CN113169526A - 用于电晕点火的优化的势垒放电设备 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于电晕点火器的绝缘体,被称为用于内燃机的势垒放电点火(BDI)设备。中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并且电极尖端通过绝缘材料与圆形绝缘体尖端间隔开。由金属形成的壳体围绕所述绝缘体的一部分。绝缘体厚度在壳体点燃表面和绝缘体尖端之间逐渐变细。逐渐变细的绝缘体厚度是单向的,因此在锥度的起点和绝缘体尖端之间不增加。还提供一种制造用于电晕点火器的绝缘体的方法。可以使用等式来确定是否需要绝缘体厚度的锥度以鼓励电晕沿着绝缘体的芯鼻突出部传播,如果需要,则可以确定锥度的位置和大小。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月19日提交的美国临时专利申请序列号62/748,021和2019年10月17日提交的美国实用新型专利申请序列号16/656,151的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
背景
1.发明领域
本发明一般涉及用于内燃机的电晕点火器的绝缘体,电晕点火器,用于制造绝缘体和电晕点火器、包括电晕点火器的内燃机的方法,用于制造绝缘体和电晕点火器的方法以及用于评估电晕点火器设计的方法。
2.相关领域
电晕放电点火系统提供交流电压和电流,快速连续反转高电位和低电位电极,从而增强电晕放电的形成并最大程度地减少电弧形成的机会。该系统通常包括变压器,该变压器从直流形式的电源接收能量,放大电压并减小电流,然后将交流形式的能量导向电晕点火器的中心电极。中心电极被充电至高射频电压电位并在燃烧室中产生强射频电场。电场使燃烧室内的部分燃料和空气混合物电离并开始电介质击穿,促进燃料-空气混合物的燃烧,这被称为点火事件。优选地控制电场,使得燃料-空气混合物保持介电性质并且发生电晕放电,也称为非热等离子体。燃料-空气混合物的电离部分形成火焰前锋,然后火焰前锋保持自我维持并燃烧燃料-空气混合物的其余部分。优选地,电场被控制成使得燃料-空气混合物不失去所有介电性质,这将在电极和接地的气缸壁、活塞、金属壳或点火器的其他部分之间产生热等离子体和电弧。在Freen的美国专利号6,883,507中公开了一种电晕放电点火系统的实例。
概述
本发明的一个方面提供了电晕点火器。电晕点火器组件包括由绝缘材料形成的绝缘体。绝缘体沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端。绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的。中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端。电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开。由金属形成的壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面。绝缘体厚度在壳体点燃表面(shell firing surface)和绝缘体尖端之间逐渐变细,并且在锥度的起点和绝缘体尖端之间绝缘体厚度不增加。
根据一个实施方案,绝缘体外表面朝向绝缘体内表面径向向内延伸以在绝缘体厚度中呈现锥度。
根据另一个实施方案,绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部的长度从壳体点燃表面延伸到绝缘体尖端,绝缘体厚度中的锥度沿着芯鼻突出部的长度的百分比延伸,并且所述长度的百分比根据以下等式定义:
其中Y是所述绝缘体的芯鼻突出部的长度的百分比,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿其中所述绝缘体厚度恒定的所述绝缘体的部分测量。
根据另一个实施方案,绝缘体厚度沿着绝缘体的第一部分是恒定的并且沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的绝缘体的第二部分逐渐变细,绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于第一部分的绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)-(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,,其中
T%是所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从中心轴线延伸到电极的外表面的距离,并且RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
根据另一个实施方案,绝缘体厚度沿着绝缘体的第一部分是恒定的,并且沿着绝缘体的从第一部分延伸到绝缘体尖端的第二部分连续地逐渐变细。
根据另一个实施方案,绝缘材料是氧化铝,壳体包括从中心轴线径向向外延伸的凸缘和从凸缘纵向延伸的螺纹区域,所述螺纹区域包括多个螺纹,壳体包括面向所述中心轴线的壳体内表面,所述壳体内表面包括呈现围绕所述中心轴线的圆柱形的第一段,所述壳体内表面包括从所述第一段延伸并相对于所述中心轴线成一定角度的内座,所述内表面包括从内座纵向延伸到壳体点燃表面并呈现围绕中心轴线的圆柱形的第二段,所述绝缘体外表面包括相对于中心轴线成一定角度延伸并放置在壳体内座上的绝缘体下肩。壳体和绝缘体之间具有间隙,并且所述间隙从绝缘体下肩延伸到壳体下端。
本发明的另一方面提供了一种用于电晕点火器的绝缘体。所述电晕点火器包括:用于容纳在绝缘体的狭槽中的中心电极和用于围绕绝缘体的壳体。绝缘体由绝缘材料形成并且沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端。绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的。绝缘体厚度在绝缘体尖端和与壳体的壳体点燃表面纵向对准的位置之间逐渐变细,并且绝缘体厚度在锥度的起点和绝缘体尖端之间不增加。
根据一个实施方案,绝缘体包括用于从壳体点燃表面延伸到绝缘体尖端的芯鼻突出部,所述绝缘体厚度沿着芯鼻突出部逐渐变细,绝缘体厚度中的锥度沿着芯鼻突出部的长度的百分比延伸,并且所述长度的百分比根据以下等式定义:
其中Y是所述绝缘体的芯鼻突出部的长度的百分比,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线延伸到电极外表面的距离,并且RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量。
根据一个实施方案,绝缘体厚度沿着绝缘体的第一部分是恒定的并且沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的绝缘体的第二部分逐渐变细,在绝缘体尖端的绝缘体厚度相对于第一部分的绝缘体厚度的减小大于或等于所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)-(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,其中
T%是所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
根据另一个实施方案,绝缘体厚度在壳体点燃表面和绝缘体尖端之间逐渐变细,并且绝缘体外表面朝向绝缘体内表面径向向内延伸以呈现绝缘体厚度中的锥度。
根据另一个实施方案,绝缘体厚度在与壳体的壳体点燃表面纵向对准的位置和绝缘体尖端之间不增加。
本发明的另一方面提供一种制造电晕点火器的方法。所述方法包括以下步骤:提供由绝缘材料形成的绝缘体,所述绝缘体沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,绝缘体外表面在所述绝缘体尖端是圆形的;提供中心电极,所述中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端,所述电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开;提供由金属制成的壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面。提供绝缘体的步骤包括提供绝缘体,使得绝缘体厚度在壳体点燃表面和绝缘体尖端之间逐渐变细,并且绝缘体厚度在锥度的起点和绝缘体尖端之间不增加。
根据一个实施方案,所述方法包括如果由以下等式定义的RATIO’小于或等于0,则相对于与壳体点燃表面对准的位置的绝缘体厚度减小绝缘体尖端处的绝缘体厚度:
其中X=0.5007x(RSHELL-RINS)+0.5697,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
根据一个实施方案,所述方法包括在计算RATIO’之前将X增加10%。
根据另一个实施方案,绝缘体包括具有从壳体点燃表面延伸到绝缘体尖端的长度的芯鼻突出部,并且减小所述绝缘体厚度的步骤包括使壳体点燃表面与绝缘体尖端之间的绝缘体厚度逐渐变细,使得绝缘体厚度的锥度沿着芯鼻突出部的长度的百分比延伸,并且所述长度的百分比根据以下等式定义:
其中Y是所述绝缘体的芯鼻突出部的长度的百分比,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量。
根据一个实施方案,所述绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部具有从所述壳体点燃表面延伸到所述绝缘体尖端的长度,所述绝缘体厚度沿着所述绝缘体的第一部分是恒定的,并且减小所述绝缘体厚度的步骤包括使所述绝缘体厚度沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的绝缘体的第二部分逐渐变细,使得绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于所述第一部分处的绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)-(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,其中
T%是所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的绝缘体部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
根据一个实施方案,所述方法包括增加壳体的长度,以使得如果由以下等式定义的比率小于或等于0,则壳体点燃表面更靠近绝缘体尖端:
其中X=0.5007x(RSHELL-RINS)+0.5697,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
本发明的另一方面提供一种制造电晕点火器的方法,包括以下步骤:提供由绝缘材料形成的绝缘体,所述绝缘体沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的;提供中心电极,所述中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端,所述电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开;提供由金属形成的壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面;如果由以下等式定义的RATIO’大于或等于0,则增加壳体的长度,以使壳体点燃表面更靠近绝缘体尖端:
其中X=0.5007x(RSHELL-RINS)+0.5697,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
根据一个实施方案,所述方法包括在计算RATIO’之前将X增加10%。
根据另一个实施方案,绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部的长度从壳体点燃表面延伸到绝缘体尖端,所述方法包括:如果RATIO’小于或等于0,绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于壳体点燃表面处的绝缘体厚度减小,并且减小所述绝缘体厚度的步骤包括使所述壳体点燃表面和所述绝缘体尖端之间的所述绝缘体厚度逐渐变细,以使所述绝缘体厚度中的锥度沿着所述芯鼻突出部的长度的百分比延伸,并且所述长度的百分比由以下等式定义:
其中,Y是绝缘体的芯鼻突出部分的长度的百分比,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的芯鼻突出部的一部分从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离。
根据另一个实施方案,所述绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部具有从所述壳体点燃表面延伸到所述绝缘体尖端的长度,所述绝缘体厚度沿着所述绝缘体的第一部分是恒定的,并且减小所述绝缘体厚度的步骤包括使所述绝缘体厚度沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的绝缘体的第二部分逐渐变细,使得绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于所述第一部分处的绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)-(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,其中
T%是所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且RSHELL是指壳体的半径,所述壳体的半径是从中心轴线到壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
本发明的另一方面提供一种制造用于电晕点火器的绝缘体的方法。电晕点火器包括绝缘体和壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面。绝缘体由绝缘材料形成并且沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端。绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸以容纳中心电极的狭槽,并且绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的。提供绝缘体的步骤包括提供绝缘体,使得绝缘体厚度在与壳体点燃表面对准的位置和绝缘体尖端之间逐渐变细,并且绝缘体厚度在锥度的起点和绝缘体尖端之间不增加。
根据一个实施方案,所述方法包括如果由以下等式定义的RATIO’小于或等于0,则绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于与壳体点燃表面对准的位置处的绝缘体厚度减小:
其中X=0.5007x(RSHELL-RINS)+0.5697,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
本发明的另一方面提供一种制造用于电晕点火器的绝缘体的方法。电晕点火器包括绝缘体和壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面。绝缘体由绝缘材料形成并且沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端。绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸以容纳中心电极的狭槽,并且绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的。所述方法包括增加壳体的长度,使得如果由以下等式定义的RATIO′大于或等于0,壳体点燃表面更靠近绝缘体尖端:
其中X=0.5007x(RSHELL-RINS)+0.5697,RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
本发明的另一方面提供了一种内燃机。该发动机包括发动机缸体,所述发动机缸体包括具有开口的顶壁,并且所述发动机缸体包括从所述顶壁延伸并形成燃烧室的侧壁。电晕点火器布置在气缸盖的开口中并延伸到燃烧室中。电晕点火器包括由绝缘材料形成的绝缘体。绝缘体沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端,绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的。中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并且从电极上端纵向延伸到电极尖端,并且电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开。由金属形成的壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面。壳体点燃表面和位于壳体点燃表面上方的壳体的一部分布置在燃烧室中。
附图简述
通过参考以下详述,当结合附图考虑时,将更容易了解本发明的其他优点,因此本发明的其他优点将变得更好理解,其中:
图1是根据示例实施方案的电晕点火器组件的剖视图;
图2是根据示例实施方案的电晕点火器组件的一部分的放大剖视图;
图3是根据另一个示例性实施方案的电晕点火器组件的一部分的放大剖视图;
图4包括用于设计电晕点火器组件的等式,以使电晕覆盖组件的绝缘体并传播到绝缘体尖端;
图5A示出对于一系列典型点火器尺寸,电晕点火器组件的绝缘体与壳体之间的间隙如何影响电场(并因此影响电晕的起点);
图5B示出给出间隙中的电场与间隙的深度之间的关系的代表性示例数据;
图6示出根据示例实施方案的在绝缘体的表面上的电场的示例;
图7示出在其中壳体间隙为零(转变值)的情况下与绝缘体几何形状有关的电晕传播距离。
图8示出过渡值如何在壳体间隙的大小范围内变化;
图9示出与绝缘体几何形状有关的电晕传播距离,包括壳体间隙的作用;
图10示出在电晕未到达绝缘体尖端的情况下的电晕传播距离;
图11-15是根据其他示例实施方案的电晕点火器组件的一部分的放大剖视图。
图16是表示实现良好的电晕传播所需的锥度的曲线图;和
图17是显示所有数据点和每个数据点所需的锥度(垂直轴)的曲线图,以及穿过这些数据点的最佳拟合线。
示例性实施方案的详述
本发明提供了一种用于内燃机12的电晕点火器10。如图1所示,电晕点火器通常包括由导电金属形成的中心电极14,该中心电极14由绝缘体16围绕,该绝缘体16由绝缘材料形成,例如陶瓷材料,例如氧化铝。绝缘体被由金属制成的壳体18围绕。中心电极、绝缘体和壳体各自沿着电晕点火器的中心轴线20纵向延伸。
绝缘体具有绝缘体外表面22,该绝缘体外表面22沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端24。绝缘体还包括绝缘体内表面26,该绝缘体内表面26与绝缘体外表面相对并具有沿着中心轴线从绝缘体上端朝向绝缘体尖端纵向延伸但不完全穿过绝缘体尖端的狭槽。绝缘体的外表面在绝缘体尖端处呈现凹面。
中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并且从电极上端28纵向延伸到电极尖端30。电极尖端通过绝缘体的绝缘材料与绝缘体尖端间隔开。
该壳体包括面对中心轴线的壳体内表面32,该壳体内表面包括呈现围绕中心轴线的圆柱形的第一段。在图1和图2的实施方案中,内座34从第一段延伸并且相对于中心轴线成一定角度,并且壳体内表面包括第二段,第二段从内座纵向延伸到壳体点燃面36并且呈现围绕中心轴线的圆柱形。绝缘体外表面还包括绝缘体下肩38,该绝缘体下肩38相对于中心轴线成一定角度延伸并置于所述壳体的内座上。因此,由壳体内表面呈现的直径在内座处减小。如图2所示,在壳体和绝缘体之间存在壳体间隙40。壳体间隙从绝缘体下肩纵向延伸到壳体点燃面。在图3的实施方案中,由壳体内表面呈现的内座以远离绝缘体外表面的角度延伸,使得由壳体内表面呈现的直径增加而不是减小。同样在图3的实施方案中,绝缘体不包括下肩,并且壳体间隙从壳体的内座延伸到壳体点燃面。
在图1和2的实施例中,壳体包括壳体凸缘42,该壳体凸缘42布置在外部垫圈44上,该外部垫圈44置于形成发动机的燃烧室的壁上。壳体凸缘相对于中心轴线径向延伸。壳体还包括从凸缘纵向延伸的螺纹区域46,并且该螺纹区域包括用于接合形成燃烧室的壁的匹配螺纹的多个壳体螺纹。
电晕点火器的其他实施例在图3和11-15中显示。这种电晕点火器也称为改进型势垒放电点火(BDI)设备。电晕点火器依赖于对绝缘体形状的仔细修改以允许以比先前设计更低的电压和功率要求生产更大面积的电晕,同时提高抵抗电气和机械故障的稳定性。
对于通常能够安装到发动机中的势垒放电点火(BDI)设备的尺寸,通常在绝缘体与接地金属壳接触的地方形成最高电场。本文所述的电晕点火通过允许在该区域中形成的电晕在绝缘体外表面上朝向绝缘体尖端传播而利用该高场。这种传播不取决于绝缘体的突出部分周围的接地壳体的存在,因此可以使可燃烧气体最大程度地暴露到电晕,从而改善点火质量。通过设计绝缘体(结合中心电极和壳体设计)可实现这种传播以使在绝缘体外表面上测量的电场始终具有正确的极性以促进传播。这是通过定义保证电晕可以自由传播的几何参数来实现的。在由于其他限制而无法满足这些参数的情况下,以通过计算绝缘体外表面的电压确定的方式在绝缘体厚度向绝缘体尖端移动时减小绝缘体厚度,仍然可以获得良好的性能。本文所述的电晕点火器的设计将在绝缘体外表面上具有最大的电晕面积,同时保持最大可能的绝缘体厚度以避免电气或机械故障。
图1所示的电晕点火器的示例称为“正向组装”设计。在这种情况下,电晕点火器通过将绝缘体尖端插入金属壳体的上端而制成。绝缘体通过上部壳体特点(未示出)被推向壳体。绝缘体的下肩接触壳体的内座以在电晕点火器组件的内部形成气密密封。然而,在不改变本发明的操作或适用性的情况下,可以采用替代的构造方法。例如,在美国专利号9088136中描述了替代方法。
在内燃机中使用电晕点火器期间,壳体凸缘布置在外部垫圈上,并且外部垫圈布置在形成燃烧室的配合表面上。壳体螺纹与发动机壁中的匹配螺纹接合,以便通过壳体凸缘将外部垫圈推向发动机中的配合表面,从而在电晕点火器组件的外表面形成密封。
根据一个实施方案,选择壳体的尺寸,使得壳体点燃面与燃烧室的壁在很大程度上共面。高频高压电源连接到中心电极并引起电磁场,该电磁场在所有位置传播通过绝缘体。该电场可在任何可电离的材料(例如电晕点火器周围的空气)中产生电晕,该电晕材料用于在电晕点火器周围的燃烧室中点火燃料-空气混合物。由于没有电流从中心电极到接地壳体或发动机的任何其他接地组件的直接路径,因此避免电弧放电,因此避免电极的腐蚀,从而具有相应的耐用性益处。另外,燃烧气体不与中心电极接触,这消除作为电极损坏的来源的腐蚀,从而带来进一步的益处。
图2示出电晕点火器暴露到燃烧室的区域的详细视图。不希望在绝缘体下肩上方形成电晕,并且在美国专利号8839753(IA-41938)、美国专利申请号13/325433(IA-41945)和美国专利号US8278808的其他地方描述步骤以避免这种电晕形成。在这种情况下,绝缘体厚度在从壳体点燃表面到绝缘体尖端暴露到燃烧室的区域中是恒定的。壳体间隙用空气填充并且被设计为电晕起始的位置。在该前向组装设计中,该壳体间隙由壳体点燃表面和绝缘体下肩限定,但根据构造方法,其在上端可以由不同特点限定。例如,如美国专利号9088136(IA-42324)中所述的中间部分或任何铜焊、焊接或钎焊构造(例如参见图3)可用于结合壳体间隙。壳体间隙的几个特点有助于改善电晕产生的性能。这些特点如下所述。
壳体间隙中的电场根据图4的等式4.1变化。图5A显示该间隙如何影响一系列典型点火器尺寸的电场(并且因此影响电晕起始)。间隙应当具有至少0.025mm宽度的名义尺寸以避免在0.02mm以下的区域中操作,其中具有间隙的场变化变得更快。壳体间隙的宽度是从绝缘体外表面到壳体内表面的距离。最小尺寸有助于确保表面光洁度的任何缺陷都不会对间隙中的电场产生任何不可控制的影响,并确保零件同心度的限制不会导致壳体和绝缘体在间隙中的任何位置在一个或多个区域中非常接近,将导致一侧优先形成电晕(不期望的)。
有助于改善性能的第二特点是将间隙的最大尺寸设置为使得该区域中的电场足以形成电晕。测试表明,在大气温度和压力下,合适的电场为至少17KV/mm,并随气体密度的增加而增加。从图5A可以看出,较大的点火器设计具有较低的电场,需要施加更高的电压,但是这可以通过减小间隙的尺寸来补偿而抵消。在为通用汽车或工业发动机设计的点火器中,该曲线图和等式4.1显示这给出在由当前点火系统可提供的电压的情况下,宽度的实际上限为0.25mm。
在图5B中示出有助于改善性能的第三特点,其示出代表性示例数据,该代表性示例数据给出间隙中的电场和间隙的深度L(Gap)之间的关系。间隙的深度是平行于电晕点火器组件的中心轴线从壳体点燃表面的开口纵向延伸到绝缘体的一部分或壳体的闭合间隙的部分的长度。间隙的深度L(Gap)应最小为1mm,优选为1.5mm深。最大深度由热行为控制,但不超过8mm。在1.5mm和8mm之间的深度没有电气优势,但是在绝热层的突出部必须很低或目标发动机额定值很低的情况下,出于热方面的原因,可能需要更大的间隙。
在图2所示的示例点火器中,在壳体间隙中形成的电晕将具有与壳体相同的符号并且与中心电极的符号相反的电荷,因为一旦通过电离形成,与壳体相反的电荷可以立即流入导电壳体。因此,电晕将被吸引到中心电极,但其路径将被绝缘体势垒。因此,它将趋向于朝向绝缘体尖端传播,远离壳体上的排斥电荷;这将沿着绝缘体外表面继续,直到绝缘体外表面的电场不再有利于进一步传播。通常,这发生在电场反转(将完全停止进一步传播)或电场梯度变得如此之低以至于不鼓励进一步传播并且变得非常缓慢时。
图6示出绝缘体外表面上的电场的示例,其中该绝缘体在壳体点燃表面与绝缘体尖端之间的暴露区域中具有相等的厚度。该设计在与壳体点燃表面相邻的壳体间隙中产生峰值,在此处容易形成电晕。磁场的梯度促使电晕朝向绝缘体尖端传播。在这种情况下,磁场始终高于临界值(虚线),因此电晕可以完全传播到绝缘体尖端。然而,可以看出,更长的绝缘体或几何形状的不同布置会导致电场降到临界值以下,因此电晕无法完全覆盖绝缘体。测试表明,当电场低于40KV/m的临界值(室温和压力下的氧化铝陶瓷)时,就会发生这种情况。使用此限制,可以分析任何设计的BDI点火器在表面上传播的可能距离。
再次参考图2和图3,完成虚拟实验以评估中心电极RCE、绝缘体RINS和壳体RSHELL半径变化以及不同长度的中心电极突出部CEP和芯鼻突出部CNP的电晕传播,在绝缘体厚度恒定的区域中测量。中心电极半径RCE是从中心轴线到电极外表面48的距离,绝缘体半径RINS是从中心轴线到绝缘体外表面的距离,而壳体半径RSHELL是从中心轴线到壳体内表的距离。中心电极突出部CEP是壳体点燃表面与电极尖端底部之间的距离。芯鼻突出部CNP是壳体点燃表面和绝缘体尖端之间的距离。
图7显示在壳体间隙为零的情况下(最简单的情况)这些研究的传播距离。在这种情况下,x轴是绝缘体半径RINS除以中心电极RINS/CEP的突出部(图4中的等式4.2)。此参数是无量纲的并且适用于各种规格的点火器。对于中心电极突出部CEP的直径小于绝缘体直径的大约一半的所有几何形状,电晕将传播到绝缘体尖端。因此,我们可以看到,该比率高于过渡值的所有几何形状在固定的绝缘体厚度下都将具有良好的性能。
图7中的过渡值用于壳体间隙为零(即RSHELL=RINS)的情况,这将强制执行这样的条件,即靠近壳体点燃面的绝缘体外表面的电压将为零(壳体电压)。在用于内燃机的电晕点火器中,该间隙是关键的并且可能不能忽略。点火器间隙上的电压变化由图4中的等式4.3描述。在此,较大的电压导致在壳体点燃表面的位置处的绝缘体上的相应较低的电压,这与改变点火器CEP和CNP的长度具有类似作用。结果是对过渡值的修改。图8显示该值如何在一定范围的间隙大小范围内变化,其中壳体间隙=RSHELL-RINS。注意到这条线取决于壳体间隙的绝对尺寸,因为它基于制造限制,该制造限制不会随尺寸成比例地缩放,因此仅适用于在壳体点燃表面的绝缘体直径在3mm至15mm范围内的点火器。在此范围外,尽管观察到的线性形式暗示比此处指出的更广泛的适用性,但仍需要根据几何尺寸来缩放数据。因此,过渡值X可以由图4上的等式4.4来描述。可以定义新的比率RATIO’,该比率被该值X偏移,因此过渡值始终为零(等式4.5)。图9显示虚拟结果如何与建议的式拟合。因此,等式4.5中的RATIO’的值大于零的任何点火器都会向尖端传播电晕,因此设计合理。显然,在设计中需要安全裕度,以解决例如:制造公差,工作条件差异,表面光洁度差异或绝缘体外表面上沉积物的存在。优良的设计实践是假设电晕的传播距离小于等式4.4所描述的距离,因此在改变设计时应牢记这一点。实际上,这可以通过在使RATIO’小于零的测试之前将X的值增加10%来实现。
考虑到点火器中电晕不会传播到绝缘体尖端的部分,可以计算具有恒定厚度的绝缘体的BDI点火器的传播程度。取决于中心电极半径与绝缘体厚度的比率(绝缘体半径RINS减去中心电极半径RCE),该距离(作为Corenose突出部CNP的百分比Y)由4.6等式很好地描述。此参数与比例无关。现在,可以促使电晕进一步传播,其中等式4.5给出比率的负值(但请注意约10%的裕度),表明需要通过减小朝向绝缘体尖端的绝缘体厚度来修改,其中锥度在由等式4.6给出的位置处或之前开始。绝缘体厚度在锥度的起点和绝缘体尖端之间不增加。通常,绝缘体厚度在壳体点燃表面和绝缘体尖端之间也不增加。然而,在图15的实施方案中,在朝向绝缘体尖端移动的方向上逐渐变细之前,绝缘体厚度在壳体的外部增加。为了有效,锥度必须是单向的(即,厚度平均减小并且绝不会在朝向绝缘体尖端的方向上局部增大),但是减小的速率不必是固定的。从锥度的起点到绝缘体尖端,绝缘体厚度的平均减小应大于或等于由以下等式给出的锥度的起点处的绝缘体厚度的百分比。
T%=30.3%-(45.2%*P1)-(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%(等式4.7)
值T%是预测的锥度,其应至少与实现良好电晕传播所需的实际锥度一样多。参数P1、P2和P3取自等式4.2、4.3和4.6,如下所示:
图16显示实现良好电晕传播所需的锥度。需要引入以上三个参数以更准确地拟合以上数据。
图17显示所有数据点和每个数据点所需的锥度(垂直轴线),以及穿过这些数据点的最佳拟合线。显示等式4.7的线表明,所有数据点需要等于或小于来自等式4.7的值的锥度,即:在所有情况下,锥度至少足以获得良好的电晕传播。
总之,等式4.7提供预测的锥度值,该值有助于预测所需电晕传播所需的锥度量(锥度起点与绝缘体尖端之间绝缘体厚度的减小)。例如,如果在锥度的起点的绝缘体厚度为1mm,并且所需的锥度(绝缘体厚度减小)为至少10%,则绝缘体尖端处的绝缘体厚度应不大于0.9mm。
图11示出示例性电晕点火器。在这种情况下,等式4.5小于零,表明如果绝缘体厚度在芯鼻突出部CNP的区域中在绝缘体的整个外表面上是恒定的,则电晕将不会传播到绝缘体尖端。作为设计目标,绝缘体厚度应尽可能小地逐渐变细,以确保绝缘体尖端具有足够的电气和机械强度。为了实现这一点,绝缘体包括从壳体点燃表面在点A延伸到锥度开始的点B的圆柱形部分。这由等式4.6定义,等式4.6给出锥度必须在该位置处/之前开始的位置(作为总Corenose Length CNL的比例)。等式4.6定义在该图上为AB的距离Y。在此示例中,圆锥形截面与点C处的球形尖端相切。球形截面的内表面和外表面可以是球形或其他某种形状,前提是当从点C移到点O的绝缘体尖端时,所有点的厚度均减小。在球形表面的情况下,这表示内球和外球不共享相同的中心点。
图12示出另一个示例性实施方案。在这种情况下,较短的绝缘体从等式4.6得到Y值,使得不需要先前采用的圆锥形截面。在这种情况下,锥形截面从C点的球形截面开始。绝缘体尖端的内球形表面和外球形表面不是同心的,从而使O点的绝缘体比C点更薄。
图13显示可以与上述的这种方法组合的替代解决方案。在这种情况下,壳体通过突出到燃烧室中的裙部50延伸。这样的效果是使绝缘体的有效几何形状更短并改变RATIO’(等式4.5),使得不再需要锥度,或改变Y值(等式4.6),使得绝缘体的百分比需要锥度减小。两种情况具有合乎需要的结果,即电晕传播良好,同时在所有位置均保持最大厚度。
在标题为“高级电晕点火系统的新发展和优化”的随附论文中提供本发明的其他实施方案以及与本发明有关的背景信息。该论文的标题为“替代解决方案:BDI”的第4节尤其相关。第4节的图24说明三种示例点火器设计。在图24中,上方的虚线表示垫圈固定在其上的发动机凸耳的位置。中间的虚线表示通向燃烧室的开口,并且点火器在中间的虚线下方的区域中暴露到燃烧室。最低的虚线表示绝缘体尖端的位置。图24左侧的设计显示未优化的设计。图24中间的设计说明带有壳裙的设计,其中壳体从开口向外延伸并暴露在燃烧室中。图24右侧的设计说明绝缘体逐渐变细的设计,使得绝缘体在锥度的起点和尖端之间的厚度减小。
再次考虑图6,可以看出,当绝缘体从金属壳体中出来时,绝缘体外表面上的电场很高,并且方向正确。通过允许绝缘体在朝向点燃端尖部的方向上的该区域中变厚,可以有利地使用高场。这将减小该区域中的电场,但是可以将其布置为对于良好的电性能仍然足够正。在图14和15中显示两种实现此目的的不同方案。在图15中,绝缘体厚度在壳体点燃表面上在沿逐渐变细之前朝向绝缘体尖端的方向增加。这与其他实施方案不同,其中绝缘体厚度在壳体点燃表面和绝缘体尖端之间不增加。这些方案可以应用于具有或不具有壳裙,具有或不具有中心电极的尖端直径减小,具有正向或反向或杠铃组装的点火器等的点火器。这些设计的好处是可以使尖端更厚,同时仍保持良好的电晕传播。
总之,本文所述的新方法可以确定是否有任何给定的点火器设计将允许电晕传播到绝缘体尖端,覆盖整个绝缘体外表面并实现最佳性能。如果电晕不会覆盖绝缘体,可以添加绝缘体厚度的锥度,该锥度根据上述点火器的几何形状,在特定位置处或之前开始。在开始逐渐变细之后,绝缘体厚度的锥度从锥度的起点到绝缘体尖端是单向的,并且在本公开中还描述了锥度的量。这种组合使绝缘体的最小厚度得到优化,以实现最佳的机械和电气性能。
显然,根据上述教导,可以对本发明进行许多修改和变型,并且可以在本发明的范围内以不同于具体描述的方式来实践本发明。可以预期的是,所描述的所有特点以及所有实施方案的所有特点可以彼此组合,只要这样的组合不会彼此矛盾。
Claims (25)
1.一种电晕点火器,所述电晕点火器包括:
由绝缘材料形成的绝缘体,所述绝缘体沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着所述中心轴线从所述绝缘体上端朝向所述绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且所述绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的;
中心电极,所述中心电极布置在所述绝缘体的所述狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端,所述电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开;
由金属形成的壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面;并且
所述绝缘体厚度在所述壳体点燃表面和所述绝缘体尖端之间逐渐变细,并且所述绝缘体厚度在所述锥度的起点和所述绝缘体尖端之间不增加。
2.根据权利要求1所述的电晕点火器,所述绝缘体外表面朝向所述绝缘体内表面径向向内延伸以在所述绝缘体厚度中具有所述锥度。
4.根据权利要求1所述的电晕点火器,其中所述绝缘体厚度沿着所述绝缘体的第一部分是恒定的并且沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的所述绝缘体的第二部分逐渐变细,所述绝缘体尖端处的所述绝缘体厚度相对于所述第一部分的所述绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分的所述绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)–(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,其中
T%是所述第一部分的所述绝缘体厚度的百分比,
RINS是所述绝缘体的半径,所述绝缘体的所述半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的所述半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,
CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,
RCE是所述中心电极的半径,所述中心电极的所述半径是从所述中心轴线延伸到电极外表面的距离,并且
RSHELL是所述壳体的半径,所述壳体的所述半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
5.根据权利要求1所述的电晕点火器,其中所述绝缘体厚度沿着所述绝缘体的第一部分是恒定的并且沿着从所述第一部分延伸到所述绝缘体尖端的所述绝缘体的第二部分连续地逐渐变细。
6.根据权利要求1所述的电晕点火器,其中所述绝缘材料是氧化铝,
所述壳体包括从所述中心轴线径向向外延伸的凸缘和从所述凸缘纵向延伸的螺纹区域,所述螺纹区域包括多个螺纹,
所述壳体包括面对所述中心轴线的壳体内表面,所述壳体内表面包括呈现围绕所述中心轴线的圆筒形的第一段,所述壳体内表面包括从所述第一段延伸并且相对于所述中心轴线成一定角度的内座;所述内表面包括第二段,所述第二段从所述内座纵向延伸到所述壳体点燃表面,并呈现围绕所述中心轴线的圆柱形,所述绝缘体外表面包括相对于所述中心轴线成一定角度延伸并且置于所述壳体的所述内座上的绝缘体下肩,
所述壳体和所述绝缘体之间具有间隙,并且所述间隙从所述绝缘体下肩延伸到所述壳体下端。
7.用于电晕点火器的绝缘体,所述电晕点火器包括用于容纳在所述绝缘体的狭槽中的中心电极和用于围绕所述绝缘体的壳体,所述绝缘体由绝缘材料形成并且沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着所述中心轴线从所述绝缘体上端朝向所述绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且所述绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的;
所述绝缘体厚度在所述绝缘体尖端和与所述壳体的壳体点燃表面纵向对准的位置之间逐渐变细,并且所述绝缘体厚度在所述锥度的起点和所述绝缘体尖端之间不增加。
8.根据权利要求7所述的绝缘体,其中所述绝缘体包括用于从所述壳体点燃表面延伸到所述绝缘体尖端的芯鼻突出部,所述绝缘体厚度沿着所述芯鼻突出部逐渐变细,所述绝缘体厚度中的所述锥度沿着所述芯部突出部的所述长度的百分比延伸,并且所述长度的所述百分比根据以下等式定义:
其中,Y是所述绝缘体的所述芯鼻突出部的所述长度的所述百分比,
RINS是所述绝缘体的半径,所述绝缘体的所述半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的所述半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,并且
RCE是所述绝缘体的半径,所述绝缘体的所述半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的所述半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量。
9.根据权利要求7所述的绝缘体,其中所述绝缘体厚度沿着所述绝缘体的第一部分是恒定的并且沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的所述绝缘体的第二部分逐渐变细,所述绝缘体尖端处的所述绝缘体厚度相对于所述第一部分的所述绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分处的所述绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)–(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,其中
T%是所述第一部分处的所述绝缘体厚度的百分比,
RINS是所述绝缘体的半径,所述绝缘体的所述半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的所述半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,
CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,
RCE是所述中心电极的半径,所述中心电极的所述半径是从所述中心轴线延伸到电极外表面的距离,并且
RSHELL是所述壳体的半径,所述壳体的所述半径是从所述中心轴线到所述壳体点燃表面处的壳体内表面延伸的距离。
10.根据权利要求7所述的绝缘体,其中所述绝缘体厚度在所述壳体点燃表面和所述绝缘体尖端之间逐渐变细,并且所述绝缘体外表面朝向所述绝缘体内表面径向向内延伸以在所述绝缘体厚度中呈现所述锥度。
11.根据权利要求7所述的绝缘体,其中所述绝缘体厚度在与所述壳体的所述壳体点燃表面纵向对准的位置与所述绝缘体尖端之间不增加。
12.一种制造电晕点火器的方法,所述方法包括以下步骤:
提供由绝缘材料形成的绝缘体,所述绝缘体沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着所述中心轴线从所述绝缘体上端朝向所述绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,所述绝缘体外表面在所述绝缘体尖端是圆形的;
提供中心电极,所述中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端,所述电极尖端通过绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开;
提供由金属形成的壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面;
提供所述绝缘体的步骤包括提供所述绝缘体,使得绝缘体厚度在所述壳体点燃表面和所述绝缘体尖端之间逐渐变细,并且所述绝缘体厚度在所述锥度的起点和所述绝缘体尖端之间不增加。
14.根据权利要求13所述的方法,所述方法包括在计算所述RATIO′之前将X增加10%。
15.根据权利要求13所述的方法,其中所述绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部具有从所述壳体点燃表面延伸到所述绝缘体尖端的长度,并且减小所述绝缘体厚度的步骤包括使所述壳体点燃表面和所述绝缘体尖端之间的绝缘体厚度逐渐变细,以使所述绝缘体厚度的锥度沿着所述芯鼻突出部的长度的百分比延伸,并且所述长度的所述百分比根据以下等式定义:
其中Y是所述绝缘体的所述芯鼻突出部的长度的百分比,
RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,
RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量。
16.根据权利要求13所述的方法,其中所述绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部具有从所述壳体点燃表面延伸到所述绝缘体尖端的长度,所述绝缘体厚度沿着所述绝缘体的第一部分是恒定的,并且减小所述绝缘体厚度的步骤包括使所述绝缘体厚度沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的绝缘体的第二部分逐渐变细,以使所述绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于所述第一部分处的绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)–(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,其中
T%是所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,
RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,
CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,
RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且
RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
18.一种制造电晕点火器的方法,所述方法包括以下步骤:
提供由绝缘材料形成的绝缘体,所述绝缘体沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着所述中心轴线从所述绝缘体上端朝向所述绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且所述绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的;
提供中心电极,所述中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端,所述电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开;
提供由金属形成的壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面;
如果由以下等式定义的RATIO'大于或等于0,增加壳体的长度,以使所述壳体的点燃表面更靠近所述绝缘体尖端:
其中
X=0.5007x(RSHELL-RINS)+0.5697
RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,
CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,并且
RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
19.根据权利要求18所述的方法,所述方法包括在计算所述RATIO′之前将X增加10%。
20.根据权利要求18所述的方法,其中所述绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部具有从所述壳体点燃表面延伸到所述绝缘体尖端的长度,
如果RATIO'小于或等于0,所述绝缘体尖端的绝缘体厚度相对于所述壳体点燃表面的绝缘体厚度减小,
减小所述绝缘体厚度的步骤包括使所述壳体点燃表面和所述绝缘体尖端之间的所述绝缘体厚度逐渐变细,以使所述绝缘体厚度中的锥度沿着所述芯鼻突出部的长度的百分比延伸,并且所述长度的百分比根据以下等式确定:
其中,Y是所述绝缘体的芯鼻突出部的长度的百分比,
RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离,并且
RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述芯鼻突出部的一部分从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离。
21.根据权利要求18所述的方法,其中所述绝缘体包括芯鼻突出部,所述芯鼻突出部具有从所述壳体点燃表面延伸到所述绝缘体尖端的长度,所述绝缘体厚度沿着所述绝缘体的第一部分是恒定的,并且减小所述绝缘体厚度的步骤包括使所述绝缘体厚度沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的绝缘体的第二部分逐渐变细,以使所述绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于所述第一部分处的绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,所述百分比由以下等式定义:
T%=30.3%-(45.2%*P1)–(0.8%*P2)+(4.2%*P3)+2.5%,其中
T%是所述第一部分的绝缘体厚度的百分比,
RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的绝缘体的部分测量,
CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,
RCE是中心电极的半径,所述中心电极的半径是从所述中心轴线延伸到电极外表面的距离,并且
RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
22.一种制造用于电晕点火器的绝缘体的方法,所述电晕点火器包括绝缘体和围绕所述绝缘体的一部分并从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面的壳体,所述绝缘体由绝缘材料形成并沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着所述中心轴线从所述绝缘体上端朝向所述绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,用于容纳中心电极,并且所述绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的;并且提供所述绝缘体的步骤包括提供所述绝缘体,使得所述绝缘体厚度在与所述壳体点燃表面对准的位置和所述绝缘体尖端之间逐渐变细,并且所述绝缘体厚度在所述锥度的起点和所述绝缘体尖端之间不增加。
24.一种制造用于电晕点火器的绝缘体的方法,所述电晕点火器包括绝缘体和围绕所述绝缘体的一部分并从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面的壳体,所述绝缘体由绝缘材料形成并沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内表面呈现沿着所述中心轴线从所述绝缘体上端朝向所述绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,用于容纳中心电极,并且所述绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的;并且
如果由以下等式定义的RATIO’小于或等于0,增加所述壳体的长度,以便所述壳体点燃表面更靠近所述绝缘体尖端:
其中
X=0.5007x(RSHELL-RINS)+0.5697
RINS是绝缘体的半径,所述绝缘体的半径是从所述中心轴线到所述绝缘体外表面的距离,并且所述绝缘体的半径沿着其中所述绝缘体厚度是恒定的所述绝缘体的一部分测量,
CEP是所述壳体点燃表面和所述电极尖端之间的距离,并且
RSHELL是壳体的半径,所述壳体的半径是从所述中心轴线延伸到所述壳体点燃表面处的壳体内表面的距离。
25.一种内燃机,所述内燃机包括:
发动机缸体,所述发动机缸体包括具有开口的顶壁,所述发动机缸体包括从所述顶壁延伸并形成燃烧室的侧壁。
布置在所述气缸盖的所述开口中并延伸到所述燃烧室中的电晕点火器,
所述电晕点火器包括由绝缘材料形成的绝缘体,所述绝缘体沿着中心轴线从绝缘体上端纵向延伸到绝缘体尖端,所述绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度,所述绝缘体内部表面呈现沿着所述中心轴线从所述绝缘体上端朝向所述绝缘体尖端纵向延伸的狭槽,并且所述绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的,
中心电极,布置在所述绝缘体的所述狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端,所述电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端隔开;
由金属形成的壳体,所述壳体围绕所述绝缘体的一部分并从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面;并且
所述壳体点燃表面和位于所述壳体点燃表面上方的所述壳体的一部分布置在所述燃烧室中。
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102460868A (zh) * | 2009-05-04 | 2012-05-16 | 费德罗-莫格尔点火公司 | 电晕尖端绝缘体 |
US20140174416A1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-06-26 | Denso Corporation | Ignition system |
CN108666870A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 日本特殊陶业株式会社 | 火花塞 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2733369A (en) | 1956-01-31 | Low tension ignition system | ||
US3974412A (en) | 1975-02-03 | 1976-08-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Spark plug employing both corona discharge and arc discharge and a system employing the same |
US4841925A (en) * | 1986-12-22 | 1989-06-27 | Combustion Electromagnetics, Inc. | Enhanced flame ignition for hydrocarbon fuels |
US5469013A (en) * | 1993-03-31 | 1995-11-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Large discharge-volume, silent discharge spark plug |
US6883507B2 (en) | 2003-01-06 | 2005-04-26 | Etatech, Inc. | System and method for generating and sustaining a corona electric discharge for igniting a combustible gaseous mixture |
US8278808B2 (en) | 2006-02-13 | 2012-10-02 | Federal-Mogul Worldwide, Inc. | Metallic insulator coating for high capacity spark plug |
JP4430724B2 (ja) * | 2007-09-13 | 2010-03-10 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
JP2012018907A (ja) * | 2010-06-11 | 2012-01-26 | Nissan Motor Co Ltd | 電機部品 |
US8217560B2 (en) | 2010-09-04 | 2012-07-10 | Borgwarner Beru Systems Gmbh | Corona ignition device and method for its manufacture |
JP5860478B2 (ja) * | 2010-12-14 | 2016-02-16 | フェデラル−モーグル・イグニション・カンパニーFederal−Mogul Ignition Company | コロナ点火装置、コロナ点火システムおよびコロナ点火装置の形成方法 |
WO2012092432A1 (en) | 2010-12-29 | 2012-07-05 | Federal-Mogul Ignition Company | Corona igniter having improved gap control |
EP2664039B2 (en) * | 2011-01-13 | 2021-09-01 | Federal-Mogul Ignition LLC | Corona igniter having controlled location of corona formation |
US9088136B2 (en) | 2012-03-23 | 2015-07-21 | Federal-Mogul Ignition Company | Corona ignition device with improved electrical performance |
DE102014112674A1 (de) | 2013-10-24 | 2015-05-13 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Korona-Zündeinrichtung |
US9775227B2 (en) * | 2014-12-01 | 2017-09-26 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Non-thermal equilibrium plasma ignition plug and non-thermal equilibrium plasma ignition device |
JP6114780B2 (ja) * | 2015-06-19 | 2017-04-12 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグおよび点火装置 |
JP6348546B2 (ja) * | 2016-08-03 | 2018-06-27 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ及び点火装置 |
US10369077B2 (en) | 2017-05-31 | 2019-08-06 | Adienne Pharma & Biotech Sa | Multi chamber flexible bag and methods of using the same |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102460868A (zh) * | 2009-05-04 | 2012-05-16 | 费德罗-莫格尔点火公司 | 电晕尖端绝缘体 |
US20140174416A1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-06-26 | Denso Corporation | Ignition system |
CN108666870A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 日本特殊陶业株式会社 | 火花塞 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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US11022086B2 (en) | 2021-06-01 |
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