JP2016536515A - 内燃機関のための多火花点火システムを制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

点火システムを制御する方法であって、前記点火システムが、点火プラグに電流を提供するために少なくとも２つのコイル段を連続的に付勢および消勢するように上記コイル段を制御するように適合された点火プラグ制御ユニットを含み、第１の二次巻線（Ｌ２）に誘導結合される第１の一次巻線（Ｌ１）を含む第１の変圧器（Ｔ１）、第２の二次巻線（Ｌ４）に誘導結合される第２の一次巻線（Ｌ３）を含む第２の変圧器（Ｔ２）を備える２つの段を含み、上記制御ユニットが、連続点火を維持するために、２つの対応するスイッチ（Ｑ１、Ｑ２）をオンおよびオフに同時に切り替えることによって一次巻線（Ｌ１、Ｌ３）を同時に付勢および消勢すること可能にされ、かつ上記制御ユニットとコイル段との間に設けられる逓降変換器段を含み、上記逓降変換器がスイッチ（Ｍ１）とダイオード（Ｄ３）とを含み、上記制御ユニットが上記スイッチ（Ｍ１）をオフに切り替えることを可能にされ、上記方法が、結合型多充電期間の終了時に二次電流ピークを制限する制御を提供し、結合型多充電期間の終了時に、Ｍ１、Ｑ１およびＱ２をオフに切り替えるステップを備える方法。【選択図】図９

Description

本発明は点火システムおよび点火プラグを制御する方法に関する。それは、特にしかし排他的ではなく、多点火プラグ点火システムなど、連続火花を提供するように適合されたシステムへの適用性を有する。

非常に希薄な混合気を使用する、つまり燃料消費量および排出物を低減させるためにより高い空気組成を有する点火エンジンが開発されている。安全な点火を提供するために、高エネルギー点火源を有することが必要である。先行技術のシステムは一般に、大きな、高エネルギーの単一火花点火コイルを使用し、それらは限られた火花持続時間およびエネルギー出力を有する。この制限を解消するために、また点火システムの大きさを縮小するために、多充電点火システムが開発された。多充電システムは高速な一連の個別の火花を生成し、その結果出力は長い準連続火花である。多充電点火方法は再充電期間中に火花が中断されるという不利点を有し、これは負の効果を有し、燃焼室に高乱流が存在するときに特に顕著である。たとえば、これは失火に至り、より高い燃料消費量およびより高い排出物に帰着し得る。

改良された多充電システムが欧州特許第２３２５４７６号に記載されており、それはこれらの負の効果のない多充電点火システムを開示し、少なくとも部分的に、広範な燃焼電圧にわたり連続点火火花を生成し、点火プラグに調節可能なエネルギーを送達し、自由に選ばれ得る点火の燃焼時間を提供する。

しかしながら、そのようなシステムに関して依然として様々な問題がある。二次電流を制御することができず、これは燃焼のために必要とされない大量の浪費されるエネルギーと同様に激しい点火プラグ摩耗に帰着する。さらには、点火サイクルの終わりに高い二次電流ピークが生成され得、これは激しい点火プラグ摩耗に帰着する。

さらにはそのようなシステムでは、逓降（降圧）変換器段のＰＷＭ信号が固定値に適合され、これは様々な条件下で非安定な一次電流に帰着する。

欧州特許第２３２５４７６号

本発明の態様は請求項に述べられるように提供される。
本発明はここで例を通じてかつ以下の図を参照して記載される。

本発明の態様が適用され得る点火システムの概要図である。 図２ａは概略の電流トレースを示すＣＭＣシステムの標準的な点火サイクルを例示する。図２ｂは概略の電流トレースを示すＣＭＣシステムの標準的な点火サイクルを例示する。図２ｃは概略の電流トレースを示すＣＭＣシステムの標準的な点火サイクルを例示する。 点火システムおよび車両電子制御ユニット（ＥＣＵ）へのその接続性を例示する。 点火システムを制御するために使用され得る本発明の一態様に係る通信プロトコルを例示する。 そのような制御における逓降（降圧）変換器の動作の結果を図示する。 さらなるパルスを含む、点火システムを制御するために使用され得る本発明の一態様に係る通信プロトコルを図示する。 本発明のさらなる態様に係る点火システムの概略回路図を図示する。 図８ａは二次電流ピークを低減させる降圧変換器の動作の結果を図示する。図８ｂは二次電流ピークを低減させる降圧変換器の動作の結果を図示する。 一態様に係る逓減アルゴリズムを例示するフローチャートを図示する。 図１０ａは図９のアルゴリズムが実装される一次および二次電流のトレースを図示する。図１０ｂは図９のアルゴリズムが実装される一次および二次電流のトレースを図示する。図１０ｃは図９のアルゴリズムが実装される一次および二次電流のトレースを図示する。 逓降（降圧）動作におけるデューティサイクル、バッテリ電圧および最大一次電流切替閾値間の関係を図示する。

図１は、内燃機関（図示せず）の単一の燃焼気筒と関連づけられてよいような点火プラグ１１の単一組のギャップ電極に働く広範な燃焼電圧にわたり連続点火火花を生成するための先行技術の結合型多充電(Coupled-Multi-Charge)点火システムの回路網を図示する。ＣＭＣシステムは、必要とされる高い直流電圧を生成するために、一次巻線Ｌ１、Ｌ２を含む高速充電点火コイル（Ｌ１−Ｌ４）を使用する。共通のコアＫ１に巻回される一次巻線Ｌ１、Ｌ２は第１の変圧器を形成しており、別の共通のコアＫ２に巻回される二次巻線Ｌ３、Ｌ４は第２の変圧器を形成している。第１および第２の一次２０巻線Ｌ１、Ｌ３の２つのコイル端部は、電気スイッチＱ１、Ｑ２によって自動車のシャシ接地などの共通の接地に交替に切り替えられてよい。これらのスイッチＱ１、Ｑ２は好ましくは絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。一次側から流れる一次電流Ｉｐを測定するための抵抗器Ｒ１がスイッチＱ１、Ｑ２と接地との間に接続され、その一方で二次側から流れる二次電流Ｉｓを測定するための抵抗器Ｒ２（２５）がダイオードＤ１、Ｄ２と接地との間に接続される。

二次巻線Ｌ２、Ｌ４の低圧端部は、高圧ダイオードＤ１、Ｄ２を通して共通の接地または自動車のシャシ接地に連結されてよい。二次点火巻線Ｌ２、Ｌ４の高圧端部は、従来の手段を通して点火プラグ１１のギャップが設けられた一対の電極の一方の電極に連結される。点火プラグ１１の他方の電極も、従来通りに点火プラグのエンジンブロックへの螺合を通じて共通の接地に連結される。一次巻線Ｌ１、Ｌ３は、本実施形態において公称１２Ｖの自動車電気システムにおける従来の自動車システム電圧に対応すると仮定され、かつ図においてバッテリの正電圧である共通の付勢電位（充電電位）に接続される。充電電流は、スイッチＱ１、Ｑ２の状態を制御する電子制御回路１３によって管理され得る。制御回路１３はたとえばＥＣＵによって供給されるエンジン火花時期（ＥＳＴ）信号に応答して、一次巻線Ｌ１およびＬ２をそれぞれ、信号Ｉｇｂｔ１およびＩｇｂｔ２によってそれぞれ制御されるスイッチＱ１およびＱ２を通してシステム接地に選択的に連結する。測定される一次電流Ｉｐおよび二次電流Ｉｓは制御ユニット１３に送られる。有利には、バッテリ１５の共通の付勢電位は一次巻線Ｌ１、Ｌ３に、接地端部の反対側の端部２０で点火スイッチＭ１を経由して連結される。スイッチＭ１は好ましくはＭＯＳＦＥＴトランジスタである。ダイオードＤ３または任意の他の半導体スイッチ（たとえばＭＯＳＦＥＴ）が逓降（降圧）変換器を形成するようにトランジスタＭ１に連結される。制御ユニット１３は、信号ＦＥＴによりスイッチＭ１をオフに切り替えることを可能にされる。Ｍ１がオフであるときに、ダイオードＤ３または任意の他の半導体スイッチはオンに切り替えられることになるし、逆もまた同じである。

先行技術の動作では、制御回路１３は、ギャップ電極にわたって延びる連続高エネルギーアークを提供するように動作する。 第１のステップの間に、スイッチＭ１、Ｑ１およびＱ２はすべてオンに切り替えられ、その結果電源１５の送達されるエネルギーは両変圧器（Ｔ１、Ｔ２）の磁気回路に蓄積される。 第２のステップの間に、両一次巻線はスイッチＱ１およびＱ２により同時にオフに切り替えられる。変圧器の二次側に高電圧が誘起され、点火火花が点火プラグ１１のギャップ電極を通して生じられる。 第３のステップの間に、両変圧器（Ｔ１、Ｔ２）がエネルギーを送達している最小燃焼時間後に、スイッチＱ１はオンに切り替えられ、スイッチＱ２はオフに切り替えられる（または逆もまた同じ）。それは、第１の変圧器（Ｌ１、Ｌ２）がその磁気回路にエネルギーを蓄積し、その一方で第２の変圧器（Ｌ３、Ｌ４）が点火プラグにエネルギーを送達する（または逆もまた同じ）ことを意味する。 第４のステップの間に、一次電流Ｉｐが限度（Ｉｐｍａｘ）を超えて増加するときに、制御ユニットはそれを検出してトランジスタＭ１をオフに切り替える。オンに切り替えられた（Ｑ１またはＱ２）変圧器（Ｌ１、Ｌ２またはＬ３、Ｌ４）の蓄積エネルギーはダイオードＤ３（逓降（降圧）トポロジ）を越えて電流を推し進め、その結果変圧器は磁気飽和の状態になり得ず、そのエネルギーは制限される。好ましくは、トランジスタＭ１は、変圧器のエネルギーを一定のレベルに保持するために恒久的にオンおよびオフに切り替えられることになる。 第５のステップの間に、二次電流Ｉｓが二次電流閾値レベル（Ｉｓｍｉｎ）を下回った直後に、スイッチＱ１はオフに切り替えられ、スイッチＱ２はオンに切り替えられる（または逆もまた同じ）。次いで、制御ユニットが両スイッチＱ１およびＱ２をオフに切り替える限りスイッチＱ１およびＱ２を順次オンおよびオフに切り替えることによって、ステップ３〜５が繰り返されることになる。

図２は、点火システム電流のタイムラインを図示し、図２ａは、一次電流Ｉｐを時間に沿って表すトレースを図示する。図２ｂは、二次電流Ｉｓを図示する。図２ｃは、ＥＣＵから点火システム制御ユニットに送られ、かつ点火時間を示すＥＳＴ線上の信号を図示する。 ステップ１、すなわちＭ１、Ｑ１およびＱ２がオンに切り替えられる間に、一次電流Ｉｐは変圧器のエネルギー蓄積につれて急増している。 ステップ２、すなわちＱ１およびＱ２がオフに切り替えられる間に、二次電流Ｉｓは増加していき、点火プラグのギャップ電極を通して点火火花を生じさせるように高電圧が誘起される。 ステップ３の間に、火花ならびに変圧器に蓄積されるエネルギーを維持するように、Ｑ１およびＱ２は順次オンおよびオフに切り替えられる。 ステップ４の間に、一次電流Ｉｐと限度Ｉｐｔｈとの間で比較がなされる。ＩｐがＩｐｔｈを超えるときに、Ｍ１はオフに切り替えられ、その結果「オンに切り替えられた」変圧器はその蓄積エネルギーを制限することによって、磁気飽和の状態になり得ない。スイッチＭ１はこのようにしてオンおよびオフに切り替えられ、一次電流Ｉｐは制御範囲に安定である。 ステップ５の間に、二次電流Ｉｓと二次電流閾値レベルＩｓｔｈとの間で比較がなされる。Ｉｓ＜Ｉｓｔｈならば、Ｑ１はオフに切り替えられ、Ｑ２はオンに切り替えられる（または逆もまた同じ）。次いで、制御ユニットが両Ｑ１およびＱ２をオフに切り替える限りＱ１およびＱ２を順次オンおよびオフに切り替えることによって、ステップ３〜５が繰り返されることになる。２つの変圧器の交互の充放電のため、点火システムは連続点火を送達する。上記は、本発明に背景を提供するために、先行技術の点火システムの回路網および動作を記載する。本発明のいくつかの態様では、上記回路網が使用され得る。本発明は、性能を高めかつ点火プラグ摩耗を軽減する様々な方策を提供する。

図３は、点火回路網を制御する点火プラグ回路網制御ユニットに電圧または電流パラメータを信号で送る、すなわち適切な通信プロトコルを介して送る際に１つの態様に従って使用されるＥＳＴ線を介する、点火プラグ制御回路網への車両ＥＣＴの接続性を図示する。ＥＳＴ線は典型的に制御ユニットに、実施されるべき滞留時間を示すパルスを提供する。コイルの制御ユニットはＥＣＵとは別個であり、ＥＳＴ信号（エンジン火花時間）はＥＣＵによってたとえばブール信号によって送達される−図２ｃ参照。従来は、これは点火コイル内部のスイッチ／ＩＧＢＴを直接制御した、本システムにおいては、これは多充電サイクルの燃焼時間の時間も制御する。図においては、単一段の火花巻線のみがあるシステムが図示される。言及されるように、先行技術のシステムに関する問題は点火プラグ摩耗があることである。発明者らは、これは、一次ならびに二次コイルの電流および電圧パラメータの制御を改良することによって軽減され得、さらには本発明の一定の態様では、そのようなパラメータはＥＳＴ線上にデータを送ることによって設定され得ると判断した。したがって洗練された態様では、本発明は、一次ならびに／または二次コイルの電流または電圧に関するものなどのパラメータを制御する通信プロトコルを提供する。

（実施例１） ＣＭＣモードにおける一次電流閾値などのパラメータの制御
言及されたように、先行技術のシステムに関する問題は点火プラグ摩耗があることである。発明者らは、これは、一次ならびに二次コイルの様々な電流および電圧パラメータを制御することによって軽減され得、さらには一定の態様では、パラメータはＥＣＵによってよりよく制御され、またＥＳＴ線上に適切な電流／電圧パラメータおよびそれらの閾値などのデータを送ることによって制御ユニットに送られ得ると判断した。したがって一態様では、本発明は、一次および／または二次コイルの電流もしくは電圧に関するものなどのパラメータを制御する通信プロトコルを提供する。言及されたように、図２は完全な点火サイクルにわたる一次コイルおよび二次コイルの電流を図示する。

図４は、点火システムを制御するために使用され得る一実施例に係る通信プロトコルを例示し、特に一次ならびに二次電流および／または電圧である。そのような方法は図１ａに図示される回路網と連動して使用されてよいが、ただし方法はそのような回路網に限定されず、またいくつかの態様は１つのコイル段のみがある点火システムに適用可能である。

言及されたように、図２ａおよびｂは完全な点火サイクルにわたる一次コイルおよび二次コイルの電流を図示する。図２ｃは、図１のものなどの点火回路網を制御する制御ユニットに通信プロトコルを提供するために使用されるＥＳＴ線を図示する。点火サイクルの開始時に、一次コイルの電流は最大一次電流ピークに到達するように逓増される。このピークの値は最大二次絶縁破壊電圧にも影響を及ぼすことになる。この段の終了時に、一次コイルの電流は放電され、二次コイルにおいて電流を急速に出現させる。この後に、各コイル段における多段システムで、各コイル段ごとに代わるがわる充／放電サイクルが複数回繰り返され、したがって連続火花を提供する。点火段の終了時に、高電流が二次コイルにおいて出現してよいことが留意されるべきである。

一実施例によれば、第１の通信パルス１がＥＳＴ線上に提供され、その持続時間は制御ユニットに結合型多充電モードにおける最大一次電流（閾値）、すなわちこのパラメータが設定されるべき値を示す。したがって、ＥＳＴ線は滞留またはＣＭＣ時間以外のパラメータを転送するために使用され、また時間以外の単位を含みかつ任意の段の動作の間の電流または電圧（たとえば比較のための閾値）を表し得る。

この電流レベルの制御は、逓降（降圧）変換器の制御ユニットによる適切な制御によって実施されてよい。したがって、第１の通信パルスの長さに基づいて、一次電流は逓降（降圧）変換器の適切な動作によって制限されてよい。一次電流がこのレベルに到達すれば、電流は逓降（降圧）変換器によって制限されることになる。したがって、制御ユニットは、たとえばＦＥＴ Ｍ１を適切にオン／オフに切り替えることによって逓降（降圧）変換器段をしかるべく制御することになる。本発明の態様によれば、制御ユニットは、一次または二次電流をたとえばＥＳＴ線に沿って送られる（閾値）パラメータと比較する手段を有する。このように換言すれば、逓降（降圧）変換器は、一次電流を所望の値Ｉｐｔｈｍａｘに制限するため、かつそれをこの特定のレベルで一定に保持するために使用され得る。従来、このパラメータは制御ユニットに記憶されてよい。しかしながら、本発明のこの態様の利点は、ＩｐｔｈｍａｘおよびまたはＩｐｔｈｍｉｎはＥＣＵによって設定され得、また適切な通信プロトコルを使用して制御ユニットに送られ得ることである。

以下説明されるように、（一次電流の最大ピーク値である）ＩｐｍａｘならびにＩｐｔｈ（閾値、たとえばＣＭＣ動作における最大一次電流）などの他のパラメータは、システムが点火サイクルのどんな状態であるかに応じて、ＥＣＵによって適合および設定され得る。図４参照。

言及されたように、システムの動作の適切な段階の動作の間に、一次電流の値は制御ユニットによって閾値と比較され得る。それぞれの一次電流レベルを制御するために、逓降（降圧）変換器は、たとえばスイッチＭ１をパルス駆動する、すなわちオンおよびオフに切り替えることによって適切に制御される。このようにして、一次電流の平均は所要の範囲内にあるように制御される。具体例では、一次電流Ｉｐは逓降（降圧）サイクル、以下の通りにＭ１をオンおよびオフに切り替える間に測定されてよく、Ｍ１をスイッチングすると、電流はＬ１、Ｑ１、Ｒ１およびＤ３を流れかつ減少していく。制御ユニットは電圧を監視する。一次電流がレベルＩｐｔｈｍｉｎに到達したあと、Ｍ１は再びオンに切り替えられることになる。パラメータＩｐｔｈｍｉｎはＥＣＵまたは制御ユニットによって設定されてよい。代わりに、それはＩｐｔｈｍａｘに基づいて、つまり、Ｉｐｔｈｍｉｎ＝Ｉｐｔｈｍａｘ−Ｉｐｔｈａｍｐに基づいて計算されてもよい。Ｉｐｔｈａｍｐは約０．２Ａ〜１Ａの範囲で固定値としてＣＵに設定または記憶されてよい。一次電流が再び上レベルＩｐｔｈｍａｘに到達する限り、Ｍ１はオンに切り替えられる。次いで、一次電流が制限される必要がある限り、上記ステップは繰り返される。制御された動作は図５に例示される。

そのような方法は図１ａに図示される回路網と連動して使用されてよいが、ただし方法はそのような回路網に限定されず、またいくつかの態様は１つのコイル段のみがある点火システムに適用可能である。さらには、上記は結合型多充電モードにおける最大一次電流（閾値）のパラメータを送ることに言及するけれども、本発明の態様は任意の適切な電流または電圧パラメータをＥＣＵから点火プラグ制御ユニットに送ることを含み、そのいくつかが以下さらに詳細に説明される。この態様における重要点は、ＥＳＴ線が制御ユニットにＣＭＣおよび滞留時間を送るため以外に使用されることである。言及された好適な実施形態において、電流および電圧パラメータのレベルはパルスの持続時間によって示される。しかしながら、レベルは、たとえばレベルを示す設定時間内の極短パルスの数などの他の方法によって信号で送られてよい。

代替の実施形態によれば、ＥＣＵから制御ユニットにＥＳＴ線に沿って送られるパルスは、二次電流パラメータ（たとえば測定値との比較のための限度もしくは閾値）または、以下説明されるような一次もしくは二次コイル電流／電圧の任意の他のパラメータを示してよい。

（実施例２） 二次電流ＩｓｔｈおよびＩｓａｍｐの制御
本発明のさらなる態様によれば、二次電流のパラメータは、たとえばＣＭＣ段階の間、同様の方法によって制御される。

一態様では、二次電流閾値Ｉｓｔｈおよび二次電流振幅Ｉｓａｍｐのパラメータは、通信プロトコルを使用してＥＣＵから制御ユニットに送られる。これらのパラメータの適切な制御によって、システムの出力電力を制御することができる。これらのパラメータはＥＣＵによって測定値と比較され、かつコイル段の動作を適切に制御するために使用されてよい。

さらなる実施形態において、ＩｓｔｈおよびＩｓａｍｐの２つの所望の変数に基づいて、最大一次電流閾値が計算される：Ｉｐｔｈ（Ｉｐｔｈ＝（Ｉｓｔｈ＋Ｉｓａｍｐ）＊ｕｅ）、ここでｕｅは変圧比である。パラメータＩｓｔｈは点火プラグの燃焼電圧に応じて適合されるが、ＩｓｔｈがＥＣＵの通信によって設定される前は−これは好適な求められる値であり、Ｉｐｔｈの計算はこの初期設定値に基づいて行われる。負荷（燃焼電圧）があまりに高い場合、二次電流は逓減されることになる；したがってこれは、上記第２の所定の電流閾値（Ｉｓｍｉｎ）を、オフに切り替えられる変圧器に蓄積されるエネルギーのレベルに適応的に設定することを伴ってよい。それがどのように実施されても、スイッチがそれらの他の状態に切り替わるたびに、実際の一次電流Ｉｐが測定され、この値に基づいて、閾値が適応的に設定される：Ｉｓｔｈ＝Ｉｐ／ｕｅ−Ｉｓａｍｐ、これはＩｐの測定値＜Ｉｐｔｈであれば、Ｉｓｔｈは逓減されるのみであることを意味する。これに対して、一次電流閾値Ｉｐｔｈのための値は、全点火サイクルの間、同じレベルに設定される。

（実施例３） 最大一次電流ピークＩｐｍａｘの制御
変数Ｉｐｍａｘはシステムの初充電後の最大一次電流である。一態様によれば、このパラメータも閾値と比較することによって制御される。閾値は制御ユニットに記憶されるか、または最大一次電流（ＣＭＣ中の閾値）の場合と同じようにＥＳＴ線に沿って送られてよい。あらためて、Ｉｐの値は測定および閾値Ｉｐｍａｘに対して判定され得る。それで要約すると、この値は制御ユニットに記憶されるか、またはＥＳＴ線に沿ってＥＣＵから制御ユニットに送信され得る。一次電流Ｉｐが閾値Ｉｐｍａｘを超えると、逓降（降圧）変換器は次いで一次電流ＩｐをＩｐｍａｘによって定義される特定のレベルに保持することになる。電流は図５における電流と同様であるので、それは小さいヒステリシスを有する。逓降（降圧）変換器の制御動作は実施例１のそれと同様である。図６は第２のパルス２がある通信プロトコルを図示し、第２のパルス長は最大一次電流ピークを示す。もちろん、最大一次電流ピークは単一のパルスにより単独で、すなわち任意の他のパラメータと連動せずに制御され得る。

あらためて、実施例２のさらなる実施形態と同様に、さらなる実施形態において、ＩｓｔｈおよびＩｓａｍｐの２つの所望の変数に基づいて、最大一次電流閾値が計算される：Ｉｐｔｈ（Ｉｐｔｈ＝（Ｉｓｔｈ＋Ｉｓａｍｐ）＊ｕｅ）。パラメータＩｓｔｈは点火プラグの燃焼電圧に応じて適合されるが、ＩｓｔｈがＥＣＵの通信によって設定される前は−これは好適な求められる値であり、Ｉｐｔｈの計算はこの初期設定値に基づいて行われる。負荷（燃焼電圧）があまりに高い場合、二次電流は逓減されることになる；したがってこれは、上記第２の所定の電流閾値（Ｉｓｍｉｎ）を、オフに切り替えられる変圧器に蓄積されるエネルギーのレベルに適応的に設定することを伴ってよい。それがどのように実施されても、スイッチがそれらの他の状態に切り替わるたびに、実際の一次電流Ｉｐが測定され、この値に基づいて、閾値が適応的に設定される：Ｉｓｔｈ＝Ｉｐ／ｕｅ−Ｉｓａｍｐ、これはＩｐの測定値＜Ｉｐｔｈであれば、Ｉｓｔｈが逓減されるのみであることを意味する。これに対して、一次電流閾値Ｉｐｔｈのための値は、全点火サイクルの間、同じレベルに設定される。

（実施例４） 電圧測定方法
上記実施例１の問題は、小さいヒステリシスを制御するハードウェアの限界である（ハードウェアの精度および測定される一次電流Ｉｐのノイズ）。したがって、好適な方法で一次電圧（すなわちバッテリのそれＵｂ）が測定され、バッテリ電圧および最大一次電流閾値に応じて、逓降（降圧）変換器のＰＷＭ信号のパルス幅（すなわちデューティサイクル）を設定する。デューティサイクル＝ｆ（Ｕｂ，Ｉｐｔｈｍａｘ）、ここでＵｂはバッテリ電圧である。デューティサイクルｍは：ｍ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）と定義され、ここでＴｏｎはＭ１のオン時間であり、ＴｏｆｆはＭ１のオフ時間である。Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝一定（それがパルス幅変調信号であることを意味する）。ｍ＝ｆ（Ｕｂ，Ｔｐｔｈｍａｘ）の正しい値を見つける１つの方法はシミュレーションによってである（図１１参照）。ここで、ＰＩＤ制御器は求められる値Ｉｐｔｈｍａｘに対して一次電流を制御する。制御システムは点火コイルを表す。ＵｂおよびＩｐｔｈｍａｘの値ごとに、ｍの１つの値が観測され得る（最後の図に図示されたような真理値表）。図１１は、デューティサイクル、ＵｂおよびＩｐｔｈｍａｘ間の関係を図示する。データ点間の点は線形に補間され得る。デューティサイクルは、ＵｂおよびＩｐｔｈｍａｘに応じるルックアップテーブルに基づいて設定され得る。そのようなルックアップがどのように計算され得るかは、たとえばコイルの特定のインダクタンスおよび抵抗を含む特定の変圧器形状寸法に基づく、かつＰＷＭ変換器のための固定周波数に基づくシミュレーションの助けを借りて、当業者には明らかになろう。

この方法を提供するために、付加の回路網が提供される。図７はシステムを制御するために使用される回路を図示し、それは図１のものと同様であるが、高圧ＨＶダイオード（Ｄ１およびＤ２）での電圧を測定する手段を含む。電源電圧（Ｕｂａｔ）は追加的に測定され得る。システムは、一次電流Ｉｐ、二次電流Ｉｓおよびダイオードでの電圧Ｄ１、Ｄ２を測定することによって制御される。これらの測定電圧および電源電圧Ｕｂａｔに応じて、逓降（降圧）変換器のためのＰＷＭ信号のデューティサイクルが適切に制御される。一次および二次電流はシャントによって測定され、また電圧を得るために使用され得る。シャントの抵抗によっては、及び、測定値の振幅のこれによっては、値を増幅することが必要であり得る。これは演算増幅器の使用によって実現され得る。ダイオードでの高電圧は分圧器によって制御ユニットの電圧範囲に低減され−分圧器は約１，０００〜２，０００の範囲にある。電源電圧Ｕｂａｔも分圧器の使用によって測定され−ここで分圧器は約２〜２０の範囲にある。

さらには、図７における回路網は二次段で電圧を測定し、これらをたとえば、制御ユニットに記憶されてよい閾値または値と比較するために一般に使用され得る。代わりに、ＥＣＵで求められる任意の閾値または他の電圧値を信号で送るために、ＥＳＴ線が使用されてよい。

本発明の様々な態様によれば、１つまたは複数のコイル段に関する及び任意の段階のための電流または電圧パラメータが、適切なプロトコルに従ってＥＣＵから制御ユニットに送られてよい。態様によれば、このパラメータはＥＣＵから制御ユニットに送られるパルスの持続時間によって示される。単純な実施形態において、１つのパラメータが制御ユニットに送られるならば、単一のパルスがＥＳＴ線上に送られる。しかしながら、複数のパラメータがＥＣＵから送られる場合、複数のパルスが送られてよい。以下のパラメータの１つまたは複数が送られてよい：最大一次電流ピークＩｐｍａｘ；ＣＭＣモードにおける二次電流切替閾値Ｉｓｔｈ；ＣＭＣモードにおける二次電流切替振幅Ｉｓａｍｐ；二次または一次電圧。

（ダイオード保護）
さらなる態様では、本発明は、性能を高め、点火プラグ摩耗を軽減し、かつ特にダイオードＤ１およびＤ２を保護する様々な方策を提供する。これは、先行技術の点火システムに関するさらなる問題がコイル段におけるダイオードが損傷につながる高電圧を受け得ることであるためである。本発明の一態様では、ダイオードに対して保護が提供される。一般的な態様によれば、ダイオードでの電圧が検出／測定され、測定電圧の結果として適切な保護が実装される。たとえば、ダイオードでの電圧が特定の閾値に到達すれば、制御ユニットはこの電圧を検出し、かつダイオードをあまりに高い電圧から保護することになる。

上述の図７の回路網はそのような制御を提供するために使用され得る。それであらためて、図１の回路網と比較して、高圧ダイオード（Ｄ１およびＤ２）での電圧は、制御ユニットに線を設けることによって測定される。制御ユニットは、これらの電圧を測定し、必要に応じて閾値と比較する手段を含む。したがって、図７はこの態様を多段システムで実現するために使用される回路網の例も図示する；しかしながら、本発明の態様は１つの段だけを有する点火プラグ制御システムに適用され得；図７はこの態様を多段システムで実装するために使用される回路網の例を図示する。この図は、したがって二次コイル段とそれぞれのダイオードとの間に一点が接続され、かつ他点が制御ユニットに接続される２つの接続（線）を含む回路網を図示する。これらの線は、２つのダイオードでの電圧を検出／測定するように、入力される電圧を測定できる制御ユニットに、電圧を送るために使用される。

一実施形態では、制御ユニットはこれらの電圧の一方または両方が閾値を越えているかどうか判定し、もしそうならば、保護戦略を実施する。

制御を実施するために、逓降（降圧）変換器ならびに／またはスイッチＱ１およびＱ２の一方もしくは両方が制御される。

特定の保護戦略では、２つのコイル段をもつシステムとの使用のために、Ｄ１およびＤ２両方をオンに切り替え、Ｑ１およびＱ２をオフに切り替えることによって保護が実施される。次いで、Ｑ１，Ｑ２を切り替えることの結果として、ダイオードは順方向にオンに切り替えられる。

代替の戦略では、Ｑ１およびＱ２両方をオンに切り替えることによって保護が提供される。この場合、ダイオードでの電圧は次いでいわゆる「生成電圧」（ＵＭ）に制限され、ここでＵＭ＝ｕｅ＊Ｕｂ（ｕｅ＝変圧器の伝達比、Ｕｂ＝バッテリ電圧）。したがっていくつかの態様では、バッテリ電圧も判定または推定される。

２段／多段システムでは、ＣＭＣシステムは、二次側にエネルギーを送達するために２つの変圧器を使用している。それぞれ両段の初期絶縁破壊中の初充電後にダイオードにとって重大な状況が発生する。ここで、ダイオードは、両ダイオードを順方向に切り替える（Ｑ１およびＱ２はオフにする）ことによって保護される。

好ましくは、システムはこのように制御され（第１の段１をオフに切り替え、次いで段２）、そうでなければダイオードは全絶縁破壊電圧（約４０ｋＶ以上）に耐える必要があろう。初期絶縁破壊後、点火プラグの燃焼電圧は約１，０００Ｖの値に減少する（Ｕｂｕｒｎ約１，０００Ｖ）。この時点で、段１および２を切り換え始めている。オンに切り替えられないダイオードは、燃焼電圧に加えて生成電圧に耐える必要がある；すなわちＵｂｒｅａｋｍｉｎ＝Ｕｂｕｒｎ＋ｕｅ＊Ｕｂ。燃焼電圧が特別な閾値Ｕｂｕｒｎｍａｘに到達すると、ダイオードは上述の通りに保護される。従来の点火システム（多充電または単一充電）におけるダイオードは、それらが点火するときに高電圧に遭遇しないが、これはそれが順方向にオンに切り替えられるからである。いわゆる開負荷動作（出力に点火プラグが装着されていない）間およびエンジン内の乱流によって開始された点火が消されるときに、ダイオードにとって重大な状況が発生する。

一実施形態では、制御ユニットはこれらの電圧の一方または両方が閾値を越えているかどうか判定し、もしそうならば、保護戦略を実施する。

第１の保護戦略では、Ｄ１およびＤ２両方をオンに切り替え、Ｑ１およびＱ２をオフに切り替えることによって保護が実装される。次いで、これの結果として、ダイオードは順方向にオンに切り替えられる。

代替の戦略では、Ｑ１およびＱ２両方をオンに切り替えることによって保護が提供される。この場合、ダイオードでの電圧は次いでいわゆる「生成電圧」（ＵＭ）に制限され、ここでＵＭ＝ｕｅ＊Ｕｂ（ｕｅ＝変圧器の伝達比、Ｕｂ＝バッテリ電圧）。最大一次電流Ｉｐｍａｘが到達されるまでＱ１およびＱ２はオンに切り替えられ、次いでスイッチＱ１およびＱ２を交互にすることによってＣＭＣアルゴリズムが始めから開始する。ダイオードでの高電圧が検出される前のＣＭＣサイクルにおけるそれらの最後の状態に対応して、Ｑ１およびＱ２の状態は否定されることになる。

高度な実施形態では、二次コイル段の電流は、逓降（降圧）変換器ならびに／またはスイッチＱ１およびＱ２の一方もしくは両方を制御するために、制御ユニットによって測定電圧と連動して使用され得る。

（ＣＭＣ段階の終了時に二次電流ピークを低減させる）
典型的にＣＭＣ点火システムにおいて、高二次電流ピークは、図２に矢印Ａによって図示されるように、点火サイクルの終了時に二次コイルに生じられる。これは点火プラグ摩耗を増加させることになる。これを回避するために、一態様では、高電流ピークを排除するために本発明に係る様々な方法が使用される。

第１の例において、結合型多充電時間が満了したときにＱ１およびＱ２をオンに切り替えるだけでなく、逓降（降圧）変換器をオンに切り替え、Ｍ１をオンに切り替えることによって、方策が提供される。これは、しかしながら、すべてのエネルギーがコイルの一次側に放散されることになる、かつコイル内部で熱損失を増加させることになるという点で不利点を有する。この実施例は図８に図示される。

第２の形態において、方法は、結合型多充電時間の終了時に二次電流の逓減を伴う代替の方法を提供する。これはあらためて、逓降（降圧）変換器を使用して実施され得る。逓減アルゴリズムの実装は図９のフローチャートに図示される。

ステップ１で、ＣＭＣ時間が満了したあとに逓減が開始される。スイッチの一方Ｑ１／２がオンで、他方がオフである。ステップ２で、Ｍ１がオフに切り替えられ、その結果回路はバッテリから遮断される。ステップＳ３で、一次電流が求められ、二次電流閾値が実際の一次電流に応じて設定されることになる（Ｉｓｔｈ＝ｆ（ｉｐ）＝Ｉｐ／ｕｅ−Ｉｓａｍｐｒｄ）。パラメータＩｓａｍｐｒｄは制御ユニット内に記憶される固定値であり得、このパラメータは典型的に２０−８０ｍＡの範囲にある。ステップ４で、二次電流閾値が最小値Ｉｓｔｈｍｉｎと比較される。この値Ｉｓｔｈｍｉｎは点火プラグ制御ユニットに記憶されるか、またはＥＳＴ線に送られてよい。二次電流閾値があまりに低ければ（Ｉｓｔｈ＜Ｉｓｔｈｍｉｎ（約１０ｍＡ））、逓減アルゴリズムは終了となり、Ｍ１をオフにし、Ｑ１およびＱ２をオンにする。ステップ５で、スイッチＱ１がオンであるかどうか判定される。もしそうならば、ステップ６で、Ｑ１がオフに切り替えられ、Ｑ２がオンに切り替えられるようにする。もしそうでないならば、ステップＳ７で、Ｑ１がオンに切り替えられ、Ｑ２がオフに切り替えられるようにする。したがって、Ｑ１およびＱ２のそれらの実際の切替状態に応じて、それらの状態は否定されることになり、スイッチＱ１はオフに切り替えられかつＱ２はオンに、または逆もまた同じであることを意味する。

ステップＳ８で、最小切替時間の間待つ任意選択のステップがあってよい。ステップＳ９で、測定二次電流が閾値Ｉｓｔｈと比較される。測定値が閾値Ｉｓｔｈ未満であると、方法はステップ３に戻る。

この場合エネルギーは、それほど高い電流ピークと同時に激しい点火プラグ摩耗を有することなく、部分的に点火プラグ／ギャップに、さらにコイルの一次側に消失することになる。

Ｉｓａｍｐｒｄのより低い値はＱ１およびＱ２のより高速な切替周波数に帰着することになる。このパラメータは、実験的に変圧器の二次インダクタンスに応じて適合されてよい。

記載される逓減アルゴリズムの間、ＨＶダイオードでの電圧が測定され得る。この方法を提供するために、付加の回路網が提供される。図７はシステムを制御するために使用される回路を図示し、それは図１のものと同様であるが、高圧ＨＶダイオード（Ｄ１およびＤ２）での電圧を測定する手段を含む。電源電圧（Ｕｂａｔ）は追加的に測定され得る。システムは、一次電流Ｉｐ、二次電流Ｉｓおよびダイオードでの電圧Ｄ１、Ｄ２を測定することによって制御される。電圧の一方があまりに高い場合（たとえば閾値と比較される−ダイオード保護実施形態と同様に）Ｑ１、Ｑ２はオンに切り替えられかつＭ１はオフにされ、これはエネルギーが一次側に放散されることになることを意味する。

図１０は、図９のアルゴリズムが実装される一次および二次電流のトレースを図示する。内部一次電流は分流器Ｒ１で測定される電流であり、一次電流はスイッチＭ１の前で測定される。

Ｌ１ 一次インダクタンスコイル１
Ｌ２ 二次インダクタンスコイル１
Ｌ３ 一次インダクタンスコイル２
Ｌ４ 二次インダクタンスコイル２
Ｋ１ 磁気結合係数コイル１
Ｋ２ 磁気結合係数コイル２
Ｒ１ 一次電流分路抵抗器
Ｒ２ 一次電流分路抵抗器
Ｑ１ コイル段１のためのＩＧＢＴ
Ｑ２ コイル段２のためのＩＧＢＴ
ＥＣＵ エンジン制御ユニット
ＣＵ 点火コイルの制御ユニット
ＣＭＣ 結合型多充電点火
Ｉｐｔｈ ＣＭＣにおける一次電流切替閾値
Ｉｓｔｈ ＣＭＣにおける二次電流切替閾値
Ｉｐｍａｘ 初充電後の最大一次電流ピーク
Ｉｐｔｈｍａｘ 逓降（降圧）動作における最大一次電流切替閾値
Ｉｐｔｈｍｉｎ 逓降（降圧）動作における最小一次電流切替閾値
Ｉｓａｍｐ ＣＭＣ動作中の二次電流振幅
Ｉｓａｍｐｒｄ ＣＭＣ動作後の逓減サイクル中の二次電流振幅

Claims (10)

1. 点火システムを制御する方法であって、前記点火システムが、点火プラグに電流を提供するために少なくとも２つのコイル段を連続的に付勢および消勢するように前記コイル段を制御するように適合された点火プラグ制御ユニットを含み、第１の二次巻線（Ｌ２）に誘導結合される第１の一次巻線（Ｌ１）を含む第１の変圧器（Ｔ１）、第２の二次巻線（Ｌ４）に誘導結合される第２の一次巻線（Ｌ３）を含む第２の変圧器（Ｔ２）を備える２つの段を含み、前記制御ユニットが、連続点火を維持するために、２つの対応するスイッチ（Ｑ１、Ｑ２）をオンおよびオフに同時に切り替えることによって一次巻線（Ｌ１、Ｌ３）を同時に付勢および消勢すること、両対応するスイッチ（Ｑ１、Ｑ２）をオンおよびオフに順次切り替えることによって一次巻線（Ｌ１、Ｌ３）を順次付勢および消勢することを可能にされ、かつ前記制御ユニットとコイル段との間に設けられる逓降変換器段を含み、前記逓降変換器がスイッチ（Ｍ１）とダイオード（Ｄ３）とを含み、前記制御ユニットが前記スイッチ（Ｍ１）をオフに切り替えることを可能にされ、
   前記方法が、結合型多充電期間の終了時に二次電流ピークを制限する制御を提供し、結合型多充電期間の終了時に、
   ｉ）Ｍ１をオフに切り替え、
   ｉｉ）前記スイッチＱ１およびＱ２を切り替えるステップを備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   ステップｉ）の後に
   ｉｉｉ）一次電流を測定するステップを含み、ステップｉｉ）が測定一次電流に応じて実施される、方法。
3. 請求項１または２に記載の方法おいて、
   ステップｉｉ）の後に
   ｉｖ）二次電流を測定し、これを閾値と比較するステップと、
   ｖｉｉ）前記二次電流が閾値未満であると判断されると、ステップｉｉ）からｉｉｉ）を繰り返すステップを含む、方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、
   前記切替間に最小時間の間待つステップを含む、の方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   ステップｉｉｉ）が
   ａ）前記測定一次電流に応じて、二次電流閾値を設定するステップと、
   ｂ）前記閾値を最小値と比較し、二次電流閾値が前記最小値を超えていれば、前記スイッチＱ１およびＱ２を切り替えるステップとを備える、方法。
6. 請求項２から４のいずれか一項に記載の方法において、
   二次電流閾値が測定一次電流Ｉｐ、バッテリ電圧（Ｕｅ）および逓減サイクル間の二次電流振幅（Ｉｓａｍｐａｒｄ）の関数である、方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   逓減サイクル間の二次電流振幅（Ｉｓａｍｐａｒｄ）の前記値が制御ユニットに設定および記憶される、方法。
8. 請求項６または７に記載の方法において、
   前記二次電流閾値Ｉｓｔｈが式Ｉｓｔｈ＝Ｉｐ／ｕｅ−Ｉｓａｍｐｒｄに基づき、ここでＩｐは測定二次電流であり、ｕｅは変圧比である、方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法において、
   コイルの１つまたは複数の低い側の電圧が求められ、閾値と比較され、前記電圧が前記閾値を超えていれば、Ｍ１をオフに切り替え、スイッチＱ１およびＱ２の両方をオンに切り替える、方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法において、
    二次電圧を測定し、閾値と比較し、いずれかが閾値を超えていれば、Ｍ１および／またはＱ１／Ｑ２をオフに切り替えるステップを含む、方法。

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