[发明专利]等离子体头部垫片以及系统

说明书

一种用于内燃机的等离子体头部垫片，包括设置在与该发动机中的活塞气缸相对应的该垫片中的孔的周围的等离子体点火器。该等离子体点火器利用发动机及时产生一等离子体电离场，以提高燃烧效率。

背景技术

本发明通常涉及一种用于发动机机体(engine block)以及发动机头部(engineheader)之间的垫片。该垫片包括设置在对应于活塞缸的开口中的电极。该电极随着其他点火参数(即火花塞或压缩)及时点火，以提高燃效效率。

根据燃烧类型或燃烧过程、气缸数量以及预期用途/功能，标准内燃机(IC)的基本操作有所不同。某些类型的燃料，例如汽油，需要来自火花塞的火花以引发燃烧。其他类型的燃料，例如柴油，只需要压缩来提高空气温度，导致柴油在引入时自燃。柴油机包括用于在冷柴油发动机中增加热量并引发燃烧的电热塞(glow-plug)。发动机也可以设计成使用替代燃料，例如生物柴油、液化天然气、液化石油气、压缩天然气以及乙醇等。所有这些类型的燃料的燃烧通常会在燃烧后留下一些残余的、未燃烧的燃料和其他组分。

在传统的二冲程发动机中，机油在进入曲轴箱之前与燃油和空气预先混合。该机油/燃油/空气混合物在进气过程中，通过由活塞产生的一真空被吸进曲轴箱。机油/燃油混合物为曲轴箱中的气缸壁、曲轴和连杆轴承提供润滑。而后，燃油被压缩并被导致燃料燃烧的火花塞点燃。然后向下推动活塞，当活塞露出排气口时，废气被排出气缸。活塞的移动使曲轴箱中的剩余机油/燃油加压，并允许额外的新鲜机油/燃油/空气涌入气缸，从而将剩余的废气同时推出排气口。当这个过程重复时，动量将推动活塞回到压缩冲程。在一四冲程发动机中，曲轴和连杆轴承的机油润滑与燃油/空气混合物分离。在这里，曲轴箱中主要充满了空气和机油。进气歧管接收并混合来自不同来源的燃油和空气。进气歧管中的燃油/空气混合物被吸入燃烧室，并在燃烧室中被火花塞点燃并燃烧。两种类型的发动机都使用火花来燃烧燃油，并且都会在燃烧室中留下残留的、未燃烧的燃油和其他成分。

因此，在燃烧大多数类型燃料的大多数发动机中，迫切需要一种改进的点火系统来提高燃烧效率。理想的，这种点火系统不但能与用于改装设计的现有点火系统一起协同工作，也可作为独立系统以供原设备制造商使用。改进的点火系统应当包括在内燃机的发动机和头部区块(header blocks)之间一次性使用的等离子头部垫片，并具有设置在垫片的活塞气缸孔中的电极的点火器。微处理器控制单元和等离子体放大器增强了通常由现有技术的点火系统产生的点火，以产生等离子体电离场(plasma ionization field)，该等离子体电离场每次放电产生超过200安培。本发明满足了这些需求并提供了进一步的相关优势。

发明内容

本发明涉及一种等离子体头部垫片，其被配置为设置在一内燃机的一发动机机体与一头部区块之间，类似于现有技术的头部垫片。该等离子头部垫片包括一层压基板，其具有对应于一内燃机的一发动机机体中的一活塞气缸的一孔，类似于现有技术的头部垫片。一对钍合金导体与该基板相关联，并电性连接至一开关式等离子体点火器。该开关式等离子点火器包括设置于该孔中的一等离子体放大电极，该等离子体放大电极包括由一环形等离子体发射环围绕的一半球形导体，该环形等离子体发射环与该半球形导体之间定义有一等离子体间隙。不同类型的导电涂层可应用于该半球形导体与该环形等离子体发射环上，例如，铂、不锈钢、其他贵金属及其合金。

该基板包括介电层，该对钍合金导体是设置在该介电层之间的导电钍合金电路迹线。该钍合金导体相较于典型导体能更自由地为连接电路提供自由电子。一开关块优选为设置在该基板上，并电性连接至该对钍合金导体。该钍合金电路迹线电性连接该开关式等离子体点火器至该开关块。该等离子体头部垫片还包括一等离子体场传感器，其与该孔相关联并通过与该基板相关联的一次级导体电性连接至该开关块。