[发明专利]用于AC点火系统的多路复用驱动电路

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于内燃机的点火系统，更具体而言，涉及使用火花塞的内燃机的点火系统。

背景技术

通常，内燃机包括火花塞以及火花产生点火电路以便点燃发动机汽缸内的空气-燃料混合物。一些发动机采用附接到旋转飞轮上的永磁体以在充电线圈上产生电压。在典型的电容放电系统中，来自低压电池的电能被馈送至电源，所述电源将其升高为电容器上的更高电压，所述电容器提供引起火花塞的火花隙上的电火花所需的电压。电容器将其能量转移至点火线圈的初级绕组以及点火线圈的磁芯。能量从点火线圈次级绕组中被提取，直到电容器和磁芯不能提供足够的能量为止。在电感系统中，能量从初级线圈中的低压电池获取。当线圈初级绕组中的电流被中断时，产生回扫(flyback)现象，这引起次级绕组的击穿并且经由次级绕组提取来自点火线圈磁芯中的能量。无论在电容放电点火系统还是在电感点火系统中，能量都通过点火线圈初级绕组在时间T₁处的电流传送给点火线圈的磁芯。在其后的时间T₂，存储在磁芯中的能量产生点火线圈次级电压和电流。改变次级绕组的开路电压(OCV)、电流幅值(CA)和火花持续时间(SD)这些特性的能力都与线圈磁芯中存储的能量的变化有关。但是，一旦能量被置于磁芯中，次级绕组的特性很大程度上已被预先确定，无论次级负荷如何，并且在下次点火前不能被改变。

对于给定的电感或电容放电线圈设计，OCV、CA和SD与存储的能量直接成比例。随着磁芯中存储的能量增加，这三项值都增加。这些系统中最大的约束是开路电压。该参数应当总是足够大以可靠地引发火花。因此存在一些需要施加至线圈以使得能够可靠地产生火花的最小能量。对于典型的电感和电容放电点火系统来说，OCV在25-40kV的数量级。这限制了通过调节能量施加而获得的CA和SD可调节量。另外，CA和SD必须都增大或减小。在传统的电感或电容放电线圈设计中，这些参数无法单独调节。为了改变点火系统的整体响应，通常需要改变线圈设计。而且通常来说，对于给定的线圈设计，对不同的发动机工作条件，OCV、CA和SD之间的关系无法达到最优化。

作为电容放电和电感点火系统的替代方式，一些发动机系统采用交流电点火(AC)系统。在AC点火系统中，交流电通常由DC-AC变换器产生。有几种可以用于这种系统的变换器。例如，示例性AC点火系统包括变压器，该变压器具有中心抽头初级线圈和与火花塞连接的次级线圈。通过使电容器向中心抽头初级线圈的一个绕组放电，可以在火花塞处产生电弧。初级线圈的两端都与开关或晶体管连接。开关可以在导通和关断之间切换以改变初级线圈中电流的方向，从而改变次级线圈中电流的方向。可以通过有利于CA或SD周期的调节的方式实现对这些开关的控制。

然而，AC点火系统通常比电容放电和电感系统使用更多的功率半导体器件，例如开关和二极管。或者替代性地，AC点火要求点火线圈的绕组数量多于两个，例如中心抽头线圈初级构造。通常，随着线圈复杂度的减小，对功率半导体的使用增加，反之亦然。由于额外的部件以及复杂性增大导致更多可能发生故障，这使得AC点火系统的构造成本变高，可靠性变低。另外，很多AC点火系统无法允许次级线圈电流的精确实时控制，而次级线圈电流的实时控制确定了火花放电的特性。

因此期望具有一种交流点火系统，该系统采用比传统交流电点火系统更少的部件，因此构造成本更低，并且能对简单的两绕组点火线圈点火。还期望具有一种点火系统，与传统的电感、电容放电或交流点火系统相比，该点火系统实现对SD和CA的更高精确度的实时控制。

本发明的实施例提供这样一种交流点火系统。本发明的这些和其它优点，以及其它创造性特征，将通过本发明提供的如下描述变得显而易见。

发明内容

一方面，本发明的实施例提供一种用于AC点火系统的多路复用驱动电路，其具有公共支线(leg)，该公共支线包括两个串联耦合的开关，以及一条或多条专用支线，其中每条专用支线包括两个串联耦合的开关。该AC点火系统还包括用于所述一条或多条专用支线中的每一条的变压器(具有两绕组点火线圈)，每个变压器具有耦合在所述一条或多条专用支线中的一条和公共支线之间的初级绕组。另外，每个变压器具有并联耦合至火花塞的次级绕组。所述AC点火系统还包括脉宽调制(PWM)开关控制器，其被配置为操作公共支线和专用支线开关以控制火花塞的火花放电特性。