CN1319163A - 生成脉冲的电子电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法和电路,用于生成电流/电压脉冲,特别是用于产生内燃机引擎中的点火火花。所述电路包括:一个直流电压源(1);至少一个和该直流电压源(1)的两个极(2,3)连接的,尤其距其一定距离连接的,充电蓄能器(4),尤其是第一电容器(4);至少一个可控制的开关元件(5)以及至少一个由产生的脉冲控制的部件(6)。该电路还包括至少一个其它蓄能器(7)尤其是第二电容器(7),其和至少一个开关元件(5)尤其是可控制的开关元件(5)以及用脉冲控制的部件(6)串联连接。在该方式下该电路可通过至少一个的开关元件和充电蓄能器(4)的极(2,3)连接。在其它蓄能器(7)中的至少一个蓄能器的充电/放电过程期间可对该部件发送电输出。

Description

生成脉冲的电子电路

本发明涉及一种生成电流/电压脉冲的电子电路，其具有一个直流电压源、至少一个和该直流电压源的两个极连接的尤其是第一电容器的充电蓄能器、至少一个的可操纵/可触发的开关元件以及至少一个可由生成的脉冲操作的部件。

这种类型的电路尤其用于创造用来生成点火火花的脉冲，以便例如对内燃机内的混合气体点火。

其它应用例如包括允许激光二极管的脉冲操作或者操纵或驱动/触发磁阻马达。概言之，一旦任何类型的部件要用电流或电压脉冲操作时都可采用这种电路。取决于具体应用，这些脉冲可以是低压或高压脉冲。

具体地就生成点火火花而言，通常知道例如以脉动方式对蓄能电容器充电，并且随后通过变压器的主线圈利用可操纵/可触发的开关元件例如可控硅短路对在充电过程中集累的电荷短路。由这种短路生成的电流/电压脉冲在该变压器内提高到千伏范围从而在该变压器的次级线圈引出电压，这使得有可能在电弧间隙上，例如火花塞中，造成对弧的火花。这种火花用于对引擎的燃烧室中的混合气体点火。

根据该说明的电容器脉冲式放电原理工作的电路例如已知有来自US 5245965和EP 0378714的电路。

这些电路都具有一个共同的缺点，即相比较蓄能电容器的充电时间相对地长于放电时间。这意味着，为了使每个点火脉冲提供最大的点火能量，能达到的脉冲序列受上限限制。

例如，在6缸汽车引擎中，为达到6000转/分需要每秒300个点火脉冲。换言之，必须每3.3毫秒生成一个点火脉冲。为满足蓄能电容器的短充电时间(范围在1和1.5毫秒之间)，和该电路配合的所需能源必须具有极低的内电阻并且提供高功率。

已知点火系统的另一个缺点是，由于在贮能电容器的放电过程中产生点火火花，在火花一成后不能再向形成的电弧馈送能量，从而火花的持续时间通常仅为100-300微秒。尤其在内燃机的部分负载运行下，除其它外这可导致不完全燃烧和放出更多的污染物。

本发明的目的是提供一种高效能地生成电流/电压脉冲的电子电路，在其中在脉冲生成后还可继续向由该电路操作的部件馈送能量，从而例如依据本发明的电路用于点火系统中时，在生成点火火花后可继续对驻电弧馈送能量，这样即使大多数变化的燃烧条件下，例如在启动或满负载下，可发生干净和低污染的燃烧。本发明的再一个目的是即使在最大能量回收时也能产生比常规电路更高的脉冲频率。

本发明以这样的方式解决该问题，即至少一个和直流电压源(例如电池)连接的充电蓄能器(具体地按第一电容器部署)之外，该电子电路还设置至少一个其它蓄能器，具体地为第二电容器，其串联地和至少一个的开关元件(具体地为可操纵/可触发开关元件)以及由脉冲操作的部件连接，并且从而可通过至少一个开关元件和充电蓄能器双极连接，由此可在至少一个其它蓄能器的充电和/或放电过程中向该部件发送电能。

这种类型的电路以充电蓄能器(即具体地是第一电容器)的电荷通过任何所需的连接的部件发送到其它蓄能器(如第二电容器)的方式使得有可能在操纵/触发开关元件后生成脉冲。

依据第一优选实施例，传送到蓄能器或该其它蓄能器的电荷出于持续脉冲生成的目的例如可用于增加充电蓄能器和一个或多个其它蓄能器之间的电位差。

出于这个目的该电路设计成一个或多个蓄能器的极性是可切换的。在蓄能器的情况下，这可以是一个充电蓄能器和所提及的其它蓄能器中的一个或多个。

切换可这样简单地实现，即在该电子电路内可在电流流动方向上颠倒蓄能器中的一个或多个的连接极的次序。这种可切换性/可颠倒性使得可切换蓄能器中存在的电荷极性相对于其它蓄能器是可改变的。

在从充电蓄能器向一个其它蓄能器的脉冲式电荷传送期间，后者接近充电到该充电蓄能器的电压。一旦电荷被输送，通常在该充电蓄能器和该其它蓄能器之间不再存在电位差，除非消耗掉该其它蓄能器上的电荷。

由于所描述的切换，在切换之后该充电蓄能器和该其它蓄能器之间的电位差会相应地几乎是该充电蓄能器中存在的电压的两倍。

如果通过启动切换现产生脉冲式的电荷传送，可以用人为提高的电压操作部件并从而得到更高的功耗。在出现电位相等化后，可以出于生成下个脉冲的目的再次切换蓄能器的极性。

是否实际出现充电蓄能器和其它蓄能器之间的电位的真正相等主要取决于充电时间常数和切换定时，这进而取决于操作部件所需的脉冲频率。从而电压提高的幅度是这些参数的函数并且还取决于把多少电荷从蓄能器提供到脉冲操作式部件上。提高百分之几十的电压是现实的。

从而以一种简单的方式可以用比充电蓄能器上的电压大的电压操作脉冲操作式部件，从而较低的运行电压可以是足够的。

由于仅在初始充电至少一个其它蓄能器之后电压提高才是可能的，若在第一次充电过程期间电荷不通过该脉冲操作式部件会是有好处的。这例如可以通过一旁路电路达到，并且在不能用其它方式保证用第一脉冲电压安全操作该部件时是必需的。然而，当从电压源以大的充电时间常数对通常具有很大电容的充电蓄能器充电并且同时利用该蓄能器的第一次充电还能以大的时间常数对其它蓄能器充电时，可以省掉旁路电路。在这种情况下，不会生成脉冲并且会通过该部件缓慢充电其它蓄能器。

该电路中任何所需数量的蓄能器的可切换性还代表另一个优点，即当使用具有电感的部件时，在例如由于所生成的脉冲的负半波中的衰减磁场造成出现互感电压的情况下，有可能在最大叠加串接下连接该部件以及各蓄能器上出现的所有部分电压，以便利用互感电压并且调谐地有效实现该部件的交变电压脉冲式操作。

还应该提到，所提及的各个蓄能器可以不只是各个单个的蓄能器元件，而是可能是一种排列，尤其中诸如电容器的各蓄能器元件的串联和/或并联连接。

在替代的或并存的一实施例中，在生成第一脉冲后，发送到其它蓄能器的电荷还被用来生成相随的脉冲或者用来以直流或交流能量的形式向用脉冲操作的部件提供附加能量。从而所设置的至少一个蓄能器在其充电以及放电过程期间向脉冲操作式部件提供部分或全部能量。

例如在内燃机的点火系统中具体使用依据本发明的电子电路下，有可能提供更多的能量来触发电弧或激发下个火花。从而火花的持续时间是可调节的或者从而可提高引擎的最大速度，因为可以在其它蓄能器的充电以及放电期间生成点火火花而且在下个点火火花之前不必等待整个充电/放电周期。

在依据本发明进行布局时，若整个电路对每个其它蓄能器具有彼此不同的充电电路和放电电路二者是更有好处的。在这种情况下，应把每个其它蓄能器设置在构成这两个电子电路的一部分的一段电路中。如果另外还把该脉冲操作式部件设置在一个位于这两个充电电路和放电电路之中的电路段中，在各个其它蓄能器的充、放电过程中可非常容易地使发送的电荷通过该脉冲操作式部件，从而操纵它。

在所描述的布局中，若在一个其它蓄能器或数个蓄能器的充、放电期间电荷在相同方向下脉冲通过该部件是特别有益的。

这确保在充电过程以及放电过程中脉冲操作式部件处的极性保持相同。

备择地，第一脉冲操作式部件可位于充电电路中而第二脉冲操作式部件位于放电电路中。这种类型的布局使得有可能在一个或多个其它蓄能器的充电和放电期间操纵/驱动不同的脉冲操作式部件。这可例如想象成操纵磁阻马达的不同载流线圈或者一个接一个地操纵另一个马达的情况。当然在每种情况中可以在充放电电路中设置更多部件。

还可想象成例如在一种应用中在该其它蓄能器充电周期内激发第一火花塞并且在同一个蓄能器的放电周期内激发第二火花塞。在另一个应用中，可以利用脉冲交替地操纵/触发不同的激光二极管，从而在一个激光二极管阵列中可降低每个激光二极管的重复频率，这通常对于二极管或脉冲操作式部件的寿命具有积极影响。

如果在各种情况下充放电电路具有至少一个最好两个开关元件并且它们尤其是可操纵/可触发的，则是特别有好处的。通过可操纵/可触发的开关元件则有可能在该其它蓄能器的脉冲式充电和放电之间更迭。该操纵/触发例如是可编程的，并且尤其可由马达/引擎电子控制系统实现。

如果在这种情况下在蓄能器的充放电期间电流总是在相同方向下流过脉冲操作式部件，可以在不变的极性下向脉冲操作式部件提供更多的能量。

借助依据本发明的电路可以在交变周期内改变提供给该脉冲操作式部件的附加能量数量。由于在蓄能器的充电和放电之间在达到充电或放电极限之前出现切换，这一点成为可能，可以按蓄能器中的电荷接近充电或放电极限程度的函数调整所提供的能量。从而能量数量主要取决于切换时刻蓄能器上存在的电压差。

从而当切换时刻达到充电或放电极限时提供最大能量。

对于把依据本发明的电路应用到内燃机的点火中，这意味着首先用高电压点火脉冲触发电弧并且接着用驻电弧，从而通过蓄能器的充电和放电的更迭提供的能量可适应于主电弧状态。尤其在贫混合引擎中或者在燃烧室中出现强紊流时，若能向电弧提供更高的能量是有好处的。

为了确保例如最优供能在充电和放电期间电荷总是以相同的方向流过该脉冲操作式部件，而每个电路中电荷流通的路径例如可以通过二极管确定。出于这个目的，在一优选实施例中，一个整流器装置可布置成和一个蓄能器串联，其中脉冲操作式部件布置在所述整流器装置的直流电压抽头点之间。

用来规定方向的二极可以具体地是激光二极管，从而通过依据本发明的电路，有可能得到操作激光二极管和一个其它脉冲操作式部件的简单组合。

由于可以使用数个二极管，可以选用带有不同幅射频谱的激光二极管，从而例如在充电和放电过程期间可发出不同的光谱。

作为对使用二极管的一种替代，有可能通过可操纵/可触发开关元件定义每个电路中的电荷流动路径。例如在蓄能器的充电过程期间，所有位于蓄能器的充电电路中的可操纵/可触发开关首先是接通的，同时位于放电电路内所有开关是打开的。接着可交替地切换这些可操纵/可触发的开关以实现充电和放电之间的更迭。

如已数次作为例子提出，依据本发明的电路的一种优选使用是为内燃机提供点火火花。对于这个目的，用脉冲操作的部件可以是变压器，至少一个的蓄能器的充电脉冲通过变压器的初级线圈。充电过程期间生成的电流/电压脉冲在变压器的帮助下升高成可在次级线圈上引出的高电压脉冲。接着向对混合气体点火的火花塞馈送该高电压脉冲。

通常可能利用变压过的高电压脉冲点火离子化气体。替代火花塞，有可能利用本发明的电路替代地操作例如荧光管或氖管。它们可用提高的频率操纵从而人眼不能察觉出普通管中周知的闪烁。由于这种更高的频率，变压器的典型50Hz颤动会消失。还可设想在液体中生成火花，例如常见的火花电蚀。

如前面所述，通过依据本发明的电子电路有可能在点火火花产生电弧下对驻电弧提供更多的能量。这可以是直流和/或交流电流能。

为了确保对驻电弧提供直流电流能，最好把变压器改进成其中在初级和次级线圈之间存在连接的自耦变压器。在该情况下次级线圈的自由端和弧隙的一极连接，并且另一极和机架电势连接。该弧隙最好是内燃机的火花塞。

现在，如果以在第一充电蓄能器和其它蓄能器中之一之间通过自耦变压器的初级线圈发生电荷传送的方式切换一个或数个可操纵/可触发开关元件，这除了在次级端产生高电压脉冲外还会同时通过初级和次级线圈之间的连接向火花塞施加一个电压，具体是一个直流电压，通过适当的改进直流电压源和充电蓄能器所述电压会如此高以便在点火后电弧将保持持续。

的确，尽管电弧的点火电压为数千伏，但电弧只需要几百伏，具体地对于短于1mm的间隙为200-400伏。

由于在这种方式下触发和保持的电弧会保持持续，若通过一个也可操纵/可触发的开关元件可从车辆地线断开能源(直流电压源)的接地导体是有好处的。一旦断开该连接，自动取消对火花塞上的电压势的限定，从而电弧熄灭。

有可能是这样的情况，即通过可操纵/可触发的开关元件在蓄能器的充电过程期间触发电弧并且保持所述电弧。根据例如可从引擎瞬态操作数据确定的所需的火花持续时间，可熄灭该电弧并且在该蓄能器的放电过程期间对下个点火火花点火，例如在引擎的一个循环之后。

在这种类型的构建中，如前面所述还有可能通过对各蓄能器的所描述的切换以及对相对于充电蓄能器的充电极性的所描述的切换达到提高脉冲电压。

在另一优选实施例中，变压器可具有数个最好是两个次级线圈，从而有可能同时对两个火花塞点火，例如在内燃机的燃烧室中。在这种方式下，可优化燃烧。

在依据本发明的电路的另一有益实施例中，可把阻挡一个蓄能器的充电电流的开关元件(具体是二极管)并联地和变压器的初级绕组和/或充电蓄能器连接。

当该二极管和初级绕组并联连接时，短路掉初级绕组中存在的互感电压并把该能量馈入次级侧。当所述二极管和充电蓄能器并联连接时，有可能在对其它蓄能器充电并点火火花后自身建立电振荡，还可把所述振荡的正半波发送到次级侧。这使得有可能在不把被充电的其它蓄能器的电荷用来对另外新火花点火的电路布局中，可把该电荷在无须任何开关元件下提供给变压器的次级侧。

然而应该记着，由于初级和次级线圈之间的连接，该其它蓄能器的电荷在该其它蓄能器的电压低于弧隙中的弧电压之前持续提供给驻电弧，除非能源提供的电压高于电弧的弧电压。

会有在该其它蓄能器存在残留电压的情况，该残留电压减小充电蓄能器和该其它蓄能器之间的电压差，但在所描述的切换该其它蓄能器的方式下可利用该残留电压增加电压差。

作为对使用二极管的一种替代，也可使用可操纵/可触发开关元件作为阻塞开关元件。

通言之，任何可由电流、电压或电感式、电容式、磁式或光学式控制的元件都可以充当可操纵/可触发开关元件，从而有可能采用半导体例如晶体管、其它可变换传导部件或者甚至可编程微型机电开关。可使用用导电塑料制成的开关，例如周知的熔丝。通过采用这种类型的可操纵/可触发开关有可能对依据本发明的整个电路布局进行编程，例如通过微处理器，从而例如通过一个独立的引擎电子控制系统按引擎状态的函数调节电弧持续时间以及所提供的能量。

在其它应用中，例如可把光发射元件作为由脉冲操作的部件。具体地，可设想使用由依据本发明的电路在脉冲方式下操作的激光二极管。还应提到，在内燃机的点火系统中，不仅使用一个电路，还可以例如为每个汽缸使用一个分离的电路。另外，可按需要选择电源的极性。在该情况下必须注意确保所使用的二极管在与所使用的极性相对应的正确阻塞方向下运行。

在一具特实施例中从而有可能提供点火火花的电路和在脉冲方式下操纵激光二极管的电路相组合。若把受操纵的激光二极管的光谱范围选择为可使发出的光能离子化燃烧混合气体中的分子(例如在激光束的焦点上)或者可呈现高激励状态，则有可能在一种装置中使激光二极管的脉动光通过弧隙，从而由于预离子化/预激励可明显减小要提供的点火能量。

这种类型的电路装置由于功耗可减小会使更完全和更清洁的燃烧成为可能，并可能实现速度更高的引擎。

如前面所述，在其它应用中可把磁阻马达或其它马达用作为脉冲操作式部件，在这样的马达中，例如在该其它蓄能器的充电期间电流通过第一马达线圈并且在该蓄能器的放电期间电流通过另一个马达线圈。

在下述各图中展示本发明的优选实施例的示例，附图是：

图1A示出依据本发明的一个电子电路，其中在两个贮能电容器之间交换电荷期间，所生成的电压脉冲通过一个变压器并变换成用于触发电弧的高电压。

图1B示出依据本发明的一个电路，其于贮能电容器的极性相对于充电电容器是可换向的。

图1C示出依据本发明的一个电路，其中两个贮能电容器的极性在该电路中彼此是可换向的。

图2示出依据本发明的一个电路，其中它们的方向是由二极管组规定的脉冲式充电电流和放电电流流过变压器的初线绕组。

图3示出对触发的电弧用交变电流提供其它能量的可能性。

图4示出依据本发明的一个电路，其中用可操纵/可触发的开关元件代替图2所示的确定流动方向的二极管。

图5示出类似图4中示出的电路，其中变压器的次级侧装备着两个线圈。

图6示出依据本发明的一个电路，其中通过整流器装置确定通过变压器的初级线圈的电流的方向。

图7示出和图6对应的一个电路，其中用脉冲操作式激光二极管代替脉冲操作式变压器，其中的整流器二极管也可以是激光二极管。

图8示出依据本发明的一个电路，其中一个电容器的电荷传送到一个或两个其它电容器，并且其中磁阻马达的第一绕组位于这些电容器的充电电路中而磁阻马达的第二绕组位于放电电路中。

图9示出依据本发明的带有两个电子电路的布置，其中一个电路用于生成点火火花，另一个电路用于生成激光脉冲，激光脉冲用于预离子化或者激励要在弧隙中点火的混合气体。

图1A示出一个依据本发明的电子电路，用于生成对内燃机中的点火火花进行点火的电流/电压脉冲，其具有：一个直流电压源1，一个以第一电容器形式在远处和所述直流电压源的电极2和3连接的充电蓄能器4，一个可操纵/可触发开关元件5以及一个自耦变压器6，该变压器由生成的脉冲操作并具有彼此连接的初级线圈13和次级线圈14。

该电路还具有一个其它蓄能器7，在本情况中它还部署成第二电容器，从而该第二电容器7串联地和可操纵/可触发开关元件5以及自耦变压器6的初级绕组13连接，从而通过开关元件5连接到或可连接到充电蓄能器4的极2′和3′，这样在电容器7的充电过程以及放电过程中都能把电能传送到自耦变压器。

依靠直流电压源1通过极2与2′以及极3与3′之间的连接通路，图1中示出的充电电容器4的充电和放电过程相比是准连续的。由于在充电电容器4的充电过程期间，短时间常数只起次要作用，极2和2′以及极3和3′之间的距离可以很长，并且由导线长度造成的电感和电阻不会对以后的脉冲生成造成负面影响。从而有可能把依据本发明的电子电路部分设置在图1中所示的分界线T的右方内燃机或自耦变压器的附近，并把直流电压源1，例如电池并且对该电路提供能源，设置在例如机动车内的任何希望的位置。

在所需的点火时间点接通可操纵/可触发开关元件5，其中点火时间点例如是由其它电子引擎控制系统(未示出)确定的，本文中不对此做更多的讨论。在最简单情况下该可操纵/可触发开关元件5可以是常用的半导体器件或其它可操纵/可触发开关元件，例如微型机电开关等。通过驱动开关元件5闭合充电电容器4和电容器7之间的电路，从而充电电容器4中积累的电荷作为脉冲通过自耦变压器的初级线圈13传送到电容器7。

由于自耦变压器的初级线圈13和次级线圈14之间的传输比，通过初级线圈的电压脉冲从几百伏变换到几千伏例如30-50kV的高电压，从而在内燃机的燃烧室中的火花塞的两个极15和16之间的弧隙上击出火花。

由于自耦变压器6的初级线圈13和次级线圈14之间的连接同时把电容器7上存在的电压传送到弧隙的极15，从而和接地极16相比极15升高到几百伏。这意味着通过线圈连接继续对驻电弧提供能量，在开关5处于闭合状态下所述能量是从电源1或电容器4引出的。

打开开关5造成电容器4或直流电压源1断开和弧隙15-16的连接，从而现在从电容器7提供进一步的能量，直到电容器7中的电荷下降到使电压减小到低于该弧隙所需的弧电压。此刻电弧熄灭。

同时这意味着在电容器7的脉冲式充电过程以及从该电容器到电弧的电荷传送之后，在电容器7上剩余大致和电弧中弧电压的下限相对应的不确定的残留电压。通常，电弧熄灭后在电容器7中仍存在约为200到300伏的电压。这导致，为了产生好的点火火花充电电容器4必须具有高得多的充电电压，和电容器7中的残留电压相比该充电电压应为约600到1000伏，以便在约为400到800伏的适当电压差下生成足够的点火脉冲。

另一方面，和变压器6的初级线圈13并联连接的二极管24防止出现不希望的振荡、短路互感电压并在一旦断开开关元件5下把电容器7上的电荷馈送到次级侧。

当然有可能把可操纵/可触发开关元件5设置在充电电容器4和电容器7之间的充电电路中的任何希望的位置处。还可能以常规的方式在所希望的极性下运行依据本发明的电路装置，从而可使极15相对于弧隙的接地极具有正电势或负电势。若改变极性，所需要做的只是确保改变二极管24的方向。还有可能把变压器的初级线圈13和次级线圈14之间的连接设置在线圈的低端处以代替图中示出的高端处。

在图1B中示出的实施例中，该说明的电路扩充成电容器7和它的连接极7a和7b的取向在所示电路的电流流动方向下可切换。

由于这种电路，有可能避免为了生成下一个点火火花必须首先对充了电的电容器7放电，根据图1A中示出的实施例在任何可能情况下这样的放电可能下降到残留电压。

依据该实施例，通过在该电路中切换电容器7的极性从而提高电容器4和7之间的电位差可以利用电容器7上积累的电荷。

在生成脉冲时，通过闭合开关5a和5b首先通过初线线圈13把电容器4的电荷传送到电容器7。一旦因此均衡电势，电容器7上的电压大致和电容器4的电压对应。

这里由于下述事实消除掉按照上述实施例的为生成下个脉冲必须对电容器7放电(这会剩余不能避免的残留电压)，即打开开关5a和5b并接着接通开关5c和5d，这样电容器7可在电路内电气上翻转即颠倒它的极性。

通过该切换从而颠倒该电路内电流方向中存在的电容器极7a和7b的顺序，从而增加电容器4和7之间的电压差。

在颠倒电容器7之前，两个大致相等的电容器4的正充电极2″和电容器7的7b相连接。同样负充电极3′和7a连接。

然而在颠倒后，正极2′和负极7a连接并且负极3′和正极7b连接，这造成两个电容器上基本相等的电压的相加。

由于现在电容器4和7之间的明显的更高的电压差(在理想情况下它是电容器4的运行电压的两倍)，通过两个电容器之间的电荷的脉冲式传送存在更新的电势均衡，这进而产生点火火花。为了生成脉冲从而可反复切换该电容器。

也可以在图1A中示出的实施例中使用电气上翻转电容器7的极性的这种电路布局。如果例如电容器4上的电压约为300V并且电容器7上存在200V的残留电压，对于生成点火火花100伏的差是不足的。然而在翻转电容器极性后，电压差上升到400V，这构成足够的电压。

利用这种电路变型，当用于图1A中所示的实施例中时有可能一方面利用电容器7中的残留电荷并且另一方面减少依据图1B的电路的运行电压，因为在理想情况下可把电容器4和7之间的电压差提高到是电容器4上存在的电压值的两倍。

作为对图1A的进一步扩充，在图1B中示出的实施例中可通过开关元件17切换接地定义。这使得有可能在一种命中方式下把气隙15-16升高到直流电压源的电压，其产生的优点将利用图2中示出的类似实施例予以说明。

图1C示出一种电路变型，其中该电路中的充电电容器4和电容器7在每种情况下可相对于另一个电容器颠倒极性。

这使得有可能在出现互感电压(由于初级线圈13中通过所生成的脉冲的电流/电压最大值后的磁场衰减)情况下按最大的相加串接切换线圈13和电容器4、7上的所有部分电压。

从而该在前面的实施例中由二极管限制的互感电压在这里用于谐振下的该部件的交变电压脉冲式操作。

下面详细说明这种电路布局的功能原理：

假定情况是两个电容器4和7都充电到相同的电平，通过和图1B中所示的前一实施例相对应的开关5颠倒电容器7。由于电压差因此提高，电荷从电容器4流到电容器7，因此在初级线圈13中产生电流/电压脉冲，并且再在相反方向下对极性翻转的电容器7充电从而其极性再次和起始情况相对应。

由于脉冲最大值后初级线圈13中的衰减磁场，生成一个改变线圈13处的极性的互感电压。在出现互感电压情况下，已在反方向上充电的电容器被切换从而现在在脉冲的负半波中各电容器和初级线圈上出现的电压相加地串接，这使电容器7再次在相反方向充电并且其极性再次和起始情况相对应。

一旦达到脉冲的负半波的最大值，磁场的衰减再次产生改变初级线圈处的电压状态的互感电压。现在该互感电压和电容器7上的电压但不是和电容器4上的电压最大地相加串接。

现在为了使电容器4、7和线圈13上出现的所有电压最大地相加串接，必须翻转电容器4。当这样做时，电荷再次传送到电容器7，尽管此次是在和初始情况相反的相反极性下。

从而一旦初级线圈中的电流/电压脉冲越过其正、负最大值时，反复地颠倒两个电容器4、7中的一个的极性，之后由于磁场的随后衰减在线圈中出现和激励电压相反的感应电压。

翻转必须设计成这样，在翻转两个电容器中的一个后，各电容器和线圈上存在的部分电压最大地相加，以便从该电路得到最大的能量好处并且允许谐振操作。

和图1相比，图2中示出的依据本发明的电路布局的不同之处在于该电路具有分别用来充电和放电电容器的电路。在示出的电路中，电容器7和自耦变压器6各设置在形成这两个电路的一部分的一个电路段中。

这允许通过自耦变压器6在电容器7的充电期间和放电期间使电荷形成脉冲。这确保在电容器7的每个完整的充电和放电循环中产生两个点火脉冲，从而依据本发明的电路不同于已知的其中仅在电容器的放电状态中产生点火脉冲的电路。另外，还有可能利用图2中所示的电路以两种不同的方式对已触发的电弧继续提供能量，它们可以是继续提供直流电流或者提供交变电流能量，而在继续提供交变电流能量下所需要的能量量可有利地适宜于燃烧室中的主要状态，这对于要点火贫混合时或者在引擎的不同负载模式下在燃烧室中出现紊流时尤其具有积极影响，在这样的情况中若继续提供的能量不足会中断电弧。

可以以几种不同的运行方式使用如图2中示出的依据本发明的该电路布局，即在每个电路中设置两个开关元件，并且在本例中在每种情况其中的一个开关元件是可操纵/可触发的。

充电电路现在是这样给出的，在接通可操纵/可触发的开关元件5后，电容器4的电荷脉冲式地通过变压器6的初级线圈13和作为不可操纵的开关元件的二极管9传送到电容器7。另一方面放电电路是这样给出的，在打开开关5后闭合可操纵/可触发的开关8，从而通过二极管10、初级线圈13和闭合的开关8脉冲式地短路电容器的电荷。

情况是这样的，借助可操纵/可触发的开关元件5和8，有可能利用这种电路在电容器7的脉冲式充电和放电之间更迭依据本发明的电路。而在充电电路以及放电电路中设置的二极管9和10确保电流总是在同一方向下流过变压器6的初级线圈。

下面说明各种可能的运行方式：

1．通过激励例如可通过电子引擎控制系统操纵的可操纵/可触发开关17，定义整个电路装置的地电位。从而，通过变压器6的初级和次级线圈之间的连接，弧隙的极15相对于极16升高数百伏电压。在接通可操纵/可触发开关5后，电容器4的电荷沿着由二极管9决定的箭头11的方向经初级线圈13脉冲式地传送到电容器7。由于该通过初级线圈13的脉冲式电荷传送，在次级线圈14中生成数千伏的变压后的高电压，这在弧隙的极15和16之间造成火花并形成弧。该火花的持续时间约为100到300微秒。

如已在图1中所说明，弧隙的极15和16之间几百伏的持续高电压确保不停地向该电弧提供能量，只要该高电压高于电弧的弧电压。一旦打开可操纵/可触发的开关17并因此失掉对地位的定义后，可使该电弧熄灭。这样这种电路装置提供可以可变地调节电弧的火花持续时间并且从而可适宜引擎状态的优点。所生成的火花的头电流可以非常大，而火花尾电流取决于所施加的直流电压、干扰抑制电阻以及任何安装的点火火花分配器中的任何级联的火花路径。

2．一旦电弧熄灭，可以通过重新接通开关17并且同时接通开关8再次触发它。接着通过二极管10短路电容器7上的电荷从而它沿方向11脉冲通过变压器6的初级绕组，因此在线圈14的次级侧上生成数千伏(30-60KV)的高压脉冲，这造成火花塞的弧隙的极15和16之间的混合气体中的击穿。只要开关17保持接通继续向该电弧提供能量。

从而利用依据本发明的电路有可能在电容器7的充电过程以及放电过程中生成点火火花，以达到引擎速度的提高。

和已知的电路装置不同，依据本发明的电路装置允许通过激励可操作/可触发开关元件17改变电弧的持续时间。

3。在贫混合下电弧的弧电压强烈起伏的情况或者在燃烧室中存在强紊动的情况下，通过激励开关17提供的直流能量可能不能看成是足够的，其结果是弧隙的极15和16之间存在的直流电压可能不足以保持电弧。相应地在火花尾部还需要高电流强度。

在这样的情况下，有可能一旦闭合开关17和开关5首先在电容器7的充电过程中生成点火火花，接着在点了火的和驻留的电弧下通过多次交替切换开关5和8在该电容器的放电和充电之间更迭，从而一次一次地转换电压脉冲，借此持续地向驻电弧提供能量。

在图3中示出该原理。在点火时间点T1，从电容器4经过初级线圈13和二极管9到电容器7的电荷传送造成电容器7处的电压从U0升高到U2。该电压脉冲能通过点火火花12对极15和16之间的火花隙中的混合体点火。接着通过因打开开关5和闭合开关8切换到放电过程电容器7短路到驻电弧中，从而电荷再次在方向11下流过二极管10和初级线圈13，直到电容器7上电压达到U1。和U1和U2之间的差对应的该电压脉冲由于初级线圈13和次级线圈14间的传输比也升高，从而可向驻电弧提供能量。随后再次打开开关8并闭合开关5，从而再次把电容器7充电到电压U2。只要要向该驻电弧提供能量，重复该交替式循环。在所提供的能量是可变的从而能适宜引擎状态这个方面上，这是特别有好处的。这种可变性是由能调节电压U1和U2间的电压差的现实得到的。由于在该电路中充电时间常数和放电时间常数是预先确定的，该差值主要取决于开关5和开关8的激励之间的切换持续时间。

在要切断电弧时能量供应阶段即将结束，可对电容器7完全充电或者完全放电。然而为了使电弧能以确定的方式熄灭，打开开关17。

在图3中示出的时间图中，由从T1到T2的时间段给出电弧的总火花持续时间，其中，在对电弧点火后，存在多次对电容器7充、放电下在电压U1和U2之间的改变。在本例中即将结束火花的持续时间时在时刻T2对电容器7完全充电，从而在下个点火循环中该电容器上集累的电荷可用于再次触发电弧。在此之后，仍有可能通过交替地切换可操纵/可触发开关元件5和8对驻电弧提供更多能量。这种交替切换例如可由电子引擎控制系统的软件在带有或不带有传感器监视下控制，甚至在运行期间。

和图2相比较，图4的不同之处是用可操纵/可触发开关元件20和19替代定义电流流动方向的二极管9和10。从而，对于电容器7的充电过程，在闭合开关17后，为了定义地电位首先接通开关5并接着接通开关20，而且在电容器7的放电过程后，打开刚提到的开关并且再次闭合开关8和19。

利用图4中示出的电路，如同利用依据图2的电路一样，有可能通过开关5和20以及8和19之间的交替切换向已触发的电弧继续提供能量，或者在电容器7的充电和放电期间在刚打开开关17后生成点火火花。

和图4相比图5的进一步改进是在变压器6的次级侧设置两个次级线圈14和18。在这两个次级线圈的每个上在极15和16以及极15″和16″之间连接着一个弧隙，从而它们例如可以是气缸的燃烧室中的两个火花塞。从而有可能通过增加点火火花数量达到对混合气体的更佳点火。当然有可能在次级侧中设置更多的线圈和火花塞。然而，在对整个电路装置的设计中必须注意要具有高的电源以在每个点火火花中提供足够的能量。

图6示出一种对依据图2的电路装置的替代实施例，其中由二极管9、10、22和23组成的整流器装置设置成和电容器7串联，在该整流器的直流电压抽头点之间设置由初级线圈13和次级线圈14组成的自耦变压器6。

仅当接通可操纵/可触发开关5和打开可操纵/可触发开关8时电路才对电容器7脉冲式充电，此时经二极管9、初级线圈13和二极管22向电容器7传送电荷。为了启动充电过程，打开开关5并接通开关8，从而该电容器的电荷经二极管10、初级线圈13和二板管23流出。取决于对开关5和8的操纵，可在充电和放电每种情况下生成新的点火火花或者把能量送到驻电弧中。

图7示出一种和图6电路等效的装置，不同之处仅仅是用设置在整流器电路的直流抽头点之间的脉冲操作式部件激光二极管6′代替自耦变压器。从而，有可能通过交替切换开关5和8脉冲式地操作激光二极管6′。该脉冲操作式部件还可以是任何其它发光元件以替代激光二极管6′。在另一个和图7对应的实施例中，有可能把整流二极管改进成激光二极管22′、23′、10′和9′。在该情况下，有可能把该电路装置和一个激光二极管阵列连接，该阵列例如由五个适当互相连接的二极管组成。根据具体应用还可能在充、放电电路中使用在不同光谱范围下运行的激光二极管。

图8示出依据本发明的电路的一实施例，其中一个脉冲操作式部件6位于充电电路中而另一个脉冲操作式部件6″位于放电电路中。另外，在该电路装置中，使用两个而不是一个蓄能器，它们由电容器7和21给出。该情况中的电容器21可通过可操纵/可触发开关元件5′交变地合入。由于电容器7和21的并联连接可以增加电容器的总容量。

取决于脉冲操作式部件的运行电压，用作蓄能器的电容器可具有高达几千法拉的电容，例如Gold-Cup电容器。

当要操纵磁阻马达时尤其可采用图8中示出的部件，其中电流脉冲式地轮流流过激励线圈6和6″。

在根据图8的例子中，当接通可操纵/可触发开关元件5时用电容器4的电荷对电容器7充电。在该情况下，电荷脉冲式地流过线圈6。在闭合开关5′后有可能发送另一个通过线圈6的电荷脉冲。替代地，有可能早在第一次充电过程中就保持开关5′闭合，从而相应地提高总电容。

在充电过程后，打开开关5并闭合开关8，在电容器7或者电容器7以及21放电下，电流通过磁阻马达的线圈6″。

通过使用两个电容器7和21，其中通过开关元件5′电容器21可选择地切换成和电容器7并联，有可能实现各种脉冲状态，因为电容改变还会影响脉冲幅值。

图9示出其中使用两个依据本发明的电路的一个电路装置，由此下面的电路B用于生成极15和16之间的弧隙中的点火火花，而上面的电路A用于脉冲式地操纵激光二极管6′，后者发出的脉动光辐射到该弧隙中。通过适当地选择激光二极管，从而有可能发出可预离子化位于弧隙的极15和16之间的混合气体的光波长。当通过该弧隙中的透镜对激光二极管的光聚焦时可加大这种预离子化。即使未生成或者不需要混合气体中的预离子化，仍有可能在激光脉冲的帮助下激励气体分子，从而对点火混合气体需要较低的总点火电压，这造成燃烧改进。为了激励或预离子化气体混合，若使用的激光二极管具有尽可能短的光波长是有好处的。

图9中示出的电路中，上方的电路A和图2的已讨论过的电路相对应，其中仅把受操纵的变压器6用和限流电阻R串联连接的激光二极管6′替代。电路装置B和已在图4中示出的电路对应。

通过电子马达控制系统(未示出)同步图9的例子中示出的电路A和B。

应该再次提出，一般而言，所有可操纵/可触发元件，尤其是各图中讨论的元件5、8、17、19和20，可以通过通过电流、电压、电感式地、电容式地、磁式地或光式地操纵。从而，可以采用所有已知的开关元件，例如半导体元件、集成电路以及其它传导并可切换的元件。还可能使用微型机电开关(MEMS技术)。

Claims (34)

1．用于产生电流/电压脉冲的电子电路，尤其用于产生内燃机中的点火火花，包括：

一个直流电压源(1)，具体是一个电池；

至少一个充电蓄能器(4)，具体是一个电容器(4)，尤其一定距离地，其和该直流电压源(1)的两个极(2,3)连接；

至少一个可操纵/可触发开关元件(5)；

至少一个用生成的脉冲操作的部件(6)；

其特征在于，至少一个其它蓄能器(7)，其具体是用和至少一个开关元件(5)尤其可操纵/可触发的开关元件(5)以及该脉冲操作式部件(6)串联连接的第二电容器(7)实现的，从而其可经过至少一个开关元件和该充电蓄能器(4)的两个极(2,3)连接，由此可在至少一个其它蓄能器(7)的充电/放电过程中向该部件(6)提供电能。

2．依据权利要求1的电路，其特征在于，在该电路中一个或多个蓄能器(4,7)的极性是可颠倒的。

3．依据权利要求2的电路，其特征在于，在该电路内一个或多个蓄能器(4,7)的连接极的给定顺序在电流方向上是可颠倒的。

4．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，一个蓄能器(4,7)具体地由数个串联和/或并联连接的蓄能元件组成，这些蓄能元件尤其用电容器构成。

5．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，该电路对每个蓄能器(7,21)充电和放电各具有一个电路。

6．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，把每个蓄能器(7,21)设置在构成这两个电路的一部分的一个电路段中。

7．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，把脉冲操作式部件(6)设置在构成这两个电路的一部分的一个电路段中。

8．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，一个脉冲操作式部件(6)位于充电电路中而另一个(6″)位于放电电路中。

9．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，每个电路具有至少一个(5或8)最好两个开关元件(5、9或8、10)，尤其是可操纵/可触发开关元件(5,9,19,20)。

10．依据权利要求9的电路，其特征在于，通过可操纵/可触发开关元件(5,8,19,20)该电路可在每个蓄能器(7,21)的脉冲式充电和放电之间更迭。

11．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，在蓄能器(7)的充电和放电期间电流以相同方向(11)流过脉冲操作式部件(6)。

12．依据权利要求11的电路，其特征在于，通过二极管(9,10,22,23)定义每个电路中的电荷流动路径。

13．依据权利要求12的电路，其特征在于，一个整流器装置(9,10,22,23)串联地和蓄能器(7)连接，其中在该整流器的直流电压抽头点之间设置一个脉冲操作式部件(6)。

14．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，二极管是激光二极管(9′,10′,22′,23′)。

15．依据权利要求11的电路，其特征在于，通过可操纵/可触发开关元件(5,8,19,20)定义每个电路中的充电流动路径。

16．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，用脉冲操作的部件是变压器(6)。

17．依据权利要求16的电路，其特征在于，可优选地利用变压器(6)为触发电弧(12)尤其为火花塞或者为激发荧光管/氖管产生高电压脉冲。

18．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，可持续地把直流和/或交变电流能量馈入驻电弧(12)。

19．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，变压器(6)是一个在初级线圈(13)和次级线圈(14)之间带有连接的自耦变压器，尤其次级线圈(14)的自由端引到弧隙(15-16)最好是火花塞的一个极(15)，而其另一个极(16)和机架电势连接。

20．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，通过可操纵/可触发开关元件(17)可从车体地线断开电源(1)的接地导体。

21．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，变压器(6)具有多个最好是两个次级线圈(14,18)。

22．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，阻塞蓄能器(7,21)的充电电流的开关元件(24)，尤其是二极管，并联地与变压器(6)的初级线圈(13)和/或充电蓄能器(4)连接。

23．依据权利要求16的电路，其特征在于，阻塞开关元件(24)是可操纵/可触发开关元件。

24．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，可操纵/可触发开关元件(5,8,17,19,20)可通过电流、电压、电感式地、电容式地、磁式地或光学地操纵。

25．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，脉冲操作式部件(6)是发光元件(6′)，尤其是激光二极管。

26．依据上述任一权利要求的电路，其特征在于，脉冲操作式部件(6)是磁阻马达(6,6″)。

27．为操纵脉冲操作式部件(6,6′,6″)在电子电路中产生电流/电压脉冲的方法，其特征在于，在操纵至少一个开关元件(5)后通过从至少一个充电蓄能器(4)，尤其是第一电容器，经过该部件(6,6′,6″)向至少一个其它蓄能器(7)，尤其是其它电容器(7,21)，脉冲式传送电荷产生脉冲。

28．依据权利要求27的方法，其特征在于，为了提高至少两个蓄能器(4,7)之间的电势差，蓄能器(4,7)中的一个的极性相对于其他的蓄能器(7,4)被颠倒。

29．依据上述任一权利要求的用于操纵包含电感的部件的方法，其特征在于，一旦在该部件中出现互感电压，变换蓄能器(4,7)中的至少一个以使得该部件(6)和各蓄能器(4,7)中存在的所有电压最大地相加串联。

30．依据上述任一权利要求的方法，其特征在于，在蓄能器(7,21)的充电期间以及放电期间电荷脉冲式地按相同方向(11)流过脉冲操作式部件(6)。

31．根据上述任一权利要求用于为内燃机的点火系统生成高电压点火火花的方法，其特征在于，持续地对驻电弧(12)馈送能量。

32．依据上述任一权利要求的方法，其特征在于，在达到充电限制(U_L)或放电限制(U₀)之前通过在蓄能器(7)的充电(U₂)和放电(U₁)之间更迭切换把能量馈入电弧(12)。

33．依据上述任一权利要求的方法，其特征在于，所提供的能量适应电弧状态尤其适应引擎燃烧室中的紊流。

34．依据上述任一权利要求的方法，其特征在于，采用一个产生点火火花(12)的电路(B)和一个操纵激光二极管(6′)的电路(A)，该二极管的光(L)射过点火火花隙(15-16)。

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