CN107923360B - 用于内燃机的电子点火系统及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的电子点火系统，包括：点火线圈(2)，设置有至少一个初级绕组(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而能驱动位于断开和/或闭合位置；控制单元(7)，与开关(6)相关联并且被配置为根据驱动信号(G)的值将开关驱动到断开和/或闭合位置。这种系统还包括电压改变电子元件(8)，连接到电连接(5)、可操作地介于电连接(5)与初级绕组(3)之间并且被配置为根据至少第一(V1)和第二(V2)电压值之间的控制信号的值来改变初级绕组(3)的电压值。该系统还包括电离测量装置(20)，在与次级绕组(4)相关联的火花塞(100)的所述放电间隙(100a)周围，并且被设置成检测次级绕组(4)中的电流值并且向控制单元(7)发送表示所述值的信号，其中，控制单元(7)被配置为在电弧或火花停止时激活所述测量装置(20)。

Description

用于内燃机的电子点火系统及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的电子点火系统及其驱动方法。

背景技术

内燃机在宏观上分为自发点火发动机和受控点火发动机，受控点火发动机通过压缩空气和燃料的混合物以及根据情况产生(contextual generation)火花来运转，火花通过点燃所述混合物来在发动机内部的一个或多个内燃室内生成受控的爆炸，以便为同一台发动机提供动力。火花通常是通过向火花塞提供高压电力而生成的，火花塞在电极之间形成一个特定的距离，称为放电“间隙”。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，来通过电控火花的生成，以根据发动机的状况来调节火花塞的运行情况，从而减少未燃物的存在，来最大化这种燃烧的效率。

这种方法主要涉及在燃烧室内的气体混合物中引起等离子体状态，即使混合物/气体电离，从而使其成为强烈响应电磁场的良好电导体。

因此，内燃机的燃烧室内的等离子体生成，正是由于此处提到的特征，确保了混合物燃烧的改善。实际上，由等离子体在燃烧室内传播期间所生成的火焰面造成气体混合物的温度明显升高，因此允许相同火焰面的快速传播，减少其推进所需的时间，大大提高了性能并减少未燃烧气体的存在。

举例来说，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，初级绕组连接到产生器并且接近接地，而次级绕组连接到火花塞，即在两个电极处。

初级绕组还设置有通过控制单元电子可控的开关，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开关的开闭。

WO2012/106807中所示的操作基本上包括四个步骤。

在第一步骤中，开关通过控制单元闭合，并且产生器生成的电流开始流入初级绕组，使其充电到期望的电流值。

在称为飞返步骤(fly-back step)的第二步骤中，开关由控制单元断开，停止执行；通过电磁感应，初级绕组对次级绕组放电，将其充电到高到足以将两个电极之间的“间隙”中的电介质击穿的电压，生成火花。

在称为传送步骤(forward step)的第三步骤中，开关再次被控制单元闭合，并且通过对初级绕组“充电”并且同时通过线圈将电力传输到次级绕组，而再次开始执行，再次生成符号与前面的高电压相反的高电压，从而保持“间隙”中的火花“活跃”。

已知在这种情况下，次级绕组上的高电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(新的飞返)，加热初级绕组并通过电磁感应在“间隙”的端部重新建立相反符号的电压，以保持火花。

已知通常称作为“等离子体步骤”的步骤主要是通过重复第三和第四步骤来定义，其中，重复的次数确定火花的持续时间并因此决定燃烧的完成。

换言之，电压交变命令确保电子流过放电“间隙”，使得发生雪崩电离的效应。

然而，已知的装置(包括刚刚描述的文件中所示的装置)具有与性能和可靠性因素相关的许多缺点。

该技术的第一个缺点是与增加两个绕组(有利于次级绕组)之间的匝数比，以实现传送步骤的效率的需求相关。

这种需求以及开关的开闭配置之间的切换速率有助于在开关的每次闭合时在次级绕组上以及因此在火花塞的端部生成高电压峰值。

如果没有限制，这个峰值足以击穿间隙中的电介质，导致气缸的危险的推进火花(advance spark，提前点火)。

已知装置的进一步危害性与在“等离子体”步骤期间控制开关的困难有关；这种困难导致开关的开闭的管理精度差，通常由预定的逻辑控制，而不考虑在气缸中生成的实际情况，从而对次级绕组的管理精度差。

此外，在已知装置中更常发现的问题之一是因为为了以高频率对开关执行一系列开闭而通过以交流电流控制次级绕组引起的功率耗散及由其吸收和消散。

发明内容

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驱动方法，其能够避免上述现有技术的缺点。

特别是，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驱动方法，其具有高性能，同时实施简单且划算。

本发明的另一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驱动方法，其能够消除推进火花的问题。

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，其可以在飞返和传送步骤两者中容易地驱动。

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，其最大程度限制了热功率耗散，具有更大的可靠性。

本发明的另一目的是提供一种用于内燃机的等离子体电子点火系统以及用于这种电子点火系统的驱动方法，其具有高效率和性能，尤其是能够最小化(如果不免除的话)点火故障(所谓的“不发火”)事件。

通过根据权利要求1至8中任一项所述的用于内燃机的等离子体电子点火系统以及根据权利要求9的特征所述的这种系统的驱动方法，来实现所述目的。

特别地，这些目的通过一种用于内燃机的电子点火系统来实现，该电子点火系统被配置为在发动机气缸内生成预定持续时间的火花，并包括：点火线圈，其具有至少一个初级绕组和一个次级绕组，其中，所述至少一个初级绕组可以通过电连接来连接到电压生成装置，并且所述次级绕组可连接到火花塞；开关，其连接到所述初级绕组并且根据命令信号的值能驱动到断开和/或闭合位置，以分别禁止或允许电流通过所述初级绕组；控制单元，其与所述初级绕组相关联并且被配置为根据所述控制信号的值将开关驱动到断开和/或闭合位置。

根据本发明的第一方面，所述系统包括电压改变元件，其连接到所述电连接，可操作地介于电连接和初级绕组之间，并且被配置为根据控制信号的值，来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生成至少介于第一值和第二值之间的所述可变控制信号，第一值和第二值分别表示初级绕组的第一和第二电压值，其中，所述第二电压值大于第一电压值。

控制单元还被配置为向所述改变元件发送至少在初级绕组的第一充电间隔期间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为零的平均值。

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第二绕组的倍增效应。

换言之，由于这种解决方案，可以确保在第一飞返步骤期间开始点火，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，最大程度利用匝数比时通过改变模块再次增加电源电压。

根据本发明的另一方面，该系统包括电流检测装置，其与所述次级绕组相关联；控制单元与检测装置相关联，用于接收至少表示次级绕组中的电流值的信号，并且被配置为根据所述信号来驱动所述开关。

更准确地，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节(modulate，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中接收表示次级绕组中的至少一个电流值的信号，被编程为通过将所述信号与开关控制的一个或多个参数相关来处理所述信号，所述开关控制被配置为将所述一个或多个控制参数与相应的预设参考值中的一个或多个进行比较，并向所述控制模块发送根据所述比较确定的值的一个或多个操作信号。

因此，有利地，根据前一循环中的次级绕组上的电流的闭环控制来完成开关驱动(优选地在PWM调制中)，优化响应并且提高控制精度。

根据本发明的另一方面，该系统包括累积电路，其并联连接到所述开关，并且被配置为由于断开所述开关而累积留初级绕组中存在的剩余能量。

注意，如本文所使用的，表达“剩余电力”被定义为存储在初级绕组的分散电感中的电力，因此不会通过电磁感应传输到次级绕组。

优选地，累积电路被配置为根据初级绕组自身的充电条件来自初级绕组吸收电流或者释放电流到所述初级绕组上。

有利地，以这种方式，对于每次断开开关，从初级绕组流出的剩余电流累积在累积电路中，并且接连没有热耗散地放电返回到初级绕组上，并且完全使得开关没有管理这些充电的负担。

此外，如前所述，控制单元包括硬件和软件装置，其被配置为通过改变开关的时序和/或断开和闭合周期来控制所述开关，使得所述开关在次级绕组中生成振荡电势，所述振荡电势适于在火花塞的放电间隙的端子处生成至少一个电弧和/或维持至少一个电弧活跃。

根据本发明的另一方面，该系统包括测量装置，所述测量装置是表示在与所述次级绕组相关联的火花塞的所述放电间隙附近(或在放电间隙处)的电离过程的参数的测量装置，并且被设置成检测所述次级绕组中的电流值并且向控制单元发送表示所述值的信号，其中，所述控制单元被配置为在所述电弧停止(shutdown)时激活所述测量装置。

因此，优选地，表示电离的参数是由于相同的电离而在次级绕组中生成的电流。

因此，在下文中，将参考“电离电流(ionization current，离子电流)”的测量，其中，该表达被认为精确地定义了由于电离而生成的电流，并且因此定义了测量参数。

有利地，以这种方式，可以将等离子体点火系统在交流电(振荡电势)中的优点与电离电流检测系统相结合，如已知的那样，该电离电流检测系统与在燃烧室中的空气-燃料混合物燃烧过程的参数直接相关。

特别地，火花塞用作在火花塞的电极之间生成火花并且燃烧空气-燃料混合物之后在燃烧室中生成的离子的传感器。

因此，能够停止火花的生成，任意地并且选择性地调制传送步骤(即，第一次充电之后断开/闭合开关的步骤)并且以交流电实现这种调制，可以利用相同的次级电路，正好通过中断调制而放电，以测量电离电流。

特别是，符合那些的系统允许很好的驱动(或控制)效率。

更准确地，该驱动方法包括：通过在预定的第一时间间隔内闭合所述开关来对所述初级绕组充电的步骤；随后通过断开所述开关，由电磁感应对所述次级绕组馈电，以便在所述火花塞处生成火花(飞返步骤)；随后连续交替断开和闭合所述开关，用于调节所述火花的持续时间(传送步骤)；检测每次旋转时的驱动轴的角度位置；当所述角度位置对应于所述气缸的预设参考值时，断开所述开关以通过熄灭所述火花来消除所述次级绕组上的电压；在这种断开之后，检测电离电流。

最后，将这种电离电流值与参考值进行比较。

如果比较结果是肯定的，则认为发生燃烧“循环”。

在检测到的电离电流相对于预设参考值较低/较高/不同的情况下，为了防止未燃混合物到达排气管(和/或完成燃烧)，开始对初级绕组的新充电，并且随后通过电磁感应，对所述次级绕组进行至少一次新供电(因此是进一步的飞返步骤)。

如果这不够，则可以用进一步传送步骤，重新延长火花的持续时间，因此，重新连续交替断开和闭合所述开关，用于调节所述火花的持续时间。

附图说明

这些和其他特征将根据如下面的图表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且因此不是唯一的实施例中的以下示例性的且因此非限制性的描述，而变得更加显而易见，其中：

-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的系统的部件的示意性功能图；

-图3示出了图1的系统的额外功能部件的示意性功能图；

-图4示出了图1的系统的控制单元的示意性功能图；

-图5a-5f示出了图1的系统的部件的电流、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-7f示出在开关断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；

-图8示出了在进一步实施例中的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9示出了根据图8的实施例，在点火阶段和测量期间的初级和次级中的电流信号的趋势。

具体实施方式

参考附图，附图标记1表示根据本发明的用于内燃装置的点火系统。

点火系统1因此是装置或装置组件，其被配置成生成内燃机的每个气缸内的火花，为火花塞100的两个电极100a提供击穿电介质所需的电压，允许产生电流流动。

因此，系统1与电压(或电流)产生器装置50相关联(或包括它)，优选地位于车辆电池处。

在优选实施例中，产生器50因此被配置为向系统1提供直流电流。

更准确地，产生器是电池，更优选是用于机动车辆的电池，甚至更优选是铅酸电池。

该系统还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，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，可以通过电连接5与电压产生器装置50连接。

次级绕组4而是可连接(或连接)到火花塞100。

注意，初级绕组3具有第一匝数N_I，而次级绕组4具有第二匝数N_II。

优选地，次级绕组4具有比初级绕组3更高的匝数，以增加次级绕组4(其恰好是高压电路的一部分)上的电压。

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

系统1还包括开关6，其也连接到初级绕组3，并且分别能驱动到断开和/或闭合位置，以禁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插入在电连接5和开关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是静态类型的；更优选地，为了有效和可靠地管理涉及的电荷，开关6是绝缘栅双极晶体管(通常称为IGBT)。

因此，该开关6具有：

-第一节点或集电极，其连接到初级绕组3，

-第二节点或发射器，其连接到接地，以及

-第三节点或栅极，其可控制成允许断开或闭合开关6本身。

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

因此，控制单元7被配置为调制(或生成)开关6的驱动信号。

更准确地，控制单元7被配置为生成开关6用的驱动模块11的驱动信号。

因此，第三节点(或栅极)可操作地且优选地电连接到控制单元7。

控制单元7或外围电力单元也连接到或可连接到车辆的电子控制单元“ECU”。

更准确地，控制单元7被设置为从ECU接收表示发动机的运行条件的一个或多个信号，并且被配置为根据所述一个或多个信号驱动开关6(即，控制所述驱动单元11)。

将不详细讨论控制单元7和ECU之间的相互关系，因为这本身是已知的并且根据车辆型号和配置而可变化。

发动机控制单元“ECU”可以向控制单元直接给出持续时间和电流电平次级设置点，或可以传递关于在控制单元7中映射发动机点与所述值(持续时间和电流)的信息。

在任何情况下，根据本发明的系统1是“等离子体”类型，即，被配置为驱动线圈2，使得每个工作循环(即，每个汽缸的每次燃烧)分成多个后续的并且部分定义的时间间隔。

更准确地，工作循环包括相互连续的至少一个第一、第二和第三间隔期，分别对应于控制单元7的第一、第二和第三模式。

换言之，控制单元7被配置为分别在第一、第二和第三间隔中相继切换到所述第一、第二和第三模式。

因此，控制单元7可以切换到多个模式，每个模式对应于工作循环的间隔。

优选地，控制单元7被编程为在至少以下之间切换：

-第一模式，其中，控制单元(通过驱动模块11)将所述开关6驱动到闭合位置中达预设的第一时间段，以实现初级绕组3的第一次充电；

-第二模式，其限定第一飞返步骤，其中，控制单元(通过驱动模块11)将所述开关6驱动到断开位置达预设的第二时间间隔，以使得初级绕组3能够放电并且作为结果在次级绕组4上生成高电压(这击穿了在火花塞100端部的电介质)；

-第三模式或“等离子体配置”，其中，控制单元以交替顺序驱动所述开关6的至少一个断开和至少一个闭合。

更准确地，在这种第三模式中，控制单元7被编程为确定开关6的断开和闭合间隔的持续时间和/或在火花的期望的持续时间内(即，等离子体步骤的)断开以及随后闭合的次数。

换言之，控制单元7被配置为通过在第三模式中调制开关6的断开和闭合的次数(或相应的持续时间)来根据发动机的一个或多个运行参数来确定火花的预定持续时间。

根据已经简要讨论的内容，控制单元7因此被配置为根据发动机的一个或多个运行参数(由驱动模块11)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8，其连接到电连接5并且可操作地插入在电连接5和初级绕组3之间。

换言之，改变电子元件8位于初级绕组3的上游，并与其电连接。

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V2的控制信号“C”的值来改变初级绕组3(特别是在第一端子3a处的)的电压值。

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上的电压值，即，开关6闭合时的初级绕组的电压供应。

因此，改变电子元件8被配置为根据由控制单元7接收的控制信号来分配初级绕组3的电源电压，即由产生器装置50生成的电压。

在优选实施例中，改变电子元件是D/D电压转换器，优选是降压或升压型，这取决于其被配置为降低还是升高电源电压。

可选地，改变电子元件8可以是降压/升压转换器，即，既能够在第一充电步骤中降低电压又能够在等离子体步骤中升高电压的转换器。

要注意的是，不论类型如何，这种转换器可以是隔离的(也包括变压器)或者不隔离的。因此，控制单元7优选地与改变电子元件8相关联，以便驱动该改变电子元件。

更准确地，控制单元7被配置为生成控制信号“C”，该控制信号“C”至少在分别表示初级绕组3的第一电压值“V1”和第二电压值“V2”的第一值和第二值之间可变化。

此外，控制单元7还被配置为向所述改变电子元件8发送至少在初级绕组3的第一充电间隔期间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，电流值具有基本为零的平均值。

换言之，控制单元7被编程为当处于第一模式时，向改变电子元件8发送第一值的控制信号“C”。

此外，控制单元7还被配置为向所述改变电子元件8发送在所述次级绕组4上的电压具有不同于零的值的时间间隔中具有所述第二值的所述控制信号“C”。

因此，控制单元7被编程为当处于第二和/或第三模式时，向改变电子元件8发送第二值的控制信号“C”。

结果，控制单元7被编程为在至少以下之间切换：

-第一模式，其中，向改变电子元件8发送第一信号S1并且(通过驱动模块11)驱动开关6处于闭合位置；

-第二模式，其中，(通过驱动模块11)驱动所述开关6处于断开位置并且向改变电子元件8发送第二信号S2；

-第三配置，其中，以交替顺序(通过驱动模块11)驱动开关6的至少一个闭合和至少一个断开。

有利地，以这种方式，可以在工作循环的第一时间段期间，即在初级绕组3的第一次充电期间，降低次级绕组4上的电压，从而避免生成火花时的危险推进。

注意，在第三模式中，控制单元7被配置为将电连接5的电压值维持为等于第二值。

有利地，以这种方式，初级绕组3上的最高电压连同两个绕组之间的有利的匝数比，允许在第三时间间隔期间或在等离子体步骤期间在次级绕组4上也维持这种电压，以便保持火花“活跃”。

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被配置为使得：

V_batt*(1-μ_var)*(N_II/N_I)<1000V

其中：

-V_batt是电压产生器50的电压，即对应于电连接5的电压；

-μ_var是改变电子元件8施加的电压变化百分比，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，还要注意的是，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循环的第四个也是最后一个间隔，其中，系统放电并熄灭火花。

在这种第四模式中，控制单元7继续通过交替地连续的至少一个断开和至少一个闭合来驱动开关6，同时向改变电子元件8发送第一值的控制信号“C”，以将电压降低到所述第一值V1。

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

在优选实施例中，已知该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，可选地，可以提供“独立”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，降低次级绕组上的电压峰值，系统1包括限制装置9，其与开关6相关联，并且被配置为减慢该开关6的闭合对初级绕组4的影响。

更准确地，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断开时，容器9a被充电到电源电压，并且由于9a上的相同电压施加到IGBT的集电极端子，所以二极管9b切断。

当开关6闭合时，来自驱动模块的信号从约0V的低电平变为大于4V的高电平。

这种电压(高，例如，4V)通过电阻器施加到开关6的栅极端子(或第三节点)，从而启动从截止到导通的过渡通道。

在这个步骤中，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斜降成比例的方式，从开关6的第三节点获取电流。

这导致第三节点上的电压瞬间降低，也与第一节点电压的斜降的斜率成比例。

由于第一节点上的电压的斜降斜率与第三节点上的电压密切相关，因此系统找到平衡。

增加电容器9a的电容值，导致斜降的斜率进一步减小。

低斜率值防止在上述瞬态期间在变压器上引起导致次级绕组上的过电压的振荡。

根据本发明的另一方面，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，用于接收表示次级绕组4中的至少一个电流值的信号，并且被配置为根据所述信号来(通过驱动模块11)驱动开关6。

优选地，检测装置10包括检测(或采样)模块22，其被配置为检测次级绕组4(连接至接地)中的电流值并且被设置成将表示电流值的信号发送到控制单元7。

在优选实施例中，检测(或采样)模块22包括在其间组合的电阻器和放大器，以向控制单元7提供可读信号。

已知的是第三间隔期由多个等离子体循环(在下文中简称为“循环”)限定，每个等离子体循环分成开关6的第一间隔或断开间隔以及开关6的第二间隔或闭合间隔。

因此，控制单元7被配置为检测表示次级绕组4在前一循环的至少一个电流值的信号，并且驱动开关6，用于下一循环的检测。

有利地，以这种方式，等离子体步骤(第三时间间隔)的调节是特别准确和精确的，如果不能消除的话，也最大程度地限制未燃烧物质的存在。

注意，控制单元7被配置为当处于第三模式时，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。

换言之，在工作循环的第三间隔(即，等离子体步骤)中，控制单元7被配置为根据在次级绕组4上流动的电流来控制开关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接收表示次级绕组4中的至少一个电流值的信号“I_II”。

控制单元7因此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，表达“驱动参数”是指优选地定义可被控制以驱动开关6的那些变量。

根据驱动的类型，参数可能不同。

例如，在优选实施例中，驱动模块11至少包括PWM信号产生器。

在这个视图中，优选地，驱动参数至少包括驱动模块11发送给开关6的PWM驱动信号的占空比和/或频率，

优选地，被配置成在驱动模块11处驱动一系列工作循环，每个工作循环分成开关6的断开间隔和闭合间隔。

更准确地，控制单元7被配置成至少当发现在第三模式中时(即，在工作循环的第三间隔期间)执行所述检测和比较。

换言之，控制单元7被配置成当处于第三模式时，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。

此外，控制单元7还包括控制器模块13，其被配置为：

-检测和/或计算表示在前一个循环(或等离子体循环)期间的平均电流值的至少一个电流值；

-将所述表示值与所述平均值的预设参考值进行比较；

-根据所述比较来计算驱动信号的占空比的变化；

-向所述驱动模块11发送与所述占空比的变化相关的信号。

注意，可以由控制单元7随着前一个循环与下一个循环之间的占空比的变化或根据绝对持续时间(百分比)进行占空比的计算。

注意，在本较佳实施例中，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，其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，并被配置为在每个循环或等离子体循环中，采样对开关6的各闭合和断开间隔识别的电流值。

因此，对于每个循环，采样模块12被配置为采样(即，检测)两个电流值，识别闭合间隔的第一电流值和识别断开间隔的第二电流值。

优选地，第一值和第二值是每个间隔中的电流的平均值(或者更优选地，在间隔的中间时刻检测到)。

更准确地，从数量角度来看，第一和第二值是正(第一间隔)半波和负(第二间隔)半波的时间和/或峰值的平均值，这表示具有可忽略不计的误差的平均值。

因此，优选地，控制器模块13包括计算器13a，其适于接收至少第一和第二电流值并且被编程为将所述第一值和所述第二值求和，以便获得前一个循环中的平均电流值的表示值。

另外，控制器模块13包括调整器13b(优选为比例积分)，其被编程为根据平均值的表示值与预设参考值之间的比较来确定占空比的值。

更准确地，控制器13b被配置为根据比例和积分系数来“乘以”所计算的误差；在操作上位于调整器下游的位置处，还有变换器模块13c，其被配置为将调整器的输出值变换成占空比值。

或者，优选联合地，控制单元包括额外控制器模块14。

这种额外控制器模块14可操作地放置在采样模块12的下游，以接收第一和第二电流值。

这种另外的控制器模块14在每个循环期间被配置用于：

-检测和/或计算在前一个循环期间表示电流振幅的至少一个电流值；

-将所述表示值与所述振幅的预设参考值进行比较；

-根据所述比较来计算驱动信号的频率的变化；

-向所述驱动模块11发送与所述频率的变化有关的信号。

注意，可以由控制单元7随着前一个循环与下一个循环之间的信号频率的变化或以绝对方式进行频率的计算。

优选地，振幅的预设参考值介于10mA和200mA之间，优选在20mA和150mA之间。

额外控制器模块14优选地包括至少一个计算器14a，其适于至少接收第一和第二电流值，并被编程为计算所述第一值和所述第二值之间的差值，以便获得前一个循环中的电流振幅的所述表示值。

此外，额外控制器模块14包括调整器14b(优选为比例积分)，其被编程为根据振幅的表示值与预设参考值之间的比较来确定频率的值。

更准确地，控制器13b被配置为根据比例和积分系数来“乘以”所计算的误差；在操作上位于调整器下游的位置处，还有变换器模块14c，其被配置为将调整器的输出值变换成频率值。

根据本发明的另一方面，优选地与已经讨论的两个方面互补，系统1包括累积电路15，其并联连接到所述开关6并且被配置为累积由于断开所述开关6而留在初级绕组3中的剩余电力。

有利地，以这种方式，可以最大限度地减小功率耗散，从而避免开关6过热。

优选地，累积电路15被配置为根据初级绕组3自身的充电条件吸收来自初级绕组3的电流和/或释放电流到所述初级绕组3上。

更准确地，累积电路15具有累积条件，其中，在开关6的所述断开之后，利用流入初级绕组3的剩余电流(即，从初级绕组3)充电至最大值。

另外，累积电路15具有放电条件，其中，累积的剩余电流在相对于充电状态相反的方向上放电到初级绕组3上。

这种累积电路15因此被配置为根据初级绕组3的充电条件，在两种配置之间切换。

在这个视图中，累积电路15包括彼此可操作地并联放置的至少一个累积半部分16和放电半部分17。

参考示意性示出的实施例，累积电路15包括第一分支18和第二分支19，其可操作地并联设置，并且均从第一节点15a和第二节点15b展开。

与所述第一节点15a和第二节点15b一致，开关6并联连接到累积电路15。

第一分支18优选地包括电容器16a。

因此，累积半部分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，电容器16必须具有能够存储分散在初级绕组中的电感电力的电容，优选地介于40nF和100nF之间。

而且，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，优选地介于300V和600V之间。

另一方面，第二分支19包括二极管17a，其被设置成允许第二节点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(在300V和600V之间)的电压更高的反向电压。

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

换言之，第一分支18限定了累积半部分16，并且第二分支19限定了累积装置15的放电半部分17。

根据本发明的另一方面，该系统包括表示在与所述次级绕组4相关联的火花塞100的所述放电“间隙”100a处的电离的参数的测量装置20。

优选地，该参数由由于电离而在次级绕组4中生成的电流来限定。

因此，在下文中将参考“电离电流”的测量，其中，该表达被认为精确地定义了由于电离而生成的电流，并且因此定义了测量参数。

因此，这种装置被设置成检测所述次级绕组4中的电流值并且将表示所述值的信号发送到控制单元7。

因此，控制单元7也被配置成激活与其相关联的测量装置20。

更准确地，控制单元7也被配置成激活测量装置20，用于熄灭所述电弧。

有利地，交流电等离子体电子点火系统允许具有低电感的次级绕组4，从而生成低阻抗。

电离电流测量装置20利用这种低阻抗，定义具有有限阻抗值的电离电流读取路径。

因此，优选地，控制单元7被配置为激活所述电离电流测量装置20，并且同时将所述另外的开关21驱动到所述闭合配置。

注意，测量装置20因此与检测装置10相关联。

控制单元7(特别是测量装置)因此被配置为在等离子体步骤中和在电离电流测量步骤期间，通过检测装置10检测次级绕组4的电流值。

有利地，以这种方式，可以将高能量和低阻抗系统的使用与ION或电离电流的测量组合。

此外，在等离子体步骤结束时使用电流测量，与等离子体步骤期间的开关6的反馈控制协作，允许优化燃烧。

有利地，这个特定的结构：

-在电离电流的读取步骤期间有效且可靠地减小次级绕组的电感，从而提高用于读取电离电流的信号的振幅；

-允许增加次级绕组的动态的频率限制；

-允许在火花生成结束时消散次级绕组上的剩余能量，从而减少在火花生成结束时的干扰并提高电离电流的读数；

-减少消除穿过次级绕组的电流的值和测量电离电流所需的时间，从而允许迅速检测到“冲击”振动的存在；

-减少在火花塞多于一个的情况下使用的电子元件的数量。

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于驱动用于内燃机的电子点火系统，其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还包括开关6，其连接到初级绕组3并且能驱动其断开和/或闭合，以便分别禁止或者允许电流流过。

注意，驱动方法被配置为提供线圈2的“等离子体”驱动，即，针对每个工作循环确定一系列第一步骤、第二步骤和第三步骤。

在第一步骤中，初级绕组3通过在第一时间间隔内闭合开关6而被充电。

在第二步骤中，在开关6在至少第二时间间隔(延长的)的断开之后通过电磁感应供电次级绕组4；这种断开足够长，以允许初级绕组3上的电流变为零。

注意，在该第二步骤中，次级绕组电压达到使火花塞100的两个电极之间的电介质击穿而生成火花的值。

第三步骤或等离子体循环或等离子体步骤，涉及交替依次闭合和断开所述开关6(比先前更短)，以调节火花持续时间。

根据本发明的一个方面，在每个循环初始地设置用于初级绕组3的电源电压的预设的第一值。

在所述第一步骤期间保持这种值，以便在工作循环的第一时间段期间，即在初级绕组3的第一次充电期间，降低次级绕组4上的电压，从而避免生成火花时危险推进。

这种方法还包括在次级绕组4的所述供电步骤期间，即在第二或第三步骤期间，将初级绕组(3)的所述电源电压增大到大于所述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。

换言之，对于所述开关6的所述交替连续的断开和闭合的至少第一部分，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，可以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涉及第四步骤，其中，具有重新设置的初级绕组3的所述第一预设电压值。

这种第四步骤优选地在开关6的所述交替连续断开和闭合的最后部分之后或期间(即在第三步骤结束时)开始。

优选地，与先前关于系统1所描述的一致，由合适的改变模块8执行设置和增加步骤。

在优选实施例中，在开关6的所述交替连续闭合和断开的最后部分期间，执行上述新的设置步骤，以便将在供电步骤和随后的开关6的交替连续闭合和断开期间(即在第二和第三步骤期间)累积在所述改变模块8中的电力。

此外，优选地，对初级绕组3进行充电的步骤至少包括将到初级绕组3的电压(和/或来自开关6的电流流动)减小的子步骤，以便在所述充电步骤期间(即在第一步骤期间)减少所述次级绕组4上的电压冲击。

更准确地，这种子步骤预计会降低初级绕组端部的电压，从而减缓(电流流动的)电流增加。

注意，在第三步骤，即在等离子体步骤期间，发生在预设的时间间隔内的至少一次开关6闭合并且随后在预设的第二时间间隔内的所述开关6断开。

如上所述，这种第一和第二时间间隔定义了等离子体循环。

根据本发明的另一方面，该方法包括在第一和第二间隔期间检测次级绕组4中的至少一个电流值，并且根据在次级绕组4中检测到的所述电流，来计算在下一个循环中开关6的一个或多个驱动参数。

换言之，该方法涉及根据在前一个循环(优选紧接在前面)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循环中的开关。

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

还提供了根据所述比较结果来驱动开关6。

如上所述，优选地用PWM调制来执行开关6的驱动。

在这个视图中，驱动参数优选由占空比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间隔的第一电流值和识别第二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，对应于间隔的约一半处的电流值。

注意，计算步骤优选地至少包括第一值与第二值的求和，以获得表示所述工作循环中的电流的平均值的值。

实际上，通过交流驱动来进行等离子体循环，断开和闭合两个间隔的是符号相反的电流，并且两个识别值的总和与循环中的平均值相关(或成比例)。

在这种求和之后，将表示所述占空比中的平均电流值的所述值与平均值的参考值(优选地等于零)进行比较。

根据所述比较的结果，以相对的方式(即与前一个循环相比变化)或以绝对的方式(in absolute terms)，确定开关6的驱动信号的占空比值。

这可以通过适当的调整器处理次级绕组4中的平均电流值和驱动信号的占空比之间的现有相关性来实现；在图6a中表示这种相关性的一个示例。

在占空比确定之后，用对应于所述确定值的PWM调制和占空比来驱动开关6。

优选地，与确定占空比替换地或联合地，该方法涉及计算所述第一值与所述第二值之间的差值，以获得表示所述工作循环中的电流的振幅的值。

实际上，通过交流驱动来进行等离子体循环，断开和闭合两个间隔是符号相反的电流，并且两个识别值之间的差值与循环中的电流振幅相关(或成比例)，即，峰峰值。

在这种减法运算之后，将表示所述工作循环中(即，在前一个工作循环中)的电流振幅的所述值与其振幅的基线值进行比较。

优选地，振幅的所述参考值包括在10mA和200mA之间，优选地在20mA和150mA之间。

根据所述比较的结果，以相对的方式(即与前一个循环相比的变化)或以绝对的方式，确定开关6的驱动信号的频率值。

这可以通过适当的调整器处理次级绕组4中的平均电流值和驱动信号的频率之间存在的相关性来实现；在图6b中表示这种相关性的一个示例。

由于频率确定，用对应于所述确定的值的PWM调制和频率来驱动开关6。

在优选实施例中，用其占空比和频率对应于在上述步骤中确定的占空比和频率的PWM调制中的驱动信号来驱动开关6。

根据本发明的另一方面，与其他相关和/或互补，驱动方法包括在等离子体步骤之后，或者在交替连续断开和闭合开关6之后，检测每个旋转的发动机轴(未示出)的角度位置的步骤。

因此，为了实现该方法，需要发动机轴的角度位置的传感器或检测装置(例如，编码器)。

该方法还涉及当角度位置对应于所述气缸的预设参考值时，断开开关，以消除所述次级绕组4上的电压，以便熄灭火花。

实际上，优选地，将与活塞的位置相关的参考值(优选地，角度)分配给每个气缸或与其关联。

例如，作为实现活塞的预定工作点(例如，上死点)的结果(或在其之前)，可以用发动机轴的旋转度(或弧度)来表示该参考值。

在该断开之后，或者由于火花消失，通过测量装置20检测电离电流。

换言之，通过检测装置10，在次级绕组4上测量电流，如前所述对应于电离电流。

在这种检测之后，将检测到的电离电流与参考值进行比较。

更准确地，测量间隙内的电流变化，以便监测其振荡(“冲击”振动)和燃烧不成功(即，存在不发火)。

例如，如果该比较给出肯定的结果，或者如果检测值高于参考值(因此，其具有峰值电流)，则燃烧已经正确地发生，并且控制单元7完成讨论中的气缸的循环。

相反，如果比较不成功，或者如果检测值接近于零或者在任何情况下都低于参考值，则该方法提供所述初级绕组3的新充电和通过电磁感应重新供应所述次级绕组4(因此，在相同的“旋转”或汽缸时间内的新的飞返步骤)，以便防止未燃混合物排放(和/或以便完全燃烧)。

可以看出，为了纯粹解释的目的，图9示出了与电离电流I_Ion的电流信号分离的次级电流信号I_II，但是实际上它是在电子点火系统1的两个不同的操作步骤中，分别在能量传输步骤和测量具有持续时间的电离电流的步骤中流过次级绕组4的电流。

有利地，以这种方式，完全避免了未发生燃烧(或不发火)的事件和未燃烧气体的存在，从消耗和排放的角度来看，构成性能最高的发动机。

本发明实现了预期的目的，并实现了重要的优点。

实际上，使用电子改变元件，特别是D/D电压变换器，可以克服火花提前的问题，也允许充分利用等离子体步骤中的匝数比。

此外，根据实际测量的次级绕组上的电流，至少在等离子体步骤期间控制开关驱动的可能性，也允许提高系统的准确性和可靠性，从而使未燃烧物质的存在最小化。

此外，与开关并联的累积电路的存在允许限制热功率耗散，减少部件上的压力，特别是在开关上的压力，从而增加系统的可靠性。

最后，交流等离子体电子点火系统允许具有低电感次级绕组，从而生成低阻抗，其中，电离电流的测量装置利用这种低阻抗，从而定义了具有有限的阻抗值的电离电流读取路径。

Claims (6)

1.一种用于内燃机的等离子体电子点火系统，所述内燃机具有驱动轴和至少一个气缸，所述等离子体电子点火系统被配置为在发动机气缸内生成预定持续时间的火花并且包括：

-点火线圈(2)，设置有至少一个初级绕组(3)和次级绕组(4)，其中，所述至少一个初级绕组(3)通过电连接(5)连接到电压产生器装置(50)，并且所述次级绕组(4)连接到火花塞(100)；

-开关(6)，连接到所述初级绕组(3)并且根据驱动信号的值能驱动为使所述开关断开和/或闭合，以分别禁止或允许电流穿过所述初级绕组(3)的通路，

-控制单元(7)，与所述开关(6)相关联并且被配置为根据所述驱动信号(G)的值将所述开关驱动到断开位置和/或闭合位置；所述控制单元(7)包括硬件和软件装置，所述硬件和软件装置被配置为通过改变所述开关的断开和闭合的时序和/或周期来控制所述开关(6)，使得所述开关(6)的切换在所述次级绕组(4)中生成振荡电势，所述振荡电势适于在所述火花塞(100)的放电间隙(100a)的端子处生成至少一个电弧和/或维持至少一个电弧活跃；

其特征在于，所述等离子体电子点火系统包括测量装置(20)，所述测量装置是表示在与所述次级绕组(4)相关联的所述火花塞(100)的所述放电间隙(100a)处的电离过程的参数的测量装置，并且被设置成检测所述次级绕组(4)中的电流值并且向所述控制单元(7)发送表示所述电流值的信号；所述控制单元(7)被配置为在所述电弧停止时激活所述测量装置(20)，

并且其特征在于，所述控制单元(7)被配置用于：

-通过在预定的第一时间间隔内闭合所述开关(6)对所述初级绕组(3)充电；

-通过断开所述开关(6)经由电磁感应对所述次级绕组(4)供电，以在所述火花塞(100)处生成火花；

-赋予所述开关(6)随后连续交替地断开和闭合，以保持所述火花并且调节所述火花的持续时间；

-检测驱动轴在每次旋转期间的角度位置；

-当所述角度位置对应于所述气缸的预设参考值时，断开所述开关，以通过熄灭所述火花消除所述次级绕组(4)上的电压；

-检测由于断开所述开关(6)而产生的电离电流；

-如果检测到的所述电离电流低于一预设参考值或接近零，则进一步对所述初级绕组(3)充电并且进一步经由电磁感应对所述次级绕组(4)供电，以避免未燃烧的混合物到达排气管。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述等离子体电子点火系统包括与所述次级绕组(4)相关联的电流检测装置(10)；所述测量装置(20)被配置为在电离电流测量阶段期间检测所述次级绕组(4)中的电流值。

3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述等离子体电子点火系统包括电压改变电子元件(8)，所述电压改变电子元件连接到所述电连接(5)，可操作地介于所述电连接(5)与所述初级绕组(3)之间，并且被配置为根据至少介于第一电压值(V1)和第二电压值(V2)之间的控制信号的值来改变所述初级绕组(3)的电压值，所述第二电压值大于所述第一电压值(V1)；所述控制单元(7)与所述电压改变电子元件(8)相关联并且被配置为：

-生成至少在第一值和第二值之间变化的所述控制信号(C)，所述第一值和所述第二值分别表示所述初级绕组(3)的所述第一电压值(V1)和所述第二电压值(V2)；

-向所述电压改变电子元件(8)发送至少在所述初级绕组(3)的第一充电间隔期间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，电流值基本为零。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括与所述次级绕组(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，用于接收至少表示所述次级绕组(4)中的电流值(I_II)的信号，并且被配置为根据所述信号控制所述开关(6)。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述等离子体电子点火系统包括累积电路(15)，所述累积电路并联连接到所述开关(6)，并且被配置为在断开所述开关(6)之后累积所述初级绕组(3)中留存的剩余能量。

6.一种用于等离子体电子点火系统的驱动方法，所述等离子体电子点火系统用于自身设有驱动轴和至少一个气缸的内燃机，所述等离子体电子点火系统包括：

-点火线圈(2)，设置有至少一个初级绕组(3)和次级绕组(4)，所述次级绕组(4)连接到火花塞(100)；

-开关(6)，连接到所述初级绕组(3)并且根据驱动信号的值能驱动为使所述开关断开和/或闭合，

-控制单元(7)，与所述开关(6)相关联并且被配置为根据所述驱动信号(G)的值将所述开关驱动到断开位置和/或闭合位置；

-表示在所述火花塞(100)的放电间隙(100a)处的电离过程的参数的测量装置(20)，

所述方法包括以下步骤：

-通过在预定的第一时间间隔内闭合所述开关(6)对所述初级绕组(3)充电；

-通过断开所述开关(6)经由电磁感应对所述次级绕组(4)供电，以在所述火花塞(100)处生成火花；

-随后连续交替地断开和闭合所述开关(6)，以保持所述火花并且调节所述火花的持续时间；

-检测驱动轴在每次旋转期间的角度位置；

-当所述角度位置对应于所述气缸的预设参考值时，断开所述开关，以通过熄灭所述火花消除所述次级绕组(4)上的电压；

-检测由于所述断开所述开关(6)而产生的电离电流；

-如果检测到的所述电离电流低于一预设参考值或接近零，则进一步对所述初级绕组(3)充电并且进一步经由电磁感应对所述次级绕组(4)供电，以避免未燃烧的混合物到达排气管。

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