CN108713096B - 用于内燃机的强制频率点火系统 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的点火系统(10)具有电源、具有第一和第二初级绕组(32和33)以及次级绕组(30)的变压器(22)、从次级绕组延伸出且适于与内燃机的火花塞(18)的端子连接的连接器，以及与变压器协同工作从而激活和停止到第一和第二初级绕组的电压的电子点火正时电路(42)。第一和第二初级绕组与电源连接，使得变压器从次级绕组产生1kHz到100kHz之间的以及电压至少20kV的交流电压输出。强制推挽式逆变器(82)与电子点火正时电路协同工作，以便固定到第一和第二初级绕组的电压的频率。

Description

用于内燃机的强制频率点火系统

技术领域

本发明涉及内燃机。更具体地，本发明涉及用于点燃内燃机内的燃料的电点火装置。更具体地，本发明涉及点火线圈，用于施加交流电压，以点燃内燃机内的火花塞。

背景技术

大部分内燃机都具有某种类型的点火电路，用于在汽缸内产生火花。火花会促使汽缸内的燃料燃烧，以驱动活塞以及附接的曲轴。典型地，发动机包括安装于发动机的飞轮上的多个永久安装磁体以及安装在飞轮附近的发动机外壳上的充电线圈。在飞轮旋转时，磁体通过充电线圈。由此在充电线圈上产生电压，并且该电压被用来给高压电容器充电。在电容器上的高压电荷借助于触发电路释放到点火线圈，从而导致跨火花塞的火花隙的高电压短历时的电火花并且点燃汽缸内的燃料。这种类型的点火被称为电容放电式点火。

多年来，使用点火线圈来引发燃烧的标准往复式内燃机的设计一直使用受仅使用具有相对低的强度的单个短历时火花来可靠地引发燃烧的需要严重影响的燃烧室形状和火花塞布局。但是，近年来，燃料效率、燃烧完全度、排气清洁度以及各个循环燃烧中的降低的可变性越来越受到重视。这种重视意味着燃烧室的形状必须要修改以及燃料-空气混合物的比例必须要改变。在某些情况下，用于在安置火花塞电极的区域故意引入燃料-空气混合物的强湍流或旋转流的程序已经被使用。这通常会导致电弧的中断或“吹灭”。这增加了对燃烧引发过程的效率的要求。人们已经发现，在这样的应用中，拥有可以保持长达4到5毫秒的电弧可用是非常优选的。实现该想法的努力已经引起了可见于多项专利中的各种创新。

例如，在1998年9月15日授予French等人的美国专利No.5,806,504教导了一种用于内燃机的点火电路，其中该点火电路包括具有用于产生火花的次级绕组且具有第一和第二初级绕组的变压器。电容器与第一初级绕组连接，以给变压器提供高能量电容放电电压。电压调节器连接至第二初级绕组，用于产生交流电压。控制电路连接至电容器和电压发生器，用于提供控制信号以使高能量电容放电电压释放到第一初级绕组，并且用于给电压发生器提供控制信号以便产生交流电压。

在1991年3月12日授予K.P.Gokhae的美国专利No.4,998,526教导了交流电流点火系统。该系统对火花塞的电极施加交流电流，以使电弧在电极处保持所期望的时长。电弧电流的幅值可以改变。交流电流由DC-AC逆变器产生，该DC-AC逆变器包括具有中心初级绕组以及与火花塞连接的次级绕组的变压器。通过使电容器放电至中心初级绕组处的绕组部分之一而在火花塞处引发电弧。可替代地，存储于电感器内的能量可以供应给初级绕组部分以引发电弧。点火系统由受控的电流源供电，该电流源接收来自直流电压源(如机动车上的电池)的输入电力。

在这些现有技术的专利中的每一种专利中，器件使用双重机制，其中以低能量扩展机制来补充高能量放电。但是，扩展电弧的方法给最终用户提出了问题。首先，该机制实际上是电子复杂的，因为多种控制机制必须以两个独立电弧机制的形式存在。其次，没有给出用于在重复中断条件下自动维持电弧的方法。另外，这些机制不一定提供其内包含所有必要功能的质量低和尺寸小的单功能块单元。

在2000年10月24日授予T.Marrs的美国专利No.6,135,099公开了一种用于内燃机的点火系统，其包括具有适于连接至电源的初级绕组且具有适于连接至火花塞的次级绕组的变压器装置。变压器用于从次级绕组产生输出，该输出具有1kHz到100kHz之间的频率以及至少20kV的电压。控制器与变压器连接，从而相对于燃烧循环激活和停止变压器装置的输出。变压器用于产生具有高压正弦波至少达到20kV的交流电的输出。电压调节器与变压器的电源连接，从而给变压器提供恒定的DC电压输入。在由控制器激活期间，变压器从次级绕组的输出产生恒定瓦数的功率。控制器与变压器连接，从而允许变压器跨火花塞的电极产生持续时间可控的电弧。该持续时间可以是0.5毫秒到4毫秒之间。电池与变压器的初级绕组连接。电池产生5伏到15伏之间的可变电压。

本发明的一个目的是提供一种点火系统，该点火系统包括尺寸小到足以直接安装到火花塞上的变压器。

本发明的另一个目的是提供一种点火系统，该点火系统允许进行简单的射频屏蔽，从而防止在车辆的电气系统中的射频干扰。

本发明的另一个目的是提供一种点火系统，该点火系统在整个燃烧期间提供恒定的功率。

本发明的另一个目的是提供一种点火系统，该点火系统增强了启动时点燃冷燃料的能力。

本发明的又一个目的是提供一种点火系统，该点火系统向火花塞传递交流电，从而大大减少火花塞间隙侵蚀。

本发明的又一个目的是提供一种点火系统，该点火系统在火花塞的电极上提供持续时间可调节的电弧。

本发明的又一个目的是提供一种点火系统，该点火系统可以始终如一地并且有效地与来自车辆电池的可变输入电压一起使用。

本发明的又一个目的是提供一种点火系统，该点火系统包括用于为了评估汽缸内的条件而感测点火模块的输出处的电压和电流的装置。

本发明的又一个目的是提供一种点火系统，该点火系统易于使用，易于制造且相对便宜。

本发明的这些及其它目的和优点在下面的说明书及所附的权利要求书将变得明显。

发明内容

本发明是一种用于内燃机的点火系统。该点火系统包括电源、具有第一和第二初级绕组及次级绕组的变压器、从次级绕组延伸出且适于与内燃机的火花塞的端子连接的连接器，以及与变压器协同工作以便激活和停止到第一和第二初级绕组的电压的电子点火正时电路。第一和第二初级绕组与电源连接，使得变压器从次级绕组产生1kHz到100kHz之间且电压至少为20kV的交流电压输出。

强制推挽式逆变器与电子点火正时电路协同工作，以便固定到第一和第二初级绕组的电流的频率。固定频率为1kHz到100kHz之间。强制推挽式逆变器包括不稳定的振荡器。

门驱动IC与电子点火正时电路协同工作，以便相对于电子点火正时电路的定时脉冲来传输电压。第一场效应晶体管(FET)连接至门驱动IC的输出。第一FET是可切换的，以便将交流电压传输到第一初级绕组。第二FET连接至门驱动IC的输出。第二FET是可切换的，以便将交流电压传输到第二初级绕组。

发动机控制模块将电压的方波传输给电子点火正时电路。电子点火正时电路产生方波的下降沿起的脉冲。该方波为0伏到5伏之间。当方波从5伏下降到0伏时，由电子点火正时电路产生到次级绕组的火花。次级绕组的交流电压输出是具有连续电弧持续时间为0.5毫秒到5毫秒的电弧的火花。

电压调节器电路电连接于电源和电子点火正时电路之间，以便降低电源的电压。电压调节器建立8伏的参考电压。门驱动IC将电压逆变，以便最终促使第一FET和第二FET交替点火。瞬变电压抑制器电连接于电源和电子点火正时电路之间。在本发明中，电源包括具有5伏到15伏之间的电压的电池。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于内燃机的点火系统，该点火系统包括具有适于与电源连接的初级绕组和次级绕组的变压器。变压器从次级绕组产生具有1kHz到100kHz之间的频率以及至少20kV的电压的交流电压输出。变压器包括与初级绕组连接的基于振荡器的推挽式逆变器。连接器从变压器的次级绕组延伸出并且适于与内燃机的火花塞的端子连接。控制器与变压器互连，从而激活和停止变压器的输出。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于内燃机的点火系统，该点火系统包括具有适于与电源连接的初级绕组和次级绕组的变压器。变压器从次级绕组处产生具有1kHz到100kHz之间的频率的交流电压的输出。单个火花塞连接至变压器的次级绕组。控制器与变压器互连，从而将变压器置于活动状态和非活动状态。变压器在活动状态时将电压传递至单个火花塞。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于内燃机的点火系统，该点火系统包括电池、与电池连接的且适于传输恒定的直流电压作为其输出的电压调节器、多个变压器，该多个变压器中每个都具有在次级绕组上的初级绕组，其中初级绕组连接至电压调节器以便接收来自电压调节器的恒定直流电压。火花塞连接至每个变压器的次级绕组。每个变压器用于将恒定瓦数的电功率传递给火花塞。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于内燃机的点火系统，该点火系统包括具有适于连接至电源的初级绕组和次级绕组的变压器。火花塞与变压器的次级绕组连接。火花塞具有形成于其上的电极，以便允许火花从其中通过。变压器将至少20kV的电压传输至火花塞。由变压器传输至火花塞的电压具有1kHz到100kHz之间的交流电压。控制器与变压器连接。控制器将变压器置于活动状态和非活动状态。活动状态对应于跨电极的火花的持续时间。该持续时间为0.5毫秒到4毫秒之间。

在本发明的又一个方面，提供了一种用于内燃机的点火系统，该点火系统包括具有适于与电源连接的初级绕组以及适于与火花塞连接的次级绕组的变压器。变压器用于从次级绕组产生具有1kHz到100kHz之间的频率以及至少20kV的电压的输出。

控制器与变压器连接，从而相对于燃烧循环激活和停止变压器的输出。变压器用于产生具有高压正弦波至少达到20kV的交流电压的输出。功率提升式电压调节器连接至电源和变压器，以便给变压器提供恒定的DC电压输入。变压器在由控制器激活期间从次级绕组的输出产生恒定瓦数的功率。控制器与变压器连接，以便允许变压器产生跨火花塞的电极的持续时间可控的电弧。在理想情况下，该持续时间可以被选择为0.5毫秒到4毫秒之间。电池与功率提升式电压调节器的输入连接。电池产生5V到15V之间的可变电压。

在本发明中，次级绕组包括具有从其中延伸出的连接器的输出次级绕组。若需要，该输出次级绕组可以具有与其附接的且与控制器连接的电流传感器，以便感测通过输出次级绕组的电流。若需要，感测次级绕组可以连接至控制器，以便感测变压器的输出的电压。变压器包括用于将输出转换成交流电压的逆变器。在本发明中，作为推挽式振荡器逆变器的形式使用的特定逆变器与变压器的初级绕组连接。在本发明中，功率提升式电压调节器包括与储能电感器和开关晶体管连接的开关调节器集成电路。开关调节器集成电路(IC)接收来自电源或电池的可变电压。开关调节器IC给变压器提供15伏到50伏之间的经调节的电压。电压输入与开关调节器集成电路连接，用于降低具有成比例的正电压的固定电压。

在本发明的优选实施例中，变压器直接与火花塞连接。电气线路将从变压器延伸至控制器，该控制器安装于远离火花塞的位置。与内燃机相关联的电池具有延伸至点火控制器的电源线。点火控制器会将经调节的电压从电池传输至变压器。点火控制器实际上可以是一系列数字/模拟控制电路、(一个或多个)微处理器、定制集成电路和相关联的分立器件或类似的电子器件。

本发明可提供优于各种现有技术的系统的多个优势。本发明使用尺寸很小的高压变压器。这是由于工作的高频率以及变压器使相对较高的电压输入而不是电池输入升压的事实。变压器可以小到足以直接安装于火花塞顶部，以便产生尺寸和重量仅为常规系统的几分之一的封装。这进一步可允许容易的射频屏蔽，以及防止电气系统中的射频干扰以及车辆中的无线电的干扰。高频率工作可允许较小的铁氧体磁芯，并且高的输入电压可允许较小的匝数比并且因此允许次级绕组上的较少匝数的导线。应当相信，变压器可以使用长度仅为2.5英寸且直径为1.25英寸的线圈。

本发明在整个电弧持续时间或燃烧时间内输送恒定的功率。普通的点火系统在前100毫秒内以最大的功率来点火然后指数衰减至0。本发明输送足够大的电压和功率，以在整个“开启”时间内重新点燃已熄灭的火花。当燃料的温度没有高到足以完全蒸发时，这对于在启动(冷启动)时点燃冷燃料大有益处。

本发明对于火花塞使用交流电，从而大大减少火花塞间隙侵蚀。经验显示，在普通点火系统的工作期间，材料被从阳极上去除并沉积于阴极上，或者反之。材料的去除将取决于火花塞间隙的DC电流的流动方向。在某些环境下，在常规的系统中，火花塞间隙可以随时间从20,000伏的间隙侵蚀至35,000伏的间隙。

在本发明中，电弧的持续时间可以通过简单地改变定时电阻器/电容器或放电率或者在电子点火正时输入定时信号自身的持续时间内改变而可控地在0.5毫秒至4毫秒之间可调节。在实际应用中，电弧的持续时间在冷启动期间可以为4毫秒并且在正常工作期间减少至0.5毫秒。也可以使用附加的定时器电路，以便根据需要针对给定的电子点火正时输入信号产生多个交流突发。这用来减少火花塞磨损并且降低对电池的功率要求。该调节可以与发动机温度或其它输入变量相关，由控制器自动完成。本发明所提供的功率提升式电压调节器可允许本发明在5伏到15伏之间的输入电压范围内令人满意地工作。该可变输入电压是使用传统汽车电池的结果。

前述部分旨在具体描述本发明的优选实施例。应当理解，在本发明的权利要求书的范围之内可以对这些优选实施例进行改变。正因如此，本部分不应被理解为对本发明的广泛范围的限定。本发明应仅受以下权利要求及其合法等同物的限定。

附图说明

图1是本发明的一种优选实施例的框图，示出了适当的连接。

图2是与本发明的点火系统的电路相关联的电子器件的示意图。

图3是示出本发明的系统在机动车的火花塞上的应用的框图。

图4是与电源一起使用的可选的功率提升式电压调节器的示意图。

具体实施方式

参照图1，该图示出了根据本发明的一种优选实施例的点火系统10。点火系统10包括一对功能组。第一功能组12是功率提升式电压调节器电路。第二功能组14是输出部分。第二功能组14产生高压直流输出，该直流输出是受压载电抗16限制的电流。功能组12和14共同作用，以便适当地点燃火花塞18。功能组12是输入功率提升式电压调节器。功能组12向第二功能组14提供反馈控制式稳压直流电源，以便允许本发明部署于具有变化的输入直流电源电压的发动机系统中，而无需调整。输入功率提升式电压调节器12另外还可以在适当时并入合适的装置来降低输出电压，并且进入闲置模式以降低从发动机主直流电源引出的总的模块电流。

第二功能组14产生向火花塞18供应的高压交流输出。压载电阻可以是集总元件电容器、集总元件导体或者包括输出变压器22的漏电感的分布电感。在每种这样的情况下，一旦产生了跨火花塞电极24的电弧，意图和效果就是限制输出电流，从而在开路(无电弧)状况发生时允许跨电极24产生输出电压。

这一行动所提供的重要好处之一在于以下特性：在电弧被燃烧室内的状况中断时可立即重新产生电弧(典型地在逆变器频率的四分之一周期内)。第二功能组14还包含用于控制输出的电子点火正时脉冲定时器25。当控制输入27(EST输入)处于闲置状态时，电路使输出部分闲置，并且当控制输入27处于活动状态时允许输出部分工作。输出控制25还可以包含旨在提高点火正时精度的电路。在本发明中，第二功能组14在具有电路特性所固有的输出电流限制的输出端子28处给直流-交流逆变器提供高电压。它提供了在所有正常条件下维持电弧以便使汽缸内的火花塞电极24上的电磨损最小化。为了快速电动作和尺寸最小化的目的，第二功能组14(即振荡器定时器)的输出被设置在较低频率(RF)的频带(1kHz到100kHz)内。通过使用高频率，本发明可以提供质量轻、紧凑、单一功能以及在启动时输出电压快速累积的性质，在持续产生电弧期间具有高的电效率。因而，本发明既可用于分配器型点火系统，也可用于插头在线圈附近的系统或插头在线圈上的系统。

本发明使用在输出处受反应性电流限制的高压高频的直流-交流逆变器，在该逆变器内包含一种装置，可以通过该装置由来自电子点火正时电路的低电压信号激活逆变器以及使之变为闲置，例如该信号是可预期来自发动机控制器的信号(不管是模拟的还是数字的)。本发明还使用添加了功率提升式电源的这类可控逆变器，由此到可控逆变器的直流电力可以在主电源电压的特定范围内保持恒定。本发明也可以包括具有稳压电源的这类可控逆变器，其中逆变器的稳压直流电源可以由到稳压电源的外部控制输入控制在直流输出电压的特定范围。本发明还可以包括具有可提供外部控制输入的电源的这类可控逆变器，其中该电源通过外部控制输入来置于闲置模式，以便减少主电源的功率消耗。本发明还可以包括具有以下电源的这类可控逆变器：可提供对电压的外部控制输入和/或以逆变器控制器电路中的定时器来关闭，使得因使逆变器达到完全工作所需的时间所致的电弧启动的时间延迟最小化和/或得到补偿，以便为受控发动机提供准确的点火正时。本发明还可以包括具有可控稳压电源和具有附加装置的定时补偿的逆变器控制器的可控逆变器，由此可以根据需要在逆变器工作时感测跨输出端子的电压和/或到输出端子的电流。

图2是本发明的点火系统的工作的详细电气原理图。应当理解，图2所示的特定电路拓扑虽然足以实现本发明的功能，但不应以任何方式针对其中所包含的具体电路、器件或电路型号方面来限定本发明的范围。本发明在包括其整体的每种功能中可借助于若干不同的电路拓扑、型号及工作理论来实现。还应当理解，在所选择的任何具体电路拓扑中的每个关键的有源器件位置的若干不同品牌、型号、技术和类型的电子构件的使用同样可以实现所需的功能。

总体上参见图2，本发明的点火系统10以示意图的形式示出。本发明的点火系统包括输出变压器22。输出变压器22可以是有间隙的磁性铁氧体陶瓷芯变压器，该变压器被配置用于提供初级和次级绕组的部分解耦。这构成了次级绕组30漏电感形式的输出电流限制反应物。初级绕组32和33具有中间抽头34以及与每个终端端子连接的开关晶体管36和38。

一般地，电子点火正时(EST)控制信号由发动机控制器提供，该发动机控制器受到调节并被用来激活RC控制的单稳态振荡器。该单稳态振荡器40被用来控制电子点火正时电路42的定时以及电弧的持续时间。电弧的持续时间将为0.5毫秒到5毫秒之间。然后，来自单稳态振荡器40的同一定时脉冲被用来激活或启用频率非稳态振荡器或定时器电路，并且启用缓冲FET栅极驱动器集成电路。如上所述，第二定时器被配置为非稳态振荡器，该非稳态振荡器被配置用于提供大约1kHz到100kHz的频率(0伏到8伏的信号)，并且被用来给栅极驱动器集成电路44的反相输入提供第一栅极驱动信号。然后，栅极驱动器集成电路44的第一输出被用来驱动第一FET 36。另外，该第一栅极驱动输出然后连接至栅极驱动器集成电路44的第二反相输入。这会保证到第二FET 38的必要的异相栅极驱动定时。这些定时器和栅极驱动器集成电路的结合被用来从栅极驱动偏置电阻器46和48产生到N沟道增强模式开关晶体管36和38的开关信号。初级绕组32通过电容器50(外部)来桥接，以便形成谐振回路。这整个电路采用推挽式逆变器的形式。借助于EST单稳态输出在0.5毫秒到5毫秒的期望定时脉冲结束时返回至0伏来禁用振荡器。

在启动时，振荡器40由发动机控制器的EST信号来指令。具有电容器50和初级绕组32的谐振回路以所指令的频率来驱动或切换以向变压器32的输出传递最大功率。只要开关晶体管36和38可获得电力和偏压，则振幅振荡将继续进行。因而推挽式逆变器电路是自启动和自我维持的。具体地，参照图2，最初通过EST输入端52向电阻器54提供电力。电阻器54用于使EST 42的输入电平移位。正因如此，它用作分压器。电容器56是EST 42的滤波电容器。电阻器58用于汇入EST 42的输入电流。电压瞬变抑制二极管60被钳位于来自电压调节器的8伏电源输出，并用于抑制传输到EST 42的电压的瞬变。输入电容器62沿着从EST输入52到EST 42的触发端子的路径来设置。单稳态振荡器40将延伸经过EST 42的引脚1和8。电容器64和电阻器66为大约1.1毫秒的电弧创建用于交流电压的脉冲持续时间。电阻器68和二极管70提供输入阈值触发器。电阻器72是V_dd的上拉式输出电阻器，用于提供输出驱动控制。最终，使能脉冲将会从发动机控制模块(ECM)的EST输入52发出，以便传输到EST 42的触发引脚。电容器和电阻器76、78和80被用来建立基本非稳态振荡器82的频率。非稳态振荡器82提供1kHz到100kHz之间的固定频率。正因如此，它用作强制推挽式逆变器，以便迫使本发明的频率。定时器驱动器IC 84的引脚4提供有来自引脚3的被传输至EST 42的输出的使能脉冲。电容器86是用来过滤V_dd噪声尖峰的滤波电容器。栅极驱动器IC 44的使能引脚1和8被用来在大约1毫秒的脉冲内唤醒门驱动器IC 44。IC 44由EST 42的引脚3输出来启用。电容器88、90和92是用于栅极驱动器输出的储能电容器。电源94将供应来自电压调节器电路的8伏的电力。正因如此，栅极驱动IC 44可以使FET 36和38交替偏置，以便驱动相应的初级绕组32和33。如上所述，电容器50有助于建立谐振频率。最终，电压将会作为正弦电压流向每个初级绕组32和33。结果是，变压器22将会具有交替偏置的初级绕组32和34，以便从次级绕组30产生高电压输出。本发明的系统可保证FET 36和38不会同时导通。正因如此，每个FET在次级绕组30跨火花塞间隙94产生电弧期间将会具有近50％的占空比。

电力最初来自电池100。可选的功率提升式电压调节器101可以被设置为与来自电池100的电力供应相关联。在图4中更详细地示出了该功率提升式电压调节器。滤波电容器102、104和106被提供用于过滤电池电压的瞬变。IC 108是电压调节器，该电压调节器向到进入栅极驱动器IC 44之内的EST 42的定时器提供电力。二极管110是用于反向电池保护的阻塞二极管。电阻器112和114用于将电压参考值设置为8伏。电容器116是用于电压调节器的储能电容器。最终，由电压调节器产生的8伏将被供应给118。电容器120是用于初级侧电压的储能/稳定电容器。线路122将会延伸到中间抽头34。线路124将会延伸到次级绕组30。在118处所示的8伏被供应给示意图的下半部的那些被示为8V的区域。

在本发明中，若需要，可以设置感测次级绕组以便允许到发动机控制单元的关于输出次级绕组30上的电压的反馈。若需要，输出次级绕组30可以将其下端子连接至电流传感器，如电阻器和二极管。这将会允许到发动机控制器单元的关于通过输出次级绕组30的电流的反馈。

功率提升式调节器电压电路在图1中示为功能组12，并且在图2的示意图的上部分中，向逆变器提供范围为15伏到50伏的经调节的电压，取决于所选择的集成电路以及反馈电阻器的比率。输入可以被提供用于随成比例的正电压降低经调节的电压。减少量可以通过调整电阻器的值来控制。控制输入可以被提供用于使开关调节器根据下拉式晶体管的行动而进入闲置模式。来自电池的主电源入口受浪涌吸收二极管保护以免受负载转储浪涌和尖峰的影响。

在本发明中，优选地，来自电池的电压被升压，使得来自电池的5伏到15伏之间的电压变为用于推挽式逆变器的15伏到50伏的电压。这将会降低对变压器22内的高匝数比的需求。正因如此，随着电压的这种增加，变压器22的尺寸可以适当地减小。

从EST 42到火花塞的信号是低压方波，其可以根据需要配置为可在火花应点燃时开启电路，而在发动机不需要火花时关闭电路。这可以改变，以便在冷启动期间提供较长的“电弧持续时间”以及在正常工作期间提供较短的“电弧持续时间”。本发明的电路可以使用滤波器来阻挡来自的直流电源的射频。这可以是小的铁氧体环形线圈和滤波电容器。

本发明所使用的推挽式逆变器与变压器的初级绕组一起共同形成了在正弦波输出的半周期内利用绕组32而在正弦波输出的另一半周期内利用绕组33的振荡器。可以使用合适的电容器以帮助设置所期望的振荡频率以及初级电感和次级漏电感，从而输送最大的功率。变压器22的输出是可达至少+/-20kV(0到峰值)的高压正弦波。优选的工作频率在10kHz到100kHz范围内。

变压器22可以采取各种形状。一个优选类型的变压器22可包括铁氧体磁芯(中心腿有间隙)、具有8匝中间抽头的18号磁铁线的初级绕组，以及具有大约10,000匝40号磁铁线的部分筒管次级绕组。变压器22可以用高压灌封材料封装。与变压器22相关联的电路可以被封装在同一屏蔽外壳内。

图3是示出直接与火花塞200和202关联地使用的本发明的点火系统的图解说明图。在图3中，可以看出，变压器204直接连接到火花塞200之上。类似地，变压器206直接连接到火花塞202之上。电气线路208将从控制器210延伸到变压器204。另一个电气线路212将从控制器210延伸到变压器206。正因如此，控制器210可以向变压器204和206提供必要的定时信号，分别用于火花塞200和202的点火。

类似地，变压器204包括往回延伸到控制器210的传感器线路214。变压器206还包括往回延伸到控制器210的传感器线路216。正因如此，控制器210可以接收来自变压器204和206的有关火花塞200和202的工作条件的合适信号，用于次级绕组的输出电流输出电压的适当监控。通过提供该信息，控制器210可以针对诸如发动机温度和燃料消耗等项目而适当地编程以优化火花塞200和202的点火。汽车电池218通过线路220连接，以便向控制器210提供电力。

在图3中可以看出，与常规的点火线圈不同，火花塞200和202各自的点火直接在火花塞上执行。发动机控制器210可以是微处理器，其以必要的信息来编程以优化每个火花塞的点火。发动机控制器210可以接收来自曲轴的或来自发动机的关于特定时间的输入，在该特定时间，每个火花塞200和202的燃烧室的点火是必要的。由于每个变压器204和206直接位于火花塞200和202上，并且由于它们在低频率处工作，因而汽车内的无线电干扰可得到有效避免。合适的屏蔽应当被施加于每个变压器204和206以进一步防止任何RF干扰。

在本发明的系统内，12伏的输入标称为电池218的电压。这可以从冷启动时的6伏变动到正常工作时的14.5或15伏。高电压变压器的输出电压和能量与输入电压成比例。正因如此，在低电压条件(例如冷启动)下，必须提供足够的电压和能量以及6伏的输入来启动车辆。

参照图4，示出了如图2所示的可选的功率提升式电压调节器101。该功率提升式电压调节器101包括开关调节器集成电路266、开关晶体管268、储能电感器270、输入滤波电容器272和输出滤波电容器274。电路向逆变器提供15伏到50伏范围内的经调节的电压，取决于所选择的集成电路266以及反馈电阻器276和278之比。输入280可以被提供用于随成比例的正电压降低经调节的电压。降低的量可以通过调整电阻器282的值来控制。控制输入284被提供用于通过下拉式晶体管286的动作使开关调节器集成电路266进入闲置模式。来自电池的初级电源入口288通过浪涌吸收二极管290来保护以免受负载转储浪涌和尖峰的影响。

在本发明中，优选的是，来自电池的电压被升高，使得来自电池的5伏到15伏变为用于逆变器的15伏到50伏。这将会减少对变压器中的高匝数比的需要。正因如此，通过电压的这种增加，可以适当地减小变压器的尺寸。

以上关于本发明的公开和描述是说明性的和解释性的。在不脱离本发明的真正精神的情况下，可以在所附权利要求的范围内对所示构造的细节进行各种改变。本发明应仅受以下权利要求及其合法等同物的限定。

Claims (17)

1.一种用于内燃机的点火系统，包括：

电源；

变压器，具有第一初级绕组和第二初级绕组以及次级绕组，所述第一初级绕组和第二初级绕组与所述电源连接，使得所述变压器从所述次级绕组产生1kHz到100kHz之间的且电压至少20kV的交流电压输出；

连接器，从所述次级绕组延伸出，所述连接器适于与所述内燃机的火花塞的端子连接；

电子点火正时电路，与所述变压器协同工作，从而激活和停止到所述第一初级绕组和第二初级绕组的电压；以及

强制推挽式逆变器，与所述电子点火正时电路协同工作，以便直接固定到所述第一初级绕组和第二初级绕组的电压的频率。

2.根据权利要求1所述的点火系统，所固定的频率为1kHz到100kHz之间。

3.根据权利要求1所述的点火系统，所述强制推挽式逆变器包括非稳定的振荡器。

4.根据权利要求1所述的点火系统，还包括：

逆变门驱动器IC，与所述电子点火正时电路协同工作，以便相对于所述电子点火正时电路的定时脉冲传输电压；

第一场效应晶体管，与所述门驱动器IC的输出连接，所述第一场效应晶体管是可开关的以便将交流电压传输到所述第一初级绕组；以及

第二场效应晶体管，与所述门驱动器IC的输出连接，所述第二场效应晶体管是可开关的以便将交流电压传输至所述第二初级绕组。

5.根据权利要求1所述的点火系统，所述次级绕组的所述交流电压输出是具有0.5毫秒到5毫秒之间的连续电弧持续时间的火花。

6.根据权利要求1所述的点火系统，还包括：

电压调节器电路，电连接于所述电源与所述电子点火正时电路之间以便使来自所述电源的电压下降。

7.根据权利要求6所述的点火系统，所述电压调节器建立8伏的参考电压。

8.根据权利要求4所述的点火系统，所述门驱动器IC使电压逆变，以便使所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管交替偏置。

9.根据权利要求1所述的点火系统，还包括：

电连接于所述电源与所述电子点火正时电路之间的瞬变电压抑制器。

10.根据权利要求1所述的点火系统，所述电源包括：

具有5伏到15伏之间的电压的电池。

11.一种用于内燃机的点火系统，包括：

电源；

变压器，具有第一初级绕组和第二初级绕组以及次级绕组，所述第一初级绕组和第二初级绕组与所述电源连接，使得所述变压器从所述次级绕组产生1kHz到100kHz之间的且电压至少20kV的交流电压输出；

连接器，从所述次级绕组延伸出，所述连接器适于与所述内燃机的火花塞的端子连接；

电子点火正时电路，与所述变压器协同工作，从而激活和停止到所述第一初级绕组和第二初级绕组的电压，所述电子点火正时电路将电压的方波传输至所述电子点火正时电路，所述电子点火正时电路产生从所述方波的下降沿起的电压脉冲。

12.根据权利要求11所述的点火系统，所述方波在0伏到5伏的范围内，当所述方波从5伏下降至0伏时，从所述电子点火正时电路产生到所述次级绕组的火花。

13.一种用于内燃机的点火系统，包括：

电源；

变压器，具有第一初级绕组和第二初级绕组以及次级绕组，所述第一初级绕组和第二初级绕组与所述电源连接，使得所述变压器从所述次级绕组产生1kHz到100kHz之间的且电压至少20kV的交流电压输出；

连接器，从所述次级绕组延伸出，所述连接器适于与所述内燃机的火花塞的端子连接；

电子点火正时电路，与所述变压器协同工作以便激活和停止到所述第一初级绕组和第二初级绕组的电压；

强制推挽式逆变器，与所述电子点火正时电路协同工作以便固定到所述第一初级绕组和第二初级绕组的电压的频率，所述电子点火正时电路将电压的方波传输至所述电子点火正时电路，所述电子点火正时电路产生从所述方波的下降沿起的电压脉冲；

逆变门驱动器IC，与所述电子点火正时电路协同工作，以便相对于所述电子点火正时电路的定时脉冲传输电压；

第一场效应晶体管，与所述逆变门驱动器IC的输出连接，所述第一场效应晶体管是可开关的以便将交流电压传输到所述第一初级绕组；以及

第二场效应晶体管，与所述逆变门驱动器IC的输出连接，所述第二场效应晶体管是可开关的以便将交流电压传输至所述第二初级绕组。

14.根据权利要求13所述的点火系统，所述次级绕组的所述交流电压输出为具有0.5毫秒到5毫秒之间的连续电弧持续时间的火花。

15.根据权利要求13所述的点火系统，还包括：

电压调节器电路，电连接于所述电源与所述电子点火正时电路之间以便使来自所述电源的电压下降。

16.根据权利要求13所述的点火系统，所述门驱动器IC使电压逆变，以便使所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管交替偏置。

17.根据权利要求13所述的点火系统，所述电源包括：

具有5伏到15伏之间的电压的电池。