專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)。更具體地說，本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的燃料點(diǎn)火的電氣點(diǎn)火設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及把交流電流應(yīng)用于在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的火花塞的點(diǎn)火的點(diǎn)火線圈。
背景技術(shù)：
大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)帶有某種類型的一個(gè)點(diǎn)火電路以在汽缸中產(chǎn)生火花。火花引起燃料在汽缸中燃燒，以驅(qū)動(dòng)活塞和相連的曲軸。典型地，發(fā)動(dòng)機(jī)包括安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上的多個(gè)永久磁鐵、和安裝在飛輪附近的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上的一個(gè)充電線圈。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鐵通過充電線圈。由此在充電線圈上產(chǎn)生一個(gè)電壓，并且該電壓用來充電一個(gè)高壓電容器。在電容器上的高壓電荷借助于一個(gè)觸發(fā)電路釋放到點(diǎn)火線圈，以便使一個(gè)高壓、短持續(xù)時(shí)間的電火花跨過火花塞的火花間隙，并且點(diǎn)燃在汽缸中的燃料。這種類型的點(diǎn)火叫做電容放電點(diǎn)火。
使用火花塞和點(diǎn)火線圈啟動(dòng)燃燒的標(biāo)準(zhǔn)往復(fù)內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)多年來一直利用受需要嚴(yán)重影響的燃燒室形狀和火花塞方位，以便僅使用單個(gè)較低強(qiáng)度的短持續(xù)時(shí)間火花可靠地啟動(dòng)燃燒。然而，在最近幾年，越來越強(qiáng)調(diào)燃料效率、燃燒完全性、排氣清潔性、及在循環(huán)至循環(huán)燃燒中的減小易變性。這種強(qiáng)調(diào)意味著必須改進(jìn)燃燒室的形狀和改變?nèi)剂峡諝饣旌衔锏谋嚷?。在某些情況下，已經(jīng)使用這樣一種工藝，該其中放置火花塞電極的區(qū)域處，有意把強(qiáng)湍流或環(huán)流引入到燃料空氣混合物。這常常引起電弧的中斷或“吹滅”。這增加了對(duì)燃燒啟動(dòng)過程的有效性的要求。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這樣的用途中，最好得到一種可以持續(xù)高達(dá)4至5毫秒的電弧。實(shí)現(xiàn)該想法的努力已經(jīng)導(dǎo)致在幾個(gè)專利中確認(rèn)的各種革新。
例如，發(fā)布于1998年9月15日授予French等的美國專利No.5,806,504講授了一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火電路，其中該點(diǎn)火電路包括一個(gè)帶有用來產(chǎn)生火花的一個(gè)次級(jí)繞組、并且?guī)в械谝缓偷诙跫?jí)繞組的變壓器。一個(gè)電容器連接到第一初級(jí)繞組上，以把一個(gè)高能量電容放電電壓提供給變壓器。一個(gè)電壓發(fā)生器連接到連接到第二初級(jí)繞組上用來產(chǎn)生一個(gè)交流電壓。一個(gè)控制電路連接到電容器和連接到電壓發(fā)生器上，用來提供把高能量電容放電電壓放電到第一初級(jí)繞組的控制信號(hào)，并且用來提供至電壓發(fā)生器的控制信號(hào)以便產(chǎn)生一個(gè)交流電壓。
發(fā)布于1991年3月12日授予K.P.Gokhale的美國專利No.4,998,526講授了一種交流點(diǎn)火系統(tǒng)。該系統(tǒng)把交變電流施加到火花塞的電極上，以把電極處的電弧保持希望的時(shí)間段。電弧電流的振幅能改變。交變電流由一個(gè)包括一個(gè)變壓器的直流交流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，該變壓器帶有一個(gè)中心抽頭初級(jí)、和一個(gè)連接到火花塞上的次級(jí)。通過使一個(gè)電容器對(duì)在中心抽頭初級(jí)處的繞組部分之一放電，在火花塞處激發(fā)電弧。要不然，存儲(chǔ)在一個(gè)電感器中的能量可以供給到一個(gè)初組繞組部分以激發(fā)電弧。該點(diǎn)火系統(tǒng)由一個(gè)受控電流源供電，該電流源從諸如在機(jī)動(dòng)車輛上的電池之類的直流電壓源接收輸入功率。
在這些先有專利的每一個(gè)中，諸器件使用其中高能量放電由一個(gè)低能量擴(kuò)展機(jī)構(gòu)補(bǔ)充的雙重機(jī)構(gòu)。然而，擴(kuò)展電弧的方法把問題呈現(xiàn)給最終用戶。首先，機(jī)構(gòu)在本質(zhì)上具有電子復(fù)雜性多個(gè)控制機(jī)構(gòu)必須或者以兩個(gè)分離電弧機(jī)構(gòu)的形式、或者通過一個(gè)電弧機(jī)構(gòu)和幾個(gè)專用電子驅(qū)動(dòng)器而存在。第二，沒有呈現(xiàn)用來在重復(fù)中斷的條件下自動(dòng)維持電弧的方法。另外，這些機(jī)構(gòu)不一定保證其內(nèi)包含所有必需功能的單個(gè)功能塊單元的低質(zhì)量和小尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種包括一個(gè)具有足夠小尺寸以直接安裝在火花塞上的變壓器的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種允許簡單射頻屏蔽從而防止在車輛電氣系統(tǒng)中的射頻干擾的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種貫穿整個(gè)燃燒時(shí)間輸送恒定瓦數(shù)的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供一種增強(qiáng)在啟動(dòng)時(shí)點(diǎn)火冷燃料的能力的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種把交變電流輸送到火花塞以便大大地減小火花塞間隙侵蝕的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種保證在火花塞電極上的可調(diào)節(jié)電弧持續(xù)時(shí)間的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供一種借助于來自車輛電池的可變輸入電壓能一貫和有效地使用的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供一種為了估計(jì)在汽缸內(nèi)的狀態(tài)包括用來檢測在點(diǎn)火模塊輸出處的電壓和電流的裝置的點(diǎn)火系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供一種容易使用、容易制造及較便宜的點(diǎn)火系統(tǒng)。
由附屬說明書和附屬權(quán)利要求書的閱讀，本發(fā)明的這些和其他目的及優(yōu)點(diǎn)將是顯然的。
本發(fā)明是一種用于包括一個(gè)變壓器裝置的內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，該變壓器裝置帶有一個(gè)適于連接到一個(gè)電源上的初級(jí)繞組，并且?guī)в幸粋€(gè)適于連接到一個(gè)火花塞上的次級(jí)繞組。變壓器用來從次級(jí)繞組產(chǎn)生一個(gè)具有在1KHz與100KHz之間的頻率和至少20千伏特的輸出。一個(gè)控制器連接到變壓器上，從而相對(duì)于燃燒循環(huán)激活和失活變壓器裝置的輸出。變壓器用來產(chǎn)生具有使高壓正弦波達(dá)到至少20千伏特的交變電流的輸出。一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器連接到電源上，并且連接到變壓器上，以便提供至變壓器的恒定直流電壓輸入。變壓器在通過控制器的激活期間從次級(jí)繞組的輸出產(chǎn)生恒定瓦數(shù)的功率?？刂破鬟B接到變壓器上，從而允許變壓器跨過火花塞的電極產(chǎn)生可控制持續(xù)時(shí)間的電弧。理想地，從在0.5毫秒與4毫秒之間能選擇該持續(xù)時(shí)間。一個(gè)電池連接到變壓器的初級(jí)繞組上。電池產(chǎn)生一個(gè)在5與15伏特之間的可變電壓。
在本發(fā)明中，次級(jí)繞組包括帶有一個(gè)從其延伸的連接器的輸出次級(jí)繞組。該輸出次級(jí)繞組帶有一個(gè)連接到其上并且連接到控制器上的電流傳感器，以便檢測經(jīng)輸出次級(jí)繞組的電流。一個(gè)檢測次級(jí)繞組連接到控制器上，以便檢測變壓器的輸出的電壓。變壓器包括一個(gè)用來把輸出轉(zhuǎn)換成一個(gè)交變電流的轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明中，使用的專用轉(zhuǎn)換器是連接到變壓器的初級(jí)繞組上的電流饋電Royer-振蕩器轉(zhuǎn)換器。
在本發(fā)明中的電壓調(diào)節(jié)器包括一個(gè)連接到一個(gè)能量存儲(chǔ)電感器上和連接到一個(gè)開關(guān)晶體管上的開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路。開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路從電源接收一個(gè)可變電壓。開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路把一個(gè)在5與50伏特之間的固定電壓通到變壓器。一個(gè)電壓輸入連接到開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路上，以便以一個(gè)成比例正電壓減小固定電壓。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，變壓器直接連接到火花塞上。一根電線從變壓器延伸到安裝在遠(yuǎn)離火花塞的一個(gè)位置處的控制器。與內(nèi)燃機(jī)相聯(lián)的電池帶有一根延伸到控制器的電源線?？刂破靼岩粋€(gè)固定電壓從電池通到變壓器。控制器能具有微處理器的性質(zhì)。
本發(fā)明提供優(yōu)于各種先有技術(shù)系統(tǒng)的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明利用一個(gè)非常小尺寸的高壓變壓器。這是操作的高頻率和變壓器升壓較高電壓輸入而不是電池輸入的事實(shí)的結(jié)果。變壓器能小得足以直接安裝在火花塞的頂部上，以便建立一個(gè)比常規(guī)系統(tǒng)小和輕幾倍的組件。這進(jìn)一步為容易的射頻屏蔽創(chuàng)造條件，從而防止在電氣系統(tǒng)中、以及在車輛的無線電中的射頻干擾。高頻操作允許較小的鐵氧體磁芯，而高輸入電壓允許較小的匝比值，并且結(jié)果是在次級(jí)上的較少匝導(dǎo)線。相信變壓器能利用一個(gè)1.25英寸直徑和僅2.5英寸長的線圈。
本發(fā)明貫穿整個(gè)燃燒時(shí)間輸送恒定瓦數(shù)。通常的點(diǎn)火系統(tǒng)在最初100微秒以最大瓦數(shù)點(diǎn)火，而然后指數(shù)衰減到零。本發(fā)明輸送足夠的電壓和功率，以貫穿整個(gè)“通”時(shí)間重新點(diǎn)燃熄滅的火花。當(dāng)燃料沒有熱得足以完全蒸發(fā)時(shí)，這在啟動(dòng)點(diǎn)燃冷燃料(冷啟動(dòng))時(shí)大有好處。
本發(fā)明利用到火花塞的交變電流，以便大大地減小火花塞間隙侵蝕。經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明，在通常點(diǎn)火系統(tǒng)的操作期間材料從陽極除去并且沉積在陰極上，反之亦然。材料的去除取決于在火花塞間隙的直流電流的流動(dòng)方向。在某些情況下，在常規(guī)系統(tǒng)中火花塞能相對(duì)于時(shí)間從20,000伏特間隙侵蝕到35,000伏特間隙。
在本發(fā)明中，電弧持續(xù)時(shí)間通過簡單地變化輸入信號(hào)可控制地在0.5毫秒與4.0毫秒之間調(diào)節(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中，電弧持續(xù)時(shí)間在冷啟動(dòng)期間是4.0毫秒，而在正常操作期間減小到0.5毫秒。這能用來減小火花塞磨損和減小對(duì)電池的功率要求。這種調(diào)節(jié)由控制器聯(lián)系發(fā)動(dòng)機(jī)溫度或其他輸入變量能自動(dòng)地進(jìn)行。
在本發(fā)明中提供的功率增大電路和電壓調(diào)節(jié)器允許本發(fā)明滿意地在5伏特至15伏特輸入的范圍上操作。這種可變輸入電壓是常規(guī)汽車電池使用的結(jié)果。


圖1是本發(fā)明一個(gè)第一最佳實(shí)施例的帶有表示的適當(dāng)連接的方塊圖。
圖2是表示電路細(xì)節(jié)的本發(fā)明最佳實(shí)施例的示意圖。
圖3是方塊圖，表示本發(fā)明的系統(tǒng)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛火花塞的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，在10處表示有按照本發(fā)明最佳實(shí)施例的點(diǎn)火系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)10包括一對(duì)功能組。第一功能組12是一個(gè)輸入電壓調(diào)節(jié)器。第二功能組14是輸出部分。第二組14產(chǎn)生由一個(gè)鎮(zhèn)流電抗16限流的高壓交流輸出。功能組12和14一起起作用，以便適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)燃火花塞18。
功能組12是輸入電壓調(diào)節(jié)器。功能組12提供一個(gè)至第二組14的反饋受控直流電源，以便允許本發(fā)明不用調(diào)整地用在帶有變化初級(jí)直流供給電壓的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中。輸入電壓調(diào)節(jié)器20可以另外包括當(dāng)合理時(shí)減小輸出電壓并且進(jìn)入閑置模式以減小從發(fā)動(dòng)機(jī)初級(jí)直流電源抽取的總模量電流的適當(dāng)裝置。
第二功能組14產(chǎn)生供給到火花塞18的高壓交流輸出。鎮(zhèn)流電抗可以是一個(gè)集總元件電容器、一個(gè)集總元件電感器、或包括輸出變壓器22的漏電感的分布電感。在每種這樣的情況下，目的和效果是一旦跨過火花塞電極24已經(jīng)建立電弧就限制輸出電流，當(dāng)開路(即沒有電弧)狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)允許產(chǎn)生的全輸出電壓跨過電極24。由這種作用提供的重要好處之一在于，如果電弧由燃燒室內(nèi)的狀態(tài)中斷則立即重新建立電弧(典型地在轉(zhuǎn)換器頻率的四分之一周期內(nèi))的性質(zhì)。第二功能組14也包含一個(gè)控制輸出的裝置25。當(dāng)控制輸入27處于閑置狀態(tài)時(shí)，該電路閑置輸出部分，而當(dāng)控制輸入27處于活性狀態(tài)時(shí)允許操作。輸出控制裝置25也可包含用于提高點(diǎn)火計(jì)時(shí)精度的電路。
在本發(fā)明中，第二功能組14提供一個(gè)在輸出終端28處具有高壓、在電路特性中固有輸出電流限制的直流至交流轉(zhuǎn)換器。它因而為維持在所有正常條件下的電弧和為在汽缸內(nèi)在火花塞電極24上最小電氣磨損而提供。第二功能組14的輸出為了快速電氣作用和尺寸最小化的目的在較低頻率(RF)帶(1KHz至100KHz)下設(shè)置。本發(fā)明通過利用高頻能實(shí)現(xiàn)重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功能性統(tǒng)一、及在維持起弧期間以高電氣效率的接通下的輸出電壓的快速建立。本發(fā)明因而用于分散類型點(diǎn)火系統(tǒng)和線圈靠近火花塞的系統(tǒng)、或線圈在火花塞上的系統(tǒng)。
本發(fā)明利用一個(gè)直流至高壓、高頻(RF)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器在輸出處限流，并且包含借其可以致動(dòng)轉(zhuǎn)換器的裝置，該轉(zhuǎn)換器由一個(gè)如期望來自一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的(模擬或數(shù)字)低電壓信號(hào)閑置。本發(fā)明也利用添加有一個(gè)電源的這種可控制轉(zhuǎn)換器，由此可以使至可控制轉(zhuǎn)換器的直流功率在主電源電壓的特定范圍上是恒定的。本發(fā)明也能包括帶有調(diào)節(jié)電源的這樣的可控制轉(zhuǎn)換器，其中至轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)直流電源可以在直流輸出電壓的特定范圍上借助于一個(gè)至調(diào)節(jié)電源的外部控制輸入而控制。本發(fā)明能進(jìn)一步包括具有提供外部控制輸入的電源裝置的這種可控制轉(zhuǎn)換器，其中電源裝置可以借助于一個(gè)外部控制輸入放置在閑置模式中，從而減小來自主電源的動(dòng)力消耗量。本發(fā)明也能包括帶有電源裝置的這種可控制轉(zhuǎn)換器，該裝置借助于在轉(zhuǎn)換器控制器電路中的計(jì)時(shí)器提供用于電壓和/或關(guān)閉的外部控制輸入，從而使由對(duì)于轉(zhuǎn)換器達(dá)到完全操作需要的時(shí)間造成的電弧啟動(dòng)的時(shí)間延遲最小和/或被補(bǔ)償，以便把準(zhǔn)確的點(diǎn)火計(jì)時(shí)提供給受控發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明也能包括這樣的可控制轉(zhuǎn)換器，使可控制調(diào)節(jié)電源和計(jì)時(shí)補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)換器控制器帶有附加裝置，由此跨過輸出終端的電壓和/或經(jīng)輸出終端的電流可以在轉(zhuǎn)換器操作時(shí)被檢測。
圖2是本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)10的操作的更詳細(xì)示意圖。要理解，表示在圖2中、同時(shí)足以實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中實(shí)施的功能性的特定電路布局，總之就包含在其中的特定電路、器件或電路模型而論，應(yīng)該不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明在包括其整體的功能的每一個(gè)中，可通過幾種不同的電路布局、模型及操作理論實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，在選擇成實(shí)現(xiàn)一種給定功能的任何具體電路布局中的關(guān)鍵有源器件位置的每一個(gè)中，可利用幾種不同制造、型號(hào)、技術(shù)及種類的電子元件的任一種。在如下詳細(xì)描述中使用的短語和術(shù)語用于描述目的，以便清楚地揭示該實(shí)施例的操作。他們不應(yīng)該理解成限制這里所要求的本發(fā)明的范圍。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)10利用變壓器22的輸出。輸出變壓器22能是一個(gè)間隔開的磁性鐵氧體陶瓷磁芯變壓器，配置成提供初級(jí)和次級(jí)繞組的部分去耦。這構(gòu)成次級(jí)繞組30漏電感形式的輸出限流電抗16。該初級(jí)繞組32帶有一個(gè)中心抽頭34及連接到每個(gè)端部終端上的開關(guān)晶體管36和38。一個(gè)次級(jí)繞組37為至開關(guān)晶體管36和38的控制終端的反饋而提供。一個(gè)扼流圈連接在初級(jí)繞組32的中心抽頭34與調(diào)節(jié)功率進(jìn)口40之間。偏壓從功率進(jìn)口40經(jīng)偏壓電阻器42和44提供到開關(guān)晶體管36和38。初級(jí)繞組32由一個(gè)諧振電容器46橋接，以便形成一個(gè)諧振回路。這整個(gè)形成稱作電流饋電Royer振蕩器轉(zhuǎn)換器的裝置。振蕩器借助于控制晶體管48和50閑置，控制晶體管48和50當(dāng)由在控制終端52上的正電壓接通時(shí)，下拉開關(guān)晶體管36和38的控制終端。在控制終端52上的電壓除去斷開控制晶體管48和50，以便允許至開關(guān)晶體管36和38的偏壓，并因而允許轉(zhuǎn)換器的操作。在啟動(dòng)時(shí)，振蕩器開始抽出電流。帶有電容器46和初級(jí)繞組32的諧振回路呈現(xiàn)小量的振鈴(ringing)。連接反饋次級(jí)繞組37，以便把強(qiáng)化反饋提供給開關(guān)晶體管36和38，從而放大振鈴，并且在諧振頻率的一個(gè)或兩個(gè)循環(huán)后達(dá)到全幅振蕩。振幅振蕩由于強(qiáng)化反饋將繼續(xù)，只要功率和偏壓提供給開關(guān)晶體管36和38。轉(zhuǎn)換器電路因而是自啟動(dòng)和自維持的。電容器54和56可以提供在圖2中所示位置的一個(gè)或兩個(gè)處，以便增強(qiáng)在接通時(shí)的振鈴，并因而減小轉(zhuǎn)換器的上升時(shí)間。提供一個(gè)檢測次級(jí)繞組58，以便就輸出次級(jí)繞組30上的電壓而論允許至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器單元的反饋。輸出次級(jí)繞組30能使其較低終端60連接到一個(gè)電流檢測裝置上，如電阻器62和二極管64上。這就對(duì)于輸出次級(jí)繞組30的電流允許至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器單元的反饋。
在圖2中，表示為圖1中功能組12的電壓調(diào)節(jié)器電路包括一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路66、開關(guān)晶體管68、能量存儲(chǔ)電感器70、輸入濾波器電容器72及輸出濾波器電容器74。該電路在15至50伏特的范圍內(nèi)提供至轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)電壓，這取決于選擇的集成電路66和反饋電阻器76與78的比值?？梢蕴峁┮粋€(gè)輸入80以便以一個(gè)成比例正電壓減小調(diào)節(jié)電壓。減小的量可以通過調(diào)節(jié)電阻器82的值控制。提供一個(gè)控制輸入84，以便通過下拉晶體管86的作用把開關(guān)調(diào)節(jié)器66置入一種閑置模式。來自電池的主功率進(jìn)口88由一個(gè)浪涌吸收二極管90保護(hù)免受負(fù)荷突降波動(dòng)和尖峰。
在本發(fā)明中，最好升壓來自電池的電壓，從而來自電池的5至15伏特轉(zhuǎn)換成用于振蕩器的35至50伏特。這會(huì)減小對(duì)變壓器22的高匝比的需要。象這樣，借助于電壓的增大，能適當(dāng)?shù)販p小變壓器22的尺寸。
圖3是示意圖，表示聯(lián)系火花塞100和102直接使用的本發(fā)明的點(diǎn)火系統(tǒng)10。在圖3中，能看到，變壓器104直接連接到火花塞100上。類似地，變壓器106直接連接到火花塞102上。一根電線108從控制器110延伸到變壓器104。另一根電線112從控制器110延伸到變壓器106。象這樣，為了火花塞100和102的點(diǎn)燃，控制器110能把必須的計(jì)時(shí)信號(hào)分別提供到變壓器104和106。
類似地，變壓器104包括一根延伸回控制器100的檢測線114。變壓器106也包括一根延伸回控制器110的檢測線116。象這樣，控制器110能從變壓器104和106接收關(guān)于火花塞100和102的操作條件的適當(dāng)信號(hào)，以便適當(dāng)監(jiān)視次級(jí)繞組的輸出電流和輸出電壓。通過提供該信息，控制器110能適當(dāng)?shù)鼐幊桃韵鄬?duì)于諸如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和燃料燃燒之類的信息優(yōu)化火花塞100和102的點(diǎn)燃。汽車電池118由線120連接，以便把功率提供到控制器110。
如在圖3中看到的那樣，不象常規(guī)點(diǎn)火線圈，火花塞100和102的每一個(gè)的點(diǎn)燃直接在火花塞上實(shí)現(xiàn)?？刂破?10能是一個(gè)借助于用于火花塞每一個(gè)點(diǎn)燃的優(yōu)化的必需信息編程的微處理器。控制器110能從曲軸或從發(fā)動(dòng)機(jī)接收關(guān)于特定時(shí)間的輸入，在該特定時(shí)間下火花塞100和102每一個(gè)的燃燒室的點(diǎn)燃是必需的。由于變壓器104和106的每一個(gè)直接布置在火花塞100和102上，并且由于他們以高頻操作，所以有效地避免在汽車內(nèi)的無線電干擾。適當(dāng)?shù)钠帘螒?yīng)該應(yīng)用于變壓器104和106的每一個(gè)以進(jìn)一步防止任何RF干擾。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，12伏特輸入名義上是電池118的電壓。這能從在冷開動(dòng)下的6伏特至正常操作期間的14.5或15伏特。高壓變壓器的輸出電壓和能量與輸入電壓成比例。象這樣，對(duì)于輸入的6伏特必須提供足夠的電壓和能量，以在諸如冷啟動(dòng)之類的低電壓條件期間啟動(dòng)車輛。結(jié)果，對(duì)于輸入的6伏特必須改進(jìn)電路以在來自變壓器的30千伏特下操作。象這樣，本發(fā)明能利用一個(gè)跨過輸入電壓的齊納電路、或類似的電路，以便把輸入電壓限制到6伏特。
至火花塞的信號(hào)是一個(gè)當(dāng)火花應(yīng)該點(diǎn)燃時(shí)把電路接通而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不需要火花時(shí)把其斷開的低壓方波。這能改變，以便提供在冷啟動(dòng)期間較長、而在正常操作期間較短的“電弧持續(xù)時(shí)間”。
本發(fā)明的電路能利用一個(gè)濾波器，以阻塞來自直流電源的RF頻率。這可以是一個(gè)小的鐵氧體環(huán)形線圈和一個(gè)濾波器電容器。
用在本發(fā)明中的諧振振蕩器與變壓器的初級(jí)繞組一起，在正弦波輸出的半個(gè)循環(huán)期間與繞組32而在正弦波輸出的另一半期間與繞組37，形成一個(gè)振蕩器。能使用適當(dāng)?shù)碾娙萜鳎员阍O(shè)置振蕩頻率、以及初級(jí)電感和次級(jí)漏電感。
變壓器22的輸出是達(dá)到至少20千伏特的高壓正弦波(零至波峰)。最佳頻率是在20KHz的范圍內(nèi)。
變壓器22能具有各種形狀。一種最佳類型的變壓器22包括一個(gè)鐵氧體磁芯(在中心柱中間隔開)、一個(gè)具有八匝中心抽頭的18號(hào)磁導(dǎo)線的初級(jí)繞組、及一個(gè)具有約10,000匝40號(hào)磁導(dǎo)線的截面線軸次級(jí)。變壓器22能封裝在高壓封裝材料中。與變壓器相聯(lián)的電路能封裝在相同的屏蔽外殼中。整個(gè)器件能近似是一包煙的尺寸。
本發(fā)明的以上公開和描述是說明性的和解釋性的。在附屬的范圍內(nèi)能進(jìn)行表明構(gòu)造細(xì)節(jié)的各種變更，而不脫離本發(fā)明的精神。本發(fā)明應(yīng)該僅由如下權(quán)利要求書和其合法等效文件限制。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，包括一個(gè)變壓器裝置，帶有一個(gè)適于連接到一個(gè)電源上的初級(jí)繞組，所述變壓器裝置帶有一個(gè)次級(jí)繞組，所述變壓器裝置用來從所述次級(jí)繞組產(chǎn)生一個(gè)具有在1KHz與100KHz之間的頻率和至少20千伏特的電壓的輸出；一個(gè)連接器，從所述變壓器裝置的所述次級(jí)繞組延伸，并且適于與內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)火花塞的一個(gè)終端連接；及一個(gè)控制器，互連到所述變壓器裝置上，以便激活和失活所述變壓器裝置的所述輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述變壓器裝置用來產(chǎn)生一個(gè)具有達(dá)到至少20千伏特的高壓正弦波的交變電流的所述輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，連接到所述變壓器裝置上，以便提供至所述變壓器裝置的恒定直流電壓輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述變壓器裝置在通過所述控制器的激活期間從所述次級(jí)繞組的所述輸出產(chǎn)生恒定瓦數(shù)的功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)火花塞，連接到所述變壓器裝置的所述連接器上，所述控制器連接到所述變壓器裝置的所述次級(jí)繞組的所述輸出上，以便跨過所述火花塞的電極產(chǎn)生可控制持續(xù)時(shí)間的電弧，所述持續(xù)時(shí)間從在0.5毫秒與4毫秒之間選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)電池，互連到所述變壓器裝置的所述初級(jí)繞組上，所述電池產(chǎn)生一個(gè)在5與15伏特之間的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述次級(jí)繞組包括一個(gè)輸出次級(jí)繞組，帶有從其延伸的連接器，所述輸出次級(jí)繞組帶有一個(gè)連接到其上并且連接到所述控制器上的電流檢測器，以便檢測經(jīng)所述輸出次級(jí)繞組的電流；和一個(gè)檢測次級(jí)繞組，連接到所述控制器上，以便檢測所述變壓器裝置的所述輸出的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述變壓器裝置包括一個(gè)轉(zhuǎn)換器裝置，用來把所述輸出轉(zhuǎn)換成一個(gè)交變電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)換器裝置包括一個(gè)電流饋電Royer-振蕩器轉(zhuǎn)換器，連接到所述變壓器裝置的所述初級(jí)繞組上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，所述電壓調(diào)節(jié)器裝置包括一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路，連接到一個(gè)能量存儲(chǔ)電感器上和連接到一個(gè)開關(guān)晶體管上，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路從電源接收一個(gè)可變電壓，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路把一個(gè)在5與50伏特之間的固定電壓通到所述變壓器裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)電壓輸入裝置，連接到所述開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路上，以便以一個(gè)成比例正電壓減小所述固定電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)火花塞，使所述連接器固定到其上，所述變壓器裝置直接固定到所述火花塞上，所述變壓器裝置帶有一根延伸到安裝在遠(yuǎn)離所述火花塞的一個(gè)位置處的所述控制器的電線；和一個(gè)電池，帶有一根延伸到所述控制器的電源線，所述控制器把一個(gè)固定電壓從所述電池的所述電源線通到所述變壓器裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，所述控制器是一個(gè)微處理器。
14.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，包括一個(gè)變壓器裝置，帶有一個(gè)適于連接到一個(gè)電源上的初級(jí)繞組，所述變壓器裝置帶有一個(gè)次級(jí)繞組，所述變壓器裝置用來從所述次級(jí)繞組產(chǎn)生一個(gè)是具有在1KHz與100KHz之間的頻率的交變電流的輸出；一個(gè)火花塞，連接到所述變壓器裝置的所述次級(jí)繞組上；及一個(gè)控制器，互連到所述變壓器裝置上，以便把所述變壓器裝置設(shè)置在激活狀態(tài)和失活狀態(tài)，所述變壓器裝置在所述激活狀態(tài)下把所述電流通到所述火花塞。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，所述交變電流具有達(dá)到至少20千伏特的高壓正弦波。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，所述變壓器裝置在所述激活狀態(tài)期間把恒定瓦數(shù)的功率通到所述火花塞。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電壓調(diào)節(jié)器，連接到所述變壓器裝置的所述初級(jí)繞組上，所述電壓調(diào)節(jié)器裝置用來把一個(gè)恒定直流電壓輸入提供到在5與50伏特之間的所述變壓器裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)電池，電氣連接到所述電壓調(diào)節(jié)器裝置上，以便把一個(gè)在5與15伏特之間的可變電壓通到所述電壓調(diào)節(jié)器裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，所述控制器具有一種與跨過所述火花塞的電極的電弧的持續(xù)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的激活狀態(tài)，所述持續(xù)時(shí)間在0.5毫秒與4毫秒之間。
20.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，包括一個(gè)電池；一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，連接到所述電池上，并且適于通過一個(gè)恒定直流電壓作為從那里的一個(gè)輸出；一個(gè)變壓器裝置，帶有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，所述變壓器裝置使所述初級(jí)繞組連接到所述電壓調(diào)節(jié)器上，以便從其接收所述恒定直流電壓；及一個(gè)火花塞，連接到所述變壓器裝置的所述次級(jí)繞組上，所述變壓器裝置用來把恒定瓦數(shù)的功率通到所述火花塞。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，所述變壓器裝置用來把所述恒定直流電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)具有在1KHz與100KHz之間的頻率的交變電流，所述交變電流具有達(dá)到至少20千伏特的高壓正弦波。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，所述電池把一個(gè)可變電壓通到在5與15伏特之間的所述電壓調(diào)節(jié)器，所述恒定直流電壓在5與50伏特之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)控制器裝置，連接到所述變壓器裝置上，所述控制器裝置用來把所述火花塞設(shè)置在激活狀態(tài)和失活狀態(tài)下。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，所述激活狀態(tài)對(duì)應(yīng)于跨過所述火花塞的電極的電弧的持續(xù)時(shí)間，所述持續(xù)時(shí)間在0.5毫秒與4毫秒之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，所述變壓器裝置直接安裝在所述火花塞上。
26.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，包括一個(gè)變壓器裝置，帶有一個(gè)適于連接到一個(gè)電源上的初級(jí)繞組，所述變壓器裝置帶有一個(gè)次級(jí)繞組；一個(gè)火花塞，連接到所述變壓器裝置的所述次級(jí)繞組上，所述火花塞帶有一個(gè)形成在其上的電極，以便允許火花從其通過，所述變壓器裝置用來把至少20千伏特的電壓通到所述火花塞；及一個(gè)控制器，連接到所述變壓器裝置上，所述控制器用來把所述變壓器裝置設(shè)置在激活狀態(tài)和失活狀態(tài)下，所述激活狀態(tài)對(duì)應(yīng)于跨過所述電極的火花的持續(xù)時(shí)間，所述持續(xù)時(shí)間在0.5毫秒與4毫秒之間。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，所述火花的所述持續(xù)時(shí)間由所述控制器相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的狀態(tài)選擇性地設(shè)置。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，由所述變壓器裝置通到所述火花塞的所述電壓是在1KHz與100KHz之間交變電流。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，所述交變電流具有至少20千伏特的高壓正弦波。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)電池，通過一個(gè)在5與50伏特之間的可變電壓；和一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器裝置，連接到所述電池上和連接到所述變壓器裝置的所述初級(jí)繞組上，所述電壓調(diào)節(jié)器用來把一個(gè)在5與50伏特之間的恒定直流電壓通到所述變壓器裝置。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng),帶有:一個(gè)變壓器裝置,使一個(gè)初級(jí)繞組適于連接到一個(gè)電源上,并且使一個(gè)次級(jí)繞組適于連接到內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)火花塞上;和一個(gè)控制器,互連到變壓器上,從而激活和失活變壓器的輸出。變壓器用來從次級(jí)繞組產(chǎn)生一個(gè)具有在1KHz與100KHz之間的頻率和至少20千伏特的電壓的輸出。特別是,變壓器產(chǎn)生一個(gè)使高壓正弦波達(dá)到至少20千伏特的交變電流的輸出。一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器連接到電源上,并且連接到變壓器上,以便提供至變壓器的恒定直流電壓輸入。變壓器在通過控制器的激活期間從次級(jí)繞組的輸出產(chǎn)生恒定瓦數(shù)的功率。變壓器連接到火花塞上并且連接到控制器上,從而跨過火花塞的電極產(chǎn)生可控制持續(xù)時(shí)間的電弧。該持續(xù)時(shí)間從在0.5毫秒與4毫秒之間選擇。一個(gè)電池是連接到變壓器的初級(jí)繞組上的電源。該電池產(chǎn)生一個(gè)在5與15伏特之間的可變電壓。
文檔編號(hào)F02P3/08GK1367864SQ00807922
公開日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2000年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月26日
發(fā)明者托馬斯·C·馬爾斯, 巴里·格林 申請(qǐng)人:托馬斯·C·馬爾斯