[发明专利]高功率放电燃料点火器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年7月21日申请的美国临时专利申请序号 No.60/820,031题目为“高功率放电燃料点火器”的优先权及其权益，其 说明书通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于在内燃火花点火发动机中点燃燃料的火花塞。

背景技术

目前，火花塞技术回溯至十九世纪五十年代早期，在设计上没有显 著的改变，只是在火花间隙电极的材料和配置上有改变。这些相对新的 电极材料诸如铂和铱已经被引入到这些设计中，来消除对所有的火花塞 电极共有的运行侵蚀，以试图延长使用寿命。虽然这些材料会降低对于 典型的低功率放电(小于1安培峰值放电电流)火花塞的电极侵蚀和实 现10⁹循环的要求，但是它们不能承受高功率放电(大于1安培峰值放电 电流)的高库仑转换。此外，对在火花塞内产生较高的电容或将电容器 并联连接到已存在的火花塞进行了很多尝试。虽然这会增加火花的放电 功率，但是这种设计效率差、复杂和不能处理与高功率放电相关的加速 侵蚀。

美国专利No.3683232、美国专利No.1148106以及美国专利 No.4751430论述了采用电容器增加火花功率。对于可能决定放电功率的 电容器的电气规格(electrical size)没有揭示。此外，如果电容器具有足 够大的电容，在点火变压器输出和火花间隙之间的电压降可能阻碍间隙 的离子化和火花的产生。

美国专利No.4549114主张通过把辅助的间隙结合到火花塞的主体提 高主火花间隙的能量。在单个火花塞中使用两个火花间隙以点燃在任何 使用电子处理控制燃料传输和火花计时的内燃火花点火发动机中的燃 料，这可能被证明对发动机的操作是致命的，因为由两个火花间隙发射 的电磁干扰/无线电频率干扰(EMI/RFI)可能导致中央处理单元发生故障。

在美国专利No.5272415中，揭示了电容器连接至没有电阻器的火花 塞。没有揭示电容和没有任何地方提及由没有电阻器的火花塞产生的电 磁和射频干扰，如果没有对EMI/RFI进行合适的屏蔽，所述干扰可能导 致中央处理单元关闭或甚至导致永久性损坏。

美国专利No.5514314揭示了通过在火花塞的正电极和负电极区域内 施加磁场，增加火花的尺寸。这个发明也主张制造单片电极、整体式线 圈以及电容器，但没有揭示制造多种电气部件的单片导电通路的电阻率 值。设计电气部件导电通路的电阻率值为1.5-1.9欧姆每米 (ohms/meter)，从而确保适当的功能。由金属陶瓷墨水中固有的陶瓷材 料的迁移造成的通路的任何劣化降低了电气设备的功效和操作。另外， 也没有提及把单片部件的充电的导电通路相对地分离开的绝缘介质的耐 压(voltage hold-off)。如果标准陶瓷材料诸如氧化铝86％被用于火花塞绝 缘主体，介电强度或耐压是200伏特/密耳(volts/mil)。在新型的汽车点 火中，对于在内燃火花点火的发动机的火花塞的标准操作电压范围从 5Kv至20Kv，其峰值为40Kv，这个电压范围可能对于这个电压水平不 能绝缘单片电极、整体式线圈以及电容器。

美国专利No.5866972、美国专利No.6533629以及美国专利No. 6533629涉及到如下申请，通过各种方法和装置，由铂、铱或其它的贵金 属组成的电极和/或电极尖端以抵抗与火花塞操作相关的耗损。这些申请 很可能不足以抵抗与高功率放电相关的电极耗损。随着电极耗损，需要 电离火花间隙和产生火花的电压增加。点火变压器或线圈被限制在传送 给火花塞的电压数值范围内。由于加速的侵蚀和耗损产生的火花间隙的 增加可能大于来自于变压器可用的电压，这可能导致不点火和催化转化 器的损坏。

美国专利No.6771009揭示了防止火花的飞弧(flashover)的方法， 但是没有解决与电极耗损或提高火花放电功率相关的问题。

美国专利No.6798125提及使用较高耐热性的Ni合金作为基础电极 材料，通过焊接把贵金属附于电极材料上。主要的主张是镍基的基础电 极材料，基础电极材料保证了焊接的整体性。所述结合据说降低了电极 侵蚀，但没有主张在高功率放电条件下降低侵蚀或提高火花功率。

关于火花塞的美国专利No.6819030主张降低接地电极温度但没有主 张降低电极侵蚀或提高火花功率。

发明内容