用于点火气体燃料混合物的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种用于点火气体燃料混合物，特别是内燃机中的气体燃料混合物的方法和装置，其中至少一个由两个电极界定的气体放电间隙通过对所述气体放电间隙施加尚压而被点火O
【背景技术】
[0002]目前，众所周知，高压电容器点火和晶体管线圈点火以及磁铁点火等可用于点火外部点火式内燃机燃烧室中的可燃气体燃料混合物。还有电容式等离子体点火，为已知点火方式的进一步发展形式，穿过并联连接的电容器的火花间隙进行放电(US 5 027 764,US5 197，448)。这些等离子体点火技术与前面提到的点火方式相比，表现出显著的关于燃烧技术和经济方面的优势。直接与气体放电间隙并联连接或通过至少一个高压二极管解耦的电容器的充电电容，在被击穿(电离)后产生通过所述气体放电间隙的强电流。据此产生的电流值为1-1000A。在气体放电的电弧区域的该电流在高温下产生带电等离子体。局部稀薄的混合物可用这种方式可靠地点火。由此产生的火花燃烧的持续时间约为几微秒。
[0003]在电弧区比较常见的从热阴极的热电子发射现象会导致不良后果，使火花塞电极受到强烈烧蚀。电弧放电会在阴极表面形成电弧斑点，由此在很大程度上抑制了气体放电。于是输入的点火能量会产生很大热损失，此外高频组分的集肤效应以及光弧的光束损失也会引起输入能量损失。由此必然消耗大量能量。通常也需要使用技术上较为复杂的等离子火花塞。此外，由于点火能量的这种引入方式，会产生湍流火焰传播。这种燃烧过程的火焰传播速度低，因此消耗大，CO和HC的废气值高，以及扭矩低，而最重要的是会使内燃机的转速较低。鉴于高压缩率，会产生更加频繁的爆震燃烧。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种用于点火气体燃料混合物的方法和装置，以改善燃烧，并产生具有高能量密度的大致为层流的快速火焰前缘，其中在气体放电间隙中产生具有大的表面和空间扩展的辉光层，并保持较低的电极损耗。
[0005]根据本发明，所述目的通过主权利要求中的特征部分的特征并结合前序部分的特征实现。通过从属权利要求描述的措施可以作出进一步有利的发展和改进。
[0006]根据本发明，提出一种用于点火气体燃料混合物，特别是内燃机中的气体燃料混合物的方法，其中以两个电极为界形成的至少一个气体放电间隙通过对所述气体放电间隙施加高压而被点火。由于在所述气体放电间隙被击穿后，控制通过所述气体放电间隙的电流，使气体放电处于异常辉光放电区，在该电流下，所述气体放电间隙间的电压在电流大于0.1A时以正梯度增加，因此在气体放电间隙中产生确定的等离子体能量分布，其增加了阴极的等离子体的激发空间，并从阴极大量释放电子，从而以这种方式产生平流火焰前缘并使可燃气体燃料混合物形成可靠的火焰核心。所产生的密集的层流火焰前缘的特征为使混合物以低污染物的方式转化，并将其传播到燃烧空间的壁面。由此减少了燃烧室壁上形成的碳沉积物，也就是说，烧掉了覆盖在燃烧室壁上的碳沉积物。
[0007]用本发明所述方法可引发可靠的计时精确且无爆震的燃烧，其中穿过气体放电间隙的气体放电即使在难以点火的情况下也位于异常辉光区，其中难以点火的情况例如混合物被高度稀释，残余物含量高，即混合物稀薄且充电电流较大。在一定的操作条件下，所述操作条件如内燃机的负荷点/扭矩与速度，这会导致操作窗口增加，如关于混合比；并导致效率提高，主要体现为提高的功率、改进的燃料消耗和改进的废气值。特别是，这涉及未燃烧的碳氢化合物HC中的废气组分、一氧化碳CO、甲醛以及排放的颗粒物。
[0008]有利的是，将通过气体放电间隙的电流控制或设置为，使其处于0.1-10A，优选为大于0.1A并小于或等于3A，甚至更优选为0.5-1A，并且电压位于250-3000V，优选为500-2000V。将通过气体放电间隙的电压和电流的大小设定为，使得气体放电可靠地位于异常辉光区，同时考虑电极的几何形状、气体混合状况、压力和电极距离。
[0009]在优选示例性实施例中，持续时间和根据具体情况，流经气体放电间隙的电流的周期时间被控制为，使其在0.01-50ys之间，优选0.1-1Oys。由此措施可保证气体放电不会移至电弧放电区。
[0010]有利的是，将流经气体放电间隙的电流的振幅和/或形状控制或设置为，使电流为脉冲形和/或上升和/或下降形。由此可将其配置为斜坡形或锯齿形或与交流分量叠加的直流分量等。可通过例如控制或设置流经气体放电间隙的电流的形状来取得或达到产生平流火焰的最佳点。这可通过例如斜坡状电流实现。通过气体放电间隙的电流的“振荡”也可是例如锯齿形、与直流电压叠加的正弦曲线，或者同样地，是为了增加产生层流火焰的可能性。
[0011]在一个特别优选的示例性实施例中，根据气体放电间隙的击穿，将附加的电流导向气体放电间隙，其中所述气体放电间隙的击穿由传感器进行检测或使用电机控制器进行设置。电流进程的形状可由此根据所需的设置进行更好的控制。从而由受控的变压器或受控的电流源产生附加的电流。
[0012]在进一步的示例性实施例中，对由高压引发并通过气体放电间隙的电流进行控制或设置。这可通过对产生高压的电路进行尺寸调节和控制而以简单方式实现，这意味着减少了开关操作。
[0013]根据本发明，同样提出一种用于点火气体燃料混合物，特别是内燃机中的气体燃料混合物的装置，所述装置适用于执行本发明的具有特定特征的方法。所述装置包括由两个电极界定的至少一个气体放电间隙、提供高压且设有点火变压器的点火电路，以及用于控制流经所述气体放电间隙的电流的控制电路，其中所述控制电路被配置为用于对所述电流进行控制，使穿过所述气体放电间隙的气体放电处于异常辉光区，在此电流下，所述气体放电间隙间的电压在电流大于0.1A时以正梯度增加。所述方法的优点也可使用本发明所述的装置实现。所述点火电路可设置为已知的点火电路，例如，高压电容器点火、晶体管线圈点火或磁铁点火。
[0014]特别有利的是，至少，含有电极的火花塞中的阴极由铁磁材料组成，其原因是由于集肤效应(电流位移效应)的增强，电极间的火花体积随铁磁材料而增加。另外给予的电极退出工作(electrode exit work)较小。由此，不应超过铁磁材料的居里温度，以保持因集肤效应而增加的火花体积，否则铁磁特性将发生改变。
[0015]此外，有利的是使用冷火花塞(即，具有一热额定值(heatrating)，通过该额定值，可使在相同的操作条件下绝缘陶瓷的表面温度较低)，因为冷火花塞具有较低的红外发射，且清洁燃烧的污染较低。
[0016]此外，由于火花塞的阴极，尤其是钢制造的火花塞的阴极的异常辉光燃烧，因此有利的是，发生等离子体渗氮过程，由此氮原子扩散进入电极表面，这意味着生成了具有非常坚硬表面的氮化层。由此大幅降低了电极的电火花烧蚀。因此，阳极可由贵金属或其合金制造，如由铱制造，以保护其免受烧蚀。如果流经辉光放电间隙的电流为交变电流或其极性随每个点火周期而发生变化，则可通过极性变化在火花塞的两个电极上实现等离子渗氮及使两个电极硬化。
[0017]根据本发明，所述控制电路包括电流源，优选为脉冲形成元件。所需的电流其幅值和/或其信号形状可被控制或设置为，使得可由此达到异常辉光放电的操作点。
[0018]在一特别优选的示例性实施例中，作为电流源的控制电路包括变压器，所述变压器的初级侧与电压源和驱动电路连接，其中