CN112117658B - 绝缘体内径上带气密燃烧密封的电晕点火器 - Google Patents

Abstract

提供了包括绝缘体26和中央电极24之间的气密燃烧密封的电晕点火器20。燃烧密封包括金属涂层22，诸如施加至钼‑锰层上的镍基层，并且金属涂层布置在绝缘体内表面42上。可选地，可以将少量铜基粉末布置在中央电极的头部28上。然后将中央电极和/或铜基粉末钎焊至绝缘体内表面上的金属涂层上。该工艺可以包括将金属涂层施加至内表面，同时将金属涂层施加至绝缘体的外表面44。该方法进一步包括将中央电极和/或铜基粉末钎焊至内表面上的金属涂层，同时将外表面上的金属涂层钎焊至金属壳体52。

Description

绝缘体内径上带气密燃烧密封的电晕点火器

本申请是申请号为201780007424.2，申请日为2017年1月20日，发明名称为“绝缘体内径上带气密燃烧密封的电晕点火器”的分案申请。

相关申请的交叉引用

本美国发明专利申请要求于2016年1月22日提交的美国临时专利申请序列62/281,856和于2017年1月19日提交的美国发明专利申请序列15/409,694的权益，其全部内容在此通过引用而并入。

技术领域

本申请总体上涉及带燃烧密封的电晕点火器，以及制造带燃烧密封的电晕点火器的方法。

背景技术

通常使用玻璃密封以粘合诸如中央电极的导电部件，以及例如电晕点火器的点火装置的绝缘体。电晕点火器的玻璃密封通常通过将玻璃粉末布置在绝缘体的孔内而形成，然后接着在炉膛中煅烧该绝缘体、中央电极和玻璃粉末。热量引起玻璃密封的某些部件膨胀并因此形成绝缘体和中央电极之间的粘合。另一个选择是在中央电极和绝缘体的内表面之间使用黄铜密封件。然而，制造商不断地尝试改进粘合的质量和可靠性，并因此一直实现沿绝缘体内表面的气密燃烧密封，同时也将生产时间和成本保持至最低。

发明内容

本发明的一个方面提供了包括绝缘体和中央电极的电晕点火器。该绝缘体包括围绕孔并从上连接端延伸至绝缘体管口端的内表面。该绝缘体的内表面包括在上连接端和绝缘体管口端之间的电极基座。该绝缘体的内表面也呈现有内径，并且该内径以朝向绝缘体管口端移动的方向沿电极基座减小。中央电极布置在绝缘体的孔内。中央电极包括布置在绝缘体的内表面的电极基座上的头部。金属涂层布置在电极基座和上连接端之间的绝缘体的内表面上，并且该金属涂层不布置在电极基座下方的绝缘体的内表面上。钎焊沿电极基座和上连接端之间的绝缘体的内表面布置。

本发明的另一个实施例提供了包含包括有围绕孔的内表面的绝缘体的电晕点火器。金属涂层布置在绝缘体的内表面上，中央电极布置在绝缘体的孔中，钎焊布置在中央电极和金属涂层之间。

本发明的另一方面提供了制造电晕点火器的方法。该方法包括提供包括围绕孔并从上连接端延伸至绝缘体管口端的内表面的绝缘体，该绝缘体的内表面包括在上连接端和绝缘体管口端之间的电极基座，该绝缘体的内表面呈现有内径，并且该内径以朝向绝缘体管口端移动的方向沿电极基座减小。该方法也包括将金属涂层布置在电极基座和上连接端之间的绝缘体的内表面上，并且不在电极基座下方；以及将中央电极布置在绝缘体的孔中，该中央电极包括头部。将中央电极布置在绝缘体的孔中的步骤包括将中央电极的头部布置在绝缘体的电极基座上。该方法进一步包括将金属涂层钎焊在电极基座和上连接端之间的绝缘体的内表面上。

本发明的另一个实施例提供了制造电晕点火器的方法，包括以下步骤：提供包括围绕孔的内表面的绝缘体；将金属涂层布置在绝缘体的内表面上；将中央电极布置在绝缘体的孔中；以及将中央电极钎焊至金属涂层。

金属涂层和钎焊的组合提供了中央电极和绝缘体内表面之间的经济且可靠的气密燃烧密封。可以在将金属涂层施加至绝缘体外表面的同时将金属涂层施加至绝缘体内表面。另外，钎焊步骤可以在将绝缘体外表面上的金属涂层钎焊至金属壳体时进行。因为目前使用的制造电晕点火器的过程已经包括将金属涂层施加至绝缘体外表面和将绝缘体外表面上的金属涂层钎焊至金属壳体的步骤，通常不需要额外的处理时间以实施本发明的步骤。另外，电晕点火器将不需要在中央电极上的可瓦线，从而消除了将可瓦焊接至中央电极的成本。绝缘体内表面上的金属涂层也消除了对玻璃材料的需求，并有助于提供绝缘体内的电连续性，从而消除了对黄铜粉末的需求。

附图说明

本发明的其他优点将容易理解，因为通过参考下面结合附图考虑的详细描述，其变得更好理解，其中：

图1是根据一个示例性实施例的电晕点火器的绝缘体和中央电极的剖面图，该电晕点火器包括金属涂层和钎焊，在中央电极和绝缘体的内表面之间提供气密燃烧密封；

图2是另一个示例性实施例的电晕点火器的绝缘体和中央电极的剖面图，该电晕点火器包括金属涂层和铜基粉末，其钎焊至绝缘体的内表面以在中央电极和绝缘体之间提供气密燃烧密封；

图3是根据另一个示例性实施例的电晕点火器的剖面图，该电晕点火器包括金属涂层和钎焊，在中央电极和绝缘体之间提供气密燃烧密封；

图4是另一个示例性实施例的电晕点火器的绝缘体和中央电极的剖面图，该电晕点火器包括中央电极和金属涂层之间的钎焊；

图5是另一个示例性实施例的电晕点火器的绝缘体和中央电极的剖面图，该电晕点火器包括中央电极和金属涂层之间的钎焊；以及

图6是另一个示例性实施例的电晕点火器的绝缘体和中央电极的剖面图，该电晕点火器包括中央电极和金属涂层之间的钎焊。

具体实施方式

本发明的一个方面包括用于内燃机的电晕点火器20，该电晕点火器20包括金属涂层22和钎焊23，在中央电极24和绝缘体26之间提供气密燃烧密封，以防止位于发动机燃烧室中的气体进入点火器20。图1、2和4-6是中央电极24和绝缘体26的实例，其间带有气密燃烧密封，图3是电晕点火器20的实例，其包括燃烧密封。

包括气密燃烧密封的电晕点火器20可具有各种不同的设计，包括但不限于附图中所示的设计。在图1-3的示例性实施例中，中央电极24布置在绝缘体26的孔中，并且中央电极24沿中心轴线A从头部28延伸至点火端32。中央电极24是由诸如镍或镍合金的导电材料形成。在图1-3的示例性实施例中，中央电极24的头部28通过绝缘体26减小的直径(称为电极基座33)支撑和保持在预定的轴向位置，电端子30抵靠在中央电极24的头部28上。中央电极24的大部分长度被绝缘体26围绕。同样在此示例性实施例中，中央电极24包括在点火端32处的点火尖端34。点火尖端34具有多个分支，每个分支从中心轴线A径向向外延伸，用于发射电场以及在内燃机中使用电晕点火器20期间提供电晕放电。

图3的绝缘体26沿中心轴线A从上连接端38纵向延伸至绝缘体管口端40。绝缘体26由绝缘材料形成，通常是诸如氧化铝的陶瓷。绝缘体26还呈现有围绕孔的内表面42，该内表面42从上连接端38纵向延伸至绝缘体管口端40，用于接收中央电极24和可能其他导电部件。中央电极24的点火尖端34通常纵向地布置越过绝缘体管口端40。如上所述，在图1-3的实施例中，绝缘体内表面42呈现有内径Di，该内径Di沿着朝向绝缘体管口段40移动的绝缘体26的一部分减小，以形成支撑电极头部28的电极基座33。内径Di横跨并垂直于中心轴线A延伸。绝缘体内径Di从电极基座33的顶部向电极基座33的基部减小，其是沿朝向绝缘体管口端40移动的方向。

示例性实施例的绝缘体26还呈现有绝缘体外表面44，绝缘体外表面44具有跨越并垂直于中心轴线A延伸的绝缘体外径D_o。绝缘体外表面44从上连接端38纵向地延伸至绝缘体管口端40。在此示例性实施例中，绝缘体外径D_o沿朝向绝缘体管口端40移动的绝缘体26的一部分减小以呈现绝缘体管口区域46。如图所示，绝缘体外径D_o也可以沿该长度的其他部分变化。

电晕点火器20还包括由金属形成并围绕绝缘体26的一部分的壳体52。壳体52通常用于将绝缘体26连接至内燃机的气缸体(未示出)。壳体52沿中心轴线A从壳体上端54延伸至壳体下端56。壳体上端54布置在绝缘体上肩部50和绝缘体上端38之间并与绝缘体26接合。壳体下端56布置在绝缘体管口区域46附近，使得绝缘体管口区域46的至少一部分轴向地延伸至壳体下端56的外部。

如上所述，通过将金属涂层22施加至绝缘体26的内表面42上，然后钎焊来提供绝缘体26和中央电极24之间的气密燃烧密封。在图1-3的示例性实施例中，金属涂层22位于电极基座33和上连接端38之间。金属涂层22可以由各种不同的成分形成。根据一个实施例，金属涂层22包括钼和锰层。例如，金属涂层22可以由钼和锰构成。然而，此钼和锰层可包括痕量的其他元素或组分。该钼和锰层在施加时通常包括氧化物，但在炉膛中加热后氧化物不存在。根据另一个实施例，金属涂层22是诸如化学镀镍的镍基层。例如，金属涂层22可以由镍构成。然而，镍基层可以包含痕量的其他元素或组分。镍基层通常被称为镍覆盖层，并且可以通过电镀工艺、电解工艺、无电镀工艺或通过化学反应来施加。镍基层通常作为氧化镍材料施加，但在炉膛中加热后氧化物不存在。优选地，金属涂层22包括施加至钼和锰层的镍基层。

在图1-3的实施例中，金属涂层22仅沿绝缘体内表面42的一部分施加，例如在从电极基座33或稍微在电极基座33上方延伸至上连接端38或上连接端38周围的区域中。在这些实施例中，金属涂层22不位于支撑电极头部28的电极基座33下方，并且绝缘体26的内表面42在从电极基座33的基部延伸至绝缘体管口端40的区域内不涂覆。示例性实施例的金属涂层23的长度L1在图1和2中标识。金属涂层22的厚度可以变化，但其通常小于0.1毫米。

气密燃烧密封进一步包括沿中央电极24和绝缘体内表面42之间的绝缘体内表面42布置的钎焊23。在图1-3的实施例中，钎焊在电极基座33和上连接端38之间。在图1的实例中，中央电极24的头部28直接钎焊至绝缘体内表面42上的金属涂层22。在这种情况下，钎焊23沿着中央电极24的头部28定位，而不是沿着绝缘体内表面42的其他部分。在图2的实例中，沿着中央电极的头部28上的中心轴线A布置有少量铜基粉末64，然后将铜基粉末64钎焊至绝缘体26的内表面42上的金属涂层22。铜基粉末64可以由铜或铜合金构成。在这种情况下，钎焊23沿着铜基粉末64定位，但不沿着绝缘体内表面42的其他部分。由于金属涂层22和钎焊23的组合，电晕点火器20不需要中央电极24上的可瓦线，从而消除了将可瓦焊接至中央电极24的成本。除了可靠的燃烧密封之外，金属涂层22和钎焊23有助于在绝缘体26内提供电连续性，从而消除了对玻璃材料或黄铜粉末的需求。

图4-6中示出了电晕点火器20的绝缘体26和中央电极24的其他示例性实施例。根据该实施例，绝缘体26包括围绕孔的内表面42、布置在内表面42上的金属涂层22、布置在绝缘体26的孔中的中央电极24以及布置在中央电极24和金属涂层22之间的钎焊23。然而，在这种情况下，中央电极24不包括头部28，并且绝缘体26的内表面42不包括在图1-3的实施例中用于支撑中央电极24的电极基座33。相反，在图4-6的实施例中，绝缘体26的内表面42从上连接端38直接延伸至绝缘体管口端40，使得孔的直径是不变的，并且钎焊23将中央电极24固定至内表面42上的金属涂层22。

如上所述，在图4-6的实施例中，金属涂层22可以包括钼和锰层和/或镍基层。根据这些示例性实施例，绝缘体26的内表面42具有从上连接端38延伸至绝缘体管口端40的长度L2，并且金属涂层22沿着内表面42长度的至少50％定位。在图5的实施例中，金属涂层22位于内表面42的长度L2的大于50％但小于100％上。在图4和6的实施例中，金属涂层22从上连接端38连续地延伸至绝缘体管口端40。

同样在图4-6的实施例中，钎焊23可以位于沿中央电极24的一个或多个不同的位置，并且不一定如图1-3的实施例中那样位于中央电极24的顶部。通常，钎焊23沿绝缘体26的内表面42的所述长度L2的小于50％定位。在图4-6的实施例中，钎焊23位于沿绝缘体26的内表面42的单个不同位置，其在中央电极24和金属涂层22之间。图4-6示出了钎焊23可以位于哪里的实例，但是钎焊23通常仅在沿绝缘体26的内表面42的一个位置中。

同样在图4-6的实施例中，中央电极22呈现有从顶端60延伸至点火端32的长度L3，并且中央电极22的长度L3可以变化。如图4和5所示，中央电极24的长度L3小于绝缘体内表面42的长度L2。可选地，中央电极22的长度L3可以等于绝缘体内表面42的长度L2。在图6的实施例中，中央电极22的长度L3大于绝缘体内表面42的长度L2。同样在图4-6的实施例中，黄铜粉末62沿着中央电极22的最上部分定位并填充绝缘体孔的一部分。

根据示例性实施例，除了将金属涂层20施加至绝缘体26的内表面42之外，还将外金属涂层58施加至绝缘体26的外表面44。通常，外金属涂层58与金属壳体52接触，但也可以施加至不与金属壳体52接触的其他区域。优选地，镍基层也施加至金属壳体52的内表面42上。然后将外金属涂层58钎焊至壳体52的内表面42或金属壳体52的内表面42上的镍基层上，以在绝缘体26和壳体52之间提供另一种气密燃烧密封，以防止来自燃烧室的气体进入电晕点火器20。施加至外表面44的外金属涂层58和施加至内表面42的金属涂层22可具有相同的成分或不同的成分。优选地，涂层22、58在相同的工艺步骤期间施加至绝缘体26的内和外表面42、44，以减少时间和成本。将电极头部28钎焊至绝缘体26的内表面42的步骤以及将绝缘体26的外表面44钎焊至壳体52的步骤也可以在相同的工艺步骤期间进行以进一步减少时间和成本。此外，限制煅烧步骤的数量预计会改进密封的质量。

本发明的另一方面提供了一种制造带气密燃烧密封的电晕点火器20的方法。为了制造图1-3的电晕点火器20，该方法包括在从电极基座33或其周围延伸至上连接端38或其周围的区域中，将金属涂层22施加至绝缘体26的内表面42，同时将外金属涂层58施加至绝缘体26的外表面42。在这些实施例中，该方法不包括在电极头28下方施加金属涂层22。这些实施例的方法然后包括将中央电极24布置在绝缘体26的孔中使得中央电极24的头部28抵靠在电极基座33上。

一旦将中央电极24布置在绝缘体26中，该方法进一步包括沿绝缘体26的内表面42的钎焊步骤。例如，该方法可以包括将中央电极24的头部28和/或少量铜基粉末64钎焊至绝缘体26的内表面42。优选地，该步骤与将绝缘体26的外表面44上的外金属涂层58钎焊至金属壳体52的步骤同时进行。在此步骤中，在绝缘体26的内表面42和中央电极24之间形成一个气密燃烧密封，并且在绝缘体26的外表面44和金属壳体52之间形成另一个气密燃烧密封，以防止燃烧气体进入点火器20。由于目前用于制造电晕点火器的工艺已经包括将外金属涂层58施加至绝缘体26的外表面和将绝缘体26的外表面42钎焊至壳体52的步骤，因此不需要额外的处理时间来实施本发明的步骤。因此，获得可靠的气密燃烧密封而不会显著增加处理时间或成本。

本发明的另一方面提供了制造包括图4-6的绝缘体26和中央电极24的电晕点火器20的方法。在这种情况下，该方法包括提供包括围绕孔的内表面42的绝缘体26；将金属涂层22布置在绝缘体26的内表面42上；将中央电极24布置在绝缘体26的孔中；以及将中央电极24钎焊至金属涂层22。根据这些实施例，绝缘体26的内表面42从上连接端38直接延伸至绝缘体管口端40，内表面42不包括电极基座33，以及中央电极24不包括头部28。根据这些实施例，钎焊23将中央电极24固定至绝缘体内表面42上的金属涂层22。将中央电极24钎焊至金属涂层22的步骤可以包括沿内表面42的长度L2将钎焊23布置在单个不同位置处。

显然，根据上述教导，本发明的许多修改和变体是可能的，并且可以在权利要求的范围内以与具体描述不同的方式实施。

Claims (7)

1.一种电晕点火器，包括：

包括围绕孔的内表面的绝缘体，其中孔的直径是不变的；

布置在所述绝缘体的所述内表面上的金属涂层；

布置在所述绝缘体的所述孔中的中央电极，所述中央电极包括头部；以及

布置在中央电极的头部和所述金属涂层之间的钎焊，所述钎焊将中央电极的头部固定至内表面上的金属涂层，

其中，所述钎焊沿着中央电极的头部定位，而不是沿着绝缘体的内表面的其他部分定位。

2.根据权利要求1所述的电晕点火器，其中所述绝缘体的所述内表面具有从上连接端延伸至绝缘体管口端的长度，以及所述金属涂层沿所述内表面的所述长度的至少50％定位。

3.根据权利要求2所述的电晕点火器，其中所述金属涂层从所述上连接端连续地延伸至所述绝缘体管口端。

4.根据权利要求1所述的电晕点火器，其中所述绝缘体的所述内表面具有从上连接端延伸至绝缘体管口端的长度，以及所述钎焊沿所述内表面的所述长度的少于50％定位。

5.根据权利要求4所述的电晕点火器，其中所述钎焊位于沿所述绝缘体的所述内表面的单个位置处。

6.根据权利要求1所述的电晕点火器，其中金属涂层包括钼和锰层和/或镍基层。

7.一种制造根据权利要求1所述的电晕点火器的方法，包括以下步骤：

提供包括围绕孔的内表面的绝缘体；

将金属涂层布置在绝缘体的内表面上；

将中央电极布置在绝缘体的孔中；以及

将中央电极钎焊至金属涂层。

Images