CN110753791A - 磁电机点火系统和点火控制系统 - Google Patents

Abstract

在至少一些实施方式中，用于燃烧发动机的点火系统包括控制器、点火电路、以及在点火电路和控制器之间提供双向通信的导线。点火电路可包括被放电以引起点火事件的充电电容器。点火电路可为包括线圈的感应放电点火电路，并且于是还包括将电功率提供到该线圈的第二导线。

Description

磁电机点火系统和点火控制系统

相关申请的引用

本申请要求2017年6月21日提交的美国临时申请序列No. 62/522,957的权益，该美国临时申请的整个内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体涉及用于燃烧发动机的磁电机点火系统。

背景技术

电容器放电点火（CDI）系统广泛用于火花点火式内燃发动机中。大体上，CDI系统包括主电容器，主电容器在发动机的每个循环期间由相关联的发电机或充电线圈充电，并且稍后通过升压变压器或点火线圈放电以点燃火花塞。CDI系统通常具有定子组件，并且一个或多个磁体通常安装到发动机飞轮上，以当磁体转动经过定子时在充电线圈内生成电流脉冲。在充电线圈中产生的电流脉冲用于对主电容器充电，主电容器随后在触发信号的激活时放电。触发信号由也围绕定子铁芯缠绕的触发线圈提供，其中永磁体组件循环经过定子铁芯以在触发线圈内生成脉冲。微处理器具有输入和输出，并且通过多条导线联接到点火电路，每条导线单独地将信号提供到微处理器且提供来自微处理器的信号，以根据各种因素（诸如发动机速度和期望的点火正时）控制点火系统的操作。

发明内容

在至少一些实施方式中，用于燃烧发动机的点火系统包括控制器、点火电路、以及在点火电路和控制器之间提供双向通信的导线。点火电路可包括被放电以引起点火事件的充电电容器。点火电路可为包括线圈的感应放电点火电路，并且然后也可包括将电功率提供到线圈的第二导线。

以下中的一个或多于一个可经由提供双向通信的导线传送：表明温度的信号；表明发动机部件的位置的信号和用于引起点火事件的信号。在至少一些实施方式中，经由提供双向通信的导线将表明发动机部件（诸如活塞）的位置的信号从点火电路提供到控制器，并且经由提供双向通信的导线将用于引起点火事件的信号从控制器提供到点火电路。在至少一些实施方式中，当发动机部件在发动机的回转期间到达一定位置时，导线上的电压被上拉或下拉到参考电压，并且导线上的电压通过控制器上拉或下拉到参考电压以引起点火事件。在至少一些实施方式中，当发动机部件在发动机的回转期间到达一定位置时，导线上的电压被拉到接地，并且/或者导线上的电压通过控制器被上拉到参考电压以将引起点火事件的信号发送到控制器。

在至少一些实施方式中，也经由提供双向通信的导线将表明温度的信号从点火电路提供到控制器。导线上的模拟电压可提供表明温度的信号或输出。

在至少一些实施方式中，用于具有可移动发动机部件的燃烧发动机的点火系统包括控制器、点火电路、以及导线，该导线联接到控制器和点火电路两者并且在点火电路和控制器之间提供双向通信，当发动机部件到达一定位置时，导线上的电压进行上拉到参考电压中或下拉到参考电压中的一种，并且其中导线上的电压通过控制器进行上拉到参考电压或下拉到参考电压中的另一种以引起点火事件。

在至少一些实施方式中，当发动机部件到达一定位置时，导线上的电压被拉到接地，并且导线上的电压被上拉以引起点火事件。在至少一些实施方式中，也经由导线将表明温度的信号从点火电路提供到控制器。并且导线上的模拟电压可表明温度。

附图说明

将参考附图阐述某些实施例和最佳模式的以下详细描述，其中：

图1示出用于轻型燃烧发动机的电容器放电点火（CDI）系统的示例；

图2是可与图1的CDI系统一起使用的电路的示意图；

图3是点火线圈电路和电子控制模块（ECM）的图解视图，在它们之间具有单条导线；

图4是示出作为发动机位置的函数的单条导线上的电压的图；

图5是点火线圈电路和电子控制模块的图解视图，该图解视图示出通过单条导线在点火线圈电路和电子控制模块之间的双向通信；

图6是用于CDI系统的点火电路的一部分的示意图；

图7是用于感应放电点火（IDI）系统的点火电路的一部分的示意图；以及

图8是ECM的电路的一部分的示意图。

具体实施方式

本文描述的方法和系统大体涉及包括具有微控制器电路的点火系统的燃烧发动机，包括但不限于轻型燃烧发动机。通常，轻型燃烧发动机是单缸两冲程或四冲程汽油产生动力的内燃发动机。活塞可滑动地容纳在发动机汽缸中用于往复运动，并且连接到曲轴，曲轴进而附接到飞轮。此类发动机经常与电容放电点火（CDI）系统配对，电容放电点火（CDI）系统利用微控制器将高压点火脉冲提供到火花塞，用于对发动机燃烧室内中的空气-燃料混合物进行点火。术语“轻型燃烧发动机”广义地包括所有类型的非汽车燃烧发动机，包括通常用于为设备提供动力的两冲程和四冲程发动机，所述设备诸如汽油产生动力的手持式电动工具、草坪和花园用具、剪草机、除草机、磨边机、链锯、吹雪机、水上摩托、船艇、雪地摩托车、摩托车、全地形车辆等。应当了解，虽然以下描述是在电容放电点火（CDI）系统的背景中，但是本文描述的控制电路和/或电源子电路可与许多不同的点火系统一起使用，并且不限于这里所示的特定的一个。另外，虽然大体参考轻型燃烧发动机描述，但是本文中描述的方法和部件可与其它类型的发动机一起使用，其它类型的发动机包括多缸发动机、用于汽车应用的发动机和其它更大的发动机。

参考图1，图1示出了示例性电容放电点火（CDI）系统10的剖视图，示例性电容放电点火（CDI）系统10与飞轮12相互作用，并且大体包括点火模块14、用于将点火模块电联接到火花塞SP（图2所示）的点火引导件16，以及用于将点火模块联接到一个或多个辅助负载（诸如化油器螺线管阀）的电连接5、21。这里所示的飞轮12包括朝向飞轮的外周边定位的一对磁极或磁性元件22。一旦飞轮12转动，磁性元件22旋转经过点火模块14中的不同线圈或绕组，并且与点火模块14中的不同线圈或绕组电磁地相互作用。

点火模块14可生成、存储和利用由转动的磁性元件22感应的电能，以便实行多个功能。根据一个实施例，点火模块14包括叠片件30、充电绕组32、一起构成升压变压器的初级绕组34和次级绕组36、第一辅助绕组38、第二辅助绕组39、触发绕组40、点火模块外壳42和控制电路50。叠片件30优选地为由通常由钢或铁制成的扁平透磁层叠片的堆叠组成的铁磁零件。叠片件可帮助将由转动的磁性元件22产生的变化的磁通集中或聚焦在飞轮上。根据这里所示的实施例，叠片件30具有包括一对腿部60和62的大体U形构造。腿部60沿充电绕组32的中心轴线对准，并且腿部62沿触发绕组40和升压变压器的中心轴线对准。第一辅助绕组38、第二辅助绕组39和触发绕组40被示为在腿部60上，然而，这些绕组或线圈可位于叠片件30上的其它地方。磁性元件22可被实施为同一磁体的一部分，或者实施为联接在一起以提供通过飞轮12的单个磁通路径的分开的磁性部件，仅引用许多可能中的两种。附加磁性元件可在围绕飞轮12周边的其它位置处添加到飞轮12，以提供与点火模块14的附加电磁相互作用。

充电绕组32生成电能，电能可由点火模块14使用用于多个不同目的，包括对点火电容器充电、以及为电子处理设备供电，仅引用许多示例中的两个。充电绕组32包括线轴64和绕组66，并且根据一个实施例，被设计为具有相对低电感和相对低电阻，但是这不是必需的。

触发绕组40向点火模块14提供大体代表发动机的位置和/或速度的发动机输入信号。根据这里示出的特定实施例，触发绕组40朝向叠片件腿部62的端部定位，并且与升压变压器相邻。然而，它可布置在叠片件的不同位置处。例如，与这里所示的布置相反，可能将触发绕组和充电绕组两者布置在叠片件的单个腿部上。也可能省略触发绕组40，并且点火模块14从充电绕组32或某个其它设备接收发动机输入信号。

升压变压器使用一对紧密联接的绕组34、绕组36以产生经由点火引导件16发送到火花塞SP的高压点火脉冲。像上面描述的充电绕组和触发绕组一样，初级绕组34和次级绕组36环绕叠片件30的腿部中的一个，在该情况中为腿部62。初级绕组34具有比次级绕组36更少的导线匝数，次级绕组36具有更多较细规格导线匝数。初级绕组和次级绕组之间的匝数比，以及变压器的其它特性，影响电压并且通常基于使用其的特定应用被选择。

点火模块外壳42优选地由塑料、金属或某种其它材料制成，并且被设计为环绕且保护点火模块14的部件。点火模块外壳具有若干开口，以允许叠片件腿部60和叠片件腿部62、点火引导件16和电连接5、21伸出，并且优选地被密封，使得防止水分和其它污染物损坏点火模块。应当了解，点火系统10仅为可利用点火模块14的电容放电点火（CDI）系统的一个示例，并且除了这里所示的那些之外，也可使用多个其它点火系统和部件。

控制电路50可被承载在外壳42内或在远离飞轮和叠片件的外壳内，并且与点火模块14通信以从模块14接收能量，并且至少部分地控制模块的操作。例如，控制模块可位于节气门体上或与节气门体相邻，诸如在2017年4月21日提交的PCT专利申请序列No. US 17/028913中示出和描述的，该PCT专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。这样的模块可响应于节气门阀位置和/或其它变量，以控制点火正时、燃料/空气混合物含量（诸如通过用阀改变燃料或空气的量）、是否在给定发动机循环中引起点火事件、发动机速度控制、等等。例如，模块可远离发动机和任何节气门体、化油器或与发动机相关联的其它部件定位在手柄、外壳、整流罩或包括发动机的车辆或设备的其它部件中。控制模块可联接到点火模块14的部分，使得如果期望，控制模块可控制由点火系统10感应、存储和放出的能量。术语“联接”广义地涵盖两个或更多个电部件、设备、电路等可彼此电通信的所有方式；这包括但当然不限于直接电连接和经由中间部件、设备、电路等的连接。可根据图2所示的示例性实施例提供控制电路50，其中控制电路联接到充电绕组32、初级点火绕组34、第一辅助绕组38、第二辅助绕组39和触发绕组40，并且与充电绕组32、初级点火绕组34、第一辅助绕组38、第二辅助绕组39和触发绕组40相互作用。根据该特定示例，控制电路50包括点火放电电容器52、点火放电开关54、微控制器56、电源子电路58，以及可与控制电路一起使用且在本领域中已知的许多其它电元件、部件、设备和/或子电路（例如，切断开关和切断开关电路）。

点火放电电容器52充当用于点火系统10的主能量存储设备。根据图2所示的实施例，点火放电电容器52在第一端子处联接到充电绕组32和点火放电开关54，并且在第二端子处联接到初级绕组34。点火放电电容器52被配置为经由二极管70接收和存储来自充电绕组32的电能，并且通过包括点火放电开关54和初级绕组34的路径放出所存储的电能。如本领域中广泛理解的，存储在点火放电电容器52上的电能的放电由点火放电开关54的状态控制。当这些部件联接到点火模块14中的一个或多个线圈时，如果期望，这些部件可位于电路板19上点火模块内或以其它方式布置。

点火放电开关54充当用于点火系统10的主开关设备。点火放电开关54在第一载流端子处联接到点火放电电容器52，在第二载流端子处联接到接地，并且在其栅极处联接到微控制器56的输出。如本文中提到的，如果期望，微控制器56可远程定位，也就是说，不在点火模块14内。点火放电开关54可被提供为晶闸管，例如，硅控制器整流器（SCR）。来自微控制器56的输出的点火触发信号激活点火放电开关54，使得点火放电电容器52可通过开关放出其存储的能量，并且从而在点火线圈中产生对应的点火脉冲。

微控制器56是执行电子指令以便完成与轻型燃烧发动机的操作有关的功能的电子处理设备。这可包括例如用于实施本文所述的方法的电子指令。在一个示例中，微控制器56包括图2所示的8引脚处理器，然而，代替地可使用任何其它合适的控制器、微控制器、微处理器和/或其它电子处理设备。引脚1和8联接到电源子电路58，电源子电路58向微控制器提供稍微调节的功率；引脚2和7联接到触发绕组40并且向微控制器提供发动机信号，该发动机信号代表发动机的速度和/或位置（例如，相对于上止点的位置）；引脚3和5被示出为未连接，但是可联接到其它部件，像用于停止发动机操作的切断开关；引脚4联接到地；并且引脚6联接到点火放电开关54的栅极，使得微控制器可提供点火触发信号，有时叫作正时信号，用于激活开关。在美国专利Nos. 7,546,836和7,448,358中提供了可如何与点火系统一起实施微控制器的一些非限制性示例，所述美国专利的整个内容据此以引用方式并入。

电源子电路58从充电绕组32接收电能，存储电能，并且向微控制器56提供调节的或至少稍微调节的电功率。电源子电路58在输入端子80处联接到充电绕组32，并且在输出端子82处联接到微控制器56，并且根据图2所示的示例，包括第一电源开关90、电源电容器92、电源齐纳二极管94、第二电源开关96和一个或多个电源电阻器98。如将在下面更详细解释的，电源子电路58被设计和配置为减少充电绕组负载的一部分，充电绕组负载的一部分归因于为微控制器56或其它电动设备（像螺线管等）供电。根据期望，电源子电路58的部件可位于点火模块中、与点火模块分离的控制模块中或两个的组合中。

可为任何合适类型的开关设备（像BJT或MOSFET）的第一电源开关90在第一载流端子处联接到充电绕组32，在第二载流端子处联接到电源电容器92，并且在基极或栅极端子处联接到第二电源开关96。当第一电源开关90被激活或处于‘开’状态，电流被允许从充电绕组32流到电源电容器92；当开关90被去激活或处于‘关’状态时，防止电流从充电绕组32流到电容器92。如上面提及的，任何合适类型的开关设备可用于第一电源开关90，但是这样的设备应当能够应对相当大的电压；例如，在约150V和450V之间。

电源电容器92在正端子处联接到第一电源开关90、电源齐纳二极管94和微控制器56，并且在负端子处联接到地。电源电容器92接收和存储来自充电绕组32的电能，使得其可以稍微调节和一致的方式为微控制器56供电。

电源齐纳二极管94在阴极端子处联接到电源电容器92，并且在阳极端子处联接到第二电源开关96。只要电源电容器92上的电压小于齐纳二极管的击穿电压，电源齐纳二极管94就被布置为非导通的，并且当电容器电压超过击穿电压时，电源齐纳二极管94就被布置为导通的。基于被认为对于电源子电路58正确地为微控制器56供电必需的电能的量，可选择具有特定击穿电压的齐纳二极管。可使用任何齐纳二极管或其它类似设备，包括具有在约3V和20V之间的击穿电压的齐纳二极管。

第二电源开关96在第一载流端子处联接到电阻器98和第一电源开关90的基极，在第二载流端子处联接到地，并且在栅极处联接到电源齐纳二极管94。如将在下面更详细描述的，第二电源开关96被布置为使得当在齐纳二极管94处的电压小于其击穿电压时，第二电源开关96被保持处于去激活或‘关’状态；当齐纳二极管处的电压超过击穿电压时，于是第二电源开关96的栅极处的电压增加且激活该设备，使得其‘导通’。再者，可使用许多不同类型的开关设备，包括以硅控制器整流器（SCR）的形式的晶闸管。根据一个非限制性示例，第二电源开关是SCR，并且具有在约2(m)A和3mA之间的栅极电流速率。

电源电阻器98在一个端子处联接到充电绕组32和第一电源开关90的载流端子中的一个，并且在另一个端子处联接到第二电源开关96的载流端子中的一个。优选的是，电源电阻器98具有足够高的电阻，使得当第二电源开关96‘导通’时，通过电阻器建立高电阻低电流路径。在一个示例中，电源电阻器98具有在约5kΩ和10kΩ之间的电阻，然而，代替地当然可使用其它值。

在充电循环期间，充电绕组32中感应的电能可用于对围绕发动机的一个或多个设备充电、驱动和/或以其它方式供电。例如，当飞轮12转动经过点火模块14时，由飞轮承载的磁性元件22在充电绕组32中感应AC电压。AC电压的正分量可用于对点火放电电容器52充电，而AC电压的负分量可被提供到电源子电路58，然后电源子电路58用调节的DC功率为微控制器56供电。电源子电路58可被设计为将从AC电压的负分量获取的电能的量限制或减少为仍然能够足够为微控制器56供电的水平，但是节省能量用于在系统中的其它地方使用，例如，以驱动电子燃料喷射系统中的燃料喷射器，如图5中图解示出的，其中在140处的点火电路中生成的功率经由导线142提供到EFI系统。可从该能量节省中受益的设备的另一个示例是螺线管，该螺线管联接到绕组38和39，并且用于控制被提供到燃烧室的空气/燃料比。电源子电路可如图2所示且如PCT申请公布WO 2017/015420中描述的被构造和布置。

开始于在充电绕组32中感应的AC电压的正部分，电流流过二极管70，并且对点火放电电容器52充电。只要微控制器56将点火放电开关54保持在‘关’状态，来自充电绕组32的电流就被引导到点火放电电容器52。点火放电电容器52可能在AC电压波形的整个正部分上或至少针对AC电压波形的大部分被充电。当点火系统10该点燃火花塞SP的时候（即，点火正时），微控制器56将点火触发信号发送到点火放电开关54，点火触发信号使开关‘导通’并且产生包括点火放电电容器52和初级点火绕组34的电流路径。存储在点火放电电容器52上的电能经由电流路径快速放出，这引起通过初级点火绕组34的电流激增，并且在点火线圈中产生迅速上升的电磁场。迅速上升的电磁场在次级点火绕组36中感应高电压点火脉冲，高电压点火脉冲行进到火花塞SP并且提供燃烧启动火花。代替地可使用包括反激技术的其它点火技术。

现在转到在充电绕组32中感应的AC电压的负分量或部分，电流初始流过第一电源开关90并且对电源电容器92充电。只要第二电源开关96‘断开’，就有电流流过电源电阻器98，使得在第一电源开关90的基极的电压使开关偏置为‘开’状态。电源电容器92的充电继续，直到满足一定充电阈值；换言之，直到电容器92上的累积的电荷超过电源齐纳二极管94的击穿电压。如上面提及的，齐纳二极管94优选地被选择为具有对应于用于电源子电路58的期望的电荷水平的一定击穿电压。一些初始测试已经表明在一些轻型发动机应用中，大约6V的击穿电压可为合适的，但是可使用其它值。电源电容器92使用所累积的电荷向微控制器56提供调节的DC功率。当然，附加电路，像次级电路86，可被用于减少波纹和/或进一步对DC功率进行滤波，使DC功率平滑和/或以其它方式调节DC功率。

一旦电源电容器92上所存储的电荷超过电源齐纳二极管94的击穿电压，齐纳二极管就在反向偏置方向上变成导通的，使得在第二电源开关96的栅极处看到的电压增加。这使第二电源开关96‘导通’，这产生低电流路径84，低电流路径84流过电阻器98和开关96并且将第一电源开关90的基极处的电压降低到使该开关‘断开’的程度。在第一电源开关90被去激活或处于‘关’状态的情况下，防止电源电容器92的附加充电。而且，电源电阻器98优选地表现出相对高的电阻，使得在AC循环的负部分的该时段期间流过低电流路径84的电流的量是最小的（例如，大约50μA），并且因此，限制浪费的电能的量。第一电源开关90将保持‘关’，直到微控制器56从电源电容器92拉出足够的电能，以使其电压降低到电源齐纳二极管94的击穿电压以下，此时，第二电源开关96‘断开’，使得循环可自身重复。该布置可在某种程度上模拟低成本磁滞方法。

因此，代替在AC电压波形的整个负部分期间对电源电容器92进行充电，电源子电路58仅在AC电压波形的负部分的第一区段内对电容器92充电；在第二区段期间，电容器92没有被充电。换句话说，电源子电路58仅对电源电容器92充电，直到达到一定充电阈值，此后，电容器92的附加充电被切断。因为较少电流从充电绕组32流到电源子电路58，所以减少绕组和/或电路上的电磁负载，从而使更多电能可用于其它绕组和/或其它设备。如果有效地管理点火系统10中的电能，则系统可能在相同磁路上同时支撑点火负载和外部负载（例如，空气/燃料比调节螺线管）两者。

该布置和方法不同于简单利用简单限流电路以削减在任何给定时间允许到电源子电路58中的电流的量。这样的方法可导致不期望的效果，因为由于可用的有限电流可能缓慢达到工作电压，因此引起点火系统的功能中不想要的延迟。电源子电路58被设计为允许更高量的电流快速流入电源电容器92中，电源电容器92更快速地对电源充电，并且在比用简单限流电路经历的更短量的时间内使电源达到足够的DC操作水平。

如上面提及的，由电源子电路58节省或没有被电源子电路58使用的电能可被施加到围绕发动机的许多不同设备。这样的设备的一个示例是螺线管，其控制从化油器供应到燃烧室的气体混合物的空气/燃料比。再次参考图2，第一辅助绕组38和第二辅助绕组39可联接到设备88，诸如螺线管、附加微控制器或需要电能的任何其它设备。第一辅助绕组38和第二辅助绕组39可彼此并联连接，并且可各自具有分别经由介于中间的二极管100和102联接到螺线管的一个端子，以及联接到地的它们的其它端子。齐纳二极管104可并联连接在螺线管与线圈38和39之间，以保护螺线管免受大于齐纳二极管击穿电压的电压（过量的电流流过齐纳二极管到接地）。

因为磁体22被固定到飞轮12，所以磁体相对于点火电路中的一个或多个线圈的位置可用于确定飞轮的位置，因此确定曲轴和活塞的位置。该信息也可用于确定发动机速度（例如，从一个回转中特定发动机位置到下一个回转中相同的发动机位置的时间可用于确定在该回转期间的发动机速度）。围绕飞轮的周边间隔开的多个磁体的使用可通过在回转中提供更多数据点来增强该确定的分辨率。发动机速度也可通过传感器确定，该传感器响应于飞轮的位置。代表性传感器包括磁响应传感器，像霍尔效应传感器或可变磁阻传感器。飞轮可具有齿，并且传感器可响应于一个或多个齿的经过以确定飞轮位置，并且由此确定曲轴位置。如上面提到的，触发线圈40或点火模块中的不同线圈可被用作VR传感器。

另外，可根据点火电路部件的随着温度变化而变化的特定参数确定发动机温度或其近似值。换句话讲，通过测量一个或多个部件的温度相关参数，可确定该部件的温度，并且可根据该部件温度确定发动机温度或其近似值。

有利地，已经在点火电路中的部件可具有温度相关参数，使得可确定温度，而不用将传感器或附加电路部件添加到系统。例如，二极管的阈值电压可随着二极管的温度的变化而改变。对于给定二极管，在给定时间的阈值电压可与二极管的温度相互关联。因此，为了确定二极管的温度，可测量或确定阈值电压。类似地，BJT晶体管的基极至发射极电压和/或BJT晶体管的饱和电流随着晶体管的温度的变化而改变。因此，可测量或确定这些特性以确定晶体管的温度。

也可使用具有温度相关参数的其它部件。通过一个非限制示例，导体的电阻随着导体的温度的变化而改变。大体上，金属导体在更高的温度下具有更高的电阻，并且非金属导体像碳、硅和锗在更高温度下具有更低电阻。由此，可确定已经在电路中或添加到电路的导体的电阻以确定导体的温度。

可以许多方式使用发动机温度或其近似值，以便控制点火正时、空气/燃料比、发动机速度等。在一些应用中，在初始起动冷发动机时且在发动机的初始预热期间，点火正时和空气/燃料比可处于某些设定。当发动机适当温暖且以更加稳定性操作时，那些设定可改变。另外，可在初始发动机操作期间限制发动机速度，以避免在发动机起动期间接合离合器（例如，链锯链条的离合器）。在初始发动机操作（例如，快速怠速模式）期间与正常怠速相比，发动机速度可被增大以有助于对冷发动机进行预热。如本文阐述的，可以用发动机温度的指示更好地控制这些选项中的任一个或所有。

用远程定位的微控制器56，点火模块可被大大简化，并且除了点火系统之外，单个控制器可用于控制给定应用中的系统。例如，电致动阀像节气门阀致动马达、螺线管阀和/或燃料喷射器可由同一微控制器控制，该微控制器更一般地控制点火正时和点火电路。可通过经由单条导线5提供在点火模块和远程定位的微控制器之间的双向通信来实现进一步的简化。

在诸如图3-图5中所示的至少一些实施方式中，可在单条导线上传递的信息包括温度信息、曲轴位置/曲柄角度、以及用于引起点火事件的指令。温度信息可经由单条导线根据该导线上的模拟电压信号从点火线圈电路（包括点火线圈的点火电路）中继传送到微控制器。可通过将单条导线上的电压拉到接地来确定在给定时间的曲柄角度或发动机位置，例如，这可在每个发动机回转完成一次，如图4中110处所示。类似地，上拉导线上的电压，或增加导线上的电压（例如，增加到大于模拟电压的水平），如图4中的112处所示，可提供用于引起点火事件的信号。例如，这可通过将导线与点火开关54连通而完成，并且其中所得到的上拉电压引起开关改变状态（例如，从打开到闭合）。如图5所示，可通过导线将温度和曲柄角度信息从点火线圈电路传送到控制器，并且可在相反方向上通过导线提供点火事件信号。同样地，倒转也可以是适用的，因为可通过上拉导线上的电压来确定曲柄角度或发动机位置，并且可通过将导线上的电压拉到接地来实现引起点火事件的信号。这可简化和减少系统的成本，因为在至少某些实施方式中，因为可用被布置为消除VR生成的信号的负部分的简单二极管替换线圈曲柄位置处理子电路124。

图6-图8示出可与电容放电点火系统（CDI-图6）一起使用的点火线圈电路的一部分、可与感应放电点火系统（IDI-图7）一起使用的点火线圈电路的一部分、以及包括微控制器的控制电路或电子控制模块（ECM）（图8）的一部分的某些实施方式。如上面提到的，飞轮上的一个或多个磁体在发动机操作期间移动穿过叠片件，并且充电线圈121为CDI系统中的充电电容器127充电。ECM点火触发输出137驱动ECM触发电路132，当微控制器确定驱动点火（例如，引起点火事件）的必要时间时，ECM触发电路132将单条导线连接5驱动到高至电池电压源（VBATT）21的水平。点火触发输出137也可为低/接地生效信号（例如，电压被拉低而不是拉高），其可使线圈曲柄位置处理子电路124能够被简化且使成本能够减少，如上面提到的。在CDI系统中，该事件驱动CDI驱动电路126，以引起点火事件。在IDI系统中，该事件驱动IDI驱动电路131以允许初级线圈128中的电流（开始停留）。结束该事件（停留结束）引起次级线圈129和火花塞130处的击穿，并且以已知方式引起点火事件。在IDI系统中，第二导线可将电压（例如，来自电池）提供到线圈128。

穿过叠片件的（一个或多个）磁体也在曲柄位置线圈123中感应出电压，该电压引起线圈曲柄位置处理子电路124将单条导线连接5拉到接地，这是通过将叠片件接地到发动机来获得的（即，不需要单独的接地导线），这引起ECM曲柄位置电路133将信号提供到ECM曲柄位置输入136，所以微控制器可确定或知道在发动机回转期间飞轮（以及因而，曲轴等）的角位移或位置，使微控制器能够确定和提供特定时序输出。如上面提到的，如果用被布置为消除VR生成的电压的负部分的二极管替换线圈曲柄位置处理子电路124，则曲柄位置信号将为正电压，并且点火触发输出137将为接地生效信号。

当ECM触发电路132浮动（即，没有被上拉或下拉，例如，作为模拟电压）时且当ECM曲柄位置电路133浮动时，NTC温度传感器122的电阻的变化引起单条导线连接5的电压的变化。这引起ECM线圈温度电路134电势改变，这为ECM发动机温度ADC输入135提供与线圈的温度有关的模拟电压。这可由硅带隙温度传感器替换，其测量二极管或BJT的正向电压，使信号放大，并且将该信号提供到ECM中的电路，ECM中的电路处理该信号以将期望的信息提供到ECM发动机温度ADC输入135。

下面示出和描述与电压和温度有关的示例等式：

其中

T=以开尔文为单位的温度，

T ₀=参考温度，

V _G0=在绝对零处的带隙电压，

V _BE0=在温度T ₀和电流I _C0处的结电压，

K=波尔兹曼常数，

q=电子上的电荷，

n=设备相关常数。

通过在相同温度下、但在两个不同电流I _C1和I _C2下比较两个结的电压，可消除上面等式中的许多变量，导致以下关系：

注意，结电压是电流密度的函数，即，电流/结面积的函数，并且如果一个结与另一个结的面积不同，则可通过在相同电流下操作两个结来获得相似的输出电压。

迫使I _C1和I _C2具有固定N:1比率的电路给出以下关系：

在至少一些实施方式中，用于燃烧发动机的点火系统包括控制器、点火电路、以及在点火电路和控制器之间提供双向通信的导线。点火系统可用于CDI系统，CDI系统包括被放电以引起点火事件的充电电容器。点火电路可用于包括线圈的感应放电点火电路，并且系统可包括将电压（例如，来自电池）提供到线圈的第二导线。

在至少一些实施方式中，以下中的一个或多于一个经由提供双向通信的导线传送：表明温度的信号；表明发动机部件的位置的信号和用于引起点火事件的信号。在至少一些实施方式中，经由提供双向通信的导线将表明发动机部件的位置的信号从点火电路提供到控制器，并且经由提供双向通信的导线将引起点火事件的信号从控制器提供到点火电路。也可经由提供双向通信的导线将表明温度的信号从点火电路提供到控制器。

在至少一些实施方式中，点火线圈可用于提供温度信号、表明发动机部件的位置的信号和用于引起点火事件的信号。可通过一条、两条或三条导线提供这些信号。在具有三条导线的布置中，可通过三条导线中的单独一条提供每个信号，使得每条导线用于传输信号中的一个。在具有两条导线的布置中，一条导线可用于提供三个信号中的两个，并且另一条导线可用于三个信号中的第三个。

本文中公开的本发明的形式构成目前优选的实施例，并且许多其它形式和实施例是可能的。本文不旨在提及本发明的所有可能的等同形式或衍生品。应当理解，本文使用的术语仅为描述性的，而不是限制性的，并且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下作出各种改变。

Claims (20)

1.一种用于燃烧发动机的点火系统，包括：

控制器；

点火电路；以及

导线，所述导线在所述点火电路和所述控制器之间提供双向通信。

2.如权利要求1所述的点火系统，其中所述点火电路包括被放电以引起点火事件的充电电容器。

3.如权利要求1所述的点火系统，其中所述点火电路是包括线圈的感应放电点火电路，并且包括将电功率提供到所述线圈的第二导线。

4.如前述权利要求中任一项所述的点火系统，其中以下中的一个或多于一个经由提供双向通信的所述导线传送：表明温度的信号；表明发动机部件的位置的信号和用于引起点火事件的信号。

5.如前述权利要求中任一项所述的点火系统，其中经由提供双向通信的所述导线将表明发动机部件的位置的信号从所述点火电路提供到所述控制器，并且经由提供双向通信的所述导线将用于引起点火事件的信号从所述控制器提供到所述点火电路。

6.如权利要求5所述的点火系统，其中也经由提供双向通信的所述导线将表明温度的信号从所述点火电路提供到所述控制器。

7.如权利要求4所述的点火系统，其中提供双向通信的所述导线上的模拟电压表明温度。

8.如权利要求4所述的点火系统，其中当所述发动机部件在所述发动机的回转期间到达一定位置时，所述导线上的电压被上拉或下拉到参考电压。

9.如权利要求4所述的点火系统，其中所述导线上的电压通过所述控制器被上拉或下拉到参考电压以引起点火事件。

10.如权利要求8所述的点火系统，其中当所述发动机部件在所述发动机的回转期间到达一定位置时，所述导线上的电压被拉到接地。

11.如权利要求8所述的点火系统，其中所述导线上的电压通过所述控制器被上拉到参考电压以将引起点火事件的信号发送到控制器。

12.一种用于具有可移动发动机部件的燃烧发动机的点火系统，包括：

控制器；

点火电路；以及

导线，所述导线联接到所述控制器和所述点火电路两者，并且提供表明发动机部件的位置的信号、表明发动机温度的信号和用于引起点火事件的信号中的至少两个。

13.如权利要求12所述的系统，其中当所述发动机部件到达一定位置时，所述导线上的电压进行上拉到参考电压或下拉到参考电压中的一种，并且其中所述导线上的电压通过所述控制器进行上拉到参考电压或下拉到参考电压中的另一种，以引起点火事件。

14.如权利要求13所述的系统，其中当所述发动机部件到达一定位置时，所述导线上的电压被拉到接地，并且所述导线上的电压被上拉以引起点火事件。

15.如权利要求12所述的系统，其中也经由所述导线将表明温度的信号从所述点火电路提供到所述控制器。

16.如权利要求15所述的点火系统，其中所述导线上的模拟电压表明温度。

17.一种用于具有可移动发动机部件的燃烧发动机的点火系统，包括：

控制器；

点火电路，所述点火电路包括点火线圈；以及

多条导线，所述多条导线联接到所述控制器和所述点火线圈两者，其中所述导线将以下信息传输到所述点火线圈或从所述点火线圈传输：表明作为点火线圈温度的函数的发动机温度的信号、表明发动机部件的位置的信号和用于引起点火事件的信号。

18.如权利要求17所述的系统，其中提供三条导线，并且每条导线用于提供三个信号中的单独的一个。

19.如权利要求17所述的系统，其中提供两条导线，并且一条导线用于提供三个信号中的两个，并且另一条导线用于提供所述三个信号中的第三个。

20.如权利要求17所述的系统，其中当所述发动机部件到达一定位置时，所述多条导线中的一条上的电压进行上拉到参考电压或下拉到参考电压中的一种，并且其中所述多条导线中的一条上的电压通过所述控制器进行上拉到参考电压或下拉到参考电压中的另一种以引起点火事件。

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