(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、焼結セラミック材料から形成される、コロナ点火装置。
【請求項２】
前記セラミック燃焼シールの前記焼結セラミック材料は、アルミナを含む、請求項１に記載のコロナ点火装置。
【請求項３】
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端および／または前記シェル下端近傍のシェル内表面から前記ギャップを横切って前記絶縁体まで連続延在し、
前記セラミック燃焼シールは、前記ギャップを気密に封止する、請求項１に記載のコロナ点火装置。
【請求項４】
前記シェルは、前記絶縁体に面するシェル内表面を含み、前記中心軸を垂直に横切って延在するシェル内径を有し、
前記シェル内径は、前記シェル下端の近傍で増加し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端近傍の前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置されている、請求項１に記載のコロナ点火装置。
【請求項５】
前記セラミック燃焼シールは、前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置された円筒部を含む、請求項４に記載のコロナ点火装置。
【請求項６】
コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記シェルは、前記絶縁体に面するシェル内表面を含み、前記中心軸を垂直に横切って延在するシェル内径を有し、
前記シェル内径は、前記シェル下端の近傍で増加し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端近傍の前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置され、
前記セラミック燃焼シールは、前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置された円筒部を含み、
前記セラミック燃焼シールは、前記増加したシェル内径に沿って前記ギャップ内に配置された前記円筒部を含むブッシュであり、
前記ブッシュは、前記シェル下端に沿って前記円筒部から外側に延在する凸縁部を含む、コロナ点火装置。
【請求項７】
コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端に沿って配置されたリングを含む、コロナ点火装置。
【請求項８】
コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、ガラス材料またはガラスとセラミックとの混合物によって前記絶縁体と前記シェルとのうち少なくとも一方に接着される、コロナ点火装置。
【請求項９】
コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェルにろう接される、コロナ点火装置。
【請求項１０】
前記絶縁体は、前記中心軸を垂直に横切って延在する絶縁体外径を有する絶縁体外表面を備え、
前記絶縁体外表面は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端まで長手方向に延在し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体ノーズ端に向かって減少することによって、絶縁体下方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体上端に向かって前記絶縁体下方肩部から離れた位置で減少することによって、絶縁体上方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体ノーズ領域に沿って、前記絶縁体ノーズ端に向って漸減し、
前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体ノーズ端との間の前記絶縁体外径は、前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体上方肩部との間の前記絶縁体外径よりも小さく、
前記シェル上端は、前記絶縁体上方肩部上に配置され、
前記セラミック燃焼シールは、前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体ノーズ領域との間の前記絶縁体外表面の一部に沿って配置される、請求項１に記載のコロナ点火装置。
【請求項１１】
前記コロナ点火装置は、前記ギャップ内に配置され、前記絶縁体と前記シェルとの間に圧縮されている少なくとも１つの共形要素を含み、
前記共形要素は、長手方向に沿って前記セラミック燃焼シールから離間される、請求項１記載のコロナ点火装置。
【請求項１２】
前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップの少なくとも一部を充填する充填材料を含む、請求項１に記載のコロナ点火装置。
【請求項１３】
コロナ点火装置であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極と、
金属から形成され、前記中心電極を囲み、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルと、
前記中心電極と前記シェルとの間に配置された絶縁体と、
前記絶縁体は、前記中心軸に沿って長手方向に延在しており、前記シェル下端の外側に延在する絶縁体ノーズ領域を含み、
前記絶縁体と前記シェルとは、両者の間にギャップを形成し、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
セラミック燃焼シールが、前記絶縁体と前記シェルとの間の前記ギャップを封止し、
前記中心電極は、前記中心軸に沿って終端から点火端まで長手方向に延在するように配置され、
前記中心電極の前記点火端は、前記絶縁体ノーズ領域の軸方向外側に配置されたコロナ増強先端を含み、前記中心軸から径方向外側にそれぞれ延在する複数のプロングを有し、
前記絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ領域まで長手方向に延在し、前記絶縁体ノーズ領域は、前記絶縁体ノーズ端に隣接し、
前記絶縁体は、前記中心電極を受入れる内腔を囲みかつ前記絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端まで長手方向に延在する絶縁体内表面を備え、
前記絶縁体は、前記中心軸を垂直に横切って延在する絶縁体外径を有する絶縁体外表面を備え、
前記絶縁体外表面は、前記絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端まで長手方向に延在し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体ノーズ端に向かって減少することによって、絶縁体下方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体の一部に沿って前記絶縁体上端に向かって前記絶縁体下方肩部から離れた位置で減少することによって、絶縁体上方肩部を形成し、
前記絶縁体外径は、前記絶縁体ノーズ領域に沿って、前記絶縁体ノーズ端に向って漸減し、
前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体ノーズ端との間の前記絶縁体外径は、前記絶縁体下方肩部と前記絶縁体上方肩部との間の前記絶縁体外径よりも小さく、
前記絶縁体上方肩部は、前記シェル上端と係合し、
前記絶縁体は、アルミナから形成され、
前記中心電極は、導電性シールによって前記絶縁体内表面に固定され、
前記シェルは、前記絶縁体外表面を囲みかつ前記絶縁体外表面に面するシェル外表面と、前記絶縁体外表面から離れて前記絶縁体外表面に面するシェル内表面とを備え、
前記シェル内表面と前記シェル外表面とは、前記中心軸に沿って前記シェル上端から前記シェル下端まで長手方向に延在し、
前記シェル内表面は、前記中心電極を受入れる内腔と、前記中心軸を垂直に横切って延在するシェル内径とを形成し、
前記シェル内径は、前記シェルの長さに沿って、前記絶縁体外径よりも大きく、
前記絶縁体と前記シェルとの間のギャップは、前記中心軸に対して、前記絶縁体外表面から前記シェル内表面まで径方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間のギャップは、前記中心軸に沿って前記絶縁体下方肩部から前記シェル下端まで長手方向に延在し、
少なくとも１つの共形要素が、前記ギャップに配置され、前記絶縁体外表面と前記シェル内表面との間に圧縮され、前記セラミック燃焼シールから長手方向に離間され、
前記少なくとも１つの共形要素は、前記セラミック燃焼シールから長手方向に離間された位置で前記ギャップを封止し、
前記少なくとも１つの共形要素のうち１つは、前記絶縁体下方肩部と前記シェル内表面との間に配置され、
前記少なくとも１つの共形要素のうち１つは、金属、ゴム材料またはプラスチック材料から形成されたガスケットであり、
充填材料が、前記セラミック燃焼シールと前記共形要素との間の前記ギャップに配置され、
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端および／または前記シェル下端近傍のシェル内表面から前記ギャップを横切って前記絶縁体まで連続延在し、前記ギャップを気密に封止し、
前記セラミック燃焼シールは、焼結セラミック材料から形成され、
前記セラミック燃焼シールの前記焼結セラミック材料は、アルミナを含み、
前記セラミック燃焼シールは、ブッシュ、円筒またはリングとして形成され、
前記セラミック燃焼シールは、ガラス材料またはガラスとセラミックとの混合物によって前記絶縁体と前記シェルとのうち少なくとも一方に接着される、コロナ点火装置。
【請求項１４】
前記セラミック燃焼シールは、前記シェル下端に沿ってまたは隣接して配置された円筒、ブッシュまたはリングを含む、請求項１３に記載のコロナ点火装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの共形要素のうち１つは、前記絶縁体上方肩部と前記シェル内表面との間に圧縮されている、請求項１３に記載のコロナ点火装置。
【請求項１６】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を形成する工程と、
前記中心電極を絶縁体の内腔に配置する工程とを備え、前記絶縁体は、中心軸に沿って長手方向に延在しており、絶縁ノーズ領域を含み、
金属から形成され、シェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルを用いて、前記絶縁体ノーズ領域が前記シェル下端の外側に延在し、前記絶縁体と前記シェルとが両者の間にギャップを形成するように、絶縁体を囲む工程とを備え、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間に焼結セラミック材料から構成されるセラミック燃焼シールを配置することにより、前記ギャップを封止する工程を備える、方法。
【請求項１７】
前記シェル上端を通って前記絶縁体ノーズ領域を前記シェルの内腔に挿入する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を形成する工程と、
前記中心電極を絶縁体の内腔に配置する工程とを備え、前記絶縁体は、中心軸に沿って長手方向に延在しており、絶縁ノーズ領域を含み、
金属から形成され、シェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルを用いて、前記絶縁体ノーズ領域が前記シェル下端の外側に延在し、前記絶縁体と前記シェルとが両者の間にギャップを形成するように、絶縁体を囲む工程とを備え、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間にセラミック燃焼シールを配置することにより、前記ギャップを封止する工程を備え、
前記封止する工程は、ガラス材料またはガラスとセラミックとの混合物を用いて、前記セラミック燃焼シールを前記絶縁体と前記シェルとのうち少なくとも一方に接着するステップを含む、方法。
【請求項１９】
コロナ点火装置を形成する方法であって、
高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を形成する工程と、
前記中心電極を絶縁体の内腔に配置する工程とを備え、前記絶縁体は、中心軸に沿って長手方向に延在しており、絶縁ノーズ領域を含み、
金属から形成され、シェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルを用いて、前記絶縁体ノーズ領域が前記シェル下端の外側に延在し、前記絶縁体と前記シェルとが両者の間にギャップを形成するように、絶縁体を囲む工程とを備え、前記ギャップは、前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記絶縁体と前記シェルとの間にセラミック燃焼シールを配置することにより、前記ギャップを封止する工程を備え、
前記封止する工程は、前記セラミック燃焼シールを前記シェルにろう接するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１３年５月３日に提出された米国仮出願シリアル番号第６１／８１９０９８号に基づく優先権の利益を主張し、その開示の全体が本願の開示の一部とみなされ、引用により本明細書中に援用される。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本発明は、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するためのコロナ点火装置、および点火装置を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術
コロナ点火システムは、高周波の高電圧電位に帯電させられ、燃焼室に強力な高周波電場を発生する中心電極を有する点火装置を含む。この電場は、燃焼室内の燃料空気混合物の一部を電離し、絶縁破壊を開始することにより、燃料空気混合物の燃焼を促進する。好ましくは、電場は、燃料空気混合物が誘電特性を維持しながら、非熱プラズマとも呼ばれるコロナ放電を生成するように制御される。燃料空気混合物の電離された部分は火炎前面を形成して、その後、火炎前面が自立となり、燃料空気混合物の残り部分を燃焼させる。好ましくは、電場は、燃料空気混合物がすべての誘電特性を失わないように制御される。これによって、電極と、接地したシリンダ壁、ピストンまたは点火装置の他の部分との間に、熱プラズマおよび電気アークが生成される。コロナ放電点火システムの例は、Freenに付与された米国特許第６８８３５０７号に開示されている。
【０００４】
コロナ点火装置は通常、導電性材料から形成され、高周波高電圧を受け、高周波電場を燃焼室内に出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を含む。電極は、一般的に、電場を出射する高電圧コロナ増強電極先端を含む。電気絶縁材料から形成された絶縁体が、中心電極の周囲に配置されている。また、点火装置は、中心電極と絶縁体とを収容する金属シェルを含む。しかしながら、点火装置は、中心電極の点火末端に近接して意図的に配置された接地の電極要素を一切含まない。代わりに、接地は、好ましくは、点火システムのシリンダ壁またはピストンによって提供される。コロナ点火装置の例は、Lykowskiらによる米国特許出願公開第２０１２／０２１０９６８号に開示されている。
【０００５】
特許出願公開第２０１２／０２１０９６８号の図１に示されたように、金属ガスケットは、シェルと絶縁体との折返し領域に沿った封止を形成する。しかしながら、時間の経過とともに、機械応力および熱応力がガスケットを摩損する。よって、ガスケットは、点火装置の全使用寿命に亘って気密封止を確保することができない。また、金属ガスケットは、空気がシェルの底部開口を通ってシェルと絶縁体との間のギャップに進入することを防げないため、ギャップにコロナ放電の形成をもたらすことができる。ギャップにコロナ放電の形成を防ぐために、樹脂などの充填材料をシェルと絶縁体との間に配置することができる。しかしながら、充填材料は、エンジン運転中に、過酷な条件に曝されるため、経時的に劣化する傾向がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
本発明の一局面は、中心電極と、絶縁体と、金属シェルとを含むコロナ点火装置を提供する。中央電極は、高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成する。シェルは、金属から形成され、中心電極を囲む。また、シェルは、中心軸に沿ってシェル上端からシェル下端まで長手方向に延在する。絶縁体とシェルとは、両者の間に中心軸に沿って長手方向に延在するギャップを形成する。セラミック燃焼シールは、絶縁体とシェルとの間のギャップを封止する。
【０００７】
本発明の別の局面は、コロナ点火装置を形成する方法を提供する。この方法は、高周波電圧を受け、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するための中心電極を形成する工程を含む。また、方法は、中心電極を絶縁体の内腔に配置する工程を含む。絶縁体は、中心軸に沿って長手方向に延在しており、絶縁ノーズ領域を含む。さらに、この方法は、金属から形成され、シェル上端からシェル下端まで長手方向に延在するシェルを用いて、絶縁体ノーズ領域がシェル下端の外側に延在し、絶縁体とシェルとが両者の間にギャップを形成するように、絶縁体を囲む工程を含む。ギャップは、中心軸に沿って長手方向に延在する。また、この方法は、絶縁体とシェルとの間にセラミック燃焼シールを配置することにより、ギャップを封止する工程を含む。
【０００８】
セラミック燃焼シールは、燃焼ガスからギャップを保護し、また、ギャップに配置され得る任意の充填材料を保護する。また、セラミック燃焼シールは、耐久性があり、著しい機械応力または熱応力を引起さないため、コロナ点火装置の使用寿命に亘って良好に動作可能である。
【０００９】
添付の図面に関連して以下の詳細な説明を参照することによく理解されるように、この発明の他の利点は、簡単に理解できるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態に従って、ブッシュの形にしたセラミック燃焼シールを含むコロナ点火装置を示す断面図である。
【図１Ａ】絶縁体とシェルとの間のセラミック燃焼シールを示す図１の一部の拡大図である。
【図２】別の例示的な実施形態に従って、円筒の形にしたセラミック燃焼シールを含むコロナ点火装置を示す断面図である。
【図２Ａ】絶縁体とシェルとの間のセラミック燃焼シールを示す図２の一部の拡大図である。
【図３】別の例示的な実施形態に従って、リングの形にしたセラミック燃焼シールを含むコロナ点火装置を示す断面図である。
【図３Ａ】絶縁体とシェルとの間のセラミック燃焼シールを示す図３の一部の拡大図である。
【図４】別の例示的な実施形態に従って、シェル下端に沿って配置されたセラミック燃焼シールを含むコロナ点火装置を示す断面図である。
【図４Ａ】絶縁体とシェルとの間のセラミック燃焼シールを示す図４の一部の拡大図である。
【図５】別の例示的な実施形態に従って、セラミック燃焼シールを金属シェルと絶縁体との間に装着する前のコロナ点火装置を示す断面図である。
【図６】別の例示的な実施形態に従って、図１〜５の絶縁体と異なる設計の絶縁体と、ブッシュの形にしたセラミック燃焼シールとを含むコロナ点火装置を示す断面図である。
【図７】絶縁体の溝に配置され、ギャップを封止するために絶縁体および金属シェルにろう接された銅製リングを含む比較例のコロナ点火装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明
本発明に係るコロナ点火装置２０の例示的な実施形態は、図１〜６に示され、比較例のコロナ点火装置は、図７に示されている。コロナ点火装置２０は、高無線周波数の電圧を受けるための中央電極２２と、中心電極２２を囲む絶縁体２４と、絶縁体２４を囲む金属シェル２６とを含む。中心電極２２は、高周波電場を出射することによって、燃料空気混合物を電離し、コロナ放電を形成するためのコロナ増強先端２８を含む。セラミック燃焼シール３０は、絶縁体２４を金属シェル２６に取付け、絶縁体２４と金属シェル２６との間のギャップ３２を気密に封止する。セラミック燃焼シール３０は、コロナ点火装置２０の性能または使用寿命に不良影響を与え得る燃焼ガスがギャップ３２に進入することを防ぐ。また、セラミック燃焼シール３０は、ギャップ３２内に配置され得る任意の充填材料３４を保護する。
【００１２】
コロナ点火装置２０の中心電極２２は、高周波電圧、一般的に２０〜７５ＫＶの範囲のピーク間電圧を受けるために、導電性材料から形成される。また、中心電極２２は、一般的に０．９〜１．１ＭＨｚの範囲の高周波電場を出射する。中心電極２２は、中心軸Ａに沿って終端３６から電極点火端３８まで長手方向に延在する。中心電極２２は、一般的に電極点火端３８に設けられたコロナ増強先端２８を含む。図１〜６に示すように、先端２８は、たとえば、複数のプロングを含む。
【００１３】
コロナ点火装置２０の絶縁体２４は、アルミナなどの電気絶縁材料から形成される。絶縁体２４は、内腔を囲み、中心電極２２を収容し、中心軸Ａに沿って絶縁体上端４２から絶縁体ノーズ端４４まで長手方向に延在する絶縁体内表面４０を含む。一般的には、シールを用いて、中央電極２２と電気接触子とを絶縁体２４の内腔に固定する。また、絶縁体２４は、絶縁体外径Ｄｉを形成し、絶縁体上端４２から絶縁体ノーズ端４４まで長手方向に延在する絶縁体外表面４６を含む。図１〜６に示すように、絶縁体２４は、絶縁体ノーズ領域４８を含み、絶縁体外径Ｄｉは、絶縁体ノーズ領域４８に沿って絶縁体ノーズ端４４に向って漸減する。一般的には、電極点火端３８は、絶縁体ノーズ端４４の外側に配置される。図１〜６の実施形態における絶縁体外表面４６は、図７に示された比較例の点火装置の絶縁体のように、セラミック燃焼シール３０を保持するための応力集中部としての溝を含んでいない。
【００１４】
図１〜６の例示的な実施形態において、絶縁体外径Ｄｉは、絶縁体２４の一部に沿って絶縁体ノーズ端４４に向かって減少することによって、絶縁体下方肩部４９を形成し、絶縁体２４の一部に沿って絶縁体上端４２に向かって絶縁体下方肩部４９から離れた位置で減少することによって、絶縁体上方肩部６２を形成する。図１〜５の実施形態において、絶縁体外径Ｄｉは、絶縁体２４の一部に沿って絶縁体下方肩部４９と絶縁体ノーズ領域４８との間に一定である。しかしながら、代替的には、絶縁体外径Ｄｉは、絶縁体２４の一部に沿って絶縁体下方肩部４９と絶縁体ノーズ領域４８との間に変化してもよい。図６の実施形態において、絶縁体外径Ｄｉは、絶縁体ノーズ領域４８に向かって減少することによって、第２の絶縁体下方肩部４９を形成する。第２の絶縁体下方肩部４９と絶縁体ノーズ端４４との間の絶縁体外径Ｄｉは、一般的には、絶縁体下方肩部４９と絶縁体上方肩部６２との間の絶縁体外径Ｄｉよりも小さい。一般的には、絶縁体外径Ｄｉは、絶縁体ノーズ領域４８に沿って絶縁体ノーズ端４４まで漸減する。
【００１５】
シェル２６は、鋼などの金属材料から形成され、絶縁体２４の少なくとも一部を囲む。シェル２６は、中心軸Ａに沿ってシェル上端５０からシェル下端５２まで延在する。シェル２６は、シェル外表面５４とシェル内表面５６とを備える。シェル内表面５６は、中心軸Ａに面しており、絶縁体外表面４６に沿ってシェル上端５０からシェル下端５２まで延在する。シェル内表面５６は、中心軸Ａを囲む内腔と、中心軸Ａを垂直に横切って延在するシェル内径Ｄｓとを形成する。また、シェル内表面５６は、肩部４９および６２と係合するための肩部を形成する。図６の実施形態において、シェル２６は、２つの絶縁体下方肩部４９のうち一番低い肩部と係合するための内側リブ６４を含む。シェル内径Ｄｓは、コロナ点火装置２０を順方向に組立てることができるように、一般的に絶縁体上端４２から絶縁体ノーズ端４４までの絶縁体２４の全長に沿って、絶縁体外径Ｄｉ以上である。用語「順方向に組立てる」とは、シェル下端部５２ではなくシェル上端部５０を通って、絶縁体ノーズ端４４をシェル内腔に挿入することを意味する。しかしながら、代替的な実施形態において、絶縁体２４の長さの一部に沿って、絶縁体外径Ｄｉ以下であり、よって、コロナ点火装置２０を逆方向に組立てる。用語「逆方向に組立てる」とは、シェル下端部５２を通って、絶縁体ノーズ端４４をシェル内腔に挿入することを意味する。図１〜６の実施形態は、順方向に組立てられたコロナ点火装置２０を示しており、絶縁体ノーズ領域４８がシェル下端５２の外側に延在している。しかしながら、本発明は、逆方向に組立てられたコロナ点火装置または他の設計を有する点火装置とともに、使用されることができる。図１〜５の例示的な実施形態において、シェル２６は、絶縁体２４の肩部４９、６２の周りに形成され、シェル上端５０は、絶縁体上方肩部６２上に位置する。図６の実施形態において、シェル上端５０は、絶縁体上端４２を越えて長手方向に延在する。
【００１６】
絶縁体２４とシェル２６との間にギャップ３２は、一般的に中心軸Ａに沿って、シェル下端５２から点火装置２０の折返し領域に隣接する絶縁体下方肩部４９まで長手方向に延在する。また、ギャップ３２は、中心軸Ａに対して、絶縁体外表面４６からシェル内表面５６まで径方向外側に延在する。図１および図２の実施形態において、シェル内径Ｄｓは、シェル下端５２の近傍で増加することによって、ギャップ３２の一部を増加する。ギャップ３２の増加された部分は、セラミック燃焼シール３０を保持している。
【００１７】
銅または焼鈍鋼もしくはプラスチック材料またはゴム材料から形成された軟質金属ガスケットのような共形要素５８を金属シェル２６と絶縁体２４との間で圧縮することによって、コロナ点火装置２０に安定性を与えることができる。共形要素５８は、セラミック燃焼シール３０から長手方向に離間された位置に配置されている。よって、共形要素５８は、絶縁体２４とシェル２６との間に別のシールを形成し、ギャップ３２の端部を塞ぐ。図１〜６は、絶縁体２４の肩部４９、６２と金属シェル２６との間に配置されたガスケットの形にした共形要素５８を示している。図１〜５において、ガスケットは、絶縁体下方肩部４９と金属シェル２６との間に配置される。また、図５は、絶縁体上方肩部６２とシェル上端５０との間に配置された第２のガスケットを示している。図６において、ガスケットは、絶縁体上方肩部６２と金属シェル２６との間しか配置されていない。
【００１８】
絶縁体２４を金属シェル２６内に配置したら、絶縁体外表面４６とシェル内表面５６との間にギャップ３２が形成される。エンジン運転中に、燃焼室からの空気または他のガスがギャップ３２に進入し、ギャップ３２においてコロナ放電を形成してしまい、電極点火端３８におけるコロナ放電の強度を低下するため、このギャップ３２は、望ましくない。図３Ａおよび図４Ａに示されたように、多くの場合、充填材料３４をギャップ３２に充填することによって、コロナ放電の形成を防ぐ。しかしながら、充填材料３４は、燃焼ガスに曝されると、経時的に劣化することができる。
【００１９】
図１〜６に示されたように、セラミック燃焼シール３０をシェル２６と絶縁体２４との間のギャップ３２に沿って配置することによって、空気がギャップ３２に進入することを防ぐまたは燃焼ガスから充填材料３４を保護する。セラミック燃焼シール３０は、金属シェル２６から絶縁体外表面４６まで連続して延在するため、絶縁体２４とシェル２６との間に気密封止を形成する。図１〜６に示されたように、好ましくは、セラミック燃焼シール３０は、シェル下端５２からまたはシェル下端５２に隣接するシェル内表面５６から、絶縁体ノーズ領域４８に隣接する絶縁体外表面４６まで延在する。セラミック燃焼シール３０は、アルミナのような焼結セラミック材料から形成される。セラミック燃焼シールは、絶縁体の形成材料と同一または異なる焼結セラミック材料から形成されることができる。また、セラミック燃焼シール３０は、好ましくは、中空ではないブッシュ、円筒またはリングなどの耐久性を有する要素であるが、さまざまな異なる形状を有してもよい。シェル２６および絶縁体２４と係合するセラミック燃焼シール３０の外表面は、一般的に平坦であり、絶縁体２４および／またはシェル２６の平坦面４６、５２、５６と係合する。
【００２０】
セラミック燃焼シール３０は、まず、ギャップ３２に沿って配置され、その後、絶縁体２４およびシェル２６に取付けられる。図１Ａおよび２Ａに示されたように、一般的には、ガラス材料またはガラス／セラミック混合物６０を用いて、セラミック燃焼シール３０を絶縁体２４およびシェル２６に接着する。ガラス材料は、本質的にガラスからなり、ガラス／セラミック混合物は、任意割合のガラスおよびセラミックの混合物を含む。しかしながら、別の実施形態において、図３Ａおよび４Ａに示されたように、セラミック燃焼シール３０は、金属シェル２６にろう接された後、ガラス材料またはガラス／セラミック混合物６０を用いて絶縁体２４に取付けられる。
【００２１】
図１および図１Ａの実施形態において、セラミック燃焼シール３０は、絶縁体２４とシェル２６との間に配置されたブッシュである。シェル内径Ｄｓは、シェル下端５２の近傍で増加するため、シェル内表面５６は、ブッシュを収容するための溝を形成する。ブッシュは、シェル内表面５６の増加したシェル内径Ｄｓを有する部分に沿って配置された円筒部を含む。また、ブッシュは、シェル下端５２に沿って円筒部からシェル外表面５４まで外側に延在する凸縁部を含む。このブッシュの円筒部と凸縁部は、絶縁体外表面４６に沿って延在し、絶縁体ノーズ領域４８と直接隣接する。
【００２２】
図２および図２Ａの実施形態において、セラミック燃焼シール３０は、ギャップ３２内に配置された円筒である。同様に、シェル内表面５６は、増加したシェル内径Ｄｓを有し、円筒は、増加したシェル内径Ｄｓに沿って配置される。円筒は、シェル内表面５６に沿って、シェル下端５２をわずかに越えて延在するが、シェル下端５２に沿って延在しない。また、円筒は、絶縁体外表面４６に沿って延在し、絶縁体ノーズ領域４８と直接隣接する。
【００２３】
図３および図３Ａの実施形態において、セラミック燃焼シール３０は、ギャップ３２内に配置されたリングである。このリングは、長方形の断面を有する。本実施形態において、シェル内表面５６は、溝を有しない。その代わりに、リングは、シェル下端５２に沿って、シェル外表面５４から絶縁体ノーズ領域４８に隣接す絶縁体外表面４６まで延在する。また、図３および図３Ａの実施形態において、充填材料３４は、絶縁体２４とシェル２６との間のギャップ３２内に配置される。
【００２４】
図４および図４Ａの実施形態において、同様に、セラミック燃焼シール３０は、シェル下端５２に沿って、シェル外表面５４から絶縁体外表面４６まで延在しており、充填材料３４は、絶縁体２４とシェル２６との間のギャップ３２内に配置されている。しかしながら、本実施形態において、セラミック燃焼シール３０は、三角形の断面を有する。
【００２５】
本発明の別の局面は、コロナ点火装置２０を形成する方法を提供する。方法は、順方向組立プロセスまたは逆方向組立プロセスのいずれかを用いて、中心電極２２を絶縁体２４に配置する工程と、絶縁体２４を金属シェル２６に配置する工程とを含む。方法は、さらに、アルミナなどの焼結セラミック材料からセラミック燃焼シール３０を形成する工程を含む。セラミック燃焼シール３０は、好ましくは、ブッシュ、円筒またはリングであるが、さまざまな異なる形状を有してもよい。図５は、セラミック燃焼シール３０を絶縁体２４とシェル２６との間に装着する前のコロナ点火装置２０を示している。
【００２６】
次に、この方法は、ギャップ３２に沿ってセラミック燃焼シール３０を配置する工程と、絶縁体２４とシェル２６との間に気密封止を形成するために、セラミック燃焼シール３０をシェル２６に取付ける工程とを含む。取付ける工程は、一般的に、ガラス材料またはガラス／セラミック混合物６０を用いて、セラミック燃焼シール３０を絶縁体２４およびシェル２６に接着する工程を含む。別の実施形態において、方法は、セラミック燃焼シール３０を金属シェル２６にろう接する工程と、ガラス材料またはガラス／セラミック混合物６０を用いて、セラミック燃焼シール３０を絶縁体２４に接着する工程を含む。
【００２７】
図７は、比較例のコロナ点火装置１２０を示している。比較例のコロナ点火装置１２０は、絶縁体１２４とシェル１２６との間にシールを形成するために、絶縁体ノーズ領域１４８に隣接する絶縁体１２４の溝内に配置された銅製リング１３０を備える。しかしながら、絶縁体１２４に設けられた溝は、集中した大きな応力を生成するため、時間の経過とともに、絶縁体１２４に亀裂を引き起こす可能性がある。従来では、固体ガラス充填剤を用いて、点火装置の絶縁体とシェルとの間のギャップを封止してきたが、固体ガラス充填剤は、燃焼ガスに曝されると、経時的に腐食する傾向がある。
【００２８】
本発明のセラミック燃焼シール３０を備えたコロナ点火装置２０は、他の成分を用いて絶縁体とシェルとの間のギャップを封止する点火装置に比べて、コロナ点火装置２０の使用寿命に亘ってより良好に機能することが期待される。セラミック燃焼シール３０は、耐久性があり、著しい機械応力または熱応力を引起さないため、コロナ点火装置の使用寿命に亘って良好に動作可能である。
【００２９】
明らかに、本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、特許請求の範囲に具体的に説明した以外の方法で実施することができる。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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