点燃式发动机及其点火装置的制作方法

1.本公开涉及发动机技术领域，具体地，涉及一种点燃式发动机及其点火装置。


背景技术：

2.点燃式发动机(spark ignition engine)也可称为火花点火式发动机，通过在热功转换空间内部的燃烧过程将燃料中的化学能转变为热能，并通过一定的机构使之再转化为机械功。相关技术中，点燃式发动机采用硬件控制，也即利用点火时刻控制系统定时触发火花塞点火，需要增加额外的点火时刻控制系统，成本高。


技术实现要素：

3.本公开的一个目的是提供一种点燃式发动机的点火装置，该点火装置可通过发动机转动控制点火时刻，省去了额外点火时刻控制系统的设置，大大降低了成本，且更易控制。
4.本公开的另一个目的是提供一种点燃式发动机，该点燃式发动机应用有上述的点火装置。
5.为了实现上述目的，本公开第一方面，提供一种点燃式发动机的点火装置，所述点燃式发动机包括缸体、缸盖和活塞；所述缸盖密封设于所述缸体的开口处，所述活塞滑动设于所述缸体内，且能够靠近或者远离所述缸盖运动，所述缸盖、所述缸体和所述活塞围成燃烧室；
6.该点火装置包括第一电极和第二电极；
7.第一电极设于所述缸盖或者所述活塞中的一者，且伸入所述燃烧室内；所述第二电极设于所述缸盖或者所述活塞中的另一者，且伸入所述燃烧室；当所述活塞运行至上止点时，所述第一电极与所述第二电极产生放电点火，用以引燃所述燃烧室内的可燃混合气。
8.可选地，当所述活塞运行至上止点时，所述第一电极与所述第二电极之间的距离为0.5
–
1.5mm。
9.可选地，沿所述活塞的运动方向，所述第一电极与所述第二电极同轴设置。
10.可选地，所述第一电极设于所述缸盖朝向所述燃烧室的端面，所述第二电极设于所述活塞朝向所述燃烧室的端面，且所述第二电极位于所述活塞的中轴线上。
11.可选地，所述第一电极包括具有朝向所述第二电极的直径逐渐减小的第一点火部；
12.和/或，所述第二电极包括具有朝向所述第一电极的直径逐渐减小的第二点火部。
13.可选地，所述点火装置包括还绝缘件，所述第一电极通过所述绝缘件设于所述缸盖朝向所述燃烧室的端面，且所述第一电极的放电端穿过所述绝缘件后伸入所述燃烧室。
14.可选地，所述点火装置还包括点火电路，所述点火电路包括电源以及点火线圈；
15.所述点火线圈包括初级线圈和次级线圈，所述电源电连接于所述初级线圈，所述第一电极和所述第二电极分别电连接于所述次级线圈的两端，所述初级线圈和所述次级线
圈用以将所述电源的电压放大至当所述活塞运行至上止点时所述第一电极和所述第二电极的点火电压。
16.可选地，所述电源的电压为8-50v。
17.可选地，所述点火电压为10000
–
100000v。
18.本公开第二方面，提供一种点燃式发动机，所述点燃式发动机包括缸体、缸盖和活塞；所述缸盖密封设于所述缸体的开口处，所述活塞滑动设于所述缸体内，且能够靠近或者远离所述缸盖运动，所述缸盖、所述缸体和所述活塞围成燃烧室，所述点燃式发动机还包括本公开第一方面所述的点火装置。
19.通过上述技术方案，即本公开提供的点燃式发动机的点火装置，将第一电极设置在缸盖或者活塞中的一者上，第二电极设置在另一者上，通过活塞往复运动，实现第一电极与第二电极的靠近或者远离，当活塞运行至上止点时，第一电极与第二电极之间的间隙最小，两者间的电压刚好能够击穿两电极间的空气，产生放电火花，引燃气缸燃烧室内的可燃混合气，完成发动机的点火工作。本公开的点火装置，可通过发动机转动控制点火时刻，省去了额外点火时刻控制系统的设置，大大降低了成本，且更易控制。
20.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
21.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
22.图1是本公开一些实施例提供的点燃式发动机的点火装置的活塞运行至上止点状态的结构示意图；
23.图2是基于图1中的点燃式发动机的点火装置的第一电极与第二电极的位置示意图；
24.图3本公开一些实施例提供的点燃式发动机的点火装置的活塞运行至上止点与下至点之间状态的结构示意图；
25.图4本公开一些实施例提供的点燃式发动机的点火装置的活塞运行至下止点状态的结构示意图；
26.图5是本公开一些实施例提供的点燃式发动机的点火装置的电路原理图。
27.附图标记说明
28.1-缸体；2-缸盖；3-活塞；4-曲轴；5-连杆；6-活塞销；7-第一电极；8-绝缘件；9-第二电极；10-电源；11-点火线圈；111-初级线圈；112-次级线圈；12-燃烧室。
具体实施方式
29.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
30.在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相应附图的图面方向为基准定义的；“内、外”是指相应部件轮廓的内和外；“远、近”是指相应结构或者相应部件远离或者靠近另一结构或者部件的；此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素。
31.本公开实施例提供了一种点燃式发动机点火装置，其主要应用于点燃式发动机，但并不限于此，还可应用于其他可采用双电极点火的设备中。以下以点燃式发动机点火装置应用于点燃式发动机为例进行详细说明。
32.图1为根据本公开实施例提供的一种点燃式发动机点火装置应用于点燃式发动机的活塞3运行至上止点状态的结构示意图。图3为根据本公开实施例提供的一种点燃式发动机点火装置应用于点燃式发动机的活塞3运行至上止点与下至点之间状态的结构示意图。图4为根据本公开实施例提供的一种点燃式发动机点火装置应用于点燃式发动机的活塞3运行至下止点状态的结构示意图。点燃式发动机包括缸体1、缸盖2和活塞3；缸盖2密封设于缸体1的开口处，活塞3滑动设于缸体1内，且能够靠近或者远离缸盖2运动，缸盖2、缸体1和活塞3围成燃烧室12。
33.如图1、图3和图4所示，点燃式发动机包括缸体1、缸盖2、曲轴4、连杆5、活塞3和活塞销6。其中，缸盖2连接于缸体1的开口处并将缸体1密封，曲轴4、连杆5、活塞销6、活塞3设置于缸体1内部。缸盖2设置在缸体1的上端，构成相对封闭的气缸；活塞3在缸体1内上下往复运动，活塞销6穿过活塞3和连杆5的上端，使活塞3与连杆5之间构成铰链式连接；连杆5的下端套设在曲轴4的弯曲部分(俗称曲拐)的曲柄销上，连杆5与曲轴4之间也构成铰链式连接。曲轴4的两端由曲轴4箱(图中未示出)上的轴承(图中未示出)支承，曲轴4可在轴承中转动。作业过程中，活塞3在缸体1内上下往复运动时，曲轴4则绕其轴心线作旋转运动。
34.其中，如图1所示，活塞3离曲轴4中心最大距离的位置称为上止点；如图4所示，活塞3离曲轴4中心最小距离的位置称为下止点，当活塞3在上止点时，活塞3上方的气缸内的空间称为燃烧室12。
35.如图1至图5所示，本公开第一方面，提供一种点燃式发动机的点火装置，该点火装置包括第一电极7和第二电极9；第一电极7设于缸盖2或者活塞3中的一者，且伸入燃烧室12内；第二电极9设于缸盖2或者活塞3中的另一者，且伸入燃烧室12；当活塞3运行至上止点时，第一电极7与第二电极9产生放电点火，用以引燃燃烧室12内的可燃混合气。
36.通过上述技术方案，即本公开提供的点燃式发动机的点火装置，将第一电极7设置在缸盖2或者活塞3中的一者上，第二电极9设置在另一者上，通过活塞3往复运动，实现第一电极7与第二电极9的靠近或者远离，当活塞3运行至上止点时，第一电极7与第二电极9之间的间隙最小，两者间的电压刚好能够击穿两电极间的空气，产生放电火花，引燃气缸燃烧室12内的可燃混合气，完成发动机的点火工作。本公开提供的点火装置，可通过发动机转动控制点火时刻，省去了额外点火时刻控制系统的设置，大大降低了成本，且更易控制。
37.第一电极7和第二电极9构成双电极点火装置的主要部分，与点火电路电连接，其中，第一电极7可以为正极，第二电极9可以为负极。第一电极7设置于缸盖2内，且第一电极7的点火端裸露于燃烧室12内。第二电极9设置于活塞3上，其点火端穿设至活塞3上表面外并裸露于燃烧室12内，第二电极9能够随活塞3在缸体1内上下往复运动，利用发动机转动时，活塞3的往复运动带动第二电极9靠近第一电极7，进而通过第一电极7与第二电极9之间的相对距离控制点火时刻。
38.为保证控制的精准度，确保活塞3运行至上止点时第一电极7、第二电极9能够击穿空气放电，如图1及图2所示，在本公开的一些实施例中，当活塞3运行至上止点时，第一电极7与第二电极9之间的距离为0.5
–
1.5mm。活塞3运行至上止点时，第一电极7的点火端与第二
电极9的点火端之间的距离为0.5
–
1.5mm，以使得在设定电压下，第一电极7与第二电极9之间的电压能够击穿两电极间的空气，产生放电火花，保证双电极的放电效果。
39.第一电极7和第二电极9可以采用任意方式构造和设置，如图2所示，在本公开的一些具体实施方式中，沿活塞3的运动方向，第一电极7与第二电极9同轴设置。也即，第一电极7与第二电极9相对设置，且第一电极7的延伸方向与第二电极9的延伸方向重合，当活塞3运行至上止点时，第一电极7与第二电极9之间的距离最小化，方便布置。
40.现有技术中，火花塞的正、负两极均设置于缸盖2内顶端，使得大多数情况下发动机点火装置的火花隙很难布置于燃烧室12内最佳的点处，点火效果差。如图2所示，在本公开的一些实施例中，第一电极7设于缸盖2朝向燃烧室12的端面，第二电极9设于活塞3朝向燃烧室12的端面，且第二电极9位于活塞3的中轴线上。也即，第一电极7设置在缸盖2的中心位置，第二电极9设置在活塞3的中心位置，安装简单，便于维修。同时，由于本公开的点燃式发动机点火装置的火花隙即为活塞3运行至上止点时第一电极7与第二电极9之间的间隙，从而可根据发动机的实际情况，点火装置的火花隙处于燃烧室12内最佳点处，提高点火效果。
41.在一些实施例中，点火装置包括还绝缘件8，第一电极7通过绝缘件8设于缸盖2朝向燃烧室12的端面，且第一电极7的放电端穿过绝缘件8后伸入燃烧室12。
42.其中，第一电极7和第二电极9构成双电极点火装置的主要部分，与点火电路电连接，其中，第一电极7设为正极，第二电极9设为负极。第一电极7通过绝缘件8设置于缸盖2内，且第一电极7的点火端穿设至绝缘件8外并裸露于燃烧室12内。第二电极9设置于活塞3上，其尖端穿设至活塞3上表面外并裸露于燃烧室12内，第二电极9能够随活塞3在缸体1内上下往复运动。同时，由于第二电极9为负电极，与点火电路电连接时，第二电极9直接接地即可，安装更简易。
43.为了进一步提高点火效率，在本公开的一些实施例中，第一电极7包括具有朝向第二电极9的直径逐渐减小的第一点火部；和/或，第二电极9包括具有朝向第一电极7的直径逐渐减小的第二点火部。第一电极7以及第二电极9的上述结构设置，有利用两电极之间的放电更加集中，提高点火效率。
44.为了配合第一电极7与第二电极9之间的放电点火，该点火装置还包括点火电路，其中，点火电路可以采用任意方式构造，如图5所示，在本公开的一些具体实施方式中，点火电路包括电源10以及点火线圈11；点火线圈11包括初级线圈111和次级线圈112，电源10电连接于初级线圈111，第一电极7和第二电极9分别电连接于次级线圈112的两端，初级线圈111和次级线圈112用以将电源10的电压放大至当活塞3运行至上止点时第一电极7和第二电极9的点火电压。
45.其中，点火电路主要包括电源10和点火线圈11。点火线圈11的初级与电源10电连接，点火线圈11的次级两端分别电连接第一电极7、第二电极9。具体地，电源10的正极与点火线圈11的初级一端电连接，而电源10的负极以及点火线圈11的初级远离电源10的正极的另一端均接地。点火线圈11的次级的一端电连接正极的第一电极7，点火线圈11的次级的另一端与负极的第二电极9接地。电源10电压经点火线圈11放大为高电压，使第一电极7、第二电极9之间产生较高的电压，当活塞3运行至上止点附近时，第一电极7、第二电极9之间的电极间隙小到能够让高电压击穿两电极之间的空气，产生放电火花，从而引燃气缸燃烧室12
内的可燃混合气，完成发动机的点火工作。
46.在高电压的作用下，第一电极7、第二电极9间的空气将迅速发生电离作用，形成带正电的离子和带负电的自由电子。由于两电极之间的间隙与击穿电压成平方倍数增加或减小，当第一电极7、第二电极9之间的间隙缩小至一定范围时，两电极间的电压达到一定值，气体中的离子、电子数目如雪崩一般增加，进而可使空气失去绝缘性，此时，第一电极7、第二电极9之间的间隙便形成放电通道，发生“击穿”现象，燃烧室12内的气体形成发光体，即产生电火花，其温度可高达2000
–
3000℃，足以点燃气缸燃烧室12内的可燃混合气。
47.在一些实施例中，电源10的电压为8-50v，也即，电源10的电压可以包括12v、24v和48v。优选地，电源10可以为12v，可以采用蓄电池，能够适用于多数的应用有该点火装置的设备，通用性高。
48.需要说明的是，电源10的电压经点火线圈11放大后，形成的点火电压可以为10000
–
100000v。第一电极7、第二电极9与点火电路电连接，电源10电压经点火线圈11放大为较高电压，再输送至第一电极7、第二电极9。当活塞3运行至上止点时，第二电极9与第一电极7之间的间隙最小，此时两电极电压刚好能够击穿电极间的空气，产生电火花，引燃气缸燃烧室12内的可燃混合气，从而完成发动机点火工作，通过发动机转动控制点火时刻，无需额外的点火时刻控制系统，成本低，且更易控制。
49.本公开第二方面，提供一种点燃式发动机，点燃式发动机包括缸体1、缸盖2和活塞3；缸盖2密封设于缸体1的开口处，活塞3滑动设于缸体1内，且能够靠近或者远离缸盖2运动，缸盖2、缸体1和活塞3围成燃烧室12，点燃式发动机还包括本公开第一方面所述的点火装置。本公开的点燃式发动机，通过发动机转动控制点火时刻，减少了额外点火时刻控制系统的设置，大大降低了成本。
50.综上所述，本公开实施例提供的点燃式发动机点火装置及点燃式发动机，采用双电极点火方式，将正电极通过绝缘体设置在缸盖2上，负电极设置在活塞3上并随活塞3往复运动，当活塞3运行至上止点时，正、负电极之间的间隙最小，两者间的电压刚好能够击穿电极间的空气，产生放电火花，引燃气缸燃烧室12内的可燃混合气体，完成发动机的点火工作，进而可通过发动机转动控制点火时刻，省去了额外点火时刻控制系统的设置，大大降低了成本，且更易控制。
51.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
52.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
53.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

技术特征：
1.一种点燃式发动机的点火装置，所述点燃式发动机包括缸体(1)、缸盖(2)和活塞(3)；所述缸盖(2)密封设于所述缸体(1)的开口处，所述活塞(3)滑动设于所述缸体(1)内，且能够靠近或者远离所述缸盖(2)运动，所述缸盖(2)、所述缸体(1)和所述活塞(3)围成燃烧室(12)；其特征在于，该点火装置包括第一电极(7)和第二电极(9)；第一电极(7)设于所述缸盖(2)或者所述活塞(3)中的一者，且伸入所述燃烧室(12)内；所述第二电极(9)设于所述缸盖(2)或者所述活塞(3)中的另一者，且伸入所述燃烧室(12)；当所述活塞(3)运行至上止点时，所述第一电极(7)与所述第二电极(9)产生放电点火，用以引燃所述燃烧室(12)内的可燃混合气。2.根据权利要求1所述的点火装置，其特征在于，当所述活塞(3)运行至上止点时，所述第一电极(7)与所述第二电极(9)之间的距离为0.5
–
1.5mm。3.根据权利要求2所述的点火装置，其特征在于，沿所述活塞(3)的运动方向，所述第一电极(7)与所述第二电极(9)同轴设置。4.根据权利要求3所述的点火装置，其特征在于，所述第一电极(7)设于所述缸盖(2)朝向所述燃烧室(12)的端面，所述第二电极(9)设于所述活塞(3)朝向所述燃烧室(12)的端面，且所述第二电极(9)位于所述活塞(3)的中轴线上。5.根据权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述第一电极(7)包括具有朝向所述第二电极(9)的直径逐渐减小的第一点火部；和/或，所述第二电极(9)包括具有朝向所述第一电极(7)的直径逐渐减小的第二点火部。6.根据权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述点火装置还包括绝缘件(8)，所述第一电极(7)通过所述绝缘件(8)设于所述缸盖(2)朝向所述燃烧室(12)的端面，且所述第一电极(7)的放电端穿过所述绝缘件(8)后伸入所述燃烧室(12)。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的点火装置，其特征在于，所述点火装置还包括点火电路，所述点火电路包括电源(10)以及点火线圈(11)；所述点火线圈(11)包括初级线圈(111)和次级线圈(112)，所述电源(10)电连接于所述初级线圈(111)，所述第一电极(7)和所述第二电极(9)分别电连接于所述次级线圈(112)的两端，所述初级线圈(111)和所述次级线圈(112)用以将所述电源(10)的电压放大至当所述活塞(3)运行至上止点时所述第一电极(7)和所述第二电极(9)的点火电压。8.根据权利要求7所述的点火装置，其特征在于，所述电源(10)的电压为8-50v。9.根据权利要求7所述的点火装置，其特征在于，所述点火电压为10000
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100000v。10.一种点燃式发动机，所述点燃式发动机包括缸体(1)、缸盖(2)和活塞(3)；所述缸盖(2)密封设于所述缸体(1)的开口处，所述活塞(3)滑动设于所述缸体(1)内，且能够靠近或者远离所述缸盖(2)运动，所述缸盖(2)、所述缸体(1)和所述活塞(3)围成燃烧室(12)，其特征在于，所述点燃式发动机还包括如权利要求1-9中任意一项所述的点火装置。

技术总结
本公开涉及一种点燃式发动机及其点火装置，该点燃式发动机包括缸体、缸盖和活塞；缸盖密封设于缸体的开口处，活塞滑动设于缸体内，且能够靠近或者远离缸盖运动，缸盖、缸体和活塞围成燃烧室；该点火装置包括第一电极和第二电极；第一电极设于缸盖或者活塞中的一者，且伸入燃烧室内；第二电极设于缸盖或者活塞中的另一者，且伸入燃烧室；当活塞运行至上止点时，第一电极与第二电极产生放电点火，用以引燃燃烧室内的可燃混合气。通过上述技术方案，利用发动机转动控制点火时刻，省去了额外点火时刻控制系统的设置，大大降低了成本，且更易控制。且更易控制。且更易控制。


技术研发人员：田华宇 张然 王俊 杨鹤 卢文彤
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2023/9/22