一种操作包括高压力发动机的内燃机中的点火器（优选地为移动式火花点火器）的点火电路和方法。高电压被施加到点火器的电极，其足以使击穿在电极之间发生，导致在电极之间的隔离器的表面之上，在点火器中大电流放电，以及所述表面附近的燃料空气混合物中的等离子体核的形成。在击穿之后，序列的一个或多个较低电压和较低电流的脉冲被施加到所述电极，在脉冲之间低的＂预燃＂电流被维持通过等离子体，防止总的等离子体复合，并且允许等离子体核随着每个脉冲朝向电极的自由端移动。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及等离子体产生、点火和内燃(IC)机的领域。具体地，本专利技术涉及但不限于在此使用的点火方法和点火器；并且特别涉及用于各种应用的点火方法和设备，所述各种应用包括但不限于高压力发动机。更具体地，一些方面涉及放电电流向移动式火花点火器的传送，以便使它们的性能和寿命最大化，特别是在以高压力操作的内燃机中。
技术介绍
因为各种原因，现今对增加内燃机和类似的燃烧环境中的压力的关注增加，随之而来的是需要能够在这些环境中工作的点火源。例如，内燃机的汽车公司和制造厂商希望能够提供具有这种IC发动机的车辆，所述IC发动机在比传统内燃机高得多的压力下工作。然而，到目前为止，还没有用于这种发动机的有效且实用的点火系统。格外关注的是点火器(火花塞)的寿命和点火器点火的可靠性。 移动式火花点火器(TSI)是这样的一种装置，该装置已作为有前景的用于内燃机的火花塞替代而被讨论，但是先前并不用于高压力发动机。例如，TSI已经在若干在先专利中示出，所述在先专利例如包括美国专利No.6,321,733和No.6,474,321，这两个专利都被转让给与本专利相同的受让人，它们对于TSI装置和点火系统说明的全部内容通过引用结合于此。 简要地说，基于TSI的点火系统提供大的等离子体核，该等离子体核通过洛伦兹(Lorentz)力(在较少程度上与热力一起)沿着点火器的电极传播并推进到燃烧室中。作用于点火核(即等离子体)的洛伦兹力经由等离子体中的放电电流与该同一电流在点火器的电极中造成的磁场相互作用而产生。洛伦兹力的大小与该电流的平方成比例。在以正常压力(即大约120psi的最大值)工作的发动机中，移动式火花点火器提供了优于传统火花塞的显著优点，这归因于它们产生的大的等离子体体积，对于可比较的放电能量，典型地为传统火花塞中的100至200倍左右。可实现增加效率并减少排放。 然而，对于较高的发动机工作压力而言，与以常规压力工作的发动机中相比，在点火器的电极之间启动放电所需的击穿电压显著较高。这对于TSI产生了问题，如对于任何火花塞那样。TSI中的电极，如传统火花塞中的那样，通过被称为隔离器的部件以隔开的关系保持，所述隔离器由绝缘材料如陶瓷形成。较高的击穿电压对于隔离器和电极两者都造成问题。 沿着在电极之间布设的隔离器的表面，与进一步沿着TSI中的或者在电极之间具有类似间隙的任何传统火花塞中的电极相比，击穿电压较低。实际上，击穿电压方面的这种差异直接随着燃烧室中的压力增加而变化。因此，虽然沿着隔离器表面的击穿电压随着压力而增加，但是该增加小于远离隔离器表面的电极暴露部分之间的击穿电压的增加。当击穿发生时(其结果是，通过等离子体的电阻迅速下降)，电流迅速上升，并且非常大的电流沿着隔离器表面在形成的等离子体中传导，因而产生作用于等离子体的洛伦兹力。然而，这种迅速上升的电流不仅产生很高温度的等离子体，而且在隔离器表面的附近产生强大的冲击波(shock wave)。电流越大，等离子体膨胀和引起的冲击波越快。这些综合效应会引起隔离器的变形和/或破损。 另外，大电流对隔离器表面附近的电极产生了非常快的侵蚀，在那里它们受到大电流、热量加热和由此导致的热离子发射的侵袭。 使用基于德克萨斯大学“railplug”设计的点火器已出现类似的问题，该设计在沿着高纵横比的放电间隙行进的等离子体中产生洛伦兹力(与具有低纵横比的放电间隙的TSI形成对照)。 虽然railplug和TSI两者在相对低的压力下都产生显著的等离子体运动，但是当燃烧室压力增加到高压力时，等离子体表现不同，并且就是这种行为的差异导致了令人不满意的结果。在低压力环境中，压力施加在等离子体上的力相对小。作为对洛伦兹力的响应，等离子体沿着电极容易地移动。然而，随着点火室压力增加，该压力提供了相当量值的力，这个力对抗洛伦兹力并从而对抗等离子体运动。因此，等离子体趋向于变得更加集中，并且趋于自动坍缩；在一定的电流阈值之下，在电极之间，形成非常局部化的等离子体-电弧，而不是具有扩散的等离子体云。与低压力情况下的等离子体云相比，这个电弧虽然占据了小得多的体积，但是容纳类似的能量。结果，电流密度更高，并且在电弧存在的电极处，在电弧与电极的界面处存在较高的局部温度和较多的功率密度。即，电流密度在那些界面处相当高，与低压力环境中相比产生了电极的更多局部化的发热。电极的局部发热依次产生了电子和离子的热离子发射。观测结果是，电弧看起来似乎自己“附着”在电极上的相对固定的位置，随着整个放电能量蓄积在“附着点”处而产生电极的侵蚀；这与低压力环境形成对照，在低压力环境中，较低密度、扩散区域的等离子体接触沿着电极移动而没有显著损坏它们。 同时，受洛伦兹力和热力影响的等离子体从电弧附着点退出。这使磁场线不再与电极之间的电流正交，减小了给定电流所产生的洛伦兹力的量值。所以，除了其它问题以外，施加到等离子体的动力(motive force)也有损失。 总的来说，与较低压力环境相比，等离子体运动减少，并且在电弧附着点处的电极磨损显著增加。 因此，存在各种需要，一般来说包括对等离子体发生器的需要；对改进的点火系统的需要；对供内燃机使用的点火系统的需要；以及对点火系统和方法的需要，所述点火系统和方法产生大的点火核，可用于高压力的发动机，并且商业上实用。 如果移动式火花点火器用于高压力燃烧环境中，还需要克服上述对点火器的隔离器材料和电极的副作用。参见例如通过引用结合于此的美国专利No.5704321、6131542、6321733、6474321、6662793和6553981。即，存在对供高压力燃烧发动机使用的点火器和点火系统的需要，其中隔离器和电极呈现出相当的寿命(优选地可与低压力发动机中的传统火花塞相比)，而没有被放电过程破坏。希望的是，这样的移动式火花点火器和点火系统将会可用于既以高压力和极高压力(即几百psi)工作又以较低的传统压力工作的内燃机中。
技术实现思路
使用新的方法和相应的设备，解决了上述以及其它需要，并且提供了优点，所述新的方法和相应的设备用于产生并维持等离子体，操作移动式火花点火器，并且为内燃机和其它发动机提供点火，特别是为高压力的内燃机提供点火。典型地，高初始击穿电压被施加到点火器，以在点火器的等离子体激发区域中激发等离子体核，但优选地是在比以前用TSI点火所使用的电流低的电流下，因为击穿电流不需要产生大的洛伦兹力。在击穿电流脉冲之后，可以使用各种机制以在复合发生时延长等离子体，并且允许等离子体变得易于从激发区域(典型地在点火器电极之间的隔离器的表面上或其附近)分离(或可分离)。在等离子体有机会完全复合之前，电流被再次接通以提供短的后续脉冲的能量(优选地在比击穿脉冲的电流显著小的电流下)。后续电流脉冲产生相应脉冲的洛伦兹力，以使等离子体进一步沿着点火器的电极离开其先前位置。若干这样的后续脉冲可以被提供，在连续的脉冲之间具有“断开”间隔，在所述间隔期间，一个或多个机制延长等离子体并只允许等离子体部分地复合。这被称为“预燃”。在等离子体的总复合之前，电流的下一个后续脉冲甚至进一步沿着电极“踢”所述等离子体；并且最终的后续脉冲将等离子体从电极逐出。用于产生预燃的一个机制是将通过点火器的电流减少到相对低(但本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种产生等离子体的方法，包括： ａ．将高电压施加到点火器，所述高电压具有的幅值足以使击穿在电极之间发生，导致在点火器中激发区域中的大电流放电，和所述激发区域附近的等离子体核的形成；以及 ｂ．在击穿之后，向所述电极施加序列的至少两个相对较低电压的后续脉冲， 由此通过所述后续脉冲迫使等离子体核朝向所述电极的自由端移动。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿图尔苏克韦尔，希蒙苏克韦尔，弗雷德里克H塞尔蒙三世，
申请(专利权)人：奈特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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