CN201802540U - 单缸及多缸内燃机的点火能量合成装置 - Google Patents
单缸及多缸内燃机的点火能量合成装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种单缸及多缸内燃机的点火能量合成装置，包括一脉冲电压合成器。该脉冲电压合成器包括一输入端、一输出端、一能量叠加端、一第一阻断元件以及一第二阻断元件，该第一阻断元件连接在该输入端与该输出端之间，该第二阻断元件连接在该能量叠加端与该输出端之问。该输入端连接一路内燃机高压点火电压，该输出端连接一火花塞，该能量叠加端连接一脉冲电压。本实用新型的点火能量合成装置，可嵌入传统的点火装置中使用，并可提高能量转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车内燃机的点火***，尤其是涉及可适用于单缸及多缸内燃机的点火能量合成装置。
背景技术
传统汽车发动机点火装置的基本原理是，一次线圈储能，通过脉冲变压器转换为二次能量，再在火花塞间释放出来。然而已经认识到这种方式消耗的能量很高，但是火花塞所获得的能量却很低，无法产生足够能量的电弧来点火，造成汽车耗油量大，燃烧不充分等问题。
为解决这些问题，现有技术提出了主要两种改进方式，一种被称为电容放电点火(CDI)的方式，例如美国专利号4122816的技术，该专利提出把常规高压点火电压和储存在电容器中的高能电荷叠加用于内燃发动机燃料和空气混合点火，电容内储存的电能由点火开关启动，产生等离子和磁场使得燃料室内的电磁流和磁场力加速等离子更深、更快地进入燃烧室，因此可以提高混合气的点火和燃烧。
另一种是被称为多脉冲放电(MSD)的方式，例如中国专利公开号CN1388315A所公开的汽车等离子弧高能点火器，其依靠多脉冲的多次点火来产生电弧。试验证明，这种方式在120W功率下，可以获得185mJ的电弧能量。
上述这些改进的点火装置都致力于提供一个替代传统点火装置的全新结构，但是对存量的传统点火装置无能为力。另外，上述两种方式的点火装置在能量转换效率上仍有改善的余地。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种单缸及多缸内燃机的燃烧点火能量合成装置，该装置可嵌入传统的点火装置中使用。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种单缸及多缸内燃机的点火能量合成装置，包括一脉冲电压合成器。该脉冲电压合成器包括一输入端、一输出端、一能量叠加端、一第一阻断元件以及一第二阻断元件，该第一阻断元件连接在该输入端与该输出端之间，该第二阻断元件连接在该能量叠加端与该输出端之间。该输入端连接一路内燃机高压点火电压，该输出端连接一火花塞，该能量叠加端连接一脉冲电压。
在上述的点火能量合成装置中，该第一阻断元件是二极管阵列。
在上述的点火能量合成装置中，该二极管阵列是从该输入端向该输出端反向偏置。
在上述的点火能量合成装置中，该第二阻断元件包含至少一二极管。
在上述的点火能量合成装置中，该至少一二极管是从该能量叠加端向该输出端反向偏置。
在上述的点火能量合成装置中，该二极管阵列是由高压硅堆阵列构成。
在上述的点火能量合成装置中，该至少一二极管是由高压硅堆构成。
在上述的点火能量合成装置中，还包括一高频直流脉冲发生器，连接该能量叠加端以输出该脉冲电压。
在上述的点火能量合成装置中，还包括一反馈电路，连接该高频直流脉冲发生器的输出端及反馈端，该高频直流脉冲发生器根据该反馈电路反馈的脉冲频率调节输出功率。
在上述的点火能量合成装置中，该火花塞是由钨、锰、钛、铂金或合金材料制成。
本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，可嵌入原有的内燃机点火***中，不涉及和影响原发动机的设计性能，装置安装简单，即插即用。这种设计解决了多年来多缸内燃发动机能量合成点火难于低成本商业化的问题。同时可大大降低大功率点火脉冲产生的电磁干扰.并且，本实用新型容易扩展，可实现对单缸及多缸的控制。
附图说明
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其中：
图1示出本实用新型一实施例的点火能量合成装置示意图。
图2示出本实用新型一实施例的点火能量合成装置内部结构图。
具体实施方式
图1示出本实用新型一实施例的点火能量合成装置结构图。参照图1所示，该装置包含一个或多个单体的脉冲电压合成器10。
每一脉冲合成器10包含一个输入端口A、一个输出端口P以及一个能量叠加端口B。输入端口A的输入信号是来自常规的内燃机高压点火电压，例如汽车内的独立线圈或者分电器输出。能量叠加端口B连接一脉冲电压。输出端口P的输出信号是输出到一火花塞，以向火花塞提供点火电压。脉冲电压合成器10可将脉冲电压与高压点火电压叠加以产生输出给火花塞的点火电压。
参照图1所示，脉冲电压合成器10在其输入端A与输出端P之间设有第一阻断元件3。该第一阻断元件3是在输入端A与输出端P之间没有足够的电压差时关闭，而在输入端A与输出端P之间有足够的电压差时导通，使高压点火电压得以引入到输出端P。并且，在能量叠加端B与输出端P之间设有第二阻断元件4。该第二阻断元件4是在能量叠加端B与输出端P之间没有足够的电压差时关闭，而在能量叠加端B与输出端P之间有足够的电压差时导通，使脉冲电压得以引入到输出端P与高压点火电压叠加。
参照图2所示，在一个实施例中，第一阻断元件3选用二极管阵列3a。该二极管阵列3a可由一个或多个二极管组成。在输入端A与输出端P之间使用的导线是高压阻尼线2。并且，第二阻断元件4选用一个或多个二极管4a。在能量叠加端B与输出端P之间使用的导线是高压电缆线。
在图2所示的本实用新型的较佳实施例中，将脉冲合成器集成到由第一外套1和第二外套5组成的套筒中。作为举例，第一外套1使用PVC材料，第二外套5使用橡胶材料。脉冲合成器的输出端P再经铜芯线7、金属接头6直接连接火花塞，而不需经过额外的导线。这种设计带来的好处是，高压点火电压经过较短的高压阻尼线2和铜芯线7、金属接头6即可达到火花塞，减少了高压阻尼线对于能量的损耗，并大幅降低辐射干扰。
在一个实施例中，由于脉冲合成器的输入端A相对于输出端P为负电压，因此二极管阵列3a是从输入端向输出端反向偏置，以允许在输入端达到足够高的负电压时导通二极管阵列3a。并且，能量叠加端B的脉冲输入相对于输出端P也是负电压，二极管4a也是从能量叠加端B向输出端反向偏置。
在一个实施例中，各二极管阵列3a是由高压硅堆阵列构成，而各二极管4a也是由高压硅堆构成。高压硅堆或者高压硅堆阵列的响应时间最好达到微秒级别。
在一个实施例中，高压点火电压为-15KV，高压阻尼线2的阻值为5-15KΩ。铜芯线的截面积为1.3mm2。
脉冲电压B可来自于低压高频直流脉冲发生器20。低压高频直流脉冲发生器20可使用12V直流电源，其经过电容Co耦合到脉冲电压合成器10的能量叠加端口B。当每次点火后，Co电容就会放电一次从而产生一个脉冲。
由于内燃机在不同转速下可能需要不同的点火频率，因此在一较佳实施例中，低压高频直流脉冲发生器20可根据不同的转速自动调节输出功率。如图1所示，设置由反馈电容Cp和放大器30组成的反馈电路，以将放电脉冲反馈给低压高频直流脉冲发生器20的反馈端，使低压高频直流脉冲发生器20调整脉冲频率以及/或者幅值。因此，当点火脉冲速度越快，反馈脉冲也越多，低压高频直流放大器将输出更强的脉冲。
下面简要描述本发明的点火能量合成装置的动作过程。经能量叠加端口B输入至脉冲电压合成器10的高频低压直流脉冲叠加在原有的内燃机高压点火信号上，当内燃机高压点火信号达到足够电压而使火花塞导通时，内燃机高压点火信号经输出端P在火花塞末端电离击穿产生等离子电弧，同时输出端还释放其脉冲电能对等离子电弧进行振幅放大产生高能等离子电弧并激发产生光子能量，使油、气迅速电离并在高能光电弧的作用下加快汽缸内的燃料的燃烧迅速，使燃料能在完成该冲程的过程中更充分快速燃烧，达到提高动力，节约燃料，减少废气排放的效果。
由于内燃机在不同转速下可能需要不同的点火频率，因此在一较佳实施例中，低压高频直流脉冲发生器20可根据不同的转速自动调节输出功率。如图1所示，设置由反馈电容Cp和放大器30组成的反馈电路，以将放电脉冲反馈给低压高频直流脉冲发生器20的反馈端，使低压高频直流脉冲发生器20调整脉冲频率以及/或者幅值。因此，当点火脉冲速度越快，反馈脉冲也越多，低压高频直流放大器将输出更强的脉冲。
在本实用新型的实施例中，火花塞需要选用高温耐等离子腐蚀火花塞，其较佳的是由钨、锰、钛、铂金或者合金材料的其中之一制成。
本实用新型的特点是把低压直流高频脉冲通过点火脉冲电压合成器，经该合成器内高速门电路阵列的复合后输出给相应的火花塞并在火花塞上产生复合放大的等离子光电弧。本实用新型的脉冲电压合成器可嵌入汽车原有的点火***中，不涉及和影响原发动机的设计性能，装置安装简单，即插即用。这种设计解决了多年来多缸内燃发动机能量合成点火难于低成本商业化的问题。并且，本实用新型容易扩展，可实现对单缸及多缸的控制。再者，本实用新型的单脉冲能转换效率高，可达13mJ/(瓦～每个电弧)以上的等离子光电弧效率。静态时功耗不到25毫瓦，转速达每分钟6，000转时，功耗不到30瓦。
本实用新型可广泛用于使用汽油、天燃气、液化气等燃料的内燃机。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.一种单缸及多缸内燃机的点火能量合成装置，其特征在于包括：
脉冲电压合成器，包括一输入端、一输出端、一能量叠加端、一第一阻断元件以及一第二阻断元件，该第一阻断元件连接在该输入端与该输出端之间，该第二阻断元件连接在该能量叠加端与该输出端之间；
该输入端连接一路内燃机高压点火电压，该输出端连接一火花塞，该能量叠加端连接一脉冲电压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一阻断元件是二极管阵列。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该二极管阵列是从该输入端向该输出端反向偏置。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二阻断元件包含至少一二极管。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该至少一二极管是从该能量叠加端向该输出端反向偏置。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该二极管阵列是由高压硅堆阵列构成。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该至少一二极管是由高压硅堆构成。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一高频直流脉冲发生器，连接该能量叠加端以输出该脉冲电压。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括一反馈电路，连接该高频直流脉冲发生器的输出端及反馈端，该高频直流脉冲发生器根据该反馈电路反馈的脉冲频率调节输出功率。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该火花塞是由钨、锰、钛、铂金或合金材料制成。
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