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点火系统和用于运行点火系统的方法

阅读:928发布:2020-05-13

专利汇可以提供点火系统和用于运行点火系统的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且建议了一种用于运行用于 内燃机 的、包括升压斩波器(7)的 点火系统 (1)的方法,其特征在于:识别火花中断并且在对此作出的响应中改变所述升压斩波器(7)的工作方式。额外地建议了一种用于内燃机的、包括升压斩波器的点火系统,所述升压斩波器包括用于执行前面所提到的方法的器件。,下面是点火系统和用于运行点火系统的方法专利的具体信息内容。

1.用于运行用于内燃机的、包括升压斩波器(7)的点火系统(1)的方法,其特征在于以下步骤:
-识别(200)火花中断,其中对火花中断的识别(200)包括以下步骤:
--测量(100)点火火花的电流(i2)和/或表示出所述点火火花的电流(i2)的特征的电压
--确定,是否满足了未超出条件和/或超出条件,方法是:确定所述电流(i2)是否未超出第一阈值或者表示出所述点火火花的电流(i2)的特征的电压是否超过第二阈值;
--确定,是否满足了最低时间条件,方法是:确定所述电流(i2)是否在预先确定的最小时间内未超过所述第一阈值,或者表示出所述点火火花的电流(i2)的特征的电压是否在预先确定的最小时间内超过所述第二阈值;
并且在对所述火花中断的识别作出的响应中,
-改变(300)所述升压斩波器(7)的工作方式,其中所述升压斩波器(7)的工作方式的改变(300)包括以下步骤:
--如果满足了所述最低时间条件和所述未超出条件和/或所述超出条件,则减少或者切断所述升压斩波器(7)的电压产生。
2.根据权利要求1所述的方法,其中对所述火花电流(i2)或者相应的测量电压的测量(100)通过分流器(19)来进行,所述分流器处于具有所述点火系统(1)的火花隙(6)的环路中。
3.点火系统,该点火系统被设计用于执行根据权利要求1或2所述方法的所有步骤。

说明书全文

点火系统和用于运行点火系统的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于运行用于内燃机的点火系统的方法。此外,本发明涉及一种相应的点火系统。本发明尤其涉及避免这样的点火系统的不稳定的运行状态。

背景技术

[0002] 在现有技术中公开了点火系统,用于给内燃机的燃烧室中的可燃的混合物进行外源点火。向燃烧室内部的火花隙加载这样的电压,从而进行火花放电,所述火花放电点燃所述混合物。对现代的点火系统的主要要求间接地从必要的减少排放及减少燃料中产生。从相应的用达驱动的解决方案、如高增压和稀薄混合气运行/分层运行(Schichtbetrieb)(射束控制的直接喷射)中,结合提高的废气再循环率(AGR)派生出对所述点火系统及其火花(能量)的要求。在提高温度要求的情况下有必要提高点火电压需求及能量需求。对于常规的感应式点火系统来说,必须将全部对于燃烧来说必要的能量中间储存在点火线圈中。对于在点火火花能量方面的较高的要求来说,得出了点火线圈的较大的结构形式。这与减小现今的马达方案的结构空间比例(“小型化”)相冲突。本申请人的一份申请建议了一种点火系统,其中所述点火系统的两个主要功能通过不同的标准组件来承担。高压发生器(“初级电压产生器”)产生用于火花隙上的高压击穿的高压。随后通过旁路(例如包括升压斩波器)来将用于点燃混合物的能量输出给火花。所述升压斩波器在此能够实现在很大范围内能够控制的能量及火花特征。

发明内容

[0003] 本发明的任务是,确保升压斩波器在点火系统中的使用,以防止不可预见的运行状态。
[0004] 前面所提到的任务按照本发明通过一种用于运行用于内燃机的、包括升压斩波器的点火系统得到解决。本发明在此建议,在使用所述升压斩波器之前或者过程中识别火花中断并且在对此作出的响应中改变所述升压斩波器的工作方式。换句话说要检查,是否发生了火花中断,并且在发生了火花中断的情况下改变所述升压斩波器上的电压产生情况。因为由于火花中断所述升压斩波器的输出电压而增大,所以对于理想的构件来说并且在没有保护线路的情况下所述升压斩波器的输出电压会增大,直至所述升压斩波器的自毁。通过适当地改变所述升压斩波器的工作方式、例如切断或者减少所述升压斩波器的输出电压的产生,来避免上面所描述的情况。
[0005] 从属权利要求展示了本发明的优选的改进方案。
[0006] 进一步优选地,所述升压斩波器的工作方式的改变包括所述升压斩波器的电压产生的切断。换句话说,在识别出火花中断时切断通过所述升压斩波器引起的电压产生,由此显著地降低构件负荷。
[0007] 进一步优选地,在-相对于正常的点火过程/燃烧过程-提早的时刻进行火花中断。换句话说,可以将“火花中断”理解为所述点火火花的提早的不可预见的中断,该火花中断在一个比有规律地进行的点火过程更早的时刻进行。正常的点火过程的特征在于,所述点火引起有传导能的火花并且所述火花引起混合物燃烧。可以通过时间、通过曲轴或者其他合适的参数来识别所述火花中断的时刻。
[0008] 在一种改进方案中,所述方法可以额外地包括测量所述火花隙的环路或者说网络(Masche)中的火花电流这个步骤。换句话说,测量一种电流,该电流允许就点火火花的可能的中断进行推断。在对未超过火花电流的阈值这种情况所作的响应中识别出所述火花中断。在此,可以将预定义的电流值作为参考值加以保存并且加以调用,用于将所述测量值与所述参考值进行比较。所述电流测量可以相对精确地并且成本低廉地在借助于本来就包含在点火系统中的硬件的情况下来实施,从而可以成本特别低廉地实现本发明。作为替代方案,可以通过电压测量来推断出所述火花电流的大小。通过所述升压斩波器的运行来输出所定义的功率。由此,电流和电压彼此间处于固定的关系中。
[0009] 进一步优选地,通过分流器来测量所述火花电流,所述分流器处于具有所述点火系统的火花隙的环路中。在此所述分流器也可以用于确定用于所述升压斩波器的运行方式的控制参量(例如其频率)。借助于所述分流器进行的测量将电流测量化为电压测量,从而也可以将用于确定火花中断的参考值作为电压值加以保存并且作为比较的基础。在点火系统中经常出现的电气线路或者模拟的开关电路或者微型控制器或者ASIC可以形成一种成本低廉的、用于以足够的精度来确定电压的可行方案。这能够成本低廉地实现本发明。
[0010] 按照一种有利的实施例,对火花中断的识别包括以下步骤:在第一步骤中测量点火火花的电流和/或表示出所述点火火花的电流的特征的电压。在另一个步骤中确定,是否满足了未超出条件,方法是:检查所述电流是否未超出阈值。作为替代方案或者补充方案来确定,是否满足了超出条件,方法是:检查表示出点火火花的电流的特征的电压是否超过阈值。此外要确定,是否满足了最低时间条件,方法是:检查所述电流是否在预先确定的最小时间内未超过所述阈值,或者表示出点火火花的电流的特征的电压是否在预先确定的最小时间内超过所述阈值。
[0011] 根据所述有利的实施例,所述升压斩波器的工作方式的改变包括下述步骤:在满足所述最低时间条件和所述未超出条件和/或超出条件时,减少或者切断所述升压斩波器的电压产生。
[0012] 利用内燃机用的点火系统来实施按本发明的方法,所述点火系统包括升压斩波器。所述点火系统包括用于识别火花中断的器件以及用于在对所识别出的火花中断作出的响应中改变所述升压斩波器的工作方式的器件。换句话说,用于外源点火的内燃机的点火系统被设计用于:在被包含在所述点火系统中的升压斩波器的工作方式方面通过如上面作为首次提到的发明方面已经描述的那样的、按本发明的方法的使用来对所述升压斩波器进行调整。
[0013] 优选地,所述升压斩波器的工作方式的改变可以包括:切断所述升压斩波器或者至少降低其功率,由此减少或者中断所述升压斩波器内部的电压产生并且所述升压斩波器占据稳定的状态。
[0014] 优选地,所述点火系统被设计用于:将所述火花中断的时刻识别为相对于在正常进行的点火过程之后的火花中断的时刻而提早的时刻。换句话说,所述点火系统能够通过时间、通过曲轴转角相对于所述点火时刻或者诸如此类的参数来确定所述火花中断的时刻,并且将其如下地与参考值进行比较,在考虑当前的火花中断的时刻的情况下所述升压斩波器的持续运行是否对安全至关重要(sicherheitskritisch)。在“所述火花中断的时刻可能对所述升压斩波器的安全运行产生不好的影响”的情况下,所述点火系统产生控制信号,借助于所述控制信号将所述升压斩波器转移到安全的状态中并且将其切断。
[0015] 进一步优选地,所述点火系统也包括用于测量火花电流或者相应的电压的器件,通过所述器件可以识别出所述点火火花的中断。这例如可以包括在具有所述火花隙的环路中的分流器。作为补充方案或者替代方案,可以将在点火系统中本来就经常出现的电气线路或者模拟的开关电路或者微型控制器或者ASIC用于成本低廉地以足够的精度确定电压。这能够成本低廉地实现本发明。所述特征、特征组合、应用情况(Szenarien)以及与此相关联的优点对于所述点火系统来说根据按本发明的方法来得出,从而为避免重复而参照上面的解释。
附图说明
[0016] 下面参照附图对本发明的实施例进行详细描述。在附图中:
[0017] 图1是按本发明的点火系统的一种实施例的线路图;
[0018] 图2是在图1中示出的线路的电流-时间图以及所属的开关顺序的图示;
[0019] 图3是用于结合点火火花的中断来对点火系统内部的电参量进行说明的时间图;并且
[0020] 图4是对按本发明的方法的一种实施例的步骤进行说明的步骤图。

具体实施方式

[0021] 图1示出了点火系统1的线路,该点火系统包括作为高压发生器的升压变压器2,可以由电源5通过第一开关30来向所述升压变压器的初级侧3供给电能。所述升压变压器2例如包括初级线圈8和次级线圈9。在所述线路的输入端上,换句话说也就是在用于连接电源5的接头上,设置了保险丝26。除此以外,为了使输入电压稳定而设置了与所述线路的输入端并联或者说与所述电源5并联的电容17。通过所述初级线圈8与所述次级线圈9的感应耦合来向所述升压变压器2的次级侧4供给电能,并且该次级侧具有从现有技术中已知的、用于进行接通火花抑制的二极管23,其中作为替代方案该二极管可以被所述二极管21所取代。在具有次级线圈9和二极管23的环路中,火花隙6电气接地14,点火电流i2应该通过所述火花隙将可燃的混合气点燃。升压斩波器7被设置在所述电源5与所述升压变压器2的次级侧4之间。所述升压斩波器7例如包括电感15、开关27、电容10和二极管16。在所述升压斩波器7中,设置了形式为具有初级侧15_1和次级侧15_2的变压器的电感15。所述电感15在此用作蓄能器,以便维持电流。所述变压器的初级侧15_1的和次级侧15_2的两个第一接头分别与所述电源5或保险丝26相连接。在此,所述初级侧15_1的第二接头通过所述开关27电气接地
14。所述变压器的次级侧15_2的第二接头在没有开关的情况下直接与所述二极管16相连接,所述二极管又通过节点与所述电容10的接头相连接。所述电容10的这个接头例如通过分流器19与所述次级线圈9相连接,并且所述电容10的另一个接头电气接地14。所述升压斩波器的输出功率通过所述二极管16上的节点来馈入到所述点火系统中并且供所述火花隙6所用。
[0022] 所述二极管16朝所述电容10的方向可传导地定向。根据传输比例,通过所述处于初级侧15_1的分支中的开关27引起的开关过程也在所述次级侧15_2上起作用。但是因为电流和电压按照换算比例(Übersetzungsverhältnis)在所述变压器的其中一侧上比在其另一侧上更高或者更低,所以对于开关过程来说可以找到更为有利的、用于所述开关27的尺寸设计。例如可以实现更小的开关电压,由此可以更为容易并且成本更为低廉地进行所述开关27的尺寸设计。所述开关27通过操控机构24来控制,所述操控机构通过驱动器25与所述开关27相连接。在所述电容10与所述次级线圈9之间设置了作为电流测量器件或者电压测量器件的分流器19,该分流器的测量信号被输送给所述开关27。通过这种方式,所述开关27被设立用于对流经所述次级线圈9的电流强度i2的所定义的范围作出反应。为了保护所述电容10,以沿着闭方向与所述电容10并联的方式连接了齐纳二极管21。此外,所述操控机构24收到了控制信号SHSS。通过该控制信号,可以接通和切断通过所述升压斩波器7将能量馈入到所述次级侧中的过程。在此,通过升压斩波器分别(bzw.)被引入到火花隙中的、例如关于频率和/或脉冲-暂停-比例的电参量的效率也可以通过合适的控制信号SHSS来控制。
此外,勾画出了开关信号32,借助于该开关信号可以通过所述驱动器25来操控所述开关27。
在所述开关27闭合时,通过所述电源5来向所述电感15供给电流,该电流在所述开关27闭合时直接流入电气接地14中。在所述开关27断开时,所述电流通过所述电感15经由所述二极管16被传导到所述电容器10上。在对所述电容器10中的电流作出的响应中出现的电压与在所述升压变压器2的次级线圈9上减小的电压相加,由此所述火花隙6处的电弧得到支持。但是,在这种情况下,所述电容器10放电,从而通过闭合开关27可以将能量带到所述电感15的磁场中,以便在所述开关27重新断开时又将这种能量装载到所述电容器10上。可识别出:对在初级侧3中设置的开关30的操控31被保持得明显地比对于开关27来说的情况短。可选地,可以并联连接所述升压斩波器7的次级侧线圈9的、下面通过高压二极管33来象征性地表示的非线性的二极。该高压二极管33在次级侧跨接所述高压发生器2,由此在没有通过所述高压发生器2的次级线圈9来导送的情况下将通过所述高压斩波器7提供的能量直接导送给所述火花隙6。由此在所述次级线圈9上没有产生损失并且提高了效率。所述升压斩波器的工作方式与所述点火火花的存在或者提前熄灭的按本发明的相关性可以通过微型控制器42来实现,所述微型控制器被设计用于根据曲轴转角来确定熄灭的时刻。所述微型控制器42进一步被连接到存储器41上,可以从所述存储器中读出用于火花电流范围的极限以及为这些火花电流范围所分配的、用于所述控制信号的相应的工作方式的参考值(或者参数)。所述微型控制器42为了影响所述升压斩波器的工作方式而被设计用于向所述操控机构24供给根据火花电流来改动的控制信号SHSS,所述驱动器25在对所述控制信号作出的响应中向开关27供给改变了的开关信号32。例如可以在出现火花中断的情况下借助于所述升压斩波器来提前中断能量产生。所述升压斩波器的工作方式的按本发明的改变可以以不同的方式并且出于不同的目的而进行。下面(在对完整性无要求的情况下)列举各种可选方案:
[0023] 可选方案1:如果所述火花电流在特定的时间范围内未超过预定义的阈值,则可以切断所述升压斩波器。
[0024] 可选方案2:在不取决于曲轴转角的情况下,仅仅通过对与所述火花中断有相互关系的阈值的检测来改变所述升压斩波器的工作方式。
[0025] 可选方案3:在不取决于曲轴转角的情况下,仅仅通过在考虑到与可预料的火花中断有相互关系的延迟时间的情况下对阈值进行检测这种方式来改变所述升压斩波器的工作方式。
[0026] 图2示出了用于点火线圈电流iZS的时间图a)、用于所属的升压斩波器电流iHSS的时间图b)、用于所述火花隙6上的输出侧的电压的时间图c)、用于在未使用(501)和使用(502)按本发明的升压斩波器7的情况下在图1中示出的点火系统的次级线圈电流i2的时间图d)、用于所述开关30的开关信号31的时间图e)以及用于所述开关27的开关信号32的时间图f)。详细来讲:图表a)示出了初级线圈电流iZS的较短且陡峭的上升,所述初级线圈电流出现在开关30处于传导状态中(“ON”,参见图表3e)的时间期间。随着所述开关30的切断,所述初级线圈电流iZS也下降到0 A。图表b)此外说明了按本发明的升压斩波器7的、通过对开关27的脉冲状的操控而产生的电流消耗。在实际中,作为开关频率,处于几十kHz范围内的时钟频率已经经受考验,用于一方面实现相应的电压并且另一方面实现可接受的效率。作为可能的范围极限,示范性地列举10000 Hz的、处于10 kHz与100 kHz的范围内的多个整数倍。为了调节被输出给所述火花隙的功率,在此建议对所述信号32的脉冲-暂停-比例进行尤其无级的调节,用于产生相应的输出信号。图表c)示出了在按本发明运行时在所述火花隙6上出现的电压的曲线34。图表d)示出了所述次级线圈电流i2的曲线。一旦所述初级线圈电流iZS由于所述开关30的断开而变为0 A并且由此在所述升压变压器中所储存的磁能以火花隙6上面的电弧的形式放电,就出现次级线圈电流i2,该次级线圈电流在没有升压斩波器(501)的情况下很快下降到0。与此相比,通过对所述开关27的脉冲状的操控(参见图表f,开关信号32),通过所述火花隙6驱送着基本上恒定的次级线圈电流i(2 502),其中所述次级电流i2取决于所述火花隙6上的点火电压并且在这里为了简便起见以恒定的点火电压为出发点。
只有在通过断开开关27而断开所述升压斩波器7之后,所述次级线圈电流i2现在才也下降到0 A。从图表d)中能够看出,下降沿通过所述升压斩波器7的使用而被推迟。下述全部持续时间,在该全部持续时间期间使用升压斩波器,被标识为tHSS,并且下述持续时间,在该持续时间期间在初级侧将能量提供到所述升压变压器2中,被标识为ti。可以可变地选择tHSS相对于ti的开始时刻。此外也可以在按本发明的升压斩波器7中进一步对由电源提供的电压进行处理之前通过(未示出的)额外的DC-DC-转换器来提高该电压。应当指出的是,具体的设计取决于许多线路固有的以及外部的边界条件。没有将有关的本领域技术人员推到不合理的、亲自进行对于其目的和应该由其考虑的边界条件来说合适的尺寸设计的问题的前面。
[0027] 图3在上方的子图表a)中关于时间t示出了所述点火系统的输出电压(也就是所述火花隙6上的电压)。在第一时间范围I内能够看出所述电压的较高的峰值,通过该峰值产生点火火花。在所述火花隙6击穿之后,紧接着是时间范围II,在该时间范围内所述电压具有明显比在时间范围I内更低的数值。在该范围内,所述电压尤其取决于所述火花隙6的范围内的比例,该比例通过燃烧室中的湍流比例和压力比例以及火花塞电极几何形状来确定。在时刻t0开始第三时间范围III。因为在时刻t0所述点火火花变得越来越不稳定,所以电压在所述时间范围III内剧烈地增大。在升压斩波器7内在所述火花隙6上面加载的电压不会发生放电,因为所述火花隙6中的混合物的传导能力在火花中断之后已经剧烈地减小。
[0028] 子图表b)示出了所述升压斩波器7上的输出电压,该输出电压在时间范围II内处于保持不变的较低的数值上。在时间范围III内,所述升压斩波器7的输出电压由于火花偏移而剧烈增大。只有在t1之后的时间范围IV内,所述火花才中断并且所述升压斩波器7上的电压继续增大。由于由所述升压斩波器7转换的电能不能被传输到所述火花隙6上,所述输出电压一直增大至不稳定的范围IV内,在该范围内所述升压斩波器7的构件的电负荷剧烈增加或者其强度受到危害。
[0029] 子图表c)关于时间示出了火花电流i2。在所述火花隙在时刻I击穿时所述火花电流i2具有峰值。在紧随其后的时间范围II内,所述火花电流i2保留在中等的、基本上保持不变的平上。由于在时间范围II结束时出现湍流,用于所述火花电流i2的电阻自时刻t0起增大,从而在紧随其后的时间范围III内所述火花电流i2剧烈地减小并且最终在时刻t1中断。按照本发明,可以将所述火花电流i2的减小或者其完全中断识别为火花中断。在对这种识别所作的响应中,按本发明的方法可以改变所述升压斩波器的工作方式,以便要么促使所述升压斩波器降低其能量吸收,要么借助于所述升压斩波器来应对所述火花电流的减小,以避免火花中断。
[0030] 图4示出了流程图,该流程图说明了按本发明的方法的一种实施例的步骤。在步骤100中测量火花电流i2,并且在对未超过用于所述火花电流i2的阈值这种情况作出的响应中在步骤200中识别出火花中断。在对识别出火花中断这种情况作出的响应中,在步骤300中可能在推迟了一个延迟时间的情况下切断所述升压斩波器。通过这种方式,可以避免所述升压斩波器上的输出电压增大到不稳定的范围IV内或增大到处于负荷能力极限之上的范围内。所述升压斩波器的构件因此保持完好无损。
[0031] 根据一种实施例,在步骤100中测量点火火花的电流i2和/或表示点火火花的电流i2的特征的电压。此外,在步骤100中确定,是否满足了未超出条件,方法是:检查所述电流i2是否未超出第一阈值。如果所述电流i2未超过所述第一阈值,则满足了所述未超出条件。作为替代方案或者补充方案来确定,是否满足了超出条件,方法是:检查表示点火火花的电流i2的特征的电压是否超过第二阈值。如果表示点火火花的电流i2的特征的电压超过所述第二阈值,则满足了所述超出条件。此外,在步骤100中检查,所述电流是否在预先确定的最小时间内未超过所述第一阈值或者表示点火火花的电流的特征的电压是否在预先确定的最小时间内超过所述第二阈值。如果这两种情况之一得到了满足,则满足了最低时间条件。
如果满足了所述最低时间条件和所述未超出条件和/或所述超出条件,则在步骤300中减少或者切断所述升压斩波器的电压产生。为了切断所述升压斩波器而将所述开关27断开并且不再使其同步。在运行所述升压斩波器时,同步地接通和切断所述开关27。为了减少所述电压产生而减小占空比或者频率,以该频率来同步地连接所述开关27。
[0032] 可以设置一种计算机程序,该计算机程序被设计用于:执行按本发明的方法的所有所描述的步骤。在此,所述计算机程序被保存在存储介质上。作为所述计算机程序的替代方案,按本发明的方法可以由在所述点火系统中所设置的电气开关电路、模拟的线路、ASIC或者微型控制器来控制,所述ASIC或者微型控制器被设计用于执行按本发明的方法的所有所描述的步骤。
[0033] 即使借助于结合附图所解释的实施例对按本发明的方面和有利的实施方式进行了详细描述,但是对于本领域的技术人员来说可以实现所描述的实施例的特征的改动和组合,而不脱离本发明的范围,其中本发明的保护范围通过随附的权利要求来定义。
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