專利名稱：非熱等離子體點火滅弧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種用于發(fā)射非熱等離子體以點燃燃燒室中的燃料和空氣的混合物的電暈放電點火器及其制造方法。
背景技術(shù)：
在弗里恩(Freen)發(fā)明的專利號為6，883，507的美國專利中公開了電暈放電點火系統(tǒng)的一個示例。在該電暈放電點火系統(tǒng)中，點火器的電極被充電至高射頻(“RF”)電勢，從而在燃燒室中產(chǎn)生強RF電場。該電場導(dǎo)致燃燒室中的部分燃料-空氣混合物電離并開始介電擊穿，從而促進(jìn)燃料-空氣混合物的燃燒。然而，通過控制電場可以使燃料-空氣混合物保持介電性能，并且可以產(chǎn)生電暈放電(也被稱為非熱等離子體)。通過控制電場可以使燃料-空氣混合物不會完全失去介電性能，如果失去所有的介電性能將會導(dǎo)致電極和接地的缸壁或活塞之間產(chǎn)生熱等離子體和電弧。與電弧放電相比，電暈放電的電流較小，且電極處的電勢保持較高。燃料-空氣混合物的電離部分形成一火焰鋒，然后該火焰鋒將自我保持，并燃燒該燃料-空氣混合物的剩余部分。電暈放電點火系統(tǒng)的電極通常由導(dǎo)電材料制成，并且自一電極終端延伸至一電極點火端，一包含電絕緣材料基體的絕緣體沿該電極延伸。電暈放電點火系統(tǒng)的點火器不包括任何緊鄰電極的接地電極元件。取而代之的是，如上所述，由內(nèi)燃機的缸壁或者活塞提供接地作用。在萊高斯基(Iykowski)和漢普頓(Hampton)發(fā)明的專利號為2010/0083942的美國專利中公開了點火器的一個示例。對于內(nèi)燃機應(yīng)用來說，形成的非熱等離子體通常優(yōu)選包括多個呈電暈放電形式的離子流。這些離子流沿其全長點燃整個燃燒室中的空氣-燃料混合物，從而提供穩(wěn)健的點火。正如在弗里恩的專利中所討論的，優(yōu)選對電場進(jìn)行控制，以使電暈放電不會持續(xù)到發(fā)生電子雪崩，該電子雪崩將導(dǎo)致從電極至接地的缸壁或活塞的電弧放電。在某些情況下，例如當(dāng)在點火器上施加大于一定閾值的電壓時，離子的濃度將增大并且可能會產(chǎn)生電弧放電。電弧放電僅包括一個單獨的離子流，而不是理想的多個離子流。與電暈放電相比，電弧放電在燃燒室中占用的空間較小，從而降低了點火的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種電暈點火系統(tǒng)的點火器，該點火器包括一電極以及一沿該電極延伸的絕緣體。該電極由導(dǎo)電材料制成，并且自一電極終端延伸至一電極點火端。該絕緣體包括一圍繞該電極點火端的電絕緣材料基體，以及多個設(shè)置在該電絕緣材料基體中的導(dǎo)電元件。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種制造點火器的方法。該方法包括以下步驟:提供由電絕緣材料基體制成的絕緣體，該電絕緣材料基體中設(shè)有多個導(dǎo)電元件；以及提供由導(dǎo)電材料制成的電極，該電極自一電極終端延伸至一電極點火端。該方法進(jìn)一步包括將該絕緣體圍繞該電極點火端設(shè)置。本發(fā)明的點火器包括帶有導(dǎo)電元件的絕緣體，與其它不帶有導(dǎo)電元件的點火器相t匕，本發(fā)明的點火器在電暈點火系統(tǒng)的工作過程中減少或者消除了電弧作用。該點火器產(chǎn)生了可控的且可重復(fù)的非熱等離子體，該非熱等離子體包括多個呈電暈形式的離子流。該點火器發(fā)射的電暈放電可以快速地點燃并燃燒掉燃料混合物，當(dāng)其用于內(nèi)燃機應(yīng)用場合時這將會帶來多種好處，例如改善燃料經(jīng)濟(jì)性以及減少CO2的排放。


請參閱下述詳細(xì)說明并結(jié)合附圖進(jìn)行考慮，本發(fā)明的其它優(yōu)點將更加容易領(lǐng)會和理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明一個方面的點火器的剖視圖，該點火器位于內(nèi)燃機的燃燒室中；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一方面的點火器的剖視圖；圖2A是圖2的絕緣體管口區(qū)域的放大圖；圖2B是圖2A的絕緣體管口區(qū)域的點火表面的放大圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明又一方面的點火器的剖視圖；圖3A是圖3的絕緣體管口區(qū)域的放大圖；圖3B是圖3A的絕緣體管口區(qū)域的點火表面的放大圖。
具體實施例方式如圖1-3所示，本發(fā)明的一個方面提供了一種用于電暈點火系統(tǒng)的點火器20。該點火器20包括一帶有多個導(dǎo)電元件24的絕緣體22，導(dǎo)電元件24設(shè)置在電絕緣材料基體26中，例如嵌入基體26的金屬顆?；蛘呋w26中的孔。如圖1所示，該點火器20設(shè)置在內(nèi)燃機的燃燒室28中，并接收來自電源(未示出)的電壓。電火器20的電極32被充電至高RF電勢，從而在燃燒室中產(chǎn)生強RF電場。通過控制電場可以使燃燒室中的燃料和空氣的混合物保持介電性能。電極32發(fā)射包括多個形成電暈30的離子流的非熱等離子體，以電離燃燒室28中的部分燃料和空氣。點火器20的電極32包括一自電極終端36縱向延伸至一電極點火端38的電極本體部分34。如圖2和3所示，該電極32具有橫穿電極32并垂直于縱向電極本體部分34延伸的電極直徑隊。電極32由導(dǎo)電材料(例如鎳、銅或者它們的合金)制成。如圖2和2A所示，在一個實施例中，電極32包括由鎳包層圍繞的銅芯。點火器20的絕緣體22環(huán)繞該電極本體部分34設(shè)置并且沿該電極本體部分34縱向設(shè)置。絕緣體22自一絕緣體上端40延伸至一鄰近電極點火端38的絕緣體點火端42。最佳的如圖2和3所示,絕緣體22延伸經(jīng)過電極點火端38直至絕緣體點火端42。該絕緣體22包括電絕緣材料(例如燒結(jié)氧化鋁或者其它陶瓷或玻璃材料)基體26。電絕緣材料優(yōu)選具有能夠保持電荷的介電常數(shù)。電絕緣材料的導(dǎo)電率明顯小于電極32的導(dǎo)電率。
如圖2和3所示,在一個實施例中，絕緣體22包括一自絕緣體上端40朝向絕緣體點火端42延伸的絕緣體第一區(qū)域44。該絕緣體第一區(qū)域44具有大致垂直于縱向電極本體部分34延伸的絕緣體第一直徑Dp絕緣體22還包括一鄰近該絕緣體第一區(qū)域44并朝向絕緣體點火端42延伸的絕緣體中間區(qū)域46。該絕緣體中間區(qū)域46具有大致垂直于縱向電極本體部分34延伸的絕緣體中間直徑Dm。該實施例的絕緣體中間直徑Dm大于絕緣體第一直徑Dp —絕緣體上肩部48自該絕緣體第一區(qū)域44徑向向外延伸至絕緣體中間區(qū)域46。絕緣體22進(jìn)一步包括一鄰近絕緣體中間區(qū)域46并朝向絕緣體點火端42延伸的絕緣體第二區(qū)域50。該絕緣體第二區(qū)域50具有大致垂直于縱向電極本體部分34延伸的絕緣體第二直徑D2。絕緣體第二直徑D2通常與絕緣體第一直徑D1相等。一絕緣體下肩部52自絕緣體中間區(qū)域46徑向向內(nèi)延伸至絕緣體第二區(qū)域50。點火器20的絕緣體22進(jìn)一步包括一自絕緣體第二區(qū)域50延伸至絕緣體點火端42的絕緣體管口區(qū)域54。該絕緣體管口區(qū)域54通常設(shè)置在燃燒室28中。如圖2和3所示，在電暈點火系統(tǒng)的工作過程中，絕緣體管口區(qū)域54暴露于燃燒室28內(nèi)的燃料和空氣的混合物中，而該絕緣體第一區(qū)域44、絕緣體中間區(qū)域46和絕緣體第二區(qū)域50保持位于發(fā)動機缸體內(nèi)而不會暴露于燃燒室28中。絕緣體管口區(qū)域54具有大致垂直于縱向電極本體部分34的絕緣體管口直徑Dn。該絕緣體管口直徑Dn通常自絕緣體第二區(qū)域50逐漸減小至絕緣體點火端42,從而使絕緣體管口直徑Dn小于絕緣體第二直徑D2。絕緣體管口區(qū)域54具有一穿過并圍繞絕緣體點火端42延伸的點火表面56。在電暈點火系統(tǒng)的點火器20的使用過程中，點火表面56暴露于燃燒室28中并且發(fā)射形成電暈30的非熱等離子體。在一個實施例中，點火表面56具有圓形的且凸起的輪廓，且不具有銳緣。該點火表面56的圓形特征可以被描述為面向下進(jìn)入燃燒室28的球面半徑。絕緣體22的絕緣材料將電極32與燃燒室28隔開，該絕緣材料包括位于絕緣體管口區(qū)域54以及其它幾個區(qū)域44、46和50的絕緣材料。最佳的如圖2A和3A所示，電極點火端38設(shè)置在絕緣體管口區(qū)域54中，并通過絕緣材料基體26與絕緣體點火端42隔開。在一個實施例中，電極點火端38與絕緣體點火端42相隔約0.06-0.07cm的距離。如上所述，多個導(dǎo)電元件24設(shè)置在一部分電絕緣材料基體26中，并且通過該絕緣材料基體26相互隔開。優(yōu)選地,該導(dǎo)電元件24鄰近點火端56并沿著絕緣體管口區(qū)域54的點火表面56設(shè)置，從而使至少部分導(dǎo)電元件24直接暴露于燃燒室28中。如圖2A和3A所示，導(dǎo)電元件24優(yōu)選地設(shè)置在電極點火端38和絕緣體點火端42之間。在使用電暈點火系統(tǒng)中的點火器20時，電極32接收來自電源的能量并發(fā)射圍繞該電極點火端38的電場。導(dǎo)電元件24接收電極32發(fā)射的電場后，向周圍區(qū)域發(fā)射電場。如圖1-3所示，在圍繞導(dǎo)電元件24的區(qū)域中的電場導(dǎo)致了絕緣體管口區(qū)域54的點火表面56釋放出形成電暈30的非熱等離子體。絕緣體第一區(qū)域44、絕緣體中間區(qū)域46和絕緣體第二區(qū)域50通常不具有導(dǎo)電元件24。進(jìn)一步地，部分絕緣體管口區(qū)域54通常也不具有導(dǎo)電元件24。如圖2A和3A所示，在一個實施例中，絕緣體管口區(qū)域54的一部分中不含導(dǎo)電元件24，該部分自絕緣體第二區(qū)域50向絕緣體點火端42延伸一段預(yù)定的長度I。不含導(dǎo)電元件24的這部分絕緣體管口區(qū)域54通常與絕緣體點火表面56間隔開。在一個可選的實施例中(未示出),絕緣體22包括遍布整個絕緣體管口區(qū)域54或者位于絕緣體22的其它區(qū)域或部分的導(dǎo)電元件24。
在一個實施例中，絕緣體22的包括導(dǎo)電元件24的部分(例如部分絕緣體管口區(qū)域54)與絕緣體22的不含導(dǎo)電元件24的部分同質(zhì)。例如，包括導(dǎo)電元件24的絕緣體管口區(qū)域54與其余部分的絕緣體管口區(qū)域54 (例如上文所述的沿著預(yù)定長度I延伸的部分)同質(zhì)。在該實施例中，絕緣體管口區(qū)域54還與絕緣體第二區(qū)域50、絕緣體中間區(qū)域46以及絕緣體第一區(qū)域44同質(zhì)。在另一個實施例中，例如圖2所示的實施例中，絕緣體22的包括導(dǎo)電元件24的部分(例如部分絕緣體管口區(qū)域54)與絕緣體22的其余部分(即不包含導(dǎo)電元件24的部分)分開成型，隨后再將這些部分和區(qū)域連接在一起。絕緣體22可以包括各種類型的導(dǎo)電元件24。如圖1_2B所示，在一個優(yōu)選的實施例中，導(dǎo)電元件24包括多個嵌入絕緣材料基體26的顆粒。這些顆粒通常包含金屬，優(yōu)選包含選自元素周期表的3-12族中的至少一種元素，例如銥。這些顆粒具有0.5-250微米的粒徑。這些顆粒分布在沿著并鄰近點火表面56的部分絕緣體管口區(qū)域54中，從而使一些顆粒可以直接暴露于燃燒室28中。圖2B示出了沿絕緣體22的點火表面56的暴露的顆粒的放大圖。這些顆粒通過絕緣材料基體26相互隔開。在該實施例中，絕緣體管口區(qū)域54在絕緣體第二區(qū)域50和絕緣體點火端42之間連續(xù)延伸，并且包圍住電極32的點火端38。該絕緣體管口區(qū)域54的點火表面56是封閉的，并且防止了電極32與燃燒室28流體連通。因此，電極32通過該絕緣材料基體26與燃燒室28完全隔開。在圖2-2B所示的實施例中，這些顆粒接收電極32發(fā)射的電場，然后向周圍區(qū)域發(fā)射電場，其發(fā)射的電場導(dǎo)致了絕緣體管口區(qū)域54釋放出非熱等離子體，并且形成了電暈
30。該實施例的絕緣體22在金屬顆粒和電極點火端38之間形成了高阻抗。因此，與電暈點火系統(tǒng)中使用的其它不含導(dǎo)電元件24的絕緣體22相比，該絕緣體22減小或者消除了在產(chǎn)生高濃度等離子體的情況下發(fā)生電弧放電的可能性。如圖3-3B所示,在另一個實施例中，導(dǎo)電元件24包括多個位于絕緣材料基體26中并將電極32連接至燃燒室28的孔。每個孔均自電極32連續(xù)延伸至絕緣體22的點火表面56，且這些孔通過絕緣材料基體26相互隔開。每個孔還具有一內(nèi)表面58并且在點火表面56處開口。因此，這些孔的內(nèi)表面58與燃燒室28流體連通并且直接暴露于燃燒室28中。圖3B示出了這些孔在點火表面56上的開口的放大圖。與顆粒一樣，孔所具有的內(nèi)表面58也暴露于電極32發(fā)射的電場中。因此，絕緣體管口區(qū)域54的孔有助于在燃燒室28中形成高梯度電場。這些孔的內(nèi)表面58向周圍區(qū)域發(fā)射電場，該電場導(dǎo)致了絕緣體管口區(qū)域54釋放出非熱等離子體，并且形成了電暈30。與其他用于電暈30點火系統(tǒng)的不含導(dǎo)電元件24的絕緣體22相比,該實施例的絕緣體22也減小或者消除了在產(chǎn)生高濃度等離子體的情況下發(fā)生電弧放電的可能性。在一個實施例中，各孔的內(nèi)表面58呈圓柱形的形狀，其孔徑Dh小于電極的直徑De0在一個實施例中，各孔的孔徑Dh為0.016cm。如圖3B所示，絕緣體管口區(qū)域54可以包括六個相互等間隔地隔開預(yù)定距離d的孔。其中一個孔自電極點火端38橫向延伸至絕緣體點火端42，另外五個孔圍繞著該中心孔并且分別從電極32延伸至點火表面56。進(jìn)一步地，在一個可選的實施例中(未示出)，絕緣體22同時包含金屬顆粒和孔，或者既不包含顆料也不包含孔而是包含其它類型的導(dǎo)電元件24，又或者除了包含顆粒和孔以外還包含它類型的導(dǎo)電元件24。電暈點火器20通常還包括本領(lǐng)域已知的其它元件。例如，如圖2和3所示，由導(dǎo)電材料制成的末端60自一第一終端62延伸至一第二終端64,且該末端60容置在絕緣體22中。該第一終端62電連接至電暈點火系統(tǒng)的電源，該第二終端64電連接至電極終端
36。由導(dǎo)電材料形成的電阻層66設(shè)置在第二終端64和電極終端36之間并且與它們電連接。該末端60與一電線電連接，該電線電連接至電暈點火系統(tǒng)的電源。在電暈點火系統(tǒng)的工作過程中，末端60接收來自電源的能量并將該能量通過電阻層66傳輸至電極32。點火器20通常還包括由金屬材料制成的、環(huán)繞絕緣體22設(shè)置的殼體28。如圖2和3所示，該殼體68沿著絕緣體22自一上殼端70縱向延伸至一下殼端72，從而使絕緣體管口區(qū)域54向外伸出下殼端72。本發(fā)明的另一方面提供了一種制造電暈點火系統(tǒng)中的點火器20的方法，該點火器20用于發(fā)射非熱等離子體。該方法包括提供電極32以及絕緣體22，如上所述，該絕緣體22由電絕緣材料制成,且在該絕緣體22中帶有導(dǎo)電元件24。提供絕緣體22的步驟可以包括各種工序。在一個實施例中，該方法包括在一個單獨的工序中制造帶有導(dǎo)電元件24的絕緣體22，例如將基體26模塑成型以包括導(dǎo)電元件
24?？蛇x擇地，該方法可以包括在幾個工序中制備絕緣體22。例如，可以首先制造絕緣體第一區(qū)域44、絕緣體中間區(qū)域46、絕緣體第二區(qū)域50以及部分絕緣體管口區(qū)域54，這些部分均不含導(dǎo)電元件24，然后，將帶有導(dǎo)電元件24的部分絕緣體管口區(qū)域54連接至其它區(qū)域。在一個實施例中，當(dāng)導(dǎo)電元件24包含金屬顆粒時，提供絕緣體22的步驟首先包括提供電絕緣材料的燒結(jié)的預(yù)成型件。接著，該方法包括將顆粒與電絕緣材料的糊狀物混合，隨后將該混合物涂敷在燒結(jié)的預(yù)成型件上。然后，將該混合物與該燒結(jié)的預(yù)成型件加熱(優(yōu)選燒結(jié))以使該混合物和預(yù)成型件融合在一起?？蛇x擇地，該糊狀混合物可與該預(yù)成型件分開燒結(jié)，然后將這兩個燒結(jié)的部分機械地或者以其它方式連接在一起。在另一個實施例中，提供絕緣體22的步驟首先包括提供燒結(jié)的預(yù)成型件，然后將導(dǎo)電材料的顆粒機械地嵌入該燒結(jié)的預(yù)成型件中。在又一個實施例中，將非燒結(jié)的電絕緣材料與顆?；旌希缓髮⒃摶旌衔餆Y(jié)以提供絕緣體22。在另一個實施例中，當(dāng)導(dǎo)電元件24包括多個位于絕緣材料基體26中的孔時，提供絕緣體22的步驟可以首先包括提供電絕緣材料的燒結(jié)的預(yù)成型件，然后在該燒結(jié)的預(yù)成型件中鉆孔?？蛇x擇地，這些孔可以通過激光或者其它方法形成在該燒結(jié)的預(yù)成型件中。在另一個實施例中，這些孔在模塑裝置中模塑成型在絕緣體22的電絕緣材料內(nèi)，然后燒結(jié)該模塑成型的材料。在又一個實施例中，絕緣體22的帶有孔的部分與絕緣體22的其它部分和區(qū)域分開制成，然后機械地或者通過其它方式連接在一起。如上所述，在電暈點火系統(tǒng)的工作過程中，點火器20的電極32接收來自電源的能量并發(fā)射電場。該電極32發(fā)射的電場激發(fā)圍繞各導(dǎo)電元件24的電場，該圍繞各導(dǎo)電元件24的電場使燃燒室28中產(chǎn)生非熱等離子體。該非熱等離子體形成電暈30并且點燃燃燒室28中的燃料和空氣的混合物。與電暈點火系統(tǒng)中不含導(dǎo)電元件24的點火器20相比，通過使用本發(fā)明的帶有導(dǎo)電元件24的點火器20，即使在產(chǎn)生高濃度等離子體的情況下，該非熱等離子體也不大可能形成電弧。顯然，鑒于上述教導(dǎo)，本發(fā)明可以有多種修改和變形，并且在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以通過具體描述的方式以外的其它方式實現(xiàn)。先前詳述的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被解讀為覆蓋了任意的組合，在該組合中本發(fā)明的新穎性顯示了其實用性。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記僅為了便于說明，不應(yīng)該視為任何形式的限制。
權(quán)利要求
1.一種點火器(20)，其用于在燃燒室(28)中發(fā)射非熱等離子體，其特征在于，該點火器(20)包括: 一電極(32),其由導(dǎo)電材料制成,并且自一電極終端(36)延伸至一電極點火端(38); 一沿所述電極(32)延伸的絕緣體(22)； 所述絕緣體(22)包括一圍繞所述電極點火端(38)的電絕緣材料基體(26);以及 多個設(shè)置在所述電絕緣材料基體(26 )中的導(dǎo)電元件(24 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體(22)延伸經(jīng)過所述電極(32)直至一絕級體點火端(38)，以使所述電極點火端(38)通過所述電絕緣材料基體(26)與所述絕緣體點火端(42)隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體(22)具有一位于所述電極點火端(38)的點火表面(56)，且所述導(dǎo)電元件(24)沿著所述點火表面(56)設(shè)置，以暴露于燃燒室(28)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點火器(20)，其特征在于，所述導(dǎo)電元件(24)設(shè)置在所述電極點火端(38)和所述點火表面(56)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體(22)的所述點火表面(56)呈凸面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器(20)，其特征在于，所述電絕緣材料基體(26)包圍住所述電極點火端 (38)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器(20)，其特征在于，所述多個導(dǎo)電元件(24)通過所述電絕緣材料基體(26)相互隔開。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體(22)的與所述點火表面(56)隔開并且延伸一預(yù)定長度(I)的部分不含有所述導(dǎo)電元件(24)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器(20)，其特征在于，所述導(dǎo)電元件(24)包括嵌入所述電絕緣材料基體(26 )中的由導(dǎo)電材料制成的顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點火器(20)，其特征在于，所述顆料包含選自周期表中的族3至12中的至少一種元素。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點火器(20)，其特征在于，所述顆粒具有0.5-250微米的粒徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器(20)，其特征在于，所述導(dǎo)電元件(24)為位于所述電絕緣材料基體(26)中的孔，所述孔自所述電極(32)連續(xù)延伸至所述點火表面(56)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的點火器(20)，其特征在于，每個所述孔具有一在所述點火表面(56)處開口的內(nèi)表面(58)，以與所述燃燒室(28)流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的點火器(20)，其特征在于，所述電極(32)具有一電極直徑(比)，且每個所述孔具有一小于所述電極直徑(De)的孔徑(Dh)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的點火器(20)，其特征在于，每個所述孔相互等間隔地隔開一預(yù)定距離(d)。
16.—種點火器(20),其用于接收一來自一電源的電壓,并發(fā)射形成電暈(30)的非熱等離子體，以電離內(nèi)燃機的燃燒室(28)中的燃料和空氣的混合物，其特征在于，該點火器(20)包括:一電極(32),其包括一自一電極終端(36)縱向延伸至一電極點火端(38)的電極本體部分(34)，以接收來自該電源的能量，并發(fā)射一圍繞所述電極點火端(38)的電場； 所述電極(32)具有一橫穿所述電極(32)并垂直于所述縱向的電極本體部分(34)延伸的電極直徑(De)； 所述電極(32)由導(dǎo)電材料制成； 所述導(dǎo)電材料包含鎳； 一絕緣體(22)，其環(huán)繞所述電極本體部分(34)設(shè)置并沿著所述電極本體部(34)縱向設(shè)置，并且該絕緣體(22)自一絕緣體上端(40)延伸至一鄰近所述電極點火端(38)的絕緣體點火端(42)； 所述絕緣體(22)延伸經(jīng)過所述電極點火端(38)直至所述絕緣體點火端(42)； 所述絕緣體(22)包括一由電絕緣材料制成的基體(26)； 所述電絕緣材料包含氧化鋁； 所述電絕緣材料具有能夠保持電荷的介電常數(shù)； 所述電絕緣材料的導(dǎo)電率小于所述電極(32)的所述導(dǎo)電材料的導(dǎo)電率； 所述絕緣體(22 )包括一自所述絕緣體上端(40 )朝向所述絕緣體點火端(42 )延伸的絕緣體第一區(qū)域(44)； 所述絕緣體第一區(qū)域(44)具有一垂直于所述縱向的電極本體部分(34)延伸的絕緣體第一直徑(D1)； 所述絕緣體(22 )包括一鄰近所述絕緣體第一區(qū)域(44)并朝向所述絕緣體點火端(42 )延伸的絕緣體中間區(qū)域(46)； 所述絕緣體中間區(qū)域(46)具有一絕緣體中間直徑(Dm),該絕緣體中間直徑(Dm)垂直于所述縱向的電極本體部分(34)延伸并且大于所述絕緣體第一直徑(D1)； 所述絕緣體(22)包括一自所述絕緣體第一區(qū)域(44)徑向向外延伸至所述絕緣體中間區(qū)域(46)的絕緣體上肩部(48)； 所述絕緣體(22 )包括一鄰近所述絕緣體中間區(qū)域(46 )并朝向所述絕緣體點火端(42 )延伸的絕緣體第二區(qū)域(50)； 所述絕緣體第二區(qū)域(50)具有一垂直于所述縱向的電極本體部分(34)延伸的絕緣體第二直徑(D2)； 所述絕緣體第二直徑(D2)與所述絕緣體第一直徑(D1)相等； 所述絕緣體(22 )具有一自所述絕緣體中間區(qū)域(46 )徑向向內(nèi)延伸至所述絕緣體第二區(qū)域(50)的絕緣體下肩部(52)； 所述絕緣體(22)包括一自所述絕緣體第二區(qū)域(50)延伸至所述絕緣體點火端(42)的絕緣體管口區(qū)域(54)，其設(shè)置且暴露于燃燒室(28)中，而所述絕緣體第一區(qū)域(44)、所述絕緣體中間區(qū)域(46)以及所述絕緣體第二區(qū)域(50)未暴露于燃燒室(28)中； 所述絕緣體管口區(qū)域(54)具有垂直于所述縱向的電極本體部分(34)延伸并且逐漸減小至所述絕緣體點火端(42)的絕緣體管口直徑(Dn)； 所述絕緣體管口直徑(Dn)小于所述絕緣體第二直徑(D2)； 所述絕緣體管口區(qū)域(54)具有一橫跨并圍繞所述絕緣體點火端(42)以暴露于所述燃燒室(28)中的點火表面(56)；所述點火表面(56)具有圓形的且凸起的輪廓，該輪廓帶有向下伸入燃燒室(28)中的球面半徑； 所述絕緣體管口區(qū)域(54)的所述絕緣材料使所述電極(32)與燃燒室(28)隔開； 所述電極點火端(38)設(shè)置在所述絕緣體管口區(qū)域(54)中，并且通過所述電絕緣材料制成的基體(26)與所述絕緣體點火端(42)隔開； 所述電極點火端(38)與所述絕緣體點火端(42)隔開0.065厘米的距離(d)； 多個導(dǎo)電元件(24)，其遍布在鄰近所述絕緣體管口區(qū)域(54)的所述點火表面(56)并沿著所述點火表面(56)的部分由電絕緣材料制成的基體(26)中，以接收來自所述電極(32)的電場以及在圍繞所述導(dǎo)電元件(24)的區(qū)域中發(fā)射一電場，其中，圍繞所述導(dǎo)電元件(24)的區(qū)域中的電場導(dǎo)致所述絕緣體管口區(qū)域(54)釋放形成電暈(30)的非熱等離子體；所述導(dǎo)電元件(24)設(shè)置在位于所述電極點火端(38)與所述絕緣體點火端(42)之間的所述電絕緣材料制成的基體(26)中； 所述導(dǎo)電元件(24)沿所述點火表面(56)設(shè)置，以暴露于所述燃燒室(28)中； 所述絕緣體第一區(qū)域 (44)、所述絕緣體中間區(qū)域(46)以及所述絕緣體第二區(qū)域(50)不含有所述導(dǎo)電元件(24); 部分所述絕緣體管口區(qū)域(54)不含有所述導(dǎo)電元件(24)； 所述絕緣體管口區(qū)域(54)在自所述絕緣體第二區(qū)域(50)向所述點火端延伸預(yù)定長度(O的區(qū)域內(nèi)不含有所述導(dǎo)電元件(24)； 所述多個導(dǎo)電元件(24)通過所述電絕緣材料制成的基體(26)相互隔開； 一末端(60)，其容置在所述絕緣體(22)中，以電連接至一與電源電連接的末端電線，并且電連接至所述電極(32)，從而接收來自該電源的能量并將該能量傳輸至所述電極(32)； 所述末端(60)自一第一終端(62)延伸至一與所述電極終端(36)電連接的第二終端(64)； 所述末端(60)由導(dǎo)電材料制成； 一電阻層(66)，其設(shè)置在所述第二終端(64)和所述電極終端(36)之間，并與所述第二終端(64)以及所述電極終端(36)電連接，以使能量自所述末端(60)輸出至所述電極(32);所述電阻層(66)由導(dǎo)電材料制成； 一殼體(68)，其環(huán)繞所述絕緣體(22)設(shè)置； 所述殼體(68)由金屬材料制成；以及 所述殼體(68)沿所述絕緣體(22)自一上殼端(70)縱向延伸至一下殼端(72)，以使所述絕緣體管口區(qū)域(54)向外伸出所述下殼端(72)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體管口區(qū)域(54)的一部分獨立于所述絕緣體管口區(qū)域(54)的其余部分，并且連接至所述其余部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的點火器(20)，其特征在于，該點火器(20)進(jìn)一步包括: 所述絕緣體管口區(qū)域(54)在所述絕緣體第二區(qū)域(50)與所述絕緣體點火端(42)之間連續(xù)延伸； 所述絕緣體管口區(qū)域(54)包圍住所述電極(32)的所述電極點火端(38)； 所述絕緣體管口區(qū)域(54)的所述點火表面(56)是封閉的，以防止所述電極(32)與燃燒室(28)流體連通，從而使所述電極(32)通過所述電絕緣材料制成的基體(26)與燃燒室(28)完全隔開； 所述導(dǎo)電元件(24)為嵌入所述電絕緣材料制成的基體(26)中的顆粒，所述顆粒分布在所述絕緣體管口區(qū)域(54)的沿著并鄰近所述點火表面(56)的部分中； 所述顆粒通過所述電絕緣材料制成的基體(26)相互隔開； 所述顆粒包含選自元素周期表的族3至12中的至少一種元素； 所述顆粒包含銥；以及 所述顆粒具有0.5-250微米的粒徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的點火器(20)，其特征在于，該點火器(20)進(jìn)一步包括: 所述導(dǎo)電元件(24)為位于所述絕緣體管口區(qū)域(54)的所述電絕緣材料制成的基體(26)中的孔； 每個所述孔通過所述電絕緣材料制成的基體(26)相互隔開；每個所述孔自所述 電極(32)連續(xù)延伸至所述絕緣體(22)的所述點火表面(56)； 每個所述孔具有一呈圓柱形的內(nèi)表面(58)，且該內(nèi)表面(58)在所述點火表面(56)處開口，以與燃燒室(28 )流體連通； 每個所述孔的所述內(nèi)表面(58)具有一小于所述電極直徑(De)的孔徑(Dh)； 所述絕緣體管口區(qū)域(54)包括六個相互隔開預(yù)定距離(d)的所述孔； 其中一個所述孔自所述電極點火端(38)橫向延伸至所述絕緣體點火端(42)，另外五個所述孔圍繞著所述中心的孔并且分別自所述電極(32)延伸至所述點火表面(56)，且相互等距離地間隔所述預(yù)定距離(d);以及每個所述孔具有0.016厘米的孔徑(Dh)。
20.一種制造點火器(20)的方法，該點火器(20)用于發(fā)射非熱等離子體，其特征在于，該方法包括以下步驟: 提供一由導(dǎo)電材料制成的電極(32),該電極(32)自一電極終端(36)延伸至一電極點火端(38)； 提供一由電絕緣材料基體(26)制成的絕緣體(22)，且該絕緣體(22)中設(shè)有多個導(dǎo)電元件(24);以及 將絕緣體(22)圍繞電極點火端(38)設(shè)置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，提供絕緣體(22)的步驟包括: 提供電絕緣材料的燒結(jié)的預(yù)成型件； 將導(dǎo)電材料的顆粒與電絕緣材料的糊狀物混合； 將該混合物涂敷于燒結(jié)的預(yù)成型件上；以及 加熱該混合物與燒結(jié)的預(yù)成型件。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，提供絕緣體(22)的步驟包括: 提供電絕緣材料的燒結(jié)的預(yù)成型件；以及 在該燒結(jié)的預(yù)成型件中嵌入導(dǎo)電材料的顆粒。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，提供絕緣體(22)的步驟包括: 將電絕緣材料與導(dǎo)電材料的顆?；旌?；以及 燒結(jié)該混 合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電暈點火系統(tǒng)的點火器(20)，其發(fā)射電暈(30)形式的非熱等離子體，以電離和點燃燃料混合物。該點火器(20)包括一電極(32)以及一圍繞該電極(32)的陶瓷絕緣體(22)。該絕緣體(22)圍繞電極(32)的點火端(38)，并防止該電極(32)暴露于燃燒室(28)中。該絕緣體(22)具有一暴露于燃燒室(28)中并發(fā)射非熱等離子體的點火表面(56)。多個導(dǎo)電元件(24)設(shè)置在陶瓷材料的基體(26)中，并沿著絕緣體(22)的點火表面(56)設(shè)置，例如嵌入陶瓷材料的金屬顆?；蛘咴O(shè)置在陶瓷材料中的孔。該導(dǎo)電元件(24)使點火器(20)在工作過程中減少了電弧放電，從而提高了點火的質(zhì)量。
文檔編號F02P23/04GK103189638SQ201180051968
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者詹姆斯·D·呂科瓦基, 基斯·漢普頓, 威廉·J·沃克 申請人:費德羅-莫格爾點火公司