[发明专利]具有电容放电系统和磁化铁芯线圈组件的火花点火系统

说明书

相关申请的相互参照

本申请是于1997年1月27日申请的序号为08/790,339的美国申请的部分继续申请，而后者又是于1996年4月29日申请的序号为08/639,498的部分继续申请。

发明背景

1．发明领域

本发明涉及内燃机的火花点火系统，尤其涉及一种包含一电容放电系统和一磁化铁芯组的火花点火系统，它改善了发动机系统的性能，并以可大批生产的方式缩小了火花点火变压器中的磁化部件的尺寸。

2．现有技术说明

在火花点火内燃机中，通常采用一反馈(flyback)互感器来产生为形成跨越火花塞间隙的电弧并引起点火即点燃发动机气缸内的燃料和空气混合物所需的高电压。该点火火花的定时对于获得最佳的燃料经济性和低排放的环境有害气体是至关重要的。火花太晚导致发动机功率与效率损失。正确的火花定时取决于发动机转速的负荷。发动机各气缸相应于最佳性能常常要求不同的定时。通过对各火花塞提供一火花点火互感器可获得各缸的不同的火花定时。

为改善发动机效率并减轻与不适当的点火火花定时有关的某些问题，一些发动机已装备了微处理机控制系统，它包含发动机转速、进气温度和压力、发动机温度、排气氧含量等传感器以及检测“声脉冲”或“爆震”的一些传感器。

在冷发动机的起始运转期间和在怠速与偏离怠速期间形成了不成比例的大量有害气体排放。研究表明，在发动机运转的这两个工况期间每次点火时为火花塞提供迅速的多火花能减少有害废气排放。因此，希望具有一快速循环火花点火系统。

发动机不点火增加了有害废气排放。在燃烧室内的火花塞绝缘体中没有充足热量的情况下，由于积炭沉积在绝缘体上许多冷起动能导致不点火。这种导电的积炭降低了可用于产生电火花的电压。一种产生极块电压升高的火花点火互感器能使因积炭阻碍的不点火减至最少。

一种线圈-火花塞(coil-per-spark plug，简称CPP)点火装置，其中火花点火互感器直接安装在火花塞电极上，它省去了普通发动机中线圈和花塞之间的高压线，作为改善内燃机火花点燃定时的一种方法获得接受。在授与Noble的美国专利No.4,846,129(以下称Noble专利)中公开了CPP点火装置的一个实例。火花点火互感器的实际直径必须与装有火花塞的发动机火花塞孔配合。为了达到Noble专利中预计的发动机诊断目标，该专利公开了一种采用铁涂氧铁芯的间接方法。理想的情况是，在发动机整个操作范围内，火花点火互感器的磁性能足以判断燃烧室内点火状况。

为了获得为成功地操作由Noble公开的点火和发动机诊断系统同时减少由于火花塞积炭阻碍的发动机不点火发生率所需的火花点火性能，火花点火互感器的铁芯材料(ⅰ)必须具有一定的磁导率；(ⅱ)必须具有低的磁损。在电容放电(CD)系统中，极的上升时间和迅速的能量传递是至关重要的。这些所需性质的结合使适当的铁芯材料的可用性变窄。考虑到汽车火花点火系统的目标价格，可能的铁芯材料的炭选物包括硅钢，铁涂氧和铁基非晶体金属。日常用于整体互感铁芯中的普通硅钢是不贵的，但其磁损太大。具有低磁损的较薄的量硅钢太昂贵。铁涂氧不贵，但其饱和感应通常小于0.5泰斯拉(T)，而铁芯磁感应接近于零时的居里温度近于200℃。考虑到火花点火互感器的上工作温度假定约180℃，该温度嫌太低。铁基非晶体金属具有低的磁损和超过1.5T的高饱和感应。然而，它显示出较高的磁导率。需要一种能达到适于火花点火互感器磁导率值的铁基非晶体金属。采用这种材料，能构成一种符合所需输出规格和实际尺寸极限的环形结构线圈。火花塞孔的各种尺寸要求限制了能被采用的构形的类型。绝缘线圈组件的一般尺寸要求是直径小于25毫米长度短于150毫米。这些线圈组件还必须连接到火花塞的高压极和外接地连接件上，并形成充分的绝缘，以防止自线至发动机其它部件的飞弧。该外接地连接件可通过自发动机体的回路来形成，为在普通的线圈-火花塞系统中那样。还必须要有使大电流接通到通常处于线圈顶部的初级线圈绕组的能力。

发明概述