帶有磁屏蔽的電暈點火器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固定在燃燒室中的電暈點火器裝置，其包括在點火裝置的上端和下端之間延伸的外殼（40）。一電感繞組（50）容置在上端和下端之間的外殼（40）中，一磁屏蔽罩（61）安裝在外殼（40）與電感繞組（50）之間，用于防止磁通量發(fā)散至點火器裝置外。
【專利說明】帶有磁屏蔽的電暈點火器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2011年I月14日提交的第13/006，555號美國專利申請的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用合并入此處。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明主要涉及在汽車及其類似應(yīng)用中用于點燃空氣/燃料混合物的點火器。
【背景技術(shù)】
[0004]傳統(tǒng)火花塞一般采用陶瓷絕緣體，該絕緣體部分設(shè)置在金屬殼體內(nèi)并且朝著一終端軸向延伸。一導(dǎo)電端子設(shè)置在一中心孔內(nèi)并位于終端處，且導(dǎo)電端子為設(shè)置在中心孔內(nèi)的中心電極裝置的一部分。在相對的/火花形成端處，該中心電極設(shè)置在絕緣體內(nèi)并且具有一暴露的火花表面，該火花表面與設(shè)置在殼體上的接地電極一起定義了 一火花間隙。可采用許多不同的絕緣體配置以適應(yīng)多種多樣的端子、殼體以及電極配置。
[0005]6，883，507號美國專利公開了一種用于電暈放電空氣/燃料點火系統(tǒng)中的點火器。圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種電暈放電點火系統(tǒng)的示意圖。當(dāng)穿通絕緣體穿過汽缸蓋19進入燃燒室25中時，該穿通絕緣體圍繞電極13。該絕緣體固定在一電極外殼11中，該電極外殼11可以為一金屬圓筒。該電極外殼11和電極13之間的間隙15中可以充滿介質(zhì)氣體或壓縮空氣?？刂齐娮釉O(shè)備與初級線圈單元7、次級線圈單元9、電極外殼11、電極13以及穿通絕緣體一起形成了點火器5，該點火器5可以插入間隙17中。在操作過程中，點火器5能夠螺旋進入汽缸蓋19中。
[0006]20100187999號美國文獻公開了一種包括兩個等離子體生成電極、一串聯(lián)諧振器和一感應(yīng)線圈的裝置，該感應(yīng)線圈被一屏蔽部包圍。圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種電暈放電燃燒系統(tǒng)的部件。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，一等離子體生成系統(tǒng)中采用了一火花塞?；鸹ㄈ?9可以固定至汽車內(nèi)燃機105的汽缸蓋39。火花塞29包括一低壓圓柱形電極，該低壓圓柱形電極起到一金屬殼體37的作用，該金屬殼體37可以螺旋抒入在發(fā)動機汽缸蓋中形成的一凹處中，并且該低壓圓柱形電極通向燃燒室內(nèi)部。一電極通過一絕緣套管與殼體37保持絕緣。絕緣套管由相對介電常數(shù)大于I的材料(例如陶瓷)制成?；鸹ㄈ哂袑⒔橘|(zhì)100和電極37的一端隔開的間隙41。
[0007]火花塞29還包括一接地并且包圍感應(yīng)線圈33的防護罩31。因此，場線在防護罩31中自閉合。防護罩31因此降低了火花塞29的寄生電磁輻射。實際上線圈33能夠產(chǎn)生將施加在電極之間的帶有射頻激勵的強烈電磁場。這些磁場尤其可能破壞車載的系統(tǒng)，或者超出排放標(biāo)準中規(guī)定的閾值水平。防護罩31優(yōu)選地由具有高導(dǎo)電率的有色金屬(例如銅或銀)制成。特別地，也可以采用導(dǎo)電回路作為防護罩31。線圈33和防護罩31優(yōu)選地通過一絕緣套管35隔開，該絕緣套管35由介電常數(shù)大于I且優(yōu)選具有良好介電強度的合適的介電材料制成，從而進一步降低擊穿或電暈放電的危險，這種危險會導(dǎo)致功率耗散?？梢砸?guī)定將套管35的外表面金屬化從而形成前述的防護罩31。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種用于內(nèi)燃機燃料/空氣點火系統(tǒng)的點火器組件，該點火器包括一上電感子組件，該上電感子組件具有一在上端與下端之間延伸的管狀外殼，并帶有容置在所述上端和下端之間的所述外殼中的電感繞組，該上電感組件還具有鄰近所述外殼的所述上端的第一電連接器以及鄰近所述外殼的所述下端的第二電連接器，所述第一電連接器通過所述電感繞組與所述第二電連接器連接；一下點火端子組件，該下點火端子組件具有一陶瓷絕緣體以及一圍繞至少部分所述陶瓷絕緣體的金屬外殼，所述陶瓷絕緣體在一終端和一點火端之間延伸，且一電氣端子從所述終端延伸并且與所述第二電連接器電接觸，一電極從所述點火端延伸，所述電極與所述電氣端子電連接；以及一安裝在外殼與電感繞組之間的磁屏蔽罩，以防止磁通量發(fā)散至該點火器組件外。
[0009]在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種固定在燃燒室內(nèi)的電暈點火器裝置，該裝置包括一在點火裝置的上端和下端之間延伸的外殼；容置在所述上端和下端之間的所述外殼中的電感繞組；以及一環(huán)繞電感繞組設(shè)置的磁屏蔽罩，以防止磁通量發(fā)散至該點火器裝置外。
[0010]在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種外部導(dǎo)電屏蔽罩，其至少部分環(huán)繞外殼，從而限制電磁干擾的輻射。
[0011]在本發(fā)明的另一個方面中，磁屏蔽罩具有相對較高的導(dǎo)磁率和低導(dǎo)電率，并且圍住電感繞組，以防止磁通量發(fā)散至點火器組件外。
[0012]在本發(fā)明的又另一方面中，磁屏蔽罩為鐵素體材料或合適的粉末金屬材料。
[0013]在本發(fā)明的又一方面中，磁屏蔽罩在500kHz-5MHz的頻率范圍內(nèi)具有較低的損耗，并具有一至少可以限制渦流損耗的電阻系數(shù)。
[0014]在本發(fā)明的又一個方面中，電感繞組環(huán)繞一中心芯體，該中心芯體為為可磁性滲透的，且至少與電感繞組一樣長，磁屏蔽罩也至少與中心芯體一樣長。
[0015]在本發(fā)明的另一個方面中，磁屏蔽罩延伸超過中心芯體端部一距離，該距離至少等于電感繞組的半徑。
[0016]在本發(fā)明的又另一個方面中，磁屏蔽罩材料或中心芯體中弓I入有空氣間隙。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]結(jié)合下列目前優(yōu)選實施例和最佳實施方式的具體描述、所附權(quán)利要求以及附圖進行考慮，本發(fā)明的上述及其他方面、特征和優(yōu)點將會更加容易理解，其中:
[0018]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電暈放電點火系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電暈放電燃燒系統(tǒng)的部件；
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的點火器組件的剖視圖；
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖3中的點火器組件的部件分解圖；
[0022]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的圖3中的點火器組件的部件分解圖；
[0023]圖6是圖3中的點火器組件的剖視圖，該點火器組件示為安裝于內(nèi)燃機中。
【具體實施方式】[0024]安裝在發(fā)動機的火花塞凹處中、用于微波或RF點火系統(tǒng)的點火器的現(xiàn)有設(shè)計損耗大、感應(yīng)系數(shù)減小、并且會產(chǎn)生較大的渦流損耗，這是因為磁通會與屏蔽罩或?qū)щ娖咨w交鏈。這些問題很難避免，因為減小渦流的步驟同樣會使磁屏蔽作用減小，從而使磁場進一步滲透進發(fā)動機結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明包含了點火器主體內(nèi)的磁通量，因此消除了不可控的渦流損耗和感應(yīng)系數(shù)的變化。
[0025]圖3-6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面制造的點火器組件(表示為電暈放電點火器組件，且在下文中稱為組件10)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的點火器組件的剖視圖。上電感子組件24包括一塑料管狀外殼40，該外殼40在上端42和下端44之間沿著第一軸A’延伸。此處顯示的外殼40具有一直徑增大的上部46，以及一下部48，該下部48的直徑從上部46開始減小。上部46的尺寸適于容納具有所期望結(jié)構(gòu)的電感繞組(也稱為線圈50)。線圈50繞一中心芯體52繞制，并與鄰近外殼40的上端42的第一電連接器54以及鄰近外殼40的下端44的第二電連接器56電連接。外殼40與線圈50之間為磁屏蔽罩61，參考圖4和圖5將對該磁屏蔽罩61進行更詳細的描述。圍繞外部外殼40的是一外部導(dǎo)電屏蔽罩63。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖示提供了多個實施例，但并不局限于這些實施例。尤其應(yīng)當(dāng)注意的是，磁屏蔽罩并非必需位于外殼之內(nèi)，且導(dǎo)電的屏蔽罩并非必需位于外殼之外。也就是說，磁屏蔽罩、導(dǎo)電的屏蔽罩和外殼可以按任何順序排列。
[0026]外殼40中圍繞線圈50和外殼40填充有壓縮空氣或者樹脂60，以用于抑制高電壓。樹脂60充滿或者大致充滿了外殼40的上部46中的所有空隙。但是，應(yīng)當(dāng)注意的是，外殼40中可以填充任何此處未描述的其他材料或成分,包括空氣。一聚合物帽或橡膠帽62環(huán)繞外殼40的上端42延伸，并示為具有環(huán)形凸起或肋部64，該肋部64從外殼40徑向向外延伸，以便于固定外殼40和汽缸蓋罩32并且在外殼40和汽缸蓋罩32之間形成密封(圖6)。
[0027]下點火端子組件26包括在上部終端76和下部點火端78之間延伸的細長的陶瓷絕緣體74，且該陶瓷絕緣體74具有在上部終端76和下部點火端78之間延伸的中心通道80。該絕緣體74具有一直徑增大的中間段82，該中間段具有分別徑向向外延伸的上肩部84和下肩部86。該絕緣體74還具有一收縮至點火端78的錐形鼻部88。一電氣端子90容置在中心通道80中，并且從孔56的終端76延伸至一自由端91，該電氣端子90示為呈凸起狀，以用于與上電感子組件24的第二電連接器56樞轉(zhuǎn)電連接。一中心電極92容置在中心通道80內(nèi)，并從點火端78延伸至自由放電端94，當(dāng)點火器組件10安裝到汽缸蓋14中時(圖6)，中心電極92伸入發(fā)動機18的燃燒室20中(圖6)。端子90與中心電極92彼此電連接。下點火端子組件26進一步包括外部金屬套，也稱為外殼或殼體98。該殼體98圍繞陶瓷絕緣體74的至少一部分并且固定至該陶瓷絕緣體74。
[0028]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖3中點火器組件的部件分解圖。一外層材料61 (外部磁屏蔽罩)具有相對高的導(dǎo)磁率和低導(dǎo)電率，該外層材料61包圍點火器的電感繞組50，以防止大量的磁通量發(fā)散至點火器主體10外。這就防止了磁通量與外部導(dǎo)體(通常為金屬的)交鏈，外部導(dǎo)體例如為汽缸蓋或任何外部電氣屏蔽部件。通過防止外磁場可以避免產(chǎn)生較高的不可控的損耗或感應(yīng)系數(shù)發(fā)生巨大變化的可能性，這種可能性將降低點火系統(tǒng)性能。
[0029]參閱圖4，電感繞組50形成在一圍繞中心芯體52的電絕緣線筒上。如本領(lǐng)域已知的以及此處上文所描述的，電感繞組50安裝在非磁性的外殼40中，該外殼可以填充適當(dāng)?shù)牟牧希蕴峁╇娊^緣和/或機械支撐和/或溫度控制的優(yōu)點。該裝置至少部分安裝在發(fā)動機汽缸蓋14中的型腔內(nèi)，這種設(shè)計是為了允許點火源(點火端，圖中未示)進入。該裝置周圍還可以包括一設(shè)計為用于限制電磁干擾輻射的導(dǎo)電屏蔽罩或屏63。外部磁屏蔽罩61的橫截面面積足夠大，可以使電感繞組50的磁通量通過，而不至于飽和。該外部磁屏蔽罩61的材料可以為任何合適的已知類型，比如MN-ZN或N1-ZN、鐵粉或本領(lǐng)域任何其他已知的材料形成的鐵素體。在本實施例中，中心芯體52由在制造期間合成的非磁性材料制成。屏材料優(yōu)選在500kHz-5MHz的頻率范圍內(nèi)具有低損耗，并且其電阻系數(shù)足夠高，從而避免顯著的渦流損耗。為了保證磁通量包含于點火器之內(nèi)，外部磁屏61應(yīng)該至少與電繞組一樣長，而且優(yōu)選延伸至它的端部以外一段距離，該距離至少等于繞組50的半徑。該材料可以具有這樣的相對導(dǎo)磁率，即，該相對導(dǎo)磁率根據(jù)點火器的幾何形狀選擇，以提供所需的最終感應(yīng)系數(shù)。
[0030]如圖5所示，在需要較高的感應(yīng)系數(shù)的情況下，芯體材料52還可以是可磁性滲透的。在這種情況下，有利的是，中心芯體52至少與繞組50 —樣長,且外部磁屏蔽罩61應(yīng)該至少與芯體52 —樣長，并且優(yōu)選地延伸超出芯體52的端部一段距離，該距離至少等于繞組50的半徑。中心芯體52的材料不需要與磁屏蔽罩61的材料相同。
[0031]電磁回路的感應(yīng)系數(shù)可以進一步通過常用的方法控制；通過在磁屏蔽罩61或中心芯體52中引入空氣間隙，或者減小橫截面，以達到可控的飽和。與外部保護罩61、電感線圈50和發(fā)動機結(jié)構(gòu)14之間的間隙相比，引入外部磁屏蔽罩61中的任何間隙均更小。
[0032]外部磁屏蔽罩61能夠大大地減少點火器的損耗，防止對外部部件(例如金屬罩或汽缸蓋部件)敏感，并可以較好地控制磁、電性能。自然，這種外部磁屏蔽的方法可能有利的應(yīng)用于微波/RF點火系統(tǒng)中，其中，電感具有不同的形狀因數(shù)，例如，電感安裝在發(fā)動機的火花塞凹處外部。
[0033]如圖6中所示，組件10安裝在汽缸蓋14的點火器孔12中，汽缸蓋14連接至內(nèi)燃機18的發(fā)動機缸體16。該發(fā)動機缸體16包括一燃燒室20, —活塞(圖中未不)可以在該燃燒室20中往復(fù)運動。發(fā)動機18可具有多個此類燃燒室20以及相關(guān)的活塞。點火器孔12可以沿一筆直的軸延伸，或者，必要時，沿著多個非平行的軸延伸，例如可以期望繞過其他鄰近的發(fā)動機結(jié)構(gòu)，例如燃料噴射器孔19和/或閥孔21，一燃料噴嘴頭可以容置在該燃料噴射器孔19中，以將燃料/空氣混合物噴射進燃燒室20，一閥組件23可以容置在該閥孔21中。應(yīng)當(dāng)注意的是，該實施例僅在本質(zhì)上是典型的但并不局限于此。
[0034]前述的發(fā)明已經(jīng)按照相關(guān)法律標(biāo)準進行了說明，因此該說明可作為典型而非在本質(zhì)上限制。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，對已公開的實施例的多種變形和修改都是表面化的，均屬于本發(fā)明的范圍。據(jù)此，本發(fā)明所受到的法律保護范圍僅可以通過權(quán)利要求確定。
【權(quán)利要求】
1.一種點火器組件，其用于內(nèi)燃機燃料/空氣點火系統(tǒng)，其特征在于，該點火器組件包括: 一上電感子組件，其具有一在一上端和一下端之間延伸的外殼，并帶有容置在所述上端和下端之間的所述外殼中的電感繞組，該上電感組件還具有一第一電連接器和一第二電連接器，所述第一電連接器通過所述電感繞組與所述第二電連接電連接； 一點火端子組件，其具有一陶瓷絕緣體以及一圍繞至少部分所述陶瓷絕緣體的金屬外殼，所述陶瓷絕緣體在一終端和一點火端之間延伸，一電氣端子，其沿所述終端延伸并與所述第二電連接器電接觸，以及一位于所述點火端的電極，所述電極與所述電氣端子電連接；以及 一沿所述電感繞組設(shè)置的磁屏蔽罩，以防止磁通量發(fā)散至該點火器組件外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器組件，其特征在于，所述點火器組件進一步包括一圍繞所述電感繞組以限制電磁干擾輻射的導(dǎo)電屏蔽罩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器組件，其特征在于，該磁屏蔽罩具有相對高的導(dǎo)磁率和低導(dǎo)電率，并基本圍住電感繞組，以阻止磁通量發(fā)散至點火器組件外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點火器組件，其特征在于，該磁屏蔽罩為一鐵素體材料，該鐵素體材料包括MN-ZN、N1-ZN和鐵粉中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的點火器組件，其特征在于，該磁屏蔽罩在500kHz-5MHz的頻率范圍內(nèi)具有低損耗，并具有一至少限制渦流損耗電阻系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火器組件，其特征在于，該電感繞組圍繞一中心芯體，該中心芯體為可磁性滲透的，并且至少與該電感繞組一樣長，且該磁屏蔽罩至少與該中心芯體一樣長。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的點火器組件，其特征在于，該磁屏蔽罩延伸超過中心芯體的端部一距離，該距離至少等于電感繞組的半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的點火器組件，其特征在于，在磁屏蔽罩材料和/或芯體材料中引入有一個或多個間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的點火器組件，其特征在于，該中心芯體比該繞組長至少一個半徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的點火器組件，其特征在于，當(dāng)該中心芯體有磁性時，磁屏蔽罩超過該繞組或中心芯體一個半徑的距離。
11.一種電暈點火器裝置，其固定在一燃燒室內(nèi)，其特征在于，所述裝置包括: 一在該點火器裝置的上端和下端之間延伸的外殼； 一容置在所述上端和下端之間的所述外殼中的電感繞組；以及 一圍繞電感繞組設(shè)置的磁屏蔽罩，以阻止磁通量發(fā)散至該點火器裝置外。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的點火器裝置，其特征在于，該所述裝置進一步包括一圍繞所述電感繞組以限制電磁干擾輻射的電屏蔽罩。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的點火器裝置，其特征在于，該磁屏蔽罩具有相對高的導(dǎo)磁率和低導(dǎo)電率，并基本圍住電感繞組，以阻止磁通量發(fā)散至點火器組件外。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的點火器裝置，其特征在于，該磁屏蔽罩為鐵素體材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的點火器裝置，其特征在于，該磁屏蔽罩在500kHz-5MHz的頻率范圍內(nèi)具有低損耗，并具有一電阻系數(shù)，以至少限制渦流損耗。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的點火器裝置，其特征在于，該電感繞組圍繞一中心芯體，該中心芯體為可磁性滲透的，并且至少與該電感繞組一樣長，且該磁屏蔽罩至少與該中心芯體一樣長。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的點火器裝置，其特征在于，該磁屏蔽罩延伸超過該中心芯體一距離，該距離至少等于該電感繞組的半徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的點火器裝置，其特征在于，在磁屏蔽罩材料和/或芯體材料中引入有一個或多個間隙。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的點火器裝置，其特征在于，該中心芯體比該繞組長至少一個半徑。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的點火器裝置，其特征在于，當(dāng)該中心芯體有磁性時，磁屏蔽罩超過該繞組或中心芯體一個半徑的距離。
21.根據(jù)權(quán)利要求 14所述的點火器裝置，其特征在于，該鐵素體材料包含MN-ZN、N1-ZN和鐵粉中的至少一種。
【文檔編號】H01T13/44GK103460530SQ201280013214
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月14日
【發(fā)明者】約翰·A·鮑里斯, 詹姆斯·D·呂科瓦基 申請人:費德羅-莫格爾點火公司