专利名称：包括电晕增强电极端的点火器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于接收来自电源的电压并且发射电场以电离和点燃内燃机的燃料和空气的混合物的电晕放电点火器及其制造方法。
背景技术：
电晕放电空气/燃料点火系统的点火器包括容置在绝缘体中并且自电极终端纵向延伸至电极点火端的电极。电极终端接收来自电源的电压且点火端发射电场，以电离和点燃燃烧室中的燃料和空气的混合物。如现有技术的图2所示，电极通常包括位于点火端的用于发射电场的电晕增强端。该电场包括至少一个电子流，且通常包括形成电晕的多个电子流。电晕点火器不包括任何紧邻电晕增强端的接地电极。当然，空气和燃料的混合物沿着电晕增强端产生的强电场的整体长度点燃。电晕增强端通常由包括镍的基极材料制成。如图2-2B所示，电晕增强端通常包括分别从平台延伸至远端的多个分支。电晕增强端包括呈现半径径向结构(例如球面半径)的暴露的外表面，该半径径向结构沿着各分支的边缘延伸且位于各分支的远端。如图2-2B所示，电晕增强端发射的电场集中在该暴露外表面的最尖的一个或多个点(即最小半径或球面半径端)。如图22所示，球面半径越小，电晕增强端发射的电场越强。电晕增强端还具有在相对的两个远端之间延伸的直径。如图23所示，电晕增强端的直径和电场的强度直接相关。如图2、2A和2B所示，电晕增强端通常设计为包括位于分支远端的最小球面半径，从而使得电场被集中且具有足够的强度。然而，在电极在内燃机中的使用期间，电晕增强端接收的电压经过一段时间之后会导致电晕增强端的电蚀。此外，由于燃烧室的极端的温度、压力和成分，电晕增强端会被氧化或者被化学腐蚀。如图3、3A和3B所示，电蚀和化学腐蚀会导致电晕增强端的体积减小。位于远端的球面半径增大以及电晕增强端的直径减小。图20和21示出了传统的电晕增强端的球面半径由于侵蚀和腐蚀随着时间的推移逐渐增大的方式。因此，从电晕增强端发射的电场强度减小且点火性能降低。进一步地，如图3所示，经过一段时间之后，远端的球面半径可能变得比电晕增强端和绝缘体之间的球面半径更大，电场将从不适当的点或者不规则的点火位置发射，这被称为电弧作用，电弧作用在很多情况下是不合需要的。电弧作用和/或不规则的点火位置还会降低空气-燃料混合物的点火质量。
发明内容
本发明提供一种点火器，该点火器用于接收来自电源的电压以及发射形成电晕的电场，以电离和点燃内燃机中的燃料和空气的混合物。点火器包括电极，该电极具有电极点火端并且包括位于电极点火端的电晕增强端。电晕增强端包括设置在一基极元件上的发射元件。该基极元件具有第一体积(volume)且发射元件具有小于第一体积的第二体积。基极元件由具有第一电蚀率和第一腐蚀率的基极材料制成。发射元件由具有小于第一电蚀率的第二电蚀率以及小于第一腐蚀率的第二腐蚀率的体积稳定的材料制成。本发明还提供一种制造点火器的方法，该点火器用于接收来自电源的电压以及发射形成电晕的电场，以电离和点燃内燃机的燃料和空气的混合物，该方法包括以下步骤提 供一种由具有第一电蚀率和第一腐蚀率以及第一体积的基极材料制成的基极元件，并且在该基极元件上设置一由体积稳定的材料制成的发射元件，该体积稳定的材料具有小于第一电蚀率的第二电蚀率、小于第一腐蚀率的第二腐蚀率以及小于第一体积的第二体积。电晕增强端的发射元件可以被设计为具有尖点或半径径向结构(例如小球面半径)，用以使点火器在电晕点火系统中的使用期间集中和发射强电场。由于体积稳定的材料具有小于基极材料的电蚀率和腐蚀率，所以经过一段时间之后，发射元件可以保持较小的球面半径，而基极材料则开始侵蚀和腐蚀成较大的球面半径。因此，当本发明的点火器和传统的点火器在内燃机中使用同样的时间时，本发明的点火器发射的电场比传统的点火器发射的电场更强。而且，由于发射元件具有更小的侵蚀率和腐蚀率，所以经过一段时间之后，本发明的点火器与传统的点火器相比可以提供更稳定的电场强度。因此，在点火器的整个使用寿命中，本发明的点火器与传统的点火器相比可以提供更高质量的点火效果以及更好、更稳定的性能。此外，在相同的电压下，本发明的点火器发射的电场比传统点火器发射的电场更强。本发明的点火器在30V下发射的电场强于传统点火器在50V下发射的电场。因此,相对于传统的点火器，本发明的点火器效率更高并且可以节省大量的能耗。
通过参考下文的详细描述会使得本发明得到更好的理解，当结合附图考虑时，本发明的其它优点将更加容易领会，其中图I是根据本发明一个方面的点火器的剖视图；图2是传统点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图2A是图2的点火器的末端的放大图；图2B是图2的点火器的末端的仰视图；图3是图2的传统点火器在内燃机中使用之后的剖视图；图3A是图3的点火器的末端的放大图；图3B是图3的点火器的末端的仰视图；图4是根据本发明第一个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图4A是图4的电晕增强端沿X轴的放大图；图4B是图4的电晕增强端的仰视图；图4C是图4的电晕增强端沿y轴的放大图；图5是图4的点火器在内燃机中使用之后的剖视图5A是图5的电晕增强端沿X轴的放大图；图5B是图5的电晕增强端的仰视图；图5C是图5的电晕增强端沿y轴的放大图；图6是根据本发明第二个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图6A是图6的电晕增强端的放大图；图6B是图6的电晕增强端的仰视图；
图7是图6的点火器的一部分在内燃机中使用之后的剖视图；图7A是图7的电晕增强端沿X轴的放大图；图7B是图7的电晕增强端的仰视图；图8是根据本发明第三个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图8A是图8的电晕增强端的放大图；图8B是图8的电晕增强端的仰视图；图9是图8的点火器在内燃机中使用之后的剖视图；图9A是图9的电晕增强端沿X轴的放大图；图9B是图9的电晕增强端的仰视图；图10是根据本发明第四个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图IOA是图10的电晕增强端的放大图；图IOB是图10的电晕增强端的仰视图；图11是图10的点火器在内燃机中使用之后的剖视图；图IlA是图11的电晕增强端沿X轴的放大图；图IlB是图11的电晕增强端的仰视图；图12是根据本发明第五个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图12A是图12的电晕增强端的放大图；图12B是图12的电晕增强端的仰视图；图12C是图12B的沿线12C剖开的剖面侧视图；图13是图12的点火器在内燃机中使用之后的剖视图；图13A是图13的电晕增强端沿X轴的放大图；图13B是图13的电晕增强端的仰视图；图13C是图13B的沿线13C剖开的剖面侧视图；图14是根据本发明第六个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图14A是图14的电晕增强端的放大图；图14B是图14的电晕增强端的仰视图；图14C是图14B的沿线14C剖开的剖面侧视图；图15是图14的点火器的一部分在内燃机中使用之后的剖视图15A是图15的电晕增强端沿x轴的放大图；图15B是图15的电晕增强端的仰视图；图15C是图15B的沿线15C剖开的剖面侧视图；图15D是图15的电晕增强端沿y轴剖开的放大图；图15E是图15的电晕增强端沿z轴剖开的放大图；图16是根据本发明第七个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；
图16A是图16的电晕增强端的放大图；图16B是图16的电晕增强端的仰视图；图16C是图16B的沿线16C剖开的剖面侧视图；图17是图16的点火器的一部分在内燃机中使用之后的剖视图；图17A是图17的电晕增强端沿x轴的放大图；图17B是图17的电晕增强端的仰视图；图17C是图17B的沿线17C剖开的剖面侧视图；图18是根据本发明第八个实施例的包括电晕增强端的点火器的一部分在内燃机中使用之前的剖视图；图18A是图18的电晕增强端的放大图；图18B是图18的电晕增强端的仰视图；图18C是图18B的沿线18C剖开的剖面侧视图；图19是图18的点火器的一部分在内燃机中使用之后的剖视图；图19A是图19的电晕增强端沿x轴的放大图；图19B是图19的电晕增强端的仰视图；图19C是图19B的沿线19C剖开的剖面侧视图；图20示出了由于侵蚀和腐蚀而增大的一个基极元件的多个半径；图21示出了由于侵蚀和腐蚀而增大的另一个基极元件的多个半径；图22示出了电晕增强端的球面半径与电晕增强端发射的电晕的电场强度之间的关系曲线图；以及图23示出了电晕增强端的直径与电晕增强端发射的电晕的电场强度之间的关系曲线图。
具体实施例方式如图I所示，一种电晕点火系统包括点火器20。点火器20接收来自电源(未示出)的电压并且发射形成电晕的电场，以电离和点燃燃烧室的燃料和空气的混合物。如图I所示，该电场包括至少一个电子流22。燃料和空气的混合物沿着电场的整个长度点燃。点火器20包括电极24，该电极24具有从电极点火端28纵向延伸至电极终端30的本体部26。电极24的本体部26可以包括主体部分32和芯体34，其中该芯体34具有比主体部分32的导热系数更大的导热系数。例如，主体部分32可以由镍合金制成且芯体34由铜制成。如图4所示，电极24的本体部26具有通常垂直于电极24的纵向本体部26延伸的电极直径De。
一绝缘体36环绕本体部26并沿该本体部26从绝缘体管口端38纵向延伸至绝缘体上端40。绝缘体管口端38邻近电极点火端28。如图4所示,绝缘体36在绝缘体管口端38处具有通常垂直于电极24的纵向本体部26延伸的绝缘体直径Di。点火器20通常包括与电极24电连接的端子42和连接导线(未示出)。该连接导线与提供电压的电源(未示出)电连接。端子42被设置在电极终端30、容置在绝缘体36中，并且从绝缘体上端40向外延伸。端子42接收来自连接导线的电压并将该电压传输至电极终端30。由金属材料制成的壳体44环绕绝缘体36并且沿着部分绝缘体36从下壳体端46延伸至上壳体端48,从而使绝缘体管口端38从下壳体端46向外伸出。壳体44包括在两个壳体端46、48之间向外延伸的外部凸缘50。点火系统可以包括与壳体44连接并且环绕上壳体端48的管子，该管子用于将壳体44保持在点火系统中的预定位置。点火系统还可以包括电晕点火系统中通常存在的其它组件。
如图4-19所示，点火器20的电极24包括设置在电极24的电极点火端28的电晕增强端52。从电源接收的电压传输至电晕增强端52，该电晕增强端52再发射形成电晕的电场，以电离燃烧室中的燃料和空气的混合物。电晕增强端52从绝缘体管口端38向外设置。如图I所示，下壳体端46和电晕增强端52的基极元件54之间的末端距离dtip被最小化，以使绝缘体36在电晕增强端52处发射的电场集中。电晕增强端52具有通常垂直于电极24的纵向本体部26延伸的末端直径Dt。如图4所示，该末端直径Dt大于电极直径De和绝缘体直径Di。如图23所示，末端直径Dt与电晕增强端52发射的电场强度直接相关。末端直径Dt越大则提供的电场强度越强。电晕增强端52包括提供半径径向结构(例如球面半径)的外表面，该半径径向结构设置在沿着该外表面的多个位置上。特定位置的球面半径从在该特定位置上的具有半径的球体获得。球面半径为三维(尤其是沿X轴、y轴和z轴)球体的半径(1'!￡、1^和匕)。图15Α、1 和15E提供了在电晕增强端52的两个特定位置的球面半径的示例。电晕增强端52的位于其最外径向点56处的球面半径优选为电晕增强端52的最小球面半径，并且该最外径向点56处的球面半径优选为尽可能小，从而使电场发射被集中在这个点。如图4、4A、4B和4C所示，电晕增强端52的最外径向点56是电晕增强端52上的沿径向方向离电晕增强端52的中心点最远的一个点。电晕增强端52可以包括一个或多个最外径向点56，且在至少一个最外径向点56处具有电晕增强端52的最小球面半径。例如，如图4、4A、4B和4C所示，电晕增强端52包括四个离中心点等距的且离中心点最远的点，这四个点具有小于电晕增强端52的外表面的所有其它球面半径的球面半径。如图4-19所示，电晕增强端52包括基极元件54和发射元件58。基极元件54和发射兀件58各自具有暴露的外表面。发射兀件58和基极兀件54的外表面均具有至少一个球面半径。优选地，发射元件58的暴露外表面的至少一个球面半径小于基极元件54的暴露外表面的各个球面半径，从而使电场从发射元件58发射而不是从基极元件54发射。基极元件54由具有第一电蚀率和第一化学腐蚀率的基极材料制成。基极材料的第一电蚀率和第一腐蚀率可以根据现有技术公知的多种方法测量。基极材料具有熔点、导热系数以及其它影响第一电蚀率和第一腐蚀率的属性。在一个实施例中，基极材料具有1，430°C 至 1，570°C 的熔点。基极材料具有延展性，从而使该材料可以被加工和制造成多种形状。例如，基极材料可以从包括镍、镍合金、铜、铜合金、铁和铁合金的族中选择。在一个实施例中，根据测量的标准国际单位，基极材料具有O. 02至O. 06的延展度，优选至少O. 04，并且更加优选至少O. 05。基极元件54还可以包括由与基极材料不同的材料制成的芯体34，该芯体34用于使热传递沿远离基极材料进行传递。芯体34通常具有比基极材料的导热系数更大的导热系数。在一个实施例中，基极材料为镍合金，而芯体34为铜。如图6、6A和6B所示，基极元件54被制成第一体积并且通常形成为这样的形状，即，包括多个从平台62延伸至远端64的分支60。然而，如图10、IOA和IOB所示，基极元件54可以被制成不带分支60的其它形状(例如一般的长方体)。如图6、6A和6B所示，基极元件54具有通常从绝缘体36朝向外的点火表面66以及朝向相反方向的面向绝缘体36的电弧表面68。部分电弧表面68和点火表面66为暴露于燃烧室中的空气和燃料的混合物的外表面。基极元件54还包括邻接另一个元件或者几个其它元件的内表面，因而，该内表面未暴露于燃烧室中的混合物中。基极元件54通常邻接部分绝缘体36、电极点火端28以及发射元件58。基极元件54的分支60优选从平台62向外并且成一定角度地延伸至远端64。分支60优选被成形为相对平台62、远离绝缘体36成约15度-约60度的角度。基极元件54通常包括四个彼此等距的分支60，其中各分支60与相对的分支60对称。可选地，基极元件54可以包括另外数量的分支60，且这些分支60可以成形为平面的、非对称的、或者相对于平台62以及相对于彼此成另外的角度。如图6、6A和6B所不,这些分支60分别包括点火表面66以及朝向相反方向的电弧表面68。发射兀件58通常设置在分支60的点火表面66上或者沿着分支60的点火表面66设置，但是也可以设置在电弧表面68上。如图12C、13C、14C、15C、16C和17C，分支60的电弧表面68可以特意形成为具有大的球面半径(优选圆的、凸起的轮廓)，以防止电场的发射脱离电弧表面68，S卩，防止电弧70。如图4所不,在一个实施例中，基极兀件54的分支60包括使点火表面66和电弧表面68在远端64处相互连接的过渡表面72。在该实施例中，过渡表面72是平的且发射表面58可以被设置在该过渡表面72上。如图12所示，在另一个实施例中，分支60呈锥形延伸至远端64。锥形的分支60比非锥形的分支60有优势，该优势包括可以更加有效地自基极材料向外传递热量。与非锥形的分支60相比，锥形的分支60还可以更加有效地使电场向分支60的远端64集中。在一个实施例中，远端64提供的球面半径不大于O. 18毫米，优选不大于O. 13毫米，更加优选不大于O. 08毫米，例如O. 02毫米-O. 08毫米。包括分支60的基极元件54通常由片状的或盘状的基极材料制成。在图4示出的实施例中，基极元件54可以由具有约O. 4-0. 6毫米厚度的片材制成。这片基极材料冲压成包括四个从平台62向外延伸至远端64的分支60的形状。各分支60被设置为与另一个分支60对称。各相对分支60的远端64相互间隔约5毫米。其次，各分支60被弯曲成预设的角度(例如45度角)，从而使各远端64相互间隔约4. 7毫米。分支60可以通过模压成型或者本领域公知的其它方法形成45度角。例如，在图12示出的另一个实施例中，基极元件54由具有约O. 4至O. 6毫米的厚度以及约2. 5至3毫米的半径的圆盘制成。其次，该圆盘的表面(例如点火表面66)呈锥形延伸至圆盘的边缘。在一个优选的实施例中，圆盘的边缘具有不大于O. 08毫米的球面半径。随后该锥形圆盘冲压成包括从平台62向外延伸至远端64的分支60的形状。各分支60被设置为与另一个分支60对称。各分支60同样呈锥形延伸至远端64，并且具有不大于O. 08毫米的球面半径。然后，各分支60的邻近远端64的部分被弯曲成约30-50度的角度，从而使远端设置在基极元件54的平台62下方的大约I毫米处。如上所述，一旦提供了基极元件54，电晕增强端52的发射元件58将被设置在基极元件54上。端子42接收的电压被传输至电极24的发射元件58，该发射元件58再发射形成电晕的电场，以电离和点燃燃烧室中的燃料和空气的混合物。发射元件58由体积稳定的材料制成，该材料具有小于第一电蚀率的第二电蚀率以及小于第一腐蚀率的第二腐蚀率。 发射元件58比基极元件54更加耐电蚀和化学腐蚀，因此，发射元件58不像基极元件54磨损得那样快。发射元件58的球面半径优选地小于基极元件54提供的各半径径向结构或球面半径的半径。最小的球面半径优选设置在电晕增强端52的最外径向点56处，该最小球面半径优选由发射元件58提供。图15Α、1 和15E示出了发射元件58和基极元件54在三维空间内(沿着X轴、y和z轴)的半径(rx、ry和rz)的实例。由于发射元件58由具有较低的电蚀率和腐蚀率的体积稳定的材料制成，所以在点火器20在内燃机中的使用期间，发射元件58的球面半径增大的速率将小于基极元件54的各球面半径增大的速率。进一步地，发射元件58的第二体积减小的速率小于基极元件54的第一体积减小的速率。在内燃机中的使用期间，发射元件58优选为即使其体积减小，也只有少量的减小。因此，与经过一段时间就会磨损而且发射的电场会变弱的传统点火器端相比，发射元件58经过一段时间之后可以保持是尖的并且可以发射持续强的电场。体积稳定的材料的第二电蚀率和第二腐蚀率可以根据现有技术公知的多种方法测量。体积稳定的材料具有熔点、导热系数以及影响第二电蚀率和第二化学腐蚀率的其它属性。体积稳定的材料的熔点和导热系数通常大于基极材料的熔点和导热系数。在一个实施例中，体积稳定的材料具有至少1500°C的熔点。而且，体积稳定的材料还可以更好地抵抗极端的温度、压力以及燃烧室中存在的成分(例如硫磺、磷、钙和氧气)。优选地，体积稳定的材料在内燃机的正常操作温度下不具有挥发性氧化状态。体积稳定的材料通常包括被称为贵金属或贵金属合金的元素(例如从元素周期表的族4-12中选择的元素)。在一个实施例中，体积稳定的材料从包含钼、钼合金、铱和铱合金的族中选择。体积稳定的材料还可以包括钨、镍合金或者具有小于基极材料的电蚀率和腐蚀率的导电陶瓷。发射元件58被制成小于基极元件54的第一体积的第二体积，并且提供更小的球面半径。如图所示，发射元件58优选由体积稳定的材料制成导线、薄膜或烧结坯体。然而，发射元件58可以被制成其它形状(例如图10、10A、10B、16A和16B示出的一般长方体)。根据现有技术公知的多种方法(例如传统的烧结、激光烧结、电镀、喷涂、冲压、模塑或者焊接)，发射元件58可以设置和连接在基极元件54上。
发射兀件58包括通常从绝缘体36面向外及面向下的点火表面66。点火表面66为暴露于燃烧室的空气和燃料混合物中的外表面。如上所述，发射元件58包括设置在该暴露外表面的球面半径。优选地，最小的球面半径设置在该暴露外表面的最外径向点56处且不大于O. 2毫米，从而使发射元件58在经过一段时间之后可以发射持续强的电场。可以采用多种方法将发射元件58制造成包括设置在暴露外表面的球面半径，该球面半径小于基极元件54的各球面半径。发射元件58还包括邻近另一个元件(尤其是基极元件54)的内表面，因而，该内表面未暴露于燃烧室的混合物中。发射元件58通常设置在基极元件54的点火表面66上。可选地，在需要电弧70的情况下，发射元件58可以设置在基极元件54的电弧表面68上。在图8、8A、8B、12A和12B的实施例中，发射元件58提供作为设置在基极元件54上的且沿着该基极元件54的薄膜。该薄膜可以涂覆至基极元件54的整个点火表面66或 者部分点火表面66。薄膜通常以粉末金属的形式设置在基极元件54上。体积稳定的材料的粉末可以通过喷涂或者现有技术公知的其它方法涂敷。还可以通过将一片体积稳定的材料电镀或冲压在基极元件54上来涂敷薄膜。图9、9A和9B说明图8、8A和8B的发射元件58的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化。图13、13A和13B说明在图12、12A和12B的发射元件58的最外径向点56处的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化。如图8A所示，薄膜的边缘优选与基极元件54的远端64对齐。薄膜的边缘可以在电晕增强端52的最外径向点56处提供用于发射强电场的最小球面半径。当基极元件54具有O. 4至O. 5毫米的厚度时，薄膜通常具有不大于O. I毫米的厚度。尽管未示出，薄膜的边缘可以是锥形的。如图8所示，在使用点火器20之前并且当该点火器20首次使用在点火系统中时，基极元件54的远端64和发射元件58提供的最外径向点56都是尖的并且提供一样小的球面半径，从而，这两个点可以分别发射强电场。然而，如图9所示，经过一段时间之后，基极元件54磨损且该基极元件54的球面半径变得比发射元件58的球面半径大。电场变为集中在发射元件58的较小球面半径，而不是集中在基极元件54和发射元件58。因此，经过一段时间之后，电场强度实际上增大了，这是与现有技术相比的一个重要的优势。发射元件58还可以提供作为在两个导线端头之间延伸的导线。体积稳定的材料在设置在基极元件54上之前被制成导线。在图6、6A和6B的实施例中，电晕增强端52包括平的远端64且一根导线沿一个分支60设置。在图14、14A和14B的一个实施例中，电晕增强端52包括锥形的远端64且一根导线沿一个分支60设置。优选地，一个导线端头自基极元件54的远端64向外延伸，以在电晕增强端58的最外径向点56处提供电晕增强端58的最小球面半径。图7、7A和7B说明图6、6A和6B的发射元件58的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化。图15、15Α、15Β、1 和15E说明图14、14A和14B的发射元件58的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化。导线可以具有一般呈圆柱形的形状或者一般呈长方形的形状，并且可以根据现有技术公知的多种方法制成。导线可以形成为包括如图6所示的平的导线端头，或者如图15所示，可以呈锥形延伸至至少一个导线端头。锥形的导线端头比非锥形的端头具有优势，该优势包括使最外径向点56处的球面半径更小并且可以更加有效地自体积稳定的材料向外传递热量。而且，与非锥形的端头相比，锥形的端头可以更加有效地使电场向最外径向点56集中。在一个实施例中，导线具有不大于O. 2毫米的直径，且锥形的导线端头在最外径向点56处具有不大于O. 08毫米的球面半径。导线通常通过焊接连接至基极元件54。发射元件58还可以以烧结粉末金属的形式设置在部分基极元件54上。在图4、4A、4B和4C的实施例中，当基极元件54包括带有平的远端64的分支60时，该体积稳定的材料以粉末金属的形式设置在分支60的过渡表面72上，然后被烧结至提供体积稳定的材料的烧结坯体。优选地，体积稳定的材料的坯体被激光烧结成预设的形状，该形状在电晕增强端52的最外径向点56处提供最小球面半径。然而，体积稳定的材料可以根据本领域公知的其它方法机加工或者制造。图5、5A、5B和5C说明在图4、4A、4B和4C的发射元件58的最外径向点56处的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化。在图18、18A和18B示出的实施例中，其中远端64是锥形的，粉末金属可以部分设置在电弧表面68上以及部分设置在分支60的点火表面66上,然后被机加工成在电晕增强端52的最外径向点56处提供尖的球面半径。在一个实施例中，烧结坯体具有不大于O. 08 毫米的球面半径。图19、19A和19B说明图18、18A和18B的发射元件58的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化。在图5、10和16的实施例中，发射元件58为由体积稳定的材料制成的预设形状(例如块状)。体积稳定的材料可以被模塑成预设的形状，然后设置在基极元件54上，或者可以以粉末金属材料的形式设置在基极元件54上，然后烧结和机加工成预设的形状。成预设形状的形式的发射元件58优选设置在基极元件54的远端64，以在电晕增强端52的最外径向点56处提供最小球面半径。图IUllA和IlB说明图10、IOA和IOB的发射元件58的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化，图17、17A和17B说明在图16、16A和16B的发射元件58的最外径向点56处的球面半径在内燃烧机中使用以后基本上没有变化。本发明的点火器20在内燃机中使用一段时间之后可以提供持续强的电场。即使当本发明的点火器20和传统点火器最初形成为在最外径向点56处提供相同的球面半径时，点火器20在内燃机中使用不久以后，本发明的点火器20比传统点火器提供更强的电场。因此，本发明的点火器20比传统点火器提供更高质量的点火。而且，由于只有一小部分需要由体积稳定的材料(例如贵金属)制成，所以点火器20的性价比高。此外，在相同的电压下，本发明的点火器20可以比传统点火器发射更强的电场强度。例如，本发明的点火器20在30V下发射的电场比传统点火器在50V下发射的电场更强。因此，相对于传统点火器来说，本发明的点火器20可以显著地节省能源。显然，鉴于上述教导，本发明可以有多种修改和变形。因此，应该理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以通过具体描述的方式以外的其它方式实现。此外，权利要求中的附图标记仅为了便于说明，不应该视为任何形式的限制。
权利要求
1.一种点火器(20)，其用于接收来自电源的电压并且发射电场，以电离内燃机的燃料和空气的混合物，其特征在于，该点火器(20)包括 电极(24)，该电极(24)具有电极点火端(28)且包括设置在所述电极点火端(28)的电晕增强端(52); 所述电晕增强端(52)包括具有第一体积并且由具有第一电蚀率和第一腐蚀率的基极材料制成的基极元件(54); 所述电晕增强端(52)包括设置在所述基极元件(54)上的发射元件(58)； 所述发射元件(58)具有小于所述第一体积的第二体积； 所述发射元件(58)由具有小于所述第一电蚀率的第二电蚀率和小于所述第一腐蚀率的第二腐蚀率的体积稳定的材料制成。
2.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述电晕增强端(52)包括暴露的且具有球面半径的外表面；其中，所述电晕增强端(52)的最小的球面半径位于所述外表面的最外径向点(56)处。
3.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述发射元件(58)为导线。
4.根据权利要求3所述的点火器(20)，其特征在于，所述导线在两个导线端头之间延伸且呈锥形延伸至至少一个所述导线端头。
5.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述发射元件(58)为沿着所述基极元件(54)设置的薄膜。
6.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述发射元件(58)的所述体积稳定的材料为烧结的粉末金属，并且所述发射元件(58)设置在部分所述基极元件(54)上。
7.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述基极元件(54)和所述发射元件(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径；其中，位于所述发射元件(58)的所述暴露的外表面的至少一个所述球面半径小于位于所述基极元件(54)的所述暴露的外表面的各球面半径。
8.根据权利要求7所述的点火器(20)，其特征在于，在该点火器(20)的使用期间，所述发射元件(58)的所述球面半径增大的速率小于所述基极元件(54)的各个所述球面半径增大的速率。
9.根据权利要求7所述的点火器(20)，其特征在于，位于所述发射元件(58)的所述暴露外表面的所述球面半径不大于O. 2毫米。
10.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，在该点火器(20)的使用期间，所述发射元件(58)的所述第二体积减小的速率小于所述基极元件(54)的所述第一体积减小的速率。
11.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述电晕增强端(52)的所述基极材料和所述体积稳定的材料各自具有熔点，其中，所述体积稳定的材料的熔点大于所述基极材料的所述熔点。
12.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述体积稳定的材料从包括钼、钼合金、铱和铱合金的族中选择。
13.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述基极材料从包括镍、镍合金、铜、铜合金、铁和铁合金的族中选择。
14.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述基极元件(54)包括平台(62)以及从所述平台(62)向外且向下延伸至远端(64)的多个分支(60)，其中，所述发射元件(58 )设置在所述远端(64 )。
15.根据权利要求14所述的点火器(20)，其特征在于，所述基极元件(54)的所述分支(60)呈锥形延伸至所述远端(64)。
16.根据权利要求14所述的点火器(20)，其特征在于，所述基极元件(54)的所述分支(60)包括朝向外的点火表面(66)以及朝向相反方向的电弧表面(68),其中,所述发射兀件(58)设置在所述点火表面(66)上。
17.根据权利要求16所述的点火器(20)，其特征在于，所述电弧表面(68)是凸起的。
18.根据权利要求14所述的点火器(20)，其特征在于，所述基极元件(54)的所述分支(60)包括朝向外的点火表面(66)和朝向相反方向的电弧表面(68)以及使所述点火表面(66)和所述电弧表面(68)在所述远端(64)相互连接的过渡表面(72);其中，所述发射元件(58)为设置在所述过渡表面(72)上的所述体积稳定的材料的烧结粉末。
19.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述电极(24)包括从电极终端(30)纵向延伸至所述电极点火端(28)的本体部(26);并且该本体部(26)包括 绝缘体(36 )，该绝缘体(36 )环绕所述本体部(26 )并且沿着所述本体部(26 )从邻近所述电极点火端(28)的绝缘体管口端(38)纵向延伸至绝缘体上端(40)； 所述绝缘体(36 )具有在所述绝缘体管口端(38 )处垂直于所述电极(24 )的所述纵向的本体部(26)延伸的绝缘体直径(Di)； 所述电晕增强端(52)设置在所述电极点火端(28)并且自所述绝缘体管口端(38)向外设置； 所述电晕增强端(52)具有垂直于所述电极(24)的所述纵向的本体部(26)延伸的末端直径(Dt);以及 所述末端直径(Dt)大于所述绝缘体直径(DiX
20.根据权利要求I所述的点火器(20)，其特征在于，所述电极(24)包括从电极终端(30)纵向延伸至所述电极点火端(28)的本体部(26)； 所述本体部(26)具有垂直于所述纵向的本体部(26)延伸的电极直径(De)； 所述电晕增强端(52)具有垂直于所述纵向的本体部(26)延伸的末端直径(Dt);以及 所述末端直径(Dt)大于所述电极直径(De)。
21.一种点火器(20)，其用于接收来自电源的电压并且发射形成电晕的电场，以电离内燃机的燃料和空气的混合物，其特征在于，该点火器(20)包括 电极(24)，该电极(24)从电极点火端(28)纵向延伸至电极终端(30)； 绝缘体(36)，该绝缘体(36)环绕本体部(26)并且沿着所述本体部(26)从邻近所述电极点火端(28)的绝缘体管口端(38)纵向延伸至绝缘体上端(40)； 所述绝缘体(36 )具有在所述绝缘体管口端(38 )处垂直于所述电极(24 )的所述纵向的本体部(26)延伸的绝缘体直径(Di)；端子(42)，该端子(42)容置在所述绝缘体(36)中并且与所述电极终端(30)电连接；由金属材料制成的壳体(44)，该壳体(44)环绕部分所述绝缘体(36)并且沿着部分所述绝缘体(36)从下壳体端(46)纵向延伸至上壳体端(48)，以使所述绝缘体管口端(38)自所述下壳体端(46)向外伸出； 所述壳体(44)包括在所述两个壳体端(46、48)之间向外延伸的外部凸缘(50)； 所述电极(24)包括位于电极点火端(28)处并且在所述绝缘体管口端(38)外侧的所述电晕增强端(52)； 所述电晕增强端(52)具有垂直于所述电极(24)的所述纵向的本体部(26)延伸的末端直径(Dt)； 所述末端直径(Dt)大于所述绝缘体直径(Di)； 所述电晕增强端(52)包括具有第一体积并且由具有第一电蚀率和第一腐蚀率的基极材料制成的基极元件(54)； 所述电晕增强端(52)包括设置在所述基极元件(54)上的发射元件(58); 所述发射元件(58)具有小于所述第一体积的第二体积； 所述发射元件(58)由具有小于所述第一电蚀率的第二电蚀率和小于所述第一腐蚀率的第二腐蚀率的体积稳定的材料制成，其中，所述端子(42)接收电压并将该电压传输至所述电极(24)，从而使所述发射元件(58)发射电场，以电离燃料和空气的混合物。
22.一种制造点火器(20)的方法，该点火器(20)用于接收来自电源的电压以及发射电场，以电离内燃机的燃料和空气的混合物，其特征在于，该方法包括以下步骤 提供基极材料的基极元件(54)，该基极材料具有第一电蚀率和第一腐蚀率以及第一体积； 将由体积稳定的材料制成的发射元件(58)设置在基极元件(54)上，该体积稳定的材料具有小于所述第一电蚀率的第二电蚀率和小于所述第一腐蚀率的第二腐蚀率以及小于所述第一体积的第二体积。
23.根据权利要求22所述的制造点火器(20)的方法，其特征在于，该方法包括在将发射元件(58)设置在基极元件(54)上之前，将发射元件(58)制成导线。
24.根据权利要求22所述的制造点火器(20)的方法，其特征在于，所述将发射元件(58)设置在基极元件(54)上的步骤包括将体积稳定的材料以粉末形式设置在基极元件(54)上。
25.根据权利要求22所述的制造点火器(20)的方法，其特征在于，所述将发射元件(58)设置在基极元件(54)上的步骤包括将体积稳定的材料的薄膜涂覆在基极元件(54)上。
26.根据权利要求22所述的制造点火器(20)的方法，其特征在于，所述制造基极元件(54)的步骤包括将一片基极材料冲压成包括从平台(62)向外延伸至远端(64)的多个分支(60)的形状；并且将分支(60)弯曲成相对于平台(62)成预设的角度。
27.根据权利要求26所述的制造点火器(20)的方法，其特征在于，该方法包括使分支(60)呈锥形延伸至远端(64)。
28.根据权利要求22所述的制造点火器(20)的方法，其特征在于，所述将发射元件(58)设置在基极元件(54)上的步骤包括激光烧结。
29.根据权利要求22所述的制造点火器(20)的方法，其特征在于，该方法包括将电晕增强端(52)的外表面的最外径向点(56)制造成具有一球面半径，且该球面半径为电晕增强端(52)的最小的球面半径。
全文摘要
本发明提供一种发射电场的点火器(20)，该电场包括多个形成电晕的电子流，该点火器(20)包括位于电极点火端(28)的电晕增强端(52)。该电晕增强端(52)包括由贵金属制成的并且设置在基极元件(54)上的发射元件(58)，例如电线、薄膜或者烧结坯体。基极元件(54)由镍合金制成。发射元件(58)具有低于基极元件(54)的电蚀率和化学腐蚀率。发射元件(58)在最外径向点(56)提供电晕增强端(52)的最小球面半径，以集中电场发射以及可以在经过一段时间之后提供持续强的电场强度。
文档编号H01T13/52GK102859817SQ201180018818
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者詹姆士·D·吕科瓦基, 基思·汉普顿 申请人:费德罗-莫格尔点火公司