專利名稱：用于控制電暈點(diǎn)火裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于具有如專利權(quán)利要求I的前續(xù)部分中所規(guī)定特征的方法。該方法從WO2010/011838 Al 中可知。
背景技術(shù)：
在WO 2004/063560 Al中公開內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中燃料-空氣混合物如何通過(guò)燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的電暈放電被點(diǎn)火。為此，點(diǎn)火電極延伸通過(guò)一個(gè)處于地電位的燃燒室壁并與其電氣隔離，并且伸入到燃燒室中，優(yōu)選地與設(shè)置在燃燒室內(nèi)的活塞相對(duì)。點(diǎn)火電極與燃燒室壁一起形成電容，該燃燒室壁處于地電位并用作反電極。燃燒室與其內(nèi)容物用作電介質(zhì)。根據(jù)活塞的實(shí)際沖程，空氣或燃料-空氣混合物或廢氣包含在所述燃燒室中。電容是所產(chǎn)生的高頻電壓激發(fā)的電振蕩電路的組成部分，例如，利用具有中心抽 頭的變壓器。變壓器與交替地施加可預(yù)定直流電壓到通過(guò)中心抽頭連接的變壓器的兩個(gè)初級(jí)繞組的開關(guān)設(shè)備配合。變壓器的次級(jí)繞組為串聯(lián)振蕩電路供電，其電容部分由點(diǎn)火電極和燃燒室壁組成。激發(fā)振蕩電路并由變壓器供電的交流電壓的頻率被控制，以使其與振蕩電路的共振頻率盡可能接近。這導(dǎo)致點(diǎn)火電極和點(diǎn)火電極布置其中的燃燒室壁之間的電壓過(guò)沖擊。共振頻率通常在500千赫至6兆赫之間，并且點(diǎn)火電極的交流電壓達(dá)到例如50kV — 100 kV 的值。因而，電暈放電可在燃燒室中發(fā)生。電暈放電不應(yīng)擊穿為電弧放電或火花放電。因此，點(diǎn)火電極與地之間的電壓保持在完全擊穿電壓以下。為此，從WO 2004/063560 Al中可知，在變壓器的輸入端測(cè)量電壓和電流并由其計(jì)算阻抗作為電壓和電流的商。將所計(jì)算的阻抗與所選阻抗的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以便可保持電暈放電，而不發(fā)生完全電壓擊穿。從WO 2010/011838 Al中可知，通過(guò)設(shè)定目標(biāo)阻抗在初級(jí)側(cè)控制變壓器，因?yàn)槭紫龋谧銐虻偷碾妷?，沒(méi)有電暈放電發(fā)生，確定在變壓器的輸入端的所謂基線阻抗(baseline impedance)。從低電壓開始,在變壓器輸入端的電流-電壓關(guān)系初始為線性的，表明恒定阻抗電流最初與電壓成比例地增加?；€阻抗是各點(diǎn)火器的特征。一旦超過(guò)一定電壓，阻抗就增加，這表明因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)側(cè)上測(cè)量的電流強(qiáng)度不再與電壓增加成比例，而是隨電壓的增加而越來(lái)越緩慢地逐步增加，直到點(diǎn)火電極和一個(gè)鄰接燃燒室的壁之間發(fā)生電壓擊穿。在從W02010/011838 Al已知的方法中，確定目標(biāo)阻抗以使其為基線阻抗和附加阻抗的和。通過(guò)增大電壓直到發(fā)生火花放電，附加阻抗小幅增加。只要檢測(cè)到火花放電，則附加阻抗減小，減小幅度稍微大于前面幅度，以便因此避免進(jìn)一步的火花放電并保持振蕩電路共振。這樣能夠?qū)⒆儔浩鬏斎攵说碾娏骱碗妷罕３衷谀軌虬l(fā)生火花放電的值以下，并將其限制在電暈達(dá)到最大的值，因此實(shí)現(xiàn)燃料-空氣混合物可靠點(diǎn)火。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種如何進(jìn)一步改善電暈點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火行為并優(yōu)化燃燒的方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)具有由權(quán)利要求I所限定的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的有利改進(jìn)是從屬權(quán)利要求的主旨。一種電暈點(diǎn)火裝置，利用源自點(diǎn)火電極的電暈放電，在周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)中點(diǎn)燃燃料-空氣混合物，利用施加到DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)的初級(jí)電壓，電振蕩電路被激勵(lì)，該振蕩電路連接于點(diǎn)火電極。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法中，連續(xù)測(cè)量DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)上的阻抗，并且通過(guò)估算阻抗測(cè)量值來(lái)確定電暈放電開始的時(shí)間。將該時(shí)間點(diǎn)與目標(biāo)值進(jìn)行比較，且在引擎的后續(xù)工作周期中，根據(jù)所述比較的結(jié)果，改變DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法中，對(duì)于點(diǎn)燃電暈放電，可以通過(guò)閉環(huán)或開環(huán)控制將阻抗設(shè)定為目標(biāo)值，該目標(biāo)值具有有利的大電暈放電。不是簡(jiǎn)單地假定電暈放電開始的時(shí)間與阻抗的目標(biāo)值達(dá)到的時(shí)間相對(duì)應(yīng)，而是根據(jù)本發(fā)明考慮電暈放電通常點(diǎn)火早得多。
電暈放電的開始時(shí)間對(duì)于點(diǎn)火行為以及燃料非常重要，即使電暈放電的開始通常與燃燒室中燃料-空氣混合物的點(diǎn)火時(shí)間不一致。可通過(guò)預(yù)先設(shè)定電暈放電開始的目標(biāo)值來(lái)優(yōu)化燃燒。如果電暈放電開始的時(shí)間偏離預(yù)定目標(biāo)值，則通過(guò)改變DC/AC變換器的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)來(lái)進(jìn)行校正操作。 在此，考慮電暈放電的開始與目標(biāo)值的偏離，即使在引擎的當(dāng)前工作周期中，例如，如果電暈放電開始的過(guò)早，則通過(guò)減緩初級(jí)電壓或初級(jí)電流的增加，或者，如果開始的過(guò)遲，則通過(guò)加速初級(jí)電壓或初級(jí)電流的增加。燃料-空氣混合物的點(diǎn)火時(shí)間取決于通過(guò)電暈放電釋放的能量的量。因而，考慮到電暈放電的開始，可以將點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定為最優(yōu)值。也可以在引擎的后續(xù)工作周期中考慮電暈放電的開始與目標(biāo)值的偏離。通過(guò)校正后的DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)校正的激勵(lì)，可以在所述的后續(xù)工作周期中實(shí)現(xiàn)電暈放電開始與目標(biāo)值的偏離較小，甚至完全消失?？梢酝ㄟ^(guò)初級(jí)電流或初級(jí)電壓控制DC/AC轉(zhuǎn)換器。這兩種可能的方法通常是等同的。因此DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)的激活可改變，作為控制變量，初級(jí)電壓或初級(jí)電流可改變?？梢岳缤ㄟ^(guò)估算阻抗測(cè)量值來(lái)確定電暈放電開始的時(shí)間點(diǎn)，確定表明阻抗測(cè)量的連續(xù)結(jié)果分散多寬的分散值。然后將分散值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，如果超出閾值，則可得出電暈放電已經(jīng)開始的結(jié)論。確定電暈放電的時(shí)間點(diǎn)的另一個(gè)可能方法，預(yù)先設(shè)定表明阻抗的閾值，并從所述閾值的超出值中得出電暈放電開始的結(jié)論。該閾值可通過(guò)基本阻抗值得出，例如，將基本阻抗值乘以預(yù)定因子，或者將預(yù)定值加到基本阻抗值上。所述基本阻抗值通常被稱為基線阻抗，并被賦以電暈點(diǎn)火裝置的DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)的電流-電壓曲線的斜率。如上所述，通過(guò)將阻抗設(shè)置成目標(biāo)值，可以產(chǎn)生發(fā)生良好的電暈放電。另一種可能性是預(yù)先設(shè)定用于阻抗的連續(xù)測(cè)量值的分散的目標(biāo)值。在德國(guó)專利申請(qǐng)DE 102010045044Al中描述了相應(yīng)方法的細(xì)節(jié)。這種方法基于這樣的事實(shí)，即電暈放電擴(kuò)展地越大，阻抗波動(dòng)地越大?？商鎿Q方法的細(xì)節(jié)在德國(guó)專利申請(qǐng)DE 102010015344 Al和德國(guó)專利申請(qǐng)DE102010024396 Al中進(jìn)行描述，通過(guò)該方法控制電暈放電，以便恰好在擊穿電壓下產(chǎn)生電暈放電。本發(fā)明的有利改進(jìn)，將電暈放電開始的時(shí)間報(bào)告給引擎控制單元。此外，還可以將電暈放電的結(jié)束時(shí)間或者電暈放電的持續(xù)時(shí)間報(bào)告給引擎控制單元。引擎控制單元可以利用該信息來(lái)優(yōu)化將來(lái)的點(diǎn)火或燃燒。例如，可以將噴射時(shí)間與預(yù)期的電暈放電開始時(shí)間協(xié)調(diào)。


下面利用所附的示意圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，其中圖I示意地示出用于車輛引擎點(diǎn)火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；
圖2示意地示出通過(guò)連接到圖I中所示點(diǎn)火系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽缸的縱截面圖；圖3示出具有阻抗閾值的DC/AC轉(zhuǎn)換器輸入端U/I曲線，其阻抗閾值被超出表明電暈放電的開始，以及圖4示出在DC/AC轉(zhuǎn)換器輸入端U/I曲線，示出發(fā)生電暈放電后的阻抗波動(dòng)。附圖標(biāo)記I燃燒室2 壁3 壁4壁(上方)5點(diǎn)火電極6絕緣體7振蕩電路8 電容器9 電感器10高頻發(fā)電機(jī)11直流電壓源12 DC/AC 轉(zhuǎn)換器13中央抽頭14初級(jí)繞組15初級(jí)繞組16高頻開關(guān)17次級(jí)繞組18 活塞19活塞環(huán)20 通道22電荷載體云23 殼體24 隔艙25 隔艙26 接口29診斷單元30引擎控制單元
具體實(shí)施例方式圖I示出處于地電位的壁2、3和4限制的燃燒室I。點(diǎn)火電極5從上面伸入到燃燒室I中。該電極被絕緣體6包圍其長(zhǎng)度的一部分。絕緣體將電極與上壁2電絕緣,通過(guò)該上壁2絕緣地延伸到燃燒室I中。在燃燒室I中，點(diǎn)火電極5可以從絕緣體6伸出或者可由薄絕緣體層覆蓋。點(diǎn)火電極5和燃燒室I的壁2-4是振蕩電路7的組成部分，振蕩電路7還包括電容器8和電感器9。當(dāng)然，振蕩電路7可具有額外的電感器和/或電容器，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他元件作為串聯(lián)電路的可能部件。為了激勵(lì)振蕩電路7,設(shè)置高頻發(fā)電機(jī)(high frequency generator)10,其具有直流電壓源11，作為DC/AC轉(zhuǎn)換器，具有變壓器12，該變壓器12在其初級(jí)側(cè)上具有中央抽頭13，以便在中央抽頭13處，兩個(gè)初級(jí)繞組14和15彼此會(huì)合。利用高頻開關(guān)16，初級(jí)繞組14和15的端部交替接地，這些端部遠(yuǎn)離中央抽頭13設(shè)置。高頻開關(guān)16的轉(zhuǎn)換頻率確定串聯(lián)的振蕩電路7的頻率被激勵(lì)，并且可以變化。變壓器12的次級(jí)繞組17在點(diǎn)A處為串聯(lián)的振蕩電路17供電。高頻開關(guān)16利用控制電路(未示出)，以此方式即振蕩電路以共振頻率被激勵(lì)的方式被控制。然后，點(diǎn)火電極5的端部與接地的壁2-4之間的電壓處于最高值。 除了帶中央抽頭的變壓器之外，還可以使用這種變壓器，即振蕩電路設(shè)置在其上游，通過(guò)以目標(biāo)頻率轉(zhuǎn)換變壓器，在變壓器的輸入端產(chǎn)生不必為正弦的電壓特性，但可以具有恰為目標(biāo)頻率的周期特性。圖2示出通過(guò)設(shè)有圖I中示意地示出的點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)汽缸的縱截面。燃燒室I由被設(shè)置為汽缸蓋的上壁2，圓柱形圓周壁3以及活塞18的上側(cè)4限定，活塞18在所述汽缸內(nèi)可往復(fù)地移動(dòng)并設(shè)置有活塞環(huán)19。在汽缸蓋2中，具有一通道20,沖模點(diǎn)火電極(die ignition electrode)5在通道20中以電絕緣且密封的方式延伸。而且，點(diǎn)火電極5至少在部分長(zhǎng)度上被絕緣體6包圍，該絕緣體6可以由燒結(jié)陶瓷構(gòu)成，如氧化鋁陶瓷。點(diǎn)火電極5的端部伸入到燃燒室I并稍微伸出絕緣體6，但也可與其齊平。在點(diǎn)火電極5與活塞18之間，在振蕩電路7被激勵(lì)時(shí)，形成電暈放電。該電暈放電伴隨有更高或更低強(qiáng)度的電荷載體云22。在汽缸蓋2的外側(cè)上，連接有殼體23。在殼體23的第一隔艙24中，具有變壓器12的初級(jí)繞組14和15、以及與其配合工作的高頻開關(guān)16。在殼體23的第二隔艙25中，具有變壓器12的次級(jí)繞組17以及串聯(lián)振蕩電路7的剩余部件，如果需要，還可以有用于監(jiān)視振蕩電路7行為的裝置。通過(guò)接口 26，可以建立對(duì)診斷單元29和/或引擎控制單元30的連接等。然而，變壓器12不必被容納在連接于汽缸蓋2的殼體中，而是可以與高頻開關(guān)16一起被容納在獨(dú)立的點(diǎn)火控制單元中，其進(jìn)而可被連接到引擎控制單元30。串聯(lián)振蕩電路的剩余部件可被容納在包圍絕緣體6的殼體中。在圖3中，實(shí)線示出變壓器12的輸入端的U/I曲線。通過(guò)對(duì)變壓器的初級(jí)繞組施加電壓Ua，基線阻抗Zsa可根據(jù)下面的等式來(lái)確定Zsa=UA/IA為了測(cè)量基線阻抗，選擇初級(jí)電壓Ua，以便既不發(fā)生電暈放電也不發(fā)生火花放電，即點(diǎn)A仍然位于曲線的直線部分上。電壓Ua明顯低于初級(jí)電壓UD，在初級(jí)電壓UD，會(huì)點(diǎn)火電極5與燃燒室I的壁之間的點(diǎn)火之間會(huì)發(fā)生電壓擊穿。
基線阻抗Z■是基本阻抗值，可以通過(guò)該值來(lái)限定閾值Zm，超過(guò)閾值Zm表明電暈放電。例如，可通過(guò)基本阻抗值Zsa乘以預(yù)定因子或通過(guò)將預(yù)定阻抗值加到基本阻抗值Zw!來(lái)限定閾值Z 在圖3中，該閾值Zm以虛線繪制。為了確定電暈放電的開始，DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)上的阻抗可以通過(guò)測(cè)量每種情形中的初級(jí)電流和初級(jí)電壓而連續(xù)測(cè)量。阻抗測(cè)量之間的時(shí)間間隔越短，電暈放電開始的時(shí)間可確定得越精確。例如，可在不超過(guò)20 S，優(yōu)選為最多IOii S，特別優(yōu)選地為5 s或更短的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量阻抗。通過(guò)估算阻抗測(cè)量，可以確定電暈放電的開始時(shí)間，因?yàn)槊糠N情形中測(cè)量的阻抗值都與預(yù)定的閾值Zm進(jìn)行比較。如果檢測(cè)到超過(guò)閾值，則可由此可得出電暈放電開始的結(jié)論。如果在測(cè)量了一系列小于閾值Z45的阻抗值之后，測(cè)出超過(guò)閾值Z ￠5的阻抗值，則可以將該阻抗值的時(shí)間視為電暈放電開始的時(shí)間。然后可以將為電暈放電開始而確定的時(shí)間點(diǎn)與目標(biāo)值進(jìn)行比較，并且可根據(jù)該比較結(jié)果來(lái)改變DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)。在引擎的當(dāng)前工作周期中，或者在后續(xù)工作周期中，可以對(duì)DC/AC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)的改變進(jìn)行校正。 在圖4中示意地示出檢測(cè)電暈放電的開始時(shí)間的可替換的可能性。與圖3相同，圖4也示出DC/AC轉(zhuǎn)換器輸入端的U/I曲線。一旦電暈放電形成，則阻抗受到顯著波動(dòng)。這在圖4中點(diǎn)A右邊的曲線區(qū)域中示出。所以，電暈放電的存在還可通過(guò)計(jì)算阻抗測(cè)量的分散而被檢測(cè)到。為此，首先，分散值是通過(guò)計(jì)算阻抗測(cè)量值來(lái)確定的，該分散值表明阻抗測(cè)量連續(xù)結(jié)果分散的程度。將分散值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較。所述閾值被超出則表明電暈放電的開始。
權(quán)利要求
1.一種用于控制電暈點(diǎn)火裝置的方法，所述電暈點(diǎn)火裝置位于周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)中，利用通過(guò)用施加到DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的初級(jí)電壓激勵(lì)連接于點(diǎn)火電極(5)的電振蕩電路(7)而從所述點(diǎn)火電極(5)產(chǎn)生的電暈放電來(lái)點(diǎn)燃燃料-空氣混合物，在所述方法中連續(xù)測(cè)量所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的阻抗，其特征在于 通過(guò)估算阻抗測(cè)量值來(lái)確定電暈放電開始的時(shí)間，將所述時(shí)間與目標(biāo)值進(jìn)行比較，并且根據(jù)所述比較的結(jié)果來(lái)改變所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于以不超過(guò)20y S，優(yōu)選地不超過(guò)IOy s的時(shí)間間隔測(cè)量所述阻抗。
3.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于根據(jù)所述比較的結(jié)果，在引擎的后續(xù)工作周期中改變所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)。
4.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于根據(jù)所述比較的結(jié)果，在引擎的當(dāng) 前工作周期中改變所述DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)。
5.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于通過(guò)估算所述阻抗測(cè)量值來(lái)確定表明阻抗測(cè)量值的連續(xù)結(jié)果的分散程度的分散值， 將所述分散值與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并且根據(jù)所述閾值被超出而得出電暈放電開始的結(jié)論。
6.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于預(yù)先設(shè)定所述阻抗的閾值(Z%5)，并且根據(jù)所述閾值(Z45)被超出而得出電暈放電開始的結(jié)論。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于通過(guò)將基本阻抗值(Zsa)乘以預(yù)定因子來(lái)確定所述閾值(Z電暈)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過(guò)將預(yù)定值加到基本阻抗值(Zsa)上來(lái)確定所述閾值(Z電暈)。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于將電暈放電開始的時(shí)間報(bào)告給引擎控制單元(30)。
10.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于將所述阻抗設(shè)置成預(yù)期發(fā)生電暈放電的目標(biāo)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制電暈點(diǎn)火裝置的方法，該電暈點(diǎn)火裝置位于周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)中，利用通過(guò)用施加到DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的初級(jí)電壓激勵(lì)連接于點(diǎn)火電極(5)的電振蕩電路(7)而從點(diǎn)火電極(5)產(chǎn)生的電暈放電來(lái)點(diǎn)燃燃料-空氣混合物，在該方法中連續(xù)測(cè)量該DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的阻抗。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)估算阻抗測(cè)量值來(lái)確定電暈放電開始的時(shí)間，將該時(shí)間與目標(biāo)值進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)改變DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)的初級(jí)側(cè)的激勵(lì)。
文檔編號(hào)F02P23/04GK102865176SQ20121023656
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者T.施雷默爾 申請(qǐng)人:博格華納貝魯系統(tǒng)股份有限公司