DE112010003325T5

DE112010003325T5 - Multiplex-Treiberschaltkreis für eine Wechselstrom-Zündanlage

Info

Publication number: DE112010003325T5
Application number: DE112010003325T
Authority: DE
Inventors: David C. Petruska
Original assignee: Woodward Inc
Current assignee: Woodward Inc
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2012-06-06
Also published as: WO2011022383A2; US8276564B2; WO2011022383A3; CN102713254B; DE112010003325T8; CN102713254A; US20110041804A1

Abstract

Ein Multiplex-Treiberschaltkreis für eine Wechselstrom-Zündanlage mit einem gemeinsamen Leitungszweig, der zwei in Reihe gekoppelte Schalter enthält, und einem oder mehreren dedizierten Leitungszweigen, wobei jeder Leitungszweig zwei in Reihe gekoppelte Schalter enthält. Der Multiplex-Treiberschaltkreis enthält außerdem einen Transformator für jeden von dem einen oder den mehreren dedizierten Leitungszweigen, wobei jeder Transformator eine Primärwicklung hat, die zwischen einem von dem einen oder den mehreren dedizierten Leitungszweigen und dem gemeinsamen Leitungszweig gekoppelt ist, und wobei jeder Transformator eine Sekundärwicklung hat, die parallel mit einer Zündkerze gekoppelt ist, und eine pulsbreitenmodulierten (PWM) Schalter-Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Handhaben der Schalter des gemeinsamen Leitungszweigs und der dedizierten Leitungszweige, um Eigenschaften der Funkenentladung für die Zündkerze zu steuern.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Zündanlagen für Verbrennungsmotoren und im Besonderen Zündanlagen für Verbrennungsmotoren, die Zündkerzen verwenden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Typischerweise enthalten Verbrennungsmotoren Zündkerzen zusammen mit einer Funkenerzeugungs-Zündschaltkreisanordnung, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder des Motors zu zünden. Manche Motoren setzen an einem rotierenden Schwungrad angebrachte Permanentmagneten ein, um eine Spannung auf einer Ladungsspule zu erzeugen. In einem typischen kapazitiven Entladungssystem wird elektrische Energie von einer Niedrigspannungsbatterie in eine Energieversorgung gespeist, die sie auf eine höhere Spannung auf einem Kondensator anhebt, was die Spannung bereitstellt, die erforderlich ist, einen elektrischen Funken über die Funkenstrecke einer Zündkerze hervorzurufen. Der Kondensator transferiert seine Energie in die Primärwicklung einer Zündspule und in den Magnetkern der Zündspule. Energie wird aus der Zündspulen-Sekundärwicklung extrahiert, bis es dem Kondensator und dem Magnetkern an ausreichender Energie mangelt. In einem induktiven System wird Energie aus einer Niedrigspannungsbatterie in die Primärseite der Spule gezogen. Wenn der Strom in der Spulenprimärwicklung unterbrochen wird, tritt ein Rücklauf auf, was einen Durchschlag auf der Sekundärwicklung einleitet, und Energie von dem Zündspulenkern wird über die Sekundärwicklung extrahiert. Sowohl in kapazitiven Entladungs- als auch induktiven Zündanlagen wird Energie an den Magnetkern der Zündspule durch einen Stromfluss in der Primärwicklung der Zündspule zu einer Zeit T₁ transferiert. Zu einer späteren Zeit T₂ werden die Zündspulen-Sekundärspannung und der Strom aus der in dem Magnetkern gespeicherten Energie produziert. Die Fähigkeiten zum Ändern der Sekundärspuleneigenschaften der Leerlaufspannung (OCV, Engl.: open circuit voltage), Stromamplitude (CA, Engl.: current amplitude) und Funkendauer (SD, Engl.: spark duration) stehen alle in Beziehung zum Ändern der in dem Magnetkern der Spule gespeicherten Energie. Sobald die Energie in dem Magnetkern plaziert worden ist, sind die Sekundärspuleneigenschaften jedoch zum größten Teil vorbestimmt, das zu sein, was auch immer die Sekundärlast zulässt, und können nicht geändert werden bis zur nächsten Zündung.
Für einen gegebenen Entwurf einer induktiven oder kapazitiven Entladungsspule sind OCV, CA und SD direkt proportional zur gespeicherten Energie. Wenn die in dem Magnetkern gespeicherte Energie erhöht wird, nehmen alle drei dieser Werte zu. Die größte Randbedingung in diesen Systemen ist die Leerlaufspannung. Dieser Parameter muss immer groß genug sein, um zuverlässig einen Funk auszulösen. Daher gibt es eine minimale Energie, die erforderlich ist, auf die Spule aufgebracht zu werden, so dass es eine zuverlässige Funkenerzeugung gibt. Für typische induktive und kapazitive Entladungszündanlagen ist die OCV in der Größenordnung von 25–40 kV. Dieses beschränkt die Einstellbarkeit der CA und SD, die durch Einstellen der Energieaufbringung verfügbar ist. Ferner müssen CA und SD beide zunehmen oder abnehmen. In konventionellen Entwürfen einer induktiven oder kapazitiven Entladungsspule können diese Parameter nicht unabhängig eingestellt werden. Um das gesamte Ansprechverhalten der Zündanlage zu modifizieren, ist es im Allgemeinen erforderlich, den Spulenentwurf zu modifizieren. Und typischerweise kann für einen gegebenen Spulenentwurf die Beziehung zwischen der OCV, CA und SD nicht für unterschiedliche Motorbetriebsbedingungen optimiert werden.
Als eine Alternative zu kapazitiven und induktiven Zündanlagen setzen manche Anlagen Wechselstrom-(AC)Zündanlagen ein. In einer AC-Zündanlage wird der Wechselstrom typischerweise durch einen Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Stromrichter entwickelt. Es gibt einige Stromrichtertypen, die in solchen Systemen verwendet werden können. Zum Beispiel enthält eine beispielhafte AC-Zündanlage einen Transformator mit einer Primärspule mit Mittenanzapfung und einer Sekundärspule, die mit einer Zündkerze verbunden ist. Eine Bogenentladung kann bei der Zündkerze mittels Entladen eines Kondensators an eine der Wicklungen der Primärspule mit Mittenanzapfung ausgelöst werden. Beide der Primärspulenanschlüsse sind mit einem Schalter oder einem Transistor verbunden. Die Schalter können zwischen an und aus alterniert werden, um die Richtung des Stromflusses in der Primärspule, und deshalb in der Sekundärspule, umzukehren. Die Steuerung dieser Schalter kann auf eine Weise bewirkt werden, die die Einstellung der CA oder der SD-Periode erleichtert.
Jedoch verwenden AC-Zündanlagen im Allgemeinen mehr Leistungshalbleiter, so wie Schalter und Dioden, als kapazitive und induktive Anlagen. Oder alternativ erfordert die AC-Zündung Zündspulen mit mehr als zwei Wicklungen, so wie eine Spulenprimäranordnung mit Mittenanzapfung. Im Allgemeinen nimmt mit abnehmender Spulenkomplexität die Verwendung von Leistungshalbleitern zu und umgekehrt. Dieses macht AC-Zündanlagen kostspieliger in der Herstellung und potentiell weniger zuverlässig, da die zusätzlichen Komponenten und die erhöhte Komplexität mehr Punkte eines potentiellen Versagens bereitstellen. Ferner gestatten viele AC-Zündanlagen keine exakte Echtzeitsteuerung des Sekundärspulenstroms, die die Eigenschaften der Funkenentladung bestimmt.
Es wäre deshalb wünschenswert, eine Wechselstrom-Zündanlage zu haben, die preisgünstiger unter Verwendung von weniger Komponenten als für konventionelle Wechselstrom-Zündanlagen hergestellt werden kann, und fähig zu sein, eine einfache Zwei-Wicklung-Zündspule zu zünden. Es wäre auch wünschenswert, eine Zündanlage zu haben, die ein größeres Ausmaß einer exakten Echtzeitsteuerung der SD und CA ermöglicht, als sie typischerweise in konventionellen induktiven, kapazitiven Entladungs- oder Wechselstrom-Zündanlagen gefunden wird.
Ausführungsformen der Erfindung stellen solch eine Wechselstrom-Zündanlage bereit. Diese und andere Vorteile der Erfindung als auch zusätzliche Erfindungsmerkmale werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden.
KURZE INHALTSANGABE DER ERFINDUNG
In einem Aspekt stellt eine Ausführungsform der Erfindung einen Multiplex-Treiberschaltkreis für eine AC-Zündanlage mit einem gemeinsamen Leitungszweig, der zwei in Reihe gekoppelte Schalter enthält, und einem dedizierten Leitungszweig oder mehreren dedizierten Leitungszweigen bereit, wobei jeder dedizierte Leitungszweig zwei in Reihe gekoppelte Schalter enthält. Die AC-Zündanlage enthält außerdem einen Transformator (mit Zwei-Wicklung-Zündspule) für jeden von dem einen dedizierten Leitungszweig oder den mehreren dedizierten Leitungszweigen, wobei jeder Transformator eine Primärwicklung hat, die zwischen einem von dem einen dedizierten Leitungszweig oder den mehreren dedizierten Leitungszweigen und dem gemeinsamen Leitungszweig gekoppelt ist. Darüber hinaus hat jeder Transformator eine Sekundärwicklung, die parallel zu einer Zündkerze gekoppelt ist. Die AC-Zündanlage enthält außerdem eine pulsbreitenmodulierte (PWM) Schalter-Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Handhaben der Schalter des gemeinsamen Leitungszweigs und der dedizierten Leitungszweige, um Eigenschaften der Funkenentladung für die Zündkerze zu steuern.
In einem anderen Aspekt stellt eine Ausführungsform der Erfindung eine programmierbare AC-Zündanlage bereit, die einen Gleichstrom-Elektrobus, eine Vielzahl von Zündkerzen, von denen jede mit einer Sekundärwicklung eines jeweiligen Transformators gekoppelt ist, enthält. Jeder Transformator enthält eine Primärwicklung, die einen ersten Anschluss hat, der zwischen einem jeweiligen Paar in Reihe gekoppelter dedizierter Schalter gekoppelt ist. Die programmierbare AC-Zündanlage hat außerdem ein Paar gemeinsam genutzter Schalter, die in Reihe gekoppelt sind, wobei ein zweiter Anschluss jeder Primärwicklung zwischen den gemeinsam genutzten Schaltern gekoppelt ist, und wobei die gemeinsam genutzten Schalter und jeder der dedizierten Schalter mit dem Gleichstrombus gekoppelt sind. Ferner hat die AC-Zündanlage eine programmierbare Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Handhaben der gemeinsam genutzten Schalter und der dedizierten Schalter mit Verwendung einer Pulsbreitenmodulation, wobei das Steuern der gemeinsam genutzten und der dedizierten Schalter ein Steuern von Funkenentladungseigenschaften für die Vielzahl von Zündkerzen umfasst
Andere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, die in der Anmeldung aufgenommen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen einige Aspekte der vorliegenden Erfindung und können zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung dienen, und zwar wie folgt:
1 ist ein schematisches Diagramm eines AC-Zündanlagenmoduls mit einem Multiplex-Treiberschaltkreis gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A und 2B sind Zeitablaufdiagramme, die die grundlegenden Spannungs- und Stromwellenformen während eines beispielhaften Betriebs der Zündanlage von 1 zeigen.
3 ist ein Blockdiagramm einer 16-Kanal-AC-Zündanlage mit Multiplex-Treiberschaltkreisen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Während die Erfindung in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden wird, gibt es keine Absicht, die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Ganz im Gegenteil ist es die Absicht, sämtliche Alternativen, Modifizierungen und Äquivalente abzudecken, wie sie unter den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung fallen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Wechselstrom-(AC)Zündanlagenmodul 100 mit einem Multiplex-Treiberschaltkreis 101 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zündanlagenmodul 100 kann als ein 3-Kanal-Modul, d. h. mit drei Zündkerzen gekoppelt, oder als ein Zwei-Kanal-Modul, d. h. mit zwei Zündkerzen gekoppelt, konfiguriert sein und enthält einen gemeinsam genutzten, oder gemeinsamen, Leitungszweig 102 mit zwei in Reihe gekoppelten Schaltern S2, 104 und S3, 106. Ein erster dedizierter Leitungszweig 108 hat zwei in Reihe gekoppelte Schalter S4, 110 und S5, 112. Ein Anschluss 103 einer Primärwicklung 114 einer ersten Zündspule oder Transformator 116 ist zwischen Schaltern S2, 104 und S3, 106 gekoppelt, während der andere Anschluss 105 der Primärwicklung 114 zwischen Schaltern S4, 110 und S5, 112 gekoppelt ist. Eine Sekundärwicklung 118 des ersten Transformators 116 ist parallel mit einer ersten Zündkerze 120 gekoppelt. Weil die Zündspulen in der vorliegenden Erfindung nicht so viel Energie wie Zündspulen in Zündanlagen gemäß dem Stand der Technik speichern müssen, ist die Zündanlage in der vorliegenden Erfindung konfiguriert zum Verwenden von Zündspulen, die hauptsächlich für den Betrieb als Hochspannungstransformatoren anstatt als Energiespeichervorrichtungen entworfen sind.
Ein zweiter dedizierter Leitungszweig 122 enthält zwei in Reihe gekoppelte Schalter S6, 124 und S7, 126. Der zweite dedizierte Leitungszweig 122 ist parallel gekoppelt mit dem ersten dedizierten Leitungszweig 108 und dem gemeinsamen Leitungszweig 102. Ein erster Anschluss 121 einer Primärwicklung 128 einer zweiten Zündspule oder Transformator 130 ist zwischen Schaltern S2, 104 und S3, 106 gekoppelt, während ein zweiter Anschluss 123 von Primärwicklung 128 gekoppelt ist zwischen Schaltern S6, 124 und S7, 126. Eine Sekundärwicklung 132 des zweiten Transformators 130 ist parallel mit einer zweiten Zündkerze 134 gekoppelt.
In einer alternativen 3-Kanal-Ausführungsform der Erfindung enthält ein dritter dedizierter Leitungszweig 136 (gestrichelt gezeichnet) zwei in Reihe gekoppelte Schalter S8, 138 und S9, 140. Ein Anschluss 131 einer Primärwicklung 142 eines dritten Transformators 144 (gestrichelt gezeichnet) ist zwischen Schaltern S2, 104 und S3, 106 gekoppelt, während der andere Anschluss 133 der Primärwicklung 142 gekoppelt ist zwischen Schaltern S8, 138 und S9, 140. Eine Sekundärwicklung 146 des dritten Transformators 144 ist parallel mit einer dritten Zündkerze 148 gekoppelt.
Wie aus dem Folgenden ersichtlich werden wird, wird der gemeinsame Leitungszweig 102 als der gemeinsam genutzte, oder gemeinsame, Leitungszweig bezeichnet, da er mit mehr als einer Primärwicklung der Transformatoren für die Zündkerzen in der Zündanlage verbunden sein kann. Der gemeinsame Leitungszweig 102 und die drei dedizierten Leitungszweige 108, 122, 136 sind jeweils parallel gekoppelt. Jeder dedizierte Leitungszweig 108, 122, 136 ist hingegen mit einer unterschiedlichen Primärwicklung eines Transformators gekoppelt. Jede Primärwicklung ist mit einer unterschiedlichen Zündkerze gekoppelt.
In einer Ausführungsform sind die Schalter N-Kanal-Feldeffekttransistoren (FETs). In einer alternativen Ausführungsform sind die Schalter Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), und in einer anderen Ausführungsform sind die Schalter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs). Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass andere Schaltertypen als Schalter gemäß Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können. In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat jeder von dem einen Schalter oder den mehreren Schaltern eine Diode antiparallel gekoppelt.
Eine Pulsbreitenmodulations-(PWM)Schalter-Steuereinheit 150 ist mit einem Strommesswiderstand 152 und einer Neutralleitung 154 gekoppelt, welche mit einem gemeinsamen Anschluss des gemeinsamen Leitungszweigs 102 und der dedizierten Leitungszweige 108, 122, 136 verbindet. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die PWM-Schalter-Steuereinheit 150 als ein Feld-programmierbares Gatterarray (FPGA, Engl.: field-programmable gate array) implementiert. Wenn die Schalter MOSFET- oder IGBT-Transistoren sind, ist die PWM-Schalter-Steuereinheit 150 mit Gate-Elektroden der Transistoren gekoppelt, um den Schalter-Betrieb zu steuern. Ferner kann die PWM-Schalter-Steuereinheit 150 für einen Hochfrequenzbetrieb, beispielsweise 5–55 Kilohertz, konfiguriert sein. Der Hochfrequenzbetrieb der Schalter-Steuereinheit 150 sieht eine exakte Steuerung des Primärwicklungs-Strompegels vor. Ein hoher Kopplungsfaktor zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen bedeutet, dass eine exakte Steuerung des Primärwicklungsstroms in einer exakten Steuerung und Echtzeitsteuerung des Sekundärwicklungsstroms resultiert. Solche eine Steuerung des Sekundärstroms macht die Steuerung von Funkenentladungseigenschaften, so wie CA und SD, möglich. Demgemäß ist die PWM-Schalter-Steuereinheit 150 konfiguriert, diese Parameter für eine bestimmte Funkenentladung abzuändern, während die Entladung stattfindet.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird elektrische Energie zur Funkenerzeugung von einem Gleichstrom-(DC)Leistungsbus 160 von Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Hochsetzsteller 162 gezogen. Der Hochsetzsteller (Engl.: boost converter) 162 enthält eine Steuereinheit 164, die einen Schalter S1 166 handhabt. Durch ihre Steuerung von Schalter S1 166 reguliert die Steuereinheit 164 die Ausgangsspannung, d. h. die DC-Leistungsbus 160 Spannung des Hochsetzstellers 162. Eine Batterie 168 liefert einen elektrischen Strom an eine Drosselspule 170. Der Drosselspulenanschluss 171 entgegengesetzt der Batterie 168 ist mit einer Diode 172 und mit dem Schalter S1 166 gekoppelt. Der Schalter S1 166 wiederum ist mit einem Strommesswiderstand 173 und mit der Steuereinheit 164 gekoppelt. Der Diodenanschluss 175 entgegengesetzt der Drosselspule 170 ist mit einem Kondensator 174, mit dem DC-Leistungsbus 160 und mit einer mit der Steuereinheit 164 gekoppelten Spannungsrückkopplungsleitung 177 gekoppelt.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung liefert die Batterie 168 24 Volt DC, welche auf ungefähr 185 Volt bei dem DC-Leistungsbus 160 angehoben werden. Der Schalter S1 166 wird mit Verwendung einer Pulsbreitenmodulation moduliert, um einen vorbestimmten Durchschnittsstrom I_L zu erschaffen. Der Strom I_L wird eine AC-Welligkeitskomponente (z. B. beispielsweise ungefähr ±6 Ampere) haben, die geringer als die DC-Komponente (beispielsweise ungefähr 34 Ampere) ist. Der Strom I_L ist ein kontinuierlicher, konstanter Strom, wenn der Hochsetzsteller 162 „an” ist. Der Strom I_L wird Strompakete durch Diode 172 an Kondensator 174 bereitstellen, wenn Schalter S1 166 aus ist während der S1-Modulation, wenn der Hochsetzsteller 162 „an” ist. Diese Strompakete werden in den Kondensator 174 fließen, was die Spannung auf dem Kondensator 174 erhöhen wird. Die Spannungsrückkopplungsleitung 177 wird von der Steuereinheit 164 verwendet, um den Hochsetzsteller 162 bei einem vorbestimmten Spannungspegel (d. h. 185 Volt) „aus” zu schalten. An dieser Stelle wird die S1-Modulation aufhören, und Schalter S1 166 wird im geöffneten Zustand gelassen werden. Der Strom I_L wird dann starten, sich zu Null zu verringern. Wenn die Spannung V_boost sich auf einen zweiten vorbestimmten Pegel verringert, wird der Hochsetzsteller 162 wiederum „an”schalten und die Hochfrequenz-S1-Modulation wird erneut initiiert werden, um den zweckgemäßen Gleichstrom I_L durch die Drosselspule 170 zu entwickeln, um starre 185 Volt auf dem DC-Bus aufrechtzuerhalten.
Für die Steuerung der Funkeneigenschaften der Zündkerze 120, arbeiten Schalter S2 104 und S5 112 zusammen als ein Paar. Sie sind entweder beide an oder beide aus. Schalter S3 106 und S4 110 arbeiten auch zusammen als ein Paar und werden in dem invertierten Zustand der Schalter S2 104 und S5 112 betrieben. Die Anfangsionisierung des Elektrodenabstands in der ersten Zündkerze 120 wird erschaffen durch Anschalten von S3 106 und S4 110. In einer beispielhaften Ausführungsform haben die Transformatoren 116, 130, 144 ein Primärwicklungs-zu-Sekundärwicklungs-Windungsverhältnis von ungefähr 1:180. Wenn S3 106 und S4 110 anschalten, werden die 185 Volt auf DC-Leistungsbus 160 über der Primärwicklung 114 plaziert. Dieses plaziert eine Hochspannung über der Sekundärwicklung 118. Wenn die Spannung über den Elektrodenabstand (V_SP) ausreichend hoch (zum Beispiel von 5 bis 40 Kilovolt) ist, wird der Elektrodenabstand ionisieren. An dieser Stelle sieht der Elektrodenabstand nicht länger wie ein geöffneter Schaltkreis sondern vielmehr wie eine Zener-Diode aus. So lange wie die Sekundärwicklung 118 des Transformators 116 fähig ist, die Zener-Spannung, oder Erhaltungsspannung, des Elektrodenabstand zu überschreiten, wird die Funkenstrecke ionisiert bleiben, und wird die Funkenentladung fortdauern. Die Erhaltungsspannung über den Elektrodenabstand während der Funkenentladung wird sinken, mit einer Reduzierung von V_SP auf eine Spannung zwischen 300 Volt und 3000 Volt. Die Polarität von V_SP wird durch die Richtung des Stromflusses bestimmt.
Auf die selbe Weise wie oben beschrieben arbeiten Schalter S2 104 und S7 126 zusammen als ein Paar, entweder beide an oder beide aus. Schalter S3 106 und S6 124 arbeiten auch beide als ein Paar zusammen und werden in dem invertierten Zustand der Schalter S2 104 und S7 126 betrieben. Zusammen werden Schalter S2 104, S7 126, S3 106 und S4 124 betrieben, um die Funkenentladungseigenschaften für die zweite Zündkerze 134 zu steuern. Ähnlich arbeiten Schalter S2 104 und S9 140 (gestrichelt gezeichnet) zusammen als ein Paar, entweder beide an oder beide aus. Schalter S3 106 und S8 138 (gestrichelt gezeichnet) arbeiten auch beide als ein Paar zusammen und werden in dem invertierten Zustand der Schalter S2 104 und S9 140 betrieben. Zusammen werden Schalter S2 104, S9 140, S3 106 und S8 138 betrieben, um die Funkenentladungseigenschaften für die dritte Zündkerze 148 zu steuern.
Während des Betriebs der AC-Zündanlage fließt ein Strom I_P durch die Primärspule 114, wenn Schalter S2 104 und S5 112 an (d. h. geschlossen) sind. Wenn I_P einen vorbestimmten Pegel (zum Beispiel 30 bis 150 Ampere) erreicht, schaltet die Schalter-Steuereinheit 150 S2 104 und S5 112 aus, während des Anschaltens von Schalter S3 106 und S4 110. Wenn Schalter S3 106 und S4 110 an sind, ändert der Strom I_P durch die Primärwicklung 114 die Richtung, wodurch der AC-Betrieb der Zündanlage definiert wird. Schalter S3 106 und S4 110 werden in einem An-Zustand gehalten werden, bis der Strom I_P einen vorbestimmten Wert gleicher Größe aber entgegengesetzter Polarität von dem S2 104 und S5 112 Schalter-Spitzenstrom erreicht. Somit nimmt der Strom I_P eine Hochfrequenz-Dreiecksform an. Der Strom I_S, der in der Sekundärwicklung fließt, hat die selbe Form und Phase wie der Primärwicklungsstrom I_P, aber skaliert auf Grundlage des Primärwicklungs-zu-Sekundärwicklungs-Windungsverhältnisses.
Die Transformatoren 116, 130, 144 haben Primär- und Sekundärwicklungen mit niedriger Induktivität relativ zu den in typischen Zündspulen gefundenen Wicklungen. Die niedrige Induktivität der Primär- und Sekundärwicklungen der in 1 gezeigten drei Transformatoren sieht eine strenge Kopplung des Primärwicklungsstroms und des Sekundärwicklungsstroms vor. Die niedrigen Induktivitäten sehen außerdem eine exakte Steuerung der Primärwicklungs- und Sekundärwicklungsströme vor. Durch exaktes Steuern des Primärwicklungsstroms wird auch der Sekundärwicklungsstrom exakt gesteuert.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung haben die Transformatoren eine Primärinduktivität von ungefähr 109 Mikrohenry, eine Sekundärinduktivität von ungefähr 3,7 Henry, eine Primärstreuinduktivität von ungefähr 28 Mikrohenry und eine Sekundärstreuinduktivität von ungefähr 0,95 Henry. Außerdem haben die Transformatoren einen Primärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8630, einen Sekundärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8630 und ein Windungsverhältnis von ungefähr 184 zu eins. Die Zeitrate der Änderung des Stroms durch die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators wird durch die Streuinduktivitäten oder Kopplungsfaktoren diktiert. Der Kopplungsfaktor kann gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden: 1 – k² = L_ps/L_p = L_sp/L_s, (1) wobei k der Kopplungsfaktor ist, L_p die Primärinduktivität mit der Sekundärseite geöffnet ist, L_s die Sekundärinduktivität mit der Primärseite geöffnet ist, L_ps die Primärinduktivität mit der Sekundärseite kurzgeschlossen (Streuung bei Primärseite) ist, L_sp die Sekundärinduktivität mit der Primärseite kurzgeschlossen (Streuung bei Sekundärseite) ist. Dieses legt die Schwingungsfrequenz für eine gegebene Stromfestlegung fest. Wenn der Stromwert zunimmt, nimmt die Frequenz ab. Bei Kopplung mit einem 185-Volt-Nominal-Bus oszilliert dieser Transformator bei ungefähr 12 kHz bis 55 kHz, wenn der Ausgangsstrompegel von 300 mA (rms) auf 65 mA (rms) abnimmt. Bezüglich der hier behandelten Induktivitäten und Kopplungsfaktoren ist „ungefähr” als Plus oder Minus 25% definiert, da eine Anzahl von Faktoren diese Werte beeinflussen kann, einschließlich Zwischenwicklungskapazität, Skin-Effekte, Proximity-Effekte, Messungsverfahren und Produktvariation.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung haben die Transformatoren eine Primärinduktivität von ungefähr 246 Mikrohenry, eine Sekundärinduktivität von ungefähr 8,11 Henry, eine Primärstreuinduktivität von ungefähr 61 Mikrohenry und eine Sekundärstreuinduktivität von ungefähr 2,04 Henry. Außerdem haben die Transformatoren einen Primärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8672, ein Sekundärkopplungsverhältnis von ungefähr 0,8651 und ein Windungsverhältnis von ungefähr 182 zu eins. Bei Kopplung mit einem 185-Volt-Nominal-Bus oszilliert dieser Transformator bei ungefähr 5 kHz bis 29 kHz, wenn der Ausgangsstrompegel von 300 mA (rms) auf 65 mA (rms) abnimmt.
2A und 2B sind Zeitablaufdiagramme, die die grundlegenden Spannungs- und Stromwellenformen während des beabsichtigten Betriebs des Zündanlagenmoduls 100 von 1 veranschaulichen. Die I_L-Wellenform 202 zeigt den Eingangsstrom an den Hochsetzsteller. Die kleine Welligkeit ist in dieser Simulationsausgabe nicht sichtbar. Man beachte, dass I_L aus ist zu der Zeit gleich null. Wenn die Spannung V_boost unter 180 Volt fällt, startet I_L mit dem Leiten, und setzt das Leiten fort, sogar nachdem der Funke bei dem 1 ms Punkt ausgeschaltet wird. Strom I_L fließt, bis V_boost zurück auf 185 Volt ist.
Die V_boost-Wellenform 204 zeigt die 185 Volt DC Ausgangsspannung des Hochsetzstellers. Es gibt einen gewissen Spannungsdurchhang während der erheblichen Belastung des Zündungsereignisses. Jedoch ist das grundlegende Konzept dieser Maßnahme für die Spannung V_boost, ein konstanter Wert zu sein. Der in dieser Simulation gezeigte Spannnungsdurchhang ist ein Ergebnis nicht-idealer oder pragmatischer Energieversorgungsentwurf-Auswahlmöglichkeiten.
Die Cur_Cmd-Wellenform 206 zeigt die für den Primärstrom I_P befohlene AC-Größe. Man beachte, dass die Spitzen des Stroms I_P der Cur_Cmd-Linie entsprechen. Man beachte außerdem, dass Cur_Cmd nahezu unmittelbar geändert werden kann, wie in 2A und 2B gezeigt, mit einer entsprechenden und nahezu unmittelbaren Reaktion von I_P.
Eine S2, S5-Befehl-Wellenform 208 zeigt den Zustand der Schalter S2 104 und S5 112. Wenn das Signal +1 (hoch) ist, sind die Schalter 104, 112 geschlossen. Wenn das Signal –1 (niedrig) ist, sind die Schalter 104, 112 geöffnet. Eine S3, S4-Befehl-Wellenform 210 zeigt den Zustand der Schalter S3 106 und S4 110. Wenn das Signal +1 (hoch) ist, sind die Schalter 106, 110 an. Wenn das Signal –1 (niedrig) ist, sind die Schalter 106, 110 aus. Man beachte, dass die S2, S5-Befehl-Wellenform 208 außer Phase zu der S3, S4-Befehl-Wellenform 210 ist.
Die I_P-Wellenform 212 zeigt den Zündspulen-Primärstrom. Man beachte, dass dieser Strom eine dreieckige AC-Form hat. Die Größe des Wechselstroms wird durch das Cur_Cmd-Signal bestimmt. Die Frequenz des Wechselstroms ist das Ergebnis von V_boost, LP und Cur_Cmd. Wenn die Größe von Cur_Cmd zunimmt, nimmt die Frequenz ab. Während des Durchschlags ist Cur_Cmd ungefähr 100 Ampere. Nach dem Durchschlag wird Cur_Cmd auf ungefähr 50 Ampere geändert. Bei 600 μs und 800 μs wird Cur_Cmd geändert, und I_P reagiert demgemäß.
Die V_SP-Wellenform 214 zeigt die Spannung bei den Zündspulenelektroden. Man beachte, dass der Durchschlag in dieser Simulation bei ungefähr 35 Kilovolt auftritt. Danach wird V_SP auf die Erhaltungsspannung reduziert, welche eine Größe von ungefähr 1000 Volt in dieser Simulation hat. Man beachte außerdem, dass die Polarität von V_SP durch die Richtung des Strom I_S bestimmt wird.
Die Wellenform 216 des Stroms I_S ist eine skalierte Widerspiegelung von I_P (d. h. eine Dreieckswelle) durch das Windungsverhältnis in der Zündspule. Strom I_S und die Fähigkeit zur unmittelbaren Änderung seiner Größe ist ein Merkmal der in 1 gezeigten Ausführungsform. Man beachte, dass die erste negative Spitze ziemlich hoch ist und der Cur_Cmd-Wellenform 206 folgt. Nach dem Durchschlag wird Cur_Cmd reduziert und die Amplitude von I_S reduziert sich demgemäß. Bei ungefähr 600 μs steigt Cur_Cmd stufenartig an, und so tut es die Amplitude von Strom I_S. Bei ungefähr 800 μs wird Cur_Cmd erneut geändert, und so wird es Strom I_S. Bei ungefähr 1000 μs geht Cur_Cmd auf Null, und I_S stoppt seinen Fluss. Dieses bewirkt die Beendigung des Funkens.
Die Programmierbarkeit von Funkenentladungseigenschaften in der vorliegenden Erfindung sieht die Auswahl eines weiten Bereichs von CAs und SDs vor. Zum Beispiel sieht eine Ausführungsform der Erfindung über einen Bereich von 0,1 bis 4,0 Millisekunden zu programmierende Funkenentladungszeiten und ein über einen Bereich von 50 bis 1000 Milliampere zu programmierendes CA vor. Dieses wiederum ermöglicht, dass ein einzelner Zündanlagenentwurf in einer Anzahl unterschiedlicher Motorentwürfe und Konfigurationen verwendet wird. Statt eines Entwerfens und Herstellens einer vollständigen Familie von Zündanlagen für unterschiedliche Motoren zieht die vorliegende Erfindung einen Zündanlagenentwurf in Erwägung, der programmiert werden kann, um mit vielen unterschiedlichen Motormodellen zu arbeiten.
Die Programmierbarkeit der hier beschriebenen Zündanlage erleichtert auch eine längere Nutzungsdauer für die in der Anlage verwendeten Zündkerzen. Über die Lebensdauer eines Motors kann der Austausch von Zündkerzen ein kostenträchtiger und zeitaufwändiger Aspekt der gesamten Instandhaltung des Motors sein. In einer typischen Zündkerze erhöht sich der Elektrodenabstand, wenn die Elektroden verschlissen werden. Mit der Zeit kann dieses zu einem Anstieg sowohl der Durchschlagspannung als auch der Erhaltungsspannung führen. Andere Faktoren, so wie der effektive Mitteldruck (Engl.: break mean effektive pressure), der mit der Motorbelastung zunehmen kann, können auch Bedingungen im Zylinder einschließlich der Funkenentladungseigenschaften während des Motorbetriebs beeinflussen. Dem Benutzer ist es außerdem möglich, absichtlich gewisse Motorparameter zu variieren, die sich auf Funkenentladungseigenschaften auswirken. Derartige Änderungen können durch die Schalter-Steuereinheit 150 erfasst werden, welche dann der Zündkerze Energie während der Funkenentladung hinzufügen kann, wenn erforderlich, um die Funkeneigenschaften innerhalb akzeptabler Betriebsgrenzen zu halten. Dieses wird bewerkstelligt durch strenges Koppeln der Primär- und Sekundärströme. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Sekundärstrom in Echtzeit über die Steuerung des Primärstroms gesteuert werden.
Bei einem Motor mit zum Beispiel 16 Zündkerzen enthält eine multiplexende 16-Kanal-Systemkanal-AC-Zündanlage 16 dedizierte Leitungszweige mit 32 Schaltern und typischerweise sechs gemeinsame Leitungszweige mit 12 Schaltern. Wenn die Schalter als N-Kanal-FETs implementiert sind, werden Gate-Treiber verwendet, um die Logik von der Schalter-Steuereinheit auf einen zum Betätigen der Schalter ausreichenden Treiberpegel umzusetzen. In einer Ausführungsform werden 22 Halbbrückentreiber zum Treiben der 44 FETs in einer 16-Kanal-Zündanlage verwendet. Jeder gemeinsame Leitungszweig ist mit einem jeweiligen Hochsetzsteller gekoppelt, und sämtliche 44 Schalter können durch eine PWM-Steuereinheit gesteuert werden.
In einer Kolbenmaschine werden die Zylinder typischerweise in einer vorbestimmten Abfolge gezündet. Es ist dabei möglich, dass es eine Überlappung zwischen angrenzenden Zündungen gibt. Die Möglichkeit solcher einer Überlappung nimmt zu, wenn die Zylinderanzahl zunimmt, wenn die Funkendauer zunimmt, und ist wahrscheinlicher in Motoren mit nicht-symmetrischen Zündabfolgen. Zum Beispiel zündet ein 16-Zylinder-4-Takt-Motor mit einer symmetrischen Zündabfolge eine Leistungsabgabe jede 45 Grad, d. h. 720 Grad/16 = 45 Grad. Bei 1800 Umdrehungen/min, ist ein Grad = 92,59 Mikrosekunden, was darin resultiert, dass eine Leistungsabgabe einmal jede 4,167 Millisekunden gezündet wird. Wenn die maximale Funkendauer zum Beispiel 2 Millisekunden ist, wird es keine Überlappungen beim Zünden geben.
Jedoch kann man in einem 16-Zylinder-Motor mit einer 15–75 nicht-symmetrischen Zündabfolge solch eine Überlappung beim Zünden haben. Bei 1800 Umdrehungen/min bleiben 1,39 Millisekunden für die Teile der Zündabfolge mit 15 Grad zwischen den Zündungen. In diesem Fall ist eine gewisse Überlappung möglich, wenn die Funkendauer 2 Millisekunden beträgt. 3 veranschaulicht eine beispielhafte 16-Kanal-Zündanlage mit vier 3-Kanal-Zündanlagenmodulen 302 des in 1 gezeigten Typs, wobei das Modul die gestrichelt gezeichneten Elemente enthält. Zündanlage 300 enthält ferner zwei 2-Kanal-Zündanlagenmodule 304 des in 1 gezeigten Typs, wobei das Modul nicht die gestrichelt gezeichneten Elemente enthält. Die vier 3-Kanal-Zündanlagenmodule 302 und die zwei 2-Kanal-Zündanlagenmodule sind mit 16 Zündkerzen in einem Motor 306 verbunden. Eine konventionelle nicht-multiplexende AC-Zündanlage könnte 64 Schalter (vier pro Zündkerze) erfordern, um den 16-Zylinder-Motor 306 zu betreiben. Jedoch ermöglicht es das Multiplexmerkmal von Zündanlage 300, dass der selbe 16-Zylinder-Motor 306 mit Verwendung von 44 Schaltern betrieben wird. Die dedizierten Leitungszweige der Zündanlagenmodule 302, 304 verwenden 32 Schalter, während die gemeinsam genutzten Leitungszweige in diesen Modulen 12 Schalter verwenden. Eine gemeinsame Schalter-Steuereinheit 150 (in 1 gezeigt) kann zum Betreiben sämtlicher 44 Schalter verwendet werden.
Dieser Entwurf, in dem die Schalter-Steuereinheit 150 exakt den Strompegel in der Primärwicklung jedes Transformators reguliert, ermöglicht es, dass CA unabhängig von der SD gesteuert wird, während der Beibehaltung der selben OCV. Darüber hinaus bringen es die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zustande, die zuvor erwähnten Zündanlagenmerkmale ohne Einsatz kostenträchtiger Entwurfsmaßnahmen, d. h. ohne Transformatoren mit Mittenanzapfung, Hochspannungs-Hochstrom-Halbleiter, Resonanzschaltkreise oder Zündspulen mit hoher Energiespeicherung, zu implementieren.
Sämtliche hierin angeführten Quellenangaben, einschließlich von Publikationen, Patentanmeldungen und Patenten, sind hierdurch mittels Bezugnahme zu dem selben Ausmaß aufgenommen, als ob jede Quellenangabe individuell und spezifisch angegeben worden wäre, mittels Bezugnahme aufgenommen zu sein, und hier in ihrer Gesamtheit bekannt gemacht wäre.
Die Verwendung der Begriffe „ein” und „eine” und „der”, „die”, „das” und ähnliche Verweise in dem Kontext der Beschreibung der Erfindung (besonders in dem Kontext der folgenden Ansprüche) soll so aufgefasst werden, sowohl den Singular als auch den Plural abzudecken, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder offensichtlich durch den Kontext bestritten wird. Die Begriffe „umfassend”, „mit”, „einschließlich” und „enthält” sollen als nicht-abgeschlossene Begriffe (d. h. „einschließlich aber nicht beschränkt auf”) aufgefasst werden, sofern nichts anderes angemerkt wird. Vorträge zu Bereichen von Werten sind hierin lediglich beabsichtigt, als ein Abkürzungsverfahren zum individuellen Verweis auf jeden innerhalb des Bereiches fallenden, separaten Wert zu dienen, sofern hierin nichts anderes angegeben ist, und jeder separate Wert ist in der Anmeldung aufgenommen, als ob er individuell hierin aufgeführt wäre. Sämtliche hierin beschriebenen Verfahren können in irgendeiner geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern hierin nichts anderes hier angegeben ist oder offensichtlich durch den Kontext bestritten wird. Die Verwendung irgendeines und sämtlicher Beispiele oder hierin bereitgestellter beispielhafter Sprache (z. B. „so wie”) ist lediglich beabsichtigt, die Erfindung besser zu veranschaulichen, und legt dem Schutzbereich der Erfindung keine Beschränkung auf, sofern nicht anders beansprucht. Kein Wortlaut der Anmeldung sollte so aufgefasst werden, dass er irgendein nicht-beanspruchtes Element als für die Ausübung der Erfindung wesentlich angibt.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind hierin beschrieben, einschließlich des den Erfindern zum Ausführen der Erfindung bekannten besten Modus. Variationen dieser bevorzugten Ausführungsformen können dem normalen Fachmann beim Lesen der vorangehenden Beschreibung ersichtlich werden. Die Erfinder erwarten, dass Fachmänner solche Variationen als zweckgemäß einsetzen, und die Erfinder sehen vor, dass die Erfindung anders als hierin spezifisch beschrieben ausgeübt wird. Demgemäß enthält diese Erfindung sämtliche Modifizierungen und Äquivalente des Gegenstands, der in den Ansprüchen vorgetragen wird, die hieran angefügt sind, wie durch das anwendbare Recht gestattet. Darüber hinaus ist jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in sämtlichen Variationen davon durch die Erfindung erfasst, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder offensichtlich durch den Kontext bestritten wird

Claims

Ein Multiplex-Treiberschaltkreis für ein Wechselstrom-Zündanlagenmodul mit: einem gemeinsamen Leitungszweig, der zwei in Reihe gekoppelte Schalter enthält; einem dedizierten Leitungszweig oder mehreren dedizierten Leitungszweigen, wobei jeder dedizierte Leitungszweig zwei in Reihe gekoppelte Schalter enthält; einem Transformator für jeden von dem einen dedizierten Leitungszweig oder den mehreren dedizierten Leitungszweigen, wobei jeder Transformator eine Primärwicklung hat, die zwischen einem von dem einen dedizierten Leitungszweig oder den mehreren dedizierten Leitungszweigen und dem gemeinsamen Leitungszweig gekoppelt ist, und wobei jeder Transformator eine Sekundärwicklung hat, die parallel zu einer Zündkerze gekoppelt ist; einer pulsbreitenmodulierten (PWM) Schalter-Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Handhaben der Schalter des gemeinsamen Leitungszweigs und der dedizierten Leitungszweige, um Eigenschaften der Funkenentladung für die Zündkerze zu steuern.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren dedizierten Leitungszweige zwei dedizierte Leitungszweige umfassen.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren dedizierten Leitungszweige drei dedizierte Leitungszweige umfassen.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, mit ferner einem Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Hochsetzsteller, der konfiguriert ist für das Bereitstellen elektrischer Energie zum Erzeugen der Funkenentladung.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei die Schalter N-Kanal-FETs oder MOSFETs sind.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 5, wobei jeder Schalter antiparallel mit einer Diode gekoppelt ist.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei die Schalter-Steuereinheit eine Hochfrequenz-Pulsbreitenmodulation verwendet, wobei das Steuern der gemeinsamen und dedizierten Schalter ein Steuern von Funkenentladungseigenschaften für die Vielzahl von Zündkerzen umfasst; und wobei die Steuereinheit konfiguriert ist zum Abändern der Eigenschaften einer bestimmten Funkenentladung, während die Funkenentladung stattfindet.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei die Funkenentladungszeit programmiert werden kann, eine Dauer von 0,1 Millisekunden bis 4 Millisekunden zu haben, und die Sekundärwicklungs-Stromamplitude programmiert ist, einen Bereich von 50 Milliampere bis 1000 Milliampere zu haben.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei jeder Transformator eine Primärinduktivität von ungefähr 109 Mikrohenry und eine Sekundärinduktivität von ungefähr 3,7 Henry hat.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 9, wobei jeder Transformator eine Primärstreuinduktivität von ungefähr 28 Mikrohenry und eine Sekundärstreuinduktivität von ungefähr 0,95 Henry hat.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 10, wobei jeder Transformator einen Primärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8630 und einen Sekundärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8630 hat.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 11, wobei jeder Transformator mit ungefähr 12 kHz bis 55 kHz oszilliert, wenn der Ausgangsstrompegel von 300 mA (rms) auf 65 mA (rms) geht.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei jeder Transformator eine Primärinduktivität von ungefähr 246 Mikrohenry und eine Sekundärinduktivität von ungefähr 8,1 Henry hat, und wobei jeder Transformator eine Primärstreuinduktivität von ungefähr 61 Mikrohenry und eine Sekundärstreuinduktivität von ungefähr 2,04 Henry hat.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 13, wobei jeder Transformator einen Primärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8672 und einen Sekundärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8651 hat, wobei jeder Transformator mit ungefähr 5 kHz bis 29 kHz oszilliert, wenn der Ausgangsstrompegel von 300 mA (rms) auf 65 mA (rms) geht.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei die Schalter des gemeinsamen Leitungszweigs und die Schalter der dedizierten Leitungszweige betätigt werden, um einen Wechselstromfluss durch jede der Sekundärwicklungen zu erzeugen.
Der Multiplex-Treiberschaltkreis von Anspruch 1, wobei die Funkenentladung in einer Zündkerze beendet wird durch Öffnen der zwei Schalter des gemeinsamen Leitungszweigs und der zwei Schalter des dedizierten Leitungszweigs für diese Zündkerze.
Ein programmierbares Wechselstrom-Zündanlagenmodul mit: einem Gleichstrom-Elektrobus; einer Vielzahl von Zündkerzen, von denen jede mit einer Sekundärwicklung eines jeweiligen Transformators gekoppelt ist, wobei jeder Transformator eine Primärwicklung mit einem ersten Anschluss enthält, der zwischen einem jeweiligen Paar in Reihe gekoppelter dedizierter Schalter gekoppelt ist; einem Paar gemeinsam genutzter Schalter, die in Reihe gekoppelt sind, wobei ein zweiter Anschluss jeder Primärwicklung zwischen den gemeinsam genutzten Schaltern gekoppelt ist; wobei die gemeinsam genutzten Schalter und jeder der dedizierten Schalter mit dem Gleichstrombus gekoppelt sind; und einer programmierbaren Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Handhaben der gemeinsam genutzten Schalter und der dedizierten Schalter mit Verwendung einer Pulsbreitenmodulation, wobei das Steuern der gemeinsam genutzten und der dedizierten Schalter ein Steuern von Funkenentladungseigenschaften für die Vielzahl von Zündkerzen umfasst.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, mit ferner einem Hochsetzsteller, der konfiguriert ist zum Ausgeben einer Gleichspannung an den Gleichstrombus.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei das Steuern der Funkenentladungseigenschaften eine unabhängige Steuerung einer Stromamplitude und einer Funkenentladungsperiode umfasst.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei die gemeinsam genutzten Schalter und die dedizierten Schalter MOSFETs sind, und wobei jeder MOSFET antiparallel mit einer Diode gekoppelt ist.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei die gemeinsam genutzten Schalter mit den Primärwicklungen von wenigstens zwei Transformatoren gekoppelt sind.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei die gemeinsam genutzten Schalter mit den Primärwicklungen von wenigstens drei Transformatoren gekoppelt sind.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei jeder Transformator eine Primärinduktivität von ungefähr 109 Mikrohenry und eine Sekundärinduktivität von ungefähr 3,7 Henry hat, und wobei jeder Transformator eine Primärstreuinduktivität von ungefähr 28 Mikrohenry und eine Sekundärstreuinduktivität von ungefähr 0,95 Henry hat.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 23, wobei jeder Transformator einen Primärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8630 und einen Sekundärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8630 hat, und wobei jeder Transformator mit ungefähr 12 kHz bis 55 kHz oszilliert, wenn der Ausgangsstrompegel von 300 mA (rms) auf 65 mA (rms) geht.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei jeder Transformator eine Primärinduktivität von ungefähr 246 Mikrohenry und eine Sekundärinduktivität von ungefähr 8,11 Henry hat.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 25, wobei jeder Transformator eine Primärstreuinduktivität von ungefähr 61 Mikrohenry und eine Sekundärstreuinduktivität von ungefähr 2,04 Henry hat.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 26, wobei jeder Transformator einen Primärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8672 und einen Sekundärkopplungsfaktor von ungefähr 0,8651 hat.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 27, wobei jeder Transformator mit ungefähr 5 kHz bis 29 kHz oszilliert, wenn der Ausgangsstrompegel von 300 mA (rms) auf 65 mA (rms) geht.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei die gemeinsam genutzten Schalter und die dedizierten Schalter IGBTs sind, und wobei jeder IGBT antiparallel mit einer Diode gekoppelt ist.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 17, wobei die Steuereinheit eine Hochfrequenz-Pulsbreitenmodulation verwendet, um die gemeinsam genutzten Schalter und die dedizierten Schalter zu steuern, und wobei die Steuereinheit konfiguriert ist zum Abändern der Eigenschaften einer bestimmten Funkenentladung, während die Funkenentladung stattfindet.
Das Wechselstrom-Zündanlagenmodul von Anspruch 29, wobei die Funkenentladungszeit programmiert ist, eine Dauer von 0,1 Millisekunden bis 4 Millisekunden zu haben.
Eine 16-Kanal-Zündanlage mit: vier Drei-Kanal-Zündanlagenmodulen und zwei Zwei-Kanal-Zündanlagenmodulen, wobei jedes Zündanlagenmodul umfasst: einen Gleichstrom-Elektrobus; eine Vielzahl von Zündkerzen, von denen jede mit einer Sekundärwicklung eines jeweiligen Transformators gekoppelt ist, wobei jeder Transformator eine Primärwicklung mit einem ersten Anschluss enthält, der zwischen einem jeweiligen Paar in Reihe gekoppelter dedizierter Schalter gekoppelt ist; ein Paar gemeinsam genutzter Schalter, die in Reihe gekoppelt sind, wobei ein zweiter Anschluss jeder Primärwicklung zwischen den gemeinsam genutzten Schaltern gekoppelt ist; wobei die gemeinsam genutzten Schalter und jeder der dedizierten Schalter mit dem Gleichstrombus gekoppelt sind; und einer programmierbaren Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Handhaben der gemeinsam genutzten Schalter und der dedizierten Schalter in jedem der Zündanlagenmodule mit Verwendung einer Pulsbreitenmodulation, wobei das Steuern der gemeinsam genutzten und der dedizierten Schalter ein Steuern von Funkenentladungseigenschaften für die Vielzahl von Zündkerzen umfasst.
Die 16-Kanal-Zündanlage von Anspruch 32, wobei die programmierbare Steuereinheit ein FPGA ist.
Die 16-Kanal-Zündanlage von Anspruch 32, wobei die Anlage 32 dedizierte Schalter und 12 gemeinsam genutzte Schalter hat.