點火器的製作方法

2023-05-14 07:34:41 2

專利名稱：點火器的製作方法
技術領域：
本發明的示例性實施例涉及內燃機的火花塞或點火器，更 具體地是涉及在柴油機中啟動燃燒、促進燃燒控制且燃盡菸灰沉積物 的火花塞/點火器。
背景技術：
菸灰是內燃機(即，柴油機)中燃料不完全燃燒的常見副 產物。具體地，傳統燃料由碳氫化合物組成，其在經過完全燃燒後產 生了僅有二氧化碳和水的副產物。然而，在內燃才幾中通常並不發生完 全燃燒，因為沒有任何已知的發動機是完全有效的。另外，完全燃燒 會要求稀燃料-空氣混合物，而典型的發動機條件要求富燃料-空氣混 合物來產生所需的效果。此外，排放規章規定了使用新的發動機燃燒循環，例如柴 油機的均質充量壓燃(HCCI)和廢氣處理系統。這些新的燃燒循環需 要新的燃燒感測和控制方法。在還具有 一 定發動機負載條件的情況下 更多傳統燃燒循環仍工作得最好。對於這些條件，火花輔助是控制燃 燒過程的一種手段。這種獨特的在缸內結合燃燒感測和燃燒啟動的需 求能夠由火花塞支持，所述火花塞設計成在更高壓力柴油機氣缸環境 中作為點火器很好地工作，還作為離子傳感器為了燃燒反饋和控制很 好地工作。在其他方面，對於廢氣處理，主動再生顆粒過濾器需要更 好的方法。顆粒過濾器主動再生的一種方法是提供自載燃燒器系統來 為廢氣增加熱能以啟動顆粒過濾器的再生循環。此燃燒器系統要求能 夠在腐蝕和湍流的柴油機廢氣環境中存在的可靠點火器。另外，菸灰典型地在柴油機中以在汽油機中以更高的速度 積累，因為燃料注入與點燃的方式不同。具體地，在汽油機中，燃料在進氣沖程期間注入，並在被火花點燃之前完全與空氣混合。相反地， 在柴油機中，燃料在壓縮沖程期間注入，並由壓力自然點燃。在這方 面，燃燒發生在未混合燃料的邊界，在此處，富燃料-空氣混合物的局 部嚢(pockets):帔點燃，由此產生菸灰。菸灰沉積物會積累在傳統火花塞的絕緣體尖端上。絕緣體
尖端的暴露表面典型地位於未混合燃料的邊界處或附近。而且，絕緣 體尖端的暴露表面不是典型地位於側電極和中心電極之間的火花隙 中或周圍。具體地，典型的火花塞包括延伸經過絕緣體尖端的中心電 極和延伸經過中心電極的側電極。為此，菸灰會積累在絕緣體尖端上 而不,皮燃盡。因此，需要提供一種火花塞/點火器設計，其對於高氣缸壓 力比傳統火花塞設計更穩健，抵抗燃燒室或廢氣的腐蝕影響，並防止 菸灰聚積。

發明內容
本發明的示例性實施例提供了 一種點火器，其構造成通過 應用高能量表面火花而保持可操作性，同時還提供了燃燒感測功能。根據本發明的非限制性示例性實施例，提供了點火器，所 述點火器包括中心電極；置於中心電極周圍的絕緣體；置於絕緣體 周圍的接地屏蔽，絕緣體具有延伸經過接地屏蔽端部部分的尖端部 分，中心電極的尖端部分延伸經過並遠離絕緣體的尖端部分；以及置 於中心電極的尖端部分和接地屏蔽端部部分之間的火花隙。
IOOIO]根據本發明的另一個非限制性示例性實施例，提供了內燃 機的點火器，所述點火器包括中心電極；置於中心電極周圍的絕緣 體；置於絕緣體周圍的接地屏蔽，絕緣體具有延伸經過接地屏蔽端部 部分的尖端部分，中心電極的尖端部分延伸經過並遠離絕緣體的尖端 部分；置於絕緣體一部分和接地屏蔽一部分上的外殼部分，外殼部分 具有馬達座部分，其布置成接近所述接地屏蔽的由外殼部分覆蓋的部 分；形成在外殼部分中的螺紋部分，螺紋部分位於馬達座部分之上； 以及置於中心電極的尖端部分和接地屏蔽端部部分之間的火花隙。本領域技術人員將從隨後的詳細描述，附圖和所附權利要 求"i人識並理解上述和其他特徵和優,*、。


在下文對各實施例所作的詳細描述中，僅為了作為示例， 呈現了其他目的、特徵、優點和細節，這些詳細描述是參照附圖作出 的，附圖中
圖1是根據本發明的非限制性的示例性實施例的點火器的局部剖 視圖2是沿圖1的線2-2觀察的視圖； 圖3是沿圖的線3-3觀察的視圖； 圖4是圖1的局部放大圖5是根據本發明另一示例性實施例的點火器的剖視圖6是沿圖5的線6-6觀察的視圖7是圖5所示點火器的側視圖5;以及
圖8是示出了根據本發明 一 示例性實施例的控制系統的示意圖。
具體實施例方式本發明的示例性實施例涉及高壓縮發動機的點火器或點火 器/離子傳感器。本發明的示例性實施例涉及美國專利No. 5,697,334， 在此以引用方式將其內容併入本文。根據示例性實施例，並且如附圖中所示，"密螺紋(high thread)"火花塞具有圓形側電極形狀，其允許火花能量通過陶覺絕 緣體尖端表面，由此產生了本發明的示例性實施例的點火器。在非限 制性示例性實施例中，側電極由高鎳或不鏽鋼合金製成，其具有8毫米(mm)或10mm的直徑、或者8- 10 mm之間任何範圍的直徑，以及大於或小於8和10mm的直徑。然而，大於或小於前述直徑的尺寸也被認為在本發明的示例性實施例的範圍內。另外並且根據本發明的非限制性示例性實施例，中心電極尖端和側電極之間的距離在2 mm到10mm的範圍內。此外，可通過附加金屬盤來增加中心電極尖端的直徑從而提高中心電極的離子感測能力。根據一個示例性實施例，火花塞必須能夠在非導電陶瓷絕緣體尖端上產生足夠高能量的火花以燃盡絕緣體尖端形成的菸灰。根據另一個示例性實施例，本文所述裝置使用具有離子感測部分或環形盤部分的中心電極來沿絕緣體尖端放出火花並在燃燒氣缸中檢測離子電流，點火器置於所述燃燒氣缸中。然而，還考慮點火器能夠替代地具有無單獨增加的離子感測部分的中心電極，其中延伸經過絕緣體的中心電極尖端成為離子感測部分。參照圖l-4，顯示了高壓縮發動機的點火器或點火器/離子傳感器10。根據非限制性示例性實施例，點火器或者點火器/離子傳感器或者火花塞10包括置於絕緣體14的中心孔13中的中心電極12，所述絕緣體14置於中心電極12周圍，並且接地屏蔽16置於絕緣體14周圍。根據本發明的示例性實施例，絕緣體14的尖端部分18延伸經過接地屏蔽16的端部部分20。尖端部分18終止於端部19。此外，中心電才及12的尖端部分22延伸經過尖端部分18的端部。因此，並且如所示的，火花隙24從中心電極的尖端部分延伸到接地屏蔽。火花隙還沿絕緣體14的尖端部分18的表面26延伸。在一個示例性實施例中並且為了 "燃盡"或去除積累在表面26上的菸灰，高壓通過中心電極來加熱表面並燒掉積累的菸灰。在一個非限制性示例性實施例中，火花隙24具有由絕緣體的尖端部分18限定的截頭圓錐體形狀，其中尖端部分的外周在中心電極的尖端部分22的端部19和接地屏蔽16的端部部分20之間分開。在這方面，火花塞10 /人中心電才及12的尖端部分22到4妾地屏蔽16的端部部分20具有臺階狀外徑28。
|0020|如圖5所示並且在一個非限制性示例性實施例中，中心電極12的尖端部分22和4妾地屏蔽的端部部分20之間的距離D基本上在1.7毫米到IO毫米之間的範圍內。例如並且在一個示例性實施例中，距離D為2.23毫米。然而，考慮該距離能夠根據需要替代地為比上述範圍更大或更小。在一個示例性實施例中，接地屏蔽16具有基本上在8毫米到IO毫米之間範圍內的外徑OD。應理解的是外徑OD能夠替代地為比此範圍更大或更小。接地屏蔽16的端部部分20具有向中心電極12的尖端部分22收斂的截頭錐部分30。在此非限制性示例性實施例中，接地屏蔽14由鎳合金形成。然而，考慮接地屏蔽16能夠根據需要替代地由不鏽鋼或各種其他適合材料形成。接地屏蔽16根據給定應用的要求沿其長度可為直的或波狀外形的。類似地，絕緣體14或絕緣體14的尖端部分18根據給定應用的要求沿其長度也可為直的或波狀外形的。這種波狀外形可包括一個或多個接地屏蔽或絕緣體的內部或外部部分的直徑變化。這種波狀外形也可包括接地屏蔽或絕緣體的內部或外部部分上沿其長度延伸的一個或多個的斜坡表面波狀外形。在一個示例性實施例中，絕緣體14和接地屏蔽16相對於彼此定位，成波狀外形或定向從而限制或基本上防止燃燒產物材料(例如，菸灰)或其他材料的沉積物進入傳感器或火花塞10。例如，如圖5所示，接地屏蔽可包括內徑和外徑的逐漸變化(例如，斜坡)以封閉接地屏蔽和絕緣體之間的間隙。類似地，如圖4所示，絕緣體還可包括外徑的逐漸變化以封閉接地屏蔽和絕緣體之間的間隙。在另一個例子中，如圖l所示，接地屏蔽16可定形以封閉接地屏蔽和絕緣體之間的間隙。其他構造是可行的。根據本發明的示例性實施例，離子感測部分32用於提供作為點火器一部分的離子感測裝置。根據示例性實施例，環形盤部分由鎳合金製成並且離子感測裝置考慮與燃燒控制系統34 ("系統")一起使用，如在圖8所示的非限制性實施例中示例的。在此非限制性示例性實施例中，接地屏蔽16的端部部分20和中心電極12的環形盤部分32之間的距離D大約為2.23毫米。然而，考慮距離D能夠比2.23毫米更大或更小。現在轉向圖8的示意圖，電子控制模塊50可操作地聯接到點火器以接收信號並為點火器提供電壓。該模塊可為獨立模塊或者可為點火控制模塊的一部分或發動機控制模塊的一部分。電子模塊具有電源52,其當受控制模塊的微處理器54控制時，基於交流(AC)或直流(DC)將受控電壓信號提供點火器的電極。微處理器命令電源提
由調節模塊5 6從置於電極尖端上的離子感測部分3 2接收離子電流信號，所述離子感測部分包含執行分析由環形盤部分感測的離子信號以確定燃燒開始的穩定或不穩定所需步驟的必要部件，並與其他模塊(例如發動機控制模塊)經過接口或總線58連通。根據示例性實施例，調節模塊56經由線路60從電極接收信號並執行任何所需的過濾或放大。根據示例性實施例並且如圖1, 5和7所示，點火器具有螺紋部分62,其置於點火器的馬達座部分64之上。因此並且因為點火器固定到發動機或其他裝置的螺紋開口 (未示出)，螺紋部分62靠馬達座推座部分以此來提供其之間的有效密封。此外，點火器10具有第一外殼部分70，其包括螺紋部分和馬達座部分，其中第一外殼部分將馬達座部分置於接地屏蔽的上部部分上。根據本發明的示例性實施例，馬達座部分構造成具有60度角，如圖所示。當然，其他構造也被認為在本發明的示例性實施例的範圍內。儘管本發明參照示例性實施例描述，本領域技術人員將理解的是在不脫離本發明範圍的情況下可進行各種改變並且等價物可替代其元件。另外，可進行很多修改來使具有情況或材料適於本發明的教導，而不脫離其本質範圍。因此，其意圖是本發明不限於考慮用於實現本發明的最佳模式所公開的具體實施例，而是本發明將包括落入本申請範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用於內燃機的點火器，所述點火器包括中心電極；置於所述中心電極周圍的絕緣體；置於所述絕緣體周圍的接地屏蔽，所述絕緣體具有延伸經過所述接地屏蔽的端部部分的尖端部分，而且所述中心電極的尖端部分延伸經過並遠離所述絕緣體的尖端部分；以及處於所述中心電極的尖端部分和所述接地屏蔽的端部部分之間的火花隙。
2. 根據權利要求1所述的點火器，其特徵在於，所述火花隙沿所 述絕緣體的尖端部分的外周延伸，所述外周延伸經過所述接地屏蔽的 端部部分。
3. 根據權利要求1或2所述的點火器，其特徵在於，所述火花 隙具有從所述中心電極的尖端部分與所述接地屏蔽的端部部分分開 的截頭圓錐體形狀。
4. 根據權利要求2所述的點火器，其特徵在於，所述絕緣體的尖 端部分的外周進 一 步包括臺階狀外徑。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的點火器，其特徵在於，所述 接地屏蔽由鎳合金和不鏽鋼合金中的 一種形成。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的點火器，進一步包括置於 所述中心電極的尖端部分周圍的環形盤部分。
7. 根據權利要求6所述的點火器，其特徵在於，所述火花隙在 所述環形盤部分和所述接地屏蔽的端部部分之間延伸。
8. 根據權利要求7所述的點火器，其特徵在於，所述火花隙沿 所述絕緣體的尖端部分的外周延伸，所述外周延伸經過所述接地屏蔽 的端部部分。
9. 根據前述權利要求中任一項中所述的點火器，其特徵在於， 所述接地屏蔽的端部部分構造成具有向所述絕緣體的尖端部分的外 周收斂的截頭錐部分，所述外周延伸經過所述接地屏蔽的端部部分， 並且所述接地屏蔽具有基本上在6毫米到8毫米之間範圍內的外徑。
10. 根據前述權利要求中任一項所述的點火器，其特徵在於，所述中心電才及的尖端部分和所述4妾地屏蔽的端部部分之間的距離基本 上在1.7毫米到10毫米之間的範圍內。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的點火器，其特徵在於，所述接地屏蔽具有基本上在6毫米到10毫米之間範圍內的外徑。
12. —種用於內燃機的點火器，所述點火器包括 中心電極；置於所述中心電極周圍的絕緣體；置於所述絕緣體周圍的接地屏蔽，所述絕緣體具有延伸經過所述 接地屏蔽端部部分的尖端部分，所述中心電極的尖端部分延伸經過並 遠離所述絕緣體的尖端部分；置於所述絕緣體一部分和所述接地屏蔽一部分上的外殼部分，所 述外殼部分具有馬達座部分，其布置成接近所述接地屏蔽的由所述外 殼部分覆蓋的部分；形成在所述外殼部分中的螺紋部分，所述螺紋部分位於所述馬達 座部分之上；以及置於所述中心電^l的尖端部分和所述4妾地屏蔽端部部分之間的 火花隙。
13. —種用於內燃機的燃燒控制系統，包括 中心電才及；置於所述中心電極周圍的絕緣體；置於所述絕緣體周圍的接地屏蔽，所述絕緣體具有延伸經過所述 -接地屏蔽端部部分的尖端部分，所述中心電才及的尖端部分延伸經過並 遠離所述絕緣體的尖端部分；置於所述中心電極的尖端部分周圍的離子感測部分； 置於所述離子感測部分的外周和所述接地屏蔽端部部分之間的火 花隙；以及聯接到所述中心電極的電子控制單元，所述電子控制單元構造成 經由所述中心電極從所述離子感測部分接收信號並向所述離子感測 部分傳送信號，其中一些信號代表位於接近所述離子感測部分處的離子。
14. 根據權利要求13所述的控制系統，其特徵在於，所述離子感 測部分為環形盤部分，所述火花隙在所述環形盤部分的外周和所述接地屏蔽的端部部分之間延伸。
15. 根據權利要求13或14所述的控制系統，其特徵在於，所述火花隙具有從所述中心電^l的尖端部分與所述4矣地屏蔽的端部部分 分開的截頭圓錐體形狀。
16. 根據權利要求13至15中任一項所述的控制系統，其特徵在 於，所述絕緣體的尖端部分的外周進一 步包括臺階狀外徑。
17. 根據權利要求13至16中任一項所述的控制系統，其特徵在 於，所述接地屏蔽由鎳合金和不鏽鋼合金中的一種形成。
18. 根據權利要求13至17中任一項所述的控制系統，其特徵在 於，所述接地屏蔽的端部部分構造成具有向所述絕緣體的尖端部分的 外周收斂的截頭錐部分，所述外周延伸經過所述接地屏蔽的端部部 分。
19. 根據權利要求13至18中任一項所述的控制系統，其特徵在 於，所述中心電極的尖端部分和所述接地屏蔽的端部部分之間的距離 基本上在J.7毫米到10毫米之間的範圍內。
20. 根據權利要求13至19中任一項所述的控制系統，其特徵在 於，所述接地屏蔽具有基本上在8毫米到10毫米之間範圍內的外徑。
全文摘要
一種用於內燃機的點火器，所述點火器包括中心電極；置於中心電極周圍的絕緣體；置於絕緣體周圍的接地屏蔽，所述絕緣體具有延伸經過接地屏蔽端部部分的尖端部分，中心電極的尖端部分延伸經過並遠離絕緣體的尖端部分；以及置於中心電極的尖端部分和接地屏蔽端部部分之間的火花隙。
文檔編號H01T21/00GK101689752SQ200880021768
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月2日 優先權日2007年5月2日
發明者E·A·范迪恩, J·T·貝勒, M·B·貝羅 申請人:霍尼韋爾國際公司