CN105604766B - 内燃机的电晕点火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内燃机的电晕点火系统，该电晕点火系统用于点火内燃机燃烧室中的燃料，带有包含点火电极(1a)的谐振电路；连接到谐振电路的高频产生器，以便产生用于激励该谐振电路的AC电压；直流电压源，以便为高频产生器产生输入电压。根据本发明，所进行的设置是，电容器(13)与直流电压源并联地被连接到高频产生器，电容器在谐振电路的瞬态振荡上补偿了谐振电路与直流电压源之间的失配。
Description
技术领域
本发明涉及用于内燃机的燃烧室中的燃料点火的电晕点火系统。
背景技术
US 2011/0114071 A1公开了一种电晕点火系统，燃料-气体混合物可通过该系统藉由燃烧室中产生的电晕放电在内燃机的燃烧室中被点火。所述电晕点火系统具有位于绝缘体中的点火电极。该点火电极连同绝缘体以及围绕该绝缘体的套筒构成了电子电容器。所述电容器是电晕点火设备的电谐振电路的一部分，该电路由例如从30kHz到50MHz的高频AC电压来激励。由此，在点火电极上导致电压过载，从而在点火电极形成了电晕放电。
高频AC电压是由高频产生器来产生的，该高频产生器的输入电压是从车辆车载电子系统的变压器产生的。
电晕放电在发动机燃烧室的燃料-气体混合物中形成了离子和自由基。当达到离子和自由基的临界浓度时，燃料-气体混合物点火。生成离子和自由基的速度依赖于电晕放电的大小及其电气输出。电晕放电的大小和输出仅可被增加达到临界界限。如果超过了所述界限，电晕放电转换成电弧放电或火花放电。
电晕点火系统通常受到控制以使该电晕放电尽可能地大，使燃料-气体混合物能够尽快被点火，因此可尽可能精确地预先确定出点火时刻，而避免由电晕放电到电弧或火花放电的突变。
发明内容
本发明的一个目的是指明关于可怎样更好地实现所述目标的方式。
通过具有根据本发明的特征的电晕点火系统解决了这个问题。该电晕点火系统用于内燃机燃烧室中的燃料点火的，它包括：谐振电路，其包括点火电极，高频产生器，其连接到所述谐振电路并且被配置成产生用于激励谐振电路的AC电压，直流电压源，其被配置成产生用于高频产生器的输入电压，其特征在于：电容器与直流电压源并联地被连接到高频产生器，该电容器在谐振电路的瞬态振荡补偿了谐振电路与直流电压源之间的失配。
本发明还可以进行有益的改进。优选地，所述电容器具有20μF到100μF之间的电容。优选地，所述电容器和直流电压源连接到高频产生器的相同电压输入端。优选地，所述高频产生器包括带有中心抽头的变压器(6)，直流电压源与电容器两者都连接到该中心抽头。优选地，所述直流电压源传输50V到400V之间的电压。优选地，所述直流电压源是转换器。优选地，在谐振电路的瞬态过程中，所述电容器将谐振电路的输入电压的变化限制在不超过5V/μs。
电晕点火系统的谐振电路具有非常高的品质因子，因此在瞬态振荡过程中产生高无功功率。这导致了失配，使瞬态过程中高频产生器所提供的仅仅一部分输出能被谐振电路接收到。因此，在瞬态过程中的高频产生器的理想输入电压比在稳态下小。所述影响可在电晕点火系统中由控制进行补偿，该控制致使高频产生器的直流电压源在谐振电路的瞬态振荡过程中(即在点火电晕放电时)比在稳态方式下电晕放电燃烧的情况下传递更小的电压。与这种控制相关的费劲可通过根据本发明的措施而避免，与直流电压源并联地，电容器被连接到高频产生器，例如变压器，该电容器在谐振电路的瞬态振荡过程中补偿了谐振电路与直流电压源之间的失配。
当根据本发明的电晕点火系统投入工作时，与直流电压源并联地连接到高频产生器的电容器将开始充电，同时谐振电路处于瞬态振荡。高频产生器的输入电压因此在谐振电路的瞬态过程中随着时间而增加，由此补偿了系统的失配。因此与直流电压源并联地连接到高频产生器的电容器减少了高频产生器在接通或切断时出现的过载电压。
直流电压源可以是例如DC/DC转换器。使用转换器，高频产生器的输入电压可例如从车辆的车载电子系统产生。这可直接(即，用单级转换器)或在几个步骤中发生。转换器所产生的电压可以是例如50V到400V。然而根据高频产生器的设计，也可使用更高或更低的输入电压。
电容器的最优电容取决于高频产生器、谐振电路以及为高频产生器传输输入电压的直流电压源的情况，并因此不能被普遍地给出。一般地，通过电容在20μF到100μF之间的电容器可实现好的效果。然而，根据电晕点火系统的相应设计，更高或更低电容的电容器也可能是合适的。
当高频产生器被投入工作，电容器将施加到它的电压降低例如10V到75V。根据谐振电路的无功功率，其他值也可能是有利的。该电压随后根据电容器的充电曲线而增加。开始时所述电压增长例如可以在0.5V/μs到5V/μs之间，或者在0.5V/μs到3V/μs之间。
与电压源并联地连接到高频产生器的电容器不仅在谐振电路的瞬态振荡阶段过程中(即电晕放电的点火过程中)是有益的，而且在熄灭电晕放电过程(即电晕点火系统切断时)是有益的。这样，直流电压源与高频产生器分开，例如被切断。高频产生器随后仍旧短时间从电容器被供电，其中该电容器放电并因此在电晕放电熄灭时可接收可能出现的任何过载电压。
附图说明
以下在解释性实施例的帮助下，参考所公开的示意性附图更进一步解释本发明。彼此对应的相同元件在附图中由相同的参考标号进行指明。
图1示意性示出用于车辆发动机的第一电晕点火系统的结构，以及
图1a示出电晕点火器的基本组件的细节，它同时也是HF谐振电路的关键组件。
具体实施方式
图1示出了由壁21界定的燃烧室20，壁处于地电势。电晕点火器1突入到燃烧室20内。电晕点火器1具有点火电极1a，该电极在其长度部分上被绝缘体1b包围。绝缘体1b被金属外导体1c包围。被绝缘体1b和金属外导体1c围绕的点火电极1a以电绝缘方式突出穿过壁21，进入到燃烧室20中。如果点火器1不具有分离的外导体，该点火器1所放置的燃烧室壁21也可用作为外导体。点火器1和燃烧室20的壁21是串联谐振电路的组件，此外电容器4、电感3以及欧姆电阻3也属于该串联谐振电路。当然，串联谐振电路可具有其他电感和/或电容器以及本领域技术人员知道的可能作为串联谐振电路组件的其他结构元件。
为了激励该HF谐振电路，提供高频产生器，其具有作为DC/AC转换器6的在其初级侧上带有中心抽头6d的变压器。高频产生器由DC/DC转换器供电，该转换器从车辆车载电子系统产生例如50V到400V的输入电压Vcc。电容器13与DC/DC转换器并联地连接到高频产生器的中心抽头6d。
两个初级绕组6a和6b在中心抽头6d处相连接。初级绕组6a和6b远离中心抽头6d的末端交替地通过高频开关设备接地，所述开关设备具有两个功率开关7和8。高频开关设备的开关频率确定了串联谐振电路(图1a)被激励的频率，并它能够通过控制电路11被改变。变压器6的次级绕组6c在接口22为串联谐振电路供电。带有功率开关7、8的高频开关设备通过控制电路11被控制，以便连接到接口22的HF谐振电路用其谐振频率或大约以其谐振频率被激励。于是，该电压在点火电极1a的尖端与处于地电势的壁21之间是最大的。
在HF谐振电路与变压器6的次级绕组6c之间，可提供检测器电路5，以检测HF谐振电路中的电流信号的电流强度的过零点。
在解释性实施例中，变压器6的中心抽头6d与DC/DC转换器连接，该转换器为高频产生器提供输入电压Vcc。变压器6的初级绕组6a和6b的其他两个连接依次经由功率开关7和8切换到地。然而，将中心抽头6d连接到地，将初级绕组6a和6b的其他两个连接经由功率开关7和8连接到传递电压Vcc的电压源，这也将是可能的。
控制电路11在功率开关7和8闭合时以及闭合期间进行控制。出于所述目的，检测器电路5经由通向控制电路11的线路12发送信号通知HF谐振电路流动的电流信号的电流强度的每个过零点，于是控制电路11交替地产生了用于功率开关7的闭合和功率开关8的打开或者分别用于功率开关8的闭合和功率开关7的打开的脉冲形控制信号，其中这些控制信号可进一步被放大器9和10放大。
控制电路11可以用各种方式构造。例如，它可以是微控制器，它也可以是逻辑电路可被编程到其中的现场可编程门阵列(缩写FPGA)，即数字技术的集成开关电路。控制设备11还可以是复杂可编程逻辑器件(CPLD)或ASIC，即专用集成电路，或其他逻辑电路。
在变压器6中产生了交变场，其导致变压器次级侧上的高电压并在与谐振电路的谐振频率吻合的频率或处于接近该谐振频率的频率上激励连接到该变压器6的HF谐振电路。
在HF谐振电路的瞬态振荡上，HF谐振电路包括了高电抗。在瞬态过程中，HF谐振电路的功率输入因此变得困难，并且与稳态谐振电路的功率输入相比被降低了。为防止过载电压，因此最初向高频产生器提供降低的输入电压，该电压在瞬态过程中增加，直到在瞬态过程的最后达到最终值，它被调整到稳态谐振电路的输入电压。
高频产生器的输入电压的初始降低是通过所示实施例中的电容器13实现的。当高频产生器投入工作时，电容器13被充电，以使得并不是DC/DC转换器所传输的全部电压Vcc在该高频产生器被提供，而是仅仅一个降低的电压。高频产生器因此首先接收相应降低的电气输出。在电容器13被充电的同时，在高频产生器提供的电压相应地升高，直到最终由DC/DC转换器所提供的全部电压Vcc在高频产生器被提供。电容器13因此减少了在瞬态过程中DC/DC转换器或相应地其所传输的电压Vcc与谐振电路之间出现的失配。
电容器13充电所需要的时间以及由该电容器所引起的高频产生器上所供应的电压的降低程度两者是由电容器13的电容决定的。电容器13的电容是根据给定系统的需求来适当地选择的。一般地，为了很大程度补偿谐振电路与DC/DC转换器之间的失配，20μF到100μF之间的电容足够。在谐振电路的瞬态过程中，所示实施例的电容器13将谐振电路的输入电压的变化限制到不大于5V/μs，例如3V/μs或更低。
参考标号列表
1 HF点火器
1a 点火电极
1b 绝缘体
1c 外导体
2 欧姆电阻
3 电感
4 电容器
5 检测器电路
6 DC/AC转换器，变压器
6a 初级绕组
6b 初级绕组
6c 次级绕组
6d 中心抽头
7 功率开关
8 功率开关
9 放大器
10 放大器
11 控制电路
12 线路
13 电容器
20 燃烧室
21 燃烧室壁
22 接口
Claims (6)
1.一种用于内燃机燃烧室中的燃料点火的电晕点火系统，包括：
谐振电路，其包括点火电极(1a)，
高频产生器，其连接到所述谐振电路并且被配置成产生用于激励谐振电路的AC电压，
直流电压源，其被配置成产生用于高频产生器的50V到400V之间的输入电压，直流电压源是DC/DC转换器，其特征在于：
电容器(13)与直流电压源并联地被连接到高频产生器，该电容器在谐振电路的瞬态振荡补偿了谐振电路与直流电压源之间的失配；
当高频产生器被投入工作，电容器(13)将施加到它的电压降低10V到75V。
2.如权利要求1的电晕点火系统，其特征在于，所述电容器具有20μF到100μF之间的电容。
3.如权利要求1所述的电晕点火系统，其特征在于，所述电容器(13)和直流电压源连接到高频产生器的相同电压输入端。
4.如权利要求1所述的电晕点火系统，其特征在于，所述高频产生器包括带有中心抽头(6d)的变压器(6)，直流电压源与电容器(13)两者都连接到该中心抽头(6d)。
5.如权利要求1所述的电晕点火系统，其特征在于，所述直流电压源是转换器。
6.如权利要求1所述的电晕点火系统，其特征在于，在谐振电路的瞬态过程中，所述电容器(13)将谐振电路的输入电压的变化限制在不超过5V/μs。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180119 |