收缩配合式陶瓷中心电极制造技术

本发明专利技术涉及一种点火器(20)，其包括一外部绝缘体(24)，该外部绝缘体由外部陶瓷材料制成并气密密封至一导电芯体(26)。该导电芯体(26)由芯体陶瓷材料以及导电部件制成，该导电部件例如是涂覆至芯体陶瓷材料的导电涂层，或者是嵌在芯体陶瓷材料中的金属粒子或金属丝。导电芯体(26)通常是烧结的并且设置在未烧结的外部绝缘体(24)中。然后这些部件烧结在一起，从而使外部绝缘体(24)在导电芯体(26)上收缩，并且在该外部绝缘体与导电芯体之间形成气密密封。导电芯体(26)填充该外部绝缘体(24)，因此，导电芯体(26)设置在外部绝缘体(24)的绝缘体管口端(34)，并且可以从该导电芯体(26)发出电火花(22)，从而消除了对单独的点火尖端的需要。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】收缩配合式陶瓷中心电极 相关申请的夺叉引用 本申请要求2012年5月7日提交的第61/643,480号美国临时申请的权益，其全 部内容通过引用并入此处。
本专利技术主要涉及用于发射放电以点燃燃料-空气混合物的点火器（例如电晕点火 器和火花塞）及其制造方法。
技术介绍
电晕放电点火系统以及传统火花放电点火系统的点火器通常包括一中心电极，该 中心电极由导电材料制成并被一陶瓷绝缘体包围。该中心电极通常延伸进入一燃烧室并发 射放电（例如，电晕放电或火花放电）。在电晕点火系统中，提供交流电压和交流电流，以 快速接连不断地使高电位电极和低电位电极的极性反向，从而增强了电晕放电的形成。电 晕点火器的中心电极被充电至高射频电势，从而在燃烧室中产生强射频电场。该电场导致 燃烧室中的部分燃料和空气的混合物电离并开始介电击穿，从而促进燃料-空气混合物的 燃烧。优选地，通过控制电场可以使燃料-空气混合物保持介电性能，并且可以产生电晕放 电（也被称为非热等离子体）。燃料-空气混合物的电离部分形成一火焰锋，然后该火焰 锋将自我保持，并燃烧该燃料-空气混合物的剩余部分。优选地，通过控制电场可以使燃 料-空气混合物不会失去所有介电性能，如果失去所有的介电性能将会导致在电极和接地 的缸壁、活塞或电晕点火器的其他部分之间产生热等离子体和电弧。在弗里恩（Freen)发 明的专利号为6, 883, 507的美国专利中公开了电晕放电点火系统的一个示例。 电晕点火器和火花塞经常这样组装，即中心电极和绝缘体之间的空隙形成了空气 间隙。在点火器的运行过程中，来自周围生产环境或来自燃烧室的空气或其他气体填充空 气间隙。在运行过程中，当向中心电极提供能量时，间隙中的空气开始电离，从而产生电场， 进而导致明显的能量损耗。
技术实现思路
本专利技术一方面提供了一种用于发射放电的点火器。该点火器包括一外部绝缘体以 及一导电芯体。该外部绝缘体由外部陶瓷材料制成,且导电芯体由芯体陶瓷材料与导电部 件制成。该外部绝缘体包括一绝缘体内表面，该绝缘体内表面围绕一中心轴并形成一绝缘 体孔，导电芯体设置在绝缘体孔内。导电芯体气密密封至绝缘体内表面。 本专利技术另一方面提供了一种制造点火器的方法。该方法包括提供一外部绝缘体， 其由外部陶瓷材料制成，并具有一形成绝缘体孔的绝缘体内表面，该外部绝缘体为未烧结 的；在该绝缘体孔内设置一导电芯体，该导电芯体由芯体陶瓷材料以及导电部件制成；以 及在将导电芯体设置在绝缘体孔内之后，烧结该导电芯体与未烧结的外部绝缘体。该烧结 步骤包括将绝缘体内表面气密密封至导电芯体。 本专利技术又另一方面提供了一种包括外部绝缘体和导电芯体的收缩配合式陶瓷中 心电极及其制造方法。 该气密密封的外部绝缘体和导电芯体可用于替代现有技术的点火器中独立的绝 缘体和中心电极。该气密密封形式消除了点火器的各部件之间的空气间隙以及这些空气间 隙中的会导致不需要的能量损耗的相关电场。进一步地，导电芯体与外部绝缘体共同消除 了对传统中心电极、上端子以及上端子与点火线圈之间的导电玻璃密封件的需求，从而减 少了成本以及生产时间。这同样也不需要点火尖端（例如星形电晕点火尖端或传统的火花 尖端），因为导电芯体能够发射放电。相对于现有技术的点火器的中心电极，该电晕点火器 的导电芯体还能够发射直径更大的电场，从而提高在运行过程中的能源效率。 【附图说明】 请参阅下述详细说明并结合附图进行考虑，本专利技术的其它优点将更加容易领会和 理解，其中： 图1是根据本专利技术一个实施例的设置在燃烧室内的电晕点火器的剖视图； 图2是根据本专利技术另一个实施例的在烧结外部绝缘体之前设置在该外部绝缘体 中的导电芯体的剖视图； 图2A是图2的部分导电芯体和外部绝缘体的放大图； 图3是图3的导电芯体和外部绝缘体在烧结之后的剖视图；以及 图3A是图3的部分导电芯体和外部绝缘体的放大图。 【具体实施方式】 本专利技术的一方面包括提供电火花22的点火器20,例如电晕放电点火系统的电晕 点火器或传统火花点火系统的火花塞。该点火器20包括一气密密封至导电芯体26的外部 绝缘体24,以替代现有技术的点火器中独立的绝缘体和中心电极，从而提高了生产效率以 及运行过程中的能源效率。该气密密封的导电芯体26和外部绝缘体24可以称为收缩配合 式陶瓷中心电极。该收缩配合式陶瓷中心电极消除了对传统中心电极、上端子以及位于上 端子与点火线圈之间的导电玻璃密封件的需求。这同样也不需要点火尖端（例如星形电晕 点火尖端或传统的火花尖端），因为导电芯体26能够发射电场。相对于现有技术的点火器 的中心电极所发射的电场，该电晕点火器20的导电芯体26还能够发射直径更大的电场。该 更大的电场可以提供更多的电火花22,从而提高运行过程中的能源效率。该气密密封形式 还消除了点火器20的各部件之间的空气间隙以及这些空气间隙中的会导致不需要的能量 损耗的相关电场。图1示出了电晕点火器20的一个示例，该电晕点火器20用于在高射频 电压下接收能量，并发射一射频电场，以电离部分可燃的燃料-空气混合物，并提供电晕放 电22。 外部绝缘体24由外部陶瓷材料（例如氧化铝或其他电绝缘陶瓷材料）制成。外部 陶瓷材料最初被提供为未烧结的材料，然后该未烧结的材料烧结或焙烧至导电芯体26上 以在这两者之间形成气密密封（也称为收缩式配合）。导电芯体26通常在被设置于外部 绝缘体24内之前烧结。在烧结步骤中，外部绝缘体24收缩至导电芯体26上，以形成气密 密封。可选地，当导电芯体26设置在外部绝缘体24内时，其芯体陶瓷材料是未烧结的，但 该导电芯体26的收缩率等于或小于外部绝缘体24的收缩率。外部绝缘体24的外部陶瓷 材料以及导电芯体26的芯体陶瓷材料均具有收缩率。材料的收缩率是指在陶瓷致密过程 (例如烧结过程）中所发生的尺寸百分比变化。该陶瓷致密过程包括加热至一温度并持续 一段时间。 在烧结步骤中，外部绝缘体24的尺寸通常减小9. 6%至29. 6%，且更常见的是减 小19. 6%。导电芯体26的尺寸收缩量小于外部绝缘体24的收缩量。图2和2A示出了在 烧结之前设置在外部绝缘体24中的导电芯体26的一个示例，图3和3A示出了在烧结之后 的同样的导电芯体26和外部绝缘体24。 外部绝缘体24从绝缘体上端32沿中心轴A纵向延伸至绝缘体管口端34。外部绝 缘体24还具有位于绝缘体上端32与绝缘体管口端34之间的长度。外部绝缘体24具有分 别呈环形的绝缘体外表面36以及相对设置的绝缘体内表面38。该绝缘体内表面38围绕中 心轴A形成绝缘体孔40。绝缘体外表面36具有绝缘体外径D。，绝缘体内表面38具有绝缘 体内径Dp 在图1-3的实施例中，外部绝缘体24包括从绝缘体上端32朝着绝缘体管口端34 延伸的主体区域42。外部绝缘体24包括从绝缘体主体区域42延伸至绝缘体管口端34的 管口区域44。在该实施例中，沿着部分管口区域44的绝缘体外径D。大于沿着绝缘体主体 区域42的绝缘体外径D。，因此，外部绝缘体24包括位于主体区域42与管口区域44之间的 台肩。然后，绝缘体管口区域44朝着绝缘体管口端34逐渐减小，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点火器，其特征在于，该点火器包括：一外部绝缘体，其由外部陶瓷材料制成；所述外部绝缘体包括一绝缘体内表面，该绝缘体内表面围绕一中心轴并形成一绝缘体孔；一设置在所述绝缘体孔内的导电芯体；所述导电芯体由芯体陶瓷材料以及导电部件制成；以及所述导电芯体气密密封至所述绝缘体内表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.07 US 61/643,4801. 一种点火器，其特征在于，该点火器包括： 一外部绝缘体，其由外部陶瓷材料制成； 所述外部绝缘体包括一绝缘体内表面，该绝缘体内表面围绕一中心轴并形成一绝缘体 孔； 一设置在所述绝缘体孔内的导电芯体； 所述导电芯体由芯体陶瓷材料以及导电部件制成；以及 所述导电芯体气密密封至所述绝缘体内表面。2. 根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述外部绝缘体和所述导电芯体之间 干涉配合。3. 根据权利要求2所述的点火器，其特征在于，所述外部绝缘体包括一绝缘体外表面， 该绝缘体外表面具有一绝缘体外径并与所述绝缘体内表面相对，所述外部绝缘体与所述导 电芯体之间的干涉配合量为所述绝缘体外径的0. 5%至10%。4. 根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述导电芯体从所述绝缘体内表面连 续延伸至所述中心轴，并且所述导电芯体的所述导电部件曝露至空气中。5. 根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述外部绝缘体从一绝缘体上端沿中 心轴纵向延伸至一绝缘体管口端，并具有位于所述绝缘体上端和所述绝缘体管口端之间 的长度；所述导电芯体沿该长度的一大部分延伸；且所述导电芯体与所述绝缘体管口端对 齐。6. 根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述外部绝缘体与所述导电芯体分别 具有一收缩率，且所述导电芯体的收缩率不大于所述外部绝缘体的收缩率。7. 根据权利要求6所述的点火器，其特征在于，所述导电芯体的收缩率小于所述外部 绝缘体的收缩率。8. 根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述芯体陶瓷材料为氧化铝，且所述导 电部件包括钼和钯中的至少一种。9. 根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述导电部件包括以下部件中的至少 一个：涂覆至所述芯体陶瓷材料上的金属涂层；遍布于所述芯体陶瓷材料中的金属粒子； 以及嵌在所述芯体陶瓷材料中的金属丝。10. 根据权利要求1所述的点火器，其特征在于，所述外部绝缘体从一绝缘体上端纵向 终止至一绝缘体管口端，且该点火器包括：一围绕所述外部绝缘体设置的金属壳体；一设 置在一部分所述金属壳体与一部分邻近所述绝缘体上端的所述外部绝缘体之间的第一塑 料壳体；一由导电材料制成并连接至邻近所述绝缘体上端的所述导电芯体的探针；以及一 围绕所述探针的第二塑料壳体。11. 根据权利要求10所述的点火器，其特征在于，所述外部绝缘体包括一绝缘体外表 面，该绝缘体外表面具有一绝缘体外径并与所述绝缘体内表面相对；所述绝缘体内表面具 有一绝缘体内径；所述外部绝缘体包括一从绝缘体上端朝着所述绝缘体管口端延伸的主体 区域以及一从所述绝缘体主体区域延伸至所述绝缘体管口端的管口区域；沿着至少部分所 述绝缘体管口区域的所述绝缘体外径大于沿着所述主体区域的所述绝缘体外径；沿着所述 绝缘体管口区域的所述绝缘体外径逐渐减小至所述绝缘体管口端并在所述绝缘体管口端 处小于沿着所述绝缘体主体区域的所述绝缘体外径；且所述绝缘体内径从所述绝缘体上端 至所述绝缘体管口端恒定不变。...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·德拉姆，
申请(专利权)人：费德罗莫格尔点火公司，
类型：发明
国别省市：美国;US