高功率半表面间隙火花塞制造技术

一种火花塞具有形成在其中的电容器和半表面间隙，其中电容器允许高脉冲放电横跨半表面间隙发生，并且由于高电压和高电流放电所致的洛伦兹力的显著效果引起火花从火花塞的端部向外轴向地投射出去。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种火花塞具有形成在其中的电容器和半表面间隙，其中电容器允许高脉冲放电横跨半表面间隙发生，并且由于高电压和高电流放电所致的洛伦兹力的显著效果引起火花从火花塞的端部向外轴向地投射出去。【专利说明】高功率半表面间隙火花塞 相关申请的交叉引用 本申请要求于2012年1月27日提交的Louis S.Camilli的名为"Surface Gap Pulsed Spark plug"的美国临时专利申请序列号No. 61/591567的优先权和申请权益。
本专利技术的实施例涉及火花塞，其中火花间隙的一部分包括表面间隙并且一部分包 括空气间隙，因此形成半表面间隙。本专利技术的实施例还包括具有结合于其中的电容器的半 表面火花塞，由此在火花事件的电子流（streamer)阶段期间会增大电流、并且因此增大火 花功率，并且由于洛伦兹力而感应火花、使其轴向地从火花塞投射出去并且进入发动机汽 缸。火花功率的附加增大生成了比传统的火花塞中遇到的火焰核大得多的火焰核，由此改 善燃料点火，增大燃料燃烧的完全性，并且因此比起传统的火花塞，增大了发动机的燃料效 率和功率输出。
技术介绍
尽管典型的火花塞技术追溯至早期的1950年代，然而最近在火花塞中生成更高 的电容或并联于现有火花塞而附加连接电容器方面仍然有很多的尝试。虽然这些设计增大 了火花的放电功率，但是已知的设计是效率低的、或是复杂且昂贵的。本专利技术提供了一种简 单和可靠的方法和装置，由此将电容器结合到具有半表面间隙的火花塞中。 美国专利No. 3683232、美国专利No. 1148106和美国专利No. 4751430讨论了采用 电容器或容电器以增大火花功率的技术。关于电容器的电气尺寸方面没有公开，而所述电 气尺寸决定了放电的功率。此外，如果电容器具有足够大的电容，在点火变压器输出端和火 花间隙之间的电压降可能妨碍间隙电离和火花的建立。 阿姆斯特朗的美国专利No. 3599030描述了与采用电容器放电点火系统的发动机 一起工作的表面-间隙火花塞。阿姆斯特朗的专利教导了通过使用与高张力、快速上升时 间的放电系统耦合的表面间隙设计，而能够避免基本上所有的塞维护。然而，阿姆斯特朗的 专利未教导半表面塞的使用或如何将电容器结合到塞中，其中自动触发的电容器小得多。 因为比起穿过空气间隙的电阻，横跨表面的电阻更小，并且因为阿姆斯特朗的专利仅仅教 导表面-间隙塞，因此阿姆斯特朗的专利中在电弧被引发之前能够生成的最大电压远低于 如果阿姆斯特朗由空气间隙形成全部或至少一部分火花间隙的话将可能生成的最大电压。 此外，因为阿姆斯特朗的专利使用的绝缘体的表面用作散热器、以将热从发弧端子吸走，所 以阿姆斯特朗的专利被迫处理在其外部电极上的碳堆积。再另外，因为阿姆斯特朗的专利 中整个火花间隙由绝缘体的表面形成，并且因为击穿电压因此远低于如果使用空气间隙的 话将经历的击穿电压，所以阿姆斯特朗的专利中塞的火花的总峰值电压和电流也更低。因 为更低的电压和电流，阿姆斯特朗的专利可能经历的任何所产生的洛伦兹力也不足以将火 花提升离开绝缘体的表面并且将其投射离开火花塞而因此进入空气/燃料混合物。 美国专利No. 4549114要求保护通过将辅助间隙并入火花塞的主体中来增大主火 花间隙的功率的技术。在单个火花塞中使用两个火花间隙以在利用电子处理控制燃料输送 和火花时序的任何内燃火花点火发动机中点燃燃料的应用证明对发动机的操作是致命的， 因为由两个火花间隙发射的EMI/RFI可能引起中央处理单元出故障。 在美国专利No. 5272415中，公开了将电容器附着到非电阻器火花塞中。电容未 被公开，并且没有提到由非电阻器火花塞生成的电磁和无线电频率干扰，这样的干扰如果 未被恰当地屏蔽以防EMI/RFI发射，则可能引起中央处理单元被关闭或甚至引起永久的损 坏。 美国专利No. 5514314公开了通过在火花塞的正和负电极的区域中实施磁场来增 大火花的尺寸。该专利技术还要求保护生成整体电极、集成的线圈和电容器的技术，但未公开形 成各个电气部件的整体导电路径的电阻率值。电气部件导电路径被设计为具有1. 5-1. 9欧 姆/米的电阻率值，以确保正确的工作。由金属陶瓷墨水中固有的陶瓷材料的迁移所致的 路径的任何退化减小了电气装置的功效和操作。此外，还未提到相对地分离整体部件的带 电导电路径的绝缘介质的电压释抑。如果例如含86 %的氧化铝之类的标准陶瓷材料被用于 火花塞绝缘体，介电强度或电压释抑是200伏/密耳。在内燃火花点火发动机中的火花塞 的标准工作电压范围是从5Kv到20Kv，具有在新型汽车点火中能够看到的40Kv的峰值，这 可能使整体电极、集成的线圈和电容器对该水平的电压是不绝缘的。 虽然一些常规的半表面间隙塞是已知的，然而，这样的塞仅仅非常有限地用在其 中维持相对恒定的发动机速度的内燃机中。这是因为半表面间隙塞是非常易受污染的影 响，所述污染在遭遇动态发动机速度的发动机中发生。因为大多数发动机，尤其在汽车中的 那些，日常在宽范围的发动机速度下工作，所以已知的半表面间隙塞不能够提供令人满意 的结果，并且因此未被采纳在这样的发动机中使用。脉冲半表面间隙塞的一个益处是在常 规的塞中能够实现更高的峰值电压，因此将更多的点火能量给予空气/燃料混合物并且因 此提高发动机性能。因此，存在对能够用于动态速度发动机中的半表面间隙塞的当前需求。
技术实现思路
在工作中，点火脉冲被同时暴露给火花间隙和电容器，因为电容器被并行连接到 电路。随着线圈在电压方面感应地上升以克服火花间隙中的电阻，能量被存储在电容器中， 因为电容器中的电阻小于火花间隙中的电阻。一旦通过电离克服了在火花间隙中的电阻， 则在火花间隙和电容器之间的电阻中存在倒转，这触发电容器非常快地（通常在大约1-10 纳秒之间）在火花间隙上释放存储的能量，使电流达到峰值并因此使火花的峰值功率达到 峰值。 优选地，电容器充电到击穿火花间隙所需要的电压电平。随着发动机负载增大，真 空减小，增大了在火花间隙处的空气压力。随着压力增大，击穿火花所需的电压增大，引起 电容器充电到更高的电压。使所得到的放电达到峰值、从而达到更高的功率值。优选地，在 时序事件中不存在延迟，因为随着线圈的电压的上升，电容器同时充电。在塞的半表面间隙 处产生的所得到的更高功率的火花从火花间隙处的绝缘体的表面轴向地投射出去，并且因 此进一步进入被火花塞的尖端触及的发动机汽缸。 本专利技术的目的、优点和新颖特征以及进一步的可应用范围将部分在下文结合附图 做出的详细说明中阐明，并且将部分变得对于在审核下文之后的本领域技术人员来说是清 楚的，或可通过对本专利技术的实践而被学习到。可凭借在所附权利要求中特别指出的手段和 组合来实现和获得本专利技术的目的和优点。 本专利技术的目的、优点和新颖特征以及进一步的可应用范围将部分在下文结合附图 做出的详细说明中阐明，并且将部分变得对于在审核下文之后的本领域技术人员来说是清 楚的，或可通过对本专利技术的实践而被学习到。可凭借在所附权利要求中特别指出的手段和 组合来实现和获得本专利技术的目的和优点。 本专利技术的实施例涉及具有中央电极、在中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火花塞，包括：中央电极；在所述中央电极的末端端部处至少基本上同心地围绕所述中央电极的固体绝缘体；在所述固体绝缘体的末端端部处至少基本上同心地围绕所述固体绝缘体的空气间隙；至少基本上同心地围绕所述空气间隙的外部电极；其中，火花间隙在所述中央电极和所述外部电极之间形成并且包括所述空气间隙和所述绝缘体的表面；以及形成在所述火花塞内的电容器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·S·凯米莉，
申请(专利权)人：能量脉冲科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US