包括溫度控制結構的電暈點火器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電暈點火器（20），其改進了點火端處的溫度控制。該電暈點火器（20）包括一中心電極（24），該中心電極（24）包括一被覆層材料（32）（例如鎳）圍繞的型芯材料（30）（例如銅）。該型芯材料（30）在一電極終端（34）和一電極點火端（36）之間縱向延伸。型芯材料（30）設置在電極終端（34）處，并具有型芯長度lc，該型芯長度lc等于中心電極24的電極長度le的至少90%。型芯長度lc的至少97%被絕緣體26圍繞。電極直徑增大，以使中心電極24的覆層厚度tcl等于絕緣體厚度ti的至少5%，且型芯直徑Dc等于絕緣體厚度ti的至少30%。
【專利說明】包括溫度控制結構的電暈點火器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請為2011年4月13日提交的第13/085，991號美國專利申請的部分繼續(xù)申請，其要求2010年4月13日提交的第61/323，458號臨時申請以及2011年I月13日提交的第61/432，501號臨時申請的優(yōu)先權，其全部內容通過引用并入此處。本申請還要求2011年8月19日提交的第61/525，379號美國臨時申請的權益，其全部內容通過引用并入此處。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明主要涉及一種電暈點火器，其用于發(fā)射一射頻電場，以電離燃料-空氣混合物并提供一電暈放電，尤其涉及在運行過程中控制該電暈點火器的溫度。
【背景技術】
[0004]電暈放電點火系統(tǒng)的電暈點火器從電源接收電壓，并發(fā)射形成電暈的電場，以電離內燃機的燃料和空氣的混合物。該點火器包括一從電極終端縱向延伸至電極點火端的中心電極。一絕緣體沿該中心電極設置，且一殼體沿該絕緣體設置。
[0005]該電極終端從電源接收電壓，且該電極點火端發(fā)射形成電暈的電場。該電場包括形成電暈的至少一個電子流，并且通常包括多個電子流。該電暈點火器并不包括任何接近電極點火端的接地電極元件。而是，空氣和燃料的混合物沿電極點火端所產(chǎn)生的高電場的全長點燃。發(fā)明人萊高斯基(Lykowski)等發(fā)明的專利號為2010/0083942的美國專利公開了一種電暈點火器的不例。
[0006]在內燃機應用中，電暈點火器的溫度，尤其是點火端處的溫度會影響點火性能?，F(xiàn)有技術的電暈點火器常常在點火端處達到不良的溫度，例如高于950°C的溫度。如此高的溫度很可能使點火質量降低。該電暈點火器的耐久性會降低，或者會引起其他燃燒問題。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明的一個方面提供了一種電暈點火器，其用于提供電暈放電。該電暈點火器包括一中心電極，其從一電極終端縱向延伸至一電極點火端。該中心電極包括一被覆層材料圍繞的型芯材料。中心電極的每種材料分別具有一導熱系數(shù)，且型芯材料的導熱系數(shù)大于覆層材料的導熱系數(shù)。一由電絕緣材料制成的絕緣體圍繞中心電極設置。一由導電材料制成的殼體圍繞絕緣體設置。在這個實施例中，中心電極的型芯材料設置在電極終端處。
[0008]本發(fā)明的另一個方面提供了一種電暈點火器，其包括一中心電極，該中心電極具有一從電極終端縱向延伸至電極點火端的電極長度。中心電極包括一被覆層材料圍繞的型芯材料，其中，中心電極的每種材料分別具有一導熱系數(shù)，且型芯材料的導熱系數(shù)大于覆層材料的導熱系數(shù)。中心電極的型芯材料具有一在電極終端與電極點火端之間縱向延伸的型芯長度。該電暈點火器還包括一由電絕緣材料制成的絕緣體，其圍繞中心電極設置，并從一絕緣體上端縱向延伸至一絕緣體管口端。一由導電材料制成的殼體圍繞絕緣體設置。型芯材料的型芯長度等于中心電極的電極長度的至少90%，且型芯材料的型芯長度的至少97%被絕緣體圍繞。
[0009]本發(fā)明的又另一個方面提供了一種電暈點火器，其包括一中心電極，該中心電極從一電極終端縱向延伸至一電極點火端。中心電極包括一被覆層材料圍繞的型芯材料。每種材料分別具有一導熱系數(shù)，且型芯材料的導熱系數(shù)大于覆層材料的導熱系數(shù)。一由電絕緣材料制成的絕緣體圍繞中心電極設置，且一由導電材料制成的殼體圍繞絕緣體設置。絕緣體具有一面向殼體的絕緣體外表面以及一面向中心電極的絕緣體內表面。絕緣體外表面與絕緣體內表面之間形成一絕緣體厚度。中心電極的覆層材料具有一面向絕緣體內表面的覆層外表面以及一面向型芯材料的覆層內表面。覆層外表面與覆層內表面之間形成一覆層厚度。中心電極的型芯材料具有一面向覆層內表面的型芯外表面，且該型芯外表面具有一型芯直徑。覆層厚度等于絕緣體厚度的至少5%，型芯直徑等于絕緣體厚度的至少30%。
[0010]與現(xiàn)有技術的幾何結構未改進的且不帶有覆層材料和型芯材料的電暈點火器相t匕，本電暈點火器的包括具有高導熱系數(shù)的型芯材料的中心電極與絕緣體和中心電極的幾何結構共同作用，降低了該電暈點火器的點火端處的工作溫度。測試結果表明本發(fā)明的電暈點火器的電極點火端處的工作溫度大約可以比現(xiàn)有技術的電暈點火器的電極點火端處的工作溫度低100°c或更多。該測試結果還表明本發(fā)明的電暈點火器的絕緣體管口端的工作溫度同樣可以明顯地低于現(xiàn)有技術的溫度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]請參閱下述詳細說明并結合附圖進行考慮，本發(fā)明的其它優(yōu)點將更加容易領會和理解，其中:
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的電暈點火器的剖視圖；
[0013]圖1A是圖1的電暈點火器的局部放大視圖；
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的電暈點火器的剖視圖；
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的又另一個方面的電暈點火器的剖視圖；
[0016]圖4是現(xiàn)有技術的電暈點火器的剖視圖；
[0017]圖5A提供了現(xiàn)有技術的一個電暈點火器的有限元分析(FEA)；
[0018]圖5B提供了現(xiàn)有技術的另一個電暈點火器的FEA ；
[0019]圖5C提供了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的電暈點火器的FEA ；
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明的又另一個方面的電暈點火器的剖視圖；
[0021]圖6A-6E提供了圖6的電暈點火器的FEAs ；
[0022]圖7是一比較用電暈點火器的剖視圖；
[0023]圖7A-7E提供了圖7的電暈點火器的FEAs ；
[0024]圖8是根據(jù)本發(fā)明的又另一個方面的電暈點火器的剖視圖；
[0025]圖8A-8E提供了圖8的電暈點火器的FEAs ；
[0026]圖9是圖6-8的FEA測試結果的曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]例如圖1-3所示，本發(fā)明提供了一種電暈點火器20，其使用在一電暈放電點火系統(tǒng)中，該電暈放電點火系統(tǒng)旨在有意產(chǎn)生這樣的電源，即該電源可以抑制電弧的形成，并促進產(chǎn)生電暈放電22的強電場產(chǎn)生。該電暈點火器20包括一中心電極24、一圍繞中心電極24的絕緣體26以及一圍繞絕緣體26的殼體28。中心電極24包括一被覆層材料32(例如鎳或鎳合金)圍繞的型芯材料30 (例如銅或銅合金)。型芯材料30和覆層材料32具有導熱系數(shù)，且型芯材料30的導熱系數(shù)大于覆層材料32的導熱系數(shù)。與現(xiàn)有技術的幾何結構未改進的或不帶有覆層和型芯材料的電暈點火器相比，中心電極24的這種特征與絕緣體26和中心電極24的幾何結構共同作用降低了電暈點火器20的點火端處的工作溫度。
[0028]在一個實施例中，中心電極24從一電極終端34延伸至一電極點火端36，且中心電極24的型芯材料30設置在電極終端34處。在另一個實施例中，中心電極24具有一從電極終端34延伸至電極點火端36的電極長度Ie，型芯材料30具有一在電極終端34和電極點火端36之間縱向延伸的型芯長度1。，型芯材料30的型芯長度I。等于中心電極24的電極長度Ie的至少90%，且型芯材料30的型芯長度I。的至少97%被絕緣體26圍繞。在又另一個實施例中，中心電極24具有一由覆層厚度(td)和型芯直徑(D。)提供的增大的直徑，其中，覆層厚度(tcl)等于絕緣體厚度(\ )的至少5%，型芯直徑(Dc)等于絕緣體厚度(\ )的至少30%。與現(xiàn)有技術的電暈點火器的溫度相比，各實施例均降低了電暈點火器20的點火端處的溫度。
[0029]雖然現(xiàn)有技術提供了包括圍繞中心電極的絕緣體的火花塞，其中，中心電極包括鎳覆層和銅型芯，但這種與火花塞有關的現(xiàn)有技術所給出的絕緣體和中心電極的幾何結構的啟示并不適用于電暈點火系統(tǒng)中，且并不能實現(xiàn)本發(fā)明的降低工作溫度的目的。當現(xiàn)有技術的火花塞的絕緣體和中心電極使用在電暈點火系統(tǒng)中時會導致相當大的寄生電容。另夕卜，用于現(xiàn)有技術的電暈點火器的絕緣體常常需要具有小直徑的中心電極，這就阻礙了型芯材料的使用。
[0030]本發(fā)明的電暈點火器20通常用于汽車或工業(yè)機械的內燃機。如圖1所示，電暈點火器20通常設置在一氣缸體中，該氣缸體具有一繞氣缸中心軸周向延伸并圍成圓柱形空間的側壁。氣缸體的側壁具有圍繞頂部開口的頂端，一氣缸蓋設置在該頂端并延伸跨過頂端開口。一活塞設置在圓柱形空間內并沿氣缸體的側壁設置，以用于在內燃機的工作過程中沿側壁滑動。該活塞與氣缸蓋間隔開，從而在氣缸體、氣缸蓋以及活塞之間形成燃燒室。該燃燒室容納由電暈點火器20點燃的可燃的燃料-空氣混合物。該氣缸蓋包括一容置電暈點火器20的進入孔，且該電暈點火器20垂直延伸進入燃燒室。電暈點火器20從電源(未示出)接收一高射頻電壓并發(fā)射射頻電場，以電離部分燃料-空氣混合物并形成電暈放電22。電暈放電點火系統(tǒng)的點火動作包括工作在大約I兆赫下的多次放電。
[0031]電暈點火器20的中心電極24具有一從電極終端34沿中心軸縱向延伸至電極點火端36的電極長度Ie。該電極終端34在一高射頻交流電壓下(通常在高達40，000伏特的電壓、小于I安培的電流以及0.5-5.0兆赫的頻率下)接收能量。
[0032]中心電極24的型芯材料30通常為銅或銅合金，但可以包括任何導熱系數(shù)大于覆層材料32的材料。同樣地，雖然覆層材料32通常為鎳或鎳合金，但覆層材料32可以包括任何導熱系數(shù)小于型芯材料30的材料。覆層材料32優(yōu)選地還具有高于型芯材料30的高導電率和耐蝕性。中心電極24的材料30、32還應該具有小于1，200η Ω.πι的電阻系數(shù)。
[0033]電暈點火器20的覆層材料32具有一面向絕緣體內表面40的覆層外表面38以及一面向型芯材料30的覆層內表面42。覆層外表面38和覆層內表面42之間形成一覆層厚度tel。型芯材料30具有面向覆層內表面42的型芯外表面44，該型芯外表面44具有型芯直徑D。。型芯材料30還具有在電極終端34與電極點火端36之間縱向延伸的型芯長度I。。
[0034]如圖1所示，在一個實施例中，型芯材料30在電極終端34自覆層材料32向外延伸。型芯材料30還通過覆層材料32與電極點火端36縱向間隔約2mm。在這個實施例中，型芯長度I。約等于電極長度Ie的90%，且整個型芯長度I。被絕緣體26圍繞。
[0035]在圖2的實施例中，中心電極24包括頂部46和底部48。中心電極24的電極長度Ie的至少40%形成了頂部46，且中心電極24的電極長度Ie的至少40%形成了底部48。在這個情況下，頂部46從電極終端34延伸至底部48，且底部48從頂部46延伸至電極點火端36。底部48包括被覆層材料32圍繞的型芯材料30，且頂部46完全由型芯材料30組成。這兩個部分46、48可以通過任何能提供合適熱接觸和電接觸以及機械穩(wěn)定性的方法連接。典型的方法包括共擠壓、熔焊、硬釬焊、軟釬焊以及壓接。
[0036]如圖3所示，在又另一個實施例中，中心電極24包括一由圍繞型芯材料30或填充有型芯材料30的覆層材料32制成的管子。這個實施例的中心電極24還可以包括一位于電極終端34的頭部。在一個實施例中，該頭部封閉(closes off)管子的型芯材料30并且通過鐓鍛、模鍛或另外的工藝制成。型芯材料30還可以通過覆層材料32與電極終端34間隔開，并因此可以與燃燒環(huán)境封離。在這個實施例中，覆層直徑Dcd朝著電極點火端36減小。用于將型芯材料30與電極點火端36封離的方法可以有多種，例如模鍛、壓接、硬釬焊、軟釬焊、熔焊或使用另一個部件封蓋。
[0037]如圖1-3所示，中心電極24通常包括一圍繞并鄰近電極點火端36的點火尖端49,其用于發(fā)射射頻電場以電離燃燒室中的部分燃料-空氣混合物并在燃燒室中提供電暈放電22。該點火尖端49由在高溫下具有非凡的熱性能的導電材料(例如包括選自元素周期表的族4-12中至少一種元素的材料)制成。該點火尖端49可以包括多個尖頭，因此點火尖端49的直徑大于中心電極24的直徑。在這個實施例中，點火尖端49可以被稱為星形件。
[0038]電暈點火器20的中心電極24被絕緣體26圍繞。絕緣體26從一絕緣體上端50縱向延伸至一絕緣體管口端52。部分絕緣體26環(huán)繞中心電極24設置并沿中心電極24縱向設置。絕緣體管口端52通常鄰近點火尖端49設置或者與點火尖端49稍微間隔開。
[0039]絕緣體26由電絕緣材料制成，通常由包括氧化鋁的陶瓷材料制成。絕緣體26的導電率小于中心電極24和殼體28的導電率。在一個實施例中，絕緣體26的介電強度為14-25kV/mm。絕緣體26還具有能夠保持電荷的相對介電常數(shù)，通常其相對介電常數(shù)為6-12。在一個實施例中，絕緣體26的熱膨脹系數(shù)(CTE)在2x10_7°C -10xl0_6/°C之間。
[0040]絕緣體26包括一絕緣體內表面40,該絕緣體內表面40面向中心電極24并從絕緣體上端50沿電極中心軸縱向延伸至絕緣體管口端52。如圖1-3所示,該絕緣體內表面40圍成一容置中心電極24的絕緣體孔，并可以包括一用于支撐中心電極24的頭部的電極座。電暈點火器20可以包括位于絕緣體26與中心電極24之間或位于絕緣體26與殼體28之間的空氣間隙。這些間隙可以填充有導熱材料(例如金屬或含有陶瓷的環(huán)氧樹脂)，以減少能量損耗。
[0041]電暈點火器20的絕緣體26包括背對絕緣體內表面40的絕緣體外表面54。該絕緣體26還在絕緣體內表面40與絕緣體外表面54之間形成絕緣體厚度。絕緣體外表面54向外面向殼體28并背離中心電極24。在一個實施例中，絕緣體26設計為牢固地安裝在殼體28中。
[0042]如圖1-3所示,絕緣體26包括從殼體28向外延伸至絕緣體上端50的絕緣體第一區(qū)域56。該絕緣體26還包括從絕緣體第一區(qū)域56向絕緣體管口端52延伸的絕緣體中間區(qū)域60，以及從絕緣體中間區(qū)域60向絕緣體管口端52延伸的絕緣體第二區(qū)域62。絕緣體中間區(qū)域60的絕緣體外直徑Dil大于絕緣體第一區(qū)域56的絕緣體外直徑Dil,并大于絕緣體第二區(qū)域62的絕緣體外直徑Dil。在一個實施例中，鄰近中心電極24的絕緣體第二區(qū)域62的絕緣體外直徑Dil為7.0mm-12.5mm。
[0043]絕緣體26還包括一位于絕緣體第一區(qū)域56與絕緣體中間區(qū)域60之間的絕緣體上肩部64，以及一位于絕緣體中間區(qū)域60與絕緣體第二區(qū)域62之間的絕緣體下肩部66。該絕緣體上肩部64從絕緣體第一區(qū)域56徑向向外延伸至絕緣體中間區(qū)域60,且絕緣體下肩部66從絕緣體中間區(qū)域60徑向向內延伸至絕緣體第二區(qū)域62。電暈點火器20通常包括一對設置在絕緣體26與殼體28之間的墊圈68，其中，墊圈68中的一個沿絕緣體上肩部64設置，且另一個沿絕緣體下肩部66設置。絕緣體的幾何結構以及墊圈68的布置使得絕緣體26的絕緣體厚度ti足以大至能提供非凡的機械強度和電氣強度并使電暈點火器20產(chǎn)生的寄生電容減少。絕緣體的幾何結構以及墊圈68的布置還使得相較于現(xiàn)有技術的中心電極而言，直徑增大的中心電極24能設置在絕緣體孔中。
[0044]絕緣體26還包括一從絕緣體第二區(qū)域62延伸至絕緣體管口端52的絕緣體管口區(qū)域69。絕緣體管口區(qū)域69的絕緣體外直徑Dil從絕緣體第二區(qū)域62逐漸減小至絕緣體管口端52。絕緣體管口端52處的絕緣體外直徑Dil通常小于點火尖端49的直徑。
[0045]電暈點火器20還包括一由導電材料制成的容置在絕緣體孔中的端子71。該端子71包括電連接至端線(未示出)的第一終端，該端線電連接至電源(未示出)。該端子71還包括與中心電極24電通信的第二終端。因此，端子71從電源接收高射頻電壓，并將該高射頻電壓傳輸至中心電極24。一由導電材料制成的導電密封層73設置在端子71與中心電極24之間，并與端子71與中心電極24電連接，從而使得能量從端子71傳輸至中心電極24。
[0046]電暈點火器20的殼體28環(huán)繞絕緣體26設置。殼體28由導電金屬材料(例如鋼)制成。在一個實施例中，殼體28具有小于1，200η Ω.πι的低電阻系數(shù)。如圖1所示，殼體28從殼體上端58沿絕緣體26縱向延伸至殼體下端70。殼體28包括一殼體內表面72，該殼體內表面72面向絕緣體外表面54并從絕緣體第一區(qū)域56沿絕緣體上肩部64、絕緣體中間區(qū)域60、絕緣體下肩部66以及絕緣體第二區(qū)域62縱向延伸至鄰近絕緣體管口區(qū)域69的殼體下端70。殼體內表面72圍成一容置絕緣體26的殼體孔。該殼體內表面72還具有一延伸跨過殼體孔的殼體直徑Ds。該殼體直徑Ds大于絕緣體管口區(qū)域69和絕緣體第二區(qū)域62的絕緣體外直徑Dil。因此，絕緣體26可以插入殼體孔中，且至少部分絕緣體管口區(qū)域69自殼體下端70向外伸出。殼體28圍繞絕緣體下肩部66、絕緣體中間區(qū)域60以及絕緣體上肩部64。殼體上端58通常圍繞絕緣體上肩部64上的墊圈68夾緊，以將殼體28固定在相對于絕緣體26的適當?shù)奈恢谩?br>
[0047]與現(xiàn)有技術的電暈點火器相比，電暈點火器20可以包括多種不同的使工作溫度降低的幾何結構。圖1-3示出了多個優(yōu)選的幾何結構的示例。當中心電極24的型芯材料30沿大部分中心電極24延伸時，也可以使工作溫度降低。型芯材料30的型芯長度I。通常等于中心電極24的電極長度Ie的至少90%。進一步地，型芯長度I。的至少97%被絕緣體26徑向圍繞。當中心電極24具有增大的直徑時，例如當覆層厚度等于絕緣體厚度\的至少5%或至少13%且型芯直徑D。等于絕緣體厚度\的至少30%時，也可以使工作溫度降低。在另一個實施例中，型芯直徑D。等于絕緣體厚度\的至少65%或至少68%。
[0048]當型芯直徑D。等于覆層直徑Del的至少65%時，同樣可以實現(xiàn)非凡的熱傳遞和降溫。中心電極24還優(yōu)選地這樣設計，即電極長度Ie的至少80%設置在絕緣體下肩部66和絕緣體管口端52之間。包括電極終端34的小部分中心電極24可以自絕緣體管口端52向外設置。優(yōu)選地，小于5%的電極長度Ie自絕緣體管口端52向外設置。
[0049]與現(xiàn)有技術相比，絕緣體厚度\還有助于降低點火端處的溫度，并使電暈點火器20產(chǎn)生的寄生電容減少。絕緣體厚度\通常等于殼體直徑Ds的至少20%。在一個實施例中，絕緣體厚度t為2.5mm-3.4mm0該增大的絕緣體厚度\部分通過將墊圈68設置在鄰近絕緣體中間區(qū)域60的絕緣體肩部64、66上來實現(xiàn),該絕緣體中間區(qū)域60具有增大的絕緣體外直徑Diltl在一個優(yōu)選的實施例中，殼體直徑Ds為11.75mm-12.25mm,絕緣體厚度\為2.75mm-3.0Omm,覆層厚度 tcl 為 0.25mm-0.35mm,型芯直徑 Dc 為 1.4mm-1.7mm。在另一個優(yōu)選的實施例中，鄰近中心電極24的絕緣體外直徑Dil為7.0mm-12.5mm，鄰近中心電極24的絕緣體內直徑Di2為2.19mm-2.25mm,沿絕緣體26的覆層直徑Del為2.14mm-2.18mm。
[0050]圖4示出了現(xiàn)有技術的電暈點火器，圖5A為圖4的電暈點火器的有限元分析(FEA)0圖5B提供了現(xiàn)有技術的電暈點火器的另一個FEA，圖5C提供了本發(fā)明的電暈點火器的FEA。這些點火器均在相同的工作條件下進行測試，從而可以比較由點火器提供的溫度控制。
[0051]圖5A的現(xiàn)有技術的電暈點火器的中心電極完全由鎳合金組成，且其直徑小于本發(fā)明的電暈點火器的直徑。該FEA分析表明該點火器的點火端處的工作溫度接近950°C，而這對于點火性能而言是不理想的。隨著時間的流逝，這樣的高溫會導致耐久性差以及發(fā)動機損壞。
[0052]除了具有更大的中心電極(類似于用于火花塞的中心電極)以外，圖5B是與圖4的電暈點火器相似的現(xiàn)有技術電暈點火器的FEA分析。在這種情況下，中心電極的溫度低于圖5A的中心電極，但電極點火端處和絕緣體管口端處的溫度仍然超過900°C。
[0053]圖5C是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電暈點火器20的FEA分析，其中，中心電極24包括被覆層材料32 (特別是鎳合金)圍繞的型芯材料30 (特別是銅)。在這個實施例中，型芯材料30設置在電極終端34處，型芯長度I。等于電極長度Ie的90%，型芯長度I。的至少97%被絕緣體26圍繞，與圖5A的電極直徑相比，中心電極24的電極直徑增大。該FEA分析表明電極點火端36和絕緣體管口端52處的溫度明顯低于現(xiàn)有技術的溫度。本發(fā)明的電暈點火器20的絕緣體管口端52處的溫度最高約為870.25°C，然而，現(xiàn)有技術點火器的絕緣體管口端處的溫度最高為947.2°C和907.59°C。本發(fā)明的電暈點火器20的電極點火端36處的溫度最高約為700°C，然后現(xiàn)有技術的點火器的電極點火端處的溫度最高為947.2°C和907.59O。
[0054]圖6為根據(jù)跟發(fā)明的一個實施例的電暈點火器20的剖視圖，其中，中心電極24的型芯材料30設置在電極終端34。在這個實施例中，型芯材料30為銅，覆層材料32為鎳。所述型芯材料30的型芯長度I。等于中心電極24的電極長度Ie的至少90%，且型芯材料30的型芯長度I。的至少97%被絕緣體26圍繞。同樣在這個實施例中，頂部46完全由型芯材料30組成，中心電極24的頭部完全由型芯材料30組成。中心電極24的底部48包括被覆層材料32圍繞的型芯材料30。圖6A-6E分別包括圖6的電暈點火器20的一部分的有限元分析(FEA)。
[0055]圖7為比較用的電暈點火器的剖視圖，其中，型芯材料為銅，覆層材料為鎳，但型芯材料僅存在于中心電極的底部，且頂部完全由覆層材料組成。圖7A-7E分別包括圖7的電暈點火器20的一部分的有限元分析(FEA)。
[0056]圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電暈點火器20的剖視圖，其中，型芯材料30被覆層材料32圍繞，型芯材料30的型芯長度I。等于中心電極24的電極長度Ie的至少90%，且型芯材料30的型芯長度I。的至少97%被絕緣體26圍繞。在這個實施例中，型芯材料30為銅，覆層材料32為鎳。同樣在這個實施例中，中心電極24的型芯材料30設置在電極終端34。圖8A-8E分別包括圖8的電暈點火器20的一部分的有限元分析(FEA)。
[0057]圖9為圖6-8的FEA測試結果的曲線圖。該測試結果表明，相對于圖7的比較用電暈點火器，圖6和8的電暈點火器20在電極點火端36、絕緣體管口端52、點火尖端49處以及沿著型芯材料30和覆層材料32的工作溫度較低。在圖9中，“CE”表示中心電極。
[0058]顯然，根據(jù)上述教導，本發(fā)明的各種修改和變化都是可能的，并且在所附權利要求范圍內，本發(fā)明還可以通過除了具體描述以外的方式實現(xiàn)。另外，權利要求中的附圖標記僅為方便起見，而不能理解為任何形式的限定。
【權利要求】
1.一種電暈點火器(20)，其用于提供電暈放電(22)，其特征在于，該電暈點火器(20)包括: 一中心電極(24)，其從一電極終端(34)縱向延伸至一電極點火端(36)； 所述中心電極(24)包括一被覆層材料(32)圍繞的型芯材料(30)，其中，所述中心電極(24)的每種所述材料(30、32)分別具有一導熱系數(shù)，且所述型芯材料(30)的所述導熱系數(shù)大于所述覆層材料(32)的所述導熱系數(shù)； 一由電絕緣材料制成的絕緣體(26)，其圍繞所述中心電極(24)設置； 一由導電材料制成的殼體(28 )，其圍繞所述絕緣體(26 )設置；以及 其中，所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)設置在所述電極終端(34)處。
2.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)具有一從所述電極終端(34)縱向延伸至所述電極點火端(36)的電極長度(Ie)； 所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一在所述電極終端(34)和所述電極點火端(36)之間縱向延伸的型芯長度(I。)；以及 所述型芯材料(30)的所述型芯長度(I。)等于所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少90%。
3.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述型芯材料(30)通過所述覆層材料(32)與所述電極終端(34)間隔開。
4.根據(jù)權利要求1所述`的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)具有一從所述電極終端(34)縱向延伸至所述電極點火端(36)的電極長度(Ie)； 所述型芯材料(30)具有一在所述電極終端(34)和所述電極點火端(36)之間縱向延伸的型芯長度(I。)； 所述型芯材料(30)的所述型芯長度(I。)等于所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少90% ；以及 所述型芯材料(30)的所述型芯長度(I。)的至少97%被所述絕緣體(26)圍繞。
5.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體(26)具有一面向所述殼體(28)的絕緣體外表面(54)以及一面向所述中心電極(24)的絕緣體內表面(40)，所述絕緣體外表面(54)與所述絕緣體內表面(40)之間形成一絕緣體厚度Ui)； 所述中心電極(24)的所述覆層材料(32)具有一面向所述絕緣體內表面(40)的覆層外表面(38 )以及一面向所述型芯材料(30 )的覆層內表面(42 )，所述覆層外表面(38 )與所述覆層內表面(42)之間形成一覆層厚度(td)； 所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一面向所述覆層內表面(42)的型芯外表面(44)，所述型芯外表面(44)具有一型芯直徑(D。)；以及 所述覆層厚度(td)等于所述絕緣體厚度Ui)的至少5%，所述型芯直徑(D。)等于所述絕緣體厚度Ui)的至少30%。
6.根據(jù)權利要求5所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述殼體(28)具有一面向所述絕緣體(26)的殼體內表面(72)，所述殼體內表面(72)具有一殼體直徑(Ds);以及 所述絕緣體厚度Ui)等于所述殼體直徑(Ds)的至少20%。
7.根據(jù)權利要求5所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體厚度Ui)為·2.5mm-3.4mm,所述覆層厚度(tcl)為0.25mm-0.35mm,且所述型芯直徑(Dc)為1.4-1.7mm。
8.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)的所述覆層材料(32 )具有一面向所述絕緣體(26 )的覆層外表面(38 )，所述覆層外表面(38 )具有一覆層直徑(Dcd)； 所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一面向所述覆層內表面(42)的型芯外表面(44)，所述型芯外表面(44)具有一型芯直徑(D。)；以及所述型芯直徑(D。)等于所述覆層直徑(Dcd)的至少65%。
9.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)具有一從所述電極終端(34)延伸至所述電極點火端(36)的電極長度(Ie)； 所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少40%形成一頂部(46)，且所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少40%形成一底部(48)； 所述頂部(46)從所述電極終端(34)延伸至所述底部(48)； 所述底部(48)包括被所述覆層材料(32)圍繞的所述型芯材料(30);以及 所述頂部(46)完全由所述型芯材料(30)構成。
10.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)包括一由所述覆層材料(32)制成并填充有所述型芯材料(30)的管子。
11.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述殼體(28)從一殼體上端(58)縱向延伸至一殼體下端(70)； 所述絕緣體(26)具有一絕緣體外表面(54),所述絕緣體外表面(54)具有一絕緣體外直徑(Dil),并從一絕緣體上端(50)縱向延伸至一絕緣體管口端(52)； 所述絕緣體(26 )包括一從所述殼`體上端(58 )向外延伸至所述絕緣體上端(50 )的絕緣體第一區(qū)域(56)； 所述絕緣體(26)包括一從所述絕緣體第一區(qū)域(56)向所述絕緣體管口端(52)延伸的絕緣體中間區(qū)域(60)； 所述絕緣體(26)包括一從所述絕緣體中間區(qū)域(60)向所述絕緣體管口端(52)延伸的絕緣體第二區(qū)域(62)； 所述絕緣體中間區(qū)域(60)的所述絕緣體外直徑(Dil)大于所述絕緣體第一區(qū)域(56)和所述絕緣體第二區(qū)域(62)的所述絕緣體外直徑(Dil)； 所述絕緣體(26 )包括一位于所述絕緣體第一區(qū)域(56 )和所述絕緣體中間區(qū)域(60 )之間的絕緣體上肩部(64)； 所述絕緣體(26 )包括一位于所述絕緣體中間區(qū)域(60 )和所述絕緣體第二區(qū)域(62 )之間的絕緣體下肩部(66)； 所述殼體(28)圍繞所述絕緣體下肩部(66)、所述絕緣體中間區(qū)域(60)以及所述絕緣體上肩部(64)，以使所述殼體(28)固定至所述絕緣體(26)； 所述中心電極(24)具有一從所述電極終端(34)延伸至所述電極點火端(36)的電極長度(U;以及 所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少80%設置在所述絕緣體下肩部(66)和所述絕緣體管口端(52 )之間。
12.根據(jù)權利要求11所述的電暈點火器(20)，其特征在于，該電暈點火器(20)包括一對設置在所述絕緣體(26)和所述殼體(28)之間的墊圈(68)，其中，所述墊圈(68)中的一個沿所述絕緣體上肩部(64)設置，且所述墊圈(68)中的另一個沿所述絕緣體下肩部(66)設置。
13.根據(jù)權利要求1所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述型芯材料(30)由銅或銅合金組成，所述覆層材料(32)由鎳或鎳合金組成。
14.一種電暈點火器(20)，其用于提供電暈放電(22)，其特征在于，該電暈點火器(20)包括:一中心電極(24)，其具有一從電極終端(34)縱向延伸至電極點火端(36)的電極長度(Ie); 所述中心電極(24)包括一被覆層材料(32)圍繞的型芯材料(30)，其中，所述中心電極(24 )的每種所述材料(30、32 )分別具有一導熱系數(shù)，且所述型芯材料(30 )的所述導熱系數(shù)大于所述覆層材料(32)的所述導熱系數(shù)； 所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一在所述電極終端(34)與所述電極點火端(36)之間縱向延伸的型芯長度(I。)； 一由電絕緣材料制成的絕緣體(26)，其圍繞所述中心電極(24)設置，并從一絕緣體上端(50)縱向延伸至一絕緣體管口端(52)； 一由導電材料制成的殼體(28)，其圍繞所述絕緣體(26)設置；以及其中，所述型芯材料(30)的所述型芯長度(I。)等于所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少90%，且所述型芯材料(30)的所述型芯長度(I。)的至少97%被所述絕緣體(26)圍繞。
15.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述型芯材料(30)通過所述覆層材料(32)與所述電極終端(34)間隔開。
16.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體(26)具有一面向所述殼體(28)的絕緣體外表面(54)以及一面向所述中心電極(24)的絕緣體內表面(40),所述絕緣體外表面(54)與所述絕緣體內表面(40)之間形成一絕緣體厚度Ui)； 所述中心電極(24)的所述覆層材料(32)具有一面向所述絕緣體內表面(40)的覆層外表面(38 )以及一面向所述型芯材料(30 )的覆層內表面(42 )，所述覆層外表面(38 )與所述覆層內表面(42)之間形成一覆層厚度(td)； 所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一面向所述覆層內表面(42)的型芯外表面(44)，所述型芯外表面(44)具有一型芯直徑(D。)；以及 所述覆層厚度(td)等于所述絕緣體厚度Ui)的至少5%，所述型芯直徑(D。)等于所述絕緣體厚度Ui)的至少30%。
17.根據(jù)權利要求16所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述殼體(28)具有一面向所述絕緣體(26)的殼體內表面(72)，所述殼體內表面(72)具有一殼體直徑(Ds);以及 所述絕緣體厚度Ui)等于所述殼體直徑(Ds)的至少20%。
18.根據(jù)權利要求16所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體厚度Ui)為2.5mm-3.4mm,所述覆層厚度(tcl)為 0.25mm-0.35mm,且所述型芯直徑(Dc)為 1.4mm-1.7mm。
19.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)的所述覆層材料(32 )具有一面向所述絕緣體(26 )的覆層外表面(38 )，所述覆層外表面(38 )具有一覆層直徑(Dd)；所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一面向所述覆層內表面(42)的型芯外表面(44)，所述型芯外表面(44)具有一型芯直徑(D。)；以及所述型芯直徑(D。)等于所述覆層直徑(Dcd)的至少65%。
20.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)的所述電極終端(34)自所述絕緣體管口端(52)向外設置。
21.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少40%形成一頂部(46)，且所述電極長度(Ie)的至少40%形成一底部(48)； 所述頂部(46)從所述電極終端(34)延伸至所述底部(48)； 所述底部(48)包括被所述覆層材料(32)圍繞的所述型芯材料(30);以及 所述頂部(46)完全由所述型芯材料(30)構成。
22.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)包括一由所述覆層材料(32)制成并填充有所述型芯材料(30)的管子。
23.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述殼體(28)從一殼體上端(58)縱向延伸至一殼體下端(70)； 所述絕緣體(26)具有一絕緣體外表面(54),所述絕緣體外表面(54)具有一絕緣體外直徑(Dil),并從一絕緣體上端(50)縱向延伸至一絕緣體管口端(52)； 所述絕緣體(26 )包括一從所述殼體上端(58 )向外延伸至所述絕緣體上端(50 )的絕緣體第一區(qū)域(56)；` 所述絕緣體(26)包括一從所述絕緣體第一區(qū)域(56)向所述絕緣體管口端(52)延伸的絕緣體中間區(qū)域(60)； 所述絕緣體(26)包括一從所述絕緣體中間區(qū)域(60)向所述絕緣體管口端(52)延伸的絕緣體第二區(qū)域(62)； 所述絕緣體中間區(qū)域(60)的所述絕緣體外直徑(Dil)大于所述絕緣體第一區(qū)域(56)的所述絕緣體外直徑(Dil)和所述絕緣體第二區(qū)域(62)的所述絕緣體外直徑(Dil)； 所述絕緣體(26 )包括一位于所述絕緣體第一區(qū)域(56 )和所述絕緣體中間區(qū)域(60 )之間的絕緣體上肩部(64)； 所述絕緣體(26 )包括一位于所述絕緣體中間區(qū)域(60 )和所述絕緣體第二區(qū)域(62 )之間的絕緣體下肩部(66)； 所述殼體(28)圍繞所述絕緣體下肩部(66)、所述絕緣體中間區(qū)域(60)以及所述絕緣體上肩部(64)，以使所述殼體(28)固定至所述絕緣體(26);以及 所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少80%設置在所述絕緣體下肩部(66)和所述絕緣體管口端(52 )之間。
24.根據(jù)權利要求23所述的電暈點火器(20)，其特征在于，該電暈點火器(20)包括一對設置在所述絕緣體(26)和所述殼體(28)之間的墊圈(68)，其中，所述墊圈(68)中的一個沿所述絕緣體上肩部(64)設置，且所述墊圈(68)中的另一個沿所述絕緣體下肩部(66)設置。
25.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述型芯材料(30)由銅或銅合金組成，所述覆層材料(32)由鎳或鎳合金組成。
26.根據(jù)權利要求14所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)的所述型芯材料(30 )設置在所述電極終端(34 )處。
27.—種電暈點火器(20 )，其用于提供電暈放電(22 )，其特征在于，該電暈點火器(20 )包括: 一中心電極(24)，其從一電極終端(34)縱向延伸至一電極點火端(36)； 所述中心電極(24)包括一被覆層材料(32)圍繞的型芯材料(30)，其中，所述中心電極(24)的每種所述材料(30、32)分別具有一導熱系數(shù)，且所述型芯材料(30)的所述導熱系數(shù)大于所述覆層材料(32)的所述導熱系數(shù)； 一由電絕緣材料制成的絕緣體(26)，其圍繞所述中心電極(24)設置； 一由導電材料制成的殼體(28 )，其圍繞所述絕緣體(26 )設置； 所述絕緣體(26)具有一面向所述殼體(28)的絕緣體外表面(54)以及一面向所述中心電極(24)的絕緣體內表面(40)，所述絕緣體外表面(54)與所述絕緣體內表面(40)之間形成一絕緣體厚度Ui)； 所述中心電極(24)的所述覆層材料(32)具有一面向所述絕緣體內表面(40)的覆層外表面(38 )以及一面向所述型芯材料(30 )的覆層內表面(42 )，所述覆層外表面(38 )與所述覆層內表面(42)之間形成一覆層厚度(td)； 所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一面向所述覆層內表面(42)的型芯外表面(44)，所述型芯外表面(44)具有一型芯直徑(D。)；以及 所述覆層厚度(td)等于所述絕緣體厚度Ui)的至少5%，所述型芯直徑(D。)等于所述絕緣體厚度Ui)的至少30%。
28.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述殼體(28)具有一面向所述絕緣體(26)的殼體內表面(72)，所述殼體內表面(72)具有一殼體直徑(Ds);以及 所述絕緣體厚度Ui)等于所述殼體直徑(Ds)的至少20%。
29.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述絕緣體厚度Ui)為2.5mm-3.4mm,所述覆層厚度(tcl)為 0.25mm-0.35mm,且所述型芯直徑(Dc)為 1.4mm-1.7mm。
30.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)的所述覆層材料(32)具有一面向所述絕緣體內表面(40)的覆層外表面(38)，并具有一覆層直徑(Dd);以及 鄰近所述中心電極(24)的所述絕緣體外直徑(Dil)為7.0mm-12.5mm,所述覆層直徑(Dcl)為 2.0mm-2.8mm。
31.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)的所述覆層材料(32 )具有一面向所述絕緣體(26 )的覆層外表面(38 )，所述覆層外表面(38 )具有一覆層直徑(Dcd)； 所述中心電極(24)的所述型芯材料(30)具有一面向所述覆層的型芯外表面(44)，所述型芯外表面(44)具有一型芯直徑(D。)；以及 所述型芯直徑(D。)等于所述覆層直徑(Dcd)的至少65%。
32.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)具有一從所述電極終端(34)延伸至所述電極點火端(36)的電極長度(Ie)； 所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少40%形成一頂部(46)，且所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少40%形成一底部(48)； 所述頂部(46 )從所述電極終端(34 )延伸至所述底部(48 )，所述底部(48 )包括被所述覆層材料(32)圍繞的所述型芯材料(30);以及所述頂部(46)完全由所述型芯材料(30)構成。
33.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述中心電極(24)包括一由圍繞所述型芯材料(30)的所述覆層材料(32)制成的管子。
34.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述殼體(28)從一殼體上端(58)縱向延伸至一殼體下端(70)； 所述絕緣體外表面(54)具有一絕緣體外直徑(Dil),并從一絕緣體上端(50)縱向延伸至一絕緣體管口端(52)； 所述絕緣體(26 )包括一從所述殼體上端(58 )向外延伸至所述絕緣體上端(50 )的絕緣體第一區(qū)域(56)； 所述絕緣體(26)包括一從所述絕緣體第一區(qū)域(56)向所述絕緣體管口端(52)延伸的絕緣體中間區(qū)域(60)； 所述絕緣體(26)包括一從所述絕緣體中間區(qū)域(60)向所述絕緣體管口端(52)延伸的絕緣體第二區(qū)域(62)； 所述絕緣體中間區(qū)域(60)的所述絕緣體外直徑(Dil)大于所述絕緣體第一區(qū)域(56)和所述絕緣體第二區(qū)域(62)的所述絕緣體外直徑(Dil)； 所述絕緣體(26 )包括一位于所述絕緣體第一區(qū)域(56 )和所述絕緣體中間區(qū)域(60 )之間的絕緣體上肩部(64)； 所述絕緣體(26 )包括一位于所述絕緣體中間區(qū)域(60 )和所述絕緣體第二區(qū)域(62 )之間的絕緣體下肩部(66)； 所述殼體(28)圍繞所述絕緣體下肩部(66)、所述絕緣體中間區(qū)域(60)以及所述絕緣體上肩部(64)，以使所述殼體(28)固定至所述絕緣體(26)； 所述中心電極(24)具有一從所述電極終端(34)延伸至所述電極點火端(36)的電極長度(U;以及 所述中心電極(24)的所述電極長度(Ie)的至少80%設置在所述絕緣體下肩部(66)和所述絕緣體管口端(52 )之間。
35.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，該電暈點火器(20)包括一對設置在所述絕緣體(26)和所述殼體(28)之間的墊圈(68)，其中，所述墊圈(68)中的一個沿所述絕緣體上肩部(64)設置，且所述墊圈(68)中的另一個沿所述絕緣體下肩部(66)設置。
36.根據(jù)權利要求27所述的電暈點火器(20)，其特征在于，所述型芯材料(30)由銅或銅合金組成，所述覆層材料(32)由鎳或鎳合金組成。
【文檔編號】H01T13/50GK103828149SQ201280047448
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年8月20日 優(yōu)先權日:2011年8月19日
【發(fā)明者】約翰·安東尼·布倫斯, 詹姆斯·D·呂科瓦斯基 申請人:費德羅-莫格爾點火公司