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    关 键 词:
    一种 燃烧 室内 点燃 燃料 气体 混合物 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110096691.6

    申请日:

    2011.04.18

    公开号:

    CN102220930A

    公开日:

    2011.10.19

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F02P 23/04申请日:20110418|||公开
    IPC分类号: F02P23/04; F02C7/266; F02P3/01; H01T13/50 主分类号: F02P23/04
    申请人: 博格华纳贝鲁系统有限公司
    发明人: T·施雷默尔
    地址: 德国路德维希堡
    优先权: 2010.04.17 DE 102010015344.3
    专利代理机构: 广州嘉权专利商标事务所有限公司 44205 代理人: 谭志强
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110096691.6

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.01.20|||2013.01.30|||2011.10.19

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种点燃内燃机内混合物的方法,包括由具有地电位的壁板分隔成的一个或多个燃烧室,其中点火系统的一次侧特有的基础阻抗的变压器用于激发电气振荡电路,该电路与变压器的二次绕组连接,且在该电路中点火电极与壁板一起形成一电容,该点火电极以电绝缘方式延伸穿过用于分隔形成燃烧室的壁板中的一个,这样便在点火电极处产生电晕放电,在内燃机任一点火动作之前,作用在变压器的一次绕组的原电压逐渐增加,其中原电压增加的增量是选定的,这样使得一次绕组上流动的电流即原电流的强度逐渐增加,因施加的原电压的逐步增加的量在变压器的输入点的阻抗增加时变得越来越小,且趋近于一特定的最小值,接近击穿电压,此时振荡电路中产生电压击穿。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种在循环工作的内燃机内通过点火器点燃燃料-气体混合物的方法,所述内燃机包括由具有地电位的壁板(2、3、4)分隔形成的一个或多个燃烧室(1),
    其中具有一选定的点火系统的一次侧特有的基础阻抗(Zbaseline)的变压器(12)用于激发电气振荡电路(7),电气振荡电路(7)与变压器的二次绕组(17)连接,并且在该电路中点火电极(5)与具有地电位的燃烧室(1)的壁板(2、3、4)一起形成一电容,该点火电极以电绝缘方式延伸穿过用于分隔形成燃烧室(1)的壁板(2、3、4)中的一个,
    并且其中振荡电路(7)的激发是被控制的,这样在燃烧室(1)内的点火电极(5)处产生一点燃燃料-气体混合物的电晕放电(22),其特征在于:在内燃机任一点火动作之前,作用在变压器(12)的一次绕组(14、15)的电压(U)即原电压逐渐增加,其中原电压(U)增加的增量是选定的,这样使得一次绕组(14、15)上流动的电流(I)即原电流的强度逐渐增加,因施加的原电压(U)的逐步增加的量在变压器(12)的输入点的阻抗增加时变得越来越小,且趋近于一特定的最小值,接近击穿电压的电压值即击穿电压UD,此时振荡电路(7)中产生电压击穿。

    2.  根据权利要求1所述的点火方法,其特征在于:所述的最小值为0。

    3.  根据权利要求1或2所述的点火方法,其特征在于:所述的原电压(U)的增加最晚在原电流(I)的增量达到最小值时停止,该最小值为原电压(U)逐步增加的最小增量达到或者原电压(U)第一次下降时的量。

    4.  根据权利要求1或2所述的点火方法,其特征在于:所述的原电压(U)的增加当原电压(U)逐步增加直到达到一个极限值或者首次下降时停止,其中该极限值位于最小值以上一特定的量值。

    5.  根据以上任一权利要求所述的点火方法,其特征在于:所述的基础阻抗Zbaseline每一次点火前重新确定。

    6.  根据以上任一权利要求所述的点火方法,其特征在于:所述的原电压U通过一种基于在得知电流强度In-1的情况下推算第n步原电压Un的循环方法而逐步增加,所述的电流强度In-1通过第(n-1)步提供的原电压推算得出,通过该公式Un = ZBaseline* In-1 * k, 其中 k > 1。

    7.  根据权利要求6所述的点火方法,其特征在于:所述
    K值的选择需要保证其小于或者等于击穿电压UD与击穿电流ID和基础阻抗ZBaseline乘积的商,即k ≤ UD /(Zbaseline  * ID)。

    8.  根据权利要求6或7所述的点火方法,其特征在于:所述的循环方法在出现下列情况时停止,当第n步的原电流的增量In-In-1或者基于此所推算的原电压的增量Un+1 – Un达到或者下降至一特定的极限值时。

    9.  根据以上权利要求1-8所述的点火方法,其特征在于:所述的因素k可进一步在同一类型的点火器通过实验确定,且该因素k能被用于同一设计的点火器。

    10.  根据以上权利要求9所述的点火方法,其特征在于:该试验通过在发动机上执行并随后作用于一系列相同的发动机。

    11.  根据以上权利要求9或10所述的点火方法,其特征在于:对于一个活塞发动机,该因素k被确定为一个点火电极5到活塞18间距离的函数、或者机轴位置的函数、或者点火角度的函数被储存,且能作为一个包含这三个参数的函数在等式Un = Zbaseline * In-1 * k中被用于同一类型的点火器或者同一类型的发动机,其中k值仅在所选择的参数值改变时改变。

    12.  根据以上权利要求1-5所述的点火方法,其特征在于:所述的原电压U通过一种基于在得知电流强度In-1的情况下推算第n步原电压Un的循环方法而逐步增加,该原电流强度用第(n-1)步的原电压Un-1通过以下公式推出
    (2) Un = ZBaseline * In-1 + UADD
    其中UADD为一附加值,此附加值略小于击穿电压UD与通过基础阻抗Zbaseline和击穿电流ID产生决定的电压之间的差值。

    13.  根据以上权利要求12所述的点火方法,其特征在于:所述的附加值UADD可进一步在同一类型的点火器通过实验确定,且能被用于同一设计的点火器。

    14.  根据以上权利要求13所述的点火方法,其特征在于:该试验通过在一个发动机上执行并随后作用于一系列相同的发动机。

    15.  根据以上权利要求13或14所述的点火方法,其特征在于:对于一个活塞发动机,该附加值UADD被确定为一个活塞18到点火电极5的末端间距离的函数、或者机轴位置的函数、或者点火角度的函数被储存,且能作为包含这三个参数的函数被用于同一类型的点火器或者同一类型的发动机,在等式
    (2) Un = ZBaseline * In-1 + UADD      中
    其中UADD值仅在所选择的三个参数值改变时改变。

    16.  根据以上权利要求12-15中任一项所述的点火方法,其特征在于:所述的循环方法在出现下列情况时停止,当第n步的原电流的增量In-In-1或者基于此所推算的原电压的增量Un+1 – Un达到或者下降至一特定的极限值时。

    17.  根据以上权利要求1-5中任一项所述的点火方法,其特征在于:所述的原电压通过一种循环方法从值Un到值Un+1逐步的增加,由此导致的原电流In+1的强度可被测量并与在第n 步所测得的电流强度In对比,同时基于此,依赖于原电流与在第n 步和第n+1 步之间的范围内决定的原电压之间的U/I特征曲线的斜率,当所述斜率达到或者超过一个特定的极限值时,所述循环方法停止。

    18.  根据以上权利要求17所述的点火方法,其特征在于:所述U/I特征曲线的斜率通过以下公式决定,Zav = (Un+1 – Un) / (In+1 – In)。

    19.  根据以上权利要求17或18所述的点火方法,其特征在于:所述的原电压通过同一的增量被增加。

    20.  根据以上权利要求15或16所述的点火方法,其特征在于:所述的原电压在U/I特征曲线的曲线部分通过增量Un+1 – Un来增加,所述增量的大小可更好的通过一种直线的方法来决定。

    21.  根据以上权利要求18-20中任一项所述的点火方法,其特征在于:所述U/I特征曲线斜率的极限值通过在初始试验中通过一个附加阻抗值增加于基础阻抗值上得出,或者通过在初始试验中通过乘以一个因素得出,其中该因素或者附加阻抗更进一步可通过一个活塞18到点火电极5的末端间距离的函数、或者机轴位置的函数、或者点火角度的函数来确定。

    说明书

    说明书一种在燃烧室内点燃燃料-气体混合物的方法
    技术领域
    本发明涉及一种具有权利要求1的前述部分所述特征的方法,这样一种方法或者系统在WO 2010/011838 A1中已被熟知。
    背景技术
    专利文件WO 2004/063560 A1提供了一种在一个内燃发动机的燃烧室内通过在燃烧室中产生电晕放电的方式来点燃燃料-气体混合物的方法。出于这种意图,点火电极通过电绝缘方法穿过燃烧室的其中一个壁板,在燃烧室的内部、特别是在燃烧室内与之相对的可直线往复运动的活塞上保持接地。点火电极包括与处于地电势的燃烧室的壁板一起的电容器,且具有对电极的功能。燃烧室及其中的空间作为一个电介质。气体或者燃料-气体混合物或者排出的气体位于其中,依赖于此活塞的冲程参与进来。
    电容器为通过一个具有中间抽头的变压器所制造的高频电压来触发的振荡电路中的一个元件。此变压器与提供一特定的直流电压于通过中间抽头隔开的电压器的两个初级绕组上的转换装置相互作用。所述电压器的二次绕组提供一个振荡电流于由点火电极和燃烧室的壁板组成的电容上。所述用于激发振荡电路且通过电压器传输的交变电压的频率被控制以便于尽可能的接近于该振荡电路的共振频率。由此导致的结果是,在点火电极和点火电极暴露于其中的燃烧室中出现一个递增的电势。所述共振的频率特别性的在30000HZ到3000000HZ之间,且作为例子,所述的交变电压在点火电极处达到50 kV到 500 kV的值,由此,电晕放电可在燃烧室内被激发。所述的电晕放电不能产生电弧放电或者电火花放电。故需要进行测量以确保在点火电极和接地端的电压在可完成激发电弧或火花放电所需的电压之下。出于此种意图,从专利WO 2004/063560 A1中可得到测量在所述电压器的输入端的电压和电流强度的方法,且基于此,作为所述电压于电流强度的商可推算出所述阻抗值。通过此种方法推算的阻抗值与确定点的阻抗值进行对比,以便于在产生电晕放电而不产生电弧放电或者电火花放电。
    该方法存在一个缺点,所产生的电晕的形状不能被优化,特别说来,最优的电晕尺寸不是总能保持。具体地说,当振荡电路运行至越接近击穿电压时,所产生的电晕的尺寸越大。为了确保不达到所述的击穿电压,所述阻抗的设定值必须不能被超过,且必须比较小以便于一个击穿电压和由此导致的电弧放电始终被阻止。一点必须考虑到的是当确定阻抗的设定值即电压器上电路的U/I特征曲线时,如下所述主要与制造相关的波动也要被考虑到。如果结构或者与生产相关的变化施加于点火器上而导致U/I特征曲线变化,为了阻止这种出现不适当电晕或者在更坏的情况下根本不出现电晕的情况,通过试验重新确定阻抗的设定值可能是必须的。
    基于专利文件WO 2010/011838 A1我们知道为了在一次侧通过特定的控制变压器,从一低电压、一通过确定在变压器输入端所称作的基础阻抗的阻抗设定值开始。从一低电压开始,在电压器输入点的开始该U/I特征曲线有一个直线的形状,使得阻抗保持一致:即电流强度开始与电压保持一致增加。此基础阻抗为特别的点火器所特有的。如果一个确定的电压值被超过,阻抗增加导致在电压器的一次侧所测得的电流不再与电压保持一致,相反地以一更慢的增量继续增加,知道达到击穿电压。从专利WO 2010/011838 A1所知,所设定的阻抗值被确定为基础阻抗和附加阻抗的和。所述的附加阻抗通过增加电压时的一很小的增量被增加直到火花放电产生。当火花放电一被检测到,所述的附加阻抗即通过一个略大于期望增量的值被减小,以便阻止更多的火花放电和保持共振的振荡电路。通过这种方法,控制变压器输入端的电流强度和电压使之在火花放电发生所需的电压一下,换种说法,即局限这些值使得电晕达到最大的尺寸。
    专利文件WO 2010/011838 A1中所述方法的缺点在于燃料-气体混合物在没有火花放电的情况下不能通过电晕放电来点燃,由于观察火花放电的发生是确定阻抗设定值的预先情况。然而,即使火花放电只是偶然的发生,其结果也是不完美或者不相城的,或者仅仅只是点火电极的侵蚀。
    本发明的目的是通过电晕放电在一个或者多个燃烧室中点燃一个燃料-气体混合物的方法,此方法要求有较优的电晕形式,且能最大程度的避免上述的缺点。
    此发明的目的通过一种包含权利要求1所含特征的方法来实现。此发明的进一步的改进为从属权利要求所描述的主体。
    此发明介绍了一种在通过壁板限定界限且包括一个和多个接地的燃烧室的循环工作的内燃机内通过点火器点燃混合燃料-气体的方法,包含有一变压器的点火器,在其一次侧具有一个基础阻抗(Zbaseline) 被作为点火系统来激发振荡电路,此振荡电路与变压器的二次绕组相连。在振荡电路中有一点火电极,该点火电极通过一种电绝缘的方式穿过燃烧室的一个壁板并延伸至燃烧室内,且与一由壁板限定界限的燃烧室和电容一起接地,此振荡电路的激发被控制以至于在燃烧室内的点火电极处可制造一用于点燃燃料-气体混合物的电晕放电。在内燃机的每一个循环作业内,在变压器的一个一次侧的电压—下述的原电压—被逐渐增加,其中所选择的原电压增加的增量是为了在其一次绕组上电流强度—下述的原电流—因所提供的原电压的逐步增加而在电压器的输入点上由许多更小的增量逐渐增加,且趋近于一个特别小的接近击穿电压的电压值。在这种情况下,该击穿电压被理解为源电压,此电压一旦被超过,则导致电晕放电转变为一个火花放电或者电弧放电。此点火系统包括一些用于此发明方法中的电晕放电的点火系统所必须的零件。
    此发明具有如下优点:
    由本发明的方法得到,源电压能无限接近击穿电压,且由此可在不需要偶尔性的超过击穿电压的情况下得到一个最优的电晕放电;
    通过逐步的增加电压并由此导致原电流强度的增加。有可能在决定于原电压的原电流,则在每一次的逐步增加之后有可能在决定于原电压的原电流的U/I特性曲线上确定一个最终落点。此特殊曲线具有一种典型的形状,在低的原电压时,阻抗值为恒定不变的,换种说法,即开始的原电流强度与原电压成正比。该用于描述基于原电压的原电流的依赖关系的特征曲线,初始为一条直线,其斜率为阻抗Z = U/I。然而,阻抗增加到一个确定的电压值UA之上,特征曲线的斜率将增加直至达到击穿电压UD,然后终止。当该原电压连续的接近击穿电压UD时,原电流的增加量变得越来越小。在此发明中使用通过此种情况,在达到击穿电压UD前原电压的增加能够被终止。
    由于此U/I特征曲线的特殊形状,在本发明的方法中,即使击穿电压UD的值不被知道的情况下,原电压去接近击穿电压UD达到一个可指明的距离。当此发明的方法被实施时,不需要做出特定的调整去改变阻抗值,特别是基础阻抗值,而在先前的技术中是必须确定击穿电压UD和在达到击穿电压UD前短暂存在的阻抗值的。此发明的方法中不需要一个确定的初始阻抗值或者一个原电压的确定初始值。反而,此发明的方法是自调整的,且能在由于老化过程、制造误差、点火器的结构或者生产相关的改变、点火电极的污染、温度改变或者不同的控制装置的利用所等导致的U/I特征曲线改变中进行自动补偿。
    当本发明的方法被实施时,在进行电晕放电时,火花放电和电弧放电的情况被完全消除,可有效减少点火电极的磨损。
    通过此发明方法无限的接近击穿电压使得得到一个最优尺寸的电晕称为可能,该最优尺寸的电晕能在点燃燃料-气体混合物时提供最优的点火情况且能确保较快的火焰前锋增值。
    发明内容
    在此发明中有多种实施方式。所述在原电流曲线上逐步增加移动的特定的最小值可以为0,虽然它业可以是一个不同于0的极限值。在原电压停止增加前为了有意图的局限该增量后者可以是更有优势的。进一步地,原电压的增加最晚在原电流的增量达到最小值时停止,该最小值为原电压逐步增加的最小增量被达到或者原电压第一次下降时的量。另一种更进一步的可能是,原电压的增加在该特定的最小值达到或者开始下降时,相反地一个原电流强度增加的极限值一被达到时,原电压的增加被停止。其中该极限值通过一个特定的量处于规定的极限最小值上。特别来说,如果0被选作该特定的最小值。
    为了通过一高频的交变电压来激发振荡电路,更进一步,在其一次侧的两个一次绕组的交汇处设有一中心抽头的变压器被用于其中。在相对的两侧间隔中,它们能和一直流电源相连,两个一次绕组能在间隔间倒转地被激发,从而在改变压器的二次侧产生一交变电压,该交变电压的频率取决于与两个一次侧的间隔相连的直流电压源。更进一步,该频率可被改变,以便确保在变压器的二次侧的振荡电路能通过由此所得的共振频率被激发。出于此种意图,可在变压器的一侧此提供一个高频转换器,此高频转换器可在直流电压源的两个相对的间隔间连接两个一次绕组。专利WO 2004/063560 A1和 WO 2010/011838 A 披露了其他的细节。振荡电路的激发通过一现有的由一个适应于本发明的控制装置设置的频率而适当地不连续。
    在一个内燃机中,燃料-气体混合物必须在发动机每一个循环的每一个燃烧室内被点燃。这也可能在每一个循环的每一个燃烧室内通过电晕发电产生多于一个点火程序。如此做的优点是燃料能通过后燃达到更为充分的燃烧,且排出气体的有害性可被减少。
    作为本发明优选的实施方式,需要了解在变压器的一次侧基础阻抗的重要性。如上所述,当电压具有直线型的U/I特征曲线时,可通过测量原电压和原电流,然后推算商值得到?;∽杩咕龆ㄓ谇耙徊降牡慊鸪绦?,由此可以保证阻抗值总是通行的。
    通过此方法的一种优选的实施方式,原电压U通过一种基于在得知电流强度In-1的情况下推算第n步原电压Un的循环方法而逐步增加,所述的电流强度In-1通过第(n-1)步提供的原电压推算得出,通过该公式Un = ZBaseline* In-1 * k, 其中 k > 1。在此方法中,一组原电压值Un收敛于击穿电压UD,或者原电压UB的最终值一直略小于击穿电压UD,同时一组原电流强度In被得到,且其增量收敛于0。
    所述的因素k影响其最终收敛值,也就是原电压的最终值UB小于击穿电压UD且趋近于这个原电压的收敛值。此因素k可通过初始试验恰当地被确定。此因素k必须小于或者等于击穿电压UD与击穿电流ID和基础阻抗ZBaseline乘积的商:k ≤ UD /(ZBaseline  * ID)。
    它对于一个确定的发动机或者由此所提供的电晕点火装置能通过初步试验确定,且能被提供于用于完整的一系列同一的发动机的本发明方法中?;鞔┑缪笽D趋近于表示在击穿发生前的最大的电流强度值。
    在一个活塞发动机中,击穿电压UD取决于点火电极和活塞间的距离—换句话说—取决于机轴的位置—用其他词说—取决于点火角度。由于燃料-气体混合物的点火需要发生在一确定的活塞位置或者一确定的点火角度,并能在其后通过发动机控制单元来改变,可进一步对不同的活塞位置和点火角度确定所述因素k的值。所确定的因素k可作为“活塞位置”、“机轴位置”和“点火角度”这三个参数中的一个的一个函数被储存于一个控制单元中。例如,通过任何形式存在的一个发动机的控制单元,或者单独提供用于控制通过本发明所述的点火方法的一个点火控制单元中。所述的k值依赖于被选择的参数且能通过提供于循环方法的公式来得出。
    (1)   Un = Zbaseline * In-1 * k
    所提供的被选择参数的值保持不变时,所述因素k的值也应该保持一样。
    理论上来说,此循环方法可被无限次的执行下去。然而,所述循环方法最好被停止,当一个第n步中原电流强度的增量In-In-1,或者由此推导出的原电压的增量Un+1 – Un达到或者低于一个特定的极限值时。此极限值可被选择来定义在此循环中一个电压值可以有多接近原电压的最终值UB,其中原电压的最终值UB可通过恰当的选择因素k来被定义,且需要小于击穿电压UD。
    作为此发明方法的另一个优选实施方式,原电压U通过一种基于在得知电流强度In-1的情况下推算第n步原电压Un的循环方法而逐步增加,该原电流强度用第(n-1)步的原电压Un-1通过以下公式推出
    (2) Un = ZBaseline * In-1 + UADD
    其中UADD是一个附加值,此附加值略小于击穿电压UD与通过基础阻抗Zbaseline和击穿电流ID产生决定的电压之间的差值。其中UADD是一个附加值,此附加值略小于击穿电压与通过基础阻抗Zbaseline和击穿电流ID产生决定的原电压之间的差值。UADD的量可以通过在一个发动机上的初始试验中被得出,然后被提供于具有同样位置的同样的点火电极的同一类型的一系列发动机。
    对于一个活塞发动机,所述的附加值UADD以一种与本发明上述的实施例中因素k相同的方法被确定为一个有关活塞到点火电极的距离、或者被活塞推动的机轴的位置、或者点火角度的函数。UADD能被储存且能被提供于同样位置的同样的点火电极的同一类型的一系列发动机,作为这三个参数中一个的函数,在等式
    (2) Un = Zbaseline * In-1 + UADD  中
    其中UADD 只能在这些参数变化其中一个变化时改变,其他时间均保持不变。
    更进一步,该附加值UADD可在初始试验中被确定以便于其小于击穿电压UD与通过基本阻抗Zbaseline和击穿电流ID所得到的电压间的差值。所述原电压趋近于一个只是略小于击穿电压UD的值。此方法的优点是基础阻抗值的改变是自动补偿的,且该方法能通过先前确定的UADD的量实施,即使在不改变发动机类型的情况下对发动机的构造做重新设计的点火装置中,只需要所提供的设计和在燃烧室中点火电极的位置保持不变。
    理论上来说,此循环方法可被无限次的执行下去。在此发明的实施例中,所述循环方法最好被停止,当一个第n步中原电流强度的增量In-In-1,或者由此推导出的原电压的增量Un+1 – Un达到或者低于一个特定的极限值时。
    本发明的第三个优选实施方式中,原电压通过一种循环方法从一个值Un到另一个值Un+1逐步的增加,由此导致的原电流In+1的强度可被测量并与在第n 步所测得的电流强度In对比,同时基于此,依赖于原电流与在第n 步和第n+1 步之间的范围内决定的原电压之间的U/I特征曲线的斜率,当所述斜率达到或者超过一个特定的极限值时,所述循环方法停止。更进一步,该U/I特征曲线的斜率可通过以下公式确定:
    (4)   Zav = (Un+1 - Un) / (In+1 – In)
    此循环方法也收敛,该极限值可被选择来定义该击穿电压UD可被怎样程度的被接近。在最简单的情况下,原电压通过统一的增量被增加。然而,在U/I特征曲线的曲线部分通过增量Un+1 - Un来增加原电压也是可能的,此部分的尺寸是被线性的减小的。结果,当越接近击穿电压时,原电压所增加的步骤变得越小,由此使更紧密的接近击穿电压UD变得更加简单。
    附图说明
    通过以下附图可以更加详细的理解此发明:
    图1是本发明作为一个机车发动机的点火系统设计的示意图;
    图2是本发明中与图1中所示的点火系统相连的一个内燃机的圆柱形燃烧室的纵向剖面示意图;
    图3是本发明中电压器输入端的U/I特征曲线,且用于解释通过公式(1)所述的反复的方法推算处原电压UB的最终值(设定值);
    图4是本发明中电压器12输入端的U/I特征曲线,且用于解释通过公式(2)所述的反复的方法推算处原电压UB的最终值(设定值);
    图5是本发明中电压器12输入端的一个U/I特征曲线,用于解释如何使用一种反复的方法通过逐步的增加原电压直到U/I特征曲线达到或者超过一个特定的极限值来接近一个击穿电压的原电压的最终值UB。
    图6为图5中部分曲线放大后的详细示意图;
    图7是本发明中电压器12输入端的一个U/I特征曲线,是现有技术中通过WO 2004/063560 A1所述的方法用一个确定的增量临界值作为设定值来控制;
    图8是本发明中电压器12输入端的一个U/I特征曲线,通过2010/011838 A1所述的方法用一个确定的增量临界值侦查火花放电。
    具体实施方式
    图1所示为一处于地电势且通过壁板2、3、4限定界限的燃烧室1。一点火电极5沿其长度的一部分通过一绝缘套6从上被密封于燃烧室1内,且用绝缘套6通过一种电绝缘的方法通过上壁2引导至燃烧室1内。点火电极5和燃烧室1的壁板2-4作为串联的振荡电路7的组件,振荡电路7还包括一个电容器8和一个电感器9。当然,串联的振荡电路7还可以包括更多的电感器和/或者电容器,和其他作为本领域的技术人员所熟知的可能用于串联的振荡电路的零件。
    一个高频振荡器10用来激发振荡电路7,且包括一个直流电源11和一在其一次侧有一个中心抽头13的电压器12,从而有两个初级绕组14和15在中心抽头13处相接。通过一高频转换器16,可使得与中心抽头13连接的初级绕组14和15的末端交替接地。高频转换器16的切换速度决定了串联振荡电路7被激发的频率,且切换速度可改变,电压器12的二次绕组17在点A处提供串联振荡电路7。高频转换器16通过一个图中未示出的控制回路进行控制,以便振荡电路通过一个共振的频率被激发,点火电极5的尖端与接地的壁板2-4间也因此由一个最大值。
    图2是本发明中与图1中所示的点火系统相连的一个内燃机的圆柱形燃烧室的纵向剖面示意图。燃烧室1通过一个作为圆柱顶的上壁2、一个圆周壁3和与活塞环19装配的一个可在圆柱形燃烧室内前后移动的活塞18的顶端4来局限组成。
    柱体顶2包括一个通道20,由此通道20点火电极5通过一种电绝缘和密封的方式被引导进入。点火电极5沿其长度的一部分通过一个烧结的陶瓷组成的绝缘器6密封,例如一种氧化铝陶瓷。点火电极5通过其顶端延伸入燃烧室1,且轻微地延伸过绝缘器6,虽然点火电极5可能在绝缘器6中被清除。
    在点火电极5的尖端与活塞18间的电场被局部的增强的环境下,在活塞18顶端可能出现一些尖端凸起21。当振荡电路7被激发时,电晕放电将主要在点火电极5与活塞18上随意的尖端凸起21间产生,且伴随着或强或弱的载荷子云22。
    一个外壳23位于柱体顶2的外侧。电压器12的初始绕组14和15和相互作用的高频转换器16位于外壳23的第一间隔24内。外壳23的第二间隔25内设有电压器12的二次绕组17和串联振荡电路7的零件,且随意地作为观测振荡电路7反应的途径,一个连接电路26可被用于建立一个连接,例如,连接一个诊断单元29和/或者一个发动机控制单元30。
    图3表示在电压器12的输入端用于定于或者接近一个原电压的最终值(设定值) UB的U/I特征曲线,所述的设定值UB略小于击穿电压UD, UB通过以下公式得出
    (1)    Un = ZBaseline* In-1 * k
    在上述公式中,k为一个大于1的因素,且k需要小于或者等于击穿电压UD与击穿电流ID和基础阻抗ZBaseline乘积的商;
    k ≤ UD /(ZBaseline  * ID)
    所述的因素k可进一步在一种特殊形式的发动机中通过一种恰当的方法来决定,且实际上,作为一个表示点火电极5和活塞18间距离的函数——用另一种方法表示——通过活塞18推动运行的发动机机轴的位置——再用另一种方法表示——点火角度。所述的因素k在初始试验中被确定,以便通过公式(1)趋近得到一个略小于击穿电压UD的的原电压设定值UB。所述在初始试验中被确定的因素k,能被用于一系列一致的发动机。收敛于一个恰当的原电压的设定值UB对在基础阻抗时的生产误差或者改变是不太敏感的,例如,这些误差是由于老龄化、点火装置的生产偏差、点火电极的污染、由于不同的排气再循环或者燃料-气体混合物不同的倾向导致的温度差异、或者由于使用不同的控制装置引起的;它对点火器的设计方面也不太敏感,所提供的点火器和燃烧室内点火电极的的几何形状保持不变。
    在点火之前,在发动机的每一个循环中,循环方法被执行于发动机的每一个柱形燃烧室,也就是说在一个4冲程发动机的情况下机轴的每两次运行执行一次。为了做到这些,最初的基础阻抗Zbaseline决定于特征曲线的直线部分,在A点以下,特别是在A点附近,且事实上,即为原电压U和与之相应的原电流强度I的商,Z = UA / IA。下一个循环步骤中的电压Un通过公式(1)来决定,则所述原电压将收敛于电压值UB,且原电流强度将收敛于电流值IB。3个循环步骤作为例子在图3中有所描述,最终的原电压值UB略小于击穿电压UD。
    图4所示为在电压器12输入端的U/I特征曲线,且用于解释原电压UB的最终值如何大约得到,其中大约值还可以通过下列公式得到;
    (2) Un = ZBaseline * In-1 + UADD
    其中UADD是一个附加值,此附加值略小于击穿电压与通过基础阻抗Zbaseline和击穿电流ID产生决定的原电压之间的差值。UADD的量可以通过一个具有特殊构造的发动机恰当的决定,且可通过一系列同一类型的发动机提供。收敛于一个恰当的原电压的设定值UB对在基础阻抗时的生产误差或者改变是不太敏感的,例如,这些误差是由于老龄化、点火装置的生产偏差、点火电极的污染、由于不同的排气再循环或者燃料-气体混合物不同的倾向导致的温度差异、或者由于使用不同的控制装置引起的;它对点火器的设计方面也不太敏感,所提供的点火器和燃烧室内点火电极的的几何形状保持不变。
    在点火之前,在发动机的每一个循环中,循环方法被执行于发动机的每一个柱形燃烧室,也就是说在一个4冲程发动机的情况下机轴的每两次运行执行一次。为了做到这些,如图3中所描述的实施例所示,最初的基础阻抗Zbaseline决定于特征曲线的直线部分。所述的第n个循环的原电压通过在基础阻抗所产生的电压值上添加所测到的附加电压UADD而得到,且原电流强度In-1可在先前的第n-1个循环步骤中测量到。原电压Un将收敛于最终值UB,原电流In也将收敛于最终值IB。图4中作为例子给出了三个循环数值。
    图5和图6给出了在变压器12输入端的一个U/I特征曲线,该特征曲线在从低的原电压上升至一个电压值UA时具有一个恒定的斜率。当原电压值大于UA时,特征曲线的斜率连续增加直到达到击穿电压值UD。
    在图5所示的例子中,原电压逐步的增加,相应的原电流强度I可被测量得到,同时,每一步的斜率可通过公式Zn-1 = (Un – Un-1 )/( In – In-1 ) 推算得到。此种方法得到的斜率对比于一个斜率的特殊极限值,如果此极限值被达到或者超过,则此循环方法停止。
    斜率的极限值可在初始试验中被恰当的得到,特别是在B点处特征曲线的斜率,在此点处,所述原电压UB略小于击穿电压UD。
    如图5中所述,原电压通过统一的增量递增,然而,原电压也可通过递减的增量来增加。这样做的好处是所期望的原电压UB的最终值能以更高的精度被得到。
    所述的最终电压值UB在初始试验中可被选择为一个函数,此函数作为一个表示点火电极5的尖端和活塞18间距离的函数——用另一种方法表示——作为一个关于机轴的位置函数——再用另一种方法表示——作为一个点火角度的函数,来保持一个具有最有尺寸的电晕。就点火电极5和活塞18间的距离、机轴的位置、或者点火角度和基于此的一下任意一个选项:斜率的极限值、如图5和图6中所示的每一个例子、附加值UADD、图4中所示的每一个实施例、或者因素k、图3中所描述的每一个实施例而言,当点火需要发生时,一个发动机控制单元可特殊选定。出于此种意图,因素k或者UADD或者斜率的极限值都被储存与一个控制单元作为点火电极5到活塞18间距离的一个函数,或者机轴尖角位置的函数,或者点火角度的函数。这些值可被储存于一个通过任何方式存在的发动机控制单元中,虽然它们保存在一个单独的点火控制单元中更好。
    图5和图6中所示的U/I特征曲线的斜率极限值能被确切指定,虽然它也能通过U/I特征曲线直线部分由基础阻抗先前决定的斜率值衍生出来。例如,U/I特征曲线斜率的极限值能被通过基础阻抗添加一个额外的阻抗值或者将基础阻抗乘以一个因素而确定。此方法的有点是,当确定U/I特征曲线斜率的极限值时,基础阻抗上更大的变化能通过这种方法被说明。
    为了确定斜率的极限值所述的基础阻抗所乘的因素,或者为确定斜率的极限值时基础阻抗所加的附加阻抗能在初始试验中被确定为一个点火电极5到活塞18间距离的函数,或者机轴位置的函数,或者点火角度的函数。这些也被储存于一个控制单元中,且能同时被确定。这些值能被储存于一个通过任何方式存在的发动机控制单元中,虽然它们保存在一个单独的点火控制单元中更好。
    在上述的发明方法中的所有变量,与先前的方法相比,先前的方法为专利WO 2004/063560 A1中所知道的当所测量的阻抗值超过一个确定的阻止Zfix时,原电压的增加被停止,从而可靠地阻止火花放电的发生。此方法中,在发动机的运行过程中,击穿电压UD被达到或者被超过的情况是可被阻止的。临界阻抗Zfix需要保证电晕发生时没有针对众多点火器的一个电弧或者火花。由于这些必须提供给由于与生产或者设计相关的变量而导致的不同U/I特征曲线形状的点火器,临界阻抗Zfix必须被选择为相对低值。因此,在图7中,直线代表临界阻抗Zfix与U/I特征曲线相交的D点远低于击穿电压UD。故在大多数的情况下电晕不能达到最大的尺寸。
    通过WO 2010/011838 A1中描述的方法,基础阻抗首先确定于特征曲线的直线部分。紧接着,阻抗继续增加直到火花放电被检测到。如图8所示,当测量阻抗超过一个临界阻抗ZArc时,检测到一个火花放电。当一个火花放电被检测到后,阻抗被减掉一个较大的量,由此保证在连续的发动机循环中在不产生一个火花放电的情况下来产生更多的电晕放电。无论如何,该发明为了保持在连续的点火中不产生一个火花放电的情况下保持电晕放电而阻止了产生火花放电的需要。
    当然,本发明创造并不局限于上述实施方式,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

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