專利名稱：用于車輛點火系統(tǒng)的超額需求電壓釋放火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛點火系統(tǒng)，其中火花塞被構(gòu)造為釋放超額需求電壓。
背景技術(shù)：
火花塞通常具有與點火系統(tǒng)連接的中心電極以及與中心電極分開而形成間隙的 側(cè)電極。中心電極被陶瓷絕緣體環(huán)繞。當(dāng)由點火線圈產(chǎn)生的電壓導(dǎo)致電子流向中心電極時， 則在中心電極和側(cè)電極之間產(chǎn)生壓差。在所述間隙內(nèi)的空氣和氣體作為絕緣體，在電壓超 過間隙中氣體的介電強度之前阻礙從中心電極到側(cè)電極的電壓流，而之后則允許電子流過 間隙從而導(dǎo)致氣體相互反應(yīng)而燃燒。電子流過間隙所達(dá)到的電壓被稱為需求電壓。如果一種絕緣物體，例如水、油或碎屑，位于間隙中或者覆蓋間隙處的電極或反電 極，則需求電壓上升。需求電壓可以上升至高達(dá)超過陶瓷絕緣體的介電強度并使得陶瓷絕 緣體變成碎片。陶瓷碎片可以劃傷氣缸膛并允許燃油通過活塞環(huán)而泄漏，從而導(dǎo)致過度的 燃油消耗。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種車輛點火系統(tǒng)，其緩解了與火花塞所需的超額電壓需求相關(guān)聯(lián)的問題。 點火系統(tǒng)包括具有電極和電壓釋放零件的火花塞，電壓釋放零件可操作地連接于電極。電 壓釋放零件可操作以在預(yù)定電壓下從電極釋放電流。在一個實施例中，電壓釋放零件是壓敏電阻，其被構(gòu)造為當(dāng)中心電極的電壓到達(dá) 預(yù)定電壓時釋放電流，該預(yù)定電壓低于環(huán)繞中心電極的陶瓷絕緣體的介電強度。壓敏電阻 可以被置于陶瓷絕緣體中、點火線圈中或點火線圈和火花塞中間的火花塞線中。在另一個實施例中，電壓釋放零件是絕緣體的減薄部分。減薄部分可以完全地或 者僅部分地約束電極。減薄部分用以局部化和控制絕緣體響應(yīng)于超額需求電壓而擊穿的區(qū) 域。當(dāng)絕緣體擊穿時，電壓在擊穿的減薄部分從中心電極向環(huán)繞絕緣體的金屬外殼釋放，金 屬外殼作為接地電極產(chǎn)生作用。減薄部分包圍在金屬外殼中并被絕緣體的其他部分(未擊 穿)包圍；這樣就沒有陶瓷碎片從火花塞中跑出來。通過控制減薄部分的厚度，可以控制在 多少電壓下進(jìn)行釋放。在另一個實施例中，電壓釋放零件是陶瓷絕緣體的一部分，其具有低于絕緣體其 他部分介電強度的介電常數(shù)的陶瓷屬性。這樣，電壓釋放將會在電壓釋放零件處發(fā)生。通過 控制介電強度，可以控制在多少電壓水平進(jìn)行釋放并避免了絕緣體其他部分的陶瓷失效。 陶瓷絕緣體的電壓釋放零件部分被絕緣體的其他部分以及金屬外殼所環(huán)繞。這樣，如果絕 緣體在電壓釋放零件處被擊穿，正如所設(shè)計的，沒有陶瓷碎片從火花塞中跑出來，因此阻止 了相關(guān)聯(lián)的發(fā)動機損傷以及燃油消耗。通過阻止由超額需求電壓導(dǎo)致的陶瓷碎片，點火系統(tǒng)保護(hù)了火花塞陶瓷的結(jié)構(gòu)完 整并減少了燃油消耗。電壓釋放零件的各種不同實施例都是針對超額需求電壓問題的基于 結(jié)構(gòu)的解決方案。對于控制器不需要改變。無需一種成本更高、帶火花塞電壓反饋以阻止超額電壓需求的的軟件控制系統(tǒng)。事實上，無需軟件的改變。本發(fā)明以上特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點通過以下對實施本發(fā)明最優(yōu)實施例 的具體說明，結(jié)合相應(yīng)的附圖是顯而易見的。本發(fā)明還提供了如下方案。方案1. 一種車輛點火系統(tǒng)，包括 具有電極的火花塞；以及
電壓釋放零件，其可操作地連接于所述電極并可操作以在預(yù)定電壓下從所述電極釋放 電流。方案2.根據(jù)方案1所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述火花塞具有圍繞所述電極的絕 緣體；并且其中所述電壓釋放零件是壓敏電阻，該壓敏電阻被構(gòu)造為在低于所述絕緣體介 電強度的預(yù)定電壓下釋放電流。方案3.根據(jù)方案2所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述電壓釋放零件被置于所述絕 緣體內(nèi)。方案4.根據(jù)方案2所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述車輛點火系統(tǒng)具有點火線圈 組件，該點火線圈組件可操作以在火花塞上產(chǎn)生電壓，并且其中所述電壓釋放零件被置于 所述點火線圈組件中。方案5.根據(jù)方案2所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述車輛點火系統(tǒng)具有點火線圈 和火花塞線，火花塞線從所述點火線圈弓I至所述火花塞；并且其中所述電壓釋放零件被置 于所述火花塞線中。方案6.根據(jù)方案1所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述火花塞具有絕緣體并且所述 電壓釋放零件是所述絕緣體中的減薄部分。方案7.根據(jù)方案1所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述火花塞具有絕緣體，該絕緣體 具有第一部分和第二部分，第一部分的特征是具有第一介電強度的陶瓷屬性，第二部分的 特征是具有低于第一介電強度的第二介電強度的陶瓷屬性；并且其中所述電壓釋放零件是 所述第二部分。方案8. —種車輛點火系統(tǒng)，包括 火花塞，其具有
電極；
陶瓷絕緣體，其環(huán)繞所述電極；以及
電壓釋放零件，其在所述陶瓷絕緣體內(nèi)并可操作以在預(yù)定電壓下從所述電極釋放電流。方案9.根據(jù)方案8所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述電壓釋放零件是所述絕緣體 的減薄部分。方案10.根據(jù)方案8所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述電壓釋放零件是壓敏電阻。方案11.根據(jù)方案8所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述絕緣體具有第一部分和第二 部分，第一部分的特征是具有第一介電強度的陶瓷屬性，第二部分的特征是具有低于第一 介電強度的第二介電強度的陶瓷屬性；并且其中所述電壓釋放零件是所述第二部分。方案12. —種火花塞，包括 第一電極；絕緣體，其環(huán)繞所述第一電極；
第二電極，與所述第一電極間隔開而限定了間隙；以及
電壓釋放零件，其在所述絕緣體內(nèi)并可操作以當(dāng)在所述間隙內(nèi)有物體時在預(yù)定電壓下 從所述電極釋放電流。方案13.根據(jù)方案12所述的火花塞，其中所述電壓釋放零件是壓敏電阻。方案14.根據(jù)方案12所述的火花塞，其中所述絕緣體具有第一部分和第二部分， 第一部分的特征是具有第一介電強度的陶瓷屬性，第二部分的特征是具有低于第一介電強 度的第二介電強度的陶瓷屬性；并且其中所述電壓釋放零件是所述第二部分。


圖1是車輛點火系統(tǒng)示意說明圖，其具有安裝在發(fā)動機氣缸內(nèi)的具有電壓釋放零 件的火花塞；
圖2是圖1中其中一個火花塞的局部截面示意說明視圖3是用于圖1中點火系統(tǒng)中使用的火花塞的另一可選實施例的局部截面示意說明局 部視圖4是具有在點火線圈中的電壓釋放零件的另一可選車輛點火系統(tǒng)的示意說明圖； 圖5是具有在火花塞線中的電壓釋放零件的另一可選車輛點火系統(tǒng)的說明示意圖； 圖6是圖3中火花塞的立體說明示意圖7是用于圖1中點火系統(tǒng)中火花塞的另一可選實施例的立體說明示意圖。
具體實施例方式參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記代表相同的部件。圖1表示了一種車輛點火系統(tǒng) 10。車輛點火系統(tǒng)10包括點火線圈組件12。電壓通過來自于蓄電池(未示出)的電纜14而 施加并流過接地的晶體管16而到達(dá)第一線圈18。這樣創(chuàng)建一個電磁場，其感應(yīng)了第二線圈 20內(nèi)的電流。線圈18、20都包裹了一個鐵芯21，鐵芯21通過兩條平行線的符號來表示，本 領(lǐng)域技術(shù)人員是能夠理解的。第二線圈20提供通過電子部件21的電流，電子部件21以交 替方式分配電流通過火花塞線22到達(dá)火花塞24。只示出了兩條火花塞線22和火花塞24 ； 然而安裝于發(fā)動機的火花塞24可以具有四個或者更多?；鸹ㄈ?4安裝在發(fā)動機氣缸26 的頂部，氣缸26僅以虛線部分地顯示。車輛點火系統(tǒng)10是無分電器、二級電壓分配系統(tǒng)， 也被稱為廢火花系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員是能夠理解的。在所保護(hù)的發(fā)明范圍內(nèi)其他類型的 車輛點火系統(tǒng)可以被使用，例如機械分電器、線圈/氣缸、或高壓、固態(tài)開關(guān)系統(tǒng)。參考附圖2，描述了用于圖1點火系統(tǒng)10中使用的火花塞24的一個實施例?；鸹?塞24具有連接于圖1中火花塞線22的中心電極28。反電極30與中心電極28間隔而限定 了它們之間的間隙32。反電極30接地于火花塞24外部的金屬外殼34。金屬外殼34具有 螺紋部分36以旋入氣缸26的頂部開口(見圖1)。密封墊38將火花塞24密封到氣缸26。陶瓷絕緣體40環(huán)繞中心電極28而將中心電極28與火花塞24的其他部分電隔離， 因此當(dāng)在中心電極28和反電極30之間建立預(yù)定電壓時，電流將僅通過間隙32而離開中心 電極28，從而在間隙32中制造出火花。然而，如果油、水或碎屑位于間隙32中，中心電極 28和反電極30之間的壓差將會上升到超過了用于在間隙32中制造電火花的電壓的水平。該壓差可以超過陶瓷絕緣體40的介電強度。在典型的火花塞中，這能夠?qū)е乱徊糠挚拷?極28尖端的陶瓷絕緣體成為碎片，潛在地?fù)p壞氣缸26并增加燃油消耗?；鸹ㄈ?4被構(gòu)造為在電極28、30之間發(fā)生不期望的高電壓時，防止陶瓷碎片。火 花塞24配備了電壓釋放零件42，其控制著電壓水平，在該電壓水平將超額電壓從火花塞24 釋放并且還控制在火花塞內(nèi)釋放超額電壓的位置。有幾種可選的電壓釋放零件42的實施 例，它們將實現(xiàn)這些目標(biāo)。在一個實施例中電壓釋放零件42是壓敏電阻，其被設(shè)計為在預(yù) 定的電壓水平具有電阻變化而從中心電極28釋放超額電壓。電子領(lǐng)域技術(shù)人員都能很好 地理解，壓敏電阻是依賴電壓的電阻，其分流由高壓產(chǎn)生的電流。在一定電壓范圍內(nèi)，壓敏 電阻具有高電阻并引導(dǎo)相對較小的電流。然而在預(yù)定的更高電壓下，壓敏電阻將具有相對 較低的電阻并允許明顯增加的電流流過壓敏電阻42而在金屬外殼34處接地，這樣釋放了 中心電極28的超額電壓。一種已知類型可用的壓敏電阻是金屬氧化物壓敏電阻。壓敏電 阻被設(shè)計為在預(yù)定電壓下(例如30kV)導(dǎo)致電阻變化。該預(yù)定電壓被選定為在陶瓷絕緣體 40的介電強度以下，因此電壓在絕緣體40的任何擊穿和擊碎之前被釋放?？蛇x地，電壓釋放零件42可以陶瓷絕緣體40的一部分(例如第二部分)，其被構(gòu)造 為比陶瓷絕緣體40的其他部分來說(例如第一部分)具有更低的介電強度。這可以通過設(shè) 計電壓釋放零件為比陶瓷絕緣體的其他部分具有更多的氣泡而實現(xiàn)，從而電壓釋放零件比 絕緣體40的其他部分將具有更好的導(dǎo)電性，以此在絕緣體40的任何部分擊穿之前釋放超 額電壓?？蛇x地，電壓釋放零件40可以是絕緣體40的一部分，其比絕緣體40的其他部分 具有導(dǎo)電性更好的材料粒子(即比絕緣體40的其他部分具有更低的介電強度)，例如通過添 加半導(dǎo)體粒子實現(xiàn)并因此從中心電極28釋放電壓。圖2中，能夠明顯地看到電壓釋放零件 42位于被陶瓷絕緣體40的其他部分和金屬外殼34包圍的位置。這樣，電壓的釋放被控制 在火花塞24內(nèi)部的位置，使得不允許陶瓷碎片進(jìn)入氣缸26，如果在本實施例中形成電壓釋 放零件42陶瓷材料的部分被擊穿的話。參考圖3，描述了火花塞124中電壓釋放零件142的另一個實施例?；鸹ㄈ?24包 括的很多部件，火花塞124的與在圖2示出和描述的火花塞24中的相同的部件采用了相同 的附圖標(biāo)記。電壓釋放零件142是陶瓷絕緣體140的減薄部分。陶瓷絕緣體140圍繞著中 心電極32。減薄部分的厚度t被構(gòu)造為與電壓間隙32相比在預(yù)定電壓下?lián)舸?，這樣來阻止 陶瓷絕緣體140在其他位置擊穿，例如在間隙32處的電極尖端的附近。相應(yīng)地，陶瓷碎片 無法進(jìn)入發(fā)動機氣缸26內(nèi)部。當(dāng)火花塞間隙32增加，預(yù)定電壓和相應(yīng)的厚度t也增加從 而避免陶瓷碎片的風(fēng)險。圖6中明顯地看到電壓釋放零件142是絕緣體的一小部分，如此 絕緣體僅在局部地被變窄。電壓釋放零件142可以是絕緣體材料的塞子，其具有插入絕緣 體140其他部分的減薄部分，或者絕緣體140可以是一個整體的部件，其具有機械加工的、 成形的或者以其它方式提供的減薄部分?？蛇x地，圖7中示出了火花塞124A的另一個實施例?；鸹ㄈ?24A具有電壓釋放 零件142A，其為環(huán)繞著絕緣體140A的減薄部分。絕緣體140A比起絕緣體140將在更低的 電壓水平釋放電壓，并具有更弱的機械強度。圖6中的絕緣體140具有接近于無電壓釋放 零件絕緣體的機械強度。參考圖4，描述了另一個實施例的車輛點火系統(tǒng)210。車輛點火系統(tǒng)210包括的很 多部件，與在圖1中車輛點火系統(tǒng)10示出和描述的相同的部件采用了相同的附圖標(biāo)記。車輛點火系統(tǒng)210使用常規(guī)的火花塞244，其與圖1和圖2中的火花塞24相似，不同的是在陶 瓷絕緣體中沒有電壓釋放零件。相反，電壓釋放零件242被置于點火線圈組件212中。特 別地，專用的電壓釋放零件以壓敏電阻的形式可操作地連接于第二線圈20以控制進(jìn)入各 個火花塞線22和火花塞224的電流，從而阻止超額電流，否則的話該超額電流將被由在相 應(yīng)的火花塞間隙中的油、水或碎屑所引起的火花塞224中的大電壓差引導(dǎo)。壓敏電阻可以 是任何類型的壓敏電阻，例如金屬氧化物壓敏電阻。參考圖5，描述了另一個實施例的車輛點火系統(tǒng)310。車輛點火系統(tǒng)310包括的很 多部件，與在圖1中車輛點火系統(tǒng)10示出和描述的相同的部件采用了相同的附圖標(biāo)記。車 輛點火系統(tǒng)310使用常規(guī)的火花塞344，其與圖1和圖2中的火花塞24相似，不同的是在陶 瓷絕緣體中沒有電壓釋放零件。相反，電壓釋放零件342被置于點火線圈組件212中。特 別地，專用的電壓釋放零件以壓敏電阻的形式可操作地連接于火花塞線322以控制進(jìn)入各 個火花塞324的電流，從而阻止超額電流，否則的話該超額電流將被由在相應(yīng)的火花塞間 隙中的油、水或碎屑所引起的火花塞224中的大電壓差引導(dǎo)。壓敏電阻可以是任意類型的 壓敏電阻，例如金屬氧化物壓敏電阻。實施本發(fā)明的最好方式已經(jīng)詳細(xì)進(jìn)行了說明，與本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)人員 將會在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)實現(xiàn)用于實際應(yīng)用的各種可選設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種車輛點火系統(tǒng)，包括 具有電極的火花塞；以及電壓釋放零件，其可操作地連接于所述電極并可操作以在預(yù)定電壓下從所述電極釋放 電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述火花塞具有圍繞所述電極的絕緣 體；并且其中所述電壓釋放零件是壓敏電阻，該壓敏電阻被構(gòu)造為在低于所述絕緣體介電 強度的預(yù)定電壓下釋放電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述電壓釋放零件被置于所述絕緣體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述車輛點火系統(tǒng)具有點火線圈組件， 該點火線圈組件可操作以在火花塞上產(chǎn)生電壓，并且其中所述電壓釋放零件被置于所述點 火線圈組件中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述車輛點火系統(tǒng)具有點火線圈和火花 塞線，火花塞線從所述點火線圈引至所述火花塞；并且其中所述電壓釋放零件被置于所述 火花塞線中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述火花塞具有絕緣體并且所述電壓釋 放零件是所述絕緣體中的減薄部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述火花塞具有絕緣體，該絕緣體具有 第一部分和第二部分，第一部分的特征是具有第一介電強度的陶瓷屬性，第二部分的特征 是具有低于第一介電強度的第二介電強度的陶瓷屬性；并且其中所述電壓釋放零件是所述 第二部分。
8.—種車輛點火系統(tǒng)，包括 火花塞，其具有電極；陶瓷絕緣體，其環(huán)繞所述電極；以及電壓釋放零件，其在所述陶瓷絕緣體內(nèi)并可操作以在預(yù)定電壓下從所述電極釋放電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車輛點火系統(tǒng)，其中所述電壓釋放零件是所述絕緣體的減薄 部分。
10.一種火花塞，包括第一電極；絕緣體，其環(huán)繞所述第一電極；第二電極，與所述第一電極間隔開而限定了間隙；以及電壓釋放零件，其在所述絕緣體內(nèi)并可操作以當(dāng)在所述間隙內(nèi)有物體時在預(yù)定電壓下 從所述電極釋放電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于車輛點火系統(tǒng)的超額需求電壓釋放火花塞。提供一種車輛點火系統(tǒng)，其緩解了與火花塞所需的超額電壓相關(guān)聯(lián)的問題。所述點火系統(tǒng)包括具有電極和電壓釋放零件的火花塞，所述電壓釋放零件可操作地連接于所述電極。所述電壓釋放零件可操作地在預(yù)定電壓下從所述電極釋放電流。
文檔編號H01T13/40GK102136679SQ201010565449
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者M. 沃茲尼亞克 R., 蘇瓦 Y. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司