用于轻型燃烧发动机的点火系统的制作方法
【专利说明】用于轻型燃烧发动机的点火系统
[0001]
共同未决申请的引用
本专利申请要求2013年5月3日提交的美国临时申请第61/819，255号的权益，该申请全文以引用方式并入本文中。
技术领域
[0002]本公开总体上涉及内燃发动机，并且更具体地讲涉及用于轻型燃烧发动机的点火系统。
【背景技术】
[0003]用于轻型燃烧发动机的各种点火系统是本领域已知的，并且用于诸如草地设备和链锯的各种各样的装置。通常，这些点火系统不具有蓄电池，相反，它们依赖于拉绳式反冲起动机和磁电式系统来为点火提供电能并且操作其它电气装置。由于这样的系统只能产生有限量的电能并且仍达到某些能量效率和排放目标，需要以尽可能高效的方式在系统中生成和管理电能。
【发明内容】
[0004]在至少一些实施中，一种用于轻型燃烧发动机的点火系统包括:充电绕组，其感应电荷；点火放电存储装置，其存储感应的电荷；点火放电开关，其将存储的电荷放电；微控制器，其控制点火放电开关；以及功率供给子电路，其联接到充电绕组和微控制器两者并且将功率提供至微控制器。功率供给子电路配置成当功率供给子电路上的存储的电荷小于阈值时允许由充电绕组充电并且当功率供给子电路上的存储的电荷大于该阈值时阻止由充电绕组充电。
[0005]在至少一些实施中，一种用于轻型燃烧发动机的点火系统包括:充电绕组，其感应电荷；点火放电存储装置，其存储感应的电荷；点火放电开关，其将存储的电荷放电；微控制器，其控制点火放电开关；附加装置；以及功率供给子电路，其联接到充电绕组和附加装置两者并且将功率提供至附加装置。功率供给子电路配置成当功率供给子电路上的存储的电荷小于阈值时允许由充电绕组充电并且当功率供给子电路上的存储的电荷大于该阈值时阻止由充电绕组充电。
[0006]在至少一些实施中，一种用于操作用于轻型燃烧发动机的点火系统的方法，包括以下步骤:利用充电绕组对点火放电存储装置充电；当功率供给子电路上的存储的电荷小于阈值时，利用充电绕组对为微控制器提供功率的功率供给子电路充电；以及当功率供给子电路上的存储的电荷大于该阈值时阻止利用充电绕组对功率供给子电路充电。
【附图说明】
[0007]参照附图将阐述该点火系统的示例性实施例的以下详细描述，在附图中: 图1示出了用于轻型燃烧发动机的电容放电点火(CDI)系统的示例；
图2是控制电路的示意图，该控制电路可与图1的CDI系统一起使用；以及图3-6是坐标图，绘制了提供至可与图2的控制电路一起使用的功率供给子电路的电压、电流和功率，其中，图3和4对应于现有技术功率供给子电路，图5和6对应于本文所述功率供给子电路。
【具体实施方式】
[0008]本文所述方法和系统总体涉及轻型燃烧发动机，其为汽油动力的并且包括微控制器电路。如上所述，许多轻型燃烧发动机不具有单独的蓄电池，相反，这些发动机使用磁电式点火系统来生成、存储并将电能提供至各种装置。由于磁电式点火系统仅可在某个发动机速度下生成有限量的电能，同时仍满足燃料效率和排放目标，对于这样的系统来说，可能重要的是在能量管理方面尽可能高效地操作。在这种情况下，点火系统设计成减少提供至为对应的微控制器提供功率的某个功率供给子电路和/或由该功率供给子电路使用的电能的量，使得额外的电能可用于其它用途。更具体而言，点火系统确定何时足够的电能已被接收和/或存储在功率供给子电路中，并且作为响应而停止将额外的电能提供至该子电路，从而可由发动机周围的其它装置利用过量的能量。
[0009]通常，轻型燃烧发动机是单汽缸双循环或四循环汽油动力的内燃发动机。单个活塞被可滑动地接纳以用于在汽缸中往复运动，并且由拉杆连接到曲轴，曲轴继而附接到飞轮。此类发动机通常与电容放电点火(CDI)系统配套使用，电容放电点火系统利用微控制器将高电压点火脉冲供应至火花塞，以用于点燃发动机燃烧室中的空气燃料混合物。术语“轻型燃烧发动机”广义地包括所有类型的非机动车燃烧发动机，包括二冲程和四冲程发动机，其通常用来为诸如下列的装置提供动力:汽油动力的手持动力工具、草地和花园设备、割草机、剪草机、修边机、链锯、吹雪机、个人船只、船舶、雪车、摩托车、全地形车辆等。应当了解，虽然以下描述是在电容放电点火(CDI)系统的背景下进行，但本文所述控制电路和/或功率供给子电路可与许多不同的点火系统一起使用，并且不限于此处所示的特定的一种。
[0010]参照图1，示出了示例性电容放电点火(CDI)系统10的立体剖视图，该系统与飞轮12相互作用，并且通常包括:点火模块14 ;点火引线16，其用于将点火模块电联接到火花塞SP (图2中示出)；和电连接18，其用于将点火模块联接到一个或多个附加的电气装置，例如燃料控制螺线管。飞轮12为加重盘式部件，其联接到曲轴20并因此在发动机的动力下旋转。通过利用其旋转惯性，飞轮减缓发动机速度中的波动，以便提供更恒定且平稳的输出。此处所示飞轮12包括朝飞轮的外周边定位的一对磁极或磁性元件22。一旦飞轮12旋转，磁性元件22就自旋经过点火模块14中的不同的绕组并与所述绕组以电磁方式相互作用，如本领域所公知的。
[0011]点火模块14可生成、存储和利用由旋转的磁性元件22感应的电能，以便执行各种功能。根据一个实施例，点火模块14包括叠片30、充电绕组32、一起构成升压变压器的一次绕组34和二次绕组36、附加绕组38、触发绕组40、点火模块外壳42、以及控制电路50。叠片30优选地为铁磁体零件，其由平坦的、可透磁的层压件的叠堆构成，该层压件通常由钢或铁制成。叠片可帮助集中或会聚由飞轮上的旋转的磁性元件22形成的变化的磁通。根据此处所示实施例，叠片30具有总体上U形的配置，该配置包括一对腿部60和62。腿部60沿着充电绕组32的中心轴线对齐，并且腿部62沿着触发绕组40和升压变压器的中心轴线对齐。附加绕组38位于腿部60上，并且触发绕组40示出在腿部62上；然而，这些绕组或线圈可位于叠片30上的其它地方。当腿部60和62与磁性元件22对齐(这发生在飞轮12的具体旋转位置)时，形成包括叠片30和磁性元件22的闭环磁通路径。举两种可能性的例子，磁性元件22可被实现为相同磁体的一部分或单独的磁性部件，这些磁性部件联接在一起，以提供穿过飞轮12的单个磁通路径。附加的磁性元件可在围绕飞轮12的周边的其它位置处添加到飞轮12，以提供与点火模块14的额外的电磁相互作用。
[0012]充电绕组32生成电能，该电能可由点火模块14使用以用于多个不同的目的，举两个例子，包括为点火电容器充电和为电子处理装置供能。充电绕组32包括线圈架64和绕组66，并且根据一个实施例设计成具有约的相对低的电感和相对低的电阻，但这不是必要的。特定绕组或线圈的电气特性通常针对其具体应用而定制。例如，预计产生高电压的充电线圈通常将具有较多匝的较细规格的线(因此为其提供较高的电感和电阻)，使得它在起动或低发动机速度的其它时期期间能生成足够的电压。反之，设计用于提供高电流的充电线圈通常将具有较少匝的较大规格的线(具有对应的较低电感和电阻)，因为这使得它能够在发动机在节气门全开时或在其它高发动机速度条件期间运行时更高效地形成高电流。本领域已知的任何合适类型的充电绕组都可在这里使用。
[0013]触发绕组40为点火模块14提供发动机输入信号，该信号通常表示发动机的位置和/或速度。根据此处所示的特定实施例，触发绕组40朝叠片腿部62的端部定位，并且邻近升压变压器。然而，它可布置在叠片上的不同位置处。例如，可以将触发绕组和充电绕组布置在叠片的单个腿部上，这与此处所示布置相对。也可以省略触发绕组40，并且可以让点火模块14从充电绕组32或某