用于火花点火系统的磁性铁芯-线圈组件技术方案

一种磁性铁芯－线圈组件，能在一至少有一个燃烧室的火花点火内燃机系统内进行一点火动作。该组件包括一由非晶金属制成的磁性铁芯，它具有一用于低压励磁的原线圈和一用于高压输出并送至一火花塞的副线圈。在励磁之后的一段很短的时间内可在副线圈内产生一高压。该组件能检测燃烧室内的火花点火工况，以控制点火动作。该组件是由若干个子组件构成，这些子组件可以用现有的机器以合理的成本来生产。随后，该组件被封装到一个由耐高温聚合物构成的壳体内。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及本专利技术涉及一种用于内燃机的火花点燃系统；更具体地说，涉及这样一种火花点燃系统，它能改善发动机系统的性能，减小火花点火变压器内的磁性构件的尺寸，并可以一种商品化生产的方式来制造。2．对已有技术的描述在火花点燃式内燃机中，通常采用一反馈变压器来产生高压，以便产生横跨火花塞间隙的电弧来点燃燃料和空气混合物。点燃火花的正时对于获得最佳的燃料经济性以及散发较少的环境有害气体而言是非常关键的。过迟的点火动作会导致发动机功率和效率的损失。过早的点火动作会引起爆震(经常是称作“爆震(ping或knock)”)，这将导致有害的提前点燃，继而损坏发动机。正确的点火正时取决于发动机速度和负载。为了获得最佳的性能，一台发动机的各个气缸经常需要不同的点火正时。通过为每一火花塞设置一个火花点火变压器，就可以获得各个气缸的不同的点火正时。为了提高发动机效率并消除因点火正时不正确而带来的某些问题，在一些发动机上配备了微处理器控制的系统，这些系统包括用于探测发动机速度、进气温度和压力、发动机温度、排放气体中的氧含量、以及检测爆震的传感器。爆震传感器实质上是一种机电传感器，其灵敏度不足以检测到覆盖整个发动机速度和负载范围的爆震。用微处理器来确定正确的点火正时并不总是能提供最佳的发动机性能。对“爆震”需要有一个较佳的检测。在冷发动机最初的运行期间以及在怠速或超怠速的过程中，会产生大量有害的排放气体。研究表明在发动机的这两个工作阶段，对每次点火动作均采用火花塞的快速多次点火，这样就能减少有害气体的排放。因此，希望有一种能快速充电并能非常迅速放电的火花点火变压器。在一种线圈点火式火花塞(CPP)的点火配置中，火花点火变压器直接安装在火花塞端部，无需一高压电线，这样就能获得一种可改善内燃机的火花塞点火正时的方法。美国专利4,846,129(下文中将称作“Noble专利”)中揭示了一个CPP点火配置的例子。火花点火变压器的物理直径必须使其能装配在安装了该火花塞的同一发动机管道内。为了实现Noble专利中预期的检验目标，该专利权人揭示了一种利用一铁氧体磁芯的间接方法。理想的是，火花点火变压器的磁性能足以在发动机工作的整个过程中检测燃烧室内的火花工况。很清楚，需要一种新型的点火变压器来进行精确的发动机检验。发动机的缺火现象增大了有害气体的排放。发生在燃烧室中火花塞绝缘体内的很多不具有充足热量的冷起动会导致缺火，这是因为在绝缘体上的积炭而造成的。导电的积炭会使在一次点火动作中所获得的电压增量减小。能使电压极快增大的火花点火变压器可以将因为积炭而造成的缺火现象减至最少。为了实现成功点火以及Noble所揭示的发动机检验所需的火花点火性能，并同时减少因火花塞积炭所造成的发动机缺火现象，火花点火变压器铁芯材料必须有一定的磁导率，在工作过程中必须不是磁饱和的，并且必须具有较低的磁损耗。兼顾这些所需的特性会使合适铁芯材料来源变得狭窄。考虑到汽车火花点火系统的目标成本，铁芯材料可能的选择包括硅钢、铁氧体和铁基非晶金属。目前变压器铁芯中常用的传统的硅钢是比较便宜的，但是其磁损耗太高。厚度较薄的、具有较低磁损耗的硅钢又太昂贵。铁氧体不昂贵，但是它们的饱和磁感应强度通常小于0.5T，且铁芯的磁感应强度接近零的居里温度是大约200℃。由于火花点火变压器的上限工作温度假定为大约180℃，所以上述的居里温度太低。铁基的非晶金属具有较低的磁损耗和1.5T以上的高饱和磁感应强度，但是它显示出相对较高的磁导率。需要有一种适于实现火花点燃变压器的磁导率水平的铁基非晶金属。采用这种材料，可以制造出一种能满足所需输出条件和实际尺寸要求的环形设计的线圈。火花塞的尺寸要求会对所能采用的结构类型有所限制。绝缘线圈组件通常的尺寸要求是直径＜25mm，长度小于150mm。还有，这些线圈组件必须连接在火花塞的高压端和外部接地接头上，并提供足够的绝缘以防止电弧横越。它们还必须具有可使通常位于线圈顶端的原线圈联接高电流的能力。专利技术概要本专利技术提供了一种用于线圈点燃式火花塞(CPP)火花点火变压器的磁性铁芯线圈组件，它能产生一快速的电压升高，并能产生可精确反映点火动作的电压波形的信号。总的来说，该磁性铁芯-线圈组件包括一由铁磁性非晶金属合金制成的磁性铁芯。铁芯-线圈组件具有一用于低压励磁的单个原线圈以及一用于高压输出的副线圈。该组件还具有一副线圈，它包括多个铁芯子组件，这些子组件通过共同的原线圈同时励磁。所述各铁芯子组件适于在励磁时产生附加的且被输送至火花塞的副电压。由于有了上述结构，所述铁芯-线圈组件具有以下能力(ⅰ)在励磁之后的一段很短的时间内在副线圈中产生一高压；以及(ⅱ)检测燃烧室内的火花点火工况，以便控制点火动作。更具体地说，铁芯是由一种铁芯损耗和磁导率较低(大约100-500)的非晶铁磁性材料制成。这样的磁特性特别适于在一燃烧周期内快速地点燃火花塞。可以将因积炭造成的发动机缺火现象减至最少。此外，由线圈至火花塞的能量可以高效地传递，从而使放电之后留在铁芯内的能量非常小。低电阻的环形设计(＜100欧姆)使得大部分能量都在火花塞内散发，而不是在副线圈电线内散发。高效地能量传递使得铁芯可以以精确地方式来监视点火动作的波形。当把磁性铁芯材料绕制成具有原线圈和副线圈导线而形成一环形变压器的圆柱体时，与漏磁较大的铁芯相比，其产生的信号可以更精确地反映点火电压的波形。形成一复式环形组件，它借助一受到子组件的感应和其磁性质控制的共同的原线圈，在各子组件内储存能量。当原电流快速下降时，副电压快速升高。各环形子组件两端的副电压快速地升高，并根据系统的总磁通变化将子组件电压与子组件电压相加。这样就能组合若干个通过现有的环形线圈绕制技术绕制的子组件单元，从而获得一具有优良性能的单个组件。由单个较长的环形线圈组成的单个组件用通常的环形线圈绕制机来制造是不方便和不经济的。在线圈-铁芯组件的一个较佳实施例中，组件是封装(密封)在一个壳体内，以防止高压电弧。在工作时，该组件需要在环境条件变化很广的情况下长时间地使其内部不接近开路电压。开路电压是系统遇到的最高的电压。在温度变化范围是-40℃至+150℃的多年工作的情况下，都必须避开这一开路电压。还希望该组件对在应用于汽车场合时通常遇到的化学物质具有比较好的承受性。汽车生产厂商在以前已经采用了多种封装和壳体材料。对于汽车应用而言，通过在封装和壳体材料内添加了例如玻璃纤维和/或矿物材料之类的填充物，可以使封装用复合物、壳体材料和密封用制品热匹配(即具有大致相同的热膨胀系数CTE)。其目的在于，在遇到极端工作温度的情况下，也能减小系统内的各种材料之间的应力和应变。添加玻璃纤维和/或矿物质通常会增大材料的介电常数。普通的封装用复合物是两组份的无水环氧树脂配方，它对于壳体及其内部构件的粘附性极佳，并具有高温电性能和优良的抗热冲击性。为了能在很宽的温度范围内与材料的热膨胀系数CTE相匹配，将环氧树脂配制成具有一等于实际最高工作温度的玻璃化转变温度(Tg)。这样一种环氧树脂的例子可以是由Thermoset生产的EP-697。壳体材料通常是由坚固的热塑性聚酯制成，这种材料内填充有玻璃纤维，它具有较高的Tg以及与环氧树脂相配的CTE。已发现的一种合适的壳体材料是由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在至少有一个燃烧室的火花点火内燃机系统内进行点火动作的磁性铁芯－线圈组件，包括：ａ．包括一由铁磁性非晶金属合金制成的磁性铁芯，所述铁芯具有一用于低压励磁的原线圈以及一用于高压输出的副线圈；ｂ．所述副线圈包括包括多个铁芯子组件 ，这些子组件通过共同的原线圈同时励磁；ｃ．所述各铁芯子组件适于在被励磁时产生附加的且被输送至火花塞的副电压；ｄ．所述铁芯－线圈组件具有以下能力：（ｉ）在励磁之后的一段很短的时间内在副线圈中产生一高压；以及（ｉｉ）检测燃烧室内的火花点 火工况，以便控制点火动作；ｅ．所述铁芯－线圈组件借助一种复合物封装在一壳体内，所述复合物由无水的两组份环氧树脂组成，并且具有足够粘结于所述铁芯－线圈组件的强度、高温电性能和优良的抗热冲击性能；以及ｆ．所述壳体是由一种热塑性的聚酯构成 ，它通过所述封装用复合物粘结固定，并填充有玻璃纤维，而且其Ｔ↓［ｇ］是在所述组件的最大工作温度附近，其热膨胀系数与所述环氧树脂相匹配，并且是可注射模制的。

【技术特征摘要】
US 1996-4-29 08/639,498;US 1997-1-27 08/790,339;US1．一种用于在至少有一个燃烧室的火花点火内燃机系统内进行点火动作的磁性铁芯-线圈组件，包括a．包括一由铁磁性非晶金属合金制成的磁性铁芯，所述铁芯具有一用于低压励磁的原线圈以及一用于高压输出的副线圈；b．所述副线圈包括包括多个铁芯子组件，这些子组件通过共同的原线圈同时励磁；c．所述各铁芯子组件适于在被励磁时产生附加的且被输送至火花塞的副电压；d．所述铁芯-线圈组件具有以下能力(ⅰ)在励磁之后的一段很短的时间内在副线圈中产生一高压；以及(ⅱ)检测燃烧室内的火花点火工况，以便控制点火动作；e．所述铁芯-线圈组件借助一种复合物封装在一壳体内，所述复合物由无水的两组份环氧树脂组成，并且具有足够粘结于所述铁芯-线圈组件的强度、高温电性能和优良的抗热冲击性能；以及f．所述壳体是由一种热塑性的聚酯构成，它通过所述封装用复合物粘结固定，并填充有玻璃纤维，而且其Tg是在所述组件的最大工作温度附近，其热膨胀系数与所述环氧树脂相匹配，并且是可注射模制的。2．如权利要求1所述的磁性铁芯-线圈组件，其特征在于，所述磁性铁芯是通过对所述铁磁性非晶金属合金进行热处理来制造的。3．如权利要求1所述的磁性铁芯-线圈组件，其特征在于，所述磁性铁芯包括分段的铁芯。4．如权利要求1所述的磁性铁芯-线圈组件，其特征在于，所述副线圈内的输出电压可以在小于大约70安培匝的原边电流情况下达到10kV以上，而在75至200安培匝的原边电流情况下在25至150微秒内达到20kV。5．如权利要求2所述的磁性铁芯，其特征在于，所述铁磁性非晶金属合...

【专利技术属性】
技术研发人员：WR拉波波特，PA帕帕内斯特，DA格兰姆斯，B范巴斯科克，
申请(专利权)人：联合信号公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]