[发明专利]具有可控的电晕形成位置的电晕点火器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月13日提交的第61/432,364号和2011年1月14日提交的第61/432,520号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明主要涉及一种用于发射射频电场以电离燃料-空气混合物并提供电晕放电的电晕点火器，以及一种形成该电晕点火器的方法。

背景技术

电晕放电点火系统提供交流电压和电流，高低电位电极迅速转换使得电弧难以形成而且提高了电晕放电的形成。该系统包括一个带有中心电极的电晕点火器，该中心电极对高射频电压电势放电并且在燃烧室内产生强射频电场。该电场引起燃烧室中一部分燃料和空气混合物电离且击穿介质，从而促进燃料-空气混合物的燃烧。该电场是可控的，从而可使得燃料-空气混合物保持介电性能，同时在电极点火端产生电晕放电，这又称为低温等离子体（non-thermal plasma）。燃料-空气混合物的电离部分形成了火焰峰，该火焰峰其后可以保持燃烧状态，并且燃烧燃料-空气混合物的剩余部分。优选地，电场可以被集中于电极点火端并且是可控的，使得燃料-空气混合物不会失去其所有的介电性能，这能够在电极和接地的气缸壁、活塞或者点火器的其他部分之间形成热等离子体和电弧。Freen的美国专利6,883,507公开了一种电晕放电点火器系统的例子。

电晕点火器的中心电极由一种导电材料构成，并且该中心电极接收高射频电压并向燃烧室发射射频电场以电离燃料-空气混合物并且提供电晕放电。绝缘体由一种围绕着中心电极的电绝缘材料构成，并且该绝缘体容置于金属外壳中。该电晕放电系统的点火器并不包括特意放置在中心电极的点火端附近的任何接地电极单元。相反，接地被优选为通过气缸壁或者点火系统的活塞来提供。Lykowski和Hampton的美国申请2010/0083942公开了一种电晕点火器的例子。

在电晕点火器的使用过程中，当能量施加于中心电极时，由于中心电极和金属外壳之间空气的低的相对介电常数，电势和电压能够在它们之间骤降。高压降和电场强度中对应的峰值使得中心电极和壳体之间的空气发生电离，导致电极点火端的能量显著损失。此外，临近壳体的电离的空气易向电极点火端移动，或者反过来，穿过中心电极和壳体之间的绝缘体形成一个导电通路，而且降低电极点火端电晕放电的效果。中心电极和壳体之间的导电通路可以引起这些部件之间的电弧放电，这通常是不需要的，而且会降低电极点火端的点火质量。

发明内容

本发明的一个方面包括一用于提供电晕放电的点火器。该点火器包括一个由导电材料构成的用于接收高射频电压并发射射频电场以电离燃料-空气混合物并提供电晕放电的中心电极。绝缘体由一种电绝缘材料构成并且围绕着中心电极设置。绝缘体从绝缘体顶端向绝缘体鼻端纵向延伸。绝缘体还具有在绝缘体顶端和绝缘体鼻端之间延伸的一个面向电极的绝缘体内表面和一个对面的绝缘体外表面。由导电金属材料构成的壳体围绕着绝缘体设置，并且该壳体从壳体顶端向绝缘体鼻端纵向延伸至壳体底端。该壳体具有在壳体底端和壳体顶端之间延伸的一个面向绝缘体外表面的壳体内表面和一个对面的壳体外表面。壳体呈现（present）一个壳体间隙，该壳体间隙具有在壳体底端和壳体内表面与壳体外表面中的至少一个之间的壳体间隙宽度。壳体间隙在壳体底端处敞开使得空气可以由此流入，而且壳体间隙宽度朝壳体底端方向增大。

本发明的另一个方面提供一种用于提供射频电场以电离一部分易燃的燃料-空气混合物并且在内燃机的燃烧室中提供电晕放电的电晕放电点火系统，该系统包括电晕点火器。

本发明的另一个方面提供一种形成电晕点火器的方法。该方法包括以下步骤：提供一由导电材料构成的中心电极，提供一由电绝缘材料构成的绝缘体，该绝缘体包括从绝缘体顶端向绝缘体鼻端纵向延伸的绝缘体内表面。该方法接下来包括沿着绝缘体内表面将中心电极插入绝缘体。该方法还包括提供一由导电材料构成的壳体，该壳体包括从壳体顶端纵向延伸至壳体底端的壳体外表面和壳体内表面，并且该壳体具有在壳体内表面和壳体外表面之间的壳体厚度，该壳体厚度向壳体底端处减小，然后沿着壳体内表面将绝缘体插入壳体中。

增大的壳体间隙宽度控制着电晕放电的位置并且提高了中心电极和壳体之间的电晕放电。因此，电晕点火器能够提供更可控的、集中的电晕放电以及相对于其他电晕点火器更强劲的点火。

附图说明

通过参考以下具体实施方式并结合附图，本发明的其他优势将更好地被阐述，同时更易于被理解，其中，