[发明专利]用于内燃机的等离子点火装置

说明书

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本发明涉及一种用于内燃机的等离子点火装置。

现有技术中存在已知的内燃机，其工作方式为，对空气与燃料的混合物进行压缩，通过引燃所述混合物产生的火花，在发动机的一个或多个燃烧室内产生受控的爆炸，以此为所述内燃机提供动力。火花以通常方式产生，并向在电极之间呈现出特定间隙的火花塞提供高电压能量，所述间隙被称为“放电间隙”。所形成的放电将引发混合物的燃烧。

内燃机的效率和污染物排放特性部分取决于混合物的性质和燃烧模式。

在燃烧不完全或火花未产生、且燃烧室内的燃料并未完全燃烧的情况下，这样数量的未燃烧混合物将作为废气从配备有所述内燃机的车辆上排出。存在于燃烧室内的混合物总量的完全燃烧还由点火效率决定。

针对改善热机内的燃烧状况的目的，已经研究出许多种可能的解决方案，其中有些是要诱发燃烧室内的气体混合物形成等离子状态。

动力学特性由电磁力主导的系统被称为等离子体系统：等离子体是带电粒子与它们所产生的场的组合。

等离子体是物质的第四种状态，其通过对气体或混合物的电离化获得。在电离状态下，发现等离子体以这样的方式作用：其为电的良导体，且对电磁场的响应性很高。

由此，正因为上述特性，内燃机的燃烧室内生成等离子体可确保使混合物的燃烧得以改善。事实上，在其在燃烧室内的蔓延过程中，由等离子体产生的火焰前缘会在气态混合物中产生非常高的温度，这样有利于同一火焰前缘的快速蔓延，其行进所需时间可得以缩短，由此可使性能大幅改进，并显著减少未燃烧气体的量。

更具体而言，内燃机的燃烧室内的气体混合物形成等离子态的过程包括以下不可分开的3个阶段：

1.通过产生火花使电介质击穿；

2.燃烧室内气体的高能电离化，被称为等离子体；

3.保持受控电离化阶段或等离子体阶段。

在第一阶段(通过产生火花使电介质击穿；所述的阶段1)，在火花塞的电极之间产生电势差，使得高能放电(阶段1)穿过电介质(例如空气与燃料的混合物)。随后为第二阶段(燃烧室内气体的高能电离化，被称为等离子体)，在此期间发生等离子体的形成。在此阶段(第2阶段)，燃烧室内的混合物被引燃。在此阶段，存在气体混合物的局部点燃和火焰前缘的形成。由于有阶段3(保持受控电离化阶段或等离子体阶段)，通过提高火焰前缘的速度和强度，保证了火焰前缘蔓延的改善。

已经知道，现有技术中有能够实现上述要求的装置。

一种已知的等离子体点火装置包括高压变压器运行所需的电气/电子部件和用于供电的电气连接装置。所述的电气/电子装置包括等离子点火装置运行所需的电路，等等。该电路基本上由充电主电路、用于控制高压变压器的控制电路、和点火电路组成，此外还包括电气连接件和用于提供能量所需的部件。

具体而言，文件US2010/0319644披露了由以下各项组成的一种等离子体点火装置：

-主控制电路，其实质上由电流发生器、阻塞二极管、电感元件和电容组成；

-线圈驱动电路，包括上述电容、SCR(可控硅整流器)式二极管、高压变压器的初级绕组(例如，高压点火线圈)和高压阻塞元件。

SCR二极管提供一种可由外部信号激活的开关机制，以使电容向高压点火线圈的初级侧放电。例如，发动机控制单元(ECU)可以激活SCR二极管，以在预定的发动机气缸内产生点火。点火电路包括高压变压器的次级侧和火花塞或其他点火装置。在初次施加放电脉冲(例如，由SCR二极管信号导致)之后，随着电流流过变压器绕组，高压变压器的阻抗立即显著增大。高压变压器的阻抗可确保电容以足够低的速率放电，从而使得次级并联路径可将留存在电容内的能量通过初始等离子电弧直接释放(其中所述次级并联路径由高压阻塞元件提供保护，其将电容的输出直接连接至火花塞电极之间“间隙”)，即使在电容的电压低于高压变压器的次级输出的情况下亦可实现。由此该电流可使等离子体芯扩展，从而提高火花能量，使更多的气体(空气和燃料混合物)电离，并确保良好的燃烧效果。从上文可以看出，作为所述文件的目的的发明包括用于部分控制线圈的SCR二极管。该二极管只能在点火阶段被控制，在开关断开时则无法控制。因此，所述发明无法提供这样的技术手段，该技术手段能够对特别针对所述循环的定时加以干预，即使发动机速度变化也可保持其恒定，原因在于SCR二极管的闭合总是会在电容内的能量被释放的时刻发生。

在文件WO2012/106807中还披露了一种用于生成连续等离子体的控制单元。具体而言，在所述文件中，披露了一种电位发生电路800(在所述文件中见图8，在本文中为“图2”)，包括：