专利名称：移动式火花点火系统及其所用的点火器的制作方法
技术领域：
本发明是有关内燃机的点火系统，它包括了伴随的点火线路以及诸如火星塞的点火器。
背景技术：
自从汽车问市以来，其已经历过许多的变化了。这些许多具有改革性的变化可视为科技的成熟，而其中一些基本的原理则仍然保持着不变，诸如点火系统。而这些变化中所作的一些改进则包括了改变机械的分布，而以电子零件取而代之、增加可靠性，以可让更加容易调整的点火时间可适用于不同型态引擎的运作状况。负责产生高压，以可供作放电的电子零件亦已被改变了，取而代之的则是随处而见的晶体化线圈点火(TCI)以及电容量放电点火(CDI)系统。然而，纵然是如此，基本的火星塞结构仍然没有任何的改变。今日的火星塞和昔日的火星塞之间最大的不同主要是在于今日使用了进步性的材料，而其中基本的点-对-点放电的原理仍然没有改变。由火星塞电流所产生的磁场以及其本身电流间的交互作用而引起的力场而驱动的火花是一个相当吸引人的观念，因为其对于一个给定了的点火系统输入能量增大了点火核。长久以来世人即认知需要一个强化的点火源。而许多增加点火核的发明亦已介绍于世。使用等离子体喷射以及劳伦兹力等离子体加速器是许多研究以及专利的主要目标。然而这些先前的发明中却没有一个可以归纳出一个具实际使用价值，以及在商业上可加以利用的结论。而这些先前发明的缺点则是在于其使用了过多的点火能量，因为其在所使用的引擎型式中消除了任何可能的效率增强作用。这种较高点火能量的需求造成了点火电极加速的腐蚀，且其亦降低了点火运作时甚至无法接受的程度。
将体积以及火星塞初始等离子点火核的表面积予以增加是一个相当不错的观念，因为其可实际地限制处在一个内燃引擎内部易燃混合气作出不合利益的事。而此一目的则是在于减少燃烧延迟的差异性，而燃烧延迟则是在当引擎以不良的混合气运作时所常见的一个现象。更特别地说，长久以来人们即藉由增加点火体积来消除点火的延迟。
而这种现在由以下来加以细说前，人们需要注意的是，若一个等离子体是限制于点火电极间极小的体积中时(其则如同现有的火星塞一般)，其初始的体积是相当小的，在此状况下，通常大约是1mm的等离子体会形成60,000°K的温度。此核会扩张并且冷却至大约为25mm的体积以及可以点燃易燃的气体2,500°K的温度，这一体积表示着大约0.04％的混合气在0.5升的汽缸中，以压缩比为8∶1的比例下予以完全地燃烧了。在由以下的讨论中，人们可知若点火核可以增大达100倍，4％的易燃混合气状会被点燃，而所谓的点火延迟则会大幅的降低了。然而这一使人欣慰的点火目标至今仍然未予以达到。
在这些早期的系统中所需要的电能，诸如是由美国的Fitzgerald在其专利4,122,816中所提出，其在每一次点火中是大于2焦耳。而此一能量则比现有的火星塞所使用的大40倍。
Mathews报告中则介绍在每一次点火中使用5.5焦耳的电能，或者是传统点火系统所使用能量的100倍。
在一个六缸且以每分钟3600转(RPM)的引擎中，引擎每次的回转需要点燃三个汽缸，或者是每秒180次的点火。而每次点火二焦耳则是每秒360焦耳(Joules/second)。此一能量必需由内燃机以大约18％的效率来加以提供，并且由能量转换装置以大约40％的效率来转换成较高的电压，以供引擎以大约7.2％的效率来加以使用。Fitzgerald燃烧燃料360/0.072焦耳/每秒或5000焦耳/每秒，以启动该点火器。
将1250Kg的汽车在一水平路面上以时速80公里(大约为50英里)的速度移动需要大约是9000焦耳/每秒的燃料能量。在某一引擎燃料以刺激动力转换效率为18％，且大约是50000焦耳/每秒的燃料将会被使用掉。因此，由Fitzgerald所使用的系统需要耗掉汽车用于启动其点火系统的能量大约是10％的燃料能量。而言则将会较预期中使用Fitzgerald点火系统所获得的效率为大。
在比较下，传统的点火系统使用大约是燃料能量的0.25来启动其点火系统。此外，在这系统中所使用的高能会造成火花塞的电极产生高度的腐蚀现象，因此亦会造成减低其有效的运作寿命。而此一减少的寿命是由Mathew所作的工作中看出，其中，对于减少点火能量的认识是为人所知，然而却仍然没有解决的方法。
另一种解决此一问题的方法则是考虑由Tsao和Durbin(Tsao,L.andDurbin,E.J.)在一个具有多电极的火花点火系统的内燃机引擎内有关循环式差异以及偏差运作的评估(＂Evaluation of Cylic Variation and Lean Operation in aCombustion Engine with a Multi-Eletrode Spark Ignition System)PrincetonUniv.,MAE Report,(一月，1984)所作的工作，其中，一个较寻常为大的点火核是由一个多重电极的火花塞所产生，显示了在燃烧不同性的周期间的减少、在火花产生的减少，以及在输出能量的增加。该点火核的增加仅是6倍于一般的火花塞大小。
Bradley以及Critchley的火花点火核的电磁式诱发动作(Bradley,D.,Critchley,I.L＂Electromagnetically Induced Motion of Spark Ignition Kernels＂Combust.Flane22,143-152页(1974)是第一考虑使用电磁力来产生一火花塞的动作，且产生的能量为12焦耳。
Fitzgerald(Fitzgerald,D.J.,之用于内燃机引擎的脉冲式等离子体点火器＂Pulsed Plasma Ignitor for Internal Cumbustion Engine＂SAE paper 760764(1976)；以及Fitzgerald,D.J.,Bresheras,R.R.,的内燃机引擎的等离子体点火器＂PlasmaIgnitor for Internal Cumbustion Engine＂U.S.PatentNo.4,122,816(1978)则建议使用脉冲式等离子推进器来对自动引擎点火，并产生相当的能量(大约是1.6焦耳)。虽然，其可以将限制予以延伸，然而此种使用于点火系统的等离子推进器的整体表现并不比一般火花塞的表现为好，同时其所产生的火花亦不是较好。在此系统内，使用了更多点火的能量，但却没有明显地增加等离子核的尺寸。Clements,R.M.,Smy,P.R.,Dale,J.D.，的对典型等离子体点火器喷射机制的实验性研究＂An Experimental Study of the Ejection Mechanism for Typical Plasma JetIgnitors＂Combust Flame 42 287-295页(1981)。最近，Hall,M.J.,Tajima,H.,Mathews,R.D.,Koeroghlian,M.M.,Weldon W.F.,Nichols,S.P.,所作的新型点火器＂轨塞＂的初步研究＂Initial Studies of a New Type of Ignitor:The Railplug＂SAE paper912319(1991),and Mathews等人(Mathews,R.D.,Hall,M.J.,Faidley,R.W.,Chiu,J.P.,Zhao,X.W.,Annezer,I.,Koening,M.H.,Harber,J.F.,Darden,M.H.,Weldon,W.F.,Nichols,S.P.,所作的有关于轨塞的作为新型点火器的进一步研究＂FurtherAnalysis of Railplugs as a New Type of Ignitor＂,SAEpaper 922167(1992)显示了
轨塞
(Rail Plug)在超过6焦耳的能量下操作时，在燃烧弹实验中显示了长足的改进。其同时亦观察到一个引擎在当其火花塞于一点火能量为5.5焦耳的能量下作业时会在贫操作中产生相当的改善。其供应此一额外的能量至电子电路以及火花塞间的不良吻合。在火花塞内延展能量的等级是大约为将一1250千克的车辆以80公里的时速在一水平路面上推动所需要的能量的25％。在引擎表现中任何效率的利益都将会比在点火系统内增加能量的消耗为大。
发明概述本发明一项主要的特点是一个用在内燃机中的等离子式喷射器，或一个点火器，而其包括了至少第一以及第二电极；用以将该电极保持在一个预定且间隔开来的关系的一个装置；以及用来将该电极的活动部装设在一个设于一个引擎的燃烧缸内的内燃机内部的装置。该电极的尺寸、构造以及其间隔的关系是在当一个相当高的电压作用在该电极，且其中的点火器是设在一个内燃机的内部时，在一个油气的混合气中，一个等离子体会在该电极间的混合气中形成，而该等离子体是由该电极间在劳伦兹力的作用下而向外移至该汽缸内的一个膨胀空间内。在该电极间间隔开的关系是可藉由周围具有绝缘的物质的电极来维持，如此，则当该电压在作用于该电极时，等离子体会在该电介质表面的内部或上面而形成。该电压可予以减低以及增加电流的供应来维持在形成后的等离子体。
如同在此所详细介绍，本发明另一方面所述则是一个用于一个内燃机的等离子喷射器，或点火器，而其的一个具体实施例则是包括了两个间隔开来的电极，而该两个电极是具有实质上为平行且为圆形的接触面，而在此之间，一个以经向向外移动的等离子体且是经由供应在该电极间的电压而形成于油气混合气内。
根据本发明的另一方面，一个用于一个内燃机的等离子喷射器，或点火器是包括了两个间隔开且实质上是以经向平行的电极，而在其间一个以经向向外移动的等离子体是由供应在该电极间的电压而形成。
再就本发明的另一方面而言，一个点火源是和前述本发明两个角度下所述极为有用，该点火源藉由提供一种够高的第一电压以产生一种在该电极间等离子体上的通道，以及一种较之该第一电压具有较低能量的第二电压，以维持介于该电极间通道内的等离子体有电流通过而来提供一个点火等离子核，如此，由于在该电极间的能量差所形成的电场，以及由该电流所形成的磁场在交互作用下会形成一股作用在该等离子体上的作用力，而造成该等离子体离开其原始的区域，并且会在体积上加以膨胀。
而再就本发明的另一角度而言，本发明包括了一个点火器，而该点火器则包括了平行且间隔开来的电极，而其则又是包括了至少第一及第二电极，而在其间则形成了放电间隙，而其间，该电极半径的总合对该电极的长度的比例是大于或等于四，而该两个电极半径的差对该两个电极长度的比值是大于三分之一；一个电介质材料围绕着该电极的实质一部份，以及介于其间的空间；每一个电极导电的端头部份并没有该绝缘物质，且是彼此间处在相对的位置处；而且其中具有可将该点火器装设在设于一内燃机的燃烧缸内第一及第二电极自由端头上的装置。
仍然是本发明的另一角度而言，一个点火器包括了至少两个平行且间隔开来，以可于其间形成放电间隙的电极，其中，可置放于该电极间的最大缸的半径是较之于该电极长度除以六的值为大；一个介电物质，其环绕着该电极的实质部份以及介于其间的空间；每一个电极导电的端头部份并未设有该绝缘物质，且是彼此间处在相对的位置，该导电端部是指定为该电极的长度，且其尚包括了有可将一个具有该电极的自由端的点火器装设在一引擎的燃烧缸内的装置。
再就仍然是本发明的另一方面而言，其是有关于用于一内燃机引擎中的一种移动式点火系统，而该引擎则是包括了一个点火器以及和该点火器一起或分开来的电子装置，而该电子装置在点火器的电极间提供位能差。该点火器包括了实质上为平行且为间隔开的电极。
而该电极则又是包括了一个至少是第一及第二的电极，且在其间则是形成了放电间隙，其中，两个电极半径的差对于其长度的比值是大于三分之一时，该电极半径的总合较之于其长度上的比值是大于或等于四。一个电介质材料，其诸如是可予以极化的陶瓷，围绕着该电极的一部份，以及其间的空间，而每一个该电极的导电端头部是未设有该绝缘物质，且是彼此位于相对立的位置上。装置，是包括了将具有该第一以及第二电极的自由端的点火器装设在一个引擎的燃烧缸内。诸如此类的装置可包括有在每一个电极上的螺纹．用于在电极间提供位能差的电子装置初始是在于提供足够高的第一电压，以可在该电极间的油气混合气内形成一个由等离子体所产生的通道，其后，则提供一种较之于该第一电压具有较低能量的第二电压，以可在位于该电极间的通道内的等离子体上保持电流的流过。而其结果则是，由于该电极间位能差所产生的电场会和该电流而产生交互作用，而此交互作用的方式则会在该等离子体上形成一股作用力，而该作用力则会造成该等离子体离开其原始的位置，而此则会造成该等离子体的体积膨胀。
再就本发明的另一方面而言，其提供了一种用于一个燃烧式引擎中的可移动式点火系统，而该引擎则包括了一个点火器以及可在该点火器的电极间依序产生两个位能差的电子装置。该点火器包括了至少是平行且间隔开来且在其间形成放电间隙的电极，其中可设置在该电极间的最大缸的半径是大于该电极的长度，一个绝缘物质，其则诸如是可予以极化的陶瓷，围绕着该电极的一部份，以及其间的空间，而每一个该电极的导电端头部是不和该电介质材料而相互接触，且是彼此位于相对立的位置上，而该导电端头部是具有前述电极的长度；以及用于将该点火器予以装置在一个引擎燃烧缸内电极的自由端，此种装置是，例如，设置在每一个该电极上的螺纹。在该电极间依序提供一个位能差的电子装置提供了一个第一位能差，而该第一位能差是够高以足以在介于该电极间由等离子体而形成通道，其后，该位能差会减少至一个具有较之于该第一电压具有较低位能的第二电压，以可维持电流在电极间且位于该通道内的等离子体上通过。在该电极间位能差所引起的电场会和由该电流所引起的磁场而产生交互作用，而此交互作用的方式则会在该等离子体上产生一股作用力，而此作用力则会造成该等离子体离开其原始区，以增加该等离子体通过的体积。
附图简要说明本发明的各种具体实施例是由下列的附图来加以解说，而在其中，凡是相似的物件均是以相同的号码来加以注记，其中
图1为一种圆柱形Marshall枪的剖视图，藉由图视来加以说明其操作的过程，且藉此人们才可了解本发明；图2为本发明具体实施例的圆柱形移动式火花点火器的剖视图，其是由该圆柱形的轴线来加以剖视，其包括了两个电极，且其中所产生的等离子体是藉由在轴向方向的扩张而移动；图3为本发明另一具体实施例的一种移动式火花点火器的类似剖视图，其中所产生的等离子体是藉由在经向方向的扩张而移动；图4是解释图2具体实施例的点火器，其是根据本发明的一个具体实施例中的一个实验性电子点火线路图，以操作该点火器；
图5为本发明的一个具体实施例中移动式火花点火器的一个剖视图，且该点火器是装设在一个引擎中的一个汽缸中；图6为本发明第二个具体实施例中移动式火花点火器的一个剖视图，且该点火器是装设在一个引擎中的一个汽缸中；图7是根据本发明另一具体实施例的示意图，其在于显示另一种点火器的电路图；图8是显示本发明再一具体实施例，其在于显示另一种移动式火花点火器的剖视图；图9A是显示本发明另一具体实施例的移动式火花点火器的经向剖视图；图9B为图9A中移动式火花点火器的端视图，其在于显示相对电极的自由端；图9c为图9B的部份放大图．详细说明本发明涉及一种缩小形式的Marshall枪(同轴枪)的移动式火花启动器或点火器(TSI)，其具有高效率的传递电能至等离子体体积的产生。在图2所示的具体实施例中，一个分别是外部电极的半径(r2)以及一个内部电极的半径(r2)的总合对于该电极的长度(1)的比值应该是大于或等于4，而该两个半径的差(r2-r1)=g1/2对于该电极长度(1)的比值应该是大于1/3(最好是能够大于1/2)，而其则如下所示r2+r11≥4]]>以及r2-r11>1/3]]>其中g1代表的是在该电极间的间隙空间同样的关系在图3中亦是需要的，其中图2中的r1以及r2改由R2以及R1，而在该电极间的间隙则为g2，且该电极的长度则为L。因此，R2+R1L≥4]]>以及g2L>1/3]]>
热传递至该可燃烧的混合气是藉由离子扩散的形式以及该等离子体的基态而发生。该等离子体体积大量的增加会增加热传递至该可燃烧的混合气。
在此首先讨论的是Marshall枪的理论。其后则才是讨论由较大火花体积所提供的环境上的利益。而此类系统的结构则是藉由本发明不同的具体实施例来加以讨论。
Marshall枪的理论呈现出一种有效率的方法来产生较大量的等离子体。图1的图式显示的是一个在一个同轴等离子枪的示意图内的一个电场2以及磁场4，其中的BT是朝向场线4的极化磁场。等离子体16是藉由劳伦兹力向量F以及热膨胀的作用而移向方向6，而在当放电持续发生时，藉由新鲜空气的分离，则会继续产生新的等离子体。VZ是等离子核速度向量，同时亦是指向6所指的Z方向。因此，等离子体16在移过且在穿过介于该电极10、12间的空间时会持续增长(该电极是藉由绝缘体或电双极14而保持在一个间隔开的关系)。一旦该等离子体离开了该电极10、12，其就会在体积上予以膨胀，而在程序中冷却下来。在其冷却至点火温度后，其就会点燃可燃的混合气。
幸运地，该等离子体体积的增加在减少放射以及改善燃油经济效益上，对于目前所知的策略上是相当使人满意的。此类策略中的两种则分别是稀释在汽缸内部混合气的浓度，以及减少循环至循环间的差异。
稀释混合气的浓度通常是藉由使用额外的气体(消耗引擎的限制)或是废气的再循环(EGR)而完成，以及藉由降低燃烧温度而减少氮的氧化物的形成。氮的氧化物在烟雾的形成上占有了一个相当重要的角色，而其在量上的减少则是对汽车工业一项持续性的挑战。对于混合气的稀释亦可降低温度来增进燃油的效率，因此而减少热自燃烧室内壁的损失，以及藉由在一个部份负载下，来降低抽吸损失而改善比热。
Zeilinger决定每一小时每一马力所作的工，对于三个不同的火花时间理论而言，所产生的氮氧化物是为空气和燃料比值的一个函数(Zeilinger,K.,Ph.DthesisTechnical University ofMunich(1974))。他发现空气和燃料的比值以及火花时间均能影响燃烧的温度，并及于氮氧化物的形成。当可燃烧的混合气或是空气对燃料的比值(A/F)是由多余的空气予以稀释时(例如，A/F是大于化学当量的)，该温度则会降低。起初，该效率会因为氧的增量而减低。氧化氮的形成会增加。且在当该混合物再次予以稀释时，氧化氮形成的量会降低至少在化学当量计算时的量，因为燃烧温度的降低压制了氧(O)的增加。
更加的提前点火时间(例如，在到达上死点前具有更高的初始点火温度)升高了温度的峰值，但降低了引擎的效率，因为在活塞到达上死点(TDC)前会有更多比例的可燃烧性混合物会被燃烧掉，而混合气则会被压缩至一个更高的温度，以致于导致更多氧化氮的生成以及热的散失。在混合物不充足时，能够供应最大煞车扭力(MBT)的火花点火时间会因而增加。
对混合物的稀释会导致能量密度的减少，并进而减少火焰传递的速度，而其均会影响点火以及燃烧。较低能量的密度会减少在一定体积内化学反应的热的释放，因此会将介于化学反应热的释放以及热的散失间的平衡转至周围的空气。而若是热释放较少于热的散失，火焰不会传递。点火体积的增加可以确保火焰传递的速度并不会因为可燃烧混合物能量密度的减少而降低。
降低火焰传递的速度则会增加燃烧的时间。延迟点火在当油气混合气的量是正比于表面积时，会产生火焰在起初时是相当的小，而其则会造成火焰在成长上相当的缓慢。增加延迟点火，以及燃烧的时间会导致用以达到最大扭力的火花的提前，并且减低输出功的量。较大的点火核会减低所需火花时间的提前，并且减少因为该提前所造成相对的效应。(这些相对的效应在对可燃烧的混合气予以点火时是一项持续性的困难，因为较低的密度、在产生火花时的温度，以及在点火延迟变异上的增加，而其则会导致可动性的趋于恶化。
循环性的差异是由区域性空气对燃料比值、温度、剩余气体的量以及漩涡内不可避免的变异中所导致。这些变异作用在汽缸压力所产生的效率绝大部份是因为其对火焰初始膨胀速率的冲击所致。此一冲击可藉由供应一个大于不均匀性平均尺寸的火花量而予以大量的降低。
对于引擎状况循环性的变异予以减少将会减少散发并藉由减少燃烧不完全循环的次数，以及藉由延伸引擎气、油比值范围来增加效率。
在两个不同的起始时间而言，Quader决定在燃烧时是为曲轴角度函数的可燃烧混合气的分数(Quader,A.,＂所作的有关于-在火花式点火引擎内是什么因素限制了偏向动作？What Limits Lean Operation in Spark Ignition Engine-FlameInitiation or Propagation ＂,SAE Paper 760760(1976)。他的引擎是以非常缺乏的状况而运转(例如大约是0.7的比值)，在1200rpm，以及60％的油门状况下。大量的燃烧紧接在火花产生后，并无法产生任何明显的变化(有一段时间是几乎没有任何的燃烧产生，而其也就是一般所称的延迟点火)。这是因为该极细微的火花量，而缓慢的燃烧时间则是因为小面积以及相当低的温度。一旦一小量的可燃烧性气体开始燃烧，燃烧的速率则会增加，刚开始时是相当的慢，其后则在火焰成长时则会逐渐的加快。引擎在这两个火花时间的表现都不好。在60度B·T·D·C·(上死点点火时间前)时，且在当活塞于压缩混合气时，有太多的混合气即先行地燃烧了，而此则会产生负功。压力的升高则会阻碍引擎的压缩行程。而在40度B·T·D·C·的状况下，在爆炸行程开始后，相当量的混合气会开始燃烧，也因此减少了输出可用的功。
4％燃烧线和由Quader Id所决定的曲线的交点显示着若大量火花体积是可能的话，其在降低点火延迟的现象上有着相当的优点。对于60度B·T·D·C·的曲线而言，若火花时间是由60度变更为22度B·T·D·C·(将近40度的变化)，已燃烧的分数的变化率将会更高，因为可燃烧性混合气密度在点火时将会到达最高。对40度B·T·D·C·的曲线而言，若时间是由40度改变为14度B·T·D·C·(大约是25度的变化)，可燃烧性混合气将在一个接近于TDC(上死点)处而完全的燃烧掉，而也因此增加了引擎的效率。
以上的讨论清楚地显示了在减少散发以及增进燃油效率上，增加火花体积的重要性。藉由本发明点火器(TSI)系统，对于为了得到最大的效果而所需要的点火提前是可以减少20度到30度，或者更多。
当增加火花体积时，TSI系统同时也提供了将该火花予以移入更深层的混合气中，其效果则是可以减少燃烧的时间。
有关TSI系统实际的结构，以下是由本发明不同的具体实施例来加以说明。
本发明提供了(a)一个小型的等离子枪或移动式火花点火器(其亦是为一种TSI)，且其是用来替换传统火花塞，以及(b)特别制定的电子板机(点火)电路。将电子电路予以和等离子枪的参数相互配合(电极的长度、同轴汽缸的直径、放电的时间)，在当其给予该等离子枪一个预定的电子能时，能够将等离子体的体积予以扩大至最大。藉由正确的选择电子电路的参数，人们可以获得电流以及电压的分析，如此，实质上最大的电子能则可传递至该等离子体。
较佳的情况是，本发明的TSI点火系统在每一次的点火时，均不使用超过300mJ.相对而言，早期的等离子体以及Marshall枪点火器并不能满足实际上的实用性，因为其使用了太多的点火能量(例如，每次点火使用2-10焦耳)，而其则会造成点火器快速的腐蚀，并减短其使用期限。在引擎功能其他的表现上人们所得到的则是其藉由增加的点火系统而腾出能量的消耗。
因此适当的设计原则是在于产生高速移动的等离子体，其可以穿透可燃烧的混合气以产生高度的漩涡，并且可以大量的混合气予以点燃。这可以藉由使用相当长，且是在该电极间具有相当窄间隙的电极来加以完成。例如，Mathews等人，supra建议使用电极的长度和放电间隙间的比值是超过3，而最好是6-10间。相反地，本发明使用了具有相当长度，且在其间具有相当宽的间隙的电极。
K·E·～Mpvp2加倍该等离子体的速度再乘上动能．该等离子体的质量是ρp×Volp，其中ρp以及Volp分别是该等离子体的密度以及其体积。因此，若是该等离子体的体积以同样的速度来加倍，则所需的能量亦仅加倍而已。
本发明增加了等离子体积对形成等离子所需要能量的比值。这是藉由快速地形成适度的等离子速度而完成。若是人们欲形成一个球形的等离子点火体积，体积的表面积是以体积的半径的平方来增加。在该等离子体膨胀并冷却至可燃烧混合气点火温度后，可燃烧的混合气的点火现象是发生在该等离子体体积的表面积上。因此，该混合气初始燃烧的速率主要是依靠该等离子体的温度，而并不是依靠初始的速度。所以，将该等离子体的体积以及其温度对该等离子体轮入能量的比值予以最大化，则可将电子轮入能量在加速可燃烧性混合气燃烧的效果上予以最大化。
在将该等离子体予以扩张的抗力，D，是正比于可燃烧性混合气的密度ρc，以及扩张等离子体速度的平方vp其表现的式子则如下所示D～ρcvp2将该等离子体予以扩张的电力的大小，F，是正比于放电电流，I，的平方。将此两种力量予以程式化，则可得到下列的程式F～I2+D～ρcvp该等离子体体积Volp的半径r是正比于∫VP(t)dt其中，tD是放电的时间。等离子体的体积是正比于半径的3次方，而该等离子体的半径则是正比于∫I(t)dt=Q，对该等离子体所施加的充电。因此，该等离子体的体积是正比于Q3。
若是电能的来源是储存于电容器中，则Q=VC，其中，V是为Q储存时的电压，而C则是为电容；其后，储存在电容器内的能量则是E=1/2CVЦ在给定能量下欲将该等离子体的体积予以最大化，该等离子体的体积Vopl对电能的比值必需予以最大化。
Vopl/E是正比于C3V3/CV3，其于是C2V。对于一个给定的常数能量E=1/2CV2，而C是正比于V-2。因此，Vopl是正比于V-3。
因此，终极的电路设计是可在低电压下的一个电容器中储存所需要的电能。
为了增加效果，放电应该是在尽可能低的电压时才予以发生。为了达到此一目的，根据本发明，电能的初始放电是发生在介电质的表面积上，而电源供应则是用来提升靠近该介电质表面间隙的导电性，而放电能量的主要来源则是储存并供应在最低的电压，而其则是可用来产生该等离子体的可靠度。
本发明的另一项目的则是在于避免大量的离子和移动式火花(等离子体)在电极壁上的重覆合并。因为离子和电子的重覆合并将会降低此系统的效果。然而，由于重覆合并会随着时间而增加，离子的形成应该尽速的形成，以减少离子和该壁间的交互作用。为了减少重覆合并，放电时间应该相当的短。这可藉由在一段短的位移内获得所需要的速率来加以完成。
其中仍有第二个损失的机制作用在该等离子体上的抗力，在其于通道的前冲击可燃烧混合气。这些损失是随着速率的平方而有不同。因此离开的速率应该尽可能的低，以减少该种的损失。
所需要的大体积、伴随着快速的放电导致了一个在结构上的特征，其特征是对于在电极间一个相当大的间隙间移动的等离子体而言是具有短的长度1。此项需求是藉由以上的图2以及图3所述的两个比值对，而在几何上加以特别显示。
这在物理上又代表了什么意义呢？如果等离子体的体积在传统火花塞的点对点的放电中是1mm，则其最好是产生一个等离子体的体积是为100倍大，例如是Volp=100mm。因此，在使用图2的结构下，则可得到满足该情况的范例长度为2.5mm，较大半径的圆柱形电极的半径(内部)是r2=5.8mm(这将是一个使用传统火花间隙且具有一个直径为14mm的圆柱形电极的典型半径)，较小直径圆柱形电极的半径则为rl=4.6mm。
在图2以及在图3中所示的具体实施例中，TSI17,27享有着许多物理上的意义，且如同是一个标准的火花塞，其就如同是标准的固定装置或螺纹19，一个标准的公火花塞接头21，以及一个介电质23。在TSI17,27的尖端或是等离子体的形成部，和传统的火花塞间有着绝然的不同。在如同图2中的本发明一个具体实施例中的一个移动式火花点火器(TSI)内，一个内电极18是放置在较低部且以同轴而延伸至外电极20远端保护接头21的内部开放空间内部。在电极间是填满了绝缘物质22(例如是陶瓷)，在此一范例中，在点火器17的末端仅除了最后的2到3mm处没有放置外，其余均置放了绝缘物质，而此一距离则是以1来显示。在此一范例中，于电极间的该间隙或是放电间隙g1是可具有一个经向的距离，其则大约是1.2至1.5mm.1以及g1的距离是相当重要的，因为TSI最好是和吻合的电子(将会在以下来讨论)成为一个系统来共同工作，以能保持最大的效能。在电极18-20间的放电是沿着暴露的绝缘体23的内部表面而开始，因为需要一个较低的电压来沿着一个绝缘体的表面而启动，而不是离该绝缘体表面一段距离的气体的内部。当供应一电压时，该气体(油气混合气)是藉由所产生的电场而予以离子化，并因而产生了等离子体，而该等离子体则成为一个良好的导体，并且维持着在电极间的一个电流处于低电压状态。此一电流对更多的气体(油气混合气)予以离子化，并且提升了劳伦兹力，而其则增加了该等离子体24的体积。在图2中所示的TSI中，该等离子体于轴向的方向上加速离开了
点火器火花
。
图3显示了一个内电极25是以轴向放置在外电极28的内部。在电极26和28间的空间填满了一种绝缘物质30(例如是陶瓷)。在图3相对于图2的具体实施例中主要的特点是其中具有一个扁平、圆盘状的电极面26，其是一体或是附着于中央电极25的一个自由端，其是以横向延伸至电极25的经向轴，并且面对着电极28。尚需注意的是当等离子体点火器27是装设在一个活塞缸内部时，圆盘26的水平面是平行于伴随的活塞头(未图示)。面对着电极26的电极28的端面同样地在实质上为一个扁平的圆形，其以相对于电极26的表面而平行延伸。因此，一个环形的槽29是形成于电极26和28间相对的表面上。更精确地说，实质上电极26及28是具有两个平行的表面，其是彼此间隔开，且是平行于伴随的活塞头的顶面，如同相对于图2的具体实施例，其中，当使用时，电极是以垂直于活塞头的方向而运动。若油气混合气被点燃时，活塞会升起而接近于火花塞或点火器27，如此，其最好是更进一步地由点火器27的间隙29而到汽缸的壁面，而不是到活塞头。依此，等离子体在和混合气获得最大交互作用的移动方向是由间隙29而到汽缸壁。点火时，平行的电极26、28是平行于可燃烧气体最长的体积，而不是垂直地朝向于该长度，并且朝向如同是在图2中所示的具体实施例以及现有技艺中的活塞头。人们发现到在当同样的电子状况是应用于激发点火器17、27，该等离子体个别的加速长度1以及L于实质上是为相等，以可获得终极的等离子体产品．同样地，对于TSI27而言，在这些状况时，以下的尺寸是可以相当顺利地工作圆盘电极26的半径R2=6.8mm，绝缘陶瓷的半径R1=4.3mm，电极间的间隙g2=1.2mm，并且长度L=2.5mm。
在图3中所示的具体实施例中，等离子体32在绝缘体25暴露表面的放电间隙29开始生成，并且以箭头29A所指的方向而在经向的方向上向外生长以及扩张。这对图2所示TSI的具体实施例提供了数项的优点。首先，暴露于等离子体32的圆盘电极26的表面积实质上是相等于暴露在等离子体32的外电极28的端部。此则意味着圆盘电极26内部的腐蚀是可预期而少于图2中TSI17的内电极18的暴露部，而后者则是具有极小的暴露于等离子体的表面积。其次，在图3中所示TSI27内的绝缘物质30对电极26提供了一个额外的热传导通道。加入的绝缘物质30能够维持内电极金属25、26较之于在图2中所示的电极为冷，因此，强化了TSI27相对于TSI17的可靠性。最后，在使用TSI27中，等离子体不会冲撞并且可能会腐蚀伴随的活塞头。
图5以及图6显示了在图2中TSI17和在图3中TSI27中等离子体于装设在引擎中时，其在轨迹的差异。在图5中，TSI17是装设在一个汽缸头90的内部，同时伴随着的还有一个汽缸92以及一个在该汽缸92内部作上、下位移的往复式运动的活塞94。在任何传统的内燃机引擎的内部，当活塞头96靠近于一个上死点时，TS17会被予以激发。这将会产生等离子体24，而其则会顺着箭头98的方向而产生一个相当小的位移，或是会朝向于该活塞头96而移动。在位移时，等离子体24会在汽缸92内部来点燃油气混合气(未图示)。点燃的动作是靠近于该等离子体24而发生。相对于该等离子体24的位移，在图6中所示的TSI27对该等离子体32提供了朝向箭头100方向的位移，此则产生了较之于前述的TSI17点燃油气混合气量为大的油气混合气。
电极物质是可包括了适当的钢、复合金属、白金包覆的钢(抗腐蚀或是“引擎效能”的原因)、铜、以及诸如钼或钨等高温电极金属。此类金属可以是为可控制热膨胀的Kover(其是卡本特科技公司的商标以及产品)，以及覆盖着一层氧化亚铜的物质，如此才可以对玻璃或是陶瓷予以适当的密封。电极物质亦可加以选择以减低动力的消耗。例如，氧化钍基钨由于其少量的放射性缘故，所以可在电极间对空气予以先行离子化提供协助，而其则可能减低了所需要的点火电压。同样地，电极是可以不使用高居里温度永久磁性物质来加以制成，并予以极化，以能协助劳伦兹力的放射等离子体。
此电极，除了在尾端几厘米的部份外，是由一种绝缘或是隔离物质来加以分开，而其则是高温、可极化的电子介电质。此一物质可以为一种陶瓷，或一种高温且具有釉的陶瓷，而其则如同用在传统火花塞内一般。其可以由耐火陶瓷、一种可用机器加工的玻璃-陶瓷，而其则诸如是Macor(其是科宁玻璃公司的商标以及产品)，或是铝、稳定的气化锆或是其相似的物质，其是以玻璃原料的焊料而予以烧烤并焊在金属电极上。如同上述，此种陶瓷亦可以包括一个诸如是钡铁氧体的永久磁性物质。
在图2以及图3中所示的具体实施例的操作中，当电极18、20、25、26是分别地和剩余的TSI系统相连接时，其则会形成电子系统的一部份，而此系统则亦包括了一个可提供位能差异的电子电路，而该差异则是够高以可在个别的电极对间产生火花。对于本发明的每一个具体实施例而言，在电极内部以及在火花通道中所产生环绕着电流的磁场会和电场产生交互作用而在火花通道内的物质上产生伦劳兹力；此种效能会造成火花起始点的移动，并且不会固定在位置上，故而可以如前所述般的增加火花通道在剖面上的面积。这是相反于传统的火花点火系统，因为其中火花起始点是固定不动的。配合着TSI17以及27的电子电路在每一个具体实施例中完成了TSI系统，并且是在以下的讨论中来加以详述。
范例1图4显示了TSI点火器17以及连结于其上而具有基本电动或是电子的点火电路，该点火器17是在于供应放电(等离子体)所需要的电流以及电压。(相同的电路以及电路元件是可用来驱动TSI27。)在电极18和20间的放电是沿着绝缘物质22的表面而开始。该油气混合气是藉由放电而产生离子化，进而产生等离子体24，该等离子体其后则成为良好的电导体，其是可该电流在电极间以较之于产生等离子体24的电流为低的电压通过。此电流对更多的气体(油气混合气)予以离子化，并且增加等离子体的体积。
在图4中所示的电路是包括了一个传统的点火系统42(例如电容放电点火，CDI，或是晶体化线圈点火，TCI)、一个低电压(Vs)供应器44、电容器46以及48、二极管50、52以及电阻54。传统的点火系统42提供了对沿着TSI17的表面56的间隙中的油气混合气产生击穿或离子化所需的高电压。一旦传导通道建立后，电容46迅速地经由二极管50而产生放电，提供了高能或电流而轮入等离子体24。二极管50及52在将传统点火系统42的点火线圈(未图示)予以独立于相对于相当大的电容46(介于1和4μF)上是相当重要的。若是没有二极管50、52的存在，则因为由该电容46所提供的低阻抗，该线圈则无法产生高电压。反之，线圈则会对电容46予以充电。电阻54、电容48以及电压源的功能是在于在放电周期后，对该电容46予以充电。而电阻则是一种在电压源44以及TSI17的火花间隙间预防低阻抗电流的方法。
在图4中所示的电路为了解释的目的，是予以简化了的。在商业上的应用上，在以下由图7所示且是在标题为“范例2”之下的电路是较优，其对电容46的充电是使用一个谐振电路而以一种在能量上是相当经济的方法而行。此外，传统的点火系统42，其主要且唯一的目的即是在产生初始的击穿，是加以改良以能够使用更少的能量来以较之于传统的方式为快的方式而放电。几乎所有的点火能量是由电容46而加以供应。而此类的改良主要是在减少因为使用更少的第二转而对高压线圈产生的感应。这种情况是可能的，因为当放电是在绝缘面上发生时，初始放电是具有相当低的电压。所需要的电压可以是在空气中对油气混合气产生击穿所需要电压的1/3。
经由中央电极18和等离子体24以及外部电极20的电流会在中央电极18周围产生一个(角度)磁场Bt(I,r)，而其是由电极18的轴而依赖着电流以及距离(半径r，见图1)。因此，流经等离子体24且垂直于磁场B的电流I会沿着汽缸18、20的轴向方向Z而在等离子体内部的带电粒子上产生劳伦兹力F。此一力量的大小是由下列的式子来加以计算(6)F～IXB→FZ～Ir·BO此一力量会加速带电的粒子，而其则因为和未带电的粒子相撞而加速所有的等离子体。需注意的是等离子体是由带电的粒子(电子以及离子)和中性的原子而组成。在放电时的温度并不足以将所有的原子予以离子化。
用来作为融合装置等离子来源的原始Marshall枪是在真空下，且在电极间具有短的气体喷射脉冲。藉由电容的放电而在电极间所产生的等离子体是在数十公分的距离内予以加速，而到达大约是10cm/sec的终端速度。而在此作为引擎点火器的等离子枪是在相当高的气体(油气混合气)压力下而操作。该种气体的抗力FV大约是正比于等离子体速度的平方，而其则是由下列的式子来加以显示Fv～Vp2等离子体加速的距离是相当短的(约2-3公分)。事实上，实验显示增加等离子体加速距离的长度，虽然能将储存在电容内部的电子能量予以显著地增加，但并不会明显地增加等离子体的离开速度。在大气压力以及输入电能是大约为300mj时，平均的速度是大约为5×104cm/sec，而此速度在引擎内处于高压状况时，将会更低。在压缩比为8∶1下，平均速度是大约为3×104cm/sec。
相对而言，若是在一个传统的火花塞的放电中加入更多的能量，其密度会有些增加，等离子体在体积上的增加并不会有明显的改变。在一个传统的火花塞中，当放电通道的导电性增加时，更大比例的输入能量会用于对电极加热。
范例2图2以及图3中的TSI17、27是可和图7中所示的电子点火线路而相合并。如图所示，该电子点火线路是可区分为四个部份其分别是主要电路77和次要电路79，以及其个别的充电电路75、81。次要电路79则又可区分为一个高压段83以及一个低压段85。主要线路77以及次要电路79是分别地对应于一个点火线圈62的主要绕组58以及一个次要绕组60。当SCR64是经由一个对其控制极65产生的触发信号而开启时，电容66会经由该SCR64而放电，而其则会在线圈主要绕组58处产生一个电流。而此则会产生一个横越过次要绕组60的高压，并且此则会造成位于火花间隙68间的气体产生击穿，并且形成一个例如是等离子体的导电通道。而一旦等离子体产生后，二极管86会导通，而且次要电容70会放电。根据本发明，火花间隙符号68代表了一个点火器，而其则诸如是在图2以及图3中分别所示的TSI装置17、27。
在主要的电容66和次要的电容70放电后，其则分别是由个别的充电电路75、81来充电。两个充电电路75、81配合着个别的电感72、74以及一个二极管76、78，以及一个电源供应器80、82。电感72、74的功能在于经由点火器来防止电源供应产生短路。二极管76、78的功能是在防止振动。电容84则在于防止电源供应器82、电压V2产生过大的震荡。
电源供应器80、82分别地对电压V1以及V2供应500伏的电压。其亦可以合并成为一个电源供应器。(在由发明人所执行的实验中，这些电源供应是分开的，以可独立地产生两个不同的电压。)电源供应器80、82是可以为由一个CDI(电容放电点火)的直流对直流转换器系统，例如，其可以由一个汽车电瓶来供应12伏的电压。
在图7中点火线路的一个重要的部份是一个或更多的高电流二极管86，其具有一个相当高的反向击穿电压，在所有的引擎状况下，其是具有一个较不论是TSI17或是TSI27的火花间隙击穿电压为大。二极管86的功能在于藉助将来自次要绕组60到电容70的电流予以阻隔开来，而将次要电容70由点火线路62分离开来。若这种阻隔并未发生，点火线圈62的次电压将会对次要电容70予以充电，并给予一个大的电容，点火线圈62则将无法产生够高的电压来将在火花间隙68内的油气混合气予以产生击穿。
在没有火花或等离子体时，二极管88则防止电容70经由次要绕组60产生放电。最后，具有选择性的电阻90是可以用来使电流流经次要绕组60，而也因此，可以减少由电路所发出的电磁幅辐(无线电噪音)。
在目前的TSI系统中，一个触发电极是可经由4而加在内部以及外部电极间来降低在图7内电容70的电压。此类的三电极点火器是显示在图8内，且是在以下的讨论中来加以描述。
在图8内，一个三极等离子体点火器101是以图来加以显示。一个内部电极104是以同轴的方式而放置在外部电极106的内部，而两个电极104、106都具有数公分的直径。在该内部电极104和该外部电极106间的经向上设有一个第三电极108。此第三电极108是连接于一个高电压(HV)线圈110。该第三电极108会藉由对绝缘体112外露的表面予以充电而在该两个主要的电极104、106间产生一个放电效应。在三个电极104、106、108间的空间是均布满了绝缘物质112(例如是陶瓷)，仅除了介于电极104和106间的空间，且是位于点火器100的燃烧终端最后的2-3公分外。在经由第三电极108所启发的放电后，在该两个主要电极104、106间的放电会沿着绝缘器112的表面114来开始。气体(油气混合气)是藉由放电而产生离子化。而此一放电则会产生等离子体，其会形成一个良好的导电体，并且可允许电流在强度上的增强。增强的电流对更多的气体(油气混合)予以离子化，并且如同前述般的增加的等离子体体积。
在第三电极108的尖端和该外部电极106间的高电压提供了一个相当低的电流放电，其则足够在绝缘体112的表面114上提供适量的带电粒子，以可供主电容可在电极104和106间，而沿着介电质或是绝缘体112的表面104来放电。
在图9A、图9B以及在图9C中，本发明的另一个具体实施例是包括了一个移动式火花点火器120，其是具有平行的杆状电极122、124。平行电极122、124在其个别的实质长度的一部份是藉由介电质的绝缘物质126而予以包覆起来。介电质126的顶端维持着一个火花塞套接头2l，如此则可以机械及电连通的方式而稳固地设置在电极122的顶端．介电物质126稳固地维持着电极122和电极124间的平行状态，而一部份则维持着在其较低的部份具有螺纹19的外部金属体128。如图所示，在此一范例中，电极124是以机械以及电连通双重方式而经由一个固接物130来固设在金属体128的内壁上。如同在图9A中所示，每一个电极122、124是由介电质126的底端表面而向外延伸一个距离1。
请参阅图9B以及图9C，电极122、124是以2r的距离而彼此间隔开来，而r则是可置放在电极122、124间最大汽缸的半径。(如同在图9C所示。)有关于本发明各种不同的具体实施例是在此加以显示并加以讨论，其仅是以范例的目的来显示出来，并不在于限制。例如，TSI17的电极18以及20和TSI27的25是可以除了圆柱形外的其他形状。同样地，圆盘状的电极26亦可以是其他的形状，例如是直条形的杆状。对TS17而言，电极18、20亦可以不为同轴，其可以为平行杆或是平行的长方形的结构。虽然所示的电极为等长，其亦可以为不同，而在此状况下，在权利要求范围内所使用的名词
长度
是指电极由点火器等离子喷射方向上整体的尺度而言。而本领域的熟练人员将会明了在具体实施例中仍是可以作出不同的修改，而其将仍由本发明的权利要求范围的范畴以及精神来涵括。
〔元件标号说明〕2电场4磁场6劳伦兹力向量的方向10电极12电极14绝缘体或电双极
16等离子体17点火器18内电极19螺纹20外电极21火花塞接头22绝缘物质23绝缘体的暴露内表面24等离子体25内电极26圆盘状的电极面27点火器28电极29环形的槽30绝缘物质32等离子体42传统的点火系统44低电压供应器46电容器48电容器50二极管52二极管54电阻56绝缘物质表面58主要绕组60次要绕组62点火线圈64SCR65SCR的控制极66电容器
68火花间隙70次要电容72电感74电感75主要电路充电电路76二极管77主要电路78二极管79次要电路80电源供应器81次要电路充电电路82电源供应器83高压段85低压段86二极管88二极管90选择性的电阻(图7)90汽缸头(图5)92汽缸94活塞96活塞头98箭头方向100箭头方向(图6)101三极等离子体点火器(图8)104内部电极106外部电极108第三电极110高电压线圈112绝缘物质114绝缘物质暴露表面
120移动式火花点火器122电极124电极126介电物质的绝缘物质128外部金属体
权利要求
1. 一种使用于一内燃机的移动式火花点火系统(TSI)其特征在于包括一个点火器，其包括平行、间隔开来的电极，其至少是由第一以及第二电极组成，且其间形成一个放电间隙，其特征在于该第一电极为一个外部电极，而该第二电极为一个内部电极，同时，两个电极实质上在其剖面上为圆形，该内部电极的外径以及该外部电极的内径称为此两电极的半径，该电极中的一个电极的长度相对于该间隙的尺寸而言是相当短的，并且，该间隙的尺寸在相对于该长度而言是相当大的，如此，该电极半径的总合对其长度的比值是大于或等于4，而其两个半径的差对长度的比值是大于1/3；一介电物质，其是环绕在该电极的四周，以及该电极间的空间；该每一个电极未绝缘的端部，其没有该种介电物质，且彼此间是互相相对；一装置，其是用以将具有该第一电极以及该第二电极的自由端设于其上的点火器设于一引擎的燃烧汽缸内；一电子装置，其是用以在该电极间提供位能差，以可在开始时提供一个够高的第一电压，以便在该电极间形成由等离子体所形成的一个通道，且在其后则产生一个较之于该第一电压具有较低位能的第二电压，以可保持电流流经在该电极间通道内的等离子体上；其中，由该电极间的位能差所产生的电场，以及由该电流所产生的一个磁场会产生相互的作用，而此作用则会产生一种作用在该等离子体上的力，藉此，而可使得该等离子体离开其原来位置的区域，故而会增加该等离子体的体积。
2. 根据权利要求1所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于该电子装置包括一个第一电压源，其在于提供该第一电压一个相当高振幅但却是小的电流；一个第二电压源，其在于提供该第二电压源一个较之于该第一电压源的该第一电压为低但具有较高的电流。
3. 根据权利要求1所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于尚具有该点火器尚具有一个第三电极，其是位于该第一电极和该第二电极间；该第一电压是供应至该第二以及该第三电极间，而该第二电压则是供应至该第一电极以及该第二电极间。
4. 根据权利要求1所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于该第一电极以及该第二电极为平行的圆柱体。
5. 根据权利要求1所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于该第一电极以及该第二电极具有相同的长度。
6. 根据权利要求1所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于该第一电极以及该第二电极导电部的轴向长度小于或等于3mm，而该电极间的经向距离是由1mm到大约3mm。
7. 根据权利要求1所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于该平行的第一电极以及该第二电极是平行于该点火器的一个经向轴。
8. 根据权利要求1所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于该平行的第一电极以及该第二电极导电的部份是成为圆盘状，且是朝向一个垂直于该点火器的一个经向轴的平面。
9. 根据权利要求8所述的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于该圆盘导电部的经向宽度是小于或等于3mm，且该电极间的距离是由1mm到大约3mm。
10. 一种使用于内燃机的移动式火花点火系统(TSI)，其特征在于包含一个点火器，其包括至少两个平行且间隔开来的电极，且在其间形成放电间隙，其中可置放在该电极间最大圆柱形的半径是大于该电极的长度；一介电物质，其是环绕在该电极的四周以及该电极间的空间；该每一个电极未绝缘端部，其是没有该种介电物质，且彼此间是呈相对的关系，该未绝缘端部的长度相等于该电极的长度；一装置，其是用以将具有该电极的该自由端的点火器装设在一个引擎的燃烧汽缸内；一电子装置，其在该电极间提供两个电压，第一电压是高的足以在该电极间产生由等离子体而形成的一个通道，其后，第二电压则是具有较该第一电压为小的电压，其是在维持位于该电极间的通道内等离子体中有电流通过，其中，由在该电极间的电压所产生的电场，以及一个由该电流所产生的磁场间会产生相互作用，而此作用则会产生一个作用在该等离子体上的作用力，而此作用力则会造成该等离子体离开其位于该电极间的原始位置，而也因此造成了该等离子体体积的增加。
11. 一种用于内燃机中的等离子体点火器，其特征在于包含至少一个第一电极以及一个第二电极；一装置，其在于维持该电极处于一个预定位置以及间隔开来的关系，藉此而可在其间产生一个放电间隙；该电极的尺寸、结构以及其间隔间的安置是可使得该电极中至少一个电极的长度在相对于该间隙而言是相当的短的，而该电极间间隙的尺寸在相对于该长度而言是相当大的，如此，当该点火器是装置在一个内燃机的燃烧汽缸内时，若是有一个够高的电压是供应于该电极间，则在该电极间的油气混合气内会产生等离子体，且该等离子体会在一种劳伦兹力的作用下而由该电极间向外移动，并移至在汽缸内扩张的体积中；以及一装置，其是将具有该第一以及该第二电极的活性部份的点火器装设在一内燃机的一个燃烧汽缸内。
12. 根据权利要求11所述的用于内燃机中的等离子体点火器，其特征在于该电极于实质上是具有相互面对且为圆形的表面，其间是间隔开来的关系，同时其半径以及其相隔的距离是合适于产生等离子体，并且该等离子体在于供应一个高电压时，会以经向的方向而向外移动。
13. 根据权利要求11所述的用于内燃机中的等离子体点火器，其特征在于该电极是间隔开的平行、经向电极，而且该等离子体在供应一个高电压时，会以经向的方向而向外移动。
14. 根据权利要求13所述的用于内燃机中的等离子体点火器，其特征在于尚具有一种介电物质，其是围绕在该电极实质上的一部份，以及位于该电极间的空间，每一个该电极的一个导电端部，其是没有该介电物质的围绕，且是处在彼此相对的关系，该导电端部的长度设计成相等于该电极的长度；而可放置在该电极间最大汽缸的半径是大于该电极的长度除以六的值。
15. 根据权利要求12至14中任一项所述的用于内燃机中的等离子体点火器，其特征在于该电极半径的总合对该电极长度的比值是大于或等于4，而其半径的差对于其长度的比值则是大于1/3。
16. 根据权利要求13所述的用于内燃机中的等离子体点火器，其特征在于该介电物质是围绕在该电极的部份，以及位于该电极间的空间；以及每一个该电极的该部份的导电端是没有该介电物质，且彼此间是处在相对的关系。
17. 根据权利要求11所述的用于内燃引擎中的等离子体点火器，其特征在于该介电物质是围绕在该电极的部份，以及位于该电极间的空间；以及每一个该电极的导电端是没有该介电物质，且彼此间是处在相对的关系，如此，当在该电压于供应时，该等离子体是首先形成于该介电物质上或附近。
全文摘要
一种在一个内燃机内用于点燃一种易燃混合气的等离子点火器,或等离子源。该点火器包括了至少两个间隔开来的电极,而该电极的尺寸以及其安置的方式是可使得当一个电压通过该电极时,可形成一个向外移动的等离子体。本发明的特征在于其有效地运用输入的电子能,以及藉助一个由传统点火器所产生的点火器等离子核大上几个次方的点火器等离子核来驱动该等离子点火器。该等离子核向外的移动以及其扩张是由作用在其上的劳伦兹力(LORENTZ FORCE),而其则是由所供给的电压以及在电极间的电流间的交互作用,且在混合物内初始生成的等离子体后,通过该混合物而生成。使用相当易燃的混合物(且该混合物的稀释则是藉由废气循环而完成)在藉由本发明的点火系统是成为可能的。如此则可获得在引擎效率的改良,以及减少氧化氮废气污染物的生成。
文档编号H01T13/00GK1222956SQ97195068
公开日1999年7月14日 申请日期1997年5月29日 优先权日1996年5月29日
发明者赛蒙·苏克活, 叶纳克·J·都本 申请人:可耐特公司