用于電暈點火系統(tǒng)中的共振頻率探測的方法
【專利摘要】提供一種包括電暈點火器，能量源和頻率探測器的電暈點火系統(tǒng)。能量源在電暈事件中提供能量給電暈點火器，電暈事件彼此之間由空閑期間分隔，在空閑期間不提供能量給電暈點火器。在空閑期間，頻率探測器從存儲在電暈點火器中的能量的輸出電壓和輸出電流中的至少一個獲得電暈點火器的共振頻率。在空閑期間測量的共振頻率僅取決于電暈點火器，不取決于系統(tǒng)的任何其他元件，因此是非常精確的。可以基于該精確測量的共振頻率設(shè)置未來電暈事件的驅(qū)動頻率，從而獲得穩(wěn)健的電暈放電。
【專利說明】用于電暈點火系統(tǒng)中的共振頻率探測的方法
[0001 ] 相關(guān)申請的相互引用
[0002]本申請要求2013年12月12日提交的美國臨時申請61/915,088(律師案號710240-6793 ;IA-50129)，2014年I月24日提交的美國臨時申請61/931,131(律師案號710240-6830;IA-50134)，2014年3月11日提交的美國臨時申請61/950 ,991(律師案號712040-6901; IA-50147)，2014年10月30日提交的美國臨時申請62/072 ,530(律師案號710240-7346; IA-51029-1)，2014年12月10日提交的美國臨時申請62/090 ,096(律師案號710240-7356 ； IA-50359)，2014年12月12日提交的美國發(fā)明專利申請14/568,219(律師案號710240-7404; IA-50129和IA-50129-1)，2014年12月12日提交的美國發(fā)明專利申請14/568,266(律師案號710240-7409 ;IA-50147)，2014年12月12日提交的美國發(fā)明專利申請14/568,330(律師案號710240-7410; IA-50359)，以及2014年12月12日提交的美國發(fā)明專利申請14/568,438(律師案號710240-7411; IA-50134)的權(quán)益。其全部內(nèi)容通過參考并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體涉及電暈放電點火系統(tǒng)，更具體地涉及控制提供給系統(tǒng)的能量。
【背景技術(shù)】
[0004]電暈放電點火系統(tǒng)提供交流電壓和電流，快速連續(xù)地反轉(zhuǎn)高低電位電極，其促進電暈放電的形成且最小化電弧形成的幾率。該系統(tǒng)包括電暈點火器，所述電暈點火器具有加載了高射頻電壓電位的中心電極，并且該電極在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生強射頻電場。該電場使得燃燒室內(nèi)燃料和空氣混合物的一部分電離且開始介質(zhì)擊穿，促進了燃料-空氣混合物的燃燒，這稱為點火事件。優(yōu)選地，控制該電場、從而油氣混合物保持介質(zhì)屬性且電暈放電發(fā)生，也稱為低溫等離子體(non-thermal plasma)。燃料-空氣混合物電離的部分形成火焰峰面，該火焰峰面變成自激的且燃燒燃料-空氣混合物的剩余部分。優(yōu)選地，電場被控制從而燃料-空氣混合物不會失去全部介質(zhì)屬性，失去全部介質(zhì)屬性將產(chǎn)生熱等離子體且在電極和接地缸壁、活塞、金屬殼或者點火器的其他部分之間產(chǎn)生電弧。電暈放電點火系統(tǒng)的一個例子公開于
【申請人】Freen的美國專利6，883，507。
[0005]此外，優(yōu)選地控制電暈放電點火系統(tǒng)，從而以等于或者接近電暈點火器的共振頻率的驅(qū)動頻率給電暈點火器提供能量。這提供在燃燒室內(nèi)造成穩(wěn)健的電暈放電的電壓放大。為了獲得如此高水平的控制，必須探測電暈點火器的共振頻率。然而，難以獲得共振頻率的精確探測，尤其是在較寬頻率范圍內(nèi)。共振頻率在運行過程中的變化，例如電弧事件導(dǎo)致的變化，也使得難以精確地探測共振頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個方面提供一種包括改進的共振頻率探測的運行電暈點火系統(tǒng)的方法。該方法包括在第一時間期間以第一驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器，稱為電暈事件。該方法還包括在第三時間期間以第三驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器，也稱為電暈事件。第一時間期間與第三時間期間間隔第二時間期間。在第二時間期間不提供能量給電暈點火器，因此該第二時間期間稱為空閑期間。該方法還包括在不提供能量給電暈點火器的第二時間期間，從電暈點火器的第一輸出電壓和第一輸出電流的至少一個，獲得電暈點火器的共振頻率。
[0007]本發(fā)明的另一個方面包括提供改進的共振頻率探測的一種電暈放電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電暈點火器，能量源和頻率探測器。電暈點火器具有共振頻率，且電暈點火器提供第一輸出電壓和第一輸出電流。能量源在第一時間期間以第一驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器以及在第三時間期間以第三驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器，第三時間期間與第一時間期間間隔第二時間期間，在第二時間期間不提供能量給電暈點火器。頻率探測器在不提供能量給電暈點火器的第二時間期間，從電暈點火器的第一輸出電壓和第一輸出電流的至少一個，獲得電暈點火器的共振頻率。
[0008]通過在不提供能量給電暈點火器的空閑第二時間期間測量電暈點火器的共振頻率，能夠獲得電暈點火器的真實共振頻率的精確測量。在該空閑期間，測量的共振頻率僅依賴于該電暈點火器，而不依賴于系統(tǒng)的任何其他元件。該精確的共振頻率測量可以在下一個電暈事件中，例如在第三時間期間，提供給電暈點火器，從而獲得穩(wěn)健的電暈放電。在電暈事件之后立即在空閑第二時間期間測量共振頻率是方便的，且很好利用了存儲在電暈點火器中的能量，否則該能量被浪費。可以在每個電暈事件之后評估共振頻率，或者在多個電暈事件上評估共振頻率，之后調(diào)節(jié)共振頻率，以進一步提尚精度。
【附圖說明】
[0009]參考下文的詳細(xì)描述結(jié)合附圖，本發(fā)明的其他優(yōu)點將易于理解:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的電暈放電點火系統(tǒng)的框圖；
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的電暈放電點火系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的電暈放電點火系統(tǒng)的框圖；
[0013]圖4是示出共振頻率探測的時間相對于提供能量給電暈點火器的時間的曲線圖；以及
[0014]圖5是曲線圖，所述曲線圖示出在提供能量給電暈點火器的電暈事件相比于當(dāng)不提供能量但能量保持存儲在電暈點火器的空閑期間中的荷載電流或電壓信號。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明提供電暈放電點火系統(tǒng)20和方法，其提供改進的共振頻率探測。該系統(tǒng)20包括電暈點火器22，電暈點火器22包括電感線圈L和電容C，其統(tǒng)稱為荷載，運行在共振頻率。電暈點火器22接收在驅(qū)動頻率的能量且在輸入24提供電壓和電流。能量源V3在第一時間期間101以第一驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器22，稱為電暈事件，并且在該事件中電暈點火器22在燃燒室內(nèi)提供電暈放電26。在第二時間期間102給電暈點火器22的能量供給被終止，其被稱為空閑期間，并且在第三時間期間103再次提供能量，稱為另一個電暈事件。在空閑第二時間期間102，在第一時間期間1I提供的一些能量被存儲在電暈點火器22中。該存儲的能量的共振頻率僅依賴于電暈點火器22，而不依賴于系統(tǒng)20的任何其他元件，因此精確地代表系統(tǒng)20的真實共振頻率。頻率探測器，例如電流傳感器36或者電壓傳感器78，與控制器28結(jié)合，在空閑期間獲得共振頻率。傳感器36或者78典型地傳輸包括輸出電壓或者輸出電流的信號54或者80，且提供該信號給控制器28用于分析。一旦控制器28識別共振頻率，優(yōu)選地在空閑期間102，可以調(diào)節(jié)控制軟件，從而在第三時間期間103施加的驅(qū)動頻率匹配精確地測量的共振頻率。控制器28也可以可選擇地接收來自多個周期的共振頻率的測量，之后調(diào)節(jié)后續(xù)電暈事件的驅(qū)動頻率，以匹配從這些精確測量的共振頻率獲得的平均共振頻率值。
[0016]圖1-3示出提供改進的共振頻率探測的電暈點火系統(tǒng)20的示例性實施例。相關(guān)美國專利申請14/568219、14/568266和14/568330中也描述了系統(tǒng)20，這些專利申請通過引用并入本申請。在每個實施例中，系統(tǒng)20包括電暈點火器22，電暈點火器22包括電感線圈L和電容C，其統(tǒng)稱為荷載，運行在共振頻率。電暈點火器22接收在驅(qū)動頻率的能量且在輸入24提供電壓和電流，稱為輸出電流和輸出電壓。當(dāng)在內(nèi)部燃燒引擎中運行時，電暈點火器22優(yōu)選地在點火端形成高射頻電場，即指電暈放電26，以點燃引擎的燃燒室中的汽油和空氣的混合物。系統(tǒng)20還包括控制器28和一對開關(guān)30A、30B，其控制提供給電暈點火器22的驅(qū)動頻率、以及系統(tǒng)20的電容/電感電路，從而驅(qū)動頻率優(yōu)先地保持在共振頻率。運行系統(tǒng)20、使得驅(qū)動頻率等于共振頻率，其提供在燃燒室內(nèi)引起穩(wěn)健的(robust)電暈放電26的電壓放大。
[0017]示例性實施例的控制器28在預(yù)定的時間開啟開關(guān)30A或者30B的一個，以獲得所需的驅(qū)動頻率。當(dāng)開關(guān)30A或者30B的一個開啟時，能量從電源V3流經(jīng)開啟的開關(guān)30A或者30B，到達電暈點火器22。當(dāng)開關(guān)30A、30B未開啟時，能量不能經(jīng)過開關(guān)流至電暈點火器22。雖然開關(guān)30A稱為第一開關(guān)，開關(guān)30B稱為第二開關(guān)，也可以是開關(guān)30B可選擇地稱為第一開關(guān)，開關(guān)30A稱為第二開關(guān)。在每個情形中，在電暈點火系統(tǒng)20運行中的任何時刻，僅一個開關(guān)30A或30B是開啟的且提供能量給電暈點火器22。因此，控制器28在開啟第二開關(guān)30B之前斷開第一開關(guān)30A，反之亦然，從而在相同的時刻不會兩個開關(guān)30A、30B都開啟。例如，當(dāng)輸出電流為正時，第一開關(guān)30A是開啟的且提供能量給電暈點火器22;當(dāng)輸出電流為負(fù)時，第二開關(guān)30B是開啟的且提供能量給電暈點火器22。優(yōu)選地，開關(guān)30A、30B的開啟和電暈點火器22的共振頻率同步。
[0018]相比于其他系統(tǒng)，該系統(tǒng)20能夠運行在寬得多的頻率范圍。應(yīng)當(dāng)注意，相關(guān)美國專利申請14/568219、14/568266和14/568330中描述了可以應(yīng)用于本文所述系統(tǒng)中的共振頻率控制的其他方法，這些申請通過引用并入本申請。每個申請列出與本申請相同的發(fā)明人且與本申請同日提交。
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的電暈放電點火系統(tǒng)20的框圖，其能夠提供且將驅(qū)動頻率保持為等于或者近似等于電暈點火器22的共振頻率。除了控制器28、開關(guān)30A、30B、以及電暈點火器22，系統(tǒng)20還包括一對驅(qū)動器32A、32B，指代為第一驅(qū)動器32A和第二驅(qū)動器32B。圖1的系統(tǒng)20還包括變壓器34，第一電流傳感器36，第一低通濾波器38，和第一信號調(diào)節(jié)器40。電暈點火器22的輸出電流等于輸入24處的電流，該電流由第一電流傳感器36測量。
[0020]控制器28控制系統(tǒng)20，控制器優(yōu)選地是可編程數(shù)字或者混合信號控制器，例如數(shù)字信號處理器(DSP)，復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，微控制器，或者微處理器?？刂破?8接收觸發(fā)輸入信號42，該信號命令控制器28發(fā)起在燃燒室內(nèi)的電暈放電26的產(chǎn)生?？刂破?8也提供電弧探測輸出信號44，以通知外部控制系統(tǒng)(未示出)探測到電弧事件，且提供反饋輸出信號46、用于給外部控制系統(tǒng)提供關(guān)于電路的狀況和運行的額外數(shù)據(jù)。傳輸給和傳輸自控制器28的觸發(fā)輸入信號42、電弧探測輸出信號44和反饋輸出信號46被電磁兼容性濾波器，指代為EMC濾波器48，以及其他輸入濾波器49。響應(yīng)于觸發(fā)輸入信號42，控制器28提供驅(qū)動信號50給驅(qū)動器32A、32B，其控制開關(guān)30A、30B。當(dāng)開關(guān)30A、30B中的一個開啟時，能量V3，其為DC電壓，被施加到變壓器34的初級繞組52。變壓器34隨后通過輸入24以驅(qū)動頻率提供能量至電暈點火器22。在示例性實施例中，變壓器34具有本領(lǐng)域所知的“推挽(push-pull)，，結(jié)構(gòu)ο
[0021]在圖1的系統(tǒng)20中，在空閑第二時間期間102，第一電流傳感器36使用任何適合的技術(shù)，測量電暈點火器22提供的電流(輸出電流)。第一電流傳感器36可以是，例如，分流電阻、霍爾效應(yīng)傳感器、或者變流器。電流輸出信號54，包含電暈點火器22在空閑期間的輸出電流的測量，被從第一電流傳感器3 6傳輸至控制器2 8。優(yōu)選地，電流輸出信號5 4在被傳輸至控制器28之前，被第一低通濾波器38輕度濾波。第一低通濾波器38在電流輸出信號54中制造小于電流的振蕩周期的相位偏移。在一個實施例中，相位偏移為180度，但優(yōu)選地，相位偏移小于180度，更優(yōu)選地，相位偏移小于90度，其小于一半周期。第一低通濾波器38也去除由開關(guān)高電流和電壓產(chǎn)生的不想要的高頻噪聲。濾波過的電流輸出信號54之后被傳送給第一信號調(diào)節(jié)器40，其使得輸出信號54對于傳輸給控制器28而言是安全的。因此，電流輸出信號54處于能夠被控制28安全地處理的水平。典型地，在每個電暈事件之后，輸出電流被提供給控制器28，但是也可以在多個電暈事件上測量輸出電流，之后再提供給控制器28。
[0022]控制器28接收帶有第一電流傳感器36獲得的在空閑第二時間期間102的電流測量的電流輸出信號54，且使用該電流測量用于識別電暈點火器22的共振頻率、以及開啟開關(guān)30A、30B的最佳時機，從而提供共振運行?？刂破?8使用多種不同的技術(shù)，以基于電流輸出信號54識別電暈點火器22的共振頻率。
[0023]在該示例性實施例中，一旦控制器28確定開啟第一開關(guān)30A或者第二開關(guān)30B的時機，控制器28指令第一驅(qū)動器32A開啟第一開關(guān)30A或者指令第二驅(qū)動器32B開啟第二開關(guān)30B。驅(qū)動器32A、32B被指令在預(yù)定的時間開啟開關(guān)30A、30B，從而傳輸經(jīng)過開關(guān)30A、30B至變壓器34且最后至電暈點火器22的能量的驅(qū)動頻率等于電暈點火器22的共振頻率值。在該示例性實施例中，開關(guān)30A或者30B的一個在每次電暈點火器22的輸出電流經(jīng)過零點時被開啟，從而驅(qū)動頻率等于電暈點火器22的共振頻率。
[0024]重要的是，在系統(tǒng)20運行中的任何給定時刻，僅一個開關(guān)30A或者30B是開啟的。例如，在當(dāng)輸出電流經(jīng)過零點的時刻，控制器28開啟第一驅(qū)動器32A，第一驅(qū)動器32A轉(zhuǎn)而開啟第一開關(guān)30A。接著，在當(dāng)輸出電流下次經(jīng)過零點時，控制器28關(guān)閉第一驅(qū)動器32A和斷開第一開關(guān)30A，然后開啟第二驅(qū)動器32B，第二驅(qū)動器32B轉(zhuǎn)而開啟第二開關(guān)30B?？刂破?8可以分析從第一信號調(diào)節(jié)器40接收的每個電流輸出信號54，以精確地探測共振頻率，且在任何需要時可以調(diào)節(jié)開關(guān)30A、30B的時機。
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的電暈放電26點火系統(tǒng)20的框圖，其運行類似于圖1的系統(tǒng)20，但是包括幾個額外的特征。一個額外的特征是，系統(tǒng)20的多個功能塊包括控制系統(tǒng)地56，電源系統(tǒng)地58，以及載荷地60，彼此分離。該技術(shù)用于提高EMI和/或電磁兼容性(EMC)。控制系統(tǒng)地56通過電流隔離62(galvanic isolat1n)與電源系統(tǒng)地58隔離。變壓器34隔離電源系統(tǒng)地58和載荷地60，該隔離必須保持在第一電流傳感器36和控制器28之間。可以通過在第一低通濾波器38或者第一信號調(diào)節(jié)器40處增加電流隔離62來獲得電源系統(tǒng)地58和載荷地60之間的隔離?；蛘?，可以通過以差分模式運行第一低通濾波器38或者第一信號調(diào)節(jié)器40、其中僅可忽略的電流流過該器件，從而獲得電源系統(tǒng)地58和載荷地60之間的隔離。在圖2的系統(tǒng)20中，只有第一信號調(diào)節(jié)器40以差分模式運行，以隔離電源系統(tǒng)地58和載荷地60?？梢詰?yīng)用一個或者多個這些方法。
[0026]圖2的系統(tǒng)20的另一個額外的特征是，在變壓器34的初級側(cè)的用于測量第二開關(guān)30B中的電流幅度的第二電流傳感器64。具體地，第二電流傳感器64在第二開關(guān)30B的輸出處測量電流?；蛘?，在每個開關(guān)30A、30B處都可以有第二電流傳感器64。第二電流傳感器64提供額外的反饋信號55給控制器28，給出有價值的診斷信息，這通過僅第一電流傳感器36的相位測量是不可能實現(xiàn)的。例如，通過測量在開關(guān)30A、30B輸出處的電流，可能探測斷路或者短路。此外，圖2的系統(tǒng)20包括第二低通濾波器66，位于電流傳感器和控制器28之間，用于在提供反饋信號55給控制器28之前，對電流輸出信號54輕度濾波。
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的電暈放電26點火系統(tǒng)20的框圖。圖3的系統(tǒng)20也包括電流隔離62，但是在該實施例中，電流隔離62位于控制器28的能量輸入側(cè)以及能量輸出側(cè)，且完全分離三個地56、58、60。如果電流被設(shè)計成使用較少的地運行，可以省略由電流隔離62提供的一個或者兩個屏障。
[0028]圖3的系統(tǒng)20還包括另一個繞組，指代為電壓反饋繞組68。電壓反饋繞組68提供的電壓反映在電暈點火器22的輸入24的電壓。電壓傳感器78優(yōu)選地位于電壓反饋繞組68的輸出，以測量該電壓。包含輸出電壓的電壓輸出信號80之后被經(jīng)由第二低通濾波器66傳送給控制器28。第二低通濾波器66在提供電壓輸出信號80給控制器28之前，輕度濾波電壓輸出信號80。此外，不像圖1和2的系統(tǒng)20，控制信號72被提供給圖3的控制器28?？刂菩盘?2可以包括有關(guān)電暈點火器22的運行的任何信息，例如是否發(fā)生了電弧或者所需的電壓。
[0029]圖1-3中示出的示例性系統(tǒng)20的特征，以及在相關(guān)申請中示出的特征，除了本文所具體描述的結(jié)合，可以做多種結(jié)合使用。然而，系統(tǒng)20應(yīng)當(dāng)能夠使用在其共振頻率或接近其共振頻率的AC信號來驅(qū)動電壓點火器22;使能或者禁用該AC驅(qū)動信號；以及測量電暈點火器22中的電流或者電壓的頻率。具體地，能夠在最小數(shù)量的振蕩中，例如小于十個零點經(jīng)過，更優(yōu)選地小于五個零點經(jīng)過，精確地識別頻率。
[0030]本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確探測共振頻率的方法，以獲得優(yōu)異的性能，包括穩(wěn)健的電暈放電26。圖4示出基于時間或者引擎曲柄角度(engine crank angle)的、用于系統(tǒng)的一個通道的共振頻率探測的、相對于兩個電暈事件101、103的時間安排。該通道包括一個電暈點火器22，例如如圖1-3所示出的。然而，可以使用多個通道，例如在多-缸引擎應(yīng)用中，該多個通道可以通過復(fù)制整個系統(tǒng)實現(xiàn)。或者，可以通過使用具有驅(qū)動多個輸出的合適的開關(guān)的一個系統(tǒng)來實現(xiàn)多個通道。在每個情形中，運行的原理不變。在系統(tǒng)的運行中，響應(yīng)于一個或者多個控制輸入，例如來自引擎控制單元的觸發(fā)輸入信號42，產(chǎn)生電暈放電26，從而在需要的瞬間引起點火。
[0031]在圖4中，當(dāng)控制器28、驅(qū)動器32A、32B以及開關(guān)30A、30B在時刻200開始提供能量給電暈點火器22時，第一電暈事件，指代為第一時間期間101，開始。當(dāng)響應(yīng)于給電暈-產(chǎn)生電路的外部輸入、電路在時刻201被禁用時，第一時間期間101結(jié)束。在第一周期，當(dāng)N= I時，共振頻率還沒有被測量，因此系統(tǒng)可以使用從分析荷載獲得的預(yù)先確定的頻率。該預(yù)先確定的頻率典型地定義在控制器28的軟件中?；蛘?，系統(tǒng)20可以使用存儲在控制器28的軟件中的頻率，該頻率獲得自系統(tǒng)之前的運行期間的測量，如果這類數(shù)據(jù)可用且已經(jīng)存儲了。
[0032]在時刻202(時刻202與第一電暈事件101的結(jié)束時刻同步或者在其后)，第二時間期間102開始，指代為空閑期間，其間不提供能量給電暈點火器22。在該空閑期間，會有一些能量存儲在電暈點火器22或者電暈電路中，能量典型地在1-25毫焦范圍內(nèi)。該存儲的能量在輸出電壓和輸出電流的多個振蕩中耗盡，該多個振蕩可以被評估。即使在禁用提供能量的驅(qū)動電路之后，能量繼續(xù)以電暈點火器22的共振頻率在電感和電容之間循環(huán)，直到能量以寄生損失耗盡，例如在耦接到電暈點火器22的電線電阻中耗盡。該存儲的能量通常被浪費，但是在本發(fā)明的方法中，該能量被評估、用于識別荷載的真實共振頻率。
[0033]具體地，在第二時間期間102，系統(tǒng)的頻率探測器測量且評估電暈點火器22的輸出電壓(指代為第一輸出電壓)或者輸出電流(指代為第一輸出電流)，以獲得電暈點火器22的共振頻率的精確測量。在一個實施例中，電流傳感器36或者電壓傳感器78獲得輸出電流或者輸出電壓，且一個濾波器38或者66使得信號相位移動不大于180度，更優(yōu)選地小于90度，其小于一半周期。
[0034]如以上指出的，在空閑期間獲得的共振頻率僅取決于荷載，而不取決于系統(tǒng)20的其他元件。頻率探測器典型地包括與傳感器36或者78，或者系統(tǒng)20的其他元件，結(jié)合工作的控制器28。根據(jù)一個示例性實施例，通過測量在電暈點火器22的輸入24處的輸出電流的連續(xù)的零點經(jīng)過之間的間隔，實現(xiàn)在第二時間期間102測量和評估共振頻率?？梢允褂枚喾N不同的技術(shù)測量電暈點火器22的輸入24處的電流。例如，圖1-3所示的電流傳感器36可以獲得輸出電流，且提供電流輸出信號54給低通濾波器38，低通濾波器38從信號中去除噪聲。或者，圖3所示的電壓傳感器86可以獲得輸出電壓，且提供電壓輸出信號80給低通濾波器66，低通濾波器66從信號中去除噪聲。之后控制器28評估相位移動的電流或者電壓信號的零點經(jīng)過，以識別系統(tǒng)的真實共振頻率。例如，控制器28在電暈事件結(jié)束后，測量電暈點火器22的輸出電流或者輸出電壓的連續(xù)零點經(jīng)過之間的間隔。
[0035]優(yōu)選地，在空閑期間102的第一時間段301獲得共振頻率，該第一時間段301緊接著提供給電暈點火器的能量的終止。圖4示出，第一時間段301在時刻202開始，在時刻203結(jié)束。第一時間段301經(jīng)常指代為測量期間。第二時間段302緊接第一時間段301之后，在第二時間段302，控制器28調(diào)節(jié)控制軟件，改變存儲的驅(qū)動頻率值，以匹配精確測量的共振頻率。圖4示出，第二時間段在時刻203開始，在時刻204結(jié)束，時刻204是下一個電暈事件的起點。第二時間段302應(yīng)當(dāng)足夠長，用于識別和處理共振頻率，以及用于在下一個電暈事件開始前更新控制軟件。
[0036]電暈事件和空閑期間的長度，包括測量期間，可以改變。然而，在一個示例性實施例中，每個電暈事件典型地為20至250微秒，每個空閑期間的的長度典型地為15至240毫秒，測量期間僅5至25微秒。然而，在某些實施例中，在重復(fù)率高或者一個系統(tǒng)服務(wù)多個電暈輸出的場合，第一時間段301(測量期間)可以變得短一些，例如小于I毫秒。在該情況中，用于評估共振頻率的時間成為限制因素。在該情況中，可能必須在很短的期間上(例如在一個共振周期或者一半共振周期內(nèi))評估共振頻率，且在多個周期上使用該共振頻率數(shù)據(jù)來提高頻率估計。當(dāng)然，在一個公用電路驅(qū)動多個電暈點火器22的場合，從不同電暈點火器22測量的共振頻率需要保持分離且分別處理。
[0037]圖5是放大的視圖，示出在第一時間期間101(電暈事件)的終點處的、電暈點火器22的輸入24處的電流和電壓信號、以及其后的在空閑第二時間期間102的電流和電壓信號，空閑第二時間期間102緊接著第一時間期間101，其間不提供能量給電暈點火器22。圖5示出的第一時間期間101的部分指代為電暈期間300，圖5示出的空閑第二時間期間的部分指代為測量期間301。在電暈期間300，控制器28以頻率Fl驅(qū)動荷載，以驅(qū)動頻率提供電壓至荷載或者流經(jīng)荷載500的電流。電流或者電壓信號500可以通過例如以上描述的技術(shù)的幾個可用方法中的任意方便的方法獲得。電流或者電壓信號500也可以經(jīng)多種方式處理，以給出適于控制器28分析的電壓或者電流信號，也如以上描述的。
[0038]在圖5示出的例子中，處理信號500，例如通過低通濾波器38處理，以給出零點經(jīng)過信號501。在信號500的零點經(jīng)過和輸出零點經(jīng)過501之間存在輕微的相位偏移，該偏移是由使用的濾波或者信號調(diào)節(jié)施加的延遲造成的，不影響系統(tǒng)或者方法的運行。在一個實施例中，相位偏移為180度或者更少。在電暈期間300結(jié)束后，驅(qū)動電路被禁用。然而，如以上論述的，在空閑期間，一些能量存儲在電暈點火器22中。在測量期間301，該存儲的能量繼續(xù)在電和磁之間循環(huán)，直到能量以荷載和驅(qū)動電路中的寄生損失完全耗盡。在測量期間301，振蕩具有頻率F2，其是荷載的真實共振頻率。因此，控制器28設(shè)計成在測量期間301評估且獲得共振頻率。測量期間301的長度可以設(shè)置成:其總在鎖定期間502結(jié)束之前完成，在鎖定期間502結(jié)束時，荷載信號500太小、無法精確探測。
[0039]或者，不測量頻率F2，而測量用于完成預(yù)定數(shù)目過渡的時間或者在預(yù)定時間內(nèi)過渡的數(shù)目。可以使用“智能”方法，其包括計算過渡的總數(shù)或者發(fā)生這些過渡所需的時間。其他方法包括對荷載信號500的直接分析或者對兩個信號中任一個的頻域分析，典型地包括FFT分析。電流或者電壓信號類型可以服從于被控制器28進一步處理，例如通過應(yīng)用濾波(模擬或者數(shù)字濾波)，或者摒棄在預(yù)定范圍外的零點經(jīng)過間隔或者很不同于先前間隔的間隔。也可以使用其他熟知的信號處理方法。一旦識別共振頻率F2，其可以直接作為測量期間301之后的下一個電暈期間的驅(qū)動頻率。共振頻率F2也可以用于提高估計的驅(qū)動頻率的精確度，例如通過平均在多個測量期間上獲得的共振頻率F2。
[0040]在空閑第二時間期間102獲得精確共振頻率之后，下一個電暈事件開始，指代為第三時間期間103。圖4示出，第三時間期間103在時刻204開所，在時刻205結(jié)束。在第三時間期間103，能量再次提供給電暈點火器22。在一個實施例中，在第三時間期間103提供給電暈點火器22的驅(qū)動頻率，指代為第三驅(qū)動頻率，被控制器28設(shè)置成等于在第二時間期間102獲得的共振頻率。
[0041]在第三時間期間103之后，該方法典型地包括另一個空閑期間，指代為第四時間期間104，在第四時間期間104不提供能量給電暈點火器22。該空閑第四時間期間104緊接著第三時間期間103(電暈事件)，就像空閑第二時間期間102緊接著第一時間期間101。圖4示出，第四時間期間104在時刻205開始，終點未示出。空閑期間104也以測量期間303開始，測量期間303在時刻206開始，在時刻207結(jié)束?？臻e第四時間期間104的長度可以等于或者不同于空閑第二時間期間102的長度。頻率探測器在空閑第四時間期間104測量且評估電暈點火器22的輸出電壓和/或輸出電流，指代為第二輸出電壓和第二輸出電流，以獲得荷載的共振頻率，和在空閑第二時間期間102獲得共振頻率的模式相同。
[0042]接著，在第五時間期間(未示出)以第五驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器22，第五時間期間與第三時間期間間隔第四時間期間104。第五時間期間指代為另一個電暈事件。該電暈事件的長度與圖4示出的先前的電暈事件的長度相同或者不同。在空閑第四時間期間104，控制器可以設(shè)置第五驅(qū)動頻率，使其等于在空閑第四時間期間104測量的共振頻率。在該情形中，第五驅(qū)動頻率典型地比第三驅(qū)動頻率更接近于荷載的真實共振頻率。
[0043]這些彼此間隔空閑期間的電暈事件周期可以以上述相同的模式繼續(xù)。例如，第五時間期間(電暈事件)之后可以有第六時間期間，在第六時間期間不提供能量給電暈點火器22。電暈點火器22在該空閑時間期間的輸出電壓和電流指代為第三輸出電壓和第三輸出電流。頻率探測器在第六時間期間測量和評估在電暈點火器22的輸入24處的第三輸出電壓和第三輸出電流的至少一個，以獲得荷載的共振頻率?？刂栖浖诳臻e第六時間期間可以被再次更新，和其在空閑第二和第四時間期間被更新相同的模式。
[0044]在空閑第六時間期間之后，能量源可以在第七時間期間(未示出)、以第七驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器22。第七時間期間是另一個電暈事件，其與第五時間期間間隔第六時間期間。該電暈事件的長度可以與先前的電暈事件的長度相同或者不同。在該空閑第六時間期間，控制器28可以設(shè)置第七驅(qū)動頻率，使其等于在空閑第六時間期間測量的共振頻率。在該情形中，第七驅(qū)動頻率典型地比第五驅(qū)動頻率更接近于荷載的真實共振頻率。
[0045]在另一個實施例中，不改變每個電暈事件的驅(qū)動頻率、以匹配在前一個空閑期間獲得的共振頻率測量，或者附加于改變每個電暈事件的驅(qū)動頻率、以匹配在前一個空閑期間獲得的共振頻率測量，控制器可以平均在不提供能量給電暈點火器22的第二、四、六時間期間獲得的共振頻率測量，以獲得平均共振頻率值;該平均共振頻率值可以在一個將來的電暈事件中施加到電暈點火器22 ο例如，能量源可以在第九時間期間以第九驅(qū)動頻率提供能量至電暈點火器22，第九時間期間與第七時間期間間隔第八時間期間，在第八時間期間不提供能量給電暈點火器22，其中第九驅(qū)動頻率等于控制器28提供的平均共振頻率值。
[0046]相比于相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)，本發(fā)明的系統(tǒng)2O和方法提供多個優(yōu)點。例如，一個相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)通過在不同頻率做多個試驗，且使用反饋參數(shù)(例如，電流，輸出電壓，和/或能量消耗)來近似荷載的共振頻率，且嘗試識別最接近共振的試驗。另一個相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)調(diào)節(jié)共振頻率、以在大量共振周期上降低電壓和電流的相位差，同時供給能量給驅(qū)動電路。另一個相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)測量運行中的荷載電流的相位，使用該信息以合適的相位直接驅(qū)動電子開關(guān)，從而系統(tǒng)運行于共振。然而，該技術(shù)受限于有限范圍的頻率。然而，本發(fā)明的系統(tǒng)20和方法允許在通常是系統(tǒng)運行周期中的空閑時間測量共振頻率，且使用在常規(guī)情況下被浪費的、存儲在電暈點火器22中的能量。通過測量共振頻率、同時不給電暈點火器22提供能量，本發(fā)明的系統(tǒng)獲得更精確的共振頻率測量，而無需進行多個試驗，無需在電暈點火周期中引入更多給能相?？梢栽诿總€電暈事件后進行完整的共振頻率測量，可以每個周期對該測量進行評估和使用。不需要在多個周期上進行測量，但是也可以在多個周期上進行測量、以反復(fù)地提高共振頻率測量的準(zhǔn)確率。
[0047]顯然，根據(jù)以上教導(dǎo)，對本發(fā)明的多個更改例和變化例是可能的，并且可以以不同于具體描述的方式實施本發(fā)明，其位于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種運行電暈點火系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括步驟: 在第一時間期間以第一驅(qū)動頻率以及在第三時間期間以第三驅(qū)動頻率給電暈點火器提供能量，所述第一時間期間與所述第三時間期間間隔第二時間期間，在所述第二時間期間不提供能量給所述電暈點火器;以及 在不提供能量給所述電暈點火器的所述第二時間期間，從所述電暈點火器的第一輸出電壓和第一輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三驅(qū)動頻率等于在所述第二時間期間獲得的所述共振頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括在所述第二時間期間調(diào)節(jié)控制軟件，從而在所述第三時間期間提供給所述電暈點火器的能量從所述第一驅(qū)動頻率變化到所述第三驅(qū)動頻率。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在第五時間期間以第五驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器，所述第五時間期間與所述第三時間期間間隔第四時間期間，在所述第四時間期間不提供能量給所述電暈點火器； 在第七時間期間以第七驅(qū)動頻率提供能量給電暈點火器，所述第七時間期間與所述第五時間期間間隔第六時間期間，在所述第六時間期間不提供能量給所述電暈點火器； 在不提供能量給所述電暈點火器的所述第四時間期間，從所述電暈點火器的第二輸出電壓和第二輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率； 在不提供能量給所述電暈點火器的所述第六時間期間，從所述電暈點火器的第三輸出電壓和第三輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率;以及 其中，所述第五驅(qū)動頻率等于在所述第四時間期間獲得的所述共振頻率；以及 所述第七驅(qū)動頻率等于在所述第六時間期間獲得的所述共振頻率。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二時間期間所述提供能量給所述電暈點火器的步驟被終止；以及其中，在所述能量終止后所述獲得電暈點火器的共振頻率的步驟立即被執(zhí)行。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二時間期間包括被第二時間段跟隨的第一時間段；以及包括僅在所述第一時間段獲得所述共振頻率；以及在所述第二時間段調(diào)節(jié)控制軟件，從而提供給所述電暈點火器的能量從所述第一驅(qū)動頻率變化到所述第三驅(qū)動頻率。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括:在第二時間期間，在所述電暈點火器中存儲在所述第一時間期間提供給所述電暈點火器的能量的一部分，以及其中，從所述存儲的能量所述共振頻率被獲得。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述存儲的能量在I至25毫焦之間，且包括所述第一輸出電流和所述第一輸出電壓的多個振蕩，以及從所述存儲的能量的所述第一輸出電流和所述第一輸出電壓的至少一個所述共振頻率被獲得。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲得電暈點火器的共振頻率的步驟包括:獲得包括所述第一輸出電流和/或所述第一輸出電壓的信號;將所述信號的相位移動不超過180度；以及評估所述相位移動的信號的零點經(jīng)過。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括:通過測量所述相位移動的信號的連續(xù)的零點經(jīng)過之間的間隔，獲得所述電暈點火器的共振頻率。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括:在第五時間期間以第五驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器，所述第五時間期間與所述第三時間期間間隔第四時間期間，在所述第四時間期間不提供能量給所述電暈點火器； 在不提供能量給所述電暈點火器的所述第四時間期間，從所述電暈點火器的第二輸出電壓和第二輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率； 在第七時間期間以第七驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器，所述第七時間期間與所述第五時間期間間隔第六時間期間，在所述第六時間期間不提供能量給所述電暈點火器； 在不提供能量給所述電暈點火器的所述第六時間期間，從所述電暈點火器的第三輸出電壓和第三輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率； 平均在所述第二、第四、和第六時間期間獲得的所述共振頻率，以獲得平均共振頻率值； 在第九時間期間以第九驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器，所述第九時間期間與所述第七時間期間間隔第八時間期間，在所述第八時間期間不提供能量給所述電暈點火器；以及 其中，所述第九驅(qū)動頻率等于所述平均共振頻率值。12.—種電暈點火系統(tǒng)，其特征在于，包括: 電暈點火器，具有共振頻率，且所述電暈點火器提供第一輸出電壓和第一輸出電流； 能量源，在第一時間期間以第一驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器以及在第三時間期間以第三驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器，所述第一時間期間與所述第三時間期間間隔第二時間期間，在所述第二時間期間不提供能量給所述電暈點火器;以及 頻率探測器，在不提供能量給所述電暈點火器的所述第二時間期間，從所述電暈點火器的第一輸出電壓和第一輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第三驅(qū)動頻率等于在所述第二時間期間獲得的所述共振頻率。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，在第二時間期間，在所述電暈點火器中存儲在所述第一時間期間提供給所述電暈點火器的能量的至少一部分，以及從所述存儲的能量獲得所述共振頻率。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率探測器包括控制器，所述控制器接收包括來自所述電暈點火器的所述第一輸出電流和/或所述第一輸出電壓的信號，且從所述信號確定所述共振頻率。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率探測器還包括傳感器，所述傳感器從所述電暈點火器的輸入獲得所述第一輸出電流或者所述第一輸出電壓；以及其中，所述傳感器將包括所述第一輸出電流或者所述第一輸出電壓的所述信號傳輸給所述控制器。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括低通濾波器，所述低通濾波器從所述傳感器接收所述信號并且在提供相位移動的信號給所述控制器之前，將所述信號的相位移動不超過180度；以及其中，所述控制器從所述相位移動的信號確定所述共振頻率。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括軟件，在所述第二時間期間調(diào)節(jié)所述軟件，從而提供給所述電暈點火器的能量從所述第一驅(qū)動頻率變化到所述第三驅(qū)動頻率。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述能量源包括電源和從所述電源提供能量給所述電暈點火器的一對開關(guān)。20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述能量源在第五時間期間以第五驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器，所述第五時間期間與所述第三時間期間間隔第四時間期間，在所述第四時間期間不提供能量給所述電暈點火器； 所述能量源在第七時間期間以第七驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器，所述第七時間期間與所述第五時間期間間隔第六時間期間，在所述第六時間期間不提供能量給所述電暈點火器； 所述頻率探測器在不提供能量給所述電暈點火器的所述第四時間期間，從所述電暈點火器的第二輸出電壓和第二輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率； 所述頻率探測器在不提供能量給所述電暈點火器的所述第六時間期間，從所述電暈點火器的第三輸出電壓和第三輸出電流的至少一個，獲得所述電暈點火器的共振頻率； 控制器平均在不提供能量給所述電暈點火器的所述第二、第四、和第六時間期間獲得的所述共振頻率，以獲得平均共振頻率值； 所述能量源在第九時間期間以第九驅(qū)動頻率提供能量給所述電暈點火器，所述第九時間期間與所述第七時間期間間隔第八時間期間，在所述第八時間期間不提供能量給所述電暈點火器；以及 所述第九驅(qū)動頻率等于所述控制器提供的所述平均共振頻率值。
【文檔編號】F02P23/04GK105917112SQ201480073235
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年12月12日
【發(fā)明人】約翰·安東尼·布倫斯
【申請人】費德羅-莫格爾點火公司