[发明专利]点火系统

说明书

技术领域

本发明涉及点火系统，更具体地涉及内燃机的点火系统。本发明 还涉及可选择的火花塞、火花塞的驱动电路及相关的方法。

背景技术

已知车辆的点火系统包括被相应的高压电缆连接到远处的中央高 压发生装置的多个分布的火花塞。在一个已知的电容器放电点火系统 中，高压发生装置包括和与变压器的初级绕组串联的电源开关装置(如 SCR开关)连接的一个电容器。次级绕组与高压电缆连接。在使用中， 当发动机的活塞达到预定位置，电源开关装置切换到闭合状态。电容 器中的能量随后传送到初级绕组，由于次级绕组与初级绕组的比例关 系，也导致次级绕组中有更高的电压。一当次级绕组的电压达到火花 塞的火花电极之间的火花间隙的击穿电压，在火花电极之间产生等离 子放电。

在该已知的系统中，开关电路限制可使用的变压器的最小电感。 限制的因素是开关的最大电流额定值机、开关的切换速度t_s、开关的 切换电压和开关的成本。这些限制导致很高的次级绕组电感，这有一 些缺点包括成本的问题。大的电感通常要求几千米(一万绕组)的细 铜丝，这是很贵的。系统是效率低的，在于几千米的细铜丝有几千欧 姆的电阻。为了传送足够的能量用于可靠的火花，每个火花要求大量 额外的能量。由于必须输送大量的能量以及需要大量的铜，系统很笨 重。铜的电阻造成的能量损失加热了变压器。这对可传送到火花的大 量能量加上严格的限制，也影响变压器用于冷却的布置。燃料效率、 燃烧的完全性、燃烧时间、废气的清洁度和周期到周期燃烧的可变性 受到限制。由于变压器大且被加热，通常要放置在远离发动机处。这 要求在火花塞和变压器之间的高压电缆。这些高压电缆产生大量的电 磁辐射，这会影响其它的电气设备。为了取消高压电缆，使用包括在 各火花塞的点火线圈的塞上线圈系统。由于这些线圈很接近发动机， 通常有很小的气流绕着它们，容易过热，这使这些线圈不可靠。

已经建议用有很小的次级电阻的一些点火线圈。这通过使用有高 的导磁性的磁路，以减少绕组的数目并保持对开关电路足够高的电感 来完成。这一方法的缺点是高的导磁性的磁性材料容易饱和因此要求 大的芯子。

一些其它的点火系统在次级侧有次组能量传送通道。它们都有能 量必须穿过次级绕组或者穿过半导体装置的缺点。如果能量穿过次级 绕组，由于高的绕组电阻，传送是效率很低的。另一方面，半导体装 置必须是一个高压(通常高于30kV)、高电流(通常高于1A)的装置。 这些装置是昂贵的、也导致能量损失。

这些系统的另外的缺点是次级绕组的自共振频率很低(典型的小 于20kHz)。低的自共振频率是由于次组绕组的长的长度和大的次级绕 组电感。当次级绕组连接在次级侧电路中，次级侧电路的自共振频率 甚至比次级绕组的自共振频率更低，因为火花塞和电缆的电容的关系。 由于低的次级共振频率，要用几十微秒把火花塞或电极电容充电到击 穿电压，及用几十微秒来发散残余的次级能量。这限制了可在多火花 点火系统中产生的成功脉冲的数目，这限制了可在点火时传送的能量 的量。通过把电容器平行于点火系统放置，在一些点火系统中传送的 能量的效率和量增加。在这些系统中，次级共振频率甚至会更低。甚 至在计算最佳的火花时间的系统中(下面讨论)，火花不能控制在几千 微秒内。在600rpm时，不精确度大于发动机转动中的一度。

现有技术还使用火花塞测量点火中的电流或点火后的离子化气体 的电阻以得到在燃烧后的气体温度、压力或成份的信息。该信息随后 用作输入到发动机测量系统的一个输入以计算平均的最佳的火花时 间。由于点火变压器的高的损失，测量必须在变压器的次级侧进行， 这使次级侧电路变复杂。

由于周期到周期的变化，平均最佳的火花时间可与单个周期的理 想火花时间相当不同。虽然有一些技术可用于测量点火前燃烧室内的 状态，但没有一种可以广泛使用，因为这些技术要求到进入燃烧室的 过分的进入点、是昂贵的、大部分有低的可靠性且是复杂的。

当使用用于测量的火花塞时，低的次级共振频率因而限制点火后 测量频率，并且如果不是不可能，也会使点火前测量气体性能很困难。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供相信可至少减轻上述缺点的替换 的点火系统、火花塞、火花塞的驱动电路及相关的方法。

按照本发明，提供了一种点火系统，包括：