[发明专利]高功率半表面间隙火花塞

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月27日提交的Louis S.Camilli的名为“Surface Gap Pulsed Spark plug”的美国临时专利申请序列号No.61/591567的优先权和申请权益。

技术领域

本发明的实施例涉及火花塞，其中火花间隙的一部分包括表面间隙并且一部分包括空气间隙，因此形成半表面间隙。本发明的实施例还包括具有结合于其中的电容器的半表面火花塞，由此在火花事件的电子流(streamer)阶段期间会增大电流、并且因此增大火花功率，并且由于洛伦兹力而感应火花、使其轴向地从火花塞投射出去并且进入发动机汽缸。火花功率的附加增大生成了比传统的火花塞中遇到的火焰核大得多的火焰核，由此改善燃料点火，增大燃料燃烧的完全性，并且因此比起传统的火花塞，增大了发动机的燃料效率和功率输出。

背景技术

尽管典型的火花塞技术追溯至早期的1950年代，然而最近在火花塞中生成更高的电容或并联于现有火花塞而附加连接电容器方面仍然有很多的尝试。虽然这些设计增大了火花的放电功率，但是已知的设计是效率低的、或是复杂且昂贵的。本发明提供了一种简单和可靠的方法和装置，由此将电容器结合到具有半表面间隙的火花塞中。

美国专利No.3683232、美国专利No.1148106和美国专利No.4751430讨论了采用电容器或容电器以增大火花功率的技术。关于电容器的电气尺寸方面没有公开，而所述电气尺寸决定了放电的功率。此外，如果电容器具有足够大的电容，在点火变压器输出端和火花间隙之间的电压降可能妨碍间隙电离和火花的建立。

阿姆斯特朗的美国专利No.3599030描述了与采用电容器放电点火系统的发动机一起工作的表面-间隙火花塞。阿姆斯特朗的专利教导了通过使用与高张力、快速上升时间的放电系统耦合的表面间隙设计，而能够避免基本上所有的塞维护。然而，阿姆斯特朗的专利未教导半表面塞的使用或如何将电容器结合到塞中，其中自动触发的电容器小得多。因为比起穿过空气间隙的电阻，横跨表面的电阻更小，并且因为阿姆斯特朗的专利仅仅教导表面-间隙塞，因此阿姆斯特朗的专利中在电弧被引发之前能够生成的最大电压远低于如果阿姆斯特朗由空气间隙形成全部或至少一部分火花间隙的话将可能生成的最大电压。此外，因为阿姆斯特朗的专利使用的绝缘体的表面用作散热器、以将热从发弧端子吸走，所以阿姆斯特朗的专利被迫处理在其外部电极上的碳堆积。再另外，因为阿姆斯特朗的专利中整个火花间隙由绝缘体的表面形成，并且因为击穿电压因此远低于如果使用空气间隙的话将经历的击穿电压，所以阿姆斯特朗的专利中塞的火花的总峰值电压和电流也更低。因为更低的电压和电流，阿姆斯特朗的专利可能经历的任何所产生的洛伦兹力也不足以将火花提升离开绝缘体的表面并且将其投射离开火花塞而因此进入空气/燃料混合物。

美国专利No.4549114要求保护通过将辅助间隙并入火花塞的主体中来增大主火花间隙的功率的技术。在单个火花塞中使用两个火花间隙以在利用电子处理控制燃料输送和火花时序的任何内燃火花点火发动机中点燃燃料的应用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EMI/RFI可能引起中央处理单元出故障。

在美国专利No.5272415中，公开了将电容器附着到非电阻器火花塞中。电容未被公开，并且没有提到由非电阻器火花塞生成的电磁和无线电频率干扰，这样的干扰如果未被恰当地屏蔽以防EMI/RFI发射，则可能引起中央处理单元被关闭或甚至引起永久的损坏。

美国专利No.5514314公开了通过在火花塞的正和负电极的区域中实施磁场来增大火花的尺寸。该发明还要求保护生成整体电极、集成的线圈和电容器的技术，但未公开形成各个电气部件的整体导电路径的电阻率值。电气部件导电路径被设计为具有1.5-1.9欧姆/米的电阻率值，以确保正确的工作。由金属陶瓷墨水中固有的陶瓷材料的迁移所致的路径的任何退化减小了电气装置的功效和操作。此外，还未提到相对地分离整体部件的带电导电路径的绝缘介质的电压释抑。如果例如含86％的氧化铝之类的标准陶瓷材料被用于火花塞绝缘体，介电强度或电压释抑是200伏/密耳。在内燃火花点火发动机中的火花塞的标准工作电压范围是从5Kv到20Kv，具有在新型汽车点火中能够看到的40Kv的峰值，这可能使整体电极、集成的线圈和电容器对该水平的电压是不绝缘的。