專利名稱：等離子流火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的等離子流火花塞(Plasmastrahl-Zündkerze)，其具有一中間電極、一由絕緣材料構(gòu)成的噴射通道、以及一與噴射通道同心的并構(gòu)成一出口的火花塞搭鐵電極。
為減少內(nèi)燃機(jī)的燃油消耗及有害物質(zhì)排放，需要使用低配合比的燃油空氣混合物(過量空氣系數(shù)大于1的燃油空氣混合物)。還需要生成高效率的火花等離子體，其可導(dǎo)致低配合比的混合物的有效燃燒過程。
前面提到的那種火花塞從RWTH Aachen在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表的文章可知http//www.vka.rwth-aachen.de/sfb_224/Kapitel/pdf/kap3_2.pdf S.Abb.3.2-8.S.114。
這種火花塞可以在其外部產(chǎn)生等離子體。然而大部分的火花能量不會傳輸?shù)綒怏w中?；鸹ǖ入x子體在氣體中的滲透深度很小。因此這種火花塞只有在一定條件下才能點(diǎn)燃低配合比的燃油空氣混合物。
本發(fā)明的目的是，提供一種前面提到的火花塞，其能把大部分的火花能量傳輸?shù)饺加涂諝饣旌衔镏小?br> 按照本發(fā)明，此目的通過權(quán)利要求1的特征得以實(shí)現(xiàn)。
中間電極的圓錐形狀有利于等離子體形成。噴射通道的構(gòu)造和在其通向火花塞搭鐵電極的走向中起作用的加速段有利于等離子體更深地滲透到混合物中，并從而在極端低配合比的混合物中獲得最佳的點(diǎn)火作用。
借助附圖對本發(fā)明的一實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述。其中

圖1以示意形式示出本發(fā)明的火花塞的縱向剖視圖，和圖2圖1的一局部。
圖1和圖2中部分示出的火花塞1具有一中間電極2、一火花塞搭鐵電極3和一陶瓷體4。所述中間電極2構(gòu)成為圓錐形。火花塞搭鐵電極3構(gòu)成一出口5，其呈漏斗形向外擴(kuò)展。
在中間電極2和火花塞搭鐵電極3之間，在陶瓷體4中構(gòu)成一噴射通道6。此通道6在其通向火花塞搭鐵電極的走向上具有一變細(xì)部位7，其起到等離子體的加速段的作用。如同下面還會詳細(xì)描述的一樣，此等離子體形成在中間電極2的頂端2’的區(qū)域內(nèi)。
此陶瓷體在出口區(qū)域內(nèi)直接地也就是說沒有任何氣隙地靠在火花塞搭鐵電極3上。火花塞搭鐵電極3回縮直至越過中間電極，并在其外表面上具有一螺紋8，借助它將火花塞擰入一個此處沒有示出的氣缸頭上?；鸹ㄈ?大致齊平地延伸到一內(nèi)燃機(jī)燃燒室為止。
在火花塞搭鐵電極3和陶瓷體4之間有一環(huán)面形狀的(torusfrmig)氣腔9，其在中間電極2的高度處尺寸延伸最大。
等離子體是在火花塞內(nèi)部的一空腔10中產(chǎn)生的。圖2放大示出了此空腔。
原理上，空腔10相應(yīng)于空心陰極結(jié)構(gòu)。在呈圓錐形走向的中間電極2和向外部封閉火花塞的火花塞搭鐵電極之間構(gòu)建一電場，通過它使氣體在空腔中被電離，并產(chǎn)生電擊穿。
空腔10具有一特別的幾何構(gòu)造。它具有一圓柱形的區(qū)域“A”，緊接其后的是一呈圓錐形走向的部位“B”，它再通到一圓柱形狀“C”。緊接在區(qū)域“C”后的火花塞搭鐵電極3圓錐形開放用“D”標(biāo)識出的橫切面，并作為其自身構(gòu)成的噴射通道6的終端。
這種造型有其電工學(xué)和流體動力學(xué)的原因。一方面，它用于對電場進(jìn)行針對性的引導(dǎo)，另一方面，通過在區(qū)域“C”中存在的相當(dāng)于“拉瓦爾噴嘴”的收縮部產(chǎn)生了一超音速流，其導(dǎo)致一更高的等離子體射出脈沖。
當(dāng)中間電極接線合適時，等離子體溫度快速上升到例如約6000K，同時產(chǎn)生一壓力波，該壓力波在點(diǎn)火的瞬間在空腔10的靜態(tài)壓力和發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的壓力之間引起一超臨界的壓力比。這導(dǎo)致了，束流在橫截面最窄的圓柱形部分被加速到馬赫數(shù)＝1，在發(fā)散部位被加速到馬赫數(shù)＞1。
為形成強(qiáng)的等離子體，制造一個盡可能大的具有高電場強(qiáng)度的空間區(qū)域是必要的。為了使得等離子體不會因為導(dǎo)熱好的陶瓷絕緣體的壁熱量流失而被削弱，有意義的是，將電場集中在呈圓錐形走向的中間電極2的上部區(qū)域。上述場力線的集中通過陶瓷絕緣體4的形狀造型獲得一重要的聚焦效應(yīng)。此杵頭式(keulenartig)形狀由于其介電特性而將電力線引向電極頂端2′。與用于越過在氣腔9中的路徑的電場強(qiáng)度相比，在陶瓷體上電場強(qiáng)度流失的份額是很小的。因而，當(dāng)兩個電極之間有相應(yīng)的高壓時，在電極頂端2′的區(qū)域內(nèi)存在一可以使空腔10中的空間電離的電場強(qiáng)度。此外，還可通過火花塞搭鐵電極3的圓形造型來優(yōu)化電場的構(gòu)成。另外，這種外形在空氣動力學(xué)上還給燃燒室的構(gòu)造帶來好處。
在圓錐形中間電極2的通往一圓柱形的、在陶瓷體4內(nèi)延伸的形狀的過渡區(qū)域內(nèi)，不希望發(fā)生電離，因為一由此產(chǎn)生的電擊穿會把其熱能直接轉(zhuǎn)到陶瓷絕緣體上。由于這個原因，陶瓷絕緣體在此處具有一變細(xì)部位11，即，毗連的電壓這樣有利地劃分，使得電場強(qiáng)度在中間電極2的這個區(qū)域內(nèi)減小，從而阻止電離。
通過所示的對電場的引導(dǎo)，形成了一朝著出口5的最佳的方向性。所產(chǎn)生的電載流子經(jīng)歷了一相應(yīng)的加速，因而更多的原子和分子被電離，并產(chǎn)生一雪崩效應(yīng)。
按本發(fā)明的火花塞的其它優(yōu)點(diǎn)是可以消除在氫氣發(fā)動機(jī)和汽油發(fā)動機(jī)上的熾熱引火危險。它可以帶來更好的混合氣點(diǎn)火，也就是通過減少不可燃燒的碳?xì)浠衔锏呐欧庞绕涫窃谥眹娛桨l(fā)動機(jī)中獲得好的效果。
因為沒有電極突伸到燃燒室中，所以在設(shè)計燃燒室的構(gòu)造時自由度就提高了，其例如可以轉(zhuǎn)換成提高壓縮比和提高與之有關(guān)的熱效率。
可以設(shè)想降低HC排放，因為少了突出的、可能會形成“火影子(Flammschatten)”的電極。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)的等離子流火花塞，具有一中間電極、一由絕緣材料構(gòu)成的噴射通道、一與噴射通道同心的并構(gòu)成一出口的火花塞搭鐵電極，其特征在于，中間電極構(gòu)成為圓錐形，噴射通道在其通向火花塞搭鐵電極的走向中具有一作為等離子體加速段起作用的變細(xì)部位。
2.按權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，絕緣材料靠在火花塞搭鐵電極上。
3.按權(quán)利要求1或2之任一所述的火花塞，其特征在于，火花塞搭鐵電極回縮直至越過中間電極。
4.按權(quán)利要求3所述的火花塞，其特征在于，在火花塞搭鐵電極和絕緣材料之間設(shè)置有一環(huán)面形狀的氣腔。
5.按權(quán)利要求4所述的火花塞，其特征在于，所述氣腔在中間電極的高度處具有其最大延伸尺寸。
6.按權(quán)利要求1至5之任一所述的火花塞，其特征在于，在火花塞搭鐵電極中形成的出口向外呈漏斗形擴(kuò)展。
7.按權(quán)利要求1至6之任一所述的火花塞，其特征在于，火花塞至少大致齊平地延伸到一內(nèi)燃機(jī)燃燒室為止。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的等離子流火花塞，具有一中間電極(2)、一由絕緣材料(4)構(gòu)成的噴射通道(6)、一與噴射通道同心的并構(gòu)成一出口的火花塞搭鐵電極(3)。中間電極(2)構(gòu)成為圓錐形，噴射通道在其通向火花塞搭鐵電極的走向中具有一作為等離子體加速段起作用的變細(xì)部位(6－5)。
文檔編號H01T13/00GK1820141SQ200480019711
公開日2006年8月16日 申請日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者R·阿爾特曼, M·哈爾曼澤格 申請人:寶馬股份公司