CN102656759A - 用于内燃机的火花点火装置及其中心电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火花点火装置（10），其包括陶瓷绝缘体（12），金属外壳（13）围绕所述陶瓷绝缘体的至少一部分。接地电极（30）与所述外壳连接。所述接地电极具有通过火花间隙（34）与中心点火尖端（22）间隔开的接地电极点火尖端。第一接线端（82）与中心点火尖端（22）电连接且用于与电源电连接。该装置进一步包括用于与电源电连接的第二接线端（84）。第二接线端与第一接线端间隔开且与第一接线端电连接。加热元件（24）使第一接线端（82）与第二接线端（84）电连接，并且形成完整电路。加热元件（24）具有大于第一接线端和第二接线端的电阻，从而产生大量热源。

Description

用于内燃机的火花点火装置及其中心电极组件

技术领域

本发明涉及用于内燃机的火花点火装置，例如火花塞，具体涉及具有加热元件的火花点火装置。

背景技术

在用于内燃机的点火装置的结构中，例如在火花塞的结构中，通常需要平衡地选择火花塞运行的运行温度范围。一方面，如果所选温度过高，通常将会缩短火花塞的寿命并且最终缩短发动机部件的寿命。另一方面，如果所选温度过低，由于碳沉积在火花塞的绝缘体上，火花塞可能容易被污染，从而导致性能降低并最终导致火花塞失效。因此，通常试图设计在不会显著影响火花塞或发动机部件使用寿命的最高温度下运行的火花塞。然而，这种选择具有潜在的负面后果，即这些火花塞通常不能在较冷的运行条件下最佳地运行。

例如图1的现有技术所示的传统火花塞，通常具有用于与高压电源连接的接线端1。高压依次经过接线端以及一个或多个中间部件到达中心电极2。高压通过绝缘体4与金属外壳3绝缘。一旦充足的高压到达中心电极，火花穿过火花间隙6从中心电极跳到接地电极5，从而点燃可燃气体。然后，高压电流经过金属外壳3的螺纹区域7和底座8流向由发动机体（未示出）提供的基体，该螺纹区域7和底座8与发动机体接触。

在持续使用上述传统火花塞的过程中，可能在绝缘体芯顶的裸露外表面9上累积污染物，该污染物可以为电流从中心电极2的流动提供可选路径。于是，电流直接从中心电极2跳到外壳3上，而不是由电流产生穿过间隙6的火花。这最终导致不完全燃烧和火花塞失效。已经通过增加芯顶长度作出努力，以便克服污染物在芯顶的外表面9上的累积，从而减少污染。增加的芯顶长度将芯顶暴露到燃烧室中的高运行温度中，从而使得芯顶的运行温度升高。增加的芯顶长度还增加了高压必须经过的距离，从而更耐污染。然而，增加芯顶长度不是没有弊端的。通过将芯顶尖端延伸靠近燃烧室中的高温，被加热的芯顶尖端可能不经意地引起燃烧室中燃烧气体的先期点火。此外，由于中心电极必须延伸越过延长的芯顶尖端，可能加速中心电极的磨损。于是，需要作出进一步的努力以便在超出预期运行温度范围的情况下为火花塞提供最优性能，同时优化火花塞和相关发动机部件的使用寿命。

发明内容

根据本发明一个方面构造的火花点火装置，包括沿着中心轴延伸的管状陶瓷绝缘体，金属外壳围绕所述陶瓷绝缘体的至少一部分。进一步地，接地电极与所述外壳有效地连接，该接地电极具有接地电极点火尖端。更进一步地，该装置具有中心点火尖端，其中中心点火尖端和接地电极点火尖端形成火花间隙。第一接线端与中心点火尖端电连接且用于与电源电连接。该装置进一步包括用于与电源电连接的第二接线端。第二接线端与第一接线端间隔开且与第一接线端电连接。进一步地，加热元件使第一接线端与第二接线端电连接，并且在第一接线端与第二接线端之间形成完整电路，其中加热元件具有大于第一接线端和第二接线端的电阻。

根据本发明的另一方面，提供一种用于火花点火装置的中心电极组件。该中心电极组件包括第一接线端和第二接线端，第一接线端用于与电源电连接，第二接线端与第一接线端间隔开且与第一接线端电连接，并且用于与电源电连接。进一步地，加热元件使第一接线端与第二接线端电连接，并且在第一接线端与第二接线端之间形成完整电路。

附图说明

结合下列目前优选实施例和最佳实施方式的具体描述、所附权利要求以及附图进行考虑，本发明的上述及其他方面、特征和优点将会更加容易理解，其中:

图1是一种现有技术点火装置的截视立面图；

图2是根据本发明一个方面构造的具有加热元件的点火装置的截视立面图；

图2A是在图2的环绕区域2A中得到的局部截视立面图，该图示出根据本发明另一方面构造的点火装置的点火端；

图3是根据本发明另一方面构造的点火装置加热元件的截视立面图；

图4是根据本发明又一方面构造的点火装置加热元件的截视立面图；

图5是根据本发明又一方面构造的点火装置加热元件的截视立面图;

图6是根据本发明又一方面构造的具有加热元件的点火装置的截视立面图；

图6A是在图6的环绕区域6A中得到的局部截视立面图，该图示出根据本发明又一方面构造的点火装置的点火端；

图7是根据本发明又一方面构造的具有加热元件的点火装置的截视立面图；以及

图8是根据本发明又一方面构造的具有加热元件的点火装置的截视立面图。

具体实施方式

更详细地参阅附图，图2示出根据本发明一个目前优选方面构造的用于点燃内燃机（未示出）中的燃料/空气混合物的火花点火装置10。典型火花点火装置10示出为火花塞形式，但是本发明将例如电热塞的其它点火装置包含在权利要求范围内。装置10包括环形陶瓷绝缘体12，该绝缘体12由氧化铝或其它合适的电绝缘材料构成。绝缘体12至少部分地保持在导电的金属外壳13中。绝缘体12具有沿着中心轴15在相对端之间轴向延伸的中心通道14，此后将该相对端称为上终端16和下芯端或芯顶端18。附图标记19代表的中心电极组件至少部分地设置在中心通道14中。中心电极组件19至少部分地包括中心电极20、点火尖端22和加热元件24，加热元件24设置在中心电极20与点火尖端24之间。加热元件24与芯顶端18相邻且位于绝缘体12的锥形芯顶区域26中。由于加热元件24具有相对中心电极20和点火尖端22更高的电阻率，导致加热元件24在使用过程中温度升高。因此，与燃烧热无关的、基本由加热元件24产生的热量恰恰能够在芯顶区域26的所需范围内传递以便抑制污染物在芯顶区域26的裸露外表面28上累积，从而防止装置10被“污染”。

金属外壳13围绕绝缘体12的下部和中部密封地设置，并且可以由例如各种钢合金的任意合适的金属构成并且可以覆有镍基合金涂层等。外壳13包括至少一个接地电极30，该接地电极30可以具有多种形状、尺寸和构形，例如附图所示的标准单一L形构形。接地电极30具有至少一个接地电极火花表面32，该接地电极火花表面32与点火尖端22的火花表面36跨越火花间隙34间隔开。至少一个火花表面32、36可以至少部分地选自由铂、铱、钯、铑、锇、金和银构成的组中的至少一种贵金属构成，并且可以包括其中多种贵金属的组合（例如各种形式的Pt-Ir合金）。火花表面32、36还可以包括选自由钨、钇、镧、钌和锆构成的组中的一种或多种金属作为合金组分。

外壳13具有大体管状的本体38，本体38带有大体环形且在上终端42和下紧固端43之间延伸的外表面40。紧固端43通常具有外螺纹区域44，该外螺纹区域44用于在发动机体（未示出）的燃烧室开口中形成螺纹连接。外壳13可以设有外六角工具容置元件46或者用于在燃烧室开口中移除和安装火花点火装置10的其它特征。外壳13还具有从外表面40径向向外延伸的环形凸缘48以提供环形且大体平坦的密封座49，该密封座49大体垂直于轴15延伸，螺纹区域44从密封座49下垂。密封座49在外壳13的外表面40和燃烧室开口中的螺纹孔之间的空间形成热气紧密封。可替换地，可以与密封座49结合使用垫圈（未示出）和/或密封座49可以设置为锥形座（未示出）以在气缸盖中形成紧公差和自密封安装，该气缸盖也设有与这种火花塞座配合的锥形部。

管状外壳本体38具有形成开放式型腔53的内壁或内表面52，型腔53在终端和紧固端42、43之间延伸穿过外壳长度。内部的下凸缘54从邻近紧固端43的内表面52径向向内延伸以便为绝缘体12提供限位表面。内表面52具有邻近终端42的扩大直径区域56以容纳绝缘体12的扩大部分。于是，环形肩部57从扩大直径区域56径向向内延伸至缩小直径区域58。扩大直径区域56从肩部57向上延伸大体直至终端42且具有大体直的、圆柱形且恒定的直径。在卷边或卷曲工艺中，外壳本体38的上唇部60被径向向内卷曲以将绝缘体12保持在外壳13中。也可以在唇部60和绝缘体14之间设置垫圈、接合剂或其它填充或密封化合物以完善气密密封且改善组装后的火花点火装置10的结构完整性，并且进一步地，可以在下凸缘54和下肩部68之间设置垫圈61。

绝缘体12，可以包括氧化铝或其它具有指定介电强度、高机械强度、高热导率以及优良耐热冲击性的合适的电绝缘材料，可以由绿色状态的陶瓷粉末压制成型，然后在足以使陶瓷粉末致密和熔结的高温下烧结。绝缘体12具有细长本体62，细长本体62带有在上终端或近端16和下芯顶端或远端18之间的环形外表面64。本体62具有带有大直径环形上肩部66和小直径环形下肩部68的下部。上杆部69从上肩部66向上延伸，橡胶或其它绝缘火花塞罩（未示出）围绕且夹持上杆部69以便其与点火线和系统（未示出）的电气连接保持电气隔离开。杆部69可以包括一系列肋条（未示出）或其它表面釉料或结构以提供对火花或二次电压飞弧的额外防护，且改善火花塞罩对杆部69的夹持作用。缩小直径顶部或芯顶区域26从下肩部68垂到远端18。芯顶区域26通常具有略朝远端18收敛的锥形，然而，包括直的圆柱形的其它构形也包含在此。

绝缘体12具有大体环形的管状结构，且具有在上近端16和下远端18之间纵向延伸的中心通道14。中心通道14在此示为具有变化的垂直于轴15的截面积，且带有从大体邻近芯顶区域26向上延伸到近端16的扩大直径区域70，以及从扩大直径区域70延伸到远端18的缩小直径区域71，环形肩部72在各区域70、71之间大体径向延伸。

中心电极组件19的中心电极20可以具有任意合适的外部形状，作为示例而非限制，此处示为具有带有圆柱形或大体圆柱形的外表面74的本体以及向着终端75的扩大直径头部78径向向外的弧形结构或锥部，外表面74大体在上终端75和下远端76之间延伸。环形头部78有利于在绝缘体12中向着肩部72放置并密封终端75。中心电极本体具有管状结构，并因此具有由在终端和远端75、76之间延伸的外管壁80形成的中心通道79。中心电极20由具有良好的导热性、导电性以及燃烧环境耐受性的任意合适的导体材料构成，例如各种Ni和Ni基合金，并且还可以包括将这些材料涂覆于例如Cu或Cu基合金的芯上。

中心电极组件19包括第一接线端82和第二接线端84，第一接线端也称为中心接线端或内部接线端，第二接线端也称为外部接线端。如图2的实施例所示，作为示例而非限制，第二接线端84至少部分地由管状本体86构成，该管状本体86具有大体圆柱形的壁以形成内部的中心通道88，该中心通道88在近端或终端89和远端90之间延伸。管状本体86具有外表面92，外表面92的尺寸适于在绝缘体12的通道14中形成间隙配合。因此，在外表面92和绝缘体12之间形成环形凹槽或空腔93。为了便于将包括第一接线端82和中心电极20在内的中心电极组件19保持和固定在绝缘体12的通道14中，密封柱94被设置在空腔93中，从而填充或大体填充该空腔并将中心电极组件19固定于绝缘体12中。作为示例而非限制，密封柱94可以由夯实的粉末、玻璃、陶瓷或其它导热但不导电的合适材料提供。进一步地，示出邻近远端90的外表面的尺寸适于在邻近中心电极20的头部78的通道79中形成线对线或略紧配合，以便在第一接线端82和中心电极20之间形成良好的导电性。可采用任意连接机构以将第一接线端82的远端90固定于中心电极的终端75，例如硬钎焊、熔焊、过盈配合、粘合等。于是，在该实施例中，中心电极20相当于第一接线端82的延伸部。

在该实施例中，点火尖端22示出为由与中心电极20分开的材料构成。点火尖端22通过加热元件24与中心电极20电连接，并因此与第二接线端84电连接。点火尖端22可以由具有良好导热性和导电性的任意合适的点火尖端材料构成，也可以由与中心电极20相同或不同的材料构成。在该实施例中，点火尖端22由与第一接线端82一体或整体的材料构成，然而若有需要它们也可以由分开的材料构成，例如图2A所示，其中加撇的数字用于指示上述相似特征。进一步地，若有需要，它们可以由不同的材料构成。如上所述，点火尖端22具有火花表面36，火花表面36与接地电极火花表面32通过火花间隙34间隔开。

加热元件24具有带有通道95的环形本体，通道95的尺寸适于与第一接线端82形成间隙配合。作为示例而非限制，示出加热元件24具有与中心电极20的管壁80相同或大体相同的壁厚和直径。通过软钎焊、硬钎焊、熔焊、粘合或其它导电连接机构，加热元件24的一端与中心电极20的远端76连接，而加热元件24的另一端与点火尖端22的外缘连接。加热元件24位于芯顶区域26中，并且此处示为大体或直接与芯顶端18相邻。加热元件24由具有与中心电极20和点火尖端22相比更高电阻率的材料构成，以确保加热元件24被充分加热，从而确保期望的电加热发生在芯顶区域26中。例如，被认为最适合用于加热元件24的电阻率在约0.75至20欧姆·厘米（ohm*cm）范围内，这可以由例如碳化硅或碳化硼或类似材料提供，例如添加有基于钼或钛的电阻改进剂的氮化硅。通过改变加热元件24的几何形状和/或通过改变所用的电流/电压，加热元件24的电阻率可以超出上述具体范围之外。

第一接线端82示出为由与点火尖端22一体或整体的材料构成。第一接线端82从点火尖端22向上延伸经过加热元件24的通道95、经过中心电极20的通道79并经过第二接线端84的通道88直到轴向露出的终端96。第一接线端82以间隔的形式延伸经过上述通道95、79、88以便形成沿着第一接线端82总长度延伸的空腔或环形空间97，从而保持第一接线端82不与对应的部件24、20、84电接触。空间97可以由例如氧化铝或氧化镁粉末的导热但不导电的材料填充或大体填充，以便增加中心电极组件19整体的热导率。由此形成完整电路，该电路依次串联经过第一接线端82，然后经过中心电极20，然后经过加热元件24，然后经过点火尖端22，然后经过第二接线端84。

在使用过程中，相对低压的电源（例如12V，未示出）分别与第一和第二接线端82、84的终端96、89相连。电流沿着上述路径流动，因此合适的电流使得越过火花间隙34产生火花。此外，例如约10安培或更少的电流使得加热元件24不依赖于燃烧热而被“自加热”，因此，加热元件24的温度充分上升且足以使得绝缘体12的芯顶区域26的温度上升。于是，芯顶区域26的裸露外表面28被充分加热以抑制污染物在其上累积，从而防止“污染”且延长火花点火装置10的使用寿命。

如图3所示，其中与前面所用相差100的相同附图标记用于指示相似特征，根据本发明的另一方面构成中心电极组件119。中心电极组件119可以与上述相同或相似的绝缘体12和外壳13一起使用，因此没有对它们进行具体描述。尽管具有下面将要讨论的一些结构差异，中心电极组件119与上述电极组件19功能类似，以抑制污染物在绝缘体12中的芯顶区域26上累积。

在上述实施例中，中心电极组件119包括中心电极120、点火尖端122、加热元件124、第一接线端182和第二接线端184。中心电极120具有带有大体圆柱形外表面174的本体，外表面174大体在上终端175和下远端176之间延伸。终端175具有向着扩大直径头部178径向向外的弧形结构或锥部。本体具有管状构形，并因此具有由外管壁180形成的在终端和远端175、176之间延伸的中心通道，此处示为包括扩大中心通道部分179和邻近远端176的缩小直径通道部分179’。

在本实施例中，点火尖端122示出为由与中心电极120分开的材料构成，但是由与加热元件124一体或整体的材料构成。在之前的实施例中，点火尖端122通过加热元件124与中心电极120电连接，并因此与第二接线端184电连接。在本实施例中，点火尖端22由与第一接线端182分开的材料构成。点火尖端122和加热元件124示出为圆柱形构件，然而也可以采用不同的几何形状。点火尖端/加热元件122、124组合体的尺寸适于紧密地例如以线对线或小过盈配合的形式容纳于中心电极120的缩小直径通道179’中。点火尖端122从中心电极120的远端176轴向向外延伸，而加热元件124轴向向上延伸到扩大直径通道179且与第一接线端182电连接。如之前的实施例所述，空腔或环形空间197可以由例如氧化铝或氧化镁粉末的导热但不导电的材料198填充或大体填充，以便增加中心电极组件119整体的热导率。绝缘材料198可以进一步通过由合适的密封材料构成的环形密封件99密封在中心电极120中。在此示出环形密封件99邻近扩大的头部178，并且因此中心电极120由绝缘材料198大体填充。

此外，在使用过程中，中心电极组件119具有大体相同的功能，形成完整电路，该电路依次串联经过第一接线端182；经过加热元件124和点火尖端122；经过中心电极120，然后经过第二接线端184。于是，在正常操作条件下，电流使得加热元件124被“自加热”到足以使绝缘体12的芯顶区域26温度上升的温度。因此，芯顶区域26被充分加热以抑制污染物在其上累积，从而防止“污染”且延长包括中心电极组件119的火花点火装置10的使用寿命。

如图4所示，其中与前面所用相差200的相同附图标记用于指示相似特征，根据本发明的另一方面构成中心电极组件219。中心电极组件219可以与上述相同或相似的绝缘体12和外壳13一起使用，因此没有没有对它们进行具体描述。尽管具有下面将要讨论的一些结构差异，中心电极组件219与上述电极组件19功能类似，以抑制污染物在绝缘体12中的芯顶区域26上累积。

在上述实施例中，中心电极组件219包括中心电极220、点火尖端222、加热元件224、第一接线端282和第二接线端284。中心电极220具有带有大体圆柱形外表面274的本体，外表面274大体在上终端275和下远端276之间延伸。终端275具有向着扩大直径头部278径向向外的弧形结构或锥部，以便将中心电极220固定在绝缘体12中。本体具有管状构形，并因此具有在端275、276之间延伸的中心通道279，扩大直径埋头孔通道部分279’邻近远端276。

与之前实施例的点火尖端122不同，点火尖端222由与加热元件224分开的材料构成，并且通过点火尖端末端区域222’与加热元件间隔开。点火尖端末端区域222’具有用于在通道部分279’中形成紧配合例如线对线或小过盈配合的近端，并且可以通过任意适合的导电机构固定在其中，例如通过软钎焊、熔焊、硬钎焊等。点火尖端末端区域222’延伸到用于容纳和连接点火尖端222的远端。点火尖端222在此示为固定在凹槽99中，凹槽99延伸到点火尖端末端区域222’的远端中。因此，在本实施例中，通过将点火尖端末端区域222’固定于中心电极220的远端276上以及加热元件224和点火尖端222之间，并通过将加热元件224以密封形式容纳于中心电极220的通道279中，加热元件224没有暴露于燃烧气体或来自火花的潜在侵蚀中。进一步地，加热元件224可以由任意合适的材料构成，无论该材料与构成点火尖端222的材料相同或不同。

此外，中心电极组件119与中心电极组件120所描述和所示出的大体相同，并且因此在使用过程中具有大体相同的功能，形成完整电路，该电路依次串联经过第一接线端282；经过加热元件224；经过点火尖端222’，222，经过中心电极220，然后经过第二接线端284。于是，在正常操作条件下，电流使得加热元件224不需使用用于产生火花的独立电源而被“自加热”。并且，如之前实施例一样，通过将加热元件224设置在芯顶区域26中，芯顶区域26被充分加热以抑制污染物在其上累积，从而防止“污染”且延长包括中心电极组件219的火花点火装置的使用寿命。

如图5所示，其中与前面所用相差300的相同附图标记用于指示相似特征，根据本发明的另一方面构成火花点火装置310。

与图2所描述和所示出的类似，图5的火花点火装置310包括绝缘体312和金属外壳313，绝缘体312至少部分地容纳于金属外壳313中。进一步地，如之前实施例所述，根据本发明另一方面构成的中心电极组件319至少部分地容纳于绝缘体312中。金属外壳313和绝缘体312的几何形状与图2所描述和所示出的类似，尽管有一些对于本领域技术人员显而易见的结构差异存在。也就是说，应该意识到，可以改变金属外壳313和绝缘体312的几何形状以容纳根据本发明构成的中心电极组件。

绝缘体312具有在终端或上端316和远端或芯顶端318之间延伸的通道314。通道314在此示为具有扩大直径的上区域，从上区域直径缩小的中部区域314’，以及从中部区域314’直径缩小的下区域314”，各区域314、314'、314"是圆柱形或大体圆柱形的。于是，绝缘体312具有在上通道区域314和中部区域314’之间径向向内延伸的上肩部372，以及在中部区域314’和下区域314”之间延伸的下肩部372’。进一步地，绝缘体312具有外肩部366，该外肩部366由外壳313的卷曲的终端342有效地夹持，其中填充材料可以容纳于终端342和上肩部366之间，并且绝缘体312还具有下肩部368，该下肩部368与外壳313的下凸缘354相对。如果需要，可以在下肩部368和下凸缘354之间夹有例如图2所示的垫圈（未示出）以便在它们之间形成密封。

在上述实施例中，中心电极组件319包括中心电极320、点火尖端322、加热元件324、第一接线端382和第二接线端384。第二接线端384具有大体圆柱形的壁387以形成内部的中心通道388，该中心通道388在近端或终端389和远端390之间延伸。圆柱形的壁387具有外表面392，该外表面392的尺寸适于在绝缘体通道314的上区域中形成间隙配合。于是，在外表面392和绝缘体312之间形成环形凹槽或空腔393。进一步地，远端390具有从通道388直径扩大的埋头孔101。

埋头孔101的尺寸适于围绕加热元件324形成间隙配合，但是通过环形颈部103与加热元件324电连接。颈部103的轴向截面是大体T形的，颈部103具有扩大直径头部105以及从头部105下垂的缩小直径部分107，扩大直径头部105的尺寸适于紧密地容纳于绝缘体312的通道314中，缩小直径部分107用于紧密地容纳于绝缘体312的中部区域314’中。于是，颈部103具有与肩部372邻接的肩部109，肩部372在绝缘体的各区域314、314’之间延伸。缩小直径部分107具有环状圆柱形壁，该壁带有外表面111和内表面，外表面111的尺寸适于在绝缘体312的中部区域314’中形成紧密的线对线或小过盈配合，内表面的尺寸适于与加热元件324的外表面形成紧密的线对线或小过盈配合。于是，颈部103与加热元件324的外表面形成电接触，并且将加热元件324和中心电极组件319固定于绝缘体312中。

为了进一步便于将中心电极组件319保持在绝缘体312的通道314中，在空腔393中设有密封件或密封柱394，从而至少部分填充空腔393并且将中心电极组件319固定于绝缘体312中。作为示例而非限制，密封柱394可以由夯实的粉末、金属、玻璃、陶瓷或其它适合的导热但不导电的材料提供。

加热元件324具有大体穿过绝缘体312的中部区域314’延伸的细长本体。该本体具有末端113，末端113以间隙配合形式容纳于第一接线端382的埋头孔101中并因此不与其直接电接触，并且末端113通过例如软钎焊、硬钎焊、熔焊、粘合或其它导电连接机构以直接电连接方式与第一接线端382相连。加热元件324延伸到另一末端115，末端115大体临近绝缘体312的芯顶区域326。末端115用于与中心电极320的上终端375连接，终端375具有位于绝缘体312的中部区域314’中的扩大直径头部378。环形头部378便于向着绝缘体312的肩部372’放置和密封终端375。末端115在此示为容纳和固定于凹槽117中，凹槽117延伸到中心电极320的头部378中。

中心电极320具有从扩大头部378下垂的缩小直径外表面374。缩小直径表面374的尺寸适于在芯顶区域326中形成紧密配合且从芯顶区域326轴向向外延伸到点火尖端322。

在使用过程中，相对低压被应用于第一和第二接线端382、384，其中，电流经过第一接线端382流向颈部103并在加热元件324的外表面上形成外部电接触。通过流回穿过第二接线端384，电流能够形成完整的串联电路。流过加热元件324的电流主要在末端115和凹槽117之间形成的连接区域中产生热量。在连接区域产生的热量主要传递到中心电极320。除了在间隙被最小化的芯顶区域326中，围绕加热元件324的环形间隙119在加热元件324和绝缘体312之间形成绝热层。于是，热量在芯顶区域326中流动并引起温度上升，其中该温度被保持在最优温度范围，例如约350-400°C之间。于是，由于在启动过程之前或之中，热量被传递到绝缘体312的芯顶区域326，冷启动性能得到改善。这可以通过抑制未燃烧的燃料和燃烧沉积物/污染物引起的“污染”而防止点火故障。除了通过低压电源产生热量，可以通过第一和/或第二接线端382、384应用高压电源以产生越过火花间隙334的火花。

如图6所示，其中与前面所用相差400的和/或加撇的相同附图标记用于指示相似特征，根据本发明的另一方面构成火花点火装置410。

与图5所描述和所示出的类似，图6的火花点火装置410包括绝缘体412和金属外壳413，绝缘体412至少部分地容纳于金属外壳413中。进一步地，如之前实施例所述，根据本发明另一方面构成的中心电极组件419至少部分地容纳于绝缘体312中。

绝缘体412具有在终端或上端416和远端或芯顶端418之间延伸的通道414。通道414在此示为具有扩大直径的上区域，从上区域直径缩小的中部区域414’，以及从中部区域414’直径缩小的下区域414”，各区域414、414'、414"是圆柱形或大体圆柱形的。于是，绝缘体412具有在上通道区域414和中部区域414’之间径向向内延伸的上肩部472，以及在中部区域414’和下区域414”之间延伸的下肩部472’。进一步地，绝缘体412具有外肩部466，该外肩部466由外壳413的卷曲的终端442有效地夹持，其中填充材料可以容纳于终端442和上肩部466之间，并且绝缘体412还具有下肩部468，该下肩部468与外壳413的下凸缘454相对。如果需要，可以在下肩部468和下凸缘454之间夹有垫圈（未示出）以便在它们之间形成密封。

在上述实施例中，中心电极组件419包括加热元件424、第一接线端482和第二接线端484。第二接线端484具有大体圆柱形的壁487以形成内部的中心通道488，该中心通道488在近端或终端489和远端490之间延伸。圆柱形的壁487具有外表面492，该外表面492的尺寸适于在绝缘体通道的上区域414中形成间隙配合，临近远端490的通道488的尺寸适于与加热元件424的扩大直径上端113’以紧密配合形式形成电连接。壁487的远端490与绝缘体412的缩小直径中部区域414’轴向间隔开，并且因此围绕加热元件424形成环形间隙或空腔493，其中空腔493在加热元件424和绝缘体412之间形成绝热层。

如图5所示的实施例中，加热元件324延伸到略缩小直径远端115’，远端115’的尺寸适于紧密地容纳并完全穿过绝缘体412的芯顶区域426直到邻近接地电极430的点火尖端422。点火尖端422的火花表面436设于加热元件的侧表面上，该侧表面横向朝着接地电极430的自由端火花表面432。此外，如图6A所示，可以在加热元件424的远端115’上连接中间材料，其中该中间材料形成点火尖端422’。于是，加热元件424具有双重作用，既用作加热机构以抑制污染物在芯顶区域426的外表面上累积，同时还用作点火尖端422。加热元件424以紧密的最小化间隙穿过芯顶区域426的整个长度，确保使用过程中芯顶区域426被充分地加热以便于冷启动以及防止火花点火装置410的“污染”。

为了将中心电极组件419以预设的固定位置保持在绝缘体412中，在空腔493中设置颈部103’以及环形密封件或密封柱494，从而至少部分地填充空腔493并且将中心电极组件419固定于绝缘体412中。密封柱494在此示为围绕颈部103’的外缘形成以填充颈部103’和绝缘体412之间的空腔493。进一步地，密封柱494还从颈部103’轴向向上延伸以进一步密封加热元件424和绝缘体412之间的空腔493的至少一部分。于是，颈部103’随着加热元件424被牢牢固定。为了进一步固定加热元件424以防横向移动，颈部103’具有部分容纳于埋头孔CB中的缩小直径末端部分EP，埋头孔CB延伸到绝缘体412的中部区域414’中。除了对加热元件424提供额外的夹持，末端部分EP还对加热元件424提供自居中机构。作为示例而非限制，密封柱494可以由夯实的粉末、金属、玻璃、陶瓷或其它导热但不导电的材料形成。

如图7所示，其中与前面所用相差500的和/或加双撇的相同附图标记用于指示相似特征，根据本发明的另一方面构成火花点火装置510。

与图5所描述和所示出的类似，图7的火花点火装置510包括绝缘体512和金属外壳513，绝缘体512至少部分地容纳于金属外壳513中。进一步地，如之前实施例所述，根据本发明另一方面构成的中心电极组件519至少部分地容纳于绝缘体512中。

绝缘体512具有在终端或上端516和远端或芯顶端518之间延伸的通道514。通道514在此示为具有扩大直径的上区域，从上区域直径缩小的中部区域514’，以及从中部区域514’直径缩小的下区域514”。于是，绝缘体512具有在上通道区域514和中部区域514’之间径向向内延伸的上肩部572，以及在中部区域514’和下区域514”之间延伸的下肩部572’。进一步地，绝缘体512具有外肩部566，该外肩部566由外壳513的卷曲的终端542有效地夹持，并且绝缘体512还具有下肩部568，该下肩部568与外壳513的下凸缘554相对。

在图5所示的实施例中，中心电极组件519包括中心电极520、点火尖端522、加热元件524、第一接线端582和第二接线端584。第二接线端584具有大体圆柱形的壁587以形成内部的中心通道588，该中心通道588在近端或终端589和远端590之间延伸。圆柱形的壁587具有外表面592，该外表面592的尺寸适于在绝缘体通道514的上区域中形成紧密的或线对线的配合，这与图5所示的其中形成空腔的实施例不同。

通道588的尺寸适于围绕加热元件324形成紧密的或线对线的配合，但是因此与加热元件324的外表面电连接。于是，第二接线端584便于将加热元件524保持在绝缘体512中的固定位置。

加热元件524具有上部和下部，上部在绝缘体通道514的扩大区域中延伸到第二接线端584的通道588中，下部延伸到绝缘体通道514’的缩小直径部分中。加热元件524的下部以间隙配合形式容纳于通道514’中且在其中延伸到自由末端515。末端515用于与中心电极520的上终端575电连接，上终端575具有从该处向着加热元件524轴向向外延伸的背线121。密封元件123可以围绕背线121且围绕中心电极520的扩大头部578设置，以便将它们固定地保持在绝缘体512中。如果需要，密封元件123可以是导电的。还设有与密封元件123电连接的电传递元件125。电传递元件125示为围绕背线121的终端形成并且向上延伸到终端界面127。终端界面围绕加热元件524的远自由末端515形成，并且将电能和热能从加热元件524传递到中心电极520中。于是，应当意识到，电能和热能从加热元件524经过终端界面127，经过电传递元件125，经过密封元件123自由传递到背线121。

在使用过程中，火花点火装置510的功能与图5的火花点火装置310类似，然而，由加热元件524产生的热量不是直接传递到相邻的绝缘体512的芯顶区域526，而是轴向向下经过终端界面127、电传递元件125、密封元件123和中心电极520传递到芯顶区域526。除了形成多部件密封，包括分开的热学界面127、传递元件125和密封元件123，多部件元件中的一个或多个可以组合起来，例如，热学界面127和传递元件125可以形成为整体部件。

如图8所示，其中与前面所用相差600的相同附图标记用于指示相似特征，根据本发明的另一方面构成火花点火装置610。

图8的火花点火装置610包括绝缘体612和金属外壳613，绝缘体612至少部分地容纳于金属外壳613中。进一步地，如之前实施例所述，根据本发明另一方面构成的中心电极组件619至少部分地容纳于绝缘体612中。

绝缘体612具有在终端或上端616和远端或芯顶端618之间延伸的通道614。绝缘体612具有外肩部666，该外肩部666由外壳613的卷曲的终端642有效地夹持，并且绝缘体612还具有下肩部668，该下肩部668与外壳613的下凸缘654相对。

中心电极组件619包括中心电极620、点火尖端622、加热元件624、第一接线端682和第二接线端684。第二接线端684具有大体圆柱形的壁687以形成内部的中心通道688。通道688的尺寸适于将加热元件624容纳于其中，其中圆柱形壁687与加热元件624的外表面形成电连接。包括圆柱形壁687的第二接线端684的尺寸适于在绝缘体通道514的上区域中形成间隙配合。作为示例，第二接线端684示为具有从圆柱形壁687向上且从绝缘体612的终端616向外延伸的细长接头129，接头129不与绝缘体612接触。

加热元件624具有上部和下部，上部在邻近绝缘体612的终端616的绝缘体通道614的扩大区域中延伸，下部延伸到绝缘体612的芯顶区域626的缩小直径通道614’中。加热元件624示为具有圆柱形或大体圆柱形外表面，该外表面具有在其整个长度上恒定或大体恒定的直径。加热元件624的外表面的尺寸适于沿其整个长度穿过通道614、614’形成间隙配合，然而，在芯顶区域626中，在加热元件624和绝缘体620之间形成缩小的环形间隙。加热元件624的下部终止于自由末端615，末端615在芯顶区域626中与中心电极620的终端675电连接。自由末端615和终端675由导热和导电机构131构成，机构131足以将加热元件624保持在固定或大体固定位置，例如树脂材料。由于既导热又导电，在自由末端615的区域中和芯顶区域626中产生的热量被传递到绝缘体的芯顶区域626。于是，芯顶区域626的外表面628被加热，其中温度被保持在最优温度范围，从而防止由未燃烧的燃料和燃烧沉积物/污染物引起的“污染”并且有利于冷启动操作。如果需要，可以在通道614中加热元件624和绝缘体612之间设置额外的支撑元件133以进一步固定加热元件624。支撑元件133优选由弹性或半弹性元件形成，以便抑制可能穿过点火火花装置610传输的任意振动，并且允许加热元件624在使用过程中膨胀和收缩。

显然，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的。因此，应该理解，在所附权利要求范围内，本发明也可通过除了具体描述以外的方式实现。因此，本发明最终由任意允许的权利要求限定，而不仅由上述典型实施例限定。

Claims (29)

1.一种火花点火装置，其特征在于，包括：

沿着中心轴延伸的管状陶瓷绝缘体；

金属外壳，该金属外壳围绕所述陶瓷绝缘体的至少一部分；

接地电极，该接地电极与所述外壳有效地连接，且该接地电极具有接地电极点火尖端；

中心点火尖端，该中心点火尖端和所述接地电极点火尖端形成火花间隙；

第一接线端，该第一接线端与所述中心点火尖端电连接，且该第一接线端用于与电源电连接；

第二接线端，该第二接线端与所述第一接线端间隔开，且该第二接线端与所述第一接线端电连接，并且该第二接线端用于与电源电连接；以及

加热元件，该加热元件使所述第一接线端与所述第二接线端电连接，并且在所述第一接线端与所述第二接线端之间形成完整电路，所述加热元件具有大于所述第一接线端和第二接线端的电阻。

2.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述绝缘体延伸到邻近所述中心点火尖端的芯顶，所述加热元件容纳于所述芯顶中。

3.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述第一接线端沿着所述中心轴同轴延伸，所述第二接线端从所述第一接线端径向向外间隔开。

4.如权利要求3所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件从所述第一接线端径向向外间隔开。

5.如权利要求4所述的点火装置，其特征在于，进一步包括具有细长本体的中心电极，该中心电极沿着所述中心轴延伸到自由末端，所述加热元件为围绕所述中心轴延伸的环形体且设置在所述中心电极的所述自由末端和所述中心点火尖端之间。

6.如权利要求3所述的点火装置，其特征在于，进一步包括具有细长本体的中心电极，其中所述第一接线端大体穿过所述中心电极沿着所述中心轴延伸。

7.如权利要求6所述的点火装置，其特征在于，所述第一接线端与所述中心点火尖端连接。

8.如权利要求7所述的点火装置，其特征在于，所述第一接线端和所述中心点火尖端由整体材料构成。

9.如权利要求7所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件在相对端之间延伸，所述第一接线端与其中一端连接。

10.如权利要求9所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件的与所述第一接线端相对的末端形成所述中心点火尖端。

11.如权利要求9所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件的与所述第一接线端相对的末端与所述中心点火尖端有效地连接。

12.如权利要求9所述的点火装置，其特征在于，进一步包括沿着所述中心轴延伸的中心电极，其中所述加热元件的与所述第一接线端相对的末端与所述中心电极连接。

13.如权利要求12所述的点火装置，其特征在于，所述中心电极具有沿着所述中心轴延伸的凹槽，所述加热元件至少部分地容纳于所述凹槽中。

14.如权利要求3所述的点火装置，其特征在于，进一步包括沿着所述中心轴延伸的中心电极以及在所述第一接线端和所述中心电极之间延伸的环形密封件，该环形密封件在所述第一接线端和所述中心电极之间形成环形密封腔。

15.如权利要求14所述的点火装置，其特征在于，进一步包括设置在所述环形密封腔中的导热但不导电的材料。

16.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件沿着所述中心轴从所述绝缘体向外延伸邻近所述接地电极。

17.如权利要求16所述的点火装置，其特征在于，所述点火尖端由所述加热元件提供。

18.一种用于火花点火装置的中心电极组件，其特征在于，包括：

用于与电源电连接的第一接线端；

第二接线端，该第二接线端与所述第一接线端间隔开，且该第二接线端与所述第一接线端电连接，并且该第二接线端用于与电源电连接；以及

加热元件，该加热元件使所述第一接线端与所述第二接线端电连接，并且在所述第一接线端与所述第二接线端之间形成完整电路。

19.如权利要求18所述的中心电极组件，其特征在于，所述第一接线端沿着所述中心轴同轴延伸，所述第二接线端从所述第一接线端径向向外间隔开。

20.如权利要求19所述的中心电极组件，其特征在于，所述加热元件从所述第一接线端径向向外间隔开。

21.如权利要求20所述的中心电极组件，其特征在于，进一步包括中心点火尖端和沿着所述中心轴延伸到自由末端的细长中心电极本体，所述加热元件为围绕所述中心轴延伸的环形体且设置在所述细长中心电极本体的所述自由末端和所述中心点火尖端之间。

22.如权利要求20所述的中心电极组件，其特征在于，进一步包括中心点火尖端和细长中心电极本体，其中所述第一接线端大体穿过所述中心电极本体沿着所述中心轴延伸。

23.如权利要求22所述的中心电极组件，其特征在于，所述第一接线端与所述中心点火尖端连接。

24.如权利要求18所述的中心电极组件，其特征在于，所述加热元件在相对端之间延伸，所述第一接线端与其中一端连接。

25.如权利要求24所述的中心电极组件，其特征在于，所述加热元件的与所述第一接线端相对的末端形成所述中心点火尖端。

26.如权利要求24所述的中心电极组件，其特征在于，进一步包括沿着所述中心轴延伸的中心电极本体，其中所述加热元件的与所述第一接线端相对的末端与所述中心电极本体连接。

27.如权利要求26所述的中心电极组件，其特征在于，所述中心电极本体具有沿着所述中心轴延伸的凹槽，所述加热元件至少部分地容纳于所述凹槽中。

28.如权利要求18所述的中心电极组件，其特征在于，进一步包括沿着所述中心轴延伸的中心电极本体以及在所述第一接线端和所述中心电极本体之间延伸的环形密封件，该环形密封件在所述第一接线端和所述中心电极本体之间形成环形密封腔。

29.如权利要求28所述的中心电极组件，其特征在于，进一步包括设置在所述环形密封腔中的导热但不导电的材料。

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