專利名稱：包括電暈增強電極端的點火器的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及一種用于接收來自電源的電壓并且發射電場以電離和點燃內燃機的燃料和空氣的混合物的電暈放電點火器及其制造方法。
背景技術：
電暈放電空氣/燃料點火系統的點火器包括容置在絕緣體中并且自電極終端縱向延伸至電極點火端的電極。電極終端接收來自電源的電壓且點火端發射電場，以電離和點燃燃燒室中的燃料和空氣的混合物。如現有技術的圖2所示，電極通常包括位于點火端的用于發射電場的電暈增強端。該電場包括至少一個電子流，且通常包括形成電暈的多個電子流。電暈點火器不包括任何緊鄰電暈增強端的接地電極。當然，空氣和燃料的混合物沿著電暈增強端產生的強電場的整體長度點燃。電暈增強端通常由包括鎳的基極材料制成。如圖2-2B所示，電暈增強端通常包括分別從平臺延伸至遠端的多個分支。電暈增強端包括呈現半徑徑向結構(例如球面半徑)的暴露的外表面，該半徑徑向結構沿著各分支的邊緣延伸且位于各分支的遠端。如圖2-2B所示，電暈增強端發射的電場集中在該暴露外表面的最尖的一個或多個點(即最小半徑或球面半徑端)。如圖22所示，球面半徑越小，電暈增強端發射的電場越強。電暈增強端還具有在相對的兩個遠端之間延伸的直徑。如圖23所示，電暈增強端的直徑和電場的強度直接相關。如圖2、2A和2B所示，電暈增強端通常設計為包括位于分支遠端的最小球面半徑，從而使得電場被集中且具有足夠的強度。然而，在電極在內燃機中的使用期間，電暈增強端接收的電壓經過一段時間之后會導致電暈增強端的電蝕。此外，由于燃燒室的極端的溫度、壓力和成分，電暈增強端會被氧化或者被化學腐蝕。如圖3、3A和3B所示，電蝕和化學腐蝕會導致電暈增強端的體積減小。位于遠端的球面半徑增大以及電暈增強端的直徑減小。圖20和21示出了傳統的電暈增強端的球面半徑由于侵蝕和腐蝕隨著時間的推移逐漸增大的方式。因此，從電暈增強端發射的電場強度減小且點火性能降低。進一步地，如圖3所示，經過一段時間之后，遠端的球面半徑可能變得比電暈增強端和絕緣體之間的球面半徑更大，電場將從不適當的點或者不規則的點火位置發射，這被稱為電弧作用，電弧作用在很多情況下是不合需要的。電弧作用和/或不規則的點火位置還會降低空氣-燃料混合物的點火質量。
發明內容
本發明提供一種點火器，該點火器用于接收來自電源的電壓以及發射形成電暈的電場，以電離和點燃內燃機中的燃料和空氣的混合物。點火器包括電極，該電極具有電極點火端并且包括位于電極點火端的電暈增強端。電暈增強端包括設置在一基極元件上的發射元件。該基極元件具有第一體積(volume)且發射元件具有小于第一體積的第二體積。基極元件由具有第一電蝕率和第一腐蝕率的基極材料制成。發射元件由具有小于第一電蝕率的第二電蝕率以及小于第一腐蝕率的第二腐蝕率的體積穩定的材料制成。本發明還提供一種制造點火器的方法，該點火器用于接收來自電源的電壓以及發射形成電暈的電場，以電離和點燃內燃機的燃料和空氣的混合物，該方法包括以下步驟提 供一種由具有第一電蝕率和第一腐蝕率以及第一體積的基極材料制成的基極元件，并且在該基極元件上設置一由體積穩定的材料制成的發射元件，該體積穩定的材料具有小于第一電蝕率的第二電蝕率、小于第一腐蝕率的第二腐蝕率以及小于第一體積的第二體積。電暈增強端的發射元件可以被設計為具有尖點或半徑徑向結構(例如小球面半徑)，用以使點火器在電暈點火系統中的使用期間集中和發射強電場。由于體積穩定的材料具有小于基極材料的電蝕率和腐蝕率，所以經過一段時間之后，發射元件可以保持較小的球面半徑，而基極材料則開始侵蝕和腐蝕成較大的球面半徑。因此，當本發明的點火器和傳統的點火器在內燃機中使用同樣的時間時，本發明的點火器發射的電場比傳統的點火器發射的電場更強。而且，由于發射元件具有更小的侵蝕率和腐蝕率，所以經過一段時間之后，本發明的點火器與傳統的點火器相比可以提供更穩定的電場強度。因此，在點火器的整個使用壽命中，本發明的點火器與傳統的點火器相比可以提供更高質量的點火效果以及更好、更穩定的性能。此外，在相同的電壓下，本發明的點火器發射的電場比傳統點火器發射的電場更強。本發明的點火器在30V下發射的電場強于傳統點火器在50V下發射的電場。因此,相對于傳統的點火器，本發明的點火器效率更高并且可以節省大量的能耗。
通過參考下文的詳細描述會使得本發明得到更好的理解，當結合附圖考慮時，本發明的其它優點將更加容易領會，其中圖I是根據本發明一個方面的點火器的剖視圖；圖2是傳統點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖2A是圖2的點火器的末端的放大圖；圖2B是圖2的點火器的末端的仰視圖；圖3是圖2的傳統點火器在內燃機中使用之后的剖視圖；圖3A是圖3的點火器的末端的放大圖；圖3B是圖3的點火器的末端的仰視圖；圖4是根據本發明第一個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖4A是圖4的電暈增強端沿X軸的放大圖；圖4B是圖4的電暈增強端的仰視圖；圖4C是圖4的電暈增強端沿y軸的放大圖；圖5是圖4的點火器在內燃機中使用之后的剖視圖5A是圖5的電暈增強端沿X軸的放大圖；圖5B是圖5的電暈增強端的仰視圖；圖5C是圖5的電暈增強端沿y軸的放大圖；圖6是根據本發明第二個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖6A是圖6的電暈增強端的放大圖；圖6B是圖6的電暈增強端的仰視圖；
圖7是圖6的點火器的一部分在內燃機中使用之后的剖視圖；圖7A是圖7的電暈增強端沿X軸的放大圖；圖7B是圖7的電暈增強端的仰視圖；圖8是根據本發明第三個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖8A是圖8的電暈增強端的放大圖；圖8B是圖8的電暈增強端的仰視圖；圖9是圖8的點火器在內燃機中使用之后的剖視圖；圖9A是圖9的電暈增強端沿X軸的放大圖；圖9B是圖9的電暈增強端的仰視圖；圖10是根據本發明第四個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖IOA是圖10的電暈增強端的放大圖；圖IOB是圖10的電暈增強端的仰視圖；圖11是圖10的點火器在內燃機中使用之后的剖視圖；圖IlA是圖11的電暈增強端沿X軸的放大圖；圖IlB是圖11的電暈增強端的仰視圖；圖12是根據本發明第五個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖12A是圖12的電暈增強端的放大圖；圖12B是圖12的電暈增強端的仰視圖；圖12C是圖12B的沿線12C剖開的剖面側視圖；圖13是圖12的點火器在內燃機中使用之后的剖視圖；圖13A是圖13的電暈增強端沿X軸的放大圖；圖13B是圖13的電暈增強端的仰視圖；圖13C是圖13B的沿線13C剖開的剖面側視圖；圖14是根據本發明第六個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖14A是圖14的電暈增強端的放大圖；圖14B是圖14的電暈增強端的仰視圖；圖14C是圖14B的沿線14C剖開的剖面側視圖；圖15是圖14的點火器的一部分在內燃機中使用之后的剖視圖15A是圖15的電暈增強端沿x軸的放大圖；圖15B是圖15的電暈增強端的仰視圖；圖15C是圖15B的沿線15C剖開的剖面側視圖；圖15D是圖15的電暈增強端沿y軸剖開的放大圖；圖15E是圖15的電暈增強端沿z軸剖開的放大圖；圖16是根據本發明第七個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；
圖16A是圖16的電暈增強端的放大圖；圖16B是圖16的電暈增強端的仰視圖；圖16C是圖16B的沿線16C剖開的剖面側視圖；圖17是圖16的點火器的一部分在內燃機中使用之后的剖視圖；圖17A是圖17的電暈增強端沿x軸的放大圖；圖17B是圖17的電暈增強端的仰視圖；圖17C是圖17B的沿線17C剖開的剖面側視圖；圖18是根據本發明第八個實施例的包括電暈增強端的點火器的一部分在內燃機中使用之前的剖視圖；圖18A是圖18的電暈增強端的放大圖；圖18B是圖18的電暈增強端的仰視圖；圖18C是圖18B的沿線18C剖開的剖面側視圖；圖19是圖18的點火器的一部分在內燃機中使用之后的剖視圖；圖19A是圖19的電暈增強端沿x軸的放大圖；圖19B是圖19的電暈增強端的仰視圖；圖19C是圖19B的沿線19C剖開的剖面側視圖；圖20示出了由于侵蝕和腐蝕而增大的一個基極元件的多個半徑；圖21示出了由于侵蝕和腐蝕而增大的另一個基極元件的多個半徑；圖22示出了電暈增強端的球面半徑與電暈增強端發射的電暈的電場強度之間的關系曲線圖；以及圖23示出了電暈增強端的直徑與電暈增強端發射的電暈的電場強度之間的關系曲線圖。
具體實施例方式如圖I所示，一種電暈點火系統包括點火器20。點火器20接收來自電源(未示出)的電壓并且發射形成電暈的電場，以電離和點燃燃燒室的燃料和空氣的混合物。如圖I所示，該電場包括至少一個電子流22。燃料和空氣的混合物沿著電場的整個長度點燃。點火器20包括電極24，該電極24具有從電極點火端28縱向延伸至電極終端30的本體部26。電極24的本體部26可以包括主體部分32和芯體34，其中該芯體34具有比主體部分32的導熱系數更大的導熱系數。例如，主體部分32可以由鎳合金制成且芯體34由銅制成。如圖4所示，電極24的本體部26具有通常垂直于電極24的縱向本體部26延伸的電極直徑De。
一絕緣體36環繞本體部26并沿該本體部26從絕緣體管口端38縱向延伸至絕緣體上端40。絕緣體管口端38鄰近電極點火端28。如圖4所示,絕緣體36在絕緣體管口端38處具有通常垂直于電極24的縱向本體部26延伸的絕緣體直徑Di。點火器20通常包括與電極24電連接的端子42和連接導線(未示出)。該連接導線與提供電壓的電源(未示出)電連接。端子42被設置在電極終端30、容置在絕緣體36中，并且從絕緣體上端40向外延伸。端子42接收來自連接導線的電壓并將該電壓傳輸至電極終端30。由金屬材料制成的殼體44環繞絕緣體36并且沿著部分絕緣體36從下殼體端46延伸至上殼體端48,從而使絕緣體管口端38從下殼體端46向外伸出。殼體44包括在兩個殼體端46、48之間向外延伸的外部凸緣50。點火系統可以包括與殼體44連接并且環繞上殼體端48的管子，該管子用于將殼體44保持在點火系統中的預定位置。點火系統還可以包括電暈點火系統中通常存在的其它組件。
如圖4-19所示，點火器20的電極24包括設置在電極24的電極點火端28的電暈增強端52。從電源接收的電壓傳輸至電暈增強端52，該電暈增強端52再發射形成電暈的電場，以電離燃燒室中的燃料和空氣的混合物。電暈增強端52從絕緣體管口端38向外設置。如圖I所示，下殼體端46和電暈增強端52的基極元件54之間的末端距離dtip被最小化，以使絕緣體36在電暈增強端52處發射的電場集中。電暈增強端52具有通常垂直于電極24的縱向本體部26延伸的末端直徑Dt。如圖4所示，該末端直徑Dt大于電極直徑De和絕緣體直徑Di。如圖23所示，末端直徑Dt與電暈增強端52發射的電場強度直接相關。末端直徑Dt越大則提供的電場強度越強。電暈增強端52包括提供半徑徑向結構(例如球面半徑)的外表面，該半徑徑向結構設置在沿著該外表面的多個位置上。特定位置的球面半徑從在該特定位置上的具有半徑的球體獲得。球面半徑為三維(尤其是沿X軸、y軸和z軸)球體的半徑(1'!￡、1^和匕)。圖15Α、1 和15E提供了在電暈增強端52的兩個特定位置的球面半徑的示例。電暈增強端52的位于其最外徑向點56處的球面半徑優選為電暈增強端52的最小球面半徑，并且該最外徑向點56處的球面半徑優選為盡可能小，從而使電場發射被集中在這個點。如圖4、4A、4B和4C所示，電暈增強端52的最外徑向點56是電暈增強端52上的沿徑向方向離電暈增強端52的中心點最遠的一個點。電暈增強端52可以包括一個或多個最外徑向點56，且在至少一個最外徑向點56處具有電暈增強端52的最小球面半徑。例如，如圖4、4A、4B和4C所示，電暈增強端52包括四個離中心點等距的且離中心點最遠的點，這四個點具有小于電暈增強端52的外表面的所有其它球面半徑的球面半徑。如圖4-19所示，電暈增強端52包括基極元件54和發射元件58。基極元件54和發射兀件58各自具有暴露的外表面。發射兀件58和基極兀件54的外表面均具有至少一個球面半徑。優選地，發射元件58的暴露外表面的至少一個球面半徑小于基極元件54的暴露外表面的各個球面半徑，從而使電場從發射元件58發射而不是從基極元件54發射。基極元件54由具有第一電蝕率和第一化學腐蝕率的基極材料制成。基極材料的第一電蝕率和第一腐蝕率可以根據現有技術公知的多種方法測量。基極材料具有熔點、導熱系數以及其它影響第一電蝕率和第一腐蝕率的屬性。在一個實施例中，基極材料具有1，430°C 至 1，570°C 的熔點。基極材料具有延展性，從而使該材料可以被加工和制造成多種形狀。例如，基極材料可以從包括鎳、鎳合金、銅、銅合金、鐵和鐵合金的族中選擇。在一個實施例中，根據測量的標準國際單位，基極材料具有O. 02至O. 06的延展度，優選至少O. 04，并且更加優選至少O. 05。基極元件54還可以包括由與基極材料不同的材料制成的芯體34，該芯體34用于使熱傳遞沿遠離基極材料進行傳遞。芯體34通常具有比基極材料的導熱系數更大的導熱系數。在一個實施例中，基極材料為鎳合金，而芯體34為銅。如圖6、6A和6B所示，基極元件54被制成第一體積并且通常形成為這樣的形狀，即，包括多個從平臺62延伸至遠端64的分支60。然而，如圖10、IOA和IOB所示，基極元件54可以被制成不帶分支60的其它形狀(例如一般的長方體)。如圖6、6A和6B所示，基極元件54具有通常從絕緣體36朝向外的點火表面66以及朝向相反方向的面向絕緣體36的電弧表面68。部分電弧表面68和點火表面66為暴露于燃燒室中的空氣和燃料的混合物的外表面。基極元件54還包括鄰接另一個元件或者幾個其它元件的內表面，因而，該內表面未暴露于燃燒室中的混合物中。基極元件54通常鄰接部分絕緣體36、電極點火端28以及發射元件58。基極元件54的分支60優選從平臺62向外并且成一定角度地延伸至遠端64。分支60優選被成形為相對平臺62、遠離絕緣體36成約15度-約60度的角度。基極元件54通常包括四個彼此等距的分支60，其中各分支60與相對的分支60對稱。可選地，基極元件54可以包括另外數量的分支60，且這些分支60可以成形為平面的、非對稱的、或者相對于平臺62以及相對于彼此成另外的角度。如圖6、6A和6B所不,這些分支60分別包括點火表面66以及朝向相反方向的電弧表面68。發射兀件58通常設置在分支60的點火表面66上或者沿著分支60的點火表面66設置，但是也可以設置在電弧表面68上。如圖12C、13C、14C、15C、16C和17C，分支60的電弧表面68可以特意形成為具有大的球面半徑(優選圓的、凸起的輪廓)，以防止電場的發射脫離電弧表面68，S卩，防止電弧70。如圖4所不,在一個實施例中，基極兀件54的分支60包括使點火表面66和電弧表面68在遠端64處相互連接的過渡表面72。在該實施例中，過渡表面72是平的且發射表面58可以被設置在該過渡表面72上。如圖12所示，在另一個實施例中，分支60呈錐形延伸至遠端64。錐形的分支60比非錐形的分支60有優勢，該優勢包括可以更加有效地自基極材料向外傳遞熱量。與非錐形的分支60相比，錐形的分支60還可以更加有效地使電場向分支60的遠端64集中。在一個實施例中，遠端64提供的球面半徑不大于O. 18毫米，優選不大于O. 13毫米，更加優選不大于O. 08毫米，例如O. 02毫米-O. 08毫米。包括分支60的基極元件54通常由片狀的或盤狀的基極材料制成。在圖4示出的實施例中，基極元件54可以由具有約O. 4-0. 6毫米厚度的片材制成。這片基極材料沖壓成包括四個從平臺62向外延伸至遠端64的分支60的形狀。各分支60被設置為與另一個分支60對稱。各相對分支60的遠端64相互間隔約5毫米。其次，各分支60被彎曲成預設的角度(例如45度角)，從而使各遠端64相互間隔約4. 7毫米。分支60可以通過模壓成型或者本領域公知的其它方法形成45度角。例如，在圖12示出的另一個實施例中，基極元件54由具有約O. 4至O. 6毫米的厚度以及約2. 5至3毫米的半徑的圓盤制成。其次，該圓盤的表面(例如點火表面66)呈錐形延伸至圓盤的邊緣。在一個優選的實施例中，圓盤的邊緣具有不大于O. 08毫米的球面半徑。隨后該錐形圓盤沖壓成包括從平臺62向外延伸至遠端64的分支60的形狀。各分支60被設置為與另一個分支60對稱。各分支60同樣呈錐形延伸至遠端64，并且具有不大于O. 08毫米的球面半徑。然后，各分支60的鄰近遠端64的部分被彎曲成約30-50度的角度，從而使遠端設置在基極元件54的平臺62下方的大約I毫米處。如上所述，一旦提供了基極元件54，電暈增強端52的發射元件58將被設置在基極元件54上。端子42接收的電壓被傳輸至電極24的發射元件58，該發射元件58再發射形成電暈的電場，以電離和點燃燃燒室中的燃料和空氣的混合物。發射元件58由體積穩定的材料制成，該材料具有小于第一電蝕率的第二電蝕率以及小于第一腐蝕率的第二腐蝕率。 發射元件58比基極元件54更加耐電蝕和化學腐蝕，因此，發射元件58不像基極元件54磨損得那樣快。發射元件58的球面半徑優選地小于基極元件54提供的各半徑徑向結構或球面半徑的半徑。最小的球面半徑優選設置在電暈增強端52的最外徑向點56處，該最小球面半徑優選由發射元件58提供。圖15Α、1 和15E示出了發射元件58和基極元件54在三維空間內(沿著X軸、y和z軸)的半徑(rx、ry和rz)的實例。由于發射元件58由具有較低的電蝕率和腐蝕率的體積穩定的材料制成，所以在點火器20在內燃機中的使用期間，發射元件58的球面半徑增大的速率將小于基極元件54的各球面半徑增大的速率。進一步地，發射元件58的第二體積減小的速率小于基極元件54的第一體積減小的速率。在內燃機中的使用期間，發射元件58優選為即使其體積減小，也只有少量的減小。因此，與經過一段時間就會磨損而且發射的電場會變弱的傳統點火器端相比，發射元件58經過一段時間之后可以保持是尖的并且可以發射持續強的電場。體積穩定的材料的第二電蝕率和第二腐蝕率可以根據現有技術公知的多種方法測量。體積穩定的材料具有熔點、導熱系數以及影響第二電蝕率和第二化學腐蝕率的其它屬性。體積穩定的材料的熔點和導熱系數通常大于基極材料的熔點和導熱系數。在一個實施例中，體積穩定的材料具有至少1500°C的熔點。而且，體積穩定的材料還可以更好地抵抗極端的溫度、壓力以及燃燒室中存在的成分(例如硫磺、磷、鈣和氧氣)。優選地，體積穩定的材料在內燃機的正常操作溫度下不具有揮發性氧化狀態。體積穩定的材料通常包括被稱為貴金屬或貴金屬合金的元素(例如從元素周期表的族4-12中選擇的元素)。在一個實施例中，體積穩定的材料從包含鉬、鉬合金、銥和銥合金的族中選擇。體積穩定的材料還可以包括鎢、鎳合金或者具有小于基極材料的電蝕率和腐蝕率的導電陶瓷。發射元件58被制成小于基極元件54的第一體積的第二體積，并且提供更小的球面半徑。如圖所示，發射元件58優選由體積穩定的材料制成導線、薄膜或燒結坯體。然而，發射元件58可以被制成其它形狀(例如圖10、10A、10B、16A和16B示出的一般長方體)。根據現有技術公知的多種方法(例如傳統的燒結、激光燒結、電鍍、噴涂、沖壓、模塑或者焊接)，發射元件58可以設置和連接在基極元件54上。
發射兀件58包括通常從絕緣體36面向外及面向下的點火表面66。點火表面66為暴露于燃燒室的空氣和燃料混合物中的外表面。如上所述，發射元件58包括設置在該暴露外表面的球面半徑。優選地，最小的球面半徑設置在該暴露外表面的最外徑向點56處且不大于O. 2毫米，從而使發射元件58在經過一段時間之后可以發射持續強的電場。可以采用多種方法將發射元件58制造成包括設置在暴露外表面的球面半徑，該球面半徑小于基極元件54的各球面半徑。發射元件58還包括鄰近另一個元件(尤其是基極元件54)的內表面，因而，該內表面未暴露于燃燒室的混合物中。發射元件58通常設置在基極元件54的點火表面66上。可選地，在需要電弧70的情況下，發射元件58可以設置在基極元件54的電弧表面68上。在圖8、8A、8B、12A和12B的實施例中，發射元件58提供作為設置在基極元件54上的且沿著該基極元件54的薄膜。該薄膜可以涂覆至基極元件54的整個點火表面66或 者部分點火表面66。薄膜通常以粉末金屬的形式設置在基極元件54上。體積穩定的材料的粉末可以通過噴涂或者現有技術公知的其它方法涂敷。還可以通過將一片體積穩定的材料電鍍或沖壓在基極元件54上來涂敷薄膜。圖9、9A和9B說明圖8、8A和8B的發射元件58的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化。圖13、13A和13B說明在圖12、12A和12B的發射元件58的最外徑向點56處的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化。如圖8A所示，薄膜的邊緣優選與基極元件54的遠端64對齊。薄膜的邊緣可以在電暈增強端52的最外徑向點56處提供用于發射強電場的最小球面半徑。當基極元件54具有O. 4至O. 5毫米的厚度時，薄膜通常具有不大于O. I毫米的厚度。盡管未示出，薄膜的邊緣可以是錐形的。如圖8所示，在使用點火器20之前并且當該點火器20首次使用在點火系統中時，基極元件54的遠端64和發射元件58提供的最外徑向點56都是尖的并且提供一樣小的球面半徑，從而，這兩個點可以分別發射強電場。然而，如圖9所示，經過一段時間之后，基極元件54磨損且該基極元件54的球面半徑變得比發射元件58的球面半徑大。電場變為集中在發射元件58的較小球面半徑，而不是集中在基極元件54和發射元件58。因此，經過一段時間之后，電場強度實際上增大了，這是與現有技術相比的一個重要的優勢。發射元件58還可以提供作為在兩個導線端頭之間延伸的導線。體積穩定的材料在設置在基極元件54上之前被制成導線。在圖6、6A和6B的實施例中，電暈增強端52包括平的遠端64且一根導線沿一個分支60設置。在圖14、14A和14B的一個實施例中，電暈增強端52包括錐形的遠端64且一根導線沿一個分支60設置。優選地，一個導線端頭自基極元件54的遠端64向外延伸，以在電暈增強端58的最外徑向點56處提供電暈增強端58的最小球面半徑。圖7、7A和7B說明圖6、6A和6B的發射元件58的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化。圖15、15Α、15Β、1 和15E說明圖14、14A和14B的發射元件58的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化。導線可以具有一般呈圓柱形的形狀或者一般呈長方形的形狀，并且可以根據現有技術公知的多種方法制成。導線可以形成為包括如圖6所示的平的導線端頭，或者如圖15所示，可以呈錐形延伸至至少一個導線端頭。錐形的導線端頭比非錐形的端頭具有優勢，該優勢包括使最外徑向點56處的球面半徑更小并且可以更加有效地自體積穩定的材料向外傳遞熱量。而且，與非錐形的端頭相比，錐形的端頭可以更加有效地使電場向最外徑向點56集中。在一個實施例中，導線具有不大于O. 2毫米的直徑，且錐形的導線端頭在最外徑向點56處具有不大于O. 08毫米的球面半徑。導線通常通過焊接連接至基極元件54。發射元件58還可以以燒結粉末金屬的形式設置在部分基極元件54上。在圖4、4A、4B和4C的實施例中，當基極元件54包括帶有平的遠端64的分支60時，該體積穩定的材料以粉末金屬的形式設置在分支60的過渡表面72上，然后被燒結至提供體積穩定的材料的燒結坯體。優選地，體積穩定的材料的坯體被激光燒結成預設的形狀，該形狀在電暈增強端52的最外徑向點56處提供最小球面半徑。然而，體積穩定的材料可以根據本領域公知的其它方法機加工或者制造。圖5、5A、5B和5C說明在圖4、4A、4B和4C的發射元件58的最外徑向點56處的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化。在圖18、18A和18B示出的實施例中，其中遠端64是錐形的，粉末金屬可以部分設置在電弧表面68上以及部分設置在分支60的點火表面66上,然后被機加工成在電暈增強端52的最外徑向點56處提供尖的球面半徑。在一個實施例中，燒結坯體具有不大于O. 08 毫米的球面半徑。圖19、19A和19B說明圖18、18A和18B的發射元件58的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化。在圖5、10和16的實施例中，發射元件58為由體積穩定的材料制成的預設形狀(例如塊狀)。體積穩定的材料可以被模塑成預設的形狀，然后設置在基極元件54上，或者可以以粉末金屬材料的形式設置在基極元件54上，然后燒結和機加工成預設的形狀。成預設形狀的形式的發射元件58優選設置在基極元件54的遠端64，以在電暈增強端52的最外徑向點56處提供最小球面半徑。圖IUllA和IlB說明圖10、IOA和IOB的發射元件58的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化，圖17、17A和17B說明在圖16、16A和16B的發射元件58的最外徑向點56處的球面半徑在內燃燒機中使用以后基本上沒有變化。本發明的點火器20在內燃機中使用一段時間之后可以提供持續強的電場。即使當本發明的點火器20和傳統點火器最初形成為在最外徑向點56處提供相同的球面半徑時，點火器20在內燃機中使用不久以后，本發明的點火器20比傳統點火器提供更強的電場。因此，本發明的點火器20比傳統點火器提供更高質量的點火。而且，由于只有一小部分需要由體積穩定的材料(例如貴金屬)制成，所以點火器20的性價比高。此外，在相同的電壓下，本發明的點火器20可以比傳統點火器發射更強的電場強度。例如，本發明的點火器20在30V下發射的電場比傳統點火器在50V下發射的電場更強。因此，相對于傳統點火器來說，本發明的點火器20可以顯著地節省能源。顯然，鑒于上述教導，本發明可以有多種修改和變形。因此，應該理解，在所附權利要求的范圍內，本發明可以通過具體描述的方式以外的其它方式實現。此外，權利要求中的附圖標記僅為了便于說明，不應該視為任何形式的限制。
權利要求
1.一種點火器(20)，其用于接收來自電源的電壓并且發射電場，以電離內燃機的燃料和空氣的混合物，其特征在于，該點火器(20)包括 電極(24)，該電極(24)具有電極點火端(28)且包括設置在所述電極點火端(28)的電暈增強端(52); 所述電暈增強端(52)包括具有第一體積并且由具有第一電蝕率和第一腐蝕率的基極材料制成的基極元件(54); 所述電暈增強端(52)包括設置在所述基極元件(54)上的發射元件(58)； 所述發射元件(58)具有小于所述第一體積的第二體積； 所述發射元件(58)由具有小于所述第一電蝕率的第二電蝕率和小于所述第一腐蝕率的第二腐蝕率的體積穩定的材料制成。
2.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述電暈增強端(52)包括暴露的且具有球面半徑的外表面；其中，所述電暈增強端(52)的最小的球面半徑位于所述外表面的最外徑向點(56)處。
3.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述發射元件(58)為導線。
4.根據權利要求3所述的點火器(20)，其特征在于，所述導線在兩個導線端頭之間延伸且呈錐形延伸至至少一個所述導線端頭。
5.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述發射元件(58)為沿著所述基極元件(54)設置的薄膜。
6.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述發射元件(58)的所述體積穩定的材料為燒結的粉末金屬，并且所述發射元件(58)設置在部分所述基極元件(54)上。
7.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述基極元件(54)和所述發射元件(58)各自包括暴露的外表面并且所述暴露的外表面具有球面半徑；其中，位于所述發射元件(58)的所述暴露的外表面的至少一個所述球面半徑小于位于所述基極元件(54)的所述暴露的外表面的各球面半徑。
8.根據權利要求7所述的點火器(20)，其特征在于，在該點火器(20)的使用期間，所述發射元件(58)的所述球面半徑增大的速率小于所述基極元件(54)的各個所述球面半徑增大的速率。
9.根據權利要求7所述的點火器(20)，其特征在于，位于所述發射元件(58)的所述暴露外表面的所述球面半徑不大于O. 2毫米。
10.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，在該點火器(20)的使用期間，所述發射元件(58)的所述第二體積減小的速率小于所述基極元件(54)的所述第一體積減小的速率。
11.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述電暈增強端(52)的所述基極材料和所述體積穩定的材料各自具有熔點，其中，所述體積穩定的材料的熔點大于所述基極材料的所述熔點。
12.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述體積穩定的材料從包括鉬、鉬合金、銥和銥合金的族中選擇。
13.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述基極材料從包括鎳、鎳合金、銅、銅合金、鐵和鐵合金的族中選擇。
14.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述基極元件(54)包括平臺(62)以及從所述平臺(62)向外且向下延伸至遠端(64)的多個分支(60)，其中，所述發射元件(58 )設置在所述遠端(64 )。
15.根據權利要求14所述的點火器(20)，其特征在于，所述基極元件(54)的所述分支(60)呈錐形延伸至所述遠端(64)。
16.根據權利要求14所述的點火器(20)，其特征在于，所述基極元件(54)的所述分支(60)包括朝向外的點火表面(66)以及朝向相反方向的電弧表面(68),其中,所述發射兀件(58)設置在所述點火表面(66)上。
17.根據權利要求16所述的點火器(20)，其特征在于，所述電弧表面(68)是凸起的。
18.根據權利要求14所述的點火器(20)，其特征在于，所述基極元件(54)的所述分支(60)包括朝向外的點火表面(66)和朝向相反方向的電弧表面(68)以及使所述點火表面(66)和所述電弧表面(68)在所述遠端(64)相互連接的過渡表面(72);其中，所述發射元件(58)為設置在所述過渡表面(72)上的所述體積穩定的材料的燒結粉末。
19.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述電極(24)包括從電極終端(30)縱向延伸至所述電極點火端(28)的本體部(26);并且該本體部(26)包括 絕緣體(36 )，該絕緣體(36 )環繞所述本體部(26 )并且沿著所述本體部(26 )從鄰近所述電極點火端(28)的絕緣體管口端(38)縱向延伸至絕緣體上端(40)； 所述絕緣體(36 )具有在所述絕緣體管口端(38 )處垂直于所述電極(24 )的所述縱向的本體部(26)延伸的絕緣體直徑(Di)； 所述電暈增強端(52)設置在所述電極點火端(28)并且自所述絕緣體管口端(38)向外設置； 所述電暈增強端(52)具有垂直于所述電極(24)的所述縱向的本體部(26)延伸的末端直徑(Dt);以及 所述末端直徑(Dt)大于所述絕緣體直徑(DiX
20.根據權利要求I所述的點火器(20)，其特征在于，所述電極(24)包括從電極終端(30)縱向延伸至所述電極點火端(28)的本體部(26)； 所述本體部(26)具有垂直于所述縱向的本體部(26)延伸的電極直徑(De)； 所述電暈增強端(52)具有垂直于所述縱向的本體部(26)延伸的末端直徑(Dt);以及 所述末端直徑(Dt)大于所述電極直徑(De)。
21.一種點火器(20)，其用于接收來自電源的電壓并且發射形成電暈的電場，以電離內燃機的燃料和空氣的混合物，其特征在于，該點火器(20)包括 電極(24)，該電極(24)從電極點火端(28)縱向延伸至電極終端(30)； 絕緣體(36)，該絕緣體(36)環繞本體部(26)并且沿著所述本體部(26)從鄰近所述電極點火端(28)的絕緣體管口端(38)縱向延伸至絕緣體上端(40)； 所述絕緣體(36 )具有在所述絕緣體管口端(38 )處垂直于所述電極(24 )的所述縱向的本體部(26)延伸的絕緣體直徑(Di)；端子(42)，該端子(42)容置在所述絕緣體(36)中并且與所述電極終端(30)電連接；由金屬材料制成的殼體(44)，該殼體(44)環繞部分所述絕緣體(36)并且沿著部分所述絕緣體(36)從下殼體端(46)縱向延伸至上殼體端(48)，以使所述絕緣體管口端(38)自所述下殼體端(46)向外伸出； 所述殼體(44)包括在所述兩個殼體端(46、48)之間向外延伸的外部凸緣(50)； 所述電極(24)包括位于電極點火端(28)處并且在所述絕緣體管口端(38)外側的所述電暈增強端(52)； 所述電暈增強端(52)具有垂直于所述電極(24)的所述縱向的本體部(26)延伸的末端直徑(Dt)； 所述末端直徑(Dt)大于所述絕緣體直徑(Di)； 所述電暈增強端(52)包括具有第一體積并且由具有第一電蝕率和第一腐蝕率的基極材料制成的基極元件(54)； 所述電暈增強端(52)包括設置在所述基極元件(54)上的發射元件(58); 所述發射元件(58)具有小于所述第一體積的第二體積； 所述發射元件(58)由具有小于所述第一電蝕率的第二電蝕率和小于所述第一腐蝕率的第二腐蝕率的體積穩定的材料制成，其中，所述端子(42)接收電壓并將該電壓傳輸至所述電極(24)，從而使所述發射元件(58)發射電場，以電離燃料和空氣的混合物。
22.一種制造點火器(20)的方法，該點火器(20)用于接收來自電源的電壓以及發射電場，以電離內燃機的燃料和空氣的混合物，其特征在于，該方法包括以下步驟 提供基極材料的基極元件(54)，該基極材料具有第一電蝕率和第一腐蝕率以及第一體積； 將由體積穩定的材料制成的發射元件(58)設置在基極元件(54)上，該體積穩定的材料具有小于所述第一電蝕率的第二電蝕率和小于所述第一腐蝕率的第二腐蝕率以及小于所述第一體積的第二體積。
23.根據權利要求22所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，該方法包括在將發射元件(58)設置在基極元件(54)上之前，將發射元件(58)制成導線。
24.根據權利要求22所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，所述將發射元件(58)設置在基極元件(54)上的步驟包括將體積穩定的材料以粉末形式設置在基極元件(54)上。
25.根據權利要求22所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，所述將發射元件(58)設置在基極元件(54)上的步驟包括將體積穩定的材料的薄膜涂覆在基極元件(54)上。
26.根據權利要求22所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，所述制造基極元件(54)的步驟包括將一片基極材料沖壓成包括從平臺(62)向外延伸至遠端(64)的多個分支(60)的形狀；并且將分支(60)彎曲成相對于平臺(62)成預設的角度。
27.根據權利要求26所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，該方法包括使分支(60)呈錐形延伸至遠端(64)。
28.根據權利要求22所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，所述將發射元件(58)設置在基極元件(54)上的步驟包括激光燒結。
29.根據權利要求22所述的制造點火器(20)的方法，其特征在于，該方法包括將電暈增強端(52)的外表面的最外徑向點(56)制造成具有一球面半徑，且該球面半徑為電暈增強端(52)的最小的球面半徑。
全文摘要
本發明提供一種發射電場的點火器(20)，該電場包括多個形成電暈的電子流，該點火器(20)包括位于電極點火端(28)的電暈增強端(52)。該電暈增強端(52)包括由貴金屬制成的并且設置在基極元件(54)上的發射元件(58)，例如電線、薄膜或者燒結坯體。基極元件(54)由鎳合金制成。發射元件(58)具有低于基極元件(54)的電蝕率和化學腐蝕率。發射元件(58)在最外徑向點(56)提供電暈增強端(52)的最小球面半徑，以集中電場發射以及可以在經過一段時間之后提供持續強的電場強度。
文檔編號H01T13/52GK102859817SQ201180018818
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月13日 優先權日2010年4月13日
發明者詹姆士·D·呂科瓦基, 基思·漢普頓 申請人:費德羅-莫格爾點火公司