专利名称：用于内燃机的火花塞的制作方法
用于内燃机的火花塞
本发明涉及一种用于内燃机更精确地用于此类型的发动机的控制点火的火花塞。本发明更具体地涉及一种包括连接到火花塞电极的感应线圈的火花塞。
射频类型的火花塞使可以基于由射频高交流电压激励的电极开发大大加速燃烧开始的多丝放电。可以参考描述此类火花塞的文件FR2859830。参照
图1 (其与文件FR2859830的图18相对应)，此类已知射频火花塞110包括一个感应线圈112和一个连接到此感应线圈112的高电压中心电极106。高电压中心电极106被调整成与线圈112对齐。火花塞110还包括一个圆柱形状的金属帽103，其被设计成拧入一个发动机的汽缸的燃机内的节流孔开口并且其构成一个接地电极，该高电压中心电极106在该接地电极的中心同轴地延伸。为了做到这一点，金属帽103电连接到地。而且，高电压中心电极106通过绝缘体100 (例如一个陶瓷套筒)与接地电极103绝缘。因此，我们在一个串联的谐振器的情况下，该谐振器由串联连接的该感应线圈112及一个电容器组成，该电容器由至少该中心电极106、该陶瓷体100及该接地电极103组成。而且，火花塞110包括一个覆盖感应线圈112的圆柱形护罩132。该护罩可形成火花塞110的主体135的一部分，优选由金属制成，或者它可以是单独装配到主体135的内表面上。
除了感应线圈112产生于绝缘芯棒134周围的事实，它本身由一个绝缘速度133包围，该绝缘速度可以具有固体、液体或气体性质。该绝缘芯棒134是一个汽缸，导线112螺旋形卷绕在其周围形成多个匝，以便获得一个螺线管。在其一端，导线112连接到高电压中心电极106，而在相对一端，导线112连接到连接终端131允许电力供应。
使用一个单一的导线112形成单层螺线管引起沿着该感应线圈的电压上升。此逐匝发生的电压的上升至少在与高电压中心电极106连接的最后一匝上引起一个相当大的电场。此最后一匝也被称为末端匝。在该最后一匝的电场倾向于超过某些绝缘材料的阶数为15至20千伏/毫米的临界电场，这可能会在此末端匝处产生火花。这些火花能够导致尤其是该火花塞的绝缘体的早期退化。参照图2，此现象主要位于线圈112的最后一匝上。该最后一匝或末端匝的参考号是112a。图2中，该电场由电场线150表示，这些电场线在护罩132与线圈112的每匝之间延伸。在此图中，至少该末端匝112a看到由汇聚在其上的电场线150的集中而增强的电场。
因此产生的并且本发明被设计来解决的一个问题是提供一种更可靠的并且使用寿命增加了的火花塞。
对于这一目标,本发明提出了一种火花塞,该火花塞包括一个感应线圈和一个连接到该感应线圈的中心电极，所述感应线圈从该火花塞的电连接终端按照顺序具有一个第一端部、一个中心部分、及一个第二端部，所述中心电极与该第二端部对齐并远离所述中心部分延伸，所述感应线圈具有一个螺旋形卷绕的导线从而形成一系列的同轴匝，该第二端部具有一个末端匝，该末端匝位于该中心部分的对面并与该中心电极连接，所述感应线圈能够产生在所述第二端部中感应的电场。根据本发明，该第二端部包括多个同轴端匝，在所述末端匝与一个朝向该中心部分放置的上游匝之间轴向地延伸；并且所述末端匝具有的直径小于该上游匝的直径，而该多个同轴端匝的匝具有的曲率半径在该上游匝与该末端匝之间逐渐减小，以便能够降低在该末端匝附近的该第二端部中感应的电场的强度。
因此，本发明的一个特征在于使用了一个特殊形状的感应线圈，其中该第二端部具有多个导线匝，其直径从该中心部分(此处这些匝具有一个相同的直径)直到该末端匝逐渐减小。将会注意的是，一个单一卷绕导线形成的该一系列匝不会结合而是轴向地重叠，并且因此一匝的直径的概念必须理解为是由所述匝定义的平均圆的直径，尤其是在该第二端部，这些匝的曲率半径在该第二端部以一个基本上连续的方式减小。
关于该感应线圈的中心部分，这些匝定义了一个绕轴线A形成的圆形螺旋，并且它们的直径可被定义为它们在垂直于此轴线的平面上的投影的圆的直径。
凭借该第二端部向该中心高电压电极的这些匝的直径的逐步减小，该电场分布在所有这些匝上，同时防止这些电场线在该中心高电压电极的方向集中在最后的匝上，以及至少在该末端匝上。因此，此末端匝不再像从现有技术中已知的一个纯粹的圆柱形感应线圈的情况一样是一个特别强的电场的承受对象。
凭借本发明，根据图4的示意性表示，在该线圈的所有匝上获得了更均匀地电场线分布。
电势(以伏特表示)从该第一端部的第一匝(它从那里被供电)一直增加到该上游匝。它凭借在这种类型的火花塞(被称为射频火花塞)中使用的共振现象而显著增加。此电势从该第一匝到该上游匝基本上线性增加，并且在这些匝的表面上的相关联电场(以伏特每毫米表示)基本上与此成比例，因为从这些匝与连接到地面的该第一内部导电表面之间的距离是恒定的，这意味着这些直径的比率保持恒定。此内部表面与该火花塞的主体相对应或与由具有非常高的导电性的材料制成的圆柱形护套组成的护罩相对应。
然后该电场从该上游匝到该末端匝不同地演变。该电势(以伏特表示)在该上游匝与该末端匝之间继续增加，而该最大电场的强度在最后的匝并因此在该末端匝降低。因此该电场不再能够至少在该末端匝产生火花，并且以这种方式，所用的绝缘材料(如硅油或者硅酮凝胶)彻底履行其作为绝缘体的作用而不会退化。因此，该火花塞的使用寿命得以增力口，而无需尤其是在该末端匝与该高电压电极之间引入新的额外零件。
然而，逐步减小一个感应线圈的匝的直径导致磁场的中断，并且该磁场的中断反过来会导致该感应线圈的总体过电压比率的减小，这是不可取的。因此，在通过新形状的第二端部获得的电应力的降低与电磁损失的降低之间发现了一个可接受的折衷办法。
根据本发明的一个特别有利的实施例，该多个同轴端匝的这些匝形成了一个锥形螺旋以在该末端匝衰减更多该电场的强度。
而且，可以根据一个有利的变体实施例用一条均匀地覆盖着绝缘薄膜的铜线制作一条导线。并且此导线是例如卷绕地形成相邻的匝。
在另一个示例中，该多个同轴端匝的这些匝可以彼此间隔开，该间隔是一个大于由覆盖该电导线的绝缘薄膜所造成的间隔的间隔。以这种方式，结果不是对保持衰减的该电场的影响，而是在位于该上游匝与该末端匝之间的区域中的该磁场的更好分布，这是因为这些匝之间的空间。当然，在此配置中，好处仍是该电场的衰减。
根据本发明的一个补充的方面，该火花塞还包括一个插入该末端Bi与该高电压中心电极之间的导电连接部。然后将该末端匝的导线电连接至该连接部，其中该高电压中心电极至少部分接合。该末端匝的导线优选焊接到该连接部。该连接部在该末端匝上并首先在该电线到该连接部的焊接上具有“电气保护”的效果。该连接部形成了一个衰减该电场的强度的屏蔽。具体而言，参照图8至图10，可以在所述末端匝与该连接部之间看到这些电场线的发散，这意味着该电场在此区域中特别弱。由于该焊接导致的几何缺陷(就任何等效的连接装置而言)自然导致该电场的集中，因此不再趋向于导致不希望的火花的形成。
有利的是，该连接部是对称圆柱形，并且它被向所述多个同轴端匝同轴地调整。以这种方式，该末端匝均匀地放在该连接部上。有利的是该连接部由具有高导电性的基于铜和/或银和/或铝的合金制成。
而且，该火花塞优选包括一个能够同轴地接收所述感应线圈的圆柱形护罩，并且该导电连接部的直径可能是所述圆柱形护罩的直径的0.2至0.45倍之间，优选为0.368(1/e，e是讷氏对数的底)。
此0.368直径比率是在该连接部的表面上最小化该电场的比率。
此外，有利的是该火花塞还包括一个具有一个圆柱形部分和一个同轴截头锥形端的线圈芯棒，并且所述导线绕所述截头锥形部分螺旋形卷绕，以形成该感应线圈的该第二端部。该线圈芯棒形成了一个使得能够卷绕该导线的支撑。该圆柱形部分使得能够形成该感应线圈的该第一端部和该中心部分，而该同轴截头锥形部分使能够形成精确的截头锥形形状的该第二端部。
而且优选地，所述截头锥形端具有一个母线，该母线与所述截头锥形端形成一个5°至80°之间的角度。根据一个第一变体的实施例，其中这些同轴端匝是相邻的，该截头锥形端的该母线及该轴线有利地形成一个5°至45°之间优选约50°的角度:这是参与增加电势的该磁场最小可能的降低与该相关联电场的最大可能的降低之间的一个折衷。当这些匝彼此间隔开，此角度优选为10°至80°之间，优选约45°。在此实施例中，相对于该电场的降低稍微促进了该磁场的保存，优点还在于该截头锥形部分的长度由于更大的锥角而降低。而且，尤其是当这些匝彼此间隔开时，该线圈芯棒的所述截头锥形端有利地具有一个螺旋槽以便接收该导线。以这种方式，该导线被保持在一个固定的位置并形成彼此隔开一个预定距离的多个匝。
但是，本发明的其他特定的特征和优点将在参照所附的附图阅读下面对本发明的特定实施例的描述时出现，该实施例是作为指示而不是限制给出的，其中:
图1是根据现有技术的火花塞在轴向截面上的一个示意图2是一个在感应线圈的第二端部与图1中所示的火花塞的护罩之间施加的电场的示意性表示；
图3是根据本发明的火花塞在轴向截面上的一个示意图4是一个在感应线圈的第二端部与图3中所示的火花塞的护罩之间施加的电场的示意性表示；
图5是一个图3中所示的根据线圈的一个第一实施例的火花塞的详细示意图6是一个图3中所示的根据线圈的一个第二实施例的火花塞的详细示意图7是一个图3中所示的根据线圈的一个第三实施例的火花塞的详细示意图8是一个在感应线圈的最后匝、连接部与图3中所示的火花塞的护罩之间施加的电场的不意性表不;
图9是类似于图8所示的连接部的一个变体实施例；以及
图10是类似于图8和图9所示的图6和图1的线圈的第二和第三实施例。
图3展示了一个用于控制点火的热发动机的火花塞10，也被称为射频等离子体火花塞。它沿火花塞头12与火花塞尾14之间的对称轴线A纵向地延伸。火花塞头12包括一个帽16,该帽有一个肩部17和一个外螺纹18,这使得能够在一个未不出的开孔内精确地拧紧帽16，并且该帽是在这些发动机的汽缸盖中制造的。一种铜密封垫可围绕外螺纹18装配到该肩部上。该开孔通向这些发动机汽缸的燃烧室内。
火花塞头12包括一个高电压中心电极24。此高电压中心电极24在帽16的内部纵向地和同轴地延伸，并在该火花塞头12端出现。此外，它具有一个尖端25。此外，火花塞头12包括一个绝缘体26 (例如一个陶瓷绝缘套筒)，该绝缘体收纳在帽16的内部并由高电压中心电极24穿过。
火花塞尾14包括一个感应线圈28，其向帽16及高电压中心电极24纵向地和同轴地延伸。它具有一个第一端部30 (也称为顶端部),并在另一端具有一个第二端部32 (也称为底端部)，以及一个在这两个端部30、32之间延伸的中心部分34。高电压中心电极24与与其电连接的底端部32对齐同轴地延伸。在本发明的一个实施例中，可以通过导电连接部35完成电连接。
当如图3中所示的火花塞10在连接器52处供电时，能够从高电压电极24的该尖端产生一个分枝的火花或分枝的等离子体，该尖端从陶瓷绝缘套筒26中突出。
感应线圈28由导线36的螺旋卷绕产生，该导线可以由绝缘薄膜绕着线圈芯棒38覆盖。后者由绝缘的优选无磁性的材料制成。它具有一个圆柱形部分40和一个放在导电连接部35上的同轴截头锥形端42。因此，导线36绕线圈芯棒38卷绕；一方面导线36在其圆柱形部分40上形成可能相邻的匝44，其具有的直径是恒定的且基本上等于该芯棒的直径；并且另一方面，它在其同轴端42上是由曲率半径逐渐减小的螺旋中的同轴端匝45制成。下面将更详细地描述感应线圈28在其底端部32中的一个特定的形状。
火花塞10还包括一个绝缘套筒48，其由介电材料制成并且用围绕着绝缘套筒48的圆柱形护罩50覆盖感应线圈28。护罩50可以形成火花塞10的主体54的一部分，也就是说该火花塞的外壳。它还可以与火花塞10的主体54不同。护罩50是由具有高导电性的材料制成，例如铜基和/或银基和/或铝基合金。
它可能由火花塞10的主体54的底表面上的合金层的沉积物组成。护罩50有一个基本上恒定的直径，并且在图3中所示的示例中它覆盖了至少线圈28。
而且，超出感应线圈28的上端部30延伸的该导线36端被连接到连接器52，该连接器出现在火花塞10的外部并允许连接到未示出的电源。
现在将参照更详细地展示感应线圈28的底端部46的图5，其导线被卷绕在线圈芯棒38的同轴截头锥形端42的周围。连接部35和圆柱形护罩50也在图5中。该图中还示出了下表中描述的直径:
图5中示出的直径的映射表
权利要求
1.一种火花塞(10)，该火花塞包括一个感应线圈(28)和一个连接到该感应线圈的中心电极(24)，所述感应线圈(28)从该火花塞的一个电连接终端按照顺序具有一个第一端部(30)、一个中心部分(34)、及一个第二端部(32)，所述中心电极(24)与该第二端部(32)对齐并远离所述中心部分(34)延伸，所述感应线圈(28)具有一个螺旋形卷绕的导线(36)同时形成一系列同轴阻(44,45, 58,60),该第二端部(32)具有一个末端阻(58),该末端阻位于该中心部分(34)的对面并与该中心电极(24)连接，所述感应线圈(28)能够产生在所述第二端部(32)中感应的电场； 其特征在于，该第二端部(32)包括多个同轴端匝(45)，这些同轴端匝在所述末端匝(58)与一个朝向该中心部分(34)放置的上游匝(60)之间轴向地延伸； 并且其特征在于，所述末端匝(58 )具有一个小于该上游匝(60 )的直径_的直径D58,而该多个同轴端匝(45)的这些匝具有的曲率半径在该上游匝(60)与该末端匝(58)之间逐渐减小，以便能够降低在该末端匝(58)附近的该第二端部(32)中感应的电场的强度。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，该多个同轴端匝(45，45’)的这些匝形成了一个锥形螺旋。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，该多个同轴端匝(45’)的这些匝彼此间隔开。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的火花塞,其特征在于,它还包括一个导电连接部(35)，该导电连接部插入在该末端匝(58)与该中心电极(24)之间。
5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，该导电连接部(35)是对称圆柱形，并且其特征在于它被向所述多个同轴端匝(45，45’ )同轴地调整。
6.根据权利要求5所述的火花塞，其特征在于，它还包括一个能够同轴地接收所述感应线圈(28)及该连接部(35)的圆柱形护罩(50)，并且其特征在于所述导电连接部(35)的直径胆是所述圆柱形护罩(50)的直径m的0.2至0.45倍之间。
7.根据权利要求4至6中的任意一项所述的火花塞，其特征在于，该末端匝(58;58’ )的导线的末端与该导电连接部(35)在这些电场线(150)的一个发散区域中电连接。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的火花塞，其特征在于，它还包括一个线圈芯棒(38)，该线圈芯棒具有一个圆柱形部分(40)和一个同轴截头锥形端(42)，并且其特征在于所述导线(36)至少绕所述截头锥形端(42)螺旋形卷绕，以形成该感应线圈(28)的该第二端部(32)。
9.根据权利要求8所述的火花塞，其特征在于，该同轴截头锥形端(42)具有一个母线G，该母线与该同轴截头锥形端(42)的轴线A形成一个5°至80°之间的角度。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的火花塞，其特征在于，该线圈芯棒(48)的所述同轴截头锥形端(42)具有一个螺旋槽(62)以便接收该导线(36)。
全文摘要
本发明涉及一种包括一个感应线圈(28)和一个电极(24)的火花塞(10)。所述感应线圈(28)具有两个端部(30，32)(34)，所述电极(24)在所述两个端部中的一个(32)的接续部分中延伸。所述感应线圈(28)具有一个卷绕的导线(36)以形成一系列匝(44，45，58，60)，所述两个端部中的所述一个(32)具有一个与所述电极(24)连接的末端匝(58)。根据本发明，所述两个端部中的所述一个(32)包括多个同轴端匝(45)，这些同轴端匝在所述末端匝(58)与一个上游匝(60)之间延伸，并且所述末端匝(58)的直径D58小于所述上游匝(60)的直径D60，以便能够降低在所述末端匝(58)附近的所述两个端部中的所述一个(32)中感应的电场的强度。
文档编号H01T13/44GK103201916SQ201180053725
公开日2013年7月10日 申请日期2011年9月8日 优先权日2010年9月10日
发明者M·帕里安泰, A·阿涅雷, X·雅弗勒齐克 申请人:雷诺股份公司