CN113803183A - 发动机系统以及启动发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在较宽的设备市场范围中期望的更容易启动并更能抵抗电池劣化和放电的发动机系统。本发动机系统利用选择模块，该模块从电池充足充电时的第一状态选择性地切换至第二状态，第二状态使得能够使用即使在电池放电过多而不能直接向发动机控制模块供电时也可以向发动机控制模块供电的辅助部件，比如特定的启动定子和调节器。

Description

发动机系统以及启动发动机的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月11日提交的美国临时申请No.63/038,061、于2020年7月24日提交的美国临时申请No.63/056,403和于2020年11月13日提交的美国临时申请No.63/113,625的优先权的权益，上述美国临时申请的全部内容通过参引并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及用于内燃发动机的控制系统，并且更具体地涉及用于此类发动机的启动和控制系统以及相关装置或设备。

背景技术

内燃发动机利用多种方法来提供燃料和火花。现代趋势是利用计算机进行控制的燃料喷射和火花控制。然而，提供燃料喷射控制和火花控制的发动机控制模块需要电力才能运行。当电池或其它能量储存装置过度放电时，可能会达到能量储存装置无法再提供足够电能来操作发动机控制模块的情况。在这种情况下，可以手动地旋转发动机来启动发动机，但如果能量储存装置中的能量不足，则发动机控制模块将永远不会提供燃料或火花。这与化油器系统相比是一个缺点，化油器系统有时即使在能量储存装置极度放电时也能启动。本公开提供即使在深度放电条件下也能启动发动机的方法。

需要进行改进以启动和运行具有极度放电的电能储存装置的发动机。这有利地实现了具有几乎完全放电的能量储存装置的器具的成功启动和操作。设备可靠性得到提高，即使在能量储存装置处于次优状态时也能改善最终用户体验。

发明内容

本申请公开了一种发动机系统，该发动机系统能够在电池或其它能量储存装置深度放电期间启动。尽管能量储存装置深度放电，但发动机系统仍为发动机控制模块提供电力。

在一些实现形式中，发动机系统具有发动机控制模块，该发动机控制模块配置成控制燃料喷射器和点火线圈中的至少一者。发动机系统还具有第一能量储存装置、第一定子、第二定子和选择模块。第一定子配置成对第一能量储存装置进行充电。第二定子配置成为发动机控制模块的一部分提供电力。选择模块配置成从第一状态转换至第二状态。在第一状态下，第一能量储存装置为发动机控制模块提供能量。在第二状态下，第一能量储存装置与发动机控制模块的所述部分隔离。

在其它实现形式中，发动机系统具有发动机控制模块，该发动机控制模块配置成控制燃料喷射器和点火线圈中的至少一者。发动机系统还具有第一能量储存装置、第一调节器、第二调节器和选择模块。第一调节器配置成对第一能量储存装置进行充电。第二调节器配置成为发动机控制模块的一部分供电。选择模块配置成从第一状态转换至第二状态。在第一状态下，第一能量储存装置连接至发动机控制模块。在第二状态下，第二调节器连接至发动机控制模块的所述部分并且第一能量储存装置与发动机控制装置的所述部分隔离。

在其它实现形式中，公开了一种启动内燃发动机的方法。在步骤a)中，提供发动机，该发动机具有反冲启动组件、配置成控制燃料喷射器和点火线圈中的至少一者的发动机控制模块、能量储存装置和选择模块。选择模块配置成从第一状态转换至第二状态，在第一状态中，能量储存装置连接至发动机控制模块，在第二状态中，能量储存装置与发动机控制模块隔离，发动机处于非运行状态。在步骤b)中，选择模块选择其中第一能量储存装置与发动机控制模块隔离的第二状态。在步骤c)中，反冲启动组件操作成使得发动机从非运行状态转换至运行状态。在步骤d)中，选择模块选择其中能量储存装置连接至发动机控制模块的第一状态。

从下文提供的详细描述中，本发明的其它应用领域将变得明显。应当理解的是，详细描述和具体示例虽然表明了本发明的优选实施方式，但仅用于说明的目的，而不用于限制本发明的范围。

附图说明

本发明将从详细描述和附图中得到更充分的理解，在附图中：

图1是使用根据本发明的内燃发动机的割草机的示意图。

图2是可以在图1的割草机中使用的代表性内燃发动机的示意性立体图。

图3是示出可与图2的发动机一起使用的控制系统的第一实施方式的示意图。

图4是示出可以与图2的发动机一起使用的控制系统的第二实施方式的示意图。

图5是示出可与图2的发动机一起使用的控制系统的第三实施方式的示意图。

图6是示出可与图2的发动机一起使用的控制系统的第四实施方式的示意图。

图7是示出可以在图6的升压转换器中使用的示例电路的示意图。

图8是示出可以与图2的发动机一起使用的控制系统的第五实施方式的示意图。

所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制。除非本文另有说明，否则在一些图中示出为有编号而在其它图中可能呈现为未编号的特征是相同的特征。

具体实施方式

本发明的特征和益处在本文中通过参考可以体现本公开的各方面的非限制性示例来说明和描述。该示例的描述意在结合附图或照片来阅读，这些附图或照片被认为是整个书面描述的一部分。因此，本公开不应该被明确地限制于说明特征的一些可能的非限制性组合的示例，这些特征可以单独存在或存在于本文公开的特征的其它组合中。

在本文公开的示例的描述中，对方向或取向的任何提及仅意在方便描述，并不意在以任何方式限制本发明的范围。诸如“下”、“上”、“水平”、“竖向”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶”和“底”及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)之类的相对术语应当被解释为是指当时所描述的或所论述的附图中所示的取向。这些相对术语仅是为了便于描述，而不要求设备以特定取向构造或操作。除非另有明确说明，否则诸如“附接”、“贴附”、“连接”、“联接”、“互连”等术语是指其中结构直接地或通过中间结构间接地紧固或附接至彼此的关系、以及可移动附接关系或刚性附接关系两者。

如通篇所使用的，本文公开的任何范围用作描述在该范围内的每一个值的简略表达。可以选择范围内的任何值作为范围的端值。

图1示出了具有发动机100的骑乘式割草机10的立体图，该发动机100可以利用根据本发明的发动机控制系统。在示例性实施方式中，割草机10包括发动机系统100、点火开关102、能量储存装置104、燃料供应装置106、割草机甲板110中的两个切割刀片108、安全开关112、座椅114、机器线束116和传动装置118。发动机系统100包括发动机120、第一定子130、第二定子132、一个或更多个点火线圈136、一个或更多个火花塞150、发动机控制模块138、发动机线束140、选择模块142和燃料空气混合器144。

发动机系统100还可以包括起动马达148以在不需要手动地起动的情况下起动发动机110。发动机系统100的发动机110具有输出轴146，该输出轴146操作性地连接至传动装置118。传动装置118向切割刀片108提供发动机动力并为割草机10提供机动动力。在一些实施方式中，能量储存装置104可以是电池。在其它实施方式中，能量储存装置104可以是电容器或用于储存电能的其它装置。在正常运行条件下，能量储存装置104提供使发动机110从非运行状态启动和运行所需的所有电能。

示例性实施方式的割草机10通常通过将点火开关102转动至“接通(on)”位置来操作，这经由机器线束116从能量储存装置104向发动机系统100提供电能。该电能然后根据需要分配至发动机系统100的各个部件。例如，发动机控制模块138和线圈136通常在点火开关102处于接通位置时被供电。安全开关112通常由坐在座椅114上的操作者解除激活，从而允许发动机启动。此时，可以将点火开关102转动至启动位置并且启动发动机110。只要燃料供应装置106继续向发动机110供应燃料，发动机110通常将继续运行，直到安全开关112被激活(即改变至第二状态)为止，或者直到点火开关102转动至“断开(off)”位置为止。在发动机运行的同时，第一定子130向能量储存装置104提供充电电流，从而对能量储存装置104进行再充电以用于发动机110的未来运行循环。

图2示出了可以安装在割草机10或其它发动机动力设备中的代表性发动机110。在该实施方式中，发动机110包括直接安装至发动机110的燃料供应装置160。然而，在一些实施方式中，发动机110可能利用远程安装的燃料供应装置，比如图1所示的燃料供应装置106。发动机110还包括反冲起动器162，也称为拉动起动器。反冲起动器162可以用于通过拉动反冲起动器162的手柄以手动地使发动机110的曲轴旋转来手动地起动发动机110。发动机110具有可选地包括空气过滤器的进气口164。发动机110还具有燃料/空气混合装置144，比如化油器或燃料喷射器和节气门体的组合。火花塞150与点火线圈结合产生点燃空气/燃料混合物所需的火花。发动机110还具有排气装置166，该排气装置166可以包括消音器或其它声音减弱装置。最后，发动机110可以可选地具有起动马达148，该起动马达148使用来自能量储存装置104的电能而不是由用户提供的机械能来使发动机110的曲轴旋转。

转向图3，更详细地描述发动机系统300的第一实施方式。在本实施方式中，发动机系统300具有以虚线框示出的选择模块142。发动机控制模块138也由虚线框表示。如可以看出的，系统300还包括第一定子130、第二定子132、第一调节器330、整流器332、第二调节器334、电容器336、二极管338和开关340。还示出了第一能量储存装置104，但是第一能量储存装置104可以位于发动机系统300的外部。可选地，第一能量储存装置104可以安装在如图1所示的设备上，而不是直接作为发动机系统的一部分。不管第一能量储存装置104位于何处，第一能量储存装置104在发动机系统的至少一个操作模式期间向发动机控制模块输送电能。

在第一能量储存装置104严重放电的情况下，发动机系统300有利地能够启动和运行发动机110。例如，如果第一能量储存装置104是标称12伏的铅酸电池，则当第一能量储存装置104的实际电压为12.0伏时，第一能量储存装置104几乎完全放电。充满电的12伏铅酸电池的实际电压约为12.7伏，而放电50％的12伏铅酸电池的实际电压可能约为12.18伏。完全放电的12伏铅酸电池的实际电压可能约为10.5伏。因此，电池的实际电压可能与电池的放电水平无关。然而，诸如发动机控制模块138之类的电气设备需要某些最低电压才能运行。可能的是，完全放电的电池仍可以提供足够的能量来运行发动机控制模块138，但情况并非一定如此。即使完全放电的电池也有一些能量剩余，但完全放电的电池可能不足以为发动机控制模块138供电。例如，完全放电的电池可能对发动机控制模块138具有太低的电压，或者电池可以提供的电流可能太低而不允许发动机控制模块138运转。此外，启动马达148需要大量能量来运转，并且即使发动机控制模块138通过第一能量储存装置104运转也将无法启动发动机110。

本发动机系统300利用第一定子130在发动机的正常操作条件期间为第一能量储存装置104充电并确保能量储存装置104在发动机关闭之前被完全充电。第一定子130邻近发动机110的飞轮定位。飞轮具有附接至飞轮的多个磁体。第一定子130具有第一线绕组，该线具有第一直径。第一定子130的第一绕组具有第一匝数。当发动机110运行时，第一定子130产生由发动机110的飞轮上的多个磁体的旋转磁场所感生的正弦电压。

第一绕组的线的直径是基于第一定子130在发动机110的整个操作范围内的电流输送要求来选择的。第一绕组的线的直径必须足够大以处理飞轮上的磁体在所有运转速度下所感生的电流。第一绕组的匝数选择成产生适合为第一能量储存装置104充电的电压。第一绕组的匝数增加会导致更高的输出电压和更低的输出电流。因此，线的直径和第一绕组的匝数选择成在发动机110的整个运转范围内为第一能量储存装置104输送合适的电流和电压。

第一调节器330具有整流器并且可以可选地具有调节电压。因此，如本领域公知的，来自第一定子130的交流电流和电压被调节为具有排他性正电压的直流电流。一个或更多个电容器可以用于使来自整流器的电压和电流平稳。第一调节器330还可以将整流器的输出调节至最大电压或电流。如从示意图中可以看出的，第一调节器330直接联接至第一能量储存装置104，使得每当发动机运行时第一能量储存装置104就被充电。每当第一定子130和第一调节器330的输出具有比能量储存装置104的电压大的输出电压时，第一能量储存装置104通常被充电。每当发动机110处于怠速时，这通常是真实的。第一调节器330直接电耦接至第一能量储存装置104，使得第一调节器330的输出电位与第一能量储存装置104的电位相同。

第二定子132也邻近发动机110的飞轮定位。第二定子132具有第二线绕组，该线具有第二直径。第二绕组的线的第二直径小于第一绕组的线的第一直径。第二定子132的第二绕组具有大于第二定子132的第一匝数的第二匝数。这确保第二定子132在发动机110的相同速度下相比于第一定子130提供更大的电压。第二定子132被设计成使得在手动地旋转发动机期间可以收集有用的能量。当用户拉动反冲启动器162时，第二定子132产生交流电流和电压，该交流电流和电压足够高，使得可以用来为系统300的一些电气部件供电。还设想到发动机110的其它手动旋转方式，其中，第二定子132被设计成在通过手动地旋转发动机110所获得的速度下提供有用的能量。第二绕组的线直径和第二匝数可以改变以获得用于在手动地旋转发动机110期间产生的预期旋转速度的适当的电压和电流。可选地，磁体可以由高级陶瓷或稀土金属形成，以增加磁场强度并增加由第二定子132传递的能量。

第二定子132连接至整流器332，使得交流电流和电压被转换成仅正电压和电流。所得直流电流和电压用于对电容器336进行充电。电容器336也可以称为第二能量储存装置。虽然电容器336的储存容量可能比第一能量储存装置104的储存容量小得多，但是电容器336可以通过手动地操作拉动启动器164或者其它手动旋转来充电。电容器336定尺寸成允许系统300的选定部分——比如发动机控制模块138的全部或一部分——的操作。电容器336可以是常规电容器、超级电容器、超电容器、小容量电池、或任何其它已知的能量储存装置。

整流器332和电容器336也连接至第二调节器334。第二调节器334调节来自电容器336和整流器332的输出的电压和/或电流，使得电压和/或电流在可接受的水平内以操作系统300内的电气装置。例如，在通过标称12伏铅酸电池操作的电路中，第二调节器334可以将电压调节至小于16伏以避免损坏发动机控制模块138。还可以选择第二调节器334的输出，使得最小可接受电压传送至系统300内的电气装置以保存由第二定子132收集的能量。第一调节器330和第二调节器334可以配置成根据应用要求而输出相同电压或不同电压。此外，第一调节器330和第二调节器334可以包括降压转换器、线性调节器、升压转换器、降压/升压转换器或其它已知的电压调节电路。最后，在替代实施方式中，第二调节器334可以包括整流器332。第二调节器334可以是开关模块142的一部分或者第二调节器334可以是单独的部件。

二极管338提供反向电压保护，从而确保在部件故障、系统300中的电压瞬变、或其它不希望的事件的情况下，第二调节器334的输出不会反向供电。在开关340出于任何原因未将第一能量储存装置104与第二调节器334隔离的情况下，二极管338还用于防止第二调节器334的输出过载。在一些实施方式中，二极管338可以结合到第二调节器334中或者可以省去。如图3所示，二极管338的输出连接至开关340。

开关340允许通过双刀单掷配置在第一调节器330的输出和第二调节器334的输出之间进行选择。开关340由用户手动地操作并且将来自第一调节器330或第二调节器334的输出联接至发动机控制单元138的第一部分320。因此，在第一状态中，开关340允许发动机控制单元138的第一部分320通过第一能量储存装置104和第一调节器330供电。如上所述，第一调节器330直接电耦接至第一能量储存装置104，使得第一调节器330的输出的电位与第一能量储存装置104的电位相同。因此，开关340的第一状态为发动机控制单元138的第一部分320供电。点火开关102可以用于将发动机控制单元138与第一能量储存装置断开连接，但未在图3的示意图中示出。

在第二状态下，开关340将第二调节器334通过二极管338电耦接至发动机控制单元138的第一部分320。因此，当用户选择开关340的第二状态时，从第二定子132、整流器332、电容器336和第二调节器334而不是从第一能量储存装置104以及第一定子130和第一调节器330提供电力。

转向发动机控制单元138以便可以更详细地论述，发动机控制单元138包括第一部分320和第二部分322。发动机控制单元138的第一部分320通常包括处理器、存储器、以及用于驱动一个或更多个线圈136和一个或更多个燃料喷射器——比如可以用于燃料空气混合器144中——的开关电路。第一部分320还可以包括感测电路以检测各种温度、发动机速度、操作者输入、以及操作发动机110所需的任何其它参数。第二部分322可以包括操作诸如燃料泵、氧传感器、氧传感器加热器线圈和其它装置之类的较高电流装置所必需的电路。用于驱动一个或更多个线圈136和一个或更多个燃料喷射器的开关电路也可以是第二部分322的一部分。如从图3可以看出的，第一部分320连接至开关340而第二部分322直接连接至第一能量储存装置104。因此，第二部分322可以始终通过第一能量储存装置104操作，而第一部分320可以通过第一能量储存装置104或第二定子132和第二调节器334操作。在一些实施方式中，第二部分322可以省去并且发动机控制单元138可以专门通过开关340供电。点火开关102可以用来切断发动机控制模块138的第二部分322和第一部分320以使设备的使用当中的能量损失最小化。

开关340、二极管338和第二调节器334形成选择模块142。选择模块142可以包括也可以不包括二极管338和第二调节器334，但将始终包括开关340。选择模块142用于为发动机控制单元138的第一部分320选择合适的电源。如上所述，开关340由用户手动地操作。选择模块142还可以包括视觉指示器，比如发光二极管或屏幕上的视觉指示器，以将选择模块142的当前状态告知用户。视觉指示器可以在第一能量储存装置104的电压高于或低于截止电压阈值时被触发。视觉指示器也可以在电容器336中的电压高于或低于激活阈值时被触发。

可选地，视觉指示器可以用于通知用户第一能量储存装置104过度放电、何时第一能量储存装置104被充分充电而使得能够启动、何时电容器336被充分充电而使得能够启动、或者何时电容器336充电不足而使得无法启动。因此，激活阈值由电容器336的电压驱动并且截止电压阈值由第一能量储存装置104的电压驱动。如上所述，电容器336也可以被称为第二能量储存装置，因为电容器336储存从第二定子132收集的能量并用于使得能够启动。

选择模块142在第一状态与第二状态之间转换。在图3的实施方式中，第一状态在开关340处于第一状态时被选定。选择模块142的第一状态将第一能量储存装置104联接至发动机控制模块138的第一部分320。选择模块的第二状态在开关340处于第二状态时被选定。因此，选择模块142的第二状态将第二调节器334通过二极管338联接至发动机控制模块138的第一部分320。

在发动机110的非运行状态和选择模块142的第一状态下，第一能量储存装置104为发动机控制单元138的第一部分320提供所有能量。在发动机110的运行状态和选择模块142的第一状态中，第一能量储存装置104和第一定子130共同为发动机控制单元138的第一部分320提供所有能量。第一定子130与第一能量储存装置104之间的能量的精确平衡取决于由第一定子130提供的能量的量，其主要取决于发动机110的速度。然而，在大多数操作模式中，第一定子130为第一能量储存装置104充电并且还为发动机控制单元138提供所有能量。

在发动机110的运行状态下的非常低的发动机速度下，第一定子130可能无法提供足够的能量来为第一能量储存装置104充电。发动机110的运行状态被定义为发动机110可以在没有外部帮助的情况下维持运转(即，怠速)时的速度、或高于最小维持速度的任何速度。非运行状态被定义为低于发动机110可以在没有外部帮助的情况下维持运转的速度的任何速度。因此，当发动机110停止或者被手动地转动或通过启动马达148转动但尚未加速至最小维持速度时，发动机110处于非运行状态。

在发动机110的非运行状态和选择模块142的第二状态下，第一能量储存装置104不向发动机控制单元138的第一部分320提供任何能量。在选择模块142的第二状态下，第一能量储存装置104通过开关340与发动机控制单元138的第一部分320隔离，而第二调节器334通过二极管338电连接至第一部分320。这防止第一能量储存装置104在非运行状态下降低第二调节器334的输出并防止能量输送至发动机控制单元138的第一部分320。

如将变得明显的，根据第一能量储存装置104的充电状态存在不同的启动程序。在第一能量储存装置104中充足充电的情况下，用户可以选择开关340的第一状态，将点火开关转动至运行位置，并激活启动马达148以启动发动机110。如上所述，开关340的第一状态对应于选择模块142的第一状态。发动机控制单元138从第一能量储存装置104接收足够的能量并且能够在启动期间向发动机110输送火花和/或燃料。发动机110然后启动并从非运行状态转换至运行状态。在不存在启动马达148的替代配置中，用户手动地操作反冲启动器162并且发动机启动，从非运行状态转换至运行状态。一个或更多个视觉指示器可以指示第一能量储存装置104的荷电状态高于第一截止电压阈值，此时，起动马达148和发动机控制单元138两者都可以运行。

在第一能量储存装置104的充电状态不足以操作启动马达148但足以操作发动机控制单元138的情况下，可以通过选择开关340的第一状态、将点火开关转动至运行位置、并手动地操作反冲启动器162来启动发动机。如上所述，开关340的第一状态对应于选择模块142的第一状态。发动机控制单元138将在启动期间向发动机110输送火花和/或燃料。发动机110然后启动并从非运行状态转换至运行状态。一个或更多个视觉指示器可以指示第一能量储存装置104的充电状态低于启动马达148可以运转的第一截止电压阈值但高于发动机控制单元138可以运转的第二截止电压阈值。在一些实施方式中，第一截止电压阈值和第二截止电压阈值可以是相同的电压。在其它实施方式中，第一截止电压阈值和第二截止电压阈值可以不同。在更进一步的实施方式中，第一截止电压阈值可以低于第二截止电压阈值。这可能是启动马达148相比于发动机控制单元138能够在较低的电压下运行时的情况。

在第一能量储存装置104的充电状态不足以操作发动机控制单元138的情况下，用户可以选择开关340的第二状态。如上所述，开关340的第二状态对应于选择模块142的第二状态。电容器336很可能由于来自调节器334的电流消耗和其它电荷损失源而放电。结果，通常不可能在选择开关340的第二状态时立即给发动机控制单元138供电。然而，用户可以手动地操作反冲起动器162。这在第二定子132与发动机110的飞轮之间产生相对运动。如前所述，第二定子132产生交流电流和电压，整流器332将其整流成直流电流和电压。来自整流器332的直流电流和电压对电容器336进行充电。在反冲起动器162的一次或更多次拉动之后，电容器336被充电至足以为发动机控制单元138供电的电压。可选地，视觉指示器可以指示已达到发动机控制单元138的激活阈值。

激活阈值可以是等于为发动机控制单元138的第一部分320供电所需的最小电压的电压或高于为发动机控制单元138的第一部分320供电所需的最小电压的电压。激活阈值和电容器336的充电容量可以选择成实现发动机控制单元138的特定运行时间。可选地，电容器336的充电容量可以被优化成为发动机控制单元138提供足够的运行时间以允许反冲启动器162的额外操作，同时使为电容器336充电所需的反冲启动器162的操作次数最小化。显然，反冲启动器162的操作次数理想地被最小化，因此系统300的优化是至关重要的。

当发动机控制单元138的第一部分320或整个发动机控制单元138通过电容器336成功供电并且在达到发动机控制单元138的激活阈值之后反冲起动器162成功操作时，发动机110将启动。发动机110于是从非运行状态转换至运行状态。

显然，发动机控制单元138可以分成由电容器336和第一能量储存装置104分别供电的部分，以进一步减少必须由第二定子132收集并储存在电容器336中的能量。然而，这依赖于第一能量储存装置104中剩余的足够能量来操作发动机控制单元138的第二部分322。结果，可能需要从电容器336经由选择模块142而不仅仅是第一部分320为整个发动机控制单元138供电。

当发动机110处于运行状态并且选择模块142处于第二状态时，定子132对电容器336充电并且调节器334继续向发动机控制单元138输送能量。同时，第一定子130通过第一调节器330继续向第一能量储存装置104输送能量。因为对第一能量储存装置104的能量需求被最小化，因而第一能量储存装置104快速充电。

选择模块142可以监控第一能量储存装置104的充电状态并且选择模块142的视觉指示器可以向用户指示开关340可以转换至第一状态。该指示可以响应于第一能量储存装置104达到第一截止电压阈值和第二截止电压阈值中的一者或两者而发生。用户然后可以将开关340转换至第一状态，并且可以恢复正常操作。然后第二调节器334的输出与发动机控制单元138的第一部分断开连接并且电容器336被充电，但是不再对电容器336或第二调节器334作出进一步要求，直到发动机110返回至非运行状态为止。

转向图4，示出了系统的第二实现形式。除了以下论述的各方面之外，系统400与图3的系统相同。在系统400中，第一定子130联接至第一调节器430，其中，第一调节器430的输出直接连接至第一能量储存装置104。系统400还包括第二定子132、整流器432、电容器436(也称为第二能量储存装置)、第二调节器434、发动机控制模块138和选择模块142。在系统400中，发动机控制模块138包括第一部分420和第二部分422。系统400的选择模块142不同于图3的实施方式。

图4的选择模块142包括继电器，该继电器具有电磁体442和多个触头440。选择模块142还包括电压参考450和具有参考输入446和监控输入448的比较器444。代替用户操作开关，比较器444、参考输入446、监控输入448、电压参考450和继电器用于在选择模块的第一状态与第二状态之间执行自动切换。电压参考450被选择为等于期望的截止电压阈值。监控输入448连接至第一能量储存装置104，使得可以监控第一能量储存装置104的电压。当比较器444的参考输入446小于监控输入448时，比较器444不激活继电器的电磁体442。继电器的多个触头440的常闭触头连接至第一能量储存装置104，并且多个触头440的公共触头连接至发动机控制模块138的第一部分420，从第一能量储存装置104供电。因此，继电器的默认条件是从电池为发动机控制模块138的第一部分420供电。当选择模块142处于第一状态时，继电器处于默认条件，其中，多个触头440中的常闭触头被闭合。

当比较器444的参考输入446大于监控输入448时，比较器444激活继电器的电磁体442。这导致多个触头440的常开触头相对于公共触头闭合并且多个触头440中的常闭触头相对于公共触头打开。第二调节器434的输出此时电连接至发动机控制模块138的第一部分420，只要电容器436中有足够的电荷，就向发动机控制模块138的第一部分420输送电力。第一能量储存装置104与发动机控制模块138的第一部分420隔离。因此，选择模块142处于第二状态，继电器处于活动状态，其中，多个触头440中的常开触头相对于公共触头被闭合并且多个触头440中的常开触头相对于公共触头被断开。

然而，设想可以使用相反配置，在该相反配置中，第二调节器434的输出连接至常开触头并且第一能量储存装置104连接至常闭触头。在这种情况下，比较器输入可能会反向，使得当比较器444的监控输入448大于监控输入446时，继电器的电磁体442被激活。选择模块142的第一状态仍将导致第一能量储存装置104为发动机控制模块138的第一部分420供电。选择模块142的第二状态仍将导致电容器436和第二调节器434为发动机控制模块138的第一部分420供电。如可以看出的，只要使用参考输入来控制选择模块中的状态切换，电路的确切配置就可能有所不同。可以使用也可以不使用视觉指示器，但是在系统400中不需要手动输入。相反，用户仅需要操作反冲起动器162直到发动机从非运行状态转换至运行状态为止。一旦第一能量储存装置104已经充电到高于由电压参考450设定的阈值，则选择模块142自动返回至第一状态。

转向图5，示出了系统500。系统500在很大程度上与图3的系统300相同，不同之处在于发动机控制模块138专门通过选择模块142供电。因此，发动机控制模块138的第一部分520和第二部分522两者都是从同一来源供电。当选择模块142处于第一状态时，开关540处于第一状态，并且第一能量储存装置104为整个发动机控制模块138提供电力。当选择模块142处于第二状态时，开关540处于第二状态并且整个发动机控制模块138通过电容器536经由第二调节器534和二极管538供电。第一定子130、第二定子132、第一调节器530和整流器532基本上与系统300相同。

图6示出了该系统的另一实现形式。系统600具有升压转换器634、第一电容器636、第二电容器637、第一电储存装置104、二极管638和第一调节器630。未示出第一定子130，第一定子130构造成与前面的实施方式相同。发动机控制模块138未示出，但是发动机控制模块138配置成与前面的实施方式相同，并如图6所示接收电力。

如可以看出的，系统600省去了第二定子132并且使用用于第二调节器634的升压转换器。这种配置清除第一电储存装置104内甚至非常低的充电状态以向发动机控制模块138输送足够的能量以使得能够使用反冲启动器162手动启动。虽然系统不能从反冲启动器162的手动操作中收集能量，但系统确实提供了降低机械复杂性的优点，因为不需要额外的定子。

当发动机110处于非运行状态时，第一能量储存装置104向选择模块142提供能量。选择模块142包括二极管638。第一调节器630不向第一能量储存装置104提供能量，因为发动机110处于非运行状态。然而，第一调节器630的输出直接连接至第一能量储存装置104并且配置成当发动机110处于运行状态时为第一能量储存装置104充电，正如上面所论述的。作为上述升压转换器的第二调节器634也从第一能量储存装置104汲取能量。无论发动机110处于运行状态还是非运行状态，第二调节器634都运转。第二调节器634的输出为第一电容器636充电，向发动机控制模块138提供经调节的能量。第二调节器634具有预定输出电压，该预定输出电压是假设发动机控制模块138没有汲取电流时第一电容器636可以充电到的最大电压。

当第一能量储存装置104的电压减去二极管638的压降大于第一电容636的电压时，选择模块142处于第一状态，并且电流流经二极管638以为发动机控制模块138供电。当第一能量储存装置104的电压减去二极管638的压降小于第一电容636的电压时，选择模块142处于第二状态。在第二状态下，没有电流流经二极管638并且发动机控制模块138由第一电容器636供电。在优选实施方式中，在利用标称电压为12伏的第一能量储存装置104的系统中，第二调节器634的输出电压是14伏。然而，第二调节器634可以输出9伏和16伏之间的任何电压或适合于发动机电子设备的操作的任何其它电压。通常，来自第一调节器630的电压输出在13.5伏与15.0伏之间变化以维持对标称12伏铅酸电池的充电。设想的是，在发动机110的某些操作模式期间，即使当发动机110处于运行状态时，选择模块142仍可以处于第二状态。

有利地，选择模块142自动地从第一状态切换到第二状态，而无需外部电压参考、比较器或甚至继电器。设想替代电路配置以实现状态之间的自动切换。

第二电容器637与第一能量储存装置104并联，以确保向第二调节器634稳定供应能量。可选地，第一电容器636和第二电容器637两者都可以是超级电容器、超级电容器组或其它能量储存装置，比如小型电池。然而，在优选实施方式中，第二电容器637为2法拉(F)，而第一电容器为660毫法拉(mF)。第一电容器636和第二电容器637的值可以改变以向第二调节器634提供更好的输入稳定性并且在处于非运行状态时为发动机控制模块138提供更长的运行时间。优选地，当发动机控制模块138运转时，第二调节器634的电流输送小于发动机控制模块138的电流消耗。这允许第二调节器634使用成本降低的部件，减小电路尺寸，并使第二调节器634的热耗散要求最小化。可视指示器可以用于让用户知道第一电容器636何时已被充分充电。这确保了对反冲起动器162的拉动起动尝试不会是徒劳的。但是，这是可以省去的可选特征。

第二调节器634配置成即使在深度放电状态下也从第一能量储存装置104汲取电力。最重要的是，第一能量储存装置104的电压可能远低于操作发动机控制模块138所需的电压。尽管第一能量储存装置104是标称12伏电池，但是第一能量储存装置104可能具有低至例如6伏特的电压。甚至6伏也足以使第二调节器634汲取电力并将第一电容器636充电至适合操作发动机控制模块138的电压。因此，第二调节器634可能能够利用来自完全放电或甚至损坏的电池的能量以提供足够的能量来启动发动机110。然后定子130可以输送将第一能量储存装置104充电至适合未来启动的水平所需的能量。在启动尝试不成功并且第一电容器636放电的情况下，第二调节器634可以在延迟时间之后对第一电容器636再充电。

在替代配置中，小的辅助电池可以临时连接至第二调节器634的输入，以使得能够为第一电容器636充电，即使当第一能量储存装置104低于操作第二调节器634所需的最低水平时亦是如此。该辅助电池可以在成功启动之后被移除。辅助电池通常不足以操作启动马达148，但意在提供足够的能量以使第二调节器634能够为电容器636充电并为发动机控制模块138供电。然而，在某些实现形式中，辅助电池可以足以为启动马达148供电。

选择模块142的二极管638的附加特征在于确保第二调节器634不会试图给第一能量储存装置104充电。如果没有二极管638或其它隔离装置，则由于能量守恒，第二调节器634将仅用于耗尽第一能量储存装置104。

转向图7，示出了升压转换器的典型应用电路，比如第二调节器634。示出了由XLSemi制造的XL6019降压/升压调节器集成电路的示例性部件值及其优选布置结构。

转向图8，示出了又一系统。该系统700具有第一能量储存装置104、第一调节器730、第二调节器734、包括二极管738的选择模块142、以及电容器736。图8的系统700与图6的系统600基本相同，不同之处在于省去了第二电容器。在第一能量储存装置104即使在完全放电时也输送足够电流的情况下，第二调节器734可以在输入端没有额外电容器的情况下成功运转。此外，第二调节器734是降压/升压型转换器。因此，第二调节器734不仅能够提供与输入电压相比增加的输出电压，而且能够提供与输入电压相比减少的输出电压。这在选择为发动机控制模块138供电的所需输出电压方面提供了增加的灵活性。

还考虑了降低能量消耗的其它方式以促进更快的启动、减少手动启动的努力、并且以第一能量储存装置104中的较少能量启动发动机110。例如，可以实施修改的启动策略以当在选择模块142的第二状态下启动发动机时进一步节省能量。当电池电压低于最小阈值时，燃料泵或点火线圈的停留时间可以减少以节省能量并使电流需求最小化。这有力地增强了在选择模块142处于第二状态时进行启动的可能性。最后，发动机控制模块138可以结合选择模块142并执行第一状态与第二状态之间的切换操作。这有益地简化了所需的电路。

虽然前述描述和附图代表本发明的示例，但是应当理解的是，在不背离所附权利要求的等同方案的精神和范围和范畴的情况下，可以在其中进行各种添加、修改和替换。特别地，本领域技术人员将清楚的是，在不背离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例、尺寸以及其它元件、材料和部件来体现。此外，在不背离本发明的精神的情况下，可以对本文描述的适用的方法/过程进行多种变化。本领域技术人员将进一步理解的是，在不背离本发明的原理的情况下，本发明可以在结构、布置、比例、尺寸、材料和部件以及用于本发明的实践中的其它的许多修改下使用，这些修改特别适用于特定环境和操作要求。因此，当前公开的示例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求及其等同方案限定，而不限于前述描述或示例。相反，所附权利要求应当被广义地解释为包括本发明的其它变型，这些变型可以由本领域技术人员在不背离本发明的等同方案的范围和范畴的情况下做出。

Claims (45)

1.一种发动机系统，包括：

发动机控制模块，所述发动机控制模块配置成控制燃料喷射器和点火线圈中的至少一者；

第一能量储存装置；

第一定子，所述第一定子配置成对所述第一能量储存装置进行充电；

第二定子，所述第二定子配置成向所述发动机控制模块的一部分供电；

选择模块，所述选择模块配置成从第一状态转换至第二状态，在所述第一状态中，所述第一能量储存装置向所述发动机控制模块提供能量，在所述第二状态中，所述第一能量储存装置与所述发动机控制模块的所述部分隔离。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，当处于所述第二状态时，整个所述发动机控制模块与所述第一能量储存装置隔离。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的系统，其中，当处于所述第二状态时，所述第二定子向所述发动机控制模块提供能量。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述第一定子包括由第一线形成的绕组，并且所述第二定子包括由第二线形成的绕组。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一定子的绕组具有第一匝数并且所述第二定子的绕组具有第二匝数，所述第二匝数大于所述第一匝数。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一线具有第一直径并且所述第二线具有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括配置成由用户操作的开关。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括比较器。

9.根据权利要求1至6和8中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括继电器。

10.根据权利要求1至6和8中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括二极管。

11.根据权利要求1至6、8和9中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块响应于所述第一能量储存装置达到预定电压阈值而从所述第二状态转换至所述第一状态。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块响应于来自操作者的输入而从所述第二状态转换至所述第一状态。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的系统，还包括用于调节所述第一定子的输出电压的第一调节器。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的系统，还包括用于调节所述第二定子的输出电压的第二调节器。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第二调节器是升压式调节器。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的系统，其中，所述发动机控制模块包括第二部分，当所述选择模块处于所述第一状态和所述第二状态两者时，所述第二部分通过所述第一能量储存装置供电。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的系统，还包括反冲启动组件、发动机和启动马达。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，当所述发动机处于非运行状态并且所述第一能量储存装置具有高于截止电压阈值的电压时，所述选择模块处于所述第一状态。

19.根据权利要求17所述的系统，其中，当所述发动机处于非运行状态并且所述第一能量储存装置具有低于截止电压阈值的电压时，所述选择模块处于所述第二状态。

20.根据权利要求1至19中的任一项所述的系统，其中，当所述第一能量储存装置具有低于截止电压阈值的电压时，所述选择模块从所述第一状态转换至所述第二状态。

21.根据权利要求1至20中的任一项所述的系统，当所述第一能量储存装置具有高于截止电压阈值的电压时，所述选择模块从所述第二状态转换至所述第一状态。

22.一种发动机系统，包括：

发动机控制模块，所述发动机控制模块配置成控制燃料喷射器和点火线圈中的至少一者；

第一能量储存装置；

第一调节器，所述第一调节器配置成对所述第一能量储存装置进行充电；

第二调节器，所述第二调节器配置成向所述发动机控制模块的一部分供电；

选择模块，所述选择模块配置成从第一状态转换至第二状态，在所述第一状态中，所述第一能量储存装置连接至所述发动机控制模块，在所述第二状态中，所述第二调节器连接至所述发动机控制模块的所述部分并且所述第一能量储存装置与所述发动机控制装置的所述部分隔离。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，当处于所述第二状态时，整个所述发动机控制模块与所述第一能量储存装置隔离。

24.根据权利要求22至23中的任一项所述的系统，其中，当处于所述第二状态时，所述第一调节器被禁用。

25.根据权利要求22至24中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括配置成由用户操作的开关。

26.根据权利要求22至24中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括比较器。

27.根据权利要求22至24和26中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括继电器。

28.根据权利要求22至24和26中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块包括二极管。

29.根据权利要求22至24、26和27中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块响应于所述第一能量储存装置达到预定电压阈值而从所述第二状态转换至所述第一状态。

30.根据权利要求22至29中的任一项所述的系统，其中，所述选择模块响应于来自操作者的输入而从所述第二状态转换至所述第一状态。

31.根据权利要求22至30中的任一项所述的系统，还包括第一定子，所述第一定子配置成向所述第一调节器输送能量。

32.根据权利要求22至31中的任一项所述的系统，还包括第二定子，所述第二定子配置成向所述第二调节器输送能量。

33.根据权利要求22至32中的任一项所述的系统，其中，所述第二调节器是升压式调节器。

34.根据权利要求22至33中的任一项所述的系统，其中，所述发动机控制模块包括第二部分，当所述选择模块处于所述第一状态和所述第二状态两者时，所述第二部分通过所述第一能量储存装置供电。

35.根据权利要求22至34中的任一项所述的系统，还包括反冲启动组件、发动机和启动马达。

36.根据权利要求35所述的系统，其中，当所述发动机处于非运行状态并且所述第一能量储存装置具有高于截止电压阈值的电压时，所述选择模块处于所述第一状态。

37.根据权利要求35所述的系统，其中，当所述发动机处于非运行状态并且所述第一能量储存装置具有低于截止电压阈值的电压时，所述选择模块处于所述第二状态。

38.根据权利要求22至37中的任一项所述的系统，其中，当所述第一能量储存装置具有低于截止电压阈值的电压时，所述选择模块从所述第一状态转换至所述第二状态。

39.根据权利要求22至38中的任一项所述的系统，其中，当所述第一能量储存装置具有高于截止电压阈值的电压时，所述选择模块从所述第二状态转换至所述第一状态。

40.一种启动内燃发动机的方法，所述方法包括：

a)提供具有反冲启动组件的发动机、配置成控制燃料喷射器和点火线圈中的至少一者的发动机控制模块、能量储存装置以及配置成从第一状态转换至第二状态的选择模块，在所述第一状态中，所述能量储存装置连接至所述发动机控制模块，在所述第二状态中，所述能量储存装置与所述发动机控制模块隔离，所述发动机处于非运行状态；

b)经由所述选择模块选择第一能量储存装置与所述发动机控制模块隔离的所述第二状态；

c)操作所述反冲启动组件，使得所述发动机从非运行状态转换至运行状态；

d)经由所述选择模块选择所述能量储存装置连接至所述发动机控制模块的所述第一状态。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，当所述第一能量储存装置的电压低于截止电压阈值时发生步骤b)。

42.根据权利要求40和41中的任一项所述的方法，其中，当所述第一能量储存装置的电压高于截止电压阈值时发生步骤d)。

43.根据权利要求40至42中的任一项所述的方法，其中，步骤a)还包括提供定子，所述定子在步骤c)期间向所述发动机控制模块提供电力。

44.根据权利要求40至43中的任一项所述的方法，其中，步骤a)还包括提供增压调节器，所述增压调节器配置成向所述发动机控制模块提供电力。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述升压调节器向所述发动机控制模块输送比所述能量储存装置的电压大的电压。

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