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操作高頻點火系統(tǒng)的方法

文檔序號:5203005閱讀:199來源:國知局
專利名稱:操作高頻點火系統(tǒng)的方法
技術領域
本發(fā)明基于利用電暈放電點燃車輛發(fā)動機中的燃料的點火系統(tǒng)。這樣的點火系統(tǒng)通常被稱為電暈或HF (高頻)點火系統(tǒng)。本發(fā)明涉及操作利用電暈放電點燃車輛發(fā)動機中的燃料的HF點火系統(tǒng)的方法。具有權利要求I的前序部分中指定的特征的方法可從DE 102008 061788A1獲知。HF點火系統(tǒng)和操作HF點火系統(tǒng)的方法也可從EP I 515594A2獲知。
背景技術
HF點火系統(tǒng)使用電壓轉換器(例如,變壓器)來從車載電壓產(chǎn)生高電壓,該高電壓被用于與點火電極相連接的電力諧振電路的HF激勵。因此,HF點火系統(tǒng)具有輸入端連接到車輛的車載電網(wǎng)、并且輸出端連接到點火電極的HF激勵用的電力諧振電路的電壓轉換器。諧振電路的諧振頻率通常介于30kHz和IOMHz之間的范圍內。交流電壓在點火電極處通?!み_到30kV和500kV之間的值。利用電暈放電點燃燃料是傳統(tǒng)火花塞的代用方案,傳統(tǒng)火花塞利用電弧放電實現(xiàn)點火、并且由于電極燒化而受到顯著的磨損。電暈點火具有顯著節(jié)省成本和提高燃料燃燒的潛力。然而,除了期望的電暈放電之外,在出故障的情況下也可能會發(fā)生電弧放電、火花放電或滑閃放電。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是展示一種如何檢測這樣的故障的方法。該目的是通過包含權利要求I中指定的特征的、在發(fā)動機正在運轉時操作HF點火系統(tǒng)的方法以及通過根據(jù)權利要求6所述的、在由HF點火系統(tǒng)產(chǎn)生的電暈放電點燃燃料的發(fā)動機正在運轉時操作點火系統(tǒng)的方法來實現(xiàn)的。本發(fā)明的有利改進是從屬權利要求的主題。在根據(jù)本發(fā)明的方法中,利用電壓脈沖把電能饋送到HF點火系統(tǒng)中以便產(chǎn)生電暈放電。在該電壓脈沖的持續(xù)時間期間,測量電變量(例如,由電壓轉換器根據(jù)電壓脈沖生成的次級電壓)的一系列測量值。對測量值進行評估以便檢測故障。如果檢測到故障,則生成錯誤信號,其優(yōu)選地減小利用隨后的電壓脈沖饋送到HF點火系統(tǒng)中的能量以便激發(fā)另外的電暈放電。例如,可以減少電壓脈沖的持續(xù)時間和/或電壓。然而,錯誤信號也可以作為警告或錯誤信號被報告給發(fā)動機控制單元和/或可以存儲在存儲裝置中從而可被讀出以用于例如維護工作。HF點火系統(tǒng)的故障在很大程度上基于以下事實出現(xiàn)花火放電或滑閃放電而不是電暈放電,或者在電暈放電期間形成了火花放電或滑閃放電。這些放電可以代替電暈放電在點火電極處作為外部放電而發(fā)生,而且在HF點火系統(tǒng)內部有缺陷的情況下可以在內部發(fā)生。可以基于在放電期間或在把電壓脈沖饋送到HF點火系統(tǒng)中以便產(chǎn)生電暈放電期間測量的電變量的特征曲線來檢測這樣的故障。為了檢測故障,特別地可以測量電流強度和/或電壓強度。然而,作為備選方案,可以測量其他電變量,例如HF點火系統(tǒng)中所包含的電力諧振電路的阻抗頻率或諧振頻率。在本發(fā)明中,發(fā)現(xiàn)作為嚴重故障(特別是內部火花放電和滑閃放電)的前期階段,會頻繁發(fā)生次級電壓(即,點火系統(tǒng)產(chǎn)生的高電壓或其他電變量)的周期性波動。根據(jù)本發(fā)明,記錄這些波動的發(fā)生,以便在早期階段就已經(jīng)能夠檢測出故障。本發(fā)明的一個方面涉及確定測量值的波動范圍的特征變量、并將該特征變量與預定閾值相比較的方法。如果波動范圍的特征變量超過閾值,則假定發(fā)生故障并生成錯誤信號。作為測量值的波動范圍的特征變量,可以使用其標準偏差。本發(fā)明的第二方面涉及檢測電測量對象的周期性波動并因而檢測新出現(xiàn)的故障的另一種可能性。根據(jù)本發(fā)明,通過計算一系列測量值的頻譜(例如通過時頻變換、傅里葉變換或小波變換)、隨后對于至少一個頻率范圍檢查是否超過閾值,來對測量值進行 評估。如果超過閾值,則生成錯誤信號。電測量對象的周期性波動在大多數(shù)情況中以特征頻率發(fā)生。為了檢測故障,因此檢查作為故障特征的頻率所處的單個或一些頻率范圍通常就足以。此處,對于不同的頻率范圍可以使用不同的閾值。然而,優(yōu)選的是,對于待評估的所有頻率范圍使用均一的閾值。在饋送到HF點火系統(tǒng)中的用于生成電暈放電的電壓脈沖的中間部分期間測量的測量值,對于HF點火系統(tǒng)的潛在故障的存在與否而言是特別有指示性的。在電壓脈沖的開始部分和結束部分期間,特征電變量變化相當大。甚至是在HF點火系統(tǒng)的無故障操作期間,電暈放電在電壓脈沖的開始部分期間發(fā)生,并且電暈放電在電壓脈沖的結束部分期間結束。當電暈放電被激發(fā)和結束時,電流、電壓和其他電變量發(fā)生顯著變化。相反,在正常運行的HF點火系統(tǒng)中,中間電壓脈沖部分在很大程度上由恒定狀態(tài)表征。因此,電壓脈沖的中間部分以特別有利的方式適合于檢測潛在故障。在中間部分之前是由電壓的上升和瞬時響應表征的開始部分。在通過饋送電壓脈沖而生成的次級電壓的瞬時響應之后,在無故障操作期間會發(fā)生基本上恒定的狀態(tài)。優(yōu)選地,在HF點火系統(tǒng)的高電壓端測量電變量。HF點火系統(tǒng)具有車載電網(wǎng)端和高電壓端,其中在車載電網(wǎng)端和高電壓端之間,布置有電壓轉換器,其根據(jù)車載電壓生成高電壓作為次級電壓,優(yōu)選地為至少15kV的電壓,特別優(yōu)選地為至少30kV,特別是至少為50kV。滑閃放電或火花放電在原則上也可以通過車載電網(wǎng)端的測量來檢測;然而,滑閃放電或火花放電在高電壓端測量的電變量中看起來似乎更清晰。高電壓端可以包含中間電路,在該中間電路中可以以有利的方式測量電變量。HF點火系統(tǒng)的故障(如火花放電或滑閃放電)可以基于以下事實為了生成電暈放電,已經(jīng)饋送了太多的能量。如果一檢測到故障就減小利用隨后的電壓脈沖饋送到HF點火系統(tǒng)中的能量,則在許多情況下都可以消除故障。然而,也會發(fā)生的是,故障(例如滑閃放電)是基于HF點火系統(tǒng)的缺陷。因此,在根據(jù)本發(fā)明的方法中優(yōu)選的是,預先確定利用電壓脈沖饋送到HF點火系統(tǒng)中的能量的下限閾值,并且如果在該下限閾值處檢測到HF點火系統(tǒng)出故障,則產(chǎn)生錯誤信號。錯誤信號可以是例如提供給發(fā)動機控制單元(ECU)或OBD (車載診斷)錯誤存儲器的消息。如果甚至在具有這樣的低能量的電壓脈沖期間都發(fā)生火花放電或滑閃放電,則通??梢约俣℉F點火系統(tǒng)有缺陷并且應該盡可能迅速地被更換或修理。下限閾值優(yōu)選地被指定成使得相應的能量足以生成電暈放電、并且因此至少足夠用于HF點火系統(tǒng)的受限功能。
由于例如諧振頻率的頻率疊加可能會引起不正確的評估,因此可以在實際評估之前執(zhí)行濾波。對例如諧振頻率周圍的頻率范圍內的電變量測量值的曲線進行濾波,使得能夠詳細且分別單獨地分析作為評估特征的極值或上層波。可以例如通過以恒定時間間隔測量電測量對象值、并排除處于這一系列值的開始和結束部分處的指定數(shù)目的測量值,來對電壓脈沖的開始部分和電壓脈沖的結束部分指定預定的時間段。優(yōu)選地,除了電壓脈沖的中間部分之外,電壓脈沖的開始部分或結束部分期間的值也被考慮用于評估。例如,可以在每種情況中為開始部分和/或結束部分指定電變量的時間采集(time derivation)的不同目標范圍。


下面參考

本發(fā)明進一步的細節(jié)和優(yōu)點。圖I示意性地示出在無故障運行的HF點火系統(tǒng)中的電暈放電期間的電壓曲線的實例。 圖2示意性地示出在內部火花放電或滑閃放電的前期階段期間的電壓曲線的實例。
具體實施例方式圖I示意性地示出在電暈放電期間HF點火系統(tǒng)的高電壓端的電壓的典型曲線。在圖I以及隨后的附圖中,在每種情況中以作為次級電壓施加到HF點火系統(tǒng)的點火電極的交流電壓的均方根電壓的形式繪出電壓。交流電壓具有優(yōu)選地處于30kHz和IOMHz之間的頻率,特別優(yōu)選地處于3MHz飛MHz范圍內的頻率。對應的電壓曲線也可以在中間電路中測量。圖I中所示的電壓曲線是通過把電壓脈沖饋送到HF點火系統(tǒng)的車載電力端而生成的。通過在時刻t=0開始把電壓脈沖饋送到車載電力端,HF點火系統(tǒng)的高電壓端上的電壓開始上升。在電壓脈沖的開始部分之后,在時刻ta實現(xiàn)基本穩(wěn)定的電暈放電。在電壓脈沖隨后的中間部分期間,電壓幾乎不變化并且典型地具有30kV和500kV之間的值。取決于發(fā)動機的當前工作點,該電壓也可以具有低于30kV的值,例如只有15kV。在電壓脈沖的結束部分期間,均方根電壓從先前達到的平穩(wěn)值下降。電壓脈沖的開始部分從t=0持續(xù)至t=ta。電壓脈沖的中間部分從&持續(xù)至tb。為了避免由于電壓下降引起的不正確的測量值,有利的是,只把在時刻tb之前的時間間隔At處結束的時間間隔評估為中間部分。圖2示意性地示出在內部火花放電或滑閃放電的前期階段期間發(fā)生的HF點火系統(tǒng)的高電壓端上的電壓曲線的實例。從圖中可以看出,電壓曲線由中間電壓部分期間的周期性波動表征。在這些情況中,生成可用于點燃發(fā)動機中的燃料的電暈放電;然而,形成顯著的較強的火花放電或滑閃放電、并且因此形成嚴重故障的風險增大,這會導致HF點火系統(tǒng)的損壞。在許多情況中,可以通過減小利用隨后的電壓脈沖饋送到HF點火系統(tǒng)中用于激發(fā)另外的電暈放電的能量,來有效地降低該風險。圖2中所示的測量值的周期性波動導致這一系列測量值在比圖I中所示的理想曲線情況顯著更寬的范圍內波動。因此,可以通過確定測量值的波動范圍的特征變量、并將所確定的特征變量與閾值相比較,來檢測新出現(xiàn)的故障。如果特征變量超過閾值,則生成錯誤信號。波動范圍的特征變量可以是例如測量值的標準偏差。閾值可以被預先確定為絕對值或者可以通過將常量與次級電壓被可控地設定到的目標值相乘來計算。也可以通過計算一系列測量值的時頻變換(例如,小波變換或傅里葉變換),來檢測表示故障的波動。時頻變換的結果示出電壓脈沖在&和tb之間的中間部分期間發(fā)生的波動的頻譜。通過對所計算的頻譜的至少一個頻率范圍檢查是否超過閾值,可以確定一系列測量值是否以作為故障發(fā)生特征的頻率變化。監(jiān)測的頻率范圍優(yōu)選地低于作為次級電壓而生成的HF點火系統(tǒng)的交流電壓的頻率。特別優(yōu)選地,監(jiān)測的頻率范圍低于交流電壓的頻 率的一半,特別是低于交流電壓頻率的十分之一。
權利要求
1.一種操作HF點火系統(tǒng)的方法,其中利用電壓脈沖將用于產(chǎn)生電暈放電的電能饋送到所述HF點火系統(tǒng)中,在所述電壓脈沖期間測量電變量的一系列測量值,并且對所述測量值進行評估以便檢測故障,所述方法的特征在于 通過確定所述測量值的波動范圍的特征變量并將所確定的特征變量與閾值進行比較來對所述測量值進行評估,并且 如果所述特征變量超過所述閾值,則產(chǎn)生錯誤信號。
2.如權利要求I所述的方法,其特征在于,所述特征變量是標準偏差。
3.如前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述錯誤信號使得利用隨后的電壓脈沖饋送到所述HF點火系統(tǒng)中以激發(fā)另外的電暈放電的能量被減小。
4.如前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,確定在所述電壓脈沖的中間部分期間測量的測量值的波動范圍的特征變量。
5.如權利要求4所述的方法,其特征在于,所述中間部分在通過饋送所述電壓脈沖而產(chǎn)生的次級電壓的瞬時響應之后開始。
6.一種操作HF點火系統(tǒng)的方法,其中利用電壓脈沖將用于產(chǎn)生電暈放電的電能饋送到所述HF點火系統(tǒng)中,在所述電壓脈沖期間測量電變量的一系列測量值,并且對所述測量值進行評估以便檢測故障,所述方法的特征在于 通過利用變換計算頻譜來對所述測量值進行評估,并且 隨后對計算出的頻譜的至少一個頻率范圍檢查是否超過閾值,并且如果超過閾值,則產(chǎn)生錯誤信號。
7.如權利要求6所述的方法,其特征在于,在所述變換之前對所述一系列測量值進行濾波。
8.如前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述HF點火系統(tǒng)具有車載電網(wǎng)端和高電壓端,其中在所述車載電網(wǎng)端和所述高電壓端之間布置有電壓轉換器,所述電壓轉換器根據(jù)車載電壓來產(chǎn)生高電壓,所述高電壓優(yōu)選地是至少為15kV的電壓,并且其中在所述HF點火系統(tǒng)的所述高電壓端測量所述電變量。
9.如前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,測量電流和/或電壓來作為電變量。
10.如前述權利要求中任一項所述的方法,其特征在于,預先確定利用電壓脈沖饋送到所述HF點火系統(tǒng)中的能量的下限閾值,并且如果在能量等于或低于所述下限閾值的電壓脈沖期間檢測到所述HF點火系統(tǒng)的故障,則產(chǎn)生警告信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種操作高頻點火系統(tǒng)的方法,其利用電壓脈沖將用于產(chǎn)生電暈放電的電能饋送到HF點火系統(tǒng)中,在電壓脈沖期間測量電變量的一系列測量值,并且對測量值進行評估以便檢測故障,所述方法的特征在于通過確定測量值的波動范圍的特征變量并將所確定的特征變量與閾值進行比較來對測量值進行評估,并且如果特征變量超過閾值,則產(chǎn)生錯誤信號。
文檔編號F02P17/12GK102953897SQ20121030292
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月24日
發(fā)明者S.博內, M.特朗普 申請人:博格華納貝魯系統(tǒng)股份有限公司
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