CN1150348A - 电流峰化与射频干扰抑制装置 - Google Patents

Abstract

在火花放电中能使电点火***形成的电流峰化并消除无电阻火花式点火***普遍存在的RFI的一种电容式扼流圈。它包括由介质材料分开的内、外筒以及电缆连接件、定位衬套、锁定线圈与电晕/天候密封件。内筒连接到上述火花式的螺纹接头上，外筒则经衬套与垫圈与火花塞的金属部分接触而接地。内筒经电缆接收来自常规变压器的高压电脉冲。介质材料起到电容器作用，允许随后在火花塞两端间的存储能量会高出一个量级一储能时间极短，可使点火脉冲的输出峰化并放大火花电流。

Description

电流峰化与射频干扰抑制装置

本发明普遍涉及到内燃机的电气***，此***在燃烧室内产生火花，引起室内存在的空气燃料混合物燃烧。具体地说，本发明涉及一种低电感的峰化电容器，它当接在通常的无电阻火花塞的两端时，就会导致在火花放电过程中由皮点火***产生电流峰值，同时吸收因火花塞跳火电弧而产生的射频干扰。

内燃机必须利用某种电气***在封闭气缸内引发空气/燃料混合物的燃烧，由此在气缸内产生压力并通过机械装置变换为转矩输出，此燃烧过程受制于空气/燃料混合物的输送情形以及引发此空气/燃料混合物燃烧的电火花***的有效性与效率。

不久之前，还极少有人注意燃烧效率或燃烧的引发问题，似乎是燃料并不昂贵；同时也鲜有人过问，燃烧过程中产生的有害排出物问题，就好像几乎不会有发动机会给大气带来污染。但是，随着有日益增多的发动机来燃烧着越来越多的燃料，这些发动机所排出的有害物就同燃料的价格那样成为注意的焦点。为提高燃烧效率所作的绝大部分工作都集中在空气/燃料混合物的混合与输送方面。几乎没有人重视过由电气***所产生出的引发空气/燃料混合物燃烧的装置。

初期的点火***采用了从电池到火花塞的低电阻元件。随着汽车技术进步到将无线电设备包括在汽车之内时，伴随着火花放电或跳火在低电阻点火***中出现的射频干扰(RFI)，就会在无线电设备中形成令人不能接受的静电干扰。结果便将点火***改进成包括带有内电阻的火花塞，同时包括有从高压变压器或线圈到火花塞的电阻丝。这样一类改进有效地消除了此种点火***产生的RFI和所形成的无线电静电干扰。不幸的是，这种改进却同时减小了输送给火花塞的电流或功率，而这就减少了点火***的总体能量转换效率。在现代的发动机中，由于发动机的功能当前是由多功能的微机监控，而这类微机对采用无电阻元件的断路点火***所产生的RFI是十分敏感的，因而需要进一步控制RFI。

本发明提供了一种低电感低损耗电流的具有RFI抑制能力的峰化电容器或即电容性扼流圈，它直接设在一无电阻火花塞的绝缘体上方。利用这样一种扼流圈，可以用不存在可测出电阻值的无电阻型火花塞来置换电阻型火花塞，并能在同时消除与无电阻***相关联的RFI。这种电容扼流圈可使火花放电过程由电点火***形成的电流峰化，结果便扩大了火花点火内燃机的烯燃范围并增强了它的瞬态响应能力。这样就降低了有害的碳氢化合物排出量和燃料消耗量，尤其是对于旧式的发动机更是始此。另外的一些优点包括能更好地起动、冷的运行性能以及富于变化的较低的压缩压力。

这种电容性扼流圈一般包括两个同心的，导电的圆筒，一个在另一个之内，经布置成使内筒连接到一个常规的无电阻火花塞的螺纹接头上，而使外筒接触上拧合到发动机内的火花塞的金属部分上，由此使外筒能有效地电接地。这两个圆筒为一层完全围住内筒的硬性介质材料所分开，这便为装这样的外筒提供了一种严格方法，同时为将所述扼流圈安装到火花塞上提供了一种装置。借助一种能同原始设备电缆上存在的凹座卡合接头相配合的凸头卡合接头，可将一与内筒联结的电缆连接件从配电器连接到原始设备的高压电缆上。

于是，本发明的一个目的在于提供符合下述电气技术要求的一种电容式扼流圈，即在火花塞间隙电离时能迅速放电，使在火花塞间隙两端的放电电流峰化。

本发明的另一个目的在于提供符合下述电气技术要求的电容式扼流圈，它能吸收普遍存在于无电阻火花塞断路式点火***中的所有RFI。

本发明的又一个目的在于提供用于这种电容式扼流圈的一种介质绝缘材料，而使得此种扼流圈能够在发动机罩的工作温度下完整无损。

本发明的又另一个目的在于提供这样一种电容式扼流圈，它能够安装到任何火花塞上并设在任何实质上是有限的发动机舱内。

本发明的上述目的和其它目的将在下面说明本发明最佳实施例的过程中得以理解或认清。

下面的附图包括在本申请的说明书中并构成其一部分，它们阐明了本发明的实施例，并与描述文在一起用来解释本发明的原理。

图1是本发明的电容性扼流圈一最佳实施例的纵剖面图，图中示明了它与一传统的无电阻火花塞相结合的情形；

图2是较1中的扼流圈的外筒的剖面图，其中结合有一个将于后面讨论的定位装置；

图3是本发明的电容式扼流圈的第二最佳实施例，图中示明了它与一传统的无电阻火花塞相结合的情形；

图4是图3中扼流圈的等角图，为清楚起见，除去了它的一部分，附带示明了此扼流圈的一种结合装置；而

图5是包括本发明的电容式扼流圈在内的一种电容器放电点火***的示意性电路图。

现在参看图1，其中示明了本发明一最佳实例的电容式扼流圈组件，它一般以10标明，可与一传统设计的无电阻火花塞作牢靠的连接。它的导电外筒12与导电内筒14由于要应用于温度变化极大的环境中，就必需具有非常接近的热膨胀系数。这两个筒可以由极其一致的铝、黄铜或不锈钢制成。内筒14可借助一与无电阻火花塞的标准螺纹柱34配合的螺纹孔32结合到无电阻火花塞30之上。另外，内筒14也可以借助一种用于那些不具有螺纹柱的无电阻火花塞的卡合连接件而连接到无电阻火花塞30上。

借助夹物模压方法可把硬质的介质材料28引入到内筒14与外筒12之间，完全封围住内筒14与电缆连接件16。这种介质材料是任意的，但最好是硬质的聚醚酰亚胺、聚邻苯二甲酰亚胺、聚碳酸酯、聚脂、聚氨酯、聚酰胺，或是液晶共聚物，它们能围绕内筒14与电缆件16注模成形为一个硬质组合件。

电缆连接件16最好由同于外筒12与内筒14所选用的材料制成，并适合借助摩擦干涉连接到内筒14上，但也可通过焊接、螺丝啮合或其它适当方式来连接。这种电缆连接件16还适合用可与原始设备电缆上存在的凹座卡合接头相配合的凸头卡合接头26，从配电器上来连接原始设备的高压电缆(未示明)。围绕电缆连接件16形成的硬质介质材料28在扼流圈10和电缆与软管帽组件(未示明)之间提供了一种不透风雨的密封。

借助定位的衬套18与强制锁定垫圈20，能使扼流圈10与无电阻火花塞30可靠的定位。定位衬套18所用的结构材料同外套12与内套14所用一致，而它的外部的埋头孔所具的角度则与强制锁定垫圈20的相同或相似。它是通过压配合、焊接、螺丝啮合或其它方式而与外筒12的内径相配合的。

再行参考图2，也可把一定位衬套作为外筒的一个整体部分。此图中所示的外筒58已加工成包括有一个唇部60，唇部60形成一个角度62，此角度与定位衬套18的相同。唇部60可以通过挤压或冲压过程形成，它为无电阻火花塞30的接地部与电容式扼流圈10之间提供了较好的电接触。此外，整体式的一种唇部60能够减少扼流圈10的制造费用和延长其使用寿合，这是由于它免除了定位衬套18与外筒12之间的接头，而这种接头在多次热/冷循环之后会变松弛。

在火花塞间隙或脉冲电路中任何空气间隙中跳火时都会发生RFI。此种RFI产生于上述间隙的电离和通过此间隙两端释放出电能时。放电的波形是正弦波，在正负两极之间交替变化，直至耗用完点火的能量，这种现象称作为“高频振铃”。这种来自DC(直流)源的AC(交流)波形通过火花塞及其所连导线，产生出干涉无线电设备与汽车微机工作的频率为100MHg的无线电波。在把这种电容式扼流圈安装于辐射这些无线电波的电路中时，通过在此扼流圈的同轴体中设置一RFI辐射波的密闭壳体，能防止这些辐射波存储于空气中。这里的高压导线保留为电阻式的，因而不会成为所密封的RFI辐射波的天线。

要是通过消除电阻式高压电缆和更换固体的无电阻的铜线来进一步减小电阻，将可为火花间隙两端间的电作用提供较大的可资利用的能量。但是，上述铜线这时将成为所封闭的产生显著无线电干扰的RFI的天线。从所述电缆传送来的RFI则可以通过这样地来构造电缆连接件16而加以消除，即使之形成为一种LR(低电阻)绝缘体，它将使RFI封闭于此扼流圈中，同时允许将固体铜线用于高压电路。

再来参看图1，以说明一种电晕/天候密封装置22。内燃机所需要的用来电离火花塞间隙和形成火花的高压，也会在传统的火花塞陶瓷部分36的周围形成一电晕场。这种电晕是带正电的，要是暴露于电路中的接地环路，它就将耗用掉火花脉冲中存在的部分或全部电能。这种电晕减少或耗尽火花的电能，导致不良燃烧。上述电晕/天候密封件22最好由硅橡胶制成，但也可以由任何软性塑料例如尿烷制成，它可以通过压缩到定位衬套18与硬质介质材料28之间而接附到扼流圈上。这种电晕/天候密封件22通过压缩在火花塞周围形成一种不透风雨的密封件，使扼流圈的内腔不与电中的接地环路直接接触，由此有效地防止了电晕到达地面并制止了潮气进入扼密圈的内腔中。

应用时，将电容式扼流圈10拧合到火花塞的标准螺纹柱34上达到一约14英寸·磅的转矩要求，而接合到一无电阻火花30之上。一旦按如上所述安装好后，即把锁定垫圈20、定位衬套18以及导电外筒12相互作机械与电接触，同时通过点火***电路的接地环路接地。

现来参看图5，其中说明了依据本发明的一种电容器放电点火***的示意性电路图。从此点火电路中可以看到电阻的分布是从蓄电池充电，经变压器T而终止于火花塞间隙SP GaP。若在电路RT、RW与RsP的副电路侧消除电阻便可增加火花的能量，但随之又会加大射频干扰。相反，加大上述电阻则会减小这种能量与RFI，在一个典型的电容器放电点火过程中，高压电容器CP为蓄电池充电至一定电压，并根据一点火信号通过变压器T而在火花塞间隙GaP上放电，在电流通过各部件时，能量被咸小。通过把本发明的电容式扼流圈增设到电路Cpc中的一个低阻抗位置，环绕着火花塞，原先为克服电阻Rs所耗费的能量现在则储存于此扼流圈中，并无阻碍地通过间隙SP GaP，使火花的电流至少峰化了个数量级，产生出数百安的电流而不是数百毫安的电流。

来自上述变压器的高压电脉冲为内筒14所接收。所述脉冲将立即跳到外筒12上并通到地面，而要是没有提供本发明电容性元件的介质绝缘材料28，此脉冲便会完全绕过火花塞。这种介质绝缘材料28则阻止了此脉冲绕过火花塞。

在上述变压器的输出电压升高时，电容性扼流圈10便收集与吸收此点火脉冲的电能。不论是电阻式或无电阻的火花塞，所具有的某种电容是在8至12Pf(微微法)之间。这种扼流圈的电容的大小可以从40至400Pf。通过减小或加大外筒内表面与内筒外表面间的距离，有效地减小或加大分开两个筒的介质材料的厚度就可把此扼流圈的电容调节到较小或较大的值。所需要的电容应取决于可资利用的电压和此点火***所产生的有关能量。在传统的点火***中，当变压器的电压升高时，火花塞的电容便放电，而当火花塞间隙发生电离，所收集的或充电的能量便存储于火花塞间隙的两端之间。无电阻花火塞将无阻碍地传递这一能量，而电阻塞火花塞将阻碍其传输，并将此种能量转变为热能。给无电阻火花塞增设电容式扼流圈10将允许随后在火花塞间隙两端间的存储能量至少高出一个数量级。用电容式扼流圈来储能时是在很短的时间范围内完成，这样便使得点火脉冲的输出峰化并放大了火花的电流。

现行的汽车点火***在把点火***所产生的能转换为火花能时，效率通常小于1％。一般的点火脉冲的时间长度为数十至数百微秒。用一种无电阻的火花塞来替换5kohm电阻的火花塞后，点火***的转换效率由于此无电阻火花塞的10Pf的电容直接通过此火花塞并于间隙的两端之间放电便提高了约10％。在火花塞中消除电阻可以实现较大的能最转换。上述这种简单地更换元件的作法也说明了峰化电容器的功能。

通过将本发明的电容式扼流圈10安装到一无电阻火花塞上而使电容增加一个数量级，则上述转换效率可提高约50％。尽管电压对于电离火花间隙与形成电弧的路径至为关键，但是将燃料点着的则是此电弧的电流或热的部分。本发明允许使用无电阻火花塞，它可以使电流不受限制地流过火花间隙，使此电流峰值化而提高点火与燃烧效率。燃烧效率的提高也就改进了发动机的总体性能。这种电容式扼流圈在点火时形成了较大的火焰核心，使得燃料混合物燃烧得更快和更完全。燃烧效率提高的结果使得一定的燃料添加最具有较大的比输出并在一定任务下减少了燃料消耗，通过使用电容式扼流圈提高燃烧效率而能获得的其它一些优点包括，在排出的物质流中未反应的碳氢化合物的输出最较低，而燃烧室也较为清洁。

现在参看图3与4来说明本发明的第二个最佳实施例，此实施例总体上说与上面所讨论的且在图1中所示明的相似，只是此第二实施例是计划用于在火花塞上方只存着很小实际空间的内燃机中，因而也就需要较短的电容式扼流圈。电容式扼流圈38便于用在这种发动机内，同时可保持上面所讨论的电容式扼流圈的电性能要求。

外筒40的直径与前述外径12的直径相同但其长度只约为后者的一半，内筒42与前述内筒14相比则直径较大但高度较低。介质绝缘材料48与前述介质绝缘材料28一致，由于材料组成的电性质，要足以能保持点火电花火击穿电路时所需要的电压释抑，同时还要使扼流圈的电容元件能在电性能要求上与讨论第一实施例时所公开的一致。本发明的第二实施例适合由与无电阻火花塞的标准螺纹柱34相配合的电缆连接件44中的螺纹孔50，连接到一无电阻火花塞30上。另外，包括在电缆连接件44中的一种卡合式连接件，也可以用于那些不具有螺纹柱的无电阻火花塞中，借助卡合式连接件(未示明)而连接到无电阻火花塞的30之上。电缆连接件44与环绕的介质绝缘材料46在长高或高度上都小于上述的电缆连接件16与介质材料24。定位衬套18，强制锁定垫圈20以及电晕/天候密封件22都与前述相同的部件一致并执行着一致的功能。

再次参看图4来说明结合装置54，它可使电容式扼流圈能接纳一板手或套筒板手，以便将扼流圈容易地拧合到此无电阻火花塞上。图中还示明了一种螺纹柱56，通过它可将一接头螺母26连接到电缆连接件44上。结合装置54也可以类似地增设到上述电容式扼流圈10上。

上面业已描述了本发明，但应认识到，内行的人是可以在不脱离本发明对有关技术所作出的贡献的精神与范围内，对选择用来解释本发明的最佳实施例作出种种变复更或增添的。

Claims (11)

1.一种电容式扼流圈，它使加大了的电流输送过火花点火内燃面的火花塞，同时能实现RFI抑制，此扼流圈是设置于所述火花塞之上并与其作机械结触，此种扼流圈包括：

a)封围着所述火花塞的绝缘件的导电外筒；

b)沿纵向设于所述外筒之内并与所述火花塞的接头相连接的导电内筒；

c)用来使所述外筒与所述火花塞的金属部分保持机械接触的装置；

d)使所述外筒与内筒相分开的介质绝缘材料；以及

e)将所述内筒与电源连接的连接装置。

2.如权利要求1所述的电容式扼流圈，特征在于：所述火花塞是一种无电阻火花塞。

3.如权利要求2所述的电容式扼流圈，特证在于：所述介质绝缘材料是选自下述一组材料中的硬质介质绝缘材料：聚醚酰亚胺、聚邻苯二甲酰亚胺、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、聚酰胺或液晶共聚物。

4.如权利要求1所述的电容式扼流图，特征在于：所述的用来在所述外筒与所述火花塞金属部分之间保持机械接触的装置是一种定位衬套与强制锁定垫圈的组合件。

5.如权利要求1所述的电容式扼流圈，特征在于：所述的用来在所述外筒与所述火花塞金属部分之间保持机械接触的装置是在所述外筒上形成一个唇部。

6.如权利要求1所述的电容式扼流圈，特征在于：所述内筒是由与传统设计的火花塞的标准螺纹柱相配合的螺纹孔而连接到所述火花塞的所述接头上。

7.如权利要求1所述的电容式扼流圈，特征在于：所述内筒是由常规设计的卡合式连接件连接到所述火花塞的所述接头上。

8.如权利要求1所述的电容式扼流圈，特征在于：所述用来将所述内筒与电源连接的连接装置是这样一种电缆连接件，其上面有一个凸头卡合接头，可与常规设计的点火电缆上存在的凹座卡合接头相配合。

9.如权利要求1所述的电容式扼流圈，特征在于：它还包括一电晕/天候密封件，此密封件设定在所述外筒与所述火花塞绝缘体之间并与它们接触，且起着在扼流圈中防止电晕形成和一防潮界面的作用。

10.如权利要求1所述的电容式扼流圈，特征在于：它还包括一拧合装置可用来将所述扼流圈拧合到所述火花塞上。

11.如权利要求10所述的电容式扼流圈，特征在于：所述的拧合装置是所述扼流圈的一个部分，形成为六角形的形式而得以接纳一板手或套筒板手。

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