[发明专利]用于电晕点火的优化的势垒放电设备

说明书

提供了一种用于电晕点火器的绝缘体，被称为用于内燃机的势垒放电点火(BDI)设备。中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并且电极尖端通过绝缘材料与圆形绝缘体尖端间隔开。由金属形成的壳体围绕所述绝缘体的一部分。绝缘体厚度在壳体点燃表面和绝缘体尖端之间逐渐变细。逐渐变细的绝缘体厚度是单向的，因此在锥度的起点和绝缘体尖端之间不增加。还提供一种制造用于电晕点火器的绝缘体的方法。可以使用等式来确定是否需要绝缘体厚度的锥度以鼓励电晕沿着绝缘体的芯鼻突出部传播，如果需要，则可以确定锥度的位置和大小。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月19日提交的美国临时专利申请序列号62/748,021和2019年10月17日提交的美国实用新型专利申请序列号16/656,151的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景

1.发明领域

本发明一般涉及用于内燃机的电晕点火器的绝缘体，电晕点火器，用于制造绝缘体和电晕点火器、包括电晕点火器的内燃机的方法，用于制造绝缘体和电晕点火器的方法以及用于评估电晕点火器设计的方法。

2.相关领域

电晕放电点火系统提供交流电压和电流，快速连续反转高电位和低电位电极，从而增强电晕放电的形成并最大程度地减少电弧形成的机会。该系统通常包括变压器，该变压器从直流形式的电源接收能量，放大电压并减小电流，然后将交流形式的能量导向电晕点火器的中心电极。中心电极被充电至高射频电压电位并在燃烧室中产生强射频电场。电场使燃烧室内的部分燃料和空气混合物电离并开始电介质击穿，促进燃料-空气混合物的燃烧，这被称为点火事件。优选地控制电场，使得燃料-空气混合物保持介电性质并且发生电晕放电，也称为非热等离子体。燃料-空气混合物的电离部分形成火焰前锋，然后火焰前锋保持自我维持并燃烧燃料-空气混合物的其余部分。优选地，电场被控制成使得燃料-空气混合物不失去所有介电性质，这将在电极和接地的气缸壁、活塞、金属壳或点火器的其他部分之间产生热等离子体和电弧。在Freen的美国专利号6,883,507中公开了一种电晕放电点火系统的实例。

概述

本发明的一个方面提供了电晕点火器。电晕点火器组件包括由绝缘材料形成的绝缘体。绝缘体沿着中心轴线纵向延伸到绝缘体尖端。绝缘体具有从绝缘体外表面延伸到绝缘体内表面的厚度，所述绝缘体内表面呈现沿着中心轴线朝向绝缘体尖端纵向延伸的狭槽，并且绝缘体外表面在所述绝缘体尖端处是圆形的。中心电极布置在所述绝缘体的狭槽中并从电极上端纵向延伸到电极尖端。电极尖端通过所述绝缘材料与所述绝缘体尖端间隔开。由金属形成的壳体围绕所述绝缘体的一部分并且从壳体上端纵向延伸到壳体点燃表面。绝缘体厚度在壳体点燃表面(shell firing surface)和绝缘体尖端之间逐渐变细，并且在锥度的起点和绝缘体尖端之间绝缘体厚度不增加。

根据一个实施方案，绝缘体外表面朝向绝缘体内表面径向向内延伸以在绝缘体厚度中呈现锥度。

根据另一个实施方案，绝缘体包括芯鼻突出部，所述芯鼻突出部的长度从壳体点燃表面延伸到绝缘体尖端，绝缘体厚度中的锥度沿着芯鼻突出部的长度的百分比延伸，并且所述长度的百分比根据以下等式定义：

其中Y是所述绝缘体的芯鼻突出部的长度的百分比，R_CE是中心电极的半径，所述中心电极的半径是从所述中心轴线到电极外表面的距离，并且R_INS是绝缘体的半径，所述绝缘体的半径是从所述中心轴线延伸到所述绝缘体外表面的距离，并且所述绝缘体的半径沿其中所述绝缘体厚度恒定的所述绝缘体的部分测量。

根据另一个实施方案，绝缘体厚度沿着绝缘体的第一部分是恒定的并且沿着从所述第一部分朝向所述绝缘体尖端延伸的绝缘体的第二部分逐渐变细，绝缘体尖端处的绝缘体厚度相对于第一部分的绝缘体厚度减小大于或等于所述第一部分的绝缘体厚度的百分比，所述百分比由以下等式定义：