雙線圈點火系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及雙線圈點火系統(tǒng)。提供了一種雙線圈點火系統(tǒng)。該雙線圈點火系統(tǒng)包括具有第一初級繞組和第一次級繞組的第一電感點火線圈，和具有第二初級繞組和第二次級繞組的第二電感點火線圈，第二次級繞組串聯(lián)連接到第一次級繞組。該雙線圈點火系統(tǒng)還包括具有連接在第一次級繞組和第二次級繞組之間的第一二極管和第二二極管的二極管電路。
【專利說明】雙線圈點火系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及用于控制提供給發(fā)動機的火花塞的火花能量的雙線圈點火系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機系統(tǒng)可以構(gòu)造成具有諸如渦輪增壓器或機械增壓器的升壓裝置，用于提供增升壓的空氣充氣并且改善峰值功率輸出。響應(yīng)于由這樣的發(fā)動機系統(tǒng)提供的升壓的輸出，可以通過在高速和高負荷條件下提供高峰值次級電流，而在稀薄和/或稀釋條件下以低速和低負荷提供長火花持續(xù)時間來實現(xiàn)火花塞的有效的運行和穩(wěn)定的燃燒。但是，高峰值次級電流和長火花持續(xù)時間是用于點火線圈配置的對抗的特性，從而導(dǎo)致在上面定義的一個或多個條件下系統(tǒng)降低運行價值而有利于另外的條件。
實用新型內(nèi)容
[0003]本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到上述問題，并且提供一種至少部分地解決這些問題的系統(tǒng)。在一個實施例中，一種系統(tǒng)包括第一電感點火線圈和第二電感點火線圈，該第一電感點火線圈包括第一初級繞組和第一次級繞組，該第二電感點火線圈包括第二初級繞組和第二次級繞組。該第二次級繞組串聯(lián)連接到第一次級繞組。該系統(tǒng)還包括二極管電路，該二極管電路包括連接在第一次級繞組和第二次級繞組之間的第一二極管和第二二極管。
[0004]以這種方式，兩個線圈的每個可以針對對抗的特性中不同的一個特性(例如，高峰值次級電流或長火花持續(xù)時間)來配置，并且操縱二極管結(jié)合每個線圈的輸出，使得當(dāng)工況許可時才提供附加的火花能量。
[0005]在一個實施例中，一種系統(tǒng)包括具有相互串聯(lián)連接的第一次級繞組和第二次級繞組的第一點火線圈和第二點火線圈；和連接到第一次級繞組的輸出的第一二極管和第二二極管，當(dāng)來自第一點火線圈的能量下降到在第二點火線圈中的儲存的電荷水平時，連接的第一二極管使電流從第一點火線圈流到第二點火線圈。
[0006]在另一個實施例中，提供一種方法。該方法包括:輸出第一命令以引起第一電流通過第一點火線圈；輸出第二命令以引起第二電流通過第二點火線圈；結(jié)束第一命令；以及響應(yīng)于第一命令的結(jié)束中斷第一電流和第二電流。
[0007]在另一個實施例中，第一命令是長脈沖而第二命令是短脈沖，第一脈沖比第二脈沖長。
[0008]在另一個實施例中，第一命令的結(jié)束通過長脈沖的下降沿來檢測。
[0009]在另一個實施例中，長脈沖的持續(xù)時間是150微秒或更長。
[0010]在另一個實施例中，短脈沖的持續(xù)時間是75微秒或更短。
[0011]在另一個實施例中，第一命令和第二命令的至少一個是編碼的保持命令/駐留命令(dwell co_and),該方法還包括基于當(dāng)前的發(fā)動機工況響應(yīng)于對附加的火花能量的請求才提供較長的火花持續(xù)時間。
[0012]在另一個實施例中，該方法還包括響應(yīng)于在第一命令開始之后延長的時間延續(xù)的結(jié)束中斷第一電流和第二電流。
[0013]在另一個實施例中，該方法還包括中斷第二電流包括響應(yīng)于在第二命令開始之后延長的時間延續(xù)的結(jié)束停止通過第二點火線圈的第二初級繞繞組的電流。
[0014]本公開可以提供若干優(yōu)點。例如，通過當(dāng)工況要求附加的火花能量時才提供長火花持續(xù)時間，與總是提供長火花持續(xù)時間的系統(tǒng)相比可以減少總的電能消耗。而且，與利用并聯(lián)連接的二極管的雙線圈點火系統(tǒng)相比，通過使電流操縱的二極管經(jīng)受低得多的最大電壓，該結(jié)構(gòu)減少部件應(yīng)力，因而延長部件壽命。此外，較低的最大電壓能夠?qū)崿F(xiàn)位于鉛筆狀或桿狀線圈的頂上的柱塞(Plug)頂部線圈的緊湊的線圈組裝，因而，與構(gòu)造成在一個殼體中或兩個分開的線圈封裝中具有兩個并排的柱塞頂部線圈的雙線圈系統(tǒng)相比，減少在發(fā)動機上的封裝的實際面積(estate)需要。
[0015]當(dāng)單獨的或結(jié)合附圖的從以下【具體實施方式】將容易明白本說明的以上優(yōu)點和其他優(yōu)點，以及特征。
[0016]應(yīng)當(dāng)明白，提供上面的概述是為了以簡單的形式引進選擇的構(gòu)思，這種構(gòu)思在【具體實施方式】中進一步描述。這并不意味著視為所要求保護主題的關(guān)鍵的或基本的特征，所要求保護主題的范圍由【具體實施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。而且，所要求保護的主題不限于解決上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是發(fā)動機的示意圖。
[0018]圖2示出根據(jù)本公開的實施例的雙線圈點火系統(tǒng)的電路圖。
[0019]圖3示出根據(jù)本公開的實施例的雙線圈點火系統(tǒng)的詳細電路圖。
[0020]圖4是控制點火線圈的方法的流程圖。
[0021]圖5和圖6示出響應(yīng)于編碼的保持命令的第一和第二點火線圈的工作的波形圖。
[0022]圖7示出用于根據(jù)本公開的實施例的雙線圈點火系統(tǒng)的封裝的示意圖。

【具體實施方式】
[0023]本文公開了一種具有經(jīng)由電流操縱的二極管電路串聯(lián)連接的次級繞組的雙線圈點火系統(tǒng)。通過允許獨立控制保持時間的開始，同時用單個命令同時結(jié)束每個點火線圈的保持，兩個點火線圈的串聯(lián)連接能夠?qū)崿F(xiàn)有效的控制。通過將相對低電感的點火線圈連接到相對高電感的點火線圈，得到的結(jié)構(gòu)基于燃燒條件提供高峰值次級電流和長火花持續(xù)時間。
[0024]圖1示出車輛的發(fā)動機系統(tǒng)100。車輛可以是具有與道路表面接觸的驅(qū)動輪的道路車輛。發(fā)動機系統(tǒng)100可以包括具有多個汽缸的發(fā)動機10。圖1詳細地描述一個這樣的汽缸或燃燒室。發(fā)動機10的各種部件可以由電子發(fā)動機控制器12控制。發(fā)動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36設(shè)置在其中并且連接到曲軸40。燃燒室30被示出經(jīng)由相應(yīng)的進氣門152和排氣門154與進氣歧管144和排氣歧管148連通。每個進氣門和排氣門可以由進氣凸輪51和排氣凸輪53操作?？商娲?，一個或更多個進氣門和排氣門可以由機電控制的氣門線圈和銜鐵組件來操作。進氣凸輪51的位置可以由進氣凸輪傳感器55確定，排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。
[0025]燃料噴射器66設(shè)置成直接噴射燃料到燃燒室30中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將其稱之為直接噴射。可替代地，燃料可以噴射到進氣道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將其稱之為進氣道噴射。燃料噴射器66與來自控制器12的信號的脈沖寬度FPW成正比提供液體燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料軌的燃料系統(tǒng)(未示出)提供給燃料噴射器66。從響應(yīng)控制器12的驅(qū)動器68給燃料噴射器66供給工作電流。此外，進氣歧管144被示出與任選的電子節(jié)氣門62連通，該節(jié)氣門調(diào)節(jié)節(jié)流板66的位置以控制到發(fā)動機燃燒室30的氣流。這可以包括控制來自進氣升壓室146的升壓的空氣的氣流。在一些實施例中，節(jié)氣門62可以被省去并且到發(fā)動機的氣流可以經(jīng)由聯(lián)接到空氣進氣通道42并且設(shè)置在升壓室146上游的單個空氣進氣系統(tǒng)節(jié)氣門(AIS節(jié)氣門)82控制。
[0026]在一些實施例中，發(fā)動機10構(gòu)造成提供排氣再循環(huán)，或EGR。當(dāng)被包括時，EGR經(jīng)由EGR通道135和EGR閥138從渦輪164下游的排氣系統(tǒng)中的位置提供給在空氣進氣系統(tǒng)(AIS)節(jié)氣門82下游的位置處的發(fā)動機空氣進氣系統(tǒng)。當(dāng)存在壓差時EGR可以從排氣系統(tǒng)被吸入到進氣系統(tǒng)以驅(qū)動該流動。壓差可以通過部分地關(guān)閉AIS節(jié)氣門82形成。節(jié)流板84控制壓縮機162入口處的壓力。AIS可以是電控制的并且其位置可以基于任選的位置傳感器88來調(diào)節(jié)。
[0027]壓縮機162從空氣進氣通道42吸入空氣以供給升壓室146。在一些示例中，空氣進氣通道42可以包括具有濾清器的氣箱(air box)(未示出)。排氣旋轉(zhuǎn)經(jīng)由軸161聯(lián)接到壓縮機162的渦輪164。真空操作的廢氣門致動器72使排氣能夠繞過渦輪164，使得升壓壓力能夠在變化的工況下被控制。在可替代的實施例中，廢氣門致動器可以是壓力或電致動的。響應(yīng)提高的升壓要求，例如在駕駛員踩加速器踏板期間，可以關(guān)閉廢氣門72(或可以減少廢氣門的開度)。通過關(guān)閉廢氣門，可以增加渦輪上游的排氣壓力，從而提高渦輪速度和峰值功率輸出。這樣允許升壓壓力被升高。此外，當(dāng)壓縮機再循環(huán)閥部分地打開時廢氣門能夠朝著閉合的位置移動以保持期望的升壓壓力。在另一個示例中，響應(yīng)降低的升壓要求，例如在駕駛員松加速器踏板期間，可以打開廢氣門72(或可以增加廢氣門的開度)。通過打開廢氣門，能夠降低排氣壓力，從而降低渦輪速度和渦輪功率。這樣允許降低升壓壓力。
[0028]壓縮機再循環(huán)閥158 (CRV)可以圍繞壓縮機162設(shè)置在壓縮機再循環(huán)路徑159中，使得空氣可以從壓縮機出口移動到壓縮機入口，以便降低可以在壓縮機162兩側(cè)形成的壓力。增壓空氣冷卻器157可以在壓縮機162的下游設(shè)置在通道146中，用于冷卻提供給發(fā)動機進氣裝置的升壓的空氣充氣。在所描述的示例中，壓縮機再循環(huán)路徑159構(gòu)造成將冷卻的壓縮空氣從增壓空氣冷卻器157的下游再循環(huán)到壓縮機入口。在替代的示例中，壓縮機再循環(huán)路徑159構(gòu)造成將壓縮空氣從壓縮機的下游和增壓空氣冷卻器157的上游再循環(huán)到壓縮機入口?？梢越?jīng)由來自控制器12的電信號打開和關(guān)閉CRV158。CRV158可以構(gòu)造成具有默認(rèn)的半打開位置的三態(tài)閥，從半打開位置可以移動到全打開位置或全關(guān)閉位置。
[0029]無分電器點火系統(tǒng)90響應(yīng)控制器12經(jīng)由火花塞92為燃燒室30提供點火火花。點火系統(tǒng)90可以包括雙電感線圈點火系統(tǒng)，其中兩個點火線圈變壓器連接到發(fā)動機的每個火花塞。簡單地轉(zhuǎn)向圖2，示出根據(jù)本公開的實施例的雙線圈點火系統(tǒng)200的示例，其可以與圖1的發(fā)動機一起使用。第一點火線圈202可以是低電感變壓器，構(gòu)造成用于向火花塞204提供高峰值次級電流。在一些實施例中，第一點火線圈202可以響應(yīng)于提供給初級繞組206的編碼的保持命令來被保持并點火，用于接近壓縮沖程結(jié)束的每個汽缸事件。例如，當(dāng)電流通過初級繞組206時，保持第一點火線圈202，從而產(chǎn)生磁場。由于通過初級繞組206的電流的停止或中斷，點火第一點火線圈，從而引起磁場和通過第一點火線圈的次級繞組212的高電壓脈沖消失。第二點火線圈208可以是具有比第一點火線202高的電感的高電感變壓器，其構(gòu)造成用于為火花塞204提供長火花持續(xù)時間。因此第二點火線圈208可以響應(yīng)于提供給初級線圈210的編碼的保持命令被保持并點火，以在選擇的燃燒條件下擴大第一點火線圈202。如圖2所示，第一和第二點火線圈的次級繞組212和214分別地通過包括電流操縱的二極管216和218的二極管電路串聯(lián)連接。
[0030]電流操縱的二極管216和218可以配置成確保保持儲存在第二點火線圈208中的能量，直到儲存的能量對火花塞204的貢獻最有效用于幫助燃燒。例如，二極管電路可以構(gòu)造成使得當(dāng)通過第一點火線圈202的電流下降到對應(yīng)和/或相當(dāng)于在保持結(jié)束由其電荷狀態(tài)確定的第二點火線圈208中的峰值次級電流的水平時，第二點火線圈208把儲存的能量貢獻給火花塞204。第二點火線圈208可以針對通過第二次級繞組214的峰值電流來配置，該峰值電流是通過第一點火線圈202的次級繞組212的峰值電流的一部分。因此，當(dāng)通過次級繞組212的電流下降到次級繞組214的峰值電流時，在圖2中的B點所示的二極管216和218的陽極處的接點變成比施加于初級繞組210的電源電壓更負，從而使流過二極管218的電流停止。當(dāng)流過二極管218的電流停止時，來自第二點火線圈208的次級繞組214的能量被添加到在火花塞處的輝光階段放電。因此，儲存在第二點火線圈208的能量的放電可以經(jīng)由二極管電路而不需要來自控制器的單獨的信號來自動控制。
[0031]如圖2中標(biāo)記的，點A對應(yīng)第二點火線圈208的次級繞組214的輸出，點B對應(yīng)二極管216和218的陽極的接點，而點C對應(yīng)第一點火線圈202的次級繞組212的輸出。在保持期間，由A點和C點表示的次級線圈212和214的輸出是正的，而二極管216和218的陽極的接點是負的。當(dāng)使低電感線圈，第一點火線圈202點火時，點A保持正，而點B變成接地并且點C變成負。當(dāng)通過次級線圈212的電流下降時，點A、B和C變成負，因為次級線圈214為火花塞204提供能量。因此，二極管216可以構(gòu)造成經(jīng)受的最大電壓等于在線圈202和208的保持期間穿過次級繞組212和214預(yù)期的組合的最大電壓。二極管218可以構(gòu)造成經(jīng)受的最大電壓等于在線圈202的保持期間穿過次級繞組212預(yù)期的最大電壓和在火花塞204的輝光階段期間預(yù)期的最大電壓中較大的電壓。
[0032]返回到圖1，通用排氣氧(UEGO)傳感器126被示出聯(lián)接到催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管148?？商娲兀p態(tài)排氣氧傳感器可以代替UEGO傳感器126。在一個示例中，轉(zhuǎn)化器70可以包括多個催化劑磚。在另一個示例中，可以用每個具有多個催化劑磚的多個排放控制裝置。在一個示例中，轉(zhuǎn)化器70可以是三元催化劑。雖然在所示的示例中示出在渦輪164上游的UEGO傳感器126，但是應(yīng)當(dāng)明白，在替代的實施例中，UEGO傳感器可以設(shè)置在渦輪164下游和轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管中。
[0033]在圖1中控制器12被示出為微型計算機，其包括:微處理單元(CPU) 102、輸入/輸出端口(I/o) 104、只讀存儲器(ROM) 106、隨機存取存儲器(RAM) 108、?；畲鎯ζ?KAM)IlO和常規(guī)數(shù)據(jù)總線?？刂破?2被示出接收來自聯(lián)接到發(fā)動機10的傳感器的各種信號，除了前面提到的那些信號之外，還包括:來自聯(lián)接到冷卻套筒114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT);聯(lián)接到加速器踏板130用于感測由車輛操作者的腳132調(diào)整的加速器踏板位置(PP)的位置傳感器134 ;用于確定尾氣的點火的爆震傳感器(未示出)；來自聯(lián)接到進氣歧管144的壓力傳感器121的發(fā)動機歧管絕對壓力(MAP)的測量值；來自聯(lián)接到升壓室146的壓力傳感器122的升壓壓力測量值；來自感測曲軸40位置的霍爾效應(yīng)傳感器118的發(fā)動機位置傳感器；來自傳感器120(例如，熱線式空氣流量計)的進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量的測量值；以及來自傳感器58的節(jié)氣門位置的測量值。也可以感測大氣壓力(傳感器未示出)用于由控制器12處理。在本說明的優(yōu)選方面，發(fā)動機位置傳感器118對于曲軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的等間隔脈沖，從脈沖的數(shù)目能夠確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM)。
[0034]在一些實施例中，在混合動力車輛中發(fā)動機可以聯(lián)接到電動馬達/蓄電池系統(tǒng)?；旌蟿恿囕v可以具有并聯(lián)的結(jié)構(gòu)、串聯(lián)的結(jié)構(gòu)、或其變化或組合。
[0035]在運行期間，發(fā)動機10內(nèi)的每個汽缸通常經(jīng)歷四沖程循環(huán):循環(huán)包括進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。在進氣沖程期間，一般地，排氣門154關(guān)閉而進氣門152打開?？諝饨?jīng)由進氣歧管144引進到燃燒室30，并且活塞36運動到汽缸底部以便增大燃燒室30內(nèi)的容積。在活塞36接近汽缸底部并且在其沖程的結(jié)束(例如，當(dāng)燃燒室30在其最大容積時)的位置通常被本領(lǐng)域的技術(shù)人員叫做下止點(BDC)。在壓縮沖程期間，進氣門152和排氣門154都關(guān)閉。活塞36朝著汽缸蓋運動以便壓縮燃燒室30內(nèi)的空氣。在活塞36處在其沖程結(jié)束并且最接近汽缸蓋(例如，當(dāng)燃燒室30處在最小容積時)的點通常被本領(lǐng)域的技術(shù)人員叫做上止點(TDC)。在其后叫做噴射的過程中，燃料被引進到燃燒室里。在其后叫做點火的過程中，噴射的燃料通過諸如火花塞92的已知的點火裝置被點火，從而導(dǎo)致燃燒。在膨脹沖程期間，膨脹的氣體推動活塞返回到BDC。曲軸40將活塞運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。最后，在排氣沖程期間，排氣門54打開以將燃燒的空氣燃料混合物釋放到排氣歧管148并且活塞返回到TDC。應(yīng)當(dāng)指出，上面僅僅作為一個示例描述，并且進氣門和排氣門的打開和/或關(guān)閉正時可以變化，例如，提供正的或負的氣門重疊、延遲進氣門關(guān)閉或各種其他示例。
[0036]圖3示出可以與發(fā)動機，例如圖1所示的發(fā)動機，一起使用的雙線圈點火系統(tǒng)300的詳細的電路圖。點火系統(tǒng)300包括構(gòu)造成類似于圖2的第一點火線圈202的第一點火線圈302，和構(gòu)造成類似于圖2的第二點火線圈208的第二點火線圈304。例如，第一點火線圈302可以具有比第二點火線圈304低的電感。第一點火線圈302的輸出通信地連接到火花塞310。第一點火線圈302和第二點火線圈304兩者的初級繞組的正輸入連接到在圖3中標(biāo)記為+Vlffl的點火電壓源。例如，Vira可以由蓄電池或任何其他合適的電源提供。在二極管308的陰極端的節(jié)點可以或者如圖所示連接到+Vkn或者如圖2中的二極管218的陰極端所示接地。在兩種結(jié)構(gòu)的任何一種結(jié)構(gòu)中，二極管的位置和取向通過中斷來自第二點火線圈304的次級繞組的電流，直到二極管306和308的陽極的接點變得比電源電壓更負為止，使二極管能夠控制電流的流動。
[0037]編碼的保持命令312可以用來控制通過第一點火線圈302和第二點火線圈304每個的電流的流動，因而控制線圈的有關(guān)的保持和點火。編碼的保持命令312基于脈沖寬度或其他的編碼特征可以允許單個電感器和/或單個源能夠供應(yīng)多個不同的命令。例如，第一脈沖寬度可以指示用于第一點火線圈的保持的開始的命令，而第二脈沖寬度可以指示用于第二點火線圈的保持的開始的命令。如圖所示，編碼的保持命令312和VrcN可以通信地連接到解碼器314。解碼器314也可以通信地連接到固態(tài)裝置，例如晶體管316a和316b，用于基于編碼的保持命令312產(chǎn)生和中斷到第一點火線圈302和第二點火線圈304的初級繞組的電流。解碼器312和晶體管316a和316b可以形成用于點火線圈的保持控制的智能驅(qū)動器，其包括解釋邏輯，以解碼所提供用于點火線圈的控制的保持命令。
[0038]解碼器314包括通信地連接到存儲裝置的處理器。該處理器可以配置成執(zhí)行存儲在該存儲裝置上的計算機可讀的和/或機器可讀的指令，以執(zhí)行諸如本文所述的解碼和保持控制的操作。解碼器314可以包括可執(zhí)行的指令，以評估編碼的保持命令，以便判斷到第一點火線圈和/或第二點火線圈的電流是否應(yīng)該改變狀態(tài)。例如，解碼器314可以基于發(fā)動機速度、負荷和/或其他參數(shù)確定響應(yīng)保持的希望的開始產(chǎn)生的編碼的保持命令的上升沿。響應(yīng)于檢測上升沿，在檢測到上升沿之后解碼器314可以等待預(yù)定的時間量。
[0039]當(dāng)經(jīng)過預(yù)定的時間量時或檢測到下降沿之后，解碼器314可以確定檢測到長脈沖還是短脈沖。例如，如果在經(jīng)過預(yù)定的時間量之前檢測到下降沿，那么解碼器314可以確定編碼的保持命令包括短脈沖，而經(jīng)過預(yù)定的時間量沒有檢測到下降沿可以指示長脈沖。響應(yīng)于短脈沖，解碼器314可以通過將晶體管316b連接到電壓源+Vkn，啟動和/或增加到第二點火線圈304的電流。例如，解碼器314可以包括控制晶體管的柵極和電壓源之間的連接的開關(guān)元件。響應(yīng)于長脈沖，解碼器314可以通過將晶體管316a連接到電壓源啟動和/或增加到第一點火線圈302的電流。當(dāng)檢測到長脈沖的下降沿時，解碼器314可以通過將晶體管316a和316b與電壓源+Vlffl斷開停止和/或減少到第一和第二點火線圈的電流。在一些實施例中，晶體管316a和316b可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，與其他晶體管結(jié)構(gòu)相比其表現(xiàn)出增加的效率和轉(zhuǎn)換時間。如本文所述，解碼器可以包括具有形成在其中的指令和算子的邏輯單元，用于解碼編碼信號。
[0040]圖4是方法400的流程圖，方法400用于與圖2或圖3的結(jié)構(gòu)合作控制點火線圈，并且因此控制發(fā)動機中的，例如圖1所示的發(fā)動機中的火花產(chǎn)生。例如，方法400可以由圖1的控制器12來執(zhí)行并且由圖3的解碼器314來檢測。在402處，方法400可選地包括輸出編碼的保持命令，以控制第二較高電感的點火線圈，例如圖2的第二點火線圈208和/或圖3的第二點火線圈304。如在404處所示，編碼的保持命令可以包括短脈沖，使得控制器可以輸出短脈沖以發(fā)出第二點火線圈的保持的開始的信號。例如，短脈沖可以是75微秒或更短的持續(xù)時間，并且第二點火線圈的保持的開始可以在檢測到短脈沖的下降沿之后的某個點處發(fā)生。
[0041]第二點火線圈在得益于由第二較高電感的點火線圈提供的延長的火花持續(xù)時間的工況期間才可以被保持。例如，在高RPM和/或高負荷條件期間，第一較低電感的點火線圈的輸出可以足以提供可靠的燃燒，并且方法400可以直接進行到406而不輸出編碼的保持命令來開始第二點火線圈的保持。
[0042]在406處，方法400包括輸出編碼的保持命令以開始第一較低電感的點火線圈的保持。例如，第一點火線圈可以對應(yīng)于圖2的第一點火線圈202和/或圖3的第二點火線圈302。如在408處所示，編碼的保持命令可以包括長脈沖，使得輸出長脈沖來指示第一點火線圈的保持的開始。長脈沖可以是150微秒或更長的持續(xù)時間，和/或大于用于發(fā)出第二點火線圈開始保持的信號的短脈沖的任何合適的值。在一些實施例中，長脈沖可以包括確認(rèn)期，使得第一點火線圈的保持的開始可以被延遲以在確認(rèn)期已經(jīng)過去之后發(fā)生，而不是當(dāng)檢測到長脈沖的上升沿時立即發(fā)生。確認(rèn)期可以具有比短脈沖的持續(xù)時間長的持續(xù)時間，使得在開始第一點火線圈的保持之前長脈沖不同于短脈沖。
[0043]在命令的保持期間，電流通過第一和/或第二點火線圈的初級繞組以產(chǎn)生磁場。在410處，方法400還包括輸出編碼的保持命令的結(jié)束以使第一和第二點火線圈點火。保持命令的結(jié)束可以包括長脈沖的終止，如在412處所示。例如，響應(yīng)于檢測到長脈沖的下降沿，可以中斷和/或停止通過第一和/或第二點火線圈的初級繞組的電流。通過初級繞組的電流的中斷引起穿過點火線圈的相應(yīng)的次級繞組的高電壓脈沖。在諸如如圖2和3分別所示的點火系統(tǒng)200和/或300的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)通過有關(guān)的初級繞組的電流中斷時，第一點火線圈的次級繞組到火花塞的直接連接允許第一點火線圈立即為火花塞提供高峰值次級電流。同樣的，圖2和圖3所示的二極管電路允許第二點火線圈儲存能量，直到通過第一點火線圈的次級繞組的電流已經(jīng)下降到第二點火線圈的峰值次級電流的電平為止。因此，單個命令可以用來控制兩個點火線圈的點火，同時還提供第二點火線圈相對于第一點火線圈的放電延遲。以這種方式，只有當(dāng)燃燒條件許可并且沒有單獨控制的點火命令信號時，第二點火線圈才可以提供附加的火花能量。
[0044]圖5和圖6不出反映響應(yīng)于編碼的保持命令在本文所描述的第一和第二點火線圈的運行的波形圖，和這種運行對施加于火花塞的能量的影響。在所示的波形圖中，X軸線對應(yīng)于共享的時間線，而每個Y軸線對應(yīng)于指示接近有關(guān)波形圖的參數(shù)。從火花塞進入點火線圈的次級電流在每個圖中在正方向被示出。在圖5中，波形圖500示出響應(yīng)于僅第一點火線圈的保持和點火的第一和第二點火線圈的運行。例如，波形圖500可以從執(zhí)行圖4所示的方法400的步驟406到412產(chǎn)生。
[0045]波形502對應(yīng)于編碼的保持命令，其可以從控制器，例如圖1所示的控制器12提供。波形504和506分別對應(yīng)于流過第一點火線圈(例如圖2所示的第一點火線圈202和/或圖3的第一點火線圈302)的初級電流和次級電流。波形508和510分別對應(yīng)于流過第二點火線圈(例如圖2所示的第二點火線圈208和/或圖3的第二點火線圈304)的初級電流和次級電流。波形512對應(yīng)于對火花塞的組合的輸出，例如供應(yīng)給圖2的火花塞204和/或圖3的火花塞310的電流。
[0046]在時間Tl處，編碼的保持命令處在低或接地，從而導(dǎo)致沒有電流通過兩個點火線圈的每個繞組。因此，對火花塞512的組合的輸出也可以等于零。然而，在時間T2處，正如上升沿和在波形502上所示的高值處的有關(guān)持續(xù)時間所表示的，編碼的保持命令已經(jīng)發(fā)出一段時間。例如，時間T2可以對應(yīng)于在長脈沖編碼的保持命令的上升沿之后的閾值時間段。與短脈沖、噪音和其他信號相反，該閾值時間段可以與確認(rèn)期有關(guān)，用于確保用于第一點火線圈的“保持的開始”命令是預(yù)期的。在一些示例中，時間T2可以對應(yīng)于編碼的保持命令的前一個邊沿之后的150微秒中的一瞬間。因此，如波形504所示，通過第一點火線圈的初級繞組的電流響應(yīng)于檢測到編碼的保持命令的上升沿之后已經(jīng)過去的閾值時間段而增加。如上所述，第二點火線圈響應(yīng)于短脈沖而不是長脈沖被命令保持，因此波形508和510在時間T2處不變化。同樣，在第一點火線圈的初級繞組處的電流的增大產(chǎn)生磁場，但是不影響通過第一點火線圈的次級繞組的電流，這個電流被圖2的二極管216和218或圖3的二極管306和308阻斷，因此在時間T2處波形506和512也保持不變化。
[0047]在時間T3處，然而，如波形502所示，出現(xiàn)編碼的保持命令的下降沿。當(dāng)其發(fā)出第一點火線圈點火的信號時，初級線圈中的電流被中斷，從而下降到零(如在504上所示)。作為響應(yīng)，由于第一點火線圈的初級繞組中的先前的電流產(chǎn)生的磁場消失(collapse)，從而引起穿過第一點火線圈的次級繞組的電壓脈沖和在時間T3處的波形506上所示的峰值電流輸出。由于在第二點火線圈中沒有磁場產(chǎn)生，所以波形508和510保持不變，并且對火花塞的組合的輸出相當(dāng)于第一點火線圈的次級電流。在時間T4處，電流從次級繞組繼續(xù)被放電，從而提供對火花塞的對應(yīng)的輸出。由于第二點火線圈不導(dǎo)致組合的輸出，火花塞經(jīng)受以第一點火線圈的結(jié)構(gòu)為特性的高峰值電流和短火花持續(xù)時間。
[0048]圖6示出對應(yīng)于第二點火線圈被保持并且點火以便導(dǎo)致對火花塞的輸出的運行的示范性波形圖600。在所示的實施例中，時間Tl對應(yīng)于編碼的保持命令602產(chǎn)生短脈沖之后不久的時間。例如，時間Tl可以對應(yīng)于檢測到短脈沖的下降沿之后的閾值持續(xù)時間。因此，該閾值持續(xù)時間可以對應(yīng)于用于核實編碼的保持命令對應(yīng)于短脈沖的確認(rèn)期。響應(yīng)于短脈沖和/或短脈沖的下降沿之后的閾值持續(xù)時間的結(jié)束，通過第二較高電感的點火線圈的電流608隨著線圈的保持的開始而增大。由于短脈沖表示用于第二較高電感的點火線圈的命令，而不是第一較低電感的點火線圈的命令，在604和606處分別示出的第一點火線圈的初級電流和次級電流保持不變。第二點火線圈沒有已被點火，因此第二點火線圈的次級繞組沒有經(jīng)受電流，如在610處所示。因此，對火花塞612的組合的輸出保持不變。
[0049]圖6的時間T2對應(yīng)于圖5的時間T2，因而引起在604處所示的第一點火線圈的保持的開始。因為長脈沖和有關(guān)的確認(rèn)期的開始對應(yīng)于用于第一點火線圈，而不是第二點火線圈的命令，所以第二點火線圈的初級繞組保持，不受長脈沖的檢測影響。
[0050]在時間T3處，長脈沖的下降沿被檢測。如在波形604和608中所示，在有關(guān)的線圈被同時點火時，在第一點火線圈和第二點火線圈兩者的初級繞組中的電流被中斷。作為響應(yīng)，第一和第二點火線圈的次級電流升高到相應(yīng)的峰值。例如，由于第一點火線圈構(gòu)造成用于高峰值電流，在時間T3處在線圈I的次級電流606可以高于在時間T3處在線圈2的次級電流610。由于圖2和圖3所示的二極管電路和串聯(lián)連接的次級繞組，通過點火線圈I的次級繞組的電流流過第二二極管(例如圖3的二極管308)和第二點火線圈。因此，當(dāng)?shù)诙c火線圈的次級繞組兩端的電壓大致為零時，在時間T3和T4之間第二點火線圈的磁通量保持在初始的保持的結(jié)束的水平。在這個時間期間儲存在第二點火線圈中的能量對火花塞不產(chǎn)生貢獻，因此對火花塞的組合的輸出對應(yīng)于第一點火線圈的次級電流。
[0051]在時間T4處，第一點火線圈的次級電流下降到第二點火線圈的峰值次級電流的水平，如在時間T4處的波形606和610的同等的水平所示。因此，圖3的二極管306和308的陽極的接點，例如，變成比電源電壓更負，并且通過二極管308的電流停止。作為響應(yīng)，所有的電流流過兩個點火線圈并且第二點火線圈將儲存在其中的能量添加到由第一點火線圈提供給火花塞的能量。如從時間T4向前所示，來自次級線圈的貢獻減慢對火花塞的輸出的下降，使得與圖5的波形512所示的火花持續(xù)時間相比，增加火花持續(xù)時間。由第二點火線圈提供給火花塞的能量的量和時機決定于在第二點火線圈中儲存的磁通量，這是由第二點火線圈的結(jié)構(gòu)和保持的持續(xù)時間所確定的。因此，提供給火花塞的能量的量和時機可以通過參考第一點火線圈的保持時間的開始和/或保持時間的結(jié)束來改變第二點火線圈的保持時間的開始來調(diào)節(jié)。
[0052]圖7示出用于上面描述一個或多個雙線圈點火系統(tǒng)的示范性封裝700。在當(dāng)前的實踐中，低電感點火線圈可以構(gòu)造為長、細的“鉛筆狀”或“桿狀”線圈結(jié)構(gòu)，并且構(gòu)造成裝配在引導(dǎo)通過發(fā)動機的凸輪蓋或閥蓋到火花塞的火花塞孔管(well tube)中。高電感點火線圈可以構(gòu)造為“柱塞頂部”線圈結(jié)構(gòu)，類似一些其他的變壓器封裝結(jié)構(gòu)。柱塞頂部線圈結(jié)構(gòu)可以是立方體形狀的并且經(jīng)由嵌入在橡膠套管中的長彈簧安裝在火花塞孔的頂部。在具有并聯(lián)連接的次級繞組的雙線點火系統(tǒng)中，處于柱塞頂部結(jié)構(gòu)的高電感點火線圈的最大輸出太高而不允許該輸出沿著鉛筆狀線圈結(jié)構(gòu)的主體的旁邊發(fā)送到火花塞的頂部。上面描述的其中次級繞組串聯(lián)連接的系統(tǒng)和方法確保高電感點火線圈的最大輸出相當(dāng)?shù)筒⑶野阢U筆狀線圈的頂部，不需要發(fā)送到火花塞的頂部。例如，并聯(lián)連接的雙線圈結(jié)構(gòu)可能經(jīng)受最大-40，000伏的輸出，而本結(jié)構(gòu)在保持的開始處可以提供±1，500伏的最大電壓并且在線圈放電期間由最大的輝光相電壓控制，其中峰值小于6，000伏。與并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)相比，串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)的較低的最大電壓應(yīng)力可以在鉛筆狀線圈的頂部處被保持并隔離。
[0053]因此，串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)(例如圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu))可以利用組合的柱塞頂部和鉛筆狀線圈結(jié)構(gòu)，其與兩個并排的柱塞頂部線圈結(jié)構(gòu)相比提供更緊湊的封裝。如圖7所示，低電感點火線圈702被提供具有鉛筆狀線圈結(jié)構(gòu)。鉛筆狀線圈結(jié)構(gòu)可以包括桿狀中心芯704和繞中心芯704纏繞的次級繞組708。次級繞組708的輸出可以經(jīng)由彈簧710提供給火花塞。初級繞組706可以繞次級繞組708的外面纏繞。
[0054]高電感點火線圈712可以構(gòu)造為柱塞頂部結(jié)構(gòu)并且位于低電感點火線圈702的鉛筆狀線圈結(jié)構(gòu)的上方或頂部上。低電感點火線圈702可以經(jīng)由二極管電路714通信地連接到高電感點火線圈712。例如，二極管電路714可以包括由圖3的二極管306和308提供的二極管結(jié)構(gòu)。高電感點火線圈712可以包括線圈殼體716，其包含初級繞組718和次級繞組720在其中。用于兩個點火線圈702和712的保持控制的智能驅(qū)動器722可以定位在高電感點火線圈712的上方或直接在頂部上，或在高電感點火線圈712的側(cè)面。例如，智能驅(qū)動器722可以對應(yīng)于圖3的解碼器314和有關(guān)的晶體管316a和316b。
[0055]上面所述的封裝因而在單個封裝內(nèi)提供高峰值次級電流和與鉛筆狀線圈有關(guān)的火花塞孔空間的有效利用，以及用柱塞頂部結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的長火花持續(xù)時間。因此，串聯(lián)連接的雙線圈點火系統(tǒng)不僅提供有效的控制方式(scheme)和較低的部件應(yīng)力，而且還能夠利用比并聯(lián)連接的雙線圈點火系統(tǒng)更緊湊的封裝結(jié)構(gòu)。
[0056]應(yīng)當(dāng)指出，本文包括的示范性控制和估計例程可以與各種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一起應(yīng)用。本文描述的具體程序可以表示任何數(shù)目處理策略的其中一個或更多個，例如事件驅(qū)動的、中斷驅(qū)動的、多任務(wù)的、多線程的等。因此，所示的各種動作、操作或功能可以以所示的順序進行，并行進行，或在一些情況下可以被省略。同樣，為了實現(xiàn)這里所述的示例性實施例的特征和優(yōu)點，處理的次序不是必需要求的，而是為了容易說明和描述而提供。一個或更多個所示的動作、操作和/或功能根據(jù)所用的特定策略可以重復(fù)地進行。而且，所述的動作操作和/或功能可以圖示地表示被編程在發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可讀的儲存介質(zhì)中的非瞬變的存儲器中的編碼。
[0057]應(yīng)當(dāng)明白，本文所公開的結(jié)構(gòu)和程序在本質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實施例不被認(rèn)為是限制性的，因為許多變化是可能的。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸以及其他發(fā)動機類型。而且，本公開的主題包括本文所公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0058]下面的權(quán)利要求具體指出認(rèn)為新穎的和非顯而易見的一些組合和子組合。這些權(quán)利要求可能涉及“一種”元件或“第一”元件或其等同物。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解為包括一個或更多個這種元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個或更多個這種元件。所公開的特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其他組合或子組合可以通過修改本權(quán)利要求或在本申請和相關(guān)申請中提出新權(quán)利要求來要求保護。這些權(quán)利要求，比原權(quán)利要求在范圍上無論是更寬、更窄、相等或不同都被認(rèn)為包含在本公開的主題內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，包括: 第一電感點火線圈，所述第一電感點火線圈包括第一初級繞組和第一次級繞組； 第二電感點火線圈，所述第二電感點火線圈包括第二初級繞組和第二次級繞組，所述第二次級繞組串聯(lián)連接到所述第一次級繞組；和 二極管電路，所述二極管電路包括連接在所述第一次級繞組和所述第二次級繞組之間的第一二極管和第二二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，還包括具有存儲在存儲器中的指令的控制器，以提供一個或更多個保持命令，從而控制通過所述第一初級繞組和所述第二初級繞組的電流流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，所述保持命令是編碼的保持命令，所述系統(tǒng)還包括解碼器，其配置成接收并且解碼來自所述控制器的所述編碼的保持命令。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，還包括通信地連接到所述解碼器和所述第一初級繞組的第一晶體管以及通信地連接到所述解碼器和所述第二初級繞組的第二晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，所述第一晶體管和所述第二晶體管都是絕緣柵雙極型晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，還包括直接連接到所述第一次級繞組的輸出的火花塞。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，所述第一二極管配置成當(dāng)來自所述第一電感點火線圈的能量已經(jīng)下降到所述第二電感點火線圈中的儲存的電荷水平時，使電流從所述第一電感點火線圈流到所述第二電感點火線圈。
8.—種雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，包括: 具有相互串聯(lián)連接的第一次級繞組和第二次級繞組的第一點火線圈和第二點火線圈；和 連接到所述第一次級繞組的輸出的第一二極管和第二二極管，當(dāng)來自所述第一點火線圈的能量下降到在所述第二點火線圈中的儲存的電荷水平時，連接的所述第一二極管使電流從所述第一點火線圈流到所述第二點火線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，還包括具有存儲在存儲器中的指令的控制器，以提供一個或多個保持命令，從而控制通過所述第一初級繞組和所述第二初級繞組的電流的流動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，所述保持命令是編碼的保持命令，所述系統(tǒng)還包括解碼器，其配置成接收并且解碼來自所述控制器的所述編碼的保持命令。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，所述第二點火線圈配置成柱塞頂部線圈并且所述第一點火線圈配置成鉛筆狀線圈。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙線圈點火系統(tǒng)，其特征在于，所述第二點火線圈被定位在所述第一點火線圈的頂部上，所述第一點火線圈經(jīng)由包括所述第一二極管和所述第二二極管的二極管電路通信地連接到所述第二點火線圈。
【文檔編號】F02P15/00GK204126800SQ201420296927
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月6日
【發(fā)明者】G·J·胡伯茨, 曲秋平, M·D·西澤卡拉 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司