述的火花塞，其中火花塞為M14至M24的尺寸;和 其中火花塞適合于在火花間隙中的火花之后的7度或更大的發(fā)動機曲軸角度中由于空氣/燃料混合物的燃燒而達到外殼中的最大壓力。16.根據(jù)權利要求8至15中任一項所述的火花塞，包括: 金屬殼體； 殼體內(nèi)的電絕緣體； 從絕緣體延伸的中心電極;和 與中心電極一起限定火花間隙的一個或多個接地電極，一個或多個接地電極限定所述通道。17.根據(jù)權利要求16所述的火花塞，其中超過一個接地電極限定所述通道且這些接地電極不相接觸。18.根據(jù)權利要求16至17中任一項所述的火花塞，其中一個或多個接地電極包括管，所述管限定所述通道且包括從管離開外殼的燃燒室端部延伸到殼體的臂。19.根據(jù)權利要求16至18中任一項所述的火花塞，其中中心電極的軸向橫截面為多邊形。20.根據(jù)權利要求19所述的火花塞，其中一個或多個接地電極將通道限定為在軸向橫截面中具有與中心電極相同的形狀。
【專利摘要】在一些方面中，火花塞包括在火花塞的外殼中的火花間隙?；鸹ㄈㄔ谕鈿さ膬?nèi)部中的通道。在發(fā)動機運行期間，該通道引導流動通過火花間隙，主要地從外殼的燃燒室端部離開。通道能夠以5米/秒或更大的速度引導流動。
【IPC分類】F02P9/00
【公開號】CN105637216
【申請?zhí)枴緾N201480027881
【發(fā)明人】G.J.漢普森, D.基拉
【申請人】伍德沃德有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年3月7日
【公告號】EP2971750A1, WO2014149947A1