专利名称：一种高频点火装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有如权利要求1的前序部分所述特征的高频点火装置。这种类型的高频点火装置通过专利EP 1 515 594 A2已经被熟知。
背景技术：
为了点燃发动机里的可燃性气体混合物，这种高频点火装置的点火电极通过使用合适的电路(例如高频振荡电路)来激发。然后点火电极放射高频电磁波到发动机的燃烧室内，从而产生等离子体来引发点火。通过电晕放电引发点火的高频点火装置可以替代传统的火花塞，传统的火花塞通过电弧放电引发点火并且由于电极腐蚀会受到相当大磨损。高频点火装置具有达到更长使用寿命的潜能，虽然这种可能还没有实现。从专利文件DE 10 2007 027 319 Al中得知一种传统的火花塞。此火花塞具有一带有陶瓷内导体的陶瓷绝缘体并通过混合挤压(coextrusion)制造。
发明内容
本发明所解决的问题是提供一种提高高频点火装置的使用寿命的方法。此问题的解决方法为，采用具有权利要求1所述特征的通过电晕放电的高频点火装置点燃燃料，并通过根据权利要求9的方法制造高频或电晕点火装置。本发明有益改进为从属权利要求的主题。为了激发点火电极放射高频电磁波和产生电晕放电，高频点火装置具有一电路， 特别是振荡电路，或者例如压电高频发生器。此电路的一个元件是电容器，此电容器的电介质由连接到点火电极包括一内导体的绝缘体构成。对于典型地至少IMHz的频率和若干kV的电压，在运行过程中介电强度已证实是有问题的。电压过载和局部放电经常引起高频点火装置过早地失效。令人惊讶地，介电强度可通过将绝缘体设计为包含由导电陶瓷组成并由绝缘体密封的内部区域及由导电陶瓷组成并密封绝缘体的外部区域的陶瓷体的一部分得到显著改
口 ο在本发明的高频点火装置的示例中，电容器因此由包含陶瓷绝缘体作为电介质的陶瓷体构成，该陶瓷绝缘体位于由导电陶瓷组成的内部区域和由导电陶瓷组成的外层之间。在这种类型陶瓷体的示例中，可避免在两电导体和电容器的电介质之间形成空穴 (cavities)，由此得到更高的介电强度。在传统高频点火装置的电容器的示例中，在电导体和电容器的电介质之间的充气空穴，例如气隙、缩孔、气孔或裂缝，成为一顽固的问题并会促进分流及通常导致故障和过早失效的电局部放电(electrical partial discharges)的产生。通过防止在电容器的电介质和两导体之间的空穴的产生，本发明高频点火装置的使用寿命可得以延长。本发明的高频点火装置的陶瓷体可通过混合挤压方法制造。优选地，由绝缘体密封的导电材料和密封绝缘体的导电材料可使用同样的陶瓷材料。有利地，混合挤压因此仅需要两种材料，即绝缘陶瓷和导电陶瓷。在根据本发明制造高频点火装置的方法的示例中，第一步为通过混合挤压制造生胚，该生胚包含由导电陶瓷材料组成的内芯、由电绝缘陶瓷材料组成并密封该内芯的区域和由导电陶瓷材料组成的外壳。通过烧结该生胚，优选加压烧结，可用作电容器的陶瓷体被制造出来。然后，将一个点火电极附于陶瓷体与导电内芯导电连接。生胚在烧结之前可进一步进行加工。例如可在末端部分移除由导电陶瓷材料组成的外壳。另一种加工生胚的方法为钻一贯穿的通道或加宽已有通道。烧结后，可在这样的通道内插入金属销，然后与导电陶瓷材料一起构成内导体。优选地，内导体还包含以压力密封的方式塞住贯穿陶瓷体的通道的玻封。通过金属或碳粒的添加使其导电的基于氧化硅的玻璃材料可用于玻封。本发明高频点火装置的内导体可由导电陶瓷材料单独构成。在此情况下，陶瓷体为实心的，例如没有通道，或仅包含一个点火电极或带有点火电极的金属销已插入其中的盲孔。但是，该陶瓷体优选地包含其中设有金属导体的连续通道。在此情况下，内导体由贯穿通道的金属导体销和由绝缘体密封的导电陶瓷材料构成。使用硅化物、碳化物、硼化物、氮化物和氧化物是可能的，例如，用于本发明高频点火装置的绝缘体。氧化铝或者氮化硅特别合适。通过将导电材料，优选导电陶瓷材料例如氮化钛、镧铬氧化物或硅化钼，添加到绝缘陶瓷材料中可制造用于陶瓷体内部和/或外部区域的导电陶瓷材料。特别地，氮化钛或镧铬氧化物可添加到氧化铝中。基于氮化硅的陶瓷材料可以以一种特别有利的方式通过添加硅化钼使其导电。
本发明进一步的细节和优点利用实施方案结合附图进行说明。图1是用于制造点火装置的生胚； 图2是由生胚制成的陶瓷体；
图3是包含有图2描述的陶瓷体的高频点火装置。图中1、电绝缘陶瓷材料；2、导电陶瓷材料(electrically conductive ceramic material) ;3、导电陶瓷材料(electrically conducting ceramic material) ;4、通道；4a、 阶梯孔；5、陶瓷体；6、外壳部分；8、铸造化合物(casting compound) ；9、线圈体；10、线圈； 11、外壳部分；12、金属销；12a、部分；12b、点火电极；13、接触销；14a、金属套管；14b、金属套管；15、封盖；16、玻封。
具体实施例方式为了制造高频点火装置，第一步是通过混合挤压制造图1所描述的生胚。该生胚包含由导电陶瓷材料3构成的内芯、密封内芯的电绝缘陶瓷材料层1和导电陶瓷材料2的外层。此生胚可制成实心圆柱体，随后在其内部钻图1中描述的通道4。挤出已有通道4的生胚也是可能的。电绝缘层1优选地由氧化铝或者氮化硅组成。电绝缘层1位于导电陶瓷材料2、3 之间，该导电陶瓷材料2、3可在通过添加导电添加剂如硅化锰或者镧铬化合物使其导电的相同绝缘陶瓷材料基础上制造。在进一步的加工步骤中，在生胚末端区域移除导电外层2，如通过车床切割。如图 2所示，生胚接着可在未由导电陶瓷覆盖的前端区域成圆锥形渐变。在该实施方案中，加宽了连续通道4的阶梯孔如也在生胚内形成。调整阶梯孔如的尺寸使得生胚内侧在钻孔区域也由导电陶瓷材料3组成。然后，生胚在压力下烧结，且得到的陶瓷体5用于制造在内燃机内通过电晕放电点燃点火燃料的高频点火装置。该高频点火装置如示意图3所示。如图3所示，金属销12，作为内导体的一部分，被插入陶瓷体5内。在所示实施方案中，金属销12伸出面向燃烧室的陶瓷体末端，金属销12在陶瓷体末端形成点火电极12b。 贯穿陶瓷体5的通道用密封金属销12的玻封16密封。作为替换或其附加，金属销12也可焊接(solder)或者铜焊(braze)到陶瓷体5内，特别是通过活化铜焊。金属销12优选地包含具有加宽直径的部分12a，该部分1 靠在贯穿陶瓷体5的通道4的肩部。1 部分和通道4的肩部可经由锥形环面互相支撑。与燃烧室反向的金属销12的末端部分通过导电的方式连接至接触销13。优选地，接触销13和金属销12插入到彼此。但是，通过由其末端表面同时邻接，或通过使用导电填充物如玻璃、铜焊材料、焊料或导电粘合剂同时连接，也可达到接触销13和金属销12之间的电接触。在所示实施方案中，组成内导体的金属销12与线圈10连接，线圈10为点火电极高频激发电路的一部分。作为线圈的代替，例如，使用压电高频发生器也是可能的。点火电极12b高频激发电路的另一部分是由陶瓷体5形成的电容器，该电容器的电介质为电绝缘陶瓷材料1。与燃烧室反向的高频点火装置的末端在图3中未描述。但是，显示了与内导体连接的线圈10的初始端，和相关的线圈体9。在所示的实施方案中，陶瓷体5插入包含外螺纹的金属外壳部分6中。作为外螺纹的代替，例如，使用锚固附件的插入方法(insertion solution)，可用于在内燃机气缸上安装。在所示实施方案中，陶瓷体5经由一个或多个金属套管14a、14b连接到外壳部分6 上，以使陶瓷体能被压入外壳部分6中。在所示的实施方案中，提供了两个金属套管，这两个套管很短以致可被称为环。金属套管14a、14b焊接或铜焊于陶瓷体5的导电外层2上， 或用导电粘合剂粘上。陶瓷体5可连接本身或直接与外壳部分6连接，例如，通过焊接。在所示的实施方案中，邻近燃烧室的外壳部分，即外壳部分6，与另一外壳部分，即管11连接，例如通过铜焊或焊接。在所示实施方案中，由外壳密封的内部空间用密封线圈 10的电绝缘铸造化合物8充满。两个外壳部分6、11在所示实施方案中焊接在一起。图3显示了靠在外壳部分6 上接近燃烧室一侧的封盖(seal) 15。高频点火装置的内导体常被称为中心电极。作为所示实施方案的情形，中心电极可转变为可具有任意形状的点火头。例如，将点火头设计成可由耐腐蚀的金属合金制成的附加部分也是可能的。金属销12在设计上可为均质或，为改善导电率，可包含由难熔金属密封的铜芯。
权利要求
1.一种用于在内燃机内点燃燃料的高频点火装置，包括带有点火电极(12b)并包括连接所述点火电极(12b)的内导体的陶瓷绝缘体(1)，及密封所述绝缘体(1)的外导体且，外导体与内导体的一部分一起构成作为点火电极 (12b)高频激发电路一部分的电容器，其特征在于所述绝缘体(1)为陶瓷体( 的一部分，所述陶瓷体( 包括由导电陶瓷组成并由所述绝缘体(1)密封的内部区域(3)，以及由导电陶瓷组成并密封所述绝缘体(1) 的外部区域。
2.根据权利要求1所述的高频点火装置，其特征在于所述内导体包含插入所述陶瓷体(5)的金属销(12)。
3.根据权利要求2所述的高频点火装置，其特征在于所述陶瓷体( 包含连续通道 G)，所述金属销(12)插入连续通道内。
4.根据权利要求2或3所述的高频点火装置，其特征在于通道(4)为阶梯孔Ga)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的高频点火装置，其特征在于所述通道(4)用玻封(16)密封。
6.根据前述任一项权利要求所述的高频点火装置，其特征在于密封所述绝缘体(1) 的导电陶瓷O)留下面向燃烧室的绝缘体(1)的末端部分未被覆盖。
7.根据前述任一项权利要求所述的高频点火装置，其特征在于所述陶瓷体( 在其面向燃烧室的末端具有减少的直径。
8.根据前述任一权利要求所述的高频点火装置，其特征在于由导电陶瓷(2)组成并密封所述绝缘体(1)的所述陶瓷体( 的外部区域( 与金属套管(14a、14b)铜焊在一起。
9.一种用于在内燃机中点燃燃料的高频点火装置的制造方法，其中生坯通过混合挤压制造并包含导电陶瓷材料(3)的内芯、由电绝缘陶瓷材料(1)组成并密封所述内芯的层，及由导电陶瓷材料(2)组成并密封所述电绝缘陶瓷材料(1)的外层； 通过烧结所述生坯制造陶瓷体(5)；及将点火电极(12b)以导电连接方式附于陶瓷体的导电内芯。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于金属销(12)插入所述陶瓷体(5)内。
全文摘要
本发明描述了一种用于在内燃机内点燃燃料的高频点火装置，该高频点火装置包括带有点火电极(12b)并包括连接到点火电极的内导体的陶瓷绝缘体(1)，及密封所述绝缘体(1)的外导体(2)，并且外导体(2)与所述内导体的一部分一起形成作为所述点火电极(12b)的高频激发电路一部分的电容器。根据本发明，所述绝缘体(1)为陶瓷体(5)的一部分，陶瓷体(5)包含由导电陶瓷(3)组成并由所述绝缘体(1)密封的内部区域，及由导电陶瓷(2)构成并密封所述绝缘体(1)的外部区域。本发明也涉及制造此种高频点火装置的方法。
文档编号H01T13/20GK102332683SQ20111014573
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者W·尼斯纳 申请人:博格华纳贝鲁系统有限公司