CN107624146B - 用于内燃机的电子点火系统和所述电子点火系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的电子点火系统，包括：点火线圈(2)，至少设置有初级绕组(3)和次级绕组(4)；开关(6)，连接到初级绕组(3)并且根据驱动信号的值在打开和/或闭合位置可驱动；控制单元(7)，与开关(6)相关联并被配置为根据驱动信号(G)的值驱动开关处于打开和/或闭合位置。这种系统还包括与次级绕组(4)相关联的电流检测装置(10)，其中控制单元(7)与检测装置(10)相关联用于接收代表次级绕组(4)中的至少电流值(In)的信号并且被配置为根据所述信号来控制开关(6)。

Description

用于内燃机的电子点火系统和所述电子点火系统的控制方法

技术领域

本发明涉及用于内燃机的电子点火系统和所述电子点火系统的控制方法。

背景技术

内燃机在宏观上被分为自燃点火发动机和控制式点火发动机，后者通过压缩空气和燃料的混合物和火花的情境产生来操作，火花通过点燃所述混合物在发动机内的一个或多个内部燃烧室内产生受控爆炸，以向同一发动机提供动力。火花通常通过向火花塞提供高压电力产生，该火花塞具有电极之间的特定距离，称为放电“间隙(gap)”。随后的放电触发混合物的燃烧。

近年来，已经研究了几种解决方案，以通过电子控制火花的产生来最大化这种燃烧的效率，以根据发动机的条件调节火花塞的行为，并且从而减少未燃烧物质的存在。

这种方法主要涉及在燃烧室内的气体混合物中诱发等离子体状态，即电离混合物/气体，从而使其成为对电磁场强烈响应的良好导体。

因此，精确地用于本文提到的特征的内燃机的燃烧室内的等离子体生成确保了混合物燃烧的改善。事实上，等离子体在其在燃烧室内传播期间产生的火焰面在气体混合物中产生大大升高的温度，从而允许相同火焰面的快速扩散，同时减少其前进所需的时间，大大提高了性能并减少未燃烧气体的存在。

作为实例，文献WO2012/106807示出了现有技术中已知的点火装置。

这种装置包括具有两个绕组的线圈，初级绕组连接到发生器并且靠近大地，次级绕组连接到火花塞，即在两个电极处。

初级绕组通过控制单元进一步设置有电子可控开关，该控制单元根据由发动机控制单元(ECU)接收的控制信号来驱动其打开和闭合。

在WO2012/106807中所示出的操作基本上包括四个步骤。

在第一步骤中，开关由控制单元闭合，并且由发生器产生的电流开始在初级绕组中流动，将其充电到期望的电流值。

在被称为回扫步骤(fly-back step)的第二步骤期间，开关由控制单元打开，停止执行；通过电磁感应，初级绕组在次级放电以足够高的电压对其进行充电，以使两个电极之间的“间隙”中的电介质被击穿，产生火花。

在被称为前进步骤的第三步骤中，开关再次被控制单元闭合，并再次开始执行，通过对初级绕组“充电”并再次通过线圈将功率同时传递到次级绕组，再次产生前一个相反标志的高压，从而保持“间隙”中的火花“活跃(alive)”。

已知在这种情况下，次级绕组上的高压取决于两个绕组之间的匝数比。

在第四步骤中，开关再次闭合(新的回扫)，加热初级绕组并通过电磁感应在保持火花的“间隙”端部重新建立相反标志的电压。

众所周知，通常被称为“等离子体步骤(plasma step)”主要通过重复第三和第四步骤定义，其中，重复次数确定火花的持续时间，从而确定燃烧完成。

换句话说，电压交替指令确保电子流过放电“间隙”，从而发生雪崩电离的影响。

然而，已知的装置包括刚刚描述的文件中所示的装置，具有许多与性能和可靠性因素有关的缺点。

该技术的第一个缺点是需要增加两个绕组之间的匝数比(有利于次级)，以实现前进步骤的效率。

这种需要以及开关的打开和闭合配置之间的开关速率有助于在次级绕组上产生，并且因此在火花塞的端部处产生用于开关每次闭合的高压峰值。

如果没有限制，该峰值将足以使间隙中的电介质被击穿，导致气缸危险的提前火花。

已知装置的进一步的关键性与在“等离子体”步骤期间控制开关的难度有关；这种困难导致通常由预定逻辑控制的开关的打开和闭合的管理的精度差，而不考虑在气缸中，因此在次级绕组上，产生的实际状况，。

再次，在已知装置中更经常发现的问题之一是由于功率耗散，通过在交流电流中控制次级绕组，导致开关的高频连续打开和闭合，从而导致吸收和耗散一样。

发明内容

本发明的目的是提供能够消除上述现有技术的缺点的用于内燃机的电子点火系统和用于所述电子点火系统的控制方法。

具体而言，本发明的目的是提供一种用于内燃机的电子点火系统和用于所述电子点火系统的控制方法，其具有高性能，但同时实现简单和成本有效。

本发明的进一步的目的是提供一种用于内燃机的电子点火系统和用于所述电子点火系统的控制方法，其允许消除提前火花的问题。

此外，本发明的目的是提供一种用于内燃机的电子点火系统，其可在回归和前进步骤中容易地驱动。

再次，本发明的目的是提供一种用于内燃机的电子点火系统，其最大限度地限制了具有增加的可靠性的热功率耗散。

具体而言，这些目的通过用于内燃机的电子点火系统来实现，其被配置为在发动机气缸内产生预定持续时间的火花，包括点火线圈，至少具有一个初级绕组和一个次级绕组，其中，所述至少初级绕组通过电连接可连接到电压产生装置，并且所述次级绕组可连接到火花塞；开关，连接到所述初级绕组并且可根据指令信号的值驱动开关处于打开和/或闭合位置，以便分别防止或允许电流通过所述初级绕组；控制单元，与所述初级绕组相关联并被配置为根据所述控制信号的值将其驱动在打开和/或闭合位置。

根据本发明的第一方面，该系统包括电压改变元件(voltage changingelement)，连接到所述电连接，可操作地插入在电连接和初级绕组之间，并且被配置为根据控制信号的值改变所述初级绕组的电压值，其中，所述控制单元与所述改变元件相关联并且被配置为至少在第一值和第二值之间产生所述可变控制信号，分别表示所述初级绕组的第一电压值和第二电压值，其中所述值大于第一电压值。

所述控制单元进一步被配置为至少在所述初级绕组的第一充电间隔期间向所述改变元件发送具有所述第一值的所述控制信号，其中，所述开关闭合，并且在所述次级绕组中，所述电流值具有基本上为空的平均值(null mean value)。

有利地，以这种方式，在初级绕组的充电的第一步骤期间，可以最小化两个绕组之间的匝数比对次级绕组的乘法效应。

换句话说，由于该解决方案，可能确保在第一次回扫步骤期间火花的开始，从而允许在任何情况下保持有效的“等离子体”控制(第三和第四步骤)，其中电源电压通过变化的模块再次增加了大部分的匝数比。

根据本发明的进一步的方面，该系统包括与所述次级绕组相关联的电流检测装置；控制单元与用于接收表示次级绕组中的至少电流值的信号的检测装置相关联，并且被配置为根据所述信号来驱动所述开关。

更精确地，控制单元被配置为根据在次级绕组上检测到的所述电流信号来调制开关驱动信号。

优选地，控制单元与检测装置相关联，用于在至少预设时间内接收表示次级绕组中的至少一个电流值的信号，被编程为处理这样的信号，通过将其与开关控制的一个或多个参数相关联，所述开关控制被配置为将所述一个或多个控制参数与各个预设参考值中的一个或多个进行比较，并将根据所述比较确定的值的一个或多个操作信号发送到所述控制模块。

因此，有利的是，开关驱动(优选地在PWM调制中)是根据先前周期中次级绕组上的电流的闭环控制进行的，优化响应并提高控制精度。

根据本发明的进一步的方面，该系统包括蓄电电路(accumulation circuit)，该蓄电电路与所述开关并联连接并且被配置为蓄积由于所述开关的打开造成的初级绕组中剩余的剩余电力。

注意，如本文中所使用的，表述“剩余电力(residual power)”被定义为存储在初级绕组的分散电感中的电力，因此不通过电磁感应传递到次级绕组。

优选地，蓄电电路被配置为根据初级绕组本身的充电条件吸收来自初级绕组的电流或者在所述初级绕组上的放电电流。

有利地，以这种方式，对于开关的每个开口，从初级绕组流出的剩余电流累积在蓄电电路中并且在没有散热的情况下连续地排放到初级绕组上，并且使开关完全免于管理这些电荷的负担。

附图说明

这些和其它特征将从下面的如在以下附图说明中所示的用于内燃机的电子点火系统以及用于所述电子点火系统的控制方法的优选的示例性实施例，因而是非限制性的且因此是非排他的描述中变得更加显而易见，在附图中：

-图1示出了根据本发明的用于内燃机的电子点火系统的示意性功能图；

-图2示出了图1的系统的组件的示意性功能图；

-图3示出了图1的系统的附加功能组件的示意性功能图；

-图4示出了图1的系统的控制单元的示意性功能图；

-图5a至图5f示出了图1的系统的组件的电流、电压和控制信号趋势；

-图6a和图6b示出了次级绕组上的电流与图1的系统的开关的控制参数之间的相关性；

-图7a至图7f示出了在开关打开步骤期间开关和累积模块的各个分支中的电流和电压信号的趋势。

具体实施方式

参考所附附图，附图标记1指代根据本发明的用于内燃装置的点火系统。

因此，点火系统1是被配置为在内燃机的每个气缸内产生火花的装置或装置组件，为火花塞100的两个电极100a提供击穿电介质所需的电压，从而允许产生电流。

系统1因此与(或包括)电压(或电流)发生器装置50相关联，优选地在车辆的电池处。

在优选实施例中，发生器50因此被配置为向系统1提供直流电。

更准确地说，发生器是电池，更优选地是用于机动车辆的电池，甚至更优选地是铅酸电池。

该系统进一步包括具有至少一个初级绕组3和一个次级绕组3的至少一个点火线圈2。

更准确地说，该系统包括多个线圈2，每个线圈与发动机的相应气缸相关联。

设置有第一端子3a和第二端子3b的初级绕组3可通过电连接5连接到电压发生器装置50。

次级绕组4可替代地连接(或连接)到火花塞100。

注意，初级绕组3包括第一匝数N_I，而次级绕组4包括第二匝数N_II。

优选地，次级绕组4具有比初级绕组3更多的匝数，以增加次级绕组4的电压(其正好是高压电路的一部分)。

在优选实施例中，等于第二匝数N_II除以第一匝数N_I的匝数比在120和220之间，优选等于约150。

系统1进一步包括开关6，开关6还连接到初级绕组3并且可在打开和/或闭合位置驱动，以便分别阻止或允许电流流过所述初级绕组3。

在优选实施例中，初级绕组3介于电连接5与开关6之间。

因此，优选地，开关6连接到初级绕组3的第二端子3b。

优选地，开关6是静态的；更优选地，为了有效和可靠地管理所涉及的电荷，开关6是隔离栅极双极晶体管(通常称为IGBT)。

因此，该开关6具有：

-第一节点或连接器，接到初级绕组3；

-第二个节点或发射极，连接到大地；以及

-第三节点或栅极，可控制为允许开关6自身的打开或闭合。

在该视图中，系统包括控制单元7，该控制单元与所述开关6相关联并被配置为根据预设驱动信号的值将其驱动到打开和/或闭合位置。

因此，控制单元7被配置为调制(或产生)开关6的驱动信号。

更精确地，控制单元7被配置为产生用于开关6的驱动模块11的驱动信号。

因此，第三节点(或门)可操作地并且优选地电连接到控制单元7。

控制单元7或外围电力单元还连接或可连接到车辆的电子控制单元“ECU”。

更准确地说，控制单元7被布置成从ECU接收一个或多个表示发动机的运行状态的信号，并被配置为根据所述一个或多个信号驱动开关6(即控制驱动单元11)。

控制单元7和ECU之间的相关性将不再详细讨论，因为它本身是已知的并且会根据车辆型号和配置而改变。

在任何情况下，根据本发明的系统1是“等离子体(plasma)”型，即被配置为驱动线圈2，使得每个工作周期，即每个气缸的每个燃烧被分成多个后续和部分定义的时间间隔。

更精确地，工作周期包括分别对应于控制单元7的第一、第二和第三模式的彼此相继的至少一个第一、第二、第三间隙。

换句话说，控制单元7被配置为分别对于彼此相继的第一、第二和第三时间间隔切换到第一、第二和第三模式。

因此，控制单元7可切换到多个模式，每个模式对应于工作周期的间隔。

优选地，控制单元7被编程为在至少以下模式之间进行切换：

-第一模式，其中，它将所述开关6(通过驱动模块11)驱动到闭合位置预定的第一时间段，以便对初级绕组3进行第一次充电；

-第二模式，其定义第一回扫步骤，其中，它将所述开关6(通过驱动模块11)驱动到打开位置预定的第二时间间隔，以便对初级绕组3进行放电，从而产生次级绕组4上的高压(其使火花塞100端部的电介质被击穿)；

-第三模式或“等离子体配置”，其中它以交替顺序驱动所述开关6的至少一次打开和至少一次闭合。

更准确地说，在这种第三模式中，控制单元7被编程以确定开关6的打开和闭合时间间隔的持续时间和/或火花期望的持续时间的打开次数以及随后的闭合次数(即等离子体步骤)。

换句话说，控制单元7被配置为通过在第三模式中调制开关6的打开和闭合次数(或相应的持续时间)根据发动机的一个或多个操作参数确定火花的预定持续时间。

根据已经简要论述的，控制单元7因此被配置成根据发动机的一个或多个操作参数(由驱动模块11)来调制开关驱动信号。

根据本发明的第一方面，系统1包括电压改变电子元件(voltage changingelectronic element)8，该电压改变电子元件连接到电连接5并且可操作地介于电连接5与初级绕组3之间。

换句话说，改变电子元件8位于初级绕组3的上游，与其电连接。

这种改变电子元件8被配置为根据至少第一电压值V1和第二电压值V1的控制信号“C”的值来改变初级绕组3(具体而言是在第一端子3a)的电压值V2。

注意，第二电压值V2大于第一电压值V1。

这种改变模块8旨在定义初级绕组3上的电压的值，即与开关6闭合供应的电压相同的电压。

因此，改变电子元件8被配置为根据由控制单元7接收的控制信号来划分初级绕组3的电源电压，即由生成装置50产生的电压。

在优选实施例中，改变电子元件是D/D电压转换器，优选地是降压型或升压型，取决于其被配置为减小还是增加电源电压。

可替代地，改变电子元件8可以是降压/升压转换器，即能够在第一充电步骤中减小电压并且在等离子体步骤中增加电压的转换器。

应该注意的是，不管类型如何，这种转换器可以是隔离的(也包括变压器)或不是隔离的。因此，控制单元7优选地与改变电子元件8相关联以驱动它。

更准确地说，控制单元7被配置为产生控制信号“C”，在分别表示初级绕组3的第一电压值“V1”和第二电压值“V2”的至少第一值和第二值之间可变。

此外，控制单元7被进一步配置为至少在初级绕组3的第一充电间隔期间向所述改变电子元件8发送具有所述第一值的所述控制信号“C”，其中所述开关6闭合，并且在所述次级绕组4中，电流值具有大致的空平均值(null mean value)。

换句话说，控制单元7被编程为在改变电子元件8处于第一模式时向其发送控制信号“C”的第一值。

此外，控制单元7被进一步配置为在所述次级绕组4上的电压具有不同于零的值的时间间隔内向所述改变电子元件8发送具有所述第二值的所述控制信号“C”。

因此，控制单元8被编程为当它处于第二和/或第三模式时向改变电子元件8发送控制信号“C”的第二值。

因此，控制单元7被编程为在至少以下模式之间切换：

-第一模式，其中，它将第一信号S1发送到改变电子元件8，并将开关6驱动(通过驱动模块11)到闭合位置；

-第二模式，其中，它将开关6驱动(通过驱动模块11)到打开位置，并向改变电子元件8发送第二信号S2；

-第三配置，其中，它以交替顺序将开关6驱动(通过驱动模块11)到至少一个闭合和至少一个打开。

有利地，以这种方式，可以在工作周期的第一时间段期间，即在初级绕组3的第一次充电期间减小次级绕组4上的电压，从而避免产生火花的危险进展。

注意，在第三模式中，控制单元7被配置为将电连接5的电压值保持等于第二值。

有利地，以这种方式，初级绕组3上的最高电压以及两个绕组之间的有利的匝数比允许也在第三时间间隔期间或在等离子体步骤期间维持次级绕组4上的这种电压，从而保持火花“活跃(alive)”。

在这方面，优选地，初级绕组3和次级绕组4的改变电子元件8被配置为：

V_batt*(1-μ_var)*(N_II/N_I)<1000V

其中：

-V_batt是电压发生器50的电压，即对应于电连接5的电压；

-μ_var是由改变电子元件8赋予的电压百分比变化，即第一和第二值之间的百分比或相对差；

-N_I是初级绕组3的匝数；

-N_II是次级绕组4的匝数。

优选地，进一步注意到，控制单元7还具有第四放电配置。

这种第四配置对应于工作周期的第四和最后间隔，其中系统被放电并且火花淬火。

在这样的第四模式中，控制单元7继续以至少一个打开和至少一个闭合的交替连续驱动开关6，通过将控制信号“C”的第一值同时发送到改变电子元件8以将电压降低到所述第一值V1。

有利地，以这种方式，也可能对例如在优选使用的降压或升压转换器中存在的改变电子元件8的内部电容器放电。

在优选实施例中，已知系统包括可操作地连接到每个线圈2的单个改变电子元件8。

然而，可替代地，可提供“独立(stand-alone)”系统，其中每个线圈2与其专用的改变电子元件8相关联。

优选地，为了在第一时间间隔的启动时间(即，当控制单元7切换到第一模式)时减小次级绕组上的电压峰值，系统1包括限制装置9，该限制装置与开关6相关联并且被配置为减慢相同开关6的闭合对初级绕组4的影响。

更确切地说，在优选实施例中，限制装置9包括电容器9a和二极管9b。

最初，当开关6打开时，电容器9a被充电到电源电压，并且由于在IGBT的集电极端子上施加与9a相同的电压，所以二极管9b截止。

当开关6闭合时，来自驱动块的信号从低到大约0V变为高到大于4V。

这样的电压(高压，例如4V)通过电阻器施加到开关6的栅极端子(或第三节点)，这开始了从截止到导通的转换。

从IGBT截止步骤切换到IGBT导通步骤。

在该步骤中，开关6(IGBT)的集电极上的电压开始下降，使二极管9b导通。

以这种方式，通过电容器9a以与开关6的第一节点上的电压的下降成比例的方式从开关6的第三节点获取电流。

这导致第三节点上的电压的瞬时降低，也与第一节点电压的下降斜率成比例。

由于第一节点上的电压下降斜率与第三节点的电压密切相关，系统找到平衡。

增加电容器9a的容量值导致斜率的进一步减小。

低斜率值可防止在上述瞬态状态下导致次级绕组过电压的变压器振荡的开始。

根据本发明的进一步的方面，与上述互补，系统1包括与次级绕组4相关联的电流的检测装置10。

控制单元7与这种检测装置10相关联，用于接收代表次级绕组4中的至少一个电流值的信号并被配置为根据所述信号驱动开关6(通过驱动模块11)。

已知第三间隙由等离子体周期(以下简称为“周期(cycle)”)的数量定义，每个等离子体周期分为开关6的第一时间间隔或打开时间间隔以及开关6的第二时间间隔或闭合时间间隔。

因此，控制单元7被配置为在前一周期检测表示次级绕组4的至少一个电流值的信号并且驱动开关6以检测下一周期。

有利地，以这种方式，等离子体步骤(第三时间间隔)的调制是特别准确和精确的，如果不消除未燃烧物质的存在则限制于最大程度。

注意，控制单元7被配置为当其处于第三模式时根据检测装置10在次级绕组4上检测到的电流信号“I_II”，通过驱动模块11控制开关6。

换句话说，在工作周期的第三时间间隔(即，等离子体步骤)中，控制单元7被配置为根据流过次级绕组4的电流来控制开关6，从而控制初级绕组3。

优选地，控制单元7与所述检测装置10相关联，用于在至少一个预设时间内接收表示次级绕组4中的至少一个电流值的信号“I_II”。

因此，控制单元7被编程为将表示这种检测信号“I_II”的至少一个值与一个或多个预设参考值进行比较，以根据所述比较向驱动模块11发送具有预设值的一个或多个操作信号。

优选地，控制单元7被编程为通过将其与开关6的一个或多个驱动参数相关联来处理检测到的电流信号“I_II”或比较结果。

在本上下文中，表述“驱动参数”是指优选地限定可被控制以驱动开关6的那些变量。

根据驱动的类型，参数可以是不同的。

例如，在优选实施例中，驱动模块11至少包括一个PWM信号发生器。

在该视图中，优选地，驱动参数至少包括由驱动模块11发送到开关6的PWM驱动信号的工作周期(duty cycle)和/或频率，

优选地被配置为在驱动模块11处驱动一连串的工作周期(work cycle)，每个工作周期被分成开关6的打开时间间隔和闭合时间间隔。

更准确地说，控制单元7被配置为至少在第三模式中(即，在工作周期的第三时间间隔期间)执行所述检测和比较。

换句话说，控制单元7被配置为当其处于第三模式时根据检测装置10在次级绕组4上检测到的电流信号“I_II”，通过驱动模块11来控制开关6。

此外，控制单元7还包括控制器模块13，其被配置为：

-在先前的周期(或等离子体周期)期间至少检测和/或计算代表平均电流值的电流值；

-将所述代表值与所述平均值的预设参考值进行比较；

根据所述比较计算驱动信号的工作周期的变化；

-向所述驱动模块11发送与所述工作周期的变化相关的信号。

注意，可通过控制单元7计算工作周期作为前一周期和下一周期之间的工作周期的变化或绝对持续时间(百分比)。

注意，在优选实施例中，平均值的预设参考值基本上等于零。

优选地，控制单元7包括至少一个采样模块12，可操作地插入在检测装置10和控制器模块13之间。

这种采样模块12与检测装置10相关联并且被配置为在每个周期或等离子体周期中对开关6的每个闭合时间间隔和打开时间间隔采样识别电流值。

因此，对于每个周期，采样模块12被配置为采样，即检测两个电流值，第一电流值识别闭合时间间隔，第二电流值识别打开时间间隔。

优选地，第一值和第二值是每个间隔中的电流的平均值。

更准确地说，第一值和第二值是从正(第一时间间隔)和负(第二时间间隔)半波的时间和/或数量观点看的平均值，其表示具有可忽略的误差的平均值。

因此，优选地，控制器模块13包括计算机13a，该计算机被适配于至少接收第一和第二电流值，并且被编程为对所述第一值和所述第二值进行求和以获得前一周期的平均电流值的代表值。

此外，控制器模块13包括调节器13b(优选地是比例积分调节器)，被编程为根据平均值的代表值和预设参考值之间的比较来确定工作周期的值。

更精确地，控制器13b被配置为根据比例和积分系数“乘以”所计算出的误差；在调节器的可操作的下游位置处还存在变压器模块13c，该变压器模块被配置为将调节器的输出值转换成工作周期的值。

可替代地，优选共同地，控制单元包括附加的控制器模块14。

这样的附加的控制器模块14可操作地设置在采样模块12的下游，以接收第一电流值和第二电流值。

这样的进一步的控制器模块14在每个周期期间被配置用于：

-至少检测和/或计算表示前一周期中的电流的幅度的电流值；

-将所述代表值与所述幅度的预设参考值进行比较；

-根据所述比较计算驱动信号频率的变化；

-向所述驱动模块11发送与所述频率的变化相关的信号。

注意，可通过控制单元7计算频率作为上一个周期与下一个周期之间的信号频率的变化或绝对值。

优选地，幅度的预设参考值包含在10mA和200mA之间，优选在20mA和150mA之间。

附加的控制器模块14优选地至少包括计算机14a，该计算机适于至少接收第一电流值和第二电流值并被编程以计算所述第一值与所述第二值之间的差，从而获得前一周期中的电流幅度的所述代表值。

此外，附加的控制器模块14包括调节器14b(优选地是比例积分的调节器)被编程为根据幅度的代表值与预设参考值之间的比较来确定频率值。

更准确地说，调节器14b被配置为根据比例和积分系数“乘以”所计算出的误差；在调节器的可操作的下游位置处，还存在变压器模块14c，其配置成将调节器的输出值变换成频率值。

根据本发明的进一步的方面，优选地与已经论述的方面互补，系统1包括蓄电电路15，该蓄电电路与所述开关6并联连接并且被配置为累加由于所述开关6的打开造成的初级绕组3中的剩余的剩余电力。

有利地，以这种方式可以最大限度地减少电力耗散，从而避免开关6的过热。

优选地，蓄电电路15被配置为根据初级绕组3本身的充电条件吸收来自初级绕组3的电流和/或在初级绕组3上的放电电流。

更准确地说，蓄电电路15具有蓄电条件，其中，在开关6打开之后，其用流过初级绕组3(即，来自初级绕组3)的剩余电流充到最大值。

此外，蓄电电路15具有放电条件，其中累积的剩余电流相对于充电条件以相反的方向在初级绕组3上放电。

因此，这种蓄电电路15被配置为根据初级绕组3的充电状态在两种配置之间切换。

在该视图中，蓄电电路15包括彼此可操作地平行放置的至少一个累积半部(accumulation half-part)16和放电半部(discharging half-part)17。

参考示意性示出的实施例，蓄电电路15包括可操作地平行放置并且从第一节点15a和第二节点15b展开的第一分支18和第二分支19。

开关6与所述第一节点15a和第二节点15b相对应地并联连接到蓄电电路15。

第一分支18优选地包括电容器16a。

因此，累积半部16由与所述开关6并联放置的至少一个电容器16a限定。

详细地说，电容器16必须具有存储分散在初级绕组中的电感功率的能力，优选地在40nF和100nF之间。

此外，这种电容器16必须被构造成能够维持比开关6的钳位电压高的电压，优选地在300V和600V之间。

另一方面，第二分支19包括二极管17a，该二极管被布置为允许第二节点15b朝向第一节点15a的单向电流通路。

详细地，二极管17a被配置为维持比开关钳位电压高(300V至600V)的反向电压。

此外，二极管17a被配置为支持对应于初级绕组3的最大电流的电流峰值(即，至少50A)。

换句话说，第一分支18限定累积半部16，第二分支19限定累积装置15的放电半部17。

如前所述，系统1的驱动方法也是本发明的目的。

因此，根据本发明的方法集中在用于内燃机的电子点火系统的驱动，所述电子点火系统包括设置有至少一个初级绕组3和一个次级绕组4的点火线圈2，其中，所述次级绕组4连接到火花塞100。

已经完全描述的这种系统1进一步包括开关6，该开关连接到初级绕组3并可在其打开和/或闭合中驱动，以便分别阻止或允许通过其的电流。

注意，驱动方法被配置为提供线圈2的“等离子”驱动，即，对于每个工作周期，确定第一、第二和第三步骤的序列。

在第一步骤中，通过闭合开关6第一时间间隔来对初级绕组3进行充电。

在第二步骤中，在开关6的至少第二时间间隔(延长)的打开之后，次级绕组4由电磁感应供电；这种开口足够长以允许初级绕组3上的电流变为零。

注意，在该第二步骤中，次级绕组电压达到一个值，以便火花塞100的两个电极之间的电介质被击穿，产生火花。

第三步骤或等离子体周期或等离子体步骤涉及所述开关6的闭合和打开的交替连续(比先前的更短)，以便调节火花持续时间。

根据本发明的一个方面，初级绕组3的电源电压的预设第一值最初设定在每个周期。

在所述第一步骤期间保持这样的值，以便在工作周期的第一时间段期间，即在初级绕组3的第一次充电期间，减小次级绕组4上的电压，从而避免产生火花的危险进展。

这种方法还包括在次级绕组4的所述功率步骤期间，即在第二或第三步骤期间将初级绕组(3)的所述电源电压增加到大于第一值的第二值的步骤。

注意，在第三步骤期间维持所述第二电压值。

换句话说，对于所述开关6的所述打开和闭合的交替序列的至少第一部分，初级绕组3的电源电压保持等于所述第二值。

有利地，以这种方式，可能在等离子体步骤期间充分利用两个绕组之间的匝数比。

该方法在每个周期还包括第四步骤，其中对于初级绕组3存在所述第一预设电压值的新设置。

这样的第四步骤优选地在开关6的闭合和打开的交替连续的最后部分(即在第三步骤结束时)之后或期间开始。

优选地，与先前关于系统1描述的一致，设置和增加步骤由适当的改变模块8执行。

在优选实施例中，上述新的设置步骤在开关6的闭合和打开的所述交替连续的最后部分中执行，以便在功率步骤和随后的开关6的闭合和打开的交替连续期间(即在第二和第三步骤期间)放电蓄积在所述改变模块8中的电力。

此外，优选地，对初级绕组3充电的步骤至少包括将电压(和/或来自开关6的电流流动)降低到初级绕组3的子步骤，以减少所述充电步骤期间(即在第一步骤期间)所述次级绕组4上的电压浪涌。

更准确地说，预期这样的子步骤可降低初级绕组末端的电压，以减缓(电流流动的)电流的增加。

注意，在第三步骤期间，即在等离子体步骤期间，发生开关6至少一次闭合预定时间间隔以及随后开关6打开预定的第二时间间隔。

如上所述，这样的第一时间间隔和第二时间间隔限定等离子体周期。

根据本发明的进一步的方面，该方法包括在第一时间间隔期间和第二时间间隔期间检测次级绕组4中的至少一个电流值，并且在下一个周期中根据在次级绕组4中检测到的电流计算开关6的一个或多个驱动参数。

换句话说，该方法涉及根据在先前的周期中，优选地在前一个周期中在次级绕组4中检测到的电流来驱动等离子体步骤的每个周期中的开关。

更准确地说，该方法涉及处理所述至少一个电流值并将所述处理值与相应的参考值进行比较。

还提供了根据所述比较的结果来驱动开关6。

如已经提到的，开关6的驱动优选地通过PWM调制进行。

在该视图中，驱动参数优选地由工作周期和驱动信号频率来定义。

优选地，次级绕组4上的电流信号的检测至少包括识别第一时间间隔的第一电流值和识别第二时间间隔的第二电流值的采样步骤。

更优选地，这种识别值对应于每个间隔中的电流的平均值，甚至更优选地对应于间隔的大约一半处的电流值。

注意，计算步骤优选地包括至少第一值与第二值的和以获得表示所述工作周期中的电流的平均值的值。

事实上，等离子体周期是用交流驱动进行的，两个打开和闭合时间间隔是相反的符号电流，两个识别值之和与周期中的平均值相关(或成比例)。

这样相加之后，将表示所述工作周期中的平均电流值的所述值与平均值的参考值进行比较，优选等于零。

根据所述比较的结果，相对地(即与前一周期相比的变化)或绝对地确定开关6的驱动信号的工作周期值。

这可通过适当的调节器处理次级绕组4中的平均电流值与驱动信号的工作周期之间的现有相关性来实现；这种相关性的实例在图6a中示出。

在工作周期确定之后，开关6由PWM调制和对应于所述确定值的工作周期驱动。

优选地，交替地或共同地确定工作周期，所述方法包括计算所述第一值和所述第二值之间的差以获得代表所述工作周期中的电流的幅度的值。

事实上，等离子体周期是用交流驱动进行的，两个打开和闭合时间间隔是相反的符号电流，两个识别值之间的差与周期中的电流幅度相关(或成比例)，即峰-峰值(peak-to-peak value)。

这样的减法运算之后，将表示所述工作周期中(即在前一工作周期中)的电流幅度的所述值与幅度相同的基线值进行比较。

优选地，所述幅度的参考值包括在10mA和200mA之间，优选在20mA和150mA之间。

根据所述比较的结果，相对地(相对于前一周期的变化)或绝对地确定开关6的驱动信号的频率值。

这可以通过合适的调节器处理次级绕组4中的平均电流值与驱动信号的频率之间的相关性实现；这种相关性的实例在图6b中示出。

作为频率确定的结果，开关6由PWM调制和对应于所述确定值的频率驱动。

在优选实施例中，开关6由PWM调制中的驱动信号驱动，工作周期和频率与上述步骤中确定的工作周期和频率相对应。

本发明实现了预期的目的并且实现了重要的优点。

事实上，使用电子变化元件，具体而言是D/D电压转换器，可克服火花提前的问题，还允许充分利用等离子体步骤中的匝数比。

此外，至少在等离子体步骤期间根据次级绕组上的实际测量电流控制开关驱动的可能性也允许提高系统的精度和可靠性，从而最小化未燃烧的物质的存在。

此外，与开关并联的蓄积电路的存在允许限制热功率耗散，减少组件上的应力，具体而言是开关上的应力，从而增加系统的可靠性。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的电子点火系统，被配置为在发动机气缸内产生预定持续时间的火花，所述电子点火系统包括：

-点火线圈(2)，至少设置有初级绕组(3)和次级绕组(4)，其中，至少所述初级绕组(3)能够通过电连接(5)连接到电压发生器装置(50)，并且所述次级绕组(4)能够连接到火花塞(100)；

-开关(6)，连接到所述初级绕组(3)并且能够根据由PWM信号发生器产生的驱动信号的值进行驱动以打开和/或闭合所述开关，以分别防止或允许电流通过所述初级绕组(3)；

-控制单元(7)，与所述开关(6)相关联并且被配置为经由所述PWM信号发生器，根据所述驱动信号(G)的值将所述开关(6)驱动到打开位置和/或闭合位置，所述控制单元(7)被编程为通过所述PWM信号发生器在以下模式驱动所述开关(6)：

第一模式，其中，它将所述开关(6)驱动到闭合位置预设的第一时间段，以便确定所述初级绕组(3)的第一次充电；

第二模式，其中，它将所述开关(6)驱动到打开位置预设的第二时间段，使能够对所述初级绕组(3)进行放电，并且结果在所述次级绕组(4)上产生高压，所述高压使在所述火花塞的端部产生火花；

第三模式，其中，它以一系列周期驱动所述开关(6)以保持所述火花活跃，每个周期被划分为所述开关(6)的第一时间间隔或打开时间间隔以及所述开关(6)的第二时间间隔或闭合时间间隔，其中，在所述第三模式下，所述控制单元被编程以确定在每个周期中所述开关的每个打开时间间隔和闭合时间间隔的持续时间以及周期数，以便调整所述火花的持续时间；

与所述次级绕组(4)相关联的电流检测装置(10)；所述控制单元(7)与所述检测装置(10)相关联，用于接收代表所述次级绕组(4)中的至少电流值(I_II)的信号并且被配置为根据代表所述次级绕组(4)中的至少所述电流值(I_II)的所述信号控制所述开关(6)，其特征在于，在所述第三模式下的每个周期中，所述控制单元(7)：

-被配置为接收在前一周期的代表所述次级绕组(4)中的至少所述电流值(I_II)的所述信号；

-被编程为：

将所代表的信号与至少两个预设的参考值进行比较；和

根据与预设的第一参考值的比较的结果，至少确定要由所述PWM信号发生器发送到所述开关的PWM信号的频率；

根据与预设的第二参考值的比较的结果，至少确定所述PWM信号的工作周期；

-被配置为向所述PWM信号发生器发送代表所述PWM信号的所述频率和所述工作周期的至少两个操作信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元(7)至少包括采样模块(12)，所述采样模块与所述检测装置(10)相关联并且被配置为在每个周期中针对所述开关(6)的每个闭合时间间隔和打开时间间隔对识别电流值进行采样。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元(7)包括控制器模块(13)，所述控制器模块在每个周期中被配置为：

-至少检测和/或计算代表所述次级绕组中的在前一周期中的平均电流值的所述电流值；

-将所述电流值与代表平均预设值的所述预设的参考值进行比较；

根据所述比较计算所述驱动信号(G)的所述工作周期的变化；

-向所述PWM信号发生器发送与所述工作周期的变化相关的所述操作信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器模块(13)至少包括计算机(13a)，所述计算机被配置为：

-至少接收与识别用于闭合所述前一周期的时间间隔的值相对应的第一电流值；

-至少接收与识别用于打开所述前一周期的时间间隔的值相对应的第二电流值；

-将所述第一电流值与所述第二电流值求和以获得代表所述前一周期中的所述平均电流值的所述值。

5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述平均预设值的预设参考值基本上等于零。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元(7)包括控制器模块(14)，所述控制器模块在每个周期中被配置为：

-至少检测和/或计算代表所述次级绕组中的在前一周期中的电流的幅度的电流值；

-将所述电流值与所述幅度的预设的所述第一参考值进行比较；

-根据所述比较计算所述驱动信号(G)的频率的变化；

-向所述PWM信号发生器发送与所述频率的变化相关的操作信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器模块(14)至少包括计算模块(14a)，所述计算模块被配置为：

-至少接收与识别用于闭合所述前一周期的时间间隔的值相对应的第一电流值；

-至少接收与识别用于打开所述前一周期的时间间隔的值相对应的第二电流值；

-计算所述第一电流值和所述第二电流值之间的差以获得代表所述前一周期中的所述电流的幅度的所述电流值。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，预设的所述第一参考值是从10mA至200mA。

9.一种驱动用于内燃机的电子点火系统的方法，所述内燃机包括：点火线圈(2)，至少设置有初级绕组(3)和次级绕组(4)，其中，所述次级绕组(4)能够连接到火花塞(100)；和开关(6)，连接到所述初级绕组(3)并且能够根据以下方式被驱动至打开位置和/或闭合位置中以分别防止或允许电流通过所述初级绕组(3)：

第一模式，其中，所述开关(6)处于闭合位置预设的第一时间段，以便确定所述初级绕组(3)的第一次充电；

第二模式，所述开关(6)处于打开位置预设的第二时间段，使能够对所述初级绕组(3)进行放电，并且结果在所述次级绕组(4)上产生高压；

第三模式，其中，所述开关(6)通过PWM信号发生器在一系列周期内被驱动到所述打开位置和所述闭合位置，每个周期被划分为所述开关(6)的第一时间间隔或打开时间间隔以及所述开关(6)的第二时间间隔或闭合时间间隔；所述方法包括以下步骤：

-检测在前一周期的所述第一时间间隔和所述第二时间间隔期间的所述次级绕组(4)中的至少电流值；

-将检测到的所述电流值与预设的第一参考值和第二参考值进行比较；

-根据与预设的所述第一参考值的比较的结果，计算要由所述PWM信号发生器发送到所述开关的PWM信号的频率；

-根据与预设的所述第二参考值的第二比较的结果，计算要由所述PWM信号发生器发送到所述开关的所述PWM信号的工作周期；

-根据所述PWM信号来驱动所述开关(6)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述计算的步骤至少包括识别所述第一时间间隔的第一电流值和识别所述第二时间间隔的第二电流值的采样步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述计算的步骤包括以下步骤：

-对所述第一电流值与所述第二电流值求和以获得代表所述前一周期中的平均电流值的值；

-将代表所述前一周期中的平均电流值的所述值与所述平均电流值的参考值进行比较；

-根据所述比较的结果确定所述PWM信号的工作周期的值；

-通过具有与所确定的值相对应的工作周期的PWM调制驱动所述开关(6)。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述计算的步骤包括以下步骤：

-计算所述第一电流值和所述第二电流值之间的差以获得代表所述前一周期中的电流幅度的值；

-将所述值与所述前一周期中的所述电流幅度的参考值进行比较；

-根据所述比较的结果确定所述PWM信号的频率的值；

-通过具有与所确定的值相对应的频率的PWM调制驱动所述开关(6)。

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