CN102136679A - 用于车辆点火系统的超额需求电压释放火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆点火系统的超额需求电压释放火花塞。提供一种车辆点火系统，其缓解了与火花塞所需的超额电压相关联的问题。所述点火系统包括具有电极和电压释放零件的火花塞，所述电压释放零件可操作地连接于所述电极。所述电压释放零件可操作地在预定电压下从所述电极释放电流。

Description

用于车辆点火系统的超额需求电压释放火花塞

技术领域

本发明涉及一种车辆点火系统，其中火花塞被构造为释放超额需求电压。

背景技术

火花塞通常具有与点火系统连接的中心电极以及与中心电极分开而形成间隙的侧电极。中心电极被陶瓷绝缘体环绕。当由点火线圈产生的电压导致电子流向中心电极时，则在中心电极和侧电极之间产生压差。在所述间隙内的空气和气体作为绝缘体，在电压超过间隙中气体的介电强度之前阻碍从中心电极到侧电极的电压流，而之后则允许电子流过间隙从而导致气体相互反应而燃烧。电子流过间隙所达到的电压被称为需求电压。

如果一种绝缘物体，例如水、油或碎屑，位于间隙中或者覆盖间隙处的电极或反电极，则需求电压上升。需求电压可以上升至高达超过陶瓷绝缘体的介电强度并使得陶瓷绝缘体变成碎片。陶瓷碎片可以划伤气缸膛并允许燃油通过活塞环而泄漏，从而导致过度的燃油消耗。

发明内容

提供一种车辆点火系统，其缓解了与火花塞所需的超额电压需求相关联的问题。点火系统包括具有电极和电压释放零件的火花塞，电压释放零件可操作地连接于电极。电压释放零件可操作以在预定电压下从电极释放电流。

在一个实施例中，电压释放零件是压敏电阻，其被构造为当中心电极的电压到达预定电压时释放电流，该预定电压低于环绕中心电极的陶瓷绝缘体的介电强度。压敏电阻可以被置于陶瓷绝缘体中、点火线圈中或点火线圈和火花塞中间的火花塞线中。

在另一个实施例中，电压释放零件是绝缘体的减薄部分。减薄部分可以完全地或者仅部分地约束电极。减薄部分用以局部化和控制绝缘体响应于超额需求电压而击穿的区域。当绝缘体击穿时，电压在击穿的减薄部分从中心电极向环绕绝缘体的金属外壳释放，金属外壳作为接地电极产生作用。减薄部分包围在金属外壳中并被绝缘体的其他部分（未击穿）包围；这样就没有陶瓷碎片从火花塞中跑出来。通过控制减薄部分的厚度，可以控制在多少电压下进行释放。

在另一个实施例中，电压释放零件是陶瓷绝缘体的一部分，其具有低于绝缘体其他部分介电强度的介电常数的陶瓷属性。这样，电压释放将会在电压释放零件处发生。通过控制介电强度，可以控制在多少电压水平进行释放并避免了绝缘体其他部分的陶瓷失效。陶瓷绝缘体的电压释放零件部分被绝缘体的其他部分以及金属外壳所环绕。这样，如果绝缘体在电压释放零件处被击穿，正如所设计的，没有陶瓷碎片从火花塞中跑出来，因此阻止了相关联的发动机损伤以及燃油消耗。

通过阻止由超额需求电压导致的陶瓷碎片，点火系统保护了火花塞陶瓷的结构完整并减少了燃油消耗。电压释放零件的各种不同实施例都是针对超额需求电压问题的基于结构的解决方案。对于控制器不需要改变。无需一种成本更高、带火花塞电压反馈以阻止超额电压需求的的软件控制系统。事实上，无需软件的改变。

本发明以上特征和优点以及其他特征和优点通过以下对实施本发明最优实施例的具体说明，结合相应的附图是显而易见的。

本发明还提供了如下方案。

方案1. 一种车辆点火系统，包括：

具有电极的火花塞；以及

电压释放零件，其可操作地连接于所述电极并可操作以在预定电压下从所述电极释放电流。

方案2．根据方案1所述的车辆点火系统，其中所述火花塞具有围绕所述电极的绝缘体；并且其中所述电压释放零件是压敏电阻，该压敏电阻被构造为在低于所述绝缘体介电强度的预定电压下释放电流。

方案3. 根据方案2所述的车辆点火系统，其中所述电压释放零件被置于所述绝缘体内。

方案4. 根据方案2所述的车辆点火系统，其中所述车辆点火系统具有点火线圈组件，该点火线圈组件可操作以在火花塞上产生电压，并且其中所述电压释放零件被置于所述点火线圈组件中。

方案5. 根据方案2所述的车辆点火系统，其中所述车辆点火系统具有点火线圈和火花塞线，火花塞线从所述点火线圈引至所述火花塞；并且其中所述电压释放零件被置于所述火花塞线中。

方案6. 根据方案1所述的车辆点火系统，其中所述火花塞具有绝缘体并且所述电压释放零件是所述绝缘体中的减薄部分。

方案7. 根据方案1所述的车辆点火系统，其中所述火花塞具有绝缘体，该绝缘体具有第一部分和第二部分，第一部分的特征是具有第一介电强度的陶瓷属性，第二部分的特征是具有低于第一介电强度的第二介电强度的陶瓷属性；并且其中所述电压释放零件是所述第二部分。

方案8. 一种车辆点火系统，包括：

火花塞，其具有

电极；

陶瓷绝缘体，其环绕所述电极；以及

电压释放零件，其在所述陶瓷绝缘体内并可操作以在预定电压下从所述电极释放电流。

方案9. 根据方案8所述的车辆点火系统，其中所述电压释放零件是所述绝缘体的减薄部分。

方案10．根据方案8所述的车辆点火系统，其中所述电压释放零件是压敏电阻。

方案11．根据方案8所述的车辆点火系统，其中所述绝缘体具有第一部分和第二部分，第一部分的特征是具有第一介电强度的陶瓷属性，第二部分的特征是具有低于第一介电强度的第二介电强度的陶瓷属性；并且其中所述电压释放零件是所述第二部分。

方案12. 一种火花塞，包括：

第一电极；

绝缘体，其环绕所述第一电极；

第二电极，与所述第一电极间隔开而限定了间隙；以及

电压释放零件，其在所述绝缘体内并可操作以当在所述间隙内有物体时在预定电压下从所述电极释放电流。

方案13. 根据方案12所述的火花塞，其中所述电压释放零件是压敏电阻。

方案14. 根据方案12所述的火花塞，其中所述绝缘体具有第一部分和第二部分，第一部分的特征是具有第一介电强度的陶瓷属性，第二部分的特征是具有低于第一介电强度的第二介电强度的陶瓷属性；并且其中所述电压释放零件是所述第二部分。

附图说明

图1是车辆点火系统示意说明图，其具有安装在发动机气缸内的具有电压释放零件的火花塞；

图2是图1中其中一个火花塞的局部截面示意说明视图；

图3是用于图1中点火系统中使用的火花塞的另一可选实施例的局部截面示意说明局部视图；

图4是具有在点火线圈中的电压释放零件的另一可选车辆点火系统的示意说明图；

图5是具有在火花塞线中的电压释放零件的另一可选车辆点火系统的说明示意图；

图6是图3中火花塞的立体说明示意图；

图7是用于图1中点火系统中火花塞的另一可选实施例的立体说明示意图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记代表相同的部件。图1表示了一种车辆点火系统10。车辆点火系统10包括点火线圈组件12。电压通过来自于蓄电池（未示出）的电缆14而施加并流过接地的晶体管16而到达第一线圈18。这样创建一个电磁场，其感应了第二线圈20内的电流。线圈18、20都包裹了一个铁芯21，铁芯21通过两条平行线的符号来表示，本领域技术人员是能够理解的。第二线圈20提供通过电子部件21的电流，电子部件21以交替方式分配电流通过火花塞线22到达火花塞24。只示出了两条火花塞线22和火花塞24；然而安装于发动机的火花塞24可以具有四个或者更多。火花塞24安装在发动机气缸26的顶部，气缸26仅以虚线部分地显示。车辆点火系统10是无分电器、二级电压分配系统，也被称为废火花系统，本领域技术人员是能够理解的。在所保护的发明范围内其他类型的车辆点火系统可以被使用，例如机械分电器、线圈/气缸、或高压、固态开关系统。

参考附图2，描述了用于图1点火系统10中使用的火花塞24的一个实施例。火花塞24具有连接于图1中火花塞线22的中心电极28。反电极30与中心电极28间隔而限定了它们之间的间隙32。反电极30接地于火花塞24外部的金属外壳34。金属外壳34具有螺纹部分36以旋入气缸26的顶部开口（见图1）。密封垫38将火花塞24密封到气缸26。

陶瓷绝缘体40环绕中心电极28而将中心电极28与火花塞24的其他部分电隔离，因此当在中心电极28和反电极30之间建立预定电压时，电流将仅通过间隙32而离开中心电极28，从而在间隙32中制造出火花。然而，如果油、水或碎屑位于间隙32中，中心电极28和反电极30之间的压差将会上升到超过了用于在间隙32中制造电火花的电压的水平。该压差可以超过陶瓷绝缘体40的介电强度。在典型的火花塞中，这能够导致一部分靠近电极28尖端的陶瓷绝缘体成为碎片，潜在地损坏气缸26并增加燃油消耗。

火花塞24被构造为在电极28、30之间发生不期望的高电压时，防止陶瓷碎片。火花塞24配备了电压释放零件42，其控制着电压水平，在该电压水平将超额电压从火花塞24释放并且还控制在火花塞内释放超额电压的位置。有几种可选的电压释放零件42的实施例，它们将实现这些目标。在一个实施例中电压释放零件42是压敏电阻，其被设计为在预定的电压水平具有电阻变化而从中心电极28释放超额电压。电子领域技术人员都能很好地理解，压敏电阻是依赖电压的电阻，其分流由高压产生的电流。在一定电压范围内，压敏电阻具有高电阻并引导相对较小的电流。然而在预定的更高电压下，压敏电阻将具有相对较低的电阻并允许明显增加的电流流过压敏电阻42而在金属外壳34处接地，这样释放了中心电极28的超额电压。一种已知类型可用的压敏电阻是金属氧化物压敏电阻。压敏电阻被设计为在预定电压下（例如30kV）导致电阻变化。该预定电压被选定为在陶瓷绝缘体40的介电强度以下，因此电压在绝缘体40的任何击穿和击碎之前被释放。

可选地，电压释放零件42可以陶瓷绝缘体40的一部分（例如第二部分），其被构造为比陶瓷绝缘体40的其他部分来说（例如第一部分）具有更低的介电强度。这可以通过设计电压释放零件为比陶瓷绝缘体的其他部分具有更多的气泡而实现，从而电压释放零件比绝缘体40的其他部分将具有更好的导电性，以此在绝缘体40的任何部分击穿之前释放超额电压。可选地，电压释放零件40可以是绝缘体40的一部分，其比绝缘体40的其他部分具有导电性更好的材料粒子（即比绝缘体40的其他部分具有更低的介电强度），例如通过添加半导体粒子实现并因此从中心电极28释放电压。图2中，能够明显地看到电压释放零件42位于被陶瓷绝缘体40的其他部分和金属外壳34包围的位置。这样，电压的释放被控制在火花塞24内部的位置，使得不允许陶瓷碎片进入气缸26，如果在本实施例中形成电压释放零件42陶瓷材料的部分被击穿的话。

参考图3，描述了火花塞124中电压释放零件142的另一个实施例。火花塞124包括的很多部件，火花塞124的与在图2示出和描述的火花塞24中的相同的部件采用了相同的附图标记。电压释放零件142是陶瓷绝缘体140的减薄部分。陶瓷绝缘体140围绕着中心电极32。减薄部分的厚度t被构造为与电压间隙32相比在预定电压下击穿，这样来阻止陶瓷绝缘体140在其他位置击穿，例如在间隙32处的电极尖端的附近。相应地，陶瓷碎片无法进入发动机气缸26内部。当火花塞间隙32增加，预定电压和相应的厚度t也增加从而避免陶瓷碎片的风险。图6中明显地看到电压释放零件142是绝缘体的一小部分，如此绝缘体仅在局部地被变窄。电压释放零件142可以是绝缘体材料的塞子，其具有插入绝缘体140其他部分的减薄部分，或者绝缘体140可以是一个整体的部件，其具有机械加工的、成形的或者以其它方式提供的减薄部分。

可选地，图7中示出了火花塞124A的另一个实施例。火花塞124A具有电压释放零件142A，其为环绕着绝缘体140A的减薄部分。绝缘体140A比起绝缘体140将在更低的电压水平释放电压，并具有更弱的机械强度。图6中的绝缘体140具有接近于无电压释放零件绝缘体的机械强度。

参考图4，描述了另一个实施例的车辆点火系统210。车辆点火系统210包括的很多部件，与在图1中车辆点火系统10示出和描述的相同的部件采用了相同的附图标记。车辆点火系统210使用常规的火花塞244，其与图1和图2中的火花塞24相似，不同的是在陶瓷绝缘体中没有电压释放零件。相反，电压释放零件242被置于点火线圈组件212中。特别地，专用的电压释放零件以压敏电阻的形式可操作地连接于第二线圈20以控制进入各个火花塞线22和火花塞224的电流，从而阻止超额电流，否则的话该超额电流将被由在相应的火花塞间隙中的油、水或碎屑所引起的火花塞224中的大电压差引导。压敏电阻可以是任何类型的压敏电阻，例如金属氧化物压敏电阻。

参考图5，描述了另一个实施例的车辆点火系统310。车辆点火系统310包括的很多部件，与在图1中车辆点火系统10示出和描述的相同的部件采用了相同的附图标记。车辆点火系统310使用常规的火花塞344，其与图1和图2中的火花塞24相似，不同的是在陶瓷绝缘体中没有电压释放零件。相反，电压释放零件342被置于点火线圈组件212中。特别地，专用的电压释放零件以压敏电阻的形式可操作地连接于火花塞线322以控制进入各个火花塞324的电流，从而阻止超额电流，否则的话该超额电流将被由在相应的火花塞间隙中的油、水或碎屑所引起的火花塞224中的大电压差引导。压敏电阻可以是任意类型的压敏电阻，例如金属氧化物压敏电阻。

实施本发明的最好方式已经详细进行了说明，与本发明技术领域相关的技术人员将会在本发明权利要求的范围内实现用于实际应用的各种可选设计和实施例。

Claims (10)

1.一种车辆点火系统，包括：

具有电极的火花塞；以及

电压释放零件，其可操作地连接于所述电极并可操作以在预定电压下从所述电极释放电流。

2.根据权利要求1所述的车辆点火系统，其中所述火花塞具有围绕所述电极的绝缘体；并且其中所述电压释放零件是压敏电阻，该压敏电阻被构造为在低于所述绝缘体介电强度的预定电压下释放电流。

3.根据权利要求2所述的车辆点火系统，其中所述电压释放零件被置于所述绝缘体内。

4.根据权利要求2所述的车辆点火系统，其中所述车辆点火系统具有点火线圈组件，该点火线圈组件可操作以在火花塞上产生电压，并且其中所述电压释放零件被置于所述点火线圈组件中。

5.根据权利要求2所述的车辆点火系统，其中所述车辆点火系统具有点火线圈和火花塞线，火花塞线从所述点火线圈引至所述火花塞；并且其中所述电压释放零件被置于所述火花塞线中。

6.根据权利要求1所述的车辆点火系统，其中所述火花塞具有绝缘体并且所述电压释放零件是所述绝缘体中的减薄部分。

7.根据权利要求1所述的车辆点火系统，其中所述火花塞具有绝缘体，该绝缘体具有第一部分和第二部分，第一部分的特征是具有第一介电强度的陶瓷属性，第二部分的特征是具有低于第一介电强度的第二介电强度的陶瓷属性；并且其中所述电压释放零件是所述第二部分。

8.一种车辆点火系统，包括：

火花塞，其具有

电极；

陶瓷绝缘体，其环绕所述电极；以及

电压释放零件，其在所述陶瓷绝缘体内并可操作以在预定电压下从所述电极释放电流。

9.根据权利要求8所述的车辆点火系统，其中所述电压释放零件是所述绝缘体的减薄部分。

10.一种火花塞，包括：

第一电极；

绝缘体，其环绕所述第一电极；

第二电极，与所述第一电极间隔开而限定了间隙；以及

电压释放零件，其在所述绝缘体内并可操作以当在所述间隙内有物体时在预定电压下从所述电极释放电流。

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