CN106410611A - 基于互频原理的分布式无线供电火花塞及内燃机点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞及内燃机点火装置。所述无线供电火花塞包括火花塞基体以及电能无线供给单元和电能无线接收单元，该火花塞基体包括匹配的第一、第二电极，该电能无线接收单元包括电能无线接收模块、升压模块和高压放电控制模块，该高压放电控制模块与第一电极电连接，该电能无线供给单元包括与电能无线接收模块匹配的电能无线发射模块，该电能无线发射模块与外部电源电连接。本发明够有效提高内燃机气缸缸体的气密性，避免因气缸缸体渗油和漏气对内燃机的影响，同时还可藉由一个电能无线供给单元对单个气缸内的多个火花塞同时供电，保证气缸内混合气体的顺畅点燃，提高燃烧效率，减少积炭，延长使用寿命。

Description

基于互频原理的分布式无线供电火花塞及内燃机点火装置

技术领域

本发明涉及一种点火式内燃机的火花塞，具体涉及一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞及内燃机点火装置，其可被应用于汽车、摩托车、工业发电等领域。

背景技术

火花塞广泛应用于汽车、摩托车、工业发电等点火式内燃机，其功能为通过高压放电击穿火花塞中央电极与侧电极之间的空气，产生电火花从而将内燃机气缸中的混合气体点燃，使内燃机产生动力。

现有的火花塞主要是通过外螺纹与内燃机缸体进行固定，其底部伸入气缸内，顶部通过电缆与脉冲电源相连。此类火花塞安装力度小时，会造成渗油和漏气，影响内燃机性能，而力度过大则会造成脱扣和扭断火花塞。而且这种安装方式对内燃机缸体气密性存在一定影响。气缸内布放多个火花塞时需引出多条供电线缆，布线繁杂，难以组装维护，成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞及内燃机点火装置，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞，包括火花塞基体以及相互配合的电能无线供给单元和电能无线接收单元，所述火花塞基体包括相互配合的第一电极和第二电极，所述电能无线接收单元包括依次串联的电能无线接收模块、升压模块和高压放电控制模块，所述高压放电控制模块与所述第一电极电连接，所述电能无线供给单元包括以互频方式与所述电能无线接收模块相匹配的电能无线发射模块，所述电能无线接收模块与电能无线发射模块间隔设置，所述电能无线发射模块与外部电源电连接。

进一步的，所述无线供电火花塞在工作时，电能无线接收模块从电能无线发射模块接收到电能后，将电能传递给升压模块，最后由高压放电控制模块进行放电控制。

进一步的，所述高压放电控制模块在点火信号的控制下，使火花塞点火。

进一步的，所述电能无线接收模块包括接收磁感组，所述接收磁感组包括接收线圈及与接收线圈结合的磁性材料，所述接收线圈与谐振器串联连接。

进一步的，所述电能无线发射模块包括发射磁感组、高频驱动电路、谐振电路、逆变电路、功率放大电路和控制电路，所述发射磁感组与所述电能无线接收模块中的接收磁感组以互频方式相互匹配。

进一步的，所述高频驱动电路、逆变电路、功率放大电路、谐振电路和发射磁感组依次串联，同时所述逆变电路、功率放大电路和发射磁感组还与控制电路连接，所述高频驱动电路与外部电源电连接

进一步的，所述发射磁感组包括驱动线圈和磁性材料，所述驱动线圈与磁性材料结合，并且所述驱动线圈与谐振器串联连接。

进一步的，所述驱动线圈可以是多个驱动线圈与对应的多个谐振器串联，也可以是单个驱动线圈与单个谐振器串联。

进一步的，所述驱动线圈的形状可以根据需要进行调整。

进一步的，所述多个驱动线圈和谐振器可以由单个电路模块驱动，也可以由多个电路模块驱动。

进一步的，所述无线供电火花塞还包括壳体，所述第一电极及电能无线接收单元置于所述壳体内，所述第二电极与所述壳体固定连接，所述电能无线供给单元设于所述壳体之外。

进一步的，每一电能无线发射模块与一个或两个以上电能无线接收模块相匹配。优选的，每一电能无线发射模块与多个电能无线接收模块相匹配。亦即，每一电能无线发射模块可以对所匹配的一个或多个电能无线接收模块供给电能。

在一些实施方案中，前述第一电极可以是火花塞中央电极，前述第二电极可以是火花塞侧电极。其中第二电极可以是一个或多个。而所述火花塞侧电极可以是接地的。

在一些实施方案中，火花塞基体与电能无线接收单元可以是一体设置的，或者，电能无线接收单元可以是内置于火花塞基体内。

本发明实施例提供了一种内燃机点火装置，其包含所述的基于互频原理的分布式无线供电火花塞，所述无线供电火花塞中的火花塞基体及电能接收单元均被密封于内燃机气缸内，电能无线供给单元被设置于内燃机气缸之外。

进一步的，所述封装电能无线接收单元的管壳材料为非金属材质或金属与非金属复合材质的，例如陶瓷或陶瓷-金属复合材料等，但不限于此。

进一步的，所述内燃机气缸缸体设于所述电能无线接收模块与电能无线发射模块之间的部分为非金属材质的，例如陶瓷等，但不限于此。

进一步的，所述内燃机用点火装置包含复数个所述的无线供电火花塞，该复数个无线供电火花塞的火花塞基体离散分布于内燃机气缸内。

优选的，所述火花塞基体与电能无线接收单元是一体设置的，或者，电能无线接收单元被置于火花塞基体内。

在一些实施方案中，所述内燃机气缸内布放的多个火花塞基体的位置可以是水平布放，也可以相互之间有一定落差的布放方式。这些无线供电火花塞的点火方式，可以采用同时点火的方式，也可以采用间隔一定时间的点火方式。

与现有技术相比，本发明提供的基于互频原理的分布式无线供电火花塞及内燃机点火装置能够有效提高内燃机气缸缸体的气密性，避免了由火花塞所引起的气缸缸体渗油和漏气对内燃机的影响，同时还可以藉由一个电能供给单元对单个气缸内的多个火花塞同时供电，能够保证气缸内混合气体的顺畅点燃，提高燃烧效率，减少积炭，延长火花塞使用寿命。

附图说明

如下将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

图1为本发明一实施例中一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞的结构示意图。

图2为本发明一实施例中一种电能无线发射模块的电路图。

图3为本发明一实施例中一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞的工作原理图。

图4为本发明一实施例中一种装配有多个无线供电火花塞的内燃机气缸的结构示意图。

图5为本发明另一实施例中一种装配有多个无线供电火花塞的内燃机气缸的结构示意图。

图6为本发明又一实施例中一种装配有多个无线供电火花塞的内燃机气缸的结构示意图。

附图标记说明：火花塞侧电极1、火花塞中央电极2、壳体3、高压放电控制模块4、升压模块5、电能无线接收模块6、电能无线发射模块7。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行具体、清楚、完整地描述。

请参阅图1，本发明一典型实施例中的一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞包括火花塞基体以及通过互频方式相互匹配的电能无线供给单元和电能无线接收单元。

其中，所述火花塞基体可以包括壳体3、相互配合的火花塞侧电极1(接地，可以视作第二电极)、火花塞中央电极2(可以视作第一电极，亦称火花塞中心电极)，其中火花塞中央电极2可置于壳体3内，而火花塞侧电极1可通过焊接等方式与壳体3固定连接。

进一步的，所述火花塞基体以及电能无线接收单元优选为一体设置的。

其中，所述电能无线接收单元可以包括依次串联的高压放电控制模块4、升压模块5、电能无线接收模块6等。

其中，所述高压放电控制模块与火花塞中央电极2电连接。

其中，所述电能无线供给单元可包括与所述电能无线接收模块相匹配的电能无线发射模块7，所述电能无线接收模块与电能无线发射模块间隔设置。

进一步的，所述电能无线接收模块与电能无线发射模块通过“互频”方式相互匹配。

其中，所述电能无线发射模块7与外部电源电连接。

进一步的，所述电能无线接收模块6包括接收磁感组，所述接收磁感组包括接收线圈及与接收线圈贴合的磁性材料，所述接收线圈还与谐振器串联连接。

进一步的，所述磁性材料可由软磁粉(例如铁钴镍磁粉、铁硅软磁粉等)和高分子材料(例如环氧树脂、聚酯等等)合成。

进一步的，请参阅图2所示，所述电能无线发射模块7可以包括发射磁感组、高频驱动电路、谐振电路、逆变电路、功率放大电路、控制电路等。

进一步的，所述发射磁感组包括驱动线圈和磁性材料，驱动线圈与磁性材料紧贴，并与谐振器串联连接。所述驱动线圈可以是多个驱动线圈与对应的多个谐振器串联，也可以是单个驱动线圈与单个谐振器串联，所述驱动线圈的形状可以根据需要进行调整。

进一步的，在本实施例中，可以用一个所述的电能无线发射模块7与一个电能无线接收模块6匹配，亦可以用一个所述的电能无线发射模块7与多个电能无线接收模块6匹配，实现电能无线发射模块7向电能无线接收模块6的电能供给。

所述电能无线发射模块7与电能无线接收模块6进行“互频”匹配的原理包括：当所述电能无线供给单元中的高频驱动电路被输入设定频率的交流电信号时，所述发射谐振体(由发射磁感组和谐振电路中的谐振电容组成)的固有频率被所述接收谐振体(由接收磁感组和谐振器中的谐振电容组成)影响而达到该选定工作频率的选定带宽范围内，使所述发射谐振体达到谐振状态，同时所述接收谐振体的固有频率被所述发射谐振体影响而达到设定频率范围，使所述接收谐振体与发射谐振体产生谐振，在谐振状态下可以达到最高的电能无线传输效率，实现电能在所述电能无线供给模块和电能无线接收模块之间的无线传输，所述电能无线接收单元中的其余功能模块接收所述接收谐振体输出的电信号，并向负载设备供电。

进一步的，请参阅图3所示，本实施例的无线供电火花塞在工作时，电能无线接收模块6从电能无线发射模块7接收到电能后，将电能传递给升压模块5，最后由高压放电控制模块4进行放电控制。

进一步的，所述高压放电模块4在点火信号的控制下，向火花塞中央电极2供电，使火花塞中央电极2向火花塞侧电极1放电，最终实现火花塞点火。

需要说明的是，前述高压放电控制模块4、升压模块5、高频驱动电路、谐振电路、逆变电路、功率放大电路、控制电路等均可采用业界已知的类型。而前述火花塞基体中壳体3、火花塞侧电极1、火花塞中央电极2等的组配结构、形式亦可以是业界已知的。此外，依据实际应用的需求，本领域技术人员还依据本说明书，并结合业界常识，而想到在所述分布式无线供电火花塞的电路结构中增加其它的电路功能元件等。

本发明的基于“互频”原理的分布式无线供电火花塞可以在各类内燃机中广泛应用。

在应用时，可以将所述无线供电火花塞中的火花塞基体及电能无线接收单元均密封于内燃机气缸内，而将电能无线供给单元设置于内燃机气缸之外。

进一步的，所述内燃机气缸缸体设于所述电能无线接收模块与电能无线发射模块之间的部分可以为陶瓷或陶瓷-金属复合材料等材质，但不限于此。

在一些实施方案中，所述内燃机用点火装置包含复数个所述的无线供电火花塞，该复数个无线供电火花塞的火花塞基体离散分布于内燃机气缸内。

例如，参阅图4所示，可以在一个内燃机气缸(即，密闭气缸缸体)内设置多个火花塞基体(内置电能接收单元或与电能接收单元一体设置)，如火花塞1、火花塞2…火花塞N等，该多个火花塞基体中的多个电能无线接收模块可与一个电能无线供给单元中的一个电能无线发射模块匹配，而该电能无线发射模块可与一个电路模块电连接。

又例如，参阅图5所示，可以在一个内燃机气缸(即，密闭气缸缸体)内设置多个火花塞基体(内置电能接收单元或与电能接收单元一体设置)，如火花塞1、火花塞2…火花塞N等，该多个火花塞基体中的多个电能无线接收模块可与多个电能无线发射模块匹配，而这些电能无线发射模块可与一个电路模块(该电路模块包括电源模块或电源模块及其它电学功能模块，如变压器等等，下同)电连接。

又例如，参阅图6所示，可以在一个内燃机气缸(即，密闭气缸缸体)内设置多个火花塞基体(内置电能接收单元或与电能接收单元一体设置)，如火花塞1、火花塞2…火花塞N等，该多个火花塞基体中的多个电能无线接收模块可与多个电能无线发射模块匹配，而这些电能无线发射模块可分别与多个电路模块电连接。

其中，所述内燃机气缸内布放的多个火花塞基体的位置可以是水平布放，也可以相互之间有一定落差的布放方式。这些无线供电火花塞的点火方式，可以采用同时点火的方式，也可以采用间隔一定时间的点火方式。

本发明提供的无线供电火花塞是基于“互频”原理电能无线传输技术工作的，能够有效保障内燃机气缸缸体的气密性，可杜绝因安装火花塞所引起的气缸缸体渗油和漏气对内燃机的影响，同时还可以实现在气缸内多点布放火花塞，从而保证气缸内混合气体的顺畅点燃，进而提高燃烧效率，减少积炭，延长火花塞使用寿命。

应当理解，上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上所述内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于互频原理的分布式无线供电火花塞，包括火花塞基体，所述火花塞基体包括相互配合的第一电极及第二电极，其特征在于：所述无线供电火花塞还包括相互配合的电能无线供给单元和电能无线接收单元，所述电能无线接收单元包括依次串联的电能无线接收模块、升压模块和高压放电控制模块，所述高压放电控制模块与所述第一电极电连接，所述电能无线供给单元包括能以互频方式与所述电能无线接收模块相匹配的电能无线发射模块，所述电能无线接收模块与电能无线发射模块间隔设置，所述电能无线发射模块与外部电源电连接。

2.根据权利要求1所述的基于互频原理的分布式无线供电火花塞，其特征在于：所述电能无线接收模块包括接收磁感组与谐振器，所述接收磁感组包括接收线圈及与接收线圈结合的磁性材料，所述接收线圈还与谐振器串联连接。

3.根据权利要求2所述基于互频原理的分布式无线供电火花塞，其特征在于：所述磁性材料与所述接收线圈紧贴。

4.根据权利要求1所述的基于互频原理的分布式无线供电火花塞，其特征在于：所述电能无线发射模块包括发射磁感组、高频驱动电路、谐振电路、逆变电路、功率放大电路和控制电路，所述高频驱动电路、逆变电路、功率放大电路、谐振电路和发射磁感组依次串联，同时所述逆变电路、功率放大电路和发射磁感组还与控制电路连接，所述高频驱动电路与外部电源电连接，所述发射磁感组与所述电能无线接收模块中的接收磁感组以互频方式相互匹配。

5.根据权利要求4所述的基于互频原理的分布式无线供电火花塞，其特征在于：所述发射磁感组包括驱动线圈和磁性材料，所述驱动线圈与磁性材料结合，所述驱动线圈与谐振器串联连接。

6.根据权利要求1所述的基于互频原理的分布式无线供电火花塞，其特征在于：所述无线供电火花塞还包括壳体，所述第一电极及电能接收单元置于所述壳体内，所述第二电极与所述壳体固定连接，所述电能供给单元设于所述壳体之外。

7.根据权利要求1所述的基于互频原理的分布式无线供电火花塞，其特征在于：每一电能无线发射模块与一个或两个以上电能无线接收模块相匹配。

8.一种内燃机点火装置，其特征在于：所述内燃机用点火装置包含权利要求1-7中任一项所述的基于互频原理的分布式无线供电火花塞，所述无线供电火花塞中的火花塞基体及电能无线接收单元均被密封于内燃机气缸内，电能无线供给单元被设置于内燃机气缸之外。

9.根据权利要求8所述的内燃机点火装置，其特征在于：所述内燃机气缸缸体设于所述电能无线接收模块与电能无线发射模块之间的部分为非金属材质或金属与非金属复合材质的。

10.根据权利要求8所述的内燃机点火装置，其特征在于：所述内燃机用点火装置包含复数个所述的无线供电火花塞，该复数个无线供电火花塞的火花塞基体离散分布于内燃机气缸内。