专利名称：用于二冲程发动机的点火装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在内燃机的火花塞处触发点火火花的点火装置，尤其是用于手持式工作设备中的二冲程发动机。
背景技术：
从DE 10 2005 038 198 Al中已知一种点火装置，该点火装置包括利用曲轴环绕的显极转子(Polrad)和分配给该显极转子的具有线圈的位置固定的磁轭。显极转子承载两个彼此径向(diametral)相对的永磁体,这两个永磁体通过环绕两次闭合磁轭的磁路。在U形磁轭的一个柱上缠绕用于为点火电容器充电的充电线圈，而在另一柱上缠绕由初级线圈和次级线圈组成的点火线圈。两个磁体的布置实现了强烈的、长时间燃烧的点火火花，该点火火花确保了混合物的可靠点火以及实现了控制单元、执行器或者传感器的足够的能量供
5口 O在不利的运行状态下，在内燃机的多个转上不进行点火——例如由于用于限制最高转速的点火抑制，使得(由二冲程发动机的清除原理(SpUlprinzip)决定地)燃烧室在活塞的下死点中也填充有混合物。与在燃烧室中压缩的混合物情况下、也就是过压情况下相t匕，在燃烧室中的大气压力的情况下，火花塞处的明显较低的电压就足以触发点火火花。由显极转子和点火装置的结构方式决定地，通过第二永磁体在下死点的区域中在线圈中感应出电压，该电压在次级线圈中导致2kV至3kV的高压。这可能当在在燃烧室中在下死点的区域中充斥大气压力的情况下导致火花塞处的点火火花。如果燃烧室由于缺少燃烧而填充有可燃的混合物，则这可能导致在活塞的下死点的区域中混合物的点燃。这导致不受控的燃烧并且因此导致发动机的不平稳运行。
发明内容
本发明所基于的任务是，将这种类型的点火装置构造为使得在活塞的下死点的区域中可靠地阻止混合物的点火。该任务根据以下特征解决:
用于在内燃机的火花塞处触发点火火花的点火装置，该内燃机的曲轴由在下死点与上死点之间往复运动的活塞驱动，其具有被内燃机的曲轴旋转地驱动的显极转子，该显极转子具有两个在切线方向上相互以间距布置的永磁体，具有在显极转子圆周上位置固定地布置的磁轭，该磁轭具有为点火电容器充电的充电线圈、初级线圈和连接到火花塞上的次级线圈，其中通过显极转子的转动，磁轭在第一转动角范围中在活塞的上死点周围通过永磁体被磁性闭合并且在第二转动角范围中在活塞的下死点周围通过第二永磁体被磁性闭合，其中分别在线圈中感应电压，并且为了在第一转动角范围中触发点火火花，点火电容器通过开关元件放电，其中开关元件由点火控制单元操控，其特征在于，设置用于降低施加在火花塞处的电压的装置，该装置在显极转子的第二转动角范围中是激活的并且引起降低的电压。用于降低施加在火花塞处的电压的装置至少在第二转动角范围中是激活的，在该第二转动角范围内在燃烧室中充斥大约大气压力并且由于结构方式例如2kV至3kV的低的高压可能导致火花塞处的点火火花。适宜的是，在其余的第一转动角范围中所述装置是不激活的，使得点火装置可靠地以已知方式工作。活塞的上死点位于第一转动角范围中；活塞的下死点位于第二转动角范围中。用于降低施加在火花塞处的电压的装置优选是开关元件，该开关元件由控制单元根据显极转子的转动角操控。在此，控制单元可以由点火控制单元构成。在优选的实施方式中，开关元件并联于初级线圈布置，即初级线圈通过开关元件在具有或没有负载的情况下被短路。由此，在下死点中感应的电压衰减，具有的效应是，在次级线圈中建立的高压变小数倍(um Faktoren geringer ist),使得在燃烧室中的大气压力的情况下也可以排除火花塞处的点火火花。可以有利的是，开关元件与火花塞串联布置并且因此在预先给定的第二转动角范围中中断火花塞的电压分支。如果开关元件与点火塞并联，则次级线圈被短路，这导致对应的衰减。用于降低施加在火花塞处的电压的开关元件有利地是电子开关元件，如晶闸管、MOSFET或者其它晶体管。在可替换的实施方式中，可能足够的是，作为装置设置布置在次级线圈与火花塞之间的串接火花隙，该串接火花隙阻挡例如小于3kv的电压。只有在电压高于3kV时串接火花隙才变得导通，使得只有多于3kV的高压才能施加在火花塞处。以相同的方式，所述装置可以是位于次级线圈与火花塞之间的截止二极管，该截止二极管在截止方向上禁止例如3kV的不期望的感应的高压。串接火花隙和截止二极管在没有由控制单元根据在次级线圈中产生的高压进行的激活的操控情况下工作。使高于3kV的电压通过火花塞，而较小的高压被阻止。在次级线圈侧降低的电压也可以通过如下方式实现，即在第二转动角范围中构造在磁轭中出现的磁通量的减弱。在此，用于降低施加在火花塞处的电压的装置可以通过第二永磁体与磁轭之间的较大气隙来构造。磁通量的减弱也可以通过第二永磁体的较弱的磁化来实现，其中为了补偿减少的能量获得可以在显极转子的圆周上设置两个永磁体。所述装置还可以通过具有改变的几何形状的永磁体来构成；如果永磁体的磁极彼此间的距离大于要闭合的磁轭的开口，则可以构造仅仅少量的磁通量。这导致在次级线圈中以及因此在火花塞处感应的电压的相应降低。
在附图中示出下面详细描述的本发明实施例。其中:
图1示出以发动机链锯为例的工作设备的示意性视图，
图2以放大图示出旋转的显极转子和不动的磁轭的布置，
图3示出点火装置的示意性线路图，
图4示出通过显极转子转动在次级线圈中所感应的电压的图表。
具体实施方式
图1中所示的工作设备是可携带的手持式工作设备1，具有布置在壳体2中的内燃机。该内燃机尤其是二冲程发动机，优选是具有气缸3的单缸二冲程发动机，在所述气缸3中布置有活塞4。在上死点OT与下死点UT之间往复运动的活塞4通过连杆5驱动曲轴
6。活塞4限制燃烧室7，在该燃烧室7中按照本身已知的二冲程方法输送混合物。火花塞8突出到燃烧室中，该火花塞8在活塞4的上死点的区域中发出经控制的点火火花，以便点燃在燃烧室7中浓缩的混合物。在活塞的下死点中，燃烧室7通过出口与大气连接，使得先前燃烧的燃烧气体能够流出。火花塞8由点火装置10操控，该点火装置10根据内燃机的转速和负载在火花塞
8(图3)处触发点火火花11。为此设置点火控制单元33。用于点火的能量由点火发生器(Ziindgenerator)9产生,该点火发生器9由显极转子12和位置固定地分配给该显极转子的磁轭13组成，在磁轭13的柱14和15上布置线圈16，17和18。线圈16至18可以与磁轭13—起浇注成具有小结构空间的结构单元19。通过该紧凑的结构方式还节省了重量。在该实施例中有利地是风冷二冲程发动机的通风机转子的显极转子12例如承载两个永磁体20和22。在所示的实施例中，永磁体20和22关于显极转子12的转动轴21彼此径向相对地布置，其中磁体20和22反向地被磁化。在所示的实施例中，永磁体20和22因此在显极转子12的切线方向上彼此处于180° Kff的间距23。永磁体之间的其它间距可以是有利的。适宜的还可以是，在显极转子12的圆周上设置多于两个的永磁体20，22.1，22.2 (图2)，例如三个或更多磁体。显极转子12在该实施例中由内燃机的转动的曲轴6旋转地驱动；优选地，显极转子12法兰连接(aufflanschen)在曲轴6的端部上并且随该曲轴6转动。永磁体20和22的间距23因此对应于180°的曲轴角，其中永磁体20在活塞4的上死点OT中磁性地闭合(SchlieBen)磁轭13，并且永磁体22在下死点UT中磁性地闭合磁轭13。磁轭13、优选磁轭13的一个柱14承载充电线圈16,该充电线圈16用于为点火电容器30充电。在磁轭13上、优选在磁轭13的另一柱15上还布置点火线圈31的初级线圈17和次级线圈18，其中次级线圈18位于初级线圈17上，该初级线圈17在其侧缠绕在柱15上。磁轭13通过永磁体20和22磁性闭合，使得通过永磁体在磁轭13中构造磁通量。当永磁体磁性闭合磁轭13的自由端部时,该磁通最大；这对应于最大的感应电压。在打开磁轭13的情况下，该感应电压再次瓦解。当永磁体20导致次级线圈18中的正电压脉冲26时，只要使用相同厚度的永磁体,在极性相反地磁化的永磁体22经过磁轭13时就生成相同大小的负电压脉冲28。如根据图3的点火装置10的线路图那样，点火电容器30通过二极管32和初级线圈17被充电。由于感应的电压在点火线圈31中在次级侧得出的电压在图4中示出。通过感应在点火线圈31的次级线圈18上出现的电压处于约2kV至3kV的范围中，该电压也施加在火花塞8的电极上。在最大的电压脉冲26或28之前发生小的电压波，该小的电压波在永磁体接近磁轭时出现。如果磁轭13通过永磁体磁性闭合，则得出所示的最大的电压脉冲26或28 (图4);如果永磁体再次离开磁轭，则出现衰退的电压波。电压脉冲26或28因此总是由在前的和后续的电压波围绕。
在上死点OT (图4)的区域中，燃烧室中的混合物强烈地被压缩，使得通过感应在点火线圈31的次级侧得出的2kV至3kV的电压不足以构造点火火花11。因此，由点火控制单元33在期望的点火时刻接通开关元件34、在该实施例中为晶闸管，该开关元件闭合由点火电容器30和初级线圈17构成的回路；点火电容器30可以通过初级线圈17放电。该放电在点火线圈的次级侧导致20kV以上的点火电压50，这足以触发点火火花11以及对燃烧室7中的压缩的混合物的可靠点火。在此点火大致在OT中进行，也即点火被置于通过永磁体20的感应所触发的大约2kV至3kV的作为电压峰值的高压脉冲上。点火控制单元33配备有控制单元35，该控制单元35用于控制其它开关元件36，37和/或38。有利地，控制单元35集成到点火控制单元33中，使得只须维持一个控制单
J Li ο控制单元35控制用于在预先给定的转动角范围中降低施加在火花塞8处的电压的装置40。每当在跟随在点火脉冲之后的磁体组、也就是例如永磁体22经过磁轭13时，装置40被切换为激活的。在所示的实施例中，由于永磁体20和22相对于显极转子12的转动轴21的径向布置，所感应的电压在下死点(UT)中最大。所感应的电压如在第一永磁体20的情况下那样在点火线圈31的次级线圈18中导致大约2kV至3kV的电压尖峰。因为在下死点UT中燃烧室7对大气是开放的——出口被打开以从燃烧室排出燃烧气体，所以在燃烧室7中基本上充斥大气压力。在该压力条件下，施加在火花塞8处的2kV至3kV的电压导致点火火花11。如果在燃烧室7中不存在可燃的混合物，则这是无效果的。如果二冲程发动机例如以高转速运行并且为了控制转速而抑制一次或多次点火，则得出没有燃烧的多个冲程(Takte)，因此即使在燃烧室7中的出口打开时也可能存在大气压力下的可燃混合物。但是在这些条件下，在转动角范围内在UT周围得出的点火火花可能导致点火，这是不期望的。因此根据本发明规定，控制单元35为了降低施加在火花塞8处的电压接通晶闸管形式的开关元件36，该晶闸管使初级线圈17短路。由此初级线圈衰减(bedampfen),使得仍在次级侧得出的次级电压28明显降低，如根据图4中的点线41示出的那样。控制单元35至少每当第二永磁体22经过磁轭13时操作开关元件36。由此也可以在不利的运行条件下在UT中在火花塞8处不构造点火火花。用于降低施加在火花塞8处的电压的装置40也通过如下方式构成，即在火花塞8的电压分支42中布置开关元件37，该开关元件37打开电压分支42。每当永磁体22在下死点的区域中经过磁轭13时，电压分支42被打开，使得火花塞8是无电压的。构造为晶闸管的开关元件37在燃烧室7中的混合物被压缩时才再次被闭合，因为随着混合物的压缩率(Verdichtung)升高,火花塞8处的点火火花11所需的电压上升。在装置40的另一构造中，可以在电压分支42中、有利地在次级线圈18与火花塞8之间构造串接火花隙(Vorfunkenstrecke)43,该串接火花隙43例如阻止直至3kV的电压。只有当电压大于3kV时，串接火花隙43才能被桥接并且因此在火花塞8处施加高压。以相同的方式，可以作为装置40设置高压二极管44，该高压二极管44在截止方向上采用在电压分支42中。高压二极管44在截止方向上起类似于串接火花隙43的作用；只有当消除了例如2kV至3kV的击穿电压时，才能在火花塞8处施加高压。活塞4的下死点中线圈的衰减也可以通过装置40来实现，通过该装置40使充电线圈16借助于开关元件38、在该实施例中为晶闸管加载，优选短路。由此也实现在UT中在次级线圈18中出现的电压的降低。原则上足够的是，装置在活塞4的OT所处于的第一转动角范围25中是不激活的并且在活塞4的UT所处于的第二转动角范围27中被切换为激活的。在有利的改进方案中规定，将装置4在扩展的第一转动角范围45中切换为不激活的，其中第一转动角范围25位于扩展的第一转动角范围45中；扩展的第一转动角范围包括大约90°曲轴角并且尤其是从OT之前大约70°曲轴角延伸直至OT之后大约20°曲轴角。以对应的方式有利地设置扩展的第二转动角范围47，该扩展的第二转动角范围47包括第二转动角范围27。该扩展的第二转动角范围47可以在大约90°曲轴角的范围上延伸。有利地，该扩展的第二转动角范围47大致构成对扩展的第一转动角范围45的补充角并且因此在从OT之后大约20°曲轴角直至OT之前大约70°曲轴角的范围上延伸。扩展的第二转动角范围47因此较大，优选大约是扩展的第一转动角范围45的3倍。控制单元35对应地被设计为，使得在从OT之前大约70°至OT之后20°的扩展的第一转动角范围45中，用于降低电压的装置40被切换为不激活的，并且在从OT之后20°至OT之前70°的其余的扩展的转动角范围中，用于降低电压的装置40是激活的。因此，扩展的第一转动角范围45在大约90°曲轴角上延伸，而扩展的第二转动角范围47在大约270°曲轴角上延伸。为了降低在第二转动角范围中在次级线圈中出现的电压，装置也可以通过如下方式构成，即在磁轭13中出现的磁通量被减弱。这可以例如简单地通过如下方式进行，即磁轭柱14和15的自由端部与永磁体22之间的气隙24被构造得比磁轭13的自由柱与第一永磁体20之间的气隙大。磁轭13中磁通量的减弱也可以通过如下方式实现，即与第一永磁体20相比，第二永磁体被较弱地磁化。为了补偿由于较弱的磁化而降低的能量获得，可以适宜地在显极转子12的圆周上设置多个较弱地磁化的第二永磁体22.1和22.2。用于在第二转动角范围中降低施加在火花塞处的电压的装置也可以通过以下方式构成，即第二永磁体22’的几何形状相对于第一永磁体20的几何形状改变。在所示的实施例中，第二永磁体22’在圆周角V上延伸，该圆周角V大于磁轭13的开放端部的在显极转子12的切线方向上测量的圆周角U。由于永磁体22’的较大的延伸，磁轭13不能最佳地被闭合，使得磁通量的最大值比在第一永磁体20的情况下小，该第一永磁体20通过其磁极恰好合适地闭合磁轭13。如果要求较高的能量输出，则也可以在显极转子12的圆周上布置多个永磁体20，22.1，22.2，其中用于降低火花塞处的电压的装置40在第二转动角范围中于是总是激活的。
权利要求
1.关于在内燃机的火花塞(8)处触发点火火花(11)的点火装置，该内燃机的曲轴(6)由在下死点(UT)与上死点(OT)之间往复运动的活塞(4)驱动，其由被内燃机的曲轴(6)旋转地驱动的显极转子(12)组成，该显极转子(12)具有两个在切线方向上相互以间距(23)布置的永磁体(20，22)，具有在显极转子圆周上位置固定地布置的磁轭(13)，该磁轭(13)具有为点火电容器(30)充电的充电线圈(16)、初级线圈(17)和连接到火花塞上的次级线圈(18 )，其中通过显极转子(12 )的转动，磁轭(13 )在第一转动角范围(25 )中在活塞(4)的上死点(0T)周围通过永磁体(20)被磁性闭合并且在第二转动角范围(27)中在活塞(4)的下死点(UT)周围通过第二永磁体(22)被磁性闭合，其中分别在线圈(16，17，18)中感应电压，并且为了在第一转动角范围(25)中触发点火火花(11)，点火电容器(30)通过开关元件(34)放电，其中开关元件(34)由点火控制单元(33)操控，其特征在于，设置用于降低施加在火花塞(8 )处的电压的装置(40 )，该装置在显极转子(12)的第二转动角范围中是激活的并且引起降低的电压。
2.根据权利要求1的点火装置， 其特征在于，所述装置(40)包括开关元件(36，37，38)，所述开关元件由控制单元(35)操控。
3.根据权利要求2的点火装置， 其特征在于，所述控制单元(35)由点火控制单元(33)构成。
4.根据权利要求2的点火装置， 其特征在于，开关元件(36)并联于初级线圈(17)布置。
5.根据权利要求 2的点火装置， 其特征在于，开关元件(37)与火花塞(8)并联或串联。
6.根据权利要求2的点火装置， 其特征在于，开关元件(36，37，38)是电子开关元件。
7.根据权利要求6的点火装置， 其特征在于，开关元件(36，37，38)是晶闸管。
8.根据权利要求1的点火装置， 其特征在于，所述装置(40)是位于次级线圈(18)与火花塞(8)之间的串接火花隙(43)。
9.根据权利要求1的点火装置， 其特征在于，所述装置(40)是在截止方向上位于次级线圈(18)与火花塞(8)之间的高压二极管(44)。
10.根据权利要求1的点火装置， 其特征在于，所述内燃机是单缸二冲程发动机并且第一转动角范围(25)位于扩展的第一转动角范围(45)中，在该扩展的第一转动角范围(45)中装置(40)是不激活的，并且第二转动角范围(27)位于扩展的第二转动角范围(47)中，在该扩展的第二转动角范围(47)中装置(40)是激活的。
11.根据权利要求10的点火装置， 其特征在于，扩展的第一转动角范围(45)在大约90°的曲轴角上延伸并且扩展的第二转动角范围(47a)在从大约60°至80°的曲轴角上延伸。
12.根据权利要求11的点火装置， 其特征在于，第二转动角范围(47)延伸直至扩展的第一转动角范围(45)的补充角。
13.根据权利要求1的点火装置， 其特征在于，所述装置(40 )在第一转动角范围(25 )中是不激活的。
14.根据权利要求1的点火装置， 其特征在于，所述装置(40 )通过在第二转动角范围(27，47a，47 )中在磁轭(13 )中出现的磁通量的减弱来构成。
15.根据权利要求14的点火装置， 其特征在于，所述减弱通过在第二永磁体(22)与磁轭(13)之间的较大的气隙(24)构 造。
16.根据权利要求14的点火装置， 其特征在于，所述减弱通过第二永磁体(22.1,22.2)的较弱磁化构造。
17.根据权利要求14的点火装置， 其特征在于，所述减弱通过第二永磁体(22’)的相对于第一永磁体(20)改变的几何形状来构造。
18.根据权利要求17的点火装置， 其特征在于，在显极转子(12)的圆周上设置多个第二永磁体(22.1,22.2).
19.根据权利要求1的点火装置， 其特征在于，所述内燃机是手持式工作设备中的二冲程发动机。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过点火发生器(9)在火花塞(8)处触发点火火花(11)的点火装置。该点火发生器由显极转子(12)和磁轭(13)组成，该显极转子(12)具有两个在切线方向上相互以间距(23)布置的永磁体(20，22)，该磁轭(13)承载为点火电容器(30)充电的充电线圈(16)、初级线圈(17)和连接到火花塞上的次级线圈(18)。在永磁体(22)每次经过时，在线圈(16，17，18)中感应电压，其中为了触发点火火花(11)，点火电容器(30)通过开关元件(34)放电。为了避免在活塞(4)的UT中的非故意的点火，设置用于降低在火花塞(8)处出现的电压的装置(40)。
文档编号F02P3/08GK103089514SQ20121043241
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月2日 优先权日2011年11月4日
发明者E.沙伊贝尔, G.迈尔, F.曼德尔 申请人:安德烈亚斯 . 斯蒂尔两合公司