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技术方案

一种用于AC点火系统的多路复用驱动电路，具有一个共用支路，该共用支路包括两个串联连接的开关，以及一个或多个专用支路，其中每个支路包括两个串联连接的开关。该多路复用驱动电路还包括用于一个或多个专用支路的每一个的变压器，每个变压器具有连接在一个或多个专用支路中的一个以及共用支路之间的初级绕组，每个变压器具有与火花塞并联连接的次级绕组，脉宽调制(PWM)开关控制器被构造为操作共用支路和专用支路开关以控制用于火花塞的火花放电的特性。其中开关控制器能通过监测火花放电事件发生的时间来实时进行诊断性的检查。

【技术实现步骤摘要】
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。
本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术的实施例提供了一种交流点火系统。本专利技术的这些和其他和优点，以及附加的创造性特征，将通过本专利技术下面的详细说明变得更加明显。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术的一个实施例提供了一种用于AC点火系统的多路复用驱动电路，其具有一个共用支路，该共用支路包括两个串联耦接的开关，以及一个或多个专用支路，其中每个专用支路包括两个串联耦接的开关。该AC点火系统还包括用于一个或多个专用支路中的每一个的变压器(具有两个绕组的点火线圈)，每个变压器具有耦接在一个或多个专用支路中的一个以及共用支路之间的初级绕组。另外，每个变压器具有与火花塞并联耦接的次级绕组。该AC点火系统还包括脉宽调制(PWM)开关控制器，其被构造为操作共用支路和专用支路开关以控制用于火花塞的火花放电的特性。根据另一个方面，本专利技术的一个实施例提供了一种可编程AC点火系统，其包括DC电力总线，多个火花塞，每个火花塞都与相应的变压器的次级绕组耦接。每个变压器包括具有第一端子的初级绕组，该第一端子耦接在串联耦接的相应的一对专用开关之间。该可编程AC点火系统还具有串联耦接的一对共用开关，其中每个初级绕组的第二端子连接在共用开关之间，其中共用开关和每个专用开关都耦接到DC总线。该AC点火系统具有可编程控制器，其被构造为利用脉宽调制操作共用开关和专用开关，其中控制共用开关和专用开关包括控制用于多个火花塞的火花放电特性。另外，可编程控制器能够检测系统故障。另外，可编程控制器能够基于一旦向点火系统提供能量而出现火花事件所花费的时间长度来预测火花塞故障或不能发动的情况。在结合附图考虑时，本专利技术的其他方面、目标和优点将通过下面的详细说明变得更加明显。附图说明包括在本说明书中作为本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的几个方面，并和说明书一起用于说明本专利技术的原理。图中：图1是根据本专利技术一个实施例，具有多路复用驱动电路的AC点火系统模块的示意图；和图2A和2B是定时图表，示出了在图1点火系统的示例性操作期间的基本电压和电流波形；图3是根据本专利技术一个实施例，具有多路复用驱动电路的16通道AC点火系统的框图。图4是用于可编程控制系统的电路图。图5包括多个定时图表，示出了在图4的点火系统的示例性操作期间的基本电压和电流波形。图6示出了图4中电路的特定方面的示例性操作。图7包括多个定时图表，示出了图4中电路以图6所示的方式运行时的示例性操作期间的基本电压和电流波形。图8示出了当图4的电路出现电路故障时的一个特定方面的操作。图9包括多个定时图表，示出了图4中电路以图8所示的方式运行时的操作期间的基本电压和电流波形。图10示出了对于不同的击穿电压，流过AC点火系统的初级线圈的电流图表。尽管将要参照特定优选实施例描述本专利技术，但是并不意味着将本专利技术限制为这些实施例。相反地，在所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内，该意图将包含全部可选方案、变型和等价方式。具体实施方式图1示出了根据本专利技术一个实施例的示例性交流(AC)点火系统模块100，其具有多路复用驱动电路101。点火系统模块100可被构造为3通道的(即，与三个火花塞连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流AC点火装置，包括：开关网络，被构造为半桥型结构；点火变压器，具有作为开关网络的负载而附连的初级线圈；控制器，被构造为控制开关网络；比较器网络，被构造为将AC点火系统参数与参考参数进行比较；其中比较结果指示控制器如何操作开关网络。

【技术特征摘要】
2011.07.01 US 13/175,3111.一种交流AC点火装置，包括：开关网络，被构造为半桥型结构；点火变压器，具有作为开关网络的负载而附连的初级线圈；控制器，被构造为控制开关网络；比较器网络，被构造为将AC点火系统参数与参考参数进行比较；其中比较结果指示控制器如何操作开关网络。2.如权利要求1所述的AC点火装置，其中在比较器网络中进行比较的系统参数和参考参数是电压。3.如权利要求1所述的AC点火装置，其中由控制器产生所述参考参数。4.如权利要求1所述的AC点火装置，其中控制器被构造为设定指令值，该指令值指示流过点火变压器的初级线圈的峰值电流。5.如权利要求4所述的AC点火装置，其中控制器被构造为即时改变指令值。6.如权利要求1所述的AC点火装置，其中还包括电源和电流传感器，电流传感器被构造在电源和开关网络之间，电流传感器被构造为提供与被从电源汲取到开关网络的电流有关的系统参数。7.如权利要求6所述的AC点火装置，其中比较器网络的输出是向控制器的输入。8.如权利要求7所述的AC点火装置，其中控制器监测比较器网络确定流过点火变压器的初级线圈的电流已经达到低点值和中点值的时间，该低点值和中点值由参考参数指示。9.如权利要求7所述的AC点火装置，其中控制器监测与参考参数相比从电源汲取过量电流的情况。10.如权利要求1所述的AC点火装置，其中点火变压器的次级线圈与火花塞连接，其中控制器监测从AC点火装置被启动的时刻到流过点火变压器的初级线圈的电流达到指令电流水平时所花的时间量，然后该时间量用于与火花塞何时放电相关联。11.如权利要求1所述的AC点火装置，其中被构造为半桥型结构的开关网络包括对于电压为单向且对于电流为双向的开关。12.一种用于控制点火系统的方法，包括如下步骤：测量初始点火循环的系统参数；将系统参数与点火系统的参考参数进行比较；如果系统参数与参考参数的比较结果显示在开关网络的负载中已经达到峰值电流，则改变开关网络的操作状态；其中改变开关网络的操作状态的步骤触发开关网络的负载中一个随后的电流循环。13.如权利要求12所述的方法，还包括改变设定开关网络的负载中的峰值电流的指令值的参考参数的步骤。14.如权利要求12所述的方法，其中参考参数是与开关网络的负载中的低电流值相应的理想电压，开关网络的负载中的理想低电流和理想峰值电流之间的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·帕楚斯卡，D·K·斯图沃特，M·L·瓦格纳，G·M·埃博哈特，
申请(专利权)人：伍德沃德公司，
类型：发明
国别省市：