JP6238895B2 - 温度制御機能を有するコロナ点火器 - Google Patents
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Description
本件出願は、2010年4月13日に出願された米国特許仮出願第61/323,458号および2011年1月13日に出願された米国特許仮出願第61/432,501号の優先権を主張する2011年4月13日に出願された米国特許出願第13/085,991号の一部継続出願であり、これらの内容の全体が引用によりここに援用される。また、本件出願は2011年8月19日に出願された米国特許仮出願第61/525,379号の利益も主張し、その内容の全体が引用によりここに援用される。
1.発明の分野
本発明は、概して無線周波電界を放射することで燃料空気混合気をイオン化してコロナ放電をもたらすコロナ点火器に関し、より特定的には運転時におけるコロナ点火器の温度の制御に関する。
コロナ放電点火システムのコロナ点火器は、電源から電圧を受け、コロナを形成する電界を放射することによって内燃機関の燃料と空気との混合気をイオン化する。点火器は、電極末端部から電極発火端部へ長手方向に延在する中央電極を含む。絶縁体が中央電極に沿って配置され、シェルが絶縁体に沿って配置される。
本発明の一局面においては、コロナ放電をもたらすためのコロナ点火器が提供される。コロナ点火器は、電極末端部から電極発火端部へ長手方向に延在する中央電極を含む。中央電極は、クラッド材によって囲まれるコア材を含む。中央電極の材料の各々は、熱伝導性を有し、コア材の熱伝導性は、クラッド材の熱伝導性よりも高い。電気絶縁性材料から形成される絶縁体が、中央電極のまわりに配置される。導電性材料から形成されるシェルが、絶縁体のまわりに配置される。本実施形態において、中央電極のコア材は、電極末端部に配置される。
本発明は、アークの形成を抑制し、コロナ放電22を生む強い電界の生成を促す電気源を意図的に作り出すように設計されたコロナ放電点火システムにおいて使用される、図1から図3に示されるようなコロナ点火器20を提供する。コロナ点火器20は、中央電極24と、中央電極24を囲む絶縁体26と、絶縁体26を囲むシェル28とを含む。中央電極24は、ニッケルまたはニッケル合金などのクラッド材32によって囲まれる銅または銅合金などのコア材30を含む。コア材30およびクラッド材32は熱伝導性を有し、コア材30の熱伝導性はクラッド材32の熱伝導性よりも高い。中央電極24のこの特徴により、向上した形状ならびにクラッド材およびコア材を有さない先行技術のコロナ点火器と比して、絶縁体26および中央電極24の形状と共にコロナ点火器20の発火端部における動作温度が低下する。
Claims (34)
- コロナ放電(22)をもたらすためのコロナ点火器(20)であって、
電極末端部(34)から電極発火端部(36)へ長手方向に延在する中央電極(24)を備え、
前記中央電極(24)は、クラッド材(32)によって囲まれるコア材(30)を含み、前記中央電極(24)の前記材料(30,32)の各々は、熱伝導性を有し、前記コア材(30)の前記熱伝導性は、前記クラッド材(32)の前記熱伝導性よりも高く、コロナ点火器(20)はさらに、
前記中央電極(24)のまわりに配置される電気絶縁性材料から形成される絶縁体(26)と、
前記絶縁体(26)のまわりに配置される導電性材料から形成されるシェル(28)とを備え、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は、前記電極末端部(34)に配置され、
前記中央電極(24)は、前記電極末端部(34)から前記電極発火端部(36)へ長手方向に延在する電極長さ(le)を示し、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は、前記電極末端部(34)と前記電極発火端部(36)との間で長手方向に延在するコア長さ(lc)を示し、
前記コア材(30)の前記コア長さ(lc)は前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の90%以上であり、
前記コア材(30)の前記コア長さ(lc)の少なくとも97%は前記絶縁体(26)によって囲まれる、コロナ点火器。 - 前記コア材(30)は、前記クラッド材(32)によって前記電極発火端部(36)から封止される、請求項1に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記絶縁体(26)は、前記シェル(28)に面する絶縁体外表面(54)と前記中央電極(24)に面する絶縁体内表面(40)とを有し、前記絶縁体外表面(54)と前記
絶縁体内表面(40)との間は絶縁体厚さ(ti)を示し、
前記中央電極(24)の前記クラッド材(32)は、前記絶縁体内表面(40)に面するクラッド外表面(38)とコア材(30)に面するクラッド内表面(42)とを有し、前記クラッド外表面(38)と前記クラッド内表面(42)との間はクラッド厚さ(tcl)を示し、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は、前記クラッド内表面(42)に面するコア外表面(44)を有し、前記コア外表面(44)はコア直径(Dc)を示し、
前記クラッド厚さ(tcl)は前記絶縁体厚さ(ti)の5%以上であり、前記コア直径(Dc)は前記絶縁体厚さ(ti)の30%以上である、請求項1に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記シェル(28)は前記絶縁体(26)に面するシェル内表面(72)を有し、前記シェル内表面(72)はシェル直径(Ds)を示し、
前記絶縁体厚さ(ti)は前記シェル直径(Ds)の20%以上である、請求項3に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記絶縁体厚さ(ti)は2.5mmから3.4mmであり、前記クラッド厚さ(tcl)は0.25mmから0.35mmであり、前記コア直径(Dc)は1.4mmから1.7mmである、請求項3に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記中央電極(24)の前記クラッド材(32)は前記絶縁体(26)に面するクラッド外表面(38)を有し、前記クラッド外表面(38)はクラッド直径(Dcl)を示し、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は前記クラッド内表面(42)に面するコア外表面(44)を有し、前記コア外表面(44)はコア直径(Dc)を示し、
前記コア直径(Dc)は前記クラッド直径(Dcl)の65%以上である、請求項1に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記中央電極(24)は前記電極末端部(34)から前記電極発火端部(36)へ延在する電極長さ(le)を示し、
前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも40%は上部分(46)を形成し、前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも40%は底部分(48)を形成し、
前記上部分(46)は前記電極末端部(34)から前記底部分(48)へ延在し、
前記底部分(48)は前記クラッド材(32)によって囲まれる前記コア材(30)を含み、
前記上部分(46)は全体が前記コア材(30)から構成される、請求項1に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記中央電極(24)は前記コア材(30)で満たされた前記クラッド材(32)から形成される管を含む、請求項1に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記シェル(28)は、シェル上端(58)からシェル下方端(70)へ長手方向に延在し、
前記絶縁体(26)は、絶縁体外径(Di1)を示す絶縁体外表面(54)を有し、絶縁体上端(50)から絶縁体先端(52)へ長手方向に延在し、
前記絶縁体(26)は、前記シェル上端(58)から前記絶縁体上端(50)へ外側に延在する絶縁体第1領域(56)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体第1領域(56)から前記絶縁体先端(52)に向けて延在する絶縁体中部領域(60)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体中部領域(60)から前記絶縁体先端(52)に向けて延在する絶縁体第2領域(62)を含み、
前記絶縁体中部領域(60)の前記絶縁体外径(Di1)は、前記絶縁体第1領域(56)および前記絶縁体第2領域(62)の前記絶縁体外径(Di1)よりも大きく、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体第1領域(56)と前記絶縁体中部領域(60)との間に絶縁体上方ショルダー部(64)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体中部領域(60)と前記絶縁体第2領域(62)との間に絶縁体下方ショルダー部(66)を含み、
前記シェル(28)は、前記絶縁体下方ショルダー部(66)、前記絶縁体中部領域(60)、および前記絶縁体上方ショルダー部(64)を囲んで前記シェル(28)を前記絶縁体(26)に固定し、
前記中央電極(24)は、前記電極末端部(34)から前記電極発火端部(36)へ延在する電極長さ(le)を示し、
前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも80%は、前記絶縁体下方ショルダー部(66)と前記絶縁体先端(52)との間に配置される、請求項1に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記絶縁体(26)と前記シェル(28)との間に配置される一対のガスケット(68)をさらに備え、前記ガスケット(68)の一方は前記絶縁体上方ショルダー部(64)に沿って配置され、他方は前記絶縁体下方ショルダー部(66)に沿って配置される、請求項9に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記コア材(30)は銅または銅合金から構成され、前記クラッド材(32)はニッケルまたはニッケル合金から構成される、請求項1に記載のコロナ点火器(20)。
- コロナ放電(22)をもたらすためのコロナ点火器(20)であって、
電極末端部(34)から電極発火端部(36)へ長手方向に延在する電極長さ(le)を有する中央電極(24)を備え、
前記中央電極(24)は、クラッド材(32)によって囲まれるコア材(30)を含み、前記中央電極(24)の前記材料(30,32)の各々は熱伝導性を有し、前記コア材(30)の前記熱伝導性は前記クラッド材(32)の前記熱伝導性よりも高く、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は、前記電極末端部(34)と前記電極発火端部(36)との間で長手方向に延在するコア長さ(lc)を有し、コロナ点火器はさらに、
前記中央電極(24)のまわりに配置され、絶縁体上端(50)から絶縁体先端(52)へ長手方向に延在する電気絶縁性材料から形成される絶縁体(26)と、
前記絶縁体(26)のまわりに配置される導電性材料から形成されるシェル(28)とを備え、
前記コア材(30)の前記コア長さ(lc)は前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の90%以上であり、前記コア材(30)の前記コア長さ(lc)の少なくとも97%が前記絶縁体(26)に囲まれている、コロナ点火器。 - 前記コア材(30)は、前記クラッド材(32)によって前記電極発火端部(36)から封止される、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記絶縁体(26)は、前記シェル(28)に面する絶縁体外表面(54)と前記中央電極(24)に面する絶縁体内表面(40)とを有し、前記絶縁体外表面(54)と前記絶縁体内表面(40)との間は絶縁体厚さ(ti)を示し、
前記中央電極(24)の前記クラッド材(32)は、前記絶縁体内表面(40)に面するクラッド外表面(38)と前記コア材(30)に面するクラッド内表面(42)とを有し、前記クラッド外表面(38)と前記クラッド内表面(42)との間はクラッド厚さ(tcl)を示し、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は、前記クラッド内表面(42)に面するコア外表面(44)を有し、前記コア外表面(44)はコア直径(Dc)を示し、
前記クラッド厚さ(tcl)は前記絶縁体厚さ(ti)の5%以上であり、前記コア直径(Dc)は前記絶縁体厚さ(ti)の30%以上である、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記シェル(28)は前記絶縁体(26)に面するシェル内表面(72)を有し、前記シェル内表面(72)はシェル直径(Ds)を示し、
前記絶縁体厚さ(ti)は前記シェル直径(Ds)の20%以上である、請求項14に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記絶縁体厚さ(ti)は2.5mmから3.4mmであり、前記クラッド厚さ(tcl)は0.25mmから0.35mmであり、前記コア直径(Dc)は1.4mmから1.7mmである、請求項14に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記中央電極(24)の前記クラッド材(32)は前記絶縁体(26)に面するクラッド外表面(38)を有し、前記クラッド外表面(38)はクラッド直径(Dcl)を有し、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は前記クラッド内表面(42)に面するコア外表面(44)を有し、前記コア外表面(44)はコア直径(Dc)を示し、
前記コア直径(Dc)は前記クラッド直径(Dcl)の65%以上である、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記中央電極(24)の前記電極発火端部(36)は前記絶縁体先端(52)の外側に配置される、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも40% は上部分(46)
を形成し、前記電極長さ(le)の少なくとも40%は底部分(48)を形成し、
前記上部分(46)は前記電極末端部(34)から前記底部分(48)へ延在し、
前記底部分(48)は前記クラッド材(32)によって囲まれる前記コア材(30)を含み、
前記上部分(46)は全体が前記コア材(30)で構成される、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記中央電極(24)は、前記コア材(30)で満たされた前記クラッド材(32)から形成される管を含む、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記シェル(28)は、シェル上端(58)からシェル下方端(70)へ長手方向に延在し、
前記絶縁体(26)は、絶縁体外径(Di1)を示して絶縁体上端(50)から絶縁体先端(52)へ長手方向に延在する絶縁体外表面(54)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記シェル上端(58)から前記絶縁体上端(50)へ外側に延在する絶縁体第1領域(56)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体第1領域(56)から前記絶縁体先端(52)に向けて延在する絶縁体中部領域(60)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体中部領域(60)から前記絶縁体先端(52)に向けて延在する絶縁体第2領域(62)を含み、
前記絶縁体中部領域(60)の前記絶縁体外径(Di1)は、前記絶縁体第1領域(56)の前記絶縁体外径(Di1)および前記絶縁体第2領域(62)の前記絶縁体外径(Di1)よりも大きく、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体第1領域(56)と前記絶縁体中部領域(60)との間に絶縁体上方ショルダー部(64)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体中部領域(60)と前記絶縁体第2領域(62)との間に絶縁体下方ショルダー部(66)を含み、
前記シェル(28)は、前記絶縁体下方ショルダー部(66)、前記絶縁体中部領域(60)、および前記絶縁体上方ショルダー部(64)を囲んで前記シェル(28)を前記絶縁体(26)に固定し、
前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも80%は、前記絶縁体下方ショルダー部(66)と前記絶縁体先端(52)との間に配置される、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記絶縁体(26)と前記シェル(28)との間に配置される一対のガスケット(68)をさらに備え、前記ガスケット(68)の一方は前記絶縁体上方ショルダー部(64)に沿って配置され、他方は前記絶縁体下方ショルダー部(66)に沿って配置される、請求項21に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記コア材(30)は銅または銅合金から構成され、前記クラッド材(32)はニッケルまたはニッケル合金から構成される、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記中央電極(24)の前記コア材(30)は前記電極末端部(34)に配置される、請求項12に記載のコロナ点火器(20)。
- コロナ放電(22)をもたらすためのコロナ点火器(20)であって、
電極末端部(34)から電極発火端部(36)へ長手方向に延在する中央電極(24)を備え、
前記中央電極(24)はクラッド材(32)によって囲まれるコア材(30)を含み、前記中央電極(24)の前記材料(30,32)の各々は熱伝導性を有し、前記コア材(30)の熱伝導性は前記クラッド材(32)の熱伝導性よりも高く、コロナ点火器はさらに、
前記中央電極(24)のまわりに配置される電気絶縁性材料から形成される絶縁体(26)と、
前記絶縁体(26)のまわりに配置される導電性材料から形成されるシェル(28)とを備え、
前記絶縁体(26)は、前記シェル(28)に面する絶縁体外表面(54)と前記中央電極(24)に面する絶縁体内表面(40)とを有し、前記絶縁体外表面(54)と前記絶縁体内表面(40)との間には絶縁体厚さ(ti)が示され、
前記中央電極(24)の前記クラッド材(32)は、前記絶縁体内表面(40)に面するクラッド外表面(38)と前記コア材(30)に面するクラッド内表面(42)とを有し、前記クラッド外表面(38)と前記クラッド内表面(42)との間にはクラッド厚さ(tcl)が示され、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は前記クラッド内表面(42)に面するコア外表面(44)を有し、前記コア外表面(44)はコア直径を示し、
前記クラッド厚さ(tcl)は前記絶縁体厚さ(ti)の5%以上であり、前記コア直径(Dc)は前記絶縁体厚さ(ti)の30%以上である、コロナ点火器。 - 前記シェル(28)は前記絶縁体(26)に面するシェル内表面(72)を有し、前記シェル内表面(72)はシェル直径(Ds)を示し、
前記絶縁体厚さ(ti)は前記シェル直径(Ds)の20%以上である、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記絶縁体厚さ(ti)は2.5mmから3.4mmであり、前記クラッド厚さ(tcl)は0.25mmから0.35mmであり、前記コア直径(Dc)は1.4mmから1.7mmである、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記中央電極(24)の前記クラッド材(32)は、前記絶縁体内表面(40)に面するクラッド外表面(38)を有し、クラッド直径(Dcl)を示し、
前記中央電極(24)に隣接する前記絶縁体外径(Di1)は7.0mmから12.5mmであり、前記クラッド直径(Dcl)は2.0mmから2.8mmである、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記中央電極(24)の前記クラッド材(32)は前記絶縁体(26)に面するクラッド外表面(38)を有し、前記クラッド外表面(38)はクラッド直径(Dcl)を示し、
前記中央電極(24)の前記コア材(30)は前記クラッドに面するコア外表面(44)を示し、前記コア外表面(44)はコア直径(Dc)を示し、
前記コア直径(Dc)は前記クラッド直径(Dcl)の65%以上である、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記中央電極(24)は前記電極末端部(34)から前記電極発火端部(36)へ延在する電極長さ(le)を示し、
前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも40%は上部分(46)を形成し、前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも40%は底部分(48)を形成し、
前記上部分(46)は前記電極末端部(34)から前記底部分(48)へ延在し、前記底部分(48)は前記クラッド材(32)によって囲まれる前記コア材(30)を含み、
前記上部分(46)は全体が前記コア材(30)から構成される、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記中央電極(24)は前記コア材(30)を囲む前記クラッド材(32)から形成される管を含む、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記シェル(28)は、シェル上端(58)からシェル下方端(70)へ長手方向に延在し、
前記絶縁体外表面(54)は、絶縁体外径(Di1)を示し、絶縁体上端(50)から絶縁体先端(52)へ長手方向に延在し、
前記絶縁体(26)は、前記シェル上端(58)から前記絶縁体上端(50)へ外側に延在する絶縁体第1領域(56)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体第1領域(56)から前記絶縁体先端(52)に向けて延在する絶縁体中部領域(60)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体中部領域(60)から前記絶縁体先端(52)に向けて延在する絶縁体第2領域(62)を含み、
前記絶縁体中部領域(60)の前記絶縁体外径(Di1)は、前記絶縁体第1領域(56)および前記絶縁体第2領域(62)の前記絶縁体外形(Di1)よりも大きく、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体第1領域(56)と前記絶縁体中部領域(60)との間に絶縁体上方ショルダー部(64)を含み、
前記絶縁体(26)は、前記絶縁体中部領域(60)と前記絶縁体第2領域(62)との間に絶縁体下方ショルダー部(66)を含み、
前記シェル(28)は、前記絶縁体下方ショルダー部(66)、前記絶縁体中部領域(60)、および前記絶縁体上方ショルダー部(64)を囲んで前記シェル(28)を前記絶縁体(26)に固定し、
前記中央電極(24)は、前記電極末端部(34)から前記電極発火端部(36)へ延在する電極長さ(le)を示し、
前記中央電極(24)の前記電極長さ(le)の少なくとも80%は、前記絶縁体下方ショルダー部(66)と前記絶縁体先端(52)との間に配置される、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。 - 前記絶縁体(26)と前記シェル(28)との間に配置される一対のガスケット(68)をさらに備え、前記ガスケット(68)の一方は前記絶縁体上方ショルダー部(64)に沿って配置され、他方は前記絶縁体下方ショルダー部(66)に沿って配置される、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。
- 前記コア材(30)は銅または銅合金から構成され、前記クラッド材(32)はニッケルまたはニッケル合金から構成される、請求項25に記載のコロナ点火器(20)。
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