CN102122796A - 高频点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于点燃内燃机中的可燃气体混合物的高频点火装置，包括：中心电极(2)；所述中心电极(2)延伸穿过其中的绝缘体(3)；在其一端带有金属壳体(5)的外壳(4)，所述金属壳体(5)包围所述绝缘体(3)的至少一部分并包含可旋拧到内燃机中的外螺纹；以及用于所述中心电极(2)的高频激励的电路。根据本发明，绝缘体(3)的围绕壳体(5)的那部分包括导电涂层(6)。

Description

高频点火装置
技术领域
本发明涉及一种包含如权利要求1的前序部分中所述的特征的高频点火装置。EP 1515594A2中公开了这种类型的高频点火装置。
背景技术
为了点燃发动机中的可燃气体混合物，使用适合的电路，例如高频振荡电路，来激发这种高频点火装置的中心电极。然后，中心电极发射高频电磁波到发动机的燃烧室中，由此产生诱发点火的等离子体。
通过电晕放电进行点火的高频点火装置是传统的利用电弧放电诱发点火并且容易因电极烧损而产生严重磨损的火花塞的替代部件。尽管高频点火装置有可能实现较长的使用寿命，但是这一点目前尚未实现。
因此，本发明所要解决的技术问题就是提供一种能够改善高频点火装置的使用寿命的方法。
这一技术问题通过具有如权利要求1中所述的特征的高频点火装置得到了解决。针对本发明的有利改进则是从属权利要求的主题。
发明内容
为了激发中心电极以发射高频电磁波，高频点火装置包含通常为振荡电路或者例如为压电高频发生器的电路。该电路中的一个元件是电容器，该电容器的电介质由绝缘体形成。
对于通常至少为1MHz的频率和几千伏的电压，已证明工作期间的介质强度是成问题的。电压过载和局部放电经常引起高频点火装置过早地出现故障。
令人惊讶的是，可以通过在绝缘体的由壳体围绕的那部分上设置导电涂层来显著提高介质强度。在根据本发明的点火装置中，绝缘体的导电涂层和中心电极共同形成电容器，而该电容器的电介质是所述绝缘体。相反，在EP 1515594A2所披露的点火装置中，金属壳体和中心电极共同形成电容器，由此导致不太均匀的电场，并因而使介质强度降低。
导电涂层可以例如是金属涂层。然而，导电涂层优选地为陶瓷涂层。陶瓷涂层具有硬度很大的优点。硬涂层大大减少了绝缘体在***壳体中时发生损坏的风险。这是一个重要的优点，因为对涂层的破坏会形成可能产生电场峰的脆弱部位，这会导致局部放电。
合适的涂层包括例如非氧化陶瓷涂层，比如：硼化物，尤其是二硼化物(例如硼化钛或硼化锆)；碳化物，尤其是碳化钛或碳化硅；和氮化物。因为氮化物兼具良好的导电性和很高的硬度及较高的耐化学性，所以氮化陶瓷涂层是特别优选的。尤其是在利用基于氮化钛和/或氮化铬的陶瓷材料的情况下，可以获得较好的结果。其他可能的涂层包括基于氧化物的陶瓷涂层，例如铟锡氧化物，尤其是主要由氧化铟(例如(In2O3)1-x(SnO2)x，其中，x小于或等于0.2，尤其是x小于或等于0.1)组成的铟锡氧化物。
导电涂层优选地具有小于100μm，特别优选地是小于50μm，尤其是不大于20μm的厚度。甚至是非常薄的涂层也足以提高使用寿命。然而，优选地是，涂层至少具有1μm的厚度。
可以通过例如气相沉积，尤其是PVD(物理气相沉积)或CVD(化学气相沉积)而在根据本发明的点火装置的绝缘体上设置导电涂层。
导电涂层优选地由单层组成。然而，也可以使用多层涂层，例如，包括基于氮化铬的一层和基于氮化钛铬的另一层。
导电涂层优选地具有小于50Ω，特别优选地是小于20Ω，尤其是不超过10Ω的薄膜电阻。通常，涂层的导电率约大，越容易防止会引起电压过载和局部放电的电场峰。
绝缘体的导电涂层与金属壳体电接触。因此，在操作期间，导电层通常会接地，金属壳体也一样。绝缘体可以例如粘接或焊接到壳体中。然而，优选地是，绝缘体以夹紧的方式保持在壳体中。这可以例如通过将绝缘体压入壳体中或者通过热缩配合来实现。有利的是，陶瓷涂层的硬度足以满足这种连接过程。
优选地，导电涂层的硬度至少为1500HV 0.05，特别优选地至少为2000HV 0.05。这些值是基于用0.05千克力的测试力进行的维氏硬度试验而获得的。
根据本发明的一个有利的改进，线圈设置在外壳中，该线圈与由导电涂层和中心电极组成的电容器相结合，共同形成用于高频激励的电路。这种类型的电路是一种振荡电路。该电路优选地为串联谐振电路。然而，本质上也可以使用并联谐振电路。
根据本发明的另一有利的改进，绝缘体的未涂覆部分延伸至壳体之外。
根据本发明的再一种有利的改进，绝缘体的靠近燃烧室的端部延伸到壳体之外，并在那里覆盖壳体。这样，绝缘体能够形成可使壳体靠在其上的止挡部。有利的是，这使得例如通过压紧配合而连接绝缘体和壳体的操作更加容易。另外，这种类型的止挡部能够吸收作用在绝缘体上的燃烧室压力，由此确保绝缘体在壳体中的支撑尤其不会受到在发动机工作过程中产生的压力峰的影响。
附图说明
下面将利用具体的实施例并参考附图来说明本发明的更多细节和优点。相同或类似的部件用相同的参考标号标示。图中：
图1为根据本发明的高频点火装置的一个实施例的示意图；
图2为图1中的视图细节A的剖视图；以及
图3为连接绝缘体和壳体的另一实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于点燃内燃机中的可燃气体混合物的高频点火装置。在图1中圈出的视图细节A在图2中以剖视图的形式示出。
高频点火装置包括：在点火端2a处终止的中心电极2；中心电极2延伸穿过其中的陶瓷绝缘体3；以及在其一端带有金属壳体5的外壳4，该金属壳体5围绕绝缘体3的至少一部分，并且包括可以旋拧到内燃机中的外螺纹。
绝缘体3的由壳体5围绕的那部分包括邻近壳体5并与之电接触的导电涂层6。导电涂层6和中心电极2形成一个电容器，该电容器的电介质为绝缘体3的由涂层6覆盖的那部分。
该电容器是用于中心电极2的高频激励的电路的一部分。在示出的实施例中，该电路还包括连接到中心电极2上的线圈7。线圈7和电容器共同形成能够用于激励中心电极2的电振荡电路，由此使得延伸到绝缘体3之外的中心电极2的点火端2a能够发出可在燃烧室中产生等离子体的高频电磁波，从而诱发点火。
谐振电路的谐振频率超过1MHz，优选地超过10MHz，特别优选地是大于100MHz。因此，在操作期间，中心电极2的点火端发出频率大于1MHz的电磁波。10MHz-10GHz的频率范围尤其合适。
在所示实施例中，导电涂层6为陶瓷涂层。例如基于氮化钛的氮化物陶瓷涂层是尤其合适的。在所示实施例中，涂层的厚度在1μm和10μm之间，而且其薄膜电阻小于1Ω。可以例如利用PVD(物理气相沉积)或CVD(化学气相沉积)而使导电涂层气相沉积。
绝缘体3以夹紧的方式保持在壳体5中。例如，可以将绝缘体3压紧到壳体5中。另一种尤其可采取的方式是：加热壳体5并允许该壳体5在冷却时收缩到绝缘体3上。像压紧配合连接方式一样，这种热缩配合可以在绝缘体3和壳体5之间形成有利的气密连接。
绝缘体3端部的靠近燃烧室的未涂覆部分延伸到壳体5之外。该未涂覆部分具有较大的直径，并且掩盖住壳体5。在所示实施例中，壳体5的靠近燃烧室的端部被完全覆盖。为了增加中心电极2和壳体5之间的电阻，绝缘体3部分覆盖壳体5就足矣。较大的距离可减少形成分流的风险。
在图2所示的实施例中，绝缘体3和壳体5形成圆柱形的压力组件。图3是一个改进实施例的示意图，其中，陶瓷绝缘体3与金属壳体5共同形成一个锥形的压力组件。壳体5可以例如由钢制成，而绝缘体可以例如由氧化铝制成。
附图标记：
2中心电极
2a    点火端
3     绝缘体
4     外壳
5     壳体
6     涂层
7     线圈

Claims (10)

1.一种用于点燃内燃机中的可燃气体混合物的高频点火装置，包括：
中心电极(2)；
绝缘体(3)，所述中心电极(2)延伸穿过该绝缘体(3)；
外壳(4)，在所述外壳(4)的一端带有围绕所述绝缘体(3)的至少一部分的金属壳体(5)；以及
用于所述中心电极(2)的高频激励的电路，
其特征在于，所述绝缘体(3)的由所述壳体围绕(5)的那部分包括导电涂层(6)。
2.根据权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述导电涂层(6)为陶瓷涂层(6)。
3.根据权利要求2所述的点火装置，其特征在于，所述涂层(6)由氮化物陶瓷组成。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的点火装置，其特征在于，所述导电涂层(6)的厚度小于100μm，优选地小于50μm，特别是不大于20μm。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的点火装置，其特征在于，所述涂层(6)具有至少1μm的厚度。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的点火装置，其特征在于，所述涂层(6)的薄膜电阻小于50Ω，优选地小于20Ω，特别优选地是不大于10Ω。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的点火装置，其特征在于，所述绝缘体(3)以夹紧的方式保持在所述壳体(5)中。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的点火装置，其特征在于，所述绝缘体(3)的靠近燃烧室的端部延伸到所述壳体(5)之外，并在那里至少部分地覆盖所述壳体(5)。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的点火装置，其特征在于，所述绝缘体(3)的未涂覆部分延伸到所述壳体(5)之外。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的点火装置，其特征在于，所述涂层(6)通过气相沉积形成。
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