CN103190045A - 改进间隙控制的电晕点火器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电晕点火器（20），其包括位于中心电极（22）与绝缘体（32）之间的电极间隙（28）以及位于绝缘体（32）和外壳（36）之间的壳体间隙（30）。导电涂层（40）沿间隙（28、30）设置在绝缘体（32）上，以避免间隙（28、30）中的电晕放电（24），并用于将能量集中在中心电极（22）的点火尖端（58）。导电涂层（40）设置在绝缘体内表面（64）上，并与电极（22）径向间隔开。导电涂层（40）还设置在绝缘体外表面（72）上，并与外壳（36）径向间隔开。在点火器（20）的工作过程中，导电涂层（40）减小了间隙（28、30）两侧的压降，并且降低了间隙（28、30）处的电场峰值。

Description

改进间隙控制的电晕点火器

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月29日提交的第61/427,960号美国临时申请的权益。

技术领域

本发明主要涉及一种用于发射射频电场以电离燃料-空气混合物并提供电晕放电的电晕点火器，以及一种制造该电晕点火器的方法。

背景技术

电晕放电点火系统提供交流电压和电流，以连续快速地转换高、低电位电极，从而使电弧难以形成，并促进了电晕放电的形成。该系统包括一带有中心电极的电晕点火器，该中心电极被充电至达到高射频电位并在燃烧室中产生强射频电场。该电场使燃烧室中的一部分燃料和空气的混合物离子化并开始介质击穿，从而促进燃料-空气混合物的燃烧。该电场优选为可控的，以使燃料-空气混合物维持介电性能，并发生电晕放电（也称为低温等离子体）。离子化的这部分燃料-空气混合物形成了火焰前锋，随后该火焰前锋自我保持并燃烧了剩余的燃料-空气混合物。优选地，该电场为可控的，以使燃料-空气混合物不会失去所有的介电性能，如果失去所有的介电性能将会导致在电极与接地的气缸壁、活塞或点火器的其他部分之间产生热等离子体和电弧。弗里恩（Freen）发明的专利号为6,883,507的美国专利公开了一种电晕点火系统的示例。

电晕点火器通常包括由导电材料制成的中心电极，该中心电极用于接收高射频电压，并向燃烧室内发射射频电场，以电离燃料-空气混合物并提供电晕放电。一由电绝缘材料制成的绝缘体围绕该中心电极，并被容置在一金属外壳中。电晕放电点火系统的点火器并不包括任何有意接近中心电极的点火端设置的接地电极元件。而是优选地由气缸壁或点火系统的活塞起到接地作用。莱高斯基（Lykowski）和汉普顿（Hampton）发明的专利号为2010/0083942的美国专利公开了一种电晕点火器的示例。

电晕点火器可以按这种方式组装而成，即，各部件之间的空隙可形成较小的空气间隙，例如，形成位于中心电极和绝缘体之间的空气间隙，以及位于绝缘体和外壳之间的空气间隙。这些间隙中充满了来自周围制造环境的空气和气体，并且在工作过程中，充满了来自燃烧室的气体。如图6和7所示，在电晕点火器的使用过程中，当向中心电极提供能量时，空气间隙两侧的电位和电压显著下降。这种显著的下降是由于空气的相对介电常数较小所造成的。

空气间隙两侧的高压降以及空气间隙处电场强度的尖峰均易使这些间隙中的空气离子化，从而造成点火器的点火端处巨大的能量损耗。另外，这些间隙中离子化的空气容易向中心电极点火端迁移，从而形成一穿过绝缘体通向外壳或气缸盖的导电通路，并减弱中心电极点火端处电晕放电的效果。这种穿过绝缘体的导电通路还可能使各部件间产生电弧，该电弧通常是不需要的，并且会降低中心电极点火端处的点火质量。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于提供电晕放电的电晕点火器。该电晕点火器包括一由导电材料制成的中心电极，该中心电极用于接收一高射频电压，并发射一射频电场，以电离燃料-空气混合物并提供电晕放电。该中心电极从一电极终端延伸至一电极点火端，该电极终端接收该高射频电压，该电极点火端发射该射频电场。该中心电极沿一电极中心轴延伸，并且具有一背向该电极中心轴的电极表面。一由电绝缘材料制成的绝缘体围绕该中心电极设置，并且该绝缘体从一绝缘体上端纵向延伸经过电极终端直至一绝缘体管口端。该绝缘体具有在其两端之间延伸的一面向电极表面的绝缘体内表面以及一相背的绝缘体外表面。该绝缘体内表面与至少部分电极表面间隔开，从而在两者之间形成一电极间隙。一由导电金属材料制成的外壳围绕该绝缘体设置，并且该外壳从一外壳上端纵向延伸至一外壳下端。该外壳具有一面向绝缘体外表面并在外壳两端之间延伸的外壳内表面。该外壳内表面与至少部分绝缘体外表面间隔开，从而在两者之间形成一壳体间隙。一导电涂层沿两个间隙中的至少一个设置在绝缘体表面上。绝缘体表面上的导电涂层与相隔相应间隙与之相对表面径向间隔开。

根据本发明的另一方面提供了一种电晕点火系统，该电晕点火系统包括电晕点火器。

根据本发明的又另一方面提供了多种制造电晕点火器的方法。第一种方法包括以下步骤：提供一中心电极，该中心电极由一导电材料制成，并具有一电极表面。其次，该方法包括：提供一绝缘体，该绝缘体由一电绝缘材料制成，并包括一绝缘体内表面，该绝缘体内表面形成一从绝缘体上端纵向延伸至绝缘体管口端的绝缘体孔；该方法还包括：将一导电涂层涂敷至该绝缘体内表面。然后，该方法包括：在涂敷导电涂层后将中心电极插入绝缘体孔中，从而使电极表面与相隔一电极间隙的绝缘体内表面上的至少部分导电涂层相对并径向间隔开。

另一种方法包括：将一导电涂层涂敷至一绝缘体外表面；提供一外壳，该外壳由一导电材料制成，并包括一外壳内表面，该外壳内表面形成一从外壳上端纵向延伸至外壳下端的外壳孔。其次，该方法包括：在涂敷导电涂层后将绝缘体插入外壳孔中，从而使绝缘体外表面上的导电涂层与相隔一壳体间隙的至少部分外壳内表面相对并径向间隔开。

点火器的多个导电涂层提供了跨越这些空气间隙的电气连接。这些导电涂层防止了在这些间隙中容纳电荷，防止了电流流过这些间隙，并且防止了在这些间隙中形成电离气体和电晕放电，而这些电离气体和电晕放电可能会形成穿过绝缘体的导电通路和电弧，其中，绝缘体位于电极和外壳之间，或者位于电极和气缸盖之间。因此，与其他电晕点火器相比，本电晕点火器可以在点火尖端提供更为集中的电晕放电，并且实现更为稳健的点火。

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是根据本发明的一个实施例的设置在燃烧室内的电晕点火器的剖视图；

图1A是图1的电晕点火器的翻折（turnover）区域的放大剖视图；

图2是根据本发明的一个实施例的绝缘体管口区域的放大示意图；

图2A是图5的电极间隙的放大示意图；

图2B是图5的壳体间隙的放大示意图；

图3是根据本发明的另一个实施例的设置在燃烧室内的电晕点火器的剖视图；

图4是根据本发明的一个实施例的一部分电晕点火器的放大示意图以及多个曲线图，其中，放大示意图示出了无涂层的电极间隙和敷有涂层的壳体间隙，该多个曲线图示出了穿过该点火器的归一化电压和电场；

图5是根据本发明的另一个实施例的一部分电晕点火器的放大示意图以及多个曲线图，其中，放大示意图示出了敷有涂层的电极间隙和敷有涂层的壳体间隙，多个曲线图示出了穿过该点火器的归一化电压和电场；

图6是用于对比的一部分电晕点火器的放大示意图以及曲线图，其中，放大示意图示出了无涂层的电极间隙和无涂层的壳体间隙，曲线图示出了穿过该用于对比的点火器的归一化电压；

图7是用于对比的一部分电晕点火器的放大示意图以及曲线图，其中，放大示意图示出了无涂层的电极间隙和无涂层的壳体间隙，曲线图示出了穿过该用于对比的点火器的归一化峰值电场。

具体实施方式

根据本发明的一个方面，提供了一种用于电晕放电点火系统的电晕点火器20。该系统有意形成一个电源，该电源抑制了电弧的形成，并且促进了用于引起电晕放电24的强电场的产生。该电晕放电点火系统点火后将引起频率约为1兆赫的多通道放电。

该系统的点火器20包括中心电极22，该中心电极22用于接收高射频电压的能量，并发射射频电场，以电离内燃机燃烧室26中的部分可燃的燃料-空气混合物，并在内燃机燃烧室26中提供电晕放电24。用于有效装配电晕点火器20的方法要求在中心电极22、绝缘体32和外壳36之间存有空隙，以形成位于这些部件之间的较小的空气间隙28、30。

中心电极22插入绝缘体32中，从而使中心电极22的头部34沿着绝缘体32的孔抵靠在电极座66上，并且使中心电极22的其他部分与绝缘体32间隔开。电极22和绝缘体32之间设有电极间隙28，从而使空气可以在电极22和绝缘体32之间流动。在一个优选的实施例中，绝缘体32插入金属外壳36中，且内部密封件38将绝缘体32与外壳36隔开。绝缘体32和外壳36之间纵向延伸有壳体间隙30，从而使空气可以在绝缘体32和外壳36之间流动。为了防止在空气间隙28、30中形成电晕放电24，在将这些部件组装在一起前，会在绝缘体32上设置导电涂层40。

电晕点火器20通常用于汽车或工业机械的内燃机中。如图1所示，该发动机通常包括气缸体46，该气缸体46具有绕气缸中心轴周向延伸的侧壁，并在侧壁之间形成有空间。气缸体46的侧壁具有围绕顶部开口的顶端，并且该顶端上设有气缸盖48，且该气缸盖48延伸跨过顶部开口。一活塞50沿气缸体46的侧壁设置在其空间内，以在内燃机的工作过程中沿该侧壁滑动。活塞50与气缸盖间隔开，从而在气缸体46、气缸盖48和活塞50之间形成燃烧室26。该燃烧室26中容纳由电晕点火器20电离的可燃的燃料-空气混合物。气缸盖48包括用于容置点火器20的进入孔，且该点火器20垂直延伸进入燃烧室26。点火器20接收来自电源（未示出）的高射频电压，并发射射频电场，以电离部分燃料-空气混合物，并形成电晕放电24。

点火器20的中心电极22从电极终端52沿电极中心轴a_e纵向延伸至电极点火端54。高射频交流电压的能量被提供至中心电极22，且电极终端52接收该高射频交流电压的能量，通常接收电压高达40,000伏特、电流小于1安培以及频率为0.5-5.0兆赫的能量。提供至中心电极22的最高电压也称为最大电压。电极22包括由导电材料（例如镍）制成的电极主体部分56。在一个实施例中，电极主体部分56可以包括由另一种导电材料（例如铜）制成的芯体。在一个实施例中，电极22的材料具有小于1,200nΩm的低电阻系数。电极主体部分56具有背向所述电极中心轴a_e的电极表面23。该电极主体部分56还具有垂直于电极中心轴a_e的电极直径D_e。电极主体部分56包括位于电极终端52处的电极头部34。该头部34的电极直径D_e大于沿着电极主体部分56剩余部分的电极直径D_e。

根据一个优选的实施例，中心电极22包括围绕并邻近电极点火端54的点火尖端58，该点火尖端58用于发射射频电场，以电离燃烧室26中的部分燃料-空气混合物，并在内燃机燃烧室26中提供电晕放电24。点火尖端58由导电材料制成，该导电材料（例如包括至少一种选自元素周期表中4-12族的元素的材料）在高温下提供良好的热力性能。如图1所示，点火尖端58的尖端直径D_t大于电极主体部分56的电极直径D_e。

电晕点火器20的绝缘体32环绕电极主体部分56设置并沿该电极主体部分56纵向延伸。绝缘体32从绝缘体上端60纵向延伸经过电极终端52直至绝缘体管口端62。图2为根据本发明的一个实施例的绝缘体管口端62的放大示意图，其中，绝缘体管口端62与电极22的电极点火端54以及点火尖端58间隔开。根据另一个实施例（未示出），点火尖端58与绝缘体32邻接，从而在它们两者之间不存在间隔。

绝缘体32由电绝缘材料制成，通常由包含氧化铝的陶瓷材料制成。绝缘体32的导电率小于中心电极22和外壳36的导电率。在一个实施例中，绝缘体32的介电强度为14-25kV/mm。绝缘体32还具有能够支持放电的相对介电常数，该相对介电常数通常为6-12。在一个实施例中，绝缘体32的热膨胀系数（CTE）在2×10^-6/℃和10×10^-6/℃之间。

绝缘体32包括绝缘体内表面64，该绝缘体内表面64面向电极主体部分56的电极表面23，并从绝缘体上端60沿电极中心轴a_e纵向延伸至绝缘体管口端62。绝缘体内表面64形成了一容置中心电极22的绝缘体孔，且该绝缘体内表面64包括用于支撑中心电极22的头部34的电极座66。

电极点火端54插入绝缘体上端60并进入绝缘体孔，直到中心电极22的头部34沿着绝缘体32的孔抵靠在电极座66上。电极主体部分56的头部34以下的剩余部分与绝缘体内表面64间隔开，以在这两者之间提供电极间隙28。电晕点火器20还需要这样装配，即，电极点火端54和点火尖端58均设置在绝缘体管口端62的外部。如图2所示，在一个实施例中，绝缘体管口端62与点火尖端58之间具有尖端间隔68，从而使周围空气可以在绝缘体管口端62与点火尖端58之间流动。

绝缘体内表面64和电极主体部分56之间的电极间隙28从电极点火端54沿电极主体部分56的电极表面23连续延伸至增大的头部34，并环绕该电极主体部分56。如图3所示，在一个实施例中，电极主体部分56具有长度l_e，且电极间隙28沿至少80%的长度l_e纵向延伸。如图2A所示，电极间隙28还具有电极间隙宽度w_e，该电极间隙宽度w_e垂直于电极中心轴a_e延伸，并从电极主体部分56径向延伸至绝缘体内表面。在一个实施例中，该电极间隙宽度w_e为0.025mm-0.25mm。

在一个实施例中，电极间隙28在绝缘体管口端62处开口，并与尖端间隔68流体连通。因此，来自于周围环境的空气可以沿点火尖端58流动通过尖端间隔68并流进电极间隙28直至电极22的头部34。

电晕点火器20的绝缘体32包括绝缘体外表面72，该绝缘体外表面72与绝缘体内表面64相对，并从绝缘体上端60沿电极中心轴a_e纵向延伸至绝缘体管口端62。该绝缘体外表面72与绝缘体内表面64相对，向外面向外壳36，并且背向中心电极22。在一个优选的实施例中，绝缘体32被设计为牢固地安装在外壳36中并且允许采用高效的制造工艺。

如图1所示，绝缘体32包括绝缘体第一区域74，该绝缘体第一区域74从绝缘体上端60沿电极主体部分56向绝缘体管口端62延伸。绝缘体第一区域74具有大致垂直于电极中心轴a_e延伸的绝缘体第一直径D₁。绝缘体32还包括邻近绝缘体第一区域74向着绝缘体管口端62延伸的绝缘体中部区域76。绝缘体中部区域76还具有大致垂直于电极中心轴a_e延伸的绝缘体中部直径D_m，且该绝缘体中部直径D_m大于绝缘体第一直径D₁。绝缘体上肩部78从绝缘体第一区域74径向向外延伸至绝缘体中部区域76。

绝缘体32还包括邻近绝缘体中部区域76向着绝缘体管口端62延伸的绝缘体第二区域80。绝缘体第二区域80具有大致垂直于电极中心轴a_e延伸的绝缘体第二直径D₂，且该绝缘体第二直径D₂小于绝缘体中部直径D_m。绝缘体下肩部82从绝缘体中部区域76径向向内延伸至绝缘体第二区域80。

绝缘体32进一步包括绝缘体管口区域84，该绝缘体管口区域84从绝缘体第二区域80延伸至绝缘体管口端62。绝缘体管口区域84具有大致垂直于电极中心轴a_e延伸的绝缘体管口直径D_n，且该绝缘体管口直径D_n逐渐减小至绝缘体管口端62。在图3的实施例中，绝缘体32包括绝缘体管口肩部86，该绝缘体管口肩部86从绝缘体第二区域80径向向内延伸至绝缘体管口区域84。绝缘体管口端62处的绝缘体管口直径D_n小于绝缘体第二直径D₂，并且小于点火尖端58的尖端直径D_t。

如图1和3所示，电晕点火器20包括导电材料制成的末端70，该末端70容置在绝缘体32中。末端70包括电连接至端子电线（未示出）的第一终端88，该第一终端88电连接至电源（未示出）。末端70还包括与电极22电连通的电极终端89。因此，末端70接收来自电源的高射频电压，并将该高射频电压传输至电极22。由导电材料制成的导电密封层90设置在末端70和电极22之间，并与末端70和电极22电连接，从而使能量可以从末端70传输至电极22。

电晕点火器20的外壳36环绕绝缘体32设置。外壳36由导电材料（例如钢）制成。在一个实施例中，外壳36具有低于1,000nΩm的低电阻率。如图1和3所示，外壳36从外壳上端44沿绝缘体32纵向延伸至外壳下端92。外壳36包括外壳内表面94，该外壳内表面94面向绝缘体外表面72，并从绝缘体第一区域74沿绝缘体上肩部78、绝缘体中部区域76、绝缘体下肩部82和绝缘体第二区域80纵向延伸至邻近绝缘体管口区域84的外壳下端92。外壳内表面94形成了容置绝缘体32的外壳孔。外壳内表面94还具有横跨外壳孔延伸的外壳直径D_s。该外壳直径D_s大于绝缘体管口直径D_n，从而使绝缘体32可以插进外壳孔中，并且使至少部分绝缘体管口区域84向外伸出外壳下端92。

外壳内表面94具有用于支撑绝缘体下肩部82或绝缘体管口肩部86或支撑这两者的至少一个外壳座96。在图1的实施例中，外壳36包括一个外壳座96，该外壳座96邻近工具容置构件98设置，并支撑绝缘体下肩部82。在图3的实施例中，外壳36包括两个外壳座96，一个外壳座96邻近工具容置构件98设置，另一个邻近外壳下端92设置以用于支撑绝缘体管口肩部86。

在一个实施例中，电晕点火器20包括至少一个设置在外壳内表面94和绝缘体外表面72之间的内部密封件38，一旦绝缘体32插进外壳36中，则内部密封件38可支撑绝缘体32。内部密封件38将绝缘体外表面72与外壳内表面94间隔开，以在绝缘体外表面72和外壳内表面94之间提供壳体间隙30。当采用多个内部密封件38时，壳体间隙30通常从外壳上端44连续延伸至外壳下端92。如图1所示，多个内部密封件38中的一个通常设置在绝缘体下肩部82的绝缘体外表面72和邻近工具容置构件98的外壳座96的外壳内表面94之间。在图3的一个实施例中，多个内部密封件38中的一个还设置在绝缘体管口肩部86的绝缘体外表面72和邻近绝缘体管口区域84的外壳座96的外壳内表面94之间。图1和3的实施例还包括一个设置在绝缘体上肩部78的绝缘体外表面72和外壳36的翻折唇部42的外壳内表面94之间的内部密封件38。这些内部密封件38被定位以将绝缘体32支撑并保持在相对于外壳36的适当位置处。

绝缘体32抵靠于设置在外壳座96上的内部密封件38上。在图1和3的实施例中，绝缘体32的剩余部分与外壳内表面94间隔开，从而在绝缘体外表面72和外壳内表面94之间形成壳体间隙30。该壳体间隙30从绝缘体上肩部78沿绝缘体外表面72连续延伸至绝缘体管口区域84，并且该壳体间隙30还环绕绝缘体32。如图3所示，外壳36具有长度l_s，壳体间隙30通常沿至少80%的长度l_s纵向延伸。当采用内部密封件38时，壳体间隙30可以沿外壳36的100%的长度l_s延伸。壳体间隙30还具有壳体间隙宽度w_s，该壳体间隙宽度w_s垂直于电极中心轴a_e延伸，并从绝缘体外表面72径向延伸至外壳内表面94。在一个实施例中，壳体间隙宽度w_s为0.075mm-0.300mm。壳体间隙30在外壳下端92处开口，从而使来自周围环境的空气可以流进壳体间隙30，并沿着绝缘体外表面72流动直至内部密封件38。

在一个可选的实施例中，绝缘体外表面72抵靠在外壳座96上，而不存在内部密封件38。在该实施例中，壳体间隙30可能仅仅位于外壳上端44处，或沿绝缘体外表面72的某些部分设置，而不会连续设置在外壳上端44和外壳下端92之间。

外壳36还包括与外壳内表面94相对的外壳外表面100，该外壳外表面100从外壳上端44沿电极中心轴a_e纵向延伸至外壳下端92，并背向绝缘体32向外。外壳36包括工具容置构件98，制造者或最终用户可以利用该工具容置构件98以将电晕点火器20安装至气缸盖48或从气缸盖48上拆卸下来。工具容置构件98从绝缘体上肩部78沿绝缘体中部区域76延伸至绝缘体下肩部82。该工具容置构件98具有大致垂直于纵向的电极主体部分56延伸的工具厚度。在一个实施例中，外壳36还具有沿绝缘体第二区域80设置的螺纹，该螺纹用于与气缸盖48接合，并且将电晕点火器20保持在相对于气缸盖48和燃烧室26的期望位置处。

外壳36包括翻折唇部42，该翻折唇部42从工具容置构件98沿绝缘体中部区域76的绝缘体外表面72纵向延伸，然后沿绝缘体上肩部78向内延伸至邻近绝缘体第一区域74的外壳上端44。该翻折唇部42环绕绝缘体上肩部78延伸，从而使绝缘体第一区域74向外伸出翻折唇部42。沿翻折唇部42延伸的部分外壳内表面94与绝缘体中部区域76接合，并有助于固定外壳36以防止其相对于绝缘体32轴向运动。然而，外壳内表面94的剩余部分通常与绝缘体外表面72间隔开。

壳体间隙30通常位于翻折区域的外壳36和绝缘体32之间，同样还位于自外壳下端92向上直至内部密封件38区域的外壳36和绝缘体32之间。最佳如图1A所示，外壳36的翻折唇部42包括位于外壳内表面94和外壳外表面100之间的唇部表面102，该唇部表面102面向绝缘体第一区域74的绝缘体外表面72。翻折唇部42具有从外壳内表面94延伸至外壳外表面100的唇部厚度，该唇部厚度通常小于工具厚度。在一个实施例中，整个唇部表面102与绝缘体外表面72接合，且壳体间隙30位于沿翻折唇部42的外壳外表面100和绝缘体32之间。在另一个实施例中，唇部表面102与外壳外表面100完全间隔开，且壳体间隙30设置在唇部表面102和绝缘体32之间。在又另一个实施例中，一部分的唇部表面102与绝缘体外表面72接合，且壳体间隙30设置在一部分的唇部表面102和绝缘体32之间。壳体间隙30在翻折区域中的外壳上端44处开口，从而使来自周围环境的空气可以在其中流动。

导电涂层40沿点火器20的间隙28、30中的至少一个设置，优选的同时沿电极间隙28和壳体间隙30设置。如图2A所示，第一导电涂层40设置在绝缘体内表面64上，并与相隔电极间隙28的电极表面23径向间隔开，以在第一导电涂层40和电极表面23之间形成电极涂层间隔宽度w_ec。在一个实施例中，该电极涂层间隔宽度w_ec为50-250微米。

如图2B所示，第二导电涂层40设置在绝缘体外表面72上，并与相隔壳体间隙30的外壳内表面94径向间隔开，以在第二导电涂层40和外壳内表面94之间形成外壳涂层间隔宽度w_sc。在一个实施例中，该外壳涂层间隔宽度w_sc为50-250微米。导电涂层40将电极间隙28的两侧电连接在一起，并将壳体间隙30的两侧电连接在一起，从而减小了间隙28、30中的电场强度以及间隙28、30两侧的压降，并且防止了在间隙28、30中形成电晕放电。

导电涂层40由导电材料制成，并具有9×10⁶S/m-65×10⁶S/m的导电率，或具有大于9×10⁶S/m的导电率，优选地具有大于30×10⁶S/m的导电率。导电涂层40不同于中心电极22、绝缘体32和外壳36，并且与中心电极22、绝缘体32和外壳36分离开。绝缘体表面64、72上的导电涂层40可以包括沿点火器20全长延伸的相同的导电材料，或者设置在点火器20的不同区域的不同材料。在一个可选的实施例中，导电涂层40还设置在电极表面23或外壳内表面94上，但是如果这些表面23、94由导电材料制成，则不需要在这些表面23、94上设置导电涂层40。

在一个实施例中，导电涂层40包括至少一种选自元素周期表中4-11族的元素，例如银、金、铂、铱、钯以及它们的合金。在另一个实施例中，导电涂层40包括非贵金属，例如铝或铜。在又另一个实施例，导电涂层40包括金属和玻璃粉末的混合物，例如熔块。玻璃粉末通常包括硅，在一个实施例中，导电涂层40包括在导电涂层40的总重量中的重量百分比含量至少为30%的硅。导电涂层40可以包括贵金属和玻璃粉末的混合物，或非贵金属和玻璃粉末的混合物。

当导电涂层40沿电极间隙28设置时，第一导电涂层40设置在位于绝缘体上端60和绝缘体管口端62之间的绝缘体内表面64上。如图2A所示，第一导电涂层40与相隔电极间隙28的电极表面23径向间隔开，以在第一导电涂层40和电极表面23之间形成电极涂层间隔宽度w_ec。沿电极间隙28的导电涂层40优选地具有5-30微米的涂层厚度t_c。导电涂层40可以沿位于点火尖端58和电极终端52之间的电极主体部分56的全长l_e延伸，优选地沿至少80%的长度l_e延伸。

将导电涂层40沿电极间隙28涂敷至绝缘体内表面64是具有显著优点的。在图6和7的用于对比的点火器中，并未沿电极间隙28设置导电涂层40，绝缘体32的介电常数与电极间隙28中空气的介电常数相差甚远。因此，电压在电极间隙28处急剧下降，并且通常减少了中心电极22与接地的金属外壳36之间的总压降的10-20%。而且，电场在电极间隙28处也急剧增大。在无涂层的电极间隙28中的电场强度通常比绝缘体32的电场强度高5-10倍。

如图5所示，本发明的导电涂层40减小了电极间隙28中的电场，并且减小了电极间隙28两侧的电压变化。在一个实施例中，电极间隙28两侧的电压减小了不大于提供给中心电极22的最大电压的5%。敷有涂层的电极间隙28两侧的压降不大于中心电极22与接地的金属外壳36之间的总压降的5%。当电能以0.5-5.0兆赫的频率流过中心电极22时，敷有涂层的电极间隙28的电场强度通常不大于绝缘体32的电场强度的1倍。如图5所示，敷有涂层的电极间隙28两侧的电压和峰值电场在很大程度上保持恒定。例如，当电能以0.5-5.0兆赫的频率流过中心电极22时，邻近导电涂层40的电极表面23具有一个电压，且邻近导电涂层40的绝缘体内表面64也具有一个电压，这两个电压的差值不大于提供给中心电极22的最大电压的5%，或者不大于中心电极22与接地的金属外壳36之间的总压降的5%。

当导电涂层40沿壳体间隙30设置时，第二导电涂层40设置在位于绝缘体上端60和绝缘体管口端62之间的绝缘体外表面72上。如图2B所示，第二导电涂层40与相隔壳体间隙30的外壳内表面94径向间隔开，以在第二导电涂层40和外壳内表面94之间形成外壳涂层间隔宽度w_sc。沿壳体间隙30的导电涂层40优选地具有5-30微米的涂层厚度t_c。导电涂层40可以沿位于外壳上端44和外壳下端92之间的外壳36的全长l_s延伸，通常沿至少80%的长度l_s延伸。

图1的电晕点火器20包括沿壳体间隙30的不同部分设置的不同类型的导电材料。第一种导电材料从邻近外壳下端92纵向延伸至绝缘体下肩部82。第二种导电材料从第一种导电材料纵向延伸至邻近翻折唇部42。随后第三种导电材料从第二种导电材料纵向延伸至外壳上端44的正上方。这些材料基于电晕点火器20在相应区域处的特性来选择。

图3的电晕点火器20也包括沿壳体间隙30的不同部分设置的不同导电材料。第一种导电材料从外壳下端92纵向延伸至绝缘体管口肩部86的正上方。第二种导电材料从第一种导电材料延伸至翻折唇部42的正下方。第三种导电材料从第二种导电材料延伸至外壳上端44的正上方。

将导电涂层40沿壳体间隙30涂敷至绝缘体外表面72是具有显著优点的。在图6和7的用于对比的点火器20中，并未设置导电涂层40，绝缘体32的介电常数与壳体间隙30中空气的介电常数相差甚远。因此，电压在无涂层的壳体间隙30处急剧下降，并且通常减少了中心电极22与接地的金属外壳36之间的总压降的10-20%。而且，电场在无涂层的壳体间隙30处也急剧增大。在无涂层的壳体间隙30中的电场强度通常比绝缘体32的电场强度高5-10倍。

如图4和5所示，本发明的导电涂层40减小了壳体间隙30中的电场，并且减小了壳体间隙30两侧的电压变化。在一个实施例中，敷有涂层的壳体间隙30两侧的电压减小了不大于提供给中心电极22的最大电压的5%。敷有涂层的壳体间隙30两侧的压降不大于中心电极22与接地的金属外壳36之间的总压降的5%。当电能以0.5-5.0兆赫的频率流过中心电极22时，敷有涂层的壳体间隙30的电场强度通常不大于绝缘体32的电场强度的1倍。如图4和5所示，敷有涂层的壳体间隙30两侧的电压和峰值电场在很大程度上保持恒定。例如，当电能以0.5-5.0兆赫的频率流过中心电极22时，邻近导电涂层40的绝缘体外表面56具有一个电压，且外壳内表面94也具有一个电压，这两个电压的差值不大于提供给中心电极22的最大电压的5%，或者不大于中心电极22与接地的金属外壳36之间的总压降的5%。

如图4所示，尽管电晕点火器20仅要求沿间隙28、30中的一个设置导电涂层40，然而，如图5所示，特别有利的是同时沿间隙28、30涂敷导电涂层40。当导电涂层40同时沿间隙28、30设置时，电晕点火器20具有这样的电压，即，该电压从中心电极22跨电极间隙28、绝缘体32和壳体间隙30至外壳36逐渐地、持续地下降。另外，从中心电极22跨电极间隙28、绝缘体32和壳体间隙30至外壳36的电场在很大程度上保持恒定。导电涂层40还可以沿电晕点火器20中形成的其他任意空气间隙涂敷。

导电涂层40提供空气间隙28、30两侧的电气连接。这些导电涂层防止了在间隙28、30中容纳电荷，防止了电流流过间隙28、30，并防止了在间隙28、30中形成电离气体和电晕放电24，而这些电离气体和电晕放电24可能会在电极22和外壳36之间或在电极22和气缸盖48之间形成穿过绝缘体32的导电通路和电弧。因此，相比于其他电晕点火器，电晕点火器20能够在点火尖端48处提供更为集中的电晕放电24以及实现更为稳健的点火。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制造电晕点火器20的方法。该方法首先包括提供中心电极22、绝缘体32和外壳36。在将这些部件组装在一起前，该方法包括将导电涂层40沿间隙28、30中的至少一个涂敷至绝缘体表面64、72，优选地将导电涂层40同时沿间隙28、30涂敷至绝缘体表面64、72。

当导电涂层40沿电极间隙28设置时，该方法包括将第一导电涂层40涂敷至绝缘体内表面64，从而使由电极表面23提供的直径小于由绝缘体内表面64上的第二导电涂层40提供的直径。在涂敷导电涂层40之后，该方法包括将中心电极22插进绝缘体孔中，从而使该第一导电涂层40面向与之相隔电极间隙28的绝缘体内表面64上至少部分导电涂层40，并与该至少部分导电涂层40径向间隔开。第一导电涂层40可以设置在电极头部34上，并可以在该位置处与绝缘体内表面64接触。

当导电涂层40沿壳体间隙30设置时，该方法包括将第二导电涂层40涂敷至绝缘体外表面72，从而使由绝缘体外表面72上的第一导电涂层40提供的直径小于由外壳内表面94提供的直径。在涂敷导电涂层40之后，该方法包括将绝缘体32插进外壳孔，从而使绝缘体外表面72上的第一导电涂层40面向与之相隔壳体间隙30的至少部分外壳内表面94，并与该至少部分外壳内表面94径向间隔开。第二导电涂层40可以邻近翻折唇部42设置，并可以在该位置处与外壳内表面94接触。

在一个实施例中，该方法包括将内部密封件38设置在外壳孔中的外壳座96上，并将绝缘体32设置在内部密封件38上，以提供壳体间隙30。然后该方法包括围绕绝缘32形成外壳36。在另一个实施例中，该方法包括将外壳上端44绕内部密封件38径向向内朝向绝缘体第一区域74弯曲，以提供翻折唇部42。

根据各种不同的方法可以将导电涂层40涂覆至绝缘体表面64、72。在一个实施例中，这些涂覆导电涂层40的步骤中的至少一个包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射中的至少一个。在另一个实施例中，这些涂覆导电涂层40的步骤中的至少一个包括将导电材料设置在一中间载体上，并将该导电材料从该中间载体转移至绝缘体表面64、72，以覆盖该绝缘体表面64、72。在又另一个实施例中，这些涂覆步骤中的至少一个包括将导电材料、玻璃粉末和液体的混合物涂覆至绝缘体表面64、72，接着进行热处理，该热处理包括加热该混合物，以蒸发液体并将玻璃粉末融合至绝缘体表面64、72。

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，本发明还可以通过除具体描述的方式以外的其它方式实施。

Claims (20)

1.一种电晕点火器，其用于提供电晕放电，其特征在于，该电晕点火器包括：

一中心电极，该中心电极由一导电材料制成，且该中心电极用于接收一高射频电压，并发射一射频电场，以电离燃料-空气混合物并提供电晕放电，

所述中心电极从一电极终端延伸至一电极点火端，该电极终端接收该高射频电压，该电极点火端发射该射频电场，

所述中心电极沿一电极中心轴延伸，并且具有一背向所述电极中心轴的电极表面，

一绝缘体，该绝缘体由一电绝缘材料制成，且该绝缘体围绕所述中心电极设置，并从一绝缘体上端纵向延伸经过所述电极终端直至一绝缘体管口端，

所述绝缘体具有在所述绝缘体的两端之间延伸的一面向所述电极表面的绝缘体内表面以及一相背的绝缘体外表面，

所述绝缘体内表面与至少部分的所述电极表面间隔开，以在该绝缘体内表面和至少部分的所述电极表面之间形成一电极间隙，

一外壳，该外壳由一导电金属材料制成，且该外壳围绕所述绝缘体设置，并从一外壳上端纵向延伸至一外壳下端，

所述外壳具有一面向所述绝缘体外表面并在所述外壳的两端之间延伸的外壳内表面，

所述外壳内表面与至少部分的所述绝缘体外表面间隔开，以在该外壳内表面和至少部分的所述绝缘体外表面之间形成一壳体间隙，

一导电涂层，该导电涂层沿所述两个间隙中的至少一个设置在所述绝缘体表面上，以及

所述绝缘体表面上的所述导电涂层与所述相隔所述间隙与之相对的表面径向间隔开。

2.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述导电涂层具有5-30微米的涂层厚度。

3.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述绝缘体表面上的所述导电涂层与所述相隔所述间隙与之相对的表面径向间隔开50-250微米的涂层间隔宽度。

4.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述导电涂层具有9×10⁶S/m-65×10⁶S/m的导电率。

5.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述导电涂层包括贵金属。

6.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述导电涂层包括贵金属和玻璃粉末的混合物。

7.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述导电涂层包括非贵金属。

8.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述导电涂层包括非贵金属和玻璃粉末的混合物。

9.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述导电涂层包括在所述导电涂层的总重量中的重量百分比含量至少为30%的硅。

10.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述外壳具有一从所述外壳下端至所述外壳上端的长度，且所述导电涂层沿至少50%的所述长度延伸。

11.根据权利要求1所述的电晕点火器，其特征在于，所述中心电极具有一长度，且所述导电涂层沿至少80%的所述长度延伸。

12.一种电晕点火系统，其用于提供一射频电场，以电离一内燃机的燃烧室中的部分燃料-空气混合物，并在该内燃机的燃烧室中提供电晕放电，其特征在于，该电晕点火系统包括：

一气缸体、一气缸盖和一活塞，在该气缸体、气缸盖和活塞之间形成有一燃烧室，

提供在所述燃烧室内的燃料和空气的混合物，

一点火器，该点火器设置在所述气缸盖中，并垂直延伸进入所述燃烧室，且该点火器用于接收一高射频电压，并发射一射频电场，以电离燃料-空气混合物并提供所述电晕放电，

一中心电极，该中心电极由一导电材料制成，且该中心电极用于接收一高射频电压，并发射一射频电场，以电离燃料-空气混合物并提供所述电晕放电，

所述中心电极从一电极终端延伸至一电极点火端，该电极终端接收该高射频电压，该电极点火端发射该射频电场，

一绝缘体，该绝缘体由一电绝缘材料制成，且该绝缘体围绕所述中心电极设置，并从一绝缘体上端纵向延伸经过所述电极终端直至一绝缘体管口端，

所述绝缘体具有在所述绝缘体的两端之间延伸的一面向所述中心电极的绝缘体内表面以及一相背的绝缘体外表面，

所述绝缘体内表面与至少部分的所述中心电极间隔开，以在该绝缘体内表面和至少部分的所述中心电极之间形成一电极间隙，

一外壳，该外壳由一导电金属材料制成，且该外壳围绕所述绝缘体设置，并从一外壳上端纵向延伸至一外壳下端，

所述外壳具有一面向所述绝缘体外表面并在所述外壳的两端之间延伸的外壳内表面，

所述外壳内表面与至少部分的所述绝缘体外表面间隔开，以在该外壳内表面和至少部分的所述绝缘体外表面之间形成一壳体间隙，

一设置在所述绝缘体内表面上的第一导电涂层，

一设置在所述绝缘体外表面上的第二导电涂层，

所述绝缘体内表面上的所述第一导电涂层与所述相隔所述电极间隙与之相对的电极表面径向间隔开，以及

所述绝缘体外表面上的所述第二导电涂层与所述相隔所述壳体间隙与之相对的外壳内表面径向间隔开。

13.一种制造电晕点火器的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供一中心电极，该中心电极由一导电材料制成，并具有一电极表面，

提供一绝缘体，该绝缘体由一电绝缘材料制成，并包括一绝缘体内表面，该绝缘体内表面形成一绝缘体孔，该绝缘体孔从一绝缘体上端纵向延伸至一绝缘体管口端，

将一导电涂层涂敷至该绝缘体内表面，以及

在涂敷该导电涂层后，将该中心电极插入该绝缘体孔中，从而使该电极表面与相隔一电极间隙的该绝缘体内表面上的至少部分的导电涂层相对并径向间隔开。

14.根据权利要求13所述的制造电晕点火器的方法，其特征在于，该涂覆导电涂层的步骤包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射中的至少一个。

15.根据权利要求13所述的制造电晕点火器的方法，其特征在于，该涂覆导电涂层的步骤包括将一导电材料设置在一中间载体上，并将该导电材料从该中间载体转移至该绝缘体内表面。

16.根据权利要求13所述的制造电晕点火器的方法，其特征在于，该涂覆导电涂层的步骤包括将一导电材料、一玻璃粉末和一液体的混合物涂覆至该绝缘体内表面，并加热该混合物，以蒸发该液体并将该玻璃粉末融合至该绝缘体内表面。

17.一种制造电晕点火器的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供一中心电极，该中心电极由一导电材料制成，

提供一绝缘体，该绝缘体由一电绝缘材料制成，并具有一绝缘体外表面，该绝缘体外表面从一绝缘体上端纵向延伸至一绝缘体管口端，

将一导电涂层涂敷至该绝缘体外表面，

提供一外壳，该外壳由一导电材料制成，并包括一外壳内表面，该外壳内表面提供一外壳孔，该外壳孔从一外壳上端纵向延伸至一外壳下端，以及

在涂敷该导电涂层后，将该绝缘体插入该外壳孔中，从而使该绝缘体外表面上的导电涂层与相隔一壳体间隙的至少部分的外壳内表面相对并径向间隔开。

18.根据权利要求17所述的制造电晕点火器的方法，其特征在于，该涂覆导电涂层的步骤包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射中的至少一个。

19.根据权利要求17所述的制造电晕点火器的方法，其特征在于，该涂覆导电涂层的步骤包括将一导电材料设置在一中间载体上，并将该导电材料从该中间载体转移至该绝缘体外表面。

20.根据权利要求17所述的制造电晕点火器的方法，其特征在于，该涂覆导电涂层的步骤包括将一导电材料、一玻璃粉末和一液体的混合物涂覆至该绝缘体外表面，并加热该混合物，以蒸发该液体并将该玻璃粉末融合至该绝缘体外表面。

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