CN104061107B - 电晕点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过电晕放电在发动机燃烧室内点燃燃油的电晕点火装置，包括一管壳（1），一设置于管壳（1）中的线圈（5），一塞在管壳（1）中的绝缘体（2）和一连接至线圈（5）的中心电极（3），所述中心电极（3）插入绝缘体（2）中并引出至少一个点火尖（6）。为了提高点火尖（6）的使用寿命，所述点火尖部分或完全由包含质量分数为3%至30%铑的铱基合金构成或涂覆有燃耗层（7）。

Description

电晕点火装置
技术领域
本发明涉及一种通过电晕放电在发动机燃烧室内点燃燃油的电晕点火装置。
背景技术
一种具有一线圈、一绝缘体和一连接至线圈的中心电极，其中该中心电极插入绝缘体中并引出至少一个点火尖的电晕点火装置可从DE 10 2010 045 175 A1中了解到。通过该电晕点火装置，中心电极带有一点火头，所述点火头具有多个点火尖，且所述点火头是从金属板上切割下来制造出来的。
从WO 2011/130365 A1了解到，利用耐磨层覆盖这种点火头的点火尖，从而可以提高点火头的使用寿命。通过电镀、粉末涂层或阴极射线溅射法在点火尖部位将耐磨层应用于点火头的上表面和下表面。尤其是铂系金属可以用作耐磨层材料。
电晕点火装置的点火尖也可成型为针状。DE 10 2010 045 173 A1对以下两种点火头均进行了介绍，一种是点火头连同其点火尖一起从金属板上切割下来形成的，另一种是将成型为针状的点火尖插入点火头内形成的。
无论是使用从金属板上切割而形成的点火尖，还是使用针状的点火尖，这两种情况下都存在磨损的问题。
发明内容
本发明的目的是详细介绍一种能够延长电晕点火装置使用寿命的方法。
该目的通过一种具有以下特征的电晕点火装置实现，即包括一线圈、一绝缘体和一连接至线圈的中心电极，该中心电极插入绝缘体中并引出至少一个点火尖，点火尖部分或完全由包含质量分数为3％至30％铑的铱基合金构成，点火尖涂覆或在点火尖的至少两个相对的侧面上覆盖一燃耗层。
通过部分或完全由含质量分数为3％至30％铑的铱基合金所构成的点火尖，该合金能够降低燃耗(burn-up)从而延长使用寿命。铱具有高熔点和高沸点，这就有利地决定了其高耐燃耗性。通过混入铑能够进一步提升这些良好的特性。
含质量分数为3％至10％铑的铱基合金是尤其有利的。铱基合金优选地包含质量分数至少为80％的铱，例如铱的质量分数为85％或更多。除了铱和铑，所述合金还可进一步包含其它成分，例如镍和/或氧化物。特别地，氧化钇、氧化锆、氧化锌、氧化镉、氧化铟、氧化锡和氧化铅等都具有降低燃耗的作用。优选地，所述合金含有氧化物的质量分数不超过5％，例如质量分数为0.5％至4％。
通过利用铱-铑合金能够降低点火尖的燃耗。但出乎意料的是，降低燃耗对于增加点火尖的使用寿命来说并不是绝对必要的。通过将点火尖包裹在燃耗层中或将燃耗层覆盖在点火尖的至少两个相对的侧面上，利用本身耐磨性较差的合金，能够实现点火尖很长的使用寿命。
保持点火尖端部尖锐对于所述点火尖的正常作业来说是很重要的。只有这样才能够在其端部产生电场强度增量，这对于电晕放电点火来说是至关重要的。常规点火尖中点火尖燃耗会导致点火尖变得越来越钝，且因此经过一段或长或短的时间后导致点火尖失效。
比其所覆盖的点火尖耐燃耗性更差的燃耗层能够有效地防止点火尖变钝。特别地，电晕放电通常从点火尖的远端开始，因为此处的电场强度是最大的。因此，点火尖端部处的燃耗是不可避免的。电场强度和相关的电晕放电强度随着与点火尖端部的距离的增大而减小。因此，电晕放电只在点火尖端部处的一小段中造成燃耗。随着点火尖燃耗的增加，燃烧层相应的部分因此也总被烧毁，这样又会不断暴露出点火尖新的部分。即使在点火尖进行作业很长一段时间后，点火尖的一小段端部也因此总是暴露在外。通过燃耗而不断暴露出的端部的厚度因此保持不变。因此，点火尖不会变钝，而是由于燃耗始终都保持足够尖。
如果有这种燃耗层存在，点火尖上使用铱铑合金就不是绝对必要的。那么点火尖就可部分或完全由任何基于铂系金属的合金构成。
例如，燃耗层可包裹住一基于铂系金属的合金制成的金属丝，或者，在金属板上冲孔制造点火头的情况下，燃耗层可覆盖点火尖的上表面和下表面。此处，燃耗层能够将金属丝包住薄薄的一层，以便能一直确保点火尖尖锐，从而确保高电场强度。因此，从金属板上切割制造的点火头的上表面和下表面上的燃耗层使得中间层成型得非常薄，所述中间层形成点火尖。该中间层在点火尖的端部处暴露出来，且只要有必要就会通过燃耗不断地暴露出来。因此，点火尖的端部总是尖的，从而能够实现高电场强度。
根据本发明有利的改进，没有燃耗层的点火尖厚度小于0.3毫米。例如，没有燃耗层的点火尖厚度可为0.1毫米或更小。对该粗细程度的金属丝或该厚度的金属板进行操作和处理具有很大难度。但是根据本发明，通过包住这种金属丝或在这种薄层的上表面和下表面覆盖的燃耗层，轻易就能获得足够粗细或厚度的金属丝或金属板。优选地，点火尖连同燃耗层一起的厚度为0.6毫米或更大。
如果结合上述两个措施，也就是说，如果点火尖一部分或完全由含质量分数3％至30％铑的铱基合金制造，且如果还另外设置有燃耗层的话，就能实现特别长的使用寿命。但是，这两个特征中单独的一个就已经大幅提高了使用寿命。因此，本发明的一个方面还涉及到一种电晕点火装置，其点火尖一部分或完全由基于铂系金属的合金构成，并负载有一燃耗层。
铂系元素的金属包括钌、铑、钯、锇、铱和铂。这些金属通常也被称为铂系金属。
除了完全采用铱基合金或其它铂系金属合金制造点火尖外，例如对均质金属丝涂覆燃耗层或在均质层的上表面和下表面覆盖燃耗层，还可使用复合材料。例如，纤维复合材料或基体复合材料可包裹在燃耗层中或在其上表面和下表面覆盖燃耗层。
燃耗层由金属制成，例如主要由一种或多种过渡金属构成的合金。铁基合金、镍基合金和铬基合金等是尤其适合的。
金属合金的燃耗性质主要但并不完全取决于其熔点。因此，燃耗层优选地由比基于铂系元素金属的合金熔点低的材料制成，而点火尖一部分或全部由基于铂系元素金属的合金制成。
附图说明
参考附图，本发明进一步的细节和优点将以说明性的实施例为基础进行阐述，其中：
图1所示为一种电晕点火装置；
图2所示为图1的截面图；
图3所示为电晕点火装置的点火尖的示意图；
图4所示为全新的点火尖的截面图；
图5所示为使用后的点火尖的截面图。
具体实施方式
图1和2中所示的电晕点火装置在发动机燃烧室内产生点燃燃油的电晕放电。电晕点火装置具有一管壳1，其一端通过绝缘体2封闭。一中心电极3插入至绝缘体2中，所述中心电极3带有一具有多个点火尖6的点火头4。中心电极3的3a段可由导电玻璃构成，其形成一密封。
中心电极3连同绝缘体2和管壳1形成一电容器，所述电容器串联连接至一线圈5，所述线圈5连接至中心电极3。该电容器和设置于管壳1内的线圈5为振荡电路的一部分，激励振荡电路使得能够在点火头4的点火尖6处产生电晕放电。
该电晕点火装置的其中一个点火尖6的放大图如图3所示。图4所示为未使用的、全新的点火尖6和点火尖6插入其中的点火头4的一部分的纵截面图。图5所示为使用后的点火尖6，即已经开始燃耗的点火尖6的纵截面图。
所示实施例中的点火尖为铱基合金制成的金属丝，包裹在燃耗层7中，所述燃耗层7的耐燃耗性低于点火尖6。燃耗层7所包裹住的金属丝可以是均质的，即可完全由铱基合金构成。金属丝还可为复合材料，表面涂覆燃耗层7。
在其远端，点火尖6伸出燃耗层7。因此，在电晕点火装置作业期间，点火尖6的远端处电场强度急剧增大。从而有利于形成电晕放电。这种电晕放电从点火尖6的远端开始。因此点火尖6的远端暴露在最强应力下。随着与点火尖6远端距离的增大，电场强度和相关的电晕放电强度减小。
如果燃耗层7的耐燃耗性低于铱基合金，燃耗层和点火尖6一样无法承受电晕放电的作用。因此，在电晕放电的作用下，燃耗层7在点火尖6的端部相对较快地被烧掉。但是，在与点火尖6的远端距离更大处，电晕放电强度很低，以至于不再有明显的燃耗。因此，点火尖6就从图3和4中所示的全新的状态相对较快地转变为图5中所示的使用后的状态。还是在使用后的状态下，其特征在于点火尖6和燃耗层7被烧掉了，点火尖6总是存在一暴露部分。由于点火尖6非常细小，例如其厚度小于0.3毫米，所以即使是在使用后的状态下点火尖6的远端也很尖的，从而出现电场强度剧增并很容易形成电晕放电。由于持续的作业和持续的燃耗，总体上点火尖6的确更短了，但是其远端的形状很大程度上保持未变，因此还另外提供了形成电晕放电的良好前提。
在所示的实施例中，点火尖6厚度不超过0.1毫米。如此细小的金属丝只有依靠将其包裹住的燃耗层才能够容易地对其进行操作。例如，燃耗层7的厚度可为0.2毫米至0.4毫米。如果没有燃耗层7包裹住点火尖6，需要花费很大精力才能将如此细小的点火尖6固定至电晕点火装置的点火头4上。优选地，点火尖6连同燃耗层厚度为0.6毫米或更大。
在所示实施例中，点火尖6由铱基合金构成，所述铱基合金中铑的质量分数为3％至30％，例如铑的质量分数为3％至10％。铱基合金中铱的比例超过85％。另外，铱基合金还可包含合金组分，例如镍和/或氧化物。例如，氧化物的比例为质量分数0.5％至质量分数5％，所述氧化物优选为，例如，氧化钇、氧化锆、氧化锡或其它氧化物。
优选地，燃耗层7的熔点比用于点火尖6上的铱基合金更低。例如，金属燃耗层7可以是基于一种或多种过渡金属的合金。例如，镍基合金、铬基合金或铁基合金等都是非常适合的。

Claims (9)

1.一种通过电晕放电在发动机燃烧室内点燃燃油的电晕点火装置，包括：
一线圈(5)，
一绝缘体(2)，和
一连接至线圈(5)的中心电极(3)，该中心电极(3)插入绝缘体(2)中并引出至少一个点火尖(6)，
其特征在于：点火尖(6)部分或完全由包含质量分数为3％至30％铑的铱基合金构成，
点火尖(6)涂覆或在点火尖(6)的至少两个相对的侧面上覆盖一燃耗层(7)。
2.根据权利要求1所述的电晕点火装置，其特征在于：燃耗层(7)主要由一种或多种过渡金属构成。
3.根据权利要求1或2所述的电晕点火装置，其特征在于：中心电极(3)引出一点火头，所述点火头由金属板制成，且具有多个点火尖。
4.根据权利要求1或2所述的电晕点火装置，其特征在于：点火尖(6)由金属丝制成。
5.根据权利要求1所述的电晕点火装置，其特征在于：燃耗层(7)由镍基合金、铬基合金或铁基合金构成。
6.根据权利要求1所述的电晕点火装置，其特征在于：点火尖(6)由含有铱基合金的复合材料和主要由一种或多种过渡金属构成的合金制成。
7.根据权利要求1所述的电晕点火装置，其特征在于：铱基合金包含质量分数为3％至10％的铑。
8.根据权利要求1所述的电晕点火装置，其特征在于：铱基合金包含至少质量分数为80％的铑。
9.一种通过电晕放电在发动机燃烧室内点燃燃油的电晕点火装置，包括：
一线圈(5)，
一绝缘体(2)，和
一连接至线圈(5)的中心电极(3)，该中心电极(3)引出至少一个点火尖(6)，所述点火尖(6)部分或完全由基于铂系金属的合金构成，
其特征在于：
点火尖(6)负载有一金属燃耗层(7)，所述燃耗层(7)的耐燃耗性低于点火尖(6)。
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