[发明专利]用于具有电流模式控制和故障容差检测的AC点火系统的多路复用驱动电路

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请是共同待定美国专利申请No.12/542,794的部分继续申请，该美国专利申请的申请日为2009年8月18日，这些申请的所有教导和公开内容通过引用并入本文。 

技术领域

本发明总体上涉及用于使用火花塞的内燃机的点火系统，更具体地说，涉及用于使用火花塞的内燃机的点火系统，以及用于控制火花塞操作和检查系统故障的控制系统。 

背景技术

通常，内燃机包括火花塞以及产生火花的点火电路，从而在发动机气缸内点燃空气-燃料混合物。有些发动机采用附连到旋转飞轮的永磁体在充电线圈上产生电压。在典型的电容性放电系统中，来自低电压电池的电能被供给电力供应装置，该电力供应装置把该电能升压为电容器上的较高电压，该电容器为在火花塞的火花间隙上产生电火花提供所需的电压。所述电容器将其能量传送到点火线圈的初级绕组以及点火线圈的磁芯。从点火线圈次级绕组提取能量，直到电容器和磁芯没有足够的能量为止。在电感性系统中，从线圈初级侧的低压电池汲取能量。当线圈初级绕组中的电流中断时，产生的反激(flyback)引发次级线圈的击穿，通过次级绕组从点火线圈磁芯中提取能量。无论是在电容性放电还是电感性放电点火系统中，能量都是在时刻T₁通过点火线圈初级绕组的电流传送给点火线圈的磁芯。在随后的时刻T₂，从储存在磁芯中的能量产生点火线圈次级电压和电流。改变开路电压(OCV)，电流幅值(CA)和火花持续时间(SD)这些次级线圈特性的能力都与线圈磁芯中储存的能量的变化有关。但是，一旦能量已经存在于磁芯中，次级线圈的特性很大程度上就已经确定为 次级负载允许的任何状态，在下次点火前不会变化。 

对于给定的电感性或电容性放电线圈的设计，OCV、CA和SD都与存储的能量直接成正比。随着储存在磁芯中的能量增大，这三个值也增大。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，需要给线圈施加的能量具有最小能量，从而可靠地产生火花。对于典型的电感性和电容性放电点火系统，OCV的数量级为25-40kV。这限制了CA和SD的可调节量，该可调节量的调节可通过施加调节能量实现。另外，CA和SD必须同时增大或同时减小。在传统的电感性或电容性放电线圈设计中，这些参数不能独立地调节。为了改进点火系统的整体响应，通常需要改进线圈设计。但是，通常，对于给定的线圈设计来说，对不同的发动机工况，OCV、CA和SD之间的关系无法被优化。 

作为电感性放电和电容性放电点火系统的替代品，一些发动机系统采用交流(AC)点火系统。在AC点火系统中，通常通过DC-AC逆变器产生交流电流。这种系统中可能采用的逆变器有若干种类型。例如，示例性的AC点火系统包括变压器，该变压器具有中心抽头的初级线圈以及连接到火花塞的次级线圈。通过电容器向具有中心抽头的初级线圈的多个绕组之一放电，在火花塞上会引发电弧。初级线圈的两个端子都与开关或晶体管连接。开关可在接通和切断之间切换从而改变初级线圈中电流的方向，以及由此改变次级线圈中电流的方向。可以按照有利于调节CA或SD时间段的方式实现这些开关的控制。 

但是，AC点火系统通常采用比电容性和电感性系统更多的功率半导体，例如开关和二极管。或者，可替换地，AC点火需要点火线圈具有多于两个的绕组，例如是中心抽头线圈初级的设置。通常，随着线圈复杂性的减小，所使用的功率半导体增多，反之亦然。由于额外增多的元件和增大了的复杂性提供了更多可能发生故障的点，这使得AC点火系统成本变高，并且替在的可靠性降低。另外，许多AC点火系统不允许对次级线圈电流进行精确的实时控制，其中次级线圈电流决定了火花放电的特性。另外，许多AC点火系统不具有电路故障自诊断的功能或预测未来电路故障的功能。 

因此需要有一种交流点火系统，其可以采用比传统交流点火系统更少的元件以更低成本制造，并且其可以使简单的双绕组点火线圈实现点火。还需要有一种点火系统，其允许比传统电感性、电容性改电或交流点火系统实现 SD和CA更高程度的精确实时控制。另外，一种能发现电路故障或估测未来故障可能性的点火系统是很有用的。 

本发明的实施例提供了一种交流点火系统。本发明的这些和其他和优点，以及附加的创造性特征，将通过本发明下面的详细说明变得更加明显。 

发明内容