專利名稱：用于電容性放電點(diǎn)火系統(tǒng)中的能量支持的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在CDI系統(tǒng)中產(chǎn)生能量/電力的系統(tǒng)以及方法，所述系統(tǒng)包 括至少一個(gè)充電繞組，其通過(guò)飛輪并且經(jīng)由第一整流器器件對(duì)連接到點(diǎn)火變壓器的初級(jí)繞 組的充電電容器進(jìn)行充電，以便為所述初級(jí)繞組提供用于經(jīng)由所述變壓器的次級(jí)繞組產(chǎn)生 火花的能量。
背景技術(shù)：
如今，已知并且在市場(chǎng)上普遍使用多種類型的點(diǎn)火系統(tǒng)，諸如電容性或者電感性 解決方案。這些點(diǎn)火系統(tǒng)中的大多數(shù)具有包括某種電池支持的解決方案，例如US 6 557 537以及US 6 082 344，其在某些應(yīng)用中可能由于例如濕度和溫度的環(huán)境原因而受到強(qiáng)烈 影響，于是具有關(guān)于性能和/或可靠性的嚴(yán)重的后果。在使用電池支持的解決方案時(shí)，還要 考慮成本、環(huán)境以及壽命方面。已知不使用電池支持的點(diǎn)火系統(tǒng)，并且其也在市場(chǎng)上可以得到。然而，這樣的已知 的系統(tǒng)確實(shí)全部表現(xiàn)出一個(gè)或者多個(gè)缺陷，所述一個(gè)或者多個(gè)缺陷似乎是由于為了能夠除 去電池支持而接受關(guān)于功能的折衷而引起的。已知代替電池支持而使用單獨(dú)的小型發(fā)電 機(jī)，然而其呈現(xiàn)諸如額外的成本之類的一些缺陷。還已知其它解決方案，例如EP 0727578， 其說(shuō)明了一種電感性點(diǎn)火系統(tǒng)，其中(代替電池)從初級(jí)繞組取得電力，以控制點(diǎn)火定時(shí)， 即控制火花提前(spark advance)，而不提供任何其它可能期望的功能。另外，這樣控制電 路相當(dāng)復(fù)雜并且相當(dāng)不靈活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于在CDI系統(tǒng)中產(chǎn)生能量/電力的改進(jìn)的系統(tǒng)，其是 通過(guò)如權(quán)利要求1限定的系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的。由于本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了一種非常靈活并且成本高效的解決方案，其可以帶來(lái)與電池 供電的系統(tǒng)大約相同類型的功能，但同時(shí)消除與電池支持的系統(tǒng)有關(guān)的缺陷。應(yīng)注意該解 決方案不阻止使用電池支持，但是明顯地提供可以免除電池支持的重要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和方面將從以下的詳細(xì)描述中顯而易見(jiàn)。


下面將參照附圖更詳細(xì)地表述本發(fā)明，附圖中圖1示出了呈現(xiàn)在其中描繪了若干觸發(fā)選擇對(duì)象(alternative)的典型的⑶I系 統(tǒng)中集成的、根據(jù)本發(fā)明的電壓控制/開(kāi)關(guān)單元的示意連線圖，圖2更詳細(xì)地示出了圖1中描述的根據(jù)本發(fā)明的電壓控制/開(kāi)關(guān)單元的實(shí)施例 的、圖1中描繪的第一選擇對(duì)象。圖3更詳細(xì)地示出了圖1中描述的根據(jù)本發(fā)明的電壓控制/開(kāi)關(guān)單元的實(shí)施例 的、圖1中描繪的第二選擇對(duì)象。
具體實(shí)施例方式圖1示出了由集成在稍微簡(jiǎn)化的形式的典型CDI系統(tǒng)中的、根據(jù)本發(fā)明的電壓控 制/開(kāi)關(guān)單元10組成的示意連線圖。以下是在此示例中使用的典型的CDI系統(tǒng)的簡(jiǎn)要描述。該CDI系統(tǒng)包括配備有 四個(gè)常規(guī)地布置的繞組L、T、P和S的鐵心Tl，所述繞組L、T、P和S通過(guò)集成在飛輪中的 一個(gè)或者若干個(gè)磁鐵而磁化，所述一個(gè)或者若干個(gè)磁鐵在飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)將掃過(guò)鐵心Tl的端 部分。具有若干個(gè)磁鐵的變型可被用于提供(從總的觀點(diǎn)看)更強(qiáng)的發(fā)電機(jī)，其除了作為 點(diǎn)火電壓產(chǎn)生器的功能之外，還可被用于其它目的，例如燃料噴射系統(tǒng)或者鏈鋸上的手柄 (handle)加熱。根據(jù)下文，相對(duì)磁鐵移動(dòng)在繞組L、T、P和S中感生電壓。在所謂的充電繞組L中，這樣感生了用于火花產(chǎn)生的電壓。充電繞組L經(jīng)由其端 點(diǎn)之一 1經(jīng)由整流器器件Dl連接到充電電容器Cl，在充電電容器Cl中將存儲(chǔ)能量，直到火 花將被激活為止，并且充電繞組L還經(jīng)由其端點(diǎn)之一 1經(jīng)由整流器器件Dl連接到間流晶體 管(thyristor)Ql。繞組L的另一端點(diǎn)2接地。所謂的觸發(fā)繞組T以第一端點(diǎn)7接地，并且以第二端點(diǎn)8連接到點(diǎn)火控制單元Ml 的輸入端子Inll，并且向此輸入端子傳遞關(guān)于飛輪的位置和速度的信息以及優(yōu)選地還有關(guān) 于對(duì)控制單元Ml (例如對(duì)其處理器)的電力供應(yīng)的信息?？梢宰⒁獾娇刂茊卧狹l可以包 括僅略微修改的版本的已知的、常規(guī)的控制單元。第三繞組P組成變壓器30的初級(jí)繞組，第四繞組S組成變壓器30的次級(jí)繞組，以 便為火花塞SPl產(chǎn)生點(diǎn)火電壓。第三繞組P的端點(diǎn)4以及第四繞組S的端點(diǎn)5接地。在常規(guī)方式中，在點(diǎn)火電壓應(yīng)當(dāng)被傳遞到火花塞時(shí)，控制單元Ml上的輸出端子 Outll被激活。其觸發(fā)電極連接到輸出端子Outll的開(kāi)關(guān)器件(閘流晶體管)Ql建立到地 的電流路徑，其導(dǎo)致電容器Cl上的電壓連接到初級(jí)繞組P。初始地，由于位于閘流晶體管 Ql的陽(yáng)極的連接點(diǎn)12中的非常高的電壓微分，在次級(jí)繞組S中產(chǎn)生電壓瞬變。緊接其后， 變壓器30中的狀態(tài)改變?yōu)樗p自振蕩，其中能量通過(guò)開(kāi)關(guān)器件Ql在電感器P和電容器Cl 之間傳送。上面的描述是簡(jiǎn)化的，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不偏離本發(fā)明的范圍的 情況下，預(yù)見(jiàn)其它的用于火花產(chǎn)生的諧振以及非諧振電路是顯而易見(jiàn)的。根據(jù)本發(fā)明，存在電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10，其控制在0ut21處從初級(jí)繞組P的電力 輸出，該電力可被用于驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)外部的設(shè)備(例如傳感器和/或螺線管)。在圖1所示 的實(shí)施例中，示出電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10具有兩個(gè)輸入端子In21和Ιη22以及一個(gè)輸出端 子0ut21。第一輸入端子In22連接到點(diǎn)火控制單元Ml上的輸出端子Ιη12，并且第二輸入 端子Ιη21經(jīng)由連接點(diǎn)11連接到電容器Cl以及初級(jí)繞組P的端部3。開(kāi)關(guān)單元10是重要 的，因?yàn)閮H在飛輪的完整旋轉(zhuǎn)的一部分期間、并且以在期望時(shí)間段(例如100 μ s)中關(guān)斷開(kāi) 關(guān)單元10從而不干擾產(chǎn)生火花的方式，執(zhí)行開(kāi)關(guān)(到關(guān)斷模式)。因此，到Ιη121或者Ιη22 的信號(hào)、或者到端子Ιη21和Ιη22兩者的信號(hào)一起啟動(dòng)或者影響開(kāi)關(guān)單元10以在所述控制 單元(Ml)啟動(dòng)所述火花之前或者與所述控制單元(Ml)啟動(dòng)所述火花相聯(lián)系而在飛輪的旋 轉(zhuǎn)的一部分期間關(guān)斷，從而不負(fù)面地影響所述火花的產(chǎn)生。在其余時(shí)間，單元10處于其“導(dǎo) 通模式”，由此在低至2000rpm的飛輪速度的情況下在0ut21處獲得大約0. 5-2W的輸出。
連接點(diǎn)火控制Ml和電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10的可選連接9使能反饋以及關(guān)于圖2 所描述的充電電容器14的充電/負(fù)載電平的信息，并且還可以利用連接9以改變r(jià)pm上的
開(kāi)關(guān)頻率等。根據(jù)本發(fā)明的并且在圖1和圖2中描述的開(kāi)關(guān)單元10的操作和方法使得取決于 特定需要/期望、通過(guò)來(lái)自輸入端子In21和In22上的輸入信號(hào)(一起或者單獨(dú))的信息 來(lái)管理/控制開(kāi)關(guān)。例如，如果將系統(tǒng)設(shè)置為通過(guò)任何輸入信號(hào)觸發(fā)，并且從點(diǎn)火控制單元 Ml向輸入端子Ιη22提供有輸入信號(hào)，則基于來(lái)自其中的微處理器的信息，開(kāi)關(guān)控制19將被 控制為在對(duì)于這種應(yīng)用的、在點(diǎn)火控制單元Ml將控制閘流晶體管Ql的導(dǎo)通(其開(kāi)始通過(guò) 初級(jí)繞組P的電流流動(dòng)并且在SPl中產(chǎn)生火花)之前的短時(shí)間段中關(guān)斷。在火花終止不久 之后，控制單元Ml將再次關(guān)斷閘流晶體管Q1，并且還激活開(kāi)關(guān)控制19以將其設(shè)置為導(dǎo)通模 式。圖2更具體地示出了作為觸發(fā)/控制電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10的選擇之一的、在圖 1中指示的根據(jù)本發(fā)明的電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10的第一實(shí)施例。示出電壓控制/開(kāi)關(guān)單元 10包括開(kāi)關(guān)控制19、二極管13、開(kāi)關(guān)元件15以及充電電容器14。二極管13的陽(yáng)極側(cè)連接 到輸入端子Ιη21，陰極側(cè)連接到開(kāi)關(guān)元件15的第一連接器16。開(kāi)關(guān)元件15的第二連接器 18連接到輸出端子0ut21并且連接到充電電容器14?？刂齐妷嚎刂?開(kāi)關(guān)單元10的開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制19連接到開(kāi)關(guān)元件15的連接器 17并且連接到輸入端子In22。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，開(kāi)關(guān)元件15可以包括在市場(chǎng)上 可以得到的多種組件(例如閘流晶體管、三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(Triac)等)是顯而易 見(jiàn)的。開(kāi)關(guān)控制19的目的是控制開(kāi)關(guān)元件15在產(chǎn)生火花的開(kāi)始時(shí)或者緊接在產(chǎn)生火花之 前在期望的(例如在控制單元Ml的CPU中預(yù)設(shè)的)時(shí)間段(例如100 μ S)期間關(guān)斷。在 此實(shí)施例中，通過(guò)點(diǎn)火控制Ml中的軟件和/或硬件以及CPU來(lái)控制開(kāi)關(guān)信號(hào)In22，其通常 意味著在火花啟動(dòng)之前的幾μ S的在Ιη21處的常規(guī)的TTL信號(hào)(例如脈沖信號(hào))使開(kāi)關(guān) 元件15處于關(guān)斷模式，并且在大約100 μ S的持續(xù)時(shí)間后使開(kāi)關(guān)元件15切換回電力產(chǎn)生模 式。連接在輸出端子0ut21與地之間的充電電容器14的目的是穩(wěn)定來(lái)自端子0ut21的輸 出，以在開(kāi)關(guān)元件15關(guān)斷時(shí)向外部設(shè)備提供能量。圖3更詳細(xì)地示出了作為選擇之一的圖1描繪的根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)單元10的第 二實(shí)施例。開(kāi)關(guān)單元10包括三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件或者閘流晶體管或者其它適當(dāng)?shù)拈_(kāi) 關(guān)元件21、火花啟動(dòng)檢測(cè)單元25、電容器14、以及開(kāi)關(guān)控制19。其中，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān) 元件21的一個(gè)電源端子22連接到輸入端子In21 (其對(duì)應(yīng)于圖2中的二極管13)，第二電源 端子23連接到輸出端子0ut21。連接在輸出端子0ut21與地之間的電容器14正在穩(wěn)定輸 出端子0ut21的輸出電壓，即在控制/開(kāi)關(guān)單元10的關(guān)斷模式期間供應(yīng)電力?？刂崎_(kāi)關(guān)單 元10的開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制19連接到三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件21 (其對(duì)應(yīng)于圖2中的開(kāi)關(guān)元 件15)的柵極24。集成在開(kāi)關(guān)控制19中的火花啟動(dòng)檢測(cè)單元25經(jīng)由連接S21連接到輸入 端子In21，其意味著根據(jù)此示例，電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10僅經(jīng)由連接Ιη21連接到⑶I系 統(tǒng)。圖3中所示的開(kāi)關(guān)單元10的操作和方法使得通過(guò)來(lái)自輸入端子Ιη21上的輸入信 號(hào)的信息來(lái)管理/控制開(kāi)關(guān)，所述信息是由在通過(guò)火花啟動(dòng)檢測(cè)單元25檢測(cè)到的啟動(dòng)火花 產(chǎn)生時(shí)造成的初級(jí)繞組P中的電壓瞬變(幅度和/或脈沖形式)給出的，火花啟動(dòng)檢測(cè)單元25繼而產(chǎn)生到開(kāi)關(guān)控制19的信號(hào)，由此開(kāi)關(guān)控制19立即關(guān)斷電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10。 在此實(shí)施例中開(kāi)關(guān)元件的核心是三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件21，其在某一時(shí)間段期間(例如 80-120 μ S的范圍中)關(guān)斷。在此實(shí)施例中，由于使用檢測(cè)單元25，在開(kāi)始產(chǎn)生火花之前不 產(chǎn)生關(guān)斷的信號(hào)，而是在開(kāi)始之后的短的時(shí)間(例如<5 μ S)產(chǎn)生關(guān)斷的信號(hào)。因此，處于 關(guān)斷模式的特定時(shí)間段緊接著啟動(dòng)火花產(chǎn)生之后開(kāi)始。在火花的產(chǎn)生結(jié)束時(shí)，電壓控制/ 開(kāi)關(guān)單元10被切換回電力產(chǎn)生模式。顯而易見(jiàn)的是與其它已知的火花產(chǎn)生⑶I系統(tǒng)一致，開(kāi)關(guān)可以優(yōu)選地通過(guò)初級(jí) 繞組P的幅度或脈沖形式控制，其中通過(guò)經(jīng)過(guò)的飛輪的磁化產(chǎn)生信號(hào)和電流流動(dòng)。因此，例 如在初級(jí)繞組P上檢測(cè)到負(fù)脈沖可被用于造成電壓控制/開(kāi)關(guān)單元10的立即中斷、即立即 關(guān)斷，或者在期望時(shí)可以具有預(yù)設(shè)的延遲或者提前(premature)的觸發(fā)。因此，由于可以以 很多種(期望的)觸發(fā)參數(shù)靈活地設(shè)置控制單元10的事實(shí)，實(shí)現(xiàn)了非常靈活的控制手段。在意圖主要與小型引擎(例如鏈鋸)相聯(lián)系而使用的優(yōu)選實(shí)施例中，可以在寬范 圍內(nèi)選擇根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的組件，以提供本發(fā)明所意圖的功能。然而，存在一些基本要 求，例如，存在足夠強(qiáng)以產(chǎn)生所需能量(即，在l_15mW的范圍內(nèi))的充電繞組L?？偠灾鶕?jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)單元10的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用初級(jí)繞組來(lái)產(chǎn)生電力的 能力，并且同時(shí)對(duì)于CDI系統(tǒng)的性能(即，火花產(chǎn)生、以及關(guān)于燃燒時(shí)間、點(diǎn)火電壓、能量和 峰值功率)具有非常低的影響。所產(chǎn)生的能量/電力可被用于對(duì)內(nèi)部或者外部的單元(例 如傳感器、螺線管)供電。本發(fā)明不限于上面描述的實(shí)施例，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。例如， 本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到可以將若干外部單元連接到0ut21，以及例如在產(chǎn)生更高的輸出 的更高的rpm，0ut21可被布置用于連接其它的外部設(shè)備，例如燃料混合物測(cè)量計(jì)、電池充 電、傳感器、或者其它小型的需要電力的設(shè)備。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到可以在保護(hù)范 圍內(nèi)做出許多其它的顯而易見(jiàn)的修改，例如使用與初級(jí)繞組串聯(lián)的另一(或者若干個(gè))繞 組來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的電壓。與實(shí)施例的形式無(wú)關(guān)，開(kāi)關(guān)單元10也可被用于限制輸出電力。這可以被實(shí)施為電 壓控制設(shè)備，所述電壓控制設(shè)備然后將作為對(duì)于輸出負(fù)載和引擎rpm兩者的變化的反應(yīng)而 通過(guò)開(kāi)關(guān)單元10導(dǎo)通/關(guān)斷來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。
權(quán)利要求
一種用于在電容性放電點(diǎn)火系統(tǒng)中產(chǎn)生能量/電力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)充電繞組(L)，其通過(guò)飛輪并且經(jīng)由第一整流器器件(D1)對(duì)連接到點(diǎn)火變壓器(30)的初級(jí)繞組(P)的充電電容器(C1)進(jìn)行充電，以便為所述初級(jí)繞組(P)提供用于經(jīng)由所述變壓器(30)的次級(jí)繞組(S)產(chǎn)生火花的能量，其特征在于，布置電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)以使得能夠從所述初級(jí)繞組(P)輸出能量(Out21)并且還在飛輪的每次旋轉(zhuǎn)中的有限的時(shí)間段期間中斷能量的輸出(Out21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述初級(jí)繞組(P)向至少一個(gè)外部設(shè)備 提供電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外部設(shè)備包括以下中的至少一個(gè)a)CPU單元，b)螺線管，c)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，存在控制所述電壓控制/ 開(kāi)關(guān)單元(10)的點(diǎn)火控制單元(Ml)。
5.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)不具有電池支持。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)被控制以 通過(guò)被激活來(lái)供應(yīng)所述電力，并且其特征在于激活被控制以僅在所產(chǎn)生的火花的持續(xù)時(shí)間 中維持。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)通過(guò)來(lái)自 所述點(diǎn)火控制單元(Ml)的第一信號(hào)(In22)而被直接控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)通過(guò) 與來(lái)自初級(jí)繞組(L)的電壓瞬變有關(guān)的第二信號(hào)(Ιη21)而被間接控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓控制/開(kāi)關(guān)單 元(10)包括整流組件(13 ；21)，所述整流組件(13 ；21)優(yōu)選地為整流器二極管(13)或者 三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(21)的形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，負(fù)載(14)連接到來(lái)自所 述電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)的輸出(0ut21)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載(14)是電容器或者類似的能 量供應(yīng)組件。
12.一種用于控制根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的方法，其特征在于，在 開(kāi)始或者啟動(dòng)所述火花之前、或者在開(kāi)始或者啟動(dòng)所述火花之后不久，在與火花產(chǎn)生相聯(lián) 系的短時(shí)間段期間，使所述電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)關(guān)斷。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，使用啟動(dòng)通過(guò)所述初級(jí)繞組(P)的電流 流動(dòng)的閘流晶體管(Ql)，所述電流繼而產(chǎn)生火花。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，使用來(lái)自初級(jí)繞組(P)的脈沖(IN21) 去激活所述電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，連接點(diǎn)火控制單元(Ml)和電壓控制/ 開(kāi)關(guān)單元(10)的連接(9)使能反饋以及關(guān)于所述電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)中的充電電容器(14)的充電/負(fù)載電平的信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在電容性放電點(diǎn)火系統(tǒng)中產(chǎn)生能量/電力的方法和系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)充電繞組(L)，其通過(guò)飛輪并且經(jīng)由第一整流器器件(D1)對(duì)連接到點(diǎn)火變壓器(30)的初級(jí)繞組(P)的充電電容器(C1)進(jìn)行充電，以便為所述初級(jí)繞組(P)提供用于經(jīng)由所述變壓器(30)的次級(jí)繞組(S)產(chǎn)生火花的能量，其中布置電壓控制/開(kāi)關(guān)單元(10)以使得能夠從所述初級(jí)繞組(P)輸出能量(Out21)。
文檔編號(hào)F02P1/08GK101939534SQ200980104688
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者喬漢·奧爾森 申請(qǐng)人:Sem股份公司