CN103206330A - 容性点火系统 - Google Patents

Abstract

用于内燃机的容性点火系统（1），具有：变压器（40），其具有各两个初级连接端子和次级连接端子，并被设置用于把施加在初级连接端子上的电压变换为在该次级连接端子上的较高电压；初级电压源（10），其用于提供初级电压，其中该初级电压源具有两个电压源连接端子（A+、A-），该两个电压源连接端子分别连接到该初级连接端子之一上，如此使得形成初级回路（20）；开关（T1），其连接到该初级回路中，并具有控制部分（T1.1），如此使得该开关能够被闭合和断开；第一控制装置（21），其与该控制部分相连，并被设置用于根据点火曲线来控制该控制部分以闭合和断开；以及电容（C1，C2），其连接到该初级回路中，如此使得其在开关断开时可以利用该初级电压而进行电荷充电，并在该开关闭合时能够将电荷放电到该初级连接端子上，如此使得在该次级连接端子上电压上升为点火电压。根据本发明设置了第二控制装置（25），其被设置用于在连接到该次级连接端子上的点火装置（31）的点火能量需求变化时使其上为达到点火电压而出现的电压增量保持恒定。

Description

容性点火系统

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的被设置用于内燃机的一种容性点火系统。

背景技术

比如在US 5 245 965 A中公开了前述种类的一种容性点火系统。

在容性点火系统中，目前通常是从新火花塞（作为点火装置）的最小所需的点火能量开始，通过提高初级电压来提供在该火花塞的老化过程中增加有效的点火能量。

通过提高初级电压，其中仅增加所提供的能量，在击穿或火花击穿之前由该火花塞在该变压器次级连接端子上可提取电压的上升变得更陡峭。该效应增加了对火花塞的损害，并从而导致其寿命缩短。

发明内容

本发明所基于的技术问题是：提供根据权利要求1的前序部分所述的一种容性点火系统，利用该系统实现了该点火装置寿命的延长。

这利用根据权利要求1所述的一种容性点火系统来实现。在从属权利要求中定义了本发明的改进。

发明人发现，通常在点火能量需求增加时通过电压对点火能量进行调节时，初级电路的放电时间常数发生变化。更确切地说，在市场常见的容性点火系统中，在点火能量需求增加时特定特征放电时间缩小。

根据本发明，用于内燃机、尤其燃气驱动大型发动机的一种容性点火系统具有：一个变压器，其具有相应多个初级连接端子和次级连接端子，其中该变压器被设置用于把施加在初级连接端子上的电压变换为可由该内燃机的点火装置提取的一个较高电压；用于提供初级电压的一个初级电压源，其中该初级电压源具有多个电压源连接端子，这些连接端子分别连接到该变压器的初级连接端子之一上，如此使得形成一个初级回路；一个开关，该开关连接到该初级回路中，并具有一个控制部分，如此使得该开关可以被闭合和断开；一个第一控制装置，该控制装置与该开关的控制部分相连，并被设置用于根据为该内燃机所规定的点火曲线（Zündmuster）来控制该开关的控制部分以闭合和断开；以及一个电容，该电容连接到该初级回路中，如此使得在开关断开时它可以利用该初级电压而充电到一个预定的电荷，并在开关闭合时经过一个特殊的放电时间可以把电荷放电到该变压器的初级连接端子，如此使得在该变压器次级连接端子上的电压上升为点火电压。根据本发明的点火系统特征在于具有一个第二控制装置，该第二控制装置被设置用于在该点火装置的点火能量需求变化时在该次级连接端子上为达到点火电压而出现的电压增量保持恒定。

换句话说，根据本发明，为了在点火能量需求增加时把次级侧电压增量保持恒定以防击穿，在点火能量需求增加时由该第二控制装置来改变一个或多个系统参数。

这导致尤其在采用高点火能量时该点火装置（其优选地作为火花塞来构造）寿命的延长。在此由于有目的地充分利用脉冲特征曲线通过降低击穿电压而降低了该点火装置的损耗。

该初级电压源比如可以具有一个电池，该电池的直流电通过一个升压变压器而被提高到约至400伏的一个初级电压。或者该初级电压源比如可以具有该内燃机的交流发电机，其交流电通过一个线圈变压器而被提高到优选约为300伏至400伏的一个初级电压，并通过一个整流器而被变换为直流。

该开关比如可以由机械开关来构造，并具有一个机械控制部分。或者该开关比如可以由电子开关来构造，并具有一个电子控制部分。优选地该开关由一个晶闸管来构造，其中该控制部分由该晶闸管的栅极来构造。

该第一控制装置比如可以具有设置在内燃机曲轴上的一个控制部分、比如一个凸轮部分。该第一控制装置可以具有一个传感器，该传感器与该控制部分协同作用以生成点火信号。该第一控制装置另外还可以具有一个电子脉冲发生器，该脉冲发生器根据该点火信号来为该晶闸管的栅极生成控制脉冲，如此使得该晶闸管实现电流导通。

发明内容

根据本发明的一个实施方案，该第二控制装置被设置用于根据该点火装置的点火能量需求通过控制特定放电时间而使电压增量保持恒定。

根据本发明的另一实施方案，该第二控制装置被设置用于通过控制特定的放电时间而使电压增量保持恒定，如此使得其在该点火装置的点火能量需求变化时也保持恒定。也就是说，实现了该点火系统的恒定的特征放电时间。

根据本发明的又一实施方案，该初级回路定义了一个电阻和一个电感，其中该电容和/或该电阻和/或该电感大小可调地来构造，并且其中该第二控制装置被设置用于通过改变该电容和/或该电阻和/或该电感的大小来控制特定的放电时间，以使电压增量保持恒定。

根据本发明的再一实施方案，该第二控制装置被设置用于在该点火装置的点火能量需求增加时来增大该电容，如此使得抵消了由于点火能量需求的增加而导致的特定放电时间的缩短。

根据本发明的一个实施方案，该第二控制装置被设置用于在该点火装置的能量需求增加时增大该电阻，如此使得抵消了由于点火能量需求的增加而导致的特定放电时间的缩短。

根据本发明的又一实施方案，该第二控制装置被设置用于在该点火装置的点火能量需求增加时增大该电感，如此使得抵消了由于点火能量需求的增加而导致的放电时间的缩短。

根据本发明的另一实施方案，该变压器由具有一个初级线圈和一个次级线圈的变换器来构造，其中该电感由该变换器来构成。

根据本发明的再一实施方案，该第二控制装置被设置用于同时随着对该特定放电时间的控制根据该点火装置的点火能量需求来改变该初级电压的大小。

根据本发明的再一实施方案，该第二控制装置被设置用于在该点火装置的点火能量需求增加时提高该初级电压。

结果本发明实现了根据点火能量需求比如通过初级电容的控制变化而对放电时间有目的的影响。该电感或该电阻也是可以借助其变化来实现类似效应的参数。根据本发明，在点火能量需求增加时使该次级电压增量保持恒定以防击穿。

为了使该初级回路的放电时间常数保持恒定，在点火能量需求增加时除了充电电压（初级电压）之外还可以改变另外一个或多个系统参数。根据本发明的一个实施方案，与初级电压类似地来增大该电容，尤其初级电容器的电容。在正确设计的情况下结果是该点火系统的恒定的特征放电时间。

本发明还明确地扩展到具体参照权利要求书的特征组合而没有给出的实施方案，由此本发明的公开特征（只要其在技术上是有意义的）可以任意地相互组合。

附图说明

下面借助一个优选的实施方案并参照附图来详细阐述本发明。

图1示出了用于内燃机的一种容性点火系统的电路图。

图2示出了根据本发明而构造的内燃机容性点火系统的电路图。

具体实施方式

图1示出了内燃机的一种容性点火系统的电路图1’（未全部示出）。

该点火系统1’具有一个初级电压源10、一个初级回路20、一个次级回路30和一个变压器40，该变压器连接在该初级回路20和该次级回路30之间。

该初级电压源10具有一个提供直流的电池11、一个升压变压器12和一个整流器13。该整流器13具有四个二极管D1-D4，该二极管相互连接为一个格雷茨电路。该升压变压器如此来构造，使得它把由该电池11所提供的电压增大为约300伏至400伏的一个初级电压。在该整流器13上构造有该初级电压源10的两个电压源连接端子A+、A-。

该初级回路20具有以两个相互并联电容器C1’和C2（第一电容器C1’和第二电容器C2）形式的一个电容、以三个串联电阻元件R1、R2和R3（第一电阻元件R1、第二电阻元件R2和第三电阻元件R3）形式的一个电阻、以晶闸管T1形式的一个电子开关和一个控制装置21。

该控制装置21具有设置在内燃机曲轴上的一个控制部分（未示出）、一个霍尔传感器或感应传感器（未示出）以及一个电子脉冲发生器22，其中该传感器与该控制部分相协同作用以生成点火信号。

该变压器40具有一个变换器，该变换器具有一个初级线圈L1和一个次级线圈L2。该初级线圈L1具有两个初级连接端子（未示出），该次级线圈L2具有两个次级连接端子（未示出）。在该次级线圈L2的次级连接端子上连接了以火花塞形式的一个点火装置31，如此使得其构成次级回路30。

该变压器40被设置用于把施加在其初级连接端子上的电压变换为可由该点火装置31在该次级连接端子上提取的较高电压。

该晶闸管T1的阳极连接到该变压器40的初级线圈的一个初级连接端子上，相反该晶闸管T1的阴极连接到该第二电阻元件R2的一个连接端子上。该第一和第二电阻元件R1和R2相互串联，其中该第一电阻元件R1将它与第二电阻元件R2相背的连接端子连接到该初级电压源10的两个电压源连接端子A+、A-的正极（A+）。该变压器40的初级线圈L1的另一初级连接端子直接连接到该初级电压源10的两个电压源连接端子A+、A-的负极（A-）。

该第三电阻元件R3将它的一个连接端子连接到该晶闸管T1的阳极，并连接到该第二电阻元件R2与第一电阻元件R1相背的连接端子上，并将它的另一连接端子连接到该脉冲发生器21的两个连接端子之一上，并连接到作为该晶闸管T1的控制部分的一个栅极T1.1上。该栅极T1.1用于受控制地闭合和断开该晶闸管T1的阴极-阳极电路。

该脉冲发生器21的另一连接端子连接到该初级电压源10的两个电压源连接端子A+、A-的负极（A-），并连接到该变压器40的初级线圈L1的从而相连的初级连接端子。

以这种方式该初级电压源10就将它的两个电压源连接端子A+、A-分别连接到该变压器40的两个初级连接端子之一上，如此使得其形成初级回路20。

该脉冲发生器22如此来构造，使得它根据点火信号为该晶闸管T1的栅极T1.1来生成控制脉冲，如此使得该晶闸管T1实现了沿它阴极-阳极电路的一个电流通路。

该控制装置21从而与该晶闸管T1的栅极T1.1相连，并被设置用于根据为该内燃机所规定的点火曲线来控制该晶闸管T1的栅极T1.1以闭合和断开该阴极-阳极电路。

如上所述，该电容以两个电容器C1’、C2的形式连接到该初级回路20中，如此使得在开关断开时、也即在该晶闸管T1的阴极-阳极电路断开或不导通时可以利用该初级电压而充电到一个预定的电荷，并在开关闭合时、也即在该晶闸管T1的阴极-阳极电路闭合或导通时经过一个特定的放电时间可以将电荷放电到该变压器40的初级连接端子，如此使得在该变压器40的次级连接端子上的电压上升到一个点火电压，该点火电压导致在该点火装置31上的击穿或火花击穿。

在该点火系统1’的运行中，这两个电容器C1’、C2由该初级电压源10被连续地（如果升压调节器12可调节，也可以是不连续地）充电到约300伏至400伏。如果该晶闸管T1在点火时间点根据该脉冲发生器22的点火信号而获得栅极T1.1的一个正控制脉冲，那么它就导通（该阴极-阳极电路闭合），并且这两个电容器C1’、C2通过该变压器40的初级线圈L1而放电。该放电电流脉冲在该次级线圈L2中感应为点火电压，该点火电压比如可以是约15至55千伏，并导致在该点火装置31上的击穿或火花击穿。

现在参照图2来阐述根据本发明一个实施方案的内燃机的一种容性点火系统1（未完全示出）。图2示出了根据本发明的容性点火系统1的电路图。

在图2中所示的点火系统1除了一些差别之外在构造和功能上与图1中所示的点火系统1’相一致。因此在下文中仅指出这些差别，其中相同的或类似的部件用相同的或类似的参考符号来表示。

在根据本发明的图2的点火系统1中，与图1不同，该第一电容C1关于其电容的大小而构造为可调节的。为此该第一电容器C1比如可以作为连续可调的旋转电容器或者比如以多个可平级连接在一起的电容器形式来构造。

在根据本发明的图2的点火系统1中，除了该第一控制装置21之外还设置了一个第二控制装置25。该第二控制装置具有一个调节机构25（比如一个调整电机或一个开关），该调节机构被设置用于根据该点火装置31的点火能量需求来调节该第一电容器C1的电容大小。

实际的点火能量需求可以由该第二控制装置25比如通过集成在该次级回路30中并与该第二控制装置25相信号连接的一个测量装置（未示出）来探测。

该第二控制装置25优选地被设置用于在该点火装置31的点火能量需求增加时来增大该第一电容器C1的电容，如此使得抵消了由于点火能量需求的增加而导致的特定放电时间的缩短。

该第二控制装置25从而还在该点火装置31的点火能量需求变化时使在该点火线圈L2的次级连接端子上为达到点火电压而出现的电压增量保持恒定，其方式是，根据该点火装置31的点火能量需求来控制该放电时间，并尤其使之保持恒定。

除了改变该初级回路20的电容C1、C2的大小之外，还可以（虽然在图2中未示出）对该电阻元件R1、R2、R3至少之一和/或该变压器40的电感进行大小调节。

在这种情况下，该第二控制装置25可以被设置用于通过改变该电容C1、C2、该电阻R1、R2、R3和/或该变压器40的电感的大小来控制该放电时间，以使电压增量保持恒定。

该第二控制装置25优选地在该点火装置31的点火能量需求增加时增大该电阻元件R1、R2、R3的电阻大小，如此使得抵消了由于点火能量需求的增大而导致的特定放电时间的缩短。该第二控制装置25可以在该点火装置31的点火能量需求增加时增大该变压器40的电感的大小，如此使得抵消了由于点火能量需求增加而导致的放电时间的缩短。

除了上述的对系统参数电容、电阻和/或电感的改变之外，该第二控制装置25还被设置用于同时随着对放电时间的控制（也即改变系统参数电容、电阻和/或电感）根据该点火装置31的点火能量需求来改变初级电压的大小。

结果本发明实现了在初级回路20侧根据点火能量需求比如通过控制改变初级电容而对放电时间常数的有目的的影响。根据本发明，电感或电阻也可以是能够通过其变化来实现类似效应的参数。根据本发明，从而在点火能量需求增加时也使次级电压增量保持恒定以防击穿。

附图标记列表

1         点火系统

1’      点火系统

10        初级电压源

A+      电压源连接端子

A-       电压源连接端子

11        电池

12        升压变压器

13        整流器

D1       二极管

D2       二极管

D3       二极管

D4       二极管

20        初级回路

21        控制装置

22        脉冲发生器

25        控制装置

26        调节机构

30        次级回路

31        点火装置

40        变压器

L1       初级线圈

L2       次级线圈

C1       电容器

C1’    电容器

C2       电容器

R1       电阻元件

R2       电阻元件

R3       电阻元件

T1       晶闸管

T1.1    栅极

Claims (10)

1.一种用于内燃机的容性点火系统（1），具有：

变压器（40），其具有各多个初级连接端子和次级连接端子，其中该变压器（40）被设置用于把施加在初级连接端子上的电压变换为可由内燃机的点火装置（31）在该次级连接端子上提取的较高电压；

初级电压源（10），其用于提供初级电压，其中该初级电压源（10）具有多个电压源连接端子（A+,A-），这些电压源连接端子分别连接到该变压器（40）的初级连接端子之一上，如此使得形成初级回路（20）；

开关（T1），其连接到该初级回路（20）中，并具有控制部分（T1.1），如此使得该开关（T1）能够被闭合和断开；

第一控制装置（21），其与该开关（T1）的控制部分（T1.1）相连，并被设置用于根据为该内燃机所规定的点火曲线来控制该开关（T1）的控制部分（T1.1）以闭合和断开；以及

电容（C1,C2），其连接到该初级回路（20）中，如此使得其在开关（T1）断开时可以利用该初级电压而充电到预定的电荷，并在该开关（T1）闭合时经过特定的放电时间而能够将电荷放电到该变压器（40）的初级连接端子上，如此使得在该变压器（40）的次级连接端子上电压上升为点火电压；

其特征在于，具有第二控制装置（25），该第二控制装置被设置用于在该点火装置（31）的点火能量需求变化时使在该次级连接端子上为达到点火电压而出现的电压增量保持恒定。

2.根据权利要求1所述的容性点火系统（1），其中该第二控制装置（25）被设置用于根据该点火装置（31）的点火能量需求通过控制特定的放电时间来使电压增量保持恒定。

3.根据权利要求2所述的容性点火系统（1），其中该第二控制装置（25）被设置用于通过控制放电时间来使电压增量保持恒定，如此使得其在该点火装置（31）的点火能量需求变化时也保持恒定。

4.根据权利要求2或3所述的容性点火系统（1），其中该初级回路（20）定义了电阻（R1,R2,R3）和电感，其中该电容（C1,C2）、电阻（R1-R3）和/或电感构造为大小可调的，并且其中该第二控制装置（25）被设置用于通过改变该电容（C1,C2）、电阻（R1-R3）和/或电感的大小来控制该放电时间以使电压增量保持恒定。

5.根据权利要求4所述的容性点火系统（1），其中该第二控制装置（25）被设置用于在该点火装置（31）的点火能量需求增加时增大该电容（C1,C2），如此使得抵消了由于点火能量需求增加而导致的特定放电时间的缩短。

6.根据权利要求4或5所述的容性点火系统（1），其中该第二控制装置（25）被设置用于在该点火装置（31）的点火能量需求增加时增大该电阻（R1-R3），如此使得抵消了由于点火能量需求增加而导致的放电时间的缩短。

7.根据权利要求4至6之一所述的容性点火系统（1），其中该第二控制装置（25）被设置用于在该点火装置（31）的点火能量需求增加时增大该电感，如此使得抵消了由于点火能量需求增加而导致的放电时间的缩短。

8.根据权利要求7所述的容性点火系统（1），其中该变压器（40）由具有初级线圈（L1）和次级线圈（L2）的变换器构成，并且其中该电感由该变换器来构成。

9.根据权利要求2至8之一所述的容性点火系统（1），其中该第二控制装置（25）被设置用于根据该点火装置（31）的点火能量需求同时随着对放电时间的控制来改变该初级电压的大小。

10.根据权利要求9所述的容性点火系统（1），其中该第二控制装置（25）被设置用于在该点火装置（31）的点火能量需求增加时增大该初级电压。

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