專利名稱：一種高頻點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有如權(quán)利要求1的前序部分所述特征的高頻點(diǎn)火裝置。這種類型的高頻點(diǎn)火裝置通過專利EP 1 515 594 A2已經(jīng)被熟知。
背景技術(shù)：
為了點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)里的可燃性氣體混合物，這種高頻點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火電極通過使用合適的電路(例如高頻振蕩電路)來激發(fā)。然后點(diǎn)火電極放射高頻電磁波到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)，從而產(chǎn)生等離子體來引發(fā)點(diǎn)火。通過電暈放電引發(fā)點(diǎn)火的高頻點(diǎn)火裝置可以替代傳統(tǒng)的火花塞，傳統(tǒng)的火花塞通過電弧放電引發(fā)點(diǎn)火并且由于電極腐蝕會(huì)受到相當(dāng)大磨損。高頻點(diǎn)火裝置具有達(dá)到更長使用壽命的潛能，雖然這種可能還沒有實(shí)現(xiàn)。從專利文件DE 10 2007 027 319 Al中得知一種傳統(tǒng)的火花塞。此火花塞具有一帶有陶瓷內(nèi)導(dǎo)體的陶瓷絕緣體并通過混合擠壓(coextrusion)制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的問題是提供一種提高高頻點(diǎn)火裝置的使用壽命的方法。此問題的解決方法為，采用具有權(quán)利要求1所述特征的通過電暈放電的高頻點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃燃料，并通過根據(jù)權(quán)利要求9的方法制造高頻或電暈點(diǎn)火裝置。本發(fā)明有益改進(jìn)為從屬權(quán)利要求的主題。為了激發(fā)點(diǎn)火電極放射高頻電磁波和產(chǎn)生電暈放電，高頻點(diǎn)火裝置具有一電路， 特別是振蕩電路，或者例如壓電高頻發(fā)生器。此電路的一個(gè)元件是電容器，此電容器的電介質(zhì)由連接到點(diǎn)火電極包括一內(nèi)導(dǎo)體的絕緣體構(gòu)成。對于典型地至少IMHz的頻率和若干kV的電壓，在運(yùn)行過程中介電強(qiáng)度已證實(shí)是有問題的。電壓過載和局部放電經(jīng)常引起高頻點(diǎn)火裝置過早地失效。令人驚訝地，介電強(qiáng)度可通過將絕緣體設(shè)計(jì)為包含由導(dǎo)電陶瓷組成并由絕緣體密封的內(nèi)部區(qū)域及由導(dǎo)電陶瓷組成并密封絕緣體的外部區(qū)域的陶瓷體的一部分得到顯著改
口 ο在本發(fā)明的高頻點(diǎn)火裝置的示例中，電容器因此由包含陶瓷絕緣體作為電介質(zhì)的陶瓷體構(gòu)成，該陶瓷絕緣體位于由導(dǎo)電陶瓷組成的內(nèi)部區(qū)域和由導(dǎo)電陶瓷組成的外層之間。在這種類型陶瓷體的示例中，可避免在兩電導(dǎo)體和電容器的電介質(zhì)之間形成空穴 (cavities)，由此得到更高的介電強(qiáng)度。在傳統(tǒng)高頻點(diǎn)火裝置的電容器的示例中，在電導(dǎo)體和電容器的電介質(zhì)之間的充氣空穴，例如氣隙、縮孔、氣孔或裂縫，成為一頑固的問題并會(huì)促進(jìn)分流及通常導(dǎo)致故障和過早失效的電局部放電(electrical partial discharges)的產(chǎn)生。通過防止在電容器的電介質(zhì)和兩導(dǎo)體之間的空穴的產(chǎn)生，本發(fā)明高頻點(diǎn)火裝置的使用壽命可得以延長。本發(fā)明的高頻點(diǎn)火裝置的陶瓷體可通過混合擠壓方法制造。優(yōu)選地，由絕緣體密封的導(dǎo)電材料和密封絕緣體的導(dǎo)電材料可使用同樣的陶瓷材料。有利地，混合擠壓因此僅需要兩種材料，即絕緣陶瓷和導(dǎo)電陶瓷。在根據(jù)本發(fā)明制造高頻點(diǎn)火裝置的方法的示例中，第一步為通過混合擠壓制造生胚，該生胚包含由導(dǎo)電陶瓷材料組成的內(nèi)芯、由電絕緣陶瓷材料組成并密封該內(nèi)芯的區(qū)域和由導(dǎo)電陶瓷材料組成的外殼。通過燒結(jié)該生胚，優(yōu)選加壓燒結(jié)，可用作電容器的陶瓷體被制造出來。然后，將一個(gè)點(diǎn)火電極附于陶瓷體與導(dǎo)電內(nèi)芯導(dǎo)電連接。生胚在燒結(jié)之前可進(jìn)一步進(jìn)行加工。例如可在末端部分移除由導(dǎo)電陶瓷材料組成的外殼。另一種加工生胚的方法為鉆一貫穿的通道或加寬已有通道。燒結(jié)后，可在這樣的通道內(nèi)插入金屬銷，然后與導(dǎo)電陶瓷材料一起構(gòu)成內(nèi)導(dǎo)體。優(yōu)選地，內(nèi)導(dǎo)體還包含以壓力密封的方式塞住貫穿陶瓷體的通道的玻封。通過金屬或碳粒的添加使其導(dǎo)電的基于氧化硅的玻璃材料可用于玻封。本發(fā)明高頻點(diǎn)火裝置的內(nèi)導(dǎo)體可由導(dǎo)電陶瓷材料單獨(dú)構(gòu)成。在此情況下，陶瓷體為實(shí)心的，例如沒有通道，或僅包含一個(gè)點(diǎn)火電極或帶有點(diǎn)火電極的金屬銷已插入其中的盲孔。但是，該陶瓷體優(yōu)選地包含其中設(shè)有金屬導(dǎo)體的連續(xù)通道。在此情況下，內(nèi)導(dǎo)體由貫穿通道的金屬導(dǎo)體銷和由絕緣體密封的導(dǎo)電陶瓷材料構(gòu)成。使用硅化物、碳化物、硼化物、氮化物和氧化物是可能的，例如，用于本發(fā)明高頻點(diǎn)火裝置的絕緣體。氧化鋁或者氮化硅特別合適。通過將導(dǎo)電材料，優(yōu)選導(dǎo)電陶瓷材料例如氮化鈦、鑭鉻氧化物或硅化鉬，添加到絕緣陶瓷材料中可制造用于陶瓷體內(nèi)部和/或外部區(qū)域的導(dǎo)電陶瓷材料。特別地，氮化鈦或鑭鉻氧化物可添加到氧化鋁中。基于氮化硅的陶瓷材料可以以一種特別有利的方式通過添加硅化鉬使其導(dǎo)電。


本發(fā)明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)利用實(shí)施方案結(jié)合附圖進(jìn)行說明。圖1是用于制造點(diǎn)火裝置的生胚； 圖2是由生胚制成的陶瓷體；
圖3是包含有圖2描述的陶瓷體的高頻點(diǎn)火裝置。圖中1、電絕緣陶瓷材料；2、導(dǎo)電陶瓷材料(electrically conductive ceramic material) ;3、導(dǎo)電陶瓷材料(electrically conducting ceramic material) ;4、通道；4a、 階梯孔；5、陶瓷體；6、外殼部分；8、鑄造化合物(casting compound) ；9、線圈體；10、線圈； 11、外殼部分；12、金屬銷；12a、部分；12b、點(diǎn)火電極；13、接觸銷；14a、金屬套管；14b、金屬套管；15、封蓋；16、玻封。
具體實(shí)施例方式為了制造高頻點(diǎn)火裝置，第一步是通過混合擠壓制造圖1所描述的生胚。該生胚包含由導(dǎo)電陶瓷材料3構(gòu)成的內(nèi)芯、密封內(nèi)芯的電絕緣陶瓷材料層1和導(dǎo)電陶瓷材料2的外層。此生胚可制成實(shí)心圓柱體，隨后在其內(nèi)部鉆圖1中描述的通道4。擠出已有通道4的生胚也是可能的。電絕緣層1優(yōu)選地由氧化鋁或者氮化硅組成。電絕緣層1位于導(dǎo)電陶瓷材料2、3 之間，該導(dǎo)電陶瓷材料2、3可在通過添加導(dǎo)電添加劑如硅化錳或者鑭鉻化合物使其導(dǎo)電的相同絕緣陶瓷材料基礎(chǔ)上制造。在進(jìn)一步的加工步驟中，在生胚末端區(qū)域移除導(dǎo)電外層2，如通過車床切割。如圖 2所示，生胚接著可在未由導(dǎo)電陶瓷覆蓋的前端區(qū)域成圓錐形漸變。在該實(shí)施方案中，加寬了連續(xù)通道4的階梯孔如也在生胚內(nèi)形成。調(diào)整階梯孔如的尺寸使得生胚內(nèi)側(cè)在鉆孔區(qū)域也由導(dǎo)電陶瓷材料3組成。然后，生胚在壓力下燒結(jié)，且得到的陶瓷體5用于制造在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)通過電暈放電點(diǎn)燃點(diǎn)火燃料的高頻點(diǎn)火裝置。該高頻點(diǎn)火裝置如示意圖3所示。如圖3所示，金屬銷12，作為內(nèi)導(dǎo)體的一部分，被插入陶瓷體5內(nèi)。在所示實(shí)施方案中，金屬銷12伸出面向燃燒室的陶瓷體末端，金屬銷12在陶瓷體末端形成點(diǎn)火電極12b。 貫穿陶瓷體5的通道用密封金屬銷12的玻封16密封。作為替換或其附加，金屬銷12也可焊接(solder)或者銅焊(braze)到陶瓷體5內(nèi)，特別是通過活化銅焊。金屬銷12優(yōu)選地包含具有加寬直徑的部分12a，該部分1 靠在貫穿陶瓷體5的通道4的肩部。1 部分和通道4的肩部可經(jīng)由錐形環(huán)面互相支撐。與燃燒室反向的金屬銷12的末端部分通過導(dǎo)電的方式連接至接觸銷13。優(yōu)選地，接觸銷13和金屬銷12插入到彼此。但是，通過由其末端表面同時(shí)鄰接，或通過使用導(dǎo)電填充物如玻璃、銅焊材料、焊料或?qū)щ娬澈蟿┩瑫r(shí)連接，也可達(dá)到接觸銷13和金屬銷12之間的電接觸。在所示實(shí)施方案中，組成內(nèi)導(dǎo)體的金屬銷12與線圈10連接，線圈10為點(diǎn)火電極高頻激發(fā)電路的一部分。作為線圈的代替，例如，使用壓電高頻發(fā)生器也是可能的。點(diǎn)火電極12b高頻激發(fā)電路的另一部分是由陶瓷體5形成的電容器，該電容器的電介質(zhì)為電絕緣陶瓷材料1。與燃燒室反向的高頻點(diǎn)火裝置的末端在圖3中未描述。但是，顯示了與內(nèi)導(dǎo)體連接的線圈10的初始端，和相關(guān)的線圈體9。在所示的實(shí)施方案中，陶瓷體5插入包含外螺紋的金屬外殼部分6中。作為外螺紋的代替，例如，使用錨固附件的插入方法(insertion solution)，可用于在內(nèi)燃機(jī)氣缸上安裝。在所示實(shí)施方案中，陶瓷體5經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)金屬套管14a、14b連接到外殼部分6 上，以使陶瓷體能被壓入外殼部分6中。在所示的實(shí)施方案中，提供了兩個(gè)金屬套管，這兩個(gè)套管很短以致可被稱為環(huán)。金屬套管14a、14b焊接或銅焊于陶瓷體5的導(dǎo)電外層2上， 或用導(dǎo)電粘合劑粘上。陶瓷體5可連接本身或直接與外殼部分6連接，例如，通過焊接。在所示的實(shí)施方案中，鄰近燃燒室的外殼部分，即外殼部分6，與另一外殼部分，即管11連接，例如通過銅焊或焊接。在所示實(shí)施方案中，由外殼密封的內(nèi)部空間用密封線圈 10的電絕緣鑄造化合物8充滿。兩個(gè)外殼部分6、11在所示實(shí)施方案中焊接在一起。圖3顯示了靠在外殼部分6 上接近燃燒室一側(cè)的封蓋(seal) 15。高頻點(diǎn)火裝置的內(nèi)導(dǎo)體常被稱為中心電極。作為所示實(shí)施方案的情形，中心電極可轉(zhuǎn)變?yōu)榭删哂腥我庑螤畹狞c(diǎn)火頭。例如，將點(diǎn)火頭設(shè)計(jì)成可由耐腐蝕的金屬合金制成的附加部分也是可能的。金屬銷12在設(shè)計(jì)上可為均質(zhì)或，為改善導(dǎo)電率，可包含由難熔金屬密封的銅芯。
權(quán)利要求
1.一種用于在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)點(diǎn)燃燃料的高頻點(diǎn)火裝置，包括帶有點(diǎn)火電極(12b)并包括連接所述點(diǎn)火電極(12b)的內(nèi)導(dǎo)體的陶瓷絕緣體(1)，及密封所述絕緣體(1)的外導(dǎo)體且，外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體的一部分一起構(gòu)成作為點(diǎn)火電極 (12b)高頻激發(fā)電路一部分的電容器，其特征在于所述絕緣體(1)為陶瓷體( 的一部分，所述陶瓷體( 包括由導(dǎo)電陶瓷組成并由所述絕緣體(1)密封的內(nèi)部區(qū)域(3)，以及由導(dǎo)電陶瓷組成并密封所述絕緣體(1) 的外部區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻點(diǎn)火裝置，其特征在于所述內(nèi)導(dǎo)體包含插入所述陶瓷體(5)的金屬銷(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻點(diǎn)火裝置，其特征在于所述陶瓷體( 包含連續(xù)通道 G)，所述金屬銷(12)插入連續(xù)通道內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高頻點(diǎn)火裝置，其特征在于通道(4)為階梯孔Ga)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的高頻點(diǎn)火裝置，其特征在于所述通道(4)用玻封(16)密封。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的高頻點(diǎn)火裝置，其特征在于密封所述絕緣體(1) 的導(dǎo)電陶瓷O)留下面向燃燒室的絕緣體(1)的末端部分未被覆蓋。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的高頻點(diǎn)火裝置，其特征在于所述陶瓷體( 在其面向燃燒室的末端具有減少的直徑。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的高頻點(diǎn)火裝置，其特征在于由導(dǎo)電陶瓷(2)組成并密封所述絕緣體(1)的所述陶瓷體( 的外部區(qū)域( 與金屬套管(14a、14b)銅焊在一起。
9.一種用于在內(nèi)燃機(jī)中點(diǎn)燃燃料的高頻點(diǎn)火裝置的制造方法，其中生坯通過混合擠壓制造并包含導(dǎo)電陶瓷材料(3)的內(nèi)芯、由電絕緣陶瓷材料(1)組成并密封所述內(nèi)芯的層，及由導(dǎo)電陶瓷材料(2)組成并密封所述電絕緣陶瓷材料(1)的外層； 通過燒結(jié)所述生坯制造陶瓷體(5)；及將點(diǎn)火電極(12b)以導(dǎo)電連接方式附于陶瓷體的導(dǎo)電內(nèi)芯。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于金屬銷(12)插入所述陶瓷體(5)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)點(diǎn)燃燃料的高頻點(diǎn)火裝置，該高頻點(diǎn)火裝置包括帶有點(diǎn)火電極(12b)并包括連接到點(diǎn)火電極的內(nèi)導(dǎo)體的陶瓷絕緣體(1)，及密封所述絕緣體(1)的外導(dǎo)體(2)，并且外導(dǎo)體(2)與所述內(nèi)導(dǎo)體的一部分一起形成作為所述點(diǎn)火電極(12b)的高頻激發(fā)電路一部分的電容器。根據(jù)本發(fā)明，所述絕緣體(1)為陶瓷體(5)的一部分，陶瓷體(5)包含由導(dǎo)電陶瓷(3)組成并由所述絕緣體(1)密封的內(nèi)部區(qū)域，及由導(dǎo)電陶瓷(2)構(gòu)成并密封所述絕緣體(1)的外部區(qū)域。本發(fā)明也涉及制造此種高頻點(diǎn)火裝置的方法。
文檔編號H01T13/20GK102332683SQ20111014573
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者W·尼斯納 申請人:博格華納貝魯系統(tǒng)有限公司