專利名稱：單缸及多缸內(nèi)燃機的點火能量合成裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及汽車內(nèi)燃機的點火系統(tǒng)，尤其是涉及可適用于單缸及多缸內(nèi)燃 機的點火能量合成裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)汽車發(fā)動機點火裝置的基本原理是，一次線圈儲能，通過脈沖變壓器轉(zhuǎn)換 為二次能量，再在火花塞間釋放出來。然而已經(jīng)認識到這種方式消耗的能量很高，但是 火花塞所獲得的能量卻很低，無法產(chǎn)生足夠能量的電弧來點火，造成汽車耗油量大，燃 燒不充分等問題。為解決這些問題，現(xiàn)有技術(shù)提出了主要兩種改進方式，一種被稱為電容放電點 火(CDI)的方式，例如美國專利號4122816的技術(shù)，該專利提出把常規(guī)高壓點火電壓和儲 存在電容器中的高能電荷疊加用于內(nèi)燃發(fā)動機燃料和空氣混合點火，電容內(nèi)儲存的電能 由點火開關(guān)啟動，產(chǎn)生等離子和磁場使得燃料室內(nèi)的電磁流和磁場力加速等離子更深、 更快地進入燃燒室，因此可以提高混合氣的點火和燃燒。另一種是被稱為多脈沖放電(MSD)的方式，例如中國專利公開號CN1388315A 所公開的汽車等離子弧高能點火器，其依靠多脈沖的多次點火來產(chǎn)生電弧。試驗證明， 這種方式在120W功率下，可以獲得185mJ的電弧能量。上述這些改進的點火裝置都致力于提供一個替代傳統(tǒng)點火裝置的全新結(jié)構(gòu)，但 是對存量的傳統(tǒng)點火裝置無能為力。另外，上述兩種方式的點火裝置在能量轉(zhuǎn)換效率上 仍有改善的余地。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種單缸及多缸內(nèi)燃機的燃燒點火能量 合成裝置，該裝置可嵌入傳統(tǒng)的點火裝置中使用。本實用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提出一種單缸及多缸內(nèi)燃 機的點火能量合成裝置，包括一脈沖電壓合成器。該脈沖電壓合成器包括一輸入端、一 輸出端、一能量疊加端、一第一阻斷元件以及一第二阻斷元件，該第一阻斷元件連接在 該輸入端與該輸出端之間，該第二阻斷元件連接在該能量疊加端與該輸出端之間。該輸 入端連接一路內(nèi)燃機高壓點火電壓，該輸出端連接一火花塞，該能量疊加端連接一脈沖 電壓。在上述的點火能量合成裝置中，該第一阻斷元件是二極管陣列。在上述的點火能量合成裝置中，該二極管陣列是從該輸入端向該輸出端反向偏置。在上述的點火能量合成裝置中，該第二阻斷元件包含至少一二極管。在上述的點火能量合成裝置中，該至少一二極管是從該能量疊加端向該輸出端 反向偏置。[0012]在上述的點火能量合成裝置中，該二極管陣列是由高壓硅堆陣列構(gòu)成。[0013]在上述的點火能量合成裝置中，該至少一二極管是由高壓硅堆構(gòu)成。[0014]在上述的點火能量合成裝置中，還包括一高頻直流脈沖發(fā)生器，連接該能量疊 加端以輸出該脈沖電壓。[0015]在上述的點火能量合成裝置中，還包括一反饋電路，連接該高頻直流脈沖發(fā)生 器的輸出端及反饋端，該高頻直流脈沖發(fā)生器根據(jù)該反饋電路反饋的脈沖頻率調(diào)節(jié)輸出 功率。[0016]在上述的點火能量合成裝置中，該火花塞是由鎢、錳、鈦、鉬金或合金材料制 成。[0017]本實用新型由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，可嵌入原有的內(nèi)燃 機點火系統(tǒng)中，不涉及和影響原發(fā)動機的設計性能，裝置安裝簡單，即插即用。這種設 計解決了多年來多缸內(nèi)燃發(fā)動機能量合成點火難于低成本商業(yè)化的問題。同時可大大降 低大功率點火脈沖產(chǎn)生的電磁干擾.并且，本實用新型容易擴展，可實現(xiàn)對單缸及多缸的 控制。


[0018]為讓本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實 用新型的具體實施方式
作詳細說明，其中[0019]圖1示出本實用新型一實施例的點火能量合成裝置示意圖。[0020]圖2示出本實用新型一實施例的點火能量合成裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
[0021]圖1示出本實用新型一實施例的點火能量合成裝置結(jié)構(gòu)圖。參照圖1所示，該 裝置包含一個或多個單體的脈沖電壓合成器10。[0022]每一脈沖合成器10包含一個輸入端口 A、一個輸出端口 P以及一個能量疊加端 口 B。輸入端口 A的輸入信號是來自常規(guī)的內(nèi)燃機高壓點火電壓，例如汽車內(nèi)的獨立線 圈或者分電器輸出。能量疊加端口B連接一脈沖電壓。輸出端口P的輸出信號是輸出到 一火花塞，以向火花塞提供點火電壓。脈沖電壓合成器10可將脈沖電壓與高壓點火電壓 疊加以產(chǎn)生輸出給火花塞的點火電壓。[0023]參照圖1所示，脈沖電壓合成器10在其輸入端A與輸出端P之間設有第一阻斷 元件3。該第一阻斷元件3是在輸入端A與輸出端P之間沒有足夠的電壓差時關(guān)閉，而 在輸入端A與輸出端P之間有足夠的電壓差時導通，使高壓點火電壓得以引入到輸出端 P。并且，在能量疊加端B與輸出端P之間設有第二阻斷元件4。該第二阻斷元件4是 在能量疊加端B與輸出端P之間沒有足夠的電壓差時關(guān)閉，而在能量疊加端B與輸出端 P之間有足夠的電壓差時導通，使脈沖電壓得以引入到輸出端P與高壓點火電壓疊加。[0024]參照圖2所示，在一個實施例中，第一阻斷元件3選用二極管陣列3a。該二極 管陣列3a可由一個或多個二極管組成。在輸入端A與輸出端P之間使用的導線是高壓阻 尼線2。并且，第二阻斷元件4選用一個或多個二極管如。在能量疊加端B與輸出端P 之間使用的導線是高壓電纜線。[0025]在圖2所示的本實用新型的較佳實施例中，將脈沖合成器集成到由第一外套1和 第二外套5組成的套筒中。作為舉例，第一外套1使用PVC材料，第二外套5使用橡膠 材料。脈沖合成器的輸出端P再經(jīng)銅芯線7、金屬接頭6直接連接火花塞，而不需經(jīng)過 額外的導線。這種設計帶來的好處是，高壓點火電壓經(jīng)過較短的高壓阻尼線2和銅芯線 7、金屬接頭6即可達到火花塞，減少了高壓阻尼線對于能量的損耗，并大幅降低輻射干 擾。在一個實施例中，由于脈沖合成器的輸入端A相對于輸出端P為負電壓，因此 二極管陣列3a是從輸入端向輸出端反向偏置，以允許在輸入端達到足夠高的負電壓時導 通二極管陣列3a。并且，能量疊加端B的脈沖輸入相對于輸出端P也是負電壓，二極管 4a也是從能量疊加端B向輸出端反向偏置。在一個實施例中，各二極管陣列3a是由高壓硅堆陣列構(gòu)成，而各二極管4a也是 由高壓硅堆構(gòu)成。高壓硅堆或者高壓硅堆陣列的響應時間最好達到微秒級別。在一個實施例中，高壓點火電壓為-15KV，高壓阻尼線2的阻值為5-15KQ。 銅芯線的截面積為1.3mm2。脈沖電壓B可來自于低壓高頻直流脈沖發(fā)生器20。低壓高頻直流脈沖發(fā)生器20 可使用12V直流電源，其經(jīng)過電容Co耦合到脈沖電壓合成器10的能量疊加端口 B。當 每次點火后，Co電容就會放電一次從而產(chǎn)生一個脈沖。由于內(nèi)燃機在不同轉(zhuǎn)速下可能需要不同的點火頻率，因此在一較佳實施例中， 低壓高頻直流脈沖發(fā)生器20可根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)輸出功率。如圖1所示，設置由 反饋電容Cp和放大器30組成的反饋電路，以將放電脈沖反饋給低壓高頻直流脈沖發(fā)生器 20的反饋端，使低壓高頻直流脈沖發(fā)生器20調(diào)整脈沖頻率以及/或者幅值。因此，當點 火脈沖速度越快，反饋脈沖也越多，低壓高頻直流放大器將輸出更強的脈沖。下面簡要描述本發(fā)明的點火能量合成裝置的動作過程。經(jīng)能量疊加端口 B輸 入至脈沖電壓合成器10的高頻低壓直流脈沖疊加在原有的內(nèi)燃機高壓點火信號上，當內(nèi) 燃機高壓點火信號達到足夠電壓而使火花塞導通時，內(nèi)燃機高壓點火信號經(jīng)輸出端P在 火花塞末端電離擊穿產(chǎn)生等離子電弧，同時輸出端還釋放其脈沖電能對等離子電弧進行 振幅放大產(chǎn)生高能等離子電弧并激發(fā)產(chǎn)生光子能量，使油、氣迅速電離并在高能光電弧 的作用下加快汽缸內(nèi)的燃料的燃燒迅速，使燃料能在完成該沖程的過程中更充分快速燃 燒，達到提高動力，節(jié)約燃料，減少廢氣排放的效果。由于內(nèi)燃機在不同轉(zhuǎn)速下可能需要不同的點火頻率，因此在一較佳實施例中， 低壓高頻直流脈沖發(fā)生器20可根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)輸出功率。如圖1所示，設置由 反饋電容Cp和放大器30組成的反饋電路，以將放電脈沖反饋給低壓高頻直流脈沖發(fā)生器 20的反饋端，使低壓高頻直流脈沖發(fā)生器20調(diào)整脈沖頻率以及/或者幅值。因此，當點 火脈沖速度越快，反饋脈沖也越多，低壓高頻直流放大器將輸出更強的脈沖。在本實用新型的實施例中，火花塞需要選用高溫耐等離子腐蝕火花塞，其較佳 的是由鎢、錳、鈦、鉬金或者合金材料的其中之一制成。本實用新型的特點是把低壓直流高頻脈沖通過點火脈沖電壓合成器，經(jīng)該合成 器內(nèi)高速門電路陣列的復合后輸出給相應的火花塞并在火花塞上產(chǎn)生復合放大的等離子 光電弧。本實用新型的脈沖電壓合成器可嵌入汽車原有的點火系統(tǒng)中，不涉及和影響原發(fā)動機的設計性能，裝置安裝簡單，即插即用。這種設計解決了多年來多缸內(nèi)燃發(fā)動機 能量合成點火難于低成本商業(yè)化的問題。并且，本實用新型容易擴展，可實現(xiàn)對單缸及 多缸的控制。再者，本實用新型的單脈沖能轉(zhuǎn)換效率高，可達13mJ/(瓦 每個電弧)以 上的等離子光電弧效率。靜態(tài)時功耗不到25毫瓦，轉(zhuǎn)速達每分鐘6，000轉(zhuǎn)時，功耗不 到30瓦。[0035]本實用新型可廣泛用于使用汽油、天燃氣、液化氣等燃料的內(nèi)燃機。[0036]上述實施例是提供給本領域普通技術(shù)人員來實現(xiàn)或使用本發(fā)明的，本領域普通 技術(shù)人員可在不脫離本實用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變 化，因而本實用新型的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權(quán)利要求書提到 的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1.一種單缸及多缸內(nèi)燃機的點火能量合成裝置，其特征在于包括脈沖電壓合成器，包括一輸入端、一輸出端、一能量疊加端、一第一阻斷元件以及 一第二阻斷元件，該第一阻斷元件連接在該輸入端與該輸出端之間，該第二阻斷元件連 接在該能量疊加端與該輸出端之間；該輸入端連接一路內(nèi)燃機高壓點火電壓，該輸出端連接一火花塞，該能量疊加端連 接一脈沖電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第一阻斷元件是二極管陣列。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，該二極管陣列是從該輸入端向該輸出端反向偏置。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第二阻斷元件包含至少一二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該至少一二極管是從該能量疊加端向該輸 出端反向偏置。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該二極管陣列是由高壓硅堆陣列構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，該至少一二極管是由高壓硅堆構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一高頻直流脈沖發(fā)生器，連接該能 量疊加端以輸出該脈沖電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括一反饋電路，連接該高頻直流脈沖 發(fā)生器的輸出端及反饋端，該高頻直流脈沖發(fā)生器根據(jù)該反饋電路反饋的脈沖頻率調(diào)節(jié) 輸出功率。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該火花塞是由鎢、錳、鈦、鉬金或合金 材料制成。
專利摘要本實用新型涉及一種單缸及多缸內(nèi)燃機的點火能量合成裝置，包括一脈沖電壓合成器。該脈沖電壓合成器包括一輸入端、一輸出端、一能量疊加端、一第一阻斷元件以及一第二阻斷元件，該第一阻斷元件連接在該輸入端與該輸出端之間，該第二阻斷元件連接在該能量疊加端與該輸出端之問。該輸入端連接一路內(nèi)燃機高壓點火電壓，該輸出端連接一火花塞，該能量疊加端連接一脈沖電壓。本實用新型的點火能量合成裝置，可嵌入傳統(tǒng)的點火裝置中使用，并可提高能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號F02P3/00GK201802540SQ201020535279
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者黃志民 申請人:Edi(福建)有限公司