用於內燃機的具有足夠能量的火花的點火電路的製作方法

2023-05-06 08:29:21 1

專利名稱：用於內燃機的具有足夠能量的火花的點火電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於內燃機的、尤其是用於在手持式工作器具中內燃機的點火電路，其中該內燃機具有一個氣缸和一個在氣缸中構成的燃燒室，它由一個上下移動的活塞限定並且驅動一個支承在曲軸外殼中的曲軸旋轉，該點火電路具有一個電磁感應迴路和一個附屬於感應迴路的、隨著曲軸旋轉的磁極轉子，它根據曲軸的位置使感應迴路中的磁流周期性地改變，所述點火電路還具有一個帶有一個電容的電子控制電路，該電容與感應迴路的一個充電線圈連接並且由充電線圈的感應電壓充電，所述點火電路還具有一個放電電路，它在給定的曲軸位置中使電容通過一個點火線圈放電，其中點火線圈與一個伸進燃燒室裡面的點火塞連接，用於點燃位於燃燒室中的混合物。
背景技術：
通常已知這種點火電路、也稱為電容點火電路。它們具有一個牢固的、簡單的結構並且已經在實踐中經受過多重考驗。
對於兩衝程發動機在內燃機的怠速中產生不均勻的燃燒。已經確認，在兩衝程發動機的怠速運行中例如只有每個第三曲軸迴旋才產生具有相應轉速升高的完全燃燒。在個別情況下只有在第六或第七曲軸迴轉以後才觀察到燃燒。

發明內容
本發明的任務是，尤其在怠速時改善在內燃機氣缸燃燒室中的燃燒並且保證混合物的可靠點火。
這個任務通過一種用於內燃機的、尤其是用於在手持式工作器具中內燃機的點火電路得以實現，其中該內燃機具有一個氣缸和一個在氣缸中構成的燃燒室，它由一個上下移動的活塞限定並且驅動一個支承在曲軸外殼中的曲軸旋轉，該點火電路具有一個電磁感應迴路和一個附屬於感應迴路的、隨著曲軸旋轉的磁極轉子，它根據曲軸的位置使感應迴路中的磁流周期性地改變，所述點火電路還具有一個帶有一個電容的電子控制電路，該電容與感應迴路的一個充電線圈連接並且由充電線圈的感應電壓充電，所述點火電路還具有一個放電電路，它在給定的曲軸位置中使電容通過一個點火線圈放電，其中點火線圈與一個伸進燃燒室裡面的點火塞連接，用於點燃位於燃燒室中的混合物。根據本發明，由一個轉速分析電路監控放電電路，並且當轉速曲線具有一個偏離一個給定閾值的轉速變化時，則過調地作用於放電電路。
所述任務還通過一種用於點燃在內燃機燃燒室中的混合物的方法得以實現，其中在內燃機的氣缸中構成燃燒室並且由一個上下移動的活塞限定，它驅動一個支承在曲軸外殼中的曲軸旋轉，該內燃機具有一個電磁感應迴路和一個附屬於感應迴路的、隨著曲軸旋轉的磁極轉子，它根據曲軸的位置使感應迴路中的磁流周期性地改變，還具有一個帶一個電容的控制電路，所述電容與感應迴路的一個充電線圈連接並且由充電線圈的感應電壓充電，以及具有一個放電電路，它在給定的曲軸位置中使電容通過一個點火線圈放電，其中點火線圈與一個伸進燃燒室裡面的點火塞連接，用於點燃位於燃燒室中的混合物。根據本發明，所述點火電路為了點燃燃燒室中的混合物產生兩個在時間上相互銜接的分點火火花，其中一個第一分點火火花在活塞的上死點之前給出，而第二分點火火花在活塞的上死點處給出。
按照本發明的基本思想，所述點火電容不僅通過一個曲軸迴轉、而且通過多個曲軸迴轉進行充電。因此在點火電容中可以沒有大的點火電路變化地儲存較大的能量，在其放電時通過點火線圈實現一個強烈的、長時間燃燒的點火火花。一個強烈的、最好長時間燃燒的點火火花提供良好燃燒的保障，由此在怠速運行時可以使燃燒順序變得均勻。
在本發明的一種實施方式中所述放電電路由一個轉速分析電路監控，當轉速曲線具有一個偏離給定閾值的轉速變化、例如低於或超過該閾值時，則該分析電路作用於放電電路。
對於兩衝程發動機，通過轉速分析電路檢測在充分燃燒以後的轉速升高，用於按照對於轉速升高的確定對於下面的曲軸迴轉防止電容放電、即抑制一個點火火花。可以利用在充電線圈中感應的、第二曲軸迴轉的電壓對電容繼續充電，由此對於一個接下來的曲軸迴轉來說所述電容的放電導致一個強烈的、最好長時間燃燒的點火火花，它為可靠的燃燒提供了保障。由此可以在怠速情況下產生均勻的燃燒，由此使怠速轉速更穩定。
本發明也可以毫無問題地用於四衝程發動機。對於四衝程發動機，關於曲軸角的轉速曲線在活塞為了壓縮混合物的向上行程時顯示出一個明顯的轉速降。這個轉速指示出，降在達到上死點(OT)時必須實現一個點火，因為壓縮的混合物位於燃燒室裡面。因此轉速分析電路在轉速變化超過一個給定閾值時立刻激活放電電路，由此對於接下來的OT直接點火。在點火後所述轉速分析電路截止放電電路，用於防止點火電容在接下來的曲軸迴轉時放電。對於四衝程發動機，確定銜接燃燒的曲軸迴轉，用於從敞開的出口排出廢氣，因此一個點火火花是多餘的。所述分析電路抑制點火火花並由此防止點火電容放電，由此只有在接下來的向上行程時才又接通放電電路，用於在第三曲軸迴轉中重新點火。
為了改善在內燃機燃燒室中的燃燒，按照本發明的另一解決方案規定，使點火火花分成在時間上相互銜接的分點火火花。通過這種方法可以提高點火的安全性。如果例如第一分點火火花沒有導致燃燒，通過一個第二分點火火花提高燃燒的可靠性。只要存在能量，也可以觸發其它的、下面的第三、第四等分點火火花。適宜的是分點火火花的間隔位於0°KW至30°KW的範圍內、最好在約3°KW至30°KW的範圍內。如果選擇零或接近零的間隔，則分點火火花共同構成一個單獨的具有長的燃燒持續時間的點火火花，其中也可以適宜地使燃燒持續時間與點火火花重疊。
用於提供兩個或多個點火火花所需的能量例如可以通過在燃燒後對於點火的抑制來提供；實現一個具有兩個或多個磁鐵的磁極轉子結構也是適宜的，由此在每轉中多次地感應一個電壓，它在一個適合的蓄能器、例如一個電容中充電。
為了產生分點火火花可以使一個公共的電容以單獨分放電的方式放電，其中每個分放電觸發一個分點火花。也可以適宜地對每個分點火火花附設一個電容並且使所設置的電容在時間上錯開地通過一個公共的點火線圈放電。


由其它權利要求、說明書和附圖給出本發明的其它特徵，在附圖中示出本發明的實施例。附圖中
圖1以示意圖示出一個具有電容點火的內燃機，圖2示出電容電壓與轉速的曲線圖，圖3示出一個轉速曲線在一個兩衝程發動機的多個曲軸迴轉上的示意圖，圖4示出一個四衝程發動機在多個曲軸迴轉上的轉速曲線示意圖，圖5示出一個具有一個磁極轉子和兩個磁鐵的點火裝置的示意圖，圖6示出一個具有兩個充電電容的點火電路的電路圖，圖7示出一個點火順序與曲軸角的示意圖。
具體實施例方式
在按照圖1的示意圖中示出一個具有一個從屬的點火電路2的內燃機1。該內燃機1具有一個常見的結構並且尤其用作一個手持式工作器具的驅動馬達，尤其是一個可攜帶的手持式工作器具，如馬達鏈鋸、切割機、清除切割機、鼓風機或類似設備。
所述內燃機1具有一個氣缸3和一個在氣缸3中構成的燃燒室4，它由一個上下運動的活塞5限定。該活塞5通過一個連杆6與一個曲軸7連接，該曲軸支承在一個曲軸外殼8裡面。該活塞5驅動曲軸7旋轉，其中一個磁極轉子10隨著曲軸7旋轉，該磁極轉子在本實施例中由風扇葉輪9構成。在磁極轉子10中設置一個具有一個磁鐵11的極靴，其磁極N，S指向風扇葉輪9的圓周方向。
對旋轉的磁極轉子10在馬達外殼上附設一個位置固定的磁軛12，該磁軛與極靴一起在磁極轉子10中構成一個感應迴路13。
在磁軛12上，在本實施例中在一個磁軛側腿12a上設置一個充電線圈14，它與一個設置在一個放電電路15中的電容16電連接。該電容16由放電電路15通過一個點火線圈17的初級繞組放電，其次級繞組通過一個點火電纜18與一個火花塞19連接，通過該火花塞點燃在燃燒室4中存在的混合物。
所述曲軸7的轉速可以適宜地通過一個觸發線圈20量取，該觸發線圈設置在另一磁軛側腿12b上。所述觸發線圈20的信號通過一個脈衝形成器21輸送到一個微控制器22，它還包括一個轉速分析電路23。該轉速分析電路23控制放電電路15，由此根據轉速分析電路23致動或不致動(截止)放電電路15。
所述磁軛12通過極靴與風扇葉輪9或磁極轉子10的每個迴轉連接，由此在磁軛12中周期性地在感應迴路13中建立或去掉一個磁流，該磁流在充電線圈14和觸發線圈20中感應出一個感應電壓。該充電線圈14的感應電壓通過線路分支24輸送到用於對電容16供電的放電電路15，如圖2所示，該電容根據轉速n充電到一個電壓U。在電容中存儲的能量E＝1/2CU2由放電電路15根據一個在微控制器22的控制導線25上的控制信號給到點火線圈17的初級繞組上，由此在電容16放電過程中在次級線圈中得到一個高壓脈衝，它通過點火電纜18輸送到點火塞19並且在那裡釋放一個點火花用於點燃在燃燒室4中的混合物。
觸發點火Z的時刻由微控制器22確定，該微控制器通過觸發線圈20得到並處理一個轉速信息。
也可以選擇在充電線圈14的信號輸出29上量取轉速信號，為此使充電線圈14的輸出通過一個信號掃描器26與微控制器22連接。
在圖3中示出一個轉速n在曲軸角°KW上的轉速曲線，其中轉速曲線30強烈地振蕩。這個強烈振蕩的轉速曲線30對於一個兩衝程發動機尤其在怠速情況下是典型的，因為在怠速情況下對於每個曲軸迴轉可以不在燃燒室4中開始燃燒。
如果在上死點OT1處實現點火Z，則轉速n直到下死點UT處明顯提高，這可以由微控制器22的轉速分析電路23輕易地識別。這個轉速升高Δn可以在例如600至800轉的範圍。
在通過下死點UT以後對於下一燃燒循環實現壓縮運行，其中按照本發明在達到OT2時抑制點火Z。在通過上死點OT2以後由於非壓縮運行實現一個略微的轉速升高，然後再下降直到下一上死點OT3。
現在按照本發明規定，所述轉速分析電路23監控轉速升高Δn並且在轉速升高超過一個例如500轉的閾值時截止用於下面的曲軸迴轉的放電電路15。這意味著，在OT2處阻止點火併因此阻止電容16放電，由此使電容16由於充電線圈14中的新的感應電壓而繼續充電，如同在圖2中以點劃線27給出的那樣。實線28給出在相應充電以後在一個曲軸迴轉上的電容電壓。該電容16按照線27通過兩個曲軸迴轉來儲存能量，它們在達到接下來的上死點OT3時被利用，用於在點火塞19上產生一個強烈的、長時間燃燒的點火火花。由此對於在燃燒室4中的燃燒給出最好的條件並且可以在第三曲軸迴轉中可靠地期待混合物的點火。通過兩個曲軸迴轉來存儲點火能量，這保證強烈的、長時間燃燒的點火火花，這有利地保證在燃燒室4中發生的燃燒。
適宜的是，設計轉速分析電路23，使得磁極轉子10的對應兩個迴轉用於對電容16充電，由此只對於第一、第三、第五、第七、第2N-1(N＝1，2，3，4，...)個曲軸迴轉實現點火。也可以適宜地使曲軸迴轉的數目無規律地構成，在曲軸迴轉時抑制電容16放電，或者利用兩個或多個曲軸迴轉用於使電容16充電。也可能出現這種情況，如同在OT5中所示，儘管產生一個點火火花Z，但是沒有實現燃燒並因此沒有轉速升高。在這種運行狀態時在下面的曲軸迴轉中在OT6中重新點火，用於引起燃燒。只有在產生轉速升高以後轉速分析電路23才再次對於例如一個下面的曲軸迴轉來說截止放電電路，由此使電容16再充電到一個較高的電壓U。
所述微控制器22最好保證，只有當馬達位於怠速模式時，轉速分析電路23才抑制點火併防止電容16放電。這一點適宜地通過對於轉速的監控來實現；當內燃機轉速位於一個給定的運行轉速以下時，如上所述由轉速監控電路23防止電容16對於一個或多個曲軸迴轉而進行放電。優選使轉速監控電路在每分鐘2000至2500轉的轉速範圍內有效。
按照本發明通過一個轉速分析電路23控制放電電路15，這不僅可以用於一個兩衝程發動機，而且也用於四衝程發動機。在圖4中示出一個四衝程發動機的轉速曲線。這種四衝程發動機在曲軸角°KW上具有一個均勻的轉速曲線31，其中在工作循環AT中壓縮混合物時確定一個明顯的轉速下降Δn。轉速下降在上死點OT1中點火Z後通過產生燃燒再進行補償，由此在UT區基本上再出現怠速轉速。在怠速循環LT中，運行經過接下來的上死點OT2，並且對於轉速沒有重要影響，因為出口被打開並且不執行壓縮工作。只有達到下一上死點OT3時才再進行壓縮工作，這又導致一個相應的轉速下降Δn。
在一個四衝程發動機中如此設計所述轉速分析電路23，在識別到每分鐘例如200轉的轉速下降Δn時識別壓縮行程，然後立刻通過控制導線25接通放電電路，它在接下來的上死點OT1或OT3處通過點火線圈17使電容16放電，由此在點火塞19上產生一個點火火花Z。對於四衝程發動機，轉速變化Δn的閾值明顯低於兩衝程發動機中的閾值；對於一個四衝程發動機，例如每分鐘Δn＝200轉的轉速變化對於一個工作行程是顯著的，在其結束時立刻點火。對於一個四衝程發動機來說，轉速分析電路23可以位於整個運行區上，因為在打開出口時可以有規律地抑制點火火花Z，即，可以防止電容16放電。因此對於四衝程發動機可以在整個轉速區上在OT1，OT3，OT5等中實現點火。
在按照圖5的實施例中示出一個具有兩個磁鐵11和11a的磁極轉子10，磁鐵在直徑上相互對置並且隨著曲軸7旋轉。因此在磁軛12的線圈中對於每個迴轉來說兩次地感應出一個電壓，它可以用於電容16充電(圖1)。通過按照圖5的裝置也可以在內燃機的局部負荷區或滿負荷區在點火塞19上提供一個強烈的點火火花，而不必抑制點火。
有利地這樣設計點火電路2，對於在內燃機1燃燒室4中的混合物點火來說產生兩個分點火火花Z1，Z2(圖7)，兩個分點火火花的間隔位於約0°至30°KW的範圍內，其中在圖7中一個第一分點火火花Z1例如30°KW在活塞5的上死點OT之前給出，而一個第二分點火火花Z2在活塞5的上死點OT處點火。在圖7中給出點火花Z1和Z2在時間上30°KW的時間間隔t；該時間間隔t相應地適配於內燃機的運行條件和其特徵數據，其中當分點火火花Z1和Z2的燃燒周期相互重疊時也是適宜的。
為了產生分點火火花Z1和Z2可以設有一個公共的電容16，如圖1所示的那樣。這個電容16在時間上相互銜接的分放電中通過點火線圈17放電，為此可以使放電電路15相應適配地構成。
優選按照圖6的示意電路圖構成點火電路。所述充電線圈14使兩個電容16.1和16.2充電，它們位於並聯的分支上並且共同連接到點火線圈17上。兩個電容16.1和16.2通過控制元件55連接到充電線圈14上並且可以通過控制元件44放電。所述控制元件44和55適宜地是晶閘管或類似的半導體元件，它們可以通過分開的控制接頭相互獨立地單獨點火。
因此電容16.1的充電對於第一曲軸迴轉來說可以通過導電地接通從屬的控制元件55來實現，而對於第二曲軸迴轉來說中斷與電容16.1的連接，並且通過控制元件55使充電線圈14導電地接通到電容16.2的連接。如果磁極轉子結構如圖5所示，則可以使磁鐵11的感應信號接通到所述一個電容16.1並且使通過磁鐵11a感應的第二信號接通到電容16.2。
為了觸發點火塞19上的點火火花，可以使電容16.1和16.2的並聯分支通過從屬的控制元件44分別獨立或也可共同地放電，這導致在點火塞19上的一個相應的分點火火花Z1，Z2。
通過這種形式的雙點火不僅改善燃燒，而且還在不利的條件下在燃燒室中也保證點火。
按照本發明的方法不僅可以用於兩衝程發動機，而且也可以有利地用於其它的單缸或多缸的發動機、四衝程發動機或類似物。
權利要求
1.用於內燃機的點火電路，其中該內燃機(1)具有一個氣缸(3)和一個在氣缸(3)中構成的燃燒室(4)，它由一個上下移動的活塞(5)限定並且驅動一個支承在曲軸外殼(8)中的曲軸(7)旋轉，該點火電路具有一個電磁感應迴路(13)和一個附屬於感應迴路(13)的、隨著曲軸(7)旋轉的磁極轉子(10)，它根據曲軸(7)的位置使感應迴路(13)中的磁流周期性地改變，所述點火電路還具有一個帶有一個電容(16)的電子控制電路(2)，該電容與感應迴路(13)的一個充電線圈(14)連接並且由充電線圈(14)的感應電壓充電，所述點火電路還具有一個放電電路(15)，它在給定的曲軸位置中使電容(16)通過一個點火線圈(17)放電，其中點火線圈(17)與一個伸進燃燒室(4)裡面的點火塞(19)連接，用於點燃位於燃燒室(4)中的混合物，其特徵在於，由一個轉速分析電路(23)監控放電電路(15)，並且當轉速曲線(30)具有一個偏離一個給定閾值的轉速變化(Δn)時，則過調地作用於放電電路(15)。
2.如權利要求1所述的點火電路，其特徵在於，所述內燃機(1)是一個兩衝程發動機，並且轉速分析電路(23)在超過閾值時使放電電路(15)對於下一曲軸迴轉截止，用於抑制電容(16)的放電和點火(Z)。
3.如權利要求1所述的點火電路，其特徵在於，所述內燃機是一個四衝程發動機並且轉速分析電路(23)使放電電路截止，用於抑制點火和電容(16)放電並且在超過閾值時接通放電電路(15)，由此在一個接下來的上死點(OT1)處使電容(16)放電並且實現點火(Z)。
4.如權利要求1至3中任一項所述的點火電路，其特徵在於，在一個給定的運行轉速以下激活轉速分析電路(23)。
5.如權利要求4所述的點火電路，其特徵在於，所述給定的運行轉速位於怠速轉速範圍內。
6.如權利要求1所述的點火電路，其特徵在於，所述轉速分析電路(23)通過一個微控制器(22)構成。
7.如權利要求1所述的點火電路，其特徵在於，所述轉速分析電路(23)對於感應迴路(13)中的一個觸發線圈(20)的信號作為轉速信號來進行分析。
8.如權利要求1所述的點火電路，其特徵在於，所述轉速分析電路(23)對於充電線圈(15)的信號作為轉速信號來進行分析。
9.如權利要求1所述的點火電路，其特徵在於，所述點火電路用於手持式工作器具的內燃機。
10.用於點燃在內燃機燃燒室中的混合物的方法，其中在內燃機(1)的氣缸(3)中構成燃燒室(4)並且由一個上下移動的活塞(5)限定，它驅動一個支承在曲軸外殼(8)中的曲軸(7)旋轉，該內燃機具有一個電磁感應迴路(13)和一個附屬於感應迴路(13)的、隨著曲軸(7)旋轉的磁極轉子(10)，它根據曲軸(7)的位置使感應迴路(13)中的磁流周期性地改變，還具有一個帶一個電容(16)的控制電路(2)，所述電容與感應迴路(13)的一個充電線圈(14)連接並且由充電線圈(14)的感應電壓充電，以及具有一個放電電路(15)，它在給定的曲軸位置中使電容(16)通過一個點火線圈(17)放電，其中點火線圈(17)與一個伸進燃燒室(4)裡面的點火塞(19)連接，用於點燃位於燃燒室(9)中的混合物，其特徵在於，所述點火電路(2)為了點燃燃燒室(4)中的混合物產生兩個在時間上相互銜接的分點火火花(Z1，Z2)，其中一個第一分點火火花(Z1)在活塞(5)的上死點(OT)之前給出，而第二分點火火花(Z2)在活塞(5)的上死點(OT)處給出。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述分點火火花(Z1，Z2)的時間間隔(t)位於0至30°KW之間。
12.如權利要求10或11所述的方法，其特徵在於，所述分點火火花(Z1，Z2)的燃燒持續時間相互重疊。
13.如權利要求10或11所述的方法，其特徵在於，為了產生分點火火花(Z1，Z2)，一個公共的電容(16)以時間上相互銜接的分放電通過點火線圈(17)放電。
14.如權利要求10或11所述的方法，其特徵在於，為了產生分點火火花(Z1，Z2)設有兩個電容(16.1，16.2)，它們通過點火線圈(17)在時間上錯開地放電。
15.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，該方法用於手持式工作器具的內燃機。
全文摘要
本發明涉及一種用於手持式工作器具中的內燃機的點火電路。在內燃機的氣缸中構成一個燃燒室，它由一個由曲軸驅動的活塞限定。設有一個電磁感應迴路(13)和一個附屬於感應迴路(13)的、隨著曲軸旋轉的磁極轉子，它周期性地改變感應迴路(13)中的磁流。一個點火電容(16)由感應迴路(13)的一個充電線圈(14)充電並通過一個放電電路(15)由點火線圈(17)放電，該點火線圈與一個伸進燃燒室(4)裡面的點火塞(19)連接。為了實現一個有力的點火火花，當轉速曲線(30)具有一個超過一個給定閾值的轉速變化(Δn)時，由一個轉速分析電路(23)防止點火電容(16)放電。
文檔編號F02P1/08GK1912378SQ20061011096
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月11日 優先權日2005年8月12日
發明者E·施伯, H·羅伊芬, M·阿布-阿利, H·尼克爾, H·羅斯坎普, J·施羅薩茨克 申請人:安德烈亞斯.斯蒂爾兩合公司