CN106677952A - 用于内燃发动机的电磁点火系统和具有点火系统的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃发动机的点火系统，该内燃发动机具有至少一个汽缸(10)、可以在该汽缸(10)内向后和向前移动并且具有活塞顶(21)的往复运动活塞(20)以及邻接该活塞顶(21)的燃烧室(33)。该点火系统被设计成用于点燃该燃烧室(33)中的燃料/空气混合物的电磁点火系统。根据本发明的点火系统包括该汽缸(10)中的外部初级绕组(40)和该汽缸(10)和/或该往复运动活塞(20)中的至少一个内部次级绕组(50)，其中该至少一个次级绕组(50)与至少两个点火电极(51；52)连接，通过这些点火电极，可以在燃烧室(33)中产生点火火花，其中该初级绕组(40)与控制单元(60)连接，该控制单元被设计成用于控制电流在该初级绕组(40)中的流动，其方式为在根据该汽缸(10)内的该往复运动活塞(20)的位置限定的时间点在该至少一个次级绕组(50)的点火电极(51；52)两端产生点火火花。

Description

用于内燃发动机的电磁点火系统和具有点火系统的内燃发 动机

技术领域

本发明涉及用于内燃发动机的点火系统，该内燃发动机具有至少一个汽缸、可以在汽缸中前后移动的往复运动活塞、和燃烧室，其中该点火系统被设计为用于点燃燃烧室内的燃料/空气混合物的电磁点火系统。

背景技术

这类点火系统通常包括伸入汽缸中以便在燃烧室内产生点火火花的火花塞。例如，US2005/0061294A1描述了一种具有这类火花塞的发动机。US7,559,319B2也描述了一种具有火花塞的点火系统。

然而，经常需要将内燃发动机制作地更小以便它们能够作为相对小的辅助驱动装置容纳在例如混合动力车辆中。在这种情况下，如果在直接喷射的情况下必须安装多个喷射器和多个火花塞，则汽缸盖上方所需的安装空间会是个问题。在此，例如这些部件的尺寸减小或不同的安排不能为显著减小安装空间来提供充分的潜力。因此，一种方法可以从根本上改变内燃发动机的运行模式，并且现有技术可以为内燃发动机的替代性运行模式提供建议。

例如，US7,793,634B2描述了不仅通过燃烧燃烧室内的燃料/空气混合物而且还通过以电磁方式驱动往复运动活塞来移动内燃发动机的往复运动活塞的可能性。这种电磁模式可以单独地或与内燃模式组合被采用。为了这个目的，往复运动活塞由磁性材料构成并且汽缸具有线圈，往复运动活塞移动通过这些线圈。通过线圈中适当的功率流，往复运动活塞可以向后和向前移动。由此可以减少燃料消耗，但这不会引起发动机的安装空间减小。

US8,991,356B2也公开了用于内燃发动机的电磁辅助设备，其中，例如往复运动活塞设有永久磁体并且汽缸设有电磁体。通过适当的功率流到电磁体，可以生成交变磁场，通过该交变磁场，可以交替产生在往复运动活塞的永久磁体与电磁体之间的吸引和排斥。这种吸引和排斥帮助往复运动活塞的往复运动。US2011/0221208A1公开了一种类似安排，但是在这种情况下往复运动活塞在其往复运动过程中的动能被相反地转换成电能。

然而，使用这些系统中的任何系统，不能减小内燃发动机所需的安装空间。相比之下，例如，US6,883,507B2公开了一种没有火花塞的内燃发动机，其中燃烧室中的燃料/空气混合物通过电晕放电来点燃。在这种情况下，燃料/空气混合物被电离化以便点燃。

发明内容

本发明的基本目的是提供一种替代性点火系统，通过该点火系统，特别地，可以减小汽缸/往复运动活塞单元上方的安装空间。

根据本发明，该目的通过本发明描述的点火系统并且通过相关联的内燃发动机实现。

应注意，以下描述中单独介绍的特征和措施可以以任何技术上有意义的方式组合并且得到本发明的另外的实施例。本描述此外表征并详细说明本发明，特别是结合图。

根据本发明的点火系统适合于在内燃发动机中使用，该内燃发动机具有至少一个汽缸、可以在该汽缸内向后和向前移动并且具有活塞顶的往复运动活塞以及邻接该活塞顶的燃烧室。在这种情况下，点火系统被设计为一种用于点燃燃烧室内的燃料/空气混合物的电磁点火系统，并且该系统具有在汽缸中的初级绕组和同样在汽缸或在往复运动活塞中的至少一个次级绕组。次级绕组与至少两个点火电极连接。在这些点火电极之间，可以产生点火火花，通过点火火花，可以点燃燃烧室中的燃料/空气混合物。

因此，不是通过点火电极伸入燃烧室中的常规火花塞来完成燃料/空气混合物的点燃。相反，该点火系统整合到汽缸/往复运动活塞单元中，并且因此不再需要火花塞。这引起部件减少，并且特别是减小发动机的头部区域中的安装空间。不再需要安装空间来安装火花塞，并且因此可以将内燃发动机整体上做得更小。如果内燃发动机是具有混合驱动装置的马达车辆中的电动驱动装置的辅助发动机，则这是特别有利的。术语“火花塞”旨在包括火花点火发动机的火花塞和作为同义词的柴油发动机的电热塞并且不旨在以任何方式进行限制。在这个程度上，因此，本发明使火花塞/电热塞多余。

如果不需要整合火花塞，则这还引起实施例中更大的设计自由度和内燃发动机的头部区域中其他部件的安排。例如，进气门和排气门可以被制作得更大和/或以更有利的方式安排。同样在选择点火火花的位置时，根据本发明的点火系统提供更大的设计自由度。例如，通过适当定位点火电极，可以在不同的位置产生点火火花。在此，用于产生点火火花的元件的位置可以更好的匹配发动机的要求。

可以特别地通过次级绕组的适当安排来实现用于产生点火火花的不同位置。例如，与初级绕组一样，次级绕组可以设置在汽缸中，其中次级绕组在汽缸内壁的区域中与至少两个点火电极连接。两个绕组与汽缸套中的外绕组和内绕组同轴。本实施例具有以下优点：点火火花在汽缸内壁上的位置选择可以是相对自由的，因此允许在燃烧室中开始最优燃烧过程。

在本发明的替代性实施例中，该至少一个次级绕组安排在该往复运动活塞中，其中该次级绕组在该活塞顶的区域中与至少两个点火电极连接。在本实施例中，可以在邻接燃烧室的活塞顶点产生火火花。在这个变体的优选实施例中，该初级绕组在该汽缸的汽缸套中形成为螺旋状，而该至少一个次级绕组在该往复运动活塞的活塞本体或活塞裙部中形成为螺旋状，其中该初级绕组和该次级绕组同轴。如果次级绕组在汽缸套中以螺旋状安排，则初级绕组和次级绕组同样可以是同轴的。

在此，电磁点火系统的运行模式本质上基于点火线圈的原理。次级绕组位于汽缸中的初级绕组内，其中往复运动活塞用作共用可磁化核心。因此，如果往复运动活塞至少在次级绕组的区域由可磁化金属构成，则这是有利的。低电阻初级绕组此外优选地具有比高电阻次级绕组更少的绕组。

在初级绕组中，产生电流，并且进而产生磁场。次级绕组也位于这个磁场中。如果初级绕组中的电流流动中断，则磁场消失，由此在次级绕组中通过感应产生高电压脉冲，通过该电压脉冲，可以在点火电极两端产生点火火花。这个过程可以以短时间间隔重复，因此允许在所选择的时间点产生点火火花，例如，就在燃烧室中的往复运动活塞的上止点之前，例如，在内燃发动机运行过程中。

在根据本发明的电磁点火系统中，初级绕组因此通过电流流过该初级绕组并且产生磁场的事实来限定。次级绕组通过这个磁场消失时通过感应在该次级绕组中产生高电压脉冲的事实来限定。为了控制用于此目的的初级绕组中的电流流动，根据本发明，初级绕组与被适当设计用于这种控制的控制单元连接。特别地，该控制单元被设计用于控制初级绕组中的电流流动，其控制方式为在预定时间点，在至少一个次级绕组的点火电极两端产生点火火花。根据本发明，根据往复运动活塞在汽缸内的位置来限定产生点火火花的这个时间点。

与之前的点火系统相同，必须在某一时间点产生点火火花，该时间点取决于往复运动活塞在汽缸内的位置。如果次级绕组被安排在往复运动活塞中，则必须将次级绕组与往复运动活塞一起运动考虑在内，并且因此本实施例中的次级绕组必须安排在往复运动活塞上，其方式为在相关时间点，当初级绕组中的电流流动中断时，在相对于初级绕组的位置或方位，在次级绕组中可以产生所需的高电压脉冲。

本发明还包括一种内燃发动机，该内燃发动机具有至少一个汽缸、可以在该汽缸内向后和向前移动并且具有活塞顶的往复运动活塞以及邻接该活塞顶的燃烧室。该内燃发动机具有用于点燃燃烧室中的燃料/空气混合物的电磁点火系统，所述系统根据所描述实施例中的一个或多个实施例设计。在此，该内燃发动机通常具有相关联往复运动活塞和相应电磁点火系统的多个汽缸，其中可以通过中央控制单元控制电流在该相应点火系统的初级绕组中的流动。该中央控制单元因此控制所有点火系统并将它们同步。

附图说明

图1示出内燃发动机的汽缸/往复运动活塞的示意图，该内燃发动机具有根据本发明的点火系统的实施例。

然而，该图示应被认为纯粹是说明性的，并且根据本发明的点火系统还可以用于其他类型的发动机。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了内燃发动机的汽缸/往复运动活塞单元，其中该单元具有汽缸10，在该汽缸中，往复运动活塞20可以向后和向前移动。往复运动活塞20通过连杆以已知方式与曲轴连接，该曲轴的旋转由旋转箭头表示。在往复运动活塞20的活塞顶21上形成燃烧室33，空气和燃料被引入该燃烧室从而在燃烧室中燃烧。空气和燃料的供应和混合可以以已知方式完成，特别是通过气门正时系统。这通过打开和关闭内燃发动机的进气口和出气口来控制气门和因此控制充气交换。

在图1的实施例中，用于将空气供应到燃烧室33中的进气门31设置在汽缸10的上部区域。举例来讲，内燃发动机由直接喷射系统实施，并且因此燃料直接经由喷射器30(纯为示意性说明)被供应到燃烧室33中。在燃烧之后，排气经由排气门32从燃烧室33排出。气门31、32通过凸轮轴移动，凸轮轴的旋转同样由图1中的旋转箭头表示，而往复运动活塞20的向上运动由相应的向上箭头表示。

为了点燃燃料/空气混合物，提供了点火系统。图1中的实施例中使用的点火系统具有外部初级绕组40，该初级绕组被安排在汽缸10中。例如，该汽缸被整合到汽缸套11中。初级绕组40具有多个绕组，这些绕组以螺旋状安排在汽缸套11中，其结果是初级绕组40相对于往复运动活塞20同轴延伸。初级绕组40的末端从汽缸10引出并且与控制单元60连接。特别地，控制单元60是发动机控制器(ECU-电子控制单元)。

次级绕组可以同轴安排在汽缸套11中的初级绕组40内。

然而，在图1的实施例中，次级绕组50位于往复运动活塞20中。特别地，该次级绕组整合在活塞本体22或位于活塞顶21下面的活塞裙部22中。在内燃发动机运行过程中，次级绕组50因此随着往复运动活塞20上下移动。

次级绕组50与形成在活塞顶21上的两个点火电极51和52连接。这个连接在图1中由虚线表示，但该虚线仅旨在表示说明性连接。可以选择该连接的合适路线。在图1中，另外，显示次级绕组50具有的匝数少于初级绕组40，但是颠倒情况是优选的实例，其中次级绕组50比初级绕组40具有更多匝数是优选的。因此，这个说明仅用于阐明本发明的基本原理。

点火电极51、52位于例如活塞顶21的边缘区域，图1中的实施例就是这种情况。然而，点火电极51、52还可以安排在活塞顶21上的其他点处。另外，还可以提供多于两个点火电极。

内燃发动机具有多个这样的汽缸/往复运动活塞单元，其中控制单元60与每个单元的相应点火系统连接。因此，可以在所有汽缸内以控制单元60同步化的方式产生点火火花。

当往复运动活塞20朝着其上止点方向向上移动时，如图1中的箭头所指示的，控制单元60中断初级绕组40中的电流流动，其方式为之前产生的磁场消失。这在一个时间点发生，该时间点被选择，使得通过次级绕组50中的高电压脉冲在点火电极51、52两端产生的点火火花在正确的时刻产生以点燃燃烧室33中的压缩燃料/空气混合物。因此，初级绕组40和次级绕组50以这样的方式被安排，使得次级绕组50适当地位于初级绕组40内，就在往复运动活塞20的上止点前面。

参考符号列表

10 汽缸

11 汽缸套

20 往复运动活塞

21 活塞顶

22 活塞本体

30 喷射器

31 进气门

32 排气门

33 燃烧室

40 初级绕组

50 次级绕组

51、52 电极

60 控制单元ECU

Claims (6)

1.一种用于内燃发动机的点火系统，所述内燃发动机具有至少一个汽缸(10)、能够在所述汽缸(10)内向后和向前移动并且具有活塞顶(21)的往复运动活塞(20)以及邻接所述活塞顶(21)的燃烧室(33)，其中所述点火系统被设计为用于点燃所述燃烧室(33)中的燃料/空气混合物的电磁点火系统，

所述电磁点火系统包含：

所述汽缸(10)中的初级绕组(40)和所述汽缸(10)和/或所述往复运动活塞(20)中的至少一个次级绕组(50)，其中所述至少一个次级绕组(50)与至少两个点火电极(51；52)连接，通过所述点火电极，能够在所述燃烧室(33)中产生点火火花，并且所述初级绕组(40)与控制单元(60)连接，所述控制单元被设计成用于控制电流在所述初级绕组(40)中的流动，其控制方式为在根据所述汽缸(10)内的所述往复运动活塞(20)的位置限定的时间点在所述至少一个次级绕组(50)的所述点火电极(51；52)两端产生点火火花。

2.根据权利要求1所述的点火系统，

其中：

至少一个次级绕组(50)被安排在所述汽缸(20)中，其中所述次级绕组(50)在汽缸内壁的区域中与至少两个点火电极(51；52)连接。

3.根据权利要求1所述的点火系统，

其中：

至少一个次级绕组(50)被安排在所述往复运动活塞(20)中，其中所述次级绕组(50)在所述活塞顶(21)的区域中与至少两个点火电极(51；52)连接。

4.如以上权利要求之一所述的点火系统，

其中：

所述初级绕组(40)在所述汽缸(10)的所述汽缸套(11)中形成为螺旋状，而所述至少一个次级绕组(50)在所述往复运动活塞(20)的所述活塞本体(22)中形成为螺旋状，其中所述初级绕组(40)和所述次级绕组(50)同轴。

5.一种内燃发动机，其具有至少一个汽缸(10)、能够在所述汽缸(10)内向后和向前移动并且具有活塞顶(21)的往复运动活塞(20)以及邻接所述活塞顶(21)的燃烧室(33)，包含：

用于点燃所述燃烧室(33)中的燃料/空气混合物的电磁点火系统，特别地，所述电磁点火系统根据权利要求1至4中一个或多个设计。

6.如权利要求5所述的内燃发动机，

所述内燃发动机包含：

具有相关联往复运动活塞(20)和相应电磁点火系统的多个汽缸(10)，其中能够通过中央控制单元(60)控制电流在所述相应点火系统的初级绕组(40)中的流动。