CN1050411C - 内燃机点火装置 - Google Patents

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Abstract

具有静态高压分配装置的内燃机点火装置带有至少一个点火线圈(11)，并布置一可控制的开关(12)与初级线圈(10)串联，可控开关(12)可由控制部件(13)控制。在每一次级点火支路中的次级线圈(14)的高压端和火花塞(ZK1，ZK2…，ZKn)之间至少布置一个高压触发二极管(HKD)，高压触发二极管由多个触发二极管芯片组成。在点火线圈充电过程中，一由控制部件(13)控制的开关使得调节电流流经高压触发二极管(HKD)，该调节电路使高压触发二极管中的阻断区充满了载流子(38)。

Description

内燃机点火装置
现有技术
本发明涉及的是带有高压开关的内燃机点火装置。从EP 0 377 619中已经了解到用高压开关来实现点火电压分配的电路布置。因而，点火分电器的布置可以不带运动部件，我们称之为静态高压分配。这里，在点火线圈的次级线圈高压端与火花塞之间为每一要控制的火花塞都安装一个高压开关。例如，可将高压触发二极管用作高压开关，高压触发二极管的情况可从DE-OS 40 32 131中得知。高压触发二极管由许多串接的触发二极管组成，而串联线路中的各个触发二极管芯片是叠放在一起的，接着在其外部蒙上透明的绝缘体。用这样一种高压触发二极管可以接通非常精确的高电压。在现有技术条件下，通常通过光能照射pn结来接通高压触发二极管。通过光的照射，触发二极管释放出载流子，由此降低触发电压。给高压触发二极管加配一个发光二极管，其按照点火顺序由控制器控制，这样便可有目的地向各个火花塞输送高压。
本发明之优点
与现有技术相比，具有若干主要要求特征的发明布置的优点是，对于高压触发二极管的pn结，不再需用很大的费用来配置发光二极管或从发光二极管到高压触发二极管pn结之间的光传输元件，因而，点火装置的配置耗资会小得多，且更容易实现。
通过在其它要求中提到的措施，还可有利地进一步优化和改进在主要要求中说明的点火装置。特别有利的是，通过与高压触发二极管串联的晶闸管的控制脉冲，调节电流不需要光电元件就可以流动。另一个优点是高压触发二极管被分成了二个部分，第一部分由具有长的载流子存储时间的各个触发二极管芯片组成，第二部分由具有短的载流子存储时间的触发二极管芯片组成。这样，在具有长的载流子存储时间的触发二极管芯片部分中的调节电流关断后，脉冲期间的触发电压继续下降，结果，触发二极管效应通过高压触发二极管第二部分的“正面”点火得以保留。
附图
在附图中说明了发明的实施例，随后并进行了详细的说明。图1给出了发明的第一实施例，图2显示了发明的第二实施例，图3是第三实施例，图4是一点火线圈中的电压变化过程，图5是一单个触发二极管芯片的横截面。
实施例描述
图1显示了本发明第一实施例中点火装置的基本结构。点火线圈11的初级线圈10与电源电压UB—例如未标明的内燃机电池组一相连，另一方面通过一个开关三极管12接地。开关三极管12通过控制端S1与控制部件13相连。次级线圈14的高压接头与火花塞ZK1和ZK2相连，而火花塞相互是并联的。在图1中为简便起见只显示了火花塞ZK1和ZK2，但是这里也可根据每个内燃机的汽缸数目并联上更多的火花塞。此外，我们只想对一个高压支路加以说明，因为每一高压支路的结构与功能都是一样的。
高压触发二极管HKD位于次级线圈14高压端与火花塞ZK1之间，它由第一部分15和第二部分16组成。高压触发二极管HKD是反向联接的。面向火花塞的高压触发二极管的正极通过一个反向联接的二极管17与火花塞ZK1相连。二极管17是一抑制的触发火花二极管。另一高压二极管18与由二极管17和火花塞ZK1组成的串联电路并联后再与高压触发二极管HKD串联，并通过一可控开关19接地，可控开关可以是晶闸管，晶体管，光电半导体器件或光藕合器件。在本图中，可控开关是一晶闸管。开关的控制输入端在这里是晶闸管19的门，它通过有效连接件20(在图1中以虚线表示)与控制部件13相连。
下面，借助于图4和图5来说明图1的功能。控制部件13根据未表示出的传感器测得的参数计算出相应的控制参数。例如计算出闭合时间和点火时间点，并根据计算出的参数将相应的控制信号供给开关三极管12的控制输入端S1。当处于闭合时间，也即使点火线圈处于充电过程时，开关三极管12被控制为导通的，这样，电流流经点火线圈11的初级线圈10，点火线圈由此得以充电。点火线圈的次级线圈中相应的电压变化过程可从图4中得知。这里用图示意性地表示了点火线圈上次级电压随时间的变化过程。时间点tE是线圈电流的接通时间点和闭合时间的开始。随着闭合时间的开始，电压上升到约0.5到2kV，这时还存在有一正的电压脉冲。在时间段tE到tA的充电过程中，在高压支路和高压触发二极管HKD的次级侧有一正电压。对于这一正电压，高压触发二极管在反向或导电方向被极化，但是在火花塞方向的通过电流通过位于反向的二极管17时受到阻碍。高压触发二极管这样设计，其在反向导通，或只具有很小的反向电压。当晶闸管19关断时，即如同没有控制脉冲一样，在与二极管17和火花塞ZK1组成的串联电路的并联支路上也不能有电流流动。在时间点tA关闭线圈充电电流后，在次级侧感应到高压，但是，这一高压相对于关闭时间过程中的电压呈现出相反的负极性。高压触发二极管是一40kV的阻断高压触发二极管，其由第一部分15和第二部分16组成，每一部分各阻断大约20kV的电压。
在本发明布置中，晶闸管19应在闭合时间结束前不久，通过有效连接件20，从控制部件13中获得控制信号。通过这一晶闸管19门电路上的控制信号，通过高压触发二极管HKD的电流可以流过高压触发二极管18和晶闸管19。这时，高压触发二极管的阻断区本身充满了载流子并流过所谓的调节电流。典型的调节电流时间在5μs和100μs之间，因为在这段时间内释放出了足够的载流子。在闭合时间结束前就对调节电流产生作用是有利的。如果选择其有较长载流子存储时间的高压触发二极管，那么载流子就暂时保留在高压触发二极管内。在随后的tA时间点紧接着关断线圈充电电流时，次级电压会跃迁式升高。这时，与充电过程相反，次级电压具有负极性。高压触发二极管的触发电压由于阻断的pn区内有载流子而降低，高压与火花塞ZK1接通。对于反向电压，高压触发二极管18可以阻断。通过有目的地控制处于下一要点燃的火花塞高压支路上的晶闸管，可以对火花塞进行精确的选择和高压分配。控制脉冲从控制元件13到晶闸管19的门电流大约比正极触发脉冲的结束时间，也即闭合时间，早约100微秒。由此保证了高压触发二极管内充满有足够的载流子。载流子的释放过程可借助于图5来说明，图5显示了在平面技术中生产的单个触发二极管芯片的横截面结构。描绘的触发二极管是个四层二极管，当处于正极与负极之间的电压超过一定值时，其从阻断状态变化到导通状态。单个触发二极管芯片30由一大约100到600微米厚的单晶半导体(特别是硅)组成，在该半导体中，通过杂质元素的扩散进入每一层(p，n，p，n)。在触发二极管芯片31一侧得到阳极金属喷涂层32，以能导电。在触发二极管芯片33一侧获得阴极金属喷涂层34。高阻断pn结是35。如果在线圈充电过程中控制晶闸管19，那么载流子从p层36进入n层37。在图5中象征性地描述了载流子，并标为38。载流子38的作用是，在点火线圈充电电流和由此得到的次级侧负高压关断后，使触发电压降低。对于例如借助于光照的高压触发二极管，没有必要继续进行控制。
再回到图1加以说明，高压触发二极管HKD的第一部分15和第二部分16的区别在于触发二极管电流板的一部分具有长的载流于存储时间，而另一部分由具有短的载流子存储时间的触发二极管芯片组成。因此，载流子38只在具有长的载流子存储时间的部分中停留足够长的时间，以降低触发电压。另一部分继续起触发二极管的作用，其在达到可预先给定的电压即触发电压时，从阻断状态一下子转入导通状态，并在火花塞上产生一电压骤增效应。
图2显示了第二实施例，其基本上与图1的实施例相同，因此在相同的部分标有相同的参考记号，并不再予以说明。图2与图1的唯一区别在于，省去了抑制触发火花二极管17。这里，高压触发二极管HKD的第二部分16承担了二极管17的功能。在控制脉冲到达晶闸管19时，调节电流流经高压触发二极管的第一部分15，该部分有长的载流子存储时间。同图1中的二极管17一样，第二部分16的作用是，在点火线圈充电过程中以及控制脉冲到达晶闸管19时，没有电流流经可能存在的支路而到达火花塞ZK1。高压触发二极管HKD的第二部分这样设计，其在反向能阻断几千伏的电压。
在图3中描述了第三实施例。这里对于同样的部件使用了同样的参考记号，并且不再进一步说明其作用。只是次级线圈14的火花塞的高压支路在布置上与图1和图2的实施例有所不同。次级线圈14的高压接头经过二极管40和反向导通的高压触发二极管HKD与火花塞ZK1串联并与和火花塞ZK1并联的电容器43相连。高压触发二极管还是由第一部分41和第二部分42组成。此外，火花塞ZK1和电容器都接地。光电二极管40承担了抑制触发火花二极管的功能。此外，还为光电二极管40配备了一个发光二极管44，这样，二极管40的阻断电压可通过光的照射而降低。发光二极管由控制部件13控制，这里也同晶闸管类似，在点火线圈充电过程结束前就短时控制二极管40。在控制发光二极管44和二极管40的过程中，调节电流经过高压触发二极管，反向流入电容器，直至电容器充满电为止。这时，载流子38再度被释放，在闭合时间结束，关断点火三极管后，载流子的作用是降低触发电压。

Claims (6)

1.内燃机的点火装置带有至少一个由初级线圈(10)和次级线圈(14)组成的点火线圈(11)，并布置一可控制的开关(12)与初级线圈(10)串联，而可控开关(12)可由控制部件(13)控制。在每一次级点火支路中的次级线圈(14)的高压端和火花塞(ZK1，ZK2，...，ZKn)之间至少布置一个高压触发二极管(HKD)，高压触发二极管由多个串联在一起、用平面技术生产的触发二极管芯片组成，其特征在于，它还包括一可控制的开关部件(19，40)，该开关部件(19，40)与高压触发二极管(HKD)串联，在点火线圈充电过程中，开关部件可由控制部件(13)控制，这样，由正极点火线圈充电电流产生的调节电流通过高压触发二极管(HKD)流向反向，调节电流使得高压触发二极管中的阻断区内充满了载流子(38)。
2.根据权利要求1的点火装置的特征是，可控制的开关部件与火花塞并联，并由一串联电路，一个高压二极管和一个晶闸管组成。
3.根据权利要求2的点火装置的特征是，晶闸管的门电路与控制部件(13)相连。
4.根据权利要求1的点火装置的特征是，高压触发二极管(HKD)由第一和第二部分组成，其中一部分由带有较长载流子存储时间的触发二极管芯片组成，另一部分由带有较短载流子存储时间的触发二极管芯片组成。
5.根据权利要求1的点火装置的特征是，一可通过光电有效连接件控制的二极管与高压触发二极管串接。
6.根据权利要求5的点火装置的特征是，为该二极管配备一发光二极管，该发光二极管与控制部件相连。
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