CN101689752A

CN101689752A - 点火器

Info

Publication number: CN101689752A
Application number: CN200880021768A
Authority: CN
Inventors: J·T·贝勒; M·B·贝罗; E·A·范迪恩
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2010-03-31
Also published as: WO2008137701A3; JP5335769B2; EP2143182A2; EP2143182B1; EP2143182A4; JP2010526415A; US20080272683A1; WO2008137701A2; US8053965B2; KR20100016146A; US20120285409A1

Abstract

一种用于内燃机的点火器，所述点火器包括：中心电极；置于中心电极周围的绝缘体；置于绝缘体周围的接地屏蔽，所述绝缘体具有延伸经过接地屏蔽端部部分的尖端部分，中心电极的尖端部分延伸经过并远离绝缘体的尖端部分；以及置于中心电极的尖端部分和接地屏蔽端部部分之间的火花隙。

Description

点火器

优先权声明

[0001]本申请要求2007年5月2日提交的、序列号为60/915,668美国专利申请的权益，在此以引用方式将其内容并入本文。

技术领域

[0002]本发明的示例性实施例涉及内燃机的火花塞或点火器，更具体地是涉及在柴油机中启动燃烧、促进燃烧控制且燃尽烟灰沉积物的火花塞/点火器。

背景技术

[0003]烟灰是内燃机(即，柴油机)中燃料不完全燃烧的常见副产物。具体地，传统燃料由碳氢化合物组成，其在经过完全燃烧后产生了仅有二氧化碳和水的副产物。然而，在内燃机中通常并不发生完全燃烧，因为没有任何已知的发动机是完全有效的。另外，完全燃烧会要求稀燃料-空气混合物，而典型的发动机条件要求富燃料-空气混合物来产生所需的效果。

[0004]此外，排放规章规定了使用新的发动机燃烧循环，例如柴油机的均质充量压燃(HCCI)和废气处理系统。这些新的燃烧循环需要新的燃烧感测和控制方法。在还具有一定发动机负载条件的情况下更多传统燃烧循环仍工作得最好。对于这些条件，火花辅助是控制燃烧过程的一种手段。这种独特的在缸内结合燃烧感测和燃烧启动的需求能够由火花塞支持，所述火花塞设计成在更高压力柴油机气缸环境中作为点火器很好地工作，还作为离子传感器为了燃烧反馈和控制很好地工作。在其他方面，对于废气处理，主动再生颗粒过滤器需要更好的方法。颗粒过滤器主动再生的一种方法是提供自载燃烧器系统来为废气增加热能以启动颗粒过滤器的再生循环。此燃烧器系统要求能够在腐蚀和湍流的柴油机废气环境中存在的可靠点火器。

[0005]另外，烟灰典型地在柴油机中以在汽油机中以更高的速度积累，因为燃料注入与点燃的方式不同。具体地，在汽油机中，燃料在进气冲程期间注入，并在被火花点燃之前完全与空气混合。相反地，在柴油机中，燃料在压缩冲程期间注入，并由压力自然点燃。在这方面，燃烧发生在未混合燃料的边界，在此处，富燃料-空气混合物的局部囊(pockets)被点燃，由此产生烟灰。

[0006]烟灰沉积物会积累在传统火花塞的绝缘体尖端上。绝缘体尖端的暴露表面典型地位于未混合燃料的边界处或附近。而且，绝缘体尖端的暴露表面不是典型地位于侧电极和中心电极之间的火花隙中或周围。具体地，典型的火花塞包括延伸经过绝缘体尖端的中心电极和延伸经过中心电极的侧电极。为此，烟灰会积累在绝缘体尖端上而不被燃尽。

[0007]因此，需要提供一种火花塞/点火器设计，其对于高气缸压力比传统火花塞设计更稳健，抵抗燃烧室或废气的腐蚀影响，并防止烟灰聚积。

发明内容

[0008]本发明的示例性实施例提供了一种点火器，其构造成通过应用高能量表面火花而保持可操作性，同时还提供了燃烧感测功能。

[0009]根据本发明的非限制性示例性实施例，提供了点火器，所述点火器包括：中心电极；置于中心电极周围的绝缘体；置于绝缘体周围的接地屏蔽，绝缘体具有延伸经过接地屏蔽端部部分的尖端部分，中心电极的尖端部分延伸经过并远离绝缘体的尖端部分；以及置于中心电极的尖端部分和接地屏蔽端部部分之间的火花隙。

[0010]根据本发明的另一个非限制性示例性实施例，提供了内燃机的点火器，所述点火器包括：中心电极；置于中心电极周围的绝缘体；置于绝缘体周围的接地屏蔽，绝缘体具有延伸经过接地屏蔽端部部分的尖端部分，中心电极的尖端部分延伸经过并远离绝缘体的尖端部分；置于绝缘体一部分和接地屏蔽一部分上的外壳部分，外壳部分具有马达座部分，其布置成接近所述接地屏蔽的由外壳部分覆盖的部分；形成在外壳部分中的螺纹部分，螺纹部分位于马达座部分之上；以及置于中心电极的尖端部分和接地屏蔽端部部分之间的火花隙。

[0011]根据本发明的另一个非限制性示例性实施例，提供了内燃机的燃烧控制系统，所述系统包括：中心电极；置于中心电极周围的绝缘体；置于绝缘体周围的接地屏蔽，绝缘体具有延伸经过接地屏蔽端部部分的尖端部分，中心电极的尖端部分延伸经过并远离绝缘体的尖端部分；置于中心电极的尖端部分周围的离子感测部分；置于离子感测部分的外周和接地屏蔽端部部分之间的火花隙；以及联接到中心电极的电子控制单元，所述电子控制单元构造成经由中心电极从离子感测部分接收信号并向离子感测部分传送信号，其中一些信号代表位于离子感测部分附近的离子。

[0012]本领域技术人员将从随后的详细描述，附图和所附权利要求认识并理解上述和其他特征和优点。

附图说明

[0013]在下文对各实施例所作的详细描述中，仅为了作为示例，呈现了其他目的、特征、优点和细节，这些详细描述是参照附图作出的，附图中：

图1是根据本发明的非限制性的示例性实施例的点火器的局部剖视图；

图2是沿图1的线2-2观察的视图；

图3是沿图的线3-3观察的视图；

图4是图1的局部放大图；

图5是根据本发明另一示例性实施例的点火器的剖视图；

图6是沿图5的线6-6观察的视图；

图7是图5所示点火器的侧视图5；以及

图8是示出了根据本发明一示例性实施例的控制系统的示意图。

具体实施方式

[0014]本发明的示例性实施例涉及高压缩发动机的点火器或点火器/离子传感器。本发明的示例性实施例涉及美国专利No.5,697,334，在此以引用方式将其内容并入本文。

[0015]根据示例性实施例，并且如附图中所示，“密螺纹(highthread)”火花塞具有圆形侧电极形状，其允许火花能量通过陶瓷绝缘体尖端表面，由此产生了本发明的示例性实施例的点火器。在非限制性示例性实施例中，侧电极由高镍或不锈钢合金制成，其具有8毫米(mm)或10mm的直径、或者8-10mm之间任何范围的直径，以及大于或小于8和10mm的直径。然而，大于或小于前述直径的尺寸也被认为在本发明的示例性实施例的范围内。另外并且根据本发明的非限制性示例性实施例，中心电极尖端和侧电极之间的距离在2mm到10mm的范围内。此外，可通过附加金属盘来增加中心电极尖端的直径从而提高中心电极的离子感测能力。

[0016]根据一个示例性实施例，火花塞必须能够在非导电陶瓷绝缘体尖端上产生足够高能量的火花以燃尽绝缘体尖端形成的烟灰。根据另一个示例性实施例，本文所述装置使用具有离子感测部分或环形盘部分的中心电极来沿绝缘体尖端放出火花并在燃烧气缸中检测离子电流，点火器置于所述燃烧气缸中。然而，还考虑点火器能够替代地具有无单独增加的离子感测部分的中心电极，其中延伸经过绝缘体的中心电极尖端成为离子感测部分。

[0017]参照图1-4，显示了高压缩发动机的点火器或点火器/离子传感器10。根据非限制性示例性实施例，点火器或者点火器/离子传感器或者火花塞10包括置于绝缘体14的中心孔13中的中心电极12，所述绝缘体14置于中心电极12周围，并且接地屏蔽16置于绝缘体14周围。根据本发明的示例性实施例，绝缘体14的尖端部分18延伸经过接地屏蔽16的端部部分20。尖端部分18终止于端部19。此外，中心电极12的尖端部分22延伸经过尖端部分18的端部。

[0018]因此，并且如所示的，火花隙24从中心电极的尖端部分延伸到接地屏蔽。火花隙还沿绝缘体14的尖端部分18的表面26延伸。在一个示例性实施例中并且为了“燃尽”或去除积累在表面26上的烟灰，高压通过中心电极来加热表面并烧掉积累的烟灰。

[0019]在一个非限制性示例性实施例中，火花隙24具有由绝缘体的尖端部分18限定的截头圆锥体形状，其中尖端部分的外周在中心电极的尖端部分22的端部19和接地屏蔽16的端部部分20之间分开。在这方面，火花塞10从中心电极12的尖端部分22到接地屏蔽16的端部部分20具有台阶状外径28。

[0020]如图5所示并且在一个非限制性示例性实施例中，中心电极12的尖端部分22和接地屏蔽的端部部分20之间的距离D基本上在1.7毫米到10毫米之间的范围内。例如并且在一个示例性实施例中，距离D为2.23毫米。然而，考虑该距离能够根据需要替代地为比上述范围更大或更小。

[0021]在一个示例性实施例中，接地屏蔽16具有基本上在8毫米到10毫米之间范围内的外径OD。应理解的是外径OD能够替代地为比此范围更大或更小。接地屏蔽16的端部部分20具有向中心电极12的尖端部分22收敛的截头锥部分30。在此非限制性示例性实施例中，接地屏蔽14由镍合金形成。然而，考虑接地屏蔽16能够根据需要替代地由不锈钢或各种其他适合材料形成。

[0022]接地屏蔽16根据给定应用的要求沿其长度可为直的或波状外形的。类似地，绝缘体14或绝缘体14的尖端部分18根据给定应用的要求沿其长度也可为直的或波状外形的。这种波状外形可包括一个或多个接地屏蔽或绝缘体的内部或外部部分的直径变化。这种波状外形也可包括接地屏蔽或绝缘体的内部或外部部分上沿其长度延伸的一个或多个的斜坡表面波状外形。在一个示例性实施例中，绝缘体14和接地屏蔽16相对于彼此定位，成波状外形或定向从而限制或基本上防止燃烧产物材料(例如，烟灰)或其他材料的沉积物进入传感器或火花塞10。例如，如图5所示，接地屏蔽可包括内径和外径的逐渐变化(例如，斜坡)以封闭接地屏蔽和绝缘体之间的间隙。类似地，如图4所示，绝缘体还可包括外径的逐渐变化以封闭接地屏蔽和绝缘体之间的间隙。在另一个例子中，如图1所示，接地屏蔽16可定形以封闭接地屏蔽和绝缘体之间的间隙。其他构造是可行的。

[0023]如图6的非限制性可替换的示例性实施例所示，中心电极12还包括离子感测部分32，其包围中心电极的尖端部分。根据本发明的示例性实施例，离子感测部分32为环形盘部分，其置于从绝缘体的端部部分延伸的尖端部分上。当然，离子感测部分的其他构造也被认为在本发明的示例性实施例的范围内。根据示例性实施例并且当离子感测部分32(例如，盘部分或其他构造)置于中心电极上时，火花隙24在环形盘部分32的外周33和接地屏蔽16的端部部分20之间延伸。

[0024]根据本发明的示例性实施例，离子感测部分32用于提供作为点火器一部分的离子感测装置。根据示例性实施例，环形盘部分由镍合金制成并且离子感测装置考虑与燃烧控制系统34(“系统”)一起使用，如在图8所示的非限制性实施例中示例的。

[0025]在此非限制性示例性实施例中，接地屏蔽16的端部部分20和中心电极12的环形盘部分32之间的距离D大约为2.23毫米。然而，考虑距离D能够比2.23毫米更大或更小。

[0026]现在转向图8的示意图，电子控制模块50可操作地联接到点火器以接收信号并为点火器提供电压。该模块可为独立模块或者可为点火控制模块的一部分或发动机控制模块的一部分。电子模块具有电源52，其当受控制模块的微处理器54控制时，基于交流(AC)或直流(DC)将受控电压信号提供点火器的电极。微处理器命令电源提供功率给电极以及经由环形盘部分从电极接收离子电流信号或者经由调节模块56从置于电极尖端上的离子感测部分32接收离子电流信号，所述离子感测部分包含执行分析由环形盘部分感测的离子信号以确定燃烧开始的稳定或不稳定所需步骤的必要部件，并与其他模块(例如发动机控制模块)经过接口或总线58连通。根据示例性实施例，调节模块56经由线路60从电极接收信号并执行任何所需的过滤或放大。

[0027]根据示例性实施例并且如图1，5和7所示，点火器具有螺纹部分62，其置于点火器的马达座部分64之上。因此并且因为点火器固定到发动机或其他装置的螺纹开口(未示出)，螺纹部分62靠马达座推座部分以此来提供其之间的有效密封。

[0028]此外，点火器10具有第一外壳部分70，其包括螺纹部分和马达座部分，其中第一外壳部分将马达座部分置于接地屏蔽的上部部分上。根据本发明的示例性实施例，马达座部分构造成具有60度角，如图所示。当然，其他构造也被认为在本发明的示例性实施例的范围内。

[0029]尽管本发明参照示例性实施例描述，本领域技术人员将理解的是在不脱离本发明范围的情况下可进行各种改变并且等价物可替代其元件。另外，可进行很多修改来使具有情况或材料适于本发明的教导，而不脱离其本质范围。因此，其意图是本发明不限于考虑用于实现本发明的最佳模式所公开的具体实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims

1.一种用于内燃机的点火器，所述点火器包括：

中心电极；

置于所述中心电极周围的绝缘体；

置于所述绝缘体周围的接地屏蔽，所述绝缘体具有延伸经过所述接地屏蔽的端部部分的尖端部分，而且所述中心电极的尖端部分延伸经过并远离所述绝缘体的尖端部分；以及

处于所述中心电极的尖端部分和所述接地屏蔽的端部部分之间的火花隙。

2.根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述火花隙沿所述绝缘体的尖端部分的外周延伸，所述外周延伸经过所述接地屏蔽的端部部分。

3.根据权利要求1或2所述的点火器，其特征在于，所述火花隙具有从所述中心电极的尖端部分与所述接地屏蔽的端部部分分开的截头圆锥体形状。

4.根据权利要求2所述的点火器，其特征在于，所述绝缘体的尖端部分的外周进一步包括台阶状外径。

5.根据前述权利要求中任一项所述的点火器，其特征在于，所述接地屏蔽由镍合金和不锈钢合金中的一种形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的点火器，进一步包括置于所述中心电极的尖端部分周围的环形盘部分。

7.根据权利要求6所述的点火器，其特征在于，所述火花隙在所述环形盘部分和所述接地屏蔽的端部部分之间延伸。

8.根据权利要求7所述的点火器，其特征在于，所述火花隙沿所述绝缘体的尖端部分的外周延伸，所述外周延伸经过所述接地屏蔽的端部部分。

9.根据前述权利要求中任一项中所述的点火器，其特征在于，所述接地屏蔽的端部部分构造成具有向所述绝缘体的尖端部分的外周收敛的截头锥部分，所述外周延伸经过所述接地屏蔽的端部部分，并且所述接地屏蔽具有基本上在6毫米到8毫米之间范围内的外径。

10.根据前述权利要求中任一项所述的点火器，其特征在于，所述中心电极的尖端部分和所述接地屏蔽的端部部分之间的距离基本上在1.7毫米到10毫米之间的范围内。

11.根据前述权利要求中任一项所述的点火器，其特征在于，所述接地屏蔽具有基本上在6毫米到10毫米之间范围内的外径。

12.一种用于内燃机的点火器，所述点火器包括：

中心电极；

置于所述中心电极周围的绝缘体；

置于所述绝缘体周围的接地屏蔽，所述绝缘体具有延伸经过所述接地屏蔽端部部分的尖端部分，所述中心电极的尖端部分延伸经过并远离所述绝缘体的尖端部分；

置于所述绝缘体一部分和所述接地屏蔽一部分上的外壳部分，所述外壳部分具有马达座部分，其布置成接近所述接地屏蔽的由所述外壳部分覆盖的部分；

形成在所述外壳部分中的螺纹部分，所述螺纹部分位于所述马达座部分之上；以及

置于所述中心电极的尖端部分和所述接地屏蔽端部部分之间的火花隙。

13.一种用于内燃机的燃烧控制系统，包括：

中心电极；

置于所述中心电极周围的绝缘体；

置于所述中心电极的尖端部分周围的离子感测部分；

置于所述离子感测部分的外周和所述接地屏蔽端部部分之间的火花隙；以及

联接到所述中心电极的电子控制单元，所述电子控制单元构造成经由所述中心电极从所述离子感测部分接收信号并向所述离子感测部分传送信号，其中一些信号代表位于接近所述离子感测部分处的离子。

14.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，所述离子感测部分为环形盘部分，所述火花隙在所述环形盘部分的外周和所述接地屏蔽的端部部分之间延伸。

15.根据权利要求13或14所述的控制系统，其特征在于，所述火花隙具有从所述中心电极的尖端部分与所述接地屏蔽的端部部分分开的截头圆锥体形状。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述绝缘体的尖端部分的外周进一步包括台阶状外径。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述接地屏蔽由镍合金和不锈钢合金中的一种形成。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述接地屏蔽的端部部分构造成具有向所述绝缘体的尖端部分的外周收敛的截头锥部分，所述外周延伸经过所述接地屏蔽的端部部分。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述中心电极的尖端部分和所述接地屏蔽的端部部分之间的距离基本上在1.7毫米到10毫米之间的范围内。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述接地屏蔽具有基本上在8毫米到10毫米之间范围内的外径。