一种CNG点火系统的改装方法及CNG点火系统

摘要

本发明公开了一种CNG点火系统的改装方法及CNG点火系统，其中改装方法包括：在原有车辆点火系统基础上，采用分缸差异化改装：在原有车型点火线圈不更改的情况下，将每缸火花塞做成差异化，根据点火缸极性在中心电极或侧电极上增加贵金属材料。本发明的优点在于：通过将各缸火花塞进行差异化设计，将正极点火缸的火花塞侧电极头部采用贵金属材质，中心电极采用普通镍合金材质，从而达到既可以降低正极点火缸失效风险，同时大大降低改装成本。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机点火系统的改装，特别涉及一种CNG点火系统的改装方法及CNG点火系统，适用于基于传统汽油机改装CNG点火系统。

背景技术

随着排放法规的逐渐收严，对于传统汽油机，各大主机厂开始寻求清洁能源，目前主要有两种形势，一种是新能源(纯电动和混动)，主要客户群为私家车主，另一种是天然气燃料，主要客户群为出租车市场。

目前各大主机厂CNG发动机基本都是由传统汽油机改制而成，相对于传统汽油机的点火电压，CNG发动机缸内的点火电压会更高，因为CNG发动机的缸内环境会比传统汽油机更恶劣些。那么问题来了，CNG的点火电压更高对点火系统有什么影响呢？

点火电压原理及影响因素介绍：首先我们来说下点火系统的三大件：点火线圈、高压线(对于1X1顶置式点火线圈，无需高压线)、火花塞。点火线圈的作用是提供高压来源(点火线圈的工作原理是：利用变压器原理将初级低压转换成次级高压)，高压线提供高压传输路径(对于1X1顶置式点火线圈，高压从点火线圈次级输出后，通过点火线圈自身接杆传输给火花塞)，火花塞的作用是高压击穿中心电极和侧电极之间的间隙，形成火弧点燃缸内混合气。所以点火电压的高低除了受火花塞间隙的影响，还受当前缸内混合气的影响。

改装CNG后，点火电压升高，尤其针对1X2和2X2的点火线圈，存在正极和负极点火的形式，正极点火缸侧电极烧蚀速度增加，中心电极与侧电极间隙变大，系统电压增加速度过快，系统失效风险大。常规的改进方案是将点火线圈升级为1*1点火线圈，增加中心电极和侧电极均采用贵金属材质设计。但是这样的升级成本会比较高，标定也需要重新进行，耗费周期长。这对于绝大多数主机厂来说是不愿意采用这个常规改进方案的，但是也没有其他更好的方案。如果更换点火线圈，增加火花塞的双贵设计，单机成本将上升，影响公司的盈利；但如果直接沿用汽油机的点火系统方案，面临的将是售后客户的抱怨，极大的影响公司的产品力及品牌形象。所以基于目前现状，CNG改装已经遇到了瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种CNG点火系统的改装方法及CNG点火系统，用于在基于原有车辆点火系统的基础上进行改进，以符合CNG点火系统的要求，在节约成本的基础上满足CNG点火系统的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种CNG点火系统的改装方法，在原有车辆点火系统基础上，采用分缸差异化改装：在原有车型点火线圈不更改的情况下，将每缸火花塞做成差异化，根据点火缸极性在中心电极或侧电极上增加贵金属材料。

在负极点火缸中，火花塞中心电极镀上贵金属材料；在正极点火缸中，侧电极镀上贵金属材料。

在负极点火缸中，火花塞侧电极的材料不做改变；在正极点火缸中，中心电极材料不做改变。

所述在负极点火缸中，火花塞侧电极的材料采用镍合金材料；在正极点火缸中，中心电极材料采用镍合金材料。

在负极点火缸中，火花塞中心电极头部镀上贵金属材料；在正极点火缸中，火花塞侧电极头部镀上贵金属材料。

原有车辆点火系统的点火线圈为1*2式点火线圈或2*2式点火线圈。

用于镀在中心电极或侧电极上的贵金属材料为铂金或铱金材料。

一种CNG点火系统，所述点火系统包括点火线圈、高压线、火花塞，所述点火线圈提供高压来源，所述高压线用于将点火线圈与火花塞连接在一起，使得高压电传输到火花塞，火花塞的中心电极和侧电极在在高压击穿下形成火弧点燃料，在中心电极或侧电极上，根据电极所在点火缸极性在中心电极或侧电极上增加贵金属材料。

在负极点火缸中，火花塞中心电极镀上贵金属材料；在正极点火缸中，侧电极镀上贵金属材料。

点火线圈为1*2式点火线圈或2*2式点火线圈。

本发明的优点在于：通过将各缸火花塞进行差异化设计，将正极点火缸的火花塞侧电极头部采用贵金属材质，中心电极采用普通镍合金材质，从而达到既可以降低正极点火缸失效风险，同时大大降低改装成本；采用火花塞差异化设计，既给主机厂带来成本降低，同时有效的减小了因点火系统失效带来的发动机零部件故障损坏及不可预见的整车、驾驶员的危险发生；仅在电极头部镀上贵金属，可以有效节约成本，而且击穿时损耗尽在头部，也可以满足保护、减少损耗的作用。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为1*1式点火线圈的点火系统原理示意图；

图2为1*2式点火线圈的点火系统原理示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

1.根据原有车型点火系统的状态进行分缸差异化设计：

所谓的分缸差异化指的是在原有车型点火线圈不更改的情况下，将每缸火花塞做成差异化，正常情况下，发动机每一缸的火花塞是一样的，不管是性能参数还是外形都必须要是一样的。当然在原有汽油机发动机上改制CNG，我们是可以把每一缸火花塞做成一样(性能参数+外形)，但是为了最大限度的节约成本，我们采用了分缸差异化方案。详细的内容会在具体的技术方案中体现。

2.根据点火缸极性的不同，在中心电极或侧电极上增加贵金属材料(常见的贵金属材料有铂金、铱金)，不更改点火线圈；

-负极点火缸，因为此时中心电极烧损比较严重，所以优化火花塞中心电极材料采用贵金属材质，缓解点火间隙增长；

-正极点火缸，因为此时侧电极烧损比较严重，所以优化侧电极材料，增加贵金属材料，缓解点火间隙增长；

3.仅侧电极头部采用贵金属材质，中心电极头部仍然采用普通镍合金材质，市场无此方案，也是本专利保护的范围。采用在电极头部镀上贵金属材料层的方式来增加抗损耗能力。

4.采用分缸差异化的设计，可以更好的平衡各缸点火电压水平，让燃烧系统更加稳定，同时大大降低改装成本(点火线圈、火花塞)。

负极点火：简单点说就是火花塞的中心电极为负时，对应的火花塞侧电极为正极，以1*1式点火线圈为例，示意图如下图1所示：

负极点火时，中心电极与侧电极之间的间隙里形成颗粒，一种是电子，一种是带正电的离子。由于此时中心端为负极，侧电极端为正极，所以此时电子由中心电极轰击侧电极，正离子由侧电极轰击中心电极，因为电子质量很轻，可以忽略不计，而离子质量相对比较大，所以当轰击中心电极时，中心电极烧损相对严重些。

正极点火：简单点说就是火花塞的中心电极为正时，对应的火花塞侧电极为负极。以1*2式点火线圈为例，示意图如下图2所示：

图2示意的是1*2式与火花塞配合的点火方式,1*2式点火线圈有2个高压输出端,其中一个高压输出端通过自带橡胶接杆将高压传输至火花塞,这一端由图示可知为正极点火。点火线圈的另一个高压输出端通过外在高压导线将高压传输至火花塞，这一端由图示可知为正极点火。对于负极点火，上面内容已经明确表达，在此不再赘述。对于正极点火，当正极点火时，中心电极与侧电极之间的间隙里形成颗粒，一种是电子，一种是带正点的离子。由于此时中心端为正极，侧电极端为负极，所以此时电子由侧电极电极轰击中心电极，正离子由中心电极轰击侧电极电极，因为电子质量很轻，可以忽略不计，而离子质量相对比较大，所以当轰击侧电极时，侧电极烧损相对严重些。

根据原有车型点火系统的状态进行分缸差异化设计，详细设计方案如下：

以4缸机为例，通常对于传统四缸汽油机的点火方案有三种：

方案一:一只2*2式点火线圈(线圈内部有2个独立的线包，每个线包有2个高压输出端，可以理解成是两只1*2的点火线圈合在一起)，加上1套高压导线(4根)，再加上4只火花塞。该方案技术比较落后，线圈的输出能力较低，该技术已逐步被淘汰。

方案二：2只1*2式点火线圈(线圈内部仅有1个线包，2个高压输出端)，加上1套高压导线(2根)，再加上4只火花塞。该方案的各缸点火，有2个缸为正极点火，有2个缸为负极点火，正极点火缸的系统电压较高，火花塞有被击穿的风险，同时，系统电压高，对点火零部件的绝缘也是比较大的挑战，所以1*2式的点火线圈也逐步退出历史舞台。

方案三：4只1*1式点火线圈，再加上4只火花塞。该方案各缸点火均为负极点火，系统电压相对较低，系统失效风险较小。该方案为目前主流方案。

因为方案一的技术比较落后，方案三中各缸均是负极点火，故我们重点讨论方案二改制CNG的点火系统方案。

对于方案二(1*2式点火线圈)的传统汽油机改制CNG，因为该方案中有两个缸为正极点火，有两个缸为负极点火。对于正极点火的两个缸，火花塞的侧电极烧损比较严重，对中心电极烧损影响较小，侧电极烧损后，中心电极与侧电极的间隙变大，系统电压也相对变大，当系统电压超过火花塞的抗压等级后，火花塞内部陶瓷将被击穿失效。通过以上分析得知，如果要降低正极点火缸失效的风险，那么需要改善的是火花塞侧电极的烧损情况，对于电极为普通镍合金的(成本较低)，抗烧损能力较差，如果在侧电极头部采用贵金属材质，抗烧损，那么中心电极与侧电极间隙的增长量将有效被抑制，点火系统失效风险也将大大降低。对于负极点火缸，火花塞的中心电极烧损比较严重，对侧电极烧损影响较小，中心电极烧损后，中心电极与侧电极的间隙变大，系统电压也相对变大，当系统电压超过火花塞的抗压等级后，火花塞内部陶瓷将被击穿失效。通过以上分析得知，如果要降低负极点火缸失效的风险，那么需要改善的是火花塞中心电极的烧损情况，对于电极为普通镍合金的(成本较低)，抗烧损能力较差，如果在中心电极头部采用贵金属材质，抗烧损，那么中心电极与侧电极间隙的增长量将有效被抑制，点火系统失效风险也将大大降低。

综述：方案二(1*2式点火线圈)中传统汽油机改制CNG，只需将正极点火缸的火花塞侧电极头部改用贵金属材质，中心电极采用镍合金材质；将负极点火缸的火花塞中心电极头部改用贵金属材质，侧电极采用镍合金材质。采用分缸差异化的设计，可以更好的平衡各缸点火电压水平，让燃烧系统更加稳定，同时大大降低改装成本(点火线圈、火花塞)。在安装时，只需将正负极点火缸的零部件采用相应标记防错即可。

仅侧电极增加针状贵金属材料，中心电极仍然采用普通镍合金材料，市场无此方案，也是本专利保护的范围。

发明具有的有益效果：本发明专利通过将各缸火花塞进行差异化设计，将正极点火缸的火花塞侧电极头部采用贵金属材质，中心电极采用普通镍合金材质，从而达到既可以降低正极点火缸失效风险，同时大大降低改装成本(点火线圈、火花塞)。目前市场上主流的火花塞电极材料有两种，一种是仅中心电极头部是贵金属材质，侧电极式普通镍合金材质；另一种是中心电极和侧电极头部均为贵金属材质，这个方式固然好，但是成本也相对较高。对于传统汽油机改制CNG项目，在降低系统失效风险的前提下，采用火花塞差异化设计，既给主机厂带来成本降低，同时有效的减小了因点火系统失效带来的发动机零部件故障损坏及不可预见的整车、驾驶员的危险发生。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。