火花产生方法和使用该火花产生方法的点火系统的制作方法

专利名称：火花产生方法和使用该火花产生方法的点火系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及内燃机，且更明确地说涉及为内燃机产生火花。
背景技术：
内燃机是众所周知的。在引擎的操作循环中，通过活塞移动离开燃 烧室的入口而将燃料和空气汲取到燃烧室中，燃料接着通过活塞在相反 方向(朝向入口)上的移动而被压縮，火花点燃所述燃料，从而迫使活 塞远离入口，且接着燃烧室通过活塞最后朝向其处于入口端附近的排出 口的移动而被部分排空。尽管根据简单化理想的理论，单一火花将以近 似即时的方式消耗燃烧室内所有的燃料，但事实上情况并非如此。
非常普遍使用的两种现有技术点火系统是电感性放电系统和电容性 放电系统。所述两种系统之间的差异主要涉及每种电路内使用的能量存 储组件，其中电感性放电系统依赖于电感器，而电容性放电系统依赖于 电容器。当使用基于电感性放电的系统时，能量往往以每分钟高转数(与 冲程/分钟有关)衰退，因为提供了不足够的停留时间用于对线圈进行充 电。此外，所得的低二次电压上升使得对于火花隙结垢的敏感性较为显
著。通常，传递到火花塞间隙的能量在1-2 ms火花的情况下在20-50 mJ 范围内，且在其持续时间内功率衰减。
已知电容性放电系统在相对较短时间段内释放较多火花能量。电容 性放电系统产生至多达100 mJ的火花能量，但特征在于150-500 ps的有
限火花持续时间。这一非常短的火花持续时间导致在冷起动条件期间、 在贫混合物的情况下以及在汽化作用的瞬时状态期间，点燃燃料相当困 难。不幸的是，这些系统的每一者仅提供单一较短持续时间的火花，且 因而可能不能点燃燃烧室内的所有燃料或燃料的一部分。多火花点火系统是传统电感性放电和电容性放电系统的替代物。在 多火花点火系统中，火花在一时间段内重复出现。已经显示这较好地影 '响起燃一一较可靠地点燃燃烧室内的燃料。当在冷引擎上使用时，多火 花点火系统通常较可靠地起动引擎。在多火花点火系统中，产生能量放 充循环以对火花产生电路进行充电和放电，从而不时地产生具有类似轮 廓的火花。另一种多火花方法是以导致在发火花阈值以下和以上振荡的 振荡状态的方式对火花产生电路进行放电，从而导致放电期间周期性发 火花。
许多多火花点火系统依赖于电感性放电，且因而提供较长持续时间
内较低的能量释放，如(例如)第6,397,827号美国专利中所揭示，其中 在较短时间内从点火线圈间歇地施加高电压一次以上来产生火花。
包含第6,694,959号美国专利和第6,085,733号美国专利中所揭示的 多火花系统以及如第6,729,317号美国专利中所揭示的高频率点火系统 提供在一个冲程期间增加的总体发火花时间。多火花点火系统能够以中 断和单极方式在冲程期的较长比例时间中使火花放电维持在所需能量级 以上。高频率点火系统较复杂，且产生减少火花隙中有效等离子的形成 的正弦输出电压。
提供一种克服现有技术的缺点的火花放电点火系统将是有利的。

发明内容
因此，本发明的一目的是提供一种用于内燃机的简单且灵活的点火 系统。
根据本发明，提供一种用于在火花隙上提供能量的点火系统，所述
点火系统包括第一串联闭合电路，其包含DC电源、能量存储线圈的 初级绕组以及第一切换装置；第一电路用于当第一切换装置正传导时支 持对能量存储线圈的充电，且当第一切换装置不在传导时支持存储在能 '量存储线圈内的能量的释放；第二串联闭合电路，其包含能量存储线圈的次级绕组、第一二极管和能量存储电容器，所述二极管用于防止电流 从能量存储电容器流动到能量存储线'圈的次级绕组；第三串联闭合电路， 其包含能量存储线圈的次级绕组、第一二极管、点火线圈的初级绕组和 第二切换装置；所述第二和第三串联闭合电路用于当第二切换装置不在 传导时支持存储在能量存储线圈内的能量经由第一二极管释放到能量存 储电容器，且当第二切换装置正传导时释放到点火线圈；第四串联闭合 电路，其包含能量存储电容器、点火线圈的初级绕组和第二切换装置； 第四电路用于当第二切换装置正传导时支持存储在能量存储电容器内的 能量释放到点火线圈；第五串联闭合电路，其包含DC电源、第二二极 管、点火线圈的初级绕组和第二切换装置，所述二极管用于当能量存储 线圈和能量存储电容器被放电时提供从DC电源到点火线圈的初级绕组 的电流流动；第五电路用于当第二切换装置正传导时支持对点火线圈的 充电，且当第二切换装置不在传导时支持存储在点火线圈内的能量的释 放；以及控制电路，其用于产生第一控制信号和第二控制信号，所述第 一控制信号用于操作第一切换装置，且所述第二控制信号用于操作第二 切换装置，其中点火系统内的组件经选择以支持在火花隙上产生连续火 花。
另外，本发明支持一种用于在火花隙上提供能量的点火系统，所述 点火系统包括第一串联闭合电路，其包含DC电源、能量存储线圈的 初级绕组和第一切换装置；第一电路用于当第一切换装置正传导时支持 对能量存储线圈的充电，且当第一切换装置不在传导时支持存储在能量 存储线圈内的能量的释放；第二串联闭合电路，其包含能量存储线圈的 次级绕组、第一二极管和能量存储电容器，所述二极管用于防止电流从 能量存储电容器流动到能量存储线圈的次级绕组；第三串联闭合电路， 其包含DC电源、点火线圈的初级绕组、能量存储线圈的次级绕组、第 一二极管和第二切换装置；所述第二和第三串联闭合电路用于当第二切 换装置不在传导时支持存储在能量存储线圈内的能量经由第一二极管释放到能量存储电容器，且当第二切换装置正传导时释放到点火线圈；第 四串联闭合电路，其包含DC电源、点火线圈的初级绕组、能量存储电 容器和第二切换装置；第四电路用于当第二切换装置正传导时支持存储 在能量存储电容器内的能量释放到点火线圈；第五串联闭合电路，其包 含DC电源、点火线圈的初级绕组、第二二极管和第二切换装置，所述 二极管用于当能量存储线圈和能量存储电容器被放电时提供从点火线圈 的初级绕组到第二切换装置的电流流动；第五电路用于当第二切换装置 正传导时支持对点火线圈的充电，且当第二切换装置不在传导时支持存 储在点火线圈内的能量的释放；控制电路，其用于产生第一控制信号和 第二控制信号，所述第一控制信号用于操作第一切换装置，且所述第二 控制信号用于操作第二切换装置，其中点火系统内的组件经选择以支持 在火花隙上产生连续火花。
根据本发明的另一方面，提供一种点火火花产生的方法，所述方法 包括提供能量存储线圈；提供能量存储电容器；提供点火线圈；将能 量存储在能量存储线圈内；将能量存储在能量存储电容器内；将能量存 储在点火线圈内；将存储在能量存储线圈和能量存储电容器的每一者内 的能量切换到点火线圈，'以用于在火花隙上产生火花；将存储在能量存 储线圈内的能量切换到点火线圈，以用于在火花隙上产生火花；将存储 在能量存储电容器内的能量切换到点火线圈，以用于在火花隙上产生火 花；以及切换存储在点火线圈内的能量以用于在火花隙上产生火花。
根据本发明的另一方面，提供一种清洁引擎的燃烧室的方法，所述 方法包括在燃烧室内且在燃烧期间提供第一火花轮廓，所述第一火花 轮廓用于清洁燃烧室，以及当燃烧室足够清洁时，在燃烧室内提供另一 第二火花轮廓以用于实现已知限度内的燃烧操作。
根据本发明的另一方面，提供一种清洁引擎的燃烧室的方法，所述 方法包括提供具有第一火花轮廓的点火系统；确定另一第二火花轮廓 以供在燃烧室内且在燃烧期间提供，所述另一第二火花轮廓用于清洁燃烧室，以及在燃烧室内提供所述另一第二火花轮廓。
根据本发明的另一方面，提供一种清洁引擎的燃烧室的方法，所述 方法包括向引擎提供燃料；依据燃料类型和混合物提供第一火花轮廓，
其是针对燃烧室内燃料的类型和混合物而确定的；向引擎提供另一第二 燃料；以及依据所述另一第二燃料的类型提供另一第二火花轮廓，其是 针对燃烧室内另一燃料的类型和混合物而确定的。


现将参看附图描述本发明的实施例，附图中类似参考标号表示类似 项目。
图1是根据本发明实施例具有两个能量存储装置、 一点火线圈和两 个独立受控的开关的电路的示意框图2是展示在图1的电路的操作期间产生的用于双极放电的信号的 时序图3-4是具有用以改变存储线圈的绕组比率的额外开关以及自耦变 压器形式的存储线圈的图1电路的简化示意图5是以多通道方式耦合到多个点火线圈和火花隙的图1电路的简 化示意图6-7是适于改型到现有点火控制电路上的单一通道实施例的示意 图；以及
图8-10是本发明实施例的简化流程图。
具体实施例方式
在下文的描述中，当开关正传导电流时对于所述开关使用术语"接 通"，且当开关不在传导时使用"断开"。
本文中使用术语连续放电和连续火花放电来表示在燃烧的持续时间 (例如，引擎的燃烧冲程)期间火花隙上的连续火花。连续火花放电将跨 越点火电路内的电荷存储装置的多个且通常许多个能量存储和释放循环。
参看图1，展示根据本发明实施例的点火系统的电路图。所述点火
系统包含火花控制器1，其沿着导体5提供第一控制信号且沿着导体6 提供第二控制信号。沿着导体5，提供第一控制信号用于控制存储线圈 开关8，且沿着导体6提供第二控制信号用于控制点火线圈开关12。向 火花控制器1提供定时标记3用于对火花控制进行定时，且提供控制参 数4用于控制具有火花持续时间和火花轮廓的形式的火花参数。
所示的电路图内还存在由三个功能组构成的火花产生电路2。第一 功能组包括串联闭合电路，其包括DC电源15、存储线圈7的初级绕组 以及晶体管形式的开关8。第二功能组包括串联闭合电路，其包括存储 线圈7的次级绕组、阻塞二极管9和存储电容器10。第三功能组包括串 联闭合电路，其包括DC电源、阻塞二极管11、点火线圈13的初级绕 组以及晶体管形式的开关12。
存储线圈7的操作由沿着导体5的第一控制信号Si控制。当开关8 接通时能量聚集在存储线圈7中，且当开关8断开时能量通过阻塞二极 管9释放。开关8的接通时间界定存储在存储线圈7中的能量的量。开 关8的断开时间界定通过阻塞二极管9释放的存储线圈7的能量的量。
存储电容器10完全或部分聚集当开关8断开时从存储线圈7转移的 能量。
点火线圈13的操作由沿着导体6的第二控制信号S2控制。当开关 12接通时，从存储电容器IO、从存储线圈7或从DC电源15转移的能 量完全或部分聚集在点火线圈13中，且依据火花塞间隙14的击穿条件 而通过点火线圈13的次级绕组完全或部分释放。当开关12断开时，聚 集在点火线圈13中的能量通过点火线圈13的次级绕组释放到火花塞间 隙14。
存在依据不同的第一和第二控制信号可实现的能量转移的若干控制 方法。举例来说，简单的点火系统允许简单的电感性放电操作。此处，第二控制信号在电容器10放电且二极管11传导的情况下操作。当开关
12设置到接通位置时，点火线圈13开始从电源15通过二极管11充电。 当开关12切换到断开位置时，在火花塞间隙14中以第一极性(例如， 正极性)发生放电。这导致与以具有当开关12接通时的停留时间的己知 电感性放电点火系统通常实现的火花轮廓类似的火花轮廓。
当电容器IO充电到显著高于DC电源15电压的电压时观察到不同 的特性。当开关12切换到接通位置时，点火线圈13的初级绕组中的上 升电流在次级绕组中产生与电容器10的充电电压成比例的高电压，并促 使在(例如)负极性的情况下火花塞间隙14击穿，直到电容器10的电 压下降到DC电源15的电压为止。这单独称为电容性放电点火。当电容 器10的电压小于电源15的电压时，二极管ll传导，且来自电源15的 额外上升电流流动经过点火线圈13的初级绕组。当开关12切换到断开 位置时，火花塞间隙14中的放电改变放电电流的极性。
使用变压器形式的存储线圈允许电隔离和对点火线圈的较慢能量释 放，但支持其初级线圈中相同的能量聚集或电流上升速率。这在一些应 用中非常有利。当然，较慢的释放导致具有较低放电峰值能量的较长放 电时间。
参看图2，展示在双极火花放电期间图1的电路内的信号的简化时 序图。在k处，当点火线圈开关12关于第二控制信号S2接通时，存储 电容器(图1中10)的电压V，具有初始值16，且负极性的火花放电 在其电容性放电阶段21中发生。在t2处，存储电容器已放电到其较低值 17且第二二极管(图1中11)正在传导。在时期t2-t3期间，通过点火线 圈(图1中13)的初级绕组的电流Ic。i由自感应电流18和电源电压的 电流19形成，且具有曲线20处展示的总值。在13处，当点火线圈开关 (图1中12)断开时，火花放电将极性颠倒为其电感性放电阶段22的正 极性。与由缺少存储电容器18的电路提供的能量相比，流经二极管11 的能量导致点火线圈20的能量的较慢了—隆。点火线圈的能量的这种较慢衰减为电路元件的预充电提供额外时间以支持火花隙中的连续放电。
再次参看图1，对存储电容器10充电或将能量从存储电容器10转 移到点火线圈13的方法是基于存储线圈7和存储电容器10的操作。当 开关8接通时， 一定量的能量聚集在存储线圈7中。当开关8断开且开 关12断开时，聚集在存储线圈7中的能量通过第一二极管9转移到电容 器10，从而对电容器10充电。如果当开关8断开时开关12接通，那么 聚集在存储线圈7中的能量直接转移到点火线圈13，从而在点火线圈13 的次级绕组中产生高电压，或当正进行电容性放电阶段时在火花塞间隙 14中产生额外电流。此外，有可能通过反复对存储线圈7充电并接着使 其放电到电容器10而不通过点火线圈13对电容器放电，来对电容器充 电若干次。
上述方法可在多个不同组合中进行组合，其中控制信号Si和S2的 不同定时用于产生高度可定制的火花持续时间和轮廓。
这提供简单、可编程且极其灵活的火花产生电路。由于其简单性的 缘故，所述电路的实施或大规模生产并不麻烦。此外，由于其灵活性的 缘故，其视情况经编程以支持多种引擎，或更有利地依据引擎和环境的 条件而支持不同的火花轮廓。举例来说，对于不同的引擎和车辆，针对 不同的燃料喷射器、针对不同的燃料混合且针对不同的引擎几何形状使 用不同的火花轮廓。举例来说，对于不同的条件，当引擎冷时与当其暖 时使用不同的火花轮廓。依据RPM、外部温度等而使用不同的火花轮廓。
举例来说，为了 (例如)当引擎特别冷时稳健地启始具有大量功率 以支持起动的火花，能够同时对两个电荷存储元件放电，从而产生具有 大量能量的火花。为了使用上述电路实现此目的，在不产生火花的时间 期间使存储电容器10的预备充电达到最大电压。还通过使开关8接通持 续预定停留时间而对存储线圈7充电。当例如在定时标记处需要火花时， 切换两个开关，开关8断开且开关12接通。存储在电容器中和存储线圈 中的能量同时切换而流经点火线圈13，从而启始大功率的点火火花。参看图3，展示根据图1的电路的简化电路图，但所述电路现具有
连接到与开关82类似的另一开关81的存储线圈的初级绕组中的中间结。 这允许使用不同的存储线圈绕组比率，且因此使用不同的从线圈释放能 量的速度。
参看图4，展示根据图3的电路的简化电路图，但所述电路现具有 自耦变压器71的形式的存储线圈。这允许简化存储线圈的设计。
参看图5，展示根据图1的电路的简化电路图，但所述电路现包含 多通道操作。此处，在单独执行多汽缸引擎的每一汽缸的发火花的情况 下，所述电路具有单一能量存储部分和多个能量释放路径。因此，展示 每一点火线圈131、 132、…分别由开关121、 122、…单独控制。每一开 关121、...由沿着导体61、 62、...提供的控制信号控制。因此，所述电 路在极少额外努力的情况下适用于多通道操作。此外，相同控制电路同 等较好地适用于多通道点火系统以及单一通道点火系统；通常，控制过 程的唯一差异是汽缸的工序中通道的多路传输。当然，应选择电荷存储 元件以在足够短的时间段内存储足够的电荷来支持多通道操作。
参看图6，展示适于改型到现有电感性放电点火电路上的本发明另 一实施例的示意图。所述电路最佳适于单一通道操作，因为否则其会在 多通道实施方案中提供比图1的电路高的复杂性。图6中，点火线圈13 直接耦合到DC电源15。 二极管111和存储电容器110彼此并联设置， 且串联设置在点火线圈13与开关112之间。
参看图7，展示根据图6的电路的简化电路图，但所述电路现具有 连接到与开关182类似的另一开关181的存储线圈的初级绕组中的中间 结。这允许使用不同的存储线圈绕组比率，且因此使用不同的从线圈释 放能量的速度。
火花控制器1通常采取微控制器的形式，用于基于存储在其上的指 令数据提供定时信号。这实现高度的可编程性，从而允许根据随时间发 生的对引擎的变化而对点火系统进行重新编程。此外，通过对指令数据的若干部分进行重新编程，支持引擎的不同操作(例如，清洁器操作、 较好性能等)是件简单的事情。
上述实施例可针对常规内燃机以紧凑、便宜且高度有效的方式实施。 谨慎的实施方案导致与常规点火系统相比燃料消耗和废气排放减少。此 外，以上实施例原理上与所有类型的火花点火内燃机兼容。
有利地，只要借助由火花控制器管理的电容性放电和电感性放电阶 段的连续可重复循环所需要，以上实施例就可实施而支持形成连续放电 的有效火花。这些实施例的特征是具有方形双极形式的电压和同相电流。
此外有利地，以上实施例支持用于使能量转移到点火线圈以启始或 辅助电感性放电/电容性放电阶段的两种机制。这两种机制可同时和连续 使用。
同样有利地，上述实施例基于频率、工作循环、相互关系和运行时 间以两个控制信号支持可控制的火花持续时间、分布式能量以及火花放 电的功率分布。这可依据引擎类型、几何形状和操作条件来定制。
参看图8，展示提供具有预定轮廓的火花的方法的简化流程图。在 505处，提供所需的火花轮廓。在510处，确定多个能量存储操作和多 个能量释放操作以用于实现与预定轮廓类似的火花轮廓。在515处，对 点火电路内的微控制器进行编程以用于实现所述多个能量存储操作和所 述多个能量释放操作。 一旦在520处执行，就执行所述多个能量存储操 作和所述多个能量释放操作从而产生具有近似预定轮廓的火花。
参看图9，展示另一实施例的简化流程图。此处，在600处，以多 个不同的火花轮廓对微控制器进行编程。在605处，传感器感测与点火 电路有关的信息。通常，所述信息涉及引擎的操作条件，例如速度、温 度、效率等。在610处，点火电路接收所感测的数据，并依据所述数据 从所述多个不同的火花轮廓中选择火花轮廓。在615处以与参看图8描 述的类似的方式产生火花。
参看图IO，展示另一实施例的简化流程图。在700处依据引擎的寿命和条件周期性地更新多个不同的火花轮廓。在705处，传感器感测与 点火电路有关的信息。通常，所述信息涉及引擎的操作条件，例如速度、 温度、效率等。在710处，点火电路接收所感测的数据，并依据所述数 据从所述多个不同的火花轮廓中选择火花轮廓。在715处以与参看图8 描述的类似的方式产生火花。
由于能量从点火线圈衰退的时间增加和谨慎地选择组件值的缘故， 有可能提供支持点火线圈能量的充足衰退时间以允许对能量存储线圈充 电从而支持间隙上的连续放电的电路。此外，依据存储线圈中的能量和 存储线圈放电到点火线圈的时间间隔，产生不同的火花轮廓。因而，即 使对于连续火花放电也支持显著的可变性。
本发明以适当的设计适用于许多不同的应用。尽管参考火花轮廓控 制来描述以上实施例，但火花轮廓控制适用于依赖于燃烧的许多不同领 域。举例来说，火花轮廓改变可用于修改车辆的排放。对于基于汽化器 的车辆，本发明可用于显著减少其操作期间废气排放内的HC和CO。通 过支持较有效的燃烧过程，减少了有害排放。
此外，当依赖于可编程的火花产生电路时，可动态配置用于减少有 害排放的火花轮廓。对于较旧的和/或保养不当的车辆，燃烧室内部的沉 淀物和其中的磨损影响燃烧且因此影响排放。这大大影响了车辆性能， 例如影响满足一些管辖区域中所强制的排放控制标准。上述实施例可用 于以若干方式改进内燃机的长期操作。第一，改进的燃烧效率减少了燃 烧室内的沉淀物。第二，即使燃烧室内存在沉淀物的情况下，上述实施 例当可编程时也帮助修改火花轮廓以改进引擎效率。第三，改进的引擎 效率帮助清洁燃烧室，且可用于恢复引擎效率或改进引擎效率。这与依 赖于有害且可能破坏引擎的化学物质的现有引擎清洁技术形成对比。此 外，引擎清洁程序较昂贵，且推荐用于日常引擎保养。避免这些情况具 有成本效益且是有利的。
上述实施例的另一优点是其适用于替代燃料和替代燃料源。 一些燃料混合物与其它燃料混合物完全不同。随着原油价格上涨，存在许多技 术使其它燃料和燃料混合物有希望用于内燃机。简单、非详尽的列表包
含压縮天然气(compressed natural gas， CNG)、液化石油气(liquefied petroleum gas， LPG)、丙烷、乙醇(EIO、 E85、 E95)、生物柴油(B20、 BIOO)、氢气及其一些合成物。所述物质中的许多物质具有不同的燃烧 特性，且与汽油相比多数具有低得多的可燃性。对于这些不同的燃料源， 点火是一个重要问题，因为所述物质中的许多物质需要较大功率的或不 同的火花来确保燃烧。
类似地，不同的燃料混合物当前可用。消费者从通常标记为普通或 高级或乙醇掺合物的广泛种类的燃料中进行选择。使用上述可编程实施 例，有可能提供一系列标准火花轮廓，针对每一燃料混合提供一种火花 轮廓。因而，当消费者通过选择燃料而对其汽车进行补给时，他们还选 择燃料类型，且在操作期间编程和产生针对所述特定燃料类型设计的火 花。这允许选择燃料且实现所选燃料类型的益处。
作为特定实例，贫混合物增强了火花启始的内燃机的效率并减少废 气排放。贫混合物的显著缺点是有限的点火，其与点火器本身的特点例 如火花塞和点火驱动器等部件成比例。有利地，修改火花轮廓来改进燃 烧是一种用于以动态、可修改且可调谐方式解决问题的与燃料浓縮不同 的途径。贫燃燃烧是高能量点火系统研究者的共同目标。
对于应用于其中使用燃料的活化或对其物理处理来增强引擎性能的 替代科学技术。此处，由于未知且广泛的应用和研究领域的缘故，预期 火花轮廓的可编程性是有益的，因为其增加了可用于实验和修改的可修 改且因此实验性的变量。重要的是应注意，引擎的物理结构及其既定性 能是实现有效的火花轮廓设计和实施的重要因素。
可在不脱离本发明的精神或范围的情况下设想出本发明的许多其它 实施例。
权利要求
1.一种用于在火花隙上提供能量的点火系统，其包括第一串联闭合电路，其包含DC电源、能量存储线圈的初级绕组以及第一切换装置；所述第一电路用于当所述第一切换装置正传导时支持对所述能量存储线圈的充电，且当所述第一切换装置不在传导时支持存储在所述能量存储线圈内的能量的释放；第二串联闭合电路，其包含所述能量存储线圈的次级绕组、第一二极管以及能量存储电容器，所述二极管用于防止电流从所述能量存储电容器流动到所述能量存储线圈的所述次级绕组；第三串联闭合电路，其包含所述能量存储线圈的所述次级绕组、所述第一二极管、点火线圈的初级绕组以及第二切换装置；所述第二和第三串联闭合电路用于当所述第二切换装置不在传导时支持存储在所述能量存储线圈内的能量经由所述第一二极管释放到所述能量存储电容器，且当所述第二切换装置正传导时释放到所述点火线圈；第四串联闭合电路，其包含所述能量存储电容器、所述点火线圈的所述初级绕组以及所述第二切换装置；所述第四电路用于当所述第二切换装置正传导时支持存储在所述能量存储电容器内的能量释放到所述点火线圈；第五串联闭合电路，其包含所述DC电源、第二二极管、所述点火线圈的所述初级绕组以及所述第二切换装置，所述二极管用于当所述能量存储线圈和所述能量存储电容器被放电时提供从所述DC电源到所述点火线圈的所述初级绕组的电流流动；所述第五电路用于当所述第二切换装置正传导时支持对所述点火线圈的充电，且当所述第二切换装置不在传导时支持存储在所述点火线圈内的能量的释放；以及控制电路，其用于产生第一控制信号和第二控制信号，所述第一控制信号用于操作所述第一切换装置，且所述第二控制信号用于操作所述第二切换装置，其中所述点火系统内的组件经选择以支持在所述火花隙上产生连续火花。
2. 根据权利要求1所述的点火系统，其中所述能量存储线圈具有绕 组比率，用于提供存储在所述能量存储线圈内的能量的释放的预定峰值 电流，所述预定峰值电流对应于所存储能量的量。
3. 根据权利要求1到2中任一权利要求所述的点火系统，其中所述能量存储线圈的所述初级绕组具有中间结，所述中间结电耦合到不同于 所述第一切换装置的切换装置以依据所述点火系统的操作条件而改变所 述绕组比率。
4. 根据权利要求1到3中任一权利要求所述的点火系统，其中所述 能量存储线圈具有次级绕组，所述次级绕组电耦合到所述初级绕组，而 不是在自耦变压器配置中电耦合到接地。
5. 根据权利要求1到4中任一权利要求所述的点火系统，其中线圈 装置包括所述点火线圈和所述第二切换装置，且所述线圈装置包括并联 电耦合到所述能量存储电容器的多个线圈装置。
6. 根据权利要求1到5中任一权利要求所述的点火系统，其中所述 控制电路包含用于接收定时标记信号的第一端口和用于接收与所述控制 电路的操作有关的参数数据的第二端口，所述第一和第二控制信号是依 据所述参数数据和所述定时标记信号而产生。
7. 根据权利要求1到6中任一权利要求所述的点火电路，其中所述 控制电路包含用于接收与引擎的操作条件有关的传感器数据的第三端 口 ，所述第一和第二控制信号是依据所述传感器数据而产生。
8. 根据权利要求1到7中任一权利要求所述的点火电路，其中所述 控制电路包含用于接收与引擎的操作条件有关的传感器数据的第三端 口，所述第一和第二控制信号是依据所述传感器数据、所述参数数据和 所述定时标记信号而产生。
9. 根据权利要求1到8中任一权利要求所述的点火系统，其包含其 中存储有指令数据的存储器，其中所述控制电路可编程以用于产生连续 火花，用于产生具有预定幅值的所述连续火花的每一部分，且用于产生 具有预定持续时间和轮廓的所述连续火花。
10. 根据权利要求1到9中任一权利要求所述的点火系统，其包含其中存储有指令数据的存储器，其中所述控制电路可编程以用于产生连续 火花。
11. 根据权利要求1到10中任一权利要求所述的点火系统，其包含其中存储有指令数据的存储器，其中所述控制电路可编程以用于产生具 有预定持续时间和轮廓的连续火花。
12. 根据权利要求1到11中任一权利要求所述的点火系统，其包含 其中存储有指令数据的存储器，所述指令数据当执行时产生具有预定持 续时间和轮廓的连续火花，所述持续时间和轮廓长于能量单次释放到所 述点火线圈的次级绕组所产生的火花。
13. —种用于在火花隙上提供能量的点火系统，其包括 第一串联闭合电路，其包含DC电源、能量存储线圈的初级绕组以及第一切换装置；所述第一电路用于当所述第一切换装置正传导时支持对所述能量 存储线圈的充电，且当所述第一切换装置不在传导时支持存储在所述 能量存储线圈内的能量的释放；第二串联闭合电路，其包含所述能量存储线圈的次级绕组、第一 二极管以及能量存储电容器，所述二极管用于防止电流从所述能量存 储电容器流动到所述能量存储线圈的所述次级绕组；第三串联闭合电路，其包含所述DC电源、点火线圈的初级绕组、 所述能量存储线圈的所述次级绕组、所述第一二极管以及第二切换装 置；所述第二和第三串联闭合电路用于当所述第二切换装置不在传导时支持存储在所述能量存储线圈内的能量经由所述第一二极管释放到 所述能量存储电容器，且当所述第二切换装置正传导时释放到所述点 火线圈；第四串联闭合电路，其包含所述DC电源、所述点火线圈的所述 初级绕组、所述能量存储电容器以及所述第二切换装置；所述第四电路用于当所述第二切换装置正传导时支持存储在所述 能量存储电容器内的能量释放到所述点火线圈；第五串联闭合电路，其包含所述DC电源、所述点火线圈的所述 初级绕组、第二二极管以及所述第二切换装置，所述二极管用于当所 述能量存储线圈和所述能量存储电容器被放电时提供从所述点火线圈 的所述初级绕组到所述第二切换装置的电流流动；所述第五电路用于当所述第二切换装置正传导时支持对所述点火 线圈的充电，且当所述第二切换装置不在传导时支持存储在所述点火 线圈内的能量的释放；控制电路，其用于产生第一控制信号和第二控制信号，所述第一 控制信号用于操作所述第一切换装置，且所述第二控制信号用于操作 所述第二切换装置，其中所述点火系统内的组件经选择以支持在所述 火花隙上产生连续火花。
14. 根据权利要求13所述的点火系统，其中所述能量存储线圈具有 绕组比率，用于提供存储在所述能量存储线圈内的能量的释放的预定峰 值电流，所述预定峰值电流对应于所存储能量的量。
15. 根据权利要求13到14中任一权利要求所述的点火系统，其中所 述能量存储线圈的所述初级绕组具有中间结，所述中间结电耦合到不同 于所述第一切换装置的切换装置以依据所述点火系统的操作条件而改变 所述绕组比率。
16. —种点火火花产生的方法，其包括 提供能量存储线圈；提供能量存储电容器； 提供点火线圈；将能量存储在所述能量存储线圈内； 将能量存储在所述能量存储电容器内； 将能量存储在所述点火线圈内；将存储在所述能量存储线圈和所述能量存储电容器的每一者内的 所述能量切换到所述点火线圈，以用于在火花隙上产生火花；将存储在所述能量存储线圈内的所述能量切换到所述点火线圈， 以用于在所述火花隙上产生所述火花；将存储在所述能量存储电容器内的所述能量切换到所述点火线 圈，以用于在所述火花隙上产生所述火花；以及切换存储在所述点火线圈内的所述能量以用于在所述火花隙上产 生所述火花。
17. 根据权利要求16所述的方法，其包括将存储在所述能量存储线 圈和所述能量存储电容器内的所述能量切换到所述点火线圈，以用于在 所述火花隙上产生所述火花且同时将能量存储在所述点火线圈内。
18. 根据权利要求16所述的方法，其包括将存储在所述能量存储线 圈内的所述能量切换到所述点火线圈，以用于在所述火花隙上产生所述 火花且同时将能量存储在所述点火线圈内。
19. 根据权利要求16所述的方法，其包括将存储在所述能量存储电 容器内的所述能量切换到所述点火线圈，以用于在所述火花隙上产生所 述火花且同时将能量存储在所述点火线圈内。
20. 根据权利要求16到19中任一权利要求所述的方法，其中将存储 在所述能量存储线圈内的所述能量切换到所述点火线圈以用于在所述火 花隙上产生所述火花以及切换存储在所述点火线圈内的所述能量以用于 在所述火花隙上产生所述火花提供了一能量释放持续时间，所述能量释 放持续时间足以对所述能量存储线圈进行再充电以用于提供具有仅受将功率提供到所述电路的DC电源限制的持续时间的连续火花。
21. 根据权利要求16到18以及权利要求20中任一权利要求所述的 方法，其中所述能量存储线圈是具有预定比率的两个绕组的线圈，第一 绕组用于提供对所述线圈的充电，且第二绕组用于提供对所述线圈的放 电。
22. 根据权利要求'16到21中任一权利要求所述的方法，其包括提供 用于控制切换的微控制器。
23. 根据权利要求16到22中任一权利要求所述的方法，其包括 提供程序存储器；以及将指令数据存储在所述程序存储器内，不同的指令数据用于产生 不同的切换模式。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中不同的切换模式产生具有不 同轮廓的火花。
25. 根据权利要求16到24中任一权利要求所述的方法，其中所述程 序存储器可编程以用于产生连续火花，用于产生具有预定幅值的所述连 续火花的每一部分，且用于产生具有预定持续时间和轮廓的所述连续火 花。
26. 根据权利要求16到25中任一权利要求所述的方法，其中所述程 序存储器可编程以用于产生具有预定轮廓、持续时间和定时的火花模式， 且其中所述轮廓、持续时间和定时的每一者和全部均可通过修改存储在 所述程序存储器内的所述指令数据来修改。
27. 根据权利要求16到26中任一权利要求所述的方法，其包括提 供与引擎的操作条件有关的传感器数据，以基于所述传感器数据的定时 来执行切换。
28. 根据权利要求16到27中任一权利要求所述的方法，其包括 提供所需火花轮廓；基于所述所需火花轮廓确定多个能量存储操作和多个能量释放操作，以用于产生具有近似所述所需火花轮廓的火花；以及控制所述切换以实现所述多个能量存储操作和所述多个能量释放 操作，以用于产生具有近似所述所需轮廓的火花。
29. 根据权利要求16到28中任一权利要求所述的方法，其中所述所 需火花轮廓不同于简单的衰减电流放电。
30. 根据权利要求16到29中任一权利要求所述的方法，其中所述火 花轮廓不同于第一衰减电流放电之后跟随有多个连续重叠的相同衰减电 流放电。
31. 根据权利要求16到30中任一权利要求所述的方法，其中通过第 一衰减电流放电之后跟随有多个连续重叠的衰减电流放电来形成所述火 花轮廓，所述多个连续重叠的放电中的一些具有不同的初始存储的能量 级、不同的功率分布和不同的持续时间。
32. 根据权利要求16到31中任一权利要求所述的方法，其中通过第 一衰减电流放电之后跟随有多个连续重叠的衰减电流放电来形成所述火 花轮廓，所述多个连续重叠的放电中的一些具有不同的初始存储的能量 级。
33. 根据权利要求16到32中任一权利要求所述的方法，其中通过第 一衰减电流放电之后跟随有多个连续重叠的衰减电流放电来形成所述火 花轮廓，所述多个连续重叠的放电中的一些具有不同的功率分布。
34. 根据权利要求16到33中任一权利要求所述的方法，其中通过第 一衰减电流放电之后跟随有多个连续重叠的衰减电流放电来形成所述火 花轮廓，所述多个连续重叠的放电中的一些具有不同的持续时间。
35. 根据权利要求16到34中任一权利要求所述的方法，其中所述火 花轮廓包括具有近似引擎的燃烧冲程持续时间的持续时间的连续火花。
36. 根据权利要求16到35中任一权利要求所述的方法，其中所述多 个能量存储操作包含用于存储不同量的能量的能量存储操作，所述能量 存储操作以单调递减方式排序。
37. 根据权利要求16到36中任一权利要求所述的方法，其中所述多 个能量存储操作包含用于存储不同量的能量的能量存储操作，所述能量 存储操作以非单调递减方式排序。
38. 根据权利要求16到37中任一权利要求所述的方法，其包括 感测与系统有关的传感器信息以提供传感器数据，其中所述切换是用于响应于所述传感器数据而实现具有不同轮廓的火花。
全文摘要
一种提供功率和持续时间受控的点火火花的点火系统包括火花控制器、第一切换能量累积器、存储电容器以及具有点火线圈的第二切换能量累积器。所述点火系统利用双重切换能量累积构件、内部能量转移以及对所述点火火花的三重能量释放构件，从而在借助所述火花控制器依据引擎操作条件管理的所有可能组合中工作，并提供连续的双极点火火花。借助控制信号(2)和(3)基于其频率、工作循环、相互关系和运行时间来调整火花轮廓。
文档编号F02P15/00GK101292404SQ200680039180
公开日2008年10月22日 申请日期2006年8月25日 优先权日2005年8月29日
发明者阿雷山大·朴尼克 申请人:卫思科技公司