JP6401246B2 - 気密性燃焼シールを備えるコロナ点火装置 - Google Patents
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Description
本願は、2013年5月3日に提出された米国仮出願シリアル番号第61/819098号に基づく優先権の利益を主張し、その開示の全体が本願の開示の一部とみなされ、引用により本明細書中に援用される。
発明の分野
本発明は、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するためのコロナ点火装置、および点火装置を形成する方法に関する。
コロナ点火システムは、高周波の高電圧電位に帯電させられ、燃焼室に強力な高周波電場を発生する中心電極を有する点火装置を含む。この電場は、燃焼室内の燃料空気混合物の一部を電離し、絶縁破壊を開始することにより、燃料空気混合物の燃焼を促進する。好ましくは、電場は、燃料空気混合物が誘電特性を維持しながら、非熱プラズマとも呼ばれるコロナ放電を生成するように制御される。燃料空気混合物の電離された部分は火炎前面を形成して、その後、火炎前面が自立となり、燃料空気混合物の残り部分を燃焼させる。好ましくは、電場は、燃料空気混合物がすべての誘電特性を失わないように制御される。これによって、電極と、接地したシリンダ壁、ピストンまたは点火装置の他の部分との間に、熱プラズマおよび電気アークが生成される。コロナ放電点火システムの例は、Freenに付与された米国特許第6883507号に開示されている。
本発明の一局面は、中心電極と、絶縁体と、金属シェルとを含むコロナ点火装置を提供する。中央電極は、高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成する。シェルは、金属から形成され、中心電極を囲む。また、シェルは、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在する。絶縁体とシェルとは、両者の間に中心軸に沿って長手方向に延在するギャップを形成する。セラミック燃焼シールは、絶縁体とシェルとの間のギャップを封止する。
本発明に係るコロナ点火装置20の例示的な実施形態は、図1〜6に示され、比較例のコロナ点火装置は、図7に示されている。コロナ点火装置20は、高無線周波数の電圧を受けるための中央電極22と、中心電極22を囲む絶縁体24と、絶縁体24を囲む金属シェル26とを含む。中心電極22は、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するためのコロナ増強先端28を含む。セラミック燃焼シール30は、絶縁体24を金属シェル26に取付け、絶縁体24と金属シェル26との間のギャップ32を気密に封止する。セラミック燃焼シール30は、コロナ点火装置20の性能または使用寿命に不良影響を与え得る燃焼ガスがギャップ32に進入することを防ぐ。また、セラミック燃焼シール30は、ギャップ32内に配置され得る任意の充填材料34を保護する。
Claims (19)
- コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、焼結セラミック材料から形成される、コロナ点火装置。 - 前記セラミック燃焼シールの前記焼結セラミック材料は、アルミナを含む、請求項1に記載のコロナ点火装置。
- 前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端および/または前記シェル下端近傍のシェル内表面から前記ギャップを横切って前記絶縁体まで連続延在し、
前記セラミック燃焼シールは、前記ギャップを気密に封止する、請求項1に記載のコロナ点火装置。 - 前記シェルは、前記絶縁体に面するシェル内表面を含み、前記中心軸を垂直に横切って延在するシェル内径を有し、
前記シェル内径は、前記シェル下端の近傍で増加し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端近傍の前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置されている、請求項1に記載のコロナ点火装置。 - 前記セラミック燃焼シールは、前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置された円筒部を含む、請求項4に記載のコロナ点火装置。
- コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記シェルは、前記絶縁体に面するシェル内表面を含み、前記中心軸を垂直に横切って延在するシェル内径を有し、
前記シェル内径は、前記シェル下端の近傍で増加し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端近傍の前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置され、
前記セラミック燃焼シールは、前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置された円筒部を含み、
前記セラミック燃焼シールは、前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置された前記円筒部を含むブッシュであり、
前記ブッシュは、前記シェル下端に沿って前記円筒部から外側に延在する凸縁部を含む、コロナ点火装置。 - コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端に沿って配置されたリングを含む、コロナ点火装置。 - コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、ガラス材料またはガラスとセラミックとの混合物によって前記絶縁体と前記シェルとのうち少なくとも一方に接着される、コロナ点火装置。 - コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェルにろう接される、コロナ点火装置。 - 前記絶縁体は、前記中心軸を垂直に横切って延在する絶縁体外径を有する絶縁体外表面を備え、
前記絶縁体外表面は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端まで長手方向に延在し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体ノーズ端に向かって減少することによって、絶縁体下方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体上端に向かって前記絶縁体下方肩部から離れた位置で減少することによって、絶縁体上方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体ノーズ領域に沿って、前記絶縁体ノーズ端に向って漸減し、
前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体ノーズ端との間の前記絶縁体外径は、前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体上方肩部との間の前記絶縁体外径よりも小さく、
前記シェル上端は、前記絶縁体上方肩部上に配置され、
前記セラミック燃焼シールは、前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体ノーズ領域との間の前記絶縁体外表面の一部に沿って配置される、請求項1に記載のコロナ点火装置。 - 前記コロナ点火装置は、前記ギャップ内に配置され、前記絶縁体と前記シェルとの間に圧縮されている少なくとも1つの共形要素を含み、
前記共形要素は、長手方向に沿って前記セラミック燃焼シールから離間される、請求項1記載のコロナ点火装置。 - 前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップの少なくとも一部を充填する充填材料を含む、請求項1に記載のコロナ点火装置。
- コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記中心電極は、前記中心軸に沿って終端から点火端まで長手方向に延在するように配置され、
前記中心電極の前記点火端は、前記絶縁体ノーズ領域の軸方向外側に配置されたコロナ増強先端を含み、前記中心軸から径方向外側にそれぞれ延在する複数のプロングを有し、
前記絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ領域まで長手方向に延在し、前記絶縁体ノーズ領域は、前記絶縁体ノーズ端に隣接し、
前記絶縁体は、前記中心電極を受入れる内腔を囲みかつ前記絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端まで長手方向に延在する絶縁体内表面を備え、
前記絶縁体は、前記中心軸を垂直に横切って延在する絶縁体外径を有する絶縁体外表面を備え、
前記絶縁体外表面は、前記絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端まで長手方向に延在し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体ノーズ端に向かって減少することによって、絶縁体下方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体上端に向かって前記絶縁体下方肩部から離れた位置で減少することによって、絶縁体上方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体ノーズ領域に沿って、前記絶縁体ノーズ端に向って漸減し、
前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体ノーズ端との間の前記絶縁体外径は、前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体上方肩部との間の前記絶縁体外径よりも小さく、
前記絶縁体上方肩部は、前記シェル上端と係合し、
前記絶縁体は、アルミナから形成され、
前記中心電極は、導電性シールによって前記絶縁体内表面に固定され、
前記シェルは、前記絶縁体外表面を囲みかつ前記絶縁体外表面に面するシェル外表面と、前記絶縁体外表面から離れて前記絶縁体外表面に面するシェル内表面とを備え、
前記シェル内表面と前記シェル外表面とは、前記中心軸に沿って前記シェル上端から前記シェル下端まで長手方向に延在し、
前記シェル内表面は、前記中心電極を受入れる内腔と、前記中心軸を垂直に横切って延在するシェル内径とを形成し、
前記シェル内径は、前記シェルの長さに沿って、前記絶縁体外径よりも大きく、
前記絶縁体と前記シェルとの間のギャップは、前記中心軸に対して、前記絶縁体外表面から前記シェル内表面まで径方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間のギャップは、前記中心軸に沿って前記絶縁体下方肩部から前記シェル下端まで長手方向に延在し、
少なくとも1つの共形要素が、前記ギャップに配置され、前記絶縁体外表面と前記シェル内表面との間に圧縮され、前記セラミック燃焼シールから長手方向に離間され、
前記少なくとも1つの共形要素は、前記セラミック燃焼シールから長手方向に離間された位置で前記ギャップを封止し、
前記少なくとも1つの共形要素のうち1つは、前記絶縁体下方肩部と前記シェル内表面との間に配置され、
前記少なくとも1つの共形要素のうち1つは、金属、ゴム材料またはプラスチック材料から形成されたガスケットであり、
充填材料が、前記セラミック燃焼シールと前記共形要素との間の前記ギャップに配置され、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端および/または前記シェル下端近傍のシェル内表面から前記ギャップを横切って前記絶縁体まで連続延在し、前記ギャップを気密に封止し、
前記セラミック燃焼シールは、焼結セラミック材料から形成され、
前記セラミック燃焼シールの前記焼結セラミック材料は、アルミナを含み、
前記セラミック燃焼シールは、ブッシュ、円筒またはリングとして形成され、
前記セラミック燃焼シールは、ガラス材料またはガラスとセラミックとの混合物によって前記絶縁体と前記シェルとのうち少なくとも一方に接着される、コロナ点火装置。 - 前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端に沿ってまたは隣接して配置された円筒、ブッシュまたはリングを含む、請求項13に記載のコロナ点火装置。
- 前記少なくとも1つの共形要素のうち1つは、前記絶縁体上方肩部と前記シェル内表面との間に圧縮されている、請求項13に記載のコロナ点火装置。
- コロナ点火装置を形成する方法であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を形成する工程と、
前記中心電極を絶縁体の内腔に配置する工程とを備え、前記絶縁体は、中心軸に沿って長手方向に延在しており、絶縁ノーズ領域を含み、
金属から形成され、シェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルを用いて、前記絶縁体ノーズ領域が前記シェル下端の外側に延在し、前記絶縁体と前記シェルとが両者の間にギャップを形成するように、絶縁体を囲む工程とを備え、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間に焼結セラミック材料から構成されるセラミック燃焼シールを配置することにより、前記ギャップを封止する工程を備える、方法。 - 前記シェル上端を通って前記絶縁体ノーズ領域を前記シェルの内腔に挿入する工程を含む、請求項16に記載の方法。
- コロナ点火装置を形成する方法であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を形成する工程と、
前記中心電極を絶縁体の内腔に配置する工程とを備え、前記絶縁体は、中心軸に沿って長手方向に延在しており、絶縁ノーズ領域を含み、
金属から形成され、シェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルを用いて、前記絶縁体ノーズ領域が前記シェル下端の外側に延在し、前記絶縁体と前記シェルとが両者の間にギャップを形成するように、絶縁体を囲む工程とを備え、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間にセラミック燃焼シールを配置することにより、前記ギャップを封止する工程を備え、
前記封止する工程は、ガラス材料またはガラスとセラミックとの混合物を用いて、前記セラミック燃焼シールを前記絶縁体と前記シェルとのうち少なくとも一方に接着するステップを含む、方法。 - コロナ点火装置を形成する方法であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を形成する工程と、
前記中心電極を絶縁体の内腔に配置する工程とを備え、前記絶縁体は、中心軸に沿って長手方向に延在しており、絶縁ノーズ領域を含み、
金属から形成され、シェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルを用いて、前記絶縁体ノーズ領域が前記シェル下端の外側に延在し、前記絶縁体と前記シェルとが両者の間にギャップを形成するように、絶縁体を囲む工程とを備え、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間にセラミック燃焼シールを配置することにより、前記ギャップを封止する工程を備え、
前記封止する工程は、前記セラミック燃焼シールを前記シェルにろう接するステップを含む、方法。
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