高功率放电燃料点火器制造技术

一种火花点火的内燃机点火设备，该设备通过在火花产生的流光放电阶段峰化火花的电功率提高点火的电转换效率和改善燃烧质量，该设备结合电极设计和电极材料以减小由于高功率放电的电极侵蚀，被设置有电容板的绝缘体以峰化火花放电的电流，以及相应的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2006年7月21日申请的美国临时专利申请序号No.60/820,031题目为“高功率放电燃料点火器”的优先权及其权益，其说明书通过引用并入本文中。
本专利技术涉及用于在内燃火花点火发动机中点燃燃料的火花塞。
技术介绍
目前，火花塞技术回溯至十九世纪五十年代早期，在设计上没有显著的改变，只是在火花间隙电极的材料和配置上有改变。这些相对新的电极材料诸如铂和铱已经被引入到这些设计中，来消除对所有的火花塞电极共有的运行侵蚀，以试图延长使用寿命。虽然这些材料会降低对于典型的低功率放电(小于1安培峰值放电电流)火花塞的电极侵蚀和实现109循环的要求，但是它们不能承受高功率放电(大于1安培峰值放电电流)的高库仑转换。此外，对在火花塞内产生较高的电容或将电容器并联连接到已存在的火花塞进行了很多尝试。虽然这会增加火花的放电功率，但是这种设计效率差、复杂和不能处理与高功率放电相关的加速侵蚀。美国专利No.3683232、美国专利No.1148106以及美国专利No.4751430论述了采用电容器增加火花功率。对于可能决定放电功率的电容器的电气规格(electrical size)没有揭示。此外，如果电容器具有足够大的电容，在点火变压器输出和火花间隙之间的电压降可能阻碍间隙的离子化和火花的产生。美国专利No.4549114主张通过把辅助的间隙结合到火花塞的主体提高主火花间隙的能量。在单个火花塞中使用两个火花间隙以点燃在任何-->使用电子处理控制燃料传输和火花计时的内燃火花点火发动机中的燃料，这可能被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电磁干扰/无线电频率干扰(EMI/RFI)可能导致中央处理单元发生故障。在美国专利No.5272415中，揭示了电容器连接至没有电阻器的火花塞。没有揭示电容和没有任何地方提及由没有电阻器的火花塞产生的电磁和射频干扰，如果没有对EMI/RFI进行合适的屏蔽，所述干扰可能导致中央处理单元关闭或甚至导致永久性损坏。美国专利No.5514314揭示了通过在火花塞的正电极和负电极区域内施加磁场，增加火花的尺寸。这个专利技术也主张制造单片电极、整体式线圈以及电容器，但没有揭示制造多种电气部件的单片导电通路的电阻率值。设计电气部件导电通路的电阻率值为1.5-1.9欧姆每米(ohms/meter)，从而确保适当的功能。由金属陶瓷墨水中固有的陶瓷材料的迁移造成的通路的任何劣化降低了电气设备的功效和操作。另外，也没有提及把单片部件的充电的导电通路相对地分离开的绝缘介质的耐压(voltage hold-off)。如果标准陶瓷材料诸如氧化铝86％被用于火花塞绝缘主体，介电强度或耐压是200伏特/密耳(volts/mil)。在新型的汽车点火中，对于在内燃火花点火的发动机的火花塞的标准操作电压范围从5Kv至20Kv，其峰值为40Kv，这个电压范围可能对于这个电压水平不能绝缘单片电极、整体式线圈以及电容器。美国专利No.5866972、美国专利No.6533629以及美国专利No.6533629涉及到如下申请，通过各种方法和装置，由铂、铱或其它的贵金属组成的电极和/或电极尖端以抵抗与火花塞操作相关的耗损。这些申请很可能不足以抵抗与高功率放电相关的电极耗损。随着电极耗损，需要电离火花间隙和产生火花的电压增加。点火变压器或线圈被限制在传送给火花塞的电压数值范围内。由于加速的侵蚀和耗损产生的火花间隙的增加可能大于来自于变压器可用的电压，这可能导致不点火和催化转化器的损坏。美国专利No.6771009揭示了防止火花的飞弧(flashover)的方法，但是没有解决与电极耗损或提高火花放电功率相关的问题。美国专利No.6798125提及使用较高耐热性的Ni合金作为基础电极-->材料，通过焊接把贵金属附于电极材料上。主要的主张是镍基的基础电极材料，基础电极材料保证了焊接的整体性。所述结合据说降低了电极侵蚀，但没有主张在高功率放电条件下降低侵蚀或提高火花功率。关于火花塞的美国专利No.6819030主张降低接地电极温度但没有主张降低电极侵蚀或提高火花功率。
技术实现思路
本专利技术提供了用于火花点火内燃机的点火器，该点火器包括与绝缘体成整体的电容元件，用于提高电流的目的并且因此提高了在点火事件的流光放电阶段(streamer phase)期间的火花功率。火花功率的另外的增加产生了较大的火焰中心和确保了相对于曲柄角度的周期至周期的一致点火。在适当的采用电路时，没有改变火花间隙的击穿电压，没有改变火花事件的计时，也没有对整个火花持续时间进行任何改变。在操作时，当电容器并联连接至电路时，点火脉冲同时受到火花间隙和电容器的影响。由于线圈感应电压增加，以克服火花间隙的阻抗，当电容器的阻抗小于火花间隙的阻抗时，能量储存在电容器中。如果在火花间隙中通过离子化克服了阻抗，在火花间隙和电容器之间的阻抗会相反，这触发了电容器非常快速地在1-10纳秒(nanosecond)跨过火花间隙放出储存的能量，使电流达到最高点并且因此使火花的峰值功率达到最高点。优选地，电容器充电至击穿火花间隙所需要的电压水平。随着发动机负载的增加，降低了真空，增加了在火花间隙处的空气压力。随着压力的增加，击穿火花间隙需要的电压增加，从而使得电容器充电至较高的电压。所产生的放电峰值到较高的功率值。优选地，当电容器在线圈的电压升高的同时充电时，没有定时事件延迟。电容元件优选地包括两个相对的充电的圆筒状板，圆筒状板分子地连接或分子焊接至绝缘体的内直径和外直径上。通过喷涂、移印(padprinting)、旋转浸渍或其他传统涂敷方法把导电墨水诸如银或银/铂合金施加至绝缘体的内直径和外直径上，形成所述板。绝缘体的内直径优选地基本上覆盖有墨水。除了绝缘体的线圈端子端的端部的诸如12.5mm的-->预定距离和绝缘体暴露于燃烧室中的部分之外，外直径被覆盖。所述板优选地被偏置以避免提高在负极(外直径)板的终端处的电场，提高在负极(外直径)板的终端处的电场可能危及绝缘体的介电强度和可能导致点火器的灾难性的失效。电荷可能在这个点上击穿绝缘体，且脉冲直接地接地，绕过了火花间隙和导致了点火器的永久失效。优选地，墨水涂敷至绝缘体后，绝缘体经受在750°到900℃的热源，诸如红外线源、天然气加热源、丙烷加热源、感应加热源或其它的能够可靠和可控制地发热的源。依赖于贵金属墨水的配方，绝缘体暴露于热量大约10分钟至多于60分钟的时间，由此蒸发了溶剂和载体并且分子地连接贵金属至陶瓷绝缘体的表面。当墨水连接至绝缘体时，板的电阻率与纯金属的电阻率相同。电阻率决定了电容器的效率。随着电阻率的增加，电容器的效率降低至停止储存能量和不再是电容器的点。因此，在涂敷的过程中，在绝缘体的内直径和外直径上涂敷不间断的贵金属板是必要的。优选地，绝缘体由任何氧化铝、其它的陶瓷衍生物或任何类似的材料构成，只要材料的介电强度足以绝缘传统的汽车点火的电压。因为电容器板连接至绝缘体的内表面和外表面，使用包括板的相对表面的表面面积、绝缘体的介电常数和板的间距的公式计算电容。电容器的电容值依赖于板的几何形状、它们的间距以及绝缘介质的介电常数可从大约10pf变化至多达100pf。本专利技术还提供了用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机的高功率放电点火设备，包括：　绝缘体，该绝缘体具有上端和下端以及在其中限定的腔，所述绝缘体包括外直径和内直径且由具有预定介电值的介电材料形成；　第一导体，该第一导体被连接至所述绝缘体主体的内直径的至少一部分；　 　第二导体，该第二导体被连接至所述绝缘体主体的外直径的至少一部分，所述第一导体、第二导体以及所述绝缘体形成具有预定电容值的电容器；　尖端组件，该尖端组件设置在所述绝缘体的腔中且连接至所述第一导体，所述尖端组件包括从所述绝缘体延伸的正电 极尖端，所述尖端组件密封所述绝缘体的下端；　电阻器部件，该电阻器部件设置在所述腔中且连接至所述尖端组件；　电连接器，该电连接器连接至所述电阻器部件，所述电连接器密封所述绝缘体的上端；和　壳体，所述壳体连接至所述第二导体，所 述壳体包括负电极，所述负电极具有形成在其上且与所述正电极尖端间隔开的尖端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-7-21 60/820,031;US 2007-7-19 11/780,4451.一种用于内燃机的高功率放电点火设备，包括：绝缘体，该绝缘体具有上端和下端以及在其中限定的腔，所述绝缘体包括外直径和内直径且由具有预定介电值的介电材料形成；第一导体，该第一导体被连接至所述绝缘体主体的内直径的至少一部分；第二导体，该第二导体被连接至所述绝缘体主体的外直径的至少一部分，所述第一导体、第二导体以及所述绝缘体形成具有预定电容值的电容器；尖端组件，该尖端组件设置在所述绝缘体的腔中且连接至所述第一导体，所述尖端组件包括从所述绝缘体延伸的正电极尖端，所述尖端组件密封所述绝缘体的下端；电阻器部件，该电阻器部件设置在所述腔中且连接至所述尖端组件；电连接器，该电连接器连接至所述电阻器部件，所述电连接器密封所述绝缘体的上端；和壳体，所述壳体连接至所述第二导体，所述壳体包括负电极，所述负电极具有形成在其上且与所述正电极尖端间隔开的尖端。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电阻器部件包括电阻器和弹簧组件。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电阻器部件包括电阻器玻璃料的材料。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述电阻器玻璃料的材料包括碳和玻璃复合材料。5.根据权利要求3所述的设备，进一步包括第二玻璃料的材料，该第二玻璃料的材料设置在所述腔中且连接至所述尖端组件和所述电阻器玻璃料的材料。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第二玻璃料的材料包括铜合金，所述铜合金密封所述绝缘体的下端。7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述电阻器玻璃料的材料通过气体密封插入部件连接至所述第二玻璃料的材料。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一导体包括铜合金。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二导体包括贵金属合金。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二导体包括银导电墨水的涂层，所述涂层具有预定厚度。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述绝缘体包括氧化铝材料。12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述氧化铝材料包括大约80％至大约90％的纯氧化铝。13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述正电极和负电极的尖端包括烧结的铼和钼材料。14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述材料由大约至少50％的铼和最多大约50％的钼形成。15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述材料由大约75％的铼和大约25％的钼形成。16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电容器具有在大约30至大约100pf的范围内的预定电容。17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述尖端组件通过银糊料连接至所述第一导体，所述银糊料密封所述绝缘体的下端。18.一种形成用于内燃机的复合物的点火设备的方法，其包括：提供在其中限定腔的绝缘体，和该绝缘体包括外直径和内直径，所述绝缘体由具有预定的介电值的介电材料形成；把第一导体连接至所述绝缘体主体的内直径；把第二导体连接至所述绝缘体主体的外直径，所述第一导体、第二导体和绝缘体形成具有预定电容值的电容器；连接尖端组件至所述第一导体，所述尖端组件设置在所述绝缘体的腔中和包括从所述绝缘体延伸的正电极尖端；连接电阻器部件至所述尖端组件，所述电阻器部件设置在所述腔中；...

【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：US[美国]