一种在内燃机的两个燃烧腔内产生电晕放电的方法

摘要

本发明公开了一种在内燃机的两个燃烧腔内产生电晕放电的方法，每个燃烧腔内伸入作为高频谐振电路的组成部分的高频点火器HFZ3、HFZ4，并仅设置一个带有第一侧和第二侧的变压器TR4，所述变压器第一侧至少有一个第一绕组11、12，第二侧有一个第二绕组，变压器TR3、TR4的第二绕组13与两个谐振电路连接并通过第二绕组13内的高频交流电给两个谐振电路供电。

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器的应用，变压器具有至少一个第一绕组和一个第二绕组，用于在内燃机的燃烧腔内产生电晕放电，每个燃烧腔中伸入高频点火器，高频点火器为高频谐振电路的一部分并与变压器的第二绕组连接，并由流过第二绕组的高频交流电供电。

背景技术

WO 2010/011838 A1和WO 2004/063560 A1公开了一种在内燃机的燃烧腔内通过电晕放电点燃燃料-空气混合物的方法。为此，带有电绝缘体的处于地电势的点火电极延伸穿过燃烧腔的一个腔壁，再伸入燃烧腔，优选地与燃烧腔内的活塞相对。点火电极与作为相对电极的处于地电势的燃烧腔腔壁构成一电容。燃烧区域及其中的物质作为介质层。根据活塞的周期，所述燃烧区域包含空气或者燃料-空气混合物或者废气。

电容器是电动谐振电路的主要组成部分，其由高频电压充电，现有技术中该高频电压通过带有中间抽头的变压器产生。变压器与开关装置配合在与中间抽头连接的变压器的两个第一绕组上施加预定义的直流电压。中间抽头上为一与地电势不同的恒定电势，而远离中间抽头的两个第一绕组的端子交替接地。变压器第二绕组给包括由点火电极、绝缘体、可能的环绕绝缘体的外部导体及燃烧腔腔壁构成的电容器的串联谐振电路供电。该谐振电路还包括与电容器串联的电感器和欧姆电阻器。由变压器传递的给谐振电路充电的高频交流电压在现有技术中通过下述方式来控制，即尽可能接近谐振电路的谐振频率。其结果是内置有点火器的燃烧腔腔壁与点火电极间的电压过冲。典型的谐振频率范围是30KHz到3MHz之间，点火电极处交变电压达到的幅值是，例如，50kV~500kV。

因此电晕放电能够在燃烧腔内产生。电晕放电不能转换成火花放电或者电弧放电。因此需保证点火电极与地之间的电压低于设计的完全击穿的电压。

内燃机的各个燃烧腔内需要有由各自的变压器充电并单独选择点火时间产生电晕放电的点火器。

发明内容

本发明的目的是减少在内燃机内采用高频点火系统需要的装置数量。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种在内燃机的两个燃烧腔内产生电晕放电的方法，其中，每个燃烧腔内伸入作为高频谐振电路的组成部分的高频点火器HFZ3、HFZ4，并且仅设置一个带有第一侧和第二侧的变压器TR4，所述变压器第一侧至少有一个第一绕组11、12，第二侧有一个第二绕组13，变压器TR3、TR4的第二绕组13与两个谐振电路连接并通过第二绕组13内的高频交流电给两个谐振电路供电。

本发明中仅采用一个变压器在内燃机的两个燃烧腔中产生电晕放电，其中每个燃烧腔中伸入一高频点火器。点火器通常包括一点火电极以及围绕点火电极并将其与燃烧腔的各个腔壁绝缘的电绝缘体。变压器带有至少一个第一绕组和一个第二绕组。点火器是高频谐振电路的主要组成部分，其与变压器的第二绕组连接并由流过第二绕组的高频交流电供电。

本发明的有益效果是：

每两个燃烧腔或者发动机燃烧腔汽缸内节省了一个变压器。

在节省了一个变压器的同时，变压器第一绕组侧的控制电路组件和直流电压源也节省了。

除了节省装置外，现有技术中每个燃烧腔或者发动机汽缸采用一个变压器的技术效果全部保留。

上述节省可相应减少发动机高频点火系统的成本。

上述节省减少了点火系统的空间要求，由于汽车的发动机隔离间的空间有限，该有益效果有重要意义。

上述节省还能减轻重量。

将变压器第二绕组交替与两个不同的点火器连接的附加成本是很低的。

尽管本发明中变压器交替用于两个不同点火器，这种需要不会导致变压器的价格的显著提高。由于变压器的铁芯与磁功率通量接触，仅能达到某个极限，这样铁芯材料不会达到磁饱和。因此预期的最佳性能时铁芯材料上产生的磁功率通量应该低于主体材料的容许极限。由于内燃机不同燃烧腔中的燃料-空气混合物不是在同一时间点燃，任一个变压器都可以分配给两个不是在同一时刻点火的点火器。因此即使不是给一个点火器而是给两个点火器供电，变压器的铁芯也不需要满足更高的最佳性能要求。在一个变压器驱动两个高频点火器时，由于在绕组端会产生两倍的能量损耗，仅变压器的绕组需要满足增加的负载。

优选地，变压器用于在第一侧采用正极、负极交变的直流脉冲，从而在第二绕组侧生成高频交流电。相同电极上的直流脉冲频率应接近或者等于变压器第二侧的高频谐振电路的谐振频率。这样会导致最大的谐振电压并为高频电晕放电点火创造最佳的条件。

优选的，使用的变压器具有两个第一绕组，两个第一绕组通过一共用的中间抽头在它们的端子中的一个上相互连接，该共用的中间抽头与直流电压源两个电极中的一个恒定连接。两个第一绕组的另一端子可交替的与直流电压源的另一电极连接，为此目的，直流电压源和两个第一绕组的另一端子中间设置一高频转换开关。开关为基于半导体例如场效应晶体管（MOSFET）的电源开关。直流电压源提供的直流电流在两个第一绕组中的流动方向相反。因此在变压器的第二绕组侧可产生需要的交变电压。

还可以采用只有一个第一绕组的变压器，变压器的第一绕组的端子与带有交替变换电极的直流电压源连接，例如采用H桥电路。

变压器的第二绕组交替的与两个点火器中的一个或者另一个连接，这样可以通过电晕放电复试交替地形成点火。优选地，共用一个变压器并且由该变压器提供需要的高频交流电充电的两个点火器设计成使得它们在内燃机内的点火时间之间有最长的时间间隔。时间间隔优选的根据发动机曲轴的转动角度差设定，因为转动角度差与发动机的转速无关。由于汽车马达通常有偶数个气缸，任何两个气缸或者气缸内的高频点火器只要具有足够的曲轴角度差，它们就可以组合构成一对，并分配共用一个变压器。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是现有技术中两个高频点火器每个分别由一个变压器供电的电路示意图；

图2是两个高频点火器共用一个变压器供电的电路示意图；

图3是由第一侧只有一个绕组的变压器通过H桥供电给高频点火器的电路示意图。

其中：

1  第一绕组端子

2  中间抽头

3  第一绕组端子

4  第二绕组端口

5  第二绕组端口

11 第一绕组

12 第一绕组

13 第二绕组

TR1~TR4 变压器

HFZ1~HFZ4 高频点火器

S1~S6 变压器第一侧的高频开关

S7、S8 变压器第二侧的高频开关

U1~U3 电压源。

具体实施方式

图1的电路图中显示了第一高频点火器HFZ1和第二高频点火器HFZ2。第一高频点火器HFZ1通过端口4和5与变压器TR1的第二绕组13连接。变压器TR1的第一绕组11和12具有一与电压源U1的一个电极恒定连接的公共的中间抽头2。第一绕组11和12的另一个端子1和3通过高频开关S1和S2交替的接地。

类似的，高频点火器HFZ2连接第二变压器TR2，变压器TR2同样也有具有共用一中间抽头2的第一绕组11和12，中间抽头2与电压源U2的一个电极恒定连接。第一绕组11和12的另一个端子通过高频开关S3和S4交替的接地。通过高频开关S1、S2和S3、S4控制，高频点火器HFZ1和HFZ2彼此独立的工作。

图2与图1所示的电路原理图的区别在于第二绕组的端口4、5分别与高频点火器HFZ3和HFZ4连接，并可通过开关S7和S8接地。根据需要工作的点火器，开关S7和S8进行连接。为了启动高频点火器HFZ3，第二绕组13的端口5通过开关S7接地。为了启动高频点火器HFZ4，第二绕组13的端口4通过开关S8接地。如图1中的例子，变压器TR3第一侧的两个第一绕组11和12共用的中间抽头2与电压源U3的一个电极恒定连接，这样第一绕组11和12的另一个端子1和2通过高频开关S5和S6可以交替接地。

图3的电路原理图以示例的方式解释了通过变压器TR4启动高频点火器HFZ1的方法，只有一个第一绕组11并通过由四个高频电源开关S1~S4组成的H桥电路来控制。第一绕组11端的电流方向可交替变化。因此，电源开关S1和S4或者S2和S3更精确的成组交替闭合。两个高频点火器HFZ3和HFZ4采用如图2所示的方式与变压器TR4的第二绕组13连接。

高频开关S1~S6可采用相同设计。电压源U1、U2和U3传递同样幅值的直流电压。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。