[發(fā)明專利]用于內(nèi)燃機的等離子點火裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380054701.7
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN104736837A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 帕斯夸里·福瑞迪;盧卡弗蘭科·邦凡蒂;阿米迪歐·科洛摩博托
• 申請（專利權(quán)）人: 艾爾多公司
• 主分類號: F02P15/10
• 分類號: F02P15/10;F02P9/00
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭小粵

說明書

本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的等離子點火裝置。

現(xiàn)有技術(shù)中存在已知的內(nèi)燃機，其工作方式為，對空氣與燃料的混合物進行壓縮，通過引燃所述混合物產(chǎn)生的火花，在發(fā)動機的一個或多個燃燒室內(nèi)產(chǎn)生受控的爆炸，以此為所述內(nèi)燃機提供動力?；鸹ㄒ酝ǔ７绞疆a(chǎn)生，并向在電極之間呈現(xiàn)出特定間隙的火花塞提供高電壓能量，所述間隙被稱為“放電間隙”。所形成的放電將引發(fā)混合物的燃燒。

內(nèi)燃機的效率和污染物排放特性部分取決于混合物的性質(zhì)和燃燒模式。

在燃燒不完全或火花未產(chǎn)生、且燃燒室內(nèi)的燃料并未完全燃燒的情況下，這樣數(shù)量的未燃燒混合物將作為廢氣從配備有所述內(nèi)燃機的車輛上排出。存在于燃燒室內(nèi)的混合物總量的完全燃燒還由點火效率決定。

針對改善熱機內(nèi)的燃燒狀況的目的，已經(jīng)研究出許多種可能的解決方案，其中有些是要誘發(fā)燃燒室內(nèi)的氣體混合物形成等離子狀態(tài)。

動力學特性由電磁力主導的系統(tǒng)被稱為等離子體系統(tǒng)：等離子體是帶電粒子與它們所產(chǎn)生的場的組合。

等離子體是物質(zhì)的第四種狀態(tài)，其通過對氣體或混合物的電離化獲得。在電離狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)等離子體以這樣的方式作用：其為電的良導體，且對電磁場的響應(yīng)性很高。

由此，正因為上述特性，內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)生成等離子體可確保使混合物的燃燒得以改善。事實上，在其在燃燒室內(nèi)的蔓延過程中，由等離子體產(chǎn)生的火焰前緣會在氣態(tài)混合物中產(chǎn)生非常高的溫度，這樣有利于同一火焰前緣的快速蔓延，其行進所需時間可得以縮短，由此可使性能大幅改進，并顯著減少未燃燒氣體的量。

更具體而言，內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的氣體混合物形成等離子態(tài)的過程包括以下不可分開的3個階段：

1.通過產(chǎn)生火花使電介質(zhì)擊穿；

2.燃燒室內(nèi)氣體的高能電離化，被稱為等離子體；

3.保持受控電離化階段或等離子體階段。

在第一階段(通過產(chǎn)生火花使電介質(zhì)擊穿；所述的階段1)，在火花塞的電極之間產(chǎn)生電勢差，使得高能放電(階段1)穿過電介質(zhì)(例如空氣與燃料的混合物)。隨后為第二階段(燃燒室內(nèi)氣體的高能電離化，被稱為等離子體)，在此期間發(fā)生等離子體的形成。在此階段(第2階段)，燃燒室內(nèi)的混合物被引燃。在此階段，存在氣體混合物的局部點燃和火焰前緣的形成。由于有階段3(保持受控電離化階段或等離子體階段)，通過提高火焰前緣的速度和強度，保證了火焰前緣蔓延的改善。

已經(jīng)知道，現(xiàn)有技術(shù)中有能夠?qū)崿F(xiàn)上述要求的裝置。

一種已知的等離子體點火裝置包括高壓變壓器運行所需的電氣/電子部件和用于供電的電氣連接裝置。所述的電氣/電子裝置包括等離子點火裝置運行所需的電路，等等。該電路基本上由充電主電路、用于控制高壓變壓器的控制電路、和點火電路組成，此外還包括電氣連接件和用于提供能量所需的部件。

具體而言，文件US2010/0319644披露了由以下各項組成的一種等離子體點火裝置：

-主控制電路，其實質(zhì)上由電流發(fā)生器、阻塞二極管、電感元件和電容組成；

-線圈驅(qū)動電路，包括上述電容、SCR(可控硅整流器)式二極管、高壓變壓器的初級繞組(例如，高壓點火線圈)和高壓阻塞元件。

SCR二極管提供一種可由外部信號激活的開關(guān)機制，以使電容向高壓點火線圈的初級側(cè)放電。例如，發(fā)動機控制單元(ECU)可以激活SCR二極管，以在預定的發(fā)動機氣缸內(nèi)產(chǎn)生點火。點火電路包括高壓變壓器的次級側(cè)和火花塞或其他點火裝置。在初次施加放電脈沖(例如，由SCR二極管信號導致)之后，隨著電流流過變壓器繞組，高壓變壓器的阻抗立即顯著增大。高壓變壓器的阻抗可確保電容以足夠低的速率放電，從而使得次級并聯(lián)路徑可將留存在電容內(nèi)的能量通過初始等離子電弧直接釋放(其中所述次級并聯(lián)路徑由高壓阻塞元件提供保護，其將電容的輸出直接連接至火花塞電極之間“間隙”)，即使在電容的電壓低于高壓變壓器的次級輸出的情況下亦可實現(xiàn)。由此該電流可使等離子體芯擴展，從而提高火花能量，使更多的氣體(空氣和燃料混合物)電離，并確保良好的燃燒效果。從上文可以看出，作為所述文件的目的的發(fā)明包括用于部分控制線圈的SCR二極管。該二極管只能在點火階段被控制，在開關(guān)斷開時則無法控制。因此，所述發(fā)明無法提供這樣的技術(shù)手段，該技術(shù)手段能夠?qū)μ貏e針對所述循環(huán)的定時加以干預，即使發(fā)動機速度變化也可保持其恒定，原因在于SCR二極管的閉合總是會在電容內(nèi)的能量被釋放的時刻發(fā)生。

在文件WO2012/106807中還披露了一種用于生成連續(xù)等離子體的控制單元。具體而言，在所述文件中，披露了一種電位發(fā)生電路800(在所述文件中見圖8，在本文中為“圖2”)，包括：