專利名稱：預(yù)加熱火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞。特別是，本發(fā)明涉及在其電極之間帶有半導(dǎo)體襯底的火花塞的可靠性。其中，這種火花塞為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室點(diǎn)火用的火花塞。
背景技術(shù)：
一種類型的已知火花塞帶有第一電極和第二電極，二者之間用半導(dǎo)體襯底隔開。這種火花塞具有良好的可靠性，而且還可以縮小向火花塞提供動(dòng)力的點(diǎn)火盒的尺寸。所使用的高壓半導(dǎo)體可以稱之為“金屬陶瓷”或“顆粒(pellet)”半導(dǎo)體，都是采用陶瓷絕緣子和導(dǎo)電材料顆粒制成。通過降低擊穿電壓，這種技術(shù)可以避免火花塞與之連接的電纜漏電，并可縮小電源變壓器的尺寸?？上У氖牵@種類型的火花塞存在著一些缺陷。特別是，所使用的半導(dǎo)體對(duì)周圍環(huán) 境條件很敏感。特別是，在結(jié)冰或潮濕條件下，人們注意到火花塞性能會(huì)迅速降低。例如，對(duì)于正常條件下壽命周期大于10000次點(diǎn)火周期的火花塞，其在持續(xù)潮濕情況下可能在1200次點(diǎn)火周期后會(huì)幾乎損壞。此外，在潮濕或結(jié)冰條件下，人們注意到，所發(fā)出的許多火花都不是由火花塞產(chǎn)生的。這種缺陷會(huì)延遲渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火，從而因?yàn)橹芷谕祥L(zhǎng)而加快了火花塞的性能下降。最后，在某些條件下，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法點(diǎn)火。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種點(diǎn)火方法，這種方法不會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)所遇到的至少一部分缺陷。本發(fā)明的一個(gè)特別目的是避免火花塞性能的迅速下降。為此，本發(fā)明提出了一種使用火花塞來(lái)實(shí)現(xiàn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的方法，所述火花塞包括第一電極、第二電極和位于第一第二電極之間的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底帶有裸露表面，點(diǎn)火方法包括施加電壓來(lái)在所述裸露表面附近產(chǎn)生火花的步驟，所述電壓大于第一和第二電極之間的第一預(yù)定閾值，所述方法的特征在于，在所述的產(chǎn)生火花的步驟之前，其還進(jìn)一步包括預(yù)熱步驟，即施加電壓，該電壓小于第一電極和第二電極之間的第二預(yù)定閾值，所述第二預(yù)定閾值小于所述第一預(yù)定閾值。火花的產(chǎn)生涉及到對(duì)半導(dǎo)體襯底裸露表面附近的氣體進(jìn)行離子化。然而，在結(jié)冰或潮濕條件下，冰或水會(huì)覆蓋在半導(dǎo)體襯底的裸露表面上，從而限制了可以離子化的氣體數(shù)量。在這種情況下，如果試圖產(chǎn)生火花，則會(huì)引起擊穿電壓增高，且會(huì)升高半導(dǎo)體表面處的放電濃度，從而引起半導(dǎo)體襯底的快速腐蝕，以及半導(dǎo)體襯底上形成裂縫，這些裂縫會(huì)加快所述襯底的性能下降。預(yù)加熱步驟可以避免這種性能快速下降。在兩個(gè)電極之間施加低電壓不會(huì)產(chǎn)生任何火花，但卻會(huì)產(chǎn)生流過半導(dǎo)體襯底的漏電電流。所產(chǎn)生的熱量會(huì)烘干火花塞。于是，在預(yù)加熱步驟后，產(chǎn)生火花，此時(shí)不再會(huì)有冰或水覆蓋半導(dǎo)體襯底的裸露表面。在實(shí)施時(shí)，所述預(yù)熱步驟的預(yù)定持續(xù)時(shí)間大于5秒。例如，預(yù)定持續(xù)時(shí)間可以在30秒到10分鐘的范圍內(nèi)。
第一預(yù)定閾值可以大于900伏(V)。第二預(yù)定閾值可以小于900V。例如，第二預(yù)定閾值小于或等于100V。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在預(yù)熱步驟期間，施加在第一電極和第二電極之間的電壓是恒定的。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，在預(yù)熱步驟期間，施加在第一電極和第二電極之間的電壓由電流調(diào)節(jié)器來(lái)控制。本發(fā)明還提供了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的方法，包括可以使起動(dòng)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的步驟，和通過實(shí)施上述點(diǎn)火方法來(lái)實(shí)現(xiàn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的步驟，其中，預(yù)熱步驟是在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)開始。本發(fā)明還提供了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括火花塞和與所述火花塞連接的電源裝置，所述火花塞包括第一電極、第二電極和位于第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)
體襯底，所述半導(dǎo)體襯底帶有裸露表面，電源裝置包括可在所述裸露表面附近產(chǎn)生火花的火花生成裝置，該裝置適合在第一電極和第二電極之間施加大于第一預(yù)定閾值的電壓，所述點(diǎn)火系統(tǒng)的特征在于，所述電源裝置進(jìn)一步包括預(yù)熱裝置，可在第一電極和第二電極之間施加小于第二預(yù)定閾值的電壓，所述第二預(yù)定閾值小于所述第一預(yù)定閾值。電源裝置可以進(jìn)一步包括接收控制信號(hào)的輸入接口，和可激活所述火花生成裝置的激活裝置，或根據(jù)控制信號(hào)的變化情況的所述預(yù)熱裝置。通過非限定性示例并參照附圖，閱讀如下說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明。


圖I為本發(fā)明點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)施例示意圖；圖2為圖I所示點(diǎn)火系統(tǒng)火花塞剖面圖；圖3為圖2所示火花塞端部示意圖,所示為冰或水所覆蓋；圖4為所測(cè)試的多個(gè)圖2火花塞的曲線圖，示出了根據(jù)所施加電壓不同流過火花塞的電流情況；圖5為曲線圖，示出了控制信號(hào)和根據(jù)時(shí)間變化情況而施加到圖2電極上的電壓。
具體實(shí)施例方式圖I示出了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)11的點(diǎn)火系統(tǒng)10。該點(diǎn)火系統(tǒng)10通常包括多個(gè)用來(lái)使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)11點(diǎn)火的產(chǎn)生火花的火花塞。所述火花塞連接到電源盒9上。電源盒9帶有可接收控制信號(hào)的輸入接口 12。圖I示出了一個(gè)火花塞I。圖2為火花塞I的剖面圖?；鸹ㄈ鸌帶有電極2和電極3。電極2帶有呈大體圓柱形的孔口 7，電極3就置放于孔口 7內(nèi)。在圖I的右側(cè)，電極3的端部與電極2的端部齊平，而半導(dǎo)體襯底4則將電極2和3隔開。半導(dǎo)體襯底4帶有裸露表面5。在孔口 7內(nèi)部，電極2和3由絕緣材料6隔開。最后，在圖I的左側(cè)，孔口 7向外展開，電極3的端部無(wú)遮擋，從而使得連接器8可將火花塞I連接到電源盒9上。為此，電源盒9可在電極2和3之間施加一個(gè)較大的電壓，從而在半導(dǎo)體襯底4裸露表面5前部產(chǎn)生火花14，如圖2所示。然而，在結(jié)冰或潮濕條件下，冰或水的聚積13會(huì)覆蓋半導(dǎo)體襯底4的裸露表面5，如圖3所示。聚積部分13會(huì)影響或阻止火花的產(chǎn)生。圖4示出了根據(jù)電極2和3之間所施加電壓T的變化，電流I流過火花塞I的情況。曲線15，16和17分別對(duì)應(yīng)于帶不同成分的半導(dǎo)體襯底4。對(duì)于較大電壓T，通常 ，大于900V時(shí)，電流I也會(huì)高。在無(wú)聚積13的情況下，產(chǎn)生火花14。圓圈區(qū)19對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生火花14的區(qū)域。相反，對(duì)于較小電壓T，通常小于900V時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生火花。然而，火花塞I會(huì)允許低漏電電流I流過，電流值取決于所施加的電壓。圖4所示，漏電電流在區(qū)域18內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定。為了避免因?yàn)槌霈F(xiàn)聚積13而引起火花塞I性能下降的問題，火花塞I在產(chǎn)生火花14前預(yù)先加熱。更確切地說(shuō)，在產(chǎn)生火花14步驟之前的預(yù)熱步驟期間，電源盒9在電極2和3之間施加小電壓，通常大約為20V到100V的范圍內(nèi)。在另一種方式中，可以施加達(dá)到900V的電壓，因?yàn)椴粫?huì)產(chǎn)生火花。如圖4所示，漏電電流會(huì)流過半導(dǎo)體襯底4，該半導(dǎo)體襯底會(huì)因?yàn)榻苟?yīng)而受熱。所產(chǎn)生的熱量會(huì)烘干火花塞1，從而去除聚積的冰或水13。例如，預(yù)熱步驟為根據(jù)所施加的電壓和火花塞I的情況而預(yù)先確定。通常，預(yù)定持續(xù)時(shí)間范圍在30秒到10分鐘之間。例如，在_15°C時(shí)，在覆蓋有冰的火花塞I上進(jìn)行試驗(yàn)期間，測(cè)量出如下烘干時(shí)間·電壓為28V(電流為IOmA)時(shí)，時(shí)間為6分鐘； 電壓為50V(電流為20mA)時(shí)，時(shí)間為2. 5分鐘；以及 電壓為100V (電流為500mA)時(shí)，時(shí)間為35秒。在預(yù)熱步驟期間，施加恒定值的電壓。在另一種方式中，電壓由可保持恒定電流的電流調(diào)節(jié)器來(lái)確定。在預(yù)熱步驟后，火花生成步驟便以傳統(tǒng)方式開始實(shí)施。更確切地說(shuō)，在充電階段期間，電源盒9會(huì)在儲(chǔ)存部件內(nèi)儲(chǔ)存能量。然后，所儲(chǔ)存的能量傳遞給火花塞1，從而產(chǎn)生火花。電源盒9帶有輸入接口 12，可以接收控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)會(huì)指示電源盒9在預(yù)熱步驟施加低電壓狀態(tài)和火花生產(chǎn)步驟而施加高電壓狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，控制信號(hào)包括請(qǐng)求預(yù)熱步驟的短持續(xù)脈沖和請(qǐng)求產(chǎn)生火花步驟的長(zhǎng)持續(xù)脈沖。圖5示出了這個(gè)示例。在圖5中，曲線20表示根據(jù)時(shí)間t的變化而施加的電壓T，曲線21表不根據(jù)時(shí)間變化的控制信號(hào)S。按照已知方式,渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)11的起動(dòng)是通過起動(dòng)電機(jī)使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)11開始旋轉(zhuǎn)而開始。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)11轉(zhuǎn)速漸進(jìn)增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值時(shí)，產(chǎn)生火花使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)11點(diǎn)火。假若渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)11的轉(zhuǎn)速和火花塞I預(yù)熱步驟的預(yù)定持續(xù)時(shí)間發(fā)生變化，可以選擇起動(dòng)預(yù)熱步驟的旋轉(zhuǎn)速度閾值。
權(quán)利要求
1.一種采用火花塞(I)點(diǎn)燃渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(11)的方法，所述火花塞包括第一電極(2)、第二電極(3)和位于第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)體襯底(4),半導(dǎo)體襯底帶有裸露表面(5)，所述點(diǎn)火方法包括通過在第一電極和第二電極之間施加大于第一預(yù)定閾值的電壓來(lái)在所述裸露表面附近產(chǎn)生火花的步驟，所述方法的特征在于，在所述產(chǎn)生火花步驟之前，其還包括預(yù)熱步驟，即在第一電極和第二電極之間施加小于第二預(yù)定閾值的電壓，所述第二預(yù)定閾值小于所述第一預(yù)定閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的點(diǎn)火方法，其特征在于，所述預(yù)熱步驟的預(yù)定持續(xù)時(shí)間大于5秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的點(diǎn)火方法，其特征在于，所述第一預(yù)定閾值大于900V。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的點(diǎn)火方法，其特征在于，所述第二預(yù)定閾值小于900V。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的點(diǎn)火方法，其特征在于，所述第二預(yù)定閾值小于或等于100V。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任一項(xiàng)所述的點(diǎn)火方法，其特征在于，在預(yù)熱步驟期間，第一電極和第二電極之間所施加的電壓為恒定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5任一項(xiàng)所述的點(diǎn)火方法，其特征在于，在預(yù)熱步驟期間，第一電極和第二電極之間所施加的電壓是通過電流調(diào)節(jié)器來(lái)控制的。
8.—種起動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(11)的方法，包括使起動(dòng)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的步驟，和通過實(shí)施權(quán)利要求I到7任何一項(xiàng)所述點(diǎn)火方法來(lái)使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的步驟，其特征在于，當(dāng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)預(yù)熱步驟開始。
9.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(11)的點(diǎn)火系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括火花塞(I)和與所述火花塞連接的電源裝置(9)，所述火花塞包括第一電極(2)、第二電極(3)和位于第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)體襯底(4)，所述半導(dǎo)體襯底帶有裸露表面(5)，電源裝置包括可在所述裸露表面附近產(chǎn)生火花(14)的裝置，該裝置適合在第一電極和第二電極之間施加大于第一預(yù)定閾值的電壓，所述點(diǎn)火系統(tǒng)的特征在于，所述電源裝置進(jìn)一步包括預(yù)熱裝置，可在第一電極和第二電極之間施加小于第二預(yù)定閾值的電壓，所述第二預(yù)定閾值小于所述第一預(yù)定閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點(diǎn)火系統(tǒng)，其特征在于，所述電源裝置進(jìn)一步包括接收控制信號(hào)的輸入接口(12)，和適合激活所述火花產(chǎn)生裝置的激活裝置，或根據(jù)控制信號(hào)的變化情況的所述預(yù)熱裝置。
全文摘要
一種采用火花塞(1)點(diǎn)燃渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(11)的方法，所述火花塞包括第一電極(2)、第二電極(3)和位于第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)體襯底(4)，半導(dǎo)體襯底帶有裸露表面，所述點(diǎn)火方法包括通過在第一電極和第二電極之間施加大于第一預(yù)定閾值的電壓來(lái)在所述裸露表面附近產(chǎn)生火花的步驟，所述方法的特征在于，在所述產(chǎn)生火花步驟之前，其進(jìn)一步包括預(yù)熱步驟，即在第一電極和第二電極之間施加小于第二預(yù)定閾值的電壓，所述第二預(yù)定閾值小于所述第一預(yù)定閾值。
文檔編號(hào)F02C7/266GK102933820SQ201180027723
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者盧克·亨利·查特奈特, 克里斯蒂安·謝弗, 大衛(wèi)·斯蒂芬妮 申請(qǐng)人:斯奈克瑪