CN106032785A - 等离子点火控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等离子点火控制系统，包括第一能量源、等离子火花塞、第二能量源、第一单向及阻尼电路以及第二单向及阻尼电路，该第一单向及阻尼电路包括保持电流从该次级线圈的该一端流向该火花塞的该一端以阻断该第二能量源对该次级线圈放电的第一单向器件，以及抑制和降低火花塞放电时产生的射频信号和电磁干扰对线圈回路及整车电路的干扰的第一阻尼器件。该第二单向及阻尼电路包括保持电流从该第二能量源的该一端流向该火花塞的该一端以阻断该次级线圈对该第二能量源放电的第二单向器件，以及抑制和降低火花塞放电时产生的射频信号和电磁干扰对该第二能量源的干扰的第二阻尼器件。

Description

等离子点火控制系统

技术领域

本申请涉及汽油发动机点火技术领域，尤其是等离子点火控制系统。

背景技术

现代点燃式内燃机点火是一个产生超高电压在气缸内启动油气混合物的燃烧过程。在现有的多种由火花塞点燃内燃机气缸内油气混合物的点火方式中，最传统的仍是在火花塞终端两极生成高电压，造成火花放电，并有少量电流通过。常见的生成高电压的系统有晶体管线圈点火系和电容放电点火系。这些系统可有效提供达到最低火花放电所需要的高电压。

但是在火花塞端点电流测试表明，用于燃烧的点火能量并不够。点火技术研究的进展表明，由直流转换器充电的电容放电可以和标准点火线圈产生的弱火花叠加，产生大范围的等离子电火弧。美国专利5321978和5197448号对此技术有较详细的说明。

但是，这些文献披露的点火装置未能有效屏蔽等离子点火产生的电磁干扰。

发明内容

本发明提出了一种等离子点火控制系统，可以有效屏蔽等离子点火产生的电磁干扰。

本发明提出一种等离子点火控制系统，包括第一能量源、等离子火花塞、第二能量源、第一单向及阻尼电路以及第二单向及阻尼电路，其中该第一能量源包括高能驱动电路和充电电容和变压器的初级线圈，该等离子火花塞的两端连接该变压器的次级线圈的两端，该储能器的两端连接该等离子火花塞的该两端，且该第二能量源连接该储能器。该第一单向及阻尼电路连接于该次级线圈的一端与该火花塞的一端之间，且该第一单向及阻尼电路包括保持电流从该次级线圈的该一端流向该火花塞的该一端以阻断该第二能量源对该次级线圈放电的第一单向器件，以及抑制和降低火花塞放电时产生的射频信号和电磁干扰对线圈回路及整车电路的干扰的第一阻尼器件。该第二单向及阻尼电路连接于该火花塞的该一端与该第二能量源的一端之间，该第二单向及阻尼电路包括保持电流从该第二能量源的该一端流向该火花塞的该一端以阻断该次级线圈对该第二能量源放电的第二单向器件，以及抑制和降低火花塞放电时产生的射频信号和电磁干扰对该第二能量源的干扰的第二阻尼器件。

在本发明的一实施例中，该第二能量源包括直流转换电路及高能单模电路。

在本发明的一实施例中，该第二能量源还包括储能器，该储能器是电容。

在本发明的一实施例中，等离子点火控制系统还包括配有护套装置的外壳体。

在本发明的一实施例中，该护套装置设有用以防电磁干扰的表面屏蔽层。

在本发明的一实施例中，该第一单向及阻尼电路与该第二单向及阻尼电路共同由绝缘材料包裹，形成高压绝缘。

在本发明的一实施例中，该第一单向及阻尼电路和该第二单向及阻尼电路的连接点与该等离子火花塞相连。

在本发明的一实施例中，该第一单向及阻尼电路、该第二单向及阻尼电路均有用以防电磁干扰的表面屏蔽层。

在本发明的一实施例中，该等离子火花塞的电阻接近于零。

在本发明的一实施例中，该点火线圈是晶体管驱动点火线圈或笔式点火线圈。

本发明的等离子点火控制系统与传统点火系统相比，由于使用单向及阻尼电路，能够屏蔽等离子点火容易引发的电磁辐射和干扰。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的等离子点火控制系统的电路图。

图2示出本发明一实施例的第一单向及阻尼电路与第二单向及阻尼电路示意图。

图3示出本发明一实施例的等离子火花塞示意图。

具体实施方式

图1示出本发明一实施例的等离子点火控制系统的电路图。参考图1所示，本实施例的等离子点火控制系统包括第一能量源10、第二能量源20、等离子火花塞30、第一单向及阻尼电路40以及第二单向及阻尼电路50。第一能量源10可包括高能驱动电路11、充电电容12和变压器的初级线圈13。变压器包括初级线圈13和次级线圈14，其各自包含两个端口。其中次级线圈14包括第一端14a和第二端14b。火花塞30也具有两端，分别是第一端30a和第二端30b。火花塞30的两端30a、30b分别连接次级线圈14的两端14a、14b。第二能量源20具有两端，分别是第一端20a和第二端20b，各分别连接火花塞30的两端30a、30b。第一单向及阻尼电路40连接于次级线圈14的第一端14a与火花塞30的第一端30a之间。在组成上，第一单向及阻尼电路40包括保持电流从次级线圈14的第一端14a流向火花塞30的第一端30a以阻断第二能量源20对次级线圈14放电的第一单向器件，以及抑制和降低火花塞30放电时产生的射频信号(RF)和电磁干扰(EMI)对线圈回路及整车电路的干扰的第一阻尼器件。第二单向及阻尼电路50连接于火花塞30的第一端30a与第二能量源20的第一端20a之间。类似于第一单向及阻尼电路40，第二单向及阻尼电路50包括保持电流从第二能量源20的第一端20a流向火花塞30的第一端30a以阻断次级线圈14对第二能量源20放电的第二单向器件，以及抑制和降低火花塞30放电时产生的射频信号和电磁干扰对第二能量源20的干扰的第二阻尼器件。

整个等离子点火控制系统包括配有护套装置的外壳体，且护套装置设有用以防电磁干扰的表面屏蔽层。

如图1所示，点火线圈有晶体管放电和电容放电点火(CDI)两种方式。在点火时，能量从高能驱动电路11释放到初级线圈13，然后经由次级线圈14变压为数万伏，在火花塞30上产生火花。次级线圈14和初级线圈14的缠绕比约为500:1，电容点火方式的线圈不储存能量，因此线圈感应系数可以很低。在晶体管点火方式中，高压驱动电路11、充电电容12与初级线圈13相连，电流流过初级线圈13产生磁能并储存在初级线圈13里，当电流切断的瞬间，初级线圈13的磁场消失产生反向电压，生成次级线圈14上的高电压。因为初级线圈13和次级线圈14的缠绕比很大，次级线圈14的高电压较初级线圈13的电压高很多，这种高线圈感应系数使得电流在线圈磁能量用光之前持续流动，从而导致产生的火花燃烧的时间较长(500微秒至1毫秒)。

第一能量源10还包括电子控制单元(ECU)15，通过其输出信号来控制放电。

等离子点火控制系统采用双能源点火，电子控制单元15发出的输入信号经初级线圈13到次级线圈14为第一能量源，与第二能量源20分别提供放电能量。第二能量源12与次级线圈14的第一端14a(为高压输出端)在火花塞30尾部相连，当火花塞30两极空气间隙被击穿时，第二能量源20将储存的能量释放，叠加到火花塞30上次级线圈的高电压引发的弱火花上，产生高能量等离子电光弧，使燃料完全燃烧。

双能源点火配置了两个单向及阻尼电路40及50，避免双能源各部件之间的相互干扰。第一单向及阻尼电路40用于阻断第二能源20对次级线圈14的放电。如果没有第一单向及阻尼电路40，第二能源20会不断向次级线圈14放电，引起线圈发热而损坏。第二单向及阻尼电路50保持电流从第二能源20到次级线圈14出口端的单向流动，并阻断次级线圈14的高电压对第二能源20的干扰。

再回到图1所示，具体工作过程包括，初级线圈13接收由电子控制单元15发出的第一能源输入信号，次级线圈14的第一端14a(为高压输出端)将能量经第一单向及阻尼电路40输出到火花塞30。同时第二能量源20将能量经第二单向及阻尼电路50输出到火花塞30。第一单向及阻尼电路40保持电流从次级线圈14到火花塞30的单向流动，并阻断火花塞30以及第二能量源20对次级线圈14的干扰。第二单向及阻尼电路50保持电流从第二能源20到火花塞30的单向流动，并阻断火花塞30以及次级线圈14的第一端的高电压对第二能源20的干扰。

继续参考图1所示，第二能量源20可包括设置在线路板21中的直流转换电路及高能单模电路(图未示)，且包括储能器22。通常而言，储能器22为图1所示的电容。

第二能量源20可进一步包括保护电阻23和反馈控制电路24。保护电阻23能够在第二单向及阻尼电路50失去作用时生成保护电压，输入到反馈控制电路24，由反馈控制电路24自动切断第二能源的输出。反馈控制电路14在第二能源正常工作时，处于断开静止状态。

由能量叠加产生的高能等离子点火快速烧蚀传统火花塞，如果没有耐烧蚀可长久使用的等离子火花塞，等离子点火系统没有实用性。本实施例的等离子火花塞30的电极和陶瓷与传统火花塞不同，在高温等离子烧蚀时不易损耗。等离子火花塞30的电极由稀有金属合金组成，合金成分可包含钨、钍、铈和钼等，等离子火花塞30的陶瓷为高密度氧化铝组成，在高能等离子燃烧中不易破碎。本发明采用双能源能量叠加的方式，只有通过等离子火花塞，才能实现点燃式发动机等离子点火的目的。

图2示出本发明一实施例的第一单向及阻尼电路与第二单向及阻尼电路示意图。参考图2所示，在双电源等离子点火条件下，汽车发动机内的电磁干扰有二个来源，高压线圈(如次级线圈14)放电产生的电磁辐射干扰以及线路之间的电子耦合干扰。第一单向及阻尼电路40中的单向器件能够保持电流由次级线圈14的端口14a流向火花塞30，火花塞30上有数万伏的电压，在第一单向及阻尼电路40中的阻尼器件可以抑制和降低火花塞30放电时产生的RF和EMI对线圈回路及整车电路的干扰。第二单向及阻尼电路50阻断次级线圈14的电压对第二能源20的干扰，并抑制和降低火花塞放电时产生的RF和EMI对第二能源20的干扰。第二单向及阻尼电路50和第一单向及阻尼电路40之间保持一定距离，用绝缘材料61封装，防止电子元器件之间的高压电弧。

在一实施例中，绝缘材料61外有表面屏蔽层61以防电磁干扰。表面屏蔽层61可由高压绝缘材料组成，以阻断内电弧和信号混合。表面屏蔽层61可延伸至火花塞30的陶瓷件33(参考图3)，阻断火花塞尾部对缸体的高压漏电和电磁干扰。另外，火花塞30的外围也有表面屏蔽层62以防电磁干扰。

在较佳实施例中，绝缘材料61外有表面屏蔽层61用金属包裹，进一步防止线圈与第二能量源中的能量在传输到火花塞的路程中产生高压漏电和电磁干扰。

等离子点火控制系统还包括配有护套装置的外壳体，护套装置设有用以防电磁干扰的表面屏蔽层62。

在本发明的一实施例中，点火线圈是晶体管驱动点火线圈或笔式点火线圈。

图3示出本发明一实施例的等离子火花塞示意图。参考图3所示，火花塞30是电阻接近于零的火花塞，极低的电阻可以避免双能源产生的能量消耗在火花塞上，保证双能源等离子点火的能量无损耗传递给火花塞间隙产生等离子体。火花塞30有多个侧电极31，分别与中心电极32等距离分离，保持双能源等离子点火所需要的火花塞间隙。该间隙根据等离子点火需要的能量强度进行调整。火花塞的陶瓷件33采用高密度氧化铝高温烧结，提高等离子火花塞使用寿命。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种等离子点火控制系统，包括第一能量源、等离子火花塞、第二能量源、第一单向及阻尼电路以及第二单向及阻尼电路，其中该第一能量源包括高能驱动电路和充电电容和变压器的初级线圈，该等离子火花塞的两端连接该变压器的次级线圈的两端，该第二能量源的两端连接该等离子火花塞的该两端，

该第一单向及阻尼电路连接于该次级线圈的一端与该火花塞的一端之间，且该第一单向及阻尼电路包括保持电流从该次级线圈的该一端流向该火花塞的该一端以阻断该第二能量源对该次级线圈放电的第一单向器件，以及抑制和降低火花塞放电时产生的射频信号和电磁干扰对线圈回路及整车电路的干扰的第一阻尼器件，

该第二单向及阻尼电路连接于该火花塞的该一端与该第二能量源的一端之间，该第二单向及阻尼电路包括保持电流从该第二能量源的该一端流向该火花塞的该一端以阻断该次级线圈对该第二能量源放电的第二单向器件，以及抑制和降低火花塞放电时产生的射频信号和电磁干扰对该第二能量源的干扰的第二阻尼器件。

2.如权利要求1所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该第二能量源包括直流转换电路及高能单模电路。

3.如权利要求2所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该第二能量源还包括储能器，该储能器是电容。

4.如权利要求1所述的等离子点火控制系统，其特征在于，还包括配有护套装置的外壳体。

5.如权利要求4所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该护套装置设有用以防电磁干扰的表面屏蔽层。

6.如权利要求1所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该第一单向及阻尼电路与该第二单向及阻尼电路共同由绝缘材料包裹，形成高压绝缘。

7.如权利要求1所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该第一单向及阻尼电路和该第二单向及阻尼电路的连接点与该等离子火花塞相连。

8.如权利要求1所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该第一单向及阻尼电路、该第二单向及阻尼电路均有用以防电磁干扰的表面屏蔽层。

9.如权利要求1所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该等离子火花塞的电阻接近于零。

10.如权利要求1所述的等离子点火控制系统，其特征在于，该点火线圈是晶体管驱动点火线圈或笔式点火线圈。