本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個(gè)汽缸、可以在汽缸中前后移動的往復(fù)運(yùn)動活塞、和燃燒室，其中該點(diǎn)火系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為用于點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)的燃料/空氣混合物的電磁點(diǎn)火系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

這類點(diǎn)火系統(tǒng)通常包括伸入汽缸中以便在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生點(diǎn)火火花的火花塞。例如，US2005/0061294A1描述了一種具有這類火花塞的發(fā)動機(jī)。US7,559,319B2也描述了一種具有火花塞的點(diǎn)火系統(tǒng)。

然而，經(jīng)常需要將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)制作地更小以便它們能夠作為相對小的輔助驅(qū)動裝置容納在例如混合動力車輛中。在這種情況下，如果在直接噴射的情況下必須安裝多個(gè)噴射器和多個(gè)火花塞，則汽缸蓋上方所需的安裝空間會是個(gè)問題。在此，例如這些部件的尺寸減小或不同的安排不能為顯著減小安裝空間來提供充分的潛力。因此，一種方法可以從根本上改變內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運(yùn)行模式，并且現(xiàn)有技術(shù)可以為內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的替代性運(yùn)行模式提供建議。

例如，US7,793,634B2描述了不僅通過燃燒燃燒室內(nèi)的燃料/空氣混合物而且還通過以電磁方式驅(qū)動往復(fù)運(yùn)動活塞來移動內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的往復(fù)運(yùn)動活塞的可能性。這種電磁模式可以單獨(dú)地或與內(nèi)燃模式組合被采用。為了這個(gè)目的，往復(fù)運(yùn)動活塞由磁性材料構(gòu)成并且汽缸具有線圈，往復(fù)運(yùn)動活塞移動通過這些線圈。通過線圈中適當(dāng)?shù)墓β柿?，往?fù)運(yùn)動活塞可以向后和向前移動。由此可以減少燃料消耗，但這不會引起發(fā)動機(jī)的安裝空間減小。

US8,991,356B2也公開了用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的電磁輔助設(shè)備，其中，例如往復(fù)運(yùn)動活塞設(shè)有永久磁體并且汽缸設(shè)有電磁體。通過適當(dāng)?shù)墓β柿鞯诫姶朋w，可以生成交變磁場，通過該交變磁場，可以交替產(chǎn)生在往復(fù)運(yùn)動活塞的永久磁體與電磁體之間的吸引和排斥。這種吸引和排斥幫助往復(fù)運(yùn)動活塞的往復(fù)運(yùn)動。US2011/0221208A1公開了一種類似安排，但是在這種情況下往復(fù)運(yùn)動活塞在其往復(fù)運(yùn)動過程中的動能被相反地轉(zhuǎn)換成電能。

然而，使用這些系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)，不能減小內(nèi)燃發(fā)動機(jī)所需的安裝空間。相比之下，例如，US6,883,507B2公開了一種沒有火花塞的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中燃燒室中的燃料/空氣混合物通過電暈放電來點(diǎn)燃。在這種情況下，燃料/空氣混合物被電離化以便點(diǎn)燃。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的基本目的是提供一種替代性點(diǎn)火系統(tǒng)，通過該點(diǎn)火系統(tǒng)，特別地，可以減小汽缸/往復(fù)運(yùn)動活塞單元上方的安裝空間。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過本發(fā)明描述的點(diǎn)火系統(tǒng)并且通過相關(guān)聯(lián)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)注意，以下描述中單獨(dú)介紹的特征和措施可以以任何技術(shù)上有意義的方式組合并且得到本發(fā)明的另外的實(shí)施例。本描述此外表征并詳細(xì)說明本發(fā)明，特別是結(jié)合圖。

根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)適合于在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中使用，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個(gè)汽缸、可以在該汽缸內(nèi)向后和向前移動并且具有活塞頂?shù)耐鶑?fù)運(yùn)動活塞以及鄰接該活塞頂?shù)娜紵?。在這種情況下，點(diǎn)火系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為一種用于點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)的燃料/空氣混合物的電磁點(diǎn)火系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)具有在汽缸中的初級繞組和同樣在汽缸或在往復(fù)運(yùn)動活塞中的至少一個(gè)次級繞組。次級繞組與至少兩個(gè)點(diǎn)火電極連接。在這些點(diǎn)火電極之間，可以產(chǎn)生點(diǎn)火火花，通過點(diǎn)火火花，可以點(diǎn)燃燃燒室中的燃料/空氣混合物。

因此，不是通過點(diǎn)火電極伸入燃燒室中的常規(guī)火花塞來完成燃料/空氣混合物的點(diǎn)燃。相反，該點(diǎn)火系統(tǒng)整合到汽缸/往復(fù)運(yùn)動活塞單元中，并且因此不再需要火花塞。這引起部件減少，并且特別是減小發(fā)動機(jī)的頭部區(qū)域中的安裝空間。不再需要安裝空間來安裝火花塞，并且因此可以將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)整體上做得更小。如果內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是具有混合驅(qū)動裝置的馬達(dá)車輛中的電動驅(qū)動裝置的輔助發(fā)動機(jī)，則這是特別有利的。術(shù)語“火花塞”旨在包括火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的火花塞和作為同義詞的柴油發(fā)動機(jī)的電熱塞并且不旨在以任何方式進(jìn)行限制。在這個(gè)程度上，因此，本發(fā)明使火花塞/電熱塞多余。

如果不需要整合火花塞，則這還引起實(shí)施例中更大的設(shè)計(jì)自由度和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的頭部區(qū)域中其他部件的安排。例如，進(jìn)氣門和排氣門可以被制作得更大和/或以更有利的方式安排。同樣在選擇點(diǎn)火火花的位置時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)提供更大的設(shè)計(jì)自由度。例如，通過適當(dāng)定位點(diǎn)火電極，可以在不同的位置產(chǎn)生點(diǎn)火火花。在此，用于產(chǎn)生點(diǎn)火火花的元件的位置可以更好的匹配發(fā)動機(jī)的要求。

可以特別地通過次級繞組的適當(dāng)安排來實(shí)現(xiàn)用于產(chǎn)生點(diǎn)火火花的不同位置。例如，與初級繞組一樣，次級繞組可以設(shè)置在汽缸中，其中次級繞組在汽缸內(nèi)壁的區(qū)域中與至少兩個(gè)點(diǎn)火電極連接。兩個(gè)繞組與汽缸套中的外繞組和內(nèi)繞組同軸。本實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：點(diǎn)火火花在汽缸內(nèi)壁上的位置選擇可以是相對自由的，因此允許在燃燒室中開始最優(yōu)燃燒過程。

在本發(fā)明的替代性實(shí)施例中，該至少一個(gè)次級繞組安排在該往復(fù)運(yùn)動活塞中，其中該次級繞組在該活塞頂?shù)膮^(qū)域中與至少兩個(gè)點(diǎn)火電極連接。在本實(shí)施例中，可以在鄰接燃燒室的活塞頂點(diǎn)產(chǎn)生火火花。在這個(gè)變體的優(yōu)選實(shí)施例中，該初級繞組在該汽缸的汽缸套中形成為螺旋狀，而該至少一個(gè)次級繞組在該往復(fù)運(yùn)動活塞的活塞本體或活塞裙部中形成為螺旋狀，其中該初級繞組和該次級繞組同軸。如果次級繞組在汽缸套中以螺旋狀安排，則初級繞組和次級繞組同樣可以是同軸的。

在此，電磁點(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行模式本質(zhì)上基于點(diǎn)火線圈的原理。次級繞組位于汽缸中的初級繞組內(nèi)，其中往復(fù)運(yùn)動活塞用作共用可磁化核心。因此，如果往復(fù)運(yùn)動活塞至少在次級繞組的區(qū)域由可磁化金屬構(gòu)成，則這是有利的。低電阻初級繞組此外優(yōu)選地具有比高電阻次級繞組更少的繞組。

在初級繞組中，產(chǎn)生電流，并且進(jìn)而產(chǎn)生磁場。次級繞組也位于這個(gè)磁場中。如果初級繞組中的電流流動中斷，則磁場消失，由此在次級繞組中通過感應(yīng)產(chǎn)生高電壓脈沖，通過該電壓脈沖，可以在點(diǎn)火電極兩端產(chǎn)生點(diǎn)火火花。這個(gè)過程可以以短時(shí)間間隔重復(fù)，因此允許在所選擇的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生點(diǎn)火火花，例如，就在燃燒室中的往復(fù)運(yùn)動活塞的上止點(diǎn)之前，例如，在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中。

在根據(jù)本發(fā)明的電磁點(diǎn)火系統(tǒng)中，初級繞組因此通過電流流過該初級繞組并且產(chǎn)生磁場的事實(shí)來限定。次級繞組通過這個(gè)磁場消失時(shí)通過感應(yīng)在該次級繞組中產(chǎn)生高電壓脈沖的事實(shí)來限定。為了控制用于此目的的初級繞組中的電流流動，根據(jù)本發(fā)明，初級繞組與被適當(dāng)設(shè)計(jì)用于這種控制的控制單元連接。特別地，該控制單元被設(shè)計(jì)用于控制初級繞組中的電流流動，其控制方式為在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)，在至少一個(gè)次級繞組的點(diǎn)火電極兩端產(chǎn)生點(diǎn)火火花。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)往復(fù)運(yùn)動活塞在汽缸內(nèi)的位置來限定產(chǎn)生點(diǎn)火火花的這個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

與之前的點(diǎn)火系統(tǒng)相同，必須在某一時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生點(diǎn)火火花，該時(shí)間點(diǎn)取決于往復(fù)運(yùn)動活塞在汽缸內(nèi)的位置。如果次級繞組被安排在往復(fù)運(yùn)動活塞中，則必須將次級繞組與往復(fù)運(yùn)動活塞一起運(yùn)動考慮在內(nèi)，并且因此本實(shí)施例中的次級繞組必須安排在往復(fù)運(yùn)動活塞上，其方式為在相關(guān)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)初級繞組中的電流流動中斷時(shí)，在相對于初級繞組的位置或方位，在次級繞組中可以產(chǎn)生所需的高電壓脈沖。

本發(fā)明還包括一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個(gè)汽缸、可以在該汽缸內(nèi)向后和向前移動并且具有活塞頂?shù)耐鶑?fù)運(yùn)動活塞以及鄰接該活塞頂?shù)娜紵摇Ｔ搩?nèi)燃發(fā)動機(jī)具有用于點(diǎn)燃燃燒室中的燃料/空氣混合物的電磁點(diǎn)火系統(tǒng)，所述系統(tǒng)根據(jù)所描述實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)。在此，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)通常具有相關(guān)聯(lián)往復(fù)運(yùn)動活塞和相應(yīng)電磁點(diǎn)火系統(tǒng)的多個(gè)汽缸，其中可以通過中央控制單元控制電流在該相應(yīng)點(diǎn)火系統(tǒng)的初級繞組中的流動。該中央控制單元因此控制所有點(diǎn)火系統(tǒng)并將它們同步。

附圖說明

圖1示出內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸/往復(fù)運(yùn)動活塞的示意圖，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)的實(shí)施例。

然而，該圖示應(yīng)被認(rèn)為純粹是說明性的，并且根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)還可以用于其他類型的發(fā)動機(jī)。

具體實(shí)施方式

在圖1中，示意性地示出了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸/往復(fù)運(yùn)動活塞單元，其中該單元具有汽缸10，在該汽缸中，往復(fù)運(yùn)動活塞20可以向后和向前移動。往復(fù)運(yùn)動活塞20通過連桿以已知方式與曲軸連接，該曲軸的旋轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)箭頭表示。在往復(fù)運(yùn)動活塞20的活塞頂21上形成燃燒室33，空氣和燃料被引入該燃燒室從而在燃燒室中燃燒?？諝夂腿剂系墓?yīng)和混合可以以已知方式完成，特別是通過氣門正時(shí)系統(tǒng)。這通過打開和關(guān)閉內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口來控制氣門和因此控制充氣交換。

在圖1的實(shí)施例中，用于將空氣供應(yīng)到燃燒室33中的進(jìn)氣門31設(shè)置在汽缸10的上部區(qū)域。舉例來講，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)由直接噴射系統(tǒng)實(shí)施，并且因此燃料直接經(jīng)由噴射器30(純?yōu)槭疽庑哉f明)被供應(yīng)到燃燒室33中。在燃燒之后，排氣經(jīng)由排氣門32從燃燒室33排出。氣門31、32通過凸輪軸移動，凸輪軸的旋轉(zhuǎn)同樣由圖1中的旋轉(zhuǎn)箭頭表示，而往復(fù)運(yùn)動活塞20的向上運(yùn)動由相應(yīng)的向上箭頭表示。

為了點(diǎn)燃燃料/空氣混合物，提供了點(diǎn)火系統(tǒng)。圖1中的實(shí)施例中使用的點(diǎn)火系統(tǒng)具有外部初級繞組40，該初級繞組被安排在汽缸10中。例如，該汽缸被整合到汽缸套11中。初級繞組40具有多個(gè)繞組，這些繞組以螺旋狀安排在汽缸套11中，其結(jié)果是初級繞組40相對于往復(fù)運(yùn)動活塞20同軸延伸。初級繞組40的末端從汽缸10引出并且與控制單元60連接。特別地，控制單元60是發(fā)動機(jī)控制器(ECU-電子控制單元)。

次級繞組可以同軸安排在汽缸套11中的初級繞組40內(nèi)。

然而，在圖1的實(shí)施例中，次級繞組50位于往復(fù)運(yùn)動活塞20中。特別地，該次級繞組整合在活塞本體22或位于活塞頂21下面的活塞裙部22中。在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中，次級繞組50因此隨著往復(fù)運(yùn)動活塞20上下移動。

次級繞組50與形成在活塞頂21上的兩個(gè)點(diǎn)火電極51和52連接。這個(gè)連接在圖1中由虛線表示，但該虛線僅旨在表示說明性連接。可以選擇該連接的合適路線。在圖1中，另外，顯示次級繞組50具有的匝數(shù)少于初級繞組40，但是顛倒情況是優(yōu)選的實(shí)例，其中次級繞組50比初級繞組40具有更多匝數(shù)是優(yōu)選的。因此，這個(gè)說明僅用于闡明本發(fā)明的基本原理。

點(diǎn)火電極51、52位于例如活塞頂21的邊緣區(qū)域，圖1中的實(shí)施例就是這種情況。然而，點(diǎn)火電極51、52還可以安排在活塞頂21上的其他點(diǎn)處。另外，還可以提供多于兩個(gè)點(diǎn)火電極。

內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有多個(gè)這樣的汽缸/往復(fù)運(yùn)動活塞單元，其中控制單元60與每個(gè)單元的相應(yīng)點(diǎn)火系統(tǒng)連接。因此，可以在所有汽缸內(nèi)以控制單元60同步化的方式產(chǎn)生點(diǎn)火火花。

當(dāng)往復(fù)運(yùn)動活塞20朝著其上止點(diǎn)方向向上移動時(shí)，如圖1中的箭頭所指示的，控制單元60中斷初級繞組40中的電流流動，其方式為之前產(chǎn)生的磁場消失。這在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)生，該時(shí)間點(diǎn)被選擇，使得通過次級繞組50中的高電壓脈沖在點(diǎn)火電極51、52兩端產(chǎn)生的點(diǎn)火火花在正確的時(shí)刻產(chǎn)生以點(diǎn)燃燃燒室33中的壓縮燃料/空氣混合物。因此，初級繞組40和次級繞組50以這樣的方式被安排，使得次級繞組50適當(dāng)?shù)匚挥诔跫壚@組40內(nèi)，就在往復(fù)運(yùn)動活塞20的上止點(diǎn)前面。

參考符號列表

10 汽缸

11 汽缸套

20 往復(fù)運(yùn)動活塞

21 活塞頂

22 活塞本體

30 噴射器

31 進(jìn)氣門

32 排氣門

33 燃燒室

40 初級繞組

50 次級繞組

51、52 電極

60 控制單元ECU