專利名稱：配備有用于防止短路的裝置的火花塞的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于內燃發動機的射頻(RF)等離子型火花塞。更確切地說，本發明的火花塞配備有使之有可能避免短路現象的裝置。
背景技術：
為了增大點火時產生的火花的尺寸，已知的實際做法是使用一種具有中央電極的射頻等離子火花塞，該中央電極具有被提升到高電壓并且產生非常大的多細絲火花的尖端。這種類型的火花塞，例如在FR 2878086、FR 2886776、FR 2888421、FR 2895169 以及FR 2895170中所述，包括具有主軸線的圓柱形基底，該圓柱形基底是由一種第一導電材料制成的，中央電極，該中央電極是由一種第二傳導材料制成的并且沿該主軸線延伸，以及本體，該本體由絕緣材料制成、安排在所述基底與所述電極之間、具有與該電極相接觸的一個內部側面,并且該電極的一個端部從該本體伸出。然而，觀察到隨著這些火花塞的使用其火花的尺寸逐漸地減小。這種現象是由于以下事實，即絕緣本體與增炭氣態混合物以及火焰相接觸的外部面逐漸地被燃燒殘留物阻塞。另外，在中央電極與周圍地基之間的被阻塞的外部面上出現了雜散的火花。取決于阻塞的程度，雜散的火花可能只會消耗可從射頻(RF)電源獲得的部分能量(然而這減小了主火花的體積)，或者引起短路，這將阻礙主火花的散發。這種問題的根本原因在于絕緣本體的外部面與中央電極之間的電介質一金屬一空氣介質相接觸的連接處的輪廓。更確切地說，該本體具有一個中央管道，其中容納了該中央電極。為了工業生產的目的，不可能制造一個銳邊的管道，因此絕緣本體的外部面無法與電極的壁成直角，并且于是具有一個輕微的傾斜或曲率。因此留下了一個小的自由空間，在那里靜電場線穿過的一個空氣體積，該空氣體積的介電常數在重新進入本體前近似于單位值，該本體的介電常數更高并且在7至9的數
量級上。在這些情況下，電場的強度在局部本體一電極連接區域被增強，在此處被證明顯著地超出了空氣的電離閾值。因此，在該連接區域中的絕緣本體的傾斜的或彎曲的表面上產生了場的切向分量，該分量傾向于使離子雪崩現象蔓延。此時，這種現象促成了產生雜散的表面火花，這是由于出現了與本體外部面的阻塞相聯系的半導體積炭層。現有技術中的射頻火花塞僅是試圖降低本體的阻塞。
發明內容
本發明的目的在于通過在問題的根源上起作用，換言之，通過旨在避免加強介電本體的外部面與中央電極之間的連接處的電場強度而解決上述的技術問題。根據本發明，這一目的的實現是通過一種火花塞，其介電本體包括處于中央軸線上的至少一個環形空腔，該形環空腔形成在本體的側面與電極相接觸，從而在所述本體的外部面與該電極之間的連接處局部地改變靜電場線。根據一個有利 的特征，所述空腔配備有至少一個金屬襯層元件，該金屬襯層元件至少部分地沿著該本體的內部側面延伸與該電極相接觸，并且該金屬襯層元件的熱膨脹系數與所述本體的介電材料的熱膨脹系數近似。根據第一變型實施例，所述襯層元件是由覆蓋所述空腔的內壁的一個金屬層制成的。優選地，所述金屬襯層元件與該電極被制成一個單件。根據第二變型實施例，所述本體是通過在該電極周圍燒結一種支撐所述襯層元件的陶瓷復合材料制成的。根據另一個變型，所述電極與該金屬襯層元件是通過在所述空腔中的原位上鑄造金屬制成的。根據又一個變型，所述金屬襯層元件是通過硬焊而加上的。根據另一個有利的特征，所述金屬襯層元件是選自鑰、鎢、殷鋼以及科瓦鐵基鎳鈷合金中的一種或多種金屬的合金。根據本發明，還為該本體的外部面與電極之間的連接提供的是具有一個凸曲率，其半徑小于或等于將所述面從所述空腔分開的距離的一半。優選地，所述空腔的壁具有一種半橢圓形的輪廓，其中半小軸線大于或等于在該本體的外部面與該電極之間的連接處的曲率半徑的三倍并且其半大軸線大于或等于所述半徑的六倍。本發明的火花塞使之有可能通過作用于這種現象的根本原因而保護射頻火花塞不被阻塞。本發明依賴于對在該本體的外部面與該電極之間的連接處的場的衰減，這種衰減是通過改變它們內部的接觸界面而獲得的。因此增強了這些火花塞(RF)的操作性以及可靠性并且顯著地延長了它們的使用壽命。
參照附圖閱讀以下說明將能夠更好地理解本發明，在附圖中圖I示出了本發明的火花塞的一個實施例在點火階段的側向截面圖；圖2A和2B分別示出了根據現有技術的以及根據本發明的具有場線的RF火花塞的放大的細節以及截面圖；圖3A、3B和3C示出了本發明的火花塞的三個變型實施例的半截面詳細視圖。
具體實施方式
圖I所示的射頻火花塞I具有一種同軸結構，這種同軸結構包括具有主軸線X的圓柱形基底2，該圓柱形基底是由一種第一導電材料制成的，中央電極4，該中央電極是由一種第二導電材料制成的并且沿該中央軸線X延伸，以及本體3，該本體是由電絕緣(介電)材料制成的，并被安排在基底2與電極4之間。本體3具有與該電極的一個部分4b相接觸的一個內部側面3b，電極4的一個尖端部分4a從該本體伸出。電極4被升高到一個RF高電壓并且因此通過本體3與基底2絕緣，基底2被接地。
本體3總體上是由介電材料(例如陶瓷)制成的。在正常的RF電激發條件下，多細絲火花5的直徑A在厘米的數量級上。本體3的外部面3a (其大部分表面為平面)暴露于增碳氣態混合物以及火焰中并因此可能被炭沉積物阻塞。這種表面沉積物的半導體特性在基底2與電極4之間引起嚴重的短路的風險。圖2A示出了傳統的RF火花塞的截面圖的細節。介電本體3的外部面3a與電極4的連接處具有一個傾斜的或倒角的輪廓，或更一般地如實施例中所示的具有一個曲線的輪廓，其曲率半徑R在一百微米(O. Imm)左右。這樣的輪廓界定了一個受限的并且被包含的空置空間，其中一個非常強的電場(在3X107V/m的數量級上)占主導，傾向于出現一種空氣電離機理，它可能會沿該曲線蔓延并且沿著面3a蔓延，從而產生一種雜散的表面火花。這種雜散現象最可能出現在當面3a被強烈地暴露于火焰并且逐步地被一個碳層所覆蓋的時侯。根據本發明，圖2B中所示的火花塞的改進在于在本體3上制成了至少一個具有軸線X的環形空腔30。這個空腔形成在本體3的與電極4相接觸的內部側面3b上。空腔30的功能是局部地改變具體是在本體3的外部面3a與電極4之間的連接處的靜電場線，從而避免這個區域中電場增大并且防止電離的激勵。本體3的外部面3a與電極4之間的連接處具有一個凸曲率，其半徑R小于或等于將該面3a從空腔30分開的距離(C)的一半。優選地，空腔30的壁具有一種半橢圓形的輪廓，其中半小軸線(b)大于或等于在該本體3的外部面3a與該電極4之間的連接處的曲率半徑R的三倍并且其半大軸線(a)大于或等于所述半徑的六倍。空腔30配備有至少一個金屬襯層兀件5,其熱膨脹系數與本體3的介電材料的熱膨脹系數近似。金屬襯層元件5同樣至少部分地沿著本體3的內部側面3b延伸并以涂層53的形式與電極4相接觸，該涂層旨在填充這些部分之間的小的中間空隙。實際上，如果本體3的內部側面3b與電極4之間的中間空隙不是氣密的，則增碳氣態混合物將有可能滲透到這個間隙中并在被點燃之前與處于高溫下的壁相接觸并且致使本體3斷裂。另外，涂層53與火花塞I中的電極4電性接觸，這樣使得本體3的整個內部表面與處于高電壓下的電極電位相等。圖3A至3C示出了本發明的火花塞的多個變型實施例。在圖3A的變型中，襯層元件5是由覆蓋空腔30的內壁的一個金屬層50制成的，并且該金屬層在該空腔的任一側上通過涂層53而沿著電極4延長。層50以及涂層53是由鑰和/或鎢組成的合金制成的。在圖3B的變型中，涂層53已經被附加于其上，一個第二襯層元件51是通過用基于科瓦鐵基鎳鈷合金和/或殷鋼的金屬合金填充這個空腔30來制成的。該組件是通過硬焊制做的以便確保本體3的與元件51的對應的相對面之間良好的接觸。在在與圖2B相應的圖3C的變型中，第二襯層元件52與電極4被制成一個單件并 且其自身以金屬涂層53的形式配備了一個第一襯層兀件。在這種情況下，本體3是通過在電極4周圍燒結一種支撐金屬元件5的陶瓷復合材料而制成的。一個替代方案可以包括通過在本體3的中央管道以及空腔30中的原位上鑄造金屬來直接生產具有金屬元件52的電極4。
權利要求
1.一種射頻等離子型火花塞，包括 具有主軸線(X)的圓柱形基底(2)，該圓柱形基底是由一種第一導電材料制成的， 中央電極(4)，該中央電極是由一種第二傳導材料制成的并且沿該主軸線(X)延伸，以及 本體(3)，該本體由介電材料制成、被安排在所述基底(2)與所述電極(4)之間、具有與該電極相接觸的一個內部側面(3b )，并且該電極(4 )的一個端部(4a)伸出該本體，所述本體(3)在軸線(X)上包括至少一個環形的空腔(30)，該空腔形成在該本體的側面(3b)上與該電極(4)相接觸，從而在所述本體的外部面(3a)與該電極(4)之間的連接處局部地改變靜電場線，所述空腔(30)配備有至少一個金屬襯層兀件(5、50、51、52、53),該金屬襯層兀件至少部分地沿著該本體的內部側面(3b)延伸與該電極(4)相接觸，并且其熱膨脹系數與所述本體的介電材料的熱膨脹系數近似， 其特征在于，該本體(3)的外部面(3a)與該電極(4)之間的連接處具有一個凸曲率，其半徑(R)小于或等于將所述面從所述空腔(30)分開的距離(c)的一半。
2.如權利要求I所述的火花塞，其特征在于，所述襯層元件(5)是由覆蓋所述空腔(30)的內壁的一個金屬層(50)形成的。
3.如權利要求I或2所述的火花塞，其特征在于，所述金屬襯層元件與該電極(4)被制成一個單件。
4.如權利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述本體(3)是通過在該電極(4 )周圍燒結支撐所述金屬元件的一種陶瓷復合材料而制成的。
5.如權利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述電極(4)與該金屬襯層元件(5)是通過在所述空腔(30)中的原位上鑄造金屬而制成的。
6.如權利要求I或2所述的火花塞，其特征在于，所述金屬襯層元件(5)是通過硬焊而附加上的。
7.如以上權利要求之一所述的火花塞，其特征在于，所述襯層元件(5)是選自鑰、鎢、殷鋼以及科瓦鐵基鎳鈷合金中的一種或多種金屬的合金。
8.如以上權利要求之一所述的火花塞，其特征在于，所述空腔(30)的壁具有一種半橢圓形的輪廓，該半橢圓形的輪廓的半小軸線(b)大于或等于在該本體的外部面(3a)與該電極之間的連接處的曲率半徑(R)的三倍并且半大軸線(a)大于或等于所述半徑(R)的六倍。
全文摘要
本發明涉及一種射頻等離子火花塞，該火花塞包括一個具有主軸線(X)的圓柱形基底(2)，該圓柱形基底由一種第一導電材料制成；一個中央電極(4)，該中央電極由一種第二傳導材料制成并且沿該主軸線(X)延伸；以及一個本體(3)，該本體由介電材料制成、安排在所述基底(2)與所述電極(4)之間、具有與該電極相接觸的一個內部側面(3b)，并且該電極(4)的一個端部(4a)伸出超過該本體，其特征在于所述本體(3)在軸線(X)上包括至少一個環形的空腔(30)，該空腔被安排在該本體的側面(3b)上并與該電極(4)相接觸從而在所述本體的外部面(3a)與該電極(4)之間的連接處局部地改變靜電場線。
文檔編號H01T13/50GK102884686SQ201180023522
公開日2013年1月16日 申請日期2011年4月14日 優先權日2010年4月16日
發明者M·馬卡羅夫, M·帕里安泰 申請人:雷諾股份公司