用于控制每火花塞具有至少两个线圈的多电荷点火系统的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种点火系统和控制火花塞的方法。它特别地但非排他地应用于适于提供连续火花的系统，例如，多火花塞点火系统。


背景技术：

2.已经开发了使用非常稀薄的空气-燃料混合物的点火发动机，即，具有较高的空气组成以减少燃料消耗和排放。为了提供安全点火，有必要具有高能量点火源。现有技术系统通常使用具有有限火花持续时间和能量输出的大、高能量、单火花点火线圈。为了克服这种限制，并且还为了减小点火系统的尺寸，已经开发了多电荷点火系统。多电荷系统产生个体火花的快速序列，使得输出是长的准连续火花。
3.本技术人的专利申请ep 17716869.7描述了cmc系统的操作方法和装置。
4.在此，并且在更常规的技术中，对电路中的二极管的保护是经由直接测量来执行的。该直接测量需要高电压电阻器，该高电压电阻器必须被放置在环氧树脂内并且必须经由到电子组装板的连接来访问。这种电阻器位于硬环氧树脂中是不理想的，这使得它们有易于出现故障的风险。另一个缺点是电路的生产在生产中需要附加的工艺步骤。此外，它需要在电子装置与变压器之间的两个附加连接。
5.本发明的一个目的是提供克服上述问题的改进的电路。
6.在一个方面中，提供了一种多电荷点火系统，所述多电荷点火系统包括火花塞控制单元(13)，所述火花塞控制单元(13)适于控制至少两个线圈级，以便连续地激励(energise)和去激励(de-energise)所述线圈级以向火花塞提供电流，所述两个级包括：第一变压器(t1)，所述第一变压器(t1)包括电感耦合到第一次级绕组(l2)的第一初级绕组(l1)；第二变压器(t2)，所述第二变压器(t2)包括电感耦合到第二次级绕组(l4)的第二初级绕组(l3)；第一开关q1，所述第一开关q1电连接在所述第一初级绕组l1的低侧与低侧/地之间；第二开关q2，所述第二开关q2具有到所述第二初级绕组l3的所述低侧的连接；并且所述多电荷点火系统包括：第一二极管d1，所述第一二极管d1电连接在所述第一次级绕组l3的所述低侧与接地之间，以及第二二极管d2，所述第二二极管d2连接到所述第二次级绕组l4的所述低侧与接地之间的点；并且所述多电荷点火系统包括：用于测量所述第一开关与所述l1的低侧之间的第一连接点(203a)处的电压和/或所述第二开关与所述l3的低侧之间的第二连接点(203b)处的电压的装置，以及根据所测量的电压控制所述系统的操作的装置。
7.该系统可以包括比较器装置，所述比较器装置适于将所述第一连接点和/或所述第二连接点处的所述电压与阈值进行比较。
8.所述第一开关可以包括第一晶体管q1，所述第一晶体管q1的集电极和发射极连接在所述l1的低侧与接地之间。
9.所述第二开关可以包括第二晶体管，所述第二晶体管的集电极和发射极连接在所
述l3的低侧与接地之间。
10.所述第一晶体管的所述集电极连接到所述l1的低侧，所述第一连接点位于所述第一晶体管的集电极与所述l1的低侧之间，和/或所述第二晶体管的所述集电极连接到所述l3的低侧，所述第二连接点位于所述第二晶体管的集电极与所述l3的低侧之间。
11.所述第二开关q2连接在所述l3的低侧与控制单元之间。
12.所述连接点中的任一者或两者连接到比较器装置。
13.所述比较器装置适于将所述第一连接点和/或所述第二连接点处的电压与阈值进行比较。
14.所述阈值处于udthmax/ue)的范围内，其中，udthmax是并且ue是对应二极管直接连接到的对应变压器的次级绕组与初级绕组之间的ue绕组比，并且udthmax＝该二极管的高电压二极管切换阈值。
15.该系统可以包括第三开关m1，所述第三开关m1连接在电源与所述第一初级绕组l1的所述高侧之间。
16.该系统可以包括：第四开关m2，所述第四开关m2电连接在所述第二开关(例如，所述第二开关的发射极)与接地之间；以及第五开关m3，所述第五开关m3电连接在所述第二开关q2与所述第四开关m2之间的点以及所述第三开关m1与所述第一初级线圈的所述高侧之间的点之间。
17.该系统可以被配置成使得如果在所述第一连接点或所述第二连接点中的一者或更多者处测得的电压高于所述阈值，则所述系统被配置成执行以下各项中的任一项：对一个或两个变压器进行再充电；对一个或两个变压器进行放电；对一个变压器进行再充电/放电并将另一个变压器置于续流状态；将两个变压器都置于续流状态。
18.在另一个方面中，提供了一种控制多电荷点火系统的方法，所述系统包括火花塞控制单元，所述火花塞控制单元适于控制至少两个线圈级，以便连续地激励和去激励所述线圈级以向火花塞提供电流，所述两个级包括：第一变压器(t1)，所述第一变压器(t1)包括电感耦合到第一次级绕组(l2)的第一初级绕组(l1)；第二变压器(t2)，所述第二变压器(t2)包括电感耦合到第二次级绕组(l4)的第二初级绕组(l3)；第一开关q1，所述第一开关q1电连接在所述第一初级绕组l1的低侧与低侧/地之间；第二开关q2，所述第二开关q2连接到所述第二初级绕组l3的所述低侧；并且所述多电荷点火系统包括：第一二极管d1，所述第一二极管d1位于所述第一次级绕组l3的所述低侧与接地之间，以及第二二极管d2，所述第二二极管d2连接到所述第二次级绕组l4的所述低侧与接地之间的点，并且所述方法包括：
19.a)测量所述第一开关与所述l1的低侧之间的第一连接点(203a)处的所述电压和/或所述第二开关与所述l3的低侧之间的第二连接点(203b)处的所述电压；
20.b)根据所测量的电压来控制所述系统的操作。
21.该方法可以包括将所述第一连接点和/或所述第二连接点处的所述电压与阈值进行比较的步骤。
22.第一开关可以包括第一晶体管，所述第一晶体管的集电极和发射极连接在所述l1的低侧与接地之间。
23.所述第二开关可以包括第二晶体管，所述第二晶体管的集电极和发射极连接在所述l3的低侧与接地之间。
24.所述第一晶体管的集电极连接到所述l1的低侧，所述第一连接点位于所述第一晶体管的所述集电极与所述l1的低侧之间，和/或所述第二晶体管的集电极连接到所述l3的低侧，所述第二连接点位于所述第二晶体管的集电极与所述l3的低侧之间。
25.所述第二开关q2连接在所述l3的低侧与控制单元之间。
26.可以存在连接在电源与所述第一初级绕组l1的所述高侧之间的第三开关m1。
27.可以存在位于所述第二开关(例如，所述第二开关的发射极)与接地之间的第四开关m2；以及电连接在所述第二开关q2与所述第四开关m2之间的点以及所述第三开关m1与所述第一初级线圈的所述高侧之间的点之间的第五开关m3。
28.所述阈值优选地处于udthmax/ue)的范围内，其中，udthmax是并且ue是对应二极管直接连接到的对应变压器的次级绕组与初级绕组之间的ue绕组比，并且udthmax＝该二极管的高电压二极管切换阈值。
29.步骤b)可以包括确定在所述第一连接点或所述第二连接点中的一者或更多者处测得的电压是否高于所述阈值，然后控制所述系统以执行以下各项中的任一项：对一个或两个变压器进行再充电；对一个或两个变压器进行放电；对一个变压器进行再充电/放电并将另一个变压器置于续流状态；将两个变压器都置于续流状态。
30.步骤a)仅在所述变压器发生切换之后的预设消隐时间之后在cmc模式期间实现。
31.短语例如“连接到所述第二次级绕组l4的低侧与接地之间的点”应当被解释为包括在二极管连接与接地之间存在例如电阻器的情况。
附图说明
32.现在将通过示例并参考以下附图来描述本发明，其中：
33.图1示出了现有技术的耦合多电荷点火系统的电路；
34.图2示出了图1系统针对初级电流和次级电流、est信号以及线圈1开关和线圈2开关“接通”时间的时间线；
35.图3a示出了根据一个示例的耦合多电荷系统的电路，并且图3b示出了具有优选开关的另选示例；
36.图4a至图4f示出了在优选实施方式中的操作示例的方法的流程图；
37.图5示出了操作表；
38.图6再次示出了示出二极管电阻器的现有技术；
39.图7示出了本发明的示例；
40.图8示出了本发明的另一示例。
具体实施方式
41.图1示出了现有技术的耦合多电荷点火系统的电路，该电路用于在宽范围的燃烧电压上产生连续点火火花，该燃烧电压服务于火花塞11中的单组间隙电极，该火花塞11例如可以与内燃机(未示出)的单个燃烧气缸相关联。cmc系统使用包括初级绕组l1、l2的快速充电点火线圈(l1至l4)来生成所需的高dc电压。l1和l2缠绕在公共芯k1上，从而形成第一变压器(线圈级)，而缠绕在另一公共芯k2上的次级绕组l3、l4形成第二变压器(线圈级)。第一初级20绕组l1和第二初级绕组l1、l3的两个线圈端可以通过电开关q1、q2交替地切换到
公共接地，例如汽车的底盘接地。这些开关q1、q2优选地是绝缘栅双极型晶体管。电阻器r1可以可选地存在用于测量从初级侧流动并且连接在开关q1、q2与接地之间的初级电流ip，而可选电阻器r2用于测量从次级侧流动并且连接在二极管d1、d2与接地之间的次级电流is。
42.次级绕组l2、l4的低压端可以通过高电压二极管d1、d2耦合到汽车的公共接地或底盘接地。次级点火绕组l2、l4的高电压端通过常规装置耦合到火花塞11中的一对间隙电极中的一个电极。火花塞11中的另一电极通常也通过火花塞与发动机机体的螺纹接合而耦合到公共接地。初级绕组l1、l3连接到公共激励电位，该公共激励电位可以对应于标称12v汽车电气系统中的常规汽车系统电压，并且在图中是电池的正电压。电荷电流可以由控制开关q1、q2的状态的电子控制电路13来监测。控制电路13例如响应于由ecu供应的发动机火花正时(engine spark timing，est)信号，以分别通过开关q1和q2将初级绕组l1和l2选择性地耦合到系统接地，所述开关q1和q2分别由信号igbt1和igbt2控制。测得的初级电流ip和次级电流is可以被发送到控制单元13。有利地，电池15的公共激励电位通过点火开关m1在与接地端相对的端处耦合到初级绕组l1、l3。开关m1优选地是mosfet晶体管。二极管d3或任何其它半导体开关(例如mosfet)耦合到晶体管m1以形成降压转换器。控制单元13能够借助于信号fet关断开关m1。当m1关断时，二极管d3或任何其它半导体开关将接通，反之亦然。
43.在现有技术的操作中，控制电路13可操作以跨间隙电极上提供扩展的连续高能弧。在第一步骤期间，开关m1、q1和q2都接通，使得电源15的输送能量被存储在两个变压器(t1、t2)的磁路中。在第二步骤期间，借助于开关q1和q2同时断开两个初级绕组。在变压器的次级侧感应到高电压，并通过火花塞11的间隙电极产生点火火花。在第三步骤期间，在两个变压器(t1、t2)都输送能量的最小燃烧时间之后，开关q1接通并且开关q2关断(反之亦然)。这意味着第一变压器(l1、l2)将能量存储到其磁路中而第二变压器(l3、l4)将能量输送到火花塞(反之亦然)。在第四步骤期间，当初级电流ip增加超过限值(ipmax)时，控制单元检测到它并关断晶体管m1。被接通(q1或q2)的变压器(l1、l2或l3、l4)中存储的能量促使电流通过二极管d3(降压拓扑)，使得变压器不能进入磁饱和，其能量受到限制。优选地，晶体管m1将永久地导通和截止，以将变压器中的能量保持在恒定电平。在第五步骤期间，刚好在次级电流is没有达到次级电流阈值电平(ismin)之后，开关q1关断并且开关q2接通(或反之亦然)。然后，只要控制单元关断开关q1和q2，就通过顺序地接通和关断q1和q2来重复步骤3至步骤5。
44.图2示出了点火系统电流的时间线。图2a示出了表示初级电流ip沿时间的轨迹。图2b示出了次级电流is。图2c示出了est线上的信号，该信号从ecu被发送到点火系统控制单元并指示点火时间。在步骤1(即，m1、q1和q2接通)期间，初级电流ip随着变压器中的能量存储而快速增加。在步骤2(即，q1和q2关断)期间，次级电流is增加并且感应高电压以便通过火花塞的间隙电极产生点火火花。在步骤3期间，即顺序地接通和关断q1和q2，以便保持火花以及存储在变压器中的能量。在步骤4期间，在初级电流ip与限值ipth之间进行比较。当ip超过ipth时，m1被关断，从而“接通的”变压器不能通过限制其存储的能量而进入磁饱和。开关m1以这种方式接通和关断，使得初级电流ip稳定在受控范围内。在步骤5期间，在次级电流is与次级电流阈值电平isth之间进行比较。如果is《isth，则q1关断而q2接通(或反之亦然)。然后，只要控制单元关断q1和q2两者，就通过顺序地接通和关断q1和q2来重复步骤3
至步骤5。由于两个变压器的交替充电和放电，点火系统输送连续的点火火焰。以上描述了现有技术点火系统的电路和操作以提供本发明的背景。在本发明的一些方面中，可以使用上述电路。本发明提供了各种解决方案以增强性能并减少火花塞磨损。图2d和图2e示出了相应的线圈根据接通和关断时间的工作状态。
45.图3a示出了另选的示意性电路，其类似于图1的电路。为了更清楚，电路的初级侧与电路的次级侧分开示出，即初级线圈与次级线圈分开示出。然而，应当理解的是，图中所示的两个芯k1和k2各自被表示两次，但实际上每个芯仅有一个；电感器线圈l1和l2共享同一公共芯k1，l3和l4共享同一公共芯k2。
46.在该示例中，电源开关m1的位置类似于图1中的m1。该开关位于电源(例如，电池)的高侧与线圈l1的高侧之间。电感器线圈l1和l3的低侧经由开关q1和q2连接到接地。另一个电源开关连接在电感器l1的高侧与电感器l3的低侧之间。另一个电源开关m2将开关q2连接到地。
47.在次级侧上，并联布置的两个次级线圈各自具有经由分流电阻器r2将线圈的低侧串联连接到地的二极管，r2用于测量次级电流。
48.开关m1、m2、m3、q1或q2中的任一者可以由ecu和/或火花控制单元(未示出)控制。
49.该电路仅需要一个附加的电源开关，而不是如wo2017/081007中所述的具有两个附加的电源开关。两个变压器对称地连接到电池。
50.图3b示出了具有优选开关的另选示例。
51.该电路可以包括用于测量高电压hv二极管(d1和d2)处的电压的装置，尽管这是可选的，但是可以附加地和可选地测量电源电压(ubat)。
52.根据示例(例如图3a和图3b)的电路的操作可以参考附图的流程图如下实现。同样在说明书的末尾是缩写/定义的列表。
53.a)主回路
54.图4a示出了主回路的流程图。
55.在开始时，所有电源开关都关断。线圈在回路中等待来自ecu的控制信号(est信号)。当est为高时，“初始电荷”开始。然后，处理进行到初始电荷处理。
56.b)初始电荷
57.图4b示出了该阶段的流程图。对于初始电荷，两个线圈级串联连接：q1、q2、m3接通：电流流过l3、l1和r1。该能量存储在两个变压器中。如果电流太高，则经由r1测量初级电流，两个igbt都被关断作为安全功能(feature)。检测tdwell时间，如果该时间太长，则两个igbt都被关断；这是安全功能。cmc线圈的典型tdwell时间在600μs至1400μs之间。只要ecu的est信号为高，两个变压器都被充电。在下降沿处：
58.i)首先，对最大初级电流(ipmax)进行采样，并且将次级电流阈值设定为ipmax的函数。isth＝ipmax/2/ue－dis，而dis是在～30ma至80ma之间的值；
59.ii)igbt q1和q2两者都被关断。此时，次级侧上的高电压被感应。生成点火火花；
60.iii)需要小的延迟时间来生成稳健的火花(20μs至50μs)，启动cmc循环计时器。cmc计时器的典型值在500μs(在高rpm时)至15ms(在低rpm时，例如，冷启动)之间；
61.iv)转至下一步骤，即“multilgbtnxt”。
62.c)multilgbtnxt
63.图4c示出了该阶段的流程图。在每个切换循环之间使用该程序部分。该系统的主要目标是保持连续的次级电流，并以此在两个所述特性之间进行切换：
64.·
线圈1正在充电，并且线圈2正在点火：q1、m1接通，并且q2、m2、m3关断；
65.·
线圈1正在点火，并且线圈2正在充电：q1、m1、m3关断，并且q2、m2接通。
66.采取以下步骤：
67.i)检查cmc循环是否完成。cmc循环可以经由ecu接口或经由计时器(cmc计时器)的线圈的cu来完成。如果完成，则转至“multilgbtend”；
68.ii)需要识别切换操作。igbt q1是否接通？这意味着第一个cmc循环始终以线圈级1开始；
69.iii)两个可能性：
70.如果q1关断，则对线圈1进行充电并对线圈2进行点火：q1、m1接通，并且q2、m2、m3关断。启动多计时器(multitimer)，这是限制cmc切换频率所需的；
71.如果q1接通，则对线圈1进行点火并对线圈2进行充电：q1、m1、m3关断，并且q2、m2接通。启动多计时器，这是限制cmc切换频率所需的；
72.iv)进入multilgbtxloop阶段。
73.d)multilgbtxloop
74.图4d示出了该阶段的流程图。该阶段的主要目的是测量不同的电流和电压，并且如果相应的值超出范围则对其作出反应。
75.i)监测二极管处的电压。如果电压过高，则继续进行“multilgbtoff”(对两个线圈进行再充电以保护hv二极管)
76.ii)检测初级电流ip：
77.a.高于ipthcmc的ip过高则进行到“ipmaxstepdown”阶段，其限制初级电流，然后转至步骤iii)。ipthcmc的值通常处于15a至35a之间的范围内；
78.b.转至步骤iii)。
79.iii)检查多计时器，如果计时器已经达到可调节时间，则转至步骤i)，否则转至步骤iv)。多计时器的典型时间在80μs至500μs之间的范围内。
80.iv)检查次级电流is是否低于阈值isth：
81.a.如果否，转至步骤i)；
82.b.如果是，转至具有mulilgbtnxt(切换线圈级)的步骤v)。
83.v)次级电流阈值isth被设定为所测量的最大电流ipmax的函数。然后转至
84.mulilgbtnxt阶段(切换线圈级)。
85.e)multilgbtoff
86.图4e示出了该阶段的流程图。当hv二极管处的电压太高时，该阶段起始，并且需要通过接通两个变压器来保护电压太高的hv二极管。这类似于初始电荷阶段。i)两个线圈级串联连接：q1、q2、m3接通，并且m1、m2关断：电流流过l3、l1和r1。该能量存储在两个变压器中。经由r1测量初级电流。
87.ii)检测初级电流ip：
88.a.ip高于ipth1，则转至步骤iii)。ipth1在15a至35a之间的范围内；
89.b.只要初级电流达到限制，则对两个线圈进行再充电。
90.iii)对最大初级电流(ipmax)进行采样，并且将次级电流阈值设定为ipmax的函数。isth＝ipmax/2/ue－dis，而dis是在～30ma至80ma之间的值。
91.iv)igbt q1和q2两者都被关断。此时，次级侧上的高电压被感应。生成点火火花。
92.v)需要小的延迟时间来生成稳健的火花(20μs至50μs)。
93.vi)转至mulilgbtnxt阶段(切换线圈级)。
94.f)multilgbtend
95.图4f示出了“multilgbtend”阶段的流程图。在此，次级电流斜降至零，这需要使火花塞磨损最小化。采取以下步骤：
96.i)如果用于斜降的次级电流阈值isth低于最小次级电流阈值，则转至主(main)
97.(图4a)。
98.ii)哪个igbt接通？
99.a.q1关断：开关q1、m2、m3接通，并且q2、m1关断。因此，线圈1点火，而线圈2处于续流模式(freewheeling mode)，并且电流流过l3、q2、m3、m1；
100.b.q1接通：开关q2、m1、m3接通，并且q1、m2关断。因此，线圈2点火，而线圈1处于续流模式，则电流流过l1、q1、m3、m2。
101.iii)等待，直到次级电流is低于isth，然后转至步骤iv)。
102.iv)新的次级电流阈值isth(n)依赖于所述旧的isth(n－1)的值来设定：
103.isth(n)＝isth(n-1)-dis，而dis处于20ma至50ma的范围内。
104.g)ipmaxstepdown
105.图4g示出了ipmaxstepdown阶段。需要该功能/阶段来将初级电流限制到最大值。在该模式中，电流在续流路径中流动，并且利用该功能使电流受到限制，并且利用该功能来存储能量。该功能在cmc循环期间被调用，其中一个线圈被充电而另一个线圈被放电/点火。
106.1.哪个igbt接通？
107.a.q1关断：
108.i.通过接通开关q2、m1和m3将线圈2切换到降压模式；
109.ii.经由pwm信号切换m2和m3，只要cmc循环切换到下一级(multilgbtnxt)，pwm信号就接通。
110.b.q1接通：
111.i.通过接通开关q1、m2和m3将线圈1切换到降压模式；
112.ii.经由pwm信号切换m1和m3，只要cmc循环切换到下一级(multilgbtnxt)，pwm信号就接通。
113.下图5的表显示了正时(timing)：当q1分别接通时，在降压状态内切换(t)m1和m3。当q2接通时在降压状态内切换m2和m3。“multilgbtnxt”是指cmc模式(多电荷模式)。
114.控制概要
115.下面示出了用于显著阶段的开关控制的概要。
116.a)最初，所有开关在开始时都是关断的，然而这里重要的仅是没有电源电流流入电路(没有闭合电路)q1、q2、m1、m2、m3全部关断；
117.b)对于初始斜升，我们将q1/q2/m3接通，m1/m2关断(在tdwell计时器上启动)；
118.c)然后我们将所有的开关都关断，而最重要的一个是q1和q2，它们必须关断。其它
开关必须以没有短路的方式切换；
119.d)对于cmc模式，开关从以下项(在以下项之间)变动(move)：q1/m1接通，q2/m2/m3关断，并且q1/m1/m3关断，q2、m2接通。
120.l1－初级电感线圈1
121.l2－次级电感线圈1
122.l3－初级电感线圈2
123.l4－次级电感线圈2
124.k1－磁耦合系数线圈1
125.k2－磁耦合系数线圈2
126.r1－初级电流分流电阻器
127.r2－初级电流分流电阻器
128.q1－线圈级1的igbt
129.q2－线圈级2的igbt
130.d1－高电压二极管线圈1
131.d2－高电压二极管线圈2
132.m1－电源开关(mosfet)，降压开关线圈2
133.m2－电源开关(mosfet)，降压开关线圈1
134.m3－电源开关(mosfet)，串联连接和降压开关
135.ue－次级绕组与初级绕组之间的绕组比
136.ub－电池电压
137.us－次级电压，火花塞电压
138.ud－高电压二极管电压
139.udthmax－高电压二极管切换阈值电压
140.ecu－发动机控制单元
141.est－发动机火花正时，来自ecu的控制信号的通用名称
142.cu－点火线圈控制单元
143.cmc－耦合多电荷点火
144.ipth－cmc中的初级电流切换阈值
145.ipth1－初始电荷期间的初级电流切换阈值
146.isth－cmc中的次级电流切换阈值
147.ipmax－在初始电荷之后的最大初级电流峰值
148.ipthmax－在降压操作中的最大初级电流切换阈值
149.pwm－脉冲宽度调制
150.‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
151.发明描述
152.hv二极管d1和d2具有～7kv的击穿电压。必须测量二极管处的电压以避免对这些二极管的任何损坏。经由测量电压，控制电路可对过高电压作出反应，并通过切换初级侧上的功率半导体来限制二极管处的电压。
153.这意味着可以实现：
154.1.通过对变压器放电，q1和q2必须关断。这利用两个变压器中的剩余能量沿正向方向导通二极管。
155.2.通过对两个变压器进行再充电，将两个二极管切换到非导通状态(关断状态)－在此状态下，二极管仅看到ub*ue～2kv的电压：
156.a.通过接通q1、q2、m3和关断m1、m2；
157.b.通过接通m1、q1、m2、q2接通和关断m3；
158.3.通过对一个变压器进行再充电并将另一个变压器切换到续流状态(非优选选项)：
159.a.通过接通q1、q2、m2、m3、q1和关断m1；
160.b.通过接通q1、q2、m1、m3接通和关断m2；
161.例如，如果点火火花被点火室内的湍流吹出，则在二极管处可能出现高电压。
162.图6再次示出了现有技术电路，其中相同的附图标记表示与之前相同的部件。虚线框示出了变压器腔，因此示出了腔内的那些部件。
163.可以看出，有两个二极管电阻器rd1和rd2，rd1和rd2的一端电连接到相应的线圈l2和l4，并且rd1和rd2各自具有连接202a和202b，以用于连接到电子设备/或用于控制目的，以测量二极管处的电压。因此，需要电阻器rd1和rd2，它们是位于环氧树脂内的高电压电阻器，并且必须专门连接到电子电路。
164.如上所述，这种直接测量需要高电压的电阻器，该电阻器必须放置在环氧树脂内，并且必须经由与电子部件板的连接来访问。这种电阻器位于硬环氧树脂中是不理想的，这使得它们易于出现故障的风险。另一个缺点是电路的生产在生产中需要附加的工艺步骤。此外，它需要电子装置与变压器之间的两个附加连接202a/202b。在图6中，应当注意，在组装/制造阶段之前已经存在的部件上的端子(连接)由小的空心圆示出，并且需要为电路定制的连接由完整的小圆圈示出。
165.在本发明的示例中，不是直接在二极管处测量电压，而是经由在例如igbt的q1和q2的集电极端子(图7的点203a和203b)处测量的(次级)电压来间接地确定电压。图7示出了根据本发明一个示例的电路。它类似于图6的现有技术电路，除了省略了二极管电阻器rd1和rd2以及为此所必需的端子连接。
166.相反，在分别位于q1和q2的集电极端子处的点203a和点203b处测量电压。
167.偶然地，在这两个点203a和203b处已经存在集电极点/端子，并且在示例中，这两个点连接到所提供的附加电路(未示出)，在该附加电路中可以将电压与例如适当的阈值进行比较(例如，通过比较器装置)来用于确定在二极管d1和d2处(在等效点202a和202b处)是否存在过高的电压。
168.因此，换句话说，来自这些连接点的线被提供并连接到用于测量这些点处的电压的装置。应当注意，在图中，用空心圆表示的连接点是已经存在于电路中的连接点，即，已经存在连接端子，因此可以容易地制造到电压测量电路的连接线或线路。
169.所测量的/与阈值进行比较的点203a和203b处的电压被表示为u
cmq1
和u
cmq2
。
170.这些点处的电压测量可以用于确定或推断点202a和202b处的电压。可以将在这些点处测量的电压与阈值进行比较，并相应地设定u
cmq1
和u
cmq2
的阈值。技术人员将明白点
202a、202b和点203a、203b处的电压之间的关系，以便例如如下地确定合适的阈值：
171.u
cmqn
＝ub
urn
/ue+ub
172.u
nm
＝ub*ue+us(n＝1,2)
173.其中，us＝火花塞处的次级电压；
174.u
nm
是适当高电压二极管(n＝二极管1、2)处的电压；
175.ue是次级绕组与初级绕组之间的绕组比。
176.在示例中，值u
dthmax
＝高电压二极管切换阈值。
177.在cmc操作中，当变压器t1(l1/l2)正在放电时可以测量u
cmq1
，而当变压器t2(l2/l4)正在放电时可以测量u
cmq2
。
178.如果所测量的电压u
cmq1
或u
cmq2
高于阈值，则这可以被设定为udthmax/ue)的值或接近udthmax/ue)的值，则系统的控制使得两个变压器都被再充电，两个都被放电，或者一个被再充电而另一个处于续流状态，例如如上所述的multilgbtoff事件。
179.1.控制使得两个变压器都被再充电可以通过以下选项来实现。通过使变压器放电，q1和q2必须被关断。这利用两个变压器中的剩余能量沿正向方向导通二极管。m1/m2m3可以处于任何状态。
180.2.通过对两个变压器进行再充电，将两个二极管切换到非导通状态(关断状态)。在此状态下，二极管仅看到ub*ue～2kv的电压：
181.a.通过接通q1、q2、m3，并且关断m1、m2；
182.b.通过接通m1、q1、m2、q2，并且关断m3。
183.3.通过对一个变压器进行再充电，并将另一个变压器切换到续流状态(非优选选项)：
184.a)通过接通q1、q2、m2、m3，并且关断m1；
185.b)通过开关q1、q2、m1、m3，并且关断m2。
186.如此概括变压器放电的可能性：
187.1)q1和o2关断，所有其他开关可以断开或闭合(优选方式)；
188.2)q1关断，所有其他开关可以断开或闭合(缺点：两个变压器的反射电压累积)
189.3)q1和m2断开，所有其它开关可以断开或闭合(缺点：m2必须承受更高的电压，几百伏而不是～40伏。
190.然而，必须避免短路：m1、m2、m3不能同时闭合。
191.可调节的阈值电压可以被调节到在hv二极管d1和d2的击穿电压范围内的适当/等效阈值。在14v的电池电压下，二极管的击穿电压处于约7kv的范围内。
192.本发明的构思也可以应用于诸如图1中的标准现有技术电路。图1的电路还包括连接在l2与d1之间以及还连接在l4与d2之间的点的二极管电阻器(图1中未示出)。图8示出了本发明的示例，其中该电路总体上与具有相同编号的部件的图1的图相同。存在从连接点203a和203b传到电压测量电路(未示出)的线，如粗箭头所示。点203a电气地位于晶体管(的集电极)q1与l1的低侧之间；并且点203b电气地位于晶体管(的集电极)q2与l3的低侧之间，类似于图7。
193.同样，点203a和203b处的电压被表示为u
cmq1
和u
cmq2
。这些点处的电压测量可以用于确定或推断点202a和202b处的电压。在这些点203a和203b处测量的电压可以与阈值进行比
较，并且相应地设定阈值。本领域技术人员将明白点202a、202b和点203a、203b处的电压之间的关系，以便如前所述确定适当的阈值。
194.因此再次概括地，在操作中，如果在任何阶段测量到电压，如果所测量的电压高于阈值(这可以被设定为udthmax/ue的值或接近udthmax/ue的值)，则通过切换初级侧上的功率半导体，可以限制二极管处的电压：这可通过以下选项实现：
195.1)对变压器进行放电：
196.a.q1和q2关断
197.2)对变压器进行再放电：
198.a.q1、q2和m1接通
199.3)使变压器空转：
200.a.q1、q2、d3接通，m1关断
201.如果发生变压器的切换(如上所述的multilgbnxt)，则需要最小的消隐时间，在该消隐时间之后，在控制回路中检查二极管电压。该消隐时间需要将由切换过程(变压器的漏电感)引起的电压尖峰消隐。所需的消隐时间处于10毫秒至20毫秒的范围内。在消隐时间期间，所有开关保持未接触，这意味着变压器被切换，消隐时间开始，在该时间期间，不检查模拟值(ud，ip，is)。
202.间接测量克服了上述问题并节省了一些部件/连接。不需要hv二极管电阻器；到电子板的两个连接是冗余的；在电路板上，检测需要类似数量的部件。
203.两种测量方法(直接/间接)都需要信号的一些改变，因此，对于这两种方法，所使用的hv二极管需要一些雪崩能力。由于变压器的附加(寄生)特性，延迟时间可能导致hv二极管处更长的雪崩时间，这可以导致二极管内部更高的功率耗散。

技术特征：
1.一种多电荷点火系统，所述多电荷点火系统包括火花塞控制单元(13)，所述火花塞控制单元(13)适于控制至少两个线圈级，以便连续地激励和去激励所述线圈级以向火花塞提供电流，所述两个级包括：第一变压器(t1)，所述第一变压器(t1)包括电感耦合到第一次级绕组(l2)的第一初级绕组(l1)；第二变压器(t2)，所述第二变压器(t2)包括电感耦合到第二次级绕组(l4)的第二初级绕组(l3)；第一开关q1，所述第一开关q1电连接在所述第一初级绕组l1的低侧与低侧/地之间；第二开关q2，所述第二开关q2具有到所述第二初级绕组l3的所述低侧的连接；并且所述多电荷点火系统包括：第一二极管d1，所述第一二极管d1电连接在所述第一次级绕组l3的所述低侧与接地之间；以及第二二极管d2，所述第二二极管d2连接到所述第二次级绕组l4的所述低侧与接地之间的点；并且所述多电荷点火系统包括：用于测量所述第一开关与所述l1的低侧之间的第一连接点(203a)处的电压和/或所述第二开关与所述l3的低侧之间的第二连接点(203b)处的电压的装置；以及根据所测量的电压控制所述系统的操作的装置。2.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括：比较器装置，所述比较器装置适于将所述第一连接点和/或所述第二连接点处的所述电压与阈值进行比较。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第一开关包括第一晶体管q1，所述第一晶体管q1的集电极和发射极连接在所述l1的低侧与接地之间。4.根据权利要求1至3所述的系统，其中，所述第二开关包括第二晶体管，所述第二晶体管的集电极和发射极连接在所述l3的低侧与接地之间。5.根据权利要求1至4所述的系统，其中，所述第一晶体管的所述集电极连接到所述l1的低侧，所述第一连接点位于所述第一晶体管的集电极与所述l1的低侧之间，和/或所述第二晶体管的所述集电极连接到所述l3的低侧，所述第二连接点位于所述第二晶体管的集电极与所述l3的低侧之间。6.根据权利要求1、2或5所述的系统，其中，所述第二开关q2连接在所述l3的低侧与控制单元之间。7.根据权利要求1至6所述的系统，其中，所述连接点中的任一者或两者连接到比较器装置。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述比较器装置适于将所述第一连接点和/或所述第二连接点处的电压与阈值进行比较。9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述阈值处于udthmax/ue)的范围内，其中，udthmax是并且ue是对应二极管直接连接到的对应变压器的次级绕组与初级绕组之间的ue绕组比，并且u
dthmax
＝该二极管的高电压二极管切换阈值。10.根据权利要求1至9所述的系统，所述系统包括第三开关m1，所述第三开关m1连接在电源与所述第一初级绕组l1的所述高侧之间。11.根据权利要求1至5或7至10所述的系统，所述系统包括：第四开关m2，所述第四开关m2电连接在所述第二开关(例如，所述第二开关的发射极)与接地之间；以及第五开关m3，所述第五开关m3电连接在所述第二开关q2与所述第四开关m2之间的点以及所述第三开关m1与所述第一初级线圈的所述高侧之间的点之间。12.根据权利要求1至11所述的系统，所述系统被配置成使得，如果在所述第一连接点或所述第二连接点中的一者或更多者处测得的电压高于所述阈值，则所述系统被配置成执
行以下各项中的任一项：对一个或两个变压器进行再充电；对一个或两个变压器进行放电；对一个变压器进行再充电/放电并将另一个变压器置于续流状态；将两个变压器都置于续流状态。13.一种控制多电荷点火系统的方法，所述系统包括火花塞控制单元，所述火花塞控制单元适于控制至少两个线圈级，以便连续地激励和去激励所述线圈级以向火花塞提供电流，所述两个级包括：第一变压器(t1)，所述第一变压器(t1)包括电感耦合到第一次级绕组(l2)的第一初级绕组(l1)；第二变压器(t2)，所述第二变压器(t2)包括电感耦合到第二次级绕组(l4)的第二初级绕组(l3)；第一开关q1，所述第一开关q1电连接在所述第一初级绕组l1的低侧与低侧/地之间；第二开关q2，所述第二开关q2连接到所述第二初级绕组l3的所述低侧；并且所述多电荷点火系统包括：第一二极管d1，所述第一二极管d1位于所述第一次级绕组l3的所述低侧与接地之间；以及第二二极管d2，所述第二二极管d2连接到所述第二次级绕组l4的所述低侧与接地之间的点，并且所述方法包括：a)测量所述第一开关与所述l1的低侧之间的第一连接点(203a)处的所述电压和/或所述第二开关与所述l3的低侧之间的第二连接点(203b)处的所述电压；b)根据所测量的电压来控制所述系统的操作。14.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括将所述第一连接点和/或所述第二连接点处的所述电压与阈值进行比较的步骤。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述第一开关包括第一晶体管，所述第一晶体管的集电极和发射极连接在所述l1的低侧与接地之间。16.根据权利要求13至15所述的方法，其中，所述第二开关包括第二晶体管，所述第二晶体管的集电极和发射极连接在所述l3的低侧与接地之间。17.根据权利要求13至16所述的方法，其中，所述第一晶体管的集电极连接到所述l1的低侧，所述第一连接点位于所述第一晶体管的所述集电极与所述l1的低侧之间，和/或所述第二晶体管的集电极连接到所述l3的低侧，所述第二连接点位于所述第二晶体管的集电极与所述l3的低侧之间。18.根据权利要求13、14、17或18所述的方法，其中，所述第二开关q2连接在所述l3的低侧与控制单元之间。19.根据权利要求13至18所述的方法，所述方法包括连接在电源与所述第一初级绕组l1的所述高侧之间的第三开关m1。20.根据权利要求13至17、19所述的方法，所述方法包括电连接在所述第二开关(例如，所述第二开关的发射极)与接地之间的第四开关m2；以及电连接在所述第二开关q2与所述第四开关m2之间的点以及所述第三开关m1与所述第一初级线圈的所述高侧之间的点之间的第五开关m3。21.根据权利要求13至20所述的方法，其中，所述阈值处于udthmax/ue)的范围内，其中，udthmax是并且ue是对应二极管直接连接到的对应变压器的次级绕组与初级绕组之间的ue绕组比，并且u
dthmax
＝该二极管的高电压二极管切换阈值。22.根据权利要求13至21所述的方法，其中，步骤b)包括：确定在所述第一连接点或所述第二连接点中的一者或更多者处测得的电压是否高于所述阈值，然后控制所述系统以执行以下各项中的任一项：对一个或两个变压器进行再充电；对一个或两个变压器进行放电；
对一个变压器进行再充电/放电并将另一个变压器置于续流状态；将两个变压器都置于续流状态。23.根据权利要求13至22所述的方法，其中，步骤a)仅在所述变压器发生切换之后的预设消隐时间之后在cmc模式期间实现。

技术总结
一种多电荷点火系统，其包括适于控制至少两个线圈级以便连续地激励和去激励线圈级以向火花塞提供电流的火花塞控制单元(13)，该两个级包括：包括电感耦合到第一次级绕组(L2)的第一初级绕组(L1)的第一变压器(T1)；包括电感耦合到第二次级绕组(L4)的第二初级绕组(L3)的第二变压器(T2)；电连接在第一初级绕组L1的低侧与低侧/地之间的第一开关Q1；具有到第二初级绕组L3的低侧的连接的第二开关Q2；并且两个级包括：电连接在第一次级绕组L3的低侧与接地之间的第一二极管D1，和连接到第二次级绕组L4的低侧与接地之间的点的第二二极管D2；并且多电荷点火系统包括：用于测量第一开关与L1的低侧之间的第一连接点(203a)处的电压和/或第二开关与L3的低侧之间的第二连接点(203b)处的电压的装置，以及根据所测量的电压控制系统的操作的装置。的操作的装置。的操作的装置。


技术研发人员：F
受保护的技术使用者：博格华纳卢森堡汽车系统公司
技术研发日：2021.10.01
技术公布日：2023/6/26