[发明专利]热线点火塞的带密封套的加热丝

说明书

本发明一般涉及热线点火塞，更具体说，涉及用于此热线点火塞的加热元件组合件。

直到最近时期，在应用于柴油内燃机方面，热线点火塞技术的发展主要是仅为满足帮助这种发动机之起动的要求。在这种使用中，柴油发动机燃烧可自动点火的燃料。

这种常规的热线点火塞，仅仅在起动的短暂时间内，由电阻加热短时激发至一预选的中等高温（例如，约900℃/1650°F）。在起动过程中转动发动机曲轴时，从喷油咀喷出的雾化燃料接触或非常靠近地通过热线点火塞，并主要是靠其表面点火而点燃燃料。由于在转动曲轴和起动阶段发动机的转速相当慢，与发动机的正常运转相比，其燃料较长时间地停留在热线点火塞附近。因此，在较冷的发动机中，即使在上述中等高温下，也能使常规的燃料点燃。一旦发动机发动，这种热线点火塞便断电，发动机仅靠燃料的自动点火而继续运转。所以，在发动机正常运转期间，断了电的热线点火塞会冷却到一较低的温度，该温度近似为发动机循环的平均温度（例如，约6750℃/1250°F）。

通常的作法是在转动和起动柴油发动机之前将常规的热线点火塞预热升高至一适中的温度。在诸如堆土机或重型卡车之类的商用车辆中，将热线点火塞预热至中等升高的温度所需的时间（通常约1至2分钟）无关紧要。但是，近些年来，柴油发动机愈来愈多地用于轻型卡车和客车，这就产生了能够在一段短得多的时间（通常可被接受的时间为约1至2秒）内将热线点火塞预热的迫切要求。因此，在近几年里，热线点火塞的技术发展集中于提供一种能够瞬时激发的热线点火塞，要求它们能在转动和起动发动机前的较短时间内被预热。

鉴于常规柴油燃料供应的缺乏和逐减，以及环境保护要求研制更干净燃烧的发动机，制造商们一直在研制能燃烧甲醛、乙醇和多种气体燃料之类的替代燃料的发动机。然而，与柴油燃料相比，这些替代燃料的十六烷值较低，所以，只靠接触被压缩的吸入空气的热量它们很难被点燃。

在开发按照柴油机循环工作但不同于常规柴油机或压缩点火发动机的受助点火发动机方面诸申请人早已一直处于领先地位，在受助点火发动机中，在发动机正常远转过程中，喷入的燃料的点火和火焰的传播主要不是靠燃料与被压缩的吸入空气的热量的接触来实现。下文中，我们将把这种具有受助点火的混合型发动机通称为柴油机循环发动机。

如1988年1月26日公布的Krauja等人的美国专利4721081和1985年10月22日公布的Bailey的美国专利4548172中所述，促进这种燃料的点火的一个方法是提供一直接插入发动机燃料室中的帮助点火装置。例如，这种帮助点火装置可包括一在发动机整个运转中被连续通电因而一直工作在很高的预选温度下的热线点火塞。例如，为了点燃上述替代燃料，所指的很高的预选温度可能为约1200℃/2192°F。

诸申请人最初曾试图在这种应用中使用常规的热线点火塞。1984年10月9日公开的Takizawa等人的美国专利4476378中概略地表示出了一种型式的常规热线点火塞。这种热线点火塞有一加热元件组合件，该组合件包括一个在一心轴上绕成一单螺旋线的金属丝加热丝，该加热丝装在一个一端封闭的护套中，该护套用耐热金属，例如不锈钢制成。护套腔内的剩余空间充满一种耐热电绝缘粉料，例如氧化镁。为了将耐热电绝缘粉料紧密压实在加热丝周围，以给加热丝以足够的支撑和对金属护套有足够有效的传热，通常护套内腔有一定锥度，以逐渐减小其内径从而便于压实粉料。加热丝的位于护套底部的那一端和金属护套相连，使金属护套成为电路的一部分。

诸申请人发现：如用商业上易得到的金属材料做成的热线点火塞护套暴露于并在发动机燃烧室中连续加热，则这种护套易受到氧化和腐蚀的损害。护套受到诸多通过燃料、润滑油、海洋水雾和/或路面盐类进入燃烧室中的杂质，如钠、硫、磷和/或钒的严重损害。金属护套被这些杂质腐蚀掉时，金属加热丝就暴露了。暴露的加热丝受到氧化和腐蚀，很快就会损坏。