火花產生方法和使用該火花產生方法的點火系統的製作方法

2023-07-01 06:06:31

專利名稱：火花產生方法和使用該火花產生方法的點火系統的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及內燃機，且更明確地說涉及為內燃機產生火花。
背景技術：
內燃機是眾所周知的。在引擎的操作循環中，通過活塞移動離開燃 燒室的入口而將燃料和空氣汲取到燃燒室中，燃料接著通過活塞在相反 方向(朝向入口)上的移動而被壓縮，火花點燃所述燃料，從而迫使活 塞遠離入口，且接著燃燒室通過活塞最後朝向其處於入口端附近的排出 口的移動而被部分排空。儘管根據簡單化理想的理論，單一火花將以近 似即時的方式消耗燃燒室內所有的燃料，但事實上情況並非如此。
非常普遍使用的兩種現有技術點火系統是電感性放電系統和電容性 放電系統。所述兩種系統之間的差異主要涉及每種電路內使用的能量存 儲組件，其中電感性放電系統依賴於電感器，而電容性放電系統依賴於 電容器。當使用基於電感性放電的系統時，能量往往以每分鐘高轉數(與 衝程/分鐘有關)衰退，因為提供了不足夠的停留時間用於對線圈進行充 電。此外，所得的低二次電壓上升使得對於火花隙結垢的敏感性較為顯
著。通常，傳遞到火花塞間隙的能量在1-2 ms火花的情況下在20-50 mJ 範圍內，且在其持續時間內功率衰減。
已知電容性放電系統在相對較短時間段內釋放較多火花能量。電容 性放電系統產生至多達100 mJ的火花能量，但特徵在於150-500 ps的有
限火花持續時間。這一非常短的火花持續時間導致在冷起動條件期間、 在貧混合物的情況下以及在汽化作用的瞬時狀態期間，點燃燃料相當困 難。不幸的是，這些系統的每一者僅提供單一較短持續時間的火花，且 因而可能不能點燃燃燒室內的所有燃料或燃料的一部分。多火花點火系統是傳統電感性放電和電容性放電系統的替代物。在 多火花點火系統中，火花在一時間段內重複出現。已經顯示這較好地影 '響起燃一一較可靠地點燃燃燒室內的燃料。當在冷引擎上使用時，多火 花點火系統通常較可靠地起動引擎。在多火花點火系統中，產生能量放 充循環以對火花產生電路進行充電和放電，從而不時地產生具有類似輪 廓的火花。另一種多火花方法是以導致在發火花閾值以下和以上振蕩的 振蕩狀態的方式對火花產生電路進行放電，從而導致放電期間周期性發 火花。
許多多火花點火系統依賴於電感性放電，且因而提供較長持續時間
內較低的能量釋放，如(例如)第6,397,827號美國專利中所揭示，其中 在較短時間內從點火線圈間歇地施加高電壓一次以上來產生火花。
包含第6,694,959號美國專利和第6,085,733號美國專利中所揭示的 多火花系統以及如第6,729,317號美國專利中所揭示的高頻率點火系統 提供在一個衝程期間增加的總體發火花時間。多火花點火系統能夠以中 斷和單極方式在衝程期的較長比例時間中使火花放電維持在所需能量級 以上。高頻率點火系統較複雜，且產生減少火花隙中有效等離子的形成 的正弦輸出電壓。
提供一種克服現有技術的缺點的火花放電點火系統將是有利的。

發明內容
因此，本發明的一目的是提供一種用於內燃機的簡單且靈活的點火 系統。
根據本發明，提供一種用於在火花隙上提供能量的點火系統，所述
點火系統包括第一串聯閉合電路，其包含DC電源、能量存儲線圈的 初級繞組以及第一切換裝置；第一電路用於當第一切換裝置正傳導時支 持對能量存儲線圈的充電，且當第一切換裝置不在傳導時支持存儲在能 '量存儲線圈內的能量的釋放；第二串聯閉合電路，其包含能量存儲線圈的次級繞組、第一二極體和能量存儲電容器，所述二極體用於防止電流 從能量存儲電容器流動到能量存儲線'圈的次級繞組；第三串聯閉合電路， 其包含能量存儲線圈的次級繞組、第一二極體、點火線圈的初級繞組和 第二切換裝置；所述第二和第三串聯閉合電路用於當第二切換裝置不在 傳導時支持存儲在能量存儲線圈內的能量經由第一二極體釋放到能量存 儲電容器，且當第二切換裝置正傳導時釋放到點火線圈；第四串聯閉合 電路，其包含能量存儲電容器、點火線圈的初級繞組和第二切換裝置； 第四電路用於當第二切換裝置正傳導時支持存儲在能量存儲電容器內的 能量釋放到點火線圈；第五串聯閉合電路，其包含DC電源、第二二極 管、點火線圈的初級繞組和第二切換裝置，所述二極體用於當能量存儲 線圈和能量存儲電容器被放電時提供從DC電源到點火線圈的初級繞組 的電流流動；第五電路用於當第二切換裝置正傳導時支持對點火線圈的 充電，且當第二切換裝置不在傳導時支持存儲在點火線圈內的能量的釋 放；以及控制電路，其用於產生第一控制信號和第二控制信號，所述第 一控制信號用於操作第一切換裝置，且所述第二控制信號用於操作第二 切換裝置，其中點火系統內的組件經選擇以支持在火花隙上產生連續火 花。
另外，本發明支持一種用於在火花隙上提供能量的點火系統，所述 點火系統包括第一串聯閉合電路，其包含DC電源、能量存儲線圈的 初級繞組和第一切換裝置；第一電路用於當第一切換裝置正傳導時支持 對能量存儲線圈的充電，且當第一切換裝置不在傳導時支持存儲在能量 存儲線圈內的能量的釋放；第二串聯閉合電路，其包含能量存儲線圈的 次級繞組、第一二極體和能量存儲電容器，所述二極體用於防止電流從 能量存儲電容器流動到能量存儲線圈的次級繞組；第三串聯閉合電路， 其包含DC電源、點火線圈的初級繞組、能量存儲線圈的次級繞組、第 一二極體和第二切換裝置；所述第二和第三串聯閉合電路用於當第二切 換裝置不在傳導時支持存儲在能量存儲線圈內的能量經由第一二極體釋放到能量存儲電容器，且當第二切換裝置正傳導時釋放到點火線圈；第 四串聯閉合電路，其包含DC電源、點火線圈的初級繞組、能量存儲電 容器和第二切換裝置；第四電路用於當第二切換裝置正傳導時支持存儲 在能量存儲電容器內的能量釋放到點火線圈；第五串聯閉合電路，其包 含DC電源、點火線圈的初級繞組、第二二極體和第二切換裝置，所述 二極體用於當能量存儲線圈和能量存儲電容器被放電時提供從點火線圈 的初級繞組到第二切換裝置的電流流動；第五電路用於當第二切換裝置 正傳導時支持對點火線圈的充電，且當第二切換裝置不在傳導時支持存 儲在點火線圈內的能量的釋放；控制電路，其用於產生第一控制信號和 第二控制信號，所述第一控制信號用於操作第一切換裝置，且所述第二 控制信號用於操作第二切換裝置，其中點火系統內的組件經選擇以支持 在火花隙上產生連續火花。
根據本發明的另一方面，提供一種點火火花產生的方法，所述方法 包括提供能量存儲線圈；提供能量存儲電容器；提供點火線圈；將能 量存儲在能量存儲線圈內；將能量存儲在能量存儲電容器內；將能量存 儲在點火線圈內；將存儲在能量存儲線圈和能量存儲電容器的每一者內 的能量切換到點火線圈，'以用於在火花隙上產生火花；將存儲在能量存 儲線圈內的能量切換到點火線圈，以用於在火花隙上產生火花；將存儲 在能量存儲電容器內的能量切換到點火線圈，以用於在火花隙上產生火 花；以及切換存儲在點火線圈內的能量以用於在火花隙上產生火花。
根據本發明的另一方面，提供一種清潔引擎的燃燒室的方法，所述 方法包括在燃燒室內且在燃燒期間提供第一火花輪廓，所述第一火花 輪廓用於清潔燃燒室，以及當燃燒室足夠清潔時，在燃燒室內提供另一 第二火花輪廓以用於實現已知限度內的燃燒操作。
根據本發明的另一方面，提供一種清潔引擎的燃燒室的方法，所述 方法包括提供具有第一火花輪廓的點火系統；確定另一第二火花輪廓 以供在燃燒室內且在燃燒期間提供，所述另一第二火花輪廓用於清潔燃燒室，以及在燃燒室內提供所述另一第二火花輪廓。
根據本發明的另一方面，提供一種清潔引擎的燃燒室的方法，所述 方法包括向引擎提供燃料；依據燃料類型和混合物提供第一火花輪廓，
其是針對燃燒室內燃料的類型和混合物而確定的；向引擎提供另一第二 燃料；以及依據所述另一第二燃料的類型提供另一第二火花輪廓，其是 針對燃燒室內另一燃料的類型和混合物而確定的。


現將參看附圖描述本發明的實施例，附圖中類似參考標號表示類似 項目。
圖1是根據本發明實施例具有兩個能量存儲裝置、 一點火線圈和兩 個獨立受控的開關的電路的示意框圖2是展示在圖1的電路的操作期間產生的用於雙極放電的信號的 時序圖3-4是具有用以改變存儲線圈的繞組比率的額外開關以及自耦變 壓器形式的存儲線圈的圖1電路的簡化示意圖5是以多通道方式耦合到多個點火線圈和火花隙的圖1電路的簡 化示意圖6-7是適於改型到現有點火控制電路上的單一通道實施例的示意 圖；以及
圖8-10是本發明實施例的簡化流程圖。
具體實施例方式
在下文的描述中，當開關正傳導電流時對於所述開關使用術語"接 通"，且當開關不在傳導時使用"斷開"。
本文中使用術語連續放電和連續火花放電來表示在燃燒的持續時間 (例如，引擎的燃燒衝程)期間火花隙上的連續火花。連續火花放電將跨 越點火電路內的電荷存儲裝置的多個且通常許多個能量存儲和釋放循環。
參看圖1，展示根據本發明實施例的點火系統的電路圖。所述點火
系統包含火花控制器1，其沿著導體5提供第一控制信號且沿著導體6 提供第二控制信號。沿著導體5，提供第一控制信號用於控制存儲線圈 開關8，且沿著導體6提供第二控制信號用於控制點火線圈開關12。向 火花控制器1提供定時標記3用於對火花控制進行定時，且提供控制參 數4用於控制具有火花持續時間和火花輪廓的形式的火花參數。
所示的電路圖內還存在由三個功能組構成的火花產生電路2。第一 功能組包括串聯閉合電路，其包括DC電源15、存儲線圈7的初級繞組 以及電晶體形式的開關8。第二功能組包括串聯閉合電路，其包括存儲 線圈7的次級繞組、阻塞二極體9和存儲電容器10。第三功能組包括串 聯閉合電路，其包括DC電源、阻塞二極體11、點火線圈13的初級繞 組以及電晶體形式的開關12。
存儲線圈7的操作由沿著導體5的第一控制信號Si控制。當開關8 接通時能量聚集在存儲線圈7中，且當開關8斷開時能量通過阻塞二極 管9釋放。開關8的接通時間界定存儲在存儲線圈7中的能量的量。開 關8的斷開時間界定通過阻塞二極體9釋放的存儲線圈7的能量的量。
存儲電容器10完全或部分聚集當開關8斷開時從存儲線圈7轉移的 能量。
點火線圈13的操作由沿著導體6的第二控制信號S2控制。當開關 12接通時，從存儲電容器IO、從存儲線圈7或從DC電源15轉移的能 量完全或部分聚集在點火線圈13中，且依據火花塞間隙14的擊穿條件 而通過點火線圈13的次級繞組完全或部分釋放。當開關12斷開時，聚 集在點火線圈13中的能量通過點火線圈13的次級繞組釋放到火花塞間 隙14。
存在依據不同的第一和第二控制信號可實現的能量轉移的若干控制 方法。舉例來說，簡單的點火系統允許簡單的電感性放電操作。此處，第二控制信號在電容器10放電且二極體11傳導的情況下操作。當開關
12設置到接通位置時，點火線圈13開始從電源15通過二極體11充電。 當開關12切換到斷開位置時，在火花塞間隙14中以第一極性(例如， 正極性)發生放電。這導致與以具有當開關12接通時的停留時間的己知 電感性放電點火系統通常實現的火花輪廓類似的火花輪廓。
當電容器IO充電到顯著高於DC電源15電壓的電壓時觀察到不同 的特性。當開關12切換到接通位置時，點火線圈13的初級繞組中的上 升電流在次級繞組中產生與電容器10的充電電壓成比例的高電壓，並促 使在(例如)負極性的情況下火花塞間隙14擊穿，直到電容器10的電 壓下降到DC電源15的電壓為止。這單獨稱為電容性放電點火。當電容 器10的電壓小於電源15的電壓時，二極體ll傳導，且來自電源15的 額外上升電流流動經過點火線圈13的初級繞組。當開關12切換到斷開 位置時，火花塞間隙14中的放電改變放電電流的極性。
使用變壓器形式的存儲線圈允許電隔離和對點火線圈的較慢能量釋 放，但支持其初級線圈中相同的能量聚集或電流上升速率。這在一些應 用中非常有利。當然，較慢的釋放導致具有較低放電峰值能量的較長放 電時間。
參看圖2，展示在雙極火花放電期間圖1的電路內的信號的簡化時 序圖。在k處，當點火線圈開關12關於第二控制信號S2接通時，存儲 電容器(圖1中10)的電壓V，具有初始值16，且負極性的火花放電 在其電容性放電階段21中發生。在t2處，存儲電容器已放電到其較低值 17且第二二極體(圖1中11)正在傳導。在時期t2-t3期間，通過點火線 圈(圖1中13)的初級繞組的電流Ic。i由自感應電流18和電源電壓的 電流19形成，且具有曲線20處展示的總值。在13處，當點火線圈開關 (圖1中12)斷開時，火花放電將極性顛倒為其電感性放電階段22的正 極性。與由缺少存儲電容器18的電路提供的能量相比，流經二極體11 的能量導致點火線圈20的能量的較慢了—隆。點火線圈的能量的這種較慢衰減為電路元件的預充電提供額外時間以支持火花隙中的連續放電。
再次參看圖1，對存儲電容器10充電或將能量從存儲電容器10轉 移到點火線圈13的方法是基於存儲線圈7和存儲電容器10的操作。當 開關8接通時， 一定量的能量聚集在存儲線圈7中。當開關8斷開且開 關12斷開時，聚集在存儲線圈7中的能量通過第一二極體9轉移到電容 器10，從而對電容器10充電。如果當開關8斷開時開關12接通，那麼 聚集在存儲線圈7中的能量直接轉移到點火線圈13，從而在點火線圈13 的次級繞組中產生高電壓，或當正進行電容性放電階段時在火花塞間隙 14中產生額外電流。此外，有可能通過反覆對存儲線圈7充電並接著使 其放電到電容器10而不通過點火線圈13對電容器放電，來對電容器充 電若干次。
上述方法可在多個不同組合中進行組合，其中控制信號Si和S2的 不同定時用於產生高度可定製的火花持續時間和輪廓。
這提供簡單、可編程且極其靈活的火花產生電路。由於其簡單性的 緣故，所述電路的實施或大規模生產並不麻煩。此外，由於其靈活性的 緣故，其視情況經編程以支持多種引擎，或更有利地依據引擎和環境的 條件而支持不同的火花輪廓。舉例來說，對於不同的引擎和車輛，針對 不同的燃料噴射器、針對不同的燃料混合且針對不同的引擎幾何形狀使 用不同的火花輪廓。舉例來說，對於不同的條件，當引擎冷時與當其暖 時使用不同的火花輪廓。依據RPM、外部溫度等而使用不同的火花輪廓。
舉例來說，為了 (例如)當引擎特別冷時穩健地啟始具有大量功率 以支持起動的火花，能夠同時對兩個電荷存儲元件放電，從而產生具有 大量能量的火花。為了使用上述電路實現此目的，在不產生火花的時間 期間使存儲電容器10的預備充電達到最大電壓。還通過使開關8接通持 續預定停留時間而對存儲線圈7充電。當例如在定時標記處需要火花時， 切換兩個開關，開關8斷開且開關12接通。存儲在電容器中和存儲線圈 中的能量同時切換而流經點火線圈13，從而啟始大功率的點火火花。參看圖3，展示根據圖1的電路的簡化電路圖，但所述電路現具有
連接到與開關82類似的另一開關81的存儲線圈的初級繞組中的中間結。 這允許使用不同的存儲線圈繞組比率，且因此使用不同的從線圈釋放能 量的速度。
參看圖4，展示根據圖3的電路的簡化電路圖，但所述電路現具有 自耦變壓器71的形式的存儲線圈。這允許簡化存儲線圈的設計。
參看圖5，展示根據圖1的電路的簡化電路圖，但所述電路現包含 多通道操作。此處，在單獨執行多汽缸引擎的每一汽缸的發火花的情況 下，所述電路具有單一能量存儲部分和多個能量釋放路徑。因此，展示 每一點火線圈131、 132、…分別由開關121、 122、…單獨控制。每一開 關121、...由沿著導體61、 62、...提供的控制信號控制。因此，所述電 路在極少額外努力的情況下適用於多通道操作。此外，相同控制電路同 等較好地適用於多通道點火系統以及單一通道點火系統；通常，控制過 程的唯一差異是汽缸的工序中通道的多路傳輸。當然，應選擇電荷存儲 元件以在足夠短的時間段內存儲足夠的電荷來支持多通道操作。
參看圖6，展示適於改型到現有電感性放電點火電路上的本發明另 一實施例的示意圖。所述電路最佳適於單一通道操作，因為否則其會在 多通道實施方案中提供比圖1的電路高的複雜性。圖6中，點火線圈13 直接耦合到DC電源15。 二極體111和存儲電容器110彼此並聯設置， 且串聯設置在點火線圈13與開關112之間。
參看圖7，展示根據圖6的電路的簡化電路圖，但所述電路現具有 連接到與開關182類似的另一開關181的存儲線圈的初級繞組中的中間 結。這允許使用不同的存儲線圈繞組比率，且因此使用不同的從線圈釋 放能量的速度。
火花控制器1通常採取微控制器的形式，用於基於存儲在其上的指 令數據提供定時信號。這實現高度的可編程性，從而允許根據隨時間發 生的對引擎的變化而對點火系統進行重新編程。此外，通過對指令數據的若干部分進行重新編程，支持引擎的不同操作(例如，清潔器操作、 較好性能等)是件簡單的事情。
上述實施例可針對常規內燃機以緊湊、便宜且高度有效的方式實施。 謹慎的實施方案導致與常規點火系統相比燃料消耗和廢氣排放減少。此 外，以上實施例原理上與所有類型的火花點火內燃機兼容。
有利地，只要藉助由火花控制器管理的電容性放電和電感性放電階 段的連續可重複循環所需要，以上實施例就可實施而支持形成連續放電 的有效火花。這些實施例的特徵是具有方形雙極形式的電壓和同相電流。
此外有利地，以上實施例支持用於使能量轉移到點火線圈以啟始或 輔助電感性放電/電容性放電階段的兩種機制。這兩種機制可同時和連續 使用。
同樣有利地，上述實施例基於頻率、工作循環、相互關係和運行時 間以兩個控制信號支持可控制的火花持續時間、分布式能量以及火花放 電的功率分布。這可依據引擎類型、幾何形狀和操作條件來定製。
參看圖8，展示提供具有預定輪廓的火花的方法的簡化流程圖。在 505處，提供所需的火花輪廓。在510處，確定多個能量存儲操作和多 個能量釋放操作以用於實現與預定輪廓類似的火花輪廓。在515處，對 點火電路內的微控制器進行編程以用於實現所述多個能量存儲操作和所 述多個能量釋放操作。 一旦在520處執行，就執行所述多個能量存儲操 作和所述多個能量釋放操作從而產生具有近似預定輪廓的火花。
參看圖9，展示另一實施例的簡化流程圖。此處，在600處，以多 個不同的火花輪廓對微控制器進行編程。在605處，傳感器感測與點火 電路有關的信息。通常，所述信息涉及引擎的操作條件，例如速度、溫 度、效率等。在610處，點火電路接收所感測的數據，並依據所述數據 從所述多個不同的火花輪廓中選擇火花輪廓。在615處以與參看圖8描 述的類似的方式產生火花。
參看圖IO，展示另一實施例的簡化流程圖。在700處依據引擎的壽命和條件周期性地更新多個不同的火花輪廓。在705處，傳感器感測與 點火電路有關的信息。通常，所述信息涉及引擎的操作條件，例如速度、 溫度、效率等。在710處，點火電路接收所感測的數據，並依據所述數 據從所述多個不同的火花輪廓中選擇火花輪廓。在715處以與參看圖8 描述的類似的方式產生火花。
由於能量從點火線圈衰退的時間增加和謹慎地選擇組件值的緣故， 有可能提供支持點火線圈能量的充足衰退時間以允許對能量存儲線圈充 電從而支持間隙上的連續放電的電路。此外，依據存儲線圈中的能量和 存儲線圈放電到點火線圈的時間間隔，產生不同的火花輪廓。因而，即 使對於連續火花放電也支持顯著的可變性。
本發明以適當的設計適用於許多不同的應用。儘管參考火花輪廓控 制來描述以上實施例，但火花輪廓控制適用於依賴於燃燒的許多不同領 域。舉例來說，火花輪廓改變可用於修改車輛的排放。對於基於汽化器 的車輛，本發明可用於顯著減少其操作期間廢氣排放內的HC和CO。通 過支持較有效的燃燒過程，減少了有害排放。
此外，當依賴於可編程的火花產生電路時，可動態配置用於減少有 害排放的火花輪廓。對於較舊的和/或保養不當的車輛，燃燒室內部的沉 澱物和其中的磨損影響燃燒且因此影響排放。這大大影響了車輛性能， 例如影響滿足一些管轄區域中所強制的排放控制標準。上述實施例可用 於以若干方式改進內燃機的長期操作。第一，改進的燃燒效率減少了燃 燒室內的沉澱物。第二，即使燃燒室內存在沉澱物的情況下，上述實施 例當可編程時也幫助修改火花輪廓以改進引擎效率。第三，改進的引擎 效率幫助清潔燃燒室，且可用於恢復引擎效率或改進引擎效率。這與依 賴於有害且可能破壞引擎的化學物質的現有引擎清潔技術形成對比。此 外，引擎清潔程序較昂貴，且推薦用於日常引擎保養。避免這些情況具 有成本效益且是有利的。
上述實施例的另一優點是其適用於替代燃料和替代燃料源。 一些燃料混合物與其它燃料混合物完全不同。隨著原油價格上漲，存在許多技 術使其它燃料和燃料混合物有希望用於內燃機。簡單、非詳盡的列表包
含壓縮天然氣(compressed natural gas， CNG)、液化石油氣(liquefied petroleum gas， LPG)、丙烷、乙醇(EIO、 E85、 E95)、生物柴油(B20、 BIOO)、氫氣及其一些合成物。所述物質中的許多物質具有不同的燃燒 特性，且與汽油相比多數具有低得多的可燃性。對於這些不同的燃料源， 點火是一個重要問題，因為所述物質中的許多物質需要較大功率的或不 同的火花來確保燃燒。
類似地，不同的燃料混合物當前可用。消費者從通常標記為普通或 高級或乙醇摻合物的廣泛種類的燃料中進行選擇。使用上述可編程實施 例，有可能提供一系列標準火花輪廓，針對每一燃料混合提供一種火花 輪廓。因而，當消費者通過選擇燃料而對其汽車進行補給時，他們還選 擇燃料類型，且在操作期間編程和產生針對所述特定燃料類型設計的火 花。這允許選擇燃料且實現所選燃料類型的益處。
作為特定實例，貧混合物增強了火花啟始的內燃機的效率並減少廢 氣排放。貧混合物的顯著缺點是有限的點火，其與點火器本身的特點例 如火花塞和點火驅動器等部件成比例。有利地，修改火花輪廓來改進燃 燒是一種用於以動態、可修改且可調諧方式解決問題的與燃料濃縮不同 的途徑。貧燃燃燒是高能量點火系統研究者的共同目標。
對於應用於其中使用燃料的活化或對其物理處理來增強引擎性能的 替代科學技術。此處，由於未知且廣泛的應用和研究領域的緣故，預期 火花輪廓的可編程性是有益的，因為其增加了可用於實驗和修改的可修 改且因此實驗性的變量。重要的是應注意，引擎的物理結構及其既定性 能是實現有效的火花輪廓設計和實施的重要因素。
可在不脫離本發明的精神或範圍的情況下設想出本發明的許多其它 實施例。
權利要求
1.一種用於在火花隙上提供能量的點火系統，其包括第一串聯閉合電路，其包含DC電源、能量存儲線圈的初級繞組以及第一切換裝置；所述第一電路用於當所述第一切換裝置正傳導時支持對所述能量存儲線圈的充電，且當所述第一切換裝置不在傳導時支持存儲在所述能量存儲線圈內的能量的釋放；第二串聯閉合電路，其包含所述能量存儲線圈的次級繞組、第一二極體以及能量存儲電容器，所述二極體用於防止電流從所述能量存儲電容器流動到所述能量存儲線圈的所述次級繞組；第三串聯閉合電路，其包含所述能量存儲線圈的所述次級繞組、所述第一二極體、點火線圈的初級繞組以及第二切換裝置；所述第二和第三串聯閉合電路用於當所述第二切換裝置不在傳導時支持存儲在所述能量存儲線圈內的能量經由所述第一二極體釋放到所述能量存儲電容器，且當所述第二切換裝置正傳導時釋放到所述點火線圈；第四串聯閉合電路，其包含所述能量存儲電容器、所述點火線圈的所述初級繞組以及所述第二切換裝置；所述第四電路用於當所述第二切換裝置正傳導時支持存儲在所述能量存儲電容器內的能量釋放到所述點火線圈；第五串聯閉合電路，其包含所述DC電源、第二二極體、所述點火線圈的所述初級繞組以及所述第二切換裝置，所述二極體用於當所述能量存儲線圈和所述能量存儲電容器被放電時提供從所述DC電源到所述點火線圈的所述初級繞組的電流流動；所述第五電路用於當所述第二切換裝置正傳導時支持對所述點火線圈的充電，且當所述第二切換裝置不在傳導時支持存儲在所述點火線圈內的能量的釋放；以及控制電路，其用於產生第一控制信號和第二控制信號，所述第一控制信號用於操作所述第一切換裝置，且所述第二控制信號用於操作所述第二切換裝置，其中所述點火系統內的組件經選擇以支持在所述火花隙上產生連續火花。
2. 根據權利要求1所述的點火系統，其中所述能量存儲線圈具有繞 組比率，用於提供存儲在所述能量存儲線圈內的能量的釋放的預定峰值 電流，所述預定峰值電流對應於所存儲能量的量。
3. 根據權利要求1到2中任一權利要求所述的點火系統，其中所述能量存儲線圈的所述初級繞組具有中間結，所述中間結電耦合到不同於 所述第一切換裝置的切換裝置以依據所述點火系統的操作條件而改變所 述繞組比率。
4. 根據權利要求1到3中任一權利要求所述的點火系統，其中所述 能量存儲線圈具有次級繞組，所述次級繞組電耦合到所述初級繞組，而 不是在自耦變壓器配置中電耦合到接地。
5. 根據權利要求1到4中任一權利要求所述的點火系統，其中線圈 裝置包括所述點火線圈和所述第二切換裝置，且所述線圈裝置包括並聯 電耦合到所述能量存儲電容器的多個線圈裝置。
6. 根據權利要求1到5中任一權利要求所述的點火系統，其中所述 控制電路包含用於接收定時標記信號的第一埠和用於接收與所述控制 電路的操作有關的參數數據的第二埠，所述第一和第二控制信號是依 據所述參數數據和所述定時標記信號而產生。
7. 根據權利要求1到6中任一權利要求所述的點火電路，其中所述 控制電路包含用於接收與引擎的操作條件有關的傳感器數據的第三端 口 ，所述第一和第二控制信號是依據所述傳感器數據而產生。
8. 根據權利要求1到7中任一權利要求所述的點火電路，其中所述 控制電路包含用於接收與引擎的操作條件有關的傳感器數據的第三端 口，所述第一和第二控制信號是依據所述傳感器數據、所述參數數據和 所述定時標記信號而產生。
9. 根據權利要求1到8中任一權利要求所述的點火系統，其包含其 中存儲有指令數據的存儲器，其中所述控制電路可編程以用於產生連續 火花，用於產生具有預定幅值的所述連續火花的每一部分，且用於產生 具有預定持續時間和輪廓的所述連續火花。
10. 根據權利要求1到9中任一權利要求所述的點火系統，其包含其中存儲有指令數據的存儲器，其中所述控制電路可編程以用於產生連續 火花。
11. 根據權利要求1到10中任一權利要求所述的點火系統，其包含其中存儲有指令數據的存儲器，其中所述控制電路可編程以用於產生具 有預定持續時間和輪廓的連續火花。
12. 根據權利要求1到11中任一權利要求所述的點火系統，其包含 其中存儲有指令數據的存儲器，所述指令數據當執行時產生具有預定持 續時間和輪廓的連續火花，所述持續時間和輪廓長於能量單次釋放到所 述點火線圈的次級繞組所產生的火花。
13. —種用於在火花隙上提供能量的點火系統，其包括 第一串聯閉合電路，其包含DC電源、能量存儲線圈的初級繞組以及第一切換裝置；所述第一電路用於當所述第一切換裝置正傳導時支持對所述能量 存儲線圈的充電，且當所述第一切換裝置不在傳導時支持存儲在所述 能量存儲線圈內的能量的釋放；第二串聯閉合電路，其包含所述能量存儲線圈的次級繞組、第一 二極體以及能量存儲電容器，所述二極體用於防止電流從所述能量存 儲電容器流動到所述能量存儲線圈的所述次級繞組；第三串聯閉合電路，其包含所述DC電源、點火線圈的初級繞組、 所述能量存儲線圈的所述次級繞組、所述第一二極體以及第二切換裝 置；所述第二和第三串聯閉合電路用於當所述第二切換裝置不在傳導時支持存儲在所述能量存儲線圈內的能量經由所述第一二極體釋放到 所述能量存儲電容器，且當所述第二切換裝置正傳導時釋放到所述點 火線圈；第四串聯閉合電路，其包含所述DC電源、所述點火線圈的所述 初級繞組、所述能量存儲電容器以及所述第二切換裝置；所述第四電路用於當所述第二切換裝置正傳導時支持存儲在所述 能量存儲電容器內的能量釋放到所述點火線圈；第五串聯閉合電路，其包含所述DC電源、所述點火線圈的所述 初級繞組、第二二極體以及所述第二切換裝置，所述二極體用於當所 述能量存儲線圈和所述能量存儲電容器被放電時提供從所述點火線圈 的所述初級繞組到所述第二切換裝置的電流流動；所述第五電路用於當所述第二切換裝置正傳導時支持對所述點火 線圈的充電，且當所述第二切換裝置不在傳導時支持存儲在所述點火 線圈內的能量的釋放；控制電路，其用於產生第一控制信號和第二控制信號，所述第一 控制信號用於操作所述第一切換裝置，且所述第二控制信號用於操作 所述第二切換裝置，其中所述點火系統內的組件經選擇以支持在所述 火花隙上產生連續火花。
14. 根據權利要求13所述的點火系統，其中所述能量存儲線圈具有 繞組比率，用於提供存儲在所述能量存儲線圈內的能量的釋放的預定峰 值電流，所述預定峰值電流對應於所存儲能量的量。
15. 根據權利要求13到14中任一權利要求所述的點火系統，其中所 述能量存儲線圈的所述初級繞組具有中間結，所述中間結電耦合到不同 於所述第一切換裝置的切換裝置以依據所述點火系統的操作條件而改變 所述繞組比率。
16. —種點火火花產生的方法，其包括 提供能量存儲線圈；提供能量存儲電容器； 提供點火線圈；將能量存儲在所述能量存儲線圈內； 將能量存儲在所述能量存儲電容器內； 將能量存儲在所述點火線圈內；將存儲在所述能量存儲線圈和所述能量存儲電容器的每一者內的 所述能量切換到所述點火線圈，以用於在火花隙上產生火花；將存儲在所述能量存儲線圈內的所述能量切換到所述點火線圈， 以用於在所述火花隙上產生所述火花；將存儲在所述能量存儲電容器內的所述能量切換到所述點火線 圈，以用於在所述火花隙上產生所述火花；以及切換存儲在所述點火線圈內的所述能量以用於在所述火花隙上產 生所述火花。
17. 根據權利要求16所述的方法，其包括將存儲在所述能量存儲線 圈和所述能量存儲電容器內的所述能量切換到所述點火線圈，以用於在 所述火花隙上產生所述火花且同時將能量存儲在所述點火線圈內。
18. 根據權利要求16所述的方法，其包括將存儲在所述能量存儲線 圈內的所述能量切換到所述點火線圈，以用於在所述火花隙上產生所述 火花且同時將能量存儲在所述點火線圈內。
19. 根據權利要求16所述的方法，其包括將存儲在所述能量存儲電 容器內的所述能量切換到所述點火線圈，以用於在所述火花隙上產生所 述火花且同時將能量存儲在所述點火線圈內。
20. 根據權利要求16到19中任一權利要求所述的方法，其中將存儲 在所述能量存儲線圈內的所述能量切換到所述點火線圈以用於在所述火 花隙上產生所述火花以及切換存儲在所述點火線圈內的所述能量以用於 在所述火花隙上產生所述火花提供了一能量釋放持續時間，所述能量釋 放持續時間足以對所述能量存儲線圈進行再充電以用於提供具有僅受將功率提供到所述電路的DC電源限制的持續時間的連續火花。
21. 根據權利要求16到18以及權利要求20中任一權利要求所述的 方法，其中所述能量存儲線圈是具有預定比率的兩個繞組的線圈，第一 繞組用於提供對所述線圈的充電，且第二繞組用於提供對所述線圈的放 電。
22. 根據權利要求'16到21中任一權利要求所述的方法，其包括提供 用於控制切換的微控制器。
23. 根據權利要求16到22中任一權利要求所述的方法，其包括 提供程序存儲器；以及將指令數據存儲在所述程序存儲器內，不同的指令數據用於產生 不同的切換模式。
24. 根據權利要求23所述的方法，其中不同的切換模式產生具有不 同輪廓的火花。
25. 根據權利要求16到24中任一權利要求所述的方法，其中所述程 序存儲器可編程以用於產生連續火花，用於產生具有預定幅值的所述連 續火花的每一部分，且用於產生具有預定持續時間和輪廓的所述連續火 花。
26. 根據權利要求16到25中任一權利要求所述的方法，其中所述程 序存儲器可編程以用於產生具有預定輪廓、持續時間和定時的火花模式， 且其中所述輪廓、持續時間和定時的每一者和全部均可通過修改存儲在 所述程序存儲器內的所述指令數據來修改。
27. 根據權利要求16到26中任一權利要求所述的方法，其包括提 供與引擎的操作條件有關的傳感器數據，以基於所述傳感器數據的定時 來執行切換。
28. 根據權利要求16到27中任一權利要求所述的方法，其包括 提供所需火花輪廓；基於所述所需火花輪廓確定多個能量存儲操作和多個能量釋放操作，以用於產生具有近似所述所需火花輪廓的火花；以及控制所述切換以實現所述多個能量存儲操作和所述多個能量釋放 操作，以用於產生具有近似所述所需輪廓的火花。
29. 根據權利要求16到28中任一權利要求所述的方法，其中所述所 需火花輪廓不同於簡單的衰減電流放電。
30. 根據權利要求16到29中任一權利要求所述的方法，其中所述火 花輪廓不同於第一衰減電流放電之後跟隨有多個連續重疊的相同衰減電 流放電。
31. 根據權利要求16到30中任一權利要求所述的方法，其中通過第 一衰減電流放電之後跟隨有多個連續重疊的衰減電流放電來形成所述火 花輪廓，所述多個連續重疊的放電中的一些具有不同的初始存儲的能量 級、不同的功率分布和不同的持續時間。
32. 根據權利要求16到31中任一權利要求所述的方法，其中通過第 一衰減電流放電之後跟隨有多個連續重疊的衰減電流放電來形成所述火 花輪廓，所述多個連續重疊的放電中的一些具有不同的初始存儲的能量 級。
33. 根據權利要求16到32中任一權利要求所述的方法，其中通過第 一衰減電流放電之後跟隨有多個連續重疊的衰減電流放電來形成所述火 花輪廓，所述多個連續重疊的放電中的一些具有不同的功率分布。
34. 根據權利要求16到33中任一權利要求所述的方法，其中通過第 一衰減電流放電之後跟隨有多個連續重疊的衰減電流放電來形成所述火 花輪廓，所述多個連續重疊的放電中的一些具有不同的持續時間。
35. 根據權利要求16到34中任一權利要求所述的方法，其中所述火 花輪廓包括具有近似引擎的燃燒衝程持續時間的持續時間的連續火花。
36. 根據權利要求16到35中任一權利要求所述的方法，其中所述多 個能量存儲操作包含用於存儲不同量的能量的能量存儲操作，所述能量 存儲操作以單調遞減方式排序。
37. 根據權利要求16到36中任一權利要求所述的方法，其中所述多 個能量存儲操作包含用於存儲不同量的能量的能量存儲操作，所述能量 存儲操作以非單調遞減方式排序。
38. 根據權利要求16到37中任一權利要求所述的方法，其包括 感測與系統有關的傳感器信息以提供傳感器數據，其中所述切換是用於響應於所述傳感器數據而實現具有不同輪廓的火花。
全文摘要
一種提供功率和持續時間受控的點火火花的點火系統包括火花控制器、第一切換能量累積器、存儲電容器以及具有點火線圈的第二切換能量累積器。所述點火系統利用雙重切換能量累積構件、內部能量轉移以及對所述點火火花的三重能量釋放構件，從而在藉助所述火花控制器依據引擎操作條件管理的所有可能組合中工作，並提供連續的雙極點火火花。藉助控制信號(2)和(3)基於其頻率、工作循環、相互關係和運行時間來調整火花輪廓。
文檔編號F02P15/00GK101292404SQ200680039180
公開日2008年10月22日 申請日期2006年8月25日 優先權日2005年8月29日
發明者阿雷山大·樸尼克 申請人:衛思科技公司