CN103189638A - 非热等离子体点火灭弧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电晕点火系统的点火器（20），其发射电晕（30）形式的非热等离子体，以电离和点燃燃料混合物。该点火器（20）包括一电极（32）以及一围绕该电极（32）的陶瓷绝缘体（22）。该绝缘体（22）围绕电极（32）的点火端（38），并防止该电极（32）暴露于燃烧室（28）中。该绝缘体（22）具有一暴露于燃烧室（28）中并发射非热等离子体的点火表面（56）。多个导电元件（24）设置在陶瓷材料的基体（26）中，并沿着绝缘体（22）的点火表面（56）设置，例如嵌入陶瓷材料的金属颗粒或者设置在陶瓷材料中的孔。该导电元件（24）使点火器（20）在工作过程中减少了电弧放电，从而提高了点火的质量。

Description

非热等离子体点火灭弧装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年10月28日提交的第61/407633号美国临时申请以及于2010年10月28日提交的第61/407643号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。
技术领域
本发明主要涉及一种用于发射非热等离子体以点燃燃烧室中的燃料和空气的混合物的电晕放电点火器及其制造方法。
背景技术
在弗里恩（Freen）发明的专利号为6,883,507的美国专利中公开了电晕放电点火系统的一个示例。在该电晕放电点火系统中，点火器的电极被充电至高射频（“RF”）电势，从而在燃烧室中产生强RF电场。该电场导致燃烧室中的部分燃料-空气混合物电离并开始介电击穿，从而促进燃料-空气混合物的燃烧。然而，通过控制电场可以使燃料-空气混合物保持介电性能，并且可以产生电晕放电（也被称为非热等离子体）。通过控制电场可以使燃料-空气混合物不会完全失去介电性能，如果失去所有的介电性能将会导致电极和接地的缸壁或活塞之间产生热等离子体和电弧。与电弧放电相比，电晕放电的电流较小，且电极处的电势保持较高。燃料-空气混合物的电离部分形成一火焰锋，然后该火焰锋将自我保持，并燃烧该燃料-空气混合物的剩余部分。
电晕放电点火系统的电极通常由导电材料制成，并且自一电极终端延伸至一电极点火端，一包含电绝缘材料基体的绝缘体沿该电极延伸。电晕放电点火系统的点火器不包括任何紧邻电极的接地电极元件。取而代之的是，如上所述，由内燃机的缸壁或者活塞提供接地作用。在莱高斯基（lykowski）和汉普顿（Hampton）发明的专利号为2010/0083942的美国专利中公开了点火器的一个示例。
对于内燃机应用来说，形成的非热等离子体通常优选包括多个呈电晕放电形式的离子流。这些离子流沿其全长点燃整个燃烧室中的空气-燃料混合物，从而提供稳健的点火。正如在弗里恩的专利中所讨论的，优选对电场进行控制，以使电晕放电不会持续到发生电子雪崩，该电子雪崩将导致从电极至接地的缸壁或活塞的电弧放电。在某些情况下，例如当在点火器上施加大于一定阈值的电压时，离子的浓度将增大并且可能会产生电弧放电。电弧放电仅包括一个单独的离子流，而不是理想的多个离子流。与电晕放电相比，电弧放电在燃烧室中占用的空间较小，从而降低了点火的质量。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种电晕点火系统的点火器，该点火器包括一电极以及一沿该电极延伸的绝缘体。该电极由导电材料制成，并且自一电极终端延伸至一电极点火端。该绝缘体包括一围绕该电极点火端的电绝缘材料基体，以及多个设置在该电绝缘材料基体中的导电元件。
本发明的另一个方面提供了一种制造点火器的方法。该方法包括以下步骤：提供由电绝缘材料基体制成的绝缘体，该电绝缘材料基体中设有多个导电元件；以及提供由导电材料制成的电极，该电极自一电极终端延伸至一电极点火端。该方法进一步包括将该绝缘体围绕该电极点火端设置。
本发明的点火器包括带有导电元件的绝缘体，与其它不带有导电元件的点火器相比，本发明的点火器在电晕点火系统的工作过程中减少或者消除了电弧作用。该点火器产生了可控的且可重复的非热等离子体，该非热等离子体包括多个呈电晕形式的离子流。该点火器发射的电晕放电可以快速地点燃并燃烧掉燃料混合物，当其用于内燃机应用场合时这将会带来多种好处，例如改善燃料经济性以及减少CO2的排放。
附图说明
请参阅下述详细说明并结合附图进行考虑，本发明的其它优点将更加容易领会和理解，其中：
图1是根据本发明一个方面的点火器的剖视图，该点火器位于内燃机的燃烧室中；
图2是根据本发明另一方面的点火器的剖视图；
图2A是图2的绝缘体管口区域的放大图；
图2B是图2A的绝缘体管口区域的点火表面的放大图；
图3是根据本发明又一方面的点火器的剖视图；
图3A是图3的绝缘体管口区域的放大图；
图3B是图3A的绝缘体管口区域的点火表面的放大图。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的一个方面提供了一种用于电晕点火系统的点火器20。该点火器20包括一带有多个导电元件24的绝缘体22，导电元件24设置在电绝缘材料基体26中，例如嵌入基体26的金属颗粒或者基体26中的孔。如图1所示，该点火器20设置在内燃机的燃烧室28中，并接收来自电源（未示出）的电压。电火器20的电极32被充电至高RF电势，从而在燃烧室中产生强RF电场。通过控制电场可以使燃烧室中的燃料和空气的混合物保持介电性能。电极32发射包括多个形成电晕30的离子流的非热等离子体，以电离燃烧室28中的部分燃料和空气。
点火器20的电极32包括一自电极终端36纵向延伸至一电极点火端38的电极本体部分34。如图2和3所示，该电极32具有横穿电极32并垂直于纵向电极本体部分34延伸的电极直径De。电极32由导电材料（例如镍、铜或者它们的合金）制成。如图2和2A所示，在一个实施例中，电极32包括由镍包层围绕的铜芯。
点火器20的绝缘体22环绕该电极本体部分34设置并且沿该电极本体部分34纵向设置。绝缘体22自一绝缘体上端40延伸至一邻近电极点火端38的绝缘体点火端42。最佳的如图2和3所示，绝缘体22延伸经过电极点火端38直至绝缘体点火端42。该绝缘体22包括电绝缘材料（例如烧结氧化铝或者其它陶瓷或玻璃材料）基体26。电绝缘材料优选具有能够保持电荷的介电常数。电绝缘材料的导电率明显小于电极32的导电率。
如图2和3所示，在一个实施例中，绝缘体22包括一自绝缘体上端40朝向绝缘体点火端42延伸的绝缘体第一区域44。该绝缘体第一区域44具有大致垂直于纵向电极本体部分34延伸的绝缘体第一直径D1。绝缘体22还包括一邻近该绝缘体第一区域44并朝向绝缘体点火端42延伸的绝缘体中间区域46。该绝缘体中间区域46具有大致垂直于纵向电极本体部分34延伸的绝缘体中间直径Dm。该实施例的绝缘体中间直径Dm大于绝缘体第一直径D1。一绝缘体上肩部48自该绝缘体第一区域44径向向外延伸至绝缘体中间区域46。绝缘体22进一步包括一邻近绝缘体中间区域46并朝向绝缘体点火端42延伸的绝缘体第二区域50。该绝缘体第二区域50具有大致垂直于纵向电极本体部分34延伸的绝缘体第二直径D2。绝缘体第二直径D2通常与绝缘体第一直径D1相等。一绝缘体下肩部52自绝缘体中间区域46径向向内延伸至绝缘体第二区域50。
点火器20的绝缘体22进一步包括一自绝缘体第二区域50延伸至绝缘体点火端42的绝缘体管口区域54。该绝缘体管口区域54通常设置在燃烧室28中。如图2和3所示，在电晕点火系统的工作过程中，绝缘体管口区域54暴露于燃烧室28内的燃料和空气的混合物中，而该绝缘体第一区域44、绝缘体中间区域46和绝缘体第二区域50保持位于发动机缸体内而不会暴露于燃烧室28中。绝缘体管口区域54具有大致垂直于纵向电极本体部分34的绝缘体管口直径Dn。该绝缘体管口直径Dn通常自绝缘体第二区域50逐渐减小至绝缘体点火端42，从而使绝缘体管口直径Dn小于绝缘体第二直径D2。
绝缘体管口区域54具有一穿过并围绕绝缘体点火端42延伸的点火表面56。在电晕点火系统的点火器20的使用过程中，点火表面56暴露于燃烧室28中并且发射形成电晕30的非热等离子体。在一个实施例中，点火表面56具有圆形的且凸起的轮廓，且不具有锐缘。该点火表面56的圆形特征可以被描述为面向下进入燃烧室28的球面半径。
绝缘体22的绝缘材料将电极32与燃烧室28隔开，该绝缘材料包括位于绝缘体管口区域54以及其它几个区域44、46和50的绝缘材料。最佳的如图2A和3A所示，电极点火端38设置在绝缘体管口区域54中，并通过绝缘材料基体26与绝缘体点火端42隔开。在一个实施例中，电极点火端38与绝缘体点火端42相隔约0.06-0.07cm的距离。
如上所述，多个导电元件24设置在一部分电绝缘材料基体26中，并且通过该绝缘材料基体26相互隔开。优选地，该导电元件24邻近点火端56并沿着绝缘体管口区域54的点火表面56设置，从而使至少部分导电元件24直接暴露于燃烧室28中。如图2A和3A所示，导电元件24优选地设置在电极点火端38和绝缘体点火端42之间。
在使用电晕点火系统中的点火器20时，电极32接收来自电源的能量并发射围绕该电极点火端38的电场。导电元件24接收电极32发射的电场后，向周围区域发射电场。如图1-3所示，在围绕导电元件24的区域中的电场导致了绝缘体管口区域54的点火表面56释放出形成电晕30的非热等离子体。
绝缘体第一区域44、绝缘体中间区域46和绝缘体第二区域50通常不具有导电元件24。进一步地，部分绝缘体管口区域54通常也不具有导电元件24。如图2A和3A所示，在一个实施例中，绝缘体管口区域54的一部分中不含导电元件24，该部分自绝缘体第二区域50向绝缘体点火端42延伸一段预定的长度l。不含导电元件24的这部分绝缘体管口区域54通常与绝缘体点火表面56间隔开。在一个可选的实施例中（未示出），绝缘体22包括遍布整个绝缘体管口区域54或者位于绝缘体22的其它区域或部分的导电元件24。
在一个实施例中，绝缘体22的包括导电元件24的部分（例如部分绝缘体管口区域54）与绝缘体22的不含导电元件24的部分同质。例如，包括导电元件24的绝缘体管口区域54与其余部分的绝缘体管口区域54（例如上文所述的沿着预定长度l延伸的部分）同质。在该实施例中，绝缘体管口区域54还与绝缘体第二区域50、绝缘体中间区域46以及绝缘体第一区域44同质。在另一个实施例中，例如图2所示的实施例中，绝缘体22的包括导电元件24的部分（例如部分绝缘体管口区域54）与绝缘体22的其余部分（即不包含导电元件24的部分）分开成型，随后再将这些部分和区域连接在一起。
绝缘体22可以包括各种类型的导电元件24。如图1-2B所示，在一个优选的实施例中，导电元件24包括多个嵌入绝缘材料基体26的颗粒。这些颗粒通常包含金属，优选包含选自元素周期表的3-12族中的至少一种元素，例如铱。这些颗粒具有0.5-250微米的粒径。这些颗粒分布在沿着并邻近点火表面56的部分绝缘体管口区域54中，从而使一些颗粒可以直接暴露于燃烧室28中。图2B示出了沿绝缘体22的点火表面56的暴露的颗粒的放大图。这些颗粒通过绝缘材料基体26相互隔开。在该实施例中，绝缘体管口区域54在绝缘体第二区域50和绝缘体点火端42之间连续延伸，并且包围住电极32的点火端38。该绝缘体管口区域54的点火表面56是封闭的，并且防止了电极32与燃烧室28流体连通。因此，电极32通过该绝缘材料基体26与燃烧室28完全隔开。
在图2-2B所示的实施例中，这些颗粒接收电极32发射的电场，然后向周围区域发射电场，其发射的电场导致了绝缘体管口区域54释放出非热等离子体，并且形成了电晕30。该实施例的绝缘体22在金属颗粒和电极点火端38之间形成了高阻抗。因此，与电晕点火系统中使用的其它不含导电元件24的绝缘体22相比，该绝缘体22减小或者消除了在产生高浓度等离子体的情况下发生电弧放电的可能性。
如图3-3B所示，在另一个实施例中，导电元件24包括多个位于绝缘材料基体26中并将电极32连接至燃烧室28的孔。每个孔均自电极32连续延伸至绝缘体22的点火表面56，且这些孔通过绝缘材料基体26相互隔开。每个孔还具有一内表面58并且在点火表面56处开口。因此，这些孔的内表面58与燃烧室28流体连通并且直接暴露于燃烧室28中。图3B示出了这些孔在点火表面56上的开口的放大图。与颗粒一样，孔所具有的内表面58也暴露于电极32发射的电场中。因此，绝缘体管口区域54的孔有助于在燃烧室28中形成高梯度电场。这些孔的内表面58向周围区域发射电场，该电场导致了绝缘体管口区域54释放出非热等离子体，并且形成了电晕30。与其他用于电晕30点火系统的不含导电元件24的绝缘体22相比，该实施例的绝缘体22也减小或者消除了在产生高浓度等离子体的情况下发生电弧放电的可能性。
在一个实施例中，各孔的内表面58呈圆柱形的形状，其孔径Dh小于电极的直径De。在一个实施例中，各孔的孔径Dh为0.016cm。如图3B所示，绝缘体管口区域54可以包括六个相互等间隔地隔开预定距离d的孔。其中一个孔自电极点火端38横向延伸至绝缘体点火端42，另外五个孔围绕着该中心孔并且分别从电极32延伸至点火表面56。进一步地，在一个可选的实施例中（未示出），绝缘体22同时包含金属颗粒和孔，或者既不包含颗料也不包含孔而是包含其它类型的导电元件24，又或者除了包含颗粒和孔以外还包含它类型的导电元件24。
电晕点火器20通常还包括本领域已知的其它元件。例如，如图2和3所示，由导电材料制成的末端60自一第一终端62延伸至一第二终端64，且该末端60容置在绝缘体22中。该第一终端62电连接至电晕点火系统的电源，该第二终端64电连接至电极终端36。由导电材料形成的电阻层66设置在第二终端64和电极终端36之间并且与它们电连接。该末端60与一电线电连接，该电线电连接至电晕点火系统的电源。在电晕点火系统的工作过程中，末端60接收来自电源的能量并将该能量通过电阻层66传输至电极32。点火器20通常还包括由金属材料制成的、环绕绝缘体22设置的壳体28。如图2和3所示，该壳体68沿着绝缘体22自一上壳端70纵向延伸至一下壳端72，从而使绝缘体管口区域54向外伸出下壳端72。
本发明的另一方面提供了一种制造电晕点火系统中的点火器20的方法，该点火器20用于发射非热等离子体。该方法包括提供电极32以及绝缘体22，如上所述，该绝缘体22由电绝缘材料制成，且在该绝缘体22中带有导电元件24。
提供绝缘体22的步骤可以包括各种工序。在一个实施例中，该方法包括在一个单独的工序中制造带有导电元件24的绝缘体22，例如将基体26模塑成型以包括导电元件24。可选择地，该方法可以包括在几个工序中制备绝缘体22。例如，可以首先制造绝缘体第一区域44、绝缘体中间区域46、绝缘体第二区域50以及部分绝缘体管口区域54，这些部分均不含导电元件24，然后，将带有导电元件24的部分绝缘体管口区域54连接至其它区域。
在一个实施例中，当导电元件24包含金属颗粒时，提供绝缘体22的步骤首先包括提供电绝缘材料的烧结的预成型件。接着，该方法包括将颗粒与电绝缘材料的糊状物混合，随后将该混合物涂敷在烧结的预成型件上。然后，将该混合物与该烧结的预成型件加热（优选烧结）以使该混合物和预成型件融合在一起。可选择地，该糊状混合物可与该预成型件分开烧结，然后将这两个烧结的部分机械地或者以其它方式连接在一起。在另一个实施例中，提供绝缘体22的步骤首先包括提供烧结的预成型件，然后将导电材料的颗粒机械地嵌入该烧结的预成型件中。在又一个实施例中，将非烧结的电绝缘材料与颗粒混合，然后将该混合物烧结以提供绝缘体22。
在另一个实施例中，当导电元件24包括多个位于绝缘材料基体26中的孔时，提供绝缘体22的步骤可以首先包括提供电绝缘材料的烧结的预成型件，然后在该烧结的预成型件中钻孔。可选择地，这些孔可以通过激光或者其它方法形成在该烧结的预成型件中。在另一个实施例中，这些孔在模塑装置中模塑成型在绝缘体22的电绝缘材料内，然后烧结该模塑成型的材料。在又一个实施例中，绝缘体22的带有孔的部分与绝缘体22的其它部分和区域分开制成，然后机械地或者通过其它方式连接在一起。
如上所述，在电晕点火系统的工作过程中，点火器20的电极32接收来自电源的能量并发射电场。该电极32发射的电场激发围绕各导电元件24的电场，该围绕各导电元件24的电场使燃烧室28中产生非热等离子体。该非热等离子体形成电晕30并且点燃燃烧室28中的燃料和空气的混合物。与电晕点火系统中不含导电元件24的点火器20相比，通过使用本发明的带有导电元件24的点火器20，即使在产生高浓度等离子体的情况下，该非热等离子体也不大可能形成电弧。
显然，鉴于上述教导，本发明可以有多种修改和变形，并且在所附权利要求的范围内，可以通过具体描述的方式以外的其它方式实现。先前详述的内容应当被解读为覆盖了任意的组合，在该组合中本发明的新颖性显示了其实用性。此外，权利要求中的附图标记仅为了便于说明，不应该视为任何形式的限制。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种点火器（20），其用于在燃烧室（28）中发射非热等离子体，其特征在于，该点火器（20）包括：
一电极（32），其由导电材料制成，并且自一电极终端（36）延伸至一电极点火端（38）；
一沿所述电极（32）延伸的绝缘体（22）；
所述绝缘体（22）包括一围绕所述电极点火端（38）的电绝缘材料基体（26）；以及
多个设置在所述电绝缘材料基体（26）中的导电元件（24）；其中，所述导电元件（24）包括导电材料的颗粒和自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）的孔中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）延伸经过所述电极（32）直至一绝级体点火端（38），以使所述电极点火端（38）通过所述电绝缘材料基体（26）与所述绝缘体点火端（42）隔开。
3.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）具有一位于所述电极点火端（38）的点火表面（56），且所述导电元件（24）沿着所述点火表面（56）设置，以暴露于燃烧室（28）中。
4.根据权利要求3所述的点火器（20），其特征在于，所述导电元件（24）设置在所述电极点火端（38）和所述点火表面（56）之间。
5.根据权利要求3所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）的所述点火表面（56）呈凸面。
6.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述电绝缘材料基体（26）包围住所述电极点火端（38）。
7.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述多个导电元件（24）通过所述电绝缘材料基体（26）相互隔开。
8.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）的与所述点火表面（56）隔开并且延伸一预定长度（l）的部分不含有所述导电元件（24）。
9.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述导电元件（24）包括嵌入所述电绝缘材料基体（26）中的由导电材料制成的颗粒。
10.根据权利要求9所述的点火器（20），其特征在于，所述颗料包含选自周期表中的族3至12中的至少一种元素。
11.根据权利要求9所述的点火器（20），其特征在于，所述颗粒具有0.5-250微米的粒径。
12.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述导电元件（24）为位于所述电绝缘材料基体（26）中的孔，所述孔自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）。
13.根据权利要求12所述的点火器（20），其特征在于，每个所述孔具有一在所述点火表面（56）处开口的内表面（58），以与所述燃烧室（28）流体连通。
14.根据权利要求12所述的点火器（20），其特征在于，所述电极（32）具有一电极直径（De），且每个所述孔具有一小于所述电极直径（De）的孔径（Dh）。
15.根据权利要求12所述的点火器（20），其特征在于，每个所述孔相互等间隔地隔开一预定距离（d）。
16.一种点火器（20），其用于接收一来自一电源的电压，并发射形成电晕（30）的非热等离子体，以电离内燃机的燃烧室（28）中的燃料和空气的混合物，其特征在于，该点火器（20）包括：
一电极（32），其包括一自一电极终端（36）纵向延伸至一电极点火端（38）的电极本体部分（34），以接收来自该电源的能量，并发射一围绕所述电极点火端（38）的电场；
所述电极（32）具有一横穿所述电极（32）并垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸的电极直径（De）；
所述电极（32）由导电材料制成；
所述导电材料包含镍；
一绝缘体（22），其环绕所述电极本体部分（34）设置并沿着所述电极本体部（34）纵向设置，并且该绝缘体（22）自一绝缘体上端（40）延伸至一邻近所述电极点火端（38）的绝缘体点火端（42）；
所述绝缘体（22）延伸经过所述电极点火端（38）直至所述绝缘体点火端（42）；
所述绝缘体（22）包括一由电绝缘材料制成的基体（26）；
所述电绝缘材料包含氧化铝；
所述电绝缘材料具有能够保持电荷的介电常数；
所述电绝缘材料的导电率小于所述电极（32）的所述导电材料的导电率；
所述绝缘体（22）包括一自所述绝缘体上端（40）朝向所述绝缘体点火端（42）延伸的绝缘体第一区域（44）；
所述绝缘体第一区域（44）具有一垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸的绝缘体第一直径（D1）；
所述绝缘体（22）包括一邻近所述绝缘体第一区域（44）并朝向所述绝缘体点火端（42）延伸的绝缘体中间区域（46）；
所述绝缘体中间区域（46）具有一绝缘体中间直径（Dm），该绝缘体中间直径（Dm）垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸并且大于所述绝缘体第一直径（D1）；
所述绝缘体（22）包括一自所述绝缘体第一区域（44）径向向外延伸至所述绝缘体中间区域（46）的绝缘体上肩部（48）；
所述绝缘体（22）包括一邻近所述绝缘体中间区域（46）并朝向所述绝缘体点火端（42）延伸的绝缘体第二区域（50）；
所述绝缘体第二区域（50）具有一垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸的绝缘体第二直径（D2）；
所述绝缘体第二直径（D2）与所述绝缘体第一直径（D1）相等；
所述绝缘体（22）具有一自所述绝缘体中间区域（46）径向向内延伸至所述绝缘体第二区域（50）的绝缘体下肩部（52）；
所述绝缘体（22）包括一自所述绝缘体第二区域（50）延伸至所述绝缘体点火端（42）的绝缘体管口区域（54），其设置且暴露于燃烧室（28）中，而所述绝缘体第一区域（44）、所述绝缘体中间区域（46）以及所述绝缘体第二区域（50）未暴露于燃烧室（28）中；
所述绝缘体管口区域（54）具有垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸并且逐渐减小至所述绝缘体点火端（42）的绝缘体管口直径（Dn）；
所述绝缘体管口直径（Dn）小于所述绝缘体第二直径（D2）；
所述绝缘体管口区域（54）具有一横跨并围绕所述绝缘体点火端（42）以暴露于所述燃烧室（28）中的点火表面（56）；
所述点火表面（56）具有圆形的且凸起的轮廓，该轮廓带有向下伸入燃烧室（28）中的球面半径；
所述绝缘体管口区域（54）的所述绝缘材料使所述电极（32）与燃烧室（28）隔开；
所述电极点火端（38）设置在所述绝缘体管口区域（54）中，并且通过所述电绝缘材料制成的基体（26）与所述绝缘体点火端（42）隔开；
所述电极点火端（38）与所述绝缘体点火端（42）隔开0.065厘米的距离（d）；
多个导电元件（24），其遍布在邻近所述绝缘体管口区域（54）的所述点火表面（56）并沿着所述点火表面（56）的部分由电绝缘材料制成的基体（26）中，以接收来自所述电极（32）的电场以及在围绕所述导电元件（24）的区域中发射一电场，其中，围绕所述导电元件（24）的区域中的电场导致所述绝缘体管口区域（54）释放形成电晕（30）的非热等离子体；
所述导电元件（24）设置在位于所述电极点火端（38）与所述绝缘体点火端（42）之间的所述电绝缘材料制成的基体（26）中；
所述导电元件（24）沿所述点火表面（56）设置，以暴露于所述燃烧室（28）中；
所述绝缘体第一区域（44）、所述绝缘体中间区域（46）以及所述绝缘体第二区域（50）不含有所述导电元件（24）；
部分所述绝缘体管口区域（54）不含有所述导电元件（24）；
所述绝缘体管口区域（54）在自所述绝缘体第二区域（50）向所述点火端延伸预定长度（1）的区域内不含有所述导电元件（24）；
所述多个导电元件（24）通过所述电绝缘材料制成的基体（26）相互隔开；
所述导电元件（24）包括导电材料制成的颗粒和自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）的孔中的至少一种；
一末端（60），其容置在所述绝缘体（22）中，以电连接至一与电源电连接的末端电线，并且电连接至所述电极（32），从而接收来自该电源的能量并将该能量传输至所述电极（32）；
所述末端（60）自一第一终端（62）延伸至一与所述电极终端（36）电连接的第二终端（64）；
所述末端（60）由导电材料制成；
一电阻层（66），其设置在所述第二终端（64）和所述电极终端（36）之间，并与所述第二终端（64）以及所述电极终端（36）电连接，以使能量自所述末端（60）输出至所述电极（32）；
所述电阻层（66）由导电材料制成；
一壳体（68），其环绕所述绝缘体（22）设置；
所述壳体（68）由金属材料制成；以及
所述壳体（68）沿所述绝缘体（22）自一上壳端（70）纵向延伸至一下壳端（72），以使所述绝缘体管口区域（54）向外伸出所述下壳端（72）。
17.根据权利要求16所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体管口区域（54）的一部分独立于所述绝缘体管口区域（54）的其余部分，并且连接至所述其余部分。
18.根据权利要求16所述的点火器（20），其特征在于，该点火器（20）进一步包括：
所述绝缘体管口区域（54）在所述绝缘体第二区域（50）与所述绝缘体点火端（42）之间连续延伸；
所述绝缘体管口区域（54）包围住所述电极（32）的所述电极点火端（38）；
所述绝缘体管口区域（54）的所述点火表面（56）是封闭的，以防止所述电极（32）与燃烧室（28）流体连通，从而使所述电极（32）通过所述电绝缘材料制成的基体（26）与燃烧室（28）完全隔开；
所述导电元件（24）为嵌入所述电绝缘材料制成的基体（26）中的颗粒，所述颗粒分布在所述绝缘体管口区域（54）的沿着并邻近所述点火表面（56）的部分中；
所述颗粒通过所述电绝缘材料制成的基体（26）相互隔开；
所述颗粒包含选自元素周期表的族3至12中的至少一种元素；
所述颗粒包含铱；以及
所述颗粒具有0.5-250微米的粒径。
19.根据权利要求16所述的点火器（20），其特征在于，该点火器（20）进一步包括：
所述导电元件（24）为位于所述绝缘体管口区域（54）的所述电绝缘材料制成的基体（26）中的孔；
每个所述孔通过所述电绝缘材料制成的基体（26）相互隔开；
每个所述孔自所述电极（32）连续延伸至所述绝缘体（22）的所述点火表面（56）；
每个所述孔具有一呈圆柱形的内表面（58），且该内表面（58）在所述点火表面（56）处开口，以与燃烧室（28）流体连通；
每个所述孔的所述内表面（58）具有一小于所述电极直径（De）的孔径（Dh）；
所述绝缘体管口区域（54）包括六个相互隔开预定距离（d）的所述孔；
其中一个所述孔自所述电极点火端（38）横向延伸至所述绝缘体点火端（42），另外五个所述孔围绕着所述中心的孔并且分别自所述电极（32）延伸至所述点火表面（56），且相互等距离地间隔所述预定距离（d）；以及
每个所述孔具有0.016厘米的孔径（Dh）。
20.一种制造点火器（20）的方法，该点火器（20）用于发射非热等离子体，其特征在于，该方法包括以下步骤：
提供一由导电材料制成的电极（32），该电极（32）自一电极终端（36）延伸至一电极点火端（38）；
提供一由电绝缘材料基体（26）制成的绝缘体（22），且该绝缘体（22）中设有多个导电元件（24）；以及
将绝缘体（22）围绕电极点火端（38）设置；
其中，提供带有多个导电元件（24）的绝缘体（22）的步骤包括：提供导电材料制成的颗粒和自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）的孔中的至少一种。
21.根据权利要求20所述的制造点火器（20）的方法，其特征在于，提供绝缘体（22）的步骤包括：
提供电绝缘材料的烧结的预成型件；
将导电材料的颗粒与电绝缘材料的糊状物混合；
将该混合物涂敷于烧结的预成型件上；以及
加热该混合物与烧结的预成型件。
22.根据权利要求20所述的制造点火器（20）的方法，其特征在于，提供绝缘体（22）的步骤包括：
提供电绝缘材料的烧结的预成型件；以及
在该烧结的预成型件中嵌入导电材料的颗粒。
23.根据权利要求20所述的制造点火器（20）的方法，其特征在于，提供绝缘体（22）的步骤包括：
将电绝缘材料与导电材料的颗粒混合；以及
烧结该混合物。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
申请人对原权利要求1、16和20进行了修改，具体修改如下：
1、在原权利要求1中引入技术特征“其中，所述导电元件（24）包括导电材料的颗粒和自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）的孔中的至少一种”；
2、在原权利要求16中引入技术特征“所述导电元件（24）包括导电材料制成的颗粒和自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）的孔中的至少一种”；
3、在原权利要求20中引入技术特征“其中，提供带有多个导电元件（24）的绝缘体（22）的步骤包括：提供导电材料制成的颗粒和自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）的孔中的至少一种”。

Claims (23)

1.一种点火器（20），其用于在燃烧室（28）中发射非热等离子体，其特征在于，该点火器（20）包括：
一电极（32），其由导电材料制成，并且自一电极终端（36）延伸至一电极点火端（38）；
一沿所述电极（32）延伸的绝缘体（22）；
所述绝缘体（22）包括一围绕所述电极点火端（38）的电绝缘材料基体（26）；以及
多个设置在所述电绝缘材料基体（26）中的导电元件（24）。
2.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）延伸经过所述电极（32）直至一绝级体点火端（38），以使所述电极点火端（38）通过所述电绝缘材料基体（26）与所述绝缘体点火端（42）隔开。
3.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）具有一位于所述电极点火端（38）的点火表面（56），且所述导电元件（24）沿着所述点火表面（56）设置，以暴露于燃烧室（28）中。
4.根据权利要求3所述的点火器（20），其特征在于，所述导电元件（24）设置在所述电极点火端（38）和所述点火表面（56）之间。
5.根据权利要求3所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）的所述点火表面（56）呈凸面。
6.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述电绝缘材料基体（26）包围住所述电极点火端（38）。
7.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述多个导电元件（24）通过所述电绝缘材料基体（26）相互隔开。
8.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体（22）的与所述点火表面（56）隔开并且延伸一预定长度（l）的部分不含有所述导电元件（24）。
9.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述导电元件（24）包括嵌入所述电绝缘材料基体（26）中的由导电材料制成的颗粒。
10.根据权利要求9所述的点火器（20），其特征在于，所述颗料包含选自周期表中的族3至12中的至少一种元素。
11.根据权利要求9所述的点火器（20），其特征在于，所述颗粒具有0.5-250微米的粒径。
12.根据权利要求1所述的点火器（20），其特征在于，所述导电元件（24）为位于所述电绝缘材料基体（26）中的孔，所述孔自所述电极（32）连续延伸至所述点火表面（56）。
13.根据权利要求12所述的点火器（20），其特征在于，每个所述孔具有一在所述点火表面（56）处开口的内表面（58），以与所述燃烧室（28）流体连通。
14.根据权利要求12所述的点火器（20），其特征在于，所述电极（32）具有一电极直径（De），且每个所述孔具有一小于所述电极直径（De）的孔径（Dh）。
15.根据权利要求12所述的点火器（20），其特征在于，每个所述孔相互等间隔地隔开一预定距离（d）。
16.一种点火器（20），其用于接收一来自一电源的电压，并发射形成电晕（30）的非热等离子体，以电离内燃机的燃烧室（28）中的燃料和空气的混合物，其特征在于，该点火器（20）包括：
一电极（32），其包括一自一电极终端（36）纵向延伸至一电极点火端（38）的电极本体部分（34），以接收来自该电源的能量，并发射一围绕所述电极点火端（38）的电场；
所述电极（32）具有一横穿所述电极（32）并垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸的电极直径（De）；
所述电极（32）由导电材料制成；
所述导电材料包含镍；
一绝缘体（22），其环绕所述电极本体部分（34）设置并沿着所述电极本体部（34）纵向设置，并且该绝缘体（22）自一绝缘体上端（40）延伸至一邻近所述电极点火端（38）的绝缘体点火端（42）；
所述绝缘体（22）延伸经过所述电极点火端（38）直至所述绝缘体点火端（42）；
所述绝缘体（22）包括一由电绝缘材料制成的基体（26）；
所述电绝缘材料包含氧化铝；
所述电绝缘材料具有能够保持电荷的介电常数；
所述电绝缘材料的导电率小于所述电极（32）的所述导电材料的导电率；
所述绝缘体（22）包括一自所述绝缘体上端（40）朝向所述绝缘体点火端（42）延伸的绝缘体第一区域（44）；
所述绝缘体第一区域（44）具有一垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸的绝缘体第一直径（D1）；
所述绝缘体（22）包括一邻近所述绝缘体第一区域（44）并朝向所述绝缘体点火端（42）延伸的绝缘体中间区域（46）；
所述绝缘体中间区域（46）具有一绝缘体中间直径（Dm），该绝缘体中间直径（Dm）垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸并且大于所述绝缘体第一直径（D1）；
所述绝缘体（22）包括一自所述绝缘体第一区域（44）径向向外延伸至所述绝缘体中间区域（46）的绝缘体上肩部（48）；
所述绝缘体（22）包括一邻近所述绝缘体中间区域（46）并朝向所述绝缘体点火端（42）延伸的绝缘体第二区域（50）；
所述绝缘体第二区域（50）具有一垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸的绝缘体第二直径（D2）；
所述绝缘体第二直径（D2）与所述绝缘体第一直径（D1）相等；
所述绝缘体（22）具有一自所述绝缘体中间区域（46）径向向内延伸至所述绝缘体第二区域（50）的绝缘体下肩部（52）；
所述绝缘体（22）包括一自所述绝缘体第二区域（50）延伸至所述绝缘体点火端（42）的绝缘体管口区域（54），其设置且暴露于燃烧室（28）中，而所述绝缘体第一区域（44）、所述绝缘体中间区域（46）以及所述绝缘体第二区域（50）未暴露于燃烧室（28）中；
所述绝缘体管口区域（54）具有垂直于所述纵向的电极本体部分（34）延伸并且逐渐减小至所述绝缘体点火端（42）的绝缘体管口直径（Dn）；
所述绝缘体管口直径（Dn）小于所述绝缘体第二直径（D2）；
所述绝缘体管口区域（54）具有一横跨并围绕所述绝缘体点火端（42）以暴露于所述燃烧室（28）中的点火表面（56）；
所述点火表面（56）具有圆形的且凸起的轮廓，该轮廓带有向下伸入燃烧室（28）中的球面半径；
所述绝缘体管口区域（54）的所述绝缘材料使所述电极（32）与燃烧室（28）隔开；
所述电极点火端（38）设置在所述绝缘体管口区域（54）中，并且通过所述电绝缘材料制成的基体（26）与所述绝缘体点火端（42）隔开；
所述电极点火端（38）与所述绝缘体点火端（42）隔开0.065厘米的距离（d）；
多个导电元件（24），其遍布在邻近所述绝缘体管口区域（54）的所述点火表面（56）并沿着所述点火表面（56）的部分由电绝缘材料制成的基体（26）中，以接收来自所述电极（32）的电场以及在围绕所述导电元件（24）的区域中发射一电场，其中，围绕所述导电元件（24）的区域中的电场导致所述绝缘体管口区域（54）释放形成电晕（30）的非热等离子体；
所述导电元件（24）设置在位于所述电极点火端（38）与所述绝缘体点火端（42）之间的所述电绝缘材料制成的基体（26）中；
所述导电元件（24）沿所述点火表面（56）设置，以暴露于所述燃烧室（28）中；
所述绝缘体第一区域（44）、所述绝缘体中间区域（46）以及所述绝缘体第二区域（50）不含有所述导电元件（24）；
部分所述绝缘体管口区域（54）不含有所述导电元件（24）；
所述绝缘体管口区域（54）在自所述绝缘体第二区域（50）向所述点火端延伸预定长度（1）的区域内不含有所述导电元件（24）；
所述多个导电元件（24）通过所述电绝缘材料制成的基体（26）相互隔开；
一末端（60），其容置在所述绝缘体（22）中，以电连接至一与电源电连接的末端电线，并且电连接至所述电极（32），从而接收来自该电源的能量并将该能量传输至所述电极（32）；
所述末端（60）自一第一终端（62）延伸至一与所述电极终端（36）电连接的第二终端（64）；
所述末端（60）由导电材料制成；
一电阻层（66），其设置在所述第二终端（64）和所述电极终端（36）之间，并与所述第二终端（64）以及所述电极终端（36）电连接，以使能量自所述末端（60）输出至所述电极（32）；
所述电阻层（66）由导电材料制成；
一壳体（68），其环绕所述绝缘体（22）设置；
所述壳体（68）由金属材料制成；以及
所述壳体（68）沿所述绝缘体（22）自一上壳端（70）纵向延伸至一下壳端（72），以使所述绝缘体管口区域（54）向外伸出所述下壳端（72）。
17.根据权利要求16所述的点火器（20），其特征在于，所述绝缘体管口区域（54）的一部分独立于所述绝缘体管口区域（54）的其余部分，并且连接至所述其余部分。
18.根据权利要求16所述的点火器（20），其特征在于，该点火器（20）进一步包括：
所述绝缘体管口区域（54）在所述绝缘体第二区域（50）与所述绝缘体点火端（42）之间连续延伸；
所述绝缘体管口区域（54）包围住所述电极（32）的所述电极点火端（38）；
所述绝缘体管口区域（54）的所述点火表面（56）是封闭的，以防止所述电极（32）与燃烧室（28）流体连通，从而使所述电极（32）通过所述电绝缘材料制成的基体（26）与燃烧室（28）完全隔开；
所述导电元件（24）为嵌入所述电绝缘材料制成的基体（26）中的颗粒，所述颗粒分布在所述绝缘体管口区域（54）的沿着并邻近所述点火表面（56）的部分中；
所述颗粒通过所述电绝缘材料制成的基体（26）相互隔开；
所述颗粒包含选自元素周期表的族3至12中的至少一种元素；
所述颗粒包含铱；以及
所述颗粒具有0.5-250微米的粒径。
19.根据权利要求16所述的点火器（20），其特征在于，该点火器（20）进一步包括：
所述导电元件（24）为位于所述绝缘体管口区域（54）的所述电绝缘材料制成的基体（26）中的孔；
每个所述孔通过所述电绝缘材料制成的基体（26）相互隔开；
每个所述孔自所述电极（32）连续延伸至所述绝缘体（22）的所述点火表面（56）；
每个所述孔具有一呈圆柱形的内表面（58），且该内表面（58）在所述点火表面（56）处开口，以与燃烧室（28）流体连通；
每个所述孔的所述内表面（58）具有一小于所述电极直径（De）的孔径（Dh）；
所述绝缘体管口区域（54）包括六个相互隔开预定距离（d）的所述孔；
其中一个所述孔自所述电极点火端（38）横向延伸至所述绝缘体点火端（42），另外五个所述孔围绕着所述中心的孔并且分别自所述电极（32）延伸至所述点火表面（56），且相互等距离地间隔所述预定距离（d）；以及
每个所述孔具有0.016厘米的孔径（Dh）。
20.一种制造点火器（20）的方法，该点火器（20）用于发射非热等离子体，其特征在于，该方法包括以下步骤：
提供一由导电材料制成的电极（32），该电极（32）自一电极终端（36）延伸至一电极点火端（38）；
提供一由电绝缘材料基体（26）制成的绝缘体（22），且该绝缘体（22）中设有多个导电元件（24）；以及
将绝缘体（22）围绕电极点火端（38）设置。
21.根据权利要求20所述的制造点火器（20）的方法，其特征在于，提供绝缘体（22）的步骤包括：
提供电绝缘材料的烧结的预成型件；
将导电材料的颗粒与电绝缘材料的糊状物混合；
将该混合物涂敷于烧结的预成型件上；以及
加热该混合物与烧结的预成型件。
22.根据权利要求20所述的制造点火器（20）的方法，其特征在于，提供绝缘体（22）的步骤包括：
提供电绝缘材料的烧结的预成型件；以及
在该烧结的预成型件中嵌入导电材料的颗粒。
23.根据权利要求20所述的制造点火器（20）的方法，其特征在于，提供绝缘体（22）的步骤包括：
将电绝缘材料与导电材料的颗粒混合；以及
烧结该混合物。
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