JP7005595B2

JP7005595B2 - コロナ点火装置および組立方法

Info

Publication number: JP7005595B2
Application number: JP2019509459A
Authority: JP
Inventors: バローズ，ジョン・アントニー; ミラー，ジョン・イー; ミクセル，クリスタファー・アイ; リコウスキー，ジェームズ・ディ
Original assignee: Tenneco Inc
Current assignee: Tenneco Inc
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: EP3501072A1; KR20190039228A; WO2018034943A8; CN109964376A; WO2018034943A1; JP2019525430A

Description

本願は、２０１６年８月１８日に出願された米国一部継続出願第１５／２４０５０２号の利益を主張し、その開示の全体が本願の開示の一部とみなされ、引用によって本明細書に援用される。

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般的には、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、および当該点火装置を形成する方法に関する。

２．関連技術
コロナ点火システムは、中心電極を備える点火装置を含み、この中心電極は、高周波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。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って、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、その後、火炎前面は、自立になり、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、点火装置の電極と接地したシリンダ壁、ピストンまたは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。

コロナ点火装置の中心電極は、典型的には、導電性材料から形成され、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。電極は、一般的に、電場を出射する高電圧コロナ増強電極先端を含む。また、点火装置は、金属材料から形成されたシェルと、電気絶縁材料から形成され、シェルと中心電極との間に配置された絶縁体とを含む。コロナ放電点火システムの点火装置は、中心電極の点火端に近接して意図的に配置された接地の電極要素を一切含まない。むしろ、接地は、好ましくは、点火システムのシリンダ壁またはピストンによって提供される。コロナ点火装置の例は、LykowskiおよびHamptonによる米国特許出願公開第２０１０／００８３９４２号に開示されている。

高周波コロナ点火装置の動作中、接地金属シェルから離れて高電圧電極先端に向かう方向に絶縁体外径が大きくなる場合に、電気的利点がある。このような設計の一例は、米国特許出願公開第２０１２／０１８１９１６号に開示されている。最大の利益を得るために、絶縁体の外径を接地金属シェルの内径よりも大きくすることがしばしば望ましい。この設計は、燃焼室の方向から絶縁体をシェルに挿入することによって、点火装置を組み立てる（「逆方向に組み立てる」とも呼ばれる）必要がある。しかしながら、逆方向に組み立てる方法は、許容できない一連の操作上および製造上の妥協をもたらす。例えば、組立体を内燃エンジンに設置するときに、絶縁体が張力のかかった状態にされずに、絶縁体をシェル内に保持することは困難である。典型的には、組立体をエンジンに設置すると、絶縁体の張力が増加する。

発明の要約
本発明の一態様は、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、コロナ放電を提供するための逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を提供する。

このコロナ点火装置は、導電性材料から形成され、高周波電圧を受け、高周波電場を出射するための中心電極を含む。電気絶縁材料から形成された絶縁体は、中心電極を取り囲む。コロナ点火装置は、組み立て中またはエンジンに設置された後、絶縁体が張力のかかった状態にされないように設計されている。絶縁体は、絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで長手方向に延在する。また、絶縁体は、絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで延在する絶縁体外面を含み、絶縁体外面は、絶縁体外径を呈する。絶縁体外面は、外側に延在し且つ絶縁体上方端部と絶縁体ノーズ端部との間に位置する絶縁体下方肩部を含み、絶縁体下方肩部は、絶縁体外径の増加を呈する。シェルは、絶縁体の少なくとも一部を取り囲み且つシェル上方端部からシェル点火端まで延在する。シェルは、絶縁体外面に面し且つ絶縁体外面に沿ってシェル上方端部からシェル点火端まで延在するシェル内面を呈する。シェル内面は、シェル内径を呈する。シェルの少なくとも１つの場所におけるシェル内径は、絶縁体下方肩部における絶縁体外径よりも小さい。導電性材料から形成された中間部材は、絶縁体外面とシェル内面との間および絶縁体上方端部と絶縁体下方肩部との間に配置されている。

また、コロナ点火装置を形成する方法、具体的には、逆方向に組み立てる方法が提供される。この方法は、電気絶縁材料から形成され、絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで延在する絶縁体を提供するステップを含む。絶縁体は、絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで延在し且つ絶縁体外径を呈する絶縁体外面を含む。絶縁体外面は、外側に延在し且つ絶縁体上方端部と絶縁体ノーズ端部との間に位置する絶縁体下方肩部を呈する。絶縁体下方肩部は、絶縁体外径の増加を呈する。また、この方法は、シェル上方端部からシェル点火端まで延在し、シェルボアを呈するシェル内面を含むシェルを提供するステップを含む。シェル内面は、シェル内径を呈する。シェルの少なくとも１つの場所におけるシェル内径は、絶縁体下方肩部における絶縁体外径よりも小さい。さらに、この方法は、シェル点火端から、絶縁体上方端部をシェルボアに挿入するステップと、導電性材料から形成された中間部材を絶縁体外面とシェル内面との間に配置するステップとを含む。

本発明のコロナ点火装置は、絶縁体下方肩部における絶縁体外径が増大しているため、優れた電気性能を提供する。さらに、絶縁体は、張力下になく維持されるため、張力下にある絶縁体よりも大きな強度を達成することができる。

本発明の他の利点は、添付の図面に関連して以下の詳細な説明を参照することによく理解されるので、容易に理解されるであろう。

例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。他の例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない逆方向に組み立てられたコロナ点火装置の一部を示す断面図である。例示的な実施形態に係る、絶縁体が圧縮された状態にあるが、張力下にない別の逆方向に組み立てられたコロナ点火装置を示す断面図である。

例示的な実施形態の詳細な説明
図１～１７は、逆方向に組み立てられたコロナ点火装置２０の例示的な実施形態を示している。コロナ点火装置２０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、内燃エンジンの燃焼室内にコロナ放電を提供する。コロナ点火装置２０は、高周波電圧を受け、高周波電場を出射するための中心電極２２と、中心電極２２を取り囲む絶縁体２４と、絶縁体２４を取り囲む導電要素とを含む。導電要素は、金属シェル２６を含み、必要に応じて中間部材２８を含む。いくつかの実施形態、例えば図１～９の実施形態において、導電要素および絶縁体２４は、絶縁体２４が圧縮下にあるように配置され、張力のかかった状態にある絶縁体よりも、絶縁体２４の強度を高めることができる。図１７の実施形態において、絶縁体２４は、圧縮下または張力下にないため、張力のかかった状態にある絶縁体よりも、高い強度を有する。

図示のように、コロナ点火装置２０の中心電極２２は、中心軸Ａに沿って、終端３０から電極点火端３２まで長手方向に延在している。中心電極２２は、導電性材料から形成され、典型的には２０～７５ＫＶピーク／ピーク範囲の高周波電圧を受け、典型的には０．８～１．２ＭＨｚ範囲の高周波電場を出射する。例示の実施形態において、中心電極２２は、電極点火端３２に設けられたコロナ増強先端３４、例えば図１～１０および図１７に示すように複数のプロングを含む先端を含む。中心電極２２の終端３０は、通常電気端子３６に接続され、この電気端子は、最終的には点火コイル（図示せず）に接続されている。点火コイルは、高周波電圧を供給するためのエネルギー源に接続されている。

また、コロナ点火装置２０の絶縁体２４は、中心軸Ａに沿って、絶縁体上方端部３８から絶縁体ノーズ端部４０まで長手方向に延在する。絶縁体２４は、典型的には中心電極２２を取り囲む。図１～１０および図１７に示すように、電極点火端３２は、絶縁体ノーズ端部４０の外側に配置されている。絶縁体内面４２は、中心電極２２を受け入れるためのボアを取り囲む。シール４４を電気端子３６の周りのボアに配置することによって、中心電極２２は、電気端子３６に固定される。

絶縁体内面４２は、中心軸Ａを横切って垂直に延在する絶縁体内径Ｄ_ｉｉを呈する。また、絶縁体２４は、絶縁体上方端部３８から絶縁体ノーズ端部４０まで延在する絶縁体外面４６を含む。絶縁体外面４６は、中心軸Ａを横切って垂直に延在する絶縁体外径Ｄ_ｉｏを呈する。絶縁体内径Ｄ_ｉｉは、好ましくは、絶縁体外径Ｄ_ｉｏの１５～４０％である。

図１～９の実施形態において、絶縁体外面４６は、絶縁体上方端部３８と絶縁体ノーズ端部４０との間にそれぞれ位置し、中心軸Ａに対してそれぞれ径方向に延在する絶縁体上方肩部４８および絶縁体下方肩部５０を呈する。絶縁体上方肩部４８および絶縁体下方肩部５０の両方は、絶縁体上方端部３８に面しており、絶縁体外径Ｄ_ｉｏの増加を呈する。図１～８に示すように、絶縁体下方肩部５０における絶縁体外径Ｄ_ｉｏの増加は、一般的に絶縁体上方肩部４８における増加よりも大きい。代替的に、図９に示すように、絶縁体下方肩部５０における絶縁体外径Ｄ_ｉｏの増加は、相対的に小さくてもよい。

図１７の実施形態において、絶縁体２４は、絶縁体上方端部３８から絶縁体上方肩部４８まで長手方向に延在し、その後、絶縁体上方肩部４８から絶縁体下方肩部５０まで長手方向に延在している。この実施形態において、絶縁体外径Ｄ_ｉｏは、絶縁体上方端部３８から絶縁体上方肩部４８まで一定である。絶縁体上方肩部４８は、絶縁体上方端部３８から絶縁体ノーズ端部４０に向かう方向に絶縁体外径Ｄ_ｉｏの増加を呈する。これによって、絶縁体上方肩部４０における絶縁体外径Ｄ_ｉｏは、絶縁体上方端部３８における絶縁体外径Ｄ_ｉｏよりも大きい。同様に、絶縁体外径Ｄ_ｉｏは、絶縁体上方肩部４８から絶縁体下方肩部５０まで一定である。絶縁体下方肩部５０は、絶縁体上方端部３８から絶縁体ノーズ端部４０に向かう方向に絶縁体外径Ｄ_ｉｏの別の増加を呈する。これによって、絶縁体下方肩部５０における絶縁体外径Ｄ_ｉｏは、絶縁体上方肩部４８における絶縁体外径Ｄ_ｉｏよりも大きい。その後、絶縁体外径Ｄ_ｉｏは、絶縁体下方肩部５０から絶縁体ノーズ端部４０に向かって減少する。以下でさらに説明するように、この実施形態において、絶縁体２４は、１つの場所のみ、具体的には、絶縁体上方肩部４８と絶縁体下方肩部５０との間にある場所において支持されている。したがって、絶縁体２４は、組み立て中、組み立て後またはエンジンに配置された後、張力のかかった状態にも圧縮のかかった状態にもない。

特定の実施形態において、図１、図２および図４～８に示すように、絶縁体外径Ｄ_ｉｏは、絶縁体上方肩部４８と絶縁体下方肩部５０との間に位置する中央レッジ５２を呈するように、（絶縁体上方端部３８から絶縁体ノーズ端部４０に向かう方向に）減少し、その後、絶縁体下方肩部５０から再び増加する。例えば、絶縁体２４は、中央レッジ５２と絶縁体下方肩部５０との間に位置する絶縁体溝５４を含むことができる。絶縁体溝５４は、凹状であってもよく、様々な長さおよび深さで延在してもよい。例えば、図１、図７および図８の絶縁体溝５４は、図２および図４～６の絶縁体溝５４よりも長い。図３の実施形態において、図３Ａに最もよく示されているように、絶縁体溝５４の代わりに、絶縁体外面４６は、凹部５８によって離間された複数のリブ５６を呈する。リブ５６および凹部５８は、絶縁体下方肩部５０に隣接して設けられる。

絶縁体２４は、アルミナまたはセラミックなどの絶縁材料からなる１つまたは複数個の部品から形成されてもよい。図１～９の実施形態において、絶縁体２４は、１つの材料部品から形成されている。しかしながら、図１０～１２の実施形態において、絶縁体２４は、２つの材料部品から形成されている。一般的に、２つの部品は、圧入された後、ガラスシール６０を用いて固定される。図１０の実施形態において、中心電極２２は、絶縁体ノーズ端部４０を支持するように配置される。図１１および図１２の実施形態において、絶縁体上方端部３８から絶縁体ノーズ端部４０に向かって延在する第２の部品は、外側金型または別個のキャップ端として設けられてもよい。

図示のように、コロナ点火装置２０の導電要素は、絶縁体ノーズ端部４０に隣接する絶縁体ノーズ領域が導電要素の外側に延在するように、絶縁体２４の少なくとも一部を取り囲む。導電要素は、シェル２６を含み、中間部材２８を含んでもよい。シェル２６および中間部材２８は、同様の導電性材料から形成されてもよく、異なる導電性材料から形成されてもよい。例えば、シェル２６は、鋼から形成されてもよく、中間部材２８は、ニッケル、コバルト、鉄、銅、錫、亜鉛、銀および金のうち１つ以上を含む金属または合金から形成されてもよい。

コロナ点火装置２０のシェル２６は、中心軸Ａに沿って、シェル上方端部６２からシェル点火端６４まで延在する。シェル２６は、中心軸Ａに面し且つ絶縁体外面４６に沿ってシェル上方端部６２からシェル点火端６４まで延在するシェル内面６６を呈する。また、シェル２６は、シェル内面６６の反対側に面し且つシェル外径Ｄ_ｓｏを呈するシェル外面６８を含む。シェル内面６６は、中心軸Ａを取り囲むボアと、中心軸Ａを横切って垂直に延在するシェル内径Ｄ_ｓｉとを呈する。

図１～８および図１７に示すように、シェル内面６６は、一般的には、中心軸線Ａに対して径方向に延在し、シェル上方端部６２とシェル点火端６４との間に位置するシェル上方肩部７０を呈する。上方肩部７０は、絶縁体上方肩部４８と係合することによって、絶縁体２４を圧縮して、絶縁体２４の強度を高める。図１～８の実施形態において、必要に応じて、可撓性絶縁要素７２は、シェル上方肩部７０の上方のシェル２６のボアに配置され、絶縁体上方端部３８を取り囲む。

図１～８に示すように、シェル上方肩部７０におけるシェル内径Ｄ_ｓｉが絶縁体上方肩部４８における絶縁体外径Ｄ_ｉｏ以下であるため、コロナ点火装置２０は、逆方向に組み立てられる。「逆方向に組み立てる」という用語は、シェル点火端６４から絶縁体上方端部３８をシェル２６のボアに挿入することを意味する。代替的に、コロナ点火装置２０を順方向に組み立てるように設計することもできる。「順方向に組み立てる」という用語は、シェル上方端部６２から絶縁体ノーズ端部４０をシェル２６のボアに挿入することを意味する。

図１７の実施形態において、シェル内径Ｄ_ｓｉは、シェル上方肩部７０を呈するように絶縁体上方肩部４８の上方からわずかに増加し、その後、シェル上方肩部７０からシェル点火端６４まで一定になる。シェル上方肩部７０と絶縁体上方肩部４８との間には間隙が存在する。シェル点火端６４におけるシェル内径Ｄ_ｓｉは、絶縁体下方肩部５０における絶縁体外径Ｄ_ｉｏよりも小さい。シェル点火端６４は、絶縁体下方肩部５０に載置される。したがって、図１７のコロナ点火装置２０は、逆方向に組み立てられなければならない。この場合、絶縁体上部端３８は、シェル点火端６４が絶縁体上方肩部４８と係合するまでシェル点火端６４から挿入される。

図９および図１４の実施形態において、シェル２６は、シェル上方肩部７０の代わりに、シェル上方端部６２に設けられた上方折返（turnover）フランジ７４を含む。上方折返フランジ７４は、中心軸Ａに向かって径方向内側に延在し、絶縁体上方肩部４８と係合することによって、絶縁体２４を圧縮して、絶縁体２４の強度を高める。図９の実施形態において、シェル外面６８は、シェル上方端部６２の近傍に設けられた一対のシェルリブ７６および７７と、シェル点火端６４の近傍に設けられたノッチ７８とを呈する。上方シェルリブ７６は、六角形と呼ばれ、下方シェルリブ７７は、ガスケットシートと呼ばれる。シェルリブ７６および７７は、溝によって互いに離間される。下方シェルリブ７７は、シェル２６のねじ領域の真上に配置されている。この実施形態において、シェル内面６６は、ノッチの反対側に位置するビード８０を呈する。図１４の実施形態において、絶縁体２４とシェル２６の上方折返フランジ７４との間には、樹脂８２が射出成形されている。

シェル２６は、好ましくは、シェル上方肩部７０とシェル点火端６４との間に溝８６を有するように設計される。溝８６は、シェル２６の一部の厚さを減少することによって、シェル２６の可撓性を高める。コロナ点火装置２０を内燃エンジンに挿入するときに、シェル２６は、絶縁体２４に張力をかけることなく伸縮することができる。図１５および図１６は、逆方向に組み立てられ、溝８６を含むコロナ点火装置２０の例を示している。これらの実施形態において、溝８６は、シェル内面６６の一部に沿ってまたはガスケットシート８８の上方のシェル内面６８に沿って形成される。

図１、図３、図６～８、図９および図１３に示すように、絶縁体２４を圧縮するために、導電要素は、上方折返フランジ７４に加えて、シェル点火端６４に隣接する中間部材２８を含むことができる。図１の実施形態において、中間部材２８は、絶縁体溝５４に配置された割れ目のある鋼製スリーブである。この実施形態において、中間部材２８は、中央レッジ５２と係合しており、絶縁体下方肩部５０から離れている。代替的に、中間部材２８は、中央レッジ５２に加えてまたはその代わりに、絶縁体下方肩部５０と係合してもよい。また、図１の中間部材２８は、シェル点火端６４に隣接して、金属層を介して絶縁体２４および／またはシェル２６に溶接またはろう付けされる。図３の実施形態において、中間部材２８を用いて、絶縁体下方肩部５０およびシェル点火端６４に隣接して、絶縁体２４をシェル２６にろう付けする。図３Ａに最もよく示されているように、中間部材２８は、絶縁体リブ５６および凹部５８に沿って配置された薄い金属層である。この金属層は、液体で塗布され、その後、絶縁体２４とシェル２６との間で固化する。図６の実施形態において、中間部材２８は、絶縁体２４の中央レッジ５２およびシェル点火端６４に当接して配置された割れ目のあるリングガスケットである。図７の実施形態において、中間部材２８は、中央レッジ５２とシェル点火端６４との間に配置された割れ目のある銅インサートまたは中実の銅インサートである。図８の実施形態において、中間部材２８は、シェル点火端６４に隣接して中央レッジ５２と係合する中実の鋼製スリーブまたは割れ目のある鋼製スリーブである。この鋼製スリーブは、図１の鋼製スリーブと同様に絶縁体下方肩部５０から離れている。図８の実施形態において、鋼製スリーブは、例えば銀半田を介して、シェル２６および／または絶縁体２４にレーザ溶接または半田付けされる。図９の実施形態において、中間部材２８は、ガスケットまたは銅製リングであり、絶縁体２４の中央レッジ５２と係合している。絶縁体外面４６は、絶縁体溝５４に沿って金属でメッキされている。図１３の実施形態において、中間部材２８は、銅または同様の材料から形成され、絶縁体下方肩部５０に圧入される。中間部材２８は、固体材料部品を含んでもよい。その後、固体材料部品に追加のろう付け合金または半田を適用することによって、固体材料部品を絶縁体２４およびシェル２６に固定することができる。例えば、図１３の中間部材２８は、ろう付け、溶接、接着、半田付けまたは圧入によって、シェル内面６６に取り付けられる。

図１７の実施形態において、中間部材２８は、絶縁体２４を金属シェル２６に固定またはろう付けするための金属層である。例示的な実施形態において、金属は、ニッケル、コバルト、鉄、銅、錫、亜鉛、銀および金のうち１つ以上を含む。この金属層を用いて、絶縁体２４をシェル２６にろう付けする。

別の例示的な実施形態において、中間部材２８は、固体金属部品、具体的には絶縁体２４の周りに配置された銀（Ａｇ）および／または銅（Ｃｕ）合金から形成された固体リングから形成される。次に、シェル２６を絶縁体２４の周りに配置し、組立体を加熱する。加熱によって、ろう付け合金と呼ばれる固体リングは、液体になり、毛管作用によって「ろう付け領域」と呼ばれる領域に吸い上げられる。部品が冷却すると、液体合金が凝固して、中間部材２８を絶縁体２４およびシェル２６にろう付けする。このプロセスによって、部品が冷却して合金が凝固すると、要素間の収縮差によって、セラミック絶縁体２４が圧縮される。エンジン運転中、エンジン温度が中間部材２８を形成するために使用されたろう付け合金の融点には達さないため、中間部材２８は、エンジン運転中に固体のままである。代替的に、上述したろう付けプロセスを用いて、別の金属材料、例えば固体リングよりも低い融点を有する別の金属を介して、固体リングを絶縁体２４およびシェル２６にろう付けすることによって、中間部材２８を形成することができる。

図２および図４～７に示すように、中間部材２８に加えてまたはその代わりに、シェル２６は、シェル点火端６４に下方折返フランジ８４を含むことによって、絶縁体２４を圧縮することができる。図２の実施形態において、下方折返フランジ８４は、比較的厚く、絶縁体２４の中央レッジ５２と係合する。この実施形態において、中央レッジ５２と下方折返フランジ８４との間には、中間部材２８が配置されておらず、絶縁体ノーズ領域の長さが比較的長い。図４の実施形態において、下方折返フランジ８４も比較的厚く、絶縁体２４の中央レッジ５２と係合するが、絶縁体ノーズ領域の長さが短い。図５の実施形態において、下方折返フランジ８４は、絶縁体２４の中央レッジ５２と係合するが、両者の間には中間部材２８が配置されていない。この実施形態において、下方折返フランジ８４は、より太いため、他の実施形態よりもやや長くて厚い。図６および図７の実施形態において、シェル２６の下方折返フランジ８４は、中間部材２８の下方端部と係合する。シェル２６が下方折返フランジ８４を含むいずれかの場合において、シェル点火端６４は、絶縁体溝５４に配置され、絶縁体下方肩部５０から離れている。代替的に、シェル点火端６４は、絶縁体下方肩部５０と係合してもよい。

上述したように、シェル上方肩部７０または上方折返フランジ７４は、図１～９の実施形態の溝８６、中間部材２８および／または下方折返フランジ８４と共に、絶縁体２４を圧縮する。一般的には、絶縁体２４を内燃エンジンの開口部に配置する前に、２ｋＮ～１５ｋＮ範囲の圧縮荷重を絶縁体２４に加える。絶縁体２４は、内燃エンジンに設置された後も圧縮下に維持される。の絶縁体２４の機械強度は、張力下の絶縁体の機械強度よりも高い。例えば、絶縁体２４の強度は、一般的に張力下の場合に２００ＭＰａ～６００ＭＰａであるが、圧縮下の場合に３０００ＭＰａ～４０００ＭＰａである。したがって、絶縁体２４をエンジン内に配置した後に絶縁体２４に加えられた荷重は、圧縮から張力まで変動できるが、動作範囲の全体において絶縁体２４を圧縮力のかけられた状態に保つことが望ましい。図１７の実施形態において、絶縁体２４は、絶縁体下方肩部５０と絶縁体上方肩部４８との間の１つの場所のみでシェル２６に支持されまたは機械的に固定されているため、組み立て中またはエンジンに設置された後に圧縮力のかけられた状態にも張力のかけられた状態にもない。したがって、図１７の絶縁体２４は、優れた強度を有する。

本発明の他の態様は、上述の逆方向に組み立てられたコロナ点火装置２０を製造する方法を提供する。コロナ点火装置２０は、通常、逆方向に組み立てられる。この場合、方法は、シェル点火端６４から絶縁体上方端部３８を挿入するステップを含む。図１～８の実施形態において、絶縁体上方肩部４８は、シェル上方肩部７０に対して押し付けられる。図１７の実施形態において、絶縁体２４は、絶縁体下方肩部５０がシェル点火端６４と係合するまでシェル点火端６４から挿入される。図９および図１４の実施形態において、シェル上方端部６２は、絶縁体上方肩部４８の上方で中心軸Ａに向かって内側に曲げられ、シェル２６の上方折返フランジ７４を形成する。このステップは、絶縁体２４をシェル２６内に設置した後に行われる。代替的な実施形態において、コロナ点火装置２０を順方向に組み立てるように設計することができる。この場合、方法は、シェル上方端部６２から絶縁体上方端部３８を挿入する前に、シェル上方端部６２から絶縁体ノーズ端部４０を挿入するステップを含む。

図１、図３、図６～９および図１３に示された、中間部材２８を含むコロナ点火装置２０の実施形態を形成するために、方法は、絶縁体２４をシェル２６内に設置する前または後に、中間部材２８を絶縁体２４および／またはシェル２６に固定するステップを含む。例えば、図１のコロナ点火装置２０を形成する方法は、単に中間部材２８を絶縁体２４の溝５４に配置し、その後、シェル２６の下方端部から、中間部材２８および絶縁体２４を同時に挿入するステップを含むことができる。中間部材２８および絶縁体２４をシェル２６に挿入した後、中間部材２８は、例えばろう付け、溶接または圧入によって、シェル内面６６に固定される。図６～８のコロナ点火装置２０を形成する方法は、絶縁体２４をシェル２６に挿入する前に、中間部材２８を絶縁体２４にろう付け、半田付けまたは溶接し、その後、必要に応じて中間部材２８をろう付け、半田付けまたは溶接するステップを含むことができる。上述したように、中間部材２８は、固体部品および当該固体部品を絶縁体２４およびシェル２６に固定するための追加のろう付け合金を含むことができる。図３のコロナ点火装置２０を形成する方法は、絶縁体２４をシェル２６に設置した後、中間部材２８を用いて、絶縁体２４をシェル２６に固定するステップを含む。この実施形態において、方法は、液体金属の中間部材２８を絶縁体２４とシェル２６との間の小さな間隙に適用し、その後、液体金属を凝固させるステップを含む。代替的に、方法は、絶縁体２４をシェル２６に挿入する直前に、液体金属を絶縁体２４に適用し、その後、液体金属を凝固させることによって絶縁体２４をシェル２６にろう付けするステップを含むことができる。

図１、図４および図５のコロナ点火装置２０を形成するために、方法は、絶縁体下方肩部５０に対してシェル点火端６４を中心軸Ａに向かって内側に曲げることによって、シェル２６の下方折返フランジ８４を形成することをさらに含む。このステップは、絶縁体２４をシェル２６に配置した後に行われる。代替的に、図６および図８に示すように、方法は、シェル点火端６４を中間部材２８の下方端部に対して曲げることによって、下方折返フランジ８４を形成するステップを含むことができる。

図１７の実施形態において、絶縁体２４をシェル２６に挿入した後、絶縁体外面４６とシェル内面６６との間および絶縁体下方肩部５０と絶縁体上方肩部５２との間に、液体形態の金属からなる層を適用する。典型的には、金属を溶融して、絶縁体２４とシェル２６との間の小さな間隙に流れ込む。次に、液体金属は、冷却し凝固することによって、中間部材２８を形成して、絶縁体２４をシェル２６にろう付けする。

明らかには、上記の教示に鑑みて、本発明の多くの変形例および変更例が可能であり、添付の特許請求の範囲の範囲内であれば、具体的に記載されている態様とは異なる態様で実施されてもよい。全ての請求項および全ての実施形態の全ての特徴は、互いに矛盾しない限り互いに組み合わせられてもよいと考えられる。

Claims

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、コロナ放電を提供するためのコロナ点火装置であって、
導電性材料から形成され、高周波電圧を受け、前記高周波電場を出射するための中心電極と、
電気絶縁材料から形成され、前記中心電極を取り囲み且つ絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで長手方向に延在する絶縁体とを備え、
前記絶縁体は、前記絶縁体上方端部から前記絶縁体ノーズ端部まで延在する絶縁体外面を含み、
前記絶縁体外面は、絶縁体外径を呈し、
前記絶縁体外面は、外側に延在し且つ前記絶縁体上方端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に位置する絶縁体下方肩部を含み、
前記絶縁体下方肩部は、前記絶縁体外径の増加を呈し、
前記コロナ点火装置は、
前記絶縁体の少なくとも一部を取り囲み且つシェル上方端部からシェル点火端まで延在するシェルを備え、
前記シェルは、前記絶縁体外面に面し且つ前記絶縁体外面に沿って前記シェル上方端部から前記シェル点火端まで延在するシェル内面を呈し、
前記シェル内面は、シェル内径を呈し、
前記シェルの少なくとも１つの場所における前記シェル内径は、前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径よりも小さく、
前記コロナ点火装置は、
導電性材料から形成され、前記絶縁体外面と前記シェル内面との間および前記絶縁体上方端部と前記絶縁体下方肩部との間に配置された中間部材を備え、
前記中間部材は、前記絶縁体下方肩部から離れている、コロナ点火装置。
前記絶縁体が張力のかかった状態ではないように、前記絶縁体は、前記中間部材のみに沿って支持される、請求項１に記載のコロナ点火装置。
前記シェル点火端における前記シェル内径は、前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径よりも小さい、請求項１に記載のコロナ点火装置。
前記中間部材は、前記絶縁体外面を前記シェル内面に固定するための金属層である、請求項１に記載のコロナ点火装置。
前記金属層は、前記絶縁体外面を前記シェル内面にろう付けする、請求項４に記載のコロナ点火装置。
前記中間部材は、前記絶縁体の周りに周方向に延在する金属スリーブである、請求項１に記載のコロナ点火装置。
前記中間部材は、前記金属スリーブを前記絶縁体外面および前記シェル内面に固定するための金属層を含む、請求項６に記載のコロナ点火装置。
前記絶縁体外径は、減少することによって、前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径の増加から離れた中央レッジを呈し、
前記絶縁体は、前記中央レッジと前記絶縁体下方肩部との間に位置する溝を含み、
前記中間部材は、前記溝に配置されている、請求項１記載のコロナ点火装置。
前記シェルは、前記シェル点火端に下方折返フランジを含み、
前記下方折返フランジは、前記絶縁体の径方向内側および前記溝内に延在し、
前記中間部材は、前記下方折返フランジと前記絶縁体外面との間に位置する前記溝内に配置されている、請求項８に記載のコロナ点火装置。
前記下方折返フランジは、前記中央レッジの周りに弯曲する、請求項９に記載のコロナ点火装置。
前記中間部材は、前記絶縁体外面および前記シェル内面に固定されている、請求項１に記載のコロナ点火装置。
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、コロナ放電を提供するためのコロナ点火装置であって、
導電性材料から形成され、高周波電圧を受け、前記高周波電場を出射するための中心電極と、
電気絶縁材料から形成され、前記中心電極を取り囲み且つ絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで長手方向に延在する絶縁体とを備え、
前記絶縁体は、前記絶縁体上方端部から前記絶縁体ノーズ端部まで延在する絶縁体外面を含み、
前記絶縁体外面は、絶縁体外径を呈し、
前記絶縁体外面は、外側に延在し且つ前記絶縁体上方端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に位置する絶縁体下方肩部を含み、
前記絶縁体下方肩部は、前記絶縁体外径の増加を呈し、
前記コロナ点火装置は、
前記絶縁体の少なくとも一部を取り囲み且つシェル上方端部からシェル点火端まで延在するシェルを備え、
前記シェルは、前記絶縁体外面に面し且つ前記絶縁体外面に沿って前記シェル上方端部から前記シェル点火端まで延在するシェル内面を呈し、
前記シェル内面は、シェル内径を呈し、
前記シェルの少なくとも１つの場所における前記シェル内径は、前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径よりも小さく、
前記コロナ点火装置は、
導電性材料から形成され、前記絶縁体外面と前記シェル内面との間および前記絶縁体上方端部と前記絶縁体下方肩部との間に配置された中間部材を備え、
前記中間部材は、金属層であり、
前記絶縁体外面は、前記中間部材に沿って、凹部によって離間された複数のリブを呈する、コロナ点火装置。
前記中心電極は、前記絶縁体ノーズ端部の外側に配置され、径方向外側に延在する複数のプロングを有するコロナ増強先端を含む、請求項１に記載のコロナ点火装置。
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、コロナ放電を提供するためのコロナ点火装置であって、
導電性材料から形成され、高周波電圧を受け、前記高周波電場を出射するための中心電極と、
電気絶縁材料から形成され、前記中心電極を取り囲み且つ絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで長手方向に延在する絶縁体とを備え、
前記絶縁体は、前記絶縁体上方端部から前記絶縁体ノーズ端部まで延在する絶縁体外面を含み、
前記絶縁体外面は、絶縁体外径を呈し、
前記絶縁体外面は、外側に延在し且つ前記絶縁体上方端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に位置する絶縁体下方肩部を含み、
前記絶縁体下方肩部は、前記絶縁体外径の増加を呈し、
前記コロナ点火装置は、
前記絶縁体の少なくとも一部を取り囲み且つシェル上方端部からシェル点火端まで延在するシェルを備え、
前記シェルは、前記絶縁体外面に面し且つ前記絶縁体外面に沿って前記シェル上方端部から前記シェル点火端まで延在するシェル内面を呈し、
前記シェル内面は、シェル内径を呈し、
前記シェルの少なくとも１つの場所における前記シェル内径は、前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径よりも小さく、
前記コロナ点火装置は、
導電性材料から形成され、前記絶縁体外面と前記シェル内面との間および前記絶縁体上方端部と前記絶縁体下方肩部との間に配置された中間部材を備え、
前記絶縁体は、前記絶縁体上方端部から絶縁体上方肩部までおよび前記絶縁体上方肩部から前記絶縁体下方肩部まで長手方向に延在し、
前記絶縁体上方肩部は、前記絶縁体外径の増加を呈し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体上方端部から前記絶縁体上方肩部まで一定であり、
前記絶縁体上方肩部における前記絶縁体外径は、前記絶縁体上方端部における前記絶縁体外径よりも大きく、
前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径は、前記絶縁体上方肩部における前記絶縁体外径よりも大きく、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体下方肩部から前記絶縁体ノーズ端部まで減少し、
前記絶縁体が張力のかかった状態ではなく、圧縮された状態でもないように、前記絶縁体は、前記中間部材のみに沿って支持され、
前記シェル点火端は、前記絶縁体下方肩部と係合し、
前記シェル点火端における前記シェル内径は、前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径よりも小さく、
前記中間部材は、前記絶縁体を前記シェルに固定するための金属層であり、前記金属層は、ニッケル、コバルト、鉄、銅、錫、亜鉛、銀および金のうち１つ以上を含み、
前記中心電極は、前記絶縁体ノーズ端部の外側に配置され、径方向外側に延在する複数のプロングを有するコロナ増強先端を含む、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、
電気絶縁材料から形成され、絶縁体上方端部から絶縁体ノーズ端部まで延在する絶縁体を提供するステップを含み、
前記絶縁体は、前記絶縁体上方端部から前記絶縁体ノーズ端部まで延在し且つ絶縁体外径を呈する絶縁体外面を含み、前記絶縁体外面は、外側に延在し且つ前記絶縁体上方端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に位置する絶縁体下方肩部を呈し、前記絶縁体下方肩部は、前記絶縁体外径の増加を呈し、
シェル上方端部からシェル点火端まで延在し、シェルボアを呈するシェル内面を含むシェルを提供するステップを含み、前記シェル内面は、シェル内径を呈し、前記シェルの少なくとも１つの場所における前記シェル内径は、前記絶縁体下方肩部における前記絶縁体外径よりも小さく、
前記シェル点火端から、前記絶縁体上方端部を前記シェルボアに挿入するステップと、
導電性材料から形成された中間部材を前記絶縁体外面と前記シェル内面との間に配置するステップとを含み、
前記シェル点火端を前記絶縁体下方肩部に係合させることを含む、方法。
前記絶縁体が張力のかかった状態ではないように、前記中間部材のみに沿って前記絶縁体を支持するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
前記中間部材を前記絶縁体外面と前記シェル内面との間に配置するステップは、前記絶縁体外面を前記シェル内面にろう付けすることを含む、請求項１５に記載の方法。
前記中間部材を前記絶縁体外面と前記シェル内面との間に配置するステップは、前記絶縁体の周りに固体金属部品を配置することと、前記固体金属部品を前記絶縁体外面および前記シェル内面にろう付けすることとを含む、請求項１５に記載の方法。
前記絶縁体外径は、減少することによって、前記絶縁体下方肩部から離れた中央レッジを呈し、
前記絶縁体は、前記中央レッジと前記絶縁体下方肩部との間に位置する溝を含み、
前記中間部材を前記絶縁体外面と前記シェル内面との間に配置するステップは、前記中間部材を前記溝に配置することを含む、請求項１５に記載の方法。
前記シェルは、前記シェル点火端に下方折返フランジを含み、
前記下方折返フランジを前記溝内に弯曲させることを含む、請求項１９に記載の方法。