双线圈点火系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及双线圈点火系统。提供了一种双线圈点火系统。该双线圈点火系统包括具有第一初级绕组和第一次级绕组的第一电感点火线圈，和具有第二初级绕组和第二次级绕组的第二电感点火线圈，第二次级绕组串联连接到第一次级绕组。该双线圈点火系统还包括具有连接在第一次级绕组和第二次级绕组之间的第一二极管和第二二极管的二极管电路。
【专利说明】双线圈点火系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于控制提供给发动机的火花塞的火花能量的双线圈点火系统。
【背景技术】
[0002]发动机系统可以构造成具有诸如涡轮增压器或机械增压器的升压装置，用于提供增升压的空气充气并且改善峰值功率输出。响应于由这样的发动机系统提供的升压的输出，可以通过在高速和高负荷条件下提供高峰值次级电流，而在稀薄和/或稀释条件下以低速和低负荷提供长火花持续时间来实现火花塞的有效的运行和稳定的燃烧。但是，高峰值次级电流和长火花持续时间是用于点火线圈配置的对抗的特性，从而导致在上面定义的一个或多个条件下系统降低运行价值而有利于另外的条件。
实用新型内容
[0003]本发明人已经认识到上述问题，并且提供一种至少部分地解决这些问题的系统。在一个实施例中，一种系统包括第一电感点火线圈和第二电感点火线圈，该第一电感点火线圈包括第一初级绕组和第一次级绕组，该第二电感点火线圈包括第二初级绕组和第二次级绕组。该第二次级绕组串联连接到第一次级绕组。该系统还包括二极管电路，该二极管电路包括连接在第一次级绕组和第二次级绕组之间的第一二极管和第二二极管。
[0004]以这种方式，两个线圈的每个可以针对对抗的特性中不同的一个特性(例如，高峰值次级电流或长火花持续时间)来配置，并且操纵二极管结合每个线圈的输出，使得当工况许可时才提供附加的火花能量。
[0005]在一个实施例中，一种系统包括具有相互串联连接的第一次级绕组和第二次级绕组的第一点火线圈和第二点火线圈；和连接到第一次级绕组的输出的第一二极管和第二二极管，当来自第一点火线圈的能量下降到在第二点火线圈中的储存的电荷水平时，连接的第一二极管使电流从第一点火线圈流到第二点火线圈。
[0006]在另一个实施例中，提供一种方法。该方法包括:输出第一命令以引起第一电流通过第一点火线圈；输出第二命令以引起第二电流通过第二点火线圈；结束第一命令；以及响应于第一命令的结束中断第一电流和第二电流。
[0007]在另一个实施例中，第一命令是长脉冲而第二命令是短脉冲，第一脉冲比第二脉冲长。
[0008]在另一个实施例中，第一命令的结束通过长脉冲的下降沿来检测。
[0009]在另一个实施例中，长脉冲的持续时间是150微秒或更长。
[0010]在另一个实施例中，短脉冲的持续时间是75微秒或更短。
[0011]在另一个实施例中，第一命令和第二命令的至少一个是编码的保持命令/驻留命令(dwell co_and),该方法还包括基于当前的发动机工况响应于对附加的火花能量的请求才提供较长的火花持续时间。
[0012]在另一个实施例中，该方法还包括响应于在第一命令开始之后延长的时间延续的结束中断第一电流和第二电流。
[0013]在另一个实施例中，该方法还包括中断第二电流包括响应于在第二命令开始之后延长的时间延续的结束停止通过第二点火线圈的第二初级绕绕组的电流。
[0014]本公开可以提供若干优点。例如，通过当工况要求附加的火花能量时才提供长火花持续时间，与总是提供长火花持续时间的系统相比可以减少总的电能消耗。而且，与利用并联连接的二极管的双线圈点火系统相比，通过使电流操纵的二极管经受低得多的最大电压，该结构减少部件应力，因而延长部件寿命。此外，较低的最大电压能够实现位于铅笔状或杆状线圈的顶上的柱塞(Plug)顶部线圈的紧凑的线圈组装，因而，与构造成在一个壳体中或两个分开的线圈封装中具有两个并排的柱塞顶部线圈的双线圈系统相比，减少在发动机上的封装的实际面积(estate)需要。
[0015]当单独的或结合附图的从以下【具体实施方式】将容易明白本说明的以上优点和其他优点，以及特征。
[0016]应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在【具体实施方式】中进一步描述。这并不意味着视为所要求保护主题的关键的或基本的特征，所要求保护主题的范围由【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。而且，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是发动机的示意图。
[0018]图2示出根据本公开的实施例的双线圈点火系统的电路图。
[0019]图3示出根据本公开的实施例的双线圈点火系统的详细电路图。
[0020]图4是控制点火线圈的方法的流程图。
[0021]图5和图6示出响应于编码的保持命令的第一和第二点火线圈的工作的波形图。
[0022]图7示出用于根据本公开的实施例的双线圈点火系统的封装的示意图。
【具体实施方式】
[0023]本文公开了一种具有经由电流操纵的二极管电路串联连接的次级绕组的双线圈点火系统。通过允许独立控制保持时间的开始，同时用单个命令同时结束每个点火线圈的保持，两个点火线圈的串联连接能够实现有效的控制。通过将相对低电感的点火线圈连接到相对高电感的点火线圈，得到的结构基于燃烧条件提供高峰值次级电流和长火花持续时间。
[0024]图1示出车辆的发动机系统100。车辆可以是具有与道路表面接触的驱动轮的道路车辆。发动机系统100可以包括具有多个汽缸的发动机10。图1详细地描述一个这样的汽缸或燃烧室。发动机10的各种部件可以由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36设置在其中并且连接到曲轴40。燃烧室30被示出经由相应的进气门152和排气门154与进气歧管144和排气歧管148连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。可替代地，一个或更多个进气门和排气门可以由机电控制的气门线圈和衔铁组件来操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定，排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。
[0025]燃料喷射器66设置成直接喷射燃料到燃烧室30中，本领域的技术人员将其称之为直接喷射。可替代地，燃料可以喷射到进气道，本领域的技术人员将其称之为进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号的脉冲宽度FPW成正比提供液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)提供给燃料喷射器66。从响应控制器12的驱动器68给燃料喷射器66供给工作电流。此外，进气歧管144被示出与任选的电子节气门62连通，该节气门调节节流板66的位置以控制到发动机燃烧室30的气流。这可以包括控制来自进气升压室146的升压的空气的气流。在一些实施例中，节气门62可以被省去并且到发动机的气流可以经由联接到空气进气通道42并且设置在升压室146上游的单个空气进气系统节气门(AIS节气门)82控制。
[0026]在一些实施例中，发动机10构造成提供排气再循环，或EGR。当被包括时，EGR经由EGR通道135和EGR阀138从涡轮164下游的排气系统中的位置提供给在空气进气系统(AIS)节气门82下游的位置处的发动机空气进气系统。当存在压差时EGR可以从排气系统被吸入到进气系统以驱动该流动。压差可以通过部分地关闭AIS节气门82形成。节流板84控制压缩机162入口处的压力。AIS可以是电控制的并且其位置可以基于任选的位置传感器88来调节。
[0027]压缩机162从空气进气通道42吸入空气以供给升压室146。在一些示例中，空气进气通道42可以包括具有滤清器的气箱(air box)(未示出)。排气旋转经由轴161联接到压缩机162的涡轮164。真空操作的废气门致动器72使排气能够绕过涡轮164，使得升压压力能够在变化的工况下被控制。在可替代的实施例中，废气门致动器可以是压力或电致动的。响应提高的升压要求，例如在驾驶员踩加速器踏板期间，可以关闭废气门72(或可以减少废气门的开度)。通过关闭废气门，可以增加涡轮上游的排气压力，从而提高涡轮速度和峰值功率输出。这样允许升压压力被升高。此外，当压缩机再循环阀部分地打开时废气门能够朝着闭合的位置移动以保持期望的升压压力。在另一个示例中，响应降低的升压要求，例如在驾驶员松加速器踏板期间，可以打开废气门72(或可以增加废气门的开度)。通过打开废气门，能够降低排气压力，从而降低涡轮速度和涡轮功率。这样允许降低升压压力。
[0028]压缩机再循环阀158 (CRV)可以围绕压缩机162设置在压缩机再循环路径159中，使得空气可以从压缩机出口移动到压缩机入口，以便降低可以在压缩机162两侧形成的压力。增压空气冷却器157可以在压缩机162的下游设置在通道146中，用于冷却提供给发动机进气装置的升压的空气充气。在所描述的示例中，压缩机再循环路径159构造成将冷却的压缩空气从增压空气冷却器157的下游再循环到压缩机入口。在替代的示例中，压缩机再循环路径159构造成将压缩空气从压缩机的下游和增压空气冷却器157的上游再循环到压缩机入口。可以经由来自控制器12的电信号打开和关闭CRV158。CRV158可以构造成具有默认的半打开位置的三态阀，从半打开位置可以移动到全打开位置或全关闭位置。
[0029]无分电器点火系统90响应控制器12经由火花塞92为燃烧室30提供点火火花。点火系统90可以包括双电感线圈点火系统，其中两个点火线圈变压器连接到发动机的每个火花塞。简单地转向图2，示出根据本公开的实施例的双线圈点火系统200的示例，其可以与图1的发动机一起使用。第一点火线圈202可以是低电感变压器，构造成用于向火花塞204提供高峰值次级电流。在一些实施例中，第一点火线圈202可以响应于提供给初级绕组206的编码的保持命令来被保持并点火，用于接近压缩冲程结束的每个汽缸事件。例如，当电流通过初级绕组206时，保持第一点火线圈202，从而产生磁场。由于通过初级绕组206的电流的停止或中断，点火第一点火线圈，从而引起磁场和通过第一点火线圈的次级绕组212的高电压脉冲消失。第二点火线圈208可以是具有比第一点火线202高的电感的高电感变压器，其构造成用于为火花塞204提供长火花持续时间。因此第二点火线圈208可以响应于提供给初级线圈210的编码的保持命令被保持并点火，以在选择的燃烧条件下扩大第一点火线圈202。如图2所示，第一和第二点火线圈的次级绕组212和214分别地通过包括电流操纵的二极管216和218的二极管电路串联连接。
[0030]电流操纵的二极管216和218可以配置成确保保持储存在第二点火线圈208中的能量，直到储存的能量对火花塞204的贡献最有效用于帮助燃烧。例如，二极管电路可以构造成使得当通过第一点火线圈202的电流下降到对应和/或相当于在保持结束由其电荷状态确定的第二点火线圈208中的峰值次级电流的水平时，第二点火线圈208把储存的能量贡献给火花塞204。第二点火线圈208可以针对通过第二次级绕组214的峰值电流来配置，该峰值电流是通过第一点火线圈202的次级绕组212的峰值电流的一部分。因此，当通过次级绕组212的电流下降到次级绕组214的峰值电流时，在图2中的B点所示的二极管216和218的阳极处的接点变成比施加于初级绕组210的电源电压更负，从而使流过二极管218的电流停止。当流过二极管218的电流停止时，来自第二点火线圈208的次级绕组214的能量被添加到在火花塞处的辉光阶段放电。因此，储存在第二点火线圈208的能量的放电可以经由二极管电路而不需要来自控制器的单独的信号来自动控制。
[0031]如图2中标记的，点A对应第二点火线圈208的次级绕组214的输出，点B对应二极管216和218的阳极的接点，而点C对应第一点火线圈202的次级绕组212的输出。在保持期间，由A点和C点表示的次级线圈212和214的输出是正的，而二极管216和218的阳极的接点是负的。当使低电感线圈，第一点火线圈202点火时，点A保持正，而点B变成接地并且点C变成负。当通过次级线圈212的电流下降时，点A、B和C变成负，因为次级线圈214为火花塞204提供能量。因此，二极管216可以构造成经受的最大电压等于在线圈202和208的保持期间穿过次级绕组212和214预期的组合的最大电压。二极管218可以构造成经受的最大电压等于在线圈202的保持期间穿过次级绕组212预期的最大电压和在火花塞204的辉光阶段期间预期的最大电压中较大的电压。
[0032]返回到图1，通用排气氧(UEGO)传感器126被示出联接到催化转化器70上游的排气歧管148。可替代地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。在一个示例中，转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以用每个具有多个催化剂砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转化器70可以是三元催化剂。虽然在所示的示例中示出在涡轮164上游的UEGO传感器126，但是应当明白，在替代的实施例中，UEGO传感器可以设置在涡轮164下游和转化器70上游的排气歧管中。
[0033]在图1中控制器12被示出为微型计算机，其包括:微处理单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/o) 104、只读存储器(ROM) 106、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM)IlO和常规数据总线。控制器12被示出接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除了前面提到的那些信号之外，还包括:来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);联接到加速器踏板130用于感测由车辆操作者的脚132调整的加速器踏板位置(PP)的位置传感器134 ;用于确定尾气的点火的爆震传感器(未示出)；来自联接到进气歧管144的压力传感器121的发动机歧管绝对压力(MAP)的测量值；来自联接到升压室146的压力传感器122的升压压力测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。也可以感测大气压力(传感器未示出)用于由控制器12处理。在本说明的优选方面，发动机位置传感器118对于曲轴每一转产生预定数量的等间隔脉冲，从脉冲的数目能够确定发动机转速(RPM)。
[0034]在一些实施例中，在混合动力车辆中发动机可以联接到电动马达/蓄电池系统。混合动力车辆可以具有并联的结构、串联的结构、或其变化或组合。
[0035]在运行期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环:循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般地，排气门154关闭而进气门152打开。空气经由进气歧管144引进到燃烧室30，并且活塞36运动到汽缸底部以便增大燃烧室30内的容积。在活塞36接近汽缸底部并且在其冲程的结束(例如，当燃烧室30在其最大容积时)的位置通常被本领域的技术人员叫做下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门152和排气门154都关闭。活塞36朝着汽缸盖运动以便压缩燃烧室30内的空气。在活塞36处在其冲程结束并且最接近汽缸盖(例如，当燃烧室30处在最小容积时)的点通常被本领域的技术人员叫做上止点(TDC)。在其后叫做喷射的过程中，燃料被引进到燃烧室里。在其后叫做点火的过程中，喷射的燃料通过诸如火花塞92的已知的点火装置被点火，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体推动活塞返回到BDC。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气燃料混合物释放到排气歧管148并且活塞返回到TDC。应当指出，上面仅仅作为一个示例描述，并且进气门和排气门的打开和/或关闭正时可以变化，例如，提供正的或负的气门重叠、延迟进气门关闭或各种其他示例。
[0036]图3示出可以与发动机，例如图1所示的发动机，一起使用的双线圈点火系统300的详细的电路图。点火系统300包括构造成类似于图2的第一点火线圈202的第一点火线圈302，和构造成类似于图2的第二点火线圈208的第二点火线圈304。例如，第一点火线圈302可以具有比第二点火线圈304低的电感。第一点火线圈302的输出通信地连接到火花塞310。第一点火线圈302和第二点火线圈304两者的初级绕组的正输入连接到在图3中标记为+Vlffl的点火电压源。例如，Vira可以由蓄电池或任何其他合适的电源提供。在二极管308的阴极端的节点可以或者如图所示连接到+Vkn或者如图2中的二极管218的阴极端所示接地。在两种结构的任何一种结构中，二极管的位置和取向通过中断来自第二点火线圈304的次级绕组的电流，直到二极管306和308的阳极的接点变得比电源电压更负为止，使二极管能够控制电流的流动。
[0037]编码的保持命令312可以用来控制通过第一点火线圈302和第二点火线圈304每个的电流的流动，因而控制线圈的有关的保持和点火。编码的保持命令312基于脉冲宽度或其他的编码特征可以允许单个电感器和/或单个源能够供应多个不同的命令。例如，第一脉冲宽度可以指示用于第一点火线圈的保持的开始的命令，而第二脉冲宽度可以指示用于第二点火线圈的保持的开始的命令。如图所示，编码的保持命令312和VrcN可以通信地连接到解码器314。解码器314也可以通信地连接到固态装置，例如晶体管316a和316b，用于基于编码的保持命令312产生和中断到第一点火线圈302和第二点火线圈304的初级绕组的电流。解码器312和晶体管316a和316b可以形成用于点火线圈的保持控制的智能驱动器，其包括解释逻辑，以解码所提供用于点火线圈的控制的保持命令。
[0038]解码器314包括通信地连接到存储装置的处理器。该处理器可以配置成执行存储在该存储装置上的计算机可读的和/或机器可读的指令，以执行诸如本文所述的解码和保持控制的操作。解码器314可以包括可执行的指令，以评估编码的保持命令，以便判断到第一点火线圈和/或第二点火线圈的电流是否应该改变状态。例如，解码器314可以基于发动机速度、负荷和/或其他参数确定响应保持的希望的开始产生的编码的保持命令的上升沿。响应于检测上升沿，在检测到上升沿之后解码器314可以等待预定的时间量。
[0039]当经过预定的时间量时或检测到下降沿之后，解码器314可以确定检测到长脉冲还是短脉冲。例如，如果在经过预定的时间量之前检测到下降沿，那么解码器314可以确定编码的保持命令包括短脉冲，而经过预定的时间量没有检测到下降沿可以指示长脉冲。响应于短脉冲，解码器314可以通过将晶体管316b连接到电压源+Vkn，启动和/或增加到第二点火线圈304的电流。例如，解码器314可以包括控制晶体管的栅极和电压源之间的连接的开关元件。响应于长脉冲，解码器314可以通过将晶体管316a连接到电压源启动和/或增加到第一点火线圈302的电流。当检测到长脉冲的下降沿时，解码器314可以通过将晶体管316a和316b与电压源+Vlffl断开停止和/或减少到第一和第二点火线圈的电流。在一些实施例中，晶体管316a和316b可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，与其他晶体管结构相比其表现出增加的效率和转换时间。如本文所述，解码器可以包括具有形成在其中的指令和算子的逻辑单元，用于解码编码信号。
[0040]图4是方法400的流程图，方法400用于与图2或图3的结构合作控制点火线圈，并且因此控制发动机中的，例如图1所示的发动机中的火花产生。例如，方法400可以由图1的控制器12来执行并且由图3的解码器314来检测。在402处，方法400可选地包括输出编码的保持命令，以控制第二较高电感的点火线圈，例如图2的第二点火线圈208和/或图3的第二点火线圈304。如在404处所示，编码的保持命令可以包括短脉冲，使得控制器可以输出短脉冲以发出第二点火线圈的保持的开始的信号。例如，短脉冲可以是75微秒或更短的持续时间，并且第二点火线圈的保持的开始可以在检测到短脉冲的下降沿之后的某个点处发生。
[0041]第二点火线圈在得益于由第二较高电感的点火线圈提供的延长的火花持续时间的工况期间才可以被保持。例如，在高RPM和/或高负荷条件期间，第一较低电感的点火线圈的输出可以足以提供可靠的燃烧，并且方法400可以直接进行到406而不输出编码的保持命令来开始第二点火线圈的保持。
[0042]在406处，方法400包括输出编码的保持命令以开始第一较低电感的点火线圈的保持。例如，第一点火线圈可以对应于图2的第一点火线圈202和/或图3的第二点火线圈302。如在408处所示，编码的保持命令可以包括长脉冲，使得输出长脉冲来指示第一点火线圈的保持的开始。长脉冲可以是150微秒或更长的持续时间，和/或大于用于发出第二点火线圈开始保持的信号的短脉冲的任何合适的值。在一些实施例中，长脉冲可以包括确认期，使得第一点火线圈的保持的开始可以被延迟以在确认期已经过去之后发生，而不是当检测到长脉冲的上升沿时立即发生。确认期可以具有比短脉冲的持续时间长的持续时间，使得在开始第一点火线圈的保持之前长脉冲不同于短脉冲。
[0043]在命令的保持期间，电流通过第一和/或第二点火线圈的初级绕组以产生磁场。在410处，方法400还包括输出编码的保持命令的结束以使第一和第二点火线圈点火。保持命令的结束可以包括长脉冲的终止，如在412处所示。例如，响应于检测到长脉冲的下降沿，可以中断和/或停止通过第一和/或第二点火线圈的初级绕组的电流。通过初级绕组的电流的中断引起穿过点火线圈的相应的次级绕组的高电压脉冲。在诸如如图2和3分别所示的点火系统200和/或300的结构中，当通过有关的初级绕组的电流中断时，第一点火线圈的次级绕组到火花塞的直接连接允许第一点火线圈立即为火花塞提供高峰值次级电流。同样的，图2和图3所示的二极管电路允许第二点火线圈储存能量，直到通过第一点火线圈的次级绕组的电流已经下降到第二点火线圈的峰值次级电流的电平为止。因此，单个命令可以用来控制两个点火线圈的点火，同时还提供第二点火线圈相对于第一点火线圈的放电延迟。以这种方式，只有当燃烧条件许可并且没有单独控制的点火命令信号时，第二点火线圈才可以提供附加的火花能量。
[0044]图5和图6不出反映响应于编码的保持命令在本文所描述的第一和第二点火线圈的运行的波形图，和这种运行对施加于火花塞的能量的影响。在所示的波形图中，X轴线对应于共享的时间线，而每个Y轴线对应于指示接近有关波形图的参数。从火花塞进入点火线圈的次级电流在每个图中在正方向被示出。在图5中，波形图500示出响应于仅第一点火线圈的保持和点火的第一和第二点火线圈的运行。例如，波形图500可以从执行图4所示的方法400的步骤406到412产生。
[0045]波形502对应于编码的保持命令，其可以从控制器，例如图1所示的控制器12提供。波形504和506分别对应于流过第一点火线圈(例如图2所示的第一点火线圈202和/或图3的第一点火线圈302)的初级电流和次级电流。波形508和510分别对应于流过第二点火线圈(例如图2所示的第二点火线圈208和/或图3的第二点火线圈304)的初级电流和次级电流。波形512对应于对火花塞的组合的输出，例如供应给图2的火花塞204和/或图3的火花塞310的电流。
[0046]在时间Tl处，编码的保持命令处在低或接地，从而导致没有电流通过两个点火线圈的每个绕组。因此，对火花塞512的组合的输出也可以等于零。然而，在时间T2处，正如上升沿和在波形502上所示的高值处的有关持续时间所表示的，编码的保持命令已经发出一段时间。例如，时间T2可以对应于在长脉冲编码的保持命令的上升沿之后的阈值时间段。与短脉冲、噪音和其他信号相反，该阈值时间段可以与确认期有关，用于确保用于第一点火线圈的“保持的开始”命令是预期的。在一些示例中，时间T2可以对应于编码的保持命令的前一个边沿之后的150微秒中的一瞬间。因此，如波形504所示，通过第一点火线圈的初级绕组的电流响应于检测到编码的保持命令的上升沿之后已经过去的阈值时间段而增加。如上所述，第二点火线圈响应于短脉冲而不是长脉冲被命令保持，因此波形508和510在时间T2处不变化。同样，在第一点火线圈的初级绕组处的电流的增大产生磁场，但是不影响通过第一点火线圈的次级绕组的电流，这个电流被图2的二极管216和218或图3的二极管306和308阻断，因此在时间T2处波形506和512也保持不变化。
[0047]在时间T3处，然而，如波形502所示，出现编码的保持命令的下降沿。当其发出第一点火线圈点火的信号时，初级线圈中的电流被中断，从而下降到零(如在504上所示)。作为响应，由于第一点火线圈的初级绕组中的先前的电流产生的磁场消失(collapse)，从而引起穿过第一点火线圈的次级绕组的电压脉冲和在时间T3处的波形506上所示的峰值电流输出。由于在第二点火线圈中没有磁场产生，所以波形508和510保持不变，并且对火花塞的组合的输出相当于第一点火线圈的次级电流。在时间T4处，电流从次级绕组继续被放电，从而提供对火花塞的对应的输出。由于第二点火线圈不导致组合的输出，火花塞经受以第一点火线圈的结构为特性的高峰值电流和短火花持续时间。
[0048]图6示出对应于第二点火线圈被保持并且点火以便导致对火花塞的输出的运行的示范性波形图600。在所示的实施例中，时间Tl对应于编码的保持命令602产生短脉冲之后不久的时间。例如，时间Tl可以对应于检测到短脉冲的下降沿之后的阈值持续时间。因此，该阈值持续时间可以对应于用于核实编码的保持命令对应于短脉冲的确认期。响应于短脉冲和/或短脉冲的下降沿之后的阈值持续时间的结束，通过第二较高电感的点火线圈的电流608随着线圈的保持的开始而增大。由于短脉冲表示用于第二较高电感的点火线圈的命令，而不是第一较低电感的点火线圈的命令，在604和606处分别示出的第一点火线圈的初级电流和次级电流保持不变。第二点火线圈没有已被点火，因此第二点火线圈的次级绕组没有经受电流，如在610处所示。因此，对火花塞612的组合的输出保持不变。
[0049]图6的时间T2对应于图5的时间T2，因而引起在604处所示的第一点火线圈的保持的开始。因为长脉冲和有关的确认期的开始对应于用于第一点火线圈，而不是第二点火线圈的命令，所以第二点火线圈的初级绕组保持，不受长脉冲的检测影响。
[0050]在时间T3处，长脉冲的下降沿被检测。如在波形604和608中所示，在有关的线圈被同时点火时，在第一点火线圈和第二点火线圈两者的初级绕组中的电流被中断。作为响应，第一和第二点火线圈的次级电流升高到相应的峰值。例如，由于第一点火线圈构造成用于高峰值电流，在时间T3处在线圈I的次级电流606可以高于在时间T3处在线圈2的次级电流610。由于图2和图3所示的二极管电路和串联连接的次级绕组，通过点火线圈I的次级绕组的电流流过第二二极管(例如图3的二极管308)和第二点火线圈。因此，当第二点火线圈的次级绕组两端的电压大致为零时，在时间T3和T4之间第二点火线圈的磁通量保持在初始的保持的结束的水平。在这个时间期间储存在第二点火线圈中的能量对火花塞不产生贡献，因此对火花塞的组合的输出对应于第一点火线圈的次级电流。
[0051]在时间T4处，第一点火线圈的次级电流下降到第二点火线圈的峰值次级电流的水平，如在时间T4处的波形606和610的同等的水平所示。因此，图3的二极管306和308的阳极的接点，例如，变成比电源电压更负，并且通过二极管308的电流停止。作为响应，所有的电流流过两个点火线圈并且第二点火线圈将储存在其中的能量添加到由第一点火线圈提供给火花塞的能量。如从时间T4向前所示，来自次级线圈的贡献减慢对火花塞的输出的下降，使得与图5的波形512所示的火花持续时间相比，增加火花持续时间。由第二点火线圈提供给火花塞的能量的量和时机决定于在第二点火线圈中储存的磁通量，这是由第二点火线圈的结构和保持的持续时间所确定的。因此，提供给火花塞的能量的量和时机可以通过参考第一点火线圈的保持时间的开始和/或保持时间的结束来改变第二点火线圈的保持时间的开始来调节。
[0052]图7示出用于上面描述一个或多个双线圈点火系统的示范性封装700。在当前的实践中，低电感点火线圈可以构造为长、细的“铅笔状”或“杆状”线圈结构，并且构造成装配在引导通过发动机的凸轮盖或阀盖到火花塞的火花塞孔管(well tube)中。高电感点火线圈可以构造为“柱塞顶部”线圈结构，类似一些其他的变压器封装结构。柱塞顶部线圈结构可以是立方体形状的并且经由嵌入在橡胶套管中的长弹簧安装在火花塞孔的顶部。在具有并联连接的次级绕组的双线点火系统中，处于柱塞顶部结构的高电感点火线圈的最大输出太高而不允许该输出沿着铅笔状线圈结构的主体的旁边发送到火花塞的顶部。上面描述的其中次级绕组串联连接的系统和方法确保高电感点火线圈的最大输出相当低并且包含在铅笔状线圈的顶部，不需要发送到火花塞的顶部。例如，并联连接的双线圈结构可能经受最大-40，000伏的输出，而本结构在保持的开始处可以提供±1，500伏的最大电压并且在线圈放电期间由最大的辉光相电压控制，其中峰值小于6，000伏。与并联连接的结构相比，串联连接的结构的较低的最大电压应力可以在铅笔状线圈的顶部处被保持并隔离。
[0053]因此，串联连接的结构(例如图2和图3所示的结构)可以利用组合的柱塞顶部和铅笔状线圈结构，其与两个并排的柱塞顶部线圈结构相比提供更紧凑的封装。如图7所示，低电感点火线圈702被提供具有铅笔状线圈结构。铅笔状线圈结构可以包括杆状中心芯704和绕中心芯704缠绕的次级绕组708。次级绕组708的输出可以经由弹簧710提供给火花塞。初级绕组706可以绕次级绕组708的外面缠绕。
[0054]高电感点火线圈712可以构造为柱塞顶部结构并且位于低电感点火线圈702的铅笔状线圈结构的上方或顶部上。低电感点火线圈702可以经由二极管电路714通信地连接到高电感点火线圈712。例如，二极管电路714可以包括由图3的二极管306和308提供的二极管结构。高电感点火线圈712可以包括线圈壳体716，其包含初级绕组718和次级绕组720在其中。用于两个点火线圈702和712的保持控制的智能驱动器722可以定位在高电感点火线圈712的上方或直接在顶部上，或在高电感点火线圈712的侧面。例如，智能驱动器722可以对应于图3的解码器314和有关的晶体管316a和316b。
[0055]上面所述的封装因而在单个封装内提供高峰值次级电流和与铅笔状线圈有关的火花塞孔空间的有效利用，以及用柱塞顶部结构实现的长火花持续时间。因此，串联连接的双线圈点火系统不仅提供有效的控制方式(scheme)和较低的部件应力，而且还能够利用比并联连接的双线圈点火系统更紧凑的封装结构。
[0056]应当指出，本文包括的示范性控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统结构一起应用。本文描述的具体程序可以表示任何数目处理策略的其中一个或更多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序进行，并行进行，或在一些情况下可以被省略。同样，为了实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易说明和描述而提供。一个或更多个所示的动作、操作和/或功能根据所用的特定策略可以重复地进行。而且，所述的动作操作和/或功能可以图示地表示被编程在发动机控制系统中的计算机可读的储存介质中的非瞬变的存储器中的编码。
[0057]应当明白，本文所公开的结构和程序在本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。而且，本公开的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0058]下面的权利要求具体指出认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或更多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过修改本权利要求或在本申请和相关申请中提出新权利要求来要求保护。这些权利要求，比原权利要求在范围上无论是更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种双线圈点火系统，其特征在于，包括: 第一电感点火线圈，所述第一电感点火线圈包括第一初级绕组和第一次级绕组； 第二电感点火线圈，所述第二电感点火线圈包括第二初级绕组和第二次级绕组，所述第二次级绕组串联连接到所述第一次级绕组；和 二极管电路，所述二极管电路包括连接在所述第一次级绕组和所述第二次级绕组之间的第一二极管和第二二极管。
2.根据权利要求1所述的双线圈点火系统，其特征在于，还包括具有存储在存储器中的指令的控制器，以提供一个或更多个保持命令，从而控制通过所述第一初级绕组和所述第二初级绕组的电流流动。
3.根据权利要求2所述的双线圈点火系统，其特征在于，所述保持命令是编码的保持命令，所述系统还包括解码器，其配置成接收并且解码来自所述控制器的所述编码的保持命令。
4.根据权利要求3所述的双线圈点火系统，其特征在于，还包括通信地连接到所述解码器和所述第一初级绕组的第一晶体管以及通信地连接到所述解码器和所述第二初级绕组的第二晶体管。
5.根据权利要求4所述的双线圈点火系统，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管都是绝缘栅双极型晶体管。
6.根据权利要求1所述的双线圈点火系统，其特征在于，还包括直接连接到所述第一次级绕组的输出的火花塞。
7.根据权利要求1所述的双线圈点火系统，其特征在于，所述第一二极管配置成当来自所述第一电感点火线圈的能量已经下降到所述第二电感点火线圈中的储存的电荷水平时，使电流从所述第一电感点火线圈流到所述第二电感点火线圈。
8.—种双线圈点火系统，其特征在于，包括: 具有相互串联连接的第一次级绕组和第二次级绕组的第一点火线圈和第二点火线圈；和 连接到所述第一次级绕组的输出的第一二极管和第二二极管，当来自所述第一点火线圈的能量下降到在所述第二点火线圈中的储存的电荷水平时，连接的所述第一二极管使电流从所述第一点火线圈流到所述第二点火线圈。
9.根据权利要求8所述的双线圈点火系统，其特征在于，还包括具有存储在存储器中的指令的控制器，以提供一个或多个保持命令，从而控制通过所述第一初级绕组和所述第二初级绕组的电流的流动。
10.根据权利要求9所述的双线圈点火系统，其特征在于，所述保持命令是编码的保持命令，所述系统还包括解码器，其配置成接收并且解码来自所述控制器的所述编码的保持命令。
11.根据权利要求10所述的双线圈点火系统，其特征在于，所述第二点火线圈配置成柱塞顶部线圈并且所述第一点火线圈配置成铅笔状线圈。
12.根据权利要求11所述的双线圈点火系统，其特征在于，所述第二点火线圈被定位在所述第一点火线圈的顶部上，所述第一点火线圈经由包括所述第一二极管和所述第二二极管的二极管电路通信地连接到所述第二点火线圈。
【文档编号】F02P15/00GK204126800SQ201420296927
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2013年6月6日
【发明者】G·J·胡伯茨, 曲秋平, M·D·西泽卡拉 申请人:福特环球技术公司