CN102255247A - 高频点火装置及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产通过电晕放电来点燃内燃机中的燃料的高频点火装置的方法，其中由包围了绝缘体(1)的外导体(3)和设置在绝缘体(1)的通道中且与点火电极(2)相连的内导体形成了电容器，该方法包括步骤：将导电性填充材料(4)注入到通道中，并且在整个通道中沿着由外导体(3)包围的整个长度将绝缘体(1)润湿。本发明还涉及一种高频点火装置，其中通道由导电性填充材料(4)所填充，该导电性填充材料包围了形成内导体的至少一部分的至少一个导体件(2a，5a)。

Description

高频点火装置及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产使用电晕放电来点燃燃料的高频点火装置的方法，以及一种高频点火装置。

背景技术

从EP 1515594A2中得知了一种用于通过电晕放电来点燃内燃机中的燃料的高频点火装置的生产方法，其中由包围了绝缘体的外导体和设置在绝缘体的通道中且与点火电极相连的内导体形成了电容器，以及相应的高频点火装置。

为了点燃发动机中的可燃气体混合物，使用适当的电路如高频振荡电路来激发这种高频点火装置的点火电极。结果会产生高频的高电压，在发动机的燃烧室中形成等离子体，并因此引发点燃。在WO2010/011838A1和WO 2004/063560A1中描述了通过电晕放电来在发动机中点燃可燃气体混合物的细节，这两篇文献均通过引用结合到本申请中。

用于产生高频交流电压的电路的一部分是电容器，其电介质由包围了与点火电极连接的内导体的绝缘体来形成。

高频点火装置是传统火花塞的替代物，火花塞使用电弧放电来引发点燃，并且会承受由电极腐蚀所引起的严重损耗。高频点火装置具有能达到更长服务寿命的潜能，然而这尚未发生。其原因是，已经证明在运行期间，典型地在至少1MHz的频率和几千伏、例如50kV到500kV的电压下，该介电强度似有问题。电压过载和局部放电经常导致高频装置过早地失效。

发明内容

因此，本发明所要解决的问题是提供一种能提高高频点火装置的服务寿命的方法。

此问题通过如下所述的高频点火装置的生产方法和高频点火装置得到了解决。

一方面，本发明提供了一种用于生产通过电晕放电来点燃内燃机中的燃料的高频点火装置的方法，其中由包围了绝缘体的外导体和设置在绝缘体的通道中且与点火电极相连的内导体形成了电容器，该方法包括步骤：将导电性填充材料注入到通道中，并且在整个通道中沿着由外导体包围的整个长度将绝缘体润湿。

另一方面，本发明提供了一种用于通过电晕放电来点燃内燃机中的燃料的高频点火装置，包括：点火电极；安装有点火电极的绝缘体，其具有其中布置了与点火电极相连的内导体的连续通道；以及包围了绝缘体并与内导体的一部分相结合地形成了电容器的外导体；其特征在于，通道由导电性填充材料所填充，该填充材料包围了形成内导体的至少一部分的至少一个导体件。

本发明的有益改进形成了从属权利要求的主题。

令人惊讶的是，通过在绝缘体的通道中放置导电性填充材料可显著地提高介电强度，该导电性填充材料沿着被外导体包围的整个长度润湿了通道。因此，在至少绝缘体中的被外导体包围的纵向部分上，绝缘体的内表面被填充材料润湿。在绝缘体的延伸到外导体之外的部分中，通道也可以被填充材料润湿，但是这不是必须的。

典型地设计为孔的通道的内壁可由填充材料完全润湿。填充材料与包围了绝缘体的导体相结合地形成了具有高度均匀电场的电容器。根据本发明，可以在很大程度上阻止会导致故障或局部放电的局部场峰。因此，通过导电性填充材料对绝缘体内侧的无缝式润湿带来了高频点火装置的提高的介电强度。

导电性填充材料例如可为陶瓷灰泥或导电性粘合剂。熔融金属也可用作填充材料，特别是软焊料或优选地为通过导电性添加剂如金属颗粒或碳颗粒而制成为导电性的玻璃。可将例如为糊状的或流体的填充材料注入到通道中。然而也可将流体的导电性填充材料与会随后融化的粉末一起注入到通道中。特别是，可通过这种粉末形式的方式将玻璃或金属注入到通道中。在填充材料例如通过冷却糊状体或流体或者通过化学反应固化而被硬化之前，可将形成了至少一部分内导体的导体压入到通道中。

硬化步骤可在以粉末形式注入的填充材料的熔化之前进行，因此，通过熔化形成的流体可通过冷却而随后硬化。

可将导体从靠近燃烧室的端部、即高频点火装置的包含点火电极的端部，或者从与之相反的端部压入到通道中。压入到通道中的导体优选为销。然而基本上来说，所压入的导体可以是很短的，并且特别是具有比其厚度更小的长度。

在根据本发明的点火装置中，导电性填充材料注入到通道中，并且包围了至少一个金属导体件，优选为至少一个销。填充材料至少在由外侧导体包围了绝缘体的区域中润湿了绝缘体的内侧，并因此可阻止会降低由绝缘体形成的电容器的击穿强度的电压峰。因此，根据本发明的高频点火装置具有更长的服务寿命。

填充材料可沿着导体件的整个长度或其一部分长度包围了导体件。导体件可以是长得足以延伸穿过绝缘体的销。然而导体件也可以比通道更短，并且仅形成内导体的一个子部分。另一子部分可由填充材料和/或在相反端部处插入到通道中的导体来形成。

根据本发明的一项有益改进，延伸到外导体之外的通道的端部部分包括充气的环形空间。这种环形空间能够有利地补偿填充量的误差。绝缘体中的由导体包围并因此形成电容器的电介质的部分对于与绝缘体相结合地形成的电容器的击穿强度来说是最重要的。通道中的未润湿端部最多只会稍微降低击穿强度，但其显著地简化了导电填充材料的填充，因为就分配填充量而言其允许更大的误差。充气环形空间优选不被外导体所包围，并因此整个地位于绝缘体的延伸到外导体之外的部分中。可在绝缘体的燃烧室侧的端部或在绝缘体的与燃烧室相反的端部上提供充气环形空间。优选地，充气环形空间在绝缘体的与燃烧室相反的端部处被为其屏蔽了电磁场的屏蔽帽所封闭。

导体件和封闭通道内壁之间的处于充气环形空间中的距离优选大于其处于在其中导体被填充材料所包围的填充通道部分中的距离。特别优选的是，充气环形空间位于加宽的通道部分中。然而通过将导体的截面设计为更窄，也可获得增加的距离。

根据本发明的另一有益改进，填充材料润湿了通道的导电性罩盖。该罩盖例如可为盘状，其位于绝缘体上并且遮盖了通道。罩盖优选为导体件中的延伸到通道内的部分。有利地，导体件借助于包括与通道的纵向形成一定角度的配合面的一部分来形成罩盖。配合面例如可为圆锥形。通道可相对应地在某点处为收窄，并且因此绝缘体可具有相应的配合面。然而，例如由于导体包括以阶梯方式加宽且承靠在绝缘体的肩部或端面上的部分，因此封闭了通道的导体件的一部分通过其而靠在绝缘体上的表面也可垂直于通道的纵向延伸。

导电性罩盖使得简化了根据本发明的高频点火装置的生产，这是由于首先，通道在一个端部处由板件或插入到通道中的导体所封闭，随后将填充材料注入到通道中，并且接着在通道的另一端处将导体件压入到填充材料中。如果将导体件仅插入到通道的一端中，可在加入填充材料后将导体件压入，或可首先将导体件插入到通道中，接着用填充材料对包围了导体件的环形空间进行填充。通过提供作为延伸到通道中的导体件的一部分的罩盖，可获得填充材料与导电性罩盖的连接，这在电学和机械方面是特别有利的。优选地，将包括罩盖的导体件插入到通道中，添加填充材料，并随后将第二导体件插入到通道的另一端部。

根据本发明的高频点火装置的点火电极可设计为在导体的伸出到通道之外的一个端部上的点火尖端。然而，点火电极优选设计为板。这种点火电极覆盖了更大的面积，优选为绝缘体的端面的一部分。点火电极尤其可用于封闭通道。

优选地，与外导体相结合地形成了电容器的内导体部分由至少为其直径的五分之一、优选为至少四分之一的导电性填充物组成。内导体在整体上由沿其一部分长度的填充材料构成。延伸到通道中的导体件也可形成内导体的一部分，但是不能过厚，以保证填充材料可容易地填充导体件和绝缘体之间的剩余环形空间。在与外导体相结合地形成电容器的内导体部分中，填充材料优选应具有至少1毫米、优选至少2毫米的厚度。

外导体优选设计为金属套筒，然而它例如也可设计为绝缘体的导电性涂层。绝缘体优选具有由例如由金属或导电陶瓷组成的导电性涂层，其额外地由金属套筒所包围。

附图说明

下面将利用实施例并参阅附图来说明本发明的进一步细节和优点。相同或相似的部件采用相同的附图标记来标示。在图中：

图1是根据本发明的高频点火装置的一个实施例的纵视图；

图2是另一实施例的纵视图；

图3是另一实施例的纵视图；

图4是另一实施例的纵视图；和

图5是另一实施例的纵视图。

具体实施方式

在图1中示例性示出的高频点火装置包括绝缘体1，其在一个端部上具有点火电极2，并且在其一部分长度上被外导体3所包围。优选为孔的通道在绝缘体1中延伸并包含有内导体，该内导体在所示实施例中由导电性填充材料4和插入到该通道的两个端部中的导体件2a，5a形成。

外导体3与内导体相结合而形成了电容器，其电介质为绝缘体1。电容器是未示出的用于产生高频交流电压的电路的一部分。该电路中的其它元件可安装到未示出的延伸到图1所示高频点火装置之外的壳体中。

为了生产所示的高频点火装置，使用导电的、优选为金属的罩盖5b来封闭通道的一个端部。在所示实施例中，罩盖设计为插入到绝缘体1内的导体件5a的加宽盖部。尽管延伸到通道中因会导致更好的结合而是有利的，但这不是必须的。因此，例如罩盖5b也可设计为盘状体。

随后将导电性填充材料4注入到通道中。可以添加糊状或流体如导电性粘合剂、化合物或灰泥形式的填充材料4。也可以加入粉末形式的填充材料4，例如金属粉末或者玻璃和碳颗粒或金属颗粒的混合物，并且随后将其熔化。

一旦将流体填充材料4装入到通道中，就将在其端部上包括点火电极2的导体件2a压入到通道中。然后通过润湿了通道和罩盖5b的内侧的填充材料4来将导体件2a与导体件5a封闭在通道中。在导体件2a和5a之间内导体由填充材料4形成。

向里压导体件2a会导致流体填充材料4发生位移，并且进入到通道中的优选为加宽的端部部分中。通道的该端部部分包括充气的环形空间6。充气环形空间6的尺寸取决于所加入填充材料4的量而变化。因此，通道的端部部分可充当填充量误差的容量控制。

在所示实施例中，点火电极2覆盖了通道的一个端部。点火电极2可设计为例如安装在导体件2a上的板。作为替代，点火电极2例如也可设计为点火嘴。

图2显示了与上述实施例不同的另一实施例，主要的不同点仅在于充气环形空间6位于通道的背离点火电极2的端部，即与燃烧室相反的端部上。与此相反，在图1所示的实施例中，充气环形空间6位于通道的另一端部上，即点火电极2处。

在图2所示的实施例中，在绝缘体1的与燃烧室相反的端部上安装了屏蔽帽7。屏蔽帽7为充气环形空间6提供了电磁屏蔽。

在图3中显示了高频点火装置的另一实施例。在此实施例中，仅有一个导体2a插入到绝缘体1的通道中。导体件2a为比该通道更长的销。在所示实施例中，插入到通道中的导体件2a从板式点火电极2处向外延伸。然而也可以将相应长度的导体件2a插入到绝缘体1中的与燃烧室相反的端部中，因此导体件2a在靠近燃烧室的端部处延伸到绝缘体1之外。向外延伸的端部于是可形成点火电极2。

如果仅将一个导体件2a插入到绝缘体1的通道中，那么可这样生产高频点火装置，首先将导体件2a插入到绝缘体1中，其中安装到导体件2a中的罩盖、即所示实施例中的点火电极2封闭了通道的一个端部。接着将流体填充材料4注入到通道中，因此包围了导体件2a的环形空间6被导电性填充材料4所填充。然而也可以首先用流体的、但为粘性的填充材料、例如导电性化合物或灰泥来填充通道，接着将导体件2a压入到通道中。

图4显示了与图1所示实施例在很大程度上相符的另一实施例。主要的不同在于，在不同的端部处插入到绝缘体1的通道中的两个导体件2a，5a相互接触。为了提高两个导体件2a，5a之间的电气和机械接触，可将它们相互间插入，如图4所示。为此，两个导体件2a，5a中的一个可包含供另一导体的狭窄部分接合到其中的狭缝，例如就像沟槽-弹簧连接一样。也可以使两个导体件中的一个包含供另一导体的狭窄部分接合到其中的孔。

在图5中显示了高频点火装置的另一实施例。在此实施例中，通道的罩盖由插入到通道中的导体件2a的加厚区2b形成。这一加厚区形成了靠在绝缘体1内部的配合面上的配合面。在所示实施例中，罩盖2b的该配合面为锥形的，并且靠在通道的锥形部分的内壁上。

附图标记列表

1绝缘体；2点火电极；2a导体件；2b罩盖；3外导体；4填充材料；5a导体件；5b罩盖；6环形空间；7屏蔽帽。

Claims (14)

1.一种用于生产通过电晕放电来点燃内燃机中的燃料的高频点火装置的方法，其中由包围了绝缘体(1)的外导体(3)和设置在所述绝缘体(1)的通道中且与点火电极(2)相连的内导体形成了电容器，

所述方法包括步骤：将导电性填充材料(4)注入到所述通道中，并且在整个通道中沿着由所述外导体(3)包围的整个长度将所述绝缘体(1)润湿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将导体件(2a，5a)压入到所述填充材料(4)中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述通道的端部部分中存留有充气的环形空间。

4.一种用于通过电晕放电来点燃内燃机中的燃料的高频点火装置，包括：

点火电极(2)，

安装有所述点火电极(2)的绝缘体(1)，所述绝缘体(1)具有其中布置了与所述点火电极(2)相连的内导体的连续通道，和

包围了所述绝缘体(1)并与所述内导体的一部分相结合地形成了电容器的外导体(3)，

其特征在于，所述通道由导电性填充材料(4)所填充，所述导电性填充材料包围了形成所述内导体的至少一部分的至少一个导体件(2a，5a)。

5.根据权利要求4所述的高频点火装置，其特征在于，所述通道的一个端部部分包括充气的环形空间(6)。

6.根据权利要求5所述的高频点火装置，其特征在于，所述导体件(2a，5a)在所述充气环形空间(6)中具有缩小的直径。

7.根据权利要求5或6所述的高频点火装置，其特征在于，所述充气环形空间(6)布置在所述通道中的加宽的端部部分内。

8.根据权利要求5到7中任一项所述的高频点火装置，其特征在于，所述充气环形空间(6)由屏蔽帽(7)封闭。

9.根据权利要求4到7中任一项所述的高频点火装置，其特征在于，所述填充材料(4)粘附在所述通道的导电性罩盖(2b，5b)上。

10.根据权利要求4到9中任一项所述的高频点火装置，其特征在于，所述罩盖(5b)包括与所述通道的纵向形成角度的配合面。

11.根据权利要求4到10中任一项所述的高频点火装置，其特征在于，所述罩盖(5b)是导体(5a)的延伸到所述通道中的一部分。

12.根据权利要求4到11中任一项所述的高频点火装置，其特征在于，所述导体件(5a)是从所述点火电极(2)处向外延伸的销。

13.根据权利要求4到12中任一项所述的高频点火装置，其特征在于，所述填充材料(4)是所述内导体的一个纵向部分。

14.根据权利要求4到13中任一项所述的高频点火装置，其特征在于，所述内导体的另一部分由在另一端部处插入到所述通道中的第二导体件(2a，5a)形成。

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