[发明专利]非热等离子体点火灭弧装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月28日提交的第61/407633号美国临时申请以及于2010年10月28日提交的第61/407643号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明主要涉及一种用于发射非热等离子体以点燃燃烧室中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

在弗里恩（Freen）发明的专利号为6,883,507的美国专利中公开了电晕放电点火系统的一个示例。在该电晕放电点火系统中，点火器的电极被充电至高射频（“RF”）电势，从而在燃烧室中产生强RF电场。该电场导致燃烧室中的部分燃料-空气混合物电离并开始介电击穿，从而促进燃料-空气混合物的燃烧。然而，通过控制电场可以使燃料-空气混合物保持介电性能，并且可以产生电晕放电（也被称为非热等离子体）。通过控制电场可以使燃料-空气混合物不会完全失去介电性能，如果失去所有的介电性能将会导致电极和接地的缸壁或活塞之间产生热等离子体和电弧。与电弧放电相比，电晕放电的电流较小，且电极处的电势保持较高。燃料-空气混合物的电离部分形成一火焰锋，然后该火焰锋将自我保持，并燃烧该燃料-空气混合物的剩余部分。

电晕放电点火系统的电极通常由导电材料制成，并且自一电极终端延伸至一电极点火端，一包含电绝缘材料基体的绝缘体沿该电极延伸。电晕放电点火系统的点火器不包括任何紧邻电极的接地电极元件。取而代之的是，如上所述，由内燃机的缸壁或者活塞提供接地作用。在莱高斯基（lykowski）和汉普顿（Hampton）发明的专利号为2010/0083942的美国专利中公开了点火器的一个示例。

对于内燃机应用来说，形成的非热等离子体通常优选包括多个呈电晕放电形式的离子流。这些离子流沿其全长点燃整个燃烧室中的空气-燃料混合物，从而提供稳健的点火。正如在弗里恩的专利中所讨论的，优选对电场进行控制，以使电晕放电不会持续到发生电子雪崩，该电子雪崩将导致从电极至接地的缸壁或活塞的电弧放电。在某些情况下，例如当在点火器上施加大于一定阈值的电压时，离子的浓度将增大并且可能会产生电弧放电。电弧放电仅包括一个单独的离子流，而不是理想的多个离子流。与电晕放电相比，电弧放电在燃烧室中占用的空间较小，从而降低了点火的质量。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种电晕点火系统的点火器，该点火器包括一电极以及一沿该电极延伸的绝缘体。该电极由导电材料制成，并且自一电极终端延伸至一电极点火端。该绝缘体包括一围绕该电极点火端的电绝缘材料基体，以及多个设置在该电绝缘材料基体中的导电元件。

本发明的另一个方面提供了一种制造点火器的方法。该方法包括以下步骤：提供由电绝缘材料基体制成的绝缘体，该电绝缘材料基体中设有多个导电元件；以及提供由导电材料制成的电极，该电极自一电极终端延伸至一电极点火端。该方法进一步包括将该绝缘体围绕该电极点火端设置。

本发明的点火器包括带有导电元件的绝缘体，与其它不带有导电元件的点火器相比，本发明的点火器在电晕点火系统的工作过程中减少或者消除了电弧作用。该点火器产生了可控的且可重复的非热等离子体，该非热等离子体包括多个呈电晕形式的离子流。该点火器发射的电晕放电可以快速地点燃并燃烧掉燃料混合物，当其用于内燃机应用场合时这将会带来多种好处，例如改善燃料经济性以及减少CO₂的排放。

附图说明

请参阅下述详细说明并结合附图进行考虑，本发明的其它优点将更加容易领会和理解，其中：

图1是根据本发明一个方面的点火器的剖视图，该点火器位于内燃机的燃烧室中；

图2是根据本发明另一方面的点火器的剖视图；

图2A是图2的绝缘体管口区域的放大图；

图2B是图2A的绝缘体管口区域的点火表面的放大图；

图3是根据本发明又一方面的点火器的剖视图；

图3A是图3的绝缘体管口区域的放大图；

图3B是图3A的绝缘体管口区域的点火表面的放大图。

具体实施方式