專利名稱：用于內(nèi)燃機的火花塞的制作方法
用于內(nèi)燃機的火花塞
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機更精確地用于此類型的發(fā)動機的控制點火的火花塞。本發(fā)明更具體地涉及一種包括連接到火花塞電極的感應線圈的火花塞。
射頻類型的火花塞使可以基于由射頻高交流電壓激勵的電極開發(fā)大大加速燃燒開始的多絲放電?？梢詤⒖济枋龃祟惢鸹ㄈ奈募﨔R2859830。參照

圖1 (其與文件FR2859830的圖18相對應)，此類已知射頻火花塞110包括一個感應線圈112和一個連接到此感應線圈112的高電壓中心電極106。高電壓中心電極106被調(diào)整成與線圈112對齊。火花塞110還包括一個圓柱形狀的金屬帽103，其被設計成擰入一個發(fā)動機的汽缸的燃機內(nèi)的節(jié)流孔開口并且其構成一個接地電極，該高電壓中心電極106在該接地電極的中心同軸地延伸。為了做到這一點，金屬帽103電連接到地。而且，高電壓中心電極106通過絕緣體100 (例如一個陶瓷套筒)與接地電極103絕緣。因此，我們在一個串聯(lián)的諧振器的情況下，該諧振器由串聯(lián)連接的該感應線圈112及一個電容器組成，該電容器由至少該中心電極106、該陶瓷體100及該接地電極103組成。而且，火花塞110包括一個覆蓋感應線圈112的圓柱形護罩132。該護罩可形成火花塞110的主體135的一部分，優(yōu)選由金屬制成，或者它可以是單獨裝配到主體135的內(nèi)表面上。
除了感應線圈112產(chǎn)生于絕緣芯棒134周圍的事實，它本身由一個絕緣速度133包圍，該絕緣速度可以具有固體、液體或氣體性質(zhì)。該絕緣芯棒134是一個汽缸，導線112螺旋形卷繞在其周圍形成多個匝，以便獲得一個螺線管。在其一端，導線112連接到高電壓中心電極106，而在相對一端，導線112連接到連接終端131允許電力供應。
使用一個單一的導線112形成單層螺線管引起沿著該感應線圈的電壓上升。此逐匝發(fā)生的電壓的上升至少在與高電壓中心電極106連接的最后一匝上引起一個相當大的電場。此最后一匝也被稱為末端匝。在該最后一匝的電場傾向于超過某些絕緣材料的階數(shù)為15至20千伏/毫米的臨界電場，這可能會在此末端匝處產(chǎn)生火花。這些火花能夠?qū)е掠绕涫窃摶鸹ㄈ慕^緣體的早期退化。參照圖2，此現(xiàn)象主要位于線圈112的最后一匝上。該最后一匝或末端匝的參考號是112a。圖2中，該電場由電場線150表示，這些電場線在護罩132與線圈112的每匝之間延伸。在此圖中，至少該末端匝112a看到由匯聚在其上的電場線150的集中而增強的電場。
因此產(chǎn)生的并且本發(fā)明被設計來解決的一個問題是提供一種更可靠的并且使用壽命增加了的火花塞。
對于這一目標,本發(fā)明提出了一種火花塞,該火花塞包括一個感應線圈和一個連接到該感應線圈的中心電極，所述感應線圈從該火花塞的電連接終端按照順序具有一個第一端部、一個中心部分、及一個第二端部，所述中心電極與該第二端部對齊并遠離所述中心部分延伸，所述感應線圈具有一個螺旋形卷繞的導線從而形成一系列的同軸匝，該第二端部具有一個末端匝，該末端匝位于該中心部分的對面并與該中心電極連接，所述感應線圈能夠產(chǎn)生在所述第二端部中感應的電場。根據(jù)本發(fā)明，該第二端部包括多個同軸端匝，在所述末端匝與一個朝向該中心部分放置的上游匝之間軸向地延伸；并且所述末端匝具有的直徑小于該上游匝的直徑，而該多個同軸端匝的匝具有的曲率半徑在該上游匝與該末端匝之間逐漸減小，以便能夠降低在該末端匝附近的該第二端部中感應的電場的強度。
因此，本發(fā)明的一個特征在于使用了一個特殊形狀的感應線圈，其中該第二端部具有多個導線匝，其直徑從該中心部分(此處這些匝具有一個相同的直徑)直到該末端匝逐漸減小。將會注意的是，一個單一卷繞導線形成的該一系列匝不會結合而是軸向地重疊，并且因此一匝的直徑的概念必須理解為是由所述匝定義的平均圓的直徑，尤其是在該第二端部，這些匝的曲率半徑在該第二端部以一個基本上連續(xù)的方式減小。
關于該感應線圈的中心部分，這些匝定義了一個繞軸線A形成的圓形螺旋，并且它們的直徑可被定義為它們在垂直于此軸線的平面上的投影的圓的直徑。
憑借該第二端部向該中心高電壓電極的這些匝的直徑的逐步減小，該電場分布在所有這些匝上，同時防止這些電場線在該中心高電壓電極的方向集中在最后的匝上，以及至少在該末端匝上。因此，此末端匝不再像從現(xiàn)有技術中已知的一個純粹的圓柱形感應線圈的情況一樣是一個特別強的電場的承受對象。
憑借本發(fā)明，根據(jù)圖4的示意性表示，在該線圈的所有匝上獲得了更均勻地電場線分布。
電勢(以伏特表示)從該第一端部的第一匝(它從那里被供電)一直增加到該上游匝。它憑借在這種類型的火花塞(被稱為射頻火花塞)中使用的共振現(xiàn)象而顯著增加。此電勢從該第一匝到該上游匝基本上線性增加，并且在這些匝的表面上的相關聯(lián)電場(以伏特每毫米表示)基本上與此成比例，因為從這些匝與連接到地面的該第一內(nèi)部導電表面之間的距離是恒定的，這意味著這些直徑的比率保持恒定。此內(nèi)部表面與該火花塞的主體相對應或與由具有非常高的導電性的材料制成的圓柱形護套組成的護罩相對應。
然后該電場從該上游匝到該末端匝不同地演變。該電勢(以伏特表示)在該上游匝與該末端匝之間繼續(xù)增加，而該最大電場的強度在最后的匝并因此在該末端匝降低。因此該電場不再能夠至少在該末端匝產(chǎn)生火花，并且以這種方式，所用的絕緣材料(如硅油或者硅酮凝膠)徹底履行其作為絕緣體的作用而不會退化。因此，該火花塞的使用壽命得以增力口，而無需尤其是在該末端匝與該高電壓電極之間引入新的額外零件。
然而，逐步減小一個感應線圈的匝的直徑導致磁場的中斷，并且該磁場的中斷反過來會導致該感應線圈的總體過電壓比率的減小，這是不可取的。因此，在通過新形狀的第二端部獲得的電應力的降低與電磁損失的降低之間發(fā)現(xiàn)了一個可接受的折衷辦法。
根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的實施例，該多個同軸端匝的這些匝形成了一個錐形螺旋以在該末端匝衰減更多該電場的強度。
而且，可以根據(jù)一個有利的變體實施例用一條均勻地覆蓋著絕緣薄膜的銅線制作一條導線。并且此導線是例如卷繞地形成相鄰的匝。
在另一個示例中，該多個同軸端匝的這些匝可以彼此間隔開，該間隔是一個大于由覆蓋該電導線的絕緣薄膜所造成的間隔的間隔。以這種方式，結果不是對保持衰減的該電場的影響，而是在位于該上游匝與該末端匝之間的區(qū)域中的該磁場的更好分布，這是因為這些匝之間的空間。當然，在此配置中，好處仍是該電場的衰減。
根據(jù)本發(fā)明的一個補充的方面，該火花塞還包括一個插入該末端Bi與該高電壓中心電極之間的導電連接部。然后將該末端匝的導線電連接至該連接部，其中該高電壓中心電極至少部分接合。該末端匝的導線優(yōu)選焊接到該連接部。該連接部在該末端匝上并首先在該電線到該連接部的焊接上具有“電氣保護”的效果。該連接部形成了一個衰減該電場的強度的屏蔽。具體而言，參照圖8至圖10，可以在所述末端匝與該連接部之間看到這些電場線的發(fā)散，這意味著該電場在此區(qū)域中特別弱。由于該焊接導致的幾何缺陷(就任何等效的連接裝置而言)自然導致該電場的集中，因此不再趨向于導致不希望的火花的形成。
有利的是，該連接部是對稱圓柱形，并且它被向所述多個同軸端匝同軸地調(diào)整。以這種方式，該末端匝均勻地放在該連接部上。有利的是該連接部由具有高導電性的基于銅和/或銀和/或鋁的合金制成。
而且，該火花塞優(yōu)選包括一個能夠同軸地接收所述感應線圈的圓柱形護罩，并且該導電連接部的直徑可能是所述圓柱形護罩的直徑的0.2至0.45倍之間，優(yōu)選為0.368(1/e，e是訥氏對數(shù)的底)。
此0.368直徑比率是在該連接部的表面上最小化該電場的比率。
此外，有利的是該火花塞還包括一個具有一個圓柱形部分和一個同軸截頭錐形端的線圈芯棒，并且所述導線繞所述截頭錐形部分螺旋形卷繞，以形成該感應線圈的該第二端部。該線圈芯棒形成了一個使得能夠卷繞該導線的支撐。該圓柱形部分使得能夠形成該感應線圈的該第一端部和該中心部分，而該同軸截頭錐形部分使能夠形成精確的截頭錐形形狀的該第二端部。
而且優(yōu)選地，所述截頭錐形端具有一個母線，該母線與所述截頭錐形端形成一個5°至80°之間的角度。根據(jù)一個第一變體的實施例，其中這些同軸端匝是相鄰的，該截頭錐形端的該母線及該軸線有利地形成一個5°至45°之間優(yōu)選約50°的角度:這是參與增加電勢的該磁場最小可能的降低與該相關聯(lián)電場的最大可能的降低之間的一個折衷。當這些匝彼此間隔開，此角度優(yōu)選為10°至80°之間，優(yōu)選約45°。在此實施例中，相對于該電場的降低稍微促進了該磁場的保存，優(yōu)點還在于該截頭錐形部分的長度由于更大的錐角而降低。而且，尤其是當這些匝彼此間隔開時，該線圈芯棒的所述截頭錐形端有利地具有一個螺旋槽以便接收該導線。以這種方式，該導線被保持在一個固定的位置并形成彼此隔開一個預定距離的多個匝。
但是，本發(fā)明的其他特定的特征和優(yōu)點將在參照所附的附圖閱讀下面對本發(fā)明的特定實施例的描述時出現(xiàn)，該實施例是作為指示而不是限制給出的，其中:
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的火花塞在軸向截面上的一個示意圖2是一個在感應線圈的第二端部與圖1中所示的火花塞的護罩之間施加的電場的示意性表示；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的火花塞在軸向截面上的一個示意圖4是一個在感應線圈的第二端部與圖3中所示的火花塞的護罩之間施加的電場的示意性表示；
圖5是一個圖3中所示的根據(jù)線圈的一個第一實施例的火花塞的詳細示意圖6是一個圖3中所示的根據(jù)線圈的一個第二實施例的火花塞的詳細示意圖7是一個圖3中所示的根據(jù)線圈的一個第三實施例的火花塞的詳細示意圖8是一個在感應線圈的最后匝、連接部與圖3中所示的火花塞的護罩之間施加的電場的不意性表不;
圖9是類似于圖8所示的連接部的一個變體實施例；以及
圖10是類似于圖8和圖9所示的圖6和圖1的線圈的第二和第三實施例。
圖3展示了一個用于控制點火的熱發(fā)動機的火花塞10，也被稱為射頻等離子體火花塞。它沿火花塞頭12與火花塞尾14之間的對稱軸線A縱向地延伸?；鸹ㄈ^12包括一個帽16,該帽有一個肩部17和一個外螺紋18,這使得能夠在一個未不出的開孔內(nèi)精確地擰緊帽16，并且該帽是在這些發(fā)動機的汽缸蓋中制造的。一種銅密封墊可圍繞外螺紋18裝配到該肩部上。該開孔通向這些發(fā)動機汽缸的燃燒室內(nèi)。
火花塞頭12包括一個高電壓中心電極24。此高電壓中心電極24在帽16的內(nèi)部縱向地和同軸地延伸，并在該火花塞頭12端出現(xiàn)。此外，它具有一個尖端25。此外，火花塞頭12包括一個絕緣體26 (例如一個陶瓷絕緣套筒)，該絕緣體收納在帽16的內(nèi)部并由高電壓中心電極24穿過。
火花塞尾14包括一個感應線圈28，其向帽16及高電壓中心電極24縱向地和同軸地延伸。它具有一個第一端部30 (也稱為頂端部),并在另一端具有一個第二端部32 (也稱為底端部)，以及一個在這兩個端部30、32之間延伸的中心部分34。高電壓中心電極24與與其電連接的底端部32對齊同軸地延伸。在本發(fā)明的一個實施例中，可以通過導電連接部35完成電連接。
當如圖3中所示的火花塞10在連接器52處供電時，能夠從高電壓電極24的該尖端產(chǎn)生一個分枝的火花或分枝的等離子體，該尖端從陶瓷絕緣套筒26中突出。
感應線圈28由導線36的螺旋卷繞產(chǎn)生，該導線可以由絕緣薄膜繞著線圈芯棒38覆蓋。后者由絕緣的優(yōu)選無磁性的材料制成。它具有一個圓柱形部分40和一個放在導電連接部35上的同軸截頭錐形端42。因此，導線36繞線圈芯棒38卷繞；一方面導線36在其圓柱形部分40上形成可能相鄰的匝44，其具有的直徑是恒定的且基本上等于該芯棒的直徑；并且另一方面，它在其同軸端42上是由曲率半徑逐漸減小的螺旋中的同軸端匝45制成。下面將更詳細地描述感應線圈28在其底端部32中的一個特定的形狀。
火花塞10還包括一個絕緣套筒48，其由介電材料制成并且用圍繞著絕緣套筒48的圓柱形護罩50覆蓋感應線圈28。護罩50可以形成火花塞10的主體54的一部分，也就是說該火花塞的外殼。它還可以與火花塞10的主體54不同。護罩50是由具有高導電性的材料制成，例如銅基和/或銀基和/或鋁基合金。
它可能由火花塞10的主體54的底表面上的合金層的沉積物組成。護罩50有一個基本上恒定的直徑，并且在圖3中所示的示例中它覆蓋了至少線圈28。
而且，超出感應線圈28的上端部30延伸的該導線36端被連接到連接器52，該連接器出現(xiàn)在火花塞10的外部并允許連接到未示出的電源。
現(xiàn)在將參照更詳細地展示感應線圈28的底端部46的圖5，其導線被卷繞在線圈芯棒38的同軸截頭錐形端42的周圍。連接部35和圓柱形護罩50也在圖5中。該圖中還示出了下表中描述的直徑:
圖5中示出的直徑的映射表
權利要求
1.一種火花塞(10)，該火花塞包括一個感應線圈(28)和一個連接到該感應線圈的中心電極(24)，所述感應線圈(28)從該火花塞的一個電連接終端按照順序具有一個第一端部(30)、一個中心部分(34)、及一個第二端部(32)，所述中心電極(24)與該第二端部(32)對齊并遠離所述中心部分(34)延伸，所述感應線圈(28)具有一個螺旋形卷繞的導線(36)同時形成一系列同軸阻(44,45, 58,60),該第二端部(32)具有一個末端阻(58),該末端阻位于該中心部分(34)的對面并與該中心電極(24)連接，所述感應線圈(28)能夠產(chǎn)生在所述第二端部(32)中感應的電場； 其特征在于，該第二端部(32)包括多個同軸端匝(45)，這些同軸端匝在所述末端匝(58)與一個朝向該中心部分(34)放置的上游匝(60)之間軸向地延伸； 并且其特征在于，所述末端匝(58 )具有一個小于該上游匝(60 )的直徑_的直徑D58,而該多個同軸端匝(45)的這些匝具有的曲率半徑在該上游匝(60)與該末端匝(58)之間逐漸減小，以便能夠降低在該末端匝(58)附近的該第二端部(32)中感應的電場的強度。
2.根據(jù)權利要求1所述的火花塞，其特征在于，該多個同軸端匝(45，45’)的這些匝形成了一個錐形螺旋。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，該多個同軸端匝(45’)的這些匝彼此間隔開。
4.根據(jù)權利要求1至3中的任意一項所述的火花塞,其特征在于,它還包括一個導電連接部(35)，該導電連接部插入在該末端匝(58)與該中心電極(24)之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的火花塞，其特征在于，該導電連接部(35)是對稱圓柱形，并且其特征在于它被向所述多個同軸端匝(45，45’ )同軸地調(diào)整。
6.根據(jù)權利要求5所述的火花塞，其特征在于，它還包括一個能夠同軸地接收所述感應線圈(28)及該連接部(35)的圓柱形護罩(50)，并且其特征在于所述導電連接部(35)的直徑膽是所述圓柱形護罩(50)的直徑m的0.2至0.45倍之間。
7.根據(jù)權利要求4至6中的任意一項所述的火花塞，其特征在于，該末端匝(58;58’ )的導線的末端與該導電連接部(35)在這些電場線(150)的一個發(fā)散區(qū)域中電連接。
8.根據(jù)權利要求1至7中的任意一項所述的火花塞，其特征在于，它還包括一個線圈芯棒(38)，該線圈芯棒具有一個圓柱形部分(40)和一個同軸截頭錐形端(42)，并且其特征在于所述導線(36)至少繞所述截頭錐形端(42)螺旋形卷繞，以形成該感應線圈(28)的該第二端部(32)。
9.根據(jù)權利要求8所述的火花塞，其特征在于，該同軸截頭錐形端(42)具有一個母線G，該母線與該同軸截頭錐形端(42)的軸線A形成一個5°至80°之間的角度。
10.根據(jù)權利要求1至9中的任意一項所述的火花塞，其特征在于，該線圈芯棒(48)的所述同軸截頭錐形端(42)具有一個螺旋槽(62)以便接收該導線(36)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括一個感應線圈(28)和一個電極(24)的火花塞(10)。所述感應線圈(28)具有兩個端部(30，32)(34)，所述電極(24)在所述兩個端部中的一個(32)的接續(xù)部分中延伸。所述感應線圈(28)具有一個卷繞的導線(36)以形成一系列匝(44，45，58，60)，所述兩個端部中的所述一個(32)具有一個與所述電極(24)連接的末端匝(58)。根據(jù)本發(fā)明，所述兩個端部中的所述一個(32)包括多個同軸端匝(45)，這些同軸端匝在所述末端匝(58)與一個上游匝(60)之間延伸，并且所述末端匝(58)的直徑D58小于所述上游匝(60)的直徑D60，以便能夠降低在所述末端匝(58)附近的所述兩個端部中的所述一個(32)中感應的電場的強度。
文檔編號H01T13/44GK103201916SQ201180053725
公開日2013年7月10日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權日2010年9月10日
發(fā)明者M·帕里安泰, A·阿涅雷, X·雅弗勒齊克 申請人:雷諾股份公司