(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電を与えるコロナ点火装置であって、
燃料空気混合物をイオン化してコロナ放電を生じるように、高周波電圧を受けて高周波電界を発するために導電性材料で形成された中心電極を備え、
前記中心電極は、高周波電圧を受ける電極端子端部から、高周波電界を発する電極着火端部へ延在しており、
前記中心電極は、電極中心軸に沿って延在していて、前記電極中心軸から離れる方に面する電極表面を有し、
前記中心電極の周りに配置された電気的絶縁材料で形成されていて、前記電極端子端部を越える絶縁体上端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体をも備え、
前記絶縁体は、前記絶縁体上端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に複数の領域を含み、
前記絶縁体の内側表面は、前記電極の表面の少なくとも一部から隔てられていて、それらの間に電極隙間を現し、
前記絶縁体の周りに配置された導電性材料で形成されていて、シェル上端部からシェル下端部へ長手方向に延在するシェルをさらに備え、
前記シェルは、前記絶縁体の外側表面に面しかつ前記シェルの両端部間に延在するスシェル内側表面を示し、
前記シェル内側表面は、前記絶縁体外側表面の少なくとも一部から隔てられて、それらの間にシェル隙間を現し、
前記隙間の少なくとも一方に沿って前記絶縁体の表面上に配置された導電性被覆をさらに備え、
前記絶縁体の表面上の導電性被覆は、それが対面する表面から前記隙間を横切る半径方向に隔てられており、
前記導電性被覆は複数の材料を含み、前記複数の領域のうちの１つの領域に沿う前記導電性被覆の材料は、前記複数の領域のうちの他の領域に沿う前記導電性被覆の材料と異なる、点火装置。
【請求項２】
前記導電性被覆は５〜３０ミクロンの被覆厚さを有する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記絶縁体の表面上の前記導電性被覆は、それが対面する表面から前記隙間を横切って５０〜２５０ミクロンの被覆空間幅で半径方向に隔てられている、請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記導電性被覆は９×１０６Ｓ/ｍから６５×１０６Ｓ/ｍの導電率を有する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項５】
前記導電性被覆は貴金属を含む、請求項１に記載の点火装置。
【請求項６】
コロナ放電を与えるコロナ点火装置であって、
燃料空気混合物をイオン化してコロナ放電を生じるように、高周波電圧を受けて高周波電界を発するために導電性材料で形成された中心電極を備え、
前記中心電極は、高周波電圧を受ける電極端子端部から、高周波電界を発する電極着火端部へ延在しており、
前記中心電極は、電極中心軸に沿って延在していて、前記電極中心軸から離れる方に面する電極表面を有し、
前記中心電極の周りに配置された電気的絶縁材料で形成されていて、前記電極端子端部を越える絶縁体上端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体をも備え、
前記絶縁体の内側表面は、前記電極の表面の少なくとも一部から隔てられていて、それらの間に電極隙間を現し、
前記絶縁体の周りに配置された導電性材料で形成されていて、シェル上端部からシェル下端部へ長手方向に延在するシェルをさらに備え、
前記シェルは、前記絶縁体の外側表面に面しかつ前記シェルの両端部間に延在するスシェル内側表面を示し、
前記シェル内側表面は、前記絶縁体外側表面の少なくとも一部から隔てられて、それらの間にシェル隙間を現し、
前記隙間の少なくとも一方に沿って前記絶縁体の表面上に配置された導電性被覆をさらに備え、
前記絶縁体の表面上の導電性被覆は、それが対面する表面から前記隙間を横切る半径方向に隔てられており、
前記導電性被覆は貴金属とガラス粉末との混合物を含む、点火装置。
【請求項７】
前記導電性被覆は非貴金属を含む、請求項１に記載の点火装置。
【請求項８】
コロナ放電を与えるコロナ点火装置であって、
燃料空気混合物をイオン化してコロナ放電を生じるように、高周波電圧を受けて高周波電界を発するために導電性材料で形成された中心電極を備え、
前記中心電極は、高周波電圧を受ける電極端子端部から、高周波電界を発する電極着火端部へ延在しており、
前記中心電極は、電極中心軸に沿って延在していて、前記電極中心軸から離れる方に面する電極表面を有し、
前記中心電極の周りに配置された電気的絶縁材料で形成されていて、前記電極端子端部を越える絶縁体上端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体をも備え、
前記絶縁体の内側表面は、前記電極の表面の少なくとも一部から隔てられていて、それらの間に電極隙間を現し、
前記絶縁体の周りに配置された導電性材料で形成されていて、シェル上端部からシェル下端部へ長手方向に延在するシェルをさらに備え、
前記シェルは、前記絶縁体の外側表面に面しかつ前記シェルの両端部間に延在するスシェル内側表面を示し、
前記シェル内側表面は、前記絶縁体外側表面の少なくとも一部から隔てられて、それらの間にシェル隙間を現し、
前記隙間の少なくとも一方に沿って前記絶縁体の表面上に配置された導電性被覆をさらに備え、
前記絶縁体の表面上の導電性被覆は、それが対面する表面から前記隙間を横切る半径方向に隔てられており、
前記点火装置は非貴金属とガラス粉末との混合物を含む、点火装置。
【請求項９】
コロナ放電を与えるコロナ点火装置であって、
燃料空気混合物をイオン化してコロナ放電を生じるように、高周波電圧を受けて高周波電界を発するために導電性材料で形成された中心電極を備え、
前記中心電極は、高周波電圧を受ける電極端子端部から、高周波電界を発する電極着火端部へ延在しており、
前記中心電極は、電極中心軸に沿って延在していて、前記電極中心軸から離れる方に面する電極表面を有し、
前記中心電極の周りに配置された電気的絶縁材料で形成されていて、前記電極端子端部を越える絶縁体上端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体をも備え、
前記絶縁体の内側表面は、前記電極の表面の少なくとも一部から隔てられていて、それらの間に電極隙間を現し、
前記絶縁体の周りに配置された導電性材料で形成されていて、シェル上端部からシェル下端部へ長手方向に延在するシェルをさらに備え、
前記シェルは、前記絶縁体の外側表面に面しかつ前記シェルの両端部間に延在するスシェル内側表面を示し、
前記シェル内側表面は、前記絶縁体外側表面の少なくとも一部から隔てられて、それらの間にシェル隙間を現し、
前記隙間の少なくとも一方に沿って前記絶縁体の表面上に配置された導電性被覆をさらに備え、
前記絶縁体の表面上の導電性被覆は、それが対面する表面から前記隙間を横切る半径方向に隔てられており、
前記導電性被覆は、前記導電性被覆の全重量を基準にして少なくとも３０ｗｔ．％の量でシリカを含む、点火装置。
【請求項１０】
前記シェルは前記シェル下端部からシェル上端部までの長さを有し、前記導電性被覆は前記長さの少なくとも５０％に沿って延在している、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記中心電極は或る長さを有し、前記導電性被覆は前記長さの少なくとも８０％に沿って延在している、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１２】
内燃エンジンの燃焼室内で燃料空気混合物の一部をイオン化してコロナ放電を生じる高周波電界を与えるためのコロナ点火システムであって、
相互の間に燃焼室を与えるシリンダブロック、シリンダヘッドおよびピストンと、
前記燃焼室内に与えられる燃料空気混合物と、
前記燃料空気混合物の一部をイオン化して前記コロナ放電を生じるように高周波電圧を受けて高周波電界を発するために前記シリンダヘッド内に配置されて前記燃焼室内へ横切って延在する点火装置と、
前記燃料空気混合物の一部をイオン化して前記コロナ放電を生じるように高周波電圧を受けて高周波電界を発するために導電性材料で形成された中心電極とを備え、
前記中心電極は前記高周波電圧を受ける電極端子端部から前記高周波電界を発する電極着火端部へ延在しており、
前記中心電極の周りに配置された電気的絶縁材料で形成されていて、前記電極端子端部を越える絶縁体上端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体をも備え、
前記絶縁体は、前記絶縁体上端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に複数の領域を含み、
前記絶縁体は前記中心電極に面する絶縁体内側表面と反対側に面する絶縁体外側表面とを示し、これらは前記絶縁体の両端部の間に延在しており、
前記絶縁体内側表面は、前記中心電極の少なくとも一部から隔てられていて、それらの間に電極隙間を現し、
前記絶縁体の周りに配置された導電性材料で形成されていて、シェル上端部からシェル下端部へ長手方向に延在するシェルをさらに備え、
前記シェルは、前記絶縁体外側表面に面しかつ前記シェルの両端部間に延在するシェル内側表面を示し、
前記シェル内側表面は、前記絶縁体外側表面の少なくとも一部から隔てられて、それらの間にシェル隙間を現し、
前記絶縁体内側表面上に配置された第１の導電性被覆と、
前記絶縁体外側表面上に配置された第２の導電性被覆とをさらに備え、
前記絶縁体内側表面上の前記第１の導電性被覆はその対面する電極表面から前記電極隙間を横切って半径方向に隔てられており、
前記絶縁体外側表面上の前記第２の導電性被覆はその対面するシェル内側表面から前記シェル隙間を横切って半径方向に隔てられており、
前記導電性被覆は複数の材料を含み、前記複数の領域のうちの１つの領域に沿う前記導電性被覆の材料は、前記複数の領域のうちの他の領域に沿う前記導電性被覆の材料と異なる、システム。
【請求項１３】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成されていて電極表面を示す中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体ボアを現す絶縁体内側表面を含むとともに前記絶縁体上端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に複数の領域を含む絶縁体を準備し、
前記絶縁体内側表面へ導電性被覆を付与し、
前記導電性被覆を付与する工程は、前記絶縁体の異なる複数の領域に沿って、異なる材料を付与することを含み、
前記導電性被覆を付与した後に前記絶縁体ボア内へ前記中心電極を挿入するステップを含み、前記電極表面は前記絶縁体内側表面上の前記導電性被覆の少なくとも一部から電極隙間を横切る半径方向に隔てられる、方法。
【請求項１４】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成されていて電極表面を示す中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体ボアを現す絶縁体内側表面を含む絶縁体を準備し、
前記絶縁体内側表面へ導電性被覆を付与し、そして
前記導電性被覆を付与した後に前記絶縁体ボア内へ前記中心電極を挿入するステップを含み、前記電極表面は前記絶縁体内側表面上の前記導電性被覆の少なくとも一部から電極隙間を横切る半径方向に隔てられ、
前記導電性被覆を付与するステップは、化学気相堆積、物理的気相堆積およびスパッタリングの少なくとも一つを含む、方法。
【請求項１５】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成されていて電極表面を示す中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体ボアを現す絶縁体内側表面を含む絶縁体を準備し、
前記絶縁体内側表面へ導電性被覆を付与し、そして
前記導電性被覆を付与した後に前記絶縁体ボア内へ前記中心電極を挿入するステップを含み、前記電極表面は前記絶縁体内側表面上の前記導電性被覆の少なくとも一部から電極隙間を横切る半径方向に隔てられ、
前記導電性被覆を付与するステップは、中間担体上に導電性材料を配置して、前記中間担体から前記絶縁体内側表面へ前記導電性材料を転写することを含む、方法。
【請求項１６】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成されていて電極表面を示す中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体ボアを現す絶縁体内側表面を含む絶縁体を準備し、
前記絶縁体内側表面へ導電性被覆を付与し、そして
前記導電性被覆を付与した後に前記絶縁体ボア内へ前記中心電極を挿入するステップを含み、前記電極表面は前記絶縁体内側表面上の前記導電性被覆の少なくとも一部から電極隙間を横切る半径方向に隔てられ、
前記導電性被覆を付与するステップは、導電性材料、ガラス粉末および液体の混合物を前記絶縁体内側表面上に付与し、前記液体を蒸発させて前記ガラス粉末を前記絶縁体内側表面へ融合させるために前記混合物を加熱することを含む、方法。
【請求項１７】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成された中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体外側表面を示すとともに前記絶縁体上端部と前記絶縁体ノーズ端部との間に複数の領域を含む絶縁体絶縁体を準備し、
前記絶縁体外側表面へ導電性被覆を付与し、
前記導電性被覆を付与する工程は、前記絶縁体の異なる複数の領域に沿って、異なる材料を付与することを含み、
導電性材料で形成されていてシェル上端部からシェル下端部へ長手方向へ延在するシェル・ボアを現すシェル内側表面を含むシェルを準備し、そして
前記導電性被覆を付与した後に前記シェル・ボア内へ前記絶縁体を挿入するステップを含み、前記絶縁体外側表面上の前記導電性被覆は前記シェル内側表面の少なくとも一部からシェル隙間を横切る半径方向に隔てられる、方法。
【請求項１８】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成された中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体外側表面を示す絶縁体を準備し、
前記絶縁体外側表面へ導電性被覆を付与し、
導電性材料で形成されていてシェル上端部からシェル下端部へ長手方向へ延在するシェル・ボアを現すシェル内側表面を含むシェルを準備し、そして
前記導電性被覆を付与した後に前記シェル・ボア内へ前記絶縁体を挿入するステップを含み、前記絶縁体外側表面上の前記導電性被覆は前記シェル内側表面の少なくとも一部からシェル隙間を横切る半径方向に隔てられ、
前記導電性被覆を付与するステップは、化学気相堆積、物理的気相堆積およびスパッタリングの少なくとも一つを含む、方法。
【請求項１９】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成された中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体外側表面を示す絶縁体を準備し、
前記絶縁体外側表面へ導電性被覆を付与し、
導電性材料で形成されていてシェル上端部からシェル下端部へ長手方向へ延在するシェル・ボアを現すシェル内側表面を含むシェルを準備し、そして
前記導電性被覆を付与した後に前記シェル・ボア内へ前記絶縁体を挿入するステップを含み、前記絶縁体外側表面上の前記導電性被覆は前記シェル内側表面の少なくとも一部からシェル隙間を横切る半径方向に隔てられ、
前記導電性被覆を付与するステップは、中間担体上に導電性材料を配置して、前記中間担体から前記絶縁体外側表面へ前記導電性材料を転写することを含む、方法。
【請求項２０】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
導電性材料で形成された中心電極を準備し、
電気絶縁性材料で形成されていて絶縁体上部端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体外側表面を示す絶縁体を準備し、
前記絶縁体外側表面へ導電性被覆を付与し、
導電性材料で形成されていてシェル上端部からシェル下端部へ長手方向へ延在するシェル・ボアを現すシェル内側表面を含むシェルを準備し、そして
前記導電性被覆を付与した後に前記シェル・ボア内へ前記絶縁体を挿入するステップを含み、前記絶縁体外側表面上の前記導電性被覆は前記シェル内側表面の少なくとも一部からシェル隙間を横切る半径方向に隔てられ、
前記導電性被覆を付与するステップは、導電性材料、ガラス粉末および液体の混合物を前記絶縁体外側表面上に付与し、前記液体を蒸発させて前記ガラス粉末を前記絶縁体外側表面へ融合させるために前記混合物を加熱することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１０年１２月２９日に提出された米国仮出願第６１/４２７，９６０号の利益を要求する。
【０００２】
この発明は、全体として、燃料空気混合物をイオン化してコロナ放電を生じる高周波電界を発するコロナ点火装置と、そのコロナ点火装置を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
コロナ放電点火システムは迅速な連続性で高低電位の電極を反転させる交流の電圧と電流を与え、これはアークの生成を困難にしてコロナ放電の生成を高める。このシステムは、高周波電位に充電されて燃焼室内に強い高周波電界を生じる電極を備えたコロナ点火装置を含んでいる。その電界は、燃焼室内の燃料空気混合物の一部をイオン化させて誘電崩壊を開始させ、燃料空気混合物の燃焼を促進させる。電界は、燃料空気混合物が誘電特性を維持して非熱的プラズマとも言及されるコロナ放電が生じるように、好ましく制御される。燃料空気混合物のイオン化された部分は火炎前面を形成し、これが自立して、燃料空気混合物の残りの部分を燃焼させる。好ましくは、電界は燃料空気混合物が誘電特性の全てを喪失しないように制御され、そのような全喪失は熱的プラズマを生じさせて、接地されたシリンダ壁、ピストン、または点火装置の他の部分と電極との間に電気的アークを生じさせるであろう。コロナ放電点火システムの一例は、Ｆｒｅｅｎに与えられた米国特許第６，８８３，５０７号に開示されている。
【０００４】
コロナ点火装置は典型的には導電性材料で形成された中心電極を含み、これは高周波電圧を受けて燃焼室内へ高周波電界を発し、燃料空気混合物をイオン化して、コロナ放電を生じさせる。電気的絶縁材料で形成された絶縁体が、中心電極を囲み、金属シェル内へ受入れられる。コロナ放電点火システムの点火装置は、中心電極の着火端部にごく近接して意図的に配置されて接地された何らの電極要素をも含まない。正しくは、接地は、内燃エンジンのシリンダ壁またはピストンによって与えられる。コロナ点火装置の一例は、ＬｙｋｏｗｓｋｉとＨａｍｐｔｏｎによる米国特許出願公開第２０１０/００８３９４２号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コロナ点火装置は、部品間の隙間が小さな空隙、例えば電極と絶縁体との間および絶縁体とシェルとの間の空隙となるように、組立てられ得る。これらの隙間は、周囲の製造環境からの空気およびガスで満たされ、作動中では燃焼室からのガスで満たされる。コロナ点火装置の使用中にエネルギが中心電極に供給されるとき、図６と７に示されているように、電位と電圧は空隙を横切って顕著に降下する。この顕著な降下は、空気の低い比誘電率による。
【０００６】
空隙を横切る高い電圧降下と空隙中の電界強度におけるスパイクは、隙間中の空気をイオン化して、点火装置の着火端部における顕著なエネルギ損失となる傾向にある。また、隙間中でイオン化された空気は、中心電極着火端部に向かって移動し、絶縁体を横断してシェルまたはシリンダヘッドへの導電性経路を形成し、そして中心電極着火端部におけるコロナ放電の有効性を減ずる傾向にある。絶縁体を横断する導電性経路は、しばしば不所望な部品間のアーク放電となり得て、中心電極着火端部における点火の質を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様は、コロナ放電を生じるコロナ点火装置を提供する。このコロナ点火装置は、高周波電圧を受けて、燃料空気混合物をイオン化させてコロナ放電を生じさせる高周波電界を発するために、導電性材料で形成された中心電極を含んでいる。中心電極は、高周波電圧を受ける電極端子端部から高周波電界を発する電極着火端部へ延在している。中心電極は電極中心軸に沿って延在しており、電極中心軸から離れる方に面する電極表面を有している。電気的絶縁材料で形成された絶縁体が、中心電極の周りに配置され、電極端子端部を越える絶縁体上端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在している。絶縁体は、中心電極に面する絶縁体内側表面と、反対側に面して絶縁体両端間に延在する絶縁体外側表面とを示す。絶縁体内側表面は、電極表面の少なくとも一部から隔てられ、それらの間に電極隙間を現す。導電性金属材料で形成されたシェルが絶縁体の周囲に配置され、シェル上端部からシェル下端部へ長手方向に延在する。シェルは、絶縁体外側表面に面しかつシェル両端間に延在するシェル内側表面を示す。シェル内側表面は、絶縁体外側表面の少なくとも一部から隔てられて、それらの間にシェル隙間を現す。絶縁体表面上の少なくとも一方の隙間に沿って、導電性被覆が配置される。絶縁体表面上の導電性被覆は、対面する表面から隙間を横切って半径方向に隔てられる。
【０００８】
本発明のもう一つの態様は、コロナ点火装置を含むコロナ点火システムを提供する。
本発明のさらにもう一つの態様は、コロナ点火装置を形成する方法を提供する。第１の方法は、導電性材料で形成されて電極表面を示す中心電極を提供するステップを含む。次に方法は、絶縁体上端部から絶縁体ノーズ端部へ長手方向に延在する絶縁体ボアを現す絶縁体内側表面を含んで絶縁性材料で形成された絶縁体を準備し、その絶縁体内側表面へ導電性被覆を付与することを含む。そして方法は導電性被覆を付与した後に絶縁体ボア内へ中心電極を挿入することを含み、電極表面は絶縁体内側表面上の導電性被覆の少なくとも一部に面しかつそこから電極隙間を横切って半径方向に隔てられる。
【０００９】
本発明のもう一つの態様は、絶縁体外側表面に導電性被覆を与えるとともに、導電性材料で形成されたシェルを与えることを含み、これはシェル上端部からシェル下端部へ長手方向に延在するシェル・ボアを現すシェル内側表面を含む。次に方法は、導電性被覆を付与した後にシェル・ボア内へ絶縁体を挿入することを含み、絶縁体外側表面上の導電性被覆はシェル内側表面の少なくとも一部に面するとともにそこからシェル隙間を横切って半径方向に隔てられる。
【００１０】
点火装置の導電性被覆は、空隙を横切って電気的連続性を与える。それは、電荷が隙間内に含まれることを防止し、隙間を通して電気が流れることを防止し、そして電極とシェルとの間または電極とシリンダヘッドとの間で絶縁体を横切って導電性経路およびアーク放電を形成し得る隙間内のイオン化ガスの生成とコロナ放電を防止する。したがって、そのコロナ点火装置は、他のコロナ点火装置に比べて、着火先端部における集中したコロナ放電とより確実なな点火を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の他の優位性は、添付の図面との関係において考慮される以下の詳細な説明への参照によってよく理解されて容易に評価されるであろう。
【図１】発明の一実施例によって燃焼室内に配置されたコロナ点火装置の断面図である。
【図１Ａ】図１のコロナ点火装置における折返し領域の拡大断面図である。
【図２】発明の一実施例による絶縁体ノーズ領域の拡大図である。
【図２Ａ】図２中の円領域２Ａの拡大図である。
【図２Ｂ】図２中の円領域２Ｂの拡大図である。
【図３】発明のもう一つの実施例によって燃焼室内に配置されるコロナ点火装置の断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるコロナ点火装置の一部の拡大図であって、非被覆の電極隙間と被覆シェル隙間を示すとともに、点火装置を横切って規格化された電圧と電界を示すグラフを示している。
【図５】発明のもう一つの実施例によるコロナ点火装置の一部の拡大図であり、被覆電極隙間と被覆シェル隙間を示すとともに、点火装置を横切って規格化された電圧と電界を示すグラフを示している。
【図６】比較例のコロナ点火装置の一部の拡大図であり、非被覆電極隙間と非被覆シェル隙間を示すとともに、その比較例の点火装置を横切って規格化された電圧と電界を示すグラフを示している。
【図７】比較例のコロナ点火装置の一部の拡大図であり、非被覆電極隙間と非被覆シェル隙間を示すとともに、その比較例の点火装置を横切って規格化された電圧と電界を示すグラフを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明の一態様は、コロナ放電点火システムのためのコロナ点火装置２０を提供する。このシステムは、意図的に、アークの生成を抑制してコロナ放電を生じる強い電界の生成を促進する電気的ソースを形成する。コロナ放電点火システムの点火事象は、約１メガヘルツで連続する多重の電気的放電を含む。
【００１３】
システムの点火装置２０は、高周波電圧でエネルギを受けて、内燃エンジンの燃焼室２６内で燃焼可能な燃料空気混合物の一部をイオン化してコロナ放電２４を生じる高周波電界を発するために、中心電極２２を含んでいる。コロナ点火装置２０を効率的に組立てるために用いられる方法は、中心電極２２、絶縁体３２およびシェル３６の間の隙間を必要とし、これはこれら部品間の小さな空隙２８、３０の結果となる。
【００１４】
中心電極２２は絶縁体３２内へ挿入され、中心電極２２の頭部は絶縁体３２のボアに沿った電極座部上に置かれ、中心電極２２の他の部分は絶縁体３２から隔てられる。電極２２と絶縁体３２との間に電極隙間２８が設けられ、電極２２と絶縁体３２との間で空気が流れることを許容する。好ましい実施例では、絶縁体３２は、シェル３６から絶縁体３２を隔てる内部シール３８を備えた金属シェル３６内へ挿入される。シェル隙間３０は、絶縁体３２とシェル３６との間で連続的に延在しており、絶縁体３２とシェル３６との間で空気が流れることを許容する。空隙２８、３０内でコロナ放電２４が生成することを防止するために、部品を一体に組合せる前に、導電性被覆４０が絶縁体３２上に配置される。
【００１５】
コロナ点火装置２０は、典型的には、自動車または工業的機械の内燃エンジン内で使用される。図１に示されているように、エンジンは、典型的には、シリンダ中心軸の周りで円筒状に延在してそれらの間に空間を与える側壁を有するシリンダブロック４６を含む。シリンダブロック４６の側壁は上部開口を囲む上端部を有し、その上端部上にシリンダヘッド４８が配置されて上部開口を横切って延在している。シリンダブロック４６の側壁に沿った空間内にはピストン５０が配置され、内燃エンジンの作動中にその側壁に沿って摺動する。ピストン５０はシリンダヘッド４８から隔てられており、シリンダブロック４６、シリンダヘッド４８およびピストン５０はそれらの間に燃焼室２６を提供する。燃焼室２６は、コロナ点火装置２０によってイオン化される燃焼可能な燃料空気混合物を含む。シリンダヘッド４８は点火装置２０を受入れるアクセス穴を含み、点火装置２０は燃焼室２６内へ横切って延在する。点火装置２０は、電源（図示せず）から高周波電圧を受け、燃料空気混合物ん一部をイオン化してコロナ放電２４を生成する高周波電界を発する。
【００１６】
点火装置２０の中心電極２２は、電極端子端部５２から電極着火端部５４へ電極中心軸ａｅに沿って長手方向に延在している。高周波ＡＣ電圧のエネルギが中心電極２２へ印加され、典型的には４０，０００ボルトまでの電圧、１アンペア未満の電流、および０．５〜５．０メガヘルツの周波数で高周波ＡＣ電圧のエネルギを電極端子端部５２が受ける。中心電極２２に印加された最も高い電圧は、最大電圧として言及される。電極２２は、ニッケルのような導電性材料で形成された電極本体部分５６を含んでいる。一実施例では、電極本体部分５６は、銅のようなもう一つの導電性材料で形成されたコアを含み得る。一実施例では、電極２２の材料は、１，２００ｎΩ・ｍ未満の低い電気抵抗率を有する。電極本体部分５６は、前記電極中心軸ａｅから離れるように面する電極表面２３を有している。電極本体部分５６はまた、電極中心軸ａｅに垂直な電極直径Ｄｅを示す。電極本体部分５６は、電極端子端部５２に電極頭部３４を含んでいる。頭部３４は、電極本体部分５６の残りの部分に沿った電極直径Ｄｅより大きな電極直径Ｄｅを有している。
【００１７】
好ましい一実施例によれば、中心電極２２は、燃焼室２６内で燃料空気混合物の一部をイオン化してコロナ放電２４を生じる高周波電界を発するために、電極着火端部５４に近接して囲む着火先端部５８を含んでいる。着火先端部５８は、高温において非常に優れた特性を発揮する導電性材料、例えば元素周期表の４〜１２族から選択された少なくとも一つの元素を含む材料で形成される。図１に示されているように、着火先端部５８は、電極本体部分５６の電極直径Ｄｅより大きな先端直径Ｄｔを現す。
【００１８】
コロナ点火装置２０の絶縁体３２は、電極本体部分５６に沿った長手方向にその周りで環状に配置されている。絶縁体３２は、電極端子端部５２を越える絶縁体上端部６０から絶縁体のノーズ端部へ長手方向に延在している。図２は発明の一実施例による絶縁体ノーズ端部６２の拡大図であり、絶縁体ノーズ端部６２は電極２２の電極着火端部５４および着火先端部５８から隔てられている。もう一つの実施例（図示せず）によれば、着火先端部５８は絶縁体３２に隣接し、それらの間に空間が存在しない。
【００１９】
絶縁体３２は、電気的絶縁材料、典型的にはアルミナを含むセラミック材料で形成される。絶縁体３２は、中心電極２２およびシェル３６より低い導電率を有している。一実施例では、絶縁体は１４〜２５ｋＶ/ｍｍの誘電強度を有している。絶縁体３２はまた、電荷を保持し得る比誘電率、典型的には６〜１２の比誘電率を有している。一実施例では、絶縁体３２は、２×１０−６/℃と１０×１０−６℃の間の熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。
【００２０】
絶縁体３２は、電極本体部分５６の電極表面２３に面しかつ絶縁体上端部６０から絶縁体ノーズ端部６２へ電極中心軸ａｅに沿って長手方向に延在する絶縁体内側表面６４を含んでいる。絶縁体内側表面６４は、中心電極２２を受入れる絶縁体ボアを与えるともに、中心電極２２の頭部３４を支える電極座部６６を含んでいる。
【００２１】
電極着火端部５４は、絶縁体上端部６０を通して絶縁体ボア内に挿入され、絶縁体ボアに沿った電極座部６６上に中心電極２２の頭部３４が置かれるまで挿入される。電極本体部分５６の頭部３４下の残りの部分は絶縁体内側表面６４から隔てられており、それらの間に電極隙間２８を生じる。コロナ点火装置２０はまた、電極着火端部５４と着火先端部５８が絶縁体ノーズ端部６２の外側に配置されるように組立てられる。図２に示されている一実施例では、絶縁体ノーズ端部６２と着火先端部５８はそれらの間に前端部空間６８を現し、絶縁体ノーズ端部６２と着火先端部５８の間で周りの空気が流れることを許容する。
【００２２】
絶縁体内側表面６４と電極本体部分５６との間の電極隙間２８は、電極着火端部５４から拡大頭部３４まで電極本体部分５６の電極表面２３に沿って連続的にかつ電極本体部分５６の周りで環状に延在する。一実施例では、電極本体部分５６は図３に示されているように長さｌｅを有し、電極隙間２８は長さｌｅの少なくとも８０％に沿って長手方向に延在する。電極隙間２８はまた、図２Ａに示されているように、電極中心軸ａｅに垂直にかつ電極本体部分５６から絶縁体内側表面へ半径方向に延在する電極隙間幅ｗｅを有する。一実施例では、電極隙間幅ｗｅは０．０２５ｍｍから０．２５ｍｍである。
【００２３】
一実施例では、電極隙間２８は絶縁体ノーズ端部６２において開放しており、先端部空間と流体導通している。したがって、周囲環境からの空気は、先端部空間６８を通して着火先端部５８に沿って流れかつ電極２２の頭部３４まで電極隙間２８内へ流れることができる。
【００２４】
コロナ点火装置２０の絶縁体３２は、絶縁体上端部６０から絶縁体ノーズ端部６２へ電極中心軸ａｅに沿って長手方向に延在しかつ絶縁体内側表面６４に対向する絶縁体外側表面７２を含んでいる。絶縁体外側表面７２は、絶縁体内側表面６４に対向して、中心電極２２から離れるようにシェル３６に向かって外側に面している。一実施例では、絶縁体３２は、シェル３６内にしっかりと適合して、効率的な製造プロセスを可能にする。
【００２５】
図１に示されているように、絶縁体３２は、絶縁体上端部６０から絶縁体ノーズ端部６２に向かって電極本体部分５６に沿って延在する絶縁体第１領域７４を含んでいる。絶縁体第１領域７４は、全体として電極中心軸ａｅに垂直に延在する絶縁体第１直径Ｄ１を示す。絶縁体３２は、絶縁体第１領域７２に隣接して絶縁体ノーズ端部６２に向かって延在する絶縁体中間領域７６をも含む。絶縁体中間領域７６も全体として電極中心軸ａｅに垂直に延在する絶縁体中間直径Ｄｍを示し、絶縁体中間直径Ｄｍは絶縁体第１直径Ｄ１より大きい。絶縁体の上側肩部７８は、絶縁体第１領域７４から絶縁体中間領域７６へ半径方向外向きに延在している。
【００２６】
絶縁体３２は、絶縁体中間部７６に隣接して絶縁体ノーズ端部６２に向けて延在する絶縁体第２領域８０をも含んでいる。絶縁体第２領域８０は全体として電極中心軸ａｅに垂直に延在する絶縁体第２直径Ｄ２を示し、これは絶縁体中間直径Ｄｍより小さい。絶縁体の下側肩部８２は、絶縁体中間領域７６から絶縁体第２領域８０へ半径方向内向きに延在する。
【００２７】
絶縁体３２はさらに、絶縁体第２領域８０から絶縁体ノーズ端部６２へ延在する絶縁体ノーズ領域８４を含んでいる。絶縁体ノーズ領域８４は、全体として電極中心軸ａｅに垂直に延在する絶縁体ノーズ直径Ｄｎを示し、絶縁体ノーズ端部６２へ先細になっている。図３の実施例では、絶縁体３２は、絶縁体第２領域８０から絶縁体ノーズ領域８４へ半径方向内向きに延在する絶縁体ノーズ肩部８６を含んでいる。絶縁体ノーズ端部６２における絶縁体ノーズ直径Ｄｎは、絶縁体第２直径Ｄ２より小さくかつ着火先端部５８の先端直径Ｄｔより小さい。
【００２８】
図１と図３に示されているように、コロナ点火装置２０は、絶縁体３２内に受け入れられて導電性材料で形成された端子７０を含んでいる。端子７０は端子ワイヤ（図示せず）へ電気的に接続された第１の端子端部８８を含み、これは電源（図示せず）へ電気的に接続される。端子７０は電極端子端部８９をも含み、これは電極２２と電気的に通じている。すなわち、端子７０は電源から高周波電圧を受けて、その高周波電圧を電極２２へ伝達する。エネルギが端子７０から電極２２へ伝達され得るように、端子７０と電極２２との間に導電性材料で形成された導電シール層９０が配置されてそれらの間を電気的に接続する。
【００２９】
コロナ点火装置２０のシェル３６は、絶縁体３２の周りで環状に配置される。シェル３６は、鋼のような導電性材料で形成されている。一実施例では、シェル３６は、１，０００ｎΩ・ｍ未満の小さな電気抵抗率を有している。図１と図３に示されているように、シェル３６は、シェル上端部４４からシェル下端部９２へ絶縁体３２にに沿って長手方向に延在する。シェル３６は絶縁体外側表面７２に面するシェル内側表面９４を含み、これは絶縁体第１領域から、絶縁体上側肩部８２、絶縁体中間領域７６、絶縁体下側肩部８２、および絶縁体第２領域に沿って、絶縁体ノーズ領域８４に近接するシェル下端部９２へ延在している。シェル内側表面９４は、絶縁体を受けるシェル・ボアを現す。シェル内側表面９４はまた、シェル・ボアを横切って延在するシェル直径Ｄｓを示す。シェル直径Ｄｓは絶縁体ノーズ直径Ｄｎより大きく、絶縁体３２はシェル・ボア内に挿入され得て、絶縁体ノーズ領域８４の少なくとも一部がシェル下端部９２から外側へ突出する。
【００３０】
シェル内側表面９４は、絶縁体下側肩部８２または絶縁体ノーズ肩部８６または両方を支持するために、少なくとも一つのシェル座部９６を与える。図１の実施例では、シェル３６は、工具受け部材９８に近接して配置されて絶縁体下側肩部８２を支持する少なくとも一つのシェル座部９６を含む。図３の実施例では、二つのシェル座部９６を含み、一つは工具受け部材９８に近接して配置されて、もう一つは絶縁体ノーズ肩部８６を支持するためにシェル下端部９２に近接して配置される。
【００３１】
一実施例では、コロナ点火装置２０は、絶縁体３２がシェル３６内へ挿入された時にその絶縁体３２を支持するために、シェル内側表面９４と絶縁体外側表面７２との間に配置される少なくとも一つの内部シール３８を含む。内部シール３８はシェル内側表面９４から絶縁体外側表面７２を隔てて、それらの間にシェル隙間３０を生じる。内部シールが採用されるとき、シェル隙間３０は、典型的にはシェル上端部４４からシェル下端部９２へ連続的に延在する。図１に示されているように、内部シール３８の一つは、典型的には、工具受け部材９８に近接するシェル座部９６のシェル内側表面９４と絶縁体下側肩部８２の絶縁体外側表面７２との間に配置される。図３の実施例では、内部シール３８の一つは、絶縁体ノーズ領域８４に近接するシェル座部９６のシェル内側表面９４と絶縁体ノーズ肩部８６の絶縁体外側表面７２との間に配置される。図１と３の実施例は、シェル３６の折返し縁部４２のシェル内側表面９４と絶縁体上側肩部７８の絶縁体外側表面７２との間に配置された一つの内部シール３８をも含んでいる。内部シール３８は、絶縁体３２に支持を与えて、シェル３６に対して適所に保持するように配置される。
【００３２】
絶縁体３２は、シェル座部９６上に配置された内部シール３８上に置かれる。図１と図３の実施例では、絶縁体３２の残りの部分はシェル内側表面９４から隔てられて、絶縁体外側表面７２とシェル内側表面９４はそれらの間にシェル隙間３０を現す。シェル隙間３０は、絶縁体上側肩部７８から絶縁体ノーズ領域８４へ絶縁体外側表面７２に沿って連続的にかつ絶縁体３２の周りで環状に延在する。図３に示されているように、シェル３６は長さｌｓを有し、シェル隙間３０は典型的には長さｌｓの少なくとも８０％に沿って長手方向に延在する。内部シール３８が使用されるとき、シェル隙間３０はシェル３６の長さｌｓの１００％に沿って延在し得る。シェル３０はまたシェル隙間幅ｗｓを有し、これは電極中心軸ａｅに垂直で絶縁体外側表面７２からシェル内側表面９４へ半径方向に延在している。一実施例では、シェル隙間幅ｗｓは、０．０７５ｍｍから０．３００ｍｍである。シェル隙間３０はシェル下端部９２において開放しており、周囲環境からの空気がシェル隙間３０内へ流れ込んで、絶縁体外側表面７２に沿って内部シール３８まで流れ得る。
【００３３】
代替的実施例では、絶縁体外側表面７２は、内部シール３８なしにシェル座部９６上に置かれる。この実施例では、シェル隙間３０はシェル上端部４４にまたは絶縁体外側表面７２の或る部分に沿って配置され得るだけであり、シェル上端部４４とシェル下端部９２との間で連続的ではない。
【００３４】
シェル３６はシェル内側表面４４に対向するシェル外側表面１００をも含み、これはシェル上端部４４からシェル下端部９２へ電極中心軸ａｅに沿って長手方向に延在し、絶縁体３２から離れる外向きに面している。シェル３６は工具受け部材９８を含み、これはシリンダヘッド４８にコロナ点火装置２０を装着しかつ除去するために製造者または末端使用者によって利用され得る。工具受け部材９８は、全体として、長手方向の電極本体部分５６に垂直に延在する工具厚さを示す。一実施例では、シェル３６はまた、シリンダヘッド４８に係合してそのシリンダヘッド４８と燃焼室２６に関して所望に位置にコロナ点火装置２０を保持するために、絶縁体第２領域８０に沿ったねじ山を含む。
【００３５】
シェル３６は折返し縁部４２を含み、これは、工具受け部材９８から絶縁体中間領域７６の絶縁体外側表面７２に沿って長手方向に延在し、そして絶縁体第１領域７４に近接するシェル上端部４４へ絶縁体上側肩部７８に沿って内向きに延在する。折返し縁部４２は絶縁体上側肩部７８の周りで環状に延在し、絶縁体第１領域７４は折返し縁部４２の外側へ突出する。折返し縁部４２に沿ったシェル内側表面９４の一部は、絶縁体中間領域７６に係合し、絶縁体３２に関する軸移動に対してシェル３６を固定する助けをする。しかし、シェル内側表面９４の残りの部分は、典型的には絶縁体外側表面７２から隔てられている。
【００３６】
シェル隙間３０は、典型的には折返し領域で絶縁体３２とシェル３６との間およびシェル下端部９２で内部シール３８まで配置される。図１Ａおいて最もよく示されているように、シェル３６の折返し縁部４２は、絶縁体第１領域７４の絶縁体外側表面７２に面するシェル内側表面９４とシェル外側表面１００との間の縁表面１０２を含んでいる。折返し縁部４２はシェル内側表面９４からシェル外側表面１００へ延在する縁厚さを有しており、これは典型的には工具厚さより小さい。一実施例では、全縁表面１０２が絶縁体外側表面７２に係合し、シェル隙間３０は折返し縁部に沿ったシェル外側表面１００と絶縁体３２との間に配置される。もう一つの実施例では、縁表面１０２は完全にシェル外側表面１００から隔てられ、シェル隙間３０は縁表面１０２と絶縁体３２との間に設けられる。さらにもう一つの実施例では、縁表面１０２の一部が絶縁体外側表面７２に係合し、シェル隙間３０は縁表面１０２の一部と絶縁体との間に設けられる。シェル隙間３０は折返し領域内のシェル上端部４４で開放しており、周囲環境からの空気がその中へ流れ得る。
【００３７】
導電性被覆４０は、点火装置２０の隙間２８、３０の少なくとも一方に沿って、好ましくは電極隙間２８とシェル隙間３０の両方に沿って配置され。図２Ａに示されているように、第１の導電性被覆４０は絶縁体内側表面６４上に配置されて、電極表面２３から電極隙間２８を横切って半径方向に隔てられ、それらの間に電極被覆空間幅ｗｅｃを示す。一実施例では、電極被覆空間幅ｗｅｃは５０〜２５０ミクロンである。
【００３８】
図２Ｂに示されているように、第２の導電性被覆４０は絶縁体外側表面７２上に配置されて、シェル内側表面９４からシェル隙間３０を横切って半径方向に隔てられ、それらの間にシェル被覆空間幅ｗｓｃを示す。一実施例では、シェル被覆空間幅ｗｓｃは５０〜２５０ミクロンである。導電性被覆４０は、電気的に電極隙間２８の両側を一緒におよびシェル隙間３０の両側を一緒に接続し、それによって隙間２８、３０内の電界強度および隙間２８、３０を横切る電圧降下を低減させて、隙間２８、３０内でコロナ放電２４が生成することを防止する。
【００３９】
導電性被覆４０は導電性材料で形成され、９×１０６Ｓ/ｍから６５×１０６Ｓ/ｍ、または９×１０６Ｓ/ｍより上で、好ましくは３０×１０６Ｓ/ｍより上の導電率を有する。導電性被覆４０は、中心電極２２、絶縁体３２、およびシェル３６から識別されて分離されている。絶縁体表面６４、７２上の導電性被覆４０は、同じまたは異なる導電性材料を含み得る。また、点火装置２０は、その点火装置２０の全長に沿って同じ導電性材料を含むか、または点火装置２０の異なる領域内で異なる導電性材料を含み得る。代替的実施例では、導電性被覆４０は電極表面２３上またはシェル内側表面９４上にも配置されるが、これは必須ではない。なぜならば、これらの表面２３、９４は導電性材料で形成されているからである。
【００４０】
一実施例では、導電性被覆４０は元素周期表の４〜１１族から選択された少なくとの一つの元素を含み、例えば銀、金、白金、イリジュウム、パラジュウム、およびこれらの合金である。もう一つの実施例では、導電性被覆４０は非貴金属を含み、例えばアルミまたは銅である。さらにもう一つの実施例では、導電性被覆４０は、金属とフリットのようなガラス粉末との混合物を含む。ガラス粉末は典型的にはシリカを含み、一実施例では、導電性被覆４０はその導電性被覆４０の全重量を基準として少なくとも３０ｗｔ．％の量でシリカを含む。導電性被覆４０は、貴金属とガラス粉末、または非貴金属とガラス粉末の混合物を含み得る。
【００４１】
導電性被覆４０が電極隙間２８に沿って配置されるとき、第１の導電性被覆４０は絶縁体上端部６０と絶縁体ノーズ端部６２との間の絶縁体内側表面６４上に配置される。図２Ａに示されているように、第１の導電性被覆４０は電極表面２３から電極隙間２８を横切って半径方向に隔てられて、それらの間に電極被覆空間幅ｗｅｃを生じる。電極隙間２８に沿って、導電性被覆４０は、好ましくは５〜３０ミクロンの被覆厚さｔｃを有する。導電性被覆４０は、着火先端部５８と電極端子端部５２との間の電極本体部分５６の全長ｌｅに沿って、典型的には長さｌｅの少なくとも８０％に沿って延在し得る。
【００４２】
電極隙間２８に沿って絶縁体内側表面６４へ導電性被覆４０を付与することは、顕著な有利性を提供する。電極隙間２８に沿って導電性被覆４０を備えない図６と７の比較例の点火装置では、絶縁体３２の誘電率と電極隙間２８内の空気の誘電率との間に大きな相違が存在する。したがって、電極隙間２８において電圧が急に降下し、典型的には中心電極２２から接地金属シェル３６までの全電圧降下の１０〜２０％だけ減少する。また、電極隙間２８において、電界が急に増大する。被覆されていない電極隙間２８内の電界強度は、典型的には絶縁体３２の電界強度より５〜１０倍高い。
【００４３】
本発明の導電性被覆４０は、図５に示されているように、電極隙間２８内の電界を減ずるとともに、電極隙間２８を横切る電圧変動を減ずる。一実施例では、電圧は、中心電極２２に印加される最大電圧の５％以下だけ電極隙間２８を横切って減少する。被覆された電極隙間２８を横切る電圧降下は、中心電極２２から接地金属シェル３０への全電圧降下の５％以下である。被覆された電極隙間２８の電界強度は、典型的には、０．５〜５．０メガヘルツの周波数でエネルギ流が中心電極２２を通して流れるときに、絶縁体３２の電界強度の一倍以下である。図５に示されているように、電圧とピーク電界は、被覆された電極隙間２８を横切ってかなり一定に留まっている。例えば、０．５〜５．０メガヘルツの周波数でエネルギ流が中心電極２２を通して流れるときに、導電性被覆４０に近接する電極表面２３は或る電圧を有し、導電性被覆４０に近接する絶縁体内側表面６４は或る電圧を有し、これらの電圧間の相違は中心電極２２に印加される最大電圧の５％以下、または中心電極２２から接地金属シェル３０への全電圧降下の５％以下である。
【００４４】
導電性被覆４０がシェル隙間３０に沿って配置されるとき、第２の導電性被覆４０が絶縁体上端部６０と絶縁体ノーズ端部６２との間の絶縁体外側表面７２上に配置される。図２Ｂに示されているように、第２の導電性被覆４０はシェル内側表面９４からシェル隙間３０を横切って半径方向に隔てられており、それらの間にシェル被覆空間幅ｗｓｃを生じる。シェル隙間３０に沿った導電性被覆４０は、好ましくは５〜３０ミクロンの被覆厚さｔｃを有する。導電性被覆４０はシェル上端部４４とシェル下端部９２との間でシェル３６の全長ｌｓに沿って、典型的にはその長さｌｓの少なくとも８０％に沿って延在し得る。
【００４５】
図１のコロナ点火装置２０は、シェル隙間３０の異なる部分に沿って異なるタイプの導電性材料を含んでいる。一つの導電性材料は、シェル下端部９２近くから絶縁体下側肩部８２へ長手方向に延在している。もう一つの導電性材料は、第１の導電性材料から折返し縁部４２近くへ延在している。第３の導電性材料は、第２の導電性材料からシェル上端部上近くへ長手方向に延在している。これらの材料は、コロナ点火装置２０のそれらの領域内の特性に基づいて選択される。
【００４６】
図３のコロナ点火装置２０も、シェル隙間３０の異なる部分に沿って異なる導電性材料を含んでいる。一つの導電性材料は、シェル下端部９２から絶縁体ノーズ肩部８６直上へ長手方向に延在している。もう一つの導電性材料は、第１の導電性材料から折返し縁部４２の直下へ延在している。もう一つの導電性材料は、第２の導電性材料からシェル上端部４４直上へ延在している。
【００４７】
シェル隙間３０に沿って絶縁体外側表面７２へ導電性被覆４０を付与することは、顕著な有利性を提供する。導電性被覆４０を備えない図６と７の比較例の点火装置では、絶縁体３２の誘電率とシェル隙間３０内の空気の誘電率との間に大きな相違が存在する。したがって、シェル隙間３０において電圧が急に降下し、典型的には中心電極２２から接地金属シェル３６までの全電圧降下の１０〜２０％だけ減少する。また、シェル隙間３０において、電界が急に増大する。被覆されていないシェル隙間３０内の電界強度は、典型的には絶縁体３２の電界強度より５〜１０倍高い。
【００４８】
本発明の導電性被覆４０は、図４と５に示されているように、シェル隙間３０内の電界を減ずるとともに、シェル隙間３０を横切る電圧変動を減ずる。一実施例では、電圧は、中心電極２２に印加される最大電圧の５％以下だけ被覆シェル隙間３０を横切って減少する。被覆シェル隙間３０を横切る電圧降下は、中心電極２２から接地金属シェル３０への全電圧降下の５％以下である。０．５〜５．０メガヘルツの周波数でエネルギ流が中心電極２２を通して流れるときに、被覆シェル隙間３０の電界強度は、典型的には絶縁体３２の電界強度の一倍以下である。図４と５に示されているように、電圧とピーク電界強度は、被覆シェル隙間３０を横切ってかなり一定に留まっている。例えば、０．５〜５．０メガヘルツの周波数でエネルギ流が中心電極２２を通して流れるときに、導電性被覆４０に接する絶縁体外側表面７２は或る電圧を有し、シェル内側表面３２は或る電圧を有し、これらの電圧間の相違は中心電極２２に印加される最大電圧の５％以下、または中心電極２２から接地金属シェル３０への全電圧降下の５％以下である。
【００４９】
コロナ点火装置２０は、図４に示されているように隙間２８、３０の一つに沿って導電性被覆４０を必要とするだけであるが、図５に示されているように隙間２８、３０の両方に沿って導電性被覆４０を付与することが特に有益である。両方の隙間２８、３０に沿って導電性被覆４０が配置される場合、コロナ点火装置２０は、中心電極２２から電極隙間２８、絶縁体３２およびシェル隙間３０を横切ってシェル３６まで徐々に一貫して減少する電圧を有する。さらに、電界は、中心電極２２から電極隙間２８、絶縁体３２およびシェル隙間３０を横切ってシェル３６までほぼ一定に留まる。導電性被覆４０はまた、コロナ点火装置２０内に見出される任意の他の空隙に沿っても与えられ得る。
【００５０】
導電性被覆４０は、空隙２８、３０を横切って、電気的連続性を与える。これは、電荷が空隙２８、３０内に含まれることを防止し、電気が空隙２８、３０を通して流れることを防止し、そしてイオン化されたガスおよびコロナ放電２４の形成を防止し、これらは絶縁体３２を横切って電極２２とシェル３６との間または電極２２とシリンダヘッド４８との間で導電性経路およびアーク放電を形成するかも知れないものである。したがって、コロナ点火装置２０は、他のコロナ点火装置に比べて、着火先端部５８においてより集中したコロナ放電２４を提供して、より確実な点火を提供する。
【００５１】
本発明のもう一つの態様は、コロナ点火装置２０を形成する方法を提供する。この方法はまず、中心電極２２、絶縁体３２およびシェル３６を準備することを含む。これらの部品を一緒に組立てる前に、方法は、絶縁体表面６４、７２に対して、隙間２８、３０の少なくとも一方、好ましくは隙間２８、３０の両方に沿って導電性被覆４０を付与することを含む。
【００５２】
導電性被覆４０が電極隙間２８に沿って配置されるとき、方法は絶縁体内側表面６４へ第１の導電性被覆４０を付与することを含み、電極表面２３によって生じる直径は絶縁体内側表面６４上の第１の導電性被覆４０によって生じる直径より小い。導電性被覆４０を付与した後、方法は絶縁体ボア内へ中心電極２２を挿入することを含み、電極は絶縁体内側表面６４上の導電性被覆４０の少なくとも一部に面しかつそれから電極隙間２８を横切る半径方向に隔てられる。第１の導電性被覆４０は電極頭部３４上に配置されてもよく、その位置において絶縁体内側表面６４に接触してもよい。
【００５３】
導電性被覆４０がシェル隙間３０に沿って付与されるとき、方法は絶縁体外側表面７２へ第２の導電性被覆４０を付与することを含み、絶縁体外側表面７２上の第２の導電性被覆４０によって生じる直径はシェル内側表面９４によって生じる直径より小さい。導電性被覆４０を付与した後、方法はシェル・ボア内へ絶縁体３２を挿入することを含み、絶縁体外側表面７２上の第２の導電性被覆４０はシェル内側表面９４の少なくとも一部に面しかつそれからシェル隙間３０を横切る半径方向に隔てられる。第２の導電性被覆４０は折返し縁部４２に近接して配置されてもよく。その位置でシェル内側表面９４に接してもよい。
【００５４】
一実施例において、方法は、シェル・ボア内のシェル座部９６上に内部シール３８を配置し、シェル隙間３０を生じるように内部シール３８上に絶縁体３２を配置する。そして方法は、絶縁体３２の周りにシェル３６を形成する。もう一つの実施例では、方法は絶縁体上側肩部７８上に内部シール３８を配置することを含み、折返し縁部４２を生じるように内部シール３８の周りで絶縁体の第１領域７４に向けて半径方向内側へシェル上端部４４を曲げることを含む。
【００５５】
変形例の方法によれば、導電性被覆４０は、絶縁体表面６４、７２に付与されてもよい。一実施例では、導電性被覆４０を付与するステップの少なくとも一つは、化学気相堆積、物理的気相堆積およびスパッタリングの少なくともう一つを含む。もう一つの実施例では、導電性被覆４０を付与するステップの少なくとも一つは、中間担体上に導電性材料を配置し、その導電性材料を中間担体から絶縁体表面６４、７２に転写して被覆することを含む。さらにもう一つの実施例では、その付与するステップの少なくとも一つは、導電性材料、ガラス粉末および液体の混合物を絶縁体表面６４、７２へ付与してその後の熱処理を含み、これは混合物を加熱して、液体を蒸発させて、絶縁体表面６４、７２へガラス粉末を融合させることを含む。
【００５６】
上述の教示に照らして、明らかに本発明の多くの部分的修正および改変が可能であり、添付の特許請求の範囲の範囲内ではあるが、上記具体的説明以外で実施されてもよい。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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