CN107636916A - 通过在中心电极和不同绝缘材料之间采用半导电套管进行高压接头处的电晕抑制 - Google Patents

通过在中心电极和不同绝缘材料之间采用半导电套管进行高压接头处的电晕抑制 Download PDF

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Abstract

提供一种电晕点火组件，该组件包括设置在一个点火线圈组件和点火端组件之间的多个不同的绝缘体。一个高压中心电极在一个点火器中心电极和点火线圈组件之间纵向延伸。一个由含氟聚合物制成的包围高压中心电极的高压绝缘体，以及一个包围点火器中心电极的氧化铝点火端绝缘体，一个由一种半导电且具有导电填料的兼容材料，例如硅橡胶制成的套管，径向设置在电极和相邻的绝缘体之间。该套管填充气隙并将电晕点火器组件内的峰值电场最小化。该套管能够防止不必要的电晕放电，从而延长材料的寿命并将能量引导至点火端。

Description

通过在中心电极和不同绝缘材料之间采用半导电套管进行高 压接头处的电晕抑制
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年3月26日提交的第62/138,642号美国临时专利申请以及于2016年3月23日提交的第15/077,615号美国实用新型专利申请的权益，其全部内容通过引用并入此案。
技术领域
本发明总体涉及电晕点火组件，以及制造电晕点火组件的方法。
背景技术
用于电晕放电点火系统的电晕点火器组件通常包括一个作为单个部件连接到一个点火端组件的点火线圈组件。点火端组件包括一个给高射频电压电位充电的中心电极，在燃烧室中产生强大的射频电场。电场导致燃烧室中燃料和空气混合物的一部分电离并开始介电击穿，促使燃料-空气混合物燃烧。电场可被优选控制，从而使燃料-气混合物保持介电特性并发生电晕放电，也称为非热等离子体。燃料-空气混合物的离子化的部分形成一个火焰前缘，随后自身持续并且引燃燃料-空气混合物的剩余部分。电场也可被优选控制，从而使燃料-空气混合物不会失去所有介电特性，这将在电极和接地的气缸壁、活塞或点火器的其它部分之间产生热等离子体和电弧。
理想情况是也可控制电场，从而使电晕放电仅在点火端，而不是在电晕点火器组件的其它部分形成。然而，这种控制通常难以实现，因为电晕点火器组件中部件之间的气隙容易形成不必要的电晕放电。例如，虽然使用不同材料制成的多个绝缘体提高了效率、坚固性和整体性能，但绝缘体材料之间的金属屏蔽和不同电性能导致不均匀电场和界面处的气隙。当在-40℃至150℃的温度范围内工作时，绝缘体材料之间不同的热膨胀和蠕变系数也会导致界面处的气隙。在使用电晕点火器期间，电场倾向于集中在那些气隙中。施加到电晕点火器组件的高电压和频率使捕获的空气离子化导致不必要的电晕放电。这种电晕放电可以导致材料退化并妨碍电晕点火器组件的性能。
此外，径向设置在组件上的不同材料可能导致这些材料之间电场强度的不均匀分布。当从线圈移动到点火端时，电场在电极和外部屏蔽之间沿径向移动的方向负载和卸载电容。电场集中在不同电极和绝缘体材料之间的界面处，并且通常在材料之间的任何空腔或空隙中都很高。该电压通常高于电晕起始电压，这可能导致沿着界面、空腔或空隙产生不必要的电晕放电。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种电晕点火器组件，该组件包括一个点火线圈组件和一个能够将峰值电场保持在电晕起始电压以下的点火端组件。该点火端组件包括一个被陶瓷绝缘体包围的点火器中心电极。一个高压中心电极与点火器中心电极联接。一个由不同于陶瓷绝缘体的材料制成的高压绝缘体包围高压中心电极。一个半导电套管径向设置在高压中心电极和绝缘体之间，并且沿相邻绝缘体之间的界面轴向延伸。一个介电兼容绝缘体可选地设置在高压绝缘体和点火端组件的陶瓷绝缘体之间。如果使用可选的介电兼容绝缘体，则半导电套管也可径向布置在高压中心电极和介电兼容绝缘体之间并且沿着介电兼容绝缘体和相邻绝缘体之间的界面轴向延伸。
本发明的另一方面提供了一种通过将半导电套管经向设置在高压中心电极和不同绝缘体之间来制造电晕点火器组件的方法。
半导电套管释放应力并稳定径向设置在电晕点火器组件中的不同材料之间的电场，组件中更多的气隙和几何形状的变化会增强通常存在的电场。更具体来说，半导电套管通过对比沿着高压中心电极或陶瓷绝缘体的任何气隙中的电荷浓度来将电晕点火器组件内的峰值电场最小化。通过半导电套管的电压降是显著的，因此半导电套管和相邻材料之间的界面处的电压峰值低于高压中心电极和没有半导电套管的陶瓷绝缘体之间的电压峰值。研究表明，半导电套管的性能与实际导体相当，当输入高频和高压(HV-HF)时，功率损失有限。
半导电套管还可导走电荷，并将任何空腔从可能产生不必要的电晕放电的静电荷中释放出来。此外，半导电套管通常由兼容材料制成，从而将沿着高压中心电极和陶瓷绝缘体之间的界面产生的气隙量或体积最小化。总之，通过防止不必要的电晕放电，可以延长材料的使用寿命，并且可以将能量引导至点火端形成的电晕放电，从而改善电晕点火器组件的性能。
附图说明
结合以下附图并参考以下详细描述，本发明的其它优点将更易于领会和理解，其中：
图1为本发明的一个示例性实施例中的一个组装到位的电晕点火器组件的透视图，该组件包括一个高压绝缘体，一个介电兼容绝缘体，一个陶瓷绝缘体，一个高压中心电极，一个点火线圈组件，一个点火器中心电极以及一个半导电套管；
图2是图1中电晕点火器组件中点火线圈组件移除后的横截面图；
图3是图1中电晕点火器组件中点火线圈组件安装在高压绝缘体中的横截面图；
图4是图3中电晕点火器组件的一部分的放大视图，示出高压中心电极、介电兼容绝缘体、以及半导电套管的直径；
图5是根据示例性实施例的电晕点火器组件的绝缘体的放大视图；
图6示出在介电兼容绝缘体和半导电套管附接到陶瓷绝缘体之前包围高压绝缘体和介电兼容绝缘体的一个金属管；
图7是电晕点火器组件的一部分的图片，示出半导电套管以及沿着半导电套管和绝缘体的界面设置的一层胶(黑色)；
图8是图7中A部分的放大图，示出半导电套管以及胶沿着绝缘体的界面填充缝隙；
图9是半导电套管、高压绝缘体和介电兼容绝缘体在附接到陶瓷绝缘体之前的透视图；
图10是图2-4所示的绝缘体的前视图；
图11是图2-4中示例性实施例的陶瓷绝缘体的横截面视图；
图12是根据另一个实施例的陶瓷绝缘体的横截面视图；
图13是根据又一另外实施例的陶瓷绝缘体的横截面视图；
图14是根据移除点火线圈组件的一个第二示例中的电晕点火器组件的横截面图；
图15是图14中电晕点火器组件的一部分的放大视图，示出施加胶的绝缘体界面；
图16是根据不包括介电兼容绝缘体的一个第三示例的电晕点火器组件的横截面图；
图17是图16中电晕点火器组件的另一横截面视图；
图18是图17中电晕点火器组件的一部分的放大图，示出施加到高压绝缘体和陶瓷绝缘体之间的界面的胶；
图19是沿着图18中界面的胶的放大视图；
图20示出根据一个第四示例性实施例的电晕点火器组件的一部分，包括沿着高压绝缘体和陶瓷绝缘体之间的界面的胶的一个厚层；
图21是根据另一个第五示例性实施例的电晕点火器组件的一部分的横截面视图，包括夹在点火线圈组件和高压绝缘体之间的介电兼容绝缘体；
图22是图21中电晕点火器组件的横截面放大视图；
图23是图21中电晕点火器组件的另一横截面放大视图；
图24是根据金属管中包括排气孔的示例性实施例的电晕点火器组件的一部分的透视图；
图25是图24中电晕点火器组件的正视图，示出其中一个排气孔；
图26是图24中金属管的剖视图，示出其中一个排气孔；以及
图27是对于图1中带有半导电套管的电晕点火器组件的电场分布进行的FEA研究；
图28是对于图1中移除半导电套管的组件的电场分布进行的FEA研究比较；以及
图29是一个曲线图，说明将示例性半导电套管的电场与相同直径的导体黄铜材料的电场进行比较的试验结果。
具体实施方式
图1大致示出一个电晕点火器组件20，其可接收高射频电压并将射频电场分配在含有燃料和气体混合物的燃烧室中从而提供电晕放电。该电晕点火器组件20包括一个点火线圈组件22，一个点火端组件24和一个包围点火线圈组件22并将点火线圈组件22联接到点火端组件24的金属管26。电晕点火器组件20还包括一个高压绝缘体28和一个可选的介电兼容绝缘体30，二者均设置在金属管26内并位于点火线圈组件22和点火端组件24的陶瓷绝缘体32之间。一个高压中心电极62连接点火线圈组件22和点火端组件24。一个半导电套管76沿着不同的绝缘体28,30,32之间的界面连续地延伸。半导电套管76抑制峰值电场且填充沿着高压中心电极62和相邻绝缘体28,30,32的气隙，从而防止不必要的电晕放电。
点火线圈组件22包括从电源(未示出)接收能量并产生高射频和高压电场的多个绕组(未示出)。点火线圈组件22沿着中轴线A延伸，并且包括一个用于向点火端组件24传递能量的线圈输出构件36。在示例性实施例中，该线圈输出构件36由塑料材料制成。如图3所示，线圈输出构件36具有一个输出侧壁38，沿着中轴线A朝向一个输出端壁40逐渐变细。输出侧壁38为一个圆锥形状，且输出端壁40垂直于中轴线A延伸。此外，一个线圈连接器86通常从线圈输出构件36的外侧延伸并邻接高压中心电极62。
点火端组件24包括一个电晕点火器42，如图1-3所示，用于接收来自点火线圈组件22的能量且将射频电场分配在燃烧室中来点燃燃料和空气。电晕点火器42包括一个点火器中心电极44，一个金属壳46，以及陶瓷绝缘体32。陶瓷绝缘体32包括一个绝缘孔，用于容纳点火器中心电极44并将点火器中心电极44与金属壳46间隔开。
点火端组件24中的点火器中心电极44沿着中轴线A从一个终端48纵向延伸到一个点火端50。在示例性实施例中，点火器中心电极44的厚度范围为0.8毫米至3.0毫米。优选实施例中，在终端48上设置一个电子端52，并在点火器中心电极44的点火端50上设置一个冠部54。冠部54包括多个相对于中轴线A径向向外延伸的分支用于分配射频电场并形成强劲的电晕放电。
陶瓷绝缘体32，也称为点火端绝缘体32，包括一个容纳点火器中心电极44的孔，并且可以由能够承受燃烧室中操作条件的各种不同的陶瓷材料制成。在一个示例性实施例中，陶瓷绝缘体32由氧化铝制成。用于制成陶瓷绝缘体32的材料也具有高电容，以驱动电晕点火器组件20的功率需求，因此应尽可能地小。陶瓷绝缘体32沿着中轴线A从一个陶瓷端壁56延伸到邻近点火器中心电极44的点火端50的一个陶瓷点火端58。陶瓷端壁56通常为平面并垂直于中轴线A延伸，如图2-4所示。在另一个实施例中，陶瓷绝缘体32包括一个圆锥形并延伸到陶瓷端壁56的陶瓷侧壁60，如图13-15所示。在本实施例中，点火器中心电极44更宽，但仍在0.8～3.0毫米的范围内。金属壳46包围陶瓷绝缘体32，并且冠部54通常设置在陶瓷点火端58的外侧。
如图2和3所示，高压中心电极62容纳在陶瓷绝缘体32的孔中并延伸至线圈输出构件36。高压中心电极62由一种导电金属，例如黄铜制成。如图4所示，高压中心电极62具有一个垂直于中轴线A延伸的电极外径D1，并且可以恒定或沿着中轴线A变化。在示例性实施例中，电极外径D1保持恒定。优选地，可将一个黄铜块64设置在陶瓷绝缘体32的孔中进行高压中心电极62和电子终端52的电子连接。此外，高压中心电极62优选地能够沿着高压绝缘体28的孔浮动。因此，可在黄铜块64和高压中心电极62之间设置一个弹簧66或另一个轴向兼容构件。或者，虽然未示出，但是弹簧66可以位于高压中心电极62和线圈输出构件36之间。
在图2-4的示例性实施例中，高压绝缘体28在一个与线圈输出构件36联接的高压(HV)绝缘体上壁68和一个与介电兼容绝缘体30联接的HV绝缘体下壁70之间延伸。HV绝缘体下壁70可以替代地与陶瓷绝缘体32联接。高电压绝缘体28优选地填充位于陶瓷绝缘体32或可选的介电兼容绝缘体30和点火线圈组件22之间的金属管26的长度和容积。在图2-4中的示例性实施例中，高压绝缘体28还包括一个与HV绝缘体端壁74相邻的HV绝缘体侧壁72，其可镜像反映线圈输出构件36的尺寸和形状。
在图2-4的示例性实施例中，HV绝缘体下壁70和陶瓷端壁56均为平面。然而，在图14和15的实施例中，HV绝缘体下壁70为能够镜像反映陶瓷端壁56的锥形形状的锥形。这种锥形连接有利于组装过程中部件之间产生的任何空气能够更好的逸出。然而，平面连接使得施加到介电兼容绝缘体30上的各种力分布得更均匀，从而能够进行更好的密封。
高压绝缘体28由一种绝缘材料制成，这种材料与点火端组件24的陶瓷绝缘体32不同，并且也与可选的介电兼容绝缘体30不同。通常，高压绝缘体28的热膨胀系数(CLTE)大于陶瓷绝缘体32的热膨胀系数(CLTE)。这种绝缘材料具有保持低电容并且提供良好效率的电气特性。表1列出高压绝缘体28的优选的介电强度、介电常数和散逸因数范围；以及表2列出高压绝缘体28的优选的导热系数和热膨胀系数(CLTE)范围。在示例性实施例中，高压绝缘体28由一种含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)制成。在施加胶34之前，对含氟聚合物的外表面进行化学蚀刻，原因是没有材料可以粘附未处理的含氟聚合物。高压绝缘体28可以替代地由具有表1范围的电性能和表2范围的热性能的其它材料制成。
表1
参数 数值 计量单位 试验条件
介电强度 >30 kV/mm -40℃,+150℃
介电常数 ≤2.5 1MHz；-40℃,+150℃
散逸因数 <0.001 1MHz-40℃,+150℃
表2
导热系数 >0.8 W/mK 25℃
热膨胀系数 <35 ppm/K -40℃,+150℃
在图2-15的示例性实施例中，介电兼容绝缘体30被压缩在高压绝缘体28和陶瓷绝缘体32之间。介电兼容绝缘体30提供一种轴向兼容，其可补偿高压绝缘体28和陶瓷绝缘体32之间热膨胀系数的差异。优选地，介电兼容绝缘体30的硬度范围为40至80(肖氏A)。施加到介电兼容绝缘体30的压缩力被设定在兼容材料的弹性范围内。通常，介电兼容绝缘体30由橡胶或一种硅化合物制成，但是也可以由硅膏(silicon paste)或注塑硅制成。
在图2-4所示的实施例中，当HV绝缘体下壁70和陶瓷端壁56都为平面时，介电兼容绝缘体30的表面也是平面。在图14和15所示的替代实施例中，介电兼容绝缘体30遵循HV绝缘体下壁70和陶瓷端壁56的锥形形状。然而，平面的介电兼容绝缘体30更厚从而具有更好的轴向兼容性。
在图16-20所示的另一实施例中，电晕点火器组件20中没有介电兼容绝缘体30。在图21-23所示的又一个实施例中，介电兼容绝缘体30移向点火线圈组件22。在该实施例中，介电兼容绝缘体30夹在线圈输出构件36和HV绝缘体上壁68之间，此处为电晕点火器组件20中的较冷区域。将介电兼容绝缘体30移动到电晕点火器组件20的这个较冷区域也可以提高其牢固性。在又一个实施例中，电晕点火器组件20在两个位置都包括介电兼容绝缘体30。
电晕点火器组件20的金属管26包围绝缘体28,30,32和高压中心电极62并将点火线圈组件22联接到点火端组件24。在示例性实施例中，金属管26在一个与点火线圈组件22附接的线圈端78和一个与金属壳46附接的管点火端80之间延伸。金属管26通常包围并沿着高压绝缘体28和半导电套管76的整个长度延伸。金属管26还包围线圈输出构件36的至少一部分以及高压中心电极62的至少一部分。金属管26还可以包围可选的介电兼容绝缘体30和/或陶瓷绝缘体32的一部分。图4中清晰示出，金属管具有一个垂直于中轴线A延伸的管内径D2，并且其可沿着中轴线A恒定或变化。在示例性实施例中，管内径D2在线圈端78和管点火端80之间保持恒定。
金属管26通常由铝或一种铝合金制成，但也可以由其它金属材料制成。如图24-26所示，金属管26还可以包括至少一个排气孔82，用于制造过程中产生的空气和多余的胶34从金属管26内部排出。此外，金属管26的线圈端78和/或管点火端80可以为锥形。
如上所述，聚集在不同绝缘体28,30,32和高压中心电极62界面处的电场高，并且通常高于开始电晕放电所需的电压。因此，电晕点火器组件20包括包围高压中心电极62一部分的半导电套管76，用于抑制峰值电场并填充沿着高压中心电极62和相邻绝缘体28,30,32的气隙。半导电套管76优选地沿着不同绝缘体28,30,32之间的界面连续不间断地延伸。在示例性实施例中，半导电套管76从相邻的线圈输出构件36连续不间断地延伸到黄铜块64。
如图2-4所示，半导电套管76径向设置在高压中心电极62和绝缘体28,30,32之间，并且沿相邻绝缘体28,30,32之间的界面轴向延伸。如果没有可选的介电兼容绝缘体30，则半导电套管76仅沿着高压绝缘体28和陶瓷绝缘体32之间的界面设置。如图3和4所示，导电套管76从一个套管上端88延伸到一个套管下端90。套管上端88的定位沿着高压绝缘体28定位，并且通常靠近线圈连接器86。套管下端90沿着陶瓷绝缘体32定位，并且通常放置在黄铜块64上。
半导电套管76由一种半导电且兼容的材料制成，这种材料与电晕点火器组件20中使用的其它半导电且兼容的材料不同。半导电套管76的兼容特性使得半导电套管76可以填充沿着高压中心电极62和绝缘体28,30,32的气隙。在示例性实施例中，半导电套管76由一种半导电橡胶材料，例如一种硅橡胶制成。半导电套管76包括一些导电材料，例如一种导电填料，来实现部分导电性能。在一个实施例中，导电填料是石墨或一种碳基材料，但也可使用其它导电或部分导电的材料。用于制成半导电套管76的材料也可以被称为部分导电、弱导电、或部分电阻。半导电套管的高压和高频(HV-HF)性质与导体类似。半导电套管76的电阻率或直流电导率可在0.5欧姆/毫米至100欧姆/毫米之间变化，而不会明显改变电晕点火器组件20的性能。在示例性实施例中，半导电套管76的直流电导率为1欧姆/毫米。位于高压中心电极62和绝缘体28,30,32之间的半导体套管76在高压和高频(HV-HF)下的导电性能可将组件20内的峰值电场最小化。半导电套管76确保组件20内所有空腔和不规则部分的界面处不被电荷充满。半导电套管76的应力消除功能也可防止接头失效。
半导电套管76包括一个套管外表面92和一个套管内表面94，每个表面都为圆柱形。高压中心电极62和弹簧66沿着套管内表面94容纳在内，并且套管外表面92与绝缘体28,30,32接合。半导电套管76可以由一个单件材料或具有相同或不同成分的多块材料制成。套管外表面92还具有一个垂直于中轴线A延伸的套管外径D3。套管外径D3可以是恒定的，也可沿套管上端88和套管下端90之间的中轴线A变化。在示例性实施例中，如图4清晰示出，半导电套管76由两块材料制成，其中一个上块96容纳在一个下块98中。在该实施例中，套管外径D3沿着下块98大于上块96。然而，套管内表面94沿着上下两块96,98均为与电极外径D1相等的恒定内径。
控制电晕点火器组件20设计的主要限制是通过绝缘体28,30,32的最大电压以及高压中心电极62和外部金属管26之间的距离。这些参数通常由总体的几何形状和性能要求来固定，并且因此高压中心电极的直径D1、金属管的直径D2和半导电套管的直径D3之间的直径比可以控制电晕点火器组件20内的电场分布。设计目标是保持电场峰值尽可能地低，并且通常低于电晕起始电压。在一定的直径范围内可以实现这一目标，例如，满足如下所列比率范围内的直径。然而，新的几何形状或其他因素的限制可能迫使设计采用不同的比例。
D1:D2＝0.036-0.215
D3:D2＝0.107-0.357
D1:D3:＝0.1-2.0
在示例性实施例中，通常使用如下比例将电场峰值保持尽可能低并且通常低于电晕起始电压：
D1:D2＝0.071
D3(上块):D2＝0.180
D3(下块):D2＝0.286
D1:D3(上块):＝0.400
D1:D3(下块):＝0.250
表3提供了电场降低以及各种不同直径比的界面的实例。
表3
如上所述，半导电套管76释放应力并稳定径向设置在电晕点火器组件20中的不同材料之间的电场，其中，更多的气隙或几何形状的改变会增强通常存在的电场。更具体来说，通过比对沿着高压中心电极62或陶瓷绝缘体32的任何气隙中的电荷浓度，半导电套管76将电晕点火器组件20内的峰值电场最小化。通过半导电套管76的电压降低非常显著，并且因此半导电套管76和相邻材料之间界面处的电压峰值低于高压中心电极62和陶瓷绝缘体32之间没有半导电套管76的电压峰值。半导电套管76也可以消除任何空腔中可能造成不必要电晕放电的静电荷。
半导电套管76通常由一种兼容材料制成，并且因此将沿着高压中心电极62和陶瓷绝缘体32之间的界面的气隙量或容积最小化。总之，通过防止不必要的电晕放电，可以延长材料的寿命，并且可以将能量引导至在点火端50处形成的电晕放电，从而提高电晕点火器组件20的性能。图27是图1中具有半导电套管76的电晕点火器组件20的电场分布的FEA研究结果，以及图28是除了没有半导电套管76之外的相同电晕点火器组件的电场分布的FEA比较研究的结果。图29说明通过一个试验对半导电套管76的电场与一种相同直径的导电黄铜材料的电场进行比较的结果。试验结果表明，半导电套管76的高压和高频(HV-HF)特性与导体类似。
在一个实施例中，除了半导电套管之外，还使用一种胶34来用于进一步改善高压中心电极62和相邻绝缘体28,30,32之间的高压密封性。这种胶34也被称为粘合密封剂，如图2-8所示，沿着绝缘体28,30,32的界面设置。胶34有助于确保相邻的绝缘体28,30,32粘合在一起并保持均匀接触。胶34还可消除界面处的气隙或空隙，如果这些气隙或空隙未被填充，可以导致形成不必要的电晕放电。
在示例性实施例中，胶34被施加在陶瓷绝缘体32的陶瓷端壁56和高压绝缘体28的HV绝缘体下壁70之间的多个界面。胶34用作覆盖材料(overmaterial)并且以液体形式施加，因此可流入绝缘体28,30,32和金属壳46或金属管26之间，和/或绝缘体28,30,32和高压中心电极62之间的所有缝隙和气隙。胶34在制造过程中被固化，因此是固体或半固体(非液体)，从而可以沿着已完成的电晕点火器组件20的界面提供一些兼容作用。
胶34由一种电绝缘材料制成，因此能够承受一些电晕形成。在内燃机中电晕点火器组件20的使用过程中，胶34还能够在高频高压电场产生的电离环境中存在。此外，当胶34被施加在陶瓷绝缘体32和高压绝缘体28之间时，可将陶瓷绝缘体32和高压绝缘体28粘合在一起。在示例性实施例中，胶34由硅制成且性质如表3所示。然而，也可用与表4中相同性质的其他材料制成胶34。
表4
在图2-9所示的实施例中，胶34被施加到高压绝缘体28的HV绝缘体下壁70，陶瓷绝缘体32的陶瓷端壁56，以及介电兼容绝缘体30的所有表面。HV绝缘体下壁70和陶瓷端壁56与介电兼容绝缘体30的接合特别重要。胶34也可以沿着高压绝缘体28的其它表面和/或陶瓷绝缘体32的其它表面施加。胶34可以进一步施加到高压中心电极62的表面和/或半导电套管76的表面。在该实施例中，胶34优选的施加厚度为0.05毫米至4毫米。
图16-23中示出电晕点火器组件20的替代实施例，其中电晕点火器组件20不包括介电兼容绝缘体30；介电兼容绝缘体30设置为与点火线圈组件22相邻；和/或胶34被施加为HV绝缘体下壁70和陶瓷端壁56之间的一个夹层。当胶34被施加在HV绝缘体下壁70和陶瓷端壁56之间时，胶34可优选地以更大厚度施加。例如，胶34可以具有1毫米至6毫米，或更大的厚度。
本发明的另一方面提供一种制造电晕点火器组件20的方法，该组件包括点火线圈组件22，点火端组件24，金属管26，绝缘体28,30,32，高压中心电极62和半导电套管76。该方法首先包括制备电晕点火器组件20的部件。
当在电晕点火器组件20中使用胶34时，制备步骤包括准备绝缘体28,30,32的表面以便施加胶34。在示例性实施例中，用丙酮或醇对每个绝缘体28,30,32的表面进行脱脂，然后在100℃下干燥约2小时来进行制备。当高压绝缘体28由含氟聚合物制成时，该方法可以包括蚀刻含氟聚合物的表面，这样胶34才可以附着在表面。可以将高压绝缘体28首先加工为其最终尺寸，然后浸入溶液中。一旦表面清洁，就将即将施加胶34的表面蚀刻或阴影化约1至5分钟，通常为2分钟。然后用过滤水洗涤蚀刻的高压绝缘体28并准备施加胶34。建议保持过程的清洁度并监测化学工艺以确保表面能够进行适当的接合。
当使用胶34时，该方法接下来包括将胶34施加到待接合的陶瓷绝缘体32、高压绝缘体28和半导电套管76的表面上。该方法还可以包括将胶34施加到可选的介电兼容绝缘体30上。一旦施加了胶34，这些部件便可如各图中所示地连接在一起。在图2-4所示的示例性实施例中，胶34被施加到陶瓷端壁56、HV绝缘体下壁70以及介电兼容绝缘体30的所有表面。在另一个实施例中，胶34也是施加到金属管26的内表面，和/或金属壳46的内表面。
如图6所示，高压绝缘体28、介电兼容绝缘体30、半导电套管76和高压中心电极62通常在联接到点火端组件24之前就设置在金属管26中。然后用胶34将介电兼容绝缘体30联接到点火端组件24的陶瓷绝缘体32；并且用螺纹紧固件84将金属管26联接到点火端组件24的金属壳46。一旦组装好，通过将胶34可选地沿着界面设置，介电兼容绝缘体30被夹在陶瓷端壁56和HV绝缘体下壁70之间。优选地，任何多余的胶34能够通过金属管26中的排气孔82逸出。半导电套管76也被压在电晕点火器组件20和点火线圈组件22之间，以填充沿绝缘体28,30,32的任何气隙。
在应用胶34的实施例中，该方法还包括固化连接的部件以增加胶34的粘合强度。该固化步骤包括在温度约30℃以及75％相对湿度的人工气候室中加热部件50小时。固化步骤还包括在气候室中加热部件的同时向接合的部件施加0.01至5N/mm2的压力。
可以使用各种不同的技术来将金属管26附接到点火线圈组件22和点火端组件24中。在示例性实施例中，一种单独的螺纹紧固件84将管点火端80附接到金属壳46中。金属管26的内表面具有一个在线圈端78和管点火端80之间可以容纳气隙的管容积。然而，半导电套管76和胶34可以填充这些气隙，特别是沿着绝缘体28,30,32的界面包含在管容积内的气隙，从而防止电晕点火器组件20使用时在气隙中形成的不必要的电晕放电。
显然，根据以上教导，本发明在权利要求的范围内还可能具有多种修改和变化，且可通过具体描述之外的方式实现。

Claims (20)

1.一种电晕点火组件，包括：
一个由点火端绝缘体包围的点火器中心电极，所述点火端绝缘体由一种陶瓷材料制成；
一个联接到所述点火器中心电极的高压中心电极；
一个包围所述高压中心电极的高压绝缘体，所述高压绝缘体由与所述点火端绝缘体的所述陶瓷材料不同的绝缘材料制成；
一个径向设置在所述高压中心电极和所述点火端绝缘体之间并且径向位于所述高压中心电极和所述高压绝缘体之间的套管，并且所述套管由一种半导电材料制成。
2.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，所述半导电套管的所述半导电材料是一种兼容材料。
3.根据权利要求2所述的电晕点火组件，其特征在于，所述套管的所述兼容材料是硅橡胶。
4.根据权利要求2所述的电晕点火组件，其特征在于，所述套管的所述半导电材料包括一种导电填料。
5.根据权利要求4所述的电晕点火组件，其特征在于，所述导电填料是一种碳基材料。
6.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，所述套管具有0.5欧姆/毫米至100欧姆/毫米的电阻率。
7.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，所述套管从一个套管上端纵向延伸到一个套管下端，并且所述套管在从所述套管上端延伸到所述套管下端的一个区域中填充径向位于所述电极和所述绝缘体之间的任何气隙。
8.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，所述套管由一个上块和一个下块组成，每块具有一个套管外径和一个套管内径，所述套管外径沿着所述下块增大，并且所述套管内径沿着所述套管下块和所述套管上块恒定不变。
9.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，所述高压绝缘体的热膨胀系数大于所述点火端绝缘体的热膨胀系数。
10.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，包括一个从所述高压绝缘体的下壁纵向延伸到所述点火端绝缘体的端壁的介电兼容绝缘体，所述套管纵向延伸穿过所述高压绝缘体和所述介电兼容绝缘体的一个界面，并且所述套管纵向延伸穿过所述介电兼容绝缘体和所述点火端绝缘体之间的一个界面。
11.根据权利要求10所述的电晕点火组件，其特征在于，所述介电兼容绝缘体的肖氏A硬度的范围为40至80。
12.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，包括一个设置在所述高压绝缘体的一个上壁和一个点火线圈组件之间的介电兼容绝缘体。
13.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，所述高压绝缘体的一个下壁通过一种粘合密封剂与所述点火端绝缘体的一个端壁接合，并且所述套管纵向延伸穿过所述高压绝缘体和所述点火端绝缘体之间的所述粘合密封剂。
14.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，包括一个沿所述绝缘体和所述套管纵向延伸并将其包围的由金属材料制成的管。
15.根据权利要求1所述的电晕点火组件，其特征在于，所述高压中心电极与点火线圈组件联接；
所述点火线圈组件包括一个用于将能量传递至所述高压中心电极的线圈输出构件，并且所述线圈输出构件由一种塑料材料制成；
一个金属壳包围所述点火端绝缘体；
所述点火端绝缘体将所述点火器中心电极与所述金属壳间隔开；
所述点火器中心电极沿着所述中轴线从一个终端纵向延伸到一个点火端；
一个电子端设置在所述点火器中心电极的所述终端上，以及一个冠部设置在所述点火器中心电极的所述点火端；
所述冠部包括多个相对于所述中轴径向向外延伸的分支，用于分配射频电场；
所述点火端绝缘体由氧化铝制成并具有一个用于容纳所述点火器中心电极的孔；
所述高压中心电极的一个低部容纳在所述点火端绝缘体的所述孔中，并且所述高压中心电极的一个第二部分延伸至所述线圈输出构件；
所述高压中心电极由一种导电金属制成；
一个黄铜块设置在所述点火端绝缘体的所述孔中，以便对所述高压中心电极和所述电子终端进行电子连接；
一个弹簧设置在所述黄铜块和所述高压中心电极之间；
所述高压绝缘体从一个与所述线圈输出构件联接的高压绝缘体上壁延伸到一个高压绝缘体下壁；
所述高压绝缘体由一种与所述点火端绝缘体的所述陶瓷材料不同的含氟聚合物制成；
所述高压绝缘体的热膨胀系数大于所述陶瓷材料的热膨胀系数；
一个介电兼容绝缘体压缩在所述高电压绝缘体和所述点火端绝缘体之间；
所述介电兼容绝缘体由橡胶和硅中的至少一种制成，并且肖氏A硬度的范围为40至80；
所述介电兼容部件与所述高压绝缘体下壁和所述点火端绝缘体的所述端壁接合且形状一致；
所述套管穿过所述高压绝缘体和所述介电兼容绝缘体之间的一个界面纵向延伸；
所述套管穿过所述介电兼容绝缘体和所述点火终端绝缘体之间的一个界面纵向延伸；
所述套管从一个设置在所述高压绝缘体的孔中的套管上端延伸到一个设置在所述点火端绝缘体的所述孔中的套管下端；
所述套管下端放置在所述黄铜块上；
所述套管从所述高压中心电极径向延伸到所述介电兼容绝缘体；
一个金属管包围所述绝缘体并将所述点火线圈组件联接到所述金属壳；
所述金属管由铝或一种铝合金制成；
所述半导电套管由硅橡胶制成并包括一种导电填料，所述导电填料为一种碳基材料；
所述半导电套管的电阻率为0.5欧姆/毫米至100欧姆/毫米；
一种胶沿着所述高压绝缘体和所述介电兼容绝缘体之间的界面和/或沿着所述介电兼容绝缘体和所述点火端绝缘体之间的界面施加以填充沿着所述界面的任何气隙；并且
所述胶由一种绝缘材料制成。
16.一种制造电晕点火组件的方法，包括以下步骤：
将高压中心电极与点火器中心电极联接；
在高压中心电极周围设置一个由一种半导电材料制成的套管；
在点火器中心电极以及所述套管的一个套管下端周围设置一个点火端绝缘体，所述点火端绝缘体由一种陶瓷材料制成；
在高压中心电极和套管的一个套管上端周围设置一个高压绝缘体，其中所述高压绝缘体由一种与所述点火端绝缘体的所述陶瓷材料不同的绝缘材料制成。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述套管的所述半导电材料具有兼容性。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述半导电套管包括硅橡胶和由一种碳基材料制成的一种导电填料，所述高压绝缘体由一种含氟聚合物制成，并且所述点火端绝缘体由氧化铝制成。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：在所述高压中心电极周围设置一个介电兼容绝缘体；并且将介电兼容绝缘体纵向压缩在高压绝缘体和点火端绝缘体之间。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，包括在所述绝缘体和所述套管周围设置一个金属管的步骤。
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